CN102153007A - 双u型直线电机驱动的无绳提升机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双U型直线电机驱动的无绳提升机，包括轿厢、直线电机驱动装置、增力型钳式制动器、定位导向装置、安全钳保护装置和缓冲器装置。所述直线电机驱动装置是两台U型直线电机开口向内、面对面并排布置或者开口向外、背靠背并排布置，构成一台或者多台双U型直线电机，位于轿厢的一侧或者对称分布于轿厢的两侧。采用本发明所提供的方案，双U型直线电机的前气隙g1小于或者等于后气隙g2，无绳提升机及电机的动态特性好，提升力和发电制动力的大小不受气隙变动的影响。同时，增力型钳式制动器大大提高了制动力，实现轿厢的精确制动。
Description
技术领域
本发明属于无绳提升领域，具体涉及一种双U型直线电机驱动的无绳提升机。
背景技术
直线电机是一种不需要中间传动机构，直接做直线运动的新型动力机械，将其应用于提升领域，可以实现无钢丝绳、无提升机房的提升模式，形成所谓的无绳提升，可以大幅增加提升机的输送能力和输送距离。这种无绳提升机主要有直线感应电机和直线同步电机两种类型，其中直线同步电机的力能指标高、工作气隙大、推力大，被公认是无绳提升机最合适的驱动源。从现有技术来看，直线电机无绳提升机的实际工程应用尚面临直线电机固有法向力大，长距离运行中的动定子配合和气隙稳定困难，轿厢受固有法向力作用或者承载后受力不均匀引起的轿厢侧倾、偏转，有效提升能力受到提升机自重的限制，可靠制动难等一些主要关键问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是最大限度地抑制固有法向吸引力对无绳提升机性能的影响、提升机制动困难、电机工作气隙难以保证、轿厢易发生侧倾等问题，提供一种实现准确、平稳、安全定位和制动，保证电机工作气隙稳定，以及防止轿厢侧倾的双U型直线电机驱动的无绳提升机。
本发明的技术方案是以下述方法实现的：
双U型直线电机驱动的无绳提升机，包括轿厢、直线电机驱动装置、制动装置、定位导向装置、安全钳保护装置和缓冲器装置，其中：
固定梁(2、17)固定在安装基座(14)上，电机动子安装座(5、18)通过轿厢架与轿厢(1)相连，固定梁(2、17)与电机动子安装座(5、18)之间设置直线电机驱动装置。所述直线电机驱动装置是两台U型直线电机开口向内、面对面并排布置或者开口向外、背靠背并排布置，构成一台或者多台双U型直线电机，位于轿厢(1)的一侧或者对称分布于轿厢(1)的两侧。双U型直线电机由电机定子(3)和电机动子(4)构成，电机定子(3)安装在固定梁(2、17)的内侧，电机动子(4)安装在电机动子安装座上(5、18)。
制动装置为钳式制动器，通过制动器基座水平安装在轿厢架或者轿厢的顶部或者底部，布置于双U型直线电机之间或者布置于轿厢的两侧，作用于T型轨上。钳式制动器的推动杆与推动器推杆铰接或者固结。推动器通过推动器基座固定在轿厢架或者轿厢上。T型轨安装在安装基础上或者导轨支架上或者“工”字型固定梁的顶面上。
定位导向装置包括电机定位机构和轿厢定位机构。电机定位机构设置于固定梁的内侧或者外侧，尽可能地靠近电机；轿厢定位机构设置于轿厢与T型轨之间。
所述双U型直线电机的前气隙g1小于或者等于后气隙g2。
所述钳式制动器为带增力机构的钳式制动器，或者液压型或者电液型或者电磁型或者气动型钳式制动器。
所述电机定位机构由两部分构成，一部分是由多个Y方向电机定位轮构成的气隙定位轮组，一部分是由多个X方向电机定位轮构成的防定子、动子错位定位轮组。
所述直线电机驱动装置采用初级运动、次级固定，或者次级运动、初级固定的布置方式。
所述定位导向装置还可由直线导轨和滑块来实现。
通过固定在井筒内壁上的供电电缆、供电轨接触或者供电轨无接触方式提供无绳提升机的直线电机、轿厢和制动器的电源。
