CN201634296U - 一种带有变速机构的有齿轮曳引机 - Google Patents

Abstract

一种用于垂直升降设备中的有齿轮曳引机，包括电机、曳引轮、制动装置、盘车装置、变速传动用大齿轮、变速传动用小齿轮和支撑架。其特征是变速传动用大齿轮和曳引轮集成为一体，且该大齿轮可直接用于盘车作业，通过变速传递使电机的转速大于曳引轮的转速。优点：驱动电机转速高，功率密度高，效率和功率因数都很高，节约能源，结构紧凑，体积小，重量轻；电机轴端不承载轿厢和对重的悬垂荷重，电机壳体和轴系的较小的机械强度；所需制动力小，制动器的成本低；该曳引机还可多电机联合驱动。可适合于1∶1或2∶1的无机房或小机房电梯系统中，以及滚筒式结构的家用梯中。

Description

一种带有变速机构的有齿轮曳引机

技术领域

本发明创造创造涉及一种曳引机，尤其是垂直升降式电梯所用的带有变速机构的有齿轮曳引机，属垂直升降系统中的驱动装置。

背景技术

随着电梯越来越广泛的应用，人们对电梯的要求也越来越高。曳引机是影响电梯稳定运行和乘感品质的关键部件之一，不但要求它性能稳定，体积小重量轻，而且还要追求成本低廉，节能环保。目前公知曳引机的主要类型有异步电机配蜗轮蜗杆减速的曳引机、无齿轮永磁同步直驱式曳引机以及带有斜齿轮或行星齿轮等减速机构的曳引机。

异步电机配蜗轮蜗杆减速的曳引机因其成本低、性能稳定在市场上占有较大比例，但这种曳引机结构复杂、零件多，体积大，重量重；驱动电机是异步电机，效率低，功率因数低，不节能；异步机的功率因数低，要求控制器的容量大；蜗轮蜗杆的加工精度要求较高，加工成本高；蜗轮蜗杆传动摩擦阻力大，传动效率低，浪费能源；整体体积庞大，很难应用于无机房电梯系统中。正是由于上述缺陷的存在，目前该类型的曳引机正逐渐被效率更高的永磁同步无齿轮曳引机所取代。

永磁同步无齿轮曳引机越来越广泛被使用，逐渐成为主流的曳引机类型。该类型的曳引机使用永磁同步电机直接驱动曳引轮，省去齿轮变速环节，节省了体积和重量。但是，该曳引机的驱动电机属于低速大转矩电机，体积大，重量重，相对于高速电机来讲其功率密度不高，且需铜线和磁钢等昂贵材料较多，增加了总体成本；该电机轴端直接承载轿厢和对重的悬垂荷重，要求电机支撑件要有足够的强度，这增加了机壳、轴和轴承的成本；由于电机的转速和频率较低，为了对电梯运动系统进行精确控制，需要使用较高分辨率的位置传感器(编码器)，这也增加了成本；对于刹车系统来讲，制动力直接作用在低速转动部件，所需的制动力大，刹车部件的体积大、重量重；为满足法规要求需要另外配装盘车手轮和盘车齿轮，增加了额外的成本；虽然该类型的曳引机能够用于无机房和小机房，但不适合悬挂比1∶1电梯系统中，主要适用于悬挂比2∶1的电梯系统中，但悬挂比2∶1的电梯系统中曳引绳和导向轮的成本比1∶1电梯系统高了很多。

