CN208010353U - 一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，所述盾构机刀盘机构包括有刀盘、旋转轴及轴承，其特征在于：所述刀盘固定安装于所述旋转轴一端；所述旋转轴通过轴承固定安装于盾构机前端本体基座内；所述旋转轴由无框组合式永磁同步直线电机直接驱动。本实用新型提供了一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，所述刀盘机构传动效率高、噪音低、扭矩大。

Description

一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构

技术领域

本实用新型属于涉及盾构机设备领域，尤其涉及一种采用无框组合式永磁同步直线电机直驱盾构机刀盘机构。

背景技术

盾构机是盾构施工中的重要施工机械，由于盾构施工具有安全、可靠、环境影响小劳动强度低、土方量少、效率高等优点，在城市轨道、水利、市政工程、矿山、公路、铁路隧道等领域得到广泛应用。因盾构机经常在复杂、恶劣的工作环境下施工,所以其传动系统要能够经受重载荷和大冲击,并且要求具备大功率、低速大扭矩输出等功能。

其中，刀盘的驱动系统是盾构机的核心部件，目前主要采用驱动动力源加传动机构的组合方式。所述传动机构属于中间设备，诸如减速箱、皮带轮等，在工作当中增加了摩擦副，传动效率低、噪音大。

驱动动力源主要采用双速电机主驱动与液压马达辅助组合的驱动方式或变频电机驱动方式，所述的双速电机主驱动与液压马达辅助组合的驱动方式有一下缺点：1、不能连续调速；2、地质适应性差；3、故障率高影响掘进速度；4、液压马达和电机不能同时驱动等问题。所述变频电机驱动方式虽然在低速时能输出较大的扭矩，但受到最大电磁转矩的限制，其脱困扭矩有限。实际上.只能增加电机功率来提高脱困扭矩，必然导致变频电机装机功率显著增加。然而在高速掘进工况下电机扭矩相对脱困扭矩非常小从而导致电机装机功率浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，所述刀盘机构传动效率高、噪音低、扭矩大。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，所述盾构机刀盘机构包括有刀盘、旋转轴及轴承，所述刀盘固定安装于所述旋转轴一端；所述旋转轴通过轴承固定安装于盾构机前端本体基座内；所述旋转轴由无框组合式永磁同步直线电机直接驱动，所述无框组合式永磁同步直线电机包括定子组件及转子组件；所述定子组件固定安装于所述本体基座上，为所述转子组件提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件固定安装于所述旋转轴上；

其中，所述定子组件为整圆形或非整圆形结构，所述的定子组件由若干呈扇形结构的定子单元组成；所述的定子单元为独立控制机构；所述定子单元包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组。

优选地，所述旋转轴呈环形柱状结构，尾端设有封板；其目的在于，所述环形柱状结构的设计既节省了材料用量，减轻了所述旋转轴的重量，降低了电机为克服自身转子重量而额外消耗的电能，同时还增大了所述转子基座与外界空气的接触面积，增大了散热效果，保证设备运转的稳定性。

优选地，所述转子组件为磁钢基板，所述磁钢基板绕所述旋转轴轴心线均布于所述旋转轴上；其目的在于，与原有旋转轴需要加工齿轮比起来，将磁基钢板直接安装在旋转轴上，大大降低了旋转轴制作难度；所述转子组件与旋转轴融为一体，减少了电机的部件组成，是电机结构更加简单，且节约成本；所述旋转轴可以为磁钢基板提供一个安装模板，在组装时，所述旋转轴与磁钢基板可以提前装配完成，作为一个整体进入下一步的安装工序，安装方便，提高安装效率。

进一步优选地，所述旋转轴上设有通风孔，首端设有第一防尘网；其目的在于，增加空气的流通性，提高散热效率；所述防尘网可在增加空气流通性的同时，保证外界杂质不进入电机内部，影响电机性能。

进一步优选地，所述旋转轴中设有散热风扇，所述散热风扇包括依次套接在设于所述封板中心固定轴上的风扇叶轮及驱动所述风扇叶轮旋转的行星齿轮盘；所述行星齿轮盘上设有重力杆；其目的在于，不需要外界额外的动力，实现设备的自散热，在旋转轴转动时，由于重力杆的作用，所述行星齿轮盘会绕固定轴旋转，从而驱动与所述行星齿轮盘相连接的所述风扇叶轮旋转产生风力；另一方面，所述旋转轴在工作时转速很低，所述行星齿轮盘与风扇叶轮会存在一个转速比，可以将风扇叶轮的转速放大，增大散热效果。

