CN114598098A - 一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机，克服现有技术中传统的电梯曳引机是电机加减速箱的结构,体积较为庞大的问题，包括：控制***：通过磁栅尺、编码器和变频器对永磁同步电机实现实时控制；永磁同步电机：位于行星齿轮减速机构内部，提供动力到行星齿轮减速机构，带动行星齿轮减速机构旋转；行星齿轮减速机构：位于曳引轮内部，将永磁同步电机提供的动力进行减速，并传递到曳引轮；曳引轮：接收经过行星齿轮减速机构减速后的动力，拖动钢丝绳带动电梯轿厢上下移动。增加了行星齿轮减速机构，电机的转速得以提升；将行星齿轮减速机构和电机安装在曳引轮的内部，节省空间，同时电机的外径可以减小，效率和功率密度都能得到增加。

Description

一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机

技术领域

本发明涉及电梯设备技术领域，特别涉及了一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机。

背景技术

随着“双碳”目标的提出，即二氧化碳排放力争于2030年达到峰值，努力争取2060年实现碳中和，市场上对于能源利用率的要求会进一步提高。因此，有必要通过技术改进来提升永磁同步曳引机的效率。

目前电梯上应用的永磁同步曳引机，其效率在87%左右，因为电机的转速较低，所以在电机本体的设计上很难做到效率提升，如果想要更高的效率就需要投入更多的材料成本。而高速电机则相对容易的可以获得更高的效率，以新能源汽车电机为例，转速在2000转左右时，其效率可达到97%，功率密度也更高。所以高速电机拥有高效能、高功率密度、小体积的特点。

与此同时，无机房电梯和小机房电梯日益受到客户的青睐，这就需要永磁同步无齿轮电机的尺寸越来越小，随之出现了钢带曳引机、轴向磁场曳引机等小型化的、超薄的曳引机。而高速电机也正好满足小体积的市场需求，因此高速电机的有点是显而易见的，其关键问题在于如何配置一个减速机构使高速电机能够应用到电梯领域。

早期的曳引机为电机加减速箱的结构。如中国专利局2016年1月25日公开了一种名称为一种带有报警功能的货梯曳引机的实用新型，其公开号为CN205381849U。该实用新型包括机架、电动机、减速箱、曳引轮、制动器、编码器、主控制器、速度传感器、报警器、显示器和无线通信模块，主控制器分别与速度传感器、报警器、显示器、无线通信模块相连接；本实用新型带有报警功能的货梯曳引机采用永磁同步电机作为曳引机的驱动电机，具有功率因素高、效率高的特点；该实用新型带有报警功能的货梯曳引机采用少齿差行星齿轮减速箱，该减速箱效率能达95%以上，且结构紧凑、加工方便；且该实用新型带有报警功能的货梯曳引机采用速度传感器实时采集曳引轮的运行速率，当曳引轮的运行速率超出预定范围时，控制器可通过控制报警器发出警报，提高了电梯曳引机的安全性。但体积较为庞大、成本高昂。而目前存在的永磁同步电机虽然有结构简单、免维护的优点，但是存在着稀土永磁成本居高不下，低速大转矩的低效率问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中传统的电梯曳引机是电机加减速箱的结构,体积较为庞大的问题，提供了一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机，本发明提高了电机转速,通过机械设计将电机、行星齿轮减速机构、曳引轮有机的结合在一起，充分利用了结构空间, 使永磁同步曳引机的结构更加紧凑，提高了效率和功率密度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：包括：

控制***：通过磁栅尺、旋转编码器和变频器对永磁同步电机实现实时控制；

永磁同步电机：位于行星齿轮减速机构内部，提供动力到行星齿轮减速机构，带动行星齿轮减速机构旋转；

行星齿轮减速机构：位于曳引轮内部，将永磁同步电机提供的动力进行减速，并传递到曳引轮；

曳引轮：接收经过行星齿轮减速机构减速后的动力，拖动钢丝绳带动电梯轿厢上下移动。

本发明中永磁同步电机的动力通过行星齿轮减速机构的减速传递到曳引轮，由曳引轮拖动钢丝绳带动轿厢上下移动。本发明用的是永磁同步电机，且电机安装在行星齿轮减速机构的内部，没有壳体，行星齿轮减速机构安装在曳引轮内部，充分利用了曳引轮的内部空间，使曳引机的外观看起来十分简洁，内部结构又十分紧凑。又因为增加了行星齿轮减速机构，电机的转速得以提升，在设计上电机的外径可以减小，效率和功率密度都能得到增加。电机本体的效率在92%以上，行星齿轮的传动效率接近98%，整体效率在90%以上。

