1 引言

伴隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，我國的城市化、工業(yè)化進程快速推進，市場對電梯的需求逐年穩(wěn)步增加。

高企的能源價格和明顯的全球氣候變暖趨勢使得人們節(jié)能環(huán)保意識逐步強化，世界各國都在不斷強化其節(jié)能環(huán)保類產(chǎn)業(yè)政策和法規(guī)。目前，通過技術(shù)創(chuàng)新來降低電梯產(chǎn)品能耗從而使其更加符合節(jié)能環(huán)保要求已經(jīng)成為各電梯生產(chǎn)企業(yè)提高產(chǎn)品競爭力、提升企業(yè)形象的重要手段，電梯的節(jié)能環(huán)保特性已經(jīng)逐步成為衡量電梯產(chǎn)品性能和技術(shù)水準(zhǔn)的一項重要指標(biāo)。

無機房電梯相對于有機房電梯而言，具備一定的優(yōu)勢。無機房電梯不需要建造普通意義上的機房，既能節(jié)省建筑空間，又節(jié)約了機房的建造費用，還提高了井道上層空間的利用率。從設(shè)計的角度來講，減少了對建筑設(shè)計造成的限制。無機房電梯因為采用永磁同步無齒輪曳引機，傳動效率高，采用變頻驅(qū)動技術(shù)，更加節(jié)能環(huán)保，可以減少對環(huán)境的污染，符合綠色電梯發(fā)展的趨勢。無機房電梯因其取消了機房而帶來的益處逐漸被認識，特別是在機場、車站、文藝、展覽場館等對建筑高度和風(fēng)格造型有特殊要求的建筑，去掉機房對于降低建筑總高度、保持整體造型、節(jié)省建筑成本有重要意義，這使其市場需求迅速增長。

圖1 節(jié)省空間的無機房電梯

為了滿足國內(nèi)外市場對節(jié)能環(huán)保型無機房電梯的需求，上海三菱電梯有限公司研發(fā)了LEHY-MRL微機網(wǎng)絡(luò)控制交流變壓變頻調(diào)速無機房乘客電梯，是新一代節(jié)能環(huán)保型無機房電梯新產(chǎn)品。該產(chǎn)品井道布置新穎簡潔、獨具匠心，應(yīng)用了電氣驅(qū)動控制技術(shù)，具有節(jié)能、環(huán)保，運行平穩(wěn)、舒適性好、可靠性和安全性高、建筑空間利用率高等優(yōu)點。通過應(yīng)用自有專利的無機房化布置、平衡救援裝置等技術(shù)，LEHY-MRL無機房電梯解決了無機房電梯的平衡救援、維保便利性等難題,通過綜合應(yīng)用VVVF、PM曳引機、能量回饋技術(shù)和DC-DC電源等節(jié)能技術(shù)使產(chǎn)品能耗水平大為降低，其技術(shù)水平和性能指標(biāo)達到國際同類產(chǎn)品的水平。

2 無機房電梯開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)

由于無機房電梯無需設(shè)置機房，不但可以節(jié)約建筑成本，美化建筑外觀，而且無機房電梯更加節(jié)能環(huán)保，但是開發(fā)無機房電梯不是簡單的將電梯的機房去掉，而是要應(yīng)用一些新技術(shù)、新部件，使電梯的性能、安全性進一步提高，更加節(jié)省能源，更加環(huán)保，必須解決機房布置、緊急救援、轎頂維修空間等方面的難題。同時電梯取消機房后，為了滿足無機房井道布置的特殊需要，必須開發(fā)一系列特殊電梯部件。新開發(fā)無機房電梯，要解決的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 合理進行無機房化布置

開發(fā)無機房電梯最重要的是解決電梯的無機房化布置難題，土建布置不但可以節(jié)省空間，而且可以保證電梯的安全性。LEHY-MRL無機房電梯通過適當(dāng)方式將轎廂、對重、驅(qū)動主機、控制屏、限速器等關(guān)鍵部件巧妙布置來實現(xiàn)電梯機房的去除，同時又有效控制了井道橫截面積和井道高度，從而達到簡化建筑設(shè)計、美化建筑造型、節(jié)約建筑成本的目的，同時又能保證安裝、維修保養(yǎng)的便利性和電梯運行的舒適性、安全性。

