CN108861982A - 磁性电梯驱动构件和制造方法 - Google Patents

Abstract

一种制造旋转磁驱动构件的方法的示例性实施例包括使用增材制造工艺在杆上建立螺旋磁体。

Description

磁性电梯驱动构件和制造方法

背景技术

电梯系统被广泛使用。用于推进电梯轿厢的机构可以是基于液压或牵引的。现代化的努力最近集中在用例如较轻重量的带替代基于牵引的系统中的圆钢索，以及减小机器部件的尺寸。

最近已经提出改变电梯推进系统以包括磁性驱动。在各种背景下已知的有线性和旋转磁性驱动布置。最近提出了包括一种用于推进电梯轿厢的旋转磁性布置。美国专利申请公开第US 2015/0307325号中描述了一种这样的布置。虽然这些布置具有潜在的益处和优点，但在商业规模上实现这些布置并非没有挑战性。例如，材料和制造成本可能变得过于昂贵。向本领域技术人员提出的另一个问题是如何实现部件的布置以确保有效和可靠的操作。

发明内容

一种制造旋转磁驱动构件的方法的示例性实施例包括使用增材制造工艺在杆上建立螺旋磁体。

在具有上述方法的一个或多个特征的示例实施例中，所述增材制造工艺包括电线弧增材制造。

在具有前面的段落中的任一段的所述方法的一个或多个特征的示例实施例中，所述螺旋磁体包括磁性材料，所述杆包括非磁性材料。

在具有前面的段落中的任一段的所述方法的一个或多个特征的示例实施例中，所述磁性材料包括低碳钢。

在具有前面的段落中的任一段的所述方法的一个或多个特征的示例实施例中，所述非磁性材料包括不锈钢。

在具有前面的段落中的任一段的所述方法的一个或多个特征的示例实施例中，所述增材制造工艺包括冷喷涂沉积。

在具有前面的段落中的任一段的所述方法的一个或多个特征的示例实施例中，所述增材制造工艺包括定向能量沉积。

在具有前面的段落中的任一段的所述方法的一个或多个特征的示例实施例中，所述螺旋磁体包括永磁材料。

在具有前面的段落中的任一段的所述方法的一个或多个特征的示例实施例中，所述螺旋磁体完全由金属构成。

具有前面的段落中的任一段的所述方法的一个或多个特征的示例实施例包括在所述螺旋磁体的区段上建立磁极图案，所述螺旋磁体的所述区段在所述螺旋磁体轴向相邻区段中包括相同的磁极。

在具有前面的段落中的任一段的所述方法的一个或多个特征的示例实施例中，建立磁极图案包括结合提供短脉冲磁场的电容性电荷使用外部励磁线圈以在所需方向上磁化。

一种磁驱动构件的示例性示例实施例包括非磁性杆和螺旋磁体，所述螺旋磁体包括支撑在所述非磁性杆上的多个匝，其中在所述螺旋磁体的轴向相邻区段之间具有轴向间距。

在具有前面的段落的所述磁驱动构件的一个或多个特征的示例实施例中，所述杆包括中空圆柱体。

在具有前面的段落中的任一段的所述磁驱动构件的一个或多个特征的示例实施例中，所述螺旋磁体包括软钢且所述杆包括不锈钢。

在具有前面的段落中的任一段的所述磁驱动构件的一个或多个特征的示例实施例中，所述螺旋磁体沿着杆的螺旋路径是连续、间断的。

在具有前面的段落中的任一段的所述磁驱动构件的一个或多个特征的示例实施例中，所述螺旋磁体完全由增材制造过程中施加到杆的金属构成。

具有前面的段落中的任一段的所述磁驱动构件的一个或多个特征的示例实施例包括所述螺旋磁体的轴向相邻区段之间的隔离物，所述隔离物包括非金属材料。

在具有前面的段落中的任一段的所述磁驱动构件的一个或多个特征的示例实施例中，所述螺旋磁体包括具有选定磁极图案的多个区段，具有相同极的区段彼此轴向相邻。

在具有前面的段落中的任一段的所述磁驱动构件的一个或多个特征的示例实施例中，所述螺旋磁体包括永磁材料。

根据以下具体实施方式，至少一个所公开的示例实施例的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。随附具体实施方式的附图可以简要描述如下。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明的实施例设计的电梯系统的选定部分。

