超低速大扭矩电机及采用这种电机的起重的制造方法

超低速大扭矩电机及采用这种电机的起重的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种超低速大扭矩电机及采用这种电机的起重机，所述电机包括外转子和定子，所述定子设有用于采集定子内温度信号的定子温度传感器，所述外转子的外筒内侧固定安装有若干永磁体，所述若干永磁体采用相同的瓦形六面体结构且沿周向和轴向两个方向规则排列，任一周向和任一轴向上排列的所述永磁体数量均为多个，所述永磁体的两个周向侧面呈内侧削角状的斜平面状，其削角角度为5-35度，所述起重机采用上述电机，以电机的外筒用作起升机构的卷筒。本实用新型能够在低速（超低速）大扭矩下正常运行，并且运行稳定，振动小，噪音小，温升低，主要可用于起重机、港机、塔机、电梯、卷扬机及其他类似场合。
【专利说明】超低速大扭矩电机及采用这种电机的起重机

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种超低速大扭矩电机，还涉及一种直接将这种电机的外筒用作 卷筒的大扭矩起重机。

【背景技术】
[0002] 现有电机包括转子和定子，通常采用定子在外转子在内的结构，也有部分电机为 转子在外而定子在内，这种电机被称为外转子电机。外转子电机的定子铁心安装在固定的 中心轴上，铁心上嵌装有绕组，转子呈筒状，位于定子的外侧，转子外筒的两端设有固定盘， 固定盘与中心轴通过轴承连接，绕组通电后产生旋转磁场，与安装在转子内壁上的永磁体 相作用，驱动转子旋转。现有这种电机在速度较高时运行良好，但当需要低速(包括超低速） 运行时，谐波转矩和齿槽转矩等负面影响就变得非常明显，温度上升，振动和噪音加大，出 力下降，甚至可能出现不可逆的退磁现象，这些缺陷严重妨碍着外转子电机在低速下的应 用。
[0003] 由于现有电机不能在低速大扭矩下运行，当用于起重机驱动卷筒时，需要设置庞 大的齿轮箱进行减速，不仅体积大，结构复杂，生产成本和维护费用高，而且还带来了不必 要的动力消耗。


【发明内容】

[0004] 本实用新型的目的是提供一种超低速大扭矩电机，其能够在低速(超低速）大扭矩 下正常运行，并且运行稳定，振动小，噪音小，温升低。
[0005] 本实用新型的另一个目的是提供一种采用上述超低速大扭矩电机的起重机，其起 升机构不需要设置齿轮箱，体积小，生产成本和维护费用低，使用方便，能够在低速(超低 速）大扭矩下正常运行。
[0006] 本实用新型所采用的技术方案为：
[0007] -种超低速大扭矩电机，包括外转子和定子，所述定子包括中心轴、固定安装在所 述中心轴上的定子铁心和固定安装在所述定子铁心上的定子绕组，所述定子设有用于采集 所述定子内温度信号的定子温度传感器，所述外转子包括外筒，所述外筒的内侧固定安装 有若干永磁体，所述外筒的两端均固定安装有相应的固定盘并通过相应的固定盘与所述中 心轴轴承连接，所述若干永磁体采用相同的瓦形六面体结构且沿周向和轴向两个方向规则 排列，任一周向和任一轴向上排列的所述永磁体数量均为多个，所述永磁体的两个周向侧 面呈内侧削角状的斜平面状，其削角角度为5-35度，所述中心轴的右端从与其连接的相应 端轴承内延伸出来，固定安装在右刚性支座上，所述右刚性支座上设有轴安装孔，所述中心 轴的右端部插入所述右刚性支座的轴安装孔且与所述右刚性支座之间设有用于防止两者 相对转动的防转结构，右端的所述固定盘构成盘式制动器的制动盘，其直径大于所述外筒 的直径，从所述外筒的边缘处径向延伸出来，所述盘式制动器的制动钳装置的钳式制动块 位于该固定盘从所述外筒的边缘处径向延伸出来的外边缘部位的两侧。
[0008] 优选地，所述定子铁心上设有用于嵌装所述绕组的定子槽，所述定子槽为梨形槽， 槽口尺寸k在2. 5-4. 5mm之间，所述绕组的节距为1，每匝线圈缠绕在一个定子齿上，并采 用8极9槽、10极12槽、20极24槽、30极36槽、22极24槽、16极18槽或32极36槽的 极槽配合方式，所述永磁体采用钕铁硼材料，长度为30-95mm，厚度为8-18mm，极弧系数为 0. 8-0. 9 〇
[0009] 优选地，所述永磁体横截面在径向上的外边缘呈圆心位于所述中心轴轴线上的圆 弧形线，所述永磁体横截面在径向上的内边缘采用以下任意一种结构形式：
[0010] (1)所述内边缘呈单一的圆弧形，圆心位于所述中心轴轴线上；
[0011] (2)所述内边缘呈单一的圆弧形，圆心位于所述永磁体横截面外边缘中点与所述 中心轴轴线所确定的直线上，且其半径等于所述外边缘的半径；
[0012] (3)所述内边缘呈单一的圆弧形，圆心位于所述中心轴轴线上，永磁体横截面在径 向上的内边缘与永磁体横截面的周向侧边通过一个小的凹圆弧线连接；
[0013] (4)所述内边缘呈单一的圆弧形，圆心位于所述永磁体横截面外边缘中点与所述 中心轴轴线所确定的直线上，且其半径等于所述外边缘的半径，永磁体横截面在径向上的 内边缘与永磁体横截面的周向侧边通过一个小的凹圆弧线连接。
[0014] 优选地，所述若干永磁体在周向上和轴向上的规则分布方式为在周向上沿圆周对 齐且均匀分布，在轴向上沿直线对齐且均匀分布。
[0015] 优选地，设有下列任意一种或多种内冷却结构：
[0016] (1)所述中心轴为中空轴，所述中心轴的轴孔构成用于内冷却的轴内散热风道；
[0017] (2)所述定子铁心的外侧面与所述外转子的内侧面之间设有构成定子外散热风道 的环形缝隙；
[0018] (3)所述定子铁心内设有构成定子内散热风道的轴向通孔，所述定子铁心上的轴 向通孔由组成所述定子铁心的定子冲片上冲出的相应散热风道孔连接而成，
[0019] 上述各散热风道的通风方式为自然通风和/或强制通风。
[0020] 优选地，采用下列任意一种强制通风结构：
[0021] (1)当所述中心轴为中空轴时，所述中心轴出风端的轴孔敞口，所述中心轴出风端 的轴孔内设有轴内抽风风机，当还设有定子外散热风道和/或定子内散热风道时，所述定 子铁心的两端分别与相应端的所述固定盘之间留有构成端部匀压气隙带的间隙，所述定子 外散热风道和/或定子内散热风道的两端分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，所述 中心轴出风端的侧壁上设有连通所述中心轴的轴孔和相应端的所述端部匀压气隙带的中 心轴侧孔，所述轴内抽风风机位于该中心轴侧孔的外侧；
[0022] (2)当设有定子外散热风道和/或定子内散热风道时，所述定子铁心的两端分别 与相应端的所述固定盘之间留有构成端部匀压气隙带的间隙，所述定子外散热风道和/或 定子内散热风道的两端分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，所述进风端的固定盘上 设有进风风道，所述进风风道的数量为一个或多个，所述进风风道内串接有进风气泵，位于 所述进风气泵两端的所述进风风道上均设有进风单向阀，所述进风气泵包括缸体，所述缸 体轴向设置在相应的所述固定盘上，所述缸体内设有与其配套的活塞，所述活塞连接有延 伸到所述固定盘内侧的活塞杆，所述缸体内的空腔由所述活塞分隔为有杆腔和无杆腔，所 述有杆腔位于所述无杆腔的内侧，所述中心轴上设有位于相应端的所述端部匀压气隙带内 且与所述活塞杆构成凸轮机构的多级凸轮，所述多级凸轮转动时推动所述活塞杆往复移 动，所述进风气泵的进气口和出气口均设置在所述无杆腔的底部，当还设有轴内散热风道 时，所述中心轴进风端的侧壁上设有连通所述中心轴的轴孔和相应端的所述端部匀压气隙 带的中心轴侧孔。