除上述的两类曳引机之外，在某些文献中出现带有斜齿轮或行星齿轮等减速机构的曳引机。经过专利检索，实用新型专利“永磁电机驱动齿轮曳引机”(申请号CN200820186335.7)提到的曳引机是使用永磁同步电机结合蜗轮蜗杆减速机构，虽然这种曳引机使用了效率较高的永磁同步电机，但仍存在蜗轮蜗杆传动效率低，体积大等缺陷；发明创造专利“永磁同步扶梯曳引机”(申请号200710144004.7)、发明创造专利“货梯曳引机”(申请号200610155079.0)和实用新型专利“扶梯曳引机”(专利号ZL 200620092267.9)中都提到使用斜齿轮进行减速传动，但这些曳引机都配有一套减速箱，需另外加工至少一套低速大齿轮(比如斜齿轮、盘齿轮和伞齿轮等)，这些齿轮加工费较高，齿轮有形变时噪音会比较大，另外，盘车手轮还要另外单独加工，不能与减速机构中的齿轮共用，所以该类曳引机结构复杂，空间不灵活，且不太适合无机房。发明创造专利“电梯曳引机”(申请号200410062097.5)和发明创造专利“电梯曳引机”(申请号200480041519.9)都提到采用行星齿轮减速，但这种传动结构啮合噪音大，加工成本高。总之，虽然在上述专利中的曳引机都涉及到减速机构，但与本发明创造的结构和效果都不相同。

发明内容

本发明的目的是：提供一种结构紧凑，成本低，效率高，节能环保的带有减速机构的有齿轮曳引机，能有效地解决公知曳引机存在的上述技术问题。

本发明的技术构思是：通过曳引轮和电机间的变速传动，使电机的转速抬高，转矩减小，从而提高电机的功率密度，提高系统的效率。所述的大齿轮、曳引轮、盘车齿轮能集成为一体，结构紧凑，可节省曳引机的体积和重量。

本发明的技术方案是提供一种包括电机、曳引轮、制动装置、变速传动用大齿轮、变速传动用小齿轮和支撑架的曳引机，其特征是所述小齿轮固定于电机轴伸端，并与电机轴同轴同步旋转；所述大齿轮与曳引轮固定为一体，并能作为一个整体结构件同轴同步旋转，该整体结构件的轴杆被支撑在曳引机的支撑架上；通过所述大齿轮和小齿轮之间的动力传递使电机的转速大于曳引轮的转速。

本技术方案的一个显著特征是所述变速传动类型即非蜗轮蜗杆变速传动又非行星齿轮变速传动，也不是直接使用公知的齿轮箱进行变速，而是把变速传动用大齿轮和曳引轮通过铸造、焊接或用螺栓紧固等方式固定为一体，成为一个统一的集成结构件，该结构件作为一个整体既能够曳引或卷绕钢丝绳，又能与电机端的小齿轮联动进行变速传递，甚至还能够作为盘车齿轮直接用于盘车作业。可见，本技术方案利用了变速大齿轮和曳引轮在结构上是同轴旋转体的特点，整合它们可共用的部分，把传统曳引机中两个原本独立的结构件——变速传动用大齿轮和曳引轮集成为一个整体结构件，结构紧凑，节省材料和成本。

本技术方案中的曳引机带有变速机构，其变速类型可以是一级变速传动，即通过与曳引轮同步旋转的大齿轮和与电机转轴同步旋转的小齿轮之间直接齿轮啮合实现动力传递；也可以是二级齿轮变速传动，即所述大齿轮和所述小齿轮并不啮合，而是通过另外一套中间齿轮作为中间传递环节在所述大齿轮和所述小齿轮之间间接地传递动力，该套中间齿轮分别与所述大齿轮和所述小齿轮相啮合。除齿轮传动外，本技术方案中的动力传递方式还可以是链式传动，即链条分别与所述大齿轮和所述小齿轮相啮合，作为中间环节在其间传递动力。

在上述变速机构中，电机轴端小齿轮的旋转半径小于固定于曳引轮上的大齿轮的旋转半径，通过齿轮传动后，电机的转速大于曳引轮的转速。根据电机设计理论，相同功率的电机，转速越高转矩就越小，电机体积和重量也越小，而且电机效率也越高，所以，上述变速机构的变比越大，电机转速越高，电机的成本就越低。

在检修和安装作业时，有时需要在断电情况下通过人力上下移动轿厢，这需要在曳引机上设计有盘车机构，本技术方案中的一个特征就是所述变速传动用的大齿轮可以用作盘车齿轮，人力通过盘车手柄转动大齿轮就能驱动轿厢上下移动。此外，上文所述的二级齿轮传动的曳引机，与电机轴端小齿轮相啮合的那副中间齿轮也可作为盘车齿轮，用于电梯的盘车作业，而且，盘车操作时用于施加人力的盘车手柄也可以集成在该盘车齿轮中。可见，本技术方案中传动用的大齿轮和盘车用的盘车齿轮是同一个结构件，在结构上合二为一，即传统曳引机中原本两个独立的结构件在本技术方案中被集成为一个结构件。

