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摘要： 随着当今科学技术的不断发展，起重机的发展也越来越倾向于轻量化和小型化。众所周知，变频电机是当今起重机设备中不可或缺的一项配套部件。因此，在紧凑型起重机的应用与发展中，其变频电机的设计也开始备受关注，只有使其变频电机能够有效符合紧凑型起重机的实际应用标准，才可以确保紧凑型起重机的应用效果。基于此，本文就对一种专门应用在紧凑型起重机中的变频电机设计进行研究，以此来为紧凑型起重机的良好应用与发展提供科学参考。
Abstract： With the continuous development of science and technology， the development of cranes is more and more inclined to lightweight and miniaturization. As we all know， frequency conversion motor is an indispensable part of crane equipment. Therefore， in the application and development of the compact crane， the design of the frequency conversion motor has also begun to receive much attention. Only by making the frequency conversion motor can effectively meet the practical application standards of the compact crane， can we ensure the application effect of the compact crane. Based on this， this paper studies the design of a variable frequency motor specially applied in the compact crane， so as to provide a scientific reference for the good application and development of the compact crane.
关键词： 紧凑型起重机;专用电机;变频电机;电机设计;设计方案
Key words： compact crane;special motor;frequency conversion motor;motor design;design scheme
中图分类号：TH211 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）21-0080-02
0 引言
在当今，起重机是物料搬运过程中的一项关键设备，它在社会经济发展中所占据的地位至关重要，在货场搬运、生产车间等的各个领域中，起重机都得到了广泛应用，并在具体应用中发挥出了显著优势。伴随着当今社会节能环保理念的深化，起重机也开始朝着紧凑型的方向发展，而与之配套的变频电机更需要紧随其发展步伐，与其共同实现轻量化、精巧化、美观化和智能化的发展。
1 紧凑型起重机发展概述
随着当今机械设备领域的发展与各项先进技术的革新，起重机也开始在原有基础上实现了更好的发展，就其外形来看，目前的起重机重量更轻，体积更小，外观也更加简洁美观，因其自身高度和体积的缩小，在具体应用中，可实现厂房高度的降低与空间的节约。
在传统形式的起重机中，其主要的组成部分包括电机、减速器、制动器、滑轮和卷筒等，这种起重机不仅具有很大的重量，也具有很大的体积。而目前的紧凑型起重机大多是三支点支撑形式的安装，借助于法兰直接将变频电机安装在减速器上，这样就减轻了起重机的重量，缩小了起重机的体积。但是因为电机和减速器都处于悬空安装状态，所以对于变频电机功率密度就具有更高的要求，同时也需要尽可能降低其转动惯量，这样才可以使其点动、起动以及正反转过程中的加速性能得到良好保障[1]。
2 紧凑型起重机专用变频电机设计特征分析
在本次所研究的这种专用于紧凑型起重机中的变频电机中，将其结构形式设计为方形，将普通变频电机中的专用机座取消，通过方形的硅钢片进行定子芯组合设计。通过这样的方式，不仅可以让变频电机自身重量得以有效减輕，同时也使其冲片实现了有效应用面积的进一步加大。具体设计中，按照紧凑型起重机的实际应用特征，将该变频电机在1-3Hz低频条件下的启动转矩倍数设计在2倍及以上;将其在100Hz高频条件下的过载能力进行科学设置。为进一步确保其应用效果，在该专用变频电机中进行了编码器配置，并将盘式制动器配置在了其尾部，通过这样的方式，不仅使其结构更加紧凑，也使其转动惯量得以显著降低。 3 紧凑型起重机专用变频电机设计方案
