新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院 张家胜
摘要：本文对无齿轮永磁同步曳引机在应用中人们所关心的曳引机安全性、永磁体失磁、驱动及控制装置等关键问题进行分析说明、对现场实际应用情况进行阐述。
关键词：无齿轮、永磁同步、曳引机、永磁体失磁、能耗制动。
Abstract: This article to the non-gear permanent magnetism synchronization tractor the tractor security which, the permanent magnet the people cared in the application loses magnetism, the actuation and the control device and so on key question carries on analysis showing, to be practical to the scene the application situation carries on the elaboration.
Keyword: Does not have the gear, permanent magnetism synchronization, the tractor. The permanent magnet loses magnetism, the dynamic braking。
1、引言
具有低速大转矩特性的无齿轮永磁同步曳引机以其节省能源、体积小、低速运行平稳、噪声低、免维护等优点，越来越引起电梯行业的广泛关注。中国拥有丰富的稀士矿藏资源，是世界上永磁材料的生产大国，开发和生产永磁电纲具有得天独厚的优势。近年来，电梯行业许多厂家纷纷开展无齿轮永磁同步曳引机的开发研制工作。WYT系列无齿轮永磁同步曳引机于2001年7月率先通过了中国电梯质量监督检验中心的检验，目前已形成批量生产，曳引机产品已被国内50多家电梯生产厂先用，并有部分产品出口到日本、韩国、马来西亚、沙特等国家。WYT系列产品的应用范围包括速度为0.5—40.m/s、载重量450～2000kg的各种电梯，适用于有机房、小机房及无机房电梯应用场合。虽然目前在中国电梯市场上采用无齿轮同步曳引机技术的电梯只占很少部分（约10%），但其发展势头非常迅猛。伴随着电梯市场的竞争和技术竞争，必将进一步促进无齿轮永磁同步曳引机技术及其应用的发展。
WYT系列无齿轮永磁同步曳引机的结构设计特点和主要性能指标，就其应用中人们所关心的曳引机安全性、永磁体失磁、驱动及控制装置等关键问题进行分析探讨，对现场实际应用情况进行总结。
2、无齿轮永磁同步曳引机结构设计及性能特点
无齿轮永磁同步曳引机的结构形式可以分为径向磁场结构和轴向磁场结构。径向磁场结构按定子和转子的相对位置不同，又可分为内转子结构和外转子结构。轴向磁场结构又称盘式（或碟式）结构，不同结构形式的曳引机应有和场合不同，其磁场分布形式也不同。内转子结构承载能力强，适于大载重量、高速电梯，一般多用于高层住宅和办公楼，外转子结构轴向尺寸相对较小，可用于小机房或无 机房电梯应用场合，但其载重量受到限制，而盘式结构曳引机轴向尺寸更小，可直接安装于电梯井道中，最适于无机房电梯使用。
无论永磁同步曳引机采用何种结构形式，都必须满足与承载能力相应的机械强度和刚度要求，以保证实际使用中的安全可靠性。对无齿轮永磁同步曳引机转轴的机械应力和整体机械强度与刚度进行具体的计算分析，这样从结构设计方面保证了曳引机具有足够的机械强度与刚度。
3、无齿轮永磁同步曳引机的安全可靠性
（1）永磁体失磁（不可逆退磁）问题
