ТЯГОВЫЙ ПРИВОД ДЛЯ ЛИФТА Российский патент 2011 года по МПК B66B1/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к тяговому приводу для лифта со шкивом, который приводит в действие средство передачи лифта, и синхронному двигателю с постоянным магнитом, соединенным с указанным шкивом.

Уровень техники

Хорошо известно использование синхронных двигателей с роторами с постоянным магнитом в тяговом приводе для лифта. В таких двигателях статор (или якорь) содержит одну или больше обмоток, предназначенных для генерирования вращающегося магнитного поля вокруг оси двигателя. Это магнитное поле взаимодействует с магнитным полем, образуемым одним или больше постоянными магнитами, установленными на роторе, который установлен внутри полости статора, в результате чего ротор вращается.

В US 6,822,359 В2 раскрыт ротор для синхронного двигателя, в котором постоянные магниты расположены на поверхности внешней окружности ротора. Однако эти постоянные магниты должны иметь высокую магнитную индукцию, для генерирования требуемого крутящего момента, для подъема кабины лифта. Такие постоянные магниты с высокой магнитной индукцией, изготовленные, например, из спеченных материалов на основе редкоземельных элементов, являются дорогостоящими, в результате чего увеличиваются общая стоимость тягового привода. Кроме того, если магнитная индукция таких внешних постоянных магнитов слишком мала, эти магниты не могут противостоять перегрузкам по току в обмотках статора, без потери своих магнитных характеристик.

Известно, например, из US 5,697,848 или US 2005/0168089 А1, размещение постоянных магнитов внутри самого ротора. В результате этого, материал ротора, расположенный рядом с постоянными магнитами, увеличивает магнитный поток в радиальном направлении, что позволяет использовать магниты с меньшей магнитной индукцией, что дополнительно позволяет противодействовать перегрузкам по току, без потери их магнитных характеристик.

Однако для генерирования достаточного крутящего момента с использованием таких магнитов с малой магнитной индукцией, такие постоянные магниты должны иметь больший объем. Поскольку постоянные магниты вставлены в сердечник ротора снаружи диаметра ротора, эти магниты должны быть небольшими в направлении, перпендикулярном срединной плоскости (окружности). Таким образом, для реализации необходимого объема эти магниты одновременно должны быть большими в радиальном направлении, в результате чего получается большой диаметр ротора и увеличивается общий размер тягового привода. Это является недостатком, в частности, в лифтах с малыми машинными помещениями или в лифтах, в которых отсутствует такое помещение.

В результате, при установке указанных постоянных магнитов внутри сердечника ротора, который собран на валу для передачи крутящего момента, обычно возникают трудности при сборке, и, таким образом, ограничивается магнитный поток таких интегрированных постоянных магнитов и увеличивается диаметр ротора из-за разделенного сердечника ротора.

Сущность изобретения

В связи с этим, задача настоящего изобретения состоит в создании тягового привода для лифта с достаточно малыми размерами, но который, вместе с тем, не требует использования дорогостоящих постоянных магнитов с высокой магнитной индукцией.

Эта задача решается с использованием тягового привода по пп.1 или 2 формулы изобретения, соответственно.

Тяговый привод для лифта в соответствии с настоящим изобретением содержит шкив привода, используемый как средство передачи лифта с двумя или больше канатами или ремнями, и синхронный двигатель. Такой синхронный двигатель имеет статор с одной или больше обмотками, предназначенный для генерирования вращающегося магнитного поля вокруг оси двигателя, и ротор, содержащий, по меньшей мере, один постоянный магнит, причем ротор соединен со шкивом для передачи крутящего момента и приложения, таким образом, тягового усилия к средству передачи.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, по меньшей мере, один постоянный магнит выполнен более длинным в направлении оси двигателя, чем сердечник статора. В результате этого магнитный поток В постоянного магнита концентрируется в осевом направлении в направлении сердечника статора, увеличивая, таким образом, магнитный поток, предпочтительно используемый для генерирования крутящего момента.

