大功率密度紧凑型矿用风机用电动机的制作方法

本发明涉及电动机领域，特别涉及一种大功率密度紧凑型矿用风机用电动机。

背景技术：

根据国家煤矿安全监察局煤矿事故查询系统公布的数据，近年来瓦斯事故发生总数、死亡人数、单次事故死亡人数均居煤矿各类灾害之首，可见煤矿“一通三防”任重道远，特别是通风尤为紧要。煤矿主通风机不间断地为井下输送新鲜空气，并稀释瓦斯等有毒有害气体和粉尘，是矿山井下生命安全的基本保障，煤矿主通风机用高压电机是风机的心脏，事关煤矿井下人员生命安全，电机一旦停转矿井全员必须撤离，设备非常关键。然而，由于煤矿主通风机自身的特点，使其用高压电机的运行工况非常恶劣，主要体现在以下几个方面：1.电机置于风机密闭内腔，致使环境温度过高，不利于电机冷却散热，导致绕组烧毁；2.采用直接驱动对旋叶轮，导致电机承受很大的轴向、径向两个方向的负载，且为悬臂梁受力，同时还存在在风机运行过程中气动不平衡引起的动载荷及刹车时所产生的不平衡力，导致轴承损坏；3.由于电机置于风机密闭内腔，从风机外部向电机加注润滑脂距离约有0.5～2m，需穿过风机的外筒、风道、内筒、电机风罩，同时还要考虑风机结构设计、拆装方便等因素，导致电机注排油阻力大，轴承润滑系统可靠性差。

现有风机用高压隔爆型三相异步电动机ybf系列是由原来的yb系列高压隔爆型三相异步电动机派生而来，ybf系列只有400、450、560、630、710、800、900等中心高，其中400、450为管夹片结构，派生于jb/t8674-1997；560-900中心高派生于引进的西门子1mj7结构。jb/t8674-2007颁布之后，取代了jb/t8674-1997，2010年yb系列电机(ic411)不再发生产许可证，强制淘汰，作为派生系列的ybf系列也已经落后，1mj7系列派生的560-900系列，存在体积大、效率低的问题。同时，gb30254-2013《高压三相笼型异步电动机能效限定值及能效等级》颁布之后，要求2014年9月强制实施，ybf系列已经不符合国家能效要求，需要开发新系列风机用电动机以符合国家政策。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种大功率密度紧凑型矿用风机用电动机，可满足煤矿风机的负载特性要求，以避免电动机温升过高、轴承损坏、注排油困难等问题。

本发明的大功率密度紧凑型矿用风机用电动机，包括定子、转子、冷却装置；所述定子包括机座和设置于机座内部的有绕组定子铁心；所述转子包括轴和设置在轴上的鼠笼转子，所述轴一端伸出机座外形成轴伸端，另一端位于机座的端罩内或伸出端罩外形成非轴伸端，轴伸端和非轴伸端分别通过端盖组件支撑于定子内；所述冷却装置包括导风筒、内风扇以及外风扇，所述导风筒和内风扇位于机座内，且固定在轴上，所述导风筒与内风扇连通，所述外风扇位于端罩内，且固定在轴的非轴伸端上；

所述机座包括横截面为圆形的机座筒，所述机座筒上部外壁两侧对称设有外通风道，下部外壁两侧对称设有内通风道，外通风道和内通风道分别通过机座筒的壁上设有的通风孔i与机座筒内腔连通，所述机座筒位于内通风道上方的外壁上沿周向均布有多个散热管，所述散热管通过机座筒的壁上设有的通风孔ii与机座筒内腔连通，各外通风道的外壁上均布有多个等高的散热筋i，各内通风道的外壁上分布有多个呈高矮间隔设置的散热筋ii，所述机座筒位于内通风道上方的外壁上沿周向均布有多个等高的散热筋iii，并与散热管交替分布，机座筒位于内通风道下方的外壁上分布有多个呈高矮间隔设置的散热筋iv，各散热管的下方设置有至少两个呈高矮间隔分布的散热筋v。

进一步，所述端盖组件包括用于对轴支撑的轴承件和设置在机座端部用于安装轴承件的端盖，所述端盖以可拆卸的方式固定于机座端部，且端盖内外端面设置有水平垂直分布的散热筋，所述轴承件与端盖连接处设有平面隔爆面，所述端盖与机座连接处、轴承件与轴连接处分别设有圆筒隔爆面，位于轴伸端的轴承件由四点角接触球轴承和柱轴承组成，位于非轴伸端的轴承件为柱轴承。

进一步，所述鼠笼转子包括转子铁心、固定于转子铁心槽内的转子导条以及固定于转子导条两端用于短路的转子端环，所述转子铁心采用高导磁且相互绝缘的硅钢片叠压而成，所述转子导条采用铝条或铜条。

