[发明专利]Halbach永磁无齿轮电梯曳引机

说明书

技术领域

本发明涉及电机设计和控制技术，属于电梯拖动控制领域，尤其涉及高效率、免维护、低成本、噪声低、无齿轮减速机构的电梯曳引机。

背景技术

随着我国经济的快速发展，近几年来，中国电梯行业迅速崛起。截止到2005年底，全国生产电梯达到13.5万台，年产量达到并超过全世界电梯销量的1/3，庞大的市场潜力令世人瞩目。不过目前电梯中广泛采用的仍然是有齿轮曳引机。这类曳引机在电机和绳轮之间安装了齿轮传动机构减速，因而广泛存在着机械磨损大、寿命短、成本高、维修不便等问题。随着生活水平的提高，人们对电梯噪声、舒适性等方面有了更高的要求，电梯曳引系统的成本、寿命和动态性能等问题亟待改善。申请号为200410094540.7的专利申请提出了一种永磁同步高速无齿轮曳引机。由于其采用了普通的永磁同步电机作为执行机构，在电机体积、转矩脉动、转动惯量等方面还有待改进。

作为一种机电一体化的典型产品，大力开发新型电梯曳引机不仅可以满足人们日常生活的需要，还能带动高新机电技术的发展。

发明内容

本发明的电梯曳引机的提出主要是为了解决上述问题，从而降低电梯曳引系统的转矩波动、机械摩擦、故障率，提高系统使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提出如下的技术方案：

一种Halbach永磁无齿轮电梯曳引机，包括Halbach永磁同步电机、绳轮、电磁制动器、刹车盘、控制器，其中，刹车盘和绳轮安装在Halbach永磁同步电机的转子轴上；Halbach永磁同步电机由定子和转子组成，转子表面粘贴Halbach永磁体阵列，转子磁路自闭合，定子采用短距绕组，用于驱动绳轮，直接提供拖动轿厢所需要的转矩；绳轮，通过与钢丝绳之间的摩擦力矩牵引轿厢上下运动；刹车盘受电磁制动器的控制，用于在停电情况下让绳轮停止转动；主回路采用电压型逆变器，其中能量可以双向流动；控制器以空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)变频调速方式控制Halbach永磁同步电机，调节电机转速的大小和方向。

在上述技术方案中，控制器通过安装在Halbach永磁同步电机上的转子角位移传感器给出的转子位置信号，确定转子位置、速度、转向，并根据电流、电压传感器采样的电机电流和电压信号，发出空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)信号，调节电机的运行方向和速度。

本发明具有如下的突出的有益效果：

1.Halbach永磁同步电机具有气隙磁密大、功率密度大、体积小、气隙磁场接近正弦、转矩波动小等优点。另外Halbach永磁同步电机转子磁路自闭合，这使得转子选材空间较大，合理选材能够增大转子强度、减小转动惯量、提高动态性能。采用Halbach永磁同步电机作为执行机构，有利于提高无齿轮电梯曳引系统整体的转矩控制稳定性和系统动态特性，可以减小传动部件体积、降低系统故障率、延长使用寿命。

2.定子采用短距绕组进一步抑制气隙磁密的谐波成分，减小转矩波动，提高舒适度。

3.空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)变频调速方式具有电压利用率高、产生谐波少、开关次数少、功率管功耗小等特点。控制器通过检测增量编码器或其它安装在电机上的位置传感器给出的转子位置信号，用SVPWM来控制Halbach永磁同步电机，转矩脉动小、运行平稳、调速方便、噪声低，运用在电梯曳引机的控制上能够提高舒适度。

附图说明

图1Halbach永磁同步曳引机结构示意图。

图2Halbach永磁同步电机结构示意图。

图3电机控制系统示意图。

图4SVPWM控制原理示意图。

图5电梯起动、制动速度曲线示意图。

附图中的一些部件标号说明

1电磁制动器；2手动盘车轮的盘车手柄；3制动臂；4绳轮；5刹车盘；6电枢绕组；7铁轭；8Halbach阵列永磁体；9转子

具体实施方式

本发明的无齿轮电梯曳引机，包括Halbach永磁同步电机、绳轮4、电磁制动器1、刹车盘5、手动盘车轮及盘车手柄2、控制器、电源模块、机座等，结构如图1所示。绳轮4、刹车盘5和电机转子同轴，并被契合成一个整体。轿厢和配重通过钢丝绳跨在绳轮4两侧，曳引机通过绳轮4与钢丝绳之间的摩擦力牵引着轿厢及其配重上下运动。电磁制动器1控制着制动臂3，断电情况下制动臂3被弹簧推动紧紧地压在制动盘上，避免停电时发生意外；电磁制动器1控制线圈通电后可以克服弹簧作用力，推开制动臂3，让曳引机可以正常旋转。手动盘车轮上带有盘车手柄2，在紧急停电情况下，工程人员可以手动推开制动臂3，通过盘车手柄2转动盘车轮进而带动绳轮4旋转，让轿厢停靠到某层，救出被困乘客。