CN117155012A - 一种内置式永磁行星电滚筒 - Google Patents

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Abstract

一种内置式永磁行星电滚筒，包括大扭矩永磁行星减速电机、滚筒、滚筒支撑架和空心轴；滚筒设置在滚筒支撑架上，空心轴同轴设置在滚筒内部，大扭矩永磁行星减速电机设置在空心轴内；大扭矩永磁行星减速电机包括电机和行星齿轮减速器，电机输出端和行星齿轮减速器连接；电机包括电机机壳、定子和转子组件；定子设置在电机机壳内部，转子组件设置在定子内部。本发明通过将高速电机和大减速比的行星减速机集成一体化设计，形成全新结构的高功率密度的一体式减速电机，利用该减速电机的体积小扭矩密度大的特点，将其集成与滚筒内部，从而大大减小了整个滚筒系统所占的空间，能够大大减小电滚筒的空间需求，降低了了制造成本。

Description

一种内置式永磁行星电滚筒
技术领域
本发明涉及带式输送机领域，具体涉及一种内置式永磁行星电滚筒。
背景技术
目前带式输送机领域主要驱动方式为外置的三相异步电机经圆柱齿轮减速器减速直接带动滚筒转动，滚筒带动皮带移动从而实现物料的输送，由于三相异步电机及减速器体积较大，占据了较大的安装空间，对安装场地的空间提出了需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内置式永磁行星电滚筒，以解决三相异步电机及减速器体积较大，占据了较大的安装空间的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种内置式永磁行星电滚筒，包括大扭矩永磁行星减速电机、滚筒、滚筒支撑架和空心轴；滚筒设置在滚筒支撑架上，空心轴同轴设置在滚筒内部，大扭矩永磁行星减速电机设置在空心轴内；
大扭矩永磁行星减速电机包括电机和行星齿轮减速器，电机输出端和行星齿轮减速器连接；
电机包括电机机壳、定子和转子组件；定子设置在电机机壳内部，转子组件设置在定子内部。
进一步的，滚筒的两端设置有滚筒端盖，行星齿轮减速器的输出端连接其中一个滚筒端盖。
进一步的，行星齿轮减速器的输出端为支撑轴，支撑轴通过第一支撑座和滚筒支撑架连接，支撑轴和第一支撑座之间设置有圆锥滚子轴承。
进一步的，另一个滚筒端盖一侧的空心轴上连接有连接轴，连接轴和另一个滚筒端盖之间设置球面滚子轴承，且连接轴通过第二支撑座和滚筒支撑架连接。
进一步的，行星齿轮减速器包括减速器外壳、内齿圈、三级减速器组件和减速器输出轴；减速器外壳和电机机壳固定连接，减速器外壳内侧面设置有内齿圈，三级减速器组件设置在内齿圈内侧，三级减速器组件的一端连接转子组件，另一端连接减速器输出轴。
进一步的，转子组件包括电机输出轴和磁钢，磁钢采用内嵌式固定在电机输出轴上，电机输出轴通过深沟球轴承双侧支撑。
进一步的，定子通过定子热套与电机机壳固定在一起；定子热套外圆留有螺旋水道，螺旋水道两端连接两个出水口，出水口与螺旋水道形成通路；减速器外壳上设置有两个出水口，出水口上安装与之对应的水嘴；减速器外壳上布置有螺旋水道，螺旋水道和水嘴连通。
进一步的，空心轴和滚筒的内侧壁之间设置有若干空腔，出水口和水嘴均位于空腔内，且与制冷机连接。
进一步的，三级减速器组件包括三个太阳轮、三个行星架和九个行星齿轮；每个太阳轮的周围均啮合三个行星齿轮形成一个齿轮组，相邻的齿轮组之间通过行星架连接，最末端的行星架连接减速器输出轴，另一端的太阳轮连接转子组件的电机输出轴；三个行星齿轮的外侧和内齿圈啮合；行星齿轮及最末端的行星架所用的轴承均为球轴承；内齿圈上对应加工有轴承滚道。
进一步的，电机机壳的后端连接后法兰，编码器使用螺母固定在电机输出轴上。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明通过将高速电机和大减速比的行星减速机集成一体化设计，形成全新结构的高功率密度的一体式减速电机，利用该减速电机的体积小扭矩密度大的特点，将其集成与滚筒内部，从而大大减小了整个滚筒系统所占的空间，能够大大减小电滚筒的空间需求，降低了了制造成本。同时将整个制冷系统集成在一个电柜内，保证了整个结构的紧凑性，也保证整个电滚筒的温度在合理工作范围内。
