[發(fā)明專利]Halbach永磁無齒輪電梯曳引機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710057327.2
• 申請(qǐng)日: 2007-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN101049882A
• 公開（公告）日: 2007-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏長亮;陳煒;史婷娜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): B66B11/04
• 分類號(hào): B66B11/04;H02P6/08;H02P6/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所
• 代理人: 江鎮(zhèn)華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電機(jī)設(shè)計(jì)和控制技術(shù)，屬于電梯拖動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及高效率、免維護(hù)、低成本、噪聲低、無齒輪減速機(jī)構(gòu)的電梯曳引機(jī)。

背景技術(shù)

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近幾年來，中國電梯行業(yè)迅速崛起。截止到2005年底，全國生產(chǎn)電梯達(dá)到13.5萬臺(tái)，年產(chǎn)量達(dá)到并超過全世界電梯銷量的1/3，龐大的市場潛力令世人矚目。不過目前電梯中廣泛采用的仍然是有齒輪曳引機(jī)。這類曳引機(jī)在電機(jī)和繩輪之間安裝了齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減速，因而廣泛存在著機(jī)械磨損大、壽命短、成本高、維修不便等問題。隨著生活水平的提高，人們對(duì)電梯噪聲、舒適性等方面有了更高的要求，電梯曳引系統(tǒng)的成本、壽命和動(dòng)態(tài)性能等問題亟待改善。申請(qǐng)?zhí)枮?00410094540.7的專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N永磁同步高速無齒輪曳引機(jī)。由于其采用了普通的永磁同步電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在電機(jī)體積、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等方面還有待改進(jìn)。

作為一種機(jī)電一體化的典型產(chǎn)品，大力開發(fā)新型電梯曳引機(jī)不僅可以滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枰€能帶動(dòng)高新機(jī)電技術(shù)的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的電梯曳引機(jī)的提出主要是為了解決上述問題，從而降低電梯曳引系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、機(jī)械摩擦、故障率，提高系統(tǒng)使用壽命。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出如下的技術(shù)方案：

一種Halbach永磁無齒輪電梯曳引機(jī)，包括Halbach永磁同步電機(jī)、繩輪、電磁制動(dòng)器、剎車盤、控制器，其中，剎車盤和繩輪安裝在Halbach永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子軸上；Halbach永磁同步電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子組成，轉(zhuǎn)子表面粘貼Halbach永磁體陣列，轉(zhuǎn)子磁路自閉合，定子采用短距繞組，用于驅(qū)動(dòng)繩輪，直接提供拖動(dòng)轎廂所需要的轉(zhuǎn)矩；繩輪，通過與鋼絲繩之間的摩擦力矩牽引轎廂上下運(yùn)動(dòng)；剎車盤受電磁制動(dòng)器的控制，用于在停電情況下讓繩輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)；主回路采用電壓型逆變器，其中能量可以雙向流動(dòng)；控制器以空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)變頻調(diào)速方式控制Halbach永磁同步電機(jī)，調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小和方向。

在上述技術(shù)方案中，控制器通過安裝在Halbach永磁同步電機(jī)上的轉(zhuǎn)子角位移傳感器給出的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，確定轉(zhuǎn)子位置、速度、轉(zhuǎn)向，并根據(jù)電流、電壓傳感器采樣的電機(jī)電流和電壓信號(hào)，發(fā)出空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)信號(hào)，調(diào)節(jié)電機(jī)的運(yùn)行方向和速度。

本發(fā)明具有如下的突出的有益效果：

1.Halbach永磁同步電機(jī)具有氣隙磁密大、功率密度大、體積小、氣隙磁場接近正弦、轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)。另外Halbach永磁同步電機(jī)轉(zhuǎn)子磁路自閉合，這使得轉(zhuǎn)子選材空間較大，合理選材能夠增大轉(zhuǎn)子強(qiáng)度、減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、提高動(dòng)態(tài)性能。采用Halbach永磁同步電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，有利于提高無齒輪電梯曳引系統(tǒng)整體的轉(zhuǎn)矩控制穩(wěn)定性和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性，可以減小傳動(dòng)部件體積、降低系統(tǒng)故障率、延長使用壽命。

2.定子采用短距繞組進(jìn)一步抑制氣隙磁密的諧波成分，減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，提高舒適度。

3.空間電壓矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)變頻調(diào)速方式具有電壓利用率高、產(chǎn)生諧波少、開關(guān)次數(shù)少、功率管功耗小等特點(diǎn)。控制器通過檢測增量編碼器或其它安裝在電機(jī)上的位置傳感器給出的轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，用SVPWM來控制Halbach永磁同步電機(jī)，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小、運(yùn)行平穩(wěn)、調(diào)速方便、噪聲低，運(yùn)用在電梯曳引機(jī)的控制上能夠提高舒適度。

附圖說明

圖1Halbach永磁同步曳引機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2Halbach永磁同步電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3電機(jī)控制系統(tǒng)示意圖。

圖4SVPWM控制原理示意圖。

圖5電梯起動(dòng)、制動(dòng)速度曲線示意圖。

附圖中的一些部件標(biāo)號(hào)說明

1電磁制動(dòng)器；2手動(dòng)盤車輪的盤車手柄；3制動(dòng)臂；4繩輪；5剎車盤；6電樞繞組；7鐵軛；8Halbach陣列永磁體；9轉(zhuǎn)子

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的無齒輪電梯曳引機(jī)，包括Halbach永磁同步電機(jī)、繩輪4、電磁制動(dòng)器1、剎車盤5、手動(dòng)盤車輪及盤車手柄2、控制器、電源模塊、機(jī)座等，結(jié)構(gòu)如圖1所示。繩輪4、剎車盤5和電機(jī)轉(zhuǎn)子同軸，并被契合成一個(gè)整體。轎廂和配重通過鋼絲繩跨在繩輪4兩側(cè)，曳引機(jī)通過繩輪4與鋼絲繩之間的摩擦力牽引著轎廂及其配重上下運(yùn)動(dòng)。電磁制動(dòng)器1控制著制動(dòng)臂3，斷電情況下制動(dòng)臂3被彈簧推動(dòng)緊緊地壓在制動(dòng)盤上，避免停電時(shí)發(fā)生意外；電磁制動(dòng)器1控制線圈通電后可以克服彈簧作用力，推開制動(dòng)臂3，讓曳引機(jī)可以正常旋轉(zhuǎn)。手動(dòng)盤車輪上帶有盤車手柄2，在緊急停電情況下，工程人員可以手動(dòng)推開制動(dòng)臂3，通過盤車手柄2轉(zhuǎn)動(dòng)盤車輪進(jìn)而帶動(dòng)繩輪4旋轉(zhuǎn)，讓轎廂停靠到某層，救出被困乘客。