一种大型永磁减速电动机半直驱矿井提升机的制作方法

1.本实用新型属于矿井提升机技术领域，具体涉及一种大型永磁减速电动机半直驱矿井提升机。


背景技术：

2.矿井提升机是一种大型提升机械设备，由电机带动机械设备，以带动钢丝绳从而带动容器在井筒中升降，完成输送任务。现代的矿井提升机发展趋势是成为提升量大、速度快、安全性高的全自动重型矿山机械。矿井提升机包括（防爆）单绳单滚筒提升机、（防爆）单绳双滚筒提升机、多绳摩擦式提升机等，一般由动力系统、传动系统、工作系统、制动系统、控制操纵系统、指示保护系统等及其附属部分组成。
3.电动机驱动矿井提升机时往往需要低速驱动，传统的矿井提升机一般由高速直流电机或高速交流异步电机、高速永磁电机加减速器或者低速直流电机或低速永磁同步电机直驱的方式驱动提升机主轴装置（卷筒），传统矿井提升机有以下特点和缺陷：1、高速交流异步电机（高速直流电机或高速永磁电机）+ 减速器 + 提升机主轴装置。该结构采用高速电机加减速器驱动，它的特点是：占地面积大、安装不方便、附属设备和关联环节多、结构复杂、噪声大、故障率也高，但设备成本低、性价比高、综合传动效率低（约80%左右）。2、低速直联永磁电机+齿轮联轴器+提升机主轴装置。该结构采用的是一种无需减速器直驱的低速大转矩电机，采用低速型永磁变频器驱动，其优点是多极、低速；取消了齿轮传动环节，简化了传动机构，消除了由于齿轮传动引起的噪声，提高了整个装置的传动效率和可靠性；无需励磁电源，效率高，损耗小；电能品质好，对电网无冲击。较适用于新安装和改造项目、安装便利，改造时直接将异步电机+减速器换成低速直联永磁同步电机即可，综合传动效率比最高（约93%）。但永磁直驱电机同样存在一些缺点,如质量重，体积大；设计制造较复杂，成本较高，性价比低。3、低速直联他励同步电机（低速直联他励直流电机）+ 提升机主轴装置。该结构的特点是主轴直接锻出一个或两个法兰；主轴与卷筒通过高强度螺栓+夹板联接；电机转子与主轴采用锥面过盈连接方式，用油泵安装。该结构采用的是一种无需减速器直驱的低速大转矩电机，它和主轴装置共用一根主轴，主轴加工困难且要求精度极高，现在安装难度大，安装时需要高压液压辅助安装；但需大功率励磁电源，效率一般，无功功率较高。其优点是多极、低速；取消了齿轮传动环节，简化了传动机构，消除了由于齿轮传动引起的噪声，提高了整个装置的传动的可靠性。仅适用于新安装项目，综合传动效率比略高（约87%）。但直驱电机同样存在一些缺点,如质量重，体积大；设计制造较复杂，成本较高，性价比低。4、低速永磁同步电动机内装式矿井提升机。该结构将永磁电动机和提升机卷筒设计成一体式结构，采用低速型永磁变频器驱动，它的特点是：一体化设计、结构紧凑、体积小、噪声小、综合传动效率比较高（约91%），但电机主体内装在提升机卷筒内部，故障率略高，不方便维修，性价比低、不便于改造。
4.传统的矿井提升机一般由高速直流电机或高速交流异步电机、高速永磁电机加减速器、低速直流电机或低速永磁同步电机直驱的方式驱动提升机主轴装置（卷筒），矿井提
升机结构都存在着以上的一些问题和不足，传统矿井提升机还需要为行星减速器专设润滑站，增加了环境污染及噪音，为了解决上述问题，亟需一种既有永磁直驱电机的优势，又能大大降低成本，而且体积小,安装方便的永磁减速电动机半驱动矿井提升机。


技术实现要素：

5.本实用新型为了解决上述技术问题，提供一种大型永磁减速电动机半直驱矿井提升机，采用半直驱一体式永磁同步减速电机+齿轮联轴器+主轴装置的新型结构，以永磁减速电动机为动力源，采用高速通用型永磁变频器驱动，通过齿轮联轴器、主轴装置构成了高效的传动系统和工作系统。其设计结构相对简单、体积较小、噪声较小，传动精度高、功率密度大且结构紧凑，性价比高，安装便利。
6.本实用新型所采用的技术方案是：一种大型永磁减速电动机半直驱矿井提升机，包括主轴装置，主轴装置的主轴两端分别设置有轴承，轴承外部设置有轴承座，轴承座分别固定设置在左轴承梁和右轴承梁的上部位置，在主轴的左端连接有深度指示器，主轴的右端通过齿轮联轴器和永磁减速电动机输出轴连接，永磁减速电动机的转子右端设置有编码器接口；主轴装置还包括以主轴为中心沿其轴向外部设置的卷筒，环绕卷筒的外缘面上设置有卷筒塑料衬板，卷筒的两端分别连接有盘形制动器，盘形制动器连通液压站，主轴装置的卷筒还设置有定车装置，永磁减速电动机右侧下部位置设置有电机底座。