2.2 開發(fā)適用于無機房電梯的永磁同步無齒輪曳引機

作為電梯的核心部件，永磁同步無齒輪曳引機以其高效節(jié)能、環(huán)保、運行噪聲低、維護簡單、節(jié)約建筑空間等優(yōu)點，受到廣大電梯用戶的青睞。曳引機的品質(zhì)已逐步成為電梯產(chǎn)品的核心競爭力。無機房電梯因為曳引機放置在井道內(nèi)，其驅(qū)動主機必須結(jié)構(gòu)緊湊以方便無機房化布置。而長條形永磁同步無齒輪曳引機因為尺寸較小、結(jié)構(gòu)緊湊更加適合于無機房電梯。但是因為結(jié)構(gòu)緊湊，相比較一般的曳引機開發(fā)，無論是在結(jié)構(gòu)還是工藝方面都有很大的難度。

2.3 開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單且安全可靠的轎廂固定裝置，保證調(diào)試、檢修的安全性、便利性

對于有機房電梯，電梯的曳引機、控制屏等很多部件都放置在專用機房內(nèi)，調(diào)試、檢修等工作比較安全、方便，無機房電梯因為曳引機、控制屏等部件位于井道之中，當(dāng)對無機房電梯的曳引機和控制屏進行調(diào)試、檢修時，由于操作人員是站在井道內(nèi)的轎頂上而非機房地面，給操作帶來了一定的風(fēng)險。因此，消除由于轎廂意外移動而發(fā)生危險，需要解決操作的便利性和保證操作人員的安全兩方面問題。必須開發(fā)安全可靠的轎廂固定裝置，保證調(diào)試、檢修等工作的順利進行。

2.4 解決平衡救援技術(shù)，保障乘客安全

電梯的安全性和可靠性日益成為電梯用戶關(guān)注的問題，當(dāng)電梯出現(xiàn)緊急情況時應(yīng)使乘客得到及時解救，最大限度的保障乘客的安全。平衡救援技術(shù)是無機房電梯開發(fā)中遇到的比較棘手的難題，也成為電梯的關(guān)鍵核心技術(shù)。

對于平衡救援技術(shù)很多無機房電梯生產(chǎn)廠商采用蓄電池應(yīng)急供電的緊急電動運行方式，該方式需要額外增加供電的蓄電池，存在蓄電池?zé)o電、電解液泄漏等問題。另外一種常用方式是在轎廂頂部或者補償鏈上增加救援重塊，通過破壞轎廂的平衡狀態(tài)來移動轎廂。由于救援重塊的重量大，將救援重塊放置在電梯轎廂的頂部，存在比較大的風(fēng)險。另外，救援重塊平時放置在升降通道的底坑，將占據(jù)底坑比較大的空間，從而使得底坑的安全空間可能受到影響。因此一種優(yōu)秀的平衡救援技術(shù)必須具有重量輕、操作容易、安全可靠、占用空間小等一系列特點。

2.5 開發(fā)低能耗、高可靠性、體積小的電源系統(tǒng)

傳統(tǒng)電梯電源系統(tǒng)中的變壓器，不僅體積龐大，占用較大的空間，而且制造變壓器需要大量銅等非黑色金屬，造成極大的資源需求。同時變壓器又會產(chǎn)生匝間短路或因負載過大燒毀等嚴重后果，可靠性較差。電源系統(tǒng)一般放置在電梯控制屏中，電源體積龐大必然帶來控制屏體積的增大，這就給無機房布置帶來了更大的困難。無機房電梯使用的電源系統(tǒng)應(yīng)該具有低能耗、高可靠性、體積小的特點，以降低整個電梯的能耗，提高電梯的可靠性，方便電梯的無機房化布置。LEHY-MRL無機房電梯應(yīng)用DC-DC電源技術(shù)，成功的解決了這一難題。

