本發(fā)明涉及一種電磁剎車電機，特別是關于一種在電能轉換技術領域中應用的具有渦流制動與取能發(fā)電雙功能的電磁剎車電機。

背景技術：

石油鉆機系統(tǒng)的起升系統(tǒng)負責鉆桿的上升與下降，在鉆機系統(tǒng)中具有重要作用。起升系統(tǒng)的絞車負責帶動鉆桿上升與下降，為了方便有效地控制鉆桿下落的速度，絞車都有電磁剎車。電磁剎車實際是一臺電磁渦流制動器，通過轉子渦流產生的轉矩對鉆桿進行制動剎車，這個制動過程中，鉆桿下放的動能轉換為渦流產生的熱能，完全消耗的電磁剎車的轉子上，引起轉子的發(fā)熱，造成能量的浪費。如果能夠將該浪費的能夠收集利用，具有重要的節(jié)能價值和意義。特別是目前節(jié)能減排是全社會、全人類共同的目標。

如圖1、圖2所示，現(xiàn)有電磁剎車用的電磁渦流制動器結構包括外轉子1、N極爪極2、S極爪極4、中間磁軛3和環(huán)形勵磁繞組5。該制動器采用外轉子結構，外轉子1為空心杯結構，是一個由導磁導電材料構成的圓環(huán)，外轉子1通過聯(lián)接部件與轉軸固定相聯(lián)。外轉子1內部為靜止的N極爪極2和S極爪極4，N極爪極2和S極爪極4內包圍著勵磁繞組5，勵磁繞組5為環(huán)形勵磁線圈。中間磁軛3起著將N極爪極2和S極爪極4之間的磁路閉合減小磁阻的作用。該系統(tǒng)結構簡單，結實耐用，特性能滿足鉆桿下放時制動需要。但是該制動器將制動回收的動能完全消耗在轉子的渦流之中，沒有實現(xiàn)能量的回收利用。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有渦流制動與取能發(fā)電雙功能的電磁剎車電機，該電機結構不改變原有的剎車功能，在保證其原有的可靠性的基礎上，增加發(fā)電取能的功能，將能量加以利用。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案：一種具有渦流制動與取能發(fā)電雙功能的電磁剎車電機，其特征在于：該電機結構包括殼體、外定子鐵芯、外定子繞組、杯型轉子、內定子磁極、內定子勵磁繞組和內定子磁軛；所述外定子鐵芯固定連接在所述殼體的內壁上；在所述外定子鐵芯的內側開設有多個外定子槽，所述外定子槽內布置所述外定子繞組；所述杯型轉子通過聯(lián)接部件固定在轉軸上，所述轉軸通過軸承轉動支撐在所述殼體內；所述杯型轉子內設置有所述內定子磁極、內定子勵磁繞組和內定子磁軛。

進一步，所述杯型轉子為一由導磁導電材料制成的空心杯，其外表面與外定子形成異步電機，其內表面與內定子形成電磁渦流制動器。

進一步，所述內定子磁極為一對爪極磁極，其包括內定子N極磁極和內定子S極磁極；在所述內定子N極磁極和內定子S極磁極之間設置有所述內定子勵磁繞組和內定子磁軛。

進一步，所述內定子勵磁繞組為一環(huán)形的勵磁繞組。

進一步，所述外定子鐵心和外定子勵磁繞組采用整個圓周布置，或采用模塊化的結構，不占據整個圓周。

本發(fā)明由于采取以上技術方案，其具有以下優(yōu)點：1、本發(fā)明不改變原有電磁剎車的電磁渦流制動器的結構和功能的基礎上，增加取能發(fā)電部件，實現(xiàn)剎車制動功能的同時能夠取能發(fā)電。2、本發(fā)明取能發(fā)電采用異步電機而不采用永磁體，即通過定子勵磁從而使電機的磁場大小可以根據需要進行調節(jié)，這樣當電機處于高速運行時，維持所需電壓的勵磁電流不大，此時可以通過調節(jié)減小磁場，提高系統(tǒng)效率。3、本發(fā)明將取能發(fā)電轉子與渦流制動轉子進行集成，實現(xiàn)轉子的集成，簡化系統(tǒng)結構。4、本發(fā)明轉子為實心結構，不需要布置繞組和永磁體，因此強度高，適合高速運行。本發(fā)明可以廣泛應用于替換原有的電磁渦流制動器，需要制動和取能雙功能場合，對于改造油田現(xiàn)有裝備，提升性能，實現(xiàn)節(jié)能具有重要作用，具有良好的市場應用前景。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的電磁渦流制動器的典型結構；