附图说明
图1为本发明整体结构图；
图2为本发明整体剖视图；
图3为本发明大扭矩永磁行星减速电机内部结构图；
图4为本发明行星减速器外观；
图5为行星减速器内部结构。
其中：
滚筒4、滚筒端盖41、滚筒支撑架5、空心轴6、支撑轴51、第一支撑座52、圆锥滚子轴承53、第二支撑座54、球面滚子轴承61、电机1、行星齿轮减速器2、电机机壳11、定子12、电机输出轴13、定子热套15、后法兰16、减速器外壳21、内齿圈24、减速器输出轴23、螺旋水道26、水嘴25、太阳轮27、行星架29、行星齿轮28、滚珠轴承30、放油塞31、油封32。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1至图5，包括大扭矩的永磁行星减速电机、内置式的电滚筒结构、滚筒的驱动系统及滚筒的冷却系统。
所述的大扭矩的永磁行星减速电机是将将高速永磁电机与高减速比的行星减速器相结合，从而实现低速大扭矩的输出，大大减小了电机的体积，降低了制造成本；
所述的内置式电滚筒结构包含支撑滚筒的钢架及滚筒本身，整个结构通过内置于滚筒的大扭矩永磁行星减速电机驱动，带动滚筒的转动从而实现物料的输送。
其中永磁电机的输出轴作为与行星减速器的输入端连接在一起组成了永磁行星减速电机，能够将高速永磁电机输出通过高减速比的行星减速器减速以后变为低速大扭矩的输出，整个永磁行星减速电机安装于滚筒内部的空心轴内部，整个空心轴的右端与右支撑座相固连，右支撑座固定在钢架上，从而限制了空心轴及整个减速电机的各个自由度；永磁行星减速电机采用了行星架输出的方式进行输出，表现在该结构上为减速器左端的输出盘，输出盘与滚筒左端盖及支撑轴同时相固定，滚筒左端盖与滚筒在滚筒端部通过螺钉相连接，支撑轴在左端与左支撑座通过两个圆锥滚子轴承进行支撑，同时保证了输出盘的旋转自由度。滚筒内部与空心轴之间用一个调心滚子轴承进行支撑，保证了滚筒整个的旋转自由度。
滚筒工作时电机带动减速器，减速器输出盘带动整个滚筒旋转，从而实现传动。
所述的电滚筒控制驱动系统包含了驱动滚筒的变频器及控制滚筒工作的运动控制板；控制系统用来调节滚筒的启停时的加减速以及带载启动，零速制动等功能，满足实际工况的要求；
所述的电滚筒的冷却系统包含制冷机及整个温控系统，制冷机通过其自身的冷却管路与电滚筒内部的散热管路相连，通过温控系统采集回来的温度数据控制制冷机的工作，保证整个电滚筒的温度在合理工作范围内。
大扭矩的永磁行星减速电机包括高速电机及安装在电机机壳前端的行星齿轮减速器。
所述电机1包括电机机壳11及固定在机壳内包括定子12，转子组件，后法兰14，及配套安装在电机后端的编码器等。
所涉及的行星齿轮减速器2包括与电机机壳相固连的减速器外壳21，与电机输出轴13相连接的太阳轮27，与太阳轮27齿轮相互啮合的行星轮组件，与行星轮组件相连接减速器输出轴23，与行星齿轮相啮合的减速器外壳上的内齿圈24及与减速器的输出轴。
减速器行星轮及减速器的输出盘所用的轴承均为自制滚道的球轴承；
减速器外壳的内腔壁加工有和行星轮相互啮合的内齿圈，内齿圈上对应加工有轴承滚道。
减速器外壳21上部包括两个出水口，能够安装与之对应的水嘴25。
减速器的机壳外圆上布置有螺旋水道26，能够与减速器的水套外壳形成水道通路，通过冷却液带走多余的热量，保证减速器的散热。
太阳轮27通过双键及螺钉与电机输出轴13相固连，保证转矩的传递。
行星轮组件包括三个环绕上述太阳轮27的行星齿轮28及与所述行星齿轮连接的行星架29，行星齿轮同时与太阳轮及所述减速器外壳内腔壁上的内齿啮合。
所涉及的电机包括电机机壳组件及固定在机壳内包括定子，转子组件，后法兰，失电电磁制动器及配套安装在电机后端的编码器。
电机机壳11组件由定子及与定子热套15在一起的水套组成，水套外圆留有螺旋水道，水套外圆留有两出水口，水口与水道形成通路可以保证冷却液的通过，以保证对机壳的冷却。
定子12由定子铁心、定子冲片、定子线圈等组成，定子通过热套15与机壳11固定在一起。
