论文部分内容阅读
摘要：随着无齿曳引驱动技术的推广应用，无齿曳引机已经成为电梯曳引驱动的中坚力量，虽然存在一些小问题，随着相关零部件技术的不断更新完善，具有良好的应用空间。本文结合笔者多年实际工作经验，通过对电梯无齿曳引机应用中存在相关问题展开叙述与分析，仅供同行参考借鉴。
关键词：电梯；无齿曳引机；钢丝绳；永磁体；噪声
一、引言
使用无齿曳引机可以减小电梯机房，甚至可以做到无机房，既节省了建筑空间，又降低了制造成本。在寸土寸金、追求时尚的繁华大都市，这一点更显得尤为突出。不仅如此，无齿曳引机不需要复杂的润滑系统，彻底解决了漏油的麻烦，实现了免维护，更有利于环保。
无齿曳引机采用直接驱动方式，传动效率较有齿曳引机提高20%-30%，而且无需提供定子励磁电流，转子无电流、无损耗，这些总计可以节能35%以上。目前应用最为广泛的是外转子结构无齿曳引机，如图1所示。在近几年的应用中出现一些问题，本文主要就这些问题进行了探讨。
图1外转子结构无齿曳引机
二、钢丝绳的使用寿命
无齿曳引机的应用对于电梯驱动主机小型化、低能耗等起到积极作用，但是也给钢丝绳及曳引轮提出了一些新的要求，需要在设计、安装、使用、维保等多方面引起足够的重视，正确认识钢丝绳的特性、钢丝绳的承受能力以及钢丝绳和曳引轮的匹配关系。
以前电梯采用的大多是1：1绕绳方式（如图2a所示），钢丝绳直径12mm、13mm；现在大多是2：1绕绳（如图2b所示），钢丝绳直径8mm、10mm。钢丝绳变细，对钢丝绳的均匀性、绳芯质量、油脂品质、钢丝绳结构设计以及捻制质量等提出了更高要求。以前1：1的绕绳，绳速是1.75m/s；如果是2：1设计，绳速变成3.5m/s，现在电梯使用5年，至少钢丝绳相当于过去使用了10年以上，如果钢丝绳厂家按原来的设计提供钢丝绳肯定不能满足目前的使用要求。因此设计中必须充分考虑到对钢丝绳寿命的影响因素，在钢丝绳选择上有所区分。
图2 不同绕绳方式示意图
采用2：1绕绳方式，钢丝绳绕过轮子的数量增多，降低了钢丝绳寿命。如果导向轮与曳引轮之间的距离过小，或者导向轮的直径较小，或者钢丝绳经过的转角过多，或者绳轮间偏角过大，或者过大的包角，或者曳引轮过大的下切口角，或者过小的V型槽等都会影响钢丝绳的使用寿命。
不正确的钢丝绳切割、包装、放绳、安装、维护方式也是造成钢丝绳寿命急剧缩短的几大因素。采用2：1绕绳，需要对钢丝绳放绳方式做彻底改进，才能保证钢丝绳放绳、安装中不扭曲，不产生内应力，否则钢丝绳存在内应力、扭曲部位会加速磨损，很快出现断丝、断股。通过把钢丝绳缠绕到工字轮上，架起，用引绳按绕绳顺序牵引的安装方式，可以避免钢丝绳扭曲，保证安装质量。
对于2：1绕绳方式，及时调整钢丝绳张力，保证各钢丝绳受力均匀尤为重要。张力差过大，会急剧加大受力过大的一根或几根钢丝绳的损坏。可以采用专用的钢丝绳张力检测装置，增加检测频次等方法，提高钢丝绳的使用寿命。
三、永磁体失磁
永磁体在高温环境下，受定子电流的影响，有可能导致失磁。因为在高温情况下退磁曲线不能保证为直线，尤其是在无齿曳引机中，在起动或带速下闸情况下，电流瞬间增大，有可能造成永磁体不可逆退磁，即永磁体失磁。
在设计时要选择合适的永磁体，一般遵循以下几点：一是保证电机气隙中有足够大的气隙磁场和要求的电机性能指标。二是在规定的使用条件下能保证永磁体磁性能的稳定性。三是有良好的机械性能，方便加工和装配。四是经济性好，价格适宜。
为了保证无齿曳引机运行过程中性能稳定，不发生明显的不可逆退磁，在使用前可进行老化处理。其方法是将充磁后的永磁体升温至预计最高工作温度并保温一定时间，以预先消除不可逆损失。需要明确，经过老化处理后，不能再对永磁体充磁；如果有必要再次充磁，则需重新进行老化处理。
目前应用的无齿曳引机大多采用自然冷却的散热方式，散热效果不理想，选择合适的冷却方式比如强迫风冷等方式，能够从根本上解决这一问题。
