数控车床转塔式刀架用三相异步制动电动机
许均科 (西安微电机研究所)
【摘 要】数控车床转塔式刀架需要体积小、输出功率大、能快速停车并装有温度传感器的三相异步制动电动机。文中介绍这种专用电机的主要结构及设计特点，并将试制产品的性能指标与国外样机进行了对比分析。
【叙 词】数控车床，转塔刀架，三相异步电动机，制动，结构，设计，性能，比较
1 引 言
目前，国内的yej型附加电磁制动器式异步电动机，yep型旁磁制动器式异步电动机[1]以及多摩擦片式电磁制动异步电动机[2]，已形成了系列化生产，广泛应用于起重机械、各种机床作为主传动或辅助传动，尤其适用于要求频繁起动、制动和反转及要求准确停车的机械中。前两种电机可在断电后快速停车，并借助弹簧的作用自行制动，后一种电机仅具有快速停车性能。这些电机若作为数控车床转塔式刀架的驱动电机，均有体积过大之弊。为此，我所为某机床厂试制了90yej-4r型数控车床转塔式刀架专用三相异步制动电动机，于1988年11月通过了所级鉴定。
2 工作原理与结构
电动机部分系鼠笼转子三相异步电动机，制动器为圆盘式直流电磁制动器，电机上装有一级圆柱齿轮减速器，并在绕组端部嵌有ptc热敏电阻作为温度传感器。电机结构如图1所示，电气原理图见图2。
电机的工作过程是：
a.切断制动器线圈直流电源，释放制动器；
b.电机起动后先抬起刀架，然后旋转；
c.当旋转到预定刀位后，有一销子就会自动定位，使电机不能继续转动；
d.在销子定位前某一时刻，控制系统就切断三相电源，然后使电机反向起动，以使刀架下降并锁紧；
e.最后，制动器线圈通电使电机制动。
该电机的外形尺寸为φ90mmx 172mmx 110mm(其中110mm为法兰盘对角线长度)，机壳连同法兰盘，一端的轴承室为一整体，系用棒料加工而成，轴承、齿轮等零件采用档圈锁定位置，齿轮轴与机壳之间采用圆柱销连接。另外，圆盘式直流电磁制动器的线圈7就放在端盖6的环形槽内，利用端盖作为导磁体的一部分，同时也作为静摩擦副；制动器的工作过程与一般yej型三相异步电动机的制动器正好相反，为通电后吸合摩擦盘8，借助摩擦力产生制动力矩，断电后借助弹簧片9的作用力释放。弹簧片在制动器吸合状态时类似一个波纹垫圈，释放状态类似于平垫圈。采用这些结构使电机的轴向尺寸大大减小，从而使电机体积能做得很小。
3 设计特点
通过对国外样机的试验分析，发现这种电机的机械特性与鼠笼转子三相交流力矩电动机很相似，堵转转矩即为****转矩，电机可在整个特性曲线上任一点稳定运行。因为额定负载点难以确定，按，η=ηmax的原则，把额定工作点选在nn=1200r／min处，试验结果表明，此工作点的选择比较合适。
因该电机系非周期变化工作制，且每次连续运转时间不超过1min，它是相同机座号的ao2系列分马力三相异步电动机输出功率的10多倍，所以电磁负荷取得很高，定子主绕组电流密度△1=16.3a／m㎡，线负荷 a1=454.2a／cm，热负荷 a1△1=7400a的二次方／cm·m㎡，电流密度约为一般电机的3倍。定、转子齿磁密分别为1.59、1.81t，定、转子轭磁密分别为1.50、0.92t，气隙磁密为0.67t。即使这样，所试制的电机，其温升值仍低于国外样机。
在端盖与摩擦盘的材料选择上，同时兼颐了导磁性能好及耐磨两个方面。
电磁方案计算中采用的程序见参考文献[3]，该程序第90项在计算电机铁耗时，用的是空载时的定子齿轭磁密bt10、bc10，而电机效率，η则是指在额定负载时的效率；另外，第80项计算空载磁化电流也没有多大实际意义，所以，可去掉该程序第68～80项的计算，并在第90项中用额定负载时的定子齿．轭磁密b t1、bc1来计算铁耗。
4 性能指标对比分析
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