錐形轉子制動電機手動釋放功能

錢 洪

(湖北華博三六電機有限公司，湖北咸寧 437000)

0 引言

錐形轉子制動電機由于結構緊湊、體積小、重量輕、起動轉矩大、制動迅速可靠，安裝方便、具有電機和制動器的雙重作用，且制動器不需另配電源等優點，在起重運輸、建筑、碼頭、礦山、化工等需要迅速制動的場合得到了廣泛應用。

近年來，由于各國安全意識越來越強，對錐形電機的要求也越來越多(如防爆功能、防水功能、防潮功能等)。對用于起重的電機，更提出要有手動釋放功能。它的作用是當一個物體被吊到空中時突然停電了，通過操作手動釋放手柄可將吊物放下，從而消除安全隱患。市場上帶制動功能的圓柱電機，一般是在電機尾部安裝電磁制動器，且帶有手動釋放手柄，而錐形制動電機則沒有這個裝置。為了適應市場需求，滿足客戶需要，開發出錐形制動電機的手動釋放功能勢在必行。

1 分析

錐形轉子制動電機有兩種結構形式。一種是內剎式，主要用于7.5 kW以下電機，其結構如圖1所示。一種是外剎式，主要用于13 kW以上電機，其結構如圖2所示。

圖1 內剎式結構圖

圖2 外剎式結構圖

兩種結構電機的工作原理是相同的，都是電機通電后，定、轉子表面產生電磁吸力，由于定、轉子表面是錐形的，電磁吸力可分解為軸向和徑向兩個力，其中的軸向分力會牽引轉子和制動輪向小頭移動，將制動彈簧壓縮，同時制動輪與制動后蓋(或制動后罩)脫開，電機開始旋轉工作;電機失電后，電磁吸力消失，制動彈簧反彈，牽引轉子和制動輪向大頭移動，從而制動輪與制動后蓋(或制動后罩)緊緊接觸，產生制動，電機軸雖有吊物的重力產生轉矩，但因有制動輪的反向轉矩存在，重物不會下落，只有重新通電，電機反轉才會將吊物放下。手動釋放功能就是不通過使電機通電反轉，而通過其他的機構也能將吊物放下。

根據電機的結構特點分析可知，要想讓吊物落下，必須提供一個克服制動彈簧的力，使整個轉子往小頭移動，從而使制動輪脫開，吊物在重力的作用下自行落下，才能實現釋放的目的。同時，當吊物下落速度太快時，這個提供外力的機構還應能與軸迅速脫開，從而制動彈簧產生作用，使制動輪工作，降低吊物的下落速度。

2 設計

對于外剎式電機，很容易想到在電機尾部增加一個頂桿裝置，讓頂桿去推動電機軸，讓轉子和制動輪向小頭移動，制動輪脫開，吊物下落。當吊物下落的速度過快時，該頂桿裝置應能迅速與軸脫離，那么軸在制動彈簧的作用下會使電機剎車，減緩吊物下落的速度甚至制動。掌握好頂桿與電機軸接觸的力度，就能使吊物輕輕落下。從外剎式電機手動釋放裝置設計機構如圖3所示，通過連接安裝板與圖2電機中的制動后罩聯接。其工作原理是:給7字手柄的長邊施加一個向下的力F，在其短邊會產生一個向左的推力P，通過傳力盤，推力軸承將力傳遞給推桿，推桿將力傳遞給電機軸(見圖2)，則轉子和制動輪向小頭移動，從而使制動輪與制動后罩脫開，吊物在重力作用下可落下;當吊物下落速度太快時，減小或去掉力F，復位彈簧會將推桿向右推，推桿與電機軸分開，電機軸在制動彈簧的反彈下又將制動輪壓在制動后罩上，吊物下落速度會立即減小甚至停止。采用適當大小的力F，就可將吊物輕輕放下。

圖3 外剎式電機手動釋放裝置結構設計

對于內剎式電機，也很容易想到在電機尾部增加一個拉桿裝置，讓拉桿去拉動電機軸，讓轉子和制動輪向小頭移動，制動輪脫開，吊物下落。當吊物下落的速度過快時，這個拉桿裝置也必須能迅速與軸脫離，那么軸在制動彈簧的作用下又會使電機剎車，減緩吊物下落的速度甚至制動。掌握好拉桿與電機軸接觸的力度，就能使吊物輕輕落下。內剎式電機手動釋放裝置結構設計如圖4所示，通過連接安裝板、立柱與圖1電機中的制動后蓋聯接。其工作原理是:給7字手柄的長邊施加一個向下的力F，在其短邊會產生一個向右的拉力P，通過傳力盤，推力軸承將力傳遞給拉桿，拉桿將力傳遞給電機軸(圖4中虛線所示)，則轉子和制動輪向小頭移動，從而使制動輪與制動后蓋脫開，吊物在重力作用下可落下;當吊物下落速度太快時，減小或去掉力F，復位彈簧會將拉桿向左推，拉桿與電機軸分開，電機軸在制動彈簧的反彈下又將制動輪壓在制動后蓋上，吊物下落速度會立即減小甚至停止。采用適當大小的力F，就可將吊物輕輕放下。

圖4 內剎式電機手動釋放裝置的結構設計

3 效果分析

以上兩種手動釋放裝置都能完成預期目標，滿足功能要求，特別是外剎式結構，使用壽命、制造工藝和安裝拆御都十分方便。但內剎式結構中，由于軸的尾部有一個縮頸，以及制造上的一些誤差，易導致電機軸與拉桿不同心，從而在使用中軸的縮頸處受循環應力作用，極易疲勞斷裂，使用壽命不長，同時小零件又很多，制作時生產周期較長，所以設計了另一種方案，結構如圖5所示。

圖5 內剎式電機手動釋放裝置結構新設計

在定子機座和制動后蓋之間加入了一個筒狀零件，筒內鑄造時做出凸臺起支架的作用，其工作原理是:給7字手柄的外露邊施加一個向下的力F，在其內邊會產生一個向右的推力P，通過傳力盤，角接觸球軸承和軸用擋圈將力傳遞給電機軸，壓縮制動彈簧，則轉子和制動輪向小頭移動，從而使制動輪與制動后蓋脫開，吊物在重力作用下可落下;當吊物下落速度太快時，減小或去掉力F，電機軸在制動彈簧的反彈下會將制動輪壓在制動后蓋上，吊物下落速度會立即減小甚至停止。采用適當大小的力F，就可將吊物輕輕放下。該結構克服了原設計中使用壽命短、生產周期長和零件多的不足，并且工藝性也很好，是公司目前正在采用的結構形式。

4 結語

在國際上，有些國家電力資源不足(如日本)，對電機明確提出了手動釋放功能。在我國，由于電力資源比較豐富，目前尚未對電機提出手動釋放的功能，但作為一項安全保障措施，在不久的將來也會提出。