一种用于12立方米电铲的交流异步变频电动机的制作方法

本发明涉及交流异步变频电动机领域，更具体地说，涉及一种用于12立方米电铲的交流异步变频电动机。

背景技术：

电铲是电力驱动的矿用挖掘机械，是大型露天矿山开采过程中不可或缺的开采设备。其挖掘性能高、设备可靠性好、维护保养方便等特点使其成为矿山挖掘机械领域的主要机型，在我国各大矿区均能见到它的身影。特别是在千万吨级的大型露天煤矿、铁矿中，电铲已成为矿山挖掘设备的主力。矿山机电设备的先进性与现代化，在一定程度上可以反映一个国家的工业化水平。

目前，在国内服役的各类电铲，绝大多数都来自国外。长期的依赖进口，使国内本就起步较晚的电铲制造厂发展空间严重受限。截止目前，国内有能力设计并生产该产品的厂家屈指可数。有能力批量配套驱动电机的生产商也寥寥无几。

在运行的国产电铲中，4立方米、5立方米、10立方米斗容的中型电铲产品居多，没有12立方米电铲的交流异步变频电机，且此类电铲有直流驱动和交流驱动两种机型。直流驱动系统控制原理简单、运行特性好，在中小型电铲中已成熟应用。但在大型电铲中，交流驱动在控制系统的节能及维护方面更胜一筹。

在有限的空间条件下，开发出既能满足性能需要，又能在恶劣使用环境下长期可靠运行的产品是电机生产厂家必须要考虑的问题。

综上开发并制造出与大型电铲配套的电机产品来弥补现有技术的不足，是加速该领域发展的主要因素。

技术实现要素：

本发明目的是开发并出一种能够满足大型电铲运行的配套电机产品来弥补现有技术的不足，提高大型电铲运行的可靠性和稳定性。

为了达到上述目的，本发明提供一种用于12立方米电铲的交流异步变频电动机，该电动机为三相交流变频电动机，包括定子、转子和容置所述定子及转子的机座，所述转子内部穿设一根转轴，所述转轴的一端通过驱动端轴承与所述机座上的驱动端端盖相连、另一端通过制动器端轴承与所述机座上的制动器端端盖相连；所述转轴两端均伸出所述机座外部；所述转子外部套设所述定子，所述定子固定在所述机座内壁上；

所述转子由转子铁芯及设置在所述转子铁芯内部的合金铜条组成，所述铜条的两端分别与所述转子两端的紫铜端环连接；

所述定子由定子铁芯及安装在其内部的定子绕组组成，所述定子绕组为绝缘的成型线圈。

优选方式下，所述成型线圈的导线绝缘为双层耐电晕聚酰亚胺-氟46复合绕包，对地绝缘为耐电晕聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带配合H级复合材料槽绝缘；所述定子外浸C级绝缘漆。

优选方式下，所述转轴与所述驱动端轴承的连接端处搭设一个与所述驱动端端盖外端连接的接地碳刷；所述转轴与所述制动器端轴承连接端为绝缘设置。

优选方式下，所述转轴制动器端部设有速度传感器和编码器，所述制动器端的所述机座上部安装有鼓风机。

优选方式下，所述机座外部设有防护层，所述防护层有三种防护等级：IP21、 IP23、IP54。

优选方式下，所述转子有三种额定转速nN，分别为n1＝746，n2＝743， n3＝704；与所述三种额定转速nN一一对应的三种额定转矩TN，分别为T1＝9089， T2＝3341，T3＝2306。

优选方式下，与所述额定转速nN和额定转矩TN相应的热负荷为2300～3800。

本发明可通用于12立方米电铲的提升、推压、回转、行走四种工况中，用于提升工况中，选择本发明的额定转速n1＝746，额定转矩T1＝9089，热负荷为 3800，呈卧式安装在电铲机舱内部，采用风冷冷却，防护等级为IP21；

本发明用于推压工况中，选择额定转速n2＝743，额定转矩T2＝3341，热负荷为3100，呈卧式安装在所述电铲机舱外部，风机通过风管送风冷却，防护等级为IP23；

