CN111404341A - 一种应用在起重机上的盘式永磁电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及永磁同步电机领域，公开了一种应用在起重机上的盘式永磁电机，包括机壳套件、电机轴、转子组件及定子组件，所述转子组件的组数与所述定子组件的组数相等且大于或等于2；所述机壳套件围成一中空的腔体，所述电机轴水平穿过所述机壳套件、并与所述机壳套件之间转动连接；所述定子组件位于所述机壳套件的腔体中且与所述机壳套件固连，所述定子组件与所述电机轴的环周之间设有径向间隙，所述电机轴上固设所述转子组件，所述转子组件中的转子与所述定子组件中的定子一一匹配对应，用于产生驱动所述电机轴的电磁力矩。采用卧式双输出轴伸结构，电机两轴伸端能够分别安装行星齿轮减速箱和制动器，减小了电机的体积等优点。

Description

一种应用在起重机上的盘式永磁电机

技术领域

本发明涉及永磁同步电机领域，尤其是一种应用在起重机上的盘式永磁电机。

背景技术

目前，起重机上用于行走和起升的电机中，大部分是采用Y系列异步电机加减速机的驱动方式，设备的体积非常大，而且噪声大，调速性能不好，定位不准，需要反复点动才能达到目的，因为反复点动使电机长期运行在启动状态，造成电流大，浪费电能，降低了电机的使用寿命；尤其是异步电机在负载低，转速低时效率很低，功率因数也低，因此系统效率很低。

还有一部分的起重机采用了变频技术，由于变频而能对电机进行调速，解决了上述的问题，但是在使用过程中发现低速性能不好，而且造价高，变频电机体积大，启动噪声大等问题。

综上，目前的起重机结构复杂，效率低，整个升降机构的体积较大，噪声大以及电机难以降温等问题。

发明内容

本发明旨在提供一种结构简单、系统效率高、启动噪音低的应用在起重机上的盘式永磁电机。

本发明是通过以下的技术方案实现的：一种应用在起重机上的盘式永磁电机，包括机壳套件、电机轴、转子组件及定子组件，所述转子组件的组数与所述定子组件的组数相等且大于或等于2；所述机壳套件围成一中空的腔体，所述电机轴水平穿过所述机壳套件、并与所述机壳套件之间转动连接；所述定子组件位于所述机壳套件的腔体中且与所述机壳套件固连，所述定子组件与所述电机轴的环周之间设有径向间隙，所述电机轴上固设所述转子组件，所述转子组件中的转子与所述定子组件中的定子一一匹配对应，用于产生驱动所述电机轴的电磁力矩。

具体的，所述定子组件包括第一定子和第二定子，所述转子组件包括第一转子和第二转子；所述定子组件还包括与所述机壳套件固连的一安装法兰，所述安装法兰与所述电机轴的环周之间设有径向间隙，所述第一定子和所述第二定子背靠背地安装在所述安装法兰的两侧，所述第一转子位于所述安装法兰的一侧并朝向所述第一定子，所述第二转子位于所述安装法兰的另一侧并朝向所述第二定子。

优选的技术方案是，所述定子组件的每个铁芯设有嵌线槽，所述嵌线槽为与相应的定子之间设有径向夹角的斜槽结构。

优选的技术方案还有，所述定子组件的每个铁芯均采用硅钢片材料。

此外，所述转子组件的每个铁芯为端面环形磁钢槽，所述端面环形磁钢槽中粘接有扇形磁钢，所述扇形磁钢两两之间采用铝合金隔条进行分隔，所述扇形磁钢与其对应的铁芯之间通过螺栓紧固。

优选的，所述转子组件的每个铁芯均采用电工软铁材料。

进一步的技术方案是，所述机壳套件包括机壳本体、轴承、第一端盖和第二端盖，所述电机轴为卧式双输出轴伸结构，所述第一端盖及所述第二端盖均与所述电机轴之间通过所述轴承滚动连接。

优选的，所述安装法兰与机壳本体固连，所述安装法兰上设有用于散热的螺旋水循环通道，并在所述机壳本体上设有两个水接头，所述螺旋水循环通道的进水及出水两头分别与其中的一个所述水接头相连通。

优选的，所述电机轴上设有旋转变压器。

还有的优选方案是，所述盘式永磁电机还包括由接线盒座、传感器插座、接线盒盖及线缆固定接头组成的接线盒，所述接线盒与所述机壳本体的外壁固连，所述接线盒座上设有所述旋转变压器的线缆插座，所述接线盒中还设有基于超级电容的蓄电池。

