起重電機專業生產廠家無錫宏達2021年11月25日訊  起重機作為重要的物料搬運設備，其在國民經濟發展中占有不可或缺的地位，廣泛應用于車間、貨場等眾多領域。隨著科學技術的發展, 能源節約的需要及市場競爭的激烈化，其向節能、經濟的輕量化方向快速發展。

加入WTO 之后，越來越多的外資品牌起重機進入中國市場，其產品外觀精巧、美觀，自重輕，起重機自身高度低，可以有效降低廠房的高度，對傳統的起重機市場形成了巨大的沖擊。傳統的起升機構大多采用電動機、制動器、減速器、卷筒、滑輪等組合而成，體積大，質量大。而歐式起重機一般采用三支點支撐的安裝形式，電機通過法蘭連接的形式直接安裝于減速器殼體上，結構緊湊，自重輕，電機與減速器均為懸空安裝，這要求電機的功率密度盡可能大，電機的轉動慣量盡可能小，保證電機在頻繁起動、點動以及正反轉時有良好的加速性能，且可以減少點動和起動時對減速器及機構的沖擊。目前傳統的起重用電機如繞線轉子電機和普通變頻電機都達不到這個要求，因此, 要設計一種高功率密度的緊湊型起重專用變頻電機。隨著“十二五”國家科技支撐計劃項目——《通用型橋式起重機輕量化設計技術及應用》課題的完成，輕量化起重機市場將以更快的速度在起重機械行業打開，電機作為輕量化起重機關鍵配套件，市場前景廣闊，對其進行研究有重要意義。

該系列電機采用方形結構，取消專用機座，定子鐵芯由方形硅鋼片組成，既減輕了電機自重又增加了沖片的有效使用面積，可以有效地降低電機中心高，提高電機功率密度。根據起重機的運行特性，電機低頻(1 ～ 3Hz) 啟動轉矩倍數要求不低于2 倍，同時高頻(100 Hz)時也有良好的過載能力。電機內部配置編碼器、尾部配置盤式制動器，結構緊湊，轉動慣量小，保證電機有良好的加速性能，使電機在起制動時的效率得以提高。高效的冷卻方式使得電機在IP55 的結構下有較高的功率密度。電機防護等級可設計為IP23、IP54(55)，可以滿足不同工況的要求。

該系列電機的設計主要包括電磁設計、結構設計、風路設計。電機的結構設計如圖1 ～圖3 所示。

該系列電機沒有專用機座，鐵芯為方形，定轉子沖片的有效面積大幅度增加，定子沖片為方形結構，增加了原材料的利用率，達到了綠色制造的目的。進行方案設計時可以增加定轉子槽型的面積，提高電機熱容量，在保證力能指標的前提下，進一步減少電機的發熱量，電機的功率密度可以大幅度增加，在目前的基礎上提高1 ～ 3 個中心高等級。由于起重機負載變化大，起升高度范圍大，因此，電機應具有較寬的調速范圍，且在高頻恒功率弱磁調節時運行穩定。電動機能適應頻繁起制動和正反轉。起升機構的工作狀況，要求電動機低頻起動轉矩足夠大，同時高頻時保證足夠的過載能力。電磁設計時不僅限于計算某一個工作狀態，電磁參數的選取應使每個頻率點的轉矩參數滿足額定參數要求，最大發熱因數滿足溫升限值，最高磁參數滿足材料性能要求，對轉子槽型進行研究，在變頻電機正常運行區，高次諧波引起的轉子轉差率較大，在減少轉子基波漏抗的同時又要適當增加諧波漏抗，轉子槽型及導條截面采用上寬下窄的形狀，以減少由于集膚效應使轉子有效電阻增大的程度，在轉子齒磁通密度允許的情況下，盡可能將轉子槽型設計得淺而寬，適當增加槽口深度和減少槽口寬度對提高轉子諧波漏電抗抑制高次諧波有明顯作用，選擇合適的定轉子槽配合，不僅可以抑制諧波對附加轉矩的影響，同時還可以抑制振動、噪聲的影響，尤其是抑制高頻電磁噪聲效果明顯。合理的電磁方案設計能夠做到在1 Hz 時電機的起動轉矩2.0 ～ 2.2 倍，同時最高頻率點滿足過載倍數要求。

