新一代高效节能环保的LEHYMRL无机房乘客电梯

1 引言

伴随着中国经济的发展，我国的城市化、工业化进程快速推进，市场对电梯的需求逐年稳步增加。

高企的能源价格和明显的全球气候变暖趋势使得人们节能环保意识逐步强化，世界各国都在不断强化其节能环保类产业政策和法规。目前，通过技术创新来降低电梯产品能耗从而使其更加符合节能环保要求已经成为各电梯生产企业提高产品竞争力、提升企业形象的重要手段，电梯的节能环保特性已经逐步成为衡量电梯产品性能和技术水准的一项重要指标。

无机房电梯相对于有机房电梯而言，具备一定的优势。无机房电梯不需要建造普通意义上的机房，既能节省建筑空间，又节约了机房的建造费用，还提高了井道上层空间的利用率。从设计的角度来讲，减少了对建筑设计造成的限制。无机房电梯因为采用永磁同步无齿轮曳引机，传动效率高，采用变频驱动技术，更加节能环保，可以减少对环境的污染，符合绿色电梯发展的趋势。无机房电梯因其取消了机房而带来的益处逐渐被认识，特别是在机场、车站、文艺、展览场馆等对建筑高度和风格造型有特殊要求的建筑，去掉机房对于降低建筑总高度、保持整体造型、节省建筑成本有重要意义，这使其市场需求迅速增长。

图1 节省空间的无机房电梯

为了满足国内外市场对节能环保型无机房电梯的需求，上海三菱电梯有限公司研发了LEHY-MRL微机网络控制交流变压变频调速无机房乘客电梯，是新一代节能环保型无机房电梯新产品。该产品井道布置新颖简洁、独具匠心，应用了电气驱动控制技术，具有节能、环保，运行平稳、舒适性好、可靠性和安全性高、建筑空间利用率高等优点。通过应用自有专利的无机房化布置、平衡救援装置等技术，LEHY-MRL无机房电梯解决了无机房电梯的平衡救援、维保便利性等难题,通过综合应用VVVF、PM曳引机、能量回馈技术和DC-DC电源等节能技术使产品能耗水平大为降低，其技术水平和性能指标达到国际同类产品的水平。

2 无机房电梯开发的关键技术

由于无机房电梯无需设置机房，不但可以节约建筑成本，美化建筑外观，而且无机房电梯更加节能环保，但是开发无机房电梯不是简单的将电梯的机房去掉，而是要应用一些新技术、新部件，使电梯的性能、安全性进一步提高，更加节省能源，更加环保，必须解决机房布置、紧急救援、轿顶维修空间等方面的难题。同时电梯取消机房后，为了满足无机房井道布置的特殊需要，必须开发一系列特殊电梯部件。新开发无机房电梯，要解决的关键技术主要体现在以下几个方面：

2.1 合理进行无机房化布置

开发无机房电梯最重要的是解决电梯的无机房化布置难题，土建布置不但可以节省空间，而且可以保证电梯的安全性。LEHY-MRL无机房电梯通过适当方式将轿厢、对重、驱动主机、控制屏、限速器等关键部件巧妙布置来实现电梯机房的去除，同时又有效控制了井道横截面积和井道高度，从而达到简化建筑设计、美化建筑造型、节约建筑成本的目的，同时又能保证安装、维修保养的便利性和电梯运行的舒适性、安全性。

2.2 开发适用于无机房电梯的永磁同步无齿轮曳引机

作为电梯的核心部件，永磁同步无齿轮曳引机以其高效节能、环保、运行噪声低、维护简单、节约建筑空间等优点，受到广大电梯用户的青睐。曳引机的品质已逐步成为电梯产品的核心竞争力。无机房电梯因为曳引机放置在井道内，其驱动主机必须结构紧凑以方便无机房化布置。而长条形永磁同步无齿轮曳引机因为尺寸较小、结构紧凑更加适合于无机房电梯。但是因为结构紧凑，相比较一般的曳引机开发，无论是在结构还是工艺方面都有很大的难度。