采用本发明所提供的方案，所述直线电机驱动装置为一台或者多台双U型直线电机，可以布置于轿厢的一侧，构成“背包”式结构的无绳提升机，安装基准统一，减少了安装基础，降低了工程造价，也可以对称布置于轿厢的两侧，构成平衡式无绳提升机；双U型的电机结构形式紧凑，适用领域广泛，节省安装空间，便于积木式、标准化安装和维修，便于多个电机的同步运行和冗余设计，同时，由于直线电机动子和定子均位于U型梁内部，其工作时产生的电磁场和谐波干扰被大部分屏蔽在铁磁性材料组成的U型梁内部，从而使得本发明所述的无绳提升机的电磁兼容性很好。
对于“背包”式结构的无绳提升机，双U型永磁直线电机的两个气隙g1和g2可以不完全相等，g1可略小于g2，使得双U型永磁直线电机动子部分受到的两个方向的法向吸引力F1N略大于F2N，从而保留一部分法向吸引力，以克服轿厢重力引起的轿厢侧倾问题，使得轿厢能够吸附在一侧运行轨道上，确保提升电机上下气隙的稳定，减少运行波动，上述“背包”式结构特别适用于中小载荷或者可以三面开门和观光的提升机；对于重载提升场合，如大型矿井提升可采用两个双U型直线电机对称布置和驱动的平衡式无绳提升机，其每个双U型永磁直线电机的两个气隙g1和g2相等，利用本身的平衡结构将法向力降至很小，甚至可以实现无接触运行。这样一来，电机固有法向吸引力可以限定在工程应用要求的范围内，进而在设计安装时可降低提升机安装基础要求和轿厢、提升机定位、制动装置的机械强度，降低工程造价，大大减轻了提升机运动部分的重量，提高了有效载荷，动态特性好，提升力和发电制动力的大小不受电机气隙变动的影响，非常适合长距离提升的需要。
采用本发明所提供的方案，无绳提升机安装增力型钳式制动器，其特有的增力机构可使电磁铁、弹簧等推动机构的功率、尺寸、重量得以大大降低，可在很小驱动力下获得比普通无增力机构的制动器大1～2个数量级的制动力，准确平稳地实现轿厢的正常停靠，具有结构简单，扩展性、移植性好，质量小，成本低的特点，有效地降低了轿厢的自重，提高轿厢的有效载荷。同时，所述制动器采用失电制动的工作方式，可有效避免因停电等意外情况而出现的轿厢蹲底或者冲顶事故。
此外，采用本发明所提供的方案，无绳提升机设置电机定位机构和轿厢定位机构。所述电机定位机构有效保证直线电机工作气隙，防止电机定子、动子的错位；所述轿厢定位机构，可避免因轿厢承载或者受电机法向力影响后，受力不均匀而产生的轿厢侧倾或者偏转。电机定位机构和轿厢定位机构，有利于提升电机和轿厢的定位，保证轿厢在井筒中平稳运行，减小了轿厢和轨道之间的摩擦阻力。
附图说明
图1(A)为本发明实施例1的剖视示意图；
图1(B～D)为本发明实施例1制动、定位方式和电机布置方式采用不同方案的剖视示意图；
图2(A)本发明实施例1中图1(A)所示提升机方案的整体立体效果图；
图2(B)为图2(A)的侧视图；
图2(C)为本发明实施例1中图1(A)所示提升机方案的局部立体效果图；
图3为本发明钳式制动器的剖视示意图；
图4(A～D)为本发明四种电机定位方式局部剖视示意图；
图5为本发明实施例2的剖视示意图；
图6(A)为本发明实施例3的剖视示意图；
图6(B～C)为本发明实施例3制动、定位方式采用不同方案的剖视示意图。
附图中：1.轿厢，2.U型固定梁，3.电机定子，4.电机动子，5.T型电机动子安装座，6.制动T型轨，7.钳式制动器，8.Y方向电机定位轮，9.X方向电机定位轮安装架I，10.X方向电机定位轮I，11.导轨支架I，12.定位导靴，13.导向T型轨，14.安装基座，15.轿厢架，16.制动导向混用T型轨，17.“工”字型固定梁，18.L型电机动子安装座，19.导轨支架II，20.X方向电机定位轮II，21.X方向电机定位轮安装架II，22.安全钳，23.缓冲器，24.安装底座，102.闸块铰接轴，103.制动闸块，104.摆臂前铰接轴，105.摆臂，106.摆臂后铰接轴，107.增力机构连杆，108.连杆铰接轴，109.制动器推动杆，115.制动弹簧，116.制动弹簧座，117.闸衬，118.铰接轴，119.预紧螺母，150.推动器。