本发明用于回转工况中，选择额定转速n3＝704，额定转矩T3＝2306，热负荷为3600，呈立式安装在所述电铲机舱内部，采用风冷冷却，防护等级为IP21。

本发明用于行走工况中，选择额定转速n4＝704，额定转矩T4＝2306，热负荷为2300，呈卧式安装在所述电铲车辆履带附近，采用自然冷却，防护等级为 IP54。

本发明通过各部件的搭配和选择保证了本发明整机的强度，及抗冲击能力。在空间体积受限的情况下，本发明保证额定转矩的输出和过载能力，并留有一定余量。在各种恶劣运行情况下，通过热负荷计算，在最严酷使用条件下，电机的绝缘系统仍可保证电机长期可靠运行。可为12立方米矿用电铲挖掘机的批量化打下了良好的基础。

本发明机定子绕组采用成型线圈形式，导线绝缘为双层耐电晕聚酰亚胺-氟 46复合绕包，耐温可达200度。对地绝缘为耐电晕聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带配合H级复合材料槽绝缘。这种绝缘结构耐温高、导热快、绝缘可靠性好。有绕组定子铁芯完成后浸两次C级绝缘漆。这样作不仅可以修复绕组嵌线过程的微小损伤，也在绝缘结构外面形成一层致密漆膜，减小外部环境对绕组的影响，而且能增加机械强度，并有一定的防电晕作用。

电机转子采用焊接铜条式，铜条为高强度合金铜，安置于转子铁芯内，通过中频银焊将其与锻制紫铜端环联接。机座通过两侧底板与平台联结。机座通过两端的驱动端端盖和驱动端轴承及制动器端端盖和制动器端轴承与转轴相联，支撑电机转子。为阻隔轴电流保护轴承，一侧采用绝缘结构，另一侧增加接地碳刷。制动器端安装了一个速度传感器和一个编码器，速度传感器用于控制电机运行转速，编码器用于计算提升位置和距离。

本发明为三相交流变频电动机，可以分别用于驱动12立方米电铲的提升、推压、行走、回转四种运动机构中。

附图说明

图1是一种基于所述用于12立方米电铲的交流异步变频电动机的提升电机的主视平面结构示意图。

图2是一种基于所述用于12立方米电铲的交流异步变频电动机中提升电机的n、T曲线图。

图3是一种基于所述用于12立方米电铲的交流异步变频电动机的推压电机的主视平面结构示意图。

图4是一种基于所述用于12立方米电铲的交流异步变频电动机中推压电机的n、T曲线图。

图5是一种基于所述用于12立方米电铲的交流异步变频电动机的回转电机的主视平面结构示意图。

图6是一种基于所述用于12立方米电铲的交流异步变频电动机中回转电机的n、T曲线图。

图7是一种基于所述用于12立方米电铲的交流异步变频电动机的行走电机的主视平面结构示意图。

图8是一种基于所述用于12立方米电铲的交流异步变频电动机中行走电机的n、T曲线图。

其中：1、转轴；2、接地碳刷；3、驱动端轴承；4、驱动端端盖；5、机座；6、定子；7、定子铁芯、8、转子铁芯；9、转子幅板；10、合金铜条；11、紫铜端环；12、鼓风机；13、制动器端端盖；14、制动器端轴承；15、速度传感器；16、编码器；17、转子。

具体实施方式

本发明采用如下主要技术方案：

如图1、3、5、7所示，一台电铲机组配有四种规格电机，根据四种电机不同的性能特点进行电磁设计。特别是恒转矩点、恒功率点和热负荷的选取尤为重要，它们直接影响电铲运行的可靠性和经济性。

本发明为三项交流变频电动机，如图1-4所示，包括定子6、转子17和容置所述定子6及转子17的机座5，所述转子17内部穿设一根转轴1，所述转轴 1的一端通过驱动端轴承3与所述机座5上的驱动端端盖4相连、另一端通过制动器端轴承14与所述机座5上的制动器端端盖13相连；所述转轴1两端均伸出所述机座5外部；

所述定子6由定子铁芯7及安装在其内部的定子绕组61组成，所述定子绕组61为绝缘的成型线圈。所述成型线圈的导线绝缘为双层耐电晕聚酰亚胺-氟 46复合绕包，耐温可达200度。对地绝缘为耐电晕聚酰亚胺薄膜补强少胶云母带配合H级复合材料槽绝缘，这种绝缘结构耐温高、导热快、绝缘可靠性好。所述定子外浸C级绝缘漆，这样作不仅可以修复绕组嵌线过程的微小损伤，也在绝缘结构外面形成一层致密漆膜，减小外部环境对绕组的影响，而且能增加机械强度，并有一定的防电晕作用。