2.6 開發(fā)電梯曳引機再生狀態(tài)下產(chǎn)生的再生能量回饋技術(shù)

電梯在運行過程中，根據(jù)電梯運行狀態(tài)的不同，曳引機有時工作在電動狀態(tài)下，有時又會工作在發(fā)電狀態(tài)下，并且會在不同的工作狀態(tài)之間進行頻繁切換，并且發(fā)電狀態(tài)下的曳引機會產(chǎn)生再生能量。這些再生能量必須得到妥善處理，否則這些再生能量在經(jīng)過一定的累積后會引起電梯驅(qū)動系統(tǒng)主回路的直流電壓不斷升高從而會導(dǎo)致系統(tǒng)因出現(xiàn)過高壓故障而無法正常運行。在以前的電梯中能量以發(fā)熱的方式消耗在電阻上，浪費較大。LEHY-MRL無機房電梯通過應(yīng)用基于PWM可逆整流的能量回饋技術(shù)解決了這一技術(shù)難題。

3 LEHY-MRL無機房電梯的技術(shù)特色

作為新一代高效節(jié)能環(huán)保型的無機房電梯，LEHY-MRL系列微機網(wǎng)絡(luò)控制交流變壓變頻調(diào)速無機房乘客電梯應(yīng)用了當(dāng)前國際電梯行業(yè)的先進技術(shù)，不但確保其安全性、舒適型，而且與傳統(tǒng)電梯相比，大大降低了能源消耗。LEHY-MRL無機房電梯應(yīng)用了以下技術(shù)方法：

3.1 基于多項自有專利技術(shù)的電梯無機房化布置

① 長條形結(jié)構(gòu)的曳引機，其較小的徑向尺寸設(shè)計使其能較好地適應(yīng)轎廂與升降通道側(cè)壁的空間，因此電梯裝置的升降通道水平橫截面積得到最優(yōu)化的利用；

② 利用曳引機布置在對重裝置的上方實現(xiàn)電梯裝置升降通道水平橫截面積的最小化；

③ 通過曳引機部分轎廂在升降方向所需運行空間實現(xiàn)轎廂頂部安全空間的充分利用；

④ 利用曳引機與轎廂頂部維修空間在升降方向的投影不重疊實現(xiàn)轎廂頂部維修空間的最大化；

⑤ 平行轎底輪結(jié)構(gòu)的采用，可大大減少轎底厚度，從而實現(xiàn)升降通道底坑尺寸的最小化，且轎底輪結(jié)構(gòu)可減小轎廂內(nèi)噪聲；

⑥ 可根據(jù)用戶的電梯井道形式，采用自立式或非自立式結(jié)構(gòu)，比現(xiàn)有的無機房電梯產(chǎn)品的適應(yīng)性更強。

圖2 無機房電梯的布置

3.2 長條形永磁同步無齒輪曳引機

長條形永磁同步無齒輪曳引機采用永磁材料，無需勵磁電流，無減速裝置，不存在齒輪的磨損，能耗低，傳動效率高，完全消除了傳統(tǒng)有齒輪曳引機的噪聲和振動問題，無需潤滑油，免維護，壽命長，安全可靠，減少了能源消耗，更加環(huán)保。

該曳引機結(jié)構(gòu)緊湊，有效地利用了井道空間，降低了頂層高度，方便安裝、維護。

該曳引機具有低噪聲、低振動的特性，與不斷改進的微機網(wǎng)絡(luò)控制矢量化變頻調(diào)速方式相結(jié)合，使電梯的運行更平穩(wěn)、更安靜，帶來更舒適的乘坐體驗。與高效率的驅(qū)動技術(shù)相結(jié)合，效率提高，能耗減少，并且避免了傳統(tǒng)曳引機潤滑油可能造成的污染問題，在美化環(huán)境的同時使電梯的運行更加經(jīng)濟環(huán)保。

