一种基于轴向磁通电机的斗轮机斗轮直驱装置的制作方法

本发明涉及散料装卸机械驱动，具体而言，涉及一种基于轴向磁通电机的斗轮机斗轮直驱装置。

背景技术：

1、斗轮堆取料机（简称斗轮机）是港口、电厂、矿山等散料堆场的核心装卸设备，其斗轮驱动系统是整机最重要的传动装置之一。

2、现有斗轮驱动方案主要有两种。第一种为电动机-减速器方案：采用三相异步电动机通过大速比行星减速器（速比通常为200至300）降速增扭后驱动斗轮轴，输出转矩可达100kn·m以上。该方案的缺陷在于：减速器结构复杂、润滑油系统维护量大、传动链长导致系统综合效率仅约85%，减速器故障是斗轮机停机的主要原因。第二种为液压马达方案：通过液压泵站驱动液压马达带动斗轮旋转，可实现无级调速，但液压系统泄漏风险高、低温启动困难、总效率更低（约70%）。

3、近年来，永磁直驱技术在带式输送机电动滚筒领域得到应用，采用径向磁通外转子永磁同步电机内置于滚筒内部。但将径向磁通电机用于斗轮直驱时，电机轴向长度过大（通常超过500mm），在斗轮悬臂前端有限空间内安装困难，且径向磁通电机的大长径比导致悬臂弯矩增大。轴向磁通电机（亦称盘式电机）具有扁平结构、轴向尺寸短、转矩密度高的特点，其转矩与转子直径的三次方成正比，在大直径下的转矩增益远优于径向磁通电机。然而，目前尚无将轴向磁通电机用于斗轮机斗轮直驱的工程应用案例。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有斗轮机斗轮驱动系统中减速器维护量大、传动链效率低、轴向安装空间受限的问题，提出一种基于多盘堆叠式轴向磁通永磁同步电机直接驱动斗轮旋转的传动装置。

2、为了实现上述目的，一种基于轴向磁通电机的斗轮机斗轮直驱装置，包括：

3、多盘堆叠式的轴向磁通永磁同步电机、液冷循环系统；

4、所述轴向磁通永磁同步电机采用双转子和单定子作为基本单元，沿轴向串联堆叠至少2个基本单元，形成至少4个有效气隙面的多盘结构；

5、每个基本单元包括：

6、一个活动套在电机轴外的定子盘，其两侧端面上嵌装有扁铜线绕组，定子盘内部设有液冷流道，定子盘固定在电机外壳内；

7、两个固定套在电机轴外的转子盘，分别布置于定子盘两侧，转子盘朝向定子盘的一侧端面上贴装有扇形的钕铁硼永磁体，钕铁硼永磁体按n-s极性交替排列形成halbach阵列；

8、电机轴贯穿全部定子盘与转子盘的中心孔，电机轴与电机外壳转动连接，电机轴的两端经由轴承座架设于斗轮机悬臂前端；

9、最外侧的一个转子盘的外缘设有连接法兰，连接法兰通过螺栓与斗轮圈同轴固定连接；

10、所述液冷循环系统为液冷流道提供冷却液。

11、进一步的，所述定子盘内部的液冷流道围绕轴向呈螺旋形分布，冷却液的进口和出口分别设于定子盘外缘，所述进口和出口经接头管路连接至外部的液冷循环泵和散热器。

12、进一步的，所述冷却液选用乙二醇水溶液或变压器油。

13、进一步的，所述基本单元数量n根据斗轮所需最大输出转矩按下式确定：

14、；

15、其中，为斗轮轴所需最大输出转矩，为单个基本单元的额定输出转矩。

16、进一步的，还包括：控制器、采集电机轴转矩的转矩模块、测量扁铜线绕组温度的多个绕组温度传感器；

17、所述绕组温度传感器埋在定子盘内部，并且紧贴或者嵌入扁铜线绕组，每个所述定子盘埋有2到3个绕组温度传感器，取所有绕组温度传感器的最高值作为扁铜线绕组的温度；

18、控制器先判断电机轴转矩大于预警阈值时，电机轴降速处理；控制器判断电机轴转矩小于或等于预警阈值时，控制器再判断扁铜线绕组的温度大于140摄氏度且不超过155摄氏度时，液冷循环系统增大冷却液的冷却流量；控制器判断扁铜线绕组的温度大于155摄氏度时，控制器紧急停止轴向磁通永磁同步电机工作。

19、进一步的，所述转矩模块包括转矩传感器，连接法兰的连接螺栓处设置转矩传感器。

20、本发明的有益效果为：

21、通过利用轴向磁通电机转矩与直径三次方成正比的物理特性以及多盘堆叠的扭矩线性叠加能力，在紧凑的轴向空间内实现超大输出转矩，彻底取消减速器，简化传动链，提升系统效率与可靠性。

22、传动效率提升：取消减速器后，从电机转子到斗轮圈仅一级传动，系统总效率从传统方案的约85%提升至93%以上（电机效率约96%，直驱无齿轮损耗）。

23、维护工作量降低：取消减速器润滑油系统（传统方案需每2000小时更换润滑油并定期检查齿轮磨损），改为密封液冷循环（冷却液更换周期超过20000小时），维护成本降低。

24、轴向空间紧凑：例如，4个基本单元堆叠的轴向总厚度约350mm（含两侧转子盘），电机外径1800mm可直接利用斗轮圈内径空间，整机轴向尺寸相比传统径向磁通直驱方案缩短。

25、转矩传递路径简化：与传统经减速器驱动斗轮轴的方案相比，电机轴不再承担向斗轮输出全部转矩的职能，仅传递各转子盘之间的扭矩，斗轮所需转矩由最外侧转子盘经法兰直接输出至斗轮圈，取消了减速器输出端的联轴器与轴肩等薄弱环节。

26、调速范围宽：配合低载波比变频控制，可以实现0.35至6.81r/min的宽范围无级调速，传统方案下限受限于电机散热通常不低于额定转速的30%（约2r/min）。

27、容错运行能力：多盘堆叠结构中，单一定子盘或转子盘故障时可将其电气隔离，剩余基本单元降功率运行，避免斗轮机全线停机。

1.一种基于轴向磁通电机的斗轮机斗轮直驱装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于轴向磁通电机的斗轮机斗轮直驱装置，其特征在于，所述定子盘内部的液冷流道围绕轴向呈螺旋形分布，冷却液的进口和出口分别设于定子盘外缘，所述进口和出口经接头管路连接至外部的液冷循环泵和散热器。

3.根据权利要求1所述的一种基于轴向磁通电机的斗轮机斗轮直驱装置，其特征在于，所述冷却液选用乙二醇水溶液或变压器油。

4.根据权利要求1所述的一种基于轴向磁通电机的斗轮机斗轮直驱装置，其特征在于，所述基本单元数量n根据斗轮所需最大输出转矩按下式确定：

5.根据权利要求1所述的一种基于轴向磁通电机的斗轮机斗轮直驱装置，其特征在于，还包括：控制器、采集电机轴转矩的转矩模块、测量扁铜线绕组温度的多个绕组温度传感器；

6.根据权利要求5所述的一种基于轴向磁通电机的斗轮机斗轮直驱装置，其特征在于，所述转矩模块包括转矩传感器，连接法兰的连接螺栓处设置转矩传感器。