进一步，所述鼠笼转子的电流密度不大于2.3a/mm²，转子端环电流密度不大于1.2a/mm²，堵转电流倍数不高于6.0。

进一步，所述有绕组定子铁心包括定子铁心和固定于定子铁心槽内的定子线圈，所述定子铁心采用高导磁且相互绝缘的硅钢片叠压而成，所述定子线圈采用变频电磁线绕制而成。

进一步，所述有绕组定子铁心电流密度不大于2.8a/mm²，堵转转矩倍数不低于1.1，最大转矩倍数不低于2.0。

进一步，所述内风扇和外风扇均为双向风扇，所述内风扇采用径向离心式结构，外风扇采用盆式离心结构。

进一步，所述出线装置包括固定在机座上的接线盒支座以及固定在接线盒支座上的主接线盒和辅助接线盒，所述接线盒支座与机座的连接处、主接线盒和辅助接线盒与接线盒支座的连接处分别设有平面隔爆面；所述机座筒中部设有出线口。

进一步，所述机座筒中心高为355～560mm，所述外通风道与机座筒水平中心之间的夹角为45°，所述内通风道与机座筒水平中心之间的夹角为35～50°；所述通风孔i为矩形孔，其长度为150～300mm，宽度为80～200mm；所述通风孔ii为圆孔，其直径为20～42mm；所述散热管的内径为14～36mm，所述散热管下方设置有三个呈高矮间隔分布的散热筋v，其中高散热筋v为一个，高散热筋v的高度为30～60mm，矮散热筋v为两个，矮散热筋v的高度为10～30mm，矮散热筋v和高散热筋v在非轴伸端端部距离l为50～300mm；所述散热筋i的高度为20～40mm，散热筋ii的高度为15～70mm，散热筋iii的高度为50～90mm，散热筋iv的高度为20～70mm。

进一步，所述机座筒中部外壁两侧对称设有水平加强筋，所述水平加强筋的厚度为15～30mm，高度为50～90mm；所述机座筒底部外壁设有竖直加强筋，所述竖直加强筋的厚度为15～30mm，高度为15～50mm；所述机座筒顶部设置有吊环，所述吊环的孔径为φ40～60mm，厚度为20～30mm，受力厚度为20～40mm。

本发明的有益效果：本发明的大功率密度紧凑型矿用风机用电动机，能够提高电机使用系数，不仅可解决带式输送机用电机功率分配不平衡引起过载问题，避免电控系统频繁报警停机或电机烧毁，又可大大提升机座的散热能力；通过减少定子线圈匝数、调整转子槽口形状，能够提高电机堵转转矩倍数和最大转矩倍数、控制堵转电流倍数，从而既可缩短电机启动时间，降低转子导条和转子端环的启动温升，减小电流冲击对绕组绝缘和转子的损伤，也可满足带式输送机频繁重载启动工况要求，能够有效减少甚至杜绝绕组烧毁、定子槽楔脱落、转子端环脱落等诸多问题，因此，能够适应煤矿带式输送机的负载特性，以避免电动机启动时间长、电机温升高、转子端环脱落或融化、槽楔脱落、定子烧毁等质量问题，提升电动机的整体性能，延长使用寿命。通过设置冷却装置，冷却装置采用内外双向风路，在控制机械损耗以及外风路风速以达到保证效率达到gb30254-2013《高压三相笼型异步电动机能效限定值及能效等级》2级能效要求、控制温升的前提下，满足带式输送机用电机多机驱动应急呼唤的通用要求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明机座筒的结构示意图；

图4为图3的左视图。

具体实施方式

如图1至图4所示：本实施例的大功率密度紧凑型矿用风机用电动机，包括定子、转子、冷却装置；所述定子包括机座4和设置于机座4内部的有绕组定子铁心；所述转子包括轴1和设置在轴1上的鼠笼转子，所述轴1一端伸出机座外形成轴伸端，另一端位于机座4的端罩14内或伸出端罩14外形成非轴伸端，轴伸端和非轴伸端分别通过端盖组件支撑于定子内；所述冷却装置包括导风筒10、内风扇11以及外风扇13，所述导风筒10和内风扇11位于机座4内，且固定在轴1上，所述导风筒10与内风扇11连通，所述外风扇13位于端罩14内，且固定在轴1的非轴伸端上，通过轴1将鼠笼转子所产生的电磁转矩传递到电动机所拖动的负载，即输出机械能。所述机座4包括横截面为圆形的机座筒19，所述机座筒19上部外壁两侧对称设有外通风道21，下部外壁两侧对称设有内通风道22，外通风道21和内通风道22分别通过机座筒19的壁上设有的通风孔i19a与机座筒19内腔连通，所述机座筒19位于内通风道22上方的外壁上沿周向均布有多个散热管32，所述散热管32通过机座筒19的壁上设有的通风孔ii19b与机座筒19内腔连通，各外通风道21的外壁上均布有多个等高的散热筋i26，各内通风道22的外壁上分布有多个呈高矮间隔设置的散热筋ii28，所述机座筒19位于内通风道22上方的外壁上沿周向均布有多个等高的散热筋iii25，并与散热管32交替分布，机座筒19位于内通风道下方的外壁上分布有多个呈高矮间隔设置的散热筋iv27，各散热管32的下方设置有至少两个呈高矮间隔分布的散热筋v(高散热筋v29、矮散热筋v30)，通过在机座筒19上设置外通风道21、内通风道22、散热筋以及散热管32，不仅能够扩大机座筒19散热表面积，而且可增加电机内外部的热量交换，提高电机冷却能力，增加电机的单机容量。