[0023] 优选地，所述外筒的左端连接有编码器，所述外筒的左端与所述编码器之间的连 接方式为下列任意一种：
[0024] (1)所述编码器为外转子编码器，包括相互旋转连接的内套和外套，所述中心轴的 左端从与其连接的相应端轴承内延伸出来，固定安装在左刚性支座上，所述左刚性支座上 设有轴安装孔，所述中心轴的左端插入所述左刚性支座的轴安装孔内且与所述左刚性支座 之间设有用于防止两者相对转动的防转结构，所述内套固定连接所述中心轴的左端，所述 外套固定连接左端的所述固定盘，所述中心轴、外筒、内套和外套同轴；
[0025] (2)所述编码器为内转子编码器，包括相互旋转连接的内套和外套，所述编码器配 有连接用阶梯轴和轴承支座，所述连接用阶梯轴通过外轴承安装在所述轴承支座上，所述 连接用阶梯轴的右端设有径向凸缘，所述径向凸缘同轴紧固在左端的所述固定盘上，所述 编码器的内套固定套接在所述连接用阶梯轴的左端部或通过联轴器与所述连接用阶梯轴 的左端同轴连接，所编码器的外套通过连接件与所述轴承支座固定连接，所述外轴承采用 双列调心轴承。
[0026] 优选地，所述刚性支座采用下列任意一种：
[0027] ( 1)所述刚性支座上的轴安装孔为多边形孔，与其连接的相应端的所述中心轴的 轴段呈相同的多边形，所述轴安装孔与插入其中的所述中心轴的轴段过盈配合或过渡配 合，相应的多边形结构构成了所述的防转结构，所述轴安装孔直接设置在所述刚性支座的 主体上或者设置在调整套上，对于设置在所述调整套上的情况，所述调整套的外缘呈圆柱 形，所述轴安装孔设置在所述调整套的中央，所述刚性支座的主体上设有与所述调整套外 缘对应的调整套安装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过 渡配合或过盈配合，并设有或者不设有紧固螺栓；
[0028] (2)所述刚性支座上的轴安装孔为圆柱形孔，相应端的所述中心轴的轴段呈圆柱 状，所述刚性支座上设有若干穿透所述轴安装孔侧壁的销钉通孔，所述中心轴的相应轴段 上设有若干分别与所述若干销钉通孔对接的销钉盲孔，若干销钉或销轴分别楔入所述相互 对接的销钉通孔和销钉盲孔，所述销钉或销轴及其配套结构构成了所述防转结构；
[0029] (3)所述刚性支座上的轴安装孔为圆柱形孔，相应端的所述中心轴的轴段呈圆柱 状，所述轴安装孔和插入所述轴安装孔内的所述中心轴轴段之间设有多个键，所述键及其 配套结构构成了所述防转结构，所述轴安装孔直接设置在所述刚性支座的主体上或者设置 在调整套上，对于设置在所述调整套上的情况，所述调整套的外缘呈圆柱形，所述轴安装孔 设置在所述调整套的中央，所述刚性支座的主体上设有与所述调整套外缘对应的调整套安 装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过渡配合或过盈配合， 并设有或者不设有紧固螺栓；
[0030] (4)所述刚性支座上的轴安装孔为鼓形孔，与其连接的相应端的所述中心轴的轴 段呈相同的鼓形，所述轴安装孔与插入其中的所述中心轴的轴段过盈配合或过渡配合，相 应的鼓形结构构成了所述的防转结构，所述轴安装孔直接设置在所述刚性支座的主体上或 者设置在调整套上，对于设置在所述调整套上的情况，所述调整套的外缘呈圆柱形，所述轴 安装孔设置在所述调整套的中央，所述刚性支座的主体上设有与所述调整套外缘对应的调 整套安装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过渡配合或过 盈配合，并设有或者不设有紧固螺栓；
[0031] (5)所述刚性支座上的轴安装孔为花键孔，与其连接的相应端的所述中心轴轴段 为花键轴，二者间所采用的上述花键结构构成了所述防转结构。
[0032] 优选地，通过所述定子温度传感器采集定子内的实时温度，依据采集到的所述定 子内的实时温度判定电机的疲劳状态，设定与所述定子温度传感器的温度采集部位相对应 的工作温度上限值，当相应定子温度传感器采集到的温度达到或超过相应的工作温度上限 值时，判断为电机疲劳并依此判断控制停机，当所采集到的温度低于相应的工作温度上限 值时，判断为电机未疲劳并允许电机进行工作。
[0033] 优选地，设有用于在线获得电机电流的电流信号采集装置和/或用于在线获得电 机电压的电压信号采集装置，所述电流信号采集装置为用于采集定子绕组的电流输入信号 的电流传感器和/或为能够输出其电流输出信号的变频器，所述电压信号采集装置为用于 采集定子绕组的电压输入信号的电压传感器和/或为能够输出其电压输出信号的变频器， 通过电流信号采集装置获得电流信号，以所述电流信号为荷载传感信号或者由所述电流信 号计算并获得荷载数据，通过所述电压信号采集装置获得电压信号，以所述电压信号为旋 转速度的传感信号或者由所述电压信号计算并获得转速数据。
[0034] 一种起重机，包括本实用新型公开的任意一种超低速大扭矩电机，所述超低速大 扭矩电机的外筒用作所述起重机的起升机构的卷筒，用于连接和卷绕所述起升机构的钢丝 绳。
[0035] 本实用新型的权利要求2-9的附加技术特征作为各自独立的优化技术手段，既可 以单独存在，也可以相互任意组合存在。
[0036] 本实用新型的有益效果：由于采用外转子构造，有利于大扭矩输出；由于设置了 定子温度传感器，能够获得定子内部的真实温度，这个温度相对于现有技术下采用的电机 外表面温度或机座温度而言，可以更准确地体现电机的疲劳程度或者温升对电机的影响， 由于温升对电机的影响主要表现为定子铁心在不同温度下的不同特性，并且定子铁心是否 达到一定温度限值是电机能否继续工作的主要影响因素和必要限定条件，而电机外表面温 度与定子内部温度不同，两者之间也并非严格的线性关系，因此通过定子温度传感器采集 的定子内温度能够更精确、更及时地判断出电机的疲劳状态，避免因温度不准确导致的误 判漏判，既有效且可靠地保证了电机运行在合理或安全的温度范围内，又避免在定子温度 未达到停机限值而停机造成的浪费，同时还避免了因使用者忽视电机工作制导致电机定子 温升过高给电机带来的损害；鉴于本实用新型电机适应于大扭矩输出，例如当用于门式起 重机的起升机构时，工作时转子与定子之间相互作用力矩可达200kNm以上，采用现有技术 的轴端安装固定方式易于出现固定不住的问题，由于在中心轴右端与右刚性支座之间设有 了用于防止中心轴和支座相对转动的防转结构，有效地保证了 了电机安装的稳定性，避免 了现有安装技术下中心轴易于打滑旋转的现象；由于将中心轴的右端固定安装在刚性支架 