在对紧凑型起重机中的专用变频电机进行设计时，主要的设计内容包括电磁设计、风路设计以及结构设计。图1是本次所设计的紧凑型起重机专用变频电机总体结构示意图。
在图1中，序号1代表伸缩端部的凸缘端盖;序号2代表内置风扇;序号3代表定子线圈端部;序号4代表定子铁芯;序号5代表定子铁芯中的外部通风孔;序号6代表定子鐵芯内部的通风孔;序号7代表铝铸转子;序号8代表转子通风道（铝铸）;序号9代表普通转子;序号10代表转子风叶（铝铸）;序号11代表非轴伸端一侧的端盖;序号12代表轴流风机;序号13代表编码器;序号14代表制动器。
3.1 电磁设计
在本次所设计的紧凑型起重机专用变频电机中，并未进行专用机座的设置，其铁芯设计为方形，以此来实现定子和转子冲片有效面积的显著增加，其中的定子冲片结构是方形，可实现原材料的合理利用，更具绿色节能效果。在对此设计方案进行制定的过程中，可将定子和转子槽型面积适当增加，让整体电机实现热容量的进一步提升，在确保其力能指标的基础上尽最大限度降低变频电机运行过程中的发热量，这样就可以大幅度提升变频电机功率。
在对此类变频电机进行电磁设计的过程中，除了应该对某个固定工作状态进行计算之外，也需要对各个频率点进行转矩参数的选择，以此来确保其与额定参数要求相符。在此过程中，应确保其发热因数最大值不超出温升限值，磁参数最高值应与材料的实际性能要求相符。
在转子槽型的研究中，因高次谐波在电机正常运行状态下将会对转子差率造成较大影响，所以需在转子抗基波抗漏设计降低的同时提升其谐波抗漏设计。在此过程中，也应该注重定子槽的合理选择，使其和转子槽之间达到良好的配合效果，通过这样的方式，不仅可有效抑制附加转矩所受的谐波影响，也可以对制动和噪声影响加以有效抑制，特别是对于电磁噪声，更是具有显著的抑制效果[2]。本次设计中，将电磁设计方案确定为可以在1Hz条件下让电机起动转矩达到2-2.2倍，且频率点最高值与电机过载倍数限制要求相符。
3.2 风路设计
在传统电机中，通常会直接进行内通风或者是外通风设计，但是前者会导致转子中的热量散发困难，影响电机自身的功率密度;后者则只能让电机防护等级达到IP23，在紧凑型起重机的很多工况下都并不适用。基于此，在紧凑型起重机专用变频电机的设计中，将其结构设计为方形，且并未进行专用机座设置，其中的通风结构共有两套，电机防护等级可以达到IP54，甚至可以达到IP55。
在第一套风路中，主要的组成部分包括转子通风道（铝铸）、转子通风叶（铝铸）、定子铁芯内部的通风孔和内置风扇。在第二套风路中，主要的组成部分包括定子铁芯外部的通风孔以及轴流风机。具体设计中，将内置风扇安装到转子轴伸端，将轴流风机安装到电机尾部，转子旋转过程中，内置风扇也将随之转动。
3.3 结构设计
因为紧凑型起重机中的专用变频电机调试性能应足够广泛，且对于各种的应用场景均应该做到精准定位，所以在此类变频器的具体设计中，应注重编码器的合理配置，这样才可以对其转速、角度以及位置等的各种信号做到实时检测。因为此类变频电机的尾部需要进行风机和制动器安装，如果在制动器后方再安装一个编码器，便会导致电机过长，这样的情况不仅会使其在高速运行的状态下出现较大振动，同时也会对紧凑型起重机中的起升机构协调性造成不利影响。
具体设计中，考虑到定子的主要组成部分为定子冲片，且电机未设置机座，所以必须在端盖上安装主接线盒。在这样的情况下，端盖空腔就比较长。而借助于这个空腔，刚好可以将编码器中的转子安装到电机中的转子上，并借助于编码器中的转子锁紧螺钉将转子固定住，再借助于编码器弹片将其定子安装到端盖轴承室内的加强筋上，借助于安装螺钉做好固定处理，然后直接将编码器中的引线引入到主接线盒内[3]。通过这样的设计方式，不仅在安装过程中无需进行任何多余的结构设置来提供支撑，同时也可以让端盖中的空腔得以合理利用;且并没有导致电机轴向尺寸增加，可有效确保电机的紧凑性。
4 结束语
综上所述，在对紧凑型起重机中的专用变频电机进行设计时，设计者一定要对其具体特征和应用需求做到全面了解，然后以此为依据来进行设计方案的科学制定。通过科学合理的电磁设计、风路设计以及结构设计来确保此类变频电机的设计质量，使其在紧凑型起重机中发挥出先进的技术优势，以此来确保紧凑型起重机在当今时代的良好应用与发展。
参考文献：
[1]李胜永，季禹，张悦.港口起重机变频电机智能安全监测装置设计[J].电气传动自动化，2020（03）：36-40.
