無齒輪帶式傳送機驅動系統的馬達驅動器的制造方法
【專利摘要】本發明涉及無齒輪帶式傳送機驅動系統的馬達驅動器，其包括馬達底架(9)、安裝在馬達底架或傳送機底板(10)上的扭矩臂(8)、同步馬達的旋轉地對稱的定子(7，14)和旋轉地對稱的轉子箱(4)，定子由扭矩臂固定地保持，并且轉子箱包含同步馬達的轉子的永磁體元件(6)。轉子箱可直接安裝在圓柱形帶式傳送機帶輪(1)的前端上，使得永磁體元件圍繞定子旋轉，并且轉子箱的對稱軸線和定子的對稱軸線彼此對準，并與帶式傳送機帶輪的縱向軸線(16)對準。這種馬達驅動器屬于無齒輪帶式傳送機驅動系統，驅動系統還包括安裝成圍繞其縱向軸線旋轉的圓柱形帶式傳送機帶輪，及將帶式傳送機帶輪和轉子箱固定地連接的至少一個法蘭(3，13)。
【專利說明】無齒輪帶式傳送機驅動系統的馬達驅動器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于無齒輪帶式傳送機驅動系統的馬達驅動器以及包括這種馬達驅動器的無齒輪帶式傳送機驅動系統。
【背景技術】
[0002]在采礦以及其它種類的工業中使用了帶式傳送機系統，在這些工業中需要在相當大的距離內搬運和運輸大規模散裝材料以及貨物。一般說來，為了使傳送帶運動，需要傳送機驅動單元驅動帶傳動帶輪。傳送機驅動單元最常見地包含電動馬達驅動器，其利用減速齒輪而連接在帶傳動帶輪上。一個備選的概念是使用直接驅動，即使用緩慢旋轉的電動馬達，其以無齒輪方式直接聯接在傳動帶輪上。因此，無齒輪帶式傳送機驅動系統包含直接機械連接的電動馬達驅動器和帶傳動帶輪。這種無齒輪帶式傳送機驅動系統具有的優點這樣，由于消除了齒輪所以涉及較少的活動機械構件，這提高了傳送機驅動系統的可靠性和壽命，并從而減少維護費用。
[0003]無齒輪帶式傳送機驅動系統已經為人所知一段時間了。例如，西門子在Schwulera, R.的論文“Advanced Drive System Saves up to 20% Energy (節省高達 20%能量的先進的驅動系統)”(Electric Energy Conference 1987: Adelaide, S.Aust.: AnInternational Conference on Electric Machines and Drives; Proceedings.Barton,ACT:1nstitution of Engineers, Australia, 1987: 101-107)中介紹了他們第一個無齒輪帶式傳送機驅動系統。傳送機驅動系統包含兩個同步馬達，其轉子直接用法蘭連接在傳動帶輪的帶輪軸的每個側面上，并且其中，然后安裝定子，使得轉子繞組可在定子內部旋轉。
[0004]在US 7, 543, 700 B2和DE 10 2006 004 421 Al中描述了用于無齒輪帶式傳送機
驅動系統的另一概念。在那些專利中，馬達是永磁同步馬達，其定位在傳動帶輪的帶輪本體內部，帶輪本體也被稱為鼓筒殼體，其中帶輪本體圍繞軸而旋轉。馬達的定子固定在軸上，并且帶有永磁體的轉子固定在帶輪本體內部，使其可隨傳動帶輪一起圍繞定子而旋轉。