作为优选，旋转编码器：安装在永磁同步电机上，向控制***反馈永磁同步电机的转速和位置。

作为优选，所述的永磁同步电机包括：

主轴：为固定的非旋转轴，主轴上设有开孔或者沟槽，用于引出定子组件的电源线和旋转编码器的电源线；

定子组件：外接变频器的电源，为转子组件提供旋转磁场；

转子组件：在定子组件的旋转磁场的作用下旋转，并带动行星齿轮减速机构旋转。

所述定子组件与外接变频器的电源连接，永磁同步电机采用外转子结构，定子组件套设在主轴上，所述转子组件套设在定子组件上，转子组件与行星齿轮减速机构连接。

作为优选，所述的行星齿轮减速机构包括行星齿轮排，所述行星齿轮排包括：

太阳轮：接收来自转子组件的旋转动力，并将旋转动力传递至行星轮；

行星轮：通过行星架与主轴连接，接收来自太阳轮的旋转动力，并将旋转动力传递至外齿圈；

外齿圈：接收来自行星轮的旋转动力，并将行星轮的旋转动力传递至曳引轮。

永磁同步电机的转子组件与行星齿轮的太阳轮采用过盈连接加定位销或平键的结构，保证外转子与太阳轮之间能够传递力矩，并且不会产生相对位移。行星齿轮的行星架固定在主轴上，保证行星齿轮可以旋转，而行星架不会旋转。所述外齿圈分别与行星轮和曳引轮连接，行星齿轮的外齿圈与曳引轮采用过盈连接加定位销的结构，结构更加紧凑，充分利用了曳引轮的内部空间，同时保证了外齿圈与曳引轮之间能够传递力矩，并且不会产生相对位移。使曳引轮充当壳体的一部分，从而取消了常规变速箱的壳体结构和常规电机的壳体结构。永磁同步电机通电后，转子组件中的转子旋转时会带动太阳轮旋转，太阳轮旋转时会带动行星轮旋转，行星轮再将动力传递至外齿圈，外齿圈带动曳引轮旋转。因此永磁同步电机的转动会通过行星齿轮减速机构的减速后传递到曳引轮。

作为优选，所述的磁栅尺：布置在电梯井道内，实时检测电梯轿厢的速度、位置信号并向控制***进行反馈。磁栅尺采用差分或单端脉冲输出信号，产品外观小巧而精致，方便小空间安装；耐受油污，液体，粉尘，振动等复杂的工作环境，适合电梯井道。同时具有高可靠性和高精度。

作为优选，还包括受力端盖，所述受力端盖安装在曳引轮两侧。本发明的设计曳引轮不带刹车盘，刹车面为受力端盖的外沿面。优点是结构更简单，利用了现有部件的端面，不需要单独设计一个刹车面。同时受力端盖安装在曳引轮两侧，与曳引轮形成一内部空间，永磁同步电机和行星齿轮减速机构都安装在这个内部空间，节省了空间，结构更加紧凑。

作为优选，还包括第一轴承：支撑曳引轮，减小曳引轮与主轴间的摩擦力。所述第一轴承套设在主轴上，位于受力端盖中间。

作为优选，还包括制动器：作用在受力端盖上，在电梯停止运行时使轿厢保持静止，位置不变。制动器能够使运行中的电梯在切断电源时自动把轿厢制停，同时在电梯停止运行时，制动器应能保证在 125% 的额定载荷情况下，使轿厢保持静止，位置不变。