7.所述永磁减速电动机包括永磁同步电机和行星减速器，永磁同步电机包括电机壳体，电机壳体内设置有定子和转子；行星减速器包括减速器机盖、输出轴和行星齿轮结构，减速器机盖内设置有行星齿轮结构,减速器机盖与行星齿轮结构的内齿圈左端面固定连接，电机壳体与行星齿轮结构的内齿圈右端面固定连接；永磁同步电机的转子左端轴延伸至行星齿轮结构的太阳轮内过盈紧配合，转子位于定子内的部位设置有永磁体，转子右端延伸出电机右端盖并设置有连接光电编码器接口。
8.所述行星齿轮结构包括内齿圈、减速器转架、太阳轮和行星轮，内齿圈中心位置设置有太阳轮，内齿圈与太阳轮之间设置有三个行星轮等分组合于减速器转架之上；减速器转架与电机左端盖之间设置有轴承；输出轴与减速器转架为一体并向左延伸出减速器机盖，输出轴和减速器机盖之间设置有轴承，输出轴左端设置有切向键。
9.所述永磁减速电动机传动润滑系统采用水冷方式强制冷却。
10.这种大型永磁减速电动机半驱动矿井提升机的工作过程为：矿井提升机以永磁减速电动机为动力源，通过齿轮联轴器、主轴装置构成了高效的传动系统和工作系统；由液压站、制动器装置构成了可靠的制动系统，盘型制动器由液压和电气控制进行制动；由操纵台、电气控制设备构成了完备的控制操纵系统；由深度指示器、测速发电机、光电编码器等构成了完善的指示、保护系统。永磁减速电动机是将永磁同步电机与行星减速器配置成一体，永磁同步电机的转子位于定子内的部位设置有永磁体，定子上分布有三相绕组，通入三相交流电后就会形成旋转磁场，和转子上固定磁极的永磁体互相作用产生磁力转矩，从而带动转子进行旋转，转子的旋转速度最终与定子中产生的旋转磁场的转速相等，通过变频器控制系统改变定子频率的方法从而改变电机同步转速的方法实现调速。转子的左端轴延伸至减速器太阳轮内过盈紧配合，转子驱动太阳轮转动，太阳轮带动行星轮自转，同时行星轮还依循着内齿圈的轨迹沿着中心公转，行星轮旋转带动与减速器转架一体的输出轴输出
动力，输出轴通过齿轮联轴器与矿井提升机主轴装置连接，将动力传给缠绕钢丝绳的卷筒，实现提升机容器在井筒中升降的目的。
11.所述永磁减速电动机包括永磁同步电机和行星减速器，永磁同步电机包括电机壳体，电机壳体内设置有定子和转子；行星减速器包括减速器机盖、输出轴和行星齿轮结构；这样设置的目的是：采用一级行星减速器传动效率较高，可达98%左右，在效率、维护及成本等方面都有比较明显的优势。永磁同步电机和行星减速器组合成一体机结构，与矿井提升机主轴装置直联，传动效率高，降低了永磁电机需输出的转矩，也缩小了永磁电机的体积，降低了生产成本。
12.所述主轴的右端通过齿轮联轴器和永磁减速电动机输出轴连接，输出轴左端设置有切向键；这样设置的目的是：永磁减速电动机输出轴与主轴通过切向键、齿轮联轴器联接，切向键由两个斜度为1:100的楔键组成，其上下两面(窄面)为工作面，其中之一面在通过轴心线的平面内，工作面上的压力沿轴的切线方向作用，能传递很大的转矩，适用于矿井提升机这种载荷很大的场合。联轴器的作用是联接两个旋转运动的部分，并通过其传递动力，它具有足够的强度和刚度，而且联接方便，允许被连接件之间有一定的相对安装和运动误差，并有一定的弹性及缓冲性；输出轴通过齿轮联轴器直接与矿井提升机主轴装置连接，保留了直驱电机的联接优势，输出转矩大，维护简单；
13.所述永磁减速电动机设置有冷却管路，电动机传动润滑系统采用水冷方式强制冷却；这样设置的目的是：省去了电机散热风机和减速器润滑站，减少了设备占地空间，节约成本，运行噪音较小，更加环保。
14.本实用新型的有益效果：该永磁减速电机半直驱矿井提升机既有低速永磁同步电机直驱矿井提升机高效率、高功率因数、节能的优势，又能大大降低成本。在相同工况条件下，永磁减速电机与全直驱永磁电机相比，其体积和重量可减小20%-50%以上；与传统驱动系统相比，其体积和重量可减小50%以上。该驱动结构性价比高，安装便利，可直接与矿井提升机主轴装置连接，保留了直驱电机的连接优势，输出转矩大，维护简单。一级行星减速器传动效率较高，可达98％左右，较异步电机配套的减速器相比，在效率、维护以及成本等方面都有比较明显的优势。