[0005]馬達布置在帶輪本體內部可能導致各種技術問題，特別是當用于大型帶式傳送機系統，例如陸上傳送機，在這種情況下，其中一個相對應的驅動馬達的額定功率達到高達10兆瓦。首先，帶輪本體限制了馬達的實際尺寸。因此，馬達的最大可用功率密度限制了馬達最大可能的額定功率。這最大額定功率最大值不超過5兆瓦，這可能不足以驅動大型帶式傳送機系統。其次，需要注意從帶輪本體上可靠地除去熱量的問題，這個問題隨著功率密度的提高而加重了。作為提高功率密度的備選方案，人們可能考慮增加帶輪本體的尺寸。然而，增大的帶輪本體可能需要使用不同的帶尺寸和/或帶材料，這極大地提高了帶式傳送機系統的成本。另外，制造程序的復雜性隨著帶輪本體的尺寸增加而增加，同時制造精度下降，特別是關于圓柱形帶輪本體的均勻度和圓度而言。
[0006]雖然因此本發明的目的是提出一種用于無齒輪帶式傳送機驅動系統的馬達驅動器的概念，這可避免上述問題。[0007]這個目的通過一種根據獨立權利要求所述的馬達驅動器和包含這種馬達驅動器的無齒輪帶式傳送機驅動系統來實現。
【發明內容】
[0008]根據本發明的用于無齒輪帶式傳送機驅動系統的馬達驅動器包括馬達底架、安裝在馬達底架或傳送機底板上的扭矩臂、同步馬達的旋轉地對稱的定子以及旋轉地對稱的轉子箱，定子由扭矩臂固定地保持，而轉子箱包含同步馬達的轉子的永磁體元件，其中轉子箱可直接安裝在圓柱形帶式傳送機帶輪的前端上，使得轉子的元件圍繞定子旋轉，并且轉子箱的對稱軸線與定子的對稱軸線彼此對準，并且與帶式傳送機帶輪的縱向軸線對準。
[0009]因此，本發明是基于將兩個之前所述的概念按照克服缺點這種方式組合起來的思想。因此，帶永磁體的同步馬達沒有放置在帶式傳送機帶輪本體的內部，而是做成可安裝在其一個外端上。這克服了上述有限的馬達功率和除去馬達熱量的問題。同Schmilera所述的方案相反，馬達驅動器的轉子不是內部轉子，而是外部轉子，即其圍繞定子而旋轉。這個概念允許有在馬達的額定功率、電效率和實際尺寸及重量方面進行優化的馬達驅動器的設計。馬達驅動器變得更輕且更細長，這意味著其在安裝、檢修和維護期間可以更容易地搬運。另外，同具有帶內部轉子的標準同步馬達的系統相比，為馬達驅動器提出的這種概念導致所造就的無齒輪帶式傳送機驅動系統提高了成本效率，因為在系統的其它部件上(而不僅僅在馬達上)可實現成本節省。因為由于外部轉子的概念，永磁體會遇到小于120攝氏度的中等溫度，所以不需要高端的永磁體材料。進一步的優點是可以很容易地拆卸轉子，例如用于運輸，因為不包含轉子繞組和電連接器。
[0010]在馬達驅動器的一個實施例中，馬達底架布置成可沿著軌道從安裝或檢修位置滑動到操作位置，且反之亦然，并且在操作位置固定到傳送機底板或傳送機基礎平臺上。根據這個實施例，馬達底架連同安裝在馬達驅動器上的任何元件或部件可與帶式傳送機帶輪分開，從而使同步馬達和/或帶輪可以進行檢修或簡化安裝過程。舉例說來，這對結合地下礦山(例如銅礦)中使用的大型帶式傳送機系統是有利的。礦山隧道中的空間受到自然的限制，同時馬達驅動器的額定功率和相應的尺寸是比較大的。當在安裝、檢修或維護期間，需要接近轉子箱時，定子可以輕易地與之分離而無須太大空間。因此，只要馬達底架連同扭矩臂和定子滑動到檢修位置，并且在隧道中可直接執行檢修。
[0011]在另一實施例中，馬達驅動器的轉子和定子與帶式傳送機帶輪安裝在同一軸上或同一非旋轉軸上。這樣就避免了馬達底架和/或傳送機底板中可能的彎曲對定子和轉子之間的空氣間隙的任何影響，尤其在底架或底板由鋼制成的情況下。
[0012]在優選實施例的進一步形式中，轉子箱布置成可固定地直接或間接地附連到馬達底架上。根據這個方案，可以輕易地將馬達驅動器與帶輪完全分開，從而提供了對帶輪的直接通路，這可以在例如不需要太多準備工作和不需要首先拆卸馬達的條件下獲得。
