專利名稱：直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用 永磁同步電動機。
背景技術(shù)：
起重機起升機構(gòu)作為一個典型的機械、電氣為一體的設(shè)備，擔負著 起升各種物品位移動的重要任務(wù)，是起重機吊車的主要核心部件，因此 電機是它的"心臟"部分，即動力源部件。
目前起重機起升機構(gòu)主要采用的電動機拖動系統(tǒng)可分為以下三類
1、三相異步交流電動機拖動系統(tǒng) 這是起重機起升機構(gòu)電力拖動發(fā)展的第一階段，普通的三相異步交流電 動機通過聯(lián)軸接、傳動桿、減速機的減速等措施來滿足起重機起升機構(gòu) 的性能和要求。由于鼠籠型異步電動機很難滿足提升機起動和調(diào)速性能 的要求，因此多采用繞線型異步電動機進行拖動。繞線型異步電動機轉(zhuǎn) 子回路串電阻后能限制起動電流和提高起動轉(zhuǎn)矩，并能在一定范圍內(nèi)調(diào) 速。這種系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，維護方便，價格低廉，安裝調(diào) 試方便等優(yōu)點。缺點是起動階段電能損耗較大，當用于要求頻繁起動或 不同運行速度的多水平起重機起升機構(gòu)時，這個問題就更為突出。由于 靠切除轉(zhuǎn)子回路電阻進行調(diào)速，所以系統(tǒng)的調(diào)速性能不好，調(diào)速范圍小且為有級調(diào)速。
2、 發(fā)電機組一直流電動機拖動系統(tǒng) 由于繞線型異步電動機的調(diào)速性能不夠理想，所以人們便開始采用這種 拖動方式。直流電動機的機械特性為直線，調(diào)速性能更好，工作更加可 靠。發(fā)電機一電動機直流拖動系統(tǒng)，主提升電動機為他勵式直流電動機， 由同步電動機驅(qū)動的直流發(fā)電機對其直接供電，通過改變直流發(fā)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(zhuǎn)速， 達到起重機起升機構(gòu)的調(diào)速目的。這種系統(tǒng)采用磁放大器和電機放大機 兩級放大的速度閉環(huán)調(diào)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，經(jīng)放大后供給電機放大機的給定繞組，經(jīng)再次放大后接 發(fā)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(gòu)成外反饋環(huán)節(jié)，電機放大機構(gòu)成電壓 負反饋環(huán)節(jié)，使磁放大器和電機放大機具有較理想的特性。通過與起重 機起升機構(gòu)硬軸連接的測速發(fā)電機獲得測速反饋信號，加到磁放大器速 度反饋繞組和給定信號進行綜合比較，構(gòu)成速度負反饋環(huán)節(jié)。發(fā)電機一 電動機直流拖動系統(tǒng)的特點是過載能力強，所需設(shè)備均為常規(guī)定型產(chǎn)品， 供貨容易，運行可靠，技術(shù)要求不高，對系統(tǒng)以外的電網(wǎng)不會造成有害
的影響。缺點是效率低，平均只有75%左右；調(diào)速范圍由于剩磁影響不 能過大；設(shè)備復(fù)雜、龐大、占地面積大等。目前，這種系統(tǒng)己較少采用。
3、 晶閘管整流裝置供電的直流拖動系統(tǒng)
自20世紀60年代初到70年代，在這近20年的時間里，伴隨著電力電 子技術(shù)的飛速發(fā)展，晶閘管整流裝置供電的直流拖動系統(tǒng)得到迅速發(fā)展和普及，這是起重機起升機構(gòu)電力拖動發(fā)展的第二階段。為獲得可逆運
行特性以實現(xiàn)四象限調(diào)速，這種系統(tǒng)通常有兩種電氣控制方案:一種是電 樞可逆自動調(diào)速方案，通過改變直流電動機的電樞電壓的極性，改變起 升機運行方向；另一種是磁場可逆自動調(diào)速方案，通過改變直流電動機 勵磁電流方向，來改變起升機的運行方向。不論采取哪種方案，調(diào)速方 法一般以調(diào)壓為主，調(diào)磁為輔。電樞可逆方案需改變電動機電樞回路電 流的方向，由于電樞回路電感較小，時間常數(shù)小(約幾十毫秒)，反向過程 進行快，因此適用于頻繁起動、制動的多水平提升系統(tǒng)。但是，這種方 案主回路需要兩套容量較大的晶閘管變流裝置， 一次性投資較大，起升 機容量越大，這個問題就越突出。磁場可逆方案，主回路只用一套晶閘 管變流裝置，勵磁回路采用兩套晶閘管變流裝置。