УПРАВЛЯЕМЫЙ ПРИВОД ЛИФТА

Полезная модель относится к системам автоматического управления и может быть использована в приводах систем управления, работающих в режимах пониженных скоростей ротора электродвигателя, например, в приводах лифтов.
Известны приводы лифтов, содержащие электродвигатель и редуктор для обеспечения малых скоростей перемещения кабины лифта - см., например, патент Японии №3144995, В 66 В 11/08, 2002 г.
Их недостатками, без применения специальных средств, являются повышенные массо-габариты, недостаточная надежность и плавность работы в режимах разгона и торможения, высокий уровень шума.
Например, широко применяемые в настоящее время лифты отечественного производства Карачаровского лифтового завода имеют уровень шума в кабине порядка 80 дБ, масса привода лифта с редуктором грузоподъемностью 400 кг составляет около 800 кг.
Решение задачи улучшения массо-габаритных характеристик осуществляют различными средствами. Например, в патенте WO №174704, В 66 В 11/04, 2002 г., эта задача решена размещением привода конструкции подъемного устройства на крыше; при этом он не занимает полезного пространства.
Иное решение той же задачи содержится в патенте ЕР №1249424, В 66 В 11/00, 2003 г., где двигатель и редуктор устанавливаются с отклонением под углом
относительно вертикали. При этом тормоз является составной частью редуктора и неразборно с ним соединен.
Прототипом полезной модели является привод лифта, состоящий из асинхронного электродвигателя, редуктора, жестко соединенного с выходным валом электродвигателя, и блока управления лифтом, выход которого подключен к обмоткам статора электродвигателя, (см. книгу Райков Е.И., Грузинов Е.В. Справочник молодого монтажника лифтов. - М.: Высшая школа, 1990. - 240 с.).
Недостатками этого привода также являются высокие массо-габариты из-за наличия редуктора, высокое энергопотребление в связи с малыми величинами КПД механического редуктора и асинхронного электродвигателя, недостаточная надежность работы, высокий уровень шума в кабине лифта.
Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является улучшение массо-габаритных характеристик привода, снижение энергозатрат, повышение надежности и снижение уровня шума.
Эта задача решается так, что управляемый привод лифта, содержащий электродвигатель и блок управления лифтом, снабжен датчиком положения ротора электродвигателя, ротор и статор которого жестко соединены с ротором и статором электродвигателя, управляющим инвертором, выход которого соединен с обмотками статора электродвигателя, первый управляющий вход подключен к выходу датчика положения ротора, а второй управляющий вход - к выходу блока управления лифтом, при этом электродвигатель выполнен синхронным и имеет 12 пар полюсов, ротор электродвигателя изготовлен из редкоземельного магнитного сплава и состоит из постоянных магнитов с индукцией 1,4-1,9 Тл, воздушный зазор между статором и активной областью ротора электродвигателя составляет 0,8-1,0 мм.
Частным случаем материала, из которого выполнен ротор - редкоземельного магнитного сплава - является сплав железа, неодима и бора.
На чертеже представлена функциональная схема управляемого безредукторного привода лифта.
Привод содержит синхронный многополюсный электродвигатель (ЭД) 1, имеющий 12 пар полюсов. Ротор 2 двигателя 1 представляет собой цилиндр, на поверхности которого закреплены бандажом постоянные высокоэнергетические магниты с индукцией 1,4-1,9 Тл. Статор 3 ЭД 1 представляющий собой пакет цилиндрически набранных пластин электротехнической стали с рабочими обмотками 4. Воздушный зазор между статором 3 и активной областью ротора 2 электродвигателя 1 составляет 0,8-1,0 мм.
Статор 3 и ротор 2 электродвигателя 1 жестко соединены, соответственно, со статором и ротором датчика 5 положения ротора, установленного на выходе электродвигателя 1. Выход датчика 5 подключен к первому входу управляющего инвертора 6, второй управляющий вход которого соединен с выходом блока 7 управления лифтом. Выход управляющего инвертора 6 соединен с обмотками 4 статора 3 электродвигателя 1.
Блок 7 управления лифтом - стандартный, имеющий на выходе постоянное напряжение различных уровней до ±24 В.
