ES2211130T5 - Sistema de elevacion a traccion que utiliza un cable flexible y plano, y una maquina de imanes permanentes. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de elevación (10) que tiene un cabina (12;72) dispuesta en el interior de una caja del elevador (23), incluyendo el sistema de elevación: un cable (20;82) conectado con la cabina (12;72), teniendo el cable una anchura w, un espesor t medido en la dirección de flexión y una relación de aspecto, definida como la relación entre la anchura w respecto al espesor t, mayor que uno; y una máquina (22;78) conectada con el cable (20;82) para accionar el cable mediante tracción entre el cable y la máquina, y de este modo impulsar la cabina (12;72) a lo largo de la caja del elevador (23), en el que la máquina (22;78) incluye un rotor (44;92) formado en parte mediante imanes permanentes (48;94).
Description
Sistema de elevación a tracción que utiliza un
cable flexible y plano, y una máquina de imanes permanentes.
La presente invención se refiere a los sistemas
de elevación y más concretamente a los sistemas de elevación que
usan máquinas con motores que tienen imanes permanentes.
Un sistema típico de elevación a tracción
incluye una cabina y un contrapeso dispuestos en una caja de
ascensor o elevador, una pluralidad de cables que interconectan la
cabina y el contrapeso y una máquina que tiene una polea tractora
acoplada con los cables. Los cables, y de ese modo la cabina y el
contrapeso, son accionados mediante la rotación de la polea
tractora. La máquina y su equipo electrónico asociado, junto con los
componentes periféricos del sistema de elevación, tales como un
regulador, están alojados en un cuarto de máquinas situado en la
parte superior de la caja el elevador.
Una tendencia reciente en la industria de los
sistemas de elevación es la eliminación del cuarto de máquinas y
situar los diversos componentes y equipo del sistema de elevación en
la caja del elevador. Un ejemplo es la patente JP
4-50297, la cual describe el uso de una máquina
situada entre el espacio para el desplazamiento da la cabina y una
pared de la caja del elevador. Otro ejemplo es la patente de Estados
Unidos 5.429.211, la cual describe el uso de una máquina situada en
la misma posición, pero que tiene un motor con un rotor del tipo de
disco. Esta configuración emplea la planitud de una tal máquina para
minimizar el espacio necesario para la máquina en la caja del
elevador. Esta máquina descrita usa también imanes permanentes en el
rotor al objeto de mejorar la eficiencia de la máquina. Estos tipos
de máquinas, no obstante, están limitados a aquellos casos en los
que las prestaciones y las velocidades requeridas sean relativamente
bajas.
Una solución posible a aplicar a tales máquinas
para los sistemas de elevación con mayor exigencia de carga o
sistemas de mayor velocidad, es incrementar el diámetro del rotor.
Esta solución, no obstante, no es práctica debido a las
restricciones o limitaciones de espacio de la caja del elevador.
Otra solución, descrita en la Solicitud PCT,
PCT/FI98/00056(WO98/32685) es usar una máquina con dos
motores y una polea tractora intercalada entre los dos motores.
Esta solución, no obstante, excede también las limitaciones de
espacio de la caja del elevador y requiere la existencia de un
cuarto de máquinas separado, situado en la parte superior de la caja
del elevador, para alojar la máquina.
La patente
WO-A-9943602, la cual constituye la
técnica anterior de acuerdo al artículo 54(3) EPC, describe
un sistema de elevación del tipo de elevación por correa. Otro
sistema de elevación es conocido también de la patente
EP-A-0688735.
Hannover Messe: Neue Idee von
Contitech-Hubgurte für Aufzüge''. Contitech, Páginas
14-16, 04.98 expone un sistema de correa elevadora
para ascensores en el que una pluralidad de cables de acero están
dispuestos en paralelo y rodeados con caucho para formar una correa
elevadora que tiene una relación entre dimensiones mayor de uno.
El documento
JP-A-7117957 expone un dispositivo
elevador que comprende un elevador constituido por un motor rotor
exterior dispuesto en la sección superior de una caja de ascensor.