作为优选，所述的旋转编码器为电磁感应的旋变式传感器。旋变式传感器价格低、与井道内布置的磁栅尺配合，可以实现高精度的电机控制和轿厢平层控制。

因此，本发明具有如下有益效果：1、增加了行星齿轮减速机构，永磁同步电机的转速得以提升；2、永磁同步电机的外径可以减小，效率和功率密度都能得到增加；3、通过机械设计将电机、行星齿轮、曳引轮有机的结合在一起，提高了电机转速，使永磁同步曳引机的结构更加紧凑；4、充分利用曳引轮的内部空间，将行星齿轮减速机构和永磁同步电机安装在其中，这样就可以做到节省空间目的，并且曳引机的轴向尺寸缩短，使其在无机房电梯的应用中更具有优势；5、使用曳引轮当做壳体的一部分，取消了永磁同步电机壳体和减速箱壳体，使二合一曳引机的机构更加的简洁紧凑；6、采用价格低的旋变传感器，配合井道内布置的磁栅尺，通过这两个速度位置传感器的信号拟合，实现了高精度的电机控制和轿厢平层控制。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2为本发明的实施示意图；

图3为本发明的另一种结构示意图；

图中：1、主轴；2、第一轴承；3、受力端盖；4、行星齿轮排；4-1、太阳轮；4-2、行星轮；4-3、外齿圈；5、曳引轮；6、转子组件；7、定子组件；8、旋转编码器；9、电源线；10、控制***；11、变频器；12、第二轴承；13、第三轴承；14、磁栅尺；15、轿厢；16、永磁同步电机；17、机壳。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本实施例为一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机，如图1所示，包括永磁同步电机16、旋转编码器8、制动器、曳引轮5以及一套行星齿轮减速机构，所述曳引轮不带刹车盘，刹车面为端盖的外沿面，结构更简单，利用了现有部件的端面，不需要单独设计一个刹车面。所述曳引轮的外侧还安装有受力端盖3，受力端盖与与曳引轮形成一内部空间，所述行星齿轮减速机构安装在这个内部空间；所述永磁同步电机安装在行星齿轮减速机构内部，节省了空间，结构更加紧凑。同时永磁同步电机没有壳体，进一步节省了空间。永磁同步电机与行星齿轮减速机构连接，行星齿轮减速机构与曳引轮连接，永磁同步电机的动力通过行星齿轮的减速传递到曳引轮，由曳引轮拖动钢丝绳带动轿厢上下移动。所述制动器作用在受力端盖上，在电梯停止运行时使轿厢保持静止，位置不变。

所述永磁同步电机包括主轴1、定子组件6和转子组件7，采用外转子结构，定子组件套设在主轴上，转子组件与定子组件之间有一段气隙。所述主轴是主要的受力部件，是一个固定的非旋转轴，主轴上设有开孔或者沟槽，用于引出旋转编码器的电源线9，定子组件的电源线也通过主轴引出，外接变频器11的电源。所述主轴上还套设有第一轴承2，第一轴承位于受力端盖和主轴之间。定子组件的电源线与外接变频器的电源连接，将电能转化为机械能，为转子组件提供旋转磁场。所述转子组件包括永磁体、转子磁轭等，转子组件利用定子组件产生的旋转磁场带动旋转，并将转矩传递到行星齿轮减速机构。

所述旋转编码器为旋变式传感器，安装在转子组件上，用于反馈转子组件的速度和位置信号。

所述行星齿轮减速机构包括行星齿轮排4，所述行星齿轮排包括行星轮4-2、太阳轮4-1以及外齿圈4-3，所述太阳轮与转子组件连接，所述太阳轮与行星轮连接，所述行星轮与外齿圈连接，所述外齿圈与曳引轮连接，且行星轮通过行星架固定在主轴上，保证行星齿轮可以旋转，而行星架不可以旋转，行星轮可以自转但不会公转。

永磁同步电机通电后，当转子组件的转子旋转时会带动行星齿轮减速机构的太阳轮旋转，编码器安装在转子上，用以反馈转子的速度和位置信号。行星轮通过齿轮架固定在主轴上，太阳轮旋转时会带动行星轮自转，并将运动传递到外齿圈。外齿圈与曳引轮连接，因此永磁同步电机的转动会通过行星齿轮减速机构的减速后传递到曳引轮。曳引轮的两侧装有受力端盖，受力端盖和主轴之间装有第一轴承。受力端盖会随着曳引轮同步旋转。受力端盖的外侧经过加工处理后作为制动摩擦面，制动器作用在受力端盖上。曳引轮上开有绳槽，可以拖动钢丝绳带着轿厢上下移动。