图2图示性地示出了根据本发明的实施例设计的示例磁驱动构件的选定特征。

图3示意性地示出了图2的实施例的选定特征。

图4示意性地示出了制造根据本发明的实施例设计的磁驱动构件的方法。

具体实施方式

本发明的示例实施例提供了用于推进电梯轿厢的磁性螺钉或驱动构件。制造这种磁驱动构件的方法的实施例提供了一种经济有效的方法，该方法可生产出例如在电梯系统中有用的经济、有效且可靠的磁驱动构件。

图1示意性地示出了电梯系统20的选定部分。电梯轿厢22位于井道内，用于诸如建筑物各水平高度的层站之间的垂直运动。磁驱动布置30包括旋转磁驱动构件32和固定磁驱动构件34。在所示的示例中，旋转磁驱动构件32经支撑而与电梯轿厢22一起相对于固定构件34移动。

图1示意性地示出了一种无缆电梯系统。磁驱动布置30可以用来代替基于液压或牵引的电梯推进布置。可替代地者，磁驱动布置30可用于一种有缆电梯系统，其中电梯轿厢22与配重耦合，且该磁驱动件30提供使电梯移动的力。

图2示出了磁驱动构件32的示例实施例。在该实施例中，驱动构件32可以被认为是为了与磁驱动布置30的协作特征相互作用而能够旋转以实现电梯轿厢22所需移动的磁性螺钉。该示例中的磁驱动构件32包括由非磁性材料制成的杆40。在示出的示例中，杆40包括中空圆柱体。在一个示例中，杆包括奥氏体不锈钢。可以使用其他非磁性材料来满足特定情况的要求。在不同的实施例中可以使用各种杆配置。

螺旋磁体42位于杆40上并固定到杆40。螺旋隔离物44位于螺旋磁体42的轴向相邻匝之间的间距内。

如图3中示意性示出的，磁体42的各个匝被磁性地构造成具有交替的磁极方向。螺旋磁体42的轴向相邻区段的相反磁极面向磁体42的区段之间的隔离物44的一部分或一区段。例如，螺旋磁体42的第一磁极区段42A面对第二磁极区段42B。螺旋磁体42的另外的磁极区段42C和42D彼此面对。磁体42的磁导向区段的这种布置沿着磁驱动构件32的长度重复。

利用如图3中示意性示出的那样布置的磁极，沿着磁驱动构件32的长度建立了多个磁通路径以用于与磁驱动件30的对应配置的定子或固定磁驱动构件相互作用，从而使电梯轿厢22沿垂直方向移动。在50处示出了一条示例性磁通路径，其中磁通在北极区段42A和42B之间从隔离物的一个区段44A向外发出，通过固定磁驱动构件34的适当部分，例如52处的虚线示意性示出的金属齿，在螺旋磁体42的区段42B和42C之间返回到隔离物44的一部分或一区段44B。另外的磁通从磁体区段42C和42D之间流过隔离物44的一区段44C，通过磁驱动件30的固定部分的齿52，通过隔离物区段44B返回到杆40。尽管未示出，但是，例如，在隔离物区段44A和磁体42B之间以及从隔离物区段44B到磁体42B将存在泄漏通量。

