淺析無齒輪永磁同步電梯曳引機

楊世耀

摘要：無齒輪永磁同步曳引電梯因簡單的結構、低噪聲、低能耗的特點在業內受到高度關注。本文通過對永磁同步無齒輪曳引機的結構和工作原理闡述，分析了無齒輪永磁同步曳引機與傳統曳引機相比的優點和缺點，但是作為新型的曳引機的發展方向，其以小型化和靈活性，為電梯行業的發展提供了更廣闊的空間。

關鍵詞：無齒輪永磁同步電梯曳引機；工作原理；優點；缺點

隨著科技的進步，永磁材料和永磁電機技術有了長足的發展，永磁電機被各領域廣泛應用，其中包括在電梯曳引機上的應用。這些年來我國高檔電梯越來越多，這都與永磁同步調速電機和曳引機無齒輪化的有機結合分不開，永磁同步無齒輪曳引電梯因簡單的結構、低噪聲、低能耗的特點在業內受到高度關注。由于永磁同步無齒輪曳引機的小型化和靈活性，可以布置出各種曳引方式的無機房電梯，這樣不僅大大節約了電梯成本，同樣也減少了電梯對空間的占用，為電梯行業的發展提供了更廣闊的空間。

1.無齒輪永磁同步電梯曳引機的結構

齒輪永磁同步電梯曳引機結構主要由永磁同步電動機、曳引輪及制動系統和盤車裝置組成。曳引輪與制動輪為同軸固定聯接，并直接安裝在電動機的軸伸端。而曳引機的制動系統由制動體、制動輪、制動臂和制動瓦等組成。無齒輪曳引機由于采用的是電機直接驅動曳引輪，制動力矩很大，無法用手輪直接盤車。需通過齒輪比來減小盤車時需用的力，因此需專門設計盤車裝置。

2.無齒輪永磁同步電梯曳引機的工作原理

永磁同步無齒曳引機工作原理是電動機動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電梯轎廂的的上、下運動。當電梯停止運行時則由常閉制動器通過制動瓦剎住制動輪，從而保持轎廂靜止不動。其動力控制其原理是通過電機上安裝的變頻裝置（編碼器）和高精度的速度傳感器，對電機運行電流快速跟蹤、檢測、反饋和控制，控制永磁電機以同步轉速進行轉動，由于永磁電機具有線性、恒定轉矩及可調節速度的特性，使曳引輪能夠平穩運行。

3.無齒輪永磁同步電梯曳引機與傳統曳引機的比較

3.1無齒輪永磁同步電梯曳引機的優點

3.1.1 結構簡化

無齒輪曳引機沒有機械減速裝置，不同于有齒輪曳引機復雜的機械減速機構。有齒曳引機中的減速機構如蝸輪蝸桿、行星齒輪在加工過程中都需要機械加工精度，同時為了這些齒輪的正常運轉必須配備復雜的潤滑系統。而無齒曳引機直接由電機帶動曳引輪，使曳引機的機械結構大大簡化，不僅不需要潤滑系統，而且消除了潤滑油對環境的污染，同樣還消除了火災隱患。

3.1.2 節省空間便于安裝

由于無齒輪永磁同步曳引機沒有減速機構，這樣曳引機的體積也大大減小，而且便于安裝，可以實現無機房或小機房，既節省了建筑空間，又降低了制造成本。由于曳輪直接固定在電動機的軸上，結構緊湊體積小、重量輕，便于吊裝、運輸，所以現場安裝也就容易多了

3.1.3節約高效

無齒輪永磁同步曳引機沒有減速機構，就減少了機械減速機構相應的損耗。傳統曳引機減速機構中，由于齒輪間的傳動不僅效率低而且能耗高。無齒輪永磁同步曳引機轉子部分采用高性能永磁材料，電動機運行不需要勵磁電流，功率因數可達到近似于1。采用永磁同步電動機在低極數時可使電機效率提高15%左右，所以與傳統交流有齒輪曳引技術相比通常可節約能源達30%。而且無齒輪永磁同步曳引機設計了“斷電短路”環節，利用“永磁同步電動機，短接三相繞組時可以作為發電機運行”的特點，有效地避免電梯失控溜車。例如當電梯失控（如電梯停止運行，又恰遇抱閘故障無法制動）發生溜車時，由于繞組短路、發電制動，在很小的轉速下就會產生很大的力矩，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的缺點

3.2.1失磁或低速造成電機利用率低

由于目前技術的限制，永磁體的臨界溫度一般在80-180度，當電機溫度超過這一臨界點，永磁體的磁性大大下降，而且隨著永磁體使用年限的增加，永磁體也會自然退磁，這樣會帶來電動機性能上的一系列問題。如果曳引機低速運轉情況下，永磁電動機本身的允許轉速又往往高于工作機構所需要的轉速，這樣電動機就不能在最高轉速下運行，這也意味著電動機不能達到其最大的功率，導致電動機的功率利用率十分低下。

3.2.2 變頻器會造成失控

當電梯處于低速運行下，永磁電機的變頻器，為控制電機轉矩分辨率也要相應提高，這就給變頻器的工作帶來難度，隨之而來的就是電動機運行性能的大幅降低。由于目前永磁電機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，在相鄰兩個脈沖之間，編碼器無法分辨位置的變化，當然也無法檢測速度。由此可見，隨著極數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，對曳引機的調試必須非常準確，特別是電機和編碼器的系統位置，如果位置有偏差，電機起動力矩會不夠，當轎廂和對重的重量差距較大時，會產生飛車的現象，非常危險。

3.2.3 制動器控制難度大

在制動器系統中，主要的難點仍然在電的方面，即電磁鐵的推力仍然不夠大。目前制動器松閘多采用電磁松閘，為了緩解推力和發熱的矛盾，在制動器打開瞬間，對線圈供給超倍電壓，在制動器打開后，如果不及時降低電壓，由于線圈發熱量的額定值的數倍，線圈將在短時間內燒毀，為此要通過電子線路在強勵磁數秒鐘內降壓至可靠的維持電壓，要完成這一功能一般都采用半導體變流裝置，由此也帶來系統復雜化和制造成本的上升。制動器的制造成本、噪聲和可維護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，傳統的外抱塊式制動器仍然是首選的設計方案，這點已經在國內外曳引機的發型設計中得到有力的印證。

4.結束語

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

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