曳引机的制动装置可分为盘式制动器和鼓式制动器两大类，其中盘式制动器又分为块刹盘式制动器和轴刹盘式制动器，其承受制动力的部件为刹车盘；鼓式制动器又分为杠杆式鼓刹制动器和块式鼓刹制动器，其承受制动力的部件为刹车毂，这几类制动器均能在本技术方案中应用。本技术方案中制动装置的制动力可以作用于与电机轴刚性连接并同步旋转的刹车盘或刹车毂上，制动力直接对电机转轴进行制动，比如本技术方案中的一级齿轮传动的实施方案，此外制动装置的制动力也可以作用于与曳引轮同步旋转的大齿轮轮盘上。对于二级齿轮传动的实施方案，制动装置置的制动力还可以作用于与电机轴端小齿轮相啮合的齿轮盘上。总之，本技术方案中制动装置的制动力都是作用于该曳引机运动部件中线速度较高的部件，这样所需的制动力较小，能节省制动器的体积和重量。

根据升降装置载重和体速的不同，所需曳引机的功率和转矩也不尽相同，在本技术方案中，驱动曳引机所需的电机数目可以根据曳引机的功率和转矩进行选择，可以是一个电机驱动，也可以是多个电机共同驱动。两个或两个以上的电机在电路上的连接可以是并联、串联、混联，多个电机中至少有一个电机安装有位置传感器，其余电机的转子位置信息通过参考装有位置传感器的那个电机的转子位置信息进行确认。此外在电气控制方面，可以是使用多台控制器分别控制多个电机，也可以使用一个控制器同时控制多个电机。

本技术方案中曳引机体积小，根据实际需要灵活设计其空间结构和布局，适用于各种安装空间和布局的电梯系统和工程卷扬机系统，尤其适用于悬挂比为1比1和2比1的垂直升降电梯系统。

本技术方案的有益效果是：

1、由于本技术方案中变速传动可有较高变比，故驱动电机转速较高，因而其功率密度高，体积小，重量轻，成本低。

2、驱动电机转速较高，因而电机的效率和功率因数都很高，加上齿轮传动和链式传动的传动效率也很高，所以，曳引机的整体效率高，节约能源。

3、所述电机不直接承载轿厢和对重的重力荷重，悬垂负载小，这就降低了机壳和轴系的机械强度的要求，降低了机壳和轴系的成本。

4、由于所述电机转速高，额定转矩小，对其制动所需的制动力也随之变小，故刹车装置体积小，重量轻，成本低。

5、由于所述电机的额定频率较高，使用较低分辨率的位置传感器(编码器)就能满足控制精度的要求，降低了位置传感器的成本。

6、本技术方案中变速传动用的大齿轮与曳引轮整合在一起，且该大齿轮还可用作盘车齿轮，所以，曳引机结构紧凑，节省了空间和材料；

7、本技术方案中变速传动用的大齿轮可以做成大半径轮盘，产生旋转力矩的切向驱动力较小，因此该齿轮可使用硬质塑料和纤维等廉价轻量的材质，不但降低成本，还能减小噪音。

8、所述曳引机可以实现多电机驱动，当载重增大时，只需增加电机的数量即可，无需使用新的电机规格。

9、所述曳引机空间结构和布局灵活，可以做扁平状，适合无机房的安装空间，因变比能够做得很大，可用于1∶1的电梯系统中，节省电梯系统中的钢丝上和导向轮的成本，尤其是在旧梯改造中非常适用，此外还可用在滚筒式结构的家用梯中。