进一步优选地，所述磁钢基板均布于所述旋转轴的尾端侧壁和/或端面；其目的在于，方便对电机的拆装、更换。

优选地，所述定子组件还包括有定子基座；所述定子基座固定安装于所述本体基座上；所述定子单元固定安装于所述定子基座上；其目的在于，所述定子基座可以为定子单元提供一个安装模板，在组装时，所述定子基座与定子单元可以提前装配完成，作为一个整体进入下一步的安装工序，安装方便，提高安装效率，也可防止零散的部件遗漏，解决零部件繁多不好管理的问题。

进一步优选地，所述定子基座呈环形盖帽结构，开口端外缘设有安装台阶，尾部开有透气孔；所述透气孔中设有第二防尘网；所述定子单元置于所述盖帽的侧壁和/或端面；其目的在于，呈环形盖帽结构的所述定子基座为所述定子单元提供了安装位置的多样性，所述定子单元可以为环形柱状结构固定于侧壁，也可以为环形盘状结构固定于端面，对应所述磁钢基板。

优选地，所述定子基座上设有散热孔，所述散热孔中填充有导热材料；其目的在于，使得所述定子基座在保证自身良好的结构刚性的同时，也具备更加良好的导热性能，可将定子绕组通电产生的大量热量散发，保证电机的稳定运行，提高设备的寿命。

优选地，所述无框组合式永磁同步直线电机包括有编码器，所述编码器包括码盘及与所述码盘活动连接的磁感元件，所述码盘及磁感元件分开固定安装于所述驱动齿轮轴及所述定子组件上；其目的在于，为所述无框组合式永磁同步电机提供伺服控制系统，实现电机闭环矢量控制，实现转子转速及位置的精准控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：1、采用无框组合式永磁同步直线电机作为旋转轴的驱动电机，电机转子直接与旋转轴连接，电机定子环绕在转子的周围，固定在电机安装座上，以减少齿轮、减速箱等驱动中间环节，简化了设备的驱动方式及设备的结构形式，提高驱动效率，减少能源的损耗；2、直驱的方式大大减小了设备的体积，减轻了设备重量；3、永磁同步电机直驱的驱动形式具有响应速度快，控制精度高的优点；4、合理设计的散热结构，使电机实现了自散热。

附图说明

图1为本实用新型实施例一所述一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一的旋转轴结构示意图；

图3为本实用新型磁钢基板一的结构示意图；

图4为本实用新型定子单元一的结构示意图；

图5为本实用新型实施例二所述一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构的俯视结构示意图；

图6为本实用新型实施例二旋转轴结构示意图；

图7为本实用新型磁钢基板二的结构示意图；

图8为本实用新型定子单元二的结构示意图；

图9为本实用新型实施例三所述一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构的结构示意图；

图中：1、刀盘；2、旋转轴；21、通风孔；3、轴承；4、定子组件；41、定子基座；42、定子单元一；43、定子单元二；44、散热孔；5、转子组件；51、磁钢基板一；52、磁钢基板二；6、本体基座；7、第二防尘网；8、第一防尘网；9、固定轴；10、风扇叶轮；11、行星齿轮盘；11-1、重力杆；12、码盘；13、磁感元件。

具体实施方式

下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1-4所示，一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，所述盾构机刀盘机构包括有刀盘1、旋转轴2及轴承3，所述刀盘1固定安装于所述旋转轴2一端；所述旋转轴2通过轴承3固定安装于盾构机前端本体基座6内；所述旋转轴2由无框组合式永磁同步直线电机直接驱动，所述无框组合式永磁同步直线电机包括定子组件4及转子组件5；所述定子组件4固定安装于所述本体基座6上，为所述转子组件5提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件5固定安装于所述旋转轴2上；

其中，所述定子组件4为非整圆形结构，所述的定子组件4由六组呈扇形弧状结构的定子单元一42组成；所述的定子单元一42为独立控制机构；所述定子单元一42包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组。

