专利名称：电梯牵引驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电梯牵引驱动装置，该装置具有一个驱动电梯传动装置的牵引绳轮和一个与所述绳轮接合的同步永磁电机。
背景技术：
在电梯的牵引驱动装置中应用带有永磁转子的同步电机是公知的。在这些电机中，定子(或者电枢)上包括一组或多组线圈，这些线圈用来产生绕电机轴的旋转磁场。这种磁场与容纳在定子内径孔内的转子上的一个或多个永久磁体产生的磁场相互作用，从而使转子旋转。
US6,822,359B2公开了一种同步电机的转子，其中，永磁体被设置在转子的圆周表面上。但是，这些永磁体必须拥有高的磁通密度来产生提升电梯轿厢所必需的转矩。这种具有高磁通密度的永磁体，例如由熔结的稀土材料制成的永磁体，价格昂贵，从而增加了牵引驱动装置的总体成本。此外，如果这种设置在表面的永磁体的磁通密度太小，这些磁体不释放磁性就不能承受定子线圈内产生的电流过载。
因此，例如从US5,697,848或US2005/0168089A1中可以获知，将永磁体设置在转子本体内，这样，转子中邻近永磁体的材料可以增加径向的磁通量，这样就可以使用磁通密度较低的磁体，而且不释放磁性也可以承受定子线圈内产生的电流过载。
然而，要利用这种低磁通密度的磁体产生足够大的转矩，这些永磁体必须具有更大的体积。因为这些永磁体是被插入到与中间面(圆周形的)垂直的转子铁心内，因此，为了获得必要的体积，这些磁体同时必须要有大的径向尺寸，这样会导致转子直径增大，因而增加了牵引驱动装置的总体尺寸。这样是不利的，特别是在拥有小的或者毫无机房空间的电梯中。
这样的结果就是，在装配在轴上用来传递转矩的转子铁心内设置所述的永磁体，会带来制造上的一些常规困难，限制尺寸就会使这种集成的永磁体磁通量受到限制，同时单独的转子铁心又会增加转子的直径。
因此，本发明的目的就是要提供一个在尺寸上足够小同时又不需要使用昂贵的高磁通密度的永磁体的电梯牵引驱动装置。
发明内容
本发明的目的是根据权利要求1或2所述的牵引驱动装置实现的。
根据本发明的一种电梯牵引驱动装置，包括用于驱动电梯传动装置的牵引绳轮，该传动装置具有两根或多根绳索或带，以及同步电机。同步电机内有具有一组或多组线圈的定子以及包括至少一个永磁体的转子，线圈用来产生绕电机轴的旋转磁场，转子与牵引绳轮连接用来传送转矩和进而形成作用在传动装置上的牵引力。
根据本发明的第一技术方案，至少一个永磁体在电机轴向的长度大于定子铁心的长度，这样，永磁体的磁通量B就在轴向集中并指向定子铁心，因而有利于增加用于产生转矩的磁通量。
仅作为进一步解释，这里假设永磁体是沿着电机轴向充分延伸的条形体，并且使磁体的北-南极轴朝向与电机轴垂直的位置，那么这种磁体的磁力线基本分布在与电机轴垂直的平面内。但是，在这种条形磁体的轴向末端，磁力线传播进半球，因此，这些轴端的磁通量被降低了。
根据本发明的第一技术方案，通过延伸永磁体至超出定子铁心，也就是通过定位轴向末端和它们在定子铁心外部减少的磁通量，在永磁体和定子铁心之间的内部磁通量靠均匀的与电机轴垂直的磁力线得到充分保证。因此，通过选择长度上大于定子铁心的永磁体，磁通量就可以在轴向集中。
这种效果甚至被另一种效果放大因为产生于永磁体的磁场穿过空气间隙指向定子铁心，所以这些永磁体轴向末端的磁力线在径向上得到了额外的集中。
由于磁通量被这样集中，所以就可以使用具有低磁通密度的永磁体，从而有利于降低牵引驱动装置的总体成本。同时，由于磁通量被集中，所以能产生足够大的电机转矩。这样，就可以使用那些径向尺寸较小并因此可以降低转子直径的永磁体，而且仍然能够产生足够大的电机转矩。
