大力矩低速永磁同步电机运行速度在线检测系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种大力矩低速永磁同步电机运行速度在线检测系统，电机设有用于获得电机电压信号的信号采集装置，信号采集装置为用于采集电机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，电机为外转子低速大力矩永磁同步电机，所述外转子低速大力矩永磁同步电机包括筒状的外转子和位于所述外转子内的定子，所述外转子的两端设有固定盘，位于一端的所述固定盘连接旋转编码器，位于另一端的所述固定盘配有与其配套形成盘式制动器的制动钳装置。本实用新型结构简单，可以方便、有效、精确在线检测电机的电机运行速度，特别适用于大力矩低速永磁同步电机以及基于这种电机的起重机无齿轮起升机构的荷载/电机运行速度的检测。
【专利说明】大力矩低速永磁同步电机运行速度在线检测系统
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种大力矩低速永磁同步电机运行速度在线检测系统，特别适应 于外转子低速大力矩永磁同步电机以及基于这种电机的起重机无齿轮起升机构的电机/ 卷筒运行速度检测。
【背景技术】
[0002] 现有电机及起重机起升机构的电机运行速度通常采用在转轴上连接编码器的方 式检测，对于中轴不同的外转子电机，则可以设置与外转子同步旋转的编码器进行电机运 行速度的检测，但基于设备结构、体积和现场条件等方面的考虑，采用编码器进行电机速度 的检测并非适于所有电机，特别是大力矩低速永磁同步电机，例如对于起重机的起升机构， 现实中部分起升机构并未设置编码器，或者尽管设置了编码器但不能保证正常运行，因此 就需要开发出新的检测技术以适应不同场合的需要。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种大力矩低速永磁同步电机 运行速度在线检测系统，可以方便、有效、精确在线检测电机的电机运行速度。
[0004] 本实用新型实现上述目的所采用的技术方案：
[0005] -种大力矩低速永磁同步电机运行速度在线检测系统，包括电机，所述电机设有 用于获得电机电压信号的信号采集装置，所述信号采集装置为用于采集电机电压输入信号 的电压传感器和/或为能够输出其电压输出信号的变频器，所述电机为外转子低速大力矩 永磁同步电机，所述外转子低速大力矩永磁同步电机包括筒状的外转子和位于所述外转子 内的定子，所述外转子的两端设有固定盘，位于一端的所述固定盘连接旋转编码器，位于另 一端的所述固定盘配有与其配套形成盘式制动器的制动钳装置，该固定盘构成所述盘式制 动器的制动盘并通过其径向延伸到所述外转子的壳体外侧的盘体部分与所述制动钳装置 的摩擦块配合。
[0006] 本实用新型的有益效果：根据 申请人:的研究发现，在依据永磁同步电机实际工作 要求确定的合理检测范围内，电机运行速度与电机电压（电机的输入电压）存在正相关关 系，图2显示了一种用作起重机无齿轮起升机构的大力矩低速永磁同步电机的电压/转速 曲线，该曲线为一上升的单曲线，在任意确定的电压下都对应于确定的电机运行速度，因此 依据电机电压可以计算得出电机的电机运行速度，也可以根据实际需要直接将所采集的电 压信号用作体现电机运行速度的传感信号送入相应的监控装置，监视或控制电机的运行状 态，但需要限定电机最高转速时，可以根据电机运行速度与电压之间的关系设定确认电机 运行速度超速的电压信号阈值，当所采集的电压信号达到或超过给定的电压信号阈值时， 启动超速保护动作，由此为电机运行速度的在线检测提供了一种便捷的方式，特别是考虑 到现有技术下电机的监控装置一般都设有能够在线检测电机电压的电压传感器(包括具有 这种功能的其他元件/装置)，由此极大地方便了电机运行速度信号的采集及电机运行速度 的监视和控制。同时相对于现有技术下的编码器，有助于使整体结构更为优化，减少器件数 量，降低成本，减小体积占用和对场地大小的要求，便于安装和维护。