15.1、该永磁减速电动机半直驱矿井提升机体积小, 功率密度大且结构紧凑，安装更便利，永磁减速电机为一体化设计，永磁减速电机直接与矿井提升机主轴装置连接，保留了直驱电机的连接方便和输出转矩大的优势，使提升机的维护更简单，同时也降低了提升机安装时的基础土建成本。
16.2、该永磁减速电动机半直驱矿井提升机的永磁减速电机传动润滑系统采用水冷强制冷却，省去了电机散热风机和减速器润滑站，减少了设备占地空间，节约成本，运行噪音较小，更加环保。
附图说明
17.图1为本实用新型永磁减速电动机半直驱矿井提升机的俯视结构示意图；
18.图2为本实用新型永磁减速电动机半直驱矿井提升机的左侧视结构示意图；
19.图3为本实用新型永磁减速电动机的结构示意图。
20.图中标记： 1、主轴；2、左轴承梁；3、盘形制动器；4、右轴承梁；5、轴承座； 6、齿轮
联轴器；7、永磁减速电动机； 8、编码器接口；9、电机底座；10、深度指示器；11、液压站；12、操纵台；13、卷筒；14、卷筒塑料衬板；15、电机壳体；16、输出轴； 17、太阳轮；18、行星减速器；19、永磁同步电机；20、转子；21、内齿圈；22、行星轮；23、减速器转架。
具体实施方式
21.以下结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步的详细说明。
22.如图1-图3所示，一种大型永磁减速电动机半直驱矿井提升机，包括主轴装置，主轴装置的主轴1两端分别设置有轴承，轴承外部设置有轴承座5，轴承座5分别固定设置在左轴承梁2和右轴承梁4的上部位置，在主轴1的左端连接有深度指示器10，主轴1的右端通过齿轮联轴器6和永磁减速电动机7输出轴16连接，永磁减速电动机7的转子20右端设置有编码器接口8；主轴装置还包括以主轴1为中心沿其轴向外部设置的卷筒13，环绕卷筒13的外缘面上设置有卷筒塑料衬板14，卷筒13的两端分别连接有盘形制动器3，盘形制动器3连通液压站11，主轴装置的卷筒13还设置有定车装置，永磁减速电动机7右侧下部位置设置有电机底座9。
23.所述永磁减速电动机7包括行星减速器18和永磁同步电机19，永磁同步电机19包括电机壳体15，电机壳体15内设置有定子和转子20；行星减速器18包括减速器机盖、输出轴16和行星齿轮结构，减速器机盖内设置有行星齿轮结构,减速器机盖与行星齿轮结构的内齿圈21左端面固定连接，电机壳体15与行星齿轮结构的内齿圈21右端面固定连接；永磁同步电机19的转子20左端轴延伸至行星齿轮结构的太阳轮17内且二者为过盈紧配合，转子20位于定子内的部位设置有永磁体，转子20右端延伸出电机右端盖并设置有连接光电编码器接口8。配套高速通用型永磁变频器控制系统，可进行平滑起动、调速，智能化操作，可靠性高。通过使用变频器对永磁减速电动机7的高精度控制，在提升机起停的过程中，几乎感觉不到机械系统的冲击，大大增强了提升机在运行过程中的稳定性和舒适感，安全性高，同时节能效果显著。定子的结构、安装位置以及工作原理属于现有技术中的常规技术手段，在此不作过多赘述。
24.所述行星齿轮结构包括内齿圈21、减速器转架23、太阳轮17和行星轮22，内齿圈21中心位置设置有太阳轮17，内齿圈21与太阳轮17之间设置有三个行星轮22等分组合于减速器转架23之上；减速器转架23与电机左端盖之间设置有轴承；输出轴16与减速器转架23为一体并向左延伸出减速器机盖，输出轴16和减速器机盖之间设置有轴承，输出轴16左端设置有切向键。
25.所述永磁减速电动机7设置有冷却管路，电动机传动润滑系统采用水冷方式强制冷却。省去了传统矿井提升机为行星减速器18专设的润滑站装置，更节约了成本，减少了设备占地空间。
