CN102556809A

CN102556809A - 电梯用同步无齿轮曳引机

Info

Publication number: CN102556809A
Application number: CN2011104319510A
Authority: CN
Inventors: 杨志华; 李创平; 辛懋; 焦明旭
Original assignee: Zhejiang Xizi Forward Electrical Machinery Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Xizi Forward Electrical Machinery Co Ltd
Priority date: 2011-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明提供一种电梯用同步无齿轮曳引机，属电梯驱动技术领域，该技术方案包括曳引轮（1）、基座（4）、制动盘（5）、制动器（6）和电梯用同步无齿轮曳引机的驱动主机，其中，所述驱动主机为同步磁阻电机（2），所述同步磁阻电机（2）与所述曳引轮（1）同轴安装在一转轴（3）上，所述曳引轮（1）固定布置在所述同步磁阻电机（2）的扭矩输出端，所述转轴（3）通过轴承（31、32）固定在基座（4）上。创造性地将新型同步磁阻电机应用于电梯驱动领域，本发明电梯用同步无齿轮曳引机具有低速大转矩、启动电流小、转矩波动小、能够频繁正反转、转速平稳等优点，结构及工艺简单，体积小、重量轻、成本低。

Description

电梯用同步无齿轮曳引机

技术领域

本发明涉及一种电梯用同步无齿轮曳引机，属电梯的驱动技术领域。

背景技术

曳引机是电梯的驱动器，它安装在机房内，一般在建筑物顶层之上，是电梯的曳引装置，它的绳轮通过钢丝绳牵引轿厢及对重。

作为电梯的核心部件，曳引机技术经过了蜗轮蜗杆传动曳引机、行星齿轮和斜齿轮传动曳引机、永磁同步无齿轮传动曳引机三个发展阶段。蜗轮蜗杆传动曳引机，传动效率较低，只有70%左右。行星齿轮和斜齿轮传动曳引机，传动效率能达到90%，但要求齿轮加工精度高，成本也比较高，这两种曳引机产品在中国并没有得到广泛地应用，已逐渐被淘汰。

永磁同步无齿曳引机主要由永磁同步电动机、曳引轮及制动系统组成。它采用高性能永磁材料和特殊的电机结构，具有低速、大转矩特性。因此，在国内外电梯行业广泛应用。但永磁同步无齿轮曳引机采用稀土永磁体材料。如果曳引机设计或使用不当，永磁体在过高温度时，或在大的冲击电流产生的电枢反应作用下，或在剧烈的机械震动时有可能产生不可逆退磁现象，使永磁同步无齿轮曳引机性能大幅度降低，甚至不能使用。另外，稀土材料属于国家稀缺资源，原材料价格高，导致永磁体价格很高，进而使永磁同步无齿轮曳引机价格远远高出了异步电动机驱动的有齿轮曳引机。这些缺点都极大地制约了永磁同步无齿轮曳引机的应用；随着我国对稀土材料的集中管制和稀土材料的逐渐消耗。永磁体应用于民用行业的可能性越来越低。因此，在保证目前永磁同步无齿轮曳引机性能优点的情况下，研究新型不用永磁材料的无齿轮曳引机很有必要。

经过检索中国专利，公开号为CN1738152A、名称为“磁钢辅助励磁的粘结式轴向迭片同步磁阻电机”的发明专利和公开号为CN101039059A、名称为“带有新颖的转子布局的同步磁阻电机”的发明专利相应描述了两种不同的同步磁阻电机，但是上述内容与本发明的技术方案完全不同，尤其是上述两种技术方案只是针对电动机或马达的应用，并未披露同步磁阻电机应用于电梯曳引机中的任何技术内容。

