楊世耀

摘要：無齒輪永磁同步曳引電梯因簡單的結(jié)構(gòu)、低噪聲、低能耗的特點(diǎn)在業(yè)內(nèi)受到高度關(guān)注。本文通過對永磁同步無齒輪曳引機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理闡述，分析了無齒輪永磁同步曳引機(jī)與傳統(tǒng)曳引機(jī)相比的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但是作為新型的曳引機(jī)的發(fā)展方向，其以小型化和靈活性，為電梯行業(yè)的發(fā)展提供了更廣闊的空間。

關(guān)鍵詞：無齒輪永磁同步電梯曳引機(jī)；工作原理；優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)

隨著科技的進(jìn)步，永磁材料和永磁電機(jī)技術(shù)有了長足的發(fā)展，永磁電機(jī)被各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其中包括在電梯曳引機(jī)上的應(yīng)用。這些年來我國高檔電梯越來越多，這都與永磁同步調(diào)速電機(jī)和曳引機(jī)無齒輪化的有機(jī)結(jié)合分不開，永磁同步無齒輪曳引電梯因簡單的結(jié)構(gòu)、低噪聲、低能耗的特點(diǎn)在業(yè)內(nèi)受到高度關(guān)注。由于永磁同步無齒輪曳引機(jī)的小型化和靈活性，可以布置出各種曳引方式的無機(jī)房電梯，這樣不僅大大節(jié)約了電梯成本，同樣也減少了電梯對空間的占用，為電梯行業(yè)的發(fā)展提供了更廣闊的空間。

1.無齒輪永磁同步電梯曳引機(jī)的結(jié)構(gòu)

齒輪永磁同步電梯曳引機(jī)結(jié)構(gòu)主要由永磁同步電動(dòng)機(jī)、曳引輪及制動(dòng)系統(tǒng)和盤車裝置組成。曳引輪與制動(dòng)輪為同軸固定聯(lián)接，并直接安裝在電動(dòng)機(jī)的軸伸端。而曳引機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)由制動(dòng)體、制動(dòng)輪、制動(dòng)臂和制動(dòng)瓦等組成。無齒輪曳引機(jī)由于采用的是電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)曳引輪，制動(dòng)力矩很大，無法用手輪直接盤車。需通過齒輪比來減小盤車時(shí)需用的力，因此需專門設(shè)計(jì)盤車裝置。

2.無齒輪永磁同步電梯曳引機(jī)的工作原理

永磁同步無齒曳引機(jī)工作原理是電動(dòng)機(jī)動(dòng)力由軸伸端通過曳引輪輸出扭矩，再通過曳引輪和鋼絲繩的摩擦來帶動(dòng)電梯轎廂的的上、下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)電梯停止運(yùn)行時(shí)則由常閉制動(dòng)器通過制動(dòng)瓦剎住制動(dòng)輪，從而保持轎廂靜止不動(dòng)。其動(dòng)力控制其原理是通過電機(jī)上安裝的變頻裝置（編碼器）和高精度的速度傳感器，對電機(jī)運(yùn)行電流快速跟蹤、檢測、反饋和控制，控制永磁電機(jī)以同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，由于永磁電機(jī)具有線性、恒定轉(zhuǎn)矩及可調(diào)節(jié)速度的特性，使曳引輪能夠平穩(wěn)運(yùn)行。

3.無齒輪永磁同步電梯曳引機(jī)與傳統(tǒng)曳引機(jī)的比較

3.1無齒輪永磁同步電梯曳引機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

3.1.1 結(jié)構(gòu)簡化

無齒輪曳引機(jī)沒有機(jī)械減速裝置，不同于有齒輪曳引機(jī)復(fù)雜的機(jī)械減速機(jī)構(gòu)。有齒曳引機(jī)中的減速機(jī)構(gòu)如蝸輪蝸桿、行星齒輪在加工過程中都需要機(jī)械加工精度，同時(shí)為了這些齒輪的正常運(yùn)轉(zhuǎn)必須配備復(fù)雜的潤滑系統(tǒng)。而無齒曳引機(jī)直接由電機(jī)帶動(dòng)曳引輪，使曳引機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡化，不僅不需要潤滑系統(tǒng)，而且消除了潤滑油對環(huán)境的污染，同樣還消除了火災(zāi)隱患。

3.1.2 節(jié)省空間便于安裝

由于無齒輪永磁同步曳引機(jī)沒有減速機(jī)構(gòu)，這樣曳引機(jī)的體積也大大減小，而且便于安裝，可以實(shí)現(xiàn)無機(jī)房或小機(jī)房，既節(jié)省了建筑空間，又降低了制造成本。由于曳輪直接固定在電動(dòng)機(jī)的軸上，結(jié)構(gòu)緊湊體積小、重量輕，便于吊裝、運(yùn)輸，所以現(xiàn)場安裝也就容易多了