如图2所示，磁栅尺14安装在井道内，检测轿厢15的位置和速度，并将检测到的信息传递到控制***10，同时控制***还接收安装在永磁同步电机上的旋变式编码器传递的电机转子组件的速度和位置信号。控制***将两组信号进行对比拟合，通过变频器控制永磁同步电机旋转。

本发明的另一种结构示意图如图3所示，机壳17是本发明主要的受力部件，本发明安装可以通过将此机壳固定在导轨或者承重梁上。

永磁同步电机的定子组件包括线圈、硅钢片等，固定在机壳上，定子组件的电源线穿过机壳，接入外部的变频器，当定子组件通电后会产生旋变磁场带动转子组件旋转。转子组件包括永磁体、转子磁轭，转子组件与行星齿轮减速机构的太阳轮采用过盈连接加定位销或平键的结构，保证外转子与太阳轮之间能够传递力矩，并且不会产生相对位移，从而可以将转矩传递给行星齿轮减速机构。转子内安装有两个第二轴承13，所述第二轴承内圈安装在受力端盖上。

行星轮的行星架固定在机壳上，允许行星轮自转但不会公转，外齿圈与曳引轮刚性连接。行星齿轮的外齿圈与曳引轮采用过盈连接加定位销的结构，保证外齿圈与曳引轮之间能够传递力矩，并且不会产生相对位移。转子组件的输出转矩通过行星齿轮排传递到曳引轮上。

曳引轮上开有绳槽，可以拖动钢丝绳带动轿厢上下移动。受力端盖内安装有第三轴承14，第三轴承的内圈安装在受力端盖上。

旋转编码器安装在转子组件上，旋转编码器将转子组件的速度位置信号反馈到控制***，便于控制***对永磁同步电机的实时控制。

本发明通过机械设计将永磁同步电机、行星齿轮减速机构以及曳引轮结合在一起，将行星齿轮和永磁同步电机安装在曳引轮的内部空间，节省空间，并且曳引机的轴向尺寸缩短，使其在无机房电梯的应用中更具有优势。同时因为增加了行星齿轮减速机构，永磁同步电机的转速得以提升，在设计上永磁同步电机的外径可以减小，效率和功率密度都能得到增加。永磁同步电机本体的效率在92%以上，行星齿轮的传动效率接近98%，整体效率在90%以上。

以上所述的实施例只是本发明的两种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机，其特征在于，包括：

控制***：通过磁栅尺、旋转编码器和变频器对永磁同步电机实现实时控制；

永磁同步电机：位于行星齿轮减速机构内部，提供动力到行星齿轮减速机构，带动行星齿轮减速机构旋转；

行星齿轮减速机构：位于曳引轮内部，将永磁同步电机提供的动力进行减速，并传递到曳引轮；

曳引轮：接收经过行星齿轮减速机构减速后的动力，拖动钢丝绳带动电梯轿厢上下移动。

2.根据权利要求1所述的一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机，其特征在于，旋转编码器：安装在永磁同步电机上，向控制***反馈永磁同步电机的转速和位置。

3.根据权利要求1所述的一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机，其特征在于，所述的永磁同步电机包括：

主轴：为固定的非旋转轴，主轴上设有开孔或者沟槽，用于引出定子组件的电源线和旋转编码器的电源线；

定子组件：外接变频器的电源，为转子组件提供旋转磁场；

转子组件：在定子组件的旋转磁场的作用下旋转，并带动行星齿轮减速机构旋转。

4.根据权利要求1所述的一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机，其特征在于，所述的行星齿轮减速机构包括行星齿轮排，所述行星齿轮排包括：

太阳轮：接收来自转子组件的旋转动力，并将旋转动力传递至行星轮；

行星轮：通过行星架与主轴连接，接收来自太阳轮的旋转动力，并将旋转动力传递至外齿圈；

外齿圈：接收来自行星轮的旋转动力，并将行星轮的旋转动力传递至曳引轮。

5.根据权利要求1所述的一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机，其特征在于，

磁栅尺：布置在电梯井道内，实时检测电梯轿厢的速度、位置信号并向控制***进行反馈。

6.根据权利要求4所述的一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机，其特征在于，还包括受力端盖，所述受力端盖安装在曳引轮两侧。

7.根据权利要求1所述的一种电梯专用的二合一永磁同步曳引机，其特征在于， 还包括制动器：作用在受力端盖上，在电梯停止运行时使轿厢保持静止，位置不变。

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