[0013]在馬達驅動器的進一步的實施例中，轉子箱設有用于對流冷卻的冷卻元件。這種冷卻原理連同外部轉子概念造就了一種同步馬達的穩定可靠、簡單且有效的冷卻，這使得整個馬達設計具有高的能量效率和成本效率。備選地或除了冷卻元件之外，可提供強制冷卻裝置，用于對馬達驅動器和其轉子箱施加強制冷卻。例如，可在馬達驅動器附近安裝冷卻風扇，以用于產生強制空氣對流。[0014]根據本發明的無齒輪帶式傳送機驅動系統包括上述馬達驅動器、安裝成圍繞其縱向軸線旋轉的圓柱形帶式傳送機帶輪以及用于將帶式傳送機帶輪和馬達驅動器的轉子箱固定地連接起來的至少一個法蘭。總之，無齒輪帶式傳送機驅動系統包含較小數量的元件，并且以機械穩定可靠的簡單和模塊化的方式構造而成。
[0015]在無齒輪帶式傳送機驅動系統的一個實施例中，帶式傳送機帶輪旋轉地安裝在至少一個減磨軸承的內部。因為同步馬達直接附連在帶輪上，所以馬達可設計成沒有任何軸承。這造成了減少空氣間隙的可能性，這通過保持馬達的物理尺寸而導致額定功率增加。此夕卜，同步馬達中沒有軸承意味著較少的馬達磨損。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]本發明和其進一步的實施例將從下面結合附圖所述的示例中變得顯而易見，其中附圖顯示了:
圖1是處于操作狀態下的無齒輪帶式傳送機驅動系統的第一實施例，
圖2是第一實施例的檢修狀態，
圖3是無齒輪帶式傳送機驅動系統的第二實施例，
圖4是無齒輪帶式傳送機驅動系統的第三實施例，
圖5是無齒輪帶式傳送機驅動系統的第四實施例。
【具體實施方式】
[0017]在圖1中描繪了無齒輪帶式傳送機驅動系統的第一實施例，其包含用于驅動傳送機帶的圓柱形帶式傳送機帶輪I。帶式傳送機帶輪I安裝在兩個減摩軸承2的內部，使得其圍繞其縱向軸線16而旋轉。帶式傳送機帶輪I包含定位在減摩軸承2內側的兩個法蘭13,其中內側是法蘭13的朝向帶式傳送機帶輪I的帶驅動部分的側面。在其中一個減摩軸承2的外側，帶式傳送機帶輪I終止于另一法蘭3中，其用于將轉子箱4固定地連接到另一法蘭3上，并從而連接到帶式傳送機帶輪I上。
[0018]轉子箱4包含永磁體元件6,永磁體元件6基本上形成了同步馬達的旋轉地對稱的轉子。在轉子箱4的外側，冷卻元件5附連到轉子箱上，以用于對流冷卻。轉子的永磁體元件6布置成圍繞旋轉地對稱的定子7而旋轉，其中轉子箱4的對稱軸線與定子7的對稱軸線彼此對準，并且與帶式傳送機帶輪I的縱向軸線16對準。
[0019]扭矩臂8固定地保持定子7，其中扭矩臂8吸收由于轉子的旋轉運動而引起的反作用力或扭矩，并且扭矩臂8安裝在馬達底架9上。馬達底架9布置成可沿著軌道從操作位置A滑動到檢修位置B (見圖2)，且反之亦然，并且在操作位置A固定到傳送機底板10，傳送機底板10也被稱為傳送機基礎平臺10。傳送機底板10可由例如鋼或混凝土制成。在傳送機底板或基礎平臺由混凝土制成的情況下，無齒輪帶式傳送機驅動系統屬于永久設施。但是，傳送機底板或基礎平臺還可設計為使無齒輪帶式傳送機驅動系統成為可遷移的移動式傳送機驅動系統。
[0020]從圖2中可以看出，通過使馬達底架9滑動到檢修位置B，定子7也連同扭矩臂8一起移動。轉子箱4具有開口式前端，其背離帶式傳送機帶輪I。在操作位置A，定子7布置成使其穿過開口式前端而延伸到轉子箱4中。當滑動到檢修位置B中時，定子7通過開口式前端而移出轉子箱4。在圖2中顯示了蓋板15，其在操作位置A覆蓋轉子箱4的開口式前端。這個蓋板15也固定在扭矩臂8上。圓形的迷宮式密封件11布置成與蓋板15同心并附連到蓋板15上。在操作位置A，迷宮式密封件11密封轉子箱4的內部空間19，以防灰塵和/或濕氣。
