CN100551807C - 永磁无刷直流电机无齿轮电梯曳引装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电梯拖动控制技术领域，涉及一种永磁无刷直流电机无齿轮电梯曳引装置，该种电梯曳引装置包括永磁无刷直流电机、绳轮、电磁制动器、制动盘、控制器，其中，制动盘和绳轮安装在永磁无刷直流电机的转子轴上；永磁无刷直流电机由转子和定子组成，转子表面粘贴径向充磁永磁体，定子采用集中绕组，用于驱动绳轮，提供拖动轿厢所需要的转矩；绳轮，通过与钢丝绳之间的摩擦力矩牵引轿厢上下运动；制动臂受电磁制动器控制，用于在停电等情况下让绳轮停止转动；控制器，用于控制永磁无刷直流电机四象限运行。本发明提供的电梯曳引装置具有高效率、低成本、体积小、出力大、调速范围大、安全可靠等优点。

Description

永磁无刷直流电机无齿轮电梯曳引装置

技术领域

本发明涉及电机设计和控制技术以及电力电子技术领域，属于电梯拖动控制领域，尤其涉及货用电梯的无齿轮减速机构电梯曳引装置。

背景技术

随着我国建筑业的快速发展，近几年来，中国电梯行业迅速崛起，庞大的市场潜力令世界瞩目。电机及其控制技术是电梯曳引机的核心，采用高速电机的曳引机需要机械减速机构，一般称为有齿轮曳引机；采用低速电机的话无需减速机构，一般称为无齿轮曳引机。目前在货运电梯中广泛采用的还是有齿轮曳引机，这种曳引机存在着磨损大、寿命短、成本高、维修不便等缺点。随着电机设计和控制技术以及电力电子技术的发展，不同形式的无齿轮曳引机不断涌现。这类曳引机没有传动机构、无需联轴器，曳引速度的大小靠改变电机转速来实现，因而具有结构紧凑、体积小、重量轻、传动效率高、振动小、噪音低等特点，是未来电梯曳引机的发展方向。申请号为02111952.X的专利申请提出无齿轮永磁同步曳引机，采用永磁同步电机作为执行机构拖动轿厢运动。与永磁同步电机相比，永磁无刷直流电机具有转矩功率密度大，成本低、控制简单、静态转矩大、可靠性高、系统动态性能好等优点，对于货用电梯等对转矩波动要求不大的场合可以减少曳引机的成本、体积，改善控制效果。

发明内容

本发明的电梯曳引装置提出主要是为了解决现存电梯曳引机的问题，从而降低曳引机成本、提高系统可靠性和控制特性。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种永磁无刷直流电机无齿轮电梯曳引装置，包括永磁无刷直流电机、绳轮、电磁制动器、制动盘、控制器，其中，制动盘和绳轮安装在永磁无刷直流电机的转子轴上；永磁无刷直流电机由转子和定子组成，转子表面粘贴径向充磁永磁体，定子采用集中绕组，用于驱动绳轮，提供拖动轿厢所需要的转矩；绳轮，通过与钢丝绳之间的摩擦力矩牵引轿厢上下运动；制动臂受电磁制动器控制，用于在停电等情况下让绳轮停止转动；控制器，用于控制永磁无刷直流电机四象限运行。

上述的无齿轮电梯曳引装置的控制器通过安装在永磁无刷直流电机上的转子位置传感器，确定转子位置、速度、转向，并根据电流、电压传感器采样的电机电流和电压信号，发出脉宽调制信号，调节电机的运行方向和速度。

本发明具有如下的突出的有益效果：

1.永磁无刷直流电机具有体积小、出力大、调速范围大、效率高等优点，运用在电梯曳引机系统中可以减小系统体积、成本，提高可靠性和控制效果，延长使用寿命

2.本发明采用的控制器通过检测转子位置传感器给出的转子位置信号，能够非常方便地控制无刷直流电机产生稳定的电磁转矩，在很宽的速度范围内灵活、平滑地调节电机转速的大小和方向。不但如此，该控制器还利用电机上的位置传感器信号确定轿厢运行的位置和速度，从而驱动轿厢按照预先设定的圆滑速度曲线打开或关闭。控制器还具有预转矩补偿功能，能在电梯运行过程中机械抱闸打开的瞬时，平衡系统受到的阶跃负载转矩，改善系统动态性能。

3.曳引机靠制动盘和制动臂之间的摩擦力保证停电等意外情况下控制电机制动，安装在无齿轮箱低速电机上的制动装置所需提供的摩擦转矩远远大于有齿轮箱电机上的，往往要大出十几倍。永磁无刷直流电机的静态转矩大，即使在停电的状态下电机也具有较大的保持转矩，这减轻了制动装置的负担，对于停电时不需要手动盘车的货用电梯而言增强了系统的安全可靠性。