具体实施方式
实施例1
如图1(A～D)所示提供了四种双U型直线电机驱动的无绳提升机方案，图1(A)为一种无绳提升机方案的剖视示意图，图1(B～D)为与图1(A)在制动、定位方式和电机布置方式采用不同方案的无绳提升机的剖视示意图。
下面以图1(A)、图2(A～C)为例，具体加以说明。
如图1(A)所示，双U型直线电机驱动的无绳提升机，包括轿厢1、直线电机驱动装置、制动装置、定位导向装置、安全钳保护装置和缓冲器装置，并通过固定在井筒内壁上的供电电缆、供电轨接触或者供电轨无接触方式提供提升电机、轿厢1，以及钳式制动器7的电源。
两个U型固定梁2开口相对布置，固定在安装基座14上，T型电机动子安装座5通过轿厢架与轿厢1相连，U型固定梁2与T型电机动子安装座5之间设置直线电机驱动装置。所述直线电机驱动装置是两台U型直线电机开口向内、面对面并排布置，构成一台双U型直线电机，位于轿厢1的一侧。U型直线电机由电机定子(3)和电机动子(4)构成，采用初级运动、次级固定的布置方式，或者采用直线电机次级运动、初级固定的布置方式。电机定子3安装在U型固定梁2的内侧，电机动子4安装在T型电机动子安装座上5，与电机定子3构成提升直线电机。
所述U型直线电机的前气隙g1稍小于后气隙g2，保留一部分法向吸引力，用于克服轿厢重力引起的轿厢侧倾问题，使得轿厢能够牢牢吸附在运行轨道上。
本发明所述的制动装置为钳式制动器7，该钳式制动器带有增力机构，通过制动器基座水平固定在轿厢架或者轿厢1的顶部或者底部，位于轿厢1的中间位置，布置在双U型直线电机之间，作用于制动T型轨6上。钳式制动器7的推动杆109与推动器150推杆铰接或者固结。推动器150通过推动器基座固定在轿厢架或者轿厢1上。制动T型轨6安装在安装基础14上。
图3为增力型钳式制动器的示意图，请参照我们已申报的发明专利“带增力机构的钳式制动器”(申请号200910203177.0)，其主要包括制动器安装基座、闸块铰接轴102、制动闸块103，摆臂前铰接轴104、摆臂105、摆臂后铰接轴106、增力机构连杆107、连杆铰接轴108、制动器推动杆109、铰接轴118，制动弹簧115、制动弹簧座116、闸衬117、预紧螺母119等组成。
所述推动器150为电磁铁、直线电机、电动推杆、液压推杆、电液推杆、气动推杆或者其它推动机构。
制动器一端的基座固定在轿厢架上，制动器另一端通过制动器推动杆109与推动器150铰接或者固结，闸块103连同闸衬117通过闸块铰接轴102铰接于摆臂上，闸块103可绕闸块铰接轴102摆动，摆臂105通过摆臂前铰接轴104与基座101铰接，摆臂105与增力机构连杆107通过摆臂后铰接轴106铰接，增力机构连杆107通过连杆铰接轴108与连杆座109铰接，制动弹簧115套在弹簧座116上，制动弹簧座116的左右两端与铰接轴118铰接。弹簧预紧力通过预紧螺母119实现，此预紧力用来实现工作制动。
制动弹簧115优选为碟簧，其在任何情况下都处于压缩状态，所述增力型钳式制动器7主要依靠制动弹簧115的弹性能释放来制动；解除制动状态时，靠推动器150带动增力机构连杆107使制动弹簧115压缩来实现。
下面进一步说明增力型钳式制动器7的工作过程。
制动器制动时：推动器150失电，制动器推动杆109无制动推力，储存在制动弹簧115中的弹性能释放出来，推动闸臂105的摆臂绕铰接轴104转动，使闸块103上闸衬117压住制动轨。
