Электродвигатель, подъемный механизм и лифтовая система - RU2566254C2

Чертежи

Описание

Область изобретения

Изобретение относится к конструкции электродвигателей и, в частности, к конструкции электродвигателей с постоянными магнитами.

Предпосылки изобретения

Целью изобретения является наиболее эффективное использование внутреннего пространства. Например, исходя из требований по использованию пространства, целью является создание наиболее компактных подъемных механизмов лифтов. Для достижения этой цели грузоподъемные механизмы спроектированы как можно более плоскими в направлении оси вращения, при этом подъемные механизмы лучше устанавливаются, например, в части стенки шахты лифта или в другом соответствующем узком месте. С другой стороны, в некоторых решениях цель заключается в том, чтобы спроектировать подъемный механизм как можно меньшего размера в радиальном направлении, таким образом, чтобы подъемный механизм лучше устанавливался, например, в верхней части или нижней части шахты лифта.

В последнее время в электродвигателях подъемных механизмов стали применяться электродвигатели с постоянными магнитами, причем указанные электродвигатели с постоянными магнитами содержат сконцентрированную обмотку статора, намотанную внутри двух смежных пазов вокруг зубца статора. В сконцентрированной обмотке соотношение нависания обмотки статора короче, чем в традиционной равносекционной обмотке, при этом габаритные размеры подъемного механизма также уменьшаются.

Однако использование сконцентрированной обмотки вызывает сложности. Распределение плотности магнитного потока, образованного сконцентрированной обмоткой в воздушном зазоре электродвигателя, в значительной степени отличается от синусоидального и, поэтому, содержит много гармоник. С другой стороны, гармоники создают в электродвигателе вибрацию и раздражающие шумы.

Сущность изобретения

Цель изобретения заключается в создании электродвигателя с постоянными магнитами, в котором вибрация и шум, создаваемые гармониками магнитного поля, снижаются, путем корректировке размещения и формы постоянных магнитов. Для достижения этой цели изобретение раскрывает электродвигатель в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения, подъемный механизм в соответствии с пунктом 11 формулы изобретения, а также лифтовую систему в соответствии с пунктом 13 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Электродвигатель в соответствии с изобретением содержит статор, имеющий пазы, в которые установлена сконцентрированная обмотка. Кроме того, электродвигатель содержит вращающийся ротор, содержащий постоянные магниты, расположенные последовательно по окружности в направлении вращательного движения. Соотношение L_M/L_P ширины постоянного магнита в точке L_M центральной линии магнита и ширины L_P магнитного полюса ротора составляет по меньшей мере 2/3 и не более чем 4/5. При измерении электрического угла в градусах это означает, что ширина постоянного магнита в точке L_M центральной линии магнита составляет от 120 до 144 градусов фазы. Выражение «градусы электрического угла» относится к величине угла, заданной продолжительностью периода собственной частоты магнитного потока, циркулирующего в воздушном зазоре между ротором и статором. Таким образом, для ширины L_P магнитного полюса ротора получен электрический угол в 180 градусов. Выражение «центральная линия магнита» относится к окружности в направлении вращательного движения ротора, расположенного по существу на геометрической центральной точке магнита, то есть длина магнита в направлении прямого угла к центральной линии является одинаковой на обеих сторонах центральной линии.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения направление по меньшей мере одной стороны постоянного магнита, расположенного на роторе, отличается от направления паза статора наклоном s паза, при этом соотношение s/L_P наклона s паза и ширина L_P магнитного полюса ротора равно по меньшей мере 5/36 и не более 1/5. При измерении электрического угла в градусах это означает, что наклон паза составляет от 25 до 36 градусов электрического угла.