本实施例中，所述端盖组件包括用于对轴1支撑的轴承件(轴伸端轴承件2、非轴伸端轴承件15)和设置在机座4端部用于安装轴承件的端盖(轴伸端端盖3、非轴伸端端盖12)，所述端盖(轴伸端端盖3、非轴伸端端盖12)以可拆卸的方式固定于机座4端部，且端盖(轴伸端端盖3、非轴伸端端盖12)内外端面设置有水平垂直分布的散热筋，以增加散热面积，提高整体散热能力，所述轴承件(轴伸端轴承件2、非轴伸端轴承件15)与端盖(轴伸端端盖3、非轴伸端端盖12)连接处设有平面隔爆面，所述端盖(轴伸端端盖3、非轴伸端端盖12)与机座4连接处、轴承件(轴伸端轴承件2、非轴伸端轴承件15)与轴1连接处分别设有圆筒隔爆面，本实施例的轴伸端端盖3、非轴伸端端盖12分别通过螺栓固定在机座4两端，轴伸端端盖3、非轴伸端端盖12与机座4的连接处分别设有圆筒隔爆面，所有隔爆面均符合gb3836.2-2010exdⅰ要求。位于轴伸端的轴承件2由四点角接触球轴承和柱轴承组成，其中四点角接触球轴承既可承受轴向力又可承受径向力，柱轴承则单独承受径向力；位于非轴伸端的轴承件15为柱轴承，只承受径向力，该轴承组合结构具备同时承受较大的轴向力(35000n)及径向力(25000n)的能力，轴承寿命不小于10万小时。本实施例的轴伸端轴承件2、非轴伸端轴承件15分别通过螺栓与所对应的端盖安装固定，以支撑轴1平稳自如旋转，并与轴伸端端盖3、非轴伸端端盖12一起作用确定鼠笼转子的轴向定位，确保定子铁心6、转子铁心7轴向对齐，除了可减少轴向磁拉力之外，还可充分利用有效铁心原材料；同时该种轴承组合结构更适用于产生较大轴向力的风机负载，减少轴承故障，保证电机长期可靠运行。

本实施例中，所述鼠笼转子包括转子铁心7、固定于转子铁心7槽内的转子导条8以及固定于转子导条8两端用于短路的转子端环9，所述转子铁心7采用高导磁且相互绝缘的硅钢片叠压而成，所述转子导条8采用铝条或铜条，本实施例的转子导条8浇注或嵌入转子铁心7的槽内，鼠笼转子能够在有绕组定子铁心产生的旋转磁场下感应电动势，并产生电磁转矩，实现由电能转化为机械能。

本实施例中，所述鼠笼转子的电流密度不大于2.3a/mm²，转子端环9电流密度不大于1.2a/mm²，堵转电流倍数不高于6.0，通过调整转子冲片槽口尺寸，控制堵转电流倍数不高于6.0。

本实施例中，所述有绕组定子铁心包括定子铁心6和固定于定子铁心6槽内的定子线圈5，所述定子铁心6采用高导磁且相互绝缘的硅钢片叠压而成，所述定子线圈5采用变频电磁线绕制而成，本实施例的定子线圈5嵌于定子铁心6的槽内，定子线圈5按星形或三角形连接并通过三相交流电源产生旋转磁场，其采用变频电磁线、耐热、耐潮、耐冲击绝缘体系统，满足变频器脉冲电源的使用要求，并设置有定子绕组加热器，根据电机体积不同，加热器功率为400～800w，以避免电机绕组受潮损坏。

本实施例中，所述有绕组定子铁心电流密度不大于2.8a/mm²，堵转转矩倍数不低于1.1，最大转矩倍数不低于2.0，通过减少定子线圈5匝数，控制堵转转矩倍数不低于1.1，最大转矩倍数不低于2.0。