附图说明

附图1是一级链式传动的曳引机结构示意图

附图2是一级齿轮传动的滚筒式曳引机结构示意图

附图3是一级齿轮外啮合传动曳引机的结构示意图

附图4是一级齿轮内啮合传动曳引机的结构示意图

附图5是二级齿轮传动的曳引机结构示意图

附图6是外齿啮合杠杆鼓式制动器的多电机驱动曳引机结构示意图

附图7是外齿啮合块形碟式制动器的多电机驱动曳引机结构示意图

附图8是内齿啮合块形鼓式制动器的多电机驱动曳引机结构示意图

附图9是带有杠杆鼓式制动器的曳引机电机结构的斜视图

附图10是带有杠杆鼓式制动器的曳引机电机结构的斜视图

图中的标号表示：1、电机，2、曳引轮，3、曳引滚筒，4、制动器装置，5、与曳引轮同步旋转的大齿轮，6、固定于电机轴端的小齿轮，7、电机轴伸部分，8、电机转子位置传感器，9、传动链条，10、刹车毂，11、刹车盘，12、曳引机的支撑架，13、曳引轮的轴杆，14、盘车盘，15、盘车盘上的小齿轮，16、盘车盘上的大齿轮，17、盘车盘上的盘车手柄。

具体实施方式

通过下面实施例的说明，将有助于理解本发明创造创造的技术实质和技术效果，但不能以实施例来限制本发明创造创造。

图1是一级链式传动曳引机的实施例，其特征是电机1的动力和能量是通过链条9传递到大齿轮5。图2是一级齿轮传动的滚筒式曳引机实施例，其特征是该实施例的曳引机通过曳引滚筒3自身缠绕钢丝绳来驱动轿厢，应用于无对重装置的滚筒式电梯中，所述卷绕钢丝绳的曳引滚筒3属于曳引轮2中的一种，相对于普通曳引轮2其在轴向长度更长。图3是一级齿轮外齿啮合传动的曳引机实施例，其特征是固定于曳引轮2上的大齿轮5是外圆开齿。图4是一级齿轮内齿啮合传动的曳引机实施例，其特征是固定于曳引轮2上的大齿轮5是内圆开齿。

轿厢的上下移动是通过曳引轮2曳引钢丝绳来实现，或者是通过曳引滚筒3卷绕钢丝绳来实现，本发明创造创造的一个特征是在曳引轮2或曳引滚筒3的上固定有一大齿轮5，该大齿轮5与曳引轮2或曳引滚筒3铸造或焊接为一体或通过螺栓等机械方式刚性连接。见图3，曳引轮2和大齿轮5作为一个整体有一个共同的轴杆13，并能够以该轴杆13为转轴同步旋转，所述的轴杆13固定在曳引机的支撑架12上。因安装位置、安装空间和安装方式的不同，用于支撑和固定曳引机的支撑架12的结构样式也不尽相同，图3中的简易支撑架12仅仅是本技术方案中众多支撑机构中的一种结构形式，图1、图2和图4中省去了支撑机构。

见图9和图10，电机1的转轴有一段伸出电机机壳，称之为电机的轴伸部分7，在轴伸部分7上固定有一小齿轮6，小齿轮6能够与轴伸部分7作为一个整体同步旋转。在实际运行过程中，电机1既能够以电动机状态运行，也能够以发电机状态运行。电机以电动机状态运行时，电机1能够把电能转化为动能从轴伸部分7输送出去；电机以发电机状态运行时，电机1也能够把从轴伸部分7输入的动能转化为电能。因此，轴伸部分7是电机1动力和能量输入或输出的一个机械端口。

电机以电动机状态运行时，电机的动力和能量通过轴伸部分7输出，轴伸部分7把这部分动力和能量传递到紧密固定于轴伸部分7上的小齿轮6，小齿轮6在这部分动力和能量的作用下旋转。在图1实施例中，小齿轮6通过链条9与大齿轮5相连，则来自小齿轮6这部分动力和能量通过链条9传递到大齿轮5。图2、图3、图4的实施例中，小齿轮6与大齿轮5直接齿轮啮合，来自小齿轮6的这部分动力和能量就通过齿轮传动传递到大齿轮5。由于大齿轮5与曳引轮2固定为一体的，大齿轮5把这部分动力和能量直接传递给曳引轮2或曳引滚筒3，曳引轮2通过曳引钢丝绳驱动轿厢上下移动，曳引滚筒3通过卷绕钢丝绳驱动轿厢上下移动。

