基于弧型定子电机设计的新型辊子输送机研究

摘要

辊子输送机是一种常见的连续输送机械，用来输送成件的货物，因其结构简单，工作效率高，适用性好，性能可靠，被广泛应用于工厂流水线，物流集散中心等场合。传统的动力式辊子输送机，无论使用链传动，带转动，还是齿轮传动，都是使用旋转电机和减速器，再经传动装置，完成对每个辊子的驱动。这些驱动方式很好地满足了现有要求，但同时它们无一不使用了大的外部传动机构，和长长的传递链，并且动力分配方式单一，不易改变。
　　 这几年，市场上流行一种电动辊子，是将外转子电机和行星齿轮减速器置于辊子的内部，实现自动力。这种辊子很好地解决了上述问题，不再有外部动力装置，整机非常简洁，并且动力的配置不再受到限制，可以将自动力辊子，以任意数量和任意方式配置到需要动力的地方。这种辊子的缺点在于，毕竟辊子的直径有限，在有限的内部空间同时配置电动机和减速器，首先技术要求比较高，其次也限制了电机的容量，再就是这种辊子市场价较高（售价约1000～2000元每只）。
　　 为了简化现有辊子输送机的结构，提高动力分配的随意性，同时降低现有电动辊子的技术要求，本文开发了一种新型辊子输送机，其核心技术是使用了一种弧型电机直驱式动力辊作为整机的动力源。这种辊子使用了本文设计的一种弧型定子电机提供动力，电机的初级为弧形，辊子辊皮即是电机的次级，弧型初级贴合在辊皮次级圆柱表面上，提供电磁推力直接推动辊子转动，二者共同组成了完整的弧型定子电机。本质上，弧型定子电机属于直线异步电机的一种，并且，也是用了直线电机惯用的直接驱动完成工作动作的理念。近些年来，直线电机作为一种新的动力方式发展迅速，尤其是在一些旋转电机不能很好完成工作的场合，使用直线电机往往有意想不到的效果。
　　 目前，可查询到的文献资料显示，尚没有使用直线电机直接作为辊子输送机动力源的记载。我们期望，该弧型电机直驱式动力辊能够继承现有电动辊子结构小巧，和动力布置随意性高的优势，并可以突破其技术条件的限制，提升电机容量，降低成本。同时，我们也期望这种新的驱动方式可以继承直线电机，零传递链和大推力的优势。最终实现新机型，简化结构，提升效率，提高动力配置品质的目的。
　　 本文中，我们首先选择了一种合适的辊子输送机作为改型的母机;然后基于母机的要求提炼出了电机的原始设计参数，并利用已有的钢次级直线感应电机设计理论，完成了本辊子用弧型定子电机的设计;在此基础上，根据新的驱动方式的具体要求，我们对选用的改型母机做了适当的改造，并设计了新的电气控制系统，完成了新型辊子输送机样机的整机设计;最后，使用最新的专业电磁模拟软件Ansoft Maxwell完成了弧型定子电机多种工作状态的仿真分析，仿真结果与设计数据吻合良好，证明了设计过程的有效性，和设计的可靠性。数据显示，本设计能够完成大的推力输出，满足实际使用需求。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题的研究背景、目的与意义

1．2．1 辊子输送机简介

1．2．2 直线电机简介及其应用

1．2．3 课题的目的与意义

1．3 国内外发展动态

1．3．1 国外研发前沿

1．3．2 国内研发前沿

1．4 课题的主要研究内容

1．4．1 样机设计目标

1．4．2 总体方案设计

1．4．3 论文主要内容

第二章 直线电机设计基本理论

2．1 直线电机的基本工作原理、结构与分类

2．1．1 直线电动机的结构与类型

2．1．2 直线电动机的分类

2．1．3 直线异步电动机的工作原理

2．2 直线电机的品质因数与基本特性

2．2．1 直线电机的品质因数

2．2．2 直线电机的基本特性

2．3 直线电机中几种常用的绕组型式

2．4 直线感应电机电磁分析

2．4．1 直线电机气隙磁场

2．4．2 气隙磁场的电磁分析理论

2．4．3 钢次级直线感应电机单边磁拉力的计算

2．4．4 钢次级直线感应电机的等值电路

2．5 直线感应电机电磁计算设计程序

2．5．1 钢次级直线异步电动机的设计要点

2．5．2 钢次级直线异步电动机的电磁计算程序

2．5．3 运行点特性计算程序、基于MATLAB的运行点特性计算程序

2．6 小结

第三章 辊子输送机设计基础

3．1 辊子输送机概述

3．1．1 辊子输送机工作原理

3．1．2 辊子输送机的结构形式与分类

3．2 辊子输送机构造

3．2．1 辊子

3．2．2 机架

3．2．3 驱动装置

3．2．4 辅助装置

3．3 新型辊子输送机的设计计算

3．3．1 原始参数

3．3．2 基本参数计算

3．3．3 动力式辊子输送机的计算

3．4 被改型母机

3．4．1 GZT型辊子输送机介绍

3．4．2 被改型母机主要技术参数

3．5 小结

第四章 辊子用弧型定子电机电磁设计

4．1 使用直线电机驱动辊子输送机的具体实现方式

4．2 弧型定子电机电磁设计

4．3 运行点特性计算

4．4 小结

第五章 辊子输送机整机设计

5．1 辊子输送机机械结构设计

5．1．1 辊子的设计

5．1．2 弧型定子电机初级的结构设计

5．1．3 辊子输送机机架设计

5．2 电气控制系统设计

5．3 小结

第六章 弧型定子电机电磁有限元仿真分析

6．1 ANSOFT MAXWELL简介

6．2 电磁有限元仿真分析建模

6．3 仿真结果分析

6．4 小结

第七章 结论与展望

7．1 工作总结

7．2 主要结论

7．3 进一步工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文