所述转子17外部套设所述定子6，所述定子6固定在所述机座5内壁上；所述转子17由转子铁芯8及设置在所述转子铁芯8内部的合金铜条10组成，所述铜条10的两端分别与所述转子17两端的紫铜端环11连接；

所述电机转子采用焊接铜条式，所述合金铜条10为高强度合金铜，安置于所述转子铁芯8内，通过中频银焊将其与锻制的所述紫铜端环11联接。机座5 为卧式安装结构，通过两侧底板与平台联结。机座通过两端的驱动端端盖4和驱动端轴承3及制动器端端盖13和制动器端轴承14与转轴1相联，支撑电机转子。

所述转轴1与所述驱动端轴承3的连接端处搭设一个与所述驱动端端盖4 外端连接的接地碳刷2；所述转轴1与所述制动器端轴承14连接端为绝缘设置。

所述转轴1制动器端部设有速度传感器15和编码器16，所述制动器端的所述机座5上部安装有鼓风机12。所述速度传感器用于控制电机运行转速，所述编码器用于计算提升位置和距离。本发明所述制动器端的机座上部安装有冷却鼓风机12，本发明风冷冷却的路径为：所述鼓风机12产生的冷却空气由所述制动器端进入机座5，经过所述制动器端的所述定子和所述转子端部，然后分成四路，第一路：所述机座5与所述定子铁芯7之间的轴向通风道，第二路：定所述定子和所述转子间的气隙，第三路：转子铁芯轴向通风孔，第四路：转子铁芯8与转轴幅板9之间的轴向通风道，汇合后经过所述驱动端所述定子和所述转子端部，最后从驱动端端盖上的出风口排出，冷却过程完成。

所述机座5外部设有防护层，所述防护层有三种防护等级：IP21、IP23、IP54。

所述转子17有三种额定转速nN，分别为n1＝746，n2＝743，n3＝704；与所述额定转速nN相对应的三种额定转矩TN，分别为T1＝9089，T2＝3341，T3＝2306。与所述额定转速nN和额定转矩TN相应的热负荷为2300～3800。

本发明可通用于12立方米电铲的提升、推压、回转、行走四种工况中，用于提升工况中，选择本发明的额定转速n1＝746，额定转矩T1＝9089，热负荷为 3800，呈卧式安装在电铲机舱内部，采用风冷冷却，防护等级为IP21。

本发明用于推压工况中，选择额定转速n2＝743，额定转矩T2＝3341，热负荷为3100，呈卧式安装在所述电铲机舱外部，风机通过风管送风冷却，防护等级为IP23。

本发明用于回转工况中，选择额定转速n3＝704，额定转矩T3＝2306，热负荷为3600，呈立式安装在所述电铲机舱内部，采用风冷冷却，防护等级为IP21。

本发明用于行走工况中，选择额定转速n4＝704，额定转矩T4＝2306，热负荷为2300，呈卧式安装在所述电铲车辆履带附近，采用自然冷却，防护等级为 IP54。

矿用电铲工作过程中负载变化大，车体振动大，电机运行时频繁启停，正反转，特别是推压电机和提升电机，负载冲击大，过载频繁。本发明无论是结构设计还是性能设计都留有充足的余量，能够保证其长期可靠运行。

电铲电机使用环境恶劣，负载波动大，冲击快，过载频繁，车辆运行时振动大。普通电机无法承受这样的工作环境，本发明在结构上进行了针对性的改进如下：

针对四种电机不同的工作特性，进行电磁设计，除行走电机工作制为S2- 短时工作制外，提升电机、推压电机、回转电机工作制皆为S1-连续工作制。

如图2、4、6、8所示，根据四种电机的负载特性分别绘制了转速转矩曲线，其中的nN和TN为额定转速和额定转矩值。在额定负荷和转速下四种电机的热负荷分别为：提升电机3800，推压电机3100，回转电机3600，行走电机2300。

除立式的回转电机外，其余电机两侧轴承都采用NJ系列轴承，可承受的径向负荷约为同规格深沟球轴承的4倍。电机定子绕组绑扎数量要比常规电机多一倍。转子导条采用合金铜条，机械强度较紫铜笼条高至少1.4倍。为减小电铲运行时电机机壳、端盖的变形和断裂。该电铲电机关键部件采用Q345钢板，并进行了加强设计。转轴也采用高强度合金材质40CrNiMo。这些措施的目的都是为了提高电机的机械强度，保证电机运行的可靠性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。