一种适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机的制作方法

本发明属于电动机，具体涉及一种适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，尤其适用于煤矿井下的工作环境和要求。

背景技术：

1、盾构机作为一种高效的隧道掘进工程机械，广泛应用于地铁、铁路、公路、煤矿井等众多领域，成为巷道挖掘的重要工具。盾构机刀盘是盾构机进行掘进的主要作业工具，用来挖开工作面，其刀盘由多个驱动电机共同驱动，安装配置在刀盘的后方。煤矿井下与地铁、公路、铁路等工作环境有较大的区别，从而对盾构机刀盘驱动电机也提出了更高的要求，尤其对于驱动电机的体积大小、散热、结构强度等方面。

2、目前盾构机的驱动电机多采用变频异步电机，机座采用水冷结构，由内筒、水道和外筒三层构成，水道焊接在内筒上，外筒与水道部分采用过盈配合连接在一起。电机内部有与转轴连接在一起的独立风扇，转轴为空心轴中间套扭矩轴。电机接线盒内电气排布、机座配合面及壁厚满足煤矿井下i类环境使用的隔爆要求。然而现有的变频异步电机存在以下缺点：

3、(1)由于煤矿井工作空间较小、以及在i类环境下对电机隔爆的要求，因此对电机的体积要求往往更为严格，相同功率条件下，永磁电机比异步电机更适合于煤矿井下环境；

4、(2)煤矿井下岩层复杂多变，尤其在硬岩掘进时，刀盘容易突然产生较大的振动，同时带动电机的振动，对电机机座强度有较高的要求。水冷三层机座，外筒与水道采用过盈配合，机座一体性程度较低，遇到强烈振动时，外筒容易发生变形，部分位置与水道分离，降低了水路循环散热的效率，进一步降低了机座强度；

5、(3)异步电机内部有与转轴连在一起的风扇可以加强散热，但独立的风扇会增加电机轴向的长度，需要更大的安装空间；

6、(4)异步电机与永磁电机相比起动电流大，起动转矩小，全速度范围内效率曲线也更低一些。

7、有鉴于此，本发明人提供一种适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，以解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提出一种适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，通过将现有盾构机的异步电机更换为永磁同步变频电机，降低了起动电流，提高了起动转矩，且还提高了全速度范围的使用效率，通过对水冷结构进行改进，提高了机座本身的一体性，增加了抗振性能，再将压圈、平衡块以及风扇的功能集成为一体，在保证散热效果的同时，减小了电机的轴向长度，使电机更加适用于盾构机的结构。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明提供一种适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，包括外定子和设置于所述外定子内的内转子，所述外定子包括机座、接线盒、定子铁心和缠绕在所述定子铁心上的定子线圈，所述接线盒设置在机座的外壁上，所述机座包括水冷内筒，所述水冷内筒的外周面上设置有水道，所述水冷外筒上开设有与水道位置和结构相匹配的通槽，所述水道与通槽过盈配合后并将水道与水冷外筒连接固定。

4、进一步地，所述内转子为永磁转子，包括转子铁心、空心转轴和设置于空心转轴内的扭矩轴，所述转子铁心套设在空心转轴的外周面上，所述转子铁心的外周面上设置有永磁体，所述永磁体的外表面与定子铁心的内表面相接触；

5、所述永磁体的一端设置有前永磁体挡板、另一端设置有后永磁体挡板，所述转子铁心的一端设置有前转子挡圈、另一端设置有后转子挡圈，所述前永磁体挡板和前转子挡圈的外表面上设置有用于固定两者的前压圈，所述后永磁体挡板和后转子挡圈的外表面上设置有用于固定两者的后压圈。

6、进一步地，所述内转子还包括扭矩限制器，所述空心转轴与扭矩轴通过扭矩限制器进行连接，且所述扭矩限制器位于机座的外侧。

7、进一步地，所述水道包括多个均匀设置在水冷内筒外周面上的水道筋，所述水冷外筒上开设有与水道筋位置和结构相匹配的通槽，每个所述水道筋均与其对应位置的通槽过盈配合。