En particular expone un sistema elevador que tiene una cabina y un
contrapeso dispuestos dentro de una caja de ascensor definida por
las paredes de la caja de ascensor, incluyendo el sistema
elevador:
un cable embragado con la cabina y al contrapeso
para suspender la cabina y el contrapeso; y una máquina dispuesta
dentro de la caja de ascensor y que incluye una polea de tracción y
un motor que tiene un rotor y un estator y que además incluye un
entrehierro entre el rotor y el estator, estando la polea de
tracción conectada directamente con el rotor para la rotación
simultánea y embragada al cable para impulsar el cable mediante
tracción entre el cable y la polea de tracción y de esta forma
impulsar la cabina por la caja de ascensor, en la que el rotor está
formado en parte de imanes permanentes.
A pesar de la técnica citada anteriormente, los
científicos y los ingenieros bajo la dirección del Solicitante
están trabajando para desarrollar los sistemas de elevación que
utilicen eficientemente el espacio disponible y cumplan los
requisitos de velocidad y de capacidad de carga en una amplia gama
de aplicaciones en los sistemas de elevación.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona un sistema de elevación como el
reivindicado en la reivindicación 1.
De este modo, un sistema de elevación de acuerdo
con un aspecto de la invención incluye una máquina que tiene un
rotor que incluye imanes permanentes y un cable plano acoplado con
la máquina.
El cable plano, como se usa aquí, está definido
para que incluya cables que tengan una relación de aspecto,
definida como la relación entre la anchura w y el espesor t, mayor
que uno. Una descripción más detallada de un ejemplo de tales
cables está incluida en la Solicitud de Patente de Estados Unidos,
Número de Serie 09/031,108, cedida en común, titulada "Miembro
tensor para un sistema de elevación", presentada el 2 de Febrero
de 1.998, publicada como patente de Estados Unidos 6.401.871.
Una ventaja de la presente invención es el
tamaño de la máquina requerida para que cumpla los requisitos de
velocidad y de capacidad de carga. La combinación de la eficiencia
mejorada de la máquina y de la reducción del valor del par
proporcionado por el cable plano, da lugar a una máquina muy
compacta que puede ser montada dentro de las restricciones de
espacio de una caja del elevador, sin afectar adversamente el
funcionamiento del sistema de elevación. Esto permite que la
máquina sea colocada en posiciones que antes eran
impracticables.
Otra ventaja es una reducción en el consumo de
energía del sistema de elevación usando la presente invención. El
cable plano da lugar a una superficie de acoplamiento, definida por
el valor de la anchura, que está optimizada para distribuir la
presión del cable. Por lo tanto, la presión máxima se minimiza
dentro del cable. Además, mediante el incremento de la relación de
aspecto con respecto a la de un cable redondo, el cual tiene una
relación de aspecto substancialmente igual a uno, el espesor del
cable puede ser reducido mientras se mantiene constante la
superficie de una sección transversal del cable. El minimizar el
espesor del cable da lugar a un diámetro menor de la polea
tractora, lo cual a su vez reduce el valor del par sobre la máquina,
disminuye el tamaño del motor y puede eliminar la necesidad de
accionamiento por engranajes. Además, el menor diámetro de la polea
da lugar a un aumento de la velocidad de giro del motor, lo cual
aumenta además la eficiencia de la máquina.
En una realización concreta, la máquina con
imanes permanentes está combinada con un cable plano que incluye
una pluralidad de miembros portadores de carga y una funda que
circunda los miembros portadores de carga y que está fabricada a
partir de poliuretano. En otra configuración, los miembros
portadores de carga son cables de acero fabricados a partir de
alambres muy delgados cuyos diámetros son de 0,25 mm o menos. El uso
de una funda fabricada a partir
de poliuretano permite que la superficie exterior del cable resulte optimizada en cuanto a resistencia a la tracción.
de poliuretano permite que la superficie exterior del cable resulte optimizada en cuanto a resistencia a la tracción.