Предположим, только с целью пояснения, что постоянный магнит выполнен в виде бруска, который продолжается, по существу, вдоль направления оси двигателя, при этом ось северного полюса магнита ориентирована перпендикулярно оси двигателя. Затем линии магнитного поля такого постоянного магнита, в основном, продолжаются в плоскостях, перпендикулярных оси двигателя. Однако на осевых торцах такого постоянного магнита в форме бруска, линии магнитного поля расходятся в полусфере. В результате этого, магнитный поток на этих осевых торцах уменьшается.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, благодаря увеличению длины постоянного магнита за пределы сердечника статора, то есть, в результате размещения этих осевых торцов с их уменьшенным магнитным потоком за пределами сердечника статора, внутренний магнитный поток между постоянным магнитом и сердечником статора, по существу, представлен однородными линиями магнитного поля, перпендикулярными оси двигателя. В результате, благодаря выбору большей длины постоянного магнита, чем длина сердечника статора, магнитный поток концентрируется в осевом направлении.

Этот эффект дополнительно усиливается под действием другого эффекта: поскольку магнитное поле от постоянных магнитов пересекает воздушный зазор в направлении сердечника статора, линии магнитного поля дополнительно концентрируются в радиальном направлении от осевых торцов постоянного магнита.

Благодаря такому концентрированному магнитному потоку, можно использовать постоянные магниты с малой магнитной индукцией, что предпочтительно позволяет уменьшить общую стоимость тягового привода. Одновременно, благодаря концентрированному магнитному потоку, может генерироваться достаточный крутящий момент двигателя. В результате, также можно использовать постоянные магниты с меньшим размером в радиальном направлении, что позволяет уменьшить диаметр ротора и при этом генерировать достаточный крутящий момент двигателя.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения ротор состоит из множества отдельных постоянных магнитов и отдельных магнитных секторов, установленных с чередованием в плоскости, перпендикулярной оси двигателя. В результате, получается очень компактный ротор с малыми размерами, поскольку постоянные магниты формируют часть ротора, и при этом не требуется использовать отдельный сердечник ротора. Вместо этого сердечник ротора формирует, собственно, вал. Такой тяговый привод особенно пригоден для использования в системах лифтов, в которых не предусмотрено отдельное машинное помещение.

В тяговом приводе в соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения постоянные магниты, которые могут быть больших размеров в направлении окружности и, таким образом, имеют большой объем, в результате чего получается усиленный магнитный поток, могут быть легко интегрированы в ротор, компенсируя, таким образом, их низкую магнитную индукцию. В отличие от обычных синхронных двигателей с внутренними постоянными магнитами, во втором аспекте настоящего изобретения постоянные магниты не вставляют снаружи, но собирают вместе с отдельными магнитными секторами для построения ротора. Это позволяет устанавливать постоянные магниты с большими размерами по внешней окружности. В результате, можно реализовать достаточный магнитный поток, который определяется произведением меньшей плотности магнитного потока и большего объема постоянных магнитов, при одновременном поддержании малым диаметра ротора.

Кроме того, этот эффект усиливается другим эффектом: магнитные сектора концентрируют магнитный поток соседних постоянных магнитов в радиальном направлении, что дополнительно увеличивает эффективный магнитный поток, генерирующий крутящий момент двигателя. С этой целью магнитные сектора, предпочтительно, изготовлены из ферромагнитного материала, проницаемость которого существенно больше единицы (µ_r>>1), такого как, например, сталь или тому подобное, или из парамагнитного материала, проницаемость которого равна или больше единицы (µ_r>1), такого как, например, сплав алюминия или тому подобное.

В предпочтительном варианте выполнения, оба аспекта настоящего изобретения накладываются друг на друга. Таким образом, благодаря построению ротора с одним или больше постоянными магнитами, которые выполнены более длинными в направлении оси двигателя, чем сердечник статора, в результате чего магнитный поток концентрируется в осевом направлении, и с отдельными магнитными секторами, расположенными рядом с этими постоянными магнитами, магнитный поток дополнительно концентрируется в радиальном направлении, перпендикулярном оси двигателя, при этом можно использовать постоянные магниты с меньшей магнитной индукцией. Поэтому достаточно большие значения крутящего момента двигателя могут быть сгенерированы с использованием менее дорогостоящих и более надежных магнитов. Кроме того, магнитные сектора увеличивают способность постоянных магнитов противостоять перегрузкам по току в обмотках статора. Кроме того, может быть реализован ротор с малым диаметром, что уменьшает общий размер тягового привода. Кроме того, такие роторы могут быть изготовлены с меньшими затратами, и при этом обеспечивается возможность интегрировать постоянные магниты с большими размерами внешней окружности.