Как было показано выше, путем определенного размещения магнитов ротора и придания магниту определенной формы можно снизить вибрацию и шум, создаваемые гармоническими колебаниями магнитного потока, особенно в таких типах электродвигателей, в которых сконцентрированная обмотка с дробным числом пазов установлена в пазы статора электродвигателя, при этом число пазов на полюс и фазу q обмотки меньше 0,5, наиболее предпочтительно 0,3. Упомянутый выше наклон паза постоянного магнита предпочтительно может быть выполнен за счет придания постоянным магнитам ротора по существу стреловидной формы.

Электродвигатель, выполненный в соответствии с изобретением, предпочтительно представляет собой электродвигатель с осевым магнитным потоком, в котором воздушный зазор между статором и ротором проходит по существу в направлении оси вращения ротора. Кончик постоянного магнита, имеющего стреловидную форму, предпочтительно расположен на роторе электродвигателя с осевым магнитным потоком на большем расстоянии от оси вращения ротора, чем центральная линия вышеупомянутого постоянного магнита. Постоянный магнит может быть иметь такую форму, что ширина постоянного магнита увеличивается с увеличением расстояния от оси вращения ротора. В этом случае за счет придания формы постоянного магнита увеличивается крутящий момент электродвигателя, так как при этом большая часть магнитного потока электродвигателя движется в той части электродвигателя, которая расположена на большем расстоянии в радиальном направлении от оси вращения ротора. Кроме того, электродвигатель, выполненный в соответствии с изобретением, может представлять собой электродвигатель с радиальным магнитным потоком, в котором воздушный зазор между статором и ротором проходит по существу в направлении радиуса электродвигателя.

Магнитные полюса последовательно расположенных постоянных магнитов, расположенных в роторе электродвигателя, выполненного в соответствии с изобретением, предпочтительно имеют противоположное направление относительно друг друга.

Во втором аспекте изобретения заявлен подъемный механизм, который содержит электродвигатель раскрытого выше типа. В подъемном механизме статор электродвигателя предпочтительно расположен в неподвижной части подъемного механизма, а ротор электродвигателя предпочтительно расположен во вращающейся части подъемного механизма. Вращающаяся часть подъемного механизма содержит канатоведущий шкив. При использовании электродвигателя, выполненного в соответствии с изобретением, вибрация и шум подъемного механизма может быть снижена.

В третьем аспекте изобретения представлена лифтовая система, которая содержит любой подъемный механизм раскрытого выше типа, предназначенный для перемещения кабины лифта в шахте лифта. В лифтовой системе, выполненной в соответствии с изобретением, подъемный механизм за счет своего небольшого размера и более низкого уровня шума предпочтительно может быть размещен в шахте лифта.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения ротор расположен на первой стороне вращающейся части подъемного механизма, а канатоведущий шкив расположен на противоположной стороне вращающейся части подъемного механизма. Канатоведущий шкив закреплен на той же части, на которой закреплен ротор. Канатоведущий шкив может быть встроен в ту же самую часть, что и ротор; подъемный механизм может также содержать крепежное средство, такое как болт, для установки и/или снятия канатоведущего шкива. Это может иметь преимущества, например, если необходимо заменить канатоведущий шкив вследствие износа или неисправности. Замена канатоведущего шкива может потребоваться, например, вследствие износа канавок каната в поверхностной части канатоведущего шкива. Металлическое напыление канавок или, например, полиуретановое или аналогичное ему покрытие канавок, может износиться, в том числе вследствие проскальзывания канатов. Кроме того, геометрия канавок влияет на износ.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения канатоведущий шкив является пустотелым. Поэтому вращающаяся часть подъемного механизма может быть выполнена очень жесткой, но в то же время легкой, и может быть размещена в небольшом пространстве. Размер подъемного механизма можно также уменьшить за счет размещения, например, тормоза механизма и/или датчика, измеряющего перемещение вращающейся части подъемного механизма внутри пустотелого канатоведущего шкива. Тормозящая поверхность тормоза механизма может также быть сформирована на внутренней поверхности части окружности пустотелого канатоведущего шкива.