鉴于线性和旋转磁驱动件的操作是众所周知的，故在本说明书内无须再提供关于磁通和旋转运动如何导致线性或垂直移动的进一步解释。

图4示意性地示出了一种用于制造根据本发明的实施例设计的磁驱动构件的示例性工艺60。利用增材制造设备62在杆40上建立螺旋磁体42。在示出的示例中，使用电线弧增材制造技术、增材摩擦搅拌制造技术、或送丝增材制造技术来建立螺旋磁体42。这些技术是众所周知的。一些实施例中使用的其他示例性增材制造技术包括冷喷涂和激光或定向能量沉积技术(其可以与粉末形式的线材或基础材料一起使用)、及大面积增材制造(BAAM)、直接写入等。包括冷喷涂增材制造的实施例包括避免破坏或去除材料中所需的相和微结构的可能性，因为粉末没有熔化并且在熔化过程中可以去除这些特征。

在图4的示例中，在增材制造之后，64处示意性示出的材料去除设备去除至少一些由增材制造设备62添加的材料。一个示例包括在车床上转动杆40以去除通过增材制造工艺添加到杆40的磁体的材料的一部分。去除设备64可以配置成，例如，建立螺旋磁体42所需的横截面。在其他实施例中，增材制造工艺形成螺旋磁体42所需的配置或横截面，而且不需要去除材料。

在一些实施例中，在螺旋磁体42形成于杆40上之前，隔离物44被添加到杆40或合并为杆40的一部分。在其他实施例中，使用增材制造工艺形成隔离物44，这一步可以在建立螺旋磁体42之后完成。

示例实施例中包括的增材制造技术的一个特征在于，其允许将非磁性材料用于杆40以及将磁性材料用于螺旋磁体42。诸如以上提到的那些增材制造技术允许以下述方式连接不相似的材料，即，使得螺旋磁体42足够坚固地布置在杆40上以承受操作电梯驱动布置30中涉及的力。在示例实施例中，螺旋磁体42包括永磁材料，隔离物44包括软钢，并且杆40包括非磁性金属，诸如不锈钢。示例性的永磁材料包括稀土永磁体，例如：烧结的Nd2Fe14B；烧结的SmCo5；烧结的Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7；粘结的Nd2Fe14B；包含铝、镍和钴的烧结合金；或非稀土磁体，诸如锰铋的非稀土磁体，以及烧结的M型六方晶系铁氧体(如，Sr-铁氧体)。

增材制造设备62允许对螺旋磁体42的构造和尺寸进行具体控制。在一个示例中，杆40具有50mm或2英寸的外径。螺旋磁体42具有大约15mm或半英寸的高度(从杆40的外表面径向向外延伸)，其中螺旋磁体42的轴向相邻匝之间的间距为25mm或1英寸。其他尺寸对一些电梯驱动布置有用。

在所示实施例中使用的增材制造可以被认为是金属增材制造，因为螺旋磁体42的材料仅由金属构成。在不包括任何聚合物的情况下，增材制造螺旋磁体42提供了更一致的磁路和更强的磁体。在磁体42包括聚合物或其他材料的实施例中，磁路将至少部分地被这种材料中断，并且磁体必须具有较大的尺寸以获得与较小尺寸的全金属磁体相对应的磁强度。

螺旋磁体42沿着螺旋的长度是连续、不间断的。这种构造优于多个单个磁体沿着螺旋或盘旋路径彼此相邻的布置。多个单个磁体的布置将导致相邻磁体之间的漏磁通、磁驱动件30内额外的谐波和损耗，这会减少有效推力并产生噪声和振动。

在一些示例性实施例中，通过在增材制造过程中施加磁场来磁化磁体42，以对齐磁体材料的颗粒从而实现例如图3中所示的那样的极性方向的构造。一旦通过结合会提供短脉冲磁场的电容性电荷使用外部励磁线圈以在所需方向上(例如，北极)磁化来完成增材制造，则可以实现额外的磁化。电流的方向可以改变为相反的方向以改变相邻磁体中的磁化方向(例如，南极)。该磁化线圈的跨距可以覆盖一个完整的螺旋结构或结构的一部分，并且部件32将垂直和周向移动，以将下一个螺旋磁体部分与磁化器线圈对齐来磁化该下一个螺旋部分。因此，这种实施例中的励磁线圈可以用于一次仅磁化螺旋磁体的一部分。