2.3 开发结构简单且安全可靠的轿厢固定装置，保证调试、检修的安全性、便利性

对于有机房电梯，电梯的曳引机、控制屏等很多部件都放置在专用机房内，调试、检修等工作比较安全、方便，无机房电梯因为曳引机、控制屏等部件位于井道之中，当对无机房电梯的曳引机和控制屏进行调试、检修时，由于操作人员是站在井道内的轿顶上而非机房地面，给操作带来了一定的风险。因此，消除由于轿厢意外移动而发生危险，需要解决操作的便利性和保证操作人员的安全两方面问题。必须开发安全可靠的轿厢固定装置，保证调试、检修等工作的顺利进行。

2.4 解决平衡救援技术，保障乘客安全

电梯的安全性和可靠性日益成为电梯用户关注的问题，当电梯出现紧急情况时应使乘客得到及时解救，最大限度的保障乘客的安全。平衡救援技术是无机房电梯开发中遇到的比较棘手的难题，也成为电梯的关键核心技术。

对于平衡救援技术很多无机房电梯生产厂商采用蓄电池应急供电的紧急电动运行方式，该方式需要额外增加供电的蓄电池，存在蓄电池无电、电解液泄漏等问题。另外一种常用方式是在轿厢顶部或者补偿链上增加救援重块，通过破坏轿厢的平衡状态来移动轿厢。由于救援重块的重量大，将救援重块放置在电梯轿厢的顶部，存在比较大的风险。另外，救援重块平时放置在升降通道的底坑，将占据底坑比较大的空间，从而使得底坑的安全空间可能受到影响。因此一种优秀的平衡救援技术必须具有重量轻、操作容易、安全可靠、占用空间小等一系列特点。

2.5 开发低能耗、高可靠性、体积小的电源系统

传统电梯电源系统中的变压器，不仅体积庞大，占用较大的空间，而且制造变压器需要大量铜等非黑色金属，造成极大的资源需求。同时变压器又会产生匝间短路或因负载过大烧毁等严重后果，可靠性较差。电源系统一般放置在电梯控制屏中，电源体积庞大必然带来控制屏体积的增大，这就给无机房布置带来了更大的困难。无机房电梯使用的电源系统应该具有低能耗、高可靠性、体积小的特点，以降低整个电梯的能耗，提高电梯的可靠性，方便电梯的无机房化布置。LEHY-MRL无机房电梯应用DC-DC电源技术，成功的解决了这一难题。

2.6 开发电梯曳引机再生状态下产生的再生能量回馈技术

电梯在运行过程中，根据电梯运行状态的不同，曳引机有时工作在电动状态下，有时又会工作在发电状态下，并且会在不同的工作状态之间进行频繁切换，并且发电状态下的曳引机会产生再生能量。这些再生能量必须得到妥善处理，否则这些再生能量在经过一定的累积后会引起电梯驱动系统主回路的直流电压不断升高从而会导致系统因出现过高压故障而无法正常运行。在以前的电梯中能量以发热的方式消耗在电阻上，浪费较大。LEHY-MRL无机房电梯通过应用基于PWM可逆整流的能量回馈技术解决了这一技术难题。

3 LEHY-MRL无机房电梯的技术特色

作为新一代高效节能环保型的无机房电梯，LEHY-MRL系列微机网络控制交流变压变频调速无机房乘客电梯应用了当前国际电梯行业的先进技术，不但确保其安全性、舒适型，而且与传统电梯相比，大大降低了能源消耗。LEHY-MRL无机房电梯应用了以下技术方法：

3.1 基于多项自有专利技术的电梯无机房化布置

① 长条形结构的曳引机，其较小的径向尺寸设计使其能较好地适应轿厢与升降通道侧壁的空间，因此电梯装置的升降通道水平横截面积得到最优化的利用；

② 利用曳引机布置在对重装置的上方实现电梯装置升降通道水平横截面积的最小化；

③ 通过曳引机部分轿厢在升降方向所需运行空间实现轿厢顶部安全空间的充分利用；

④ 利用曳引机与轿厢顶部维修空间在升降方向的投影不重叠实现轿厢顶部维修空间的最大化；

⑤ 平行轿底轮结构的采用，可大大减少轿底厚度，从而实现升降通道底坑尺寸的最小化，且轿底轮结构可减小轿厢内噪声；

⑥ 可根据用户的电梯井道形式，采用自立式或非自立式结构，比现有的无机房电梯产品的适应性更强。

图2 无机房电梯的布置

3.2 长条形永磁同步无齿轮曳引机

长条形永磁同步无齿轮曳引机采用永磁材料，无需励磁电流，无减速装置，不存在齿轮的磨损，能耗低，传动效率高，完全消除了传统有齿轮曳引机的噪声和振动问题，无需润滑油，免维护，寿命长，安全可靠，减少了能源消耗，更加环保。

