礦井提升機專用直驅式永磁同步電動機的製作方法

2023-05-03 23:43:21 3

專利名稱：礦井提升機專用直驅式永磁同步電動機的製作方法
技術領域：
本發明屬於電動機技術領域，特別涉及一種礦井提升機專用直驅式永磁同步電動
機，為大型機械裝備用的主驅動電動機。
背景技術：
礦井提升機作為一個典型的機械、電氣一體型設備，擔負著提升煤炭的重要任務， 素有"礦井咽喉"之稱，而礦井提升機的電動機是它的核心部件。
目前，現有的礦井提升機主要採用以下三類電動機拖動系統
1 、交流繞線型異步電動機拖動系統 交流繞線型異步電動機拖動系統是礦井提升機電力拖動發展的第一階段，由於鼠 籠型異步電動機很難滿足礦井提升機起動和調速性能的要求，因此，礦井提升機多採用繞 線型異步電動機進行拖動。繞線型異步電動機轉子迴路串電阻後能限制起動電流和提高起 動轉矩，並能在一定範圍內調速。這種系統具有結構簡單，堅固耐用，建築面積小，維護方 便，價格低廉，安裝調試方便等優點。但是，其起動階段電能損耗較大，當用於要求頻繁起動 或不同運行速度的多水平提升機時，這個問題就更為突出。由於靠切除轉子迴路電阻進行 調速，所以系統的調速性能不好，調速範圍小且為有級調速。
2、發電機組_直流電動機拖動系統 由於繞線型異步電動機的調速性能不夠理想，所以，人們便開始採用發電機 組-直流電動機拖動方式。直流電動機的機械特性為直線，調速性能更好，工作更加可靠。 發電機組-直流電動機拖動系統的主提升電動機為他勵式直流電動機，他勵式直流電動機 由同步電動機驅動的直流發電機對其直接進行供電，通過改變直流發電機的勵磁大小來改 變直流電動機電樞兩端的電壓，從而改變電動機的轉速，達到提升機的調速目的。這種拖動 系統採用磁放大器和電機放大機兩級放大的速度閉環調速方式。給定部分送來的信號，加 到雙拍磁放大器的給定繞組上，經磁放大器放大後供給電機放大機的給定繞組，經電機放 大機再次放大後接發電機的勵磁繞組。磁放大器和電機放大機的反饋繞組按負反饋接法分 別接到各自的輸出端，磁放大器構成外反饋環節，電機放大機構成電壓負反饋環節，使磁放 大器和電機放大機具有較理想的特性。通過與提升機硬軸連接的測速發電機獲得速度反饋 信號，該速度反饋信號加到磁放大器速度反饋繞組上和給定信號進行綜合比較，構成速度 負反饋環節。該拖動系統的優點是過載能力強，所需設備均為常規定型產品，供貨容易，運 行可靠，技術要求不高，對系統以外的電網不會造成有害的影響；其缺點是效率低，平均 只有75%左右；調速範圍由於剩磁影響不能過大；設備複雜、龐大、佔地面積大等。目前，這 種系統已較少採用。
3、晶閘管整流裝置供電的直流拖動系統 自20世紀60年代初到70年代，在這近20年的時間裡，伴隨著電力電子技術的飛 速發展，晶閘管整流裝置供電的直流拖動系統得到迅速發展和普及，這是礦井提升機電力 拖動發展的第二階段。為獲得可逆運行特性以實現四象限調速，該拖動系統通常有兩種電