[0007] 由于将外转子一端的固定盘连接了旋转编码器，可以通过旋转编码器精确的采集 外转子的位置和运动信号，将这些信号用于电机电源/变频器的控制，有利于改善电机的 运行状态，由于设置了与另一端的固定盘配套的盘式制动器，可以实现对外转子的制动，特 别是当采用电制动实现电机停转的情况下，可以通过盘式制动器在电机停止后实现外转子 位置的保持，以适应在起重机起升机构等场合下的应用。
[0008] 本实用新型通过直接检测电压信号的方式替代了现有编码器依据旋转信号产生 所需电信号的检测方式，方便、快速、精确、可靠，能够满足起重机起升机构等若干场合下的 检测要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0009] 图1是本实用新型涉及的系统结构示意图；
[0010] 图2是本实用新型涉及的电机电压与电机运行速度关系曲线的一个实例，该实例 中采用低速大力矩永磁外转子同步电机直接用作起重机的无齿轮起升机构，其外转子作为 起重机钢丝绳卷绕系统的钢丝绳卷筒，直接卷绕钢丝绳。
【具体实施方式】
[0011] 参见图1，本实用新型提供了一种大力矩低速永磁同步电机运行速度在线检测系 统，包括电机，所述电机设有用于用于获得电机电压信号的信号采集装置，所述信号采集装 置为用于采集电机电压输入信号的电压传感器(优选为电压互感器）和/或为能够输出其 电压输出信号的用于向所述电机供电的变频器，所述电机为外转子低速大力矩永磁同步电 机，所述外转子低速大力矩永磁同步电机包括筒状的外转子和位于所述外转子内的定子， 所述外转子的两端设有固定盘，位于一端的所述固定盘连接旋转编码器，位于另一端的所 述固定盘配有与其配套形成盘式制动器的制动钳装置，该固定盘构成所述盘式制动器的制 动盘并通过其径向延伸到所述外转子的壳体外侧的盘体部分与所述制动钳装置的摩擦块 配合。所述电机的电压信号为所述大力矩低速永磁同步电机的定子电压信号。所述信号采 集装置的电压信号输出端通过信号线连接检测控制装置的电机运行速度信号输入端，以便 与相应的控制装置配套，将相应感应信号送入所述控制装置。
[0012] 根据 申请人:的实验，使所述电机处于?ι =〇的矢量控制状态，这种状态下电机运行 速度与定子电压呈确定的正相关关系，其具体的数值关系通过实验确定，通常通过实验确 定永磁同步电机在不同运行速度下的电压值，得出电压U与电机运行速度V的关系V=KU(K 为电压与速度关系系数)。再通过控制装置根据电压与电机运行速度关系计算出电机实时 的运行速度。另外，为使所得出的电机运行速度V更为精准，在实验和/或计算时可以将其 他影响因素一并考虑进去或对于电机运行时涉及的一些特殊情况进行处理。
[0013] 由此，通过所获得的电压信号就可以计算出电机的运行速度数据，或者直接将电 压信号接入相应检测控制装置的电机运行速度信号接入端直接进行相应的控制，而不需转 换成或计算出电机运行速度数据。
[0014] 由于现有技术下采用编码器进行的运行速度检测，输出的信号与上述电压传感器 输出的信号性质相同，都是与电机运行速度正相关的电输出（电流和/或电压)，因此本实用 新型的电压传感器可以与现有技术下相应的检测控制装置配套，为所述检测控制装置提供 能够体现电机运行速度的传感信号，所述电压传感器及设置方式可以采用现有技术，所述 检测控制装置也可以采用现有技术下任意适宜的检测控制装置。所述检测控制装置可以是 简单仅仅依据所获得的电模拟信号的大小进行显示和/或报警的显示仪表或报警装置，例 如采用由电子电路构成的控制装置。当采用需要依靠一定软件工作的控制装置时，本实用 新型的硬件架构允许在相应软件的支持下工作，即本实用新型为相应软件的运行提供了适 宜的硬件架构。