Вращающаяся часть подъемного механизма предпочтительно выполнена из материала, проводящего магнитный поток, по меньшей мере в непосредственной близости от постоянных магнитов. В предпочтительном варианте выполнения изобретения толщина постоянных магнитов в направлении воздушного зазора по существу одинакова; путем изменения вышеупомянутой толщины постоянного магнита в направлении воздушного зазора можно добиться распределения в нем плотности магнитного потока максимально близкого к синусоидальному.

Вышеупомянутые постоянные магниты ротора предпочтительно вмонтированы в связывающую матрицу, которая, в целях уменьшения вихревых токов, выполнена из материала, не проводящего или плохо проводящего электричество, такого как стекловолокнистый композиционный материал, нержавеющая сталь или аналогичного им материала. Кроме того, постоянные магниты могут быть вмонтированы во вращающуюся часть подъемного механизма в углубления, механически обработанные для этой цели.

В предпочтительном варианте выполнения изобретения вращающаяся часть подъемного механизма крепится на неподвижной оси подъемного механизма с помощью подшипников. Кроме того, ось может быть выполнена пустотелой, в этом случае подъемный механизм уменьшает свой вес, по существу не уменьшая жесткости конструкции подъемного механизма. Кроме того, пустотелая конструкция оси и/или канатоведущего шкива подразумевает меньшее количество материала для производства подъемного механизма. Датчик, измеряющий перемещение вращающейся части подъемного механизма, может также быть размещен в пустотелой оси.

В качестве тормозного механизма подъемного механизма в соответствии с изобретением могут быть использованы, например, барабанные тормоза или дисковые тормоза. Тормозящая поверхность предпочтительно сформирована в форме кольца в виде обода, как продолжение крайнего наружного кольца вращающейся части подъемного механизма, например в тормозной диск дискового тормоза или в тормозное кольцо барабанного тормоза.

Вышеупомянутая сущность изобретения, а также дополнительные признаки и преимущества описанного ниже изобретения будут ясны из последующего описания некоторых вариантов выполнения, при этом указанное описание не ограничивает объем применения изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 иллюстрирует размещение постоянных магнитов на поверхности ротора;

Фиг.2 иллюстрирует ротор электродвигателя с осевым магнитным потоком, выполненный в соответствии с изобретением, если смотреть со стороны оси вращения;

Фиг.3 иллюстрирует статор электродвигателя с осевым магнитным потоком, выполненный в соответствии с изобретением, если смотреть со стороны оси вращения;

Фиг.4 иллюстрирует постоянный магнит электродвигателя с осевым магнитным потоком, выполненный в соответствии с изобретением, если смотреть со стороны воздушного зазора;

Фиг.5 иллюстрирует электродвигатель с радиальным магнитным потоком, выполненный в соответствии с изобретением, если смотреть со стороны оси вращения;

На Фиг.6 представлена часть подъемного механизма, выполненного в соответствии с изобретением, в разрезе и открытая сверху вдоль оси вращения подъемного механизма в направлении радиуса;

На Фиг.7 представлена лифтовая система, выполненная в соответствии с изобретением в виде блок-схемы.

Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения

На Фиг.1 представлены постоянные магниты, расположенные последовательно на поверхности ротора синхронного электродвигателя с постоянными магнитами, выполненного в соответствии с изобретением, по окружности 12 в направлении вращательного движения, показанного в направлении воздушного зазора. На Фиг.1 окружность 12 в направлении вращательного движения для ясности показана выпрямленной, при этом постоянные магниты расположены по окружности последовательно по прямой линии в направлении вращательного движения. Постоянные магниты по существу имеют стреловидную форму. Размеры и размещение постоянных магнитов 3а, 3b на роторе подобраны таким образом, что соотношение L_M/L_P ширины каждого постоянного магнита 3а, 3b в точке L_M центральной линии 12 магнита и ширины L_P магнитного полюса ротора составляет по меньшей мере 2/3 и не более 4/5. При измерении электрического угла в градусах это означает, что ширина L_P магнитного полюса составляет 180 градусов электрического угла, ширина постоянного магнита в точке L_M центральной линии 12 магнита составляет от 120 до 144 градусов электрического угла. Кроме того, электродвигатель содержит статор (не показан на чертеже), который имеет пазы, предназначенные для обмотки статора. Пазы статора расположены под прямым углом относительно окружности 12 в направлении вращательного движения. Направление сторон постоянного магнита, которые заканчиваются в кончике 11, а также направление сторон 7, расположенных на противоположной стороне постоянного магнита, отличается от направления пазов статора наклоном паза s, причем соотношение s/L_P наклона паза s и ширины L_P магнитного полюса ротора равно по меньшей мере 5/36 и не более 1/5. В величинах электрического угла в градусах это означает, что наклон паза составляет от 25 до 36 градусов электрического угла. Сконцентрированная обмотка с дробным числом пазов установлена в пазы статора электродвигателя, при этом пазы на полюс и фазу q обмотки меньше 0,5. Пазы на полюс и фазу q показывают количество пазов статора на фазу и на полюс электродвигателя. Если количество пазов на полюс и на фазу меньше 0,5, то за счет придания формы и размещения постоянного магнита, представленных выше, гармонические колебания магнитного потока, циркулирующего в воздушном зазоре электродвигателя, могут уменьшаться, при этом вызываемая вибрацией пульсация крутящего момента электродвигателя тоже уменьшается; одновременно также снижается уровень раздражающих шумов, возникающих при работе электродвигателя.

Фиг.2 иллюстрирует ротор 2 электродвигателя с осевым магнитным потоком, выполненного в соответствии с изобретением, если смотреть со стороны оси вращения. Ротор 2 может быть сформирован, например, во вращающейся части 16 показанного на Фиг.6 подъемного механизма 14, таким образом, что постоянные магниты 3а, 3b закреплены на поверхности вращающейся части 16 подъемного механизма 14 последовательно по окружности 12 через равные промежутки в направлении вращательного движения. Постоянные магниты 3а, 3b имеют стреловидную форму; кроме того все постоянные магниты имеют одинаковую ширину в точке L_M центральной линии магнита. Магнитные полюса двух последовательных постоянных магнитов 3а, 3b имеют противоположное направление относительно друг друга, так что силовые векторы магнитного поля, создаваемого последовательными постоянными магнитами, имеют противоположное направление относительно друг друга. Размеры и размещение постоянных магнитов аналогичны наклону паза постоянных магнитов, в соответствии с вариантом выполнения изобретения, показанным на Фиг.1. Статор 4 подъемного механизма, показанного на Фиг.6, содержит сконцентрированную обмотку с дробным числом пазов, пазы на полюс и фаза обмотки которого меньше 0,5. Статор 4 расположен в неподвижном корпусе 15 подъемного механизма. Кроме того вращающаяся часть 16 подъемного механизма содержит канатоведущий шкив 17, содержащий канавки для ведущего каната. Статор и ротор расположены напротив друг друга в подъемном механизме 14 таким образом, что между ними в направлении оси вращения 9 имеется воздушный зазор 8. Магнитный поток электродвигателя проходит через воздушный зазор 8, когда он вращается между ротором 2 и статором 4.

На Фиг.3 представлен один вариант статора 4 подъемного механизма 14, показанного на Фиг.6. Статор 4, показанный на Фиг.3, содержит 12 пазов и в обмотке статора имеется 3 фазы. Ротор, выполненный в соответствии с Фиг.2, содержит 10 полюсов, так как каждый постоянный магнит формирует в роторе магнитный полюс. Поэтому, при использовании ротора, показанного на Фиг.2, а также статора, показанного на Фиг.3, получено значение 0,4 как фазы на полюс и фазу электродвигателя. В предпочтительном варианте выполнения изобретения пазы на полюс и фазу равны 0,3. В данном случае электродвигатель наиболее предпочтительно содержит 36 пазов статора, количество магнитных полюсов ротора равно 40. Также предусмотрено 40 постоянных магнитов, то есть столько, сколько имеется магнитных полюсов.

