起重電機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠家無(wú)錫宏達(dá)2021年11月25日訊  起重機(jī)作為重要的物料搬運(yùn)設(shè)備，其在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有不可或缺的地位，廣泛應(yīng)用于車間、貨場(chǎng)等眾多領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 能源節(jié)約的需要及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的激烈化，其向節(jié)能、經(jīng)濟(jì)的輕量化方向快速發(fā)展。

加入WTO 之后，越來(lái)越多的外資品牌起重機(jī)進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，其產(chǎn)品外觀精巧、美觀，自重輕，起重機(jī)自身高度低，可以有效降低廠房的高度，對(duì)傳統(tǒng)的起重機(jī)市場(chǎng)形成了巨大的沖擊。傳統(tǒng)的起升機(jī)構(gòu)大多采用電動(dòng)機(jī)、制動(dòng)器、減速器、卷筒、滑輪等組合而成，體積大，質(zhì)量大。而歐式起重機(jī)一般采用三支點(diǎn)支撐的安裝形式，電機(jī)通過(guò)法蘭連接的形式直接安裝于減速器殼體上，結(jié)構(gòu)緊湊，自重輕，電機(jī)與減速器均為懸空安裝，這要求電機(jī)的功率密度盡可能大，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡可能小，保證電機(jī)在頻繁起動(dòng)、點(diǎn)動(dòng)以及正反轉(zhuǎn)時(shí)有良好的加速性能，且可以減少點(diǎn)動(dòng)和起動(dòng)時(shí)對(duì)減速器及機(jī)構(gòu)的沖擊。目前傳統(tǒng)的起重用電機(jī)如繞線轉(zhuǎn)子電機(jī)和普通變頻電機(jī)都達(dá)不到這個(gè)要求，因此, 要設(shè)計(jì)一種高功率密度的緊湊型起重專用變頻電機(jī)。隨著“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目——《通用型橋式起重機(jī)輕量化設(shè)計(jì)技術(shù)及應(yīng)用》課題的完成，輕量化起重機(jī)市場(chǎng)將以更快的速度在起重機(jī)械行業(yè)打開，電機(jī)作為輕量化起重機(jī)關(guān)鍵配套件，市場(chǎng)前景廣闊，對(duì)其進(jìn)行研究有重要意義。

該系列電機(jī)采用方形結(jié)構(gòu)，取消專用機(jī)座，定子鐵芯由方形硅鋼片組成，既減輕了電機(jī)自重又增加了沖片的有效使用面積，可以有效地降低電機(jī)中心高，提高電機(jī)功率密度。根據(jù)起重機(jī)的運(yùn)行特性，電機(jī)低頻(1 ～ 3Hz) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)要求不低于2 倍，同時(shí)高頻(100 Hz)時(shí)也有良好的過(guò)載能力。電機(jī)內(nèi)部配置編碼器、尾部配置盤式制動(dòng)器，結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，保證電機(jī)有良好的加速性能，使電機(jī)在起制動(dòng)時(shí)的效率得以提高。高效的冷卻方式使得電機(jī)在IP55 的結(jié)構(gòu)下有較高的功率密度。電機(jī)防護(hù)等級(jí)可設(shè)計(jì)為IP23、IP54(55)，可以滿足不同工況的要求。

該系列電機(jī)的設(shè)計(jì)主要包括電磁設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、風(fēng)路設(shè)計(jì)。電機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1 ～圖3 所示。