有益效果是：与现有技术相比，本发明：

1、采用卧式双输出轴伸结构，呈扁平状，与起重机的滚筒外圆尺寸相接近，电机两轴伸端能够分别安装行星齿轮减速箱和制动器，将行星齿轮减速箱作为中间传动装置与起重机的滚筒相连接，通过行星齿轮减速箱变比后降低电机工作转矩近几十倍，同时减小了电机的体积；

2、电机内部可以对称分布两套或多套盘式定子及转子，每一对定子与转子构成一个电机，因此本发明属于双电机或多电机同步驱动方式，共用一套结构部件和旋转变压器，可视工作负荷灵活转化单电机运行、双电机或多电机运行，提高了材料的利用率，节省了电能和材料成本；

3、采用了永磁电机原理，效率高、功率因数高、转矩大、启动平稳、噪音低、调速性能好，起重机应用可精准定位，同时可避免频繁点动的冲击，延长了系统的使用寿命。永磁电机转子装有永磁体，在重物下降过程中电机处于发电状态，即将重力势能转化为电能，将其存储到超级电容中，当电网突然停电时，超级电容中存储的直流电可以通过逆变器给永磁电机供电，短时间内继续工作，确保起重机安全可靠运行；

4、采用永磁同步系列电机使系统效率高、功率因数高、转矩大、启动平稳、调速性能好、能精确定位，避免了频繁点动，减小了启动和运行噪声，延长了使用寿命。

5、整个起重机的结构简单，机构数量减小，安装简单，通过采用盘式永磁同步电机加行星齿轮的方式，减小了整个起升机构的体积，系统效率高、功率因数高、转矩大、启动平稳、调速性能好、能精确定位，避免了频繁点动，减小了启动和运行噪声，延长了使用寿命。

6、永磁电机转子装有永磁体，在重物下降过程中，起升机构用的永磁可以处于发电状态，将重力势能转化为电能，将其存储到位于接线盒中基于超级电容的蓄电池中，超级电容的优点有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，很适合起重机重物下降这个工况。当电网突然停电时，超级电容中存储的直流电可以通过逆变器给永磁电机供电，可以保证停电后起重机可以短时间内继续工作，使重物平稳降落到地面，保证了起重机安全可靠的运行。

7、机壳腔体中采用用于散热的螺旋水循环通道，水阻小、散热功率大，可大幅度的提高电机热负荷，进一步的缩小了电机体积。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：

图1 为本发明的较佳实施例的主视剖面图；

图2 为图1的右视图；

图3 为图1中的转子组件的实施例、2个转子在电机轴上的安装示意图；

图4为图3的右视图；

图5为图1中的定子组件的实施例、2个定子在机壳本体上的安装示意图（背靠背安装）；

图6为图5中第二定子的右视图；

图7为机壳腔体中、螺旋水循环散热通道的优选实施例的结构示意图；

其中的附图标记为：

1、机壳本体；2、第一端盖；3、第一轴承外盖；4、第一轴承内盖；5、转子组件；511、电机轴；512、第一轴承；513、第一转子；514、扇形磁钢；515、铝合金隔条；522、第二轴承；523、第二转子； 6、定子组件；611、第一定子；611a、定子铁芯；611b、定子线圈；612、安装法兰；621、第二定子；7、接线盒；8、第二端盖；9、第二轴承外盖；10、第二轴承内盖；11、旋转变压器；12、水接头；13、螺旋水循环通道。

具体实施方式

如图1-图7所示，一种应用在起重机上的盘式永磁电机，包括机壳套件、电机轴511、转子组件5及定子组件6，所述转子组件5的组数与所述定子组件6的组数相等且大于或等于2。所述机壳套件围成一中空的腔体，所述电机轴511水平穿过所述机壳套件、并与所述机壳套件之间转动连接，所述电机轴511上位于所述机壳套件外部设有用于传动的双输出轴伸结构；所述定子组件6位于所述机壳套件的腔体中且与所述机壳套件固连，所述定子组件6与所述电机轴511的环周之间设有径向间隙，所述电机轴511上固设所述转子组件5，所述转子组件5中的转子与所述定子组件6中的定子一一匹配对应，用于产生驱动所述电机轴511的电磁力矩。该实施例采用卧式双输出轴伸结构，呈扁平状，与起重机的滚筒外圆尺寸相接近，电机两轴伸端能够分别安装行星齿轮减速箱和制动器，将行星齿轮减速箱作为中间传动装置与起重机的滚筒相连接，通过行星齿轮减速箱变比后降低电机工作转矩近几十倍，同时减小了电机的体积，加上机壳腔体中采用螺旋水循环通道13，水阻小、散热功率大，可大幅度的提高电机热负荷，进一步的缩小了电机体积；制动器直接安装到电机的另一侧轴伸端，结构紧凑、合理，制动安全、可靠。电机内部对称分布两套盘式定、转子，属双电机同步驱动方式，共用一套结构部件和旋转变压器11，可视应用场合灵活转化单电机运行或双电机运行，提高了材料的利用率，节省了电能和材料成本。该发明采用了永磁电机原理，效率高、功率因数高、转矩大、启动平稳、噪音低、调速性能好，起重机应用可精准定位，同时可避免频繁点动的冲击，延长了系统的使用寿命。