电机以发电机状态运行时，轿厢或对重的势能转换为动能，在重力的作用下驱使曳引轮2或曳引滚筒3转动，曳引轮2或曳引滚筒3把这部分动力和能量直接传递大齿轮5。图1实施例中，大齿轮5通过链条9与小齿轮6相连，则大齿轮5这部分动力和能量通过链条9传递到小齿轮6。图2、图3、图4的实施例中，大齿轮5与小齿轮6直接齿轮啮合，故来自大齿轮5这部分动力和能量通过齿轮传动传递到小齿轮6。小齿轮6在这部分动力和能量的作用下旋转，固定于轴伸部分7上的小齿轮6把这部分动力和能量传递给电机，通过电机转换为电能，完成发电，同时产生制动作用的电磁转矩。

在上述电机以电动机状态或发电机状态运行中，因大齿轮5和小齿轮6的轮边旋转半径不同，使小齿轮6的转速大于大齿轮5的转速，因小齿轮6与电机1的转轴同步旋转，大齿轮5与曳引轮2或曳引滚筒3同步旋转，故电机1的转速大于曳引轮2或曳引滚筒3的转速，因此，通过大齿轮5和小齿轮6之间的齿轮啮合实现了电机的增速。

图5是二级齿轮传动的曳引机的实施例，与图1至图实施例四所不同是，图5实施例中动力传递为二级齿轮传动。盘车盘14上有小齿轮15和大齿轮16，所述连为整体的盘车盘小齿轮15、盘车盘大齿轮16与盘车手柄17一起作为齿轮传动的中间齿轮，在小齿轮6和大齿轮5之间传递动力，其中固定于轴伸部分7上的小齿轮6与盘车盘大齿轮16直接啮合，固定于曳引轮2的大齿轮5与盘车盘小齿轮15直接啮合，由于动力传递中经过了这两次齿轮啮合，属于二级齿轮传动。由图5实施例可见，盘车盘和变速齿轮被集成为一体，结构紧凑。

图6、图7和图8是本技术方案多电机驱动的实施例，其动力和能量传递的方式和过程都与图1至图4实施例相同，所不同的是图6至图8实施例中的曳引机是由三个电机1共同提供动力。图6至图8实施例中每个电机轴伸端7处都固定有小齿轮6，所有的小齿轮6都与大齿轮5相互啮合。三个电机1共同提供动力，协同运行，运行方式灵活，在电路连接方面三个电机1可以并联也可以串连；在电气控制方面三个电机1可以是同时使用三台控制器分别控制三个电机1，也可以使用一个控制器同时控制三个电机1；在位置反馈方面可以是每个电机分别安装一个位置传感器8，也可以只在一个电机上安装位置传感器8，另外两个电机1的转子位置信息通过相对于安装有位置传感器8的那个电机1的转子位置信息计算得到。

在检修和安装作业时，有时需要利用人力通过转动盘车装置使轿厢上下移动，图3的实施例中，用于盘车的装置是盘车盘14，在盘车盘14上有盘车手柄17和盘车盘小齿轮15，其中盘车手柄17为手握部件，用于施加人力，盘车盘小齿轮15与大齿轮5啮合，用于传递动力。盘车操作时，把盘车盘14固定在支撑架12上，使盘车盘小齿轮15与大齿轮5啮合，人力转动盘车手柄17，带动盘车盘小齿轮15转动，通过齿轮啮合把动力传递到大齿轮5，大齿轮5把动力传递到曳引轮2使其转动，从而提升轿厢上下移动。可见，图3实施例中的大齿轮5除了传递电机1的动力到曳引轮2外，还兼有盘车齿轮的功能，可直接用于盘车操作。该盘车盘14为可拆卸装置，不需要盘车操作时，可以把盘车盘14储藏起来。