由于勵磁功率較小， 所以設(shè)備總?cè)萘勘入姌锌赡娣桨感〉枚啵?一次性投資較少。但是，由于 勵磁回路電感量比較大，時間常數(shù)大(約零點幾秒到數(shù)秒)，因此，這種系 統(tǒng)反向過程較慢，在采用強迫勵磁之后，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(yīng)當指出，磁場可逆系統(tǒng)在電動機 反轉(zhuǎn)過程中，當勵磁電流改變方向時，應(yīng)使電動機的電樞電壓為零，以 防止電動機在切換過程中由于失勵磁而"飛車"，這不僅增大了反向過程 的死區(qū)，也增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜性。
上述三類起重機起升機構(gòu)用電機及拖動系統(tǒng)，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(tǒng)的傳動效率大為降低，并且存在著維護困難等等諸多問題。 減速機體積大、需要較大的安裝底座。由于減速機輸入端連接一個高速運行的三相異步電動機，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，減速機傳動系統(tǒng)雖具有降低轉(zhuǎn)速和增大扭矩的優(yōu)點，但其 效率低、耗損能量、運行噪音大等缺點是無法克服的。 一般而言，傳動 效率在68 88%之間，約有20 30。/。的電能以熱損耗形式被浪費掉。為
了降低減速機的磨損和傳動滑移過程中產(chǎn)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(chǎn) 生的油氣和油污也會對環(huán)境造成直接污染。晶閘管整流裝置供電的直流 拖動系統(tǒng)存在功率因數(shù)低的缺點。盡管采用了順序控制技術(shù)，但功率因 數(shù)仍然較低，需要由電網(wǎng)吸收大量的無功功率，對電網(wǎng)品質(zhì)因數(shù)產(chǎn)生嚴 重的影響。起重機起升機構(gòu)的容量越大，這個問題就越突出。另一方面， 直流電動機電樞回路的整流子限制了提升機容量的進一步增加，隨著起 重機起升機構(gòu)的噸位不斷擴大，起重機起升機構(gòu)單機容量也不斷加大， 電動機的換向整流子就成了一個薄弱環(huán)節(jié)。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有起重機拉升機構(gòu)拖動系統(tǒng)的成本高(例如減速機 的存在)、效率低、維護困難等問題，本發(fā)明提供了一種直驅(qū)式起重機起 升機構(gòu)用永磁同步電動機，實現(xiàn)電機的低速運行，輸出較大的轉(zhuǎn)矩，直 接驅(qū)動負載工作，大幅降低成本(取消減速機及其他一系列傳動機構(gòu))， 提高系統(tǒng)工作效率，增強了系統(tǒng)運行的可靠性，結(jié)構(gòu)簡單，降低了維修難度。
為了達到上述目的，本發(fā)明提供的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同 步電動機，包括永磁同步電動機殼體、定子繞組、定子鐵芯、永磁體、 轉(zhuǎn)子、巻筒轉(zhuǎn)軸、巻筒，所述永磁同步電動機的極數(shù)在20極以上。
根據(jù)權(quán)利要求本發(fā)明提供的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機一優(yōu)選技術(shù)方案是所述永磁同步電動機采用變頻器供電。
根據(jù)權(quán)利要求本發(fā)明提供的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機一優(yōu)選技術(shù)方案是所述轉(zhuǎn)子直接安裝于巻筒轉(zhuǎn)軸上。
根據(jù)權(quán)利要求本發(fā)明提供的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機一優(yōu)選技術(shù)方案是所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子支撐軸外側(cè)設(shè)有隔磁鋼圈。
根據(jù)權(quán)利要求本發(fā)明提供的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機一優(yōu)選技術(shù)方案是所述隔磁鋼圈外側(cè)設(shè)有若干轉(zhuǎn)子磁極。