[2]龚籽豪.起重机调速系统变频调速技术分析[J].南方农机，2019（20）：158.
[3]张韦微，王朋辉，郝铖.轻量化起重机电机和制动器技术发展状况[J].起重运输机械，2018（04）：72-74.
Abstract： With the continuous development of science and technology， the development of cranes is more and more inclined to lightweight and miniaturization. As we all know， frequency conversion motor is an indispensable part of crane equipment. Therefore， in the application and development of the compact crane， the design of the frequency conversion motor has also begun to receive much attention. Only by making the frequency conversion motor can effectively meet the practical application standards of the compact crane， can we ensure the application effect of the compact crane. Based on this， this paper studies the design of a variable frequency motor specially applied in the compact crane， so as to provide a scientific reference for the good application and development of the compact crane.
关键词： 紧凑型起重机;专用电机;变频电机;电机设计;设计方案
Key words： compact crane;special motor;frequency conversion motor;motor design;design scheme
中图分类号：TH211 文献标识码：A 文章编号：1674-957X（2021）21-0080-02
0 引言
在当今，起重机是物料搬运过程中的一项关键设备，它在社会经济发展中所占据的地位至关重要，在货场搬运、生产车间等的各个领域中，起重机都得到了广泛应用，并在具体应用中发挥出了显著优势。伴随着当今社会节能环保理念的深化，起重机也开始朝着紧凑型的方向发展，而与之配套的变频电机更需要紧随其发展步伐，与其共同实现轻量化、精巧化、美观化和智能化的发展。
1 紧凑型起重机发展概述
随着当今机械设备领域的发展与各项先进技术的革新，起重机也开始在原有基础上实现了更好的发展，就其外形来看，目前的起重机重量更轻，体积更小，外观也更加简洁美观，因其自身高度和体积的缩小，在具体应用中，可实现厂房高度的降低与空间的节约。
在传统形式的起重机中，其主要的组成部分包括电机、减速器、制动器、滑轮和卷筒等，这种起重机不仅具有很大的重量，也具有很大的体积。而目前的紧凑型起重机大多是三支点支撑形式的安装，借助于法兰直接将变频电机安装在减速器上，这样就减轻了起重机的重量，缩小了起重机的体积。但是因为电机和减速器都处于悬空安装状态，所以对于变频电机功率密度就具有更高的要求，同时也需要尽可能降低其转动惯量，这样才可以使其点动、起动以及正反转过程中的加速性能得到良好保障[1]。
2 紧凑型起重机专用变频电机设计特征分析
在本次所研究的这种专用于紧凑型起重机中的变频电机中，将其结构形式设计为方形，将普通变频电机中的专用机座取消，通过方形的硅钢片进行定子芯组合设计。通过这样的方式，不仅可以让变频电机自身重量得以有效减輕，同时也使其冲片实现了有效应用面积的进一步加大。具体设计中，按照紧凑型起重机的实际应用特征，将该变频电机在1-3Hz低频条件下的启动转矩倍数设计在2倍及以上;将其在100Hz高频条件下的过载能力进行科学设置。为进一步确保其应用效果，在该专用变频电机中进行了编码器配置，并将盘式制动器配置在了其尾部，通过这样的方式，不仅使其结构更加紧凑，也使其转动惯量得以显著降低。 3 紧凑型起重机专用变频电机设计方案