[0015] 通常，所述检测控制装置为可以为所述检测控制装置为转速显示/报警仪，也可 以为用于控制所述电机工作的电机控制柜，还可以为转速显示/报警仪和用于控制所述电 机工作的电机控制柜的组合，以满足相应的各种使用要求。
[0016] 作为上述各技术方案的一个重要的应用，所述电机可以为外转子电机，用作起重 机的无齿轮起升机构，所述电机的外转子用作起升机构的卷筒，连接并卷绕起重机的钢丝 绳。
[0017] 本实用新型还可以采用下列方法进行电机运行速度的在线检测，通过读取变频器 的电压信号或通过电压传感器采集电机的电压信号，以所述电压信号用作体现电机运行速 度的传感信号或者根据所述电压信号计算获得电机的电机运行速度数据，所述电机可以为 永磁同步电机，特别是大力矩低速永磁同步电机。
[0018] 例如，通常需要通过显示器或者显示仪表进行电机转速的显示，如果需要设定报 警速度，则可以设定报警速度下对应的电压阈值，当依据所述传感器获得的电压达到或超 过设定的电压阈值时，启动电机超速报警和/或超速控制动作，特别是对于外转子低速大 力矩外转子永磁同步电机或基于这种电机的起重机起升机构，相应变频器通常需要依据外 转子的转速和位置进行控制，可以通过传感器获得的感应信号（包括幅值和相位）作为控制 依据。
[0019] 为表述上的便利，本实用新型所称电机为电动机。
[0020] 为了表述上的便利，除特别说明外，本实用新型所称大力矩低速永磁同步电机泛 指这种电机及基于这种电机的各种具体应用形式，例如基于低速大力矩外转子永磁同步电 机的起重机无齿轮起升机构。
[0021] 本实用新型所称基于低速大力矩外转子永磁同步电机的起重机无齿轮起升机构 是指以将这种电机的外转子用作起升机构的卷筒直接缠绕和牵制钢丝绳进行起升作业的 起重机起升机构，这种起升机构不需要设置齿轮箱，由此极大地简化了结构，减小了体积， 降低了能耗，减少了故障，方便了操作和维护。
【权利要求】
1. 一种大力矩低速永磁同步电机运行速度在线检测系统，包括电机，其特征在于所述 电机设有用于获得电机电压信号的信号采集装置，所述信号采集装置为用于采集电机电压 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，所述电机为外转子低 速大力矩永磁同步电机，所述外转子低速大力矩永磁同步电机包括筒状的外转子和位于所 述外转子内的定子，所述外转子的两端设有固定盘，位于一端的所述固定盘连接旋转编码 器，位于另一端的所述固定盘配有与其配套形成盘式制动器的制动钳装置，该固定盘构成 所述盘式制动器的制动盘并通过其径向延伸到所述外转子的壳体外侧的盘体部分与所述 制动钳装置的摩擦块配合。
2. 如权利要求1所述的大力矩低速永磁同步电机运行速度在线检测系统，其特征在于 所述电机电压信号为所述大力矩低速永磁同步电机的定子电压信号。
3. 如权利要求2所述的大力矩低速永磁同步电机运行速度在线检测系统，其特征在于 所述信号采集装置的电压信号输出端通过信号线连接检测控制装置的电机运行速度信号 输入端。
4. 如权利要求3所述的大力矩低速永磁同步电机运行速度在线检测系统，其特征在于 所述电压传感器为电压互感器。
5. 如权利要求4所述的大力矩低速永磁同步电机运行速度在线检测系统，其特征在于 所述检测控制装置为转速显示/报警仪，和/或，所述检测控制装置为用于控制所述电机工 作的电机控制柜。
6. 如权利要求1、2、3、4或5所述的大力矩低速永磁同步电机运行速度在线检测系统， 其特征在于所述电机为外转子电机，用作起重机的无齿轮起升机构，所述电机的外转子用 作起升机构的卷筒，连接并卷绕起重机的钢丝绳。
【文档编号】B66B5/06GK204089668SQ201420473818
【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, 屈吉华, 郭希文 申请人:樟树市至晟锻造有限公司