根据本发明的第二技术方案，转子是由交替分布在与电机轴垂直的平面内的多个单独的永磁体和多个单独的磁性扇形部件组成。这样的转子尺寸小而且非常紧凑，因为永磁体构成了转子的一部分，所以不需要单独的转子铁心。相反，转子铁心构成了轴本身。这样的牵引驱动装置在没有单独的机房的电梯系统中特别有用。
在本发明第二技术方案的牵引驱动装置中，永磁体在圆周方向上的尺寸可以更大因而拥有更大的体积，这样就会导致磁通量的增加，这些永磁体能够容易的集成为转子，从而补偿它们的低磁通密度。与常规的带有内部永磁体的永磁同步电机相比，本发明第二技术方案中的永磁体不是从外部插入的，而是与单独的磁性扇形部件装配在一起构成了转子，这样就允许永磁体具有更大的圆周尺寸。结果就是尽管转子直径保持很小，但是利用具有较低磁通密度和较大体积的永磁体产品就可以获得足够大的磁通量。
这种效果同样被另一种效果放大磁性扇形部件在径向集中了与之邻近的永磁体的磁通量，因而进一步增加了产生电机转矩的有效磁通量。另外，磁性扇形部件优选由铁磁性材料制成，其磁导率(permeability)要远大于1(μr＞＞1)例如钢或者类似材料，也可以由顺磁性材料制成，其磁导率要等于或大于1(μr≥1)，例如铝合金或者类似材料。
在一个优选实施例中，本发明的两个技术方案被叠加。提供带有一个或多个永磁体的转子，永磁体在电机轴向上的长度大于定子铁心的长度，因而可以集中轴向的磁通量，转子上还带有单独的磁性扇形部件，这些磁性扇形部件设置在与上述永磁体相邻的位置，这样与电机轴垂直的磁通量在径向得到了额外的集中，这样就可以使用低磁通密度的永磁体，同时，用这些较低成本而且更耐用的磁体也能够产生足够大的电机转矩。而且，磁性扇形部件增加了永磁体承受定子线圈内电流过载的能力。此外由于转子直径变小，因而减小了牵引驱动装置的总体尺寸，而且这种转子容易制造，仍然可以集成具有大圆周尺寸的永磁体。
由此可见，低磁通密度(价格便宜)、小径向尺寸(减小了转子的直径)的永磁体能够产生足够大的磁通量是由于径向和轴向上磁通量的集中，以及永磁体的更适宜的更大圆周尺寸。
特别地，永磁体可以由铁氧体或者稀土元素制成，用聚合物进行粘结。
本发明的一个优选实施例中，磁性扇形部件是由铁磁板或者顺磁板制成，并相互不可拆地固定在一起。板之间的固定可以选用任何一种合适的技术，特别是焊接、结合、烧结、浇铸或者利用粘结剂。可更换地，这些板的固定也可通过支撑装置，例如带、螺丝或者类似装置。因此，任意设计的轻重量的磁性扇形部件都能制造。特别地，磁性扇形部件可以是蛋糕切片的形状，这样当相互间装配好后就形成一个圆柱形的转子。
永磁体和磁性扇形部件可以利用支撑装置可拆卸地固定在一起。在一个优选的实施例中，这些支撑装置由非磁性材料制成。支撑装置可以包括缠在磁性扇形部件和永磁体和/或轴向端部板上的带，磁性扇形部件和/或永磁体是被固定到轴向端部板上的，例如用螺丝或者弹性插槽。这样单个的磁性扇形部件或者永磁体可以被容易的更换，因而可以改善维护性能。也可以选择将永磁体和磁性扇形部件相互不可拆地固定在一起，特别是利用焊接、接合、烧结、浇铸或者利用粘结剂。对于装配在一起的永磁体和磁性扇形部件，可拆卸的或者不可拆的，以标准组件的方式制造转子也是有可能的，例如，如果需要一个更低磁通量、更轻、更便宜的转子，那么一个或者多个永磁体就可以用非磁性的仿制品来替换。
因此，转子可以利用一种快速的、廉价的、简单的方法来制造，只需将磁性扇形部件和永磁体装配起来并将它们固定在一起即可。在一个优选的实施例中，装配在一起的磁性扇形部件就会形成容纳永磁体的空穴，因而永磁体就可以牢固地固定在转子内。
在一个优选的实施例中，转子和牵引绳轮通过弹性装置连接在一起。因此，不需要额外设置单独的轴来将电机转矩传递到轴上。此外，由电机或者牵引绳轮引起的振动也能得到控制，而且，更能使转子轴与牵引绳轮轴之间产生的不对准得到补偿。同时，电机转矩发生的振动也能被吸收而不是直接传递到电梯的轿厢上。反之亦然，牵引绳轮上载荷的振动也不是直接作用在同步电机上，因而有利于其过载保护。
进一步的目的、特征和优点可以从下面的权利要求和优选实施例的描述中得知。
图1是本发明的一个实施例的牵引驱动装置的沿电机轴的截面视图；图2是图1所示的牵引驱动装置的转子在与电机轴垂直的平面内的截面视图
图3是图2所示转子的磁性扇形部件的透视图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明的一个实施例的牵引驱动装置包括用来在电梯传动装置(未示出)上施加牵引力的牵引绳轮5。牵引驱动装置可以安装在电梯自己的升降井内，也可以安装在单独的机房空间(也未示出)内。
转子3与牵引绳轮5通过弹性装置4结合在一起。弹性装置可以由能够传递电机转矩的弹性材料制成。特别是所述弹性装置可由优选包含纤维(例如碳纤维或者玻璃纤维)的塑料或者树脂制成，以便加强基体材料的强度。在另一实施例中，根据所需的期望的弹性特征，也可通过金属板成型。
转子3的周围设置定子1，定子沿其轴向容纳转子。定子是由钢板制成的，钢板上带有可凹槽，该凹槽用于容纳一组或者多组线圈构成的多个线圈绕组(未示出)。优选地，根据本发明的一个实施例，在牵引驱动装置中可以使用常规的定子。
转子的结构可以清楚地从图2中看出，图2中示出了与电机轴垂直的截面视图。如图2中所示的实施例，该转子3是由八个磁性扇形部件6和八个永磁体7构成，磁性扇形部件6和永磁体7在圆周方向上相邻交替设置。其中，“N”和“S”分别表示单个永磁体7的北极和南极，并指向相邻磁体的相应的磁极。
如图3所示，每个磁性扇形部件6具有大致的蛋糕切块状，带有一个沿半径方向向内逐渐减小的锥形里端，以便于在所有的磁性单元6装配在一起时基本上形成一个中心轴与电机轴成一线的柱体。每个磁性扇形部件6的径向里端和外端均在圆周方向上突出，从而在相邻磁性扇形部件之间形成了可以容纳大致条形永磁体7的凹穴。
磁性扇形部件6的两个轴端部均被用螺丝固定到壶形的支撑部件8上，支撑部件8由电机壳体(未示出)内的轴承9支撑。因此，完整的转子3是由磁性扇形部件6和永磁体7构成，而且没有单独的电机轴，从而降低了转子的直径，而同时永磁体7的体积也被降低，这样具有低磁通密度的磁体同样也可以产生足够大的电机转矩。此外，该完整的转子的制造廉价又简单，仅需将磁性扇形部件6和永磁体7相互固定在一起，例如通过此实施例中示出的支撑板8。在另一个实施例(未示出)中，磁性扇形部件6和永磁体7相互固定是通过将磁性扇形部件6的各个外圆周凸起焊接在一起实现的。
本实施例中的磁性扇形部件是由例如钢这样的铁磁性材料制成的一体化的块状体。因此它们在径向上集中了磁通量10，如图2中表示的。所以，尽管转子的直径小，但是使用这种牵引驱动装置却能够产生足够大的电机转矩。利用由顺磁性材料(paramagnetic material)制成的磁性扇形部件也能达到类似的效果但是效果相对较小。
在一个可以选择的实施例(未示出)中，该磁性扇形部件是由单个的薄板相互固定在一起而形成的，例如通过焊接相互固定在一起。因此，可以提供重量轻的磁性扇形部件，从而降低了牵引驱动装置总体重量。
如图1所示，永磁体在电机轴向上的长度大于定子在轴向上的长度，也就是转子超出了定子。因此，如图1中表示，磁通量11在轴向被集中。
由于轴向磁通量11和径向磁通量10通过永磁体的尺寸和相邻的磁性扇形部件6被集中，因此，永磁体7可以由具有低磁通密度的便宜材料制成，例如铁氧体(Ferrite)，但是可以产生高的电机转矩并且可以承受电流过载。
本发明中一个优选的实施例概括如下一种电梯牵引驱动装置，包括用于驱动电梯传动装置的牵引绳轮5和同步电机，同步电机包括具有至少一组线圈的定子1和具有至少一个永磁体7的转子3，线圈用来产生绕电机轴的旋转磁场，转子与牵引绳轮接合用来传递转矩。根据本发明的永磁体7在电机轴向上的长度大于定子线圈的长度和/或转子是由多个单独的永磁体7和多个单独的磁性扇形部件6构成，这些永磁体和磁性扇形部件沿与电机轴垂直的圆周方向交替布置用来在轴向和/或径向上集中磁通量。
权利要求
1.一种电梯牵引驱动装置，包括用于驱动电梯传动装置的牵引绳轮(5)；以及同步电机(2)，所述同步电机包括具有至少一组线圈的定子(1)，所述线圈用来产生绕电机轴的旋转磁场，以及包括至少一个永磁体(7)的转子(3)，所述转子与所述牵引绳轮接合用来传递转矩；其特征在于，所述至少一个永磁体(7)在电机轴向上的长度大于定子铁心的长度。
2.一种电梯牵引驱动装置，包括用于驱动电梯传动装置的牵引绳轮(5)；以及同步电机(2)，所述同步电机包括具有至少一组线圈的定子(1)，所述线圈用来产生绕电机轴的旋转磁场，以及包括多个永磁体(7)和磁性扇形部件(6)的转子(3)，所述转子与所述牵引绳轮接合用来传递转矩；其特征在于，所述转子是由多个单独的永磁体(7)和多个单独的磁性扇形部件(6)构成，这些永磁体和磁性扇形部件沿与电机轴垂直的圆周方向交替布置。
3.根据权利要求2中所述的牵引驱动装置，其中所述永磁体和磁性扇形部件是通过支撑装置(8)可拆卸地相互固定在一起，特别是由非磁性材料制成的支撑装置。
4.根据权利要求2中所述的牵引驱动装置，其中所述永磁体和磁性扇形部件不可拆卸地相互固定在一起，特别是通过焊接、结合、烧结、浇铸和/或利用粘结剂。
5.根据前面任一项权利要求中所述的牵引驱动装置，其中永磁体具有低磁通密度。
6.根据权利要求5中所述的牵引驱动装置，其中永磁体是由铁氧体、利用聚合物结合的稀土元素或者稀土元素制成。
7.根据权利要求2至6中所述的任一种牵引驱动装置，其中磁性扇形部件是由铁磁性材料或者顺磁性材料制成的一体化的块状体。
8.根据权利要求2至6中所述的任一种牵引驱动装置，其中磁性扇形部件是由铁磁性薄板或者顺磁性薄板制成的，通过支撑装置可拆卸地相互固定在一起。
9.根据权利要求2至6中所述的任一种牵引驱动装置，其中磁性扇形部件是由铁磁性薄板或者顺磁性薄板制成的，不可拆卸地相互固定在一起，特别是通过焊接、结合、烧结、浇铸和/或利用粘结剂不可拆卸地相互固定在一起。
10.根据前面任一项权利要求中所述的牵引驱动装置，其中转子(3)和牵引绳轮(5)通过弹性装置(4)相互接合在一起。
全文摘要
一种电梯牵引驱动装置，包括一个驱动电梯传动装置的牵引绳轮(5)和一个同步电机，所述同步电机包括一个具有至少一组线圈的定子(1)，所述线圈用来产生绕电机轴的旋转磁场，以及一个包括至少一个永磁体(7)的转子(3)，所述转子与所述牵引绳轮耦合用来传递转矩。根据本发明的所述永磁体(7)在电机轴向上的长度大于定子线圈的长度和/或所述转子是由多个单独的永磁体(7)和多个单独的磁性扇形部件(6)构成，这些永磁体和磁性扇形部件沿与电机轴垂直的圆周方向交替布置用来集中轴向和/或径向磁通量。
文档编号H02K1/27GK101092225SQ20071013850
公开日2007年12月26日 申请日期2007年4月23日 优先权日2006年4月24日
发明者马里奥·约希塔罗·奥加法 申请人:因温特奥股份公司