开关磁阻电动滚筒

技术领域：本实用新型涉及电动滚筒，尤其涉及适合在矿业行业 使用的固定式或移动式带式输送机驱动装置上的电动滚筒。

背景技术：目前，矿业行业使用的固定式或移动式带式输送机的 驱动装置有三种，一种是电动机和减速器在驱动滚筒之外的分离式驱 动装置；一种是减速器在滚筒内的、电动机在滚筒体外的外装式驱动 装置；还有一种是将电动机和减速器共同置于滚筒内的内装式驱动装 置，即我们通常所说的电动滚筒。这三种带式输送机驱动装置，无论 哪一种都是由电动机、减速器和驱动滚筒三部分组成。在使用过程中 发现：在这些驱动装置中，减速器最容易发生断齿、漏油等故障；其 次，由于安装了减速器，使得驱动装置占用空间增大，导致安装工序 繁杂，尤其是在矿业作业面相对陕窄的地方，受到很大限制。现在国 内还没有发现完全省掉减速器，而将电动机与滚筒真正集于一体的电 动滚筒。

发明目的：本实用新型的目的是提供一种开关磁阻电动滚筒，是 将外转子开关磁阻电动机与驱动滚筒合为一体，即开关磁阻电动机的 外转子即为驱动滚筒，可以完全省掉减速器。

发明内容：本实用新型的目的是这样实现的：

本实用新型由开关磁阻电动滚筒以及控制开关磁阻电动滚筒的 控制器两部分组成。

所述开关磁阻电动滚筒主要由滚筒、定子以及滚筒轴等组成。定 子固定在滚筒轴上，滚筒轴同时也是定子轴；滚筒包围在定子周围， 滚筒就是本实用新型中所述的转子。本实用新型中定转子为双凸极 36/24齿结构，定子上有集中绕组，每十二个齿的绕组相连，构成三 相绕组；当某相绕组通电时，将产生一个使相邻转子齿与该相绕组轴 线相重合的电磁转矩；顺序对各相绕组通电，则可使转子连续转动。 改变通电次序，可改变滚筒转向。控制该电流的大小和通断时刻，可 以改变转矩，改变转速，还可以实现制动运行。

在开关磁阻电动滚筒内定子周围的端部，设有电磁抱闸线圈，该 抱闸线圈为断电抱闸，用于防止在带式输送机上运物料时，滚筒电源 突然断电，导致带式输送机反向运行的情况发生。

所述开关磁阻电动滚筒轴为空心轴，本实用新型中功率电缆即由 此空心轴引出到控制器。此外，空心轴还作为定子的水冷管路，可以 对滚筒定子绕组进行冷却。

所述开关磁阻电动滚筒控制器由起动给定电路、脉宽调制电路、 通电逻辑电路以及定积分器、速度调节器、电流调节器等组成，该控 制器根据外部操作要求和滚筒实际运行情况连续调节输出信号，并通 过功率电路，使滚筒达到规定的运行要求，如转向、转矩、转速、电 动与制动等，并使滚筒处于最佳工作状态。

在滚筒的内部、与抱闸线圈相对地一侧的定子轴上，安装有高性 能红外光电元件传感器，并设置防尘密封保护装置。

下面结合附图加以详细说明。

如图所示：本实用新型由开关磁阻电动滚筒1以及控制开关磁阻 电动滚筒的控制器3两部分组成。

开关磁阻电动滚筒的定子4固定在定子轴2上，定子轴2也是本 实用新型的滚筒轴，转子5包围在定子4的周围，转子5外面是滚筒 壳6。所述定转子为双凸极36/24齿结构，定子上有集中绕组，每十 二个齿的绕组相连，构成三相绕组；当某相绕组通电时，将产生一个 使相邻转子齿与该相绕组轴线相重合的电磁转矩；顺序对各相绕组通 电(如A-B-C-A)，则可使转子5连续转动。改变通电次序，可改变 转子5的转向。控制该电流的大小和通断时刻，可以改变转矩，改变 转速，还可以实现制动运行。

开关磁阻电动滚筒的定子轴2的两端固定在安装基座上，定子轴 2为空心轴，轴的一端有一接线腔9，滚筒的功率电缆沿空心轴经接 线腔9由滚筒内引出到控制器。其次，空心轴还兼作定子水冷管路， 对滚筒定子绕组进行冷却。

为了检测开关磁阻电动滚筒转子5的瞬间位置和转速，在滚筒内 定子4的右侧轴上设置有传感器7。传感器7采用高性能红外光电元 件，其抗干扰能力强，耐热性能好，使用寿命长，其外部有防尘密封 罩保护。

在开关磁阻电动滚筒内与传感器7相对的定子另一侧的定子周 围的端部，设置有电磁抱闸线圈8，该抱闸线圈为断电抱闸，用于防 止在带式输送机上运物料时，滚筒电源突然断电，导致带式输送机反 向运行的情况发生。