該系列電機(jī)沒有專用機(jī)座，鐵芯為方形，定轉(zhuǎn)子沖片的有效面積大幅度增加，定子沖片為方形結(jié)構(gòu)，增加了原材料的利用率，達(dá)到了綠色制造的目的。進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)可以增加定轉(zhuǎn)子槽型的面積，提高電機(jī)熱容量，在保證力能指標(biāo)的前提下，進(jìn)一步減少電機(jī)的發(fā)熱量，電機(jī)的功率密度可以大幅度增加，在目前的基礎(chǔ)上提高1 ～ 3 個(gè)中心高等級(jí)。由于起重機(jī)負(fù)載變化大，起升高度范圍大，因此，電機(jī)應(yīng)具有較寬的調(diào)速范圍，且在高頻恒功率弱磁調(diào)節(jié)時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定。電動(dòng)機(jī)能適應(yīng)頻繁起制動(dòng)和正反轉(zhuǎn)。起升機(jī)構(gòu)的工作狀況，要求電動(dòng)機(jī)低頻起動(dòng)轉(zhuǎn)矩足夠大，同時(shí)高頻時(shí)保證足夠的過(guò)載能力。電磁設(shè)計(jì)時(shí)不僅限于計(jì)算某一個(gè)工作狀態(tài)，電磁參數(shù)的選取應(yīng)使每個(gè)頻率點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩參數(shù)滿足額定參數(shù)要求，最大發(fā)熱因數(shù)滿足溫升限值，最高磁參數(shù)滿足材料性能要求，對(duì)轉(zhuǎn)子槽型進(jìn)行研究，在變頻電機(jī)正常運(yùn)行區(qū)，高次諧波引起的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)差率較大，在減少轉(zhuǎn)子基波漏抗的同時(shí)又要適當(dāng)增加諧波漏抗，轉(zhuǎn)子槽型及導(dǎo)條截面采用上寬下窄的形狀，以減少由于集膚效應(yīng)使轉(zhuǎn)子有效電阻增大的程度，在轉(zhuǎn)子齒磁通密度允許的情況下，盡可能將轉(zhuǎn)子槽型設(shè)計(jì)得淺而寬，適當(dāng)增加槽口深度和減少槽口寬度對(duì)提高轉(zhuǎn)子諧波漏電抗抑制高次諧波有明顯作用，選擇合適的定轉(zhuǎn)子槽配合，不僅可以抑制諧波對(duì)附加轉(zhuǎn)矩的影響，同時(shí)還可以抑制振動(dòng)、噪聲的影響，尤其是抑制高頻電磁噪聲效果明顯。合理的電磁方案設(shè)計(jì)能夠做到在1 Hz 時(shí)電機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩2.0 ～ 2.2 倍，同時(shí)最高頻率點(diǎn)滿足過(guò)載倍數(shù)要求。

傳統(tǒng)的電機(jī)一般都只有外部通風(fēng)或內(nèi)部通風(fēng)，前者轉(zhuǎn)子的熱量難以散發(fā)，且電機(jī)繞組產(chǎn)生的熱量需要傳遞給定子鐵芯，定子鐵芯再傳遞給機(jī)座，機(jī)座表面布置有散熱筋，在電機(jī)的一端裝有風(fēng)扇或風(fēng)機(jī)，空氣從風(fēng)罩尾部進(jìn)風(fēng)口吸進(jìn)去，再經(jīng)過(guò)風(fēng)扇或風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)增大風(fēng)壓，形成有氣壓的氣流從風(fēng)罩口吹出，再沿著機(jī)座散熱片向前流動(dòng)，冷卻機(jī)座表面，由于氣流從風(fēng)罩口吹出后沒有風(fēng)罩的導(dǎo)風(fēng)作用，氣流擴(kuò)散嚴(yán)重，風(fēng)量和風(fēng)壓下降厲害，且經(jīng)過(guò)多次傳遞后冷卻效率比較低，電機(jī)功率密度難以提高很多。后者需要外部的冷卻風(fēng)從電機(jī)非軸伸端端蓋吹入，從軸伸端端蓋吹出，電機(jī)的防護(hù)等級(jí)只能達(dá)到IP23，很多工況都不能使用。新的緊湊型起重專用系列電機(jī)為方形結(jié)構(gòu)且沒有專用機(jī)座，設(shè)計(jì)了2 套高效的通風(fēng)結(jié)構(gòu)且電機(jī)防護(hù)等級(jí)可以達(dá)到IP54 甚至IP55。風(fēng)路1 由內(nèi)風(fēng)扇、定子鐵芯內(nèi)通風(fēng)孔、鑄鋁轉(zhuǎn)子風(fēng)葉、鑄鋁轉(zhuǎn)子通風(fēng)道形成風(fēng)路2 由軸流風(fēng)機(jī)與定子鐵芯外通風(fēng)孔形成。內(nèi)風(fēng)扇裝在轉(zhuǎn)子的軸伸端，軸流風(fēng)機(jī)裝在電機(jī)尾端，其中內(nèi)風(fēng)扇隨電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于非出線端繞組端部位于端蓋內(nèi)腔，所以，剛好利用這一空間安裝內(nèi)風(fēng)扇，不僅可以帶走轉(zhuǎn)子本身的熱量，還可以把電機(jī)內(nèi)部的熱量攪拌均勻，并通過(guò)定子鐵芯和兩端端蓋快速散發(fā)。出線端繞組端部相對(duì)比較長(zhǎng)，剛好可以容納鑄鋁轉(zhuǎn)子自身的葉片及編碼器，凸緣端蓋與端蓋都一個(gè)凹腔，剛好包含了部分繞組端部，使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常緊湊，而且電機(jī)沒有機(jī)座，定子鐵芯的長(zhǎng)度可以根據(jù)電機(jī)功率進(jìn)行調(diào)整，使得不同功率的電機(jī)都可以保證結(jié)構(gòu)的緊湊性。風(fēng)路1 可以使轉(zhuǎn)子內(nèi)部的熱量比較均勻并很快傳遞到定子鐵芯和兩端端蓋上，而定子鐵芯導(dǎo)熱率很高，熱量可以很快地由風(fēng)路2 散發(fā)。風(fēng)路1 和風(fēng)路2 的良好循環(huán)可以有效地降低電機(jī)的溫升。