转子组件包括电机输出轴13，磁钢，平衡环，转子铁心，磁钢采用内嵌式固定方式，转子组件通过深沟球轴承双侧支撑。
失电电磁制动器的制动盘与电机的输出轴通过键连接，保证制动力矩的传递。
编码器使用螺母固定在电机输出轴上，与编码器定子保证相对位置关系。
后法兰与电机机壳的后端相固定，编码器定子固定在失电电磁制动器端面的外部。
电机出线位置位于电机机壳外圆靠近尾部处，电机的接线盒通过接线盒转接板与电机机壳相连接。
电机采用的是永磁电机。对于常用的电励磁电机来说，其内部转子有绕组的存在，运行时相对于永磁电机来说转子绕组会产生铜耗，影响了电机效率的提升，同时对于电励磁电机来说，一定输出转速的条件下，增大输出转矩就要增加电机的体积，影响了功率密度和转矩密度的提高。相比于传统电机能效方面永磁电机有以下的优势：1由于永磁同步电机的磁场是由永磁体产生的，从而避免了通过励磁电流来产生磁场导致的励磁损耗2永磁同步电机的外特性效率曲线相比异步电机来说，它在轻载时效率值要高很多，所以这是永磁同步电机在节能方面，相比异步电机最大的一个优势3由于永磁同步电机功率因数高，这样相比异步电机而言其电机电流更小，相应地电机的定子铜耗更小，效率也更高。4永磁同步电机转子无电阻损耗，定子绕组几乎不存在无功电流，因而电机温升低。同体积、同重量的永磁电机功率可提高30％左右，同功率容量的永磁电机体积、重量、所用材料可减少30％。
实施例：
本实例提供的一体式大扭矩行星减速电机，包括电机和安装于电机前端的行星齿轮减速器。行星减速器包括减速器的外壳、设于减速器外壳内的行星减速机构及减速器输出轴。电机具有穿设于机壳内并一端伸出与行星齿轮减速器相连接的电机输出轴。工作时，电机的输出功率通过输出轴传出，经行星齿轮减速机构减速传动后，由减速器输出轴向外输出动力。作为本实施例的一较佳方案，该行星减速器的额定转速为38rpm，额定转矩为34000N·m，最高输出扭矩74800N·m。
参照图1体机内部结构所示，行星齿轮减速器为三级行星减速器，输入端为与电机输出轴相连接的一级太阳齿轮(输入端太阳齿轮)，输入端太阳轮与三个围绕其的一级行星齿轮相啮合；与三个一级行星齿轮相固定的一级行星架背部与二级太阳轮相固连，以此类推形成了三级行星减速器。
在所示的结构中，三个行星齿轮等间距的设置，该结构能够使各齿轮受力均匀，具有更好的稳定性，行星齿轮不限于三个，后期可根据输出轴所需的转矩要求进行增加或者减少，尺寸模数也可改变，保证输出转矩系列化。
进一步的，全部齿轮采用金属制作而成，所用金属材料的选型及所对应的的热处理方式都进行了优化，使减速器具有更好的强度及使用寿命，降低了传动过程中的噪声，使传动更加稳定。同时又使减速器的结构，重量，体积得到优化，得到更好的经济效益。
进一步的行星齿轮与行星架之间通过自制的双列滚道轴承进行连接，相比于使用标准轴承来说，使用齿轮的基体材料替代了原有标准齿轮的滚道，能够大大缩小行星轮的整体齿轮，使整个减速器的外形尺寸更加紧凑，降低了制造成本，同时自制轴承的滚珠数量相较于标准轴承多，提高了轴承的承载能力。
进一步的，太阳齿轮、行星齿轮、内齿圈齿轮都采用了直齿齿形，能够防止传动时产生轴向力，同时又对齿形进行了变位，增强了承载能力。
进一步的该减速器的减速比为81，当然在实际使用时，各个齿轮的齿数和模数不限于所给定的参数，可以在满足传动强度的前提下通过不同的齿数模数组合获得不同的传动比和传动尺寸，以满足不同的使用需求。
进一步的，减速器机壳外圆处开有挖空的水道，通过与减速器水套的配合之后可以形成冷却液的通路，可以带走减速器所产生的多余热量。本次冷却介质选择的为水。
参照内部结构所示，电机的结构主要包括电机机壳及机壳内部的定子、转子组件、后法兰、编码器、失电电磁制动器及接线盒，电机为永磁电机，作为本实施例的一较佳方案，该永磁电机的额定转速为3000rpm，额定转矩为410N·m，额定功率132KW。
进一步的，转子铁芯采用分段式的结构，内嵌磁钢后，将多段铁芯压入转轴中，铁芯两端固定有黄铜制作的端板。
进一步的电机转子通过两深沟球轴承与前法兰及电机的后法兰连接，其中与后法兰连接的轴承安装有波纹弹簧，能够减少后法兰的磨损提高使用寿命，降低工作时的噪音，减轻振动。