В результате этого, постоянные магниты с малой магнитной индукцией (которые являются дешевыми) и малыми размерами в радиальном направлении (уменьшение диаметра ротора) позволяют генерировать достаточный магнитный поток, благодаря концентрации радиального и осевого потоков и, предпочтительно, с большим размером внешней окружности постоянных магнитов.

В частности, постоянные магниты могут быть изготовлены из феррита или редкоземельных элементов, связанных полимерами.

В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения магнитные сектора изготовлены из ферромагнитных или парамагнитных листов, постоянно соединенных друг с другом. Эти листы могут быть скреплены друг с другом с использованием соответствующей технологии, в частности, с помощью сварки, пайки, спекания, формования или с использованием клея. В качестве альтернативы, такие листы могут быть зафиксированы друг на друге с использованием средства держателя, такого как бандаж, винты или тому подобное. Таким образом, могут быть изготовлены магнитные сектора с малым весом и произвольной конструкции. В частности, магнитные сектора могут иметь форму секторов круга, в результате чего формируется, по существу, цилиндрический ротор при сборке их друг с другом.

Постоянные магниты и магнитные сектора могут быть закреплены друг с другом, с возможностью их демонтажа, с помощью средства держателя. В предпочтительном варианте выполнения такие средства держателя изготовлены из немагнитного материала. Средства держателя могут содержать ленты, намотанные вокруг магнитных секторов и постоянных магнитов и/или торцевые осевые пластины, на которых закреплены магнитные сектора и/или постоянные магниты, установленные, например, с помощью винтов или упругих выемок. В результате этого, одиночные магнитные сектора или постоянные магниты можно легко заменять, что улучшает возможность технического обслуживания. В качестве альтернативы, постоянные магниты и магнитные сектора могут быть соединены друг с другом постоянно, в частности, с использованием сварки, пайки, спекания, формования или с помощью клея. Когда постоянные магниты и магнитные сектора собраны вместе с возможностью демонтажа или постоянно, также возможно изготавливать роторы с использованием модульного принципа. Например, если требуется использовать более легкий и дешевый ротор с меньшим магнитным потоком, один или больше постоянных магнитов могут быть заменены немагнитными вставками.

При этом ротор может быть изготовлен быстро, просто и с малыми затратами, только путем сборки магнитных секторов и постоянных магнитов и соединения их вместе. В предпочтительном варианте выполнения магнитные сектора при сборке формируют полости, в которые устанавливают постоянные магниты, которые в результате надежно фиксируются внутри ротора.

В предпочтительном варианте выполнения ротор и шкив соединены друг с другом с помощью упругого средства. Таким образом, не требуется использовать отдельный вал для передачи крутящего момента двигателя на вал. Кроме того, могут подавляться вибрации, индуцируемые двигателем или шкивом. Также может быть компенсировано несовмещение между осью ротора и осью шкива. Кроме того, могут поглощаться вариации крутящего момента двигателя, и может исключаться их непосредственная передача на кабину лифта. И, наоборот, вариации нагрузки на шкив не воздействуют непосредственно на синхронный двигатель, предпочтительно, предохраняя его от перегрузки.

Краткое описание чертежей

Другие цели, свойства и преимущества будут понятны из формулы изобретения и предпочтительных вариантов выполнения со ссылками на чертежи, на которых:

фиг.1 - вид в разрезе вдоль оси двигателя тягового привода в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения;

фиг.2 - вид в разрезе ротора тягового привода на фиг.1 в плоскости, перпендикулярной оси двигателя; и

фиг.3 - вид в перспективе магнитного сектора ротора на фиг.2.

Подробное описание изобретения

Как показано на фиг.1, тяговый привод в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения содержит шкив 5, предназначенный для передачи тягового усилия на средство передачи лифта (не показано). Тяговый привод может быть установлен внутри самой шахты лифта или в отдельном машинном помещении (также не показано).