起重机起升机构全部采用盘式永磁电机加行星齿轮（图中未表示）的驱动方式，不但整个系统的传动效率得到了提升，减速箱的增加也极大程度地减小了起升电机的体积，大大提高了整个起重机系统的可靠性与稳定性。

轴向永磁电机气隙呈平面型，气隙磁场沿轴向分布。轴向磁通永磁电机结构多样，按照定转子数目以及定转子相对位置可分为四类：单定转子结构、双定子中间转子结构、双转子中间定子结构和多盘式结构，本发明可根据负荷启动其中的定子及转子的数量。中间定子或转子的双边结构可以克服单边磁拉力等问题。

具体的，下面以定子及转子的组数为2的实施例举例说明。如图1、5和6所示，所述定子组件6包括第一定子611和第二定子621，所述转子组件5包括第一转子513和第二转子523；所述定子组件6还包括与所述机壳套件固连的一安装法兰612，安装法兰612可以是机壳本体1上的一部分，所述安装法兰612与所述电机轴511的环周之间设有径向间隙，所述第一定子611和所述第二定子621背靠背地安装在所述安装法兰612的两侧，所述第一转子513位于所述安装法兰612的一侧并朝向所述第一定子611，所述第二转子523位于所述安装法兰612的另一侧并朝向所述第二定子621，也就是说，所述第一转子513在所述第一定子611的外侧并与之相对，所述第二转子523在所述第二定子621的外侧并与之相对。所述第一定子611及所述第二定子621均由定子铁芯611a和定子线圈611b装配而成。

如图6所示，所述定子组件6的每个铁芯设有嵌线槽，所述嵌线槽为与相应的定子之间设有径向夹角的斜槽结构，这样可以减小电机的噪声，克服永磁电机的齿槽转矩。优选的，斜槽结构的径向夹角为一个齿距，可以更好地消除噪音。

优选的实施方式还有，所述定子组件6的每个铁芯均采用硅钢片材料。

此外，所述转子组件5的每个铁芯为端面环形磁钢槽，所述端面环形磁钢槽中粘接有扇形磁钢514，所述扇形磁钢514两两之间采用铝合金隔条515进行分隔，所述扇形磁钢514与其对应的铁芯之间通过螺栓紧固。

优选的，所述转子组件5的每个铁芯均采用电工软铁材料。

如图1所示，所述机壳套件包括机壳本体1、第一轴承512、第一端盖2、第二轴承522和第二端盖8，所述电机轴511为卧式双输出轴伸结构，所述第一端盖2及所述第二端盖8均与所述电机轴511之间通过所述轴承滚动连接。为了将各个轴承定位在所述电机轴511上，所述第一端盖2设有用于限制所述第一轴承512相对于所述电机轴511的轴向位置的第一轴承外盖3及第一轴承内盖4，所述第二端盖8设有用于限制所述第二轴承522相对于所述电机轴511的轴向位置的第二轴承外盖9及第二轴承内盖10。

如图1、7所示，所述安装法兰612与机壳本体1固连，所述安装法兰612上设有用于散热的螺旋水循环通道13，并在所述机壳本体1上设有两个水接头12，所述螺旋水循环通道13的进水及出水两头分别与其中的一个所述水接头12相连通，冷却水流入从进水的水接头12流入螺旋水循环通道13，冷却水在螺旋水循环通道13中带走所述安装法兰612、所述定子组件6以及所述机壳套件等的热量，并从出水的水接头12流出所述电机。图7中的箭头表示的是冷却水的流动方向。机壳腔体中采用用于散热的螺旋水循环通道13，水阻小、散热功率大，可大幅度的提高电机热负荷，进一步的缩小了电机体积。