进一步的电机转子的端部固定有编码器编码器使用圆螺母在轴向进行固定，用来检知旋转速度及位置。
进一步的，机壳外圆留有螺旋水道，水道参数经过优化能够保证及时带走电机所产生的热量，水套外圆留有两出水口，出水口在机身的侧面，水口与水道形成通路可以保证冷却液的通过，以保证对机壳的冷却，冷却介质选择为水。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种内置式永磁行星电滚筒，其特征在于，包括大扭矩永磁行星减速电机、滚筒(4)、滚筒支撑架(5)和空心轴(6)；滚筒(4)设置在滚筒支撑架(5)上，空心轴(6)同轴设置在滚筒(4)内部，大扭矩永磁行星减速电机设置在空心轴(6)内；
大扭矩永磁行星减速电机包括电机(1)和行星齿轮减速器(2)，电机(1)输出端和行星齿轮减速器(2)连接；
电机(1)包括电机机壳(11)、定子(12)和转子组件；定子(12)设置在电机机壳(11)内部，转子组件设置在定子(12)内部。
2.根据权利要求1所述的一种内置式永磁行星电滚筒，其特征在于，滚筒(4)的两端设置有滚筒端盖(41)，行星齿轮减速器(2)的输出端连接其中一个滚筒端盖。
3.根据权利要求2所述的一种内置式永磁行星电滚筒，其特征在于，行星齿轮减速器(2)的输出端为支撑轴(51)，支撑轴(51)通过第一支撑座(52)和滚筒支撑架(5)连接，支撑轴(51)和第一支撑座(52)之间设置有圆锥滚子轴承(53)。
4.根据权利要求2所述的一种内置式永磁行星电滚筒，其特征在于，另一个滚筒端盖一侧的空心轴(6)上连接有连接轴，连接轴和另一个滚筒端盖之间设置球面滚子轴承(61)，且连接轴通过第二支撑座(54)和滚筒支撑架(5)连接。
5.根据权利要求1所述的一种内置式永磁行星电滚筒，其特征在于，行星齿轮减速器(2)包括减速器外壳(21)、内齿圈(24)、三级减速器组件和减速器输出轴(23)；减速器外壳(21)和电机机壳(11)固定连接，减速器外壳(21)内侧面设置有内齿圈(24)，三级减速器组件设置在内齿圈(24)内侧，三级减速器组件的一端连接转子组件，另一端连接减速器输出轴(23)。
6.根据权利要求1所述的一种内置式永磁行星电滚筒，其特征在于，转子组件包括电机输出轴(13)和磁钢，磁钢采用内嵌式固定在电机输出轴(13)上，电机输出轴(13)通过深沟球轴承双侧支撑。
7.根据权利要求1所述的一种内置式永磁行星电滚筒，其特征在于，定子(12)通过定子热套(15)与电机机壳(11)固定在一起；定子热套(15)外圆留有螺旋水道，螺旋水道两端连接两个出水口，出水口与螺旋水道形成通路；减速器外壳(21)上设置有两个出水口，出水口上安装与之对应的水嘴(25)；减速器外壳(21)上布置有螺旋水道(26)，螺旋水道(26)和水嘴(25)连通。
8.根据权利要求7所述的一种内置式永磁行星电滚筒，其特征在于，空心轴(6)和滚筒(4)的内侧壁之间设置有若干空腔，出水口和水嘴(25)均位于空腔内，且与制冷机连接。
9.根据权利要求5所述的一种内置式永磁行星电滚筒，其特征在于，三级减速器组件包括三个太阳轮(27)、三个行星架(29)和九个行星齿轮(28)；每个太阳轮(27)的周围均啮合三个行星齿轮(28)形成一个齿轮组，相邻的齿轮组之间通过行星架(29)连接，最末端的行星架(29)连接减速器输出轴(23)，另一端的太阳轮(27)连接转子组件的电机输出轴(13)；三个行星齿轮(28)的外侧和内齿圈(24)啮合；行星齿轮(28)及最末端的行星架(29)所用的轴承均为球轴承；内齿圈上对应加工有轴承滚道。
10.根据权利要求1所述的一种内置式永磁行星电滚筒，其特征在于，电机机壳(11)的后端连接后法兰(16)，编码器使用螺母固定在电机输出轴上。
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CN117780894A (zh) * 2024-02-23 2024-03-29 北京中科科美科技股份有限公司 一种真空设备中高扭矩密封传动装置
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