Для обеспечения воздушного зазора между статором 3 и ротором 2, изменяющегося в диапазоне 0,8-1,0 мм, ротор 2 выполнен большего диаметра по сравнению со стандартным. Он также изготовлен из редкоземельного магнитного сплава Fe-Nd-B (железо-неодим-бор), магнитная индукция которого изменяется в диапазоне 1,4-1,9 Тл. Кроме того, статор 3 изготовлен с большей глубиной пазов для размещения в них большего числа витков обмотки; углубление пазов уменьшает толщину спинки статора 3, т.е. магнитное сопротивление материала уменьшается.
Уменьшение воздушного зазора до указанных размеров за счет увеличения диаметра ротора 2 и уменьшения толщины спинки статора 3 позволяет снизить потери
на 40% вследствие уменьшения сопротивления в воздушном зазоре и уменьшения работы магнитного поля на перемагничивание в спинке статора 3. Эти же мероприятия позволяют снизить нежелательный разогрев ЭД 1.
В соответствии с диапазонами изменения воздушного зазора между статором 3 и активной частью ротора 2 ЭД 1, можно привести полученные опытным путем сравнительные характеристики, указывающие на невозможность работы ЭД 1 вне определенных параметров.
Таблица 1
Воздушный зазор, мм
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
Магнитная индукция статора, Тл
2,1
1,9
1,7
1,4
1,2
Особенности работы ЭД
Возможно заклинивание ротора, высокая трудоемкость сборки
Максимальный КПД, трудоемкость сборки
Номинальный режим работы
Перегрев двигателя из-за большого сопротивления в зазоре
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Сигнал управления с блока 7 управления лифтом поступает на управляющий инвертор 6. Инвертор 6 формирует напряжение переменного тока на рабочих обмотках 4, создающее вращающийся магнитный поток, который входит во взаимодействие с магнитным полем постоянных магнитов ротора 2, приводя его во вращение. Так как ротор 2 ЭД 1 механически жестко соединен с выходным валом нагрузки, он вращается с угловой скоростью, которую определяет магнитный поток, формируемый током, создаваемым управляющим инвертором 6 в рабочих обмотках 4 статора 3.
Датчик 5 измеряет текущее положение ротора 2 ЭД 1 относительно статора 3. Введение в управляемый привод датчика 5 положения ротора электродвигателя 1 позволяет отслеживать положение ротора 2 электродвигателя относительно его статора 3, обеспечивая выравнивание токов управления, моментов и скоростей, развиваемых электродвигателем 1 и, как следствие, - плавность работы привода в динамических режимах, а также равномерность моментных характеристик электродвигателя.
Согласно сигналу с выхода датчика 5 положения ротора, на инверторе 6 формируется сигнал рассогласования, пропорционально которому корректируется ток управления. В результате двигатель ЭД 1 в номинальном режиме работы позволяет получить повышенную индукцию и высокий крутящий момент на выходном валу. Частота его вращения уменьшается как за счет увеличения числа пар полюсов до 12; так и за счет включения в схему управляющего инвертора 6, который преобразует ток промышленной частоты f=50 Гц до значения f=6-8 Гц. Таким образом можно сказать, что модернизированный ЭД 1 форсирован по моменту.
За счет повышенной магнитной индукции моментная характеристика ЭД 1 становится линейной; стандартный электродвигатель с подобной моментной характеристикой будет иметь в 5 раз большие габариты.
Таким образом, использование в предлагаемой схеме синхронного многополюсного электродвигателя, содержащего 12 пар полюсов, ротор которого состоит из постоянных магнитов с повышенной индукцией 1,4-1,9 Тл, а воздушный зазор между статором и активной областью ротора электродвигателя составляет 0,8-1,0 мм, позволяет повысить номинальные значения потока магнитной индукции, номинальный момент, развиваемый электродвигателем, и, как следствие, -долговременную мощность привода лифта.
Включение в схему управляющего инвертора позволяет обеспечить малые потери энергии на перемагничивание материала статора и низкую частоту тока в обмотках статора (6-8 Гц), что позволяет отказаться от использования механического редуктора, снизить энергозатраты привода, повысить надежность и КПД, улучшить массогабаритные характеристики привода.
Кроме того, формирование замкнутой следящей системы управления привода обеспечивает точность отработки скоростей, перемещений, равномерность моментных характеристик и сглаживание переходных процессов в динамических режимах работы.