李建軍 易小紅

摘 要：電梯是高層建筑交通運(yùn)輸服務(wù)重要的機(jī)電一體化設(shè)備。近年來，隨著城市的高速發(fā)展，高層建筑迅速增多，對(duì)高性能的電梯電力拖動(dòng)系統(tǒng)提出了新的要求。目前，電梯主要采用2∶1結(jié)構(gòu)永磁同步曳引機(jī)，存在噪音大、鋼絲繩磨損快、轎廂運(yùn)行易振動(dòng)等特點(diǎn)；而1∶1結(jié)構(gòu)永磁同步曳引機(jī)，轉(zhuǎn)速是2∶1結(jié)構(gòu)永磁同步曳引機(jī)的一半，有效降低了曳引機(jī)運(yùn)行的噪音、緩解了鋼絲繩磨損的問題，提高了轎廂運(yùn)行舒適度，且后期電梯改造簡(jiǎn)單。

關(guān)鍵詞：1∶1結(jié)構(gòu)；噪音；磨損；振動(dòng)

中圖分類號(hào)：TU857 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2018）13-0102-03

Research and Application of 1∶1 Structure Permanent Magnet

Synchronous Elevator Traction Machine

LI Jianjun YI Xiaohong

（XJ Schindler Elevator Co. Ltd.，Xuchang Henan 461000）

Abstract： Elevator is an important mechatronics equipment for transportation service of high-rise buildings. In recent years， with the rapid development of cities， high-rise buildings have increased rapidly， and new requirements for high performance elevator electric drive systems have been put forward. At present， the elevator mainly adopts the 2∶1 structure permanent magnet synchronous traction machine， which is characterized by high noise， fast wear of steel wire rope and easy vibration of car. And 1∶1 the structure of permanent magnet synchronous traction machine， speed is 2∶1 half of the permanent magnet synchronous traction machine structure， effectively reduce the traction chance the noise and relieves the problem of wire rope wear， improving the comfort， the capsules and the late elevator transformation is simple.

Keywords： 1∶1 roping；noise；abrasion；vibration

曳引機(jī)作為電梯的電力拖動(dòng)設(shè)備，其結(jié)構(gòu)形式及動(dòng)力性能，直接關(guān)系著電梯的運(yùn)行效果及相關(guān)部件的磨損，更加舒適、小型、節(jié)能、可靠和精確有效的速度控制是其發(fā)展方向。隨著電機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、微計(jì)算機(jī)技術(shù)及電機(jī)控制理論的發(fā)展，使其發(fā)展方向的實(shí)現(xiàn)成為了可能。隨著科技的發(fā)展以及無齒輪曳引機(jī)技術(shù)的成熟，在2∶1結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的上，研究并推出1∶1結(jié)構(gòu)永磁同步曳引機(jī)，是今后電梯電力拖動(dòng)設(shè)備的方向。

1 主要結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方案

1∶1結(jié)構(gòu)永磁同步曳引機(jī)采用先進(jìn)永磁同步技術(shù)、兩點(diǎn)簡(jiǎn)支梁支撐、外轉(zhuǎn)子和簡(jiǎn)支梁的結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)矩傳遞和彎矩承載分布不同零件，轉(zhuǎn)子和曳引輪一體化直接傳遞轉(zhuǎn)矩。在設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)子和曳引輪一體化制造，轉(zhuǎn)子直接把轉(zhuǎn)矩傳遞給曳引輪，不需通過各種連接實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩傳遞，減少各種因連接傳遞轉(zhuǎn)矩失效的可能性。同時(shí)，一體化的轉(zhuǎn)子曳引輪固定于只承載彎矩的主軸上，主軸只承受彎矩。在系統(tǒng)載荷一定的情況下，主軸的安全系數(shù)提高，大大降低了失效的概率。轉(zhuǎn)子的內(nèi)腔貼有永磁體，在曳引機(jī)上電的情況下，永磁體切割磁場(chǎng)，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩而帶動(dòng)與其裝配在一起的主軸，在軸承的支撐上實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動(dòng)。