上，并将右端的固定盘的直径变大，形成径向延伸出来的边缘部位，以该边缘部位与盘式制 动器的制动块配合形成对电机的制动器，制动力矩大，制动效果好，制动过程中稳定性强， 振动小，对设备损害小，并且结构简单、紧凑，基本上不因制动装置的设置而额外占用空间， 特别适应于起重机起升机构的工作要求和使用场合；由于在电机内部设置了散热风道，并 可以通过强制通风的方式进行风冷，有利于大幅度提高散热能力，控制温升，特别是由于可 以采用自动气泵进行通风，在转子转动时气泵自动动作，转子停止时气泵也停止动作，不仅 方便了操作，而且还无需另行接入电源；由于设置了编码器，并且外转子编码器和内转子编 码器均可以使用，为准确地通过编码器采集转子转动和位置信号提供了条件，有利于控制 变频器的供电性能与实际需要相一致，提高运行质量；由于设置了电流传感器和电压传感 器，并通过电流信号获得荷载信号，通过电压信号获得转速信号，由此极大地减小了相应数 据采集的难度，简化了控制设备控制过程；由于采用了周向和轴向上规则排列的若干永磁 体形成外转子磁场，有利于实现磁场结构的优化；由于周向上采用了多个永磁体，且永磁体 的两个周向侧面呈5-35度的内侧削角状的斜平面状，大幅度减小了磁场波形的畸变率；由 于轴向上采用多个永磁体，有利于减小永磁体的长度，明显地消除或抑制了高次谐波的影 响，根据 申请人:的实验，相对于现有技术下的常规设计，依靠本实用新型上述涉及永磁体优 化结构和优化参数并与本实用新型的其他优选技术手段协同作用，气隙磁场波形的畸变率 可降低50% - 85%，可将气隙磁场波形畸变率控制在15%或10%以下，反电动势波形的畸变 率控制在10%或8%以下，由此大幅度提高了电机的运行平稳性、降低了噪音、减小了转矩脉 动且有助于增加转矩输出，降低了热量，特别适用于卷筒直驱（以电机外筒作为起升机构卷 筒）的起重机起升机构及其他类似场合。
[0037] 本实用新型的上述优选实施方式下，电机转速可低至0. 001r/min-30r/min，转矩 密度可高达80kN · m/m3以上，瞬时过载能力可高达1. 5-2. 0倍过载。

【专利附图】

【附图说明】
[0038] 图1是本实用新型超低速大扭矩电机的总体结构示意图；
[0039] 图2 (a)、2 (b)和2 (c)分别为本发明涉及永磁体横截面形状的三种实施例的示 意图；
[0040] 图3是本实用新型永磁体安装结构的一个实施例的轴向示意图；
[0041] 图4是本实用新型永磁体安装结构的另一个实施例的轴向示意图；
[0042] 图5是本实用新型一种空心轴的结构示意图；
[0043] 图6是本实用新型涉及若干散热风道的截面结构示意图；
[0044] 图7是本实用新型一种冷却结构的示意图；
[0045] 图8是本实用新型另一种冷却结构的示意图；
[0046] 图9是本实用新型第三种冷却结构的示意图；
[0047] 图10本实用新型涉及外转子编码器的结构示意图；
[0048] 图11是本实用新型涉及内转子编码器的结构示意图；
[0049] 图12是本实用新型一种刚性支座的示意图；
[0050] 图13是本实用新型另一种刚性支座的示意图；
[0051] 图14是本实用新型第三种刚性支座的示意图；
[0052] 图15是本实用新型第四种刚性支座的示意图；
[0053] 图16是本实用新型第五种刚性支座的示意图；
[0054] 图17是本实用新型第六种刚性支座的示意图；
[0055] 图18是本实用新型涉及的电流与起重负载的关系曲线，电机的使用方式为用于 起重机的起升机构，电机的转子外筒作为起重机钢丝绳卷绕系统的钢丝绳卷筒，直接卷绕 钢丝绳，负载为起重机的吊重；
[0056] 图19是本实用新型涉及的电压与运行速度的关系曲线，电机的使用方式为用于 起重机的起升机构，电机的转子外筒作为起重机钢丝绳卷绕系统的钢丝绳卷筒，直接卷绕 钢丝绳；
[0057] 图20为本实用新型起重机中涉及起升机构的结构示意图。

【具体实施方式】
[0058] 参见图1-17,本实用新型公开了一种超低速大扭矩电机，优选为永磁同步电机，通 常为三相永磁同步电机，也可以为单相永磁同步电机，包括通常意义下的这类电机本身，也 包括在这种电机结构和工作原理的基础上附加其他具体应用功能的电动装置。
[0059] 本实用新型公开的超低速大扭矩电机包括外转子和位于所述外转子内的定子(参 见图1)，所述定子主要由定子铁心1、定子绕组和中心轴2构成，所述中心轴可以是实心轴 或空心轴，所述定子铁心固定安装在中心轴上，所述定子铁心上设有定子槽，定子绕组固定 嵌装在所述定子槽上，所述外转子包括筒状的外筒3,所述外筒的两端固定连接有固定盘 4,所述固定盘通过转子轴承5与所述中心轴旋转连接。右端的所述固定盘构成盘式制动器 的制动盘，其直径大于所述外筒的直径，从所述外筒的边缘处径向延伸出来，所述盘式制动 器的制动钳装置的钳式制动块位于该固定盘从所述外筒的边缘处径向延伸出来的外边缘 部位的两侧。采用该制动结构几乎不额外增加电机的空间占用，且结构简单、制动可靠。所 述外筒内固定安装有若干永磁体6,所述若干永磁体采用相同的瓦形六面体结构且沿周向 和轴向两个方向规则排列，任一周向和任一轴向上排列的所述永磁体数量均为多个，所述 永磁体的两个周向侧面呈内侧削角状的斜平面状，其削角角度Θ为5-35度(参见图2)。当 定子绕组通电后，产生的旋转磁场与永磁体产生的磁场相互作用，驱动外筒同步旋转，由此 将电能转换为机械能。由于米用了周向和轴向上规则排列的若干永磁体形成永磁磁场，有 利于实现磁场结构的优化，特别是由于周向上采用了多个永磁体且永磁体的两个周向侧面 呈5-35度的内侧削角状的斜平面状，大幅度减小了磁场波形的畸变率；由于轴向上采用多 个永磁体，有利于减小永磁体的长度，明显地消除或抑制了高次谐波。
[0060] 优选地，所述若干永磁体在周向上和轴向上的规则分布方式为在周向上沿圆周对 齐且均勻分布，在轴向上沿直线对齐且均勻分布，由此不仅有利于合理安排各永磁体的周 向分布和轴向分布，实现磁场优化，而且结构简单，便于加工、安装和维护。
[0061] 优选地，周向相邻的所述永磁体之间留有间距，由此有利于优化磁场和便于安装。 [0062] 优选地，所述永磁体在所述外筒内的安装固定方式可以采用下列任意一种方式：
[0063] (1)参见图3,所述外筒的内表面设有若干轴向延伸、周向间隔排列的且与所述永 磁体的形状和尺寸相适应的燕尾槽，所述永磁体嵌装在相应的燕尾槽内；
[0064] (2)参见图4,周向相邻的所述永磁体之间设有轴向延伸的固定压条7,所述轴向 延伸的固定压条通过螺钉紧固在所述外筒上并与所述永磁体的两侧侧面紧压。
[0065] 对于上述第（1)种安装方式，所述嵌装在相应的燕尾槽内的永磁体与所述燕尾槽 之间可以相互粘结，对于上述第（2)种安装方式，所述轴向延伸的固定压条的横截面可以呈 矩形或梯形，所述轴向延伸的固定压条的径向外侧面与所述外筒的内壁之间也可以设有不 导磁粘结剂8,由此提高安装的牢固性且不会对磁场产生负面影响。所述固定压条采用矩形 截面易于加工，而梯形截面可以使两侧与相应永磁体的相应侧面密切贴合，有利于提高牢 固性和可靠性。