Постоянные магниты 3а, 3b ротора, показанные на Фиг.2, вставлены в связующую матрицу, которая, в свою очередь, закреплена на поверхности вращающейся части 16 подъемного механизма. Толщина постоянных магнитов в направлении воздушного зазора 8 по существу одинаковая. Вращающаяся часть 16 выполнена из ферромагнитного материала и находится в непосредственной близости от постоянных магнитов 3а, 3b, в которых циркулирует магнитный поток, проходящий по магнитной цепи.

В соответствии с изобретением, в зависимости от формы и размещения постоянных магнитов 3а, 3b, пульсация крутящего момента электродвигателя снижается при уменьшении гармонических колебаний магнитного потока, циркулирующего в воздушном зазоре электродвигателя. Гармонические колебания могут быть снижены за счет использования определенных форм, например, многоугольников, отличающихся от стреловидной формы или основанных на этой форме; причем ширина этой формы в точке центральной линии магнита и наклон паза формы находятся в объеме предельных значений, определенных в изобретении. Один возможный вариант формы постоянного магнита представляет собой четырехугольник, направление по меньшей мере одной стороны которого отличается от направления паза статора в рамках значений наклона паза 2, представленного в изобретении. В то же время один или большее количество углов постоянного магнита могут быть закругленными.

На Фиг.4 представлен один подобный постоянный магнит, основанный на стреловидной форме, применяющийся, например, с любым из вышеописанных электродвигателей с осевым магнитным потоком, в котором кончик 11 стреловидного постоянного магнита расположен дальше от оси вращения 9 ротора, чем центральная линия 12, проходящая через геометрическую центральную точку постоянного магнита 3а и расположенная на окружности в направлении вращательного движения ротора. Центральная линия 12 обозначает такую окружность в направлении вращательного движения ротора, которая расположена по существу в геометрической центральной точке магнита, то есть длина магнита в направлении А прямого угла к центральной линии одинакова с обеих сторон центральной линии 12. Кроме того, ширина 1 постоянного магнита увеличивается, когда расстояние 10 от оси вращения 9 ротора увеличивается в направлении стрелки 10, при этом большая часть магнитного поля, создаваемого постоянным магнитом, расположена на большем расстоянии от оси вращения ротора. При такой форме постоянного магнита крутящий момент электродвигателя может быть оптимизирован.

Фиг.5 иллюстрирует электродвигатель с радиальным магнитным потоком, выполненный в соответствии с изобретением, если смотреть со стороны оси вращения. Постоянные магниты 3а, 3b расположены на поверхности ротора 2. Постоянные магниты 3а, 3b вставлены в связующую матрицу и расположены последовательно на поверхности ротора по окружности в направлении вращательного движения. Постоянные магниты 3а, 3b имеют по существу стреловидную форму. Размеры и размещение постоянных магнитов 3а, 3b на роторе 2 таковы, что соотношение L_M/L_P ширины каждого постоянного магнита 3а, 3b в точке L_M центральной линии 12 магнита и ширины L_P магнитного полюса ротора составляет по меньшей мере 2/3 и не более 4/5. В величинах электрического угла в градусах это означает, что ширина L_P магнитного полюса составляет 180 градусов электрического угла, ширина постоянного магнита в точке L_M центральной линии 12 магнита составляет от 120 до 144 градусов электрического угла. Кроме того, электродвигатель содержит статор 4, который имеет пазы 5 для обмотки 6 статора. Пазы 5 статора расположены под прямым углом относительно окружности в направлении вращательного движения. Электродвигатель на Фиг.5 содержит открытые отверстия пазов, однако электродвигатель может иметь полуоткрытые или закрытые отверстия пазов. Направление сторон постоянного магнита, которые заканчиваются в кончике, а также направление сторон, расположенных на противоположной стороне постоянного магнита, отличаются от направления пазов 5 статора наклоном паза s, причем соотношение s/L_P наклона паза s и ширины L_P магнитного полюса ротора равно по меньшей мере 5/36 и не более 1/5. В величинах электрического угла в градусах это означает, что наклон паза составляет от 25 до 36 градусов электрического угла. Сконцентрированная обмотка с дробным числом пазов установлена в пазы статора, при этом пазы на полюс и фазу q обмотки меньше 0,5. Если количество пазов на полюс и на фазу меньше 0,5, то за счет придания формы и размещения постоянного магнита, представленных выше, гармонические колебания магнитного потока, циркулирующего в воздушном зазоре электродвигателя, могут уменьшаться, при этом вызываемая вибрацией пульсация крутящего момента электродвигателя тоже уменьшается; одновременно снижается также уровень раздражающих шумов, возникающих при работе электродвигателя.