发明内容

本发明的目的是为解决永磁同步无齿轮曳引机的上述缺陷，提供一种结构简单、性能优良、成本低、可靠性高的同步磁阻无齿轮曳引机。本发明的技术方案为：电梯用同步无齿轮曳引机，包括曳引轮1、基座4、制动盘5、制动器6和电梯用同步无齿轮曳引机的驱动主机，其中，所述驱动主机为同步磁阻电机2，所述同步磁阻电机2与所述曳引轮1同轴安装在一转轴3上，所述曳引轮1固定布置在所述同步磁阻电机2的扭矩输出端，所述转轴3通过轴承31、32固定在基座4上。

进一步地，所述同步磁阻电机2包括定子铁芯20、定子绕组21、转轴3以及套在转轴3上的转子铁芯24，其中，所述转子铁芯24在径向截面上具有两个以上的磁极22，每个磁极22内具有两个以上的磁阻槽Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，所述磁阻槽Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ由内向外横向排列在磁极22内，所述磁阻槽Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ轴向贯通转子铁芯21。

进一步地，所述转子铁芯24由可选择数目的圆盘状的转子冲片沿轴向叠压紧固而成，所述磁极22分布在每片转子冲片上，所述磁阻槽Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ由内向外横向排列在该磁极22内，所述磁阻槽Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ在每片转子冲片上的位置都相同以保证磁阻槽轴向贯通该转子铁芯24。

所述磁极22为六个，围绕转轴3呈中心对称分布在所述转子铁芯24径向截面上。

在每个所述磁极22内有六个所述的磁阻槽，由内向外径向排列为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。

所述磁阻槽Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ为两翼大致对称的U形、船形、或弓形，靠近所述转轴3的磁阻槽的纵深大于其外部磁阻槽。

所述磁阻槽Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ的槽体径向宽度不相等，靠近所述转轴3的磁阻槽的槽体径向宽度大于其外部磁阻槽。

所述定子铁芯20内圆周面上开有定子槽25，所述定子槽25为斜槽结构，定子绕组21布置在该定子槽25内。

所述定子绕组21为双层叠绕短距绕组。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明驱动主体为同步磁阻电机，具有低速大转矩、启动电流小、频繁正反转运行等特点，可取消齿轮减速装置。

本发明的电动机转子无励磁绕组，铜耗仅产生于定子绕组侧。损耗低，效率高，温升低。

本发明结构及工艺简单，坚固可靠，体积小、重量轻、成本低。

本发明主机控制性能好、转矩波动小，转速平稳。

本发明的曳引机振动小、噪声低。

附图说明

图 1 是本发明中同步无齿轮曳引机的结构示意图；

图 2 是同步无齿轮曳引机内同步磁阻电机的径向截面图；

图 3 是同步磁阻电机内转子铁芯径向截面（或转子冲片）的结构示意图。

图中所示：1：曳引轮、2：同步磁阻电机、20：定子铁芯、21：定子绕组、22：磁极、23：铆钉、24：转子铁芯、25：定子槽、3：转轴、31-32：轴承、4：基座、5：制动盘、51：紧固件、6：制动器、Ⅰ-Ⅵ：磁阻槽。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合附图进一步详细描述本发明的技术内容和具体实施方式。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并不是为了限定本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明的电梯同步无齿轮曳引机包括驱动主机、曳引轮1、制动盘5、制动器6、位置检测器、基座4，其中，该电梯无齿轮曳引机的驱动主机为同步磁阻电机2，而在电梯驱动领域，尚没有将同步磁阻电机作为曳引机驱动主机的先例。同步磁阻电机2与曳引轮1同轴安装在转轴3上，转轴3同时作为同步磁阻电机2的转子轴，转子铁芯24套装在转轴上，定子铁芯20处于转子铁芯24的外围，曳引轮1固定布置在转轴3的扭矩输出端，转轴3利用轴承31、32固定在曳引机的基座4上，制动盘5利用紧固件51固定在曳引轮1上，制动器6控制制动盘5以对曳引机进行制动。由此，曳引轮1与同步磁阻电机2同步运行，同步磁阻电机2产生电机扭矩，转轴3通过曳引轮1输出扭矩，再通过曳引轮和钢丝绳的摩擦来带动电梯轿厢的运行，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、加速运行、恒速运行和制动等速度曲线平滑运行。驱动控制器采用变频调速方式控制同步磁阻电机的运行，调节电机输出转矩与转速，由此可取消齿轮减速装置。当电梯需要停止运行时则由制动器6刹住制动盘5，制动盘5将力传递给曳引轮1，阻止曳引机继续转动，从而保持轿厢静止不动。

如图2所示为本发明曳引机中驱动主机同步磁阻电机2的结构示意图，其中，位于中心的转轴3和套在转轴3上的转子铁芯24，该转子铁芯24在径向截面上具有可选择数目的磁极22，本发明中申请人设置了六个磁极22，围绕转轴3大致呈中心对称。如图3为该同步磁阻电机2中转子铁芯24的径向截面图，其中，在转子铁芯24径向截面上有六个磁极22，每个磁极22内开有两个以上在转子铁芯轴向上贯通的磁阻槽，这些磁阻槽由内向外横向排列，本实施例中，申请人选择将磁阻槽的个数也设置为六个，由内至外分别为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，所有的磁阻槽Ⅰ-Ⅵ均轴向贯通转子铁芯24。

为了加工方便的需要，转子铁芯24是由选择数目的转子冲片组合而成，及转子冲片叠压紧固在一起形成转子铁芯24，然后套在转轴3上形成电机转子。使用转子冲片的数目视使用人员对转子铁芯的要求而定，转子冲片之间或转子冲片整体使用焊接或铆钉的方式进行固定，本实施例中申请人采用铆钉23方式进行紧固使转子冲片叠压在一起，轴向上进行紧密固定以形成转子铁芯24，所述转子冲片是圆盘状的高导磁材料制成，本实施例中选择用硅钢片，图3所示也是转子冲片的结构示意图，在每一片转子冲片上设置六个磁极22，每一片转子冲片上在磁极22区域内使用模具冲出六个磁阻槽Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ，转子冲片上磁阻槽Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ是中空的，每一片转子冲片上对应的磁阻槽的工艺要求应当一致，优选实施方式中应保证每一片转子冲片上都有相应的磁极与磁阻槽，并且要求对应的磁阻槽在每片转子冲片上的位置是相同的，而且形状也大致相同，比如第1至N片转子冲片上的磁阻槽Ⅰ形状、大小和位置保持一致，这样能够保证转子冲片叠压成转子铁芯的时候相应的磁阻槽Ⅰ是轴向贯通的。磁阻槽Ⅱ-Ⅵ的工艺要求亦是如此。磁阻槽Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ可以为线形槽，当然，优选磁阻槽Ⅰ-Ⅵ为两翼大致对称的U形、船形或弓形，其中，靠近转轴3的磁阻槽的纵深大于远离转轴3的磁阻槽，远离转轴3的磁阻槽处于靠近转轴3的磁阻槽的纵深区域内，所有磁阻槽Ⅰ-Ⅵ两翼顶点都要在转子铁芯24的圆周内，即磁阻槽不能突破转子铁芯24，这样才能转子铁芯24的工艺难度比较小，而且牢固性会较高。

如图3所示，转子冲片由高磁导材料硅钢片制成，磁极与磁极之间的区域（直轴q轴）就形成了很高的交轴电感L_q，而在磁极22内，磁阻槽Ⅰ-Ⅵ处是中空的，在转子冲片整体上形成轴向贯通的槽型中空区域，由于空气的高磁阻性，则槽型区域不具有硅钢片的高磁导性能，形成了较高的磁阻区，从而得到较低的直轴电感L_d，而在之前我们介绍到同步磁阻电机的设计要点就在于提高其凸极比(即L_q /L_d)，通过这样的结构变化就达到了这样的目的。通过计算，每个磁极区设置六个磁阻槽I-VI，在获得高的凸极比的同时获得更大的交、直轴电感差，但并不意味着只能使用本实施例所述的技术方案，磁极的数目、每一个磁极内排列有多少个磁阻槽等类似问题只是技术人员在工艺过程中的一种选择，两个以上的磁极、每一个磁极内排列有两个以上的磁阻槽这样的结构设计都属于本发明所保护的技术方案。