1∶1結(jié)構(gòu)永磁同步曳引機(jī)采用前、后兩個(gè)機(jī)座作為支撐，前、后機(jī)座采用止口和螺栓的連接方式。前、后機(jī)座各設(shè)有一個(gè)軸承室，內(nèi)裝有高精密調(diào)心滾子軸承各一套，后機(jī)座的軸承室外圈設(shè)有安裝定子的圓筒，定子通過過盈配合和法蘭連接于后機(jī)座的圓筒及端面上。兩個(gè)軸承上設(shè)有主軸，主軸上裝設(shè)有一體化設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子曳引輪，此轉(zhuǎn)子曳引輪的內(nèi)腔設(shè)有安裝永磁體的止口，永磁體通過螺釘固定于轉(zhuǎn)子內(nèi)圓弧上。需要強(qiáng)調(diào)的是，永磁體的端面和定子鐵芯的端面保持對(duì)齊，這種兩點(diǎn)簡(jiǎn)支梁支撐、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的永磁同步曳引機(jī)，轉(zhuǎn)子和曳引輪一體化直接傳遞轉(zhuǎn)矩，主軸只承受彎矩，其受力更加合理。同時(shí)，選用高承載能力的高精密調(diào)心滾子軸承，結(jié)構(gòu)振動(dòng)小，噪音低。曳引機(jī)采用[Φ]520直徑集中繞組，散熱良好，轉(zhuǎn)矩大，在工況惡劣的情況下，溫升仍然很低，這一系列的措施給電梯運(yùn)行帶來可靠性的保障。

2 1∶1結(jié)構(gòu)與2∶1結(jié)構(gòu)永磁同步曳引機(jī)對(duì)比分析

2.1 額定轉(zhuǎn)速計(jì)算

2.1.1 2∶1永磁同步曳引機(jī)的額定轉(zhuǎn)速計(jì)算。2∶1永磁同步曳引機(jī)的額定轉(zhuǎn)速和電梯的額定梯速V（m/s）、曳引系統(tǒng)的曳引比i（2∶1）、曳引輪的直徑D（m）。按照《電梯曳引機(jī)》（GB/T 24478—2009）[1]中曳引輪節(jié)圓直徑與鋼絲繩的直徑之比不應(yīng)小于40，曳引機(jī)的額定轉(zhuǎn)速計(jì)算公式為：

[ne=60ViπD] （1）

由此不難看出，在電梯的額定梯速V和曳引輪直徑一定的情況下，曳引比i的數(shù)值越大，曳引機(jī)的轉(zhuǎn)速就越高。

當(dāng)曳引比為2∶1時(shí)，電梯的梯速是4m/s，曳引輪直徑為400mm，額定轉(zhuǎn)速：

[ne=60×4.0×2÷13.14×0.4=382r/min] （2）

2.1.2 1∶1永磁同步曳引機(jī)的額定轉(zhuǎn)速計(jì)算。按照曳引機(jī)的額定轉(zhuǎn)速計(jì)算公式（1），當(dāng)曳引比為1∶1時(shí)，電梯的梯速是4m/s，曳引輪直徑為400mm，額定轉(zhuǎn)速：

[ne=60×4.0×1÷13.14×0.4=191r/min] （3）

由此可見，曳引機(jī)在1∶1的曳引系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速明顯低于2∶1的曳引系統(tǒng)。

2.2 噪音測(cè)試及振動(dòng)測(cè)試

2.2.1 2∶1永磁同步曳引機(jī)噪音測(cè)試及振動(dòng)測(cè)試。永磁同步曳引機(jī)通過調(diào)頻技術(shù)控制曳引機(jī)在額定速度以下均可運(yùn)行[2]。2∶1永磁同步曳引機(jī)在這一過程中，曳引機(jī)的空載振動(dòng)測(cè)試值見表1、曳引機(jī)的振動(dòng)值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖見圖1、曳引機(jī)的噪音值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系見圖2。

[1.6

1.4

1.2

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0][振動(dòng)值（mm/s）][167 191 210 239 286 334 382][轉(zhuǎn)速（r/min）]

圖1 2∶1永磁同步曳引機(jī)的振動(dòng)值與轉(zhuǎn)速的關(guān)系

注：實(shí)線為正常狀態(tài)振動(dòng)，虛線為共振狀態(tài)振動(dòng)。