CN102161455A - 自动扶梯无齿轮永磁同步驱动主机 - Google Patents

Abstract

一种改进的自动扶梯无齿轮永磁同步驱动主机，解决了现有技术存在的运行效率低、噪声大、润滑油污染等问题，包括带有抱闸制动装置的永磁同步电动机及其带动的扶梯链轮驱动装置，其特征在于：所述永磁同步电动机的转子采用极数范围为12～30的多极永磁体的切向式磁路结构，所述永磁体插入槽端面为T形的转子铁心中，定子采用斜槽铁心和分数槽绕组结构，所述扶梯链轮驱动装置通过链条与大链轮连接的小链轮直接连接到所述永磁同步电动机的驱动轴。其结构设计合理、紧凑，机房占用空间小，维护方便，过载能力强，降低电能损耗，噪音低，减少环境污染，显著提高运行效率和降低制造、维护成本。

Description

自动扶梯无齿轮永磁同步驱动主机

技术领域

本发明涉及一种用于自动扶梯的驱动装置，特别是一种采用多极永磁体、切向式磁路结构和气囊式制动装置的自动扶梯无齿轮永磁同步驱动主机，也适用于作为自动人行道的驱动主机。属于自动扶梯和自动人行道的制动控制技术领域。

背景技术

随着国民经济的不断发展，为了确保商场、车站、机场等场所的人员流动的迅速、安全，自动扶梯作为主要交通工具之一，应能满足运行快捷、节能、环保、安全、易维护等多元化的需要。传统的自动扶梯采用具有蜗论蜗杆减速机构的异步电机曳引机作为驱动主机，效率较低。在机械传动装置中，蜗轮蜗杆传动系统虽然具有传动比大的优点，但因其存在效率低，耗能大，运行噪声大、齿轮箱需要润滑等缺点，故影响其应用。一般，蜗轮蜗杆机构的传动效率在60～75%，约有超过30%的电能都被浪费掉，运行效率非常低。据报导，因现代控制理论与技术的发展和永磁电动机设计制造技术的进步，故对自动扶梯的设计和制造要求也越来越高，因此，使自动扶梯曳引机的传动系统在振动、噪音和低速平稳运行等性能方面都得到了改善。如专利公告号为CN101222162A的“永磁同步扶梯曳引机”，在永磁同步主机与驱动轮之间采用了多级减速齿轮；公告号为CN201151604Y的“自动扶梯”，采用了圆柱斜齿轮；专利公开号为CN101293614A的“自动扶梯或自动人行道驱动装置”，采用了行星齿轮箱；公告号CN1313352C的“永磁同步电机驱动自动扶梯及自动人行道的盘车装置”；也具有行星齿轮机构。这些公开的内容中都同样存在因采用减速齿轮箱（主要采用斜齿轮、行星齿轮传动）而降低整个系统的运行效率，噪声大、润滑油的污染等问题，并且斜齿轮、行星齿轮存在加工工艺复杂，成本高，维护费用高等缺陷。现有自动扶梯采用的异步电机同步转速较高，一般为1000rpm，实现安全标准中关于空载、有载时向下运行制停距离的要求比较容易。但采用永磁同步驱动主机后的自动扶梯及人行道的传动系统固有惯量相对有载，特别是满载时的惯量而言较小。根据新版欧洲标准EN115-1:2008《自动扶梯和自动人行道的制造与安装安全规范》中的要求，关于制停距离范围的规定速度为0.5m/s时，制停距离应在0.2～1.0m。因此，要满足安全标准中关于制停距离范围的要求，必须对现有的驱动制动装置或制动控制方法进行改进和完善。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的自动扶梯无齿轮永磁同步驱动主机，解决了现有技术存在的运行效率低、噪声大、润滑油污染等问题，其结构设计合理、紧凑，机房占用空间小，维护方便，过载能力强，降低电能损耗，噪音低，减少环境污染，显著提高运行效率和降低制造、维护成本。

本发明所采用的技术方案是：该自动扶梯无齿轮永磁同步驱动主机包括带有抱闸制动装置的永磁同步电动机及其带动的扶梯链轮驱动装置，其技术要点是：所述永磁同步电动机的转子采用极数范围为12～30的多极永磁体的切向式磁路结构，所述永磁体插入槽端面为T形的转子铁心中，定子采用斜槽铁心和分数槽绕组结构，所述扶梯链轮驱动装置通过链条与大链轮连接的小链轮直接连接到所述永磁同步电动机的驱动轴。

所述驱动轴的轴端固定有旋转编码器，旋转编码器外部设置编码器防护盖。

所述抱闸制动装置的制动臂与制动座之间设置带有排气节流阀的气囊机构，所述气囊机构的出气口设置速度调节阀。

本发明具有的优点及积极效果是：由于本发明永磁同步电动机的转子采用极数范围为12～30的多极永磁体的切向式磁路结构，永磁体插入槽端面为T形的转子铁心中，定子采用斜槽铁心和分数槽绕组结构，可以增强启动作用，动、稳态性能好；一个极距下的磁通由相邻两个磁极并联提供，可得到更大的每极磁通，在低转速运行时能输出高转矩。因此，其结构设计合理、紧凑，过载能力强，降低电能损耗，具有维护方便，噪音低，减少环境污染，显著提高运行效率和降低制造、维护成本的特点。又因小链轮直接连接到永磁同步电动机的输出轴上，省去了传动齿轮箱，减少了润滑油的使用，电动机机座同时作为主机机座，直接固定在扶梯机房内，故显著减小了体积和整机质量，其安装调节方便，机房占用空间小，极大地改善了自动扶梯机房的安装环境。本发明解决了现有技术存在的运行效率低、噪声大、润滑油污染等问题。经实际检测表明：该装置工作过程中的磁场由永磁体产生，节省了异步电动机工作过程中的励磁电流，电机功率因数接近于1，在低速状态下也能输出很大的转矩，其在各个工作状况下的效率基本一致；本发明的应用可以满足GB16899及EN115关于制停距离范围的相应标准规定的要求。可使自动扶梯工作效率能达到0.8～0.9，与普通扶梯相比效率可提高40%～50%。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步描述。