[0066] 优选地，对于上述第（2)种安装方式（即当周向相邻的所述永磁体之间设有轴向延 伸的固定压条时)，所述永磁体的两个轴向侧面也可以呈内侧削角状的斜平面状，轴向上相 邻的所述永磁体之间留有间距且设有周向延伸的固定压条，所述轴向延伸的固定压条通过 螺钉紧固在所述外筒上并与所述永磁体的两侧侧面紧压，所述轴向延伸的固定压条的横截 面呈矩形或梯形，由此可以进一步提高安装的牢固性并进一步优化磁场。
[0067] 优选地，所述永磁体的径向外表面为轴线与所述中心轴轴线重合的圆柱曲面，所 述永磁体的径向内表面为轴线与所述中心轴轴线重合或平行的圆柱曲面或者为由多个轴 线相互平行的圆柱曲面相接而成的曲面，所述多个圆柱曲面的连接线可以位于轴线与所述 中心轴轴线重合的圆柱曲面上。
[0068] 作为进一步的优选结构，所述永磁体横截面(垂直于中心轴轴线的方向上的截面） 在径向上的外边缘61 (径向上远离中心轴的边缘）呈圆心位于所述中心轴轴线上(在永磁 体横截面所在平面上，所述中心轴轴线表现为一个点，下同）的圆弧线形，所述永磁体横截 面在径向上的内边缘62 (径向上靠近中心轴的边缘）呈单一的圆弧形或者为由多段圆弧相 互连接成的曲线，通过这些曲线表面的优化设计，可以明显地改善气隙磁场波形，减小畸变 率。
[0069] 图2 (a) - (c)给出涉及永磁体横截面在径向上的内边缘形状的几个实施例：
[0070] 图2 (a)给出的实施例中：所述永磁体横截面在径向上的内边缘呈单一的圆弧形， 其圆心位于所述中心轴轴线上，外边缘和内边缘的半径分别为R1和R2,形成在径向上等厚 的永磁体，使各永磁体径向内、外表面分别位于与所述转子壳体同轴的相应圆柱面上(转子 壳体与中心轴同轴)，并使永磁体在径向上的内表面与定子的外表面之间间距相等；
[0071] 图2 (b)给出的实施例中：所述永磁体横截面在径向上的内边缘呈单一的圆弧形， 其半径与所述永磁体横截面在径向上的外边缘的半径相等，均为R1，其圆心位于所述永磁 体横截面外边缘中点与所述中心轴轴线所确定的直线上，由此形成永磁体中央厚两侧薄的 结构，有利于消除边缘谐波；
[0072] 图2 (c)的实施例中，所述永磁体横截面在径向上的内边缘可以采用图2 (a)实 施例的形状，也可以采用图2 (b)实施例的形状，其特殊之处在于将图2 (a)实施例和图2 (b)实施例中永磁体横截面在径向上的内边缘与永磁体横截面的周向侧边通过一个小的凹 圆弧线（半径为R3)连接，而不是通常情况下的直接连接或者通过凸形圆角连接，由此可以 更有效地减小边缘谐波。两边圆弧的设置起到了类似"削角"的效果，有利于进一步减小转 矩脉动，优化磁场，明显地消除或减小高次谐波的作用力，为电机在低速/超低速、大扭矩 下稳定工作提供基础保证。
[0073] 优选地，所述永磁体的长度(轴向长度）在30_95mm之间，所述永磁体的厚度（当永 磁体为不等厚结构时，指最大厚度)在8-18mm之间，由此在保证机械强度和磁场强度的前提 下，可以明显地减小高次谐波的影响。
[0074] 优选地，所述永磁体采用钕铁硼材料，以提高磁性能。
[0075] 优选地，所述永磁体的材料满足下列条件，以保证电机正常运行，提高适应性：
[0076] (1)剩磁在1. 25T以上，内禀矫顽力在20_30k0e之间；
[0077] (2) 150_180°C时的去磁曲线为一条直线，不出现去磁拐点或者出现去磁拐点但其 最大去磁工作点tv高于其去磁拐点。
[0078] 由此，所述永磁体应选取牌号为SH、UH或钕铁硼材料，或者性能相当或更优的 其他可能牌号的钕铁硼材料。采用具有上述特点的永磁材料，可以消除传统的低速大扭矩 电机的永磁体在起重机运行工况下必将产生的不可逆去磁风险，是本实用新型能够实现低 速或超低速、大扭矩的重要保证。
[0079] 优选地，所述定子槽采用梨形槽，槽口尺寸k在2. 5-4. 5mm之间，绕组节距为1，每 匝定子绕组线圈缠绕在一个定子齿上，由此可以明显地优化定子磁场，消除或减小高次谐 波，改善频率特性，提高出力，节省材料，降低铜耗。
[0080] 优选地，极弧系数为0. 8-0. 9,极槽配合采用8极9槽、10极12槽、20极24槽、30 极36槽、22极24槽、16极18槽或32极36槽配合方式，以优化气隙磁场，消除齿槽转矩。
[0081] 经过上述改进，在优选的实施例下并结合其他配套的优化装置(例如优质变频 器)，本实用新型电机的气隙磁场波形的畸变率可降低50% - 80%，使气隙磁场波形畸变率 控制在15%或10%以下，反电动势波形的畸变率控制在10%或8%以下，由此大幅度提高了 电机的运行平稳性、降低了噪音、减小了转矩脉动且有助于增加转矩输出，并有助于控制温 升，因此在超低速大扭矩的情形下依然能够正常运行，特别适用于卷筒直驱（以外筒作为卷 筒）的起重机起升机构及其他类似场合。
[0082]为提高散热能力，改善散热效果，特别是对于某些产热量大的使用场合，可以在电 机内部设置散热风道，通过自然通风或强制通风的方式，直接在电机内部通风降温。
[0083] 例如，可以设有下列任意一种或多种内冷却结构(参见图5-8):
[0084] ( 1)所述中心轴为中空轴，所述中心轴的轴孔9构成用于内冷却的轴内散热风道 (参见图5);
[0085] (2)所述定子铁心的外侧面与所述外转子的内侧面之间设有构成定子外散热风道 10的环形缝隙(参见图6);
[0086] (3)所述定子铁心内设有构成定子内散热风道11的轴向通孔(参见图6)。
[0087] 通常，所述定子铁心由若干相同结构的沿轴向叠置的定子冲片组成，在此情况下， 优选地，所述定子冲片上冲制有若干散热风道孔，所述定子内散热风道由所述各定子冲片 上的相应散热风道孔构成，由此可以在基本上不增加加工工艺或工艺难度的情况下，形成 所需的定子内散热风道。
[0088] 优选地，所述定子冲片上的若干散热风道孔沿同一圆周均匀分布，由此可以均衡 各处的散热效果。当需要设置多层散热风道孔时，所述定子冲片上的若干散热风道孔可以 沿多个圆周分布，各圆周的若干散热风道孔均匀分布。
[0089] 优选地，所述定子冲片上分布于同一圆周上的的若干散热风道孔的形状和大小相 同，均为以所述定子冲片的中心为圆心的弧形长条孔，由此可以保证定子铁心强度的情况 下有效地提商风道的散热面积。
[0090] 优选地，所述定子冲片上的散热风道孔距该定子冲片内边缘(位于中央的中心轴 安装孔的边缘）的距离小于距该定子冲片外边缘的距离，由此在综合定子外散热风道和定 子内散热风道作用的情况下，提高总体散热效率和散热能力。
[0091] 当需要强制通风时，可以采用下列任意一种强制通风结构：
[0092] (1)当所述中心轴为中空轴时，所述中心轴出风端的轴孔敞口，所述中心轴出风端 的轴孔内设有轴内抽风风机，当还设有定子外散热风道和/或定子内散热风道时，所述定 子铁心的两端分别与相应端的所述固定盘之间留有构成端部匀压气隙带12的间隙，所述 定子外散热风道和/或定子内散热风道的两端分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通， 所述中心轴出风端的侧壁上设有连通所述中心轴的轴孔和相应端的所述端部匀压气隙带 的中心轴侧孔13,所述轴内抽风风机位于该中心轴侧孔的外侧；
