无齿轮永磁同步曳引机

永磁同步无齿轮曳引机技术的特点

摘要

本文主要是对作为电梯驱动技术的革命中永磁同步无齿轮曳引机在电梯技术中的应用的分析。讲述了永磁同步无齿轮曳引机的特点及其同由于永磁同步无齿曳引机与传统的蜗轮、蜗杆传动的曳引机相比具有的优势。永磁同步无齿轮曳引机目前的发展形势，在永磁同步无齿轮曳引机进入中国市场的7年时间里，这场电梯拖动技术的革命已席卷全球，成为电梯拖动技术的主流，以满足电梯的进一步发展和更高的环保、节能要求。与些时同，当前的同步无齿轮曳引机在电梯的实际应用过程中，也存在许多技术难点和以相关应当注意的问题。

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一直以来，蜗轮蜗杆曳引机因为具有传动比大、结构紧凑、传动平稳等特点，在电梯行业中被一致公认为电梯驱动机构的首选。随着市场需求的不断更新和科学技术的飞速进步，人们对电梯产品的规格和性能提出了更高的要求，有力推动了电梯设备的技术发展，于是诸如无机房电梯、小机房电梯等新产品不断涌向市场。为了满足这些新产品的配套需求，作为电梯动力源的驱动结构必须具有体积更小、节能高效、低速大转矩等特点。而传统的蜗轮蜗杆曳引机已远远与之不相适应，尽管世界各国著名电梯公司纷纷着手开发各种新型的曳引机，但其中最受青睐的仍是永磁同步无齿轮曳引机。因为它与传统曳引机相比，具有如下特点：结构简单紧凑、体积小、节能高效、噪音低、振动小、使用安全可靠、低转速、大转矩、污染小、运行性能优良等。永磁同步无齿轮曳引机是由一台永磁同步电机直接驱动电梯运行，它以其独到的构造、性能优势，将电梯工业提升到一个崭新的境界。

一、永磁同步无齿轮驱动技术，是电梯驱动技术的革命：

1、无齿轮永磁同步电梯曳引机，主要由永磁同步电动机、曳引轮及制动系统组成。永磁同步电动机采用高性能永磁材料和特殊的电机结构，具有节能、环

保、低速、大转矩等特性。曳引轮与制动轮为同轴固定联接，采用双点支撑；由制动器、制动轮、制动臂和制动瓦等组成曳引机的制动系统。

2、无齿轮永磁同步电梯曳引机的特点及优势。

（1）与交流无齿轮异步电机驱动系统的比较

在交流无齿轮异步电动机曳引系统中，为了达到低速运转，通常要达到24极左右的高极数；而极数越多，电机的励磁电流分量也就越大，合成定子电流增大，定子铜耗同时增大，电动机效率因此下降，从而引起温度升高等诸多不利因素。三相永磁同步电动机转子由高性能永磁体构成，不需要励磁电流，电机极数的多少并不影响电动机的功率因数，所以在同极数、同容量及相同的工作状况下，使用永磁同步电动机可使电机效率提高约30％，而体积却可以减小30％。另外，永磁同步电动机的低速性、快速性、硬机械特性和停车自锁等优点是异步电机所无法相比的。

（2）与直流无齿轮电机驱动系统的比较

直流电动机结构复杂，体积、重量、成本等都存在很大问题，还具有电刷和整流子等部件，使维护困难，同时由于部件的接触原因，在电梯使用中使低速减速段产生爬行距离而使电梯运行效率降低。由于成本高、耗电大、维护复杂等缺点，所以人们一直在设法用交流电机来取代它。三相永磁同步电动机的基本原理是建立在反装式直流电动机基础上的；由晶体管与转子位置控制来代替换向器和电刷等机械接触部件，去除电刷、换向器、集流环等机械接触易损部件后，使控制电路无触点；由于转子采用了高磁能积的稀土材料，控制装置都由大功率晶体管组成，电动机的惯性矩大，动态性能好；在保留了直流电机原有的优点外，使电动机具有更高的低速性能和调速精度，同时还具有寿命长、耗电省、维护简单、可运用于易燃易爆场合等优点。所以三相永磁同步无齿轮驱动技术是同时具有交、直流电动机驱动优点而又无上述缺点的理想驱动技术。

二、我国发展和应用永磁同步无齿轮曳引技术的有利条件

1、资源优势

我国具有丰富的稀土资源，占世界稀土资源的80%，对用于永磁同步无齿轮曳引机电机的永磁材料钕铁硼有充足的供应，为发展永磁同步曳引机提供可靠的资源保障。

2、技术优势

我国是世界第三大航天技术发展国家，早在80年代，由于航天技术的需要，

永磁同步电机就已经成为国家研究的重要课题，在永磁同步电机的研制方面，我国有成熟的技术和丰富的经验，如西北工业大学、上海交大、航天万源、沈阳蓝光、杭州孚信等院校及企业所研发生产永磁同步曳引机在技术和产品质量方面水平较高，并有产品出口海外。

3、市场优势

众所周知，中国已经成为全球最大的电梯市场，日前发布的数据显示，2011年中国电梯销量达45万部（2010年底，中国电梯网预测2011年电梯产销为45万台），与2010年销量相比增长23%，电梯保有量约200万部。