На Фиг.7 в виде блок-схемы представлена лифтовая система, в которой кабина 18 лифта и противовес 20 находятся в лифте в подвешенном положении, при этом шахта 19 лифта с канатами для лифта, проходящими через канатоведущий шкив 17 подъемного механизма 14 лифта. Кабина лифта перемещается благодаря приложению усилия к кабине лифта посредством подъемных канатов лифта с подъемным механизмом 14 лифта. Электроснабжение подъемного механизма 1 лифта осуществляется с помощью частотного преобразователя (не показанного на чертеже), подсоединенного между питающей сетью и подъемным механизмом 14 лифта. Частотный преобразователь и подъемный механизм 14 лифта расположены на стенке шахты лифта, в просвете между стенкой и шахтой 19 лифта вне пути движения кабины 18 лифта. Подъемный механизм 14 лифта может иметь конструкцию, показанную на Фиг.6. Таким образом, благодаря сконцентрированной обмотке с дробным числом пазов, подъемный механизм 14 лифта может быть выполнен более плоским в направлении оси 9 вращения, по сравнению с подъемным механизмом лифта предшествующего уровня техники. Как видно на Фиг.7, более плоский подъемный механизм 14 лифта позволяют увеличить ширину кабины 18 лифта в направлении оси вращения 9 подъемного механизма 1 лифта, при этом в вышеупомянутой шахте лифта может быть размещена более просторная кабина 18 лифта. Кроме того, размещение и форма магнитов ротора подъемного механизма 14, выполненного в соответствии с изобретением, снижает пульсацию крутящего момента электродвигателя и обеспечивает бесшумную работу подъемного механизма.

Электродвигатель 1 и подъемный механизм 14, выполненные в соответствии с изобретением, применяются, например, в различных транспортных системах и подъемных системах; помимо пассажирского лифта и грузового лифта, электродвигатель 1 и подъемный механизм 14 могут использоваться, например, в шахтных лифтах, лифтах с приводными барабанами, а также в кранах. Кроме того, электродвигатель, выполненный в соответствии с изобретением, может применяться, например, в эскалаторных системах и травелаторных системах.

Изобретение не ограничивается только вариантами выполнения, описанными выше, возможны многочисленные модификации в рамках объема идеи изобретения, определенной приведенными ниже пунктами формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродвигателям и к механизмам с его использованием. Электродвигатель содержит статор, при этом статор имеет пазы (5), в которые установлена сконцентрированная обмотка. Кроме того, электродвигатель содержит вращающийся ротор, при этом ротор содержит постоянные магниты, расположенные последовательно по окружности в направлении вращательного движения. Соотношение (L/L) ширины постоянного магнита в точке (L) центральной линии магнита и ширины (L) магнитного полюса ротора составляет, по меньшей мере, 2/3 и не более чем 4/5. Технический результат состоит в эффективном использовании внутреннего пространства электродвигателя с постоянными магнитами, в котором вибрация и шум, создаваемые гармониками магнитного поля, снижаются путем корректировки размещения и формы постоянных магнитов при снижении пульсаций крутящего момента и обеспечении бесшумной работы. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула