基于TRIZ的无齿轮永磁同步曳引机的改进设计

刘宏勋　霍孟显

摘 要：该文针对河北丰维机械制造有限公司现有的无齿轮永磁同步曳引机存在的基座轴颈部位易产生铸造缺陷，曳引机装配工艺较复杂的问题，进行了改进设计。在改进设计过程中借助TRIZ工具，找到了几种设计方案，综合比较之后，确定了改进方案，设计和采用了新的结构，降低了基座铸造缺陷率，提高了曳引机装配工艺性。在实践中验证了TRIZ理论在产品改进设计中的指导作用。

关键词：TRIZ 无齿轮永磁同步曳引机 改进设计

中图分类号：TU85 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）06（c）-0093-02

Abstract：In this paper， do improved design of gearless permanent magnet synchronous traction machine which with problems such as the shaft neck of traction machine base is easy to produce casting defects， and assembly process of traction machine is more complex. In the process of improved design， with the help of TRIZ， found several design schemes. After a comprehensive comparison， determine the plan of improved design， design and adopt new structure， reduce the traction machine base casting defects and improve assembly manufacturability. The progress verifies the theory of TRIZ is useful to guide the improved design.

Key Words：TRIZ； Gearless Permanent Magnet Synchronous Traction Machine； Improved Design

电梯曳引机经历了蜗轮蜗杆传动、行星齿轮和斜齿轮传动等技术的更新换代之后，20世纪90年代末出现的永磁同步曳引机以其体积小、损耗低、效率高等优点，在能源和环保意识日益受到重视的今天，得到迅速的发展和应用。

该公司投放市场的无齿轮永磁同步曳引机的基座铸造有实心轴颈，以安装制动轮，这种轴颈结构较厚，容易产生铸造缺陷，铸造成本高；制动轮通过滚动軸承装配在轴颈上，曳引机装配工艺较复杂。

该文在曳引机的改进设计中借用TRIZ工具，针对现有曳引机的问题，寻求解决方案，找到新的结构。

1 TRIZ理论

起源于苏联的发明问题解决理论（TRIZ：Theory of Inventive Problem Solving）对工业界的创新具有指导作用。作为一种方法学，TRIZ是由解决技术问题和实现创新开发的各种方法、算法组成的综合理论体系。

在解决具体问题时，首先用该问题所处技术领域中的特定术语描述冲突得到特定工程问题。之后，再用标准参数描述该冲突。标准参数描述的是一般问题，并在冲突矩阵中选择可用发明原理。一旦选定某一或某几个原理以后，根据选定原理指明的思维方向思考特定的问题以获得具体解，图1给出了借用TRIZ求解技术冲突的过程。

2 无齿轮永磁同步曳引机的改进设计

无齿轮永磁同步曳引机主要分外转子和内转子两种类型。内转子主要应用于大载重，高转速场合，该文改进对象是外转子式无齿轮永磁同步曳引机，其由基座，定子，制动轮，曳引轮、制动机构及电源控制部件组成。其基本结构是：定子固定安装在基座内，制动轮一端内侧贴永磁铁，另一端内侧通过两排深沟球轴承安装在基座的轴颈上，并保证永磁铁与定子线圈轴向位置相同，以在定子线圈通电时，产生电磁转矩驱动制动轮转动，曳引轮安装在制动轮轴承部位的外侧，以保证曳引轮承受的径载荷完全以径向力作用在轴承部位，不产生倾翻力矩，曳引轮外圈车制绳槽，以悬挂钢丝绳，将曳引轮的转动带动电梯轿厢的升降实现曳引机的驱动功能。制动机构采用两块块式制动器，安装在基座两侧，当断电或制动时抱紧制动轮安装永磁铁的外侧部位。

2.1 无齿轮永磁同步曳引机的问题描述

现有无齿轮永磁同步曳引机存在的问题有：一是基座轴颈部位易产生铸造缺陷；二是制动轮及其上部件安装及拆卸困难。

2.2 无齿轮永磁同步曳引机的问题解决

2.2.1 确定一般问题

（1）基座轴颈部位易产生铸造缺陷。

把基座作为一个系统研究，轴颈部位易有铸造缺陷。故选择恶化参数是13号结构的稳定性，改善参数是32号可制造性。问题描述为提高结构的稳定性，同时提高系统的制造工艺性。

（2）制动轮及其上部件安装及拆卸困难。

制动轮及其上部件的安装与拆卸过程是一个系统的操作过程。故选择恶化参数是34号可维修性，改善参数是27号可靠性。问题描述为提高系统的可维修性，同时提高系统的可靠性。

2.2.2 获得一般解

（1）基座轴颈部位易产生铸造缺陷。

在冲突矩阵中查找32行13列得到推荐的发明原理编号是11、13和1。

11号是预先应急措施原则。

13号是相反原则。

1号是分割原则。

（2）制动轮及其上部件安装及拆卸困难。

在冲突矩阵中查找27行34列得到推荐的发明原理编号是1和11。endprint

1号是分割原则。

11号是预先应急措施原则。

2.2.3 获得工程解

借助发明原理启发的思考方向，运用类比等方法获得工程解。

（1）基座轴颈部位易产生铸造缺陷。

方案一在分割原则启示下，考虑将轴颈部位与基座分割为两个部件分别铸造。

方案二在预先应急措施原则启示下，将轴颈铸造成空腔结构较少壁厚。

（2）制动轮及其上部件安装及拆卸困难。

方案一在分割原则的启示下，将轴颈做成转轴和曳引轮固定连接，通过轴承安装到基座上。

方案二在预先应急措施原则的启示下，将轴颈与基座的连接结构设计成过盈锥孔配合。

综合分析各种方案，采用基座加定轴的结构，定轴采用内腔式高性能铸件，铸件壁较薄降低铸造缺陷，具有較好铸造工艺性。机座内孔加工为锥孔，无需铸造轴颈，消除轴颈部位的铸造缺陷，铸造工艺性好；机座与定轴通过圆锥面以键连接，由端盖轴向压紧，通过内六角圆柱头螺钉调整与机座的连接，定轴并其上装配各部件拆卸和维修比较方便，成本较低。制动轮及其上部件通过双排深沟球轴承装配在定轴上。基座结构见图2，定轴结构见图3。

3 结语

无齿轮永磁同步曳引机已经成为电梯曳引机市场的主流，针对现有结构的不足，进行改进设计，在保证提高其可靠性的前提下，既减低了铸造缺陷率又提高了装配工艺性。达到降低产品成本、提高产品性能和市场竞争力的目的。同时此次改进设计再一次验证了，运用TRIZ工具对于工业界的创新能够克服传统的思维惯性，提供多套解决问题的方案，对于工业界解决结构问题有很大指导作用。

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