据悉，2011年，在保障房建设项目的拉动下，政府采购电梯市场快速发展。相关数据显示，2011年有政府采购电梯项目1800多个，采购总金额超过35亿元；2010年有政府电梯采购项目近1100个，采购总金额约20亿元。

业内人士指出，保障房建设项目开工一段时间后，电梯采购工作才开始。所以，2012年，随着大量保障房建设项目不断上马，电梯采购需求将不断被释放出来，政府采购电梯市场表现依然值得期待。如此巨大的发展空间，也同样预示着永磁同步无齿轮曳引机很好的商机。中国稀土资源丰富，而相对来说国外资源比较匮乏，加上成熟的永磁同步电机制造技术，海外市场更是商机无限。

三、永磁同步无齿轮曳引机目前的发展形势

据资料介绍，欧美及日本等发达国家和地区，有些电梯公司销售的永磁同步无齿轮曳引机电梯的比例已超过70%以上。我国近几年来永磁同步无齿轮曳引机发展很快，涌现了一批高素质，有规模，具世界水准的永磁同步无齿轮曳引机的生产企业，普及应用永磁同步无齿轮曳引机拖动技术的高潮即将到来。随着国内永磁同步无齿轮曳引机的产量越来越大，竞争也越来越激烈，生产厂家在保证永磁同步无齿轮曳引机的质量和性能的前提下，必须考虑产品的单价。让用户能选购到性价比高的产品。

像广日电梯工业有限公司对永磁同步无齿轮曳引技术的认识和了解，从而提高对该新技术的理解和应用能力。例如GreenMax电梯是该司第五代小机房电梯，采用了国际先进的永磁同步无齿轮曳引技术及成熟可靠的32位微机控制技术，具高效节能、安全环保等技术特点，GreenMax电梯在品质与功能方面的卓越表现，以及极具竞争力的性价比，能充分满足各种建筑对电梯的要求。

四、同步无齿轮曳引机在电梯的实际应用过程中，也存在许多技术难点和问题需要解决和注意：

1、目前国内外电梯行业现有的无齿轮曳引机普遍采用2:1的悬挂方式，由于这种方式必须在电梯轿厢和对重处各增加一组滑轮机构，增加一倍的钢丝绳长度，导致井道的使用效率降低，增加了电梯安装的难度，也增加了电梯结构复杂性和电梯的成本。由于在轿厢顶部或底部总是有滑轮与钢丝绳的相对运动，摩擦产生噪音，使电梯的舒适感和品质变差。随着科技的发展以及无齿轮曳引机技术的成熟，市场上出现了1:1的无齿曳引机，此曳引方式与传统有齿轮曳引机电梯的安装方式是一样的，使得对旧电梯的改造变得非常简单，由于不需要增加滑轮机构及钢丝绳长度，从而降低了成本，电机转速是2:1的一半，噪音会更低。但要实现1:1的悬挂驱动方式，无齿曳引机和制动力矩需要增加到2:1方案的3倍左右，这样同步无齿轮曳引机的效率不高，其采用的永磁同步电机效率为76%-78%左

右，其能耗损失与同功率的异步电机基本相同，这是由于永磁同步电机的技术特性决定的——磁极数越多，频率和转速越低，电机的效率呈现下降趋势。由于1:1的同步无齿曳引机输出力矩是2:1的3倍左右，相对应的变频器功率选择要较大，曳引机和变频器在能耗、重量、体积上与同功率的蜗轮蜗杆曳引机并没有太大的优势。

2、同步无齿轮曳引机由于没有蜗轮蜗杆的自锁性，必须对曳引轮轴端直接施加制动力矩，会出现开闸、合闸时溜车，刹车难度加大，因此需要抱闸制动力矩很大，才能克服轿厢或对重对曳引轮的拉力，而力矩大则增加了制动器的能耗。同时由于力矩较大，抱闸在打开和闭合时，声音很大，这就要求抱闸间隙尽可能调得小，以不摩擦曳引轮或个别点摩擦为宜。

3、同步无齿轮曳引机，由于无齿轮曳引机去除了蜗轮蜗杆的一级减速，对电动机、变频器、制动器、编码器等许多部件性能要求有大幅度的提高，都必须要求曳引机制造商对产品进行更加严格和充分的可靠性试验，而这部分的资金和人力、物力的投入是相当巨大的。同时，调试较为复杂，特别是电机和编码器的系统位置必须准确无误，如若不对，电机会产生不了较大的起动力矩，当轿厢和对重的重量差距较大时，会产生飞车的现象，非常危险。

4、要注意同步无齿曳引机的抱闸力矩是否适当，若抱闸力矩过大，则能耗大，发热量大，声音大，同时有可能出现抱闸不能完全打开的现象，若抱闸力矩过小，虽然正常运行时正常，但在轿厢装载150%静载试验时，曳引轮会出现打滑现象，特别是1：1直拉的尤为严重，出厂抱闸力矩值不一定能满足实际需求。

5、由于1：1悬挂方式的同步无齿轮曳引机，曳引轮直径都比较小，曳引包角小，曳引力下降。为加大曳引包角，一是增加曳引机的高度，这对机房的高度要求相应较高;二是在曳引轮和导向轮之间增设压绳轮，这样会产生机房噪声，同时加快了曳引绳的磨损。

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参考文献：《中国电梯》、《中国高新技术企业》、《科技风》、《科技传播》、《电梯安装与维护》、《电梯日常维护保养规则》、