永磁同步曳引机中采用的永磁材料为高性能钕铁硼永磁材料，钕铁硼永磁材料要发生不可逆退磁，需同时满足以下两个条件：①永磁材料处在一定的高温下，在该温度下，材料的退磁曲线由常温下的直线变为曲线，即退磁曲线发生弯曲。退磁曲线开始弯曲的那一点称为拐点，一般用bk表示见图1，②永磁体在该温度下受到了较大的退磁磁势的作用，使永磁体工作点低于拐点bk。此时，当外加磁势取消后，永磁体工作点将沿着与退磁曲线平行的回复线移动，永磁体发生了不可逆退磁。
图1 永磁体的退磁曲线和工作点
如果在工作温度下永磁体的退磁曲线为直线，则无论加多大去磁磁势，永磁体都不会发生不可逆退磁，同样，在永磁体退磁曲线发生弯曲的情况下，如果外加的退磁势较小，永磁体的工作点在退磁曲线拐点以上，亦不会发生不可逆退磁。
为保证永磁同步曳引机在实际运行中不发生失磁（不可逆退磁），一方面在设计中考虑永磁体尺寸选择和绕组匝数选择时要确保永磁体工作点在最恶劣工况下亦有较高的数值（远大于拐点）。选择的永磁材料具有良好的抗高温特性，在正常使用 条件下，其退磁曲线始终为直线；另一方面在永磁同步曳引机绕组中予埋有热敏电阻，当温度达到100。C时，可通过热敏电阻监控器使曳引机暂停工作。通过上述措施可确保永磁同步曳引机的永磁体在电梯运行中（包括最恶劣情况下）不会发生失磁。
（2）自发电式能耗制动
当曳引机断电时，控制系统可将曳引机定子绕组短接，如果此时曳引机制动器发生失效（断电后未能下闸），电梯将发生自由“溜车”现象。由于永磁体的存在，曳引机定子绕组中将感应出发电制动电流，该制动电流所产生的制动转矩阻止曳引机的“溜车”运动，“溜车”速度越快，制动电流越大，所产生的制动转矩越大，在发电制动转矩作用下，曳引机的“溜车”速度将限制在较小速度下保持匀速运行，不会发生危险。这与传统的有齿轮曳引机相比更加安全。
4、无齿轮永磁同步曳引机机驱动装置
WYT系列无齿轮永磁同步曳引机具有优良的低速，大转矩特性，能较好地满足电梯曳引要求，这种性能的实现还必须基于与之配套的驱动装置的良好性能和良好匹配性。在应用实践中曾使用过下列五种型号的驱动装置，均取得了较好的运行效果；英国CT公司Unidrive-LFT变频器；德国KEB公司F4变频器；日本富士公司VG7-S变频器；日本安川公司676GL5-IP变频器；意大利西威变频器。
由于无齿轮曳引机的转速较低（1m/s曳引机额定转速96r/min）,为了保证驱动装置速度反馈的精度，要求用于速度检测的编码器具有较高的精度，一般情况下最低4096P/N,最好选择8K-10KP/N编码器或具有同等解析度的正、余弦编码器，这对于无齿轮曳引机获得良好的调速性能是至关重要的。由于无齿轮曳引机没有反向自锁力，在起动时容易发生溜车现象，使电梯起动舒适感变坏，需要负载检测装置进行补偿控制，使曳引机在制动器打开之前就输出和当前负载相对应的转矩，这样在制动器打开后就不会溜车，使起动舒适感得到保证。
5、无齿轮永磁同步曳引机现场应用情况
目前采用WYT系列无齿轮永磁同步曳引机的电梯已有近千台投入运行，电梯速度0.5-4.0m/s，载重量从450-2000kg. 应用场合包括住宅楼、星级酒店、车站、写字楼等，包括有机房电梯和无机房电梯。共同特点主要有以下几点：噪声下降。由于电机转速很低，又无齿轮传动噪声，加之采用高精度轴承，使电梯机房的噪声比传统曳引机电梯明显降低。电梯振动小。减小电机的转矩脉振，使曳引机运行非常平稳。此外，没有了齿轮转动产生的扭振，电梯比以前运行更加平稳。节能效果明显。没有了齿轮转动的损耗，再加上永磁电机的高效率，与传统的有齿轮电梯相比节能约40%左右。
6、结论
虽然无齿轮永磁同步曳引机的应用刚刚起步，但我们完全有理由相信在未来的3-5年当中，随着产量增加，成本下降，技术完善，无齿轮永磁同步曳引机成为电梯曳引装置的主流产品，进而取代大部分传统的有齿轮曳引机，它的应用前景非常广阔。
作者简介：张家胜工作于新疆维吾尔自治区特种设备检验研究院，电梯检验室主任，高级工程师。
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