3.1.3節(jié)約高效

無齒輪永磁同步曳引機(jī)沒有減速機(jī)構(gòu)，就減少了機(jī)械減速機(jī)構(gòu)相應(yīng)的損耗。傳統(tǒng)曳引機(jī)減速機(jī)構(gòu)中，由于齒輪間的傳動(dòng)不僅效率低而且能耗高。無齒輪永磁同步曳引機(jī)轉(zhuǎn)子部分采用高性能永磁材料，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不需要?jiǎng)?lì)磁電流，功率因數(shù)可達(dá)到近似于1。采用永磁同步電動(dòng)機(jī)在低極數(shù)時(shí)可使電機(jī)效率提高15%左右，所以與傳統(tǒng)交流有齒輪曳引技術(shù)相比通?？晒?jié)約能源達(dá)30%。而且無齒輪永磁同步曳引機(jī)設(shè)計(jì)了“斷電短路”環(huán)節(jié)，利用“永磁同步電動(dòng)機(jī)，短接三相繞組時(shí)可以作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行”的特點(diǎn)，有效地避免電梯失控溜車。例如當(dāng)電梯失控（如電梯停止運(yùn)行，又恰遇抱閘故障無法制動(dòng)）發(fā)生溜車時(shí)，由于繞組短路、發(fā)電制動(dòng)，在很小的轉(zhuǎn)速下就會(huì)產(chǎn)生很大的力矩，使電梯溜車的速度變得非常緩慢，不致造成梯毀人亡的悲劇。

3.2 無齒輪永磁同步曳引機(jī)的缺點(diǎn)

3.2.1失磁或低速造成電機(jī)利用率低

由于目前技術(shù)的限制，永磁體的臨界溫度一般在80-180度，當(dāng)電機(jī)溫度超過這一臨界點(diǎn)，永磁體的磁性大大下降，而且隨著永磁體使用年限的增加，永磁體也會(huì)自然退磁，這樣會(huì)帶來電動(dòng)機(jī)性能上的一系列問題。如果曳引機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)情況下，永磁電動(dòng)機(jī)本身的允許轉(zhuǎn)速又往往高于工作機(jī)構(gòu)所需要的轉(zhuǎn)速，這樣電動(dòng)機(jī)就不能在最高轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，這也意味著電動(dòng)機(jī)不能達(dá)到其最大的功率，導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的功率利用率十分低下。

3.2.2 變頻器會(huì)造成失控

當(dāng)電梯處于低速運(yùn)行下，永磁電機(jī)的變頻器，為控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩分辨率也要相應(yīng)提高，這就給變頻器的工作帶來難度，隨之而來的就是電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能的大幅降低。由于目前永磁電機(jī)的變頻器使用的光電編碼器輸出的是離散脈沖信號，脈沖與脈沖之間總有一定的間隔，在相鄰兩個(gè)脈沖之間，編碼器無法分辨位置的變化，當(dāng)然也無法檢測速度。由此可見，隨著極數(shù)的增加編碼器分辨率也成比例地增加，才能保證控制的精度，同時(shí)，對曳引機(jī)的調(diào)試必須非常準(zhǔn)確，特別是電機(jī)和編碼器的系統(tǒng)位置，如果位置有偏差，電機(jī)起動(dòng)力矩會(huì)不夠，當(dāng)轎廂和對重的重量差距較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生飛車的現(xiàn)象，非常危險(xiǎn)。

3.2.3 制動(dòng)器控制難度大

在制動(dòng)器系統(tǒng)中，主要的難點(diǎn)仍然在電的方面，即電磁鐵的推力仍然不夠大。目前制動(dòng)器松閘多采用電磁松閘，為了緩解推力和發(fā)熱的矛盾，在制動(dòng)器打開瞬間，對線圈供給超倍電壓，在制動(dòng)器打開后，如果不及時(shí)降低電壓，由于線圈發(fā)熱量的額定值的數(shù)倍，線圈將在短時(shí)間內(nèi)燒毀，為此要通過電子線路在強(qiáng)勵(lì)磁數(shù)秒鐘內(nèi)降壓至可靠的維持電壓，要完成這一功能一般都采用半導(dǎo)體變流裝置，由此也帶來系統(tǒng)復(fù)雜化和制造成本的上升。制動(dòng)器的制造成本、噪聲和可維護(hù)性往往成為令人頭疼的問題，綜合考慮各方面的因素，如果沒有特殊的情況，傳統(tǒng)的外抱塊式制動(dòng)器仍然是首選的設(shè)計(jì)方案，這點(diǎn)已經(jīng)在國內(nèi)外曳引機(jī)的發(fā)型設(shè)計(jì)中得到有力的印證。

4.結(jié)束語

無齒輪永磁同步曳引機(jī)是新型的曳引機(jī)，其自身的特點(diǎn)，被用于高速電梯之上，但是基于永磁電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其前景是無限廣闊的。

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