[0021]在檢修位置B，可以輕易地接觸到同步馬達的轉子和定子的各種元件。在帶式傳送機帶輪I需要維護的情況下，轉子箱4可通過松開穿過另一法蘭3的螺栓連接件18而與帶式傳送機帶輪I分離。這種情形例如可適用于當無齒輪帶式傳送機驅動系統在采礦隧道外面(例如在礦山和散裝材料存儲倉庫之間)使用時，因為不需要考慮空間限制。
[0022]在檢修期間，尤其在有限的空間(例如開采隧道)中輕易地接觸到帶式傳送機帶輪I的另一可能性是使用至少一個螺栓連接件12將轉子箱4安裝到蓋板15和/或扭矩臂8上，如圖1中所示。當然，還需要除去螺栓連接件18。在那種情況下，轉子和定子可一起移動到檢修位置B，并且帶式傳送機帶輪I變成可直接接觸到。
[0023]在圖1和圖2中，帶式傳送機帶輪是空心的圓柱體，其包括兩個圓柱軸承段，它們均放置在其中一個減摩軸承2的內部。這兩個圓柱軸承段其中一個直接終止于外部法蘭13和3中。因此，圓柱體接管兩個機械任務:一個任務為驅動傳送機帶，一個任務為傳遞同步馬達的驅動扭矩。總地說來，使用空心圓柱體作為帶式傳送機帶輪是有利的，其本身用作軸，因為這樣帶式傳送機帶輪具有相對于帶拉力增加的剛性。結果，同安裝帶輪的標準軸相t匕，帶式傳送機帶輪彎曲較少。這減少了傳送機驅動系統的整體變形，并且有助于將同步馬達中的空氣間隙保持在恒定的水平，甚至容許空氣間隙的進一步的減少。
[0024]在圖3中顯示了無齒輪帶式傳送機驅動系統的第二實施例，其不同于圖1和圖2的系統之處在于，帶式傳送機帶輪包含軸17，軸17的一端連接在法蘭13和3上，轉子箱4附連在法蘭13和3上。在這個實施例中，同步馬達的驅動扭矩通過軸進行傳遞，而帶式傳送機帶輪I的圓柱本體僅僅驅動傳送機。進一步的區別是法蘭13和3定位在減磨軸承20 (具體而言滾珠軸承)的外側，使得減磨軸承20的內側面向圓柱形帶式傳送機帶輪I的前側。
[0025]在圖4和5中分別顯示了無齒輪帶式傳送機驅動系統的第三和第四實施例。這兩個變體具有共同點在于，同第一和第二實施例相反，定子7和轉子(同樣包括轉子箱4和永磁體元件6)都與帶式傳送機帶輪I安裝在同一軸17a(圖4)或同一非旋轉軸17b(圖5)上。與此相反，第一和第二實施例的轉子和定子(即用于驅動帶式傳送機帶輪I的馬達驅動器)布置在其自身的軸上。
[0026]通過將定子和轉子與帶式傳送機帶輪安裝在同一軸或軸線上，避免了在傳送機底板10中可能的彎曲對定子和轉子之間的空氣間隙的任何影響，尤其在底板由鋼制成的情況下。
[0027]從圖4和圖5中可以看出，減摩軸承20、21、22(具體而言滾珠軸承)要么用于定子7以便在公共軸17a的情況下支承軸17a，或者在公共軸17b的情況下用于帶式傳送機帶輪I和轉子箱4。
[0028]關于安裝和檢修方面，第三和第四實施例不允許從轉子箱4上輕易地分離定子7。相反，整個馬達驅動器的框架(包括轉子和定子)都與帶式傳送機帶輪I分離。出于檢修目的，可通過利用起重機或通過利用放置在馬達框架下面的可移動的平臺來將馬達框架移動到檢修位置。
【權利要求】