26.这种大型永磁减速电动机半驱动矿井提升机以永磁减速电动机7为动力源，通过齿轮联轴器6、主轴装置构成了高效的传动系统和工作机构，其中主轴装置和主轴承的主要作用是缠绕或搭挂提升机钢丝绳，承受各种正常载荷（包括固定载荷和工作载荷）及各种紧急事故情况下所造成的非常载荷，并将此载荷经过轴承传给基础；传动系统包括齿轮联轴器6和永磁减速电动机7，永磁减速电动机7的作用是传递动力，永磁减速电动机7中的行星减速器18要有足够的强度和刚度，并应能适应各种电动机转速的速比；永磁减速电动机7输
出轴16带切向键，永磁减速电动机7通过齿轮联轴器6与矿井提升机主轴装置（卷筒）连接，联轴器的作用是联接两个旋转运动的部分，并通过其传递动力，它具有足够的强度和刚度，而且联接方便，允许被连接件之间有一定的相对安装和运动误差，并有一定的弹性及缓冲性。
27.由液压站11、制动器装置和液压管路构成了可靠的安全制动系统，用于实现提升机正常工作制动及故障状态下的紧急制动的控制，在紧急制动时，实现二级制动来保证提升机的安全，在提升机停车时能可靠的抱闸；在减速阶段及重物下放时，能参与提升机速度控制；在安全保护起作用或紧急事故情况下使提升机迅速停车，以免事故发生或扩大；对双筒提升机，在调节绳长或更换水平时，应能抱闸游动卷筒，松开固定卷筒；矿井提升机制动系统的控制装置是液压站，盘型制动器3由液压和电气控制进行制动，控制装置的作用是：调节制动力矩；在任何事故状态下安全制动（紧急制动）；为双筒提升机调绳装置提供调绳离合器油缸所需的压力油。
28.由深度指示器10、深度指示器传动装置和操纵台12、电气控制设备构成了完备的观测操纵系统，深度指示器10采用目前常用的传动装置为牌坊式传动装置；深度指示器10的主要作用是：为操作者（提升机司机）指示提升容器在井筒中的位置； 向电气控制系统发送减速、过卷、停车等信号； 在进入减速段运行时，对提升机提供限速保护； 当需要解除二级制动时，向电控系统发送二级制动解除信号；操纵台12的作用是：操纵台12上装有各种手把和开关，是操作提升机完成提升、下放及各种动作的操纵装置；操纵台12上装有各种仪表，向司机反映提升机的运行情况和设备的各种状况。保护系统主要包括测速发电机装置、光电编码器、护板、护栏、护罩等，测速发电机和光电编码器的主要作用：通过设在操纵台12上的仪表向司机指示提升机的实际运行速度；参与等速运行和减速运行阶段的超速保护等。
29.这种大型永磁减速电动机半驱动矿井提升机的工作过程为：永磁减速电动机7是将永磁同步电机19与行星减速器18配置成一体，永磁同步电机19的转子20位于定子内的部位设置有永磁体，定子上分布有三相绕组，通入三相交流电后就会形成旋转磁场，和转子20上固定磁极的永磁体互相作用产生磁力转矩，从而带动转子20进行旋转，转子20的旋转速度最终与定子中产生的旋转磁场的转速相等，通过变频器控制系统改变定子频率的方法从而改变电机同步转速的方法实现调速。转子20的左端轴延伸至减速器太阳轮17内且二者为过盈紧配合，转子20驱动太阳轮17转动，太阳轮17带动行星轮22自转，同时行星轮22还依循着内齿圈21的轨迹沿着中心公转，行星轮22旋转带动与减速器转架23一体的输出轴16输出动力，输出轴16通过齿轮联轴器6与矿井提升机主轴1装置连接，将动力传给缠绕钢丝绳的卷筒13，实现提升机容器在井筒中升降的目的。
30.已研制的一台jk-3*2.2p永磁减速电动机半直驱矿井提升机（提升速度6.15米/秒），该提升机的驱动电机采用额定电压6kv、额定功率1000kw、额定转速220转每分钟、额定频率36.67hz的永磁同步电机19和速比5.62的一级行星减速器18组成，一级行星减速器18传动效率较高，可达98％左右，较异步电机配套减速器的驱动结构相比，在效率、维护以及成本等方面都有比较明显的优势，该提升机的驱动永磁减速电机转速是直驱电机的5.62倍，输出的转矩较直驱电机可降低5.62倍，电机成本更是低至同功率低速直联永磁同步电动机的20%左右。
31.该永磁减速电机半直驱矿井提升机的体积小, 功率密度大且结构紧凑，安装更便利，永磁减速电动机7为一体化设计，直接与矿井提升机主轴装置连接，保留了直驱电机的连接方便和输出转矩大的优势，使提升机的维护更简单，同时也降低了提升机安装时基础土建的成本；该永磁减速电机半直驱矿井提升机永磁减速电动机7传动润滑系统采用水冷强制冷却，省去了电机散热风机和减速器润滑站，运行噪音较小，更加环保。