作为本实施例的优选，所述旋转轴2呈环形柱状结构，尾端设有封板，首端设有第一防尘网8；所述转子组件5为磁钢基板一51；所述磁钢基板一51呈扇形弧状结构，绕所述旋转轴2轴心线均布于所述旋转轴2尾端侧壁上；进一步地，所述旋转轴2上设有通风孔21，所述通风孔21位于相邻的两块所述磁钢基板一51之间；所述旋转轴2中设有散热风扇，所述散热风扇包括依次套接在设于所述封板中心固定轴9上的风扇叶轮10及驱动所述风扇叶轮10旋转的行星齿轮盘11；所述行星齿轮盘11上设有重力杆11-1；所述定子组件4还包括有定子基座41；所述定子基座41固定安装于所述本体基座6上；所述定子单元一42固定安装于所述定子基座41上；进一步地，所述定子基座41呈环形盖帽结构，开口端外缘设有安装台阶，尾部开有透气孔；所述透气孔中设有第二防尘网7；所述定子单元一42置于所述定子基座内侧壁，与所述磁钢基板一51对应；进一步地，所述定子基座41上设有散热孔44，所述散热孔44中填充有石墨；进一步地，所述无框组合式永磁同步直线电机包括有编码器，所述编码器包括码盘12及与所述码盘12活动连接的磁感元件13，所述码盘12及磁感元件13分开固定安装于所述旋转轴2及所述定子基座41上

通电后，所述的定子单元一42为所述磁钢基板一51提供一个径向上旋转的磁场，促使所述定子组件4及转子组件5为所述旋转轴2提供绕所述旋转轴轴心线旋转的力矩，直接驱动所述刀盘旋转工作。

实施例二

如图5-8所示，一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，所述盾构机刀盘机构包括有刀盘1、旋转轴2及轴承3，所述刀盘1固定安装于所述旋转轴2一端；所述旋转轴2通过轴承3固定安装于盾构机前端本体基座6内；所述旋转轴2由无框组合式永磁同步直线电机直接驱动，所述无框组合式永磁同步直线电机包括定子组件4及转子组件5；所述定子组件4固定安装于所述本体基座6上，为所述转子组件5提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件5固定安装于所述旋转轴2上；

其中，所述定子组件4为非整圆形结构，所述的定子组件4由六组呈扇形盘状结构的定子单元二43组成；所述的定子单元二43为独立控制机构；所述定子单元二43包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组。

作为本实施例的优选，所述旋转轴2呈环形柱状结构，尾端设有封板，首端设有第一防尘网8；所述转子组件5为磁钢基板二52；所述磁钢基板二52呈扇形盘状结构，绕所述旋转轴2轴心线均布于所述旋转轴2尾端端面上；进一步地，所述旋转轴2上设有通风孔21，所述通风孔21位于相邻的两块所述磁钢基板二52之间；所述旋转轴2中设有散热风扇，所述散热风扇包括依次套接在设于所述封板中心固定轴9上的风扇叶轮10及驱动所述风扇叶轮10旋转的行星齿轮盘11；所述行星齿轮盘11上设有重力杆11-1；所述定子组件4还包括有定子基座41；所述定子基座41固定安装于所述本体基座6上；所述定子单元二43固定安装于所述定子基座41上；进一步地，所述定子基座41呈环形盖帽结构，开口端外缘设有安装台阶，尾部开有透气孔；所述透气孔中设有第二防尘网7；所述定子单元二43置于所述定子基座内端面，与所述磁钢基板二52对应；进一步地，所述定子基座41上设有散热孔44，所述散热孔44中填充有石墨；进一步地，所述无框组合式永磁同步直线电机包括有编码器，所述编码器包括码盘12及与所述码盘12活动连接的磁感元件13，所述码盘12及磁感元件13分开固定安装于所述旋转轴2及所述定子基座41上

通电后，所述的定子单元二43为所述磁钢基板二52提供一个轴向上旋转的磁场，促使所述定子组件4及转子组件5为所述旋转轴2提供绕所述旋转轴轴心线旋转的力矩，直接驱动所述刀盘旋转工作。

实施例三

如图9所述，一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，所述盾构机刀盘机构包括有刀盘1、旋转轴2及轴承3，所述刀盘1固定安装于所述旋转轴2一端；所述旋转轴2通过轴承3固定安装于盾构机前端本体基座6内；所述旋转轴2由无框组合式永磁同步直线电机直接驱动，所述无框组合式永磁同步直线电机包括定子组件4及转子组件5；所述定子组件4固定安装于所述本体基座6上，为所述转子组件5提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件5固定安装于所述旋转轴2上；

其中，所述定子组件4为非整圆形结构，所述的定子组件4由六组呈扇形弧状结构的定子单元一42及六组呈扇形弧状结构的定子单元二43组成；所述的定子单元一42及定子单元二43均为独立控制机构；所述定子单元一42及定子单元二43各自包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组。