[0093] (2)当设有定子外散热风道和/或定子内散热风道时，所述定子铁心的两端分别 与相应端的所述固定盘之间留有构成端部匀压气隙带12的间隙，所述定子外散热风道和/ 或定子内散热风道的两端分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，所述进风端的固定盘 上设有进风风道，所述进风风道的数量为一个或多个，所述进风风道内串接有进风气泵，位 于所述进风气泵两端的所述进风风道上均设有进风单向阀，所述进风气泵包括缸体，所述 缸体轴向设置在相应的所述固定盘上，所述缸体内设有与其配套的活塞，所述活塞连接有 延伸到所述固定盘内侧的活塞杆，所述缸体内的空腔由所述活塞分隔为有杆腔和无杆腔， 所述有杆腔位于所述无杆腔的内侧，所述中心轴上设有位于相应端的所述端部匀压气隙带 内且与所述活塞杆构成凸轮机构的多级凸轮，所述多级凸轮转动时推动所述活塞杆往复移 动，所述进风气泵的进气口和出气口均设置在所述无杆腔的底部，当还设有轴内散热风道 时，所述中心轴进风端的侧壁上设有连通所述中心轴的轴孔和相应端的所述端部匀压气隙 带的中心轴侧孔。
[0094] 下面给出几种散热冷却的【具体实施方式】：
[0095] 例如，可以通过所述定子外散热风道和定子内散热风道进行电机内的通风散热， 在此情况下，两个所述端部匀压气隙带12应分别连通各自的通风风道14,所述通风风道可 以开设在相应端的固定盘上并与相应端的端部匀压气隙带相连接(参见图7)，以简化结构， 降低风阻和提高效率，其中一个固定盘(例如右端的固定盘）上的通风风道用作进风风道， 另一个固定盘(例如左端的固定盘）上的通风风道用作出风风道，当需要进行强制通风时， 至少一个所述固定盘上的通风风道设有强制通风装置，通过强制通风装置的通风作用（鼓 入和/或抽出），在所述定子内散热风道和定子外散热风道形成具有所需风量和压力的气 流，定子铁心上的热量通过热交换散到定子内散热风道和定子外散热风道的气流中被气流 带出，由此实现高效强制散热的目的。上述定子外散热风道和端部匀压气隙带均可以是现 有电机的相应间隙，可以根据散热和匀压的需要进行尺寸和形状上的改进而无需另外重新 设置，有利于简化结构。
[0096] 优选地，所述进风风道和出风风道的数量均为若干个，分别开设在相应端的固定 盘上，所述出风风道上设有出风单向阀15,所述强制通风装置为进风气泵16,所述进风气 泵的数量为若干个，分别串接各自对应的所述进风风道中，所述进风气泵两端的进风风道 上均设有相应的进风单向阀(例如相对于所述气泵而言的进气阀17、排气阀18)。对所述气 泵的驱动和工作方式控制可以通过任意适宜的现有和其他可能的适宜技术。
[0097] 优选地，所述进风气泵包括缸体，所述缸体轴向设置在相应的所述固定盘上，所述 缸体内设有配套的活塞，所述活塞连接有延伸到所述固定盘内侧的活塞杆，所述缸体内空 腔由所述活塞分隔为有杆腔和无杆腔，所述有杆腔位于所述无杆腔的内侧，所述中心轴上 设有位于相应端部匀压气隙带内且与所述活塞杆构成凸轮机构的多级凸轮19,所述多级凸 轮转动时推动所述活塞杆往复移动，所述进风气泵的进气口和出气口均设在所述无杆腔的 底部，由此所述无杆腔构成所述进风风道的一部分，实现所述气泵在所述进风风道上的串 接。通常在活塞杆顶端可以设置与所述凸轮配合的轮子，所述凸轮的凸台也可以采用一个 顶弧与两个内弧平滑连接的曲面结构，以减小摩擦。电机工作时，所述固定盘随外转子转动 并通过所述多级凸轮带动所述各个气泵的活塞杆往复移动，进而带动各个气泵的活塞往复 移动，随着活塞的移动，依靠所述进风气泵两端进风风道上的进风单向阀的作用，外部空气 进入无杆腔，再从无杆腔进入相应端的匀压气隙带，经过定子内散热风道和定子外散热风 道后，经另一端的出风口流出。根据实际需要，可以通过适宜的气泵数量(进风风道数量)、 气泵参数及凸轮上的凸台数量等，可以满足电机散热对风量和风压的要求。这种气泵无需 另接外部动力，在电机工作时自动开始工作，电机停止时自动停止，非常方便。
[0098] 作为上述两端通风风道均开设在固定盘上的替代方案，所述通风风道也可以均开 设在相应端的中心轴上(如图8)，或者一端的通风风道开设在固定盘上，另一端的通风风道 开设在固定盘上(如图9)。将通风风道开设在中心轴上有利于提高对强制通风装置的适应 性，简化与强制通风装置之间的连接结构，并提高通风能力，所述开设在中心轴上的通风风 道可以由开设在所述中心轴端部的中心轴轴向孔(相当于从轴端向内延伸一定长度的中心 轴轴孔)20和设置在所述中心轴轴向孔的侧壁上的中心轴侧孔21构成，所述中心轴轴向孔 的外端开口，里端封堵(包括采用封堵件封堵或设置成盲孔)，所述中心轴侧孔的一端连通 相应端的端部匀压气隙带，另一端连通所述中心轴轴向孔。
[0099] 当采用送风风机作为强制通风装置时，在进风端的中心轴上开设进风风道，所述 送风风机的出风口连通所述进风风道或者直接将适宜的送风风机安装在所述进风风道内， 与这种强制通风方式相适应，所述出风风道可以开设在相应端的固定盘上，也可以开设在 相应端的中心轴上，当所述出风风道开设在相应端的固定盘上，所述开设在相应端的固定 盘上的出风风道的数量通常可以为多个，以提高通风能力。
[0100] 当采用抽风风机作为所述强制通风装置时，将所述出风风道设在相应端的中心轴 上，所述抽风风机的进风口连通所述出风风道或者直接将适宜的抽风风机安装在所述出风 风道内，与这种强制通风方式相适应，所述进风风道可以开设在相应端的固定盘上，也可以 开设在相应端的中心轴上，当所述进风风道开设在相应端的固定盘上，所述开设在相应端 的固定盘上的进风风道的数量通常可以为多个，以提高通风能力。
[0101] 对于进风风道和出风风道均设置在中心轴上的上述冷却方式，如果将中心轴上的 进风风道和出风风道连通(实际上就是采用贯通的中心轴轴孔)，形成轴内散热风道，并适 当设置进风端和出风端的中心轴侧孔13的大小，使定子外散热风道、定子内散热风道及轴 内散热风道中的空气流量符合要求，就可以同时实现定子外散热风道、定子内散热风道及 轴内散热风道同时散热的目的。
[0102] 如图9所示，所述中心轴轴孔的进风端通过堵板22封堵，所述出风端的中心轴轴 孔内设有引风机23或者所述出风端的中心轴轴孔连接有引风机。引风机启动后，外部冷空 气从进风端固定盘上的进风风道进入该端的端部匀压气隙带，一部分经过外散热风道后进 入出风端的端部匀压气隙带，然后通过相应端的中心轴侧孔进入中心轴轴孔，另一部分经 过进风端的中心轴侧孔进入该端的中心轴轴孔，沿中心轴轴孔流入出风端，两部分空气流 在出风端中心轴轴孔内汇合，经引风机送出中心轴，由此形成对定子外表面和中心轴内部 的强制风冷，由此实现高效强制散热的目的。
[0103] 所述电机的编码器可以采用外转子编码器，也可以采用常见的内转子编码器。