在图5的实施例中，用于盘车的装置是盘车盘14，在盘车盘14上除了有盘车手柄17和盘车盘小齿轮15外，还有盘车盘大齿轮16，其中盘车手柄17具有支撑盘车盘大齿轮16的作用。盘车操作时，人力转动盘车手柄17，带动盘车盘小齿轮15转动，通过齿轮啮合把动力传递到大齿轮5，大齿轮5把动力传递到曳引轮2使其转动，从而提升轿厢上下移动。与图3实施例不同的是，图5实施例中的盘车盘14本身是电机1动力传递到曳引轮2过程中的传递机构，又可以直接用于盘车操作，甚至盘车手柄17也被集成在盘车盘14中，不需要额外的手柄。

图3和图5的实施例体现了本技术方案的一个特征，即在传递电机1与曳引轮2间进行动力传递的大齿轮5兼有盘车齿轮功能，可直接用于盘车操作，该项技术特征同样适用于其他实施例。

制动装置是曳引机的重要安全部件，图1、图3、图4、图5、图6和图8中的制动器为鼓式制动器，制动装置4的制动力作用与刹车毂10，图1、图3、图4、图5、图6中刹车毂10固定于电机的轴伸端7，图8中刹车毂10位于大齿轮5的轮圈，大齿轮5兼有刹车毂的作用。图2和图7中的制动器为碟式制动器，制动装置4的制动力作用与刹车盘11，刹车盘11位于大齿轮5的轮盘上，大齿轮5兼有刹车盘的作用。由这些实施例可见，无论是鼓式制动器还是碟式制动器，都能适用于本技术方案中的曳引机。

以上所述之实施例只是本发明创造创造的几种实施例，发明创造人例举这些实施例，旨在说明本技术方案的实施方式，并非以此限制本发明创造创造的实施范围，比如，曳引轮的类型、大齿轮的结构、支撑件结构、盘车装置结构、制动装置结构、电机数量、电机安装位置、电机类型、曳引机各结构件的布局等都可以与上文中例举的实施例有所不同，故凡依本发明创造创造之形状、构造及原理所作的等效变化，均应涵盖于本发明创造创造的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于垂直升降设备中的曳引机，包括提供动力的电机、悬挂或卷绕钢丝绳的曳引轮、制动装置、大齿轮、小齿轮、支撑架，其特征是所述小齿轮固定于电机轴伸端，并与电机轴同轴同步旋转；所述大齿轮与曳引轮被固定为一体，并能作为一个整体结构件同轴同步旋转，该整体结构件的轴杆被支撑在曳引机的支撑架上；通过所述大齿轮和小齿轮之间的动力传递使电机的转速大于曳引轮的转速。

2.根据权利要求1所述的曳引机，其特征是所述的大齿轮和小齿轮之间的动力传递的方式为齿轮传动或链式传动。

3.根据权利要求2所述的曳引机，其特征是所述大齿轮和小齿轮之间的动力传递包括二级变速传动，该二级变速传动是通过分别与所述大齿轮和小齿轮相啮合的另外一套中间齿轮作为中间传递环节来实现动力传递。

4.根据权利要求1所述的曳引机，其特征是所述的大齿轮能作为盘车齿轮，可用于垂直升降设备的盘车操作。

5.根据权利要求3所述的曳引机，其特征是与电机轴伸端小齿轮相啮合的另外一套中间齿轮能作为盘车齿轮，用于垂直升降设备的盘车操作。

6.根据权利要求4或5所述的曳引机，其特征是用于施加人力的盘车手柄集成在盘车齿轮中。

7.根据权利要求1所述的曳引机，其特征是制动装置的制动力作用于与电机转轴刚性连接并同步旋转的刹车盘或刹车毂上，或者，作用于与曳引轮同步旋转的大齿轮的轮盘上。

8.根据权利要求3所述的曳引机，其特征是制动装置的制动力作用于与电机轴端小齿轮相啮合的另外一套中间齿轮的轮盘上。

9.根据权利要求1所述的曳引机，其特征是驱动单个曳引机的电机数量是一个或多个。

10.根据权利要求9所述的曳引机，其特征是多个电机中至少有一个电机有位置传感器，其余电机的转子位置信息通过参考装有位置传感器的电机的位置信息进行确认。

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