Una ventaja de esta realización concreta es el
riesgo mínimo de daño por calor a la funda y a los miembros
portadores de carga del cable, debido al uso de una máquina que
tiene un motor con imanes permanentes. En un motor convencional de
inducción, muchas de las pérdidas por calor se producen en el rotor.
Esta pérdida de calor es llevada directamente a los cables a través
de la funda. Para los cables fabricados con materiales distintos al
acero, los cuales son más sensibles a la temperatura, la exposición
a tal fuente de calor puede conducir a la degradación del cable.
Mediante el uso de una máquina que tenga un rotor con imanes
permanentes la principal fuente de pérdidas de calor se produce, no
obstante, a través del estator y no a través del rotor. Por lo
tanto, ya que no hay un paso directo entre el estator y los cables,
éstos no están expuestos a la fuente primaria de calor y el riesgo
de degradación relacionada con el calor de los materiales del cable
es minimizado. Además, la eficiencia incrementada de la máquina con
imanes permanentes reduce todo el calor generado y por lo tanto
reduce el calentamiento de los cables.
Lo que antecede y otras características y
ventajas de la presente invención, resultarán más evidentes a la
luz de la siguiente descripción detallada de las realizaciones
ejemplares de aquella, como se muestran en los dibujos adjuntos, en
los cuales:
La Figura 1 es una vista en perspectiva de un
sistema de elevación de acuerdo con la presente invención.
La Figura 2 es una vista en perspectiva de una
realización alternativa de la presente invención.
La Figura 3 es una vista lateral seccionada de
una máquina y de los cables usados en las realizaciones de las
Figuras 1 y 2.
Ilustrado en la Figura 1 hay un sistema de
elevación 10 de acuerdo con la presente invención. El sistema de
elevación 10 incluye una cabina 12, un par de raíles de guía 14 de
la cabina, un contrapeso 16, un par de raíles de guía 18 del
contrapeso, una pluralidad de cables 20 que interconectan la cabina
12 y el contrapeso, y una máquina 22 de tracción conectada con los
cables 20. La cabina 12 y el contrapeso 16 están interconectados
para moverse al unísono y en sentidos opuestos a lo largo de la caja
del elevador 23.
La cabina 12 incluye un bastidor 24 y un par de
poleas de inversión 26 (sólo una de las cuales se muestra en la
Figura 1) dispuestas en lados opuestos de la parte inferior del
bastidor 24 de la cabina. Las poleas de inversión 26 definen unos
medios de conexión entre la cabina 12 y los cables 20 y permiten a
los cables 20 pasar bajo la cabina 12 de tal forma que la cabina 12
esté colgada por abajo.
El contrapeso 16 incluye una polea de inversión
28 dispuesta en la parte superior del contrapeso 16. Esta polea de
inversión 28 define unos medios de conexión entre el contrapeso 16 y
los cables 20. Como resultado de la disposición del cableado
mostrada en la figura 1, tanto la cabina 12 como el contrapeso 16
están unidos por cables en una disposición de valor 2:1 respecto a
la máquina 22.
La máquina 22 está situada entre la trayectoria
de desplazamiento de la cabina 12 y una pared 30 de la caja del
elevador 23. La máquina 22 se muestra con más detalle en la Figura
3. La máquina 22 incluye un motor 32 que tiene un eje 34 y una
polea tractora 36. El motor 32 incluye un bastidor 38, cojinetes 40,
un estator 42 y un rotor 44. La polea tractora 36 está dispuesta en
el extremo del eje 34 y define una superficie de acoplamiento 46
para los cables 20. El rotor 44 está dispuesto con una relación fija
respecto al eje 34 e incluye una pluralidad de imanes permanentes
48 dispuestos radialmente hacia el interior del estator 42, de tal
forma que se define un espacio radial 50 de aire o entrehierro entre
el rotor 44 y el estator 42. El uso de imanes permanentes 48
aumenta la eficiencia y minimiza el tamaño del motor 32.