在本实用新型的功率电路中，三相交流电源经二极管整流桥V转 换为直流电源，控制器送电时，电容C开始充电，电阻R1、R2起限流 作用；控制器正常工作时，TD、TE两个IGBT功率开关处于导通状态， 分别将R1、R2短路；控制器过流时，TD、TE两个IGBT功率开关快速关 断，对整个控制器起过流保护作用。TA、TA′，TB、TB′，TC、TC′， 六个IGBT功率开关和续流二极管组成三相半桥式逆变电路，分别向 滚筒三相绕组供电，当一相功率开关(如TA、TA′)导通时，经端子 (A、A′)向滚筒绕组(A相)通电；当功率开关关断时，该绕组通 过续流二极管(DA、DA′)向电容C续流回馈能量，并使电流迅速降 至零。这里功率开关同滚筒绕组相串联，避免了桥式逆变电路(如变 频器)易发生上下桥臂功率元件直通短路的危险，故工作可靠性高， 保护电路也简化。

开关磁阻电动滚筒控制器中，控制单元的作用是根据给定信号、 传感器反馈信号以及电流检测电路提供的滚筒实际运行情况连续调 节输出信号，经通过驱动电路改变滚筒的通电，使之达到规定的运行 要求，如转向、转矩、转速、电动与制动等的控制，并使之处于最佳 工作状态。控制单元由一个单片机及数字/模拟电路组成，抗干扰能 力强，动态响应快。

给定信号电路和显示电路用以接受手动或电气操作信号，如起 动、停止、转向、转速信号等，并将操作情况和滚筒实际运行情况及 故障情况用背光液晶显示器显示出来。

开关磁阻电动滚筒控制器的所有功率元件均安装在散热板上，结 构紧凑，散热效果好。

由控制电路逻辑图可见，其调速系统属转速、电流双闭环系统， 通过脉冲宽度调制电路调节加于滚筒绕组上的电压和电流，实现调速 和稳速的目的。通过逻辑电路改变通电相序从而改变滚筒转向，并通 过改变功率元件的导通角改变滚筒的电动和制动工作状态。电流限幅 电路则改善了滚筒转动的平稳性，并实现了开关磁阻电动滚筒和开关 磁阻电动滚筒控制器的安全运行。此外，控制电路还实现了多种保护 和诊断功能，由于单片机程序的可修改性，还可以较方便地满足用户 在滚筒性能方面的各种特殊要求。

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的滚筒结构图；

图3为本实用新型中控制器的功率电路示意图；

图4为本实用新型中控制器的控制电路逻辑框图；

图5为本实用新型中滚筒的结构剖面图。

实施例：

目前，开关磁阻电动滚筒已在山西防爆电机(集团)有限公司投 入生产。并在常村煤矿洗煤厂550#皮带机上使用。

开关磁阻电动滚筒不但可替代原由电动机、减速器、驱动滚筒组 成的分离式驱动装置，而且可方便地实现皮带机软起动和皮带机提速 的目的，在功能上增加了皮带机点动运行方式(0.5M/S)，可缩短皮 带机换带时间。开关磁阻电动滚筒的主要技术参数如下：

滚筒功率：55KW；

额定电压：380VAC；

额定转速：60RPM(对应皮带带速为2.5M/S)，转速范围0-90RPM 可调；

滚筒尺寸：Φ800×1400mm

与原有系统相比，开关磁阻电动滚筒的优点在于：

1、完仝省掉减速器，结构更趋简单，占据空间缩小，安装快捷 方便，系统传动效率提高。

2、起动平稳，可减少对电网、机械设备的冲击，延长机械设备 的使用寿命；起动电流小，节约电能。

3、自动化程度高，调速简便，工作安全可靠，维护量小，可降 低配件消耗费用。

4、可实现皮带软起动和提速的目的，增加的皮带点动运行方式， 可缩短皮带机换带时间，提高生产效率，降低工人劳动强度。

开关磁阻电动滚筒在带式输送机上的应用具有电机、减速器、滚 筒所组成的分离式、外装式、内装式驱动装置无法比拟的优点，尤其 是工作电源从220-380VAC扩展为12-3300VAC，功率范围从30- 55KW扩展为0.02-315KW，滚筒表面线速度范围扩展到0.02- 6.5m/s，滚筒尺寸范围扩展到Φ20×100mm-Φ3500×2000mm，工作 环境从普通型扩展到防腐型和隔爆型，冷却方式从水冷扩展到自然风 冷和强迫风冷，应用范围也将扩展到采矿、冶金、煤炭、交通、能源、 粮食、烟草、化工、建材、邮电、航空、农林、印刷、商业等各个领 域。本实用新型的开发利用，将对机电设备的驱动带来具大变革。