變頻電機(jī)具有廣泛的調(diào)試性能，且很多應(yīng)用場(chǎng)合都需要精確定位，因此，電機(jī)需要配置編碼器來(lái)檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、位置角度等信號(hào)，由于電機(jī)尾部需要安裝制動(dòng)器、風(fēng)機(jī)，如果再將編碼器裝在制動(dòng)器后面就會(huì)使得電機(jī)較長(zhǎng)，不僅會(huì)造成電機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，而且影響起重機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)性。因此, 需要將編碼器安裝在電機(jī)內(nèi)部，這樣可以縮短電機(jī)長(zhǎng)度。如圖4 所示，電機(jī)定子由定子沖片組成，沒有機(jī)座，故電機(jī)主接線盒必須安裝在端蓋上，決定了端蓋需要一個(gè)比較長(zhǎng)的空腔，一是因?yàn)榫€圈端部在端蓋空腔里面; 二是因?yàn)殡姍C(jī)主接線盒需要較長(zhǎng)的安裝平面。如果編碼器裝在制動(dòng)器后面，就需要一個(gè)編碼器支撐裝置用于固定，編碼器，會(huì)使電機(jī)的軸向長(zhǎng)度增加很多，且制動(dòng)器屬于要經(jīng)常維護(hù)和保養(yǎng)的設(shè)備，編碼器的裝配會(huì)影響制動(dòng)器的維護(hù)和保養(yǎng)。軸承由孔用彈性擋圈固定，因此, 剛好利用端蓋中的空腔，將編碼器轉(zhuǎn)子安裝在電機(jī)轉(zhuǎn)子上，通過(guò)編碼器轉(zhuǎn)子鎖緊螺釘固定編碼器轉(zhuǎn)子，編碼器定子通過(guò)編碼器彈片安裝在端蓋軸承室加強(qiáng)筋上，通過(guò)編碼器彈片安裝螺釘固定，編碼器引線直接引入電機(jī)主接線盒中，這種安裝結(jié)構(gòu)既沒有增加任何多余的支撐結(jié)構(gòu)，且剛好利用了端蓋的空腔位置，沒有增加電機(jī)的軸向尺寸，使電機(jī)的結(jié)構(gòu)更加緊湊。

本文闡述緊湊型起重專用電機(jī)的電磁及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)合理的電磁設(shè)計(jì)，可以保證電機(jī)的低頻轉(zhuǎn)矩不低于2 倍，滿足起重機(jī)的使用工況。通過(guò)優(yōu)化的通風(fēng)設(shè)計(jì)，使得電機(jī)功率密度在現(xiàn)有變頻電機(jī)的基礎(chǔ)上提高1 ～ 3個(gè)等級(jí)。如160 中心高的4 極電機(jī)，目前標(biāo)準(zhǔn)最大為15 kW，新的緊湊型電機(jī)功率則可以達(dá)到55 kW，整機(jī)質(zhì)量約350 kg，而目前同功率等級(jí)的電機(jī)質(zhì)量則為490kg。隨著電機(jī)質(zhì)量及體積的減少，減速器的質(zhì)量及體積也隨之減少，從而大大減輕機(jī)構(gòu)質(zhì)量，縮小起重機(jī)的極限尺寸，提高起重機(jī)使用場(chǎng)地的利用率，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的輕量化設(shè)計(jì)，對(duì)節(jié)能減耗、推動(dòng)綠色低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。