优选的，如图1所示，所述电机轴511上设有旋转变压器11。旋转变压器11是一种电磁式传感器，又称同步分解器。它是一种丈量视点用的小型交流电动机，用来丈量旋转物体的转轴角位移和角速度。旋转变压器11是一种精密视点、方位、速度检查设备，适用于一切运用旋转变压器11的场合，是高温、严寒、潮湿、高速、高轰动等旋转编码器无法正常作业的场合。因为旋转变压器11以上特色，可彻底代替光电编码器或磁编码器。 此处是用于检测所述电机轴511的转轴角位移和角速度。

如图1所示，所述盘式永磁电机还包括由接线盒7座、传感器插座、接线盒7盖及线缆固定接头组成的接线盒7（图中未表示所述接线盒7的内部结构），所述接线盒7与所述机壳本体1的外壁固连，接线盒7座上设有所述旋转变压器11的线缆插座，所述接线盒7中还设有基于超级电容的蓄电池。永磁电机转子装有永磁体，在重物下降过程中，起升机构用的永磁可以处于发电状态，将重力势能转化为电能，将其存储到基于超级电容的蓄电池中，超级电容的优点有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽，很适合起重机重物下降这个工况。当电网突然停电时，超级电容中存储的直流电可以通过逆变器给永磁电机供电，可以保证停电后起重机可以短时间内继续工作，使重物平稳降落到地面，保证了起重机安全可靠的运行。其中，基于超级电容的蓄电池属于现有技术，在此不再赘述。

以上实施例不局限于该实施例自身的技术方案，实施例之间可以相互结合成新的实施例。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种应用在起重机上的盘式永磁电机，其特征在于，包括机壳套件、电机轴、转子组件及定子组件，所述转子组件的组数与所述定子组件的组数相等且大于或等于2；所述机壳套件围成一中空的腔体，所述电机轴水平穿过所述机壳套件、并与所述机壳套件之间转动连接；所述定子组件位于所述机壳套件的腔体中且与所述机壳套件固连，所述定子组件与所述电机轴的环周之间设有径向间隙，所述电机轴上固设所述转子组件，所述转子组件中的转子与所述定子组件中的定子一一匹配对应，用于产生驱动所述电机轴的电磁力矩。

2.根据权利要求1所述的盘式永磁电机，其特征在于，所述定子组件包括第一定子和第二定子，所述转子组件包括第一转子和第二转子；所述定子组件还包括与所述机壳套件固连的一安装法兰，所述安装法兰与所述电机轴的环周之间设有径向间隙，所述第一定子和所述第二定子背靠背地安装在所述安装法兰的两侧，所述第一转子位于所述安装法兰的一侧并朝向所述第一定子，所述第二转子位于所述安装法兰的另一侧并朝向所述第二定子。

3.根据权利要求1所述的盘式永磁电机，其特征在于，所述定子组件的每个铁芯设有嵌线槽，所述嵌线槽为与相应的定子之间设有径向夹角的斜槽结构。

4.根据权利要求1所述的盘式永磁电机，其特征在于，所述定子组件的每个铁芯均采用硅钢片材料。

5.根据权利要求1所述的盘式永磁电机，其特征在于，所述转子组件的每个铁芯为端面环形磁钢槽，所述端面环形磁钢槽中粘接有扇形磁钢，所述扇形磁钢两两之间采用铝合金隔条进行分隔，所述扇形磁钢与其对应的铁芯之间通过螺栓紧固。

6.根据权利要求1所述的盘式永磁电机，其特征在于，所述转子组件的每个铁芯均采用电工软铁材料。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的盘式永磁电机，其特征在于，所述机壳套件包括机壳本体、轴承、第一端盖和第二端盖，所述电机轴为卧式双输出轴伸结构，所述第一端盖及所述第二端盖均与所述电机轴之间通过所述轴承滚动连接。

8.根据权利要求7所述的盘式永磁电机，其特征在于，所述安装法兰与机壳本体固连，所述安装法兰上设有用于散热的螺旋水循环通道，并在所述机壳本体上设有两个水接头，所述螺旋水循环通道的进水及出水两头分别与其中的一个所述水接头相连通。

9.根据权利要求7所述的盘式永磁电机，其特征在于，所述电机轴上设有旋转变压器。

10.根据权利要求9所述的盘式永磁电机，其特征在于，所述盘式永磁电机还包括由接线盒座、传感器插座、接线盒盖及线缆固定接头组成的接线盒，所述接线盒与所述机壳本体的外壁固连，所述接线盒座上设有所述旋转变压器的线缆插座，所述接线盒中还设有基于超级电容的蓄电池。

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