3氣控制方案一種是電樞可逆自動調速方案，通過改變直流電動機的電樞電壓的極性，改變 提升機的運行方向；另一種是磁場可逆自動調速方案，通過改變直流電動機勵磁電流方向， 來改變提升機的運行方向。不論採取哪種方案，調速方法一般以調壓為主，調磁為輔。電樞 可逆自動調速方案需改變電動機電樞迴路的電流方向，由於電樞迴路電感較小，時間常數 小(約幾十毫秒)，反向過程進行快，因此，適用於頻繁起動、制動的多水平提升系統。但是， 這種方案主迴路需要兩套容量較大的晶閘管變流裝置，一次性投資較大，提升機容量越大， 這個問題就越突出。磁場可逆自動調速方案主迴路只用一套晶閘管變流裝置，勵磁迴路採 用兩套晶閘管變流裝置。由於勵磁功率較小，所以設備總容量比電樞可逆自動調速方案小 得多，一次性投資較少。但是，由於勵磁迴路電感量比較大，時間常數大(約零點幾秒到數 秒)，因此，該系統反向過程較慢，在採用強迫勵磁之後，其快速性可得到一定程度的補償， 但切換時間仍在幾百毫秒以上。應當指出的是，磁場可逆自動調速系統在電動機反轉過程 中，當勵磁電流改變方向時，應使電動機的電樞電壓為零，以防止電動機在切換過程中由於 失勵磁而"飛車"，這不僅增大了反向過程的死區，也增加了控制系統的複雜性。
上述三類礦井提升機用電動機拖動系統都存在著一些我們不希望存在的缺點和 問題。比如減速機的存在，不僅增加了成本，還導致整個傳動系統的傳動效率大為降低，並 且存在著維護困難等諸多問題。礦井提升機中大多採用的蝸輪、蝸杆傳動減速機體積大、需 要較大的機房，不僅建築面積大，而且影響建築物的外形美觀。由於蝸杆端連接一個高速運 行的異步電動機，運行時其軸承噪聲大，其運行噪音一般在60 70db左右。齒輪傳動不可 避免地存在著機械磨損，隨著運行時間的增加，磨損使運動部件之間間隙變大，導致噪音加 劇、傳動效率下降。在機械傳動裝置中，蝸輪、蝸杆傳動系統雖然具有傳動比大的優點，但其 傳動效率低、消耗能量大、運行噪音大等缺點是無法克服的。 一般而言，蝸輪、蝸杆傳動系統 的傳動效率在67 78%之間，約有30%的電能以熱損耗形式被浪費掉。為了降低蝸輪、蝸 杆的磨損和傳動滑移過程中產生的摩擦熱，潤滑油的使用必不可少，定期更換潤滑油不僅 增加了日常維護費用，而且運行過程中產生的油氣和油汙也會對環境造成直接汙染。晶閘 管整流裝置供電的直流拖動系統存在功率因數低的缺點，儘管採用了順序控制技術，但功 率因數仍然較低，需要由電網吸收大量的無功功率，對電網品質因數產生嚴重的影響。礦井 提升機的容量越大，這個問題就越突出。另一方面，直流電動機電樞迴路的整流子限制了提 升機容量的進一步增加，隨著深井開採趨勢的不斷擴大，提升機單機容量將不斷加大，電動 機的換向整流子就成了一個薄弱環節。

發明內容
針對現有礦井提升機用電動機拖動系統存在的問題，本發明提供一種可提高礦井 提升系統的傳動效率，增強系統運行的可靠性，降低維修難度；且取消了減速機的礦井提升 機專用直驅式永磁同步電動機。 為了實現上述目的，本發明採用如下技術方案，一種礦井提升機專用直驅式永磁 同步電動機，包括電動機的殼體，在電動機的殼體內的中心處設置有嵌有永磁體的轉子，在 轉子的外側設置有繞有定子繞組的定子鐵心，所述的定子鐵心固定在電動機的殼體上；其 特點是所述的定子繞組通過引線與變頻器相連接。 所述的轉子包括中心具有通孔的轉子支撐鐵、具有凹槽的轉子極靴和隔磁鋼圈，所述的轉子極靴的底部通過螺栓固定在隔磁鋼圈上，隔磁鋼圈與轉子支撐鐵固定連接在一 起；所述的永磁體設置在轉子極靴間的凹槽內。 為了在安裝時使電動機的殼體能夠更方便地固定，在電動機的殼體兩側設置有機