Los cables 20 que interconectan la cabina 12 y
el contrapeso 16 son cables planos flexibles. Como se muestra en la
Figura 3, hay tres cables planos 20 separados acoplados con la
máquina 22. Cada cable plano 20 incluye una pluralidad de miembros
52 portadores de carga rodeados por una funda 54. La pluralidad de
miembros 52 portadores de carga soportan las cargas de tracción en
los cables 20. La funda 54 proporciona una capa de retención para
los miembros 52 portadores de carga, mientras define también una
superficie 56 de acoplamiento para el cable plano 20. La tracción
entre el cable plano 20 y la máquina 22 es el resultado de la
interacción entre la superficie 56 de acoplamiento de los cables 20
y la superficie complementaria 46 de acoplamiento de la máquina 22.
Aunque mostrado en la Figura 3 con tres cables planos 20, que tienen
cada uno de ellos cuatro miembros 52 portadores de carga, pueden
usarse diferentes números de cables planos y diferentes números de
miembros portadores de carga dentro de cada cable, tal como una
realización que tenga un único cable plano o un cable plano que
tenga un único miembro portador de carga.
Los miembros portadores de carga son fabricados
a partir de cables de acero. Al objeto de proporcionar suficiente
flexibilidad al cable, el cable es fabricado a partir de alambres de
acero o de fibras que tengan 0,25 mm de diámetro o menos.
Un material sugerido para la funda es el
poliuretano. El poliuretano proporciona la durabilidad requerida
mientras aumenta también el valor de la tracción entre el cable
plano y la máquina. Aunque se recomienda este material, pueden
usarse también otros materiales. Por ejemplo, puede usarse una funda
fabricada a partir de neopreno o de caucho.
El uso de cables 20 planos flexibles, minimiza
el tamaño de la polea tractora 36 y por esta razón minimiza el
valor del par sobre el motor 32 e incrementa la velocidad de giro
del motor 32. Mediante la combinación de estas características de
los cables planos 20 con las características de la máquina 22 de
imanes permanentes, se reduce más el tamaño del motor 32 y la
máquina 22 puede ser montada dentro del espacio disponible entre la
cabina 12 y la pared 30 de la caja del elevador. Otra ventaja es que
la mayor velocidad de giro incrementa más la eficiencia del motor
32 y puede eliminar la necesidad de una caja de engranajes.
El uso de un rotor 44 que tenga imanes
permanentes 48 también reduce la cantidad de calor perdido a través
del rotor 44 en comparación con los motores convencionales de
inducción. Como se muestra en la Figura 3, el rotor 44, la polea
tractora 36 y los cables 20 están en contacto directo. Este contacto
directo da lugar a que el calor generado en el rotor 44 sea llevado
a los cables 20. Para motores convencionales de inducción, el
rotor es el responsable, aproximadamente, de un tercio de las
pérdidas de calor. No obstante, para rotores que usan imanes
permanentes, la pérdida de calor a través del rotor es mínima y la
fuente principal de pérdida de calor en tales motores es a través
del estator. Como se muestra en la Figura 3, en realizaciones de
acuerdo con la presente invención no hay paso directo entre el
estator 42 y los cables 20. Por lo tanto, se minimizan los efectos
en los cables 20 de la pérdida de calor del motor 22. Esto es
especialmente significativo para cables que tienen una funda
fabricada a partir de materiales no metálicos, tales como el
poliuretano, que son más susceptibles a la degradación por el calor
que el acero.
El sistema de elevación 10 ilustrado en la
Figura 1 incluye una cabina 12 que está colgada por abajo. La Figura
2 ilustra otra realización. En esta realización, una cabina 57
incluye un par de poleas de inversión 58 situadas en la parte
superior de la cabina 57 de forma conocida como colgada por arriba.
