永磁同步无齿轮曳引机在电梯稳定性中的应用研究

黄珺

（江西省机电设备招标有限公司，江西 南昌 330046）

永磁同步无齿轮曳引机在电梯稳定性中的应用研究

黄珺

（江西省机电设备招标有限公司，江西 南昌 330046）

随着近年来商业建筑与高层建筑的蓬勃发展，人们对于电梯的使用已不陌生。在此背景下，使用者更加追求电梯系统的稳定性；产权人则更加关注电梯的运维费用；生产者更为关注电梯中的技术应用。这进一步使得基于稳定性的相关技术在该领域内得到了广阔的应用空间。本文以电梯稳定性为研究对象，重点探讨永磁同步无齿轮曳引机在电梯牵引部的具体应用及其特征属性。

永磁同步；无齿轮；曳引机；应用分析

在现代生活中，电梯的使用已经相对频繁，且对人们的生活产生了一定的实质性影响。在如此背景下，基于节能、稳定、安全、低成本等多方面的技术改造与应用一直是该领域的研究重点与基本方向。在 2000年左右，基于永磁系统的盘式或者碟式电动机问世并应用于电梯的动力结构之中，其由于采用非齿轮联结方式作为动力传输，故而能够提供更高的稳定性。与此同时，此种模式基于永磁的动力规划体系，对于电梯自动化及继电器控制具有较为强烈的支撑作用，使得电梯运行的准确性更高。

技术发展到当下，在不断的优化与技术升级过程中，除了上述的特征之外，形成更为小巧、更为先进、更为经济的基本模式，而受到各方的广泛关注。从电梯动力部分评价参数与要点的角度来看，对相关步骤的稳定性评价体系主要包括了两个方面，一是指其运行的稳定性；二是指其后续运维（设备工况）的稳定性。本文将从上述两个方面开展相关的研究，在梳理其原理、特征的基础上对稳定性共性进行重点分析。希望通过本文的研究能够为今后的相关应用及技术升级提供必要的理论基础与指导性意见。

1 永磁同步无齿轮曳引机基本结构与原理分析

从基本结构上来看，永磁同步无齿轮曳引机分为机壳、转子及定子三个重要部分构成。机壳主要负责内部元件的固定与保护，并提供电源规划与实施；转子与定子均为圆盘形与外部链接为无齿轮固定模式来予以实现。此种结构特征决定了永磁产生的气隙磁场在圆盘物理性状的轴线分布的特增。此种特征模式能够形成无死角的磁力推动单元，为后续稳定提供动力提供了必要支撑。在实际的设计过程中定子形成电场、转子以永磁构造，并通过星形结构进行三项绕组，故而产生一定的推力。

从运行原理来看，该款电动机是采用磁场作为动力支撑来进行构建的，并行成电能与机械能之间的高效转化。相关研究表明，经由磁场进行的能量转换效率最高。在具体原理层面，当定子进行三项通电时，会产生一个与永磁磁场产生多源固定夹角的场力叠加区。而在磁场中的电流受到力的作用，以及定子与转子之间的相互作用力的作用下对其产生稳定推力，根据公式 F=nBIL可知电动机的功率输出与四方面因素相关，即受力点位数量、永磁磁感应强度、定子三项电流、转子作用长度。与此同时，转盘式结构使得转子的受力点位呈现出相对于磁场的均匀分布，故而各处的理论受力值相当，这也进一步使得其受力一直处于均匀状态。此外，在实际的运行过程中我们可以发现，通过电流方式能够控制其动力输出的大小，这与电梯启动、上行、下行、匀速行驶中的不同的能量输出形成了良好的呼应，使得电梯动力输出更为平稳。

2 永磁同步无齿轮曳引机基本特征

基于上文所讨论的永磁同步无齿轮曳引机的基本结构与原理，其在应用过程中除了稳定性之外，还具有如下几方面特征。

第一，结构简单、体积小。由于永磁同步电动机的转子由轻薄短小的钕铁硼磁体制作，省去了感应电动机的转子铁心、转子线圈，使电动机的体积变小，重量减轻，结构简化，同时，由于永磁同步曳引系统与传统的有齿曳引系统相比，省去了复杂、笨重而又庞大的机械减速机构，使曳引机的结构变得非常简单而紧凑，实现了曳引机整体的简单化、轻量化、小型化。

