锥形转子制动电机手动释放功能

钱 洪

(湖北华博三六电机有限公司，湖北咸宁 437000)

0 引言

锥形转子制动电机由于结构紧凑、体积小、重量轻、起动转矩大、制动迅速可靠，安装方便、具有电机和制动器的双重作用，且制动器不需另配电源等优点，在起重运输、建筑、码头、矿山、化工等需要迅速制动的场合得到了广泛应用。

近年来，由于各国安全意识越来越强，对锥形电机的要求也越来越多(如防爆功能、防水功能、防潮功能等)。对用于起重的电机，更提出要有手动释放功能。它的作用是当一个物体被吊到空中时突然停电了，通过操作手动释放手柄可将吊物放下，从而消除安全隐患。市场上带制动功能的圆柱电机，一般是在电机尾部安装电磁制动器，且带有手动释放手柄，而锥形制动电机则没有这个装置。为了适应市场需求，满足客户需要，开发出锥形制动电机的手动释放功能势在必行。

1 分析

锥形转子制动电机有两种结构形式。一种是内刹式，主要用于7.5 kW以下电机，其结构如图1所示。一种是外刹式，主要用于13 kW以上电机，其结构如图2所示。

图1 内刹式结构图

图2 外刹式结构图

两种结构电机的工作原理是相同的，都是电机通电后，定、转子表面产生电磁吸力，由于定、转子表面是锥形的，电磁吸力可分解为轴向和径向两个力，其中的轴向分力会牵引转子和制动轮向小头移动，将制动弹簧压缩，同时制动轮与制动后盖(或制动后罩)脱开，电机开始旋转工作;电机失电后，电磁吸力消失，制动弹簧反弹，牵引转子和制动轮向大头移动，从而制动轮与制动后盖(或制动后罩)紧紧接触，产生制动，电机轴虽有吊物的重力产生转矩，但因有制动轮的反向转矩存在，重物不会下落，只有重新通电，电机反转才会将吊物放下。手动释放功能就是不通过使电机通电反转，而通过其他的机构也能将吊物放下。

根据电机的结构特点分析可知，要想让吊物落下，必须提供一个克服制动弹簧的力，使整个转子往小头移动，从而使制动轮脱开，吊物在重力的作用下自行落下，才能实现释放的目的。同时，当吊物下落速度太快时，这个提供外力的机构还应能与轴迅速脱开，从而制动弹簧产生作用，使制动轮工作，降低吊物的下落速度。

2 设计

对于外刹式电机，很容易想到在电机尾部增加一个顶杆装置，让顶杆去推动电机轴，让转子和制动轮向小头移动，制动轮脱开，吊物下落。当吊物下落的速度过快时，该顶杆装置应能迅速与轴脱离，那么轴在制动弹簧的作用下会使电机刹车，减缓吊物下落的速度甚至制动。掌握好顶杆与电机轴接触的力度，就能使吊物轻轻落下。从外刹式电机手动释放装置设计机构如图3所示，通过连接安装板与图2电机中的制动后罩联接。其工作原理是:给7字手柄的长边施加一个向下的力F，在其短边会产生一个向左的推力P，通过传力盘，推力轴承将力传递给推杆，推杆将力传递给电机轴(见图2)，则转子和制动轮向小头移动，从而使制动轮与制动后罩脱开，吊物在重力作用下可落下;当吊物下落速度太快时，减小或去掉力F，复位弹簧会将推杆向右推，推杆与电机轴分开，电机轴在制动弹簧的反弹下又将制动轮压在制动后罩上，吊物下落速度会立即减小甚至停止。采用适当大小的力F，就可将吊物轻轻放下。

图3 外刹式电机手动释放装置结构设计

对于内刹式电机，也很容易想到在电机尾部增加一个拉杆装置，让拉杆去拉动电机轴，让转子和制动轮向小头移动，制动轮脱开，吊物下落。当吊物下落的速度过快时，这个拉杆装置也必须能迅速与轴脱离，那么轴在制动弹簧的作用下又会使电机刹车，减缓吊物下落的速度甚至制动。掌握好拉杆与电机轴接触的力度，就能使吊物轻轻落下。内刹式电机手动释放装置结构设计如图4所示，通过连接安装板、立柱与图1电机中的制动后盖联接。其工作原理是:给7字手柄的长边施加一个向下的力F，在其短边会产生一个向右的拉力P，通过传力盘，推力轴承将力传递给拉杆，拉杆将力传递给电机轴(图4中虚线所示)，则转子和制动轮向小头移动，从而使制动轮与制动后盖脱开，吊物在重力作用下可落下;当吊物下落速度太快时，减小或去掉力F，复位弹簧会将拉杆向左推，拉杆与电机轴分开，电机轴在制动弹簧的反弹下又将制动轮压在制动后盖上，吊物下落速度会立即减小甚至停止。采用适当大小的力F，就可将吊物轻轻放下。

图4 内刹式电机手动释放装置的结构设计

3 效果分析

以上两种手动释放装置都能完成预期目标，满足功能要求，特别是外刹式结构，使用寿命、制造工艺和安装拆御都十分方便。但内刹式结构中，由于轴的尾部有一个缩颈，以及制造上的一些误差，易导致电机轴与拉杆不同心，从而在使用中轴的缩颈处受循环应力作用，极易疲劳断裂，使用寿命不长，同时小零件又很多，制作时生产周期较长，所以设计了另一种方案，结构如图5所示。

图5 内刹式电机手动释放装置结构新设计

在定子机座和制动后盖之间加入了一个筒状零件，筒内铸造时做出凸台起支架的作用，其工作原理是:给7字手柄的外露边施加一个向下的力F，在其内边会产生一个向右的推力P，通过传力盘，角接触球轴承和轴用挡圈将力传递给电机轴，压缩制动弹簧，则转子和制动轮向小头移动，从而使制动轮与制动后盖脱开，吊物在重力作用下可落下;当吊物下落速度太快时，减小或去掉力F，电机轴在制动弹簧的反弹下会将制动轮压在制动后盖上，吊物下落速度会立即减小甚至停止。采用适当大小的力F，就可将吊物轻轻放下。该结构克服了原设计中使用寿命短、生产周期长和零件多的不足，并且工艺性也很好，是公司目前正在采用的结构形式。

4 结语

在国际上，有些国家电力资源不足(如日本)，对电机明确提出了手动释放功能。在我国，由于电力资源比较丰富，目前尚未对电机提出手动释放的功能，但作为一项安全保障措施，在不久的将来也会提出。