數控車床轉塔式刀架用三相異步制動電動機
許均科 (西安微電機研究所)
【摘 要】數控車床轉塔式刀架需要體積小、輸出功率大、能快速停車并裝有溫度傳感器的三相異步制動電動機。文中介紹這種專用電機的主要結構及設計特點，并將試制產品的性能指標與國外樣機進行了對比分析。
【敘 詞】數控車床，轉塔刀架，三相異步電動機，制動，結構，設計，性能，比較
1 引 言
目前，國內的yej型附加電磁制動器式異步電動機，yep型旁磁制動器式異步電動機[1]以及多摩擦片式電磁制動異步電動機[2]，已形成了系列化生產，廣泛應用于起重機械、各種機床作為主傳動或輔助傳動，尤其適用于要求頻繁起動、制動和反轉及要求準確停車的機械中。前兩種電機可在斷電后快速停車，并借助彈簧的作用自行制動，后一種電機僅具有快速停車性能。這些電機若作為數控車床轉塔式刀架的驅動電機，均有體積過大之弊。為此，我所為某機床廠試制了90yej-4r型數控車床轉塔式刀架專用三相異步制動電動機，于1988年11月通過了所級鑒定。
2 工作原理與結構
電動機部分系鼠籠轉子三相異步電動機，制動器為圓盤式直流電磁制動器，電機上裝有一級圓柱齒輪減速器，并在繞組端部嵌有ptc熱敏電阻作為溫度傳感器。電機結構如圖1所示，電氣原理圖見圖2。
電機的工作過程是：
a.切斷制動器線圈直流電源，釋放制動器；
b.電機起動后先抬起刀架，然后旋轉；
c.當旋轉到預定刀位后，有一銷子就會自動定位，使電機不能繼續(xù)轉動；
d.在銷子定位前某一時刻，控制系統就切斷三相電源，然后使電機反向起動，以使刀架下降并鎖緊；
e.最后，制動器線圈通電使電機制動。
該電機的外形尺寸為φ90mmx 172mmx 110mm(其中110mm為法蘭盤對角線長度)，機殼連同法蘭盤，一端的軸承室為一整體，系用棒料加工而成，軸承、齒輪等零件采用檔圈鎖定位置，齒輪軸與機殼之間采用圓柱銷連接。另外，圓盤式直流電磁制動器的線圈7就放在端蓋6的環(huán)形槽內，利用端蓋作為導磁體的一部分，同時也作為靜摩擦副；制動器的工作過程與一般yej型三相異步電動機的制動器正好相反，為通電后吸合摩擦盤8，借助摩擦力產生制動力矩，斷電后借助彈簧片9的作用力釋放。彈簧片在制動器吸合狀態(tài)時類似一個波紋墊圈，釋放狀態(tài)類似于平墊圈。采用這些結構使電機的軸向尺寸大大減小，從而使電機體積能做得很小。
3 設計特點
通過對國外樣機的試驗分析，發(fā)現這種電機的機械特性與鼠籠轉子三相交流力矩電動機很相似，堵轉轉矩即為****轉矩，電機可在整個特性曲線上任一點穩(wěn)定運行。因為額定負載點難以確定，按，η=ηmax的原則，把額定工作點選在nn=1200r／min處，試驗結果表明，此工作點的選擇比較合適。
因該電機系非周期變化工作制，且每次連續(xù)運轉時間不超過1min，它是相同機座號的ao2系列分馬力三相異步電動機輸出功率的10多倍，所以電磁負荷取得很高，定子主繞組電流密度△1=16.3a／m㎡，線負荷 a1=454.2a／cm，熱負荷 a1△1=7400a的二次方／cm·m㎡，電流密度約為一般電機的3倍。定、轉子齒磁密分別為1.59、1.81t，定、轉子軛磁密分別為1.50、0.92t，氣隙磁密為0.67t。即使這樣，所試制的電機，其溫升值仍低于國外樣機。
在端蓋與摩擦盤的材料選擇上，同時兼頤了導磁性能好及耐磨兩個方面。
電磁方案計算中采用的程序見參考文獻[3]，該程序第90項在計算電機鐵耗時，用的是空載時的定子齒軛磁密bt10、bc10，而電機效率，η則是指在額定負載時的效率；另外，第80項計算空載磁化電流也沒有多大實際意義，所以，可去掉該程序第68～80項的計算，并在第90項中用額定負載時的定子齒．軛磁密b t1、bc1來計算鐵耗。
4 性能指標對比分析
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