在对紧凑型起重机中的专用变频电机进行设计时，主要的设计内容包括电磁设计、风路设计以及结构设计。图1是本次所设计的紧凑型起重机专用变频电机总体结构示意图。
在图1中，序号1代表伸缩端部的凸缘端盖;序号2代表内置风扇;序号3代表定子线圈端部;序号4代表定子铁芯;序号5代表定子铁芯中的外部通风孔;序号6代表定子鐵芯内部的通风孔;序号7代表铝铸转子;序号8代表转子通风道（铝铸）;序号9代表普通转子;序号10代表转子风叶（铝铸）;序号11代表非轴伸端一侧的端盖;序号12代表轴流风机;序号13代表编码器;序号14代表制动器。
3.1 电磁设计
在本次所设计的紧凑型起重机专用变频电机中，并未进行专用机座的设置，其铁芯设计为方形，以此来实现定子和转子冲片有效面积的显著增加，其中的定子冲片结构是方形，可实现原材料的合理利用，更具绿色节能效果。在对此设计方案进行制定的过程中，可将定子和转子槽型面积适当增加，让整体电机实现热容量的进一步提升，在确保其力能指标的基础上尽最大限度降低变频电机运行过程中的发热量，这样就可以大幅度提升变频电机功率。
在对此类变频电机进行电磁设计的过程中，除了应该对某个固定工作状态进行计算之外，也需要对各个频率点进行转矩参数的选择，以此来确保其与额定参数要求相符。在此过程中，应确保其发热因数最大值不超出温升限值，磁参数最高值应与材料的实际性能要求相符。
在转子槽型的研究中，因高次谐波在电机正常运行状态下将会对转子差率造成较大影响，所以需在转子抗基波抗漏设计降低的同时提升其谐波抗漏设计。在此过程中，也应该注重定子槽的合理选择，使其和转子槽之间达到良好的配合效果，通过这样的方式，不仅可有效抑制附加转矩所受的谐波影响，也可以对制动和噪声影响加以有效抑制，特别是对于电磁噪声，更是具有显著的抑制效果[2]。本次设计中，将电磁设计方案确定为可以在1Hz条件下让电机起动转矩达到2-2.2倍，且频率点最高值与电机过载倍数限制要求相符。
3.2 风路设计
在传统电机中，通常会直接进行内通风或者是外通风设计，但是前者会导致转子中的热量散发困难，影响电机自身的功率密度;后者则只能让电机防护等级达到IP23，在紧凑型起重机的很多工况下都并不适用。基于此，在紧凑型起重机专用变频电机的设计中，将其结构设计为方形，且并未进行专用机座设置，其中的通风结构共有两套，电机防护等级可以达到IP54，甚至可以达到IP55。
在第一套风路中，主要的组成部分包括转子通风道（铝铸）、转子通风叶（铝铸）、定子铁芯内部的通风孔和内置风扇。在第二套风路中，主要的组成部分包括定子铁芯外部的通风孔以及轴流风机。具体设计中，将内置风扇安装到转子轴伸端，将轴流风机安装到电机尾部，转子旋转过程中，内置风扇也将随之转动。
3.3 结构设计
因为紧凑型起重机中的专用变频电机调试性能应足够广泛，且对于各种的应用场景均应该做到精准定位，所以在此类变频器的具体设计中，应注重编码器的合理配置，这样才可以对其转速、角度以及位置等的各种信号做到实时检测。因为此类变频电机的尾部需要进行风机和制动器安装，如果在制动器后方再安装一个编码器，便会导致电机过长，这样的情况不仅会使其在高速运行的状态下出现较大振动，同时也会对紧凑型起重机中的起升机构协调性造成不利影响。
具体设计中，考虑到定子的主要组成部分为定子冲片，且电机未设置机座，所以必须在端盖上安装主接线盒。在这样的情况下，端盖空腔就比较长。而借助于这个空腔，刚好可以将编码器中的转子安装到电机中的转子上，并借助于编码器中的转子锁紧螺钉将转子固定住，再借助于编码器弹片将其定子安装到端盖轴承室内的加强筋上，借助于安装螺钉做好固定处理，然后直接将编码器中的引线引入到主接线盒内[3]。通过这样的设计方式，不仅在安装过程中无需进行任何多余的结构设置来提供支撑，同时也可以让端盖中的空腔得以合理利用;且并没有导致电机轴向尺寸增加，可有效确保电机的紧凑性。
4 结束语
综上所述，在对紧凑型起重机中的专用变频电机进行设计时，设计者一定要对其具体特征和应用需求做到全面了解，然后以此为依据来进行设计方案的科学制定。通过科学合理的电磁设计、风路设计以及结构设计来确保此类变频电机的设计质量，使其在紧凑型起重机中发挥出先进的技术优势，以此来确保紧凑型起重机在当今时代的良好应用与发展。
参考文献：
[1]李胜永，季禹，张悦.港口起重机变频电机智能安全监测装置设计[J].电气传动自动化，2020（03）：36-40.
[2]龚籽豪.起重机调速系统变频调速技术分析[J].南方农机，2019（20）：158.
[3]张韦微，王朋辉，郝铖.轻量化起重机电机和制动器技术发展状况[J].起重运输机械，2018（04）：72-74.