Ротор 3 соединен со шкивом 5 с помощью упругого средства 4. Указанное средство может быть изготовлено из любого упругого материала, позволяющего передавать крутящий момент двигателя. В частности, упругое средство может быть изготовлено из пластмассы или полимерного материала, который, предпочтительно, может содержать волокна (например, углеродные или стеклянные волокна) для армирования матричного материала. В другом варианте выполнения металлической пластине может быть придана соответствующая форма для обеспечения требуемой упругой характеристики.

Вокруг ротора 3 установлен статор 1, внутри которого расположен ротор вдоль его оси. Статор состоит из стальных листов, выполненных с канавками для установки одной или множества обмоток, содержащих множество витков (не показаны). Предпочтительно, в тяговом приводе, в соответствии с одним вариантом выполнения настоящего изобретения, можно использовать обычный статор.

Структуру ротора можно лучше всего видеть на фиг.2, на которой представлен вид в разрезе, перпендикулярно оси двигателя. Как показано на фиг.2, пример ротора 3 состоит из восьми магнитных секторов 6 и восьми постоянных магнитов 7, расположенных с чередованием рядом друг с другом в направлении внешней окружности. Здесь буквами "N" и "S" обозначены северный и южный полюса, соответственно, на отдельных постоянных магнитах 7, которые ориентированы так, что соответствующие полюса располагаются рядом друг с другом.

Как можно видеть на фиг.3, каждый магнитный сектор 6 имеет, по существу, форму в разрезе в виде сектора окружности с сужающейся оконечностью в направлении внутрь по радиусу, в результате чего все магнитные элементы 6, собранные вместе, в общем, формируют цилиндр с центральной осью, совмещенный с осью двигателя. Радиально внутренние и внешние оконечности каждого магнитного сектора 6 продолжаются в направлении внешней окружности, формируя, таким образом, полости между соседними магнитными секторами, в которых устанавливают постоянные магниты 7, по существу, выполненные в форме брусков.

Магнитные сектора 6 закреплены с помощью средства 8 держателя, которое выполнено в форме стакана, с помощью винтов на обоих осевых торцах. Эти средства 8 держателя установлены через подшипники 9 на корпусе двигателя (не показан). Таким образом, ротор 3 в сборе состоит из магнитных секторов 6 и постоянных магнитов 7, без использования отдельного вала двигателя, в результате чего уменьшается диаметр ротора при одновременном использовании постоянных магнитов 7 с таким объемом, что при использовании магнитов с малой магнитной индукцией может генерироваться достаточный крутящий момент двигателя. Кроме того, производство всего ротора является дешевым и простым, и требуется всего лишь соединить магнитные сектора 6 и постоянные магнита 7 друг с другом, например, с помощью пластин 8 держателя, как показано в данном варианте выполнения. В другом варианте выполнения (не показан) магнитные сектора 6 и постоянные магниты 7 зафиксированы друг на друге с помощью сварки магнитных секторов 6 вместе на их внешних выступах, продолжающихся вдоль окружности.

Магнитные сектора в данном варианте выполнения изготовлены как одна деталь из ферромагнитного материала, такого как сталь. Таким образом, они могут концентрировать магнитный поток 10 в радиальном направлении, как обозначено на фиг.2. Поэтому, несмотря на малый диаметр ротора, может генерироваться достаточный крутящий момент двигателя в тяговом приводе. Аналогичный, но меньший эффект достигается при использовании магнитных секторов, изготовленных из парамагнитного материала.

В альтернативном варианте выполнения (не показан) магнитные сектора изготовлены из отдельных листов, закрепленных друг на друге, например, с помощью сварки. При этом могут быть сформированы магнитные сектора с малым весом, что уменьшает общий вес тягового привода.

Как показано на фиг.1, длина постоянных магнитов в направлении оси двигателя больше, чем длина статора 1 в осевом направлении, то есть, ротор продолжается за пределы статора. В результате этого, магнитный поток 11 концентрируется в осевом направлении, как обозначено на фиг.1.

При такой концентрации магнитного потока 11 в осевом направлении и магнитного потока 10 в радиальном направлении с использованием соответствующих размеров постоянных магнитов и соседних магнитных секторов 6, постоянные магниты 7 могут быть изготовлены из дешевого материала с малой магнитной индукцией, такого как феррит, и при этом они обеспечивают возможность генерировать большой крутящий момент двигателя и обладают устойчивостью к перегрузкам по току.