座，電動機的殼體通過機座螺孔與機座固定連接在一起。 所述的定子鐵心通過螺栓固定在電動機的殼體上。 所述的隔磁鋼圈與轉子支撐鐵通過螺栓固定連接在一起。 所述的轉子支撐鐵與礦井提升機的巻筒轉軸通過螺栓固定連接在一起。 本發明的有益效果 1、本發明的永磁同步電動機的轉子直接安裝到礦井提升機的巻筒轉軸上，與普通 的聯軸器連接方式相比，此結構更簡單，更有利於整個系統效率的提高；變頻起動過程平 穩，性能優越；取消了起動繞組，不但可以降低成本，還能降低加工難度，提高節能效果。
2、由於本發明採用變頻器為永磁同步電動機供電，實現永磁同步電動機的變頻起 動；就使本發明的永磁同步電動機可實現低速運行，輸出較大的轉矩，直接驅動礦井提升機 工作，取消了減速機，提高了系統工作效率。 3、由於本發明的轉子包括中心具有通孔的轉子支撐鐵、具有凹槽的轉子極靴和隔 磁鋼圈，所述的轉子極靴的底部通過螺栓固定在隔磁鋼圈上，隔磁鋼圈與轉子支撐鐵固定 連接在一起；所述的永磁體設置在轉子極靴間的凹槽內；就使本發明的直驅式永磁同步電 動機大大降低了轉子的質量和轉子結構的複雜程度，使裝配更容易。而且，本發明可以通過 轉子極靴保護永磁體不易損壞，可有效地避免普通變頻永磁電機採用表貼式轉子結構，在 安裝時永磁體因與定子鐵心的碰撞而破碎現象的發生。 4、本發明可以使安裝過程的磁阻轉矩降低為零，降低了安裝難度，降低了對安裝 工具的要求和依賴，更有利於永磁同步電動機向大功率的方向發展。 本發明的直驅式永磁同步電動機的優點是①提升容量幾乎不受限制，最大可達 10000kW，提升速度可達20m/s以上，提升高度可達1200m以上，巻筒直徑可達5m，這是直流 系統難以達到的；②沒有整流子和碳刷這一薄弱環節，保證了電機的可靠運行和降低了運 行消耗；③功率因數高，可達0. 9 l，極大地節省了電能；④動態品質好，系統可在四象限 平滑過渡和無級調速；⑤由於機械特性好，故起動轉矩大；⑥同步機的價格低於直流機；⑦ 調速範圍寬。


圖1是本發明的永磁同步電動機的使用狀態的結構示意圖；
圖2是本發明的永磁同步電動機的轉子及永磁鐵的結構示意圖；
圖3是本發明的轉子極靴、隔磁鋼圈及永磁鐵的結構示意圖；
圖4是本發明的輔助定子端蓋的結構示意圖；
圖5是本發明的定子端蓋的結構示意圖； 圖中l-巻筒用右軸承，2-巻筒，3-巻筒用左軸承，4-巻筒轉軸，5-轉子，6-永磁 體，7-定子鐵心，8-定子繞組，9_電動機的殼體，10-機座螺孔，11-引線，12-變頻器，13-通 孔，14-轉子支撐鐵，15-隔磁鋼圈，16-螺栓，17-轉子極靴，18-凹槽，19-輔助定子上蓋， 20-輔助定子下蓋，21-第一定子端蓋，22-第二定子端蓋，23-第三定子端蓋。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發明做進一步的說明 —種礦井提升機專用直驅式永磁同步電動機，包括電動機的殼體9，在電動機的殼 體9內的中心處設置有嵌有永磁體6的轉子5，在轉子5的外側設置有繞有定子繞組8的定 子鐵心7，所述的定子鐵心7固定在電動機的殼體9上；所述的定子繞組8通過引線11與 變頻器12相連接。 所述的轉子5包括中心具有通孔13的轉子支撐鐵14、具有凹槽18的轉子極靴17
和隔磁鋼圈15，所述的轉子極靴17的底部通過螺栓16固定在隔磁鋼圈15上，隔磁鋼圈15
與轉子支撐鐵14固定連接在一起；所述的永磁體6設置在轉子極靴17間的凹槽18內。 為了在安裝時使電動機的殼體9能夠更方便地固定，在電動機的殼體9兩側設置
有機座，電動機的殼體9通過機座螺孔10與機座固定連接在一起。 所述的定子鐵心7通過螺栓16固定在電動機的殼體9上。 所述的隔磁鋼圈15與轉子支撐鐵14通過螺栓16固定連接在一起。 所述的轉子支撐鐵14與礦井提升機的巻筒轉軸4通過螺栓固定連接在一起。 下面結合

本發明的直驅式永磁同步電動機的現場安裝過程 本發明的直驅式永磁同步電動機中的各部件的加工與製作過程是在工廠內完成
的，其安裝過程則是在礦井提升機的應用現場完成。現場安裝時，首先將本發明的直驅式永
磁同步電動機的定子繞組8、定子鐵心7、轉子5和電動機的殼體9按照要求組裝好，然後通
過機械裝卸工具將轉子5安裝在礦井提升機的巻筒轉軸4上，礦井提升機的巻筒轉軸4設
置在巻筒用左軸承3和巻筒用右軸承l上。用吊車將電機定子及電動機的殼體9吊起，通
過輔助定子上蓋19和輔助定子下蓋20，保證電動機的氣隙均勻。將電動機的殼體9通過機
座螺孔10與機座固定在工作現場的指定位置，將永磁體6安裝到轉子極靴17間的凹槽18
內。安裝完成後，撤掉輔助定子上蓋19和輔助定子下蓋20，將定子端蓋安裝到電動機的殼
體9上，保證電機密封良好。最後，將變頻器12與定子繞組8連線後，即可通過變頻器12
給本發明的永磁同步電動機供電，實現永磁同步電動機的變頻起動。至此，完成了本發明的
直驅式永磁同步電動機的安裝過程。本發明的直驅式永磁同步電動機可進入工作狀態，完
成採煤任務。
權利要求
一種礦井提升機專用直驅式永磁同步電動機，包括電動機的殼體，在電動機的殼體內的中心處設置有嵌有永磁體的轉子，在轉子的外側設置有繞有定子繞組的定子鐵心，所述的定子鐵心固定在電動機的殼體上；其特徵在於所述的定子繞組通過引線與變頻器相連接。
2. 根據權利要求1所述的一種礦井提升機專用直驅式永磁同步電動機，其特徵在於所 述的轉子包括中心具有通孔的轉子支撐鐵、具有凹槽的轉子極靴和隔磁鋼圈，所述的轉子 極靴的底部通過螺栓固定在隔磁鋼圈上，隔磁鋼圈與轉子支撐鐵固定連接在一起；所述的 永磁體設置在轉子極靴間的凹槽內。
3. 根據權利要求1所述的一種礦井提升機專用直驅式永磁同步電動機，其特徵在於在 電動機的殼體兩側設置有機座，電動機的殼體通過機座螺孔與機座固定連接在一起。
4. 根據權利要求1所述的一種礦井提升機專用直驅式永磁同步電動機，其特徵在於所 述的定子鐵心通過螺栓固定在電動機的殼體上。
5. 根據權利要求2所述的一種礦井提升機專用直驅式永磁同步電動機，其特徵在於所 述的隔磁鋼圈與轉子支撐鐵通過螺栓固定連接在一起。
6. 根據權利要求2所述的一種礦井提升機專用直驅式永磁同步電動機，其特徵在於所 述的轉子支撐鐵與礦井提升機的巻筒轉軸通過螺栓固定連接在一起。
全文摘要
礦井提升機專用直驅式永磁同步電動機，屬於電動機技術領域，為大型機械裝備用的主驅動電動機。本發明提供一種可提高礦井提升系統的傳動效率，增強系統運行的可靠性，降低維修難度；且取消了減速機的礦井提升機專用直驅式永磁同步電動機。一種礦井提升機專用直驅式永磁同步電動機，包括電動機的殼體，在電動機的殼體內的中心處設置有嵌有永磁體的轉子，在轉子的外側設置有繞有定子繞組的定子鐵心，所述的定子鐵心固定在電動機的殼體上；其特點是所述的定子繞組通過引線與變頻器相連接。
文檔編號H02K11/00GK101707414SQ20091022024
公開日2010年5月12日 申請日期2009年11月27日 優先權日2009年11月27日
發明者馮濤, 張炳義, 李建東 申請人:大連伯頓冠力電機有限公司