圖3 無齒輪曳引輪

3.3 結(jié)構(gòu)簡單且安全可靠的轎廂固定裝置

無機房電梯因為曳引機等部件布置在井道內(nèi)，檢修和維護都不如有機房電梯方便，而且存在一定的風(fēng)險。LEHY-MRL無機房電梯采用了一種結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠的轎廂固定裝置，該轎廂固定裝置能夠通過機械方式將轎廂固定在導(dǎo)軌上，以避免由于轎廂意外移動而產(chǎn)生的危險，操作人員可以方便的對曳引機、控制屏等井道部件進行檢修、維護等工作。同時通過合理的結(jié)構(gòu)布置帶來轎廂頂部維修空間的最大化，消除了維修和保養(yǎng)的工作盲區(qū)，使轎廂頂部的維修和保養(yǎng)工作安全、可靠、便利。

圖4 轎廂固定裝置

3.4 機械杠桿式緊急救援裝置

目前基于救援重塊的平衡救援裝置，存在重量大、救援繁瑣、占用空間大、成本高等缺點，LEHY-MRL無機房電梯采用的是基于自有專利技術(shù)的機械杠桿式救援裝置，解決了電梯平衡負載時的緊急救援這一難題，與現(xiàn)有救援裝置相比，該救援裝置具有重量輕、操作容易、安全可靠、成本低、占用空間小等一系列優(yōu)點。

3.5 DC-DC電源系統(tǒng)

DC-DC電源技術(shù)，是近年來在工業(yè)界中比較受關(guān)注的一項新技術(shù)。由于DC-DC電源利用DC-DC變換技術(shù)取消了傳統(tǒng)電梯電源系統(tǒng)中體積龐大的變壓器，不但可以節(jié)省大量用于制造變壓器的銅等非黑色金屬，而且還可以有效減小對空間的要求。此外，DC-DC電源的技術(shù)特點直接決定了它具有強大的過電流、負載短路等保護功能，可完全避免原有變壓器方式導(dǎo)致的匝間短路或因過負載引起的變壓器燒毀等嚴重后果，具有非常高的可靠性。DC-DC電源的低能耗、小體積、安全可靠等特點，使其非常適用于電梯的電源系統(tǒng)中，從而替代傳統(tǒng)電梯電源系統(tǒng)中所采用的三相交流變壓器。LEHY-MRL無機房電梯通過應(yīng)用DC-DC電源技術(shù)，不僅降低了其整機能耗，縮小了控制屏體積，從而極大地方便了其無機房化布置，而且還可節(jié)省大量銅等非黑色金屬材料。

3.6 基于PWM可逆整流的能量回饋技術(shù)

圖5 主回路結(jié)構(gòu)

LEHY-MRL系列微機網(wǎng)絡(luò)控制交流變壓變頻調(diào)速無機房乘客電梯應(yīng)用了基于PWM整流器的能量回饋技術(shù)，其主回路結(jié)構(gòu)如圖5所示，它由PWM整流器與PWM逆變器兩部分構(gòu)成，它們通過中間的直流電容相連接。當(dāng)曳引機工作在電動狀態(tài)時，PWM整流器是起整流作用，負責(zé)將電網(wǎng)交流電進行整流，得到電容兩端的直流電；當(dāng)曳引機處于發(fā)電狀態(tài)時，PWM整流器起回饋作用，將積聚在直流電容上的再生能量轉(zhuǎn)化為交流電，回饋給電網(wǎng)。

由于PWM整流器能夠在電梯的曳引機工作在電動狀態(tài)時為其提供電能，在其工作在發(fā)電狀態(tài)時，將其產(chǎn)生的再生能量回饋給電網(wǎng)，既解決了再生能量的處理問題，又節(jié)約了能源，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)較大的單位功率因數(shù)，輸入電流波形好、諧波少。

LEHY-MRL無機房電梯還采用微機網(wǎng)絡(luò)化分布式結(jié)構(gòu)，利用CAN總線技術(shù)實現(xiàn)各個部分之間的可靠通信，以全數(shù)字化VVVF矢量控制技術(shù)實現(xiàn)曳引機速度調(diào)節(jié)，以基于專家系統(tǒng)、模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及遺傳算法等多種人工智能技術(shù)的群控系統(tǒng)等一系列先進技術(shù)。