圖2是現(xiàn)有的電磁渦流制動器的爪極磁極部分的典型結構；

圖3為本發(fā)明的具有渦流制動和取能發(fā)電雙功能的電磁剎車電機總體機構圖；

圖4為本發(fā)明的具有渦流制動和取能發(fā)電雙功能的電磁剎車電機爆炸圖；

圖5為本發(fā)明的具有渦流制動和取能發(fā)電雙功能的電磁剎車電機內定子爆炸圖；

圖6為本發(fā)明的具有渦流制動和取能發(fā)電雙功能的電磁剎車電機模塊化外定子結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進行詳細的描述。

如圖3～圖5所示，本發(fā)明提供一種具有渦流制動與取能發(fā)電雙功能的電磁剎車電機，其包括殼體11、外定子鐵芯12、外定子繞組13、杯型轉子14、內定子磁極15、內定子勵磁繞組16和內定子磁軛17。

其中，外定子鐵芯12固定連接在殼體11的內壁上。在外定子鐵芯12的內側開設有多個外定子槽，外定子槽內布置外定子繞組13，外定子繞組13一般為三相繞組，也可為多相繞組。外定子鐵芯12和外定子繞組13與普通異步電機定子鐵心和繞組一樣。

杯型轉子14為一由導磁導電材料制成的空心杯，其外表面與外定子形成異步電機，其內表面與內定子形成電磁渦流制動器。杯型轉子14通過聯(lián)接部件固定在轉軸上(圖中未示出)，轉軸可通過軸承轉動支撐在殼體11內。杯型轉子14內設置有內定子磁極15、內定子勵磁繞組16和內定子磁軛17。

上述實施例中，如圖5所示，內定子磁極15為一對爪極磁極，其包括內定子N極磁極151和內定子S極磁極152。在內定子N極磁極151和內定子S極磁極152之間設置有內定子勵磁繞組16和內定子磁軛17，內定子磁軛17起磁路聯(lián)接作用,內定子勵磁繞組16為一環(huán)形的勵磁繞組。

本發(fā)明的工作原理包括兩部分，一部分為取能發(fā)電原理，另一部分為渦流制動原理。

取能發(fā)電原理如下：當外定子繞組13通入交流電后建立磁場，磁力線經過氣隙與杯型轉子14相交鏈，當杯型轉子14以某一轉速旋轉時，改變外定子繞組13通入電流的頻率就可以實現(xiàn)異步發(fā)電，外定子繞組13與外部負載電路相聯(lián)，即可對外輸出電能，實現(xiàn)機電能量轉換。本發(fā)明取能發(fā)電部分采用異步發(fā)電原理，不需要永磁體。改變外定子繞組13的勵磁電流，就可以調節(jié)電機的磁場大小。當電機處于高速運行時，維持所需電壓的勵磁電流不大，此時可以通過調節(jié)減小磁場，使高速運行時的鐵損耗大大減小，提高系統(tǒng)效率。

渦流制動原理如下：當內定子勵磁繞組16通入直流電后建立磁場，磁力線由內定子磁軛17出發(fā)，沿軸向達到內定子N極磁極151后轉為徑向，由N極性爪極151經過氣隙到達杯型轉子14的內表面，由圓周方向到另一個極下轉為徑向再經過氣隙，回到內定子S極磁極152，經過徑向最后轉為軸向回到內定子磁軛17閉合，形成完整的磁路，杯型轉子14的內表面切割該磁路的磁力線，產生感應電動勢，由于杯型轉子14的內表面本身是導電導磁材料制成，感應電動勢會產生渦流，因此產生制動轉矩，對杯型轉子14起制動作用。

在一個優(yōu)選的實施例中，如圖6所示，外定子鐵芯12和外定子繞組13構成的外定子除了采用前述整個圓周布置方式外，還可以采用模塊化結構，該模塊化結構不占據整個圓周，而只是占據圓周的部分。因為在實際應用中，電磁剎車的渦流制動器往往直徑較大，而實際的發(fā)電需要量不大，因此外定子發(fā)電部分并不需要太大功率，外定子可以只是占據圓周的部分。如圖6所示，外定子鐵心12在圓周方向只占據一個小的圓周角，跨距可以為一個極的范圍或一對極的范圍等，也可以在外定子鐵心12兩端設置有略多余的鐵心，即外定子鐵心12的圓周方向的長度都略大于一個極或者一對極的距離，以削弱模塊化造成的端部效應。模塊化外定子鐵心12安裝在機殼適當?shù)奈恢?，應滿足取能功率需求，盡量對稱布置。

上述各實施例僅用于說明本發(fā)明，各部件的結構、尺寸、設置位置及形狀都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術方案的基礎上，凡根據本發(fā)明原理對個別部件進行的改進和等同變換，均不應排除在本發(fā)明的保護范圍之外。