傳統的電機一般都只有外部通風或內部通風，前者轉子的熱量難以散發，且電機繞組產生的熱量需要傳遞給定子鐵芯，定子鐵芯再傳遞給機座，機座表面布置有散熱筋，在電機的一端裝有風扇或風機，空氣從風罩尾部進風口吸進去，再經過風扇或風機旋轉增大風壓，形成有氣壓的氣流從風罩口吹出，再沿著機座散熱片向前流動，冷卻機座表面，由于氣流從風罩口吹出后沒有風罩的導風作用，氣流擴散嚴重，風量和風壓下降厲害，且經過多次傳遞后冷卻效率比較低，電機功率密度難以提高很多。后者需要外部的冷卻風從電機非軸伸端端蓋吹入，從軸伸端端蓋吹出，電機的防護等級只能達到IP23，很多工況都不能使用。新的緊湊型起重專用系列電機為方形結構且沒有專用機座，設計了2 套高效的通風結構且電機防護等級可以達到IP54 甚至IP55。風路1 由內風扇、定子鐵芯內通風孔、鑄鋁轉子風葉、鑄鋁轉子通風道形成風路2 由軸流風機與定子鐵芯外通風孔形成。內風扇裝在轉子的軸伸端，軸流風機裝在電機尾端，其中內風扇隨電機轉子旋轉。由于非出線端繞組端部位于端蓋內腔，所以，剛好利用這一空間安裝內風扇，不僅可以帶走轉子本身的熱量，還可以把電機內部的熱量攪拌均勻，并通過定子鐵芯和兩端端蓋快速散發。出線端繞組端部相對比較長，剛好可以容納鑄鋁轉子自身的葉片及編碼器，凸緣端蓋與端蓋都一個凹腔，剛好包含了部分繞組端部，使得電機的結構非常緊湊，而且電機沒有機座，定子鐵芯的長度可以根據電機功率進行調整，使得不同功率的電機都可以保證結構的緊湊性。風路1 可以使轉子內部的熱量比較均勻并很快傳遞到定子鐵芯和兩端端蓋上，而定子鐵芯導熱率很高，熱量可以很快地由風路2 散發。風路1 和風路2 的良好循環可以有效地降低電機的溫升。

變頻電機具有廣泛的調試性能，且很多應用場合都需要精確定位，因此，電機需要配置編碼器來檢測電機的轉速、位置角度等信號，由于電機尾部需要安裝制動器、風機，如果再將編碼器裝在制動器后面就會使得電機較長，不僅會造成電機高速旋轉時產生振動，而且影響起重機構的協調性。因此, 需要將編碼器安裝在電機內部，這樣可以縮短電機長度。如圖4 所示，電機定子由定子沖片組成，沒有機座，故電機主接線盒必須安裝在端蓋上，決定了端蓋需要一個比較長的空腔，一是因為線圈端部在端蓋空腔里面; 二是因為電機主接線盒需要較長的安裝平面。如果編碼器裝在制動器后面，就需要一個編碼器支撐裝置用于固定，編碼器，會使電機的軸向長度增加很多，且制動器屬于要經常維護和保養的設備，編碼器的裝配會影響制動器的維護和保養。軸承由孔用彈性擋圈固定，因此, 剛好利用端蓋中的空腔，將編碼器轉子安裝在電機轉子上，通過編碼器轉子鎖緊螺釘固定編碼器轉子，編碼器定子通過編碼器彈片安裝在端蓋軸承室加強筋上，通過編碼器彈片安裝螺釘固定，編碼器引線直接引入電機主接線盒中，這種安裝結構既沒有增加任何多余的支撐結構，且剛好利用了端蓋的空腔位置，沒有增加電機的軸向尺寸，使電機的結構更加緊湊。

本文闡述緊湊型起重專用電機的電磁及結構設計，通過合理的電磁設計，可以保證電機的低頻轉矩不低于2 倍，滿足起重機的使用工況。通過優化的通風設計，使得電機功率密度在現有變頻電機的基礎上提高1 ～ 3個等級。如160 中心高的4 極電機，目前標準最大為15 kW，新的緊湊型電機功率則可以達到55 kW，整機質量約350 kg，而目前同功率等級的電機質量則為490kg。隨著電機質量及體積的減少，減速器的質量及體積也隨之減少，從而大大減輕機構質量，縮小起重機的極限尺寸，提高起重機使用場地的利用率，實現起重機的輕量化設計，對節能減耗、推動綠色低碳經濟的發展具有重要意義。