附图说明

图1电梯曳引机结构示意图；

图2电机结构示意图；

图3电机控制系统示意图；

图4主电路示意图；

图5无刷直流电机控制原理示意图。

附图中的一些部件标号说明

1电磁制动器；2制动臂；3绳轮；4制动盘；5电枢绕组；6铁轭；7径向充磁永磁体

具体实施方式

本发明的无齿轮电梯曳引装置，包括永磁无刷直流电机、绳轮3、电磁制动器1、制动盘4、控制器、电源模块、机座等，其结构示意图如图1所示。绳轮3、制动盘4和电机转子同轴，并被契合成一个整体。轿厢和配重通过钢丝绳跨在绳轮3两侧，曳引机通过绳轮3与钢丝绳之间的摩擦力牵引着轿厢及其配重上下运动。电磁制动器1控制着制动臂2，断电情况下制动臂2被弹簧推动紧紧地压在制动盘4上，避免停电时发生意外；电磁制动器1控制线圈通电后可以克服弹簧作用力，推开制动臂2，让曳引机可以正常旋转。

图2显示了本发明中无刷直流电机的结构示意图，为了提高电机的转矩密度、功率密度和静态转矩，电机转子采用了表面粘贴式径向充磁永磁体7，电机定子的电枢绕组采用集中绕组。

图3是电梯曳引装置的系统示意图。整个传动系统主要包括主回路、驱动电路、电流采样和转速及位置检测等部分组成。图3中虚线框内的部分为DSP系统控制板。电压和电流的采样信号与系统控制板的A/D转换接口连接；转子位置传感器的输出作为速度和位置反馈信号被送入QEP单元接口；DSP输出的6路PWM驱动信号分别送至6片IGBT驱动芯片EXB841，由它们为IGBT提供驱动电压。图3中主回路包括整流电路、滤波和限流电路、能耗制动电路以及电子换相电路等，如图4所示。

当控制电机旋转时，电机转子每转过60度电角度就改变定子导通相，让定子绕组产生的磁势平均超前转子90度，如图5所示。图5中电机逆时针旋转，转子磁场处于图中所示位置时，控制IGBT元件T1、T2导通，从而使A相正导通，C相负导通，形成图中所示AC相导通的定子磁势，超前转子磁势90度，让电机产生逆时针旋转的电磁转矩。当电机转子旋转到与AB相导通磁势相同位置时，控制BC相导通，如此依次导通就可以控制电机逆时针旋转。另外，由于反电势为梯形波，电机运行中只需根据转子位置传感器确定换向时刻，在定子绕组中注入方波的电流就可以产生恒定的电磁转矩。

本发明中的电梯曳引装置可以根据电梯轿厢位置和运行距离设定不同的运动速度，让电梯按照设定起动、制动速度曲线平滑运行，tq为启动加速时间，可在1~5秒之间调整；td为制动减速时间，可在1.~5S秒之间调整；稳定运行速度为电机额定转速。在起动段，S字曲线由p1、a1、p2调节。p1代表起动开始段加速度增加率，该值越小，起动开始段越缓慢，感觉越平稳；a1是起动段加速度，该值越小，起动加速段越缓慢，感觉越平稳；p2为起动结速段加速度降低率，该值越小，起动结束段越缓慢，感觉越平稳。制动段的S字曲线由p3、a2、p4调节。p3为制动开始段加速度绝对值增加率，该值越小，减速开始段越缓慢，感觉越平稳；a2代表减速段加速度，该值越小，制动减速段越缓慢，感觉越平稳；p4为制动结速段加速度绝对值降低率，其值越小，制动结束段越缓慢，感觉越平稳。

控制器上安装有7段译码器，当曳引机系统出现故障时，7段译码器可以显示相应的信号以便检修。

根据本实施例，电梯曳引装置不需要安装齿轮或其他减速机构，直接用永磁无刷直流电机提供驱动电梯轿厢的转矩，平滑调节轿厢移动速度。应用本发明不但可以减小噪声、提高舒适性指标，还可以提高曳引装置的效率和可靠性。

这里以本发明的实施例为中心展开了详细的说明，所描述的优选方式或某些特性的具体体现，应当理解为本说明书仅仅是通过给出实施例的方式来描述本发明，实际上在组成、构造和使用的某些细节上会有所变化，包括部件的组合和组配，这些变形和应用都应该属于本发明的范围内。

Claims (1)

1.一种永磁无刷直流电机无齿轮电梯曳引装置，包括永磁无刷直流电机、绳轮、电磁制动器、制动盘、控制器，其中，制动盘和绳轮安装在永磁无刷直流电机的转子轴上；永磁无刷直流电机由转子和定子组成，转子表面粘贴径向充磁永磁体，定子采用集中绕组，用于驱动绳轮，提供拖动轿厢所需要的转矩；绳轮，通过与钢丝绳之间的摩擦力矩牵引轿厢上下运动；制动臂受电磁制动器控制，用于在停电情况下让绳轮停止转动；控制器，用于通过安装在永磁无刷直流电机上的转子位置传感器确定转子位置、速度、转向，并根据电流、电压传感器采样的电机电流和电压信号，发出脉宽调制信号，调节电机的运行方向和速度，控制永磁无刷直流电机四象限运行。

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