在一些实施例中，不是整个在螺旋磁体42的所有匝之间的间隙都包括隔离物44。在未被隔离物44占据的空间中，被配置成适配在间隙内的磁化硬件有助于磁化永磁体42。在一些示例中，在这种磁化之后，额外的隔离物44被包括在先前用于容纳磁化硬件的间隙中。

示例性公开的磁驱动构件32与现有布置相比具有增大的磁效率，这允许使用较小尺寸的驱动构件，从而降低磁驱动系统的成本并减少电梯井道内磁性驱动件所需要的空间量。

使用如所示实施例中所包括的单个连续螺旋磁体42的一个特征是,其降低了用碳纤维缠绕磁驱动构件32的要求，如果不采用单个连续螺旋磁体42则需要如此以便沿着螺旋磁体42占用的螺旋路径将各个磁体保持在适当位置。在一些先前的旋转磁性驱动布置中进行这种缠绕的缺点之一是增加了由缠绕所引入的有效气隙，这样就降低了系统的磁效率并且可能引入磁体区段之间的磁通水平的变化。相反，本发明的实施例包括以即使用于高速应用也不需要碳纤维缠绕的方式粘结到杆的螺旋磁体42。即使在旨在用于更高转速的实施例中，螺旋磁体42和隔离物44也能建立更好的磁回路。

以上描述实质上是示例性的而不是限制性的。不必脱离本发明的本质而对所公开的示例作出的变化和修改，对于本领域技术人员来说，是显而易见的。本发明的法律保护范围只能通过研究所附权利要求来确定。

Claims (19)

1.一种制造旋转磁驱动构件的方法，所述方法包括：

使用增材制造工艺在杆上建立螺旋磁体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述增材制造工艺包括电线弧增材制造。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述螺旋磁体包括磁性材料，且所述杆包括非磁性材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述磁性材料包括低碳钢。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述非磁性材料包括不锈钢。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述增材制造工艺包括冷喷涂沉积。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述增材制造工艺包括定向能量沉积。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述螺旋磁体包括永磁材料。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述螺旋磁体完全由金属构成。

10.根据权利要求1所述的方法，其包括在所述螺旋磁体的区段上形成磁极图案，所述螺旋磁体的所述区段在所述螺旋磁体的轴向相邻区段中包括相同的磁极。

11.根据权利要求10所述的方法，其中建立所述磁极图案包括结合提供短脉冲磁场的电容性电荷使用外部励磁线圈以在所需方向上磁化。

12.一种磁驱动构件，其包括：

非磁性杆；和

螺旋磁体，其包括支撑在所述非磁性杆上的多个匝，其中在所述螺旋磁体的轴向相邻区段之间具有轴向间距。

13.根据权利要求12所述的磁驱动构件，其中所述杆包括中空圆柱体。

14.根据权利要求12所述的磁驱动构件，其中

所述螺旋磁体包括软钢；并且

所述杆包括不锈钢。

15.根据权利要求12所述的磁驱动构件，其中所述螺旋磁体沿着所述杆的螺旋路径是连续、间断的。

16.根据权利要求12所述的磁驱动构件，其中所述螺旋磁体完全由增材制造过程中施加到所述杆的金属构成。

17.根据权利要求12所述的磁驱动构件，其包括所述螺旋磁体的轴向相邻区段之间的隔离物，所述隔离物包括非金属材料。

18.根据权利要求12所述的磁驱动构件，其中

所述螺旋磁体包括具有选定磁极图案的多个区段；并且

具有相同极的区段彼此轴向相邻。

19.根据权利要求12所述的磁驱动构件，其中所述螺旋磁体包括永磁材料。