根據(jù)權(quán)利要求本發(fā)明提供的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機一優(yōu)選技術(shù)方案是所述永磁體安裝于相鄰轉(zhuǎn)子磁極的縫隙中。
根據(jù)權(quán)利要求本發(fā)明提供的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機一優(yōu)選技術(shù)方案是所述永磁體表面涂有納米粘合劑。
根據(jù)權(quán)利要求本發(fā)明提供的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機一優(yōu)選技術(shù)方案是所述永磁同步電動機為單驅(qū)動或雙驅(qū)動。
根據(jù)權(quán)利要求本發(fā)明提供的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機一優(yōu)選技術(shù)方案是所述永磁同步電動機安裝過程如下永磁同步電 動機殼體固定在起重機起升機構(gòu)機座上，定子鐵心直接用螺栓安裝在永 磁同步電動機殼體上，定子繞組分布在定子鐵心上，轉(zhuǎn)子磁極用螺栓固定到隔磁鋼圈上，隔磁鋼圈與轉(zhuǎn)子支撐鐵通過螺栓連接在一起，轉(zhuǎn)子直 接安放在巻筒轉(zhuǎn)軸上，巻筒轉(zhuǎn)軸直接安放在巻筒用左軸承、巻筒用右軸 承上，調(diào)節(jié)定子、轉(zhuǎn)子安裝配合，保證電機的氣隙均勻，將電機的定子 固定到工作現(xiàn)場的指定位置，將永磁體抹上納米沾合劑塞到轉(zhuǎn)子的相鄰 轉(zhuǎn)子磁極的縫隙中；最后變頻器通過供電引線與永磁同步電機連線。 本發(fā)明的有益的技術(shù)效果是
1、 直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機直接使用，也可采用變 頻器供電，變頻器通過引線直接與永磁同步電機相連，實現(xiàn)永磁同步電 動機的變頻起動，提高了起重機起升機構(gòu)系統(tǒng)的傳動效率，增強了系統(tǒng) 運行的可靠性，結(jié)構(gòu)簡單，降低了維修難度等等。
2、 直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機中的各部件，加工與制 作將在工廠內(nèi)完成，但安裝過程將在起重機起升機構(gòu)的組裝現(xiàn)場同步完 成。先將電機的定子和轉(zhuǎn)子(不安裝永磁體)分別按順序組裝完成，將 電機的轉(zhuǎn)子固定到所述的巻筒轉(zhuǎn)軸上，調(diào)節(jié)定子、轉(zhuǎn)子安裝配合，保證 電機的氣隙均勻，將電機的定子固定到工作現(xiàn)場的指定位置，之后將永
磁體抹上納米粘合劑塞到轉(zhuǎn)子上附圖2中所示的位置，完成直驅(qū)式起重
機起升機構(gòu)用永磁同步電動機的安裝，完成變頻器與永磁同步電機連線 后，即可通過變頻器給電機供電，使其進入工作狀態(tài)，能夠完成起重起 升任務(wù)。
3、 直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機，通過增加永磁電機的
極數(shù)，采用變頻電源供電，實現(xiàn)電機的低速運行，輸出較大的轉(zhuǎn)矩，直 接驅(qū)動負載工作，取消減速機，取消部分傳動連桿和聯(lián)軸器等部件，提高系統(tǒng)工作效率。
4、 直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，能夠有效
的防止永磁電機裝配困難的問題。普通變頻永磁電機常采用表貼式轉(zhuǎn)子 結(jié)構(gòu)，安裝時永磁體常因與定子鐵心的碰撞而破碎，而本發(fā)明的結(jié)構(gòu)可 以有效的通過轉(zhuǎn)子磁極和隔磁鋼圈共同保護永磁體裝配時不易損壞。與
直流電機相比，大大降低了轉(zhuǎn)子的質(zhì)量和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度；與YZR 系列冶金起重用三相異步電動機相比，節(jié)省了集電環(huán)、高端蓋、軸承等 零部件，為生產(chǎn)和安裝帶來了很多便利。
5、 直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及安裝順 序，可以使安裝過程的磁阻轉(zhuǎn)矩降低為零，降低了安裝難度，降低了對 安裝工具(專用組裝設(shè)備)的要求和依賴，更加有利于永磁同步電動機 快速普及和發(fā)展。
