刮板输送机用盘式永磁电机

冯 帅

（冀中能源峰峰集团华北重型装备制造有限公司，河北邯郸 056046）

0 引言

自世界第一台刮板输送机诞生以来，经历了半个多世纪的不断研究、试验、改进，刮板输送机已成为煤矿运输的主要设备。机型从轻型、中型到重型、超重型，装机功率也越来越大。传动结构包括弹性联轴器、限矩型液力耦合器、双速电机、调速型液力耦合器、软起动器等，其中软启动器包括可控启动传动装置（CST）、阀控调速液力耦合器、变频调速技术等类型。随着综采工作面的推广及应用，不断引发各种问题，如工作面头尾布置结构复杂、人行通道狭小等，因此开发了“刮板输送机用永磁盘式半直驱电机”项目，可有效改变工作面布置结构，加大员工通行空间，确保安全生产，提高工作面推进速度。

1 盘式永磁电机的设计

盘式永磁同步电机外观像圆盘，采用轴向磁通励磁，是通过盘形定、转子的相对运动在转子轴上产生电磁转矩的特殊电机，兼具轴向尺寸短、功率密度高、转动惯量小和结构简单、体积小、质量轻、效率高等优点（图1）。以YBSYC-200/1140J 型电机为例，额定功率200 kW，电压1140 V，转速300 r/min，输出转矩≥38 kN·m，效率≥92%，防爆型式ExdI，电机外径860 mm，电机宽度60 mm，采用水冷方式。

图1 盘式永磁电机结构

该电机采用“双定子，单转子结构”，两边定子完全相同，可消除运转时的轴向磁吸力。两侧定子由硅钢片经冲制后卷绕而成，在空间上呈平面相对放置，其硅钢片的利用率达到90%以上，而传统电机硅钢片利用率仅为75%左右，大大减少硅钢片的损耗量。两侧端盖设有环形冷却水道，可对定子线圈进行散热，降低电机温度。

转子采用不锈钢焊接而成，外环镂空设计，钕铁硼永磁铁镶嵌在镂空处，N、S 极交错布置，并用磁钢胶固定（图2）。线圈嵌在两侧的定子铁芯内，定子与转子呈盘型，两者间的气隙是与电机转轴垂直的平面，磁力线垂直于气隙面，与转轴方向平行，为轴向气隙磁通。除磁力线方向与常规电机不同外，其工作原理相同。

图2 转子磁钢排列

2 减速器的配套设计

配套使用的刮板机采用7齿26×92 型链轮，链速约1 m/s，输入转速约46 r/min。结合盘式电机参数得出减速器速比为7 左右，故采用一级行星减速机构。

减速器采用渐开线行星齿轮传动，合理利用内外啮合、功率分流，内部齿轮采用低碳合金钢渗碳淬火加磨齿或氮化工艺。整机具有结构尺寸小，输出扭矩大，速比大、效率高、性能安全可靠、噪声低等特点。通过计算机有限元分析得出一级行星减速器参数（表1）。

表1 行星减速器参数

3 盘式半直驱单元的构成

常规的刮板输送机驱动单元由电机、连接罩、联轴器、减速器、联接垫架等组成，其与刮板机机身平行布置，在工作面布置时，需配置过渡支架且柔性通道狭小，存在一定的安全隐患。

盘式半直驱单元主要由永磁盘式电机、行星减速器及联接垫架构成，它改变了刮板输送机驱动单元的布置方式，其垂直于刮板机机身，与链轮轴组同轴的安装方式，简化机头结构，减少占用空间（图3）。在综采工作面布置中，可将驱动单元放置在巷道中，去掉过渡支架，统一工作面架型，确保行人通道安全通畅。

图3 永磁盘式半直驱单元

4 结论

针对煤矿井下运输、采掘装备等应用场合的特殊需求，研发的盘式永磁电机与行星减速一体化组合传动单元，实现煤矿用刮板输送机驱动单元的高功率密度、小型化、轻量化，减少机头占用空间，统一了工作面架型，优化了综采工作面布置，改善了工作面行人通道，推进煤机装备升级换代和开采工艺的变革。