四、制动器发热与噪声
由于采用无齿曳引直驱技术，取消了传统的蜗轮蜗杆减速箱，制动力矩比较大，相应制动器电磁线圈和制动臂比传统曳引机偏大，发热和噪声问题尤为突出。
制动器的工作特点是：启动时，动铁芯与定铁芯之间的气隙磁阻较大，一旦动铁芯吸附后，气隙变为零，气隙磁阻趋近于零，此时制动器保持吸合状态所需的能量非常小。因此，在动铁芯被吸附后，线圈仍用启动电压供电，必然导致电磁线圈发热过高，尤其是对使用频率较高的电梯而言。目前大多生产厂商采用在电气控制系统中设置50%降压维持电路的方法，通过设置降压电阻或采用全波整流启动/半波整流维持的形式，依靠接触器切换来实现。接触器在上闸或电压切换过程中，由于触点承受的电流大，所以极易拉弧，导致触点粘连，长期使用存在不能上闸的事故隐患，使用寿命缩短。对于推力较大的制动器，启动功率更大，接触器拉弧现象会更为严重，不推荐采用上述方法。
制动器噪声主要是机械噪声。大多采用加橡胶减震垫的方式来降噪。减震垫一般放在电磁铁内部动铁芯和定铁芯之间，或是放在电磁铁的两侧外端部。前者的缺点在于电磁铁内部温度高，减振胶垫易老化失效，长时间使用噪声会越来越大。后者因为放置在制动器外部，便于维护，而且该部位温度较低，减震垫老化相对慢，使用寿命得以延长，应用效果较好。
五、结语
随着无齿曳引驱动技术的推广应用，无齿曳引机已经成为电梯曳引驱动的中坚力量，虽然存在一些小问题，随着相关零部件技术的不断更新完善，具有良好的应用空间。
参考文献：
[1]唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京：機械工业出版社，1997
[2]李秧耕等.电梯基本原理及安装维修全书[M].北京：机械工业出版社，2001
[3]GB7588-2003.电梯制造与安装安全规范[S]
作者简介：
黄平瑜，男，1985年9月生，2009年大学本科毕业，目前在日立电梯（中国）有限公司—产品开发部从事垂直电梯设计工作。
关键词：电梯；无齿曳引机；钢丝绳；永磁体；噪声
一、引言
使用无齿曳引机可以减小电梯机房，甚至可以做到无机房，既节省了建筑空间，又降低了制造成本。在寸土寸金、追求时尚的繁华大都市，这一点更显得尤为突出。不仅如此，无齿曳引机不需要复杂的润滑系统，彻底解决了漏油的麻烦，实现了免维护，更有利于环保。
无齿曳引机采用直接驱动方式，传动效率较有齿曳引机提高20%-30%，而且无需提供定子励磁电流，转子无电流、无损耗，这些总计可以节能35%以上。目前应用最为广泛的是外转子结构无齿曳引机，如图1所示。在近几年的应用中出现一些问题，本文主要就这些问题进行了探讨。
图1外转子结构无齿曳引机
二、钢丝绳的使用寿命
无齿曳引机的应用对于电梯驱动主机小型化、低能耗等起到积极作用，但是也给钢丝绳及曳引轮提出了一些新的要求，需要在设计、安装、使用、维保等多方面引起足够的重视，正确认识钢丝绳的特性、钢丝绳的承受能力以及钢丝绳和曳引轮的匹配关系。
以前电梯采用的大多是1：1绕绳方式（如图2a所示），钢丝绳直径12mm、13mm；现在大多是2：1绕绳（如图2b所示），钢丝绳直径8mm、10mm。钢丝绳变细，对钢丝绳的均匀性、绳芯质量、油脂品质、钢丝绳结构设计以及捻制质量等提出了更高要求。以前1：1的绕绳，绳速是1.75m/s；如果是2：1设计，绳速变成3.5m/s，现在电梯使用5年，至少钢丝绳相当于过去使用了10年以上，如果钢丝绳厂家按原来的设计提供钢丝绳肯定不能满足目前的使用要求。因此设计中必须充分考虑到对钢丝绳寿命的影响因素，在钢丝绳选择上有所区分。
图2 不同绕绳方式示意图
采用2：1绕绳方式，钢丝绳绕过轮子的数量增多，降低了钢丝绳寿命。如果导向轮与曳引轮之间的距离过小，或者导向轮的直径较小，或者钢丝绳经过的转角过多，或者绳轮间偏角过大，或者过大的包角，或者曳引轮过大的下切口角，或者过小的V型槽等都会影响钢丝绳的使用寿命。
不正确的钢丝绳切割、包装、放绳、安装、维护方式也是造成钢丝绳寿命急剧缩短的几大因素。采用2：1绕绳，需要对钢丝绳放绳方式做彻底改进，才能保证钢丝绳放绳、安装中不扭曲，不产生内应力，否则钢丝绳存在内应力、扭曲部位会加速磨损，很快出现断丝、断股。通过把钢丝绳缠绕到工字轮上，架起，用引绳按绕绳顺序牵引的安装方式，可以避免钢丝绳扭曲，保证安装质量。
对于2：1绕绳方式，及时调整钢丝绳张力，保证各钢丝绳受力均匀尤为重要。张力差过大，会急剧加大受力过大的一根或几根钢丝绳的损坏。可以采用专用的钢丝绳张力检测装置，增加检测频次等方法，提高钢丝绳的使用寿命。
三、永磁体失磁
永磁体在高温环境下，受定子电流的影响，有可能导致失磁。因为在高温情况下退磁曲线不能保证为直线，尤其是在无齿曳引机中，在起动或带速下闸情况下，电流瞬间增大，有可能造成永磁体不可逆退磁，即永磁体失磁。
在设计时要选择合适的永磁体，一般遵循以下几点：一是保证电机气隙中有足够大的气隙磁场和要求的电机性能指标。二是在规定的使用条件下能保证永磁体磁性能的稳定性。三是有良好的机械性能，方便加工和装配。四是经济性好，价格适宜。
为了保证无齿曳引机运行过程中性能稳定，不发生明显的不可逆退磁，在使用前可进行老化处理。其方法是将充磁后的永磁体升温至预计最高工作温度并保温一定时间，以预先消除不可逆损失。需要明确，经过老化处理后，不能再对永磁体充磁；如果有必要再次充磁，则需重新进行老化处理。
目前应用的无齿曳引机大多采用自然冷却的散热方式，散热效果不理想，选择合适的冷却方式比如强迫风冷等方式，能够从根本上解决这一问题。
四、制动器发热与噪声
由于采用无齿曳引直驱技术，取消了传统的蜗轮蜗杆减速箱，制动力矩比较大，相应制动器电磁线圈和制动臂比传统曳引机偏大，发热和噪声问题尤为突出。
制动器的工作特点是：启动时，动铁芯与定铁芯之间的气隙磁阻较大，一旦动铁芯吸附后，气隙变为零，气隙磁阻趋近于零，此时制动器保持吸合状态所需的能量非常小。因此，在动铁芯被吸附后，线圈仍用启动电压供电，必然导致电磁线圈发热过高，尤其是对使用频率较高的电梯而言。目前大多生产厂商采用在电气控制系统中设置50%降压维持电路的方法，通过设置降压电阻或采用全波整流启动/半波整流维持的形式，依靠接触器切换来实现。接触器在上闸或电压切换过程中，由于触点承受的电流大，所以极易拉弧，导致触点粘连，长期使用存在不能上闸的事故隐患，使用寿命缩短。对于推力较大的制动器，启动功率更大，接触器拉弧现象会更为严重，不推荐采用上述方法。
制动器噪声主要是机械噪声。大多采用加橡胶减震垫的方式来降噪。减震垫一般放在电磁铁内部动铁芯和定铁芯之间，或是放在电磁铁的两侧外端部。前者的缺点在于电磁铁内部温度高，减振胶垫易老化失效，长时间使用噪声会越来越大。后者因为放置在制动器外部，便于维护，而且该部位温度较低，减震垫老化相对慢，使用寿命得以延长，应用效果较好。
五、结语
随着无齿曳引驱动技术的推广应用，无齿曳引机已经成为电梯曳引驱动的中坚力量，虽然存在一些小问题，随着相关零部件技术的不断更新完善，具有良好的应用空间。
参考文献：
[1]唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].北京：機械工业出版社，1997
[2]李秧耕等.电梯基本原理及安装维修全书[M].北京：机械工业出版社，2001
[3]GB7588-2003.电梯制造与安装安全规范[S]
作者简介：
黄平瑜，男，1985年9月生，2009年大学本科毕业，目前在日立电梯（中国）有限公司—产品开发部从事垂直电梯设计工作。