[0104] 通常，所述编码器为旋转编码器，包括相互旋转连接的内套24和外套25,所述内 套和外套之间留有间隙，所述内套和外套上设有对应的位置感应元件，以保证外套相对于 内套的转动，以获得相应的传感信号。
[0105] 当所述编码器为安装在所述外筒左端的外转子编码器时(参见图10)，所述内套套 接在从左端延伸出来的所述中心轴上并与所述中心轴固定连接，所述外套与所述外筒固定 连接(可以直接固定，也可以借助其他结构件间接固定)，所述中心轴、外筒、内套和外套同 轴。工作时，所述内套与所述中心轴一起固定不动，所述外套与所述外筒完全同步地转动， 所述外套的角位移、旋转速度、旋转加速度等参数与所述外筒完全相同，有利于保证检测数 据的可靠性和提高检测精度。
[0106] 优选地，所述内套与所述中心轴固定连接的方式为套接在所述中心轴上的所述内 套与所述中心轴之间设有联接键26,这种连接固定的方式结构简单，安装方便，可靠性好。
[0107] 优选地，所述中心轴左端用于连接所述内套的轴颈为阶梯轴颈，所述内套的右端 由所述阶梯轴颈上的相应止口定位，所述内套的左端由固定套接在所述阶梯轴颈的止推环 27定位，由此通过简单的结构保证内套在轴向上的定位和固定。
[0108] 优选地，所述阶梯轴颈上还套接有隔套28,所述隔套位于所述内套与位于所述内 套左侧用于定位的所述内套止口之间，所述隔套的右端与所述止口的端面相接，所述隔套 的左端与所述内套的右端相接，所述止推环的右端与所述内套的左端相接，通过隔套的设 置，以利于将内套定位在适宜的轴向位置上。
[0109] 优选地，所述隔套由一段套筒结构构成，所述套筒结构的轴向中部设有环形隔板， 所述环形隔板位于左端的所述转子轴承的左侧，其外径大于该转子轴承的内径，由此还可 以对相应端的转子轴承起到防护作用。
[0110] 优选地，左端的所述固定盘的外边缘部位通过螺栓紧固在所述外筒相应端口处的 环形凸缘29上，所述固定盘的内圆与相应转子轴承的外圈固定连接，由此方便有效地实现 了所述外筒左端端口的封堵以及外筒与转子轴承之间的连接。
[0111] 由于通常情况下所述转子轴承的外径大于所述外套的外径，优选地，所述外套上 设有外套法兰30,所述外套法兰位于一连接用法兰盘31的左侧，并通过螺栓紧固在该连接 用法兰盘的内边缘部位上，所述连接用法兰盘位于所述左端的固定盘的左侧，所述连接用 法兰盘的外边缘部位通过螺栓紧固在所述左端的固定盘的内边缘部位，由此实现所述外套 与所述外筒之间的固定连接。由此方便有效地解决了因所述编码器外套大小和位置等因素 无法直接与固定盘连接的问题。
[0112] 在上述外转子编码器的安装方式下，所述中心轴的左端与右端一样，安装在其对 应的左刚性支座32上，所述左刚性支座安装在所述外转子编码器的外侧，由此不仅方便了 编码器的安装，简化连接结构，也便于使用和维护。
[0113] 当所述编码器为安装在所述外筒左端的内转子编码器33时(参见图11)，通常采 用小孔径内转子编码器，所述小孔径内转子编码器设有连接用阶梯轴34和轴承支座，所述 连接用阶梯轴通过外轴承35安装在所述轴承支座上，所述连接用阶梯轴的右端设有径向 凸缘，所述径向凸缘同轴连接所述左端的固定盘4,所述编码器的内套固定套接在所述连接 用阶梯轴的左端部或通过联轴器36或类似连接件与所述连接用阶梯轴的左端同轴连接， 所编码器的外套通过连接件与所述轴承支座固定连接。由于编码器的内套通过连接用阶梯 轴与所述外筒3同轴连接，通过相应的连接件使外套固定不动，由此可以将常规技术下的 内转子编码器用于直径较大的外转子电机的检测，例如本实用新型公开的超低速大扭矩电 机。
[0114] 通常，所述轴承支座优选由上座37和下座38两部分对接而成，所述上座和下座通 过螺栓紧固在一起，以方便加工、安装和维护。
[0115] 优选地，所述外轴承采用双列调心轴承，以改善和提高受力性能。
[0116] 优选地，所述轴承支座上固定设有用于轴承外圈轴向限位的挡环39和轴承盖40， 所述挡环位于所述外轴承的右侧，所述轴承盖位于所述外轴承的左侧，所述挡环和轴承盖 与所述连接用阶梯轴之间留有间隙，以实现可靠的定位并避免对连接用阶梯轴的妨碍。
[0117] 通常，所述连接用阶梯轴上各轴段的直径由右到左逐段递减，以适应于外筒和编 码器上相应件的安装尺寸要求。
[0118] 通常，所述连接用阶梯轴可以为实心或空心的回转体结构件，当采用空心结构时， 可以通过中孔进行穿线和通风等。
[0119] 优选地，所述编码器外套与所述轴承支座之间的连接件包括过渡连接用的异型法 兰41，所述异型法兰的两端分别为外缘环形连接部和内缘环形连接部，所述外缘环形连接 部和内缘环形连接部之间的部分呈带有环形阶梯的筒状，所述外缘环形连接部位于所述异 型法兰的右端，与轴承盖连接，所述内缘环形连接部位于所述异型法兰的左端，与所述外套 上的安装法兰连接，由此不仅适应了电机和编码器上相应件的轴向位置和径向尺寸的连接 要求，而且还对外轴承等件起到有效的保护作用。
[0120] 所述刚性支座(右刚性支座和，如果有的话，左刚性支座）可以采用任意适宜的形 式，由于圆柱形的光轴和圆柱形的光孔之间的摩擦力有限，因此当中心轴的扭矩很大时，易 于出现打滑，因此，可以通过将相互配合的中心轴轴段和轴安装孔42设置成非圆形，例如 多边形孔(参见图12)和鼓形孔（图16)，或者通过销43或螺栓等沿径向穿过位于刚性支座 和中心轴上的孔(参见图14)，使其一部分位于刚性支座内，另一部分位于中心轴内，由此阻 止中心轴相对刚性支座转动，还可以通过将轴安装孔设置成花键孔(参见图17)、或者在中 心轴和轴安装孔之间设置联接键44 (参见图15)等方式阻止中心轴相对刚性支座旋转。
[0121] 通常，所述轴安装孔可以直接设置在所述刚性支座上，即设置在所述刚性支座的 主体上，优选地，刚性支座可以采用由刚性支座的主体和调整套45分体结构，所述轴安装 孔设置在所述调整套的中央，所述调整套的外侧呈圆柱形，所述刚性支座的主体上设有与 所述调整套外缘对应的调整套安装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调 整套安装孔过渡配合或过盈配合，并设有或者不设有紧固螺栓上，安装时可以将所述调整 套与中心轴作为整体安装到刚性支座的主体的调整套安装孔中，而调整套安装孔为圆柱形 孔，方便中心轴找正，降低了中心轴安装时周向角度调整的难度和两刚性支座的同轴调整 难度，还降低了刚性支座和中心轴轴颈的加工要求，当中心轴的两端均安装在刚性支座上 时，通常至少有一个刚性支座为上述设置有调整套的刚性支座。
[0122] 优选地，所述定子温度传感器的数量为一个或多个，所述定子温度传感器的设置 位置（是指采集温度的位置，对应温度采集部位）可以为一个或多个，由此可以根据不同需 要以及加工和操作上的便利，灵活设置定子温度传感器的数量和安装位置。
[0123] 例如，所述定子温度传感器可以设置在下列任意位置上：