第二，高效率、超节能。永磁同步无齿曳引系统高效节能的原因，主要在于永磁同步无齿曳引系统没有机械减速机构的油耗、机械摩擦损耗，而传统的有齿曳引系统靠机械摩擦传力，低效率、高能耗是其不可克服的致命缺点。永磁同步无齿曳引传统的机械效率为 98%，在能源传输的过程中将损耗降低到最小。另一方面，永磁同步电动机的转子为永磁体材料，不需要无功的励磁电流，无转子铜损、铁损、发热等问题，定子的损耗也很小，因而电动机容量可以减小。

第三，性能价格比较高。永磁同步无齿曳引系统由于采用了高性能的永磁材料，使电动机本身的成本有所提高，但齿轮减速机构的取消，简化了结构，从而降低了机械制造与维护成本。又由于电动机效率和传动效率的提高，驱动电动机的变频器容量大为减小。

上述三方面特征分别决定了此种技术模式下的成本、效能及结构。并均能够显著提高其选择乐观性，进而进一步提升其在电梯领域应用的范围与比重。

3 永磁同步无齿轮曳引机在电梯稳定体系中的应用

正如上文所讨论的那样，所谓的电梯稳定体系主要分为两个部分，一是从机械稳定性层面探究其运行的稳定；二是从设备稳定性方面探究其后续维养的稳定性。其在应用永磁同步无齿轮曳引机的基础上，稳定性主要表现如下：

3.1 机械稳定性方面

应用永磁同步无齿轮曳引机作为电梯的动力来源其稳定性主要表现为如下三个方面：

第一，永磁同步电机的转速n在稳定运行时与电源频率 f保持恒定关系（n=60flp），只要调节电源频率 f，可以很方便地实现电梯的实际运行速度曲线跟踪理想速度给定曲线，以获得很高的电梯运行平稳性，该电动机不但可以采用闭环变频调速系统，也可以采用开环变频调速系统，当采用闭环变频调速系统时，可获得更高的控制精度和运行舒适感。另外，永磁同步电动机在低频、低压、低速时可提供足够的转矩，并且能够在电梯起停以及低速运行的过程中有效的消除卡顿现象，并以共振为基础避免抖动的产生。

第二，由于其体积相对较小，与其他机械类曳引机相比体积至少削减了 50%以上。故而，在实际的电梯动力系统设计过程中还可以采用降低单体功率，双机运行的方式来进行组建。此种模式能够使得动力输出形成更为有效的连续性，避免受力不均衡而产生的非稳定情况的出现。此外，此种构建模式还能够在不降低总输出功率的情况下降低单体曳引机的功率需求能够形成更为有效的输出“田区”有助于最佳工况的实现。

第三，根据内部碟型结构特征，其受力点均分布在对等轴线上。在不考虑产品生产过程中的细微差异（此方面内容是工业生产质量控制的重点），则可以认为不同受力点间的受力属性为完全一致。此种情形与传统机械动力部分相比不会随着设备的不同运动轨迹而产生不同的动力特征，进而使得其外部表征更为稳定。

3.2 设备稳定性方面

所谓的设备稳定性主要是指其在运行过程中的合规比例，在宏观上一般表现为异常、故障及维养等三个方面，如果上述三个方面均能够达到或者超过合规水平，则可以认定该系统在电梯中的应用能够在设备稳定性方面做出贡献。

在异常稳定性方面：利用永磁同步无齿轮曳引机作为电梯动力单元，其故障率极低。且与传统机械部分相比至少下降了 50%左右，形成此种优势的根本原因在于：一方面此种模式缺乏硬摩擦，故而自身机械结构能够保持稳定；另一方面则是系统运行能耗低、产热小，系统电气结构也能够得到有效的保护。

在故障稳定性方面：利用永磁同步无齿轮曳引机作为电梯的动力单元，其故障率相对较低，根据现有的统计资料，系统性源发故障不足千分之一，处于较低水平。然而，值得我们注意的是，永磁同步系统在一定程度上存在不可修复特性，如果由于外力或者其他因素而导致故障产生很难通过维修来实现就有功能与使用效果的恢复。

在维养稳定性方面：虽然该系统具有一定的应用优势，但是依旧需要构建相对完善的维养体系来加以保护。在实际的体系构建过程中，根据不同的使用频次与强度可以指定必要的维养周期，且由于永磁体系并不存在机械磨损，故而与其他动力结构相比其稳定性表现为周期的稳定与项目的固定两个方面。

4 结语

永磁同步无齿轮曳引机在电梯动力单元的构建中得到了一定的应用，此种构建模式存在体积小、成本小、维护简单、施工便捷等基本特征与优势而受到广泛关注。在此背景下，本文以机械稳定性及设备稳定性两个方面为重点研究内容对其开展相关分析，旨在为后续的技术推广与优化奠定必要基础。

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1671-0711（2017）07（下）-0215-02