该曳引机结构紧凑，有效地利用了井道空间，降低了顶层高度，方便安装、维护。

该曳引机具有低噪声、低振动的特性，与不断改进的微机网络控制矢量化变频调速方式相结合，使电梯的运行更平稳、更安静，带来更舒适的乘坐体验。与高效率的驱动技术相结合，效率提高，能耗减少，并且避免了传统曳引机润滑油可能造成的污染问题，在美化环境的同时使电梯的运行更加经济环保。

图3 无齿轮曳引轮

3.3 结构简单且安全可靠的轿厢固定装置

无机房电梯因为曳引机等部件布置在井道内，检修和维护都不如有机房电梯方便，而且存在一定的风险。LEHY-MRL无机房电梯采用了一种结构简单、安全可靠的轿厢固定装置，该轿厢固定装置能够通过机械方式将轿厢固定在导轨上，以避免由于轿厢意外移动而产生的危险，操作人员可以方便的对曳引机、控制屏等井道部件进行检修、维护等工作。同时通过合理的结构布置带来轿厢顶部维修空间的最大化，消除了维修和保养的工作盲区，使轿厢顶部的维修和保养工作安全、可靠、便利。

图4 轿厢固定装置

3.4 机械杠杆式紧急救援装置

目前基于救援重块的平衡救援装置，存在重量大、救援繁琐、占用空间大、成本高等缺点，LEHY-MRL无机房电梯采用的是基于自有专利技术的机械杠杆式救援装置，解决了电梯平衡负载时的紧急救援这一难题，与现有救援装置相比，该救援装置具有重量轻、操作容易、安全可靠、成本低、占用空间小等一系列优点。

3.5 DC-DC电源系统

DC-DC电源技术，是近年来在工业界中比较受关注的一项新技术。由于DC-DC电源利用DC-DC变换技术取消了传统电梯电源系统中体积庞大的变压器，不但可以节省大量用于制造变压器的铜等非黑色金属，而且还可以有效减小对空间的要求。此外，DC-DC电源的技术特点直接决定了它具有强大的过电流、负载短路等保护功能，可完全避免原有变压器方式导致的匝间短路或因过负载引起的变压器烧毁等严重后果，具有非常高的可靠性。DC-DC电源的低能耗、小体积、安全可靠等特点，使其非常适用于电梯的电源系统中，从而替代传统电梯电源系统中所采用的三相交流变压器。LEHY-MRL无机房电梯通过应用DC-DC电源技术，不仅降低了其整机能耗，缩小了控制屏体积，从而极大地方便了其无机房化布置，而且还可节省大量铜等非黑色金属材料。

3.6 基于PWM可逆整流的能量回馈技术

图5 主回路结构

LEHY-MRL系列微机网络控制交流变压变频调速无机房乘客电梯应用了基于PWM整流器的能量回馈技术，其主回路结构如图5所示，它由PWM整流器与PWM逆变器两部分构成，它们通过中间的直流电容相连接。当曳引机工作在电动状态时，PWM整流器是起整流作用，负责将电网交流电进行整流，得到电容两端的直流电；当曳引机处于发电状态时，PWM整流器起回馈作用，将积聚在直流电容上的再生能量转化为交流电，回馈给电网。

由于PWM整流器能够在电梯的曳引机工作在电动状态时为其提供电能，在其工作在发电状态时，将其产生的再生能量回馈给电网，既解决了再生能量的处理问题，又节约了能源，而且还能够实现较大的单位功率因数，输入电流波形好、谐波少。

LEHY-MRL无机房电梯还采用微机网络化分布式结构，利用CAN总线技术实现各个部分之间的可靠通信，以全数字化VVVF矢量控制技术实现曳引机速度调节，以基于专家系统、模糊理论、神经网络以及遗传算法等多种人工智能技术的群控系统等一系列先进技术。