图1是本发明的一种具体结构示意图；

图2是图1中永磁同步电动机的一种结构示意图。

图3是图2的侧视图。

图4是图3中的气囊机构的一种结构示意图。

图中序号说明：1永磁同步电动机、2小链轮、3链条、4大链轮、5机座、6驱动轴、7制动轮、8制动臂、9永磁体、10定子铁心、11转子、12旋转编码器、13制动块、14制动座、15气囊机构、16速度调节阀、17制动器顶杆。

具体实施方式

根据图1～4详细说明本发明的具体结构。该自动扶梯无齿轮永磁同步驱动主机，固定在自动扶梯的上机房内，电机座作为主机机座与机房底部横梁用螺丝直接连接。它包括带有抱闸制动装置的永磁同步电动机1及其带动的扶梯链轮驱动装置。其中扶梯链轮驱动装置采用通常由链条3连接的大链轮4与小链轮2的结构。把小链轮2直接连接到永磁同步电动机1的驱动轴6上，通过链条3和大链轮4带动扶梯运行。该永磁同步电动机1的驱动轴6即是主机的驱动输出轴，永磁同步电动机与小链轮中间没有齿轮箱减速机构，主机结构简单，成本降低，运行效率高，降低电能损耗，降低噪声，实现主机免维护。其中永磁同步电动机转子11采用多极永磁体的切向式磁路结构，极数范围为12～30。永磁体9插入槽端面为T形的转子铁心10中，定子铁心10采用斜槽结构，定子绕组采用分数槽绕组结构。永磁体9插入槽端面为T形结构的转子铁心中,用矩形永磁体9嵌入转子铁心内部，提高了安全可靠性，随着转速和容量的增大，特别是内转子结构，永磁体9的安装、固定尤为重要；并且切向磁路结构中永磁体9并联作用，有两个永磁体截面对气隙提供每级磁通，提高气隙磁密，尤其在极数较多时更为突出，所以启动转矩大于径向磁路，同时用矩形永磁体9替代常规的瓦形永磁体，减小了永磁体9的线切割工时和用量。定子铁心10的斜槽能够消除齿槽转矩，减小转矩脉动，分数槽绕组能使定子齿和转子11各磁极相互错开，从而减小了定位转矩和齿槽转矩；能削弱磁极磁场非正弦分布所产生的高次谐波电势；能有效地削弱齿谐波电势的幅值，改善电动势的波形；减小了因气隙磁导变化引起的每极磁通的脉振幅值，减少了磁极表面的脉振损耗。

抱闸制动装置的制动臂8通过制动块13直接作用于制动轮7的外周，具有响应速度快，制动转矩大的优点。驱动轴6的一端直接组装有制动轮7，制动轮7与组装在机座5上的制动臂8和电磁制动器组成抱闸制动装置。驱动轴6的另一轴端固定有旋转编码器12，由旋转编码器12组成的速度位置检测系统，可以使自动扶梯速度控制精确。旋转编码器12外部设置编码器防护盖，该防护盖还作为后端盖的外盖，起到定位后轴承的作用。抱闸制动装置的制动臂8与制动座14之间设置带有排气节流阀的气囊机构15，气囊机构15的出气口设置速度调节阀16，可通过速度调节阀16调整气囊机构15内的压力，达到控制抱闸制动装置的制动臂8动作速度的目的，从而保证了关于制停距离范围的要求。气囊机构15上的排气节流阀在弹簧作用下进行充气，充气时排气节流阀不起作用，在排气时，排气节流阀起作用，使排气所用的时间大于充气的时间。气囊机构15腔室的进气口大，出气口小，当抱闸制动装置打开时能够无延时动作；当抱闸制动装置闭合时，进气口关闭，可以通过速度调节阀16调整出气口的大小，从而调整气囊机构15腔室内的压力变化，来控制制动臂8制动力变化的快慢，从而实现满足制停距离的要求。

Claims (3)

1.一种自动扶梯无齿轮永磁同步驱动主机，包括带有抱闸制动装置的永磁同步电动机及其带动的扶梯链轮驱动装置，其特征在于：所述永磁同步电动机的转子采用极数范围为12～30的多极永磁体的切向式磁路结构，所述永磁体插入槽端面为T形的转子铁心中，定子采用斜槽铁心和分数槽绕组结构，所述扶梯链轮驱动装置通过链条与大链轮连接的小链轮直接连接到所述永磁同步电动机的驱动轴。

2.根据权利要求1所述的无齿轮永磁同步扶梯驱动主机，其特征在于：所述驱动轴的轴端固定有旋转编码器，旋转编码器外部设置编码器防护盖。

3.根据权利要求1所述的无齿轮永磁同步扶梯驱动主机，其特征在于：所述抱闸制动装置的制动臂与制动座之间设置带有排气节流阀的气囊机构，所述气囊机构的出气口设置速度调节阀。

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