作为本实施例的优选，所述旋转轴2呈环形柱状结构，尾端设有封板，首端设有第一防尘网8；所述转子组件5包括有磁钢基板一51及磁钢基板二52；所述磁钢基板一51呈扇形弧状结构，绕所述旋转轴2轴心线均布于所述旋转轴2尾端侧壁上；所述磁钢基板二52呈扇形盘状结构，绕所述旋转轴2轴心线均布于所述旋转轴2尾端端面上；进一步地，所述旋转轴2在相邻的两块所述磁钢基板一51之间及相邻的两块所述磁钢基板二52之间上设有通风孔21；所述旋转轴2中设有散热风扇，所述散热风扇包括依次套接在设于所述封板中心固定轴9上的风扇叶轮10及驱动所述风扇叶轮10旋转的行星齿轮盘11；所述行星齿轮盘11上设有重力杆11-1；所述定子组件4还包括有定子基座41；所述定子基座41固定安装于所述本体基座6上；所述定子单元一42及定子单元二43固定安装于所述定子基座41上；进一步地，所述定子基座41呈环形盖帽结构，开口端外缘设有安装台阶，尾部开有透气孔；所述透气孔中设有第二防尘网7；所述定子单元一42置于所述定子基座内侧壁，与所述磁钢基板一51对应；所述定子单元二43置于所述定子基座内端面，与所述磁钢基板二52对应；进一步地，所述定子基座41上设有散热孔44，所述散热孔44中填充有石墨；进一步地，所述无框组合式永磁同步直线电机包括有编码器，所述编码器包括码盘12及与所述码盘12活动连接的磁感元件13，所述码盘12及磁感元件13分开固定安装于所述旋转轴2及所述定子基座41上

通电后，所述的定子单元一42为所述磁钢基板一51提供一个径向上旋转的磁场，所述的定子单元二43为所述磁钢基板二52提供一个轴向上旋转的磁场促使所述定子组件4及转子组件5为所述旋转轴2提供绕所述旋转轴轴心线旋转的力矩，直接驱动所述刀盘旋转工作。

需要指出的是，所述定子基座41可以为一体成型结构，也可以采用组合的形式。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，所述盾构机刀盘机构包括有刀盘、旋转轴及轴承，其特征在于：所述刀盘固定安装于所述旋转轴一端；所述旋转轴通过轴承固定安装于盾构机前端本体基座内；所述旋转轴由无框组合式永磁同步直线电机直接驱动；所述无框组合式永磁同步直线电机包括定子组件及转子组件；所述定子组件固定安装于所述本体基座上，为所述转子组件提供旋转磁场；具有永磁特性的所述转子组件固定安装于所述旋转轴上；

其中，所述定子组件为整圆形或非整圆形结构，所述的定子组件由若干呈扇形结构的定子单元组成；所述的定子单元为独立控制机构；所述定子单元包括有定子铁心及缠绕在所述定子铁心上的定子绕组。

2.根据权利要求1所述的一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，其特征在于，所述旋转轴呈环形柱状结构，尾端设有封板。

3.根据权利要求1所述的一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，其特征在于，所述转子组件为磁钢基板，所述磁钢基板绕所述旋转轴轴心线均布于所述旋转轴上。

4.根据权利要求2所述的一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，其特征在于，所述旋转轴上设有通风孔，首端设有第一防尘网。

5.根据权利要求2所述的一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，其特征在于，所述旋转轴中设有散热风扇，所述散热风扇包括依次套接在设于所述封板中心固定轴上的风扇叶轮及驱动所述风扇叶轮旋转的行星齿轮盘；所述行星齿轮盘上设有重力杆。

6.根据权利要求3所述的一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，其特征在于，所述磁钢基板均布于所述旋转轴的尾端侧壁和/或端面。

7.根据权利要求1所述的一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，其特征在于，所述定子组件还包括有定子基座；所述定子基座固定安装于所述本体基座上；所述定子单元固定安装于所述定子基座上。

8.根据权利要求7所述的一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，其特征在于，所述定子基座呈环形盖帽结构，开口端外缘设有安装台阶，尾部开有透气孔；所述透气孔中设有第二防尘网；所述定子单元置于所述盖帽的侧壁和/或端面。

9.根据权利要求7所述的一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，其特征在于，所述定子基座上设有散热孔，所述散热孔中填充有导热材料。

10.根据权利要求1所述的一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的盾构机刀盘机构，其特征在于，所述无框组合式永磁同步直线电机包括有编码器，所述编码器包括码盘及与所述码盘活动连接的磁感元件，所述码盘及磁感元件分开固定安装于所述旋转轴及所述定子组件上。