8、进一步地，每个所述水道筋的宽度均大于与其对应位置的通槽的槽宽，以便使每个水道筋均与对应的通槽为过盈配合，并在过盈配合处将水道筋与水冷外筒进行连接固定。

9、进一步地，所述前压圈和后压圈的结构相同；

10、所述前压圈的顶面开设有用于放置平衡块的平衡槽。

11、进一步地，所述前压圈的顶面、沿其周向上均匀设置有多个扇叶，每个所述扇叶相对于平衡槽均靠近前压圈的圆心。

12、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

13、1)本发明提供的一种适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，将现有盾构机的异步电机更换为永磁同步变频电机，降低了起动电流，提高了起动转矩，且还提高了全速度范围的使用效率；再对现有永磁电机的水冷结构进行了改进，通过将水道连接在水冷内筒的外周面上，在水冷外筒上开设有与水道位置和结构相匹配的通槽，该水道与通槽过盈配合后将水道与水冷外筒连接固定为一体，此结构提高了机座本身的一体性，增加了抗振性能；

14、2)本发明提供的一种适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，将电机内部与转轴连在一起的风扇取消了，同时还取消了独立设置的平衡块，将压圈、平衡块以及风扇的功能集成为一体，在保证散热效果的同时，减小了电机的轴向长度，进一步减小了盾构机驱动电机的整体体积大小，在相同大小的安装尺寸下，可输出更高的功率，提高挖掘速度，对有空间较小、周期紧张的隧道挖掘有较大应用价值；进一步使盾构机更加适用于岩层复杂且振动较大的工况，减少了运行中的维护和更换。

技术特征：

1.一种适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，包括外定子和设置于所述外定子内的内转子，所述外定子包括机座(1)、接线盒(2)、定子铁心(3)和缠绕在所述定子铁心(3)上的定子线圈，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，其特征在于，所述内转子为永磁转子，包括转子铁心(4)、空心转轴(5)和设置于空心转轴(5)内的扭矩轴(6)，所述转子铁心(4)套设在空心转轴(5)的外周面上，所述转子铁心(4)的外周面上设置有永磁体(7)，所述永磁体(7)的外表面与定子铁心(3)的内表面相接触；

3.根据权利要求2所述的适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，其特征在于，所述内转子还包括扭矩限制器(14)，所述空心转轴(5)与扭矩轴(6)通过扭矩限制器(14)进行连接，且所述扭矩限制器(14)位于机座(1)的外侧。

4.根据权利要求1所述的适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，其特征在于，所述水道(1-3)包括多个均匀设置在水冷内筒(1-1)外周面上的水道筋(1-3-1)，所述水冷外筒(1-2)上开设有与水道筋(1-3-1)位置和结构相匹配的通槽(1-2-1)，每个所述水道筋(1-3-1)均与其对应位置的通槽(1-2-1)过盈配合。

5.根据权利要求4所述的适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，其特征在于，每个所述水道筋(1-3-1)的宽度均大于与其对应位置的通槽(1-2-1)的槽宽，以便使每个水道筋(1-3-1)均与对应的通槽(1-2-1)为过盈配合，并在过盈配合处将水道筋(1-3-1)与水冷外筒(1-2)进行连接固定。

6.根据权利要求2所述的适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，其特征在于，所述前压圈(12)和后压圈(13)的结构相同；

7.根据权利要求6所述的适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，其特征在于，所述前压圈(12)的顶面、沿其周向上均匀设置有多个扇叶(12-2)，每个所述扇叶(12-2)相对于平衡槽(12-1)均靠近前压圈(12)的圆心。

技术总结
本发明公开了一种适用于盾构机的隔爆型永磁同步变频电机，包括外定子和设置于所述外定子内的内转子，所述外定子包括机座、接线盒、定子铁心和缠绕在所述定子铁心上的定子线圈，所述接线盒设置在机座的外壁上，所述机座包括水冷内筒，所述水冷内筒的外周面上设置有水道，所述水冷外筒上开设有与水道位置和结构相匹配的通槽，所述水道与通槽过盈配合后并将水道与水冷外筒连接固定。本发明提高了机座本身的一体性，增加了抗振性能，在保证散热效果的同时，减小了电机的轴向长度，进一步减小了盾构机驱动电机的整体体积大小。

技术研发人员：郭强,梁黎君,孙强,刘瑞强,王全胜
受保护的技术使用者：西安中车永电智慧驱动有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/11/21