6、 直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，直接安裝 到起重機起升機構(gòu)的巻筒轉(zhuǎn)軸上，與普通的聯(lián)軸器連接方式相比，此結(jié) 構(gòu)更簡單、實用，提高整個系統(tǒng)的效率。
7、 直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機，電動機基本型為單驅(qū) 動(一端)，也可雙驅(qū)動(兩端)。
8、 直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機，該電機可以根據(jù)工況 要求調(diào)整設(shè)計方案?；鞠盗蓄~定頻率50Hz，額定電壓380V，風
機冷卻，F(xiàn)、 H不同等級絕緣，基準工作制S3，免維護時間為10年，使 用壽命20年。
圖1是本發(fā)明實施例中直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機的
結(jié)構(gòu)圖2是本發(fā)明實施例中直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機的 轉(zhuǎn)子截面圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做詳細說明。
請參照圖1及圖2，本實施例的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步 電動機包括永磁同步電動機殼體l、定子繞組2、定子鐵心3、永磁體 4、轉(zhuǎn)子5、轉(zhuǎn)子磁極51、隔磁鋼圈52、轉(zhuǎn)子支撐軸53、巻筒轉(zhuǎn)軸6、 巻筒7、巻筒用右軸承8、巻筒用左軸承9、機座10、變頻器供電引線 11。永磁同步電動機殼體l、固定在起重機起升機構(gòu)機座10上，定子鐵 心3直接用螺栓安裝在永磁同步電動機殼體1上，定子繞組2分布在定 子鐵心3上，轉(zhuǎn)子5安放在巻筒轉(zhuǎn)軸6上，轉(zhuǎn)子磁極51用螺栓固定到隔 磁鋼圈52上，隔磁鋼圈52與轉(zhuǎn)子支撐軸53通過螺栓連接在一起，永磁 體4安放在轉(zhuǎn)子5上，巻筒轉(zhuǎn)軸6直接安放在巻筒用左軸承9、巻筒用 右軸承8上。本發(fā)明采用變頻器供電，變頻器通過供電引線11直接與永 磁同步電機相連，實現(xiàn)永磁同步電動機的變頻起動。
現(xiàn)場安裝具體實施方法上述直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電 動機中的各部件，加工與制作將在工廠內(nèi)完成，但安裝過程將在起重機 起升機構(gòu)的組裝現(xiàn)場同步完成。先將電機的定子和轉(zhuǎn)子(不安裝永磁體) ii分別按順序組裝完成，將電機的轉(zhuǎn)子固定到所述的巻筒轉(zhuǎn)軸上，調(diào)節(jié)定 子、轉(zhuǎn)子安裝配合，保證電機的氣隙均勻，將電機的定子固定到工作現(xiàn) 場的指定位置，之后將永磁體抹上納米沾合劑塞到轉(zhuǎn)子上相鄰轉(zhuǎn)子磁極 的縫隙中。，完成直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機的安裝，完成 變頻器通過供電引線與永磁同步電機連線后，即可通過變頻器給電機供 電，使其進入工作狀態(tài)，能夠完成起重起升任務(wù)。
本是實施例采用變頻器一一永磁電機直接驅(qū)動起重機起升機構(gòu)工
作，本系統(tǒng)的優(yōu)點是
(1) 節(jié)省減速機、聯(lián)軸器、轉(zhuǎn)動桿等部件，此結(jié)構(gòu)更簡單、實用， 提高整個系統(tǒng)的效率；
(2) 沒有整流子和碳刷這一薄弱環(huán)節(jié)，保證了電機的可靠運行和降 低了運行消耗；
(3) 功率因數(shù)高，可達0.9 1，極大地節(jié)省了電能；
(4) 動態(tài)品質(zhì)好，系統(tǒng)可在四象限平滑過渡和無級調(diào)速；
(5) 由于機械特性好，故起動轉(zhuǎn)矩大；
(6) 同步機的價格低于直流機；