另外，如图2所示，在转子外围是定子铁芯20，定子铁芯20内圆面上分布排列有选择数目的定子槽25（图中所示有72个定子槽25），该定子槽25为斜槽结构，从而一定程度上可降低气隙磁密谐波，降低电机杂散损耗、附加转矩、电磁振动与电磁噪声。励磁线圈安装在定子槽25内，定子绕组21采用双层叠绕短距绕组，槽内嵌入两个属不同线圈组的线圈，两个线圈的节距较短，进一步降低气隙磁密的齿谐波，减小杂散损耗，提高效率，降低温升。

以上以本发明实施实例为中心展开详细的说明，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.电梯用同步无齿轮曳引机，包括曳引轮（1）、基座（4）、制动盘（5）、制动器（6）和电梯用同步无齿轮曳引机的驱动主机，其特征在于：所述驱动主机为同步磁阻电机（2），所述同步磁阻电机（2）与所述曳引轮（1）同轴安装在一转轴（3）上，所述曳引轮（1）固定布置在所述同步磁阻电机（2）的扭矩输出端，所述转轴（3）通过轴承（31、32）固定在基座（4）上。

2.根据权利要求1所述的电梯用同步无齿轮曳引机，其特征在于：所述同步磁阻电机（2）包括定子铁芯（20）、定子绕组（21）、转轴（3）以及套在转轴（3）上的转子铁芯（24），其中，所述转子铁芯（24）在径向截面上具有两个以上的磁极（22），每个磁极（22）内具有两个以上的磁阻槽（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ），所述磁阻槽（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ）由内向外横向排列在磁极（22）内，所述磁阻槽（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ）轴向贯通转子铁芯（21）。

3.根据权利要求2所述的电梯用同步无齿轮曳引机，其特征在于：所述转子铁芯（24）由可选择数目的圆盘状的转子冲片沿轴向叠压紧固而成，所述磁极（22）分布在每片转子冲片上，所述磁阻槽（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ）由内向外横向排列在该磁极（22）内，所述磁阻槽（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ）在每片转子冲片上的位置都相同以保证磁阻槽轴向贯通该转子铁芯（24）。

4.根据权利要求3所述的电梯用同步无齿轮曳引机，其特征在于：所述磁极（22）为六个，围绕转轴（3）呈中心对称分布在所述转子铁芯（24）径向截面上。

5.根据权利要求3所述的电梯用同步无齿轮曳引机，其特征在于：在每个所述磁极（22）内有六个所述的磁阻槽（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ），由内向外径向排列为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ。

6.根据权利要求2、3或5任一项所述的电梯用同步无齿轮曳引机，其特征在于：所述磁阻槽（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ）为两翼大致对称的U形、船形、或弓形，靠近所述转轴（3）的磁阻槽的纵深大于其外部磁阻槽。

7.根据权利要求6所述的电梯用同步无齿轮曳引机，其特征在于：所述磁阻槽（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ）的槽体径向宽度不相等，靠近所述转轴（3）的磁阻槽的槽体径向宽度大于其外部磁阻槽。

8.根据权利要求2所述的电梯用同步无齿轮曳引机，其特征在于：所述定子铁芯（20）内圆周面上开有定子槽（25），所述定子槽（25）为斜槽结构，定子绕组（21）布置在该定子槽（25）内。

9.根据权利要求2所述的电梯无齿轮曳引机，其特征在于：所述定子绕组（21）为双层叠绕短距绕组。