制动器释放时：推动器150得电，推动制动器推动杆109向左移动，使增力机构连杆107通过摆臂后铰接轴106转动，压缩制动弹簧115，推动闸臂105的摆臂绕铰接轴104转动，使闸块103上闸衬117脱离制动轨。
所述增力型钳式制动器7，设置制动增力机构和驱动增力机构，比现有同类或相近制动器的规格、尺寸大为减小，可在较小驱动力下获得比普通无增力机构的制动器大1～2个数量级的制动力，以保证快速、可靠地释放闸块。制动力增益大，可在不改变制动器结构尺寸及驱动装置功率的情况下，依靠部件相对位置的调整得到更大的制动力，制动力是可以调整的。可摆动的带有闸衬的闸块，保证了闸衬与制动轨道的紧密贴合，增加了制动的可靠性及闸衬磨损的均匀性。具有结构简单，可方便扩展，质量小，成本低的特点。此外，还可以在制动器上增加闸衬磨损间隙自动补偿装置来自动调整闸衬磨损间隙。
所述定位导向装置包括电机定位机构和轿厢定位机构。电机定位机构设置电机定位机构设置于U型固定梁2内侧的底部，尽可能地靠近电机，轿厢定位机构设置于轿厢1与T型轨13之间。所述电机定位机构如图4(A)所示，由两部分构成：一部分是由多个Y方向电机定位轮8构成的气隙定位轮组；一部分是由多个X方向电机定位轮10构成的防定子、动子错位定位轮组。所述电机定位机构实现在X和Y方向上对提升直线电机的定位，保证电机气隙的稳定。所述轿厢定位机构位于轿厢的两侧，由固定在导轨支架I 11上的导向T型轨13和固定在轿厢1上的定位导靴12构成，并使得导靴12和所述无绳提升机运动部分的重心尽可能位于同一个平面上，更好地定位轿厢，避免侧倾。
所述电机定位机构除可采用图4(A)所示的定位方案外，同样可采用图4(B～D)所示的定位方案。如图4(B)所示，在U型固定梁2的底部开槽，将Y方向电机定位轮8变小，沿开槽面运行，从而改善定位轮的受力情况；如图4(C)所示，将Y方向电机定位轮8移到U型固定梁2的开口部分；如图4(D)所示，将X方向电机定位轮10分成两个，均沿U型固定梁2的两个外沿运行。
图2(A)本发明实施例1中图1(A)所示提升机方案的整体立体效果图，由图2(A)可以看出所述无绳提升机采用图1(A)所示方案后的整体施工效果图，安装有安全钳22，安装底座24上方设置有缓冲器23。图2(B)为图2(A)的侧视图。图2(C)为本发明实施例1中图1(A)所示提升机方案的局部立体效果图，在图2(C)中，隐去了钳式制动器7和U型固定梁2，可以清晰的看到分段结构的电机定子3和电机动子4，以及电机的定位机构。
由以上图形尤其是无绳提升机的整体立体效果图，以及结构、原理分析可以看出，本发明所述的无绳提升机具有四重保护装置：增力式钳式制动器具有的断电抱闸的保护功能；直线电机驱动装置本身具有的断电发电制动保护功能；安全钳和缓冲器保护装置。所述四重保护装置从根本上保证了提升机的运行安全，避免飞车、超速等安全事故。
针对图1(B～D)与图1(A)在制动、定位方式和电机布置方式方面的不同，进一步加以说明。
如图1(B)所示，所述轿厢定位机构与直线电机驱动装置同侧，位于轿厢1的一侧。其它结构同图1(A)。
如图1(C)所示，所述无绳提升机的制动装置和定位导向装置共用一个制动导向混用T型轨16。所述制动导向混用T型轨16既用于制动又用于轿厢的定位导向，并位于轿厢的中间，对称布置。所述无绳提升机设置两台钳式制动器7，并位于导靴12的上方。其它结构同图1(A)。
如图1(D)所示，所述无绳提升机采用两套直线电机驱动装置，并对称布置于轿厢的两侧，采用这种电机布置方式，双U型直线电机的前气隙g1和后气隙g2相等。同时，制动装置和定位导向装置共用一个制动导向混用T型轨16。所述制动导向混用T型轨16既用于制动又用于轿厢的定位导向，并与所述直线电机驱动装置一样，对称布置。所述无绳提升机设置两台钳式制动器7，并位于导靴12的上方。其它结构同图1(A)。
实施例2