[0124] a)所述定子温度传感器设置在所述定子铁心上的定子槽内，位于相应定子槽槽壁 和该定子槽内的绕组之间，由此采集到的温度基本上体现出定子铁心的温度，可视为或用 作定子铁心的温度；
[0125] b)所述定子铁心内部设有定子温度传感器安装孔，所述定子温度传感器嵌装在 所述定子温度传感器安装孔内，由此可以更为精准地采集到定子铁心内部的温度，可以将 所述定子温度传感器安装孔设置在定子铁心的最高温度部位，以获得定子铁心上的最高温 度，避免因实际采集到的定子铁心内部温度低于其最高温度致使这些部位因温度超过铁心 的工作温度上限值而出现故障；通常，所述定子温度传感器安装孔可以在相应铁心片的冲 制过程中冲制出来。
[0126] c)所述定子温度传感器设置在所述定子铁心的定子槽内的绕组内部，由此可以直 接采集到绕组的内部温度。基于与前面所述同样的理由，绕组内部设置的定子温度传感器 也优选设置在绕组内的温度最高部位；
[0127] d)所述中心轴内还可以设有或不设有用于采集中心轴温度的定子温度传感器，通 过用于采集中心轴温度的定子温度传感器可以获得中心轴温度，以便与其他温度相比较， 分析研究电机上的温度梯度变化，并可以在控制要求相对较低的情况下作为控制依据或者 通过修正后作为控制依据。
[0128] 由于现有技术下一般都是把测温探头放置于电机轴承或者电机外壳上进行测温， 不能反映出电机内部的产热和温度状况，特别是对应外转子永磁同步电机而言，定子绕组 的铜损和定子铁心的铁损是发热的主要原因，而这些热能首先引发定子铁心和定子绕组的 温度上升，经过较长的路径才到达外壳或轴承，因此，从外壳或轴承测得的温度不能真实地 体现定子内部的温度，不利于对电机状态作出准确的判断，也不利于对电机进行精确的控 制。另外由于人们是通过时间试验而定义电机的工作级别，但在实际的运行过程中，使用者 一般不会去统计电机运行的时间，运行到工作级别限定的最大工作时间后，经常会出现不 对电机进行停机等处理而继续运行的现象，在人们不掌握电机内部温度的情况下，易于导 致事故发生，而如果完全依据工作制工作，尽管通常可以保证安全运行，但往往也存在电机 未达到应停机的内部温度之前就停机的现象，导致电机的利用率下降，影响工作效率可以 通过定子温度判定电机的疲劳状态，因此，通过定子温度判断电机疲劳状态和程度更为准 确，可以设定与定子上温度采集部位相对应的工作温度上限值，当采集到的温度达到或超 过相对应的工作温度上限值时，判断电机疲劳并依此判断控制停机，当所采集到的温度低 于相对应的工作温度上限值时，判断电机未疲劳并允许电机进行工作。
[0129] 优选地，当所述定子温度传感器所采集到的温度低于相对应的工作温度上限值 时，计算达到相对应的工作温度上限值的电机持续工作时间，并以此作为允许电机继续持 续工作的最大时长，由此使使用者了解和掌握电机的实际情况，对电机后续的工作时间做 到心中有数。所述最大时长的计算，可以依据设定的程序，周期性或在一定条件下计算，也 可以依据人工输入的指令进行相应的温度采集和计算。
[0130] 本实用新型的超低速大扭矩电机还可以设有用于在线获得电机电流的电流信号 采集装置和/或用于在线获得电机电压的电压信号采集装置，所述电流信号采集装置为用 于采集定子绕组的电流输入信号的电流传感器和/或为能够输出其电流输出信号的变频 器，所述电压信号采集装置为用于采集定子绕组的电压输入信号的电压传感器和/或为能 够输出其电压输出信号的变频器，当两种信号都通过变频器获得时，输出电流信号和电压 信号的变频器可以是同一变频器，通过电流信号采集装置获得电流信号，以所述电流信号 为荷载传感信号或者由所述电流信号计算并获得荷载数据，通过所述电压信号采集装置获 得电压信号，以所述电压信号为旋转速度的传感信号或者由所述电压信号计算并获得转速 数据。
[0131] 分别利用电流信号和电压信号确定电机荷载和电机运行速度的原理如下：对所述 永磁同步电机进行

【权利要求】
1. 一种超低速大扭矩电机，包括外转子和定子，所述定子包括中心轴、固定安装在所述 中心轴上的定子铁心和固定安装在所述定子铁心上的定子绕组，其特征在于所述定子设有 用于采集定子内温度信号的定子温度传感器，所述外转子包括外筒，所述外筒的内侧固定 安装有若干永磁体，所述外筒的两端均固定安装有固定盘且通过固定盘与所述中心轴轴承 连接，所述若干永磁体采用相同的瓦形六面体结构且沿周向和轴向两个方向规则排列，任 一周向和任一轴向上排列的所述永磁体数量均为多个，所述永磁体的两个周向侧面呈内侧 削角状的斜平面状，其削角角度为5-35度，所述中心轴的右端从与其连接的相应端轴承内 延伸出来，固定安装在右刚性支座上，所述右刚性支座上设有轴安装孔，所述中心轴的右端 部插入所述右刚性支座的轴安装孔且与所述右刚性支座之间设有用于防止两者相对转动 的防转结构，右端的所述固定盘构成盘式制动器的制动盘，其直径大于所述外筒的直径，从 所述外筒的边缘处径向延伸出来，所述盘式制动器的制动钳装置的钳式制动块位于该固定 盘从所述外筒的边缘处径向延伸出来的外边缘部位的两侧。
2. 如权利要求1所述的超低速大扭矩电机，其特征在于所述定子铁心上设有用于嵌装 所述绕组的定子槽，所述定子槽为梨形槽，槽口尺寸k在2. 5-4. 5mm之间，所述绕组的节距 为1，每匝线圈缠绕在一个定子齿上，并采用8极9槽、10极12槽、20极24槽、30极36槽、 22极24槽、16极18槽或32极36槽的极槽配合方式，所述永磁体采用钕铁硼材料，长度为 30-95mm，厚度为8-18mm，极弧系数为0. 8-0. 9。
3. 如权利要求1或2所述的超低速大扭矩电机，其特征在于所述若干永磁体在周向上 和轴向上的规则分布方式为在周向上沿圆周对齐且均匀分布，在轴向上沿直线对齐且均匀 分布，所述永磁体横截面在径向上的外边缘呈圆心位于所述中心轴轴线上的圆弧线形，所 述永磁体横截面在径向上的内边缘采用以下任意一种结构形式： 结构形式一：所述内边缘呈单一的圆弧形，圆心位于所述中心轴轴线上； 结构形式二：所述内边缘呈单一的圆弧形，圆心位于所述永磁体横截面外边缘中点与 所述中心轴轴线所确定的直线上，且其半径等于所述外边缘的半径； 结构形式三：所述内边缘呈单一的圆弧形，圆心位于所述中心轴轴线上，永磁体横截面 在径向上的内边缘与永磁体横截面的周向侧边通过一个小的凹圆弧线连接； 结构形式四：所述内边缘呈单一的圆弧形，圆心位于所述永磁体横截面外边缘中点与 所述中心轴轴线所确定的直线上，且其半径等于所述外边缘的半径，永磁体横截面在径向 上的内边缘与永磁体横截面的周向侧边通过一个小的凹圆弧线连接。
4. 如权利要求1、2或3所述的超低速大扭矩电机，其特征在于设有下列任意一种或多 种内冷却结构： 内冷却结构一：所述中心轴为中空轴，所述中心轴的轴孔构成用于内冷却的轴内散热 风道； 内冷却结构二：所述定子铁心的外侧面与所述外转子的内侧面之间设有构成定子外散 热风道的环形缝隙； 内冷却结构三：所述定子铁心内设有构成定子内散热风道的轴向通孔，所述定子铁心 上的轴向通孔由组成所述定子铁心的定子冲片上冲出的相应散热风道孔连接而成， 上述各散热风道的通风方式为自然通风和/或强制通风。