(7) 調(diào)速范圍寬。因此，變頻調(diào)速永磁同步機拖動系統(tǒng)應(yīng)該是起重 機起升機構(gòu)的必然發(fā)展方向。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選技術(shù)方案對本發(fā)明所作的進一步詳細說 明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技 術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做 出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機，包括永磁同步電動機殼體(1)、定子繞組(2)、定子鐵芯(3)、永磁體(4)、轉(zhuǎn)子(5)、卷筒轉(zhuǎn)軸(6)、卷筒(7)，其特征在于所述永磁同步電動機的極數(shù)在20極以上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機，其特征在于所述永磁同步電動機采用變頻器供電。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子(5)直接安裝于巻筒轉(zhuǎn)軸(6)上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機，其特征在于所述轉(zhuǎn)子(5)的轉(zhuǎn)子支撐軸(53)外側(cè)設(shè)有隔磁鋼圈(52)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機，其特征在于所述隔磁鋼圈(52)外側(cè)設(shè)有若干轉(zhuǎn)子磁極(51)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機，其特征在于所述永磁體(4)安裝于相鄰轉(zhuǎn)子磁極(51)的縫隙中。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機，其特征在于所述永磁體(4)表面涂有納米粘合劑。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動 機，其特征在于所述永磁同步電動機為單驅(qū)動或雙驅(qū)動。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機，其特征在于所述永磁同步電動機安裝過程如下永磁同步電動機殼體(1)固定在起重機起升機構(gòu)機座(10)上，定子鐵心(3)直接用螺栓安裝在永磁同步電動機殼體(1)上，定子繞組(2)分布在定子鐵 心(3)上，轉(zhuǎn)子磁極(51)用螺栓固定到隔磁鋼圈(52)上，隔磁鋼圈 (52)與轉(zhuǎn)子支撐鐵(53)通過螺栓連接在一起，轉(zhuǎn)子(5)直接安放在 巻筒轉(zhuǎn)軸(6)上，巻筒轉(zhuǎn)軸(6)直接安放在巻筒用左軸承(9)、巻筒 用右軸承(8)上，調(diào)節(jié)定子、轉(zhuǎn)子(5)安裝配合，保證電機的氣隙均 勻，將電機的定子固定到工作現(xiàn)場的指定位置，將永磁體(4)抹上納米 沾合劑塞到轉(zhuǎn)子(5)的相鄰轉(zhuǎn)子磁極(51)的縫隙中；最后變頻器通過 供電引線(11)與永磁同步電機連線。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直驅(qū)式起重機起升機構(gòu)用永磁同步電動機，包括永磁同步電動機殼體、定子繞組、定子鐵芯、永磁體、轉(zhuǎn)子、卷筒轉(zhuǎn)軸、卷筒，所述永磁同步電動機的極數(shù)在20極以上。本發(fā)明通過增加永磁電機的極數(shù)，采用變頻電源供電，實現(xiàn)電機的低速運行，輸出較大的轉(zhuǎn)矩，直接驅(qū)動負載工作，取消減速機，結(jié)構(gòu)更簡單、實用，提高系統(tǒng)工作效率。本發(fā)明采用的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，能夠有效的防止永磁電機裝配困難的問題；通過轉(zhuǎn)子磁極和隔磁鋼圈共同保護永磁體裝配時不易損壞；安裝過程的磁阻轉(zhuǎn)矩降低為零，降低了安裝難度，降低了對安裝工具(專用組裝設(shè)備)的要求和依賴，大大降低了轉(zhuǎn)子的質(zhì)量和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。
文檔編號H02K21/00GK101662195SQ200910187488
公開日2010年3月3日 申請日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者歆 喬, 張炳義, 李建東 申請人:大連伯頓冠力電機有限公司