如图5所示，所述双U型直线电机之间不设置钳式制动装置。钳式制动器7与导靴12共用一个制动导向混用T型轨16。所述制动导向混用T型轨16既用于制动又用于轿厢的定位导向，位于轿厢的两侧，与所述无绳提升机运动部分的重心基本位于同一个平面上。所述无绳提升机设置两台钳式制动器7，并位于导靴12的上方。其它结构同图1(A)。
实施例3
如图6(A～C)所示提供了三种双U型直线电机驱动的无绳提升机方案，图6(A)为一种无绳提升机方案的剖视示意图，图6(B～C)为与图1(A)在制动、定位方式上采用不同方案的无绳提升机的剖视示意图。
下面以图6(A)为例，具体加以说明。
所述无绳提升机，两个U型固定梁背靠背设置，开口均向外，构成一个“工”字形固定梁17，制动T型轨6设置于“工”字形固定梁17的顶面上。电机动子安装座由两个L型电机动子安装座18构成，并通过轿厢架分别与轿厢1相连。其它结构同图1(A)。
针对图6(B～C)与图1(A)在制动、定位方式方面的不同，进一步加以说明。
如图6(B)所示，所述无绳提升机，两个U型固定梁分开背靠背设置，开口均向外，制动T型轨6设置于双U型直线电机之间，通过导轨支架II 19与安装基础14相连。其它结构同图6(A)。
如图6(C)所示，钳式制动器7与导靴12共用一个制动导向混用T型轨16。所述制动导向混用T型轨16既用于制动又用于轿厢的定位导向，位于轿厢的两侧，与所述无绳提升机运动部分的重心基本位于同一个平面上。所述无绳提升机设置两台钳式制动器7，并位于导靴12的上方或者下方。其它结构同图6(A)。
Claims (5)
1.双U型直线电机驱动的无绳提升机，包括轿厢(1)、直线电机驱动装置、制动装置、定位导向装置、安全钳保护装置和缓冲器装置，其中：
固定梁(2、17)固定在安装基座(14)上，电机动子安装座(5、18)通过轿厢架与轿厢(1)相连，固定梁(2、17)与电机动子安装座(5、18)之间设置直线电机驱动装置。所述直线电机驱动装置是两台U型直线电机开口向内、面对面并排布置或者开口向外、背靠背并排布置，构成一台或者多台双U型直线电机，位于轿厢(1)的一侧或者对称分布于轿厢(1)的两侧。双U型直线电机由电机定子(3)和电机动子(4)构成，电机定子(3)安装在固定梁(2、17)的内侧，电机动子(4)安装在电机动子安装座上(5、18)。
制动装置为钳式制动器(7)，通过制动器基座水平安装在轿厢架或者轿厢(1)的顶部或者底部，布置于双U型直线电机之间或者布置于轿厢(1)的两侧，作用于T型轨(6、16)上。钳式制动器(7)的推动杆(109)与推动器(150)推杆铰接或者固结。推动器(150)通过推动器基座固定在轿厢架或者轿厢(1)上。T型轨(6、16)安装在安装基础(14)上或者导轨支架(11、19)上或者“工”字型固定梁(17)的顶面上。
定位导向装置包括电机定位机构和轿厢定位机构。电机定位机构设置于固定梁(2、17)的内侧或者外侧，尽可能地靠近电机；轿厢定位机构设置于轿厢(1)与T型轨(13、16)之间。
2.根据权利要求1所述双U型直线电机驱动的无绳提升机，其特征在于：所述双U型直线电机的前气隙g1小于或者等于后气隙g2。
3.根据权利要求1所述双U型直线电机驱动的无绳提升机，其特征在于：所述钳式制动器(7)为带增力机构的钳式制动器，或者液压型或者电液型或者电磁型或者气动型钳式制动器。
4.根据权利要求1所述双U型直线电机驱动的无绳提升机，其特征在于：所述电机定位机构由两部分构成，一部分是由多个Y方向电机定位轮(8)构成的气隙定位轮组，一部分是由多个X方向电机定位轮(10)构成的防定子、动子错位定位轮组。
5.根据权利要求1所述双U型直线电机驱动的无绳提升机，其特征在于：所述定位导向装置还可由直线导轨和滑块来实现。
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