本实施例中，所述内风扇11和外风扇13均为双向风扇，所述内风扇11采用径向离心式结构，通过轴1带动旋转形成内风路供电机内部冷却；外风扇13采用盆式离心结构，通过轴1带动旋转形成外风路供电机表面冷却。本实施例的端罩14安装在电动机非轴伸端，用于外风路进风及导风作用；内风扇11、外风扇13与导风筒10、端罩14一起构成电动机的冷却装置，冷却风速按下表控制，并控制机械损耗以满足电动机整体效率符合gb30254-2013《高压三相笼型异步电动机能效限定值及能效等级》2级能效要求，环温40℃时，机壳表面温度控制在90℃以下，轴承温度控制在80℃以下。

本实施例中，所述机座4外壁上设置有出线装置，所述出线装置包括固定在机座4上的接线盒支座16以及固定在接线盒支座16上的主接线盒18和辅助接线盒17，所述接线盒支座16与机座4的连接处、主接线盒18和辅助接线盒17与接线盒支座16的连接处分别设有平面隔爆面，本实施例的辅助接线盒17通过螺栓与接线盒支座16安装，用于轴承、有绕组定子铁心温度监控和加热器供电；主接线盒18通过螺栓与接线盒支座16安装，用于通入三相交流电源；主接线盒18与接线盒支座16连接处的外形和安装孔排布均设计成圆形结构，主接线盒18可以在360°范围内每隔一定角度(最小10°)灵活调整出线方向；所有隔爆面均符合gb3836.2-2010exdⅰ要求。所述机座筒19中部设有出线口31，用于接线盒支座16安装。

本实施例中外壳零部件之间采用止口配合设计，提高外壳防护等级，一方面是为了防止水进入电机机壳内部，导致电机绝缘电阻下降、老化的问题，另一方面是防止粉尘进入电机机壳内部。圆筒形的设计使得接线盒任意方向旋转以调整出线口方向更加方便。

本实施例中通过调整定子线圈5匝数n，定子铁心6、转子铁心7长度l，定转子槽型，转子端环9形状等电磁参数降低电机温升，提高过载能力及启动性能，合理分配铁耗、铜耗，优化内风扇11、外风扇13降低机械损耗，提高效率。合理设计定转子，使其固有频率避开变频范围，避免电机运行引起共振。

本实施例中，所述机座筒19中心高为355～560mm，所述外通风道21与机座筒19水平中心之间的夹角为45°，所述内通风道22与机座筒19水平中心之间的夹角为35～50°，外通风道21和内通风道22是电机内风路的一部分，用于对电机进行散热。所述通风孔i19a为矩形孔，其长度为150～300mm，宽度为80～200mm，本实施例的通风孔i19a的数量为八个，根据机座筒19中心高从355～560mm不同，长度为150-300mm，宽度为80-200mm；所述通风孔ii19b为圆孔，其直径为20～42mm，根据机座筒19中心高从355～560mm不同，通风孔ii19b的数量为18～60个。所述散热管32的内径为14～36mm，根据机座筒19中心高从355～560mm不同，散热管32的数量为9～30个，散热管32是电机内风路的组成部分，相当于小型通风道；所述散热管32下方设置有三个呈高矮间隔分布的散热筋v，其中高散热筋v29为一个，根据机座筒19中心高从355～560mm不同，高散热筋v的高度为30～60mm，用于增加机座筒19表面散热面积；矮散热筋v30为两个，位于高散热筋v29两侧，矮散热筋v30的高度为10～30mm，用于增加机座筒19表面散热面积，同时矮散热筋v30和高散热筋v29在非轴伸端端部距离l为50～300mm，起导风作用，提高散热管32冷却能力。所述散热筋i26的高度为20～40mm，本实施例的散热筋i26的数量为10个，用于增加外通风道21表面散热面积，提高机座筒19内外热量交换能力；散热筋ii28的高度为15～70mm，根据机座筒19中心高从355～560mm不同，散热筋ii28的数量为6～20个，用于增加内通风道22表面散热面积，提高机座筒19内外热量交换能力；散热筋iii25的高度为50～90mm，根据机座筒19中心高从355～560mm不同，散热筋iii25的数量为15～35个，用于增加机座筒19表面散热面积；散热筋iv27的高度为20～70mm，根据机座筒19中心高从355～560mm不同，散热筋iv27的数量12～18个，用于增加机座筒19表面散热面积。

本实施例中，所述机座筒19中部外壁两侧对称设有水平加强筋24，所述水平加强筋24的厚度为15～30mm，高度为50～90mm，根据机座筒19中心高从355～560mm不同，水平加强筋24的厚度设置为15～30mm；所述机座筒19底部外壁设有竖直加强筋23，所述竖直加强筋23的厚度为15～30mm，高度为15～50mm，通过设置水平加强筋24和竖直加强筋23，能够加强机座筒19强度，避免电机振动。所述机座筒19顶部设置有吊环20，所述吊环20的孔径为φ40～60mm，厚度为20～30mm，受力厚度为20～40mm。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。