1.一種用于無齒輪帶式傳送機驅動系統的馬達驅動器，包括: 馬達底架(9)， 安裝在所述馬達底架(9)或傳送機底板(10)上的扭矩臂(8)， 同步馬達的旋轉地對稱的定子(7，14)，其由所述扭矩臂(8)固定地保持， 旋轉地對稱的轉子箱(4)，其包含所述同步馬達的轉子的永磁體元件￠)，其中，所述轉子箱(4)可直接安裝在圓柱形帶式傳送機帶輪(I)的前端上，使得所述轉子的永磁體元件(6)圍繞所述定子(7)而旋轉，并且使得所述轉子箱(4)的對稱軸線和所述定子的對稱軸線彼此對準，并與所述帶式傳送機帶輪(I)的縱向軸線(16)對準。
2.根據權利要求1所述的馬達驅動器，其特征在于，所述馬達底架(9)布置成可沿著軌道從操作位置(A)滑動到檢修位置(B)，并且在所述操作位置(A)固定到所述傳送機底板(10)上。
3.根據權利要求1所述的馬達驅動器，其特征在于，所述轉子(4，6)和所述定子(7，14)與所述帶式傳 送機帶輪(I)安裝在同一軸(17a)或同一非旋轉軸(17b)上。
4.根據前述權利要求中的任一項所述的馬達驅動器，其特征在于，所述轉子箱(4)具有開口式前端，其中，所述開口式前端背離所述帶式傳送機帶輪(I)，并且其中，所述轉子箱(4)安裝成使得所述定子(7)穿過所述開口式前端而延伸到所述轉子箱(4)中。
5.根據權利要求5所述的馬達驅動器，其特征在于，所述蓋板(15)覆蓋所述轉子箱(4)的開口式前端，并且迷宮式密封件(11)定位在所述蓋板(15)處并附連到所述蓋板(15)上，用于密封所述轉子箱⑷的內部空間(19)，以防灰塵和/或濕氣。
6.根據權利要求5所述的馬達驅動器，其特征在于，出于檢修的目的，至少一個螺栓連接件(12)將所述轉子箱(4)附連到所述蓋板(15)和/或所述扭矩臂(8)上。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的馬達驅動器，其特征在于，可直接安裝在所述帶式傳送機帶輪(I)上的所述轉子箱(4)的前端布置成法蘭端的形式。
8.根據前述權利要求中的任一項所述的馬達驅動器，其特征在于，所述轉子箱(4)設有用于對流冷卻的冷卻元件(5)，并且/或者布置成可通過強制冷卻裝置進行冷卻。
9.一種無齒輪帶式傳送機驅動系統，包括 根據權利要求1-8中的任一項所述的馬達驅動器， 圓柱形帶式傳送機帶輪(I)，其安裝成圍繞其縱向軸線(16)而旋轉， 至少一個法蘭(3，13)，其用于將所述帶式傳送機帶輪和所述馬達驅動器的轉子箱(4)固定地連接起來。
10.根據權利要求9所述的無齒輪帶式傳送機驅動系統，其特征在于，所述帶式傳送機帶輪(I)是空心軸或固定地安裝在軸(17，17a)上，其中所述軸通過至少一個減磨軸承(2,20)進行支承。
11.根據權利要求9所述的無齒輪帶式傳送機驅動系統，其特征在于，所述帶式傳送機帶輪(I)通過至少一個減磨軸承(21)而安裝成在非旋轉軸(17b)上旋轉。
12.根據權利要求9-11中的任一項所述的無齒輪帶式傳送機驅動系統，其特征在于，所述帶式傳送機帶輪(I)是空心圓柱體，其圓柱本體直接地終止于所述至少一個法蘭(13)中。
13.根據權利要求10所述的無齒輪帶式傳送機驅動系統，其特征在于，所述軸(17)的一端連接在所述至少一個法蘭(13)上。
14.根據權利要求11所述的無齒輪帶式傳送機驅動系統，其特征在于，所述至少一個法蘭(3)安裝在所述轉·子箱(4)上或是所述轉子箱(4)的一部分。
【文檔編號】H02K7/10GK103427542SQ201310178884
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2013年5月15日 優先權日:2012年5月16日
【發明者】B.拉特曼, U.里希特 申請人:Abb 技術有限公司