En los sistemas convencionales de elevación, las disposiciones de
colgado por arriba con cables son menos deseables en algunas
aplicaciones debido a la necesidad de proporcionar espacio
adicional superior, para el sistema de elevación. En la
configuración mostrada en la Figura 2, no obstante, los efectos de
una cabina 57 colgada por arriba son minimizados como consecuencia
de que pueden ser usadas con la presente invención una máquina
pequeña y poleas pequeñas. Por lo tanto, una cabina 57 colgada por
arriba que use la invención del Solicitante requiere menos espacio
por encima de la misma y es más práctica.
En otra alternativa (no mostrada), la cabina
puede estar unida directamente por cables a la máquina de forma tal
que no se precisen poleas en la cabina. Además, aunque no esté
ilustrada, la máquina puede estar situada por encima del recorrido
de la cabina. Aunque en esta particular realización deberá
habilitarse el espacio requerido en la parte superior para la
máquina, la combinación de una máquina con imanes permanentes y los
cables planos flexibles minimizarán el valor de esta habilitación de
espacio.
Las realizaciones ilustradas en las Figuras
1-3 corresponden todas a sistemas de elevación que
tienen máquinas sin engranajes. Aunque la invención es
particularmente ventajosa porque aumenta el campo de aplicación de
las máquinas sin engranajes, debe observarse que la invención puede
ser usada también en máquinas con engranajes en aplicaciones
particulares.
Aunque la invención ha sido mostrada y descrita
respecto a realizaciones ejemplares de la misma, debe entenderse
por los expertos en la materia que pueden efectuarse a la misma
varios cambios, omisiones y adiciones, sin apartarse del objeto de
la invención tal como se define en las reivindicaciones.
Claims (7)
1. Un sistema de ascensor (10) que tiene una
cabina (12) y un contrapeso (16) dispuestos dentro de una caja de
ascensor (23); definido por las paredes del hueco de ascensor (30),
incluyendo el sistema de ascensor:
un cable (20) embragado a la cabina (12) y al
contrapeso (16) para suspender la cabina y el contrapeso, incluyendo
el cable uno o más miembros de arrastre de carga (52), en el que
los miembros de arrastre de carga (52) están formados de hilos de
acero que tienen un diámetro de 0,25 mm o menos, y un revestimiento
(54), en los que los revestimientos están formados por material no
metálico; y
una máquina (22) dispuesta dentro de la caja de
ascensor y que incluye una polea de tracción (36) y un rotor (44) y
un estator (42), en la que el rotor (44) está separado en dirección
radial hacia adentro del estator (42), y que además incluye un
entrehierro (50) entre el rotor (44) y el estator (42), estando la
polea de tracción (36) conectada directamente con el rotor (44)
para la rotación simultánea y embragada al cable (20) para impulsar
el cable mediante tracción entre el cable y la polea de tracción, y
de esta forma impulsar la cabina (12) por la caja de ascensor (23),
en la que el rotor (44) está formado en parte por imanes permanentes
(48);
en el que el cable (20) tiene una anchura w, un
espesor t medido en la dirección de flexión, y una relación de
dimensiones, definida como la relación del ancho con relación al
espesor t, mayor de uno.
2. El sistema elevador de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el revestimiento (54) está formado por
un material de poliuretano.
3. El sistema elevador de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, en el que la máquina (22, 78) no tiene
engranajes.
4. El sistema elevador de acuerdo con cualquier
reivindicación anterior, en el que la máquina (22) está dispuesta
entre el espacio de recorrido de la cabina (12) y una pared (30) de
la caja de ascensor (23).
5. El sistema elevador de acuerdo con cualquier
reivindicación anterior, en el que el cable (20) está embragado con
un par de poleas (26) dispuestas sobre la cabina (12) de forma que
el cable (20) pase por debajo de la cabina.
6. El sistema elevador de acuerdo con cualquiera
de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el cable (20) está
embragado a una polea (58) dispuesta en la parte superior de la
cabina.
7. El sistema elevador de acuerdo con cualquier
reivindicación anterior, en el que los miembros de arrastre de
carga (62) están encerrados dentro de un revestimiento (54) y en el
que el revestimiento (54) define la superficie de embrague para
embragar la polea de tracción (36).
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