ES2399413T3 - Sistema de ascensor de tracción que utiliza un cable flexible plano - Google Patents

Sistema de ascensor de tracción que utiliza un cable flexible plano Download PDF

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    • B66B11/0438—Driving gear ; Details thereof, e.g. seals actuated by rotating motor; Details, e.g. ventilation with a gearless driving, e.g. integrated sheave, drum or winch in the stator or rotor of the cage motor

Abstract

Un sistema elevador (10) que tiene una cabina (12; 72) dispuesta dentro de un hueco de ascensor (23), elsistema elevador incluye: una cuerda (20; 82) acoplada con la cabina, la cuerda incluye un miembro (52) de transporte de carga y una funda(54), en donde la funda se forma a partir de un material no metálico; y una máquina (5 78; 22) que incluye una roldanade tracción (36; 86) y un rotor (44; 92), la roldana de tracción (36; 86) está conectada directamente con el rotor (44;92) para la rotación y accionamiento concurrentes con la cuerda (20; 82) para impulsar la cuerda mediante tracciónentre la cuerda y la roldana de tracción, y de ese modo impulsar la cabina (12) a través del hueco de ascensor (23),en donde el rotor (44; 92) está formado en parte de imanes permanentes (48; 94).

Description

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DESCRIPCIÓN
Sistema de ascensor de tracción que utiliza un cable flexible plano
El presente invento se refiere a sistemas de ascensor, y más particularmente a sistemas de ascensor que utilizan máquinas con rotores que tienen imanes permanentes.
Un sistema de ascensor de tracción típico incluye una cabina y un contrapeso dispuesto en un hueco del ascensor o pozo, una pluralidad de cables que interconectan la cabina y el contrapeso, y una máquina que tiene una polea de tracción aplicada con los cables. Los cables, y por ello la cabina y el contrapeso, son accionados por rotación de la polea de tracción. La máquina, y su equipo electrónico asociado, junto con los componentes periféricos del ascensor, tales como un gobernador, están alojados en una sala o cuarto de máquinas situado por encima del hueco del ascensor.
Un tendencia reciente en la industria de ascensores es eliminar la sala de máquinas y situar los distintos equipamientos y componentes del ascensor en el hueco del ascensor. Un ejemplo es el documento JP 4-50297, que describe el uso de una máquina situada entre el espacio de desplazamiento de la cabina y una pared del hueco del ascensor. Otro ejemplo es la patente Norteamericana nº 5.429.211, que describe el uso de una máquina situada en la misma posición pero que tiene un motor con un rotor de tipo de disco. El documento EP 0 688735 también se refiere a una máquina de ascensor con un motor del tipo de disco que comprende un rotor en forma de disco. Esta configuración hace uso de la planicidad de tal máquina para minimizar el espacio necesario para la máquina en el hueco del ascensor. Esta máquina descrita también hace uso de imanes permanentes en el rotor con el fin de mejorar la eficiencia de la máquina. El documento JP 7-117957 se refiere a un dispositivo de ascensor que tiene un rotor exterior que forma una polea de accionamiento con imanes permanentes instalados en el lado del rotor exterior del motor. Estos tipos de máquinas, sin embargo, están limitados a servicios y velocidades relativamente bajos.
Una posible solución para aplicar tales máquinas a sistemas de ascensor de carga de servicio más elevada o a sistemas de velocidades más elevadas es aumentar el diámetro del rotor. Esta solución no es práctica, sin embargo, debido a las limitaciones de espacio del hueco del ascensor. Otra solución, descrita en la solicitud PCT, PCT/FI98/00056 (WO 98/32685), es utilizar una máquina con dos motores y una polea de tracción emparedada entre los dos motores. Esta solución, sin embargo, también excede las limitaciones de espacio del hueco del ascensor y requiere la previsión de una sala de máquinas separada por encima del hueco del ascensor para alojar la máquina.
No obstante la técnica anterior, científicos e ingenieros bajo la dirección de la Solicitante están trabajando para desarrollar sistemas de ascensor que utilicen eficientemente el espacio disponible y satisfagan los requisitos de carga de servicio y velocidad sobre un amplio margen de aplicaciones de ascensor.