Один предпочтительный вариант выполнения настоящего изобретения может быть вкратце описан следующим образом: тяговый привод для лифта содержит шкив 5, предназначенный для привода в действие средства передачи лифта, и синхронный двигатель, причем указанный синхронный двигатель содержит статор 1, по меньшей мере, с одной обмоткой для генерирования вращающегося магнитного поля вокруг оси двигателя, и ротор 3 содержит, по меньшей мере, один постоянный магнит 7, причем ротор соединен со шкивом для передачи крутящего момента. В соответствии с настоящим изобретением, постоянный магнит 7 выполнен более длинным в направлении оси двигателя, чем обмотка статора, и/или ротор состоит из множества отдельных постоянных магнитов 7 и отдельных магнитных секторов 6, установленных с чередованием в направлении внешней окружности, перпендикулярном оси двигателя, для концентрации магнитного потока в осевом и/или радиальном направлении.

Тяговый привод для лифта содержит шкив, предназначенный для привода в действие средства передачи лифта, и синхронный двигатель, причем синхронный двигатель содержит статор, по меньшей мере, с одной обмоткой, для генерирования магнитного поля, вращающегося вокруг оси двигателя, и ротор, содержащий, по меньшей мере, один постоянный магнит, причем ротор соединен со шкивом для передачи крутящего момента. Указанный постоянный магнит выполнен более длинным в направлении оси двигателя, чем сердечник статора. Ротор состоит из множества отдельных постоянных магнитов и отдельных магнитных секторов, установленных с чередованием в направлении внешней окружности, перпендикулярно оси двигателя для концентрации магнитного потока в осевом и/или радиальном направлении. 2 н. и 8 з. ф-лы, 3 ил.

1. Тяговый привод для лифта, содержащий шкив, предназначенный для привода в действие средства передачи лифта, и синхронный двигатель, причем синхронный двигатель содержит статор, по меньшей мере, с одной обмоткой, предназначенный для генерирования вращающегося магнитного поля вокруг оси двигателя, и ротор, содержащий, по меньшей мере, один постоянный магнит, причем ротор соединен со шкивом для передачи крутящего момента, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один постоянный магнит выполнен более длинным в направлении оси двигателя, чем сердечник статора.

2. Тяговый привод для лифта, содержащий шкив, предназначенный для привода в действие средства передачи лифта, и синхронный двигатель, причем синхронный двигатель содержит статор, по меньшей мере, с одной обмоткой, предназначенный для генерирования вращающегося магнитного поля вокруг оси двигателя, и ротор, содержащий множество постоянных магнитов и магнитных секторов, причем ротор соединен со шкивом для передачи крутящего момента, отличающийся тем, что ротор состоит из множества отдельных постоянных магнитов и отдельных магнитных секторов, установленных с чередованием в направлении внешней окружности, перпендикулярно оси двигателя.

3. Тяговый привод по п.2, в котором постоянные магниты и магнитные сектора соединены с возможностью демонтажа друг с другом, с использованием средства держателя, в частности, из немагнитного материала.

4. Тяговый привод по п.2, в котором постоянные магниты и магнитные сектора соединены друг с другом постоянно, в частности, с использованием сварки, пайки, спекания, формования и/или с помощью клея.

5. Тяговый привод по п.2, в котором постоянный магнит имеет малую магнитную индукцию.

6. Тяговый привод по п.5, в котором постоянный магнит изготовлен из феррита, редкоземельного элемента, связанного полимерами, или из редкоземельного элемента.

7. Тяговый привод по одному из пп.2-6, в котором магнитные сектора изготовлены как одна деталь из ферромагнитного или парамагнитного материала.

8. Тяговый привод по одному из пп.2-6, в котором магнитные сектора изготовлены из ферромагнитных или парамагнитных листов, соединенных друг с другом с помощью средства держателя, с возможностью их отсоединения.

9. Тяговый привод по одному из пп.2-6, в котором магнитные сектора изготовлены из ферромагнитных или парамагнитных листов, соединенных друг с другом постоянно, в частности, с использованием сварки, пайки, спекания, формования и/или с помощью клея.

10. Тяговый привод по одному из пп.1-6, в котором ротор и шкив соединены друг с другом с помощью упругого средства.