5. 如权利要求4所述的超低速大扭矩电机，其特征在于采用下列任意一种强制通风结 构： 强制通风结构一：当所述中心轴为中空轴时，所述中心轴出风端的轴孔敞口，所述中 心轴出风端的轴孔内设有轴内抽风风机，当还设有定子外散热风道和/或定子内散热风道 时，所述定子铁心的两端分别与相应端的所述固定盘之间留有构成端部匀压气隙带的间 隙，所述定子外散热风道和/或定子内散热风道的两端分别与相应端的所述端部匀压气隙 带连通，所述中心轴出风端的侧壁上设有连通所述中心轴的轴孔和相应端的所述端部匀压 气隙带的中心轴侧孔，所述轴内抽风风机位于该中心轴侧孔的外侧； 强制通风结构二：当设有定子外散热风道和/或定子内散热风道时，所述定子铁心的 两端分别与相应端的所述固定盘之间留有构成端部匀压气隙带的间隙，所述定子外散热风 道和/或定子内散热风道的两端分别与相应端的所述端部匀压气隙带连通，所述进风端的 固定盘上设有进风风道，所述进风风道的数量为一个或多个，所述进风风道内串接有进风 气泵，位于所述进风气泵两端的所述进风风道上均设有进风单向阀，所述进风气泵包括缸 体，所述缸体轴向设置在相应的所述固定盘上，所述缸体内设有与其配套的活塞，所述活塞 连接有延伸到所述固定盘内侧的活塞杆，所述缸体内的空腔由所述活塞分隔为有杆腔和无 杆腔，所述有杆腔位于所述无杆腔的内侧，所述中心轴上设有位于相应端的所述端部匀压 气隙带内且与所述活塞杆构成凸轮机构的多级凸轮，所述多级凸轮转动时推动所述活塞杆 往复移动，所述进风气泵的进气口和出气口均设置在所述无杆腔的底部，当还设有轴内散 热风道时，所述中心轴进风端的侧壁上设有连通所述中心轴的轴孔和相应端的所述端部匀 压气隙带的中心轴侧孔。
6. 如权利要求1、2或3所述的超低速大扭矩电机，其特征在于所述外筒的左端连接有 编码器，所述外筒的左端与所述编码器之间的连接方式为下列任意一种： 连接方式一：所述编码器为外转子编码器，包括相互旋转连接的内套和外套，所述中心 轴的左端从与其连接的相应端轴承内延伸出来，固定安装在左刚性支座上，所述左刚性支 座上设有轴安装孔，所述中心轴的左端插入所述左刚性支座的轴安装孔内且与所述左刚性 支座之间设有用于防止两者相对转动的防转结构，所述内套固定连接所述中心轴的左端， 所述外套固定连接左端的所述固定盘，所述中心轴、外筒、内套和外套同轴； 连接方式二：所述编码器为内转子编码器，包括相互旋转连接的内套和外套，所述编码 器配有连接用阶梯轴和轴承支座，所述连接用阶梯轴通过外轴承安装在所述轴承支座上， 所述连接用阶梯轴的右端设有径向凸缘，所述径向凸缘同轴紧固在左端的所述固定盘上， 所述编码器的内套固定套接在所述连接用阶梯轴的左端部或通过联轴器与所述连接用阶 梯轴的左端同轴连接，所编码器的外套通过连接件与所述轴承支座固定连接，所述外轴承 采用双列调心轴承。
7. 如权利要求6所述的超低速大扭矩电机，其特征在于所述刚性支座采用下列任意一 种： 刚性支座一：所述刚性支座上的轴安装孔为多边形孔，与其连接的相应端的中心轴轴 段呈相同的多边形，所述轴安装孔与插入其中的所述中心轴轴段过盈配合或过渡配合，相 应的多边形结构构成了所述的防转结构，所述轴安装孔直接设置在所述刚性支座的主体上 或者设置在调整套上，当设置在所述调整套上时，所述调整套的外缘呈圆柱形，所述轴安装 孔设置在所述调整套的中央，所述刚性支座的主体上设有与所述调整套外缘对应的调整套 安装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过渡配合或过盈配 合，并设有或者不设有紧固螺栓； 刚性支座二：所述刚性支座上的轴安装孔为圆柱形孔，相应端的所述中心轴轴段呈圆 柱状，所述刚性支座上设有若干穿透所述轴安装孔侧壁的销钉通孔，所述中心轴的相应轴 段上设有若干分别与所述若干销钉通孔对接的销钉盲孔，若干销钉或销轴分别楔入所述相 互对接的销钉通孔和销钉盲孔，所述销钉或销轴及其配套结构构成了所述防转结构； 刚性支座三：所述刚性支座上的轴安装孔为圆柱形孔，相应端的所述中心轴轴段呈圆 柱状，所述轴安装孔和插入所述轴安装孔内的所述中心轴轴段之间设有多个键，所述键及 其配套结构构成了所述防转结构，所述轴安装孔直接设置在所述刚性支座的主体上或者设 置在调整套上，当设置在所述调整套上时，所述调整套的外缘呈圆柱形，所述轴安装孔设置 在所述调整套的中央，所述刚性支座的主体上设有与所述调整套外缘对应的调整套安装 孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过渡配合或过盈配合，并 设有或者不设有紧固螺栓； 刚性支座四：所述刚性支座上的轴安装孔为鼓形孔，与其连接的相应端的所述中心轴 轴段呈相同的鼓形，所述轴安装孔与插入其中的所述中心轴轴段过盈配合或过渡配合，相 应的鼓形结构构成了所述的防转结构，所述轴安装孔直接设置在所述刚性支座的主体上或 者设置在调整套上，当设置在所述调整套上时，所述调整套的外缘呈圆柱形，所述轴安装孔 设置在所述调整套的中央，所述刚性支座的主体上设有与所述调整套外缘对应的调整套安 装孔，所述调整套插接在所述调整套安装孔上，与所述调整套安装孔过渡配合或过盈配合， 并设有或者不设有紧固螺栓； 刚性支座五：所述刚性支座上的轴安装孔为花键孔，与其连接的相应端的所述中心轴 轴段为花键轴，二者间所采用的上述花键结构构成了所述防转结构。
8. 如权利要求1、2或3所述的超低速大扭矩电机，其特征在于通过所述定子温度传感 器采集定子内的实时温度，依据采集到的所述定子内的实时温度判定电机的疲劳状态，设 定与所述定子温度传感器的温度采集部位相对应的工作温度上限值，当相应定子温度传感 器采集到的温度达到或超过相应的工作温度上限值时，判断为电机疲劳并依此判断控制停 机，当所采集到的温度低于相应的工作温度上限值时，判断为电机未疲劳并允许电机进行 工作。
9. 如权利要求8所述的超低速大扭矩电机，其特征在于设有用于在线获得电机电流的 电流信号采集装置和/或用于在线获得电机电压的电压信号采集装置，所述电流信号采集 装置为用于采集定子绕组的电流输入信号的电流传感器和/或为能够输出其电流输出信 号的变频器，所述电压信号采集装置为用于采集定子绕组的电压输入信号的电压传感器和 /或为能够输出其电压输出信号的变频器，通过电流信号采集装置获得电流信号，以所述电 流信号为荷载传感信号或者由所述电流信号计算并获得荷载数据，通过所述电压信号采集 装置获得电压信号，以所述电压信号为旋转速度的传感信号或者由所述电压信号计算并获 得转速数据。
10. -种起重机，其特征在于包括如权利要求1-9中任意一项权利要求所述的超低速 大扭矩电机，所述超低速大扭矩电机的外筒用作所述起重机的起升机构的卷筒，用于连接 和卷绕所述起升机构的钢丝绳。
【文档编号】H02K1/20GK204089545SQ201420473899
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】喻连生, 秦军, 喻林 申请人:江西工埠机械有限责任公司