De acuerdo con el presente invento, se ha proporcionado un sistema de ascensor que incluye una máquina que tiene un rotor que incluye imanes permanentes y un cable plano aplicado con la máquina como se ha definido en la reivindicación
1.
El cable plano, como es utilizado aquí, es definido como que incluye cables que tienen una relación de aspecto, definida como la relación de anchura w con respecto al grosor t, sustancialmente mayor que uno.
Una ventaja del presente invento es el tamaño de la máquina requerida para satisfacer los requisitos de carga de servicio y velocidad. La combinación de la eficiencia mejorada de la máquina y la reducción de par proporcionada por el cable plano da como resultado una máquina muy compacta que puede ser dispuesta dentro de las limitaciones de espacio de un hueco de ascensor sin afectar adversamente al rendimiento del sistema de ascensor. Esto permite que la máquina sea situada en posiciones que eran previamente impracticables.
Otra ventaja es una reducción en el consumo de energía del sistema de ascensor que utiliza el presente invento. El cable plano da como resultado una superficie de aplicación, definida por la dimensión en anchura, que es optimizada para distribuir la presión del cable. Por ello, la máxima presión es minimizada dentro del cable. Además, aumentando la relación de aspecto con respecto a un cable redondo, que tiene una relación de aspecto sustancialmente igual a uno, el grosor del cable puede ser reducido al tiempo que se mantiene un área en sección transversal constante del cable. Minimizar el grosor del cable da como resultado una polea de tracción de menor diámetro, que su vez reduce el par sobre la máquina, disminuye el tamaño del motor y puede eliminar la necesidad de engranajes. Además, el menor diámetro de la polea da como resultado una velocidad rotacional incrementada del motor, que aumenta adicionalmente la eficiencia de la máquina.
La máquina de imán permanente es combinada con un cable plano que incluye una pluralidad de miembros portadores de carga y una funda que rodea a los miembros portadores de carga y está formada de poliuretano. En una configuración, los miembros portadores de carga están formados a partir de un material de aramida que produce un cable de elevada resistencia mecánica, ligero con una flexibilidad mejorada, en comparación a cables de acero redondos convencionales.
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En otra configuración, los miembros portadores de carga son cables trenzados de acero formados a partir de alambres muy delgados, teniendo los alambres un diámetro de 0,25 mm o menos. El uso de una funda formada de poliuretano permite que la superficie exterior del cable sea optimizada para tracción.
Una ventaja de esta realización particular es el mínimo riesgo de daño por calor de los miembros portadores de carga del cable debido al uso de una máquina que tiene un rotor con imanes permanentes. En un motor de inducción convencional, muchas de las pérdidas por calor están en el rotor. Esta pérdida por calor es conducida directamente a los cables a través de la polea. Para cables formados a partir de materiales distintos del acero, que son más sensibles a la temperatura, la exposición a tal fuente de calor puede conducir a la degradación del cable. Utilizando una máquina que tiene un rotor con imanes permanentes, sin embargo, la fuente principal de pérdida por calor es a través del estator y no a través del rotor. Por ello, como no hay trayecto directo entre el estator y los cables, los cables no son expuestos a la fuente principal de calor y el riesgo de degradación relacionada con el calor de los materiales del cable es minimizado. Además, la eficiencia incrementada de la máquina de imán permanente reduce el calor total generado y por ello reduce además el calentamiento de los cables.
Los anteriores y otros objetos, características y ventajas del presente invento resultan más evidentes a la luz de la siguiente descripción detallada de las realizaciones ejemplares del mismo, como se ha ilustrado en los dibujos adjuntos.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La fig. 1 es una vista en perspectiva de un sistema de ascensor de acuerdo a una realización del presente invento.
La fig. 2 es una vista en perspectiva de una realización alternativa del presente invento.
La fig. 3 es una vista lateral en sección de una máquina y cables utilizados en las realizaciones de las figs. 1 y 2.
La fig. 4 es una ilustración de otra realización del presente invento.
La fig. 5 es una vista superior en sección de una máquina utilizada en la realización de la fig. 4.
MEJOR MODO DE LLEVAR A LA PRÁCTICA EL INVENTO
Ilustrado en la fig. 1 hay un sistema de ascensor 10 de acuerdo con una realización del presente invento. El sistema de ascensor 10 incluye una cabina 12, un par de carriles 14 de guiado de la cabina, un contrapeso 16, un par de carriles 18 de guiado del contrapeso, una pluralidad de cables 20 que interconectan la cabina 12 y el contrapeso, y una máquina de tracción 22 aplicada con los cables 20. La cabina 12 y el contrapeso 16 están interconectados para moverse al mismo tiempo y en sentidos opuestos dentro de un hueco de ascensor 23.
La cabina 12 incluye un bastidor 24 y un par de poleas de desviación 26 (sólo una de las cuales se ha mostrado en la fig. 1) dispuestas en lados opuestos del lado inferior del bastidor 24 de la cabina. Las poleas de desviación 26 definen un medio de aplicación entre la cabina 12 y los cables 20 y permiten que los cables 20 pasen por debajo de la cabina 12 de tal modo que la cabina 12 queda colgante.
El contrapeso 16 incluye una polea de desviación 28 dispuesta en la parte superior del contrapeso 16. Esta polea de desviación 28 define un medio de aplicación entre el contrapeso 16 y los cables 20. Como resultado de la disposición de los cables mostrada en la fig. 1, tanto la cabina 12 como el contrapeso 16 están provistos de cables en una disposición de
2:1 con relación a la máquina 22.
La máquina 22 está situada entre el trayecto de desplazamiento de la cabina 12 y una pared 30 del hueco de ascensor 23. La máquina 22 está ilustrada con más detalle en la fig. 3. La máquina 22 incluye un motor 32 que tiene un árbol 34 y una polea de tracción 36. El motor 32 incluye un bastidor 38, cojinetes 40, un estator 42 y un rotor 44. La polea de tracción 36 está dispuesta sobre la extremidad del árbol 34 y define una superficie de aplicación 46 para los cables 20. El rotor 44 está dispuesto en una relación fija al árbol 34 e incluye una pluralidad de imanes permanentes 48 dispuestos radialmente hacia adentro del estator 42 de tal modo que se define un espacio de aire radial 50 entre el rotor 44 y el estator 42. El uso de imanes permanentes 48 aumenta la eficiencia y minimiza el tamaño del motor 32.
Los cables 20 que interconectan la cabina 12 y el contrapeso 16 son cables planos flexibles. Como se ha mostrado en la fig. 3, hay tres cables planos separados 20 aplicados con la máquina 22. Cada cable plano 20 incluye una pluralidad de miembros 52 portadores de carga abarcados por una funda 54. La pluralidad de miembros 52 portadores de carga soporta las cargas de tracción en los cables 20. La funda 54 proporciona una capa de retención para los miembros 52 portadores de carga mientras define también una superficie de aplicación 56 para el cable plano 20. La tracción entre el cable plano 20 y la máquina 22 es el resultado de la interacción entre la superficie de aplicación 56 de los cables 20 y la superficie de aplicación complementaria 46 de la máquina 22. Aunque se ha mostrado en la fig. 3 como que tiene tres cables planos 20, cada uno de los cuales tiene cuatro miembros 52 portadores de carga, debe observarse que pueden
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utilizarse diferentes números de cables planos y diferentes números de miembros portadores de carga dentro de cada cable, tal como una realización que tiene un único cable plano o un cable plano que tiene un único miembro portador de carga.
Un material sugerido para los miembros portadores de carga es un material de aramida, tal como el que es vendido por DuPont bajo el nombre de KEVLAR. Tales materiales proporcionan las ventajas de tener una elevada resistencia mecánica a la tracción y ser ligeros de peso con relación a materiales convencionales, tales como el acero. Como alternativa, el miembro portador de carga puede estar formado a partir de cable trenzado de acero. Con el fin de proporcionar suficiente flexibilidad en el cable, se ha sugerido formar el cable trenzado a partir de alambres o fibras de acero que tienen diámetros de 0,025 mm o menos.
El material para la funda es poliuretano. El poliuretano proporciona la durabilidad requerida al tiempo que también mejora la tracción entre el cable plano y la máquina.
El uso de cables planos 20, flexibles minimiza el tamaño de la polea de tracción 36 y minimiza por ello el par sobre el motor 32 y aumenta la velocidad rotacional del motor 32. Combinando estas características de los cables planos 20 con las características de la máquina 22 de imán permanente, el tamaño del motor 32 es reducido adicionalmente y la máquina 22 puede ser dispuesta dentro del espacio disponible entre la cabina 12 y la pared 30 del hueco del ascensor. Otra ventaja es que las velocidades rotacionales más elevadas aumentan además la eficiencia del motor 32 y pueden eliminar la necesidad de una caja de engranajes.
El uso de un rotor 44 que tiene imanes permanentes 48 reduce también la cantidad de pérdida por calor a través del rotor 44 comparado con los motores de inducción convencionales. Como se ha mostrado en la fig. 3, el rotor 44, la polea de tracción 36 y los cables 20 están en contacto directo. Este contacto directo da como resultado que el calor generado en el rotor 44 es conducido a los cables 20. Para motores de inducción convencionales, el rotor contabiliza aproximadamente una tercera parte de la pérdida por calor. Sin embargo, para motores que utilizan imanes permanentes, la pérdida por calor a través del rotor es mínima y la fuente principal de pérdida por calor en tales motores es a través del estator. Como se ha mostrado en la fig. 3, en realizaciones de acuerdo con el presente invento no hay trayecto directo entre el estator 42 y los cables 20. Por ello, los efectos sobre los cables 20 de la pérdida por calor del motor 22 son minimizados. Esto es especialmente significativo para cables que tienen una funda formada de materiales no metálicos, tales como poliuretano, que son más susceptibles a la degradación por calor que el acero.
El sistema de ascensor 10 ilustrado en la fig. 1 incluye una cabina colgante 12. La fig. 2 ilustra otra realización. En esta realización, una cabina 57 incluye un par de poleas de desviación 58 situadas sobre la parte superior de la cabina 57 de una manera conocida como colgante. En sistemas de ascensor convencionales, las disposiciones de cableado colgantes son menos deseables en algunas aplicaciones debido a la necesidad de proporcionar un espacio por encima adicional para el sistema del ascensor. Esto es especialmente significativo si la máquina está situada en el hueco del ascensor. En la configuración mostrada en la fig. 2 sin embargo, los efectos de una cabina colgante 57 son minimizados como resultado de la pequeña máquina y de las pequeñas poleas que pueden ser utilizadas con el presente invento. Por ello, una cabina colgante 57 que utiliza el invento de la solicitante requiere menos espacio por encima y es más práctica.
En otra alternativa (no mostrada), la cabina puede estar directamente unida por cables a la máquina de tal modo que no se requiere poleas en la cabina. Además, aunque no se ha ilustrado, la máquina puede estar situada por encima del trayecto de desplazamiento de la cabina. Aunque en esta realización particular tendrá que hacerse una asignación para el espacio requerido en la parte superior para la máquina, la combinación de una máquina de imán permanente y cables planos flexibles minimizará esta asignación de espacio.
Aunque se ha ilustrado en las figs. 1-3 como un sistema de ascensor que tiene una máquina de forma cilíndrica con un espacio de aire orientado radialmente, pueden también utilizarse otros tipos de máquinas con el presente invento. Una de tales realizaciones está ilustrada en las figs. 4 y 5. En esta realización, el sistema de ascensor 70 incluye una cabina 72, un contrapeso 74, un par de carriles de guiado 76 para la cabina 72 y el contrapeso 74, una máquina 78 dispuesta entre la cabina 72 y una pared 80 del hueco del ascensor, y una pluralidad de cables 82 que interconectan la cabina 72 y el contrapeso 74.
La máquina 78 y los cables 82 están ilustrados con más detalle en la fig. 5. La máquina 78 incluye un motor 84 y una polea de tracción 86. El motor 84 incluye un bastidor 88, un estator 90 y un rotor 92. El rotor 92 es un rotor 92 del tipo de disco que produce una máquina 78 relativamente plana. Una pluralidad de imanes permanentes 94 están espaciados circunferencialmente alrededor del eje 96 de la máquina 78 y axialmente espaciados del estator 90 de tal modo que se define un espacio de aire axial 98 entre el rotor 92 y el estator 90. La polea de tracción 86 es de una pieza con el rotor 92 e incluye una superficie de aplicación 100 para la pluralidad de cables 82. La pluralidad de cables 82 son similares a los descritos con respecto a la realización de las figs. 1-3.
La realización de las figs. 4 y 5 tiene las mismas ventajas que se han descrito previamente para las realizaciones de las 4
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figs. 1-3. Además, la aplicación de cables planos 82 a la máquina 78 del tipo de disco de la fig. 5 dará como resultado la minimización del diámetro del rotor 92 y del estator 90, haciendo por ello esta configuración aplicable a un rango más amplio de aplicaciones de ascensor.
Las realizaciones ilustradas en las figs. 1-5 eran todas sistemas de ascensor que tienen máquinas sin engranajes. El
5 invento es particularmente ventajoso porque extiende el rango de utilidad de las máquinas sin engranajes. Además, aunque se ha mostrado en la fig. 3 como que tiene un rotor radialmente hacia dentro del estator, debe ser evidente para los expertos en la técnica que las posiciones relativas del rotor y del estator pueden ser conmutadas.
Aunque el invento ha sido mostrado y descrito con respecto a realizaciones ejemplares del mismo, los expertos en la técnica deben comprender que pueden hacerse en él distintos cambios, omisiones y adiciones, sin salir del espíritu y
10 marco del invento según ha sido definido por las reivindicaciones adjuntas.
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Claims (6)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de ascensor (10) que tiene una cabina (12; 72) dispuesta dentro de un hueco de ascensor (23), incluyendo el sistema de ascensor:
    una máquina (22; 78) que incluye una polea de tracción (36; 86) y un motor (32; 84) que incluye un bastidor (38, 88), un
    5 estator (42; 90) y un rotor (44; 92), estando la polea de tracción (36; 86) directamente conectada con el rotor (44; 92) para la rotación concurrente y aplicada con un cable (20; 82) que interconecta la cabina (12; 72) y un contrapeso (16; 74) para accionar el cable mediante tracción entre el cable y la polea de tracción, y accionar por ello la cabina (12; 72) a través del hueco de ascensor (23), en que el rotor (44; 92) está formado en parte de imanes permanentes (48; 94);
    caracterizado por que
    10 el cable (20; 82) es un cable plano, teniendo el cable una relación de aspecto, definida como la relación de la anchura w con respecto al grosor t, sustancialmente mayor que uno, e incluyendo un miembro (52) portador de carga y una funda (54), en que la funda está formada de poliuretano.
  2. 2. El sistema de ascensor según la reivindicación 1, en el que el cable (20; 82) incluye uno o más miembros portadores de carga (52) y en el que los miembros portadores de carga son formados a partir de un material no metálico.
    15 3. El sistema de ascensor según la reivindicación 2, en el que los miembros (52) portadores de carga están formados de material de aramida.
  3. 4. El sistema de ascensor según la reivindicación 1, en el que el cable (20; 82) incluye uno o más miembros portadores de carga y en el que los miembros (52) portadores de carga están formados de acero.
  4. 5. El sistema de ascensor según la reivindicación 4, en el que los miembros (52) portadores de carga están formados a 20 partir de alambres de acero que tienen un diámetro de 0,25 mm o menos.
  5. 6. El sistema de ascensor según cualquier reivindicación precedente, en el que el motor (32) tiene un árbol (34) y el rotor
    (44) está dispuesto en una relación fija al árbol (34), estando dispuesta una pluralidad de imanes permanentes (48) radialmente hacia dentro del estator (42) de tal modo que se define un espacio de aire radial (50) entre el rotor (44) y el estator (42).
    25 7. El sistema de ascensor según cualquier reivindicación precedente, en el que la máquina (22; 78) está dispuesta entre el espacio de desplazamiento de la cabina (12; 72) y una pared del hueco del ascensor (23).
  6. 8. El sistema de ascensor según cualquier reivindicación precedente, en el que el cable (20; 82) está aplicado con una polea (58) dispuesta sobre la parte superior de la cabina (12; 72).
    6
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