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永磁曳引机发展技术高层论坛
2009-05-04 17:56:02  作者:syadmin  来源:赛尔电梯  
  •   “曳引机是电梯的心脏”,而永磁同步曳引机,更是代表着曳引机新的技术和发展潮流,是电梯强劲有力而且节能环保的心脏。永磁同步曳引机从二十一世纪开始在中国广泛的推广并使用,随着电梯的迅猛发展,其需求和生产量水涨船高。

  前言

  “曳引机是电梯的心脏”,而永磁同步曳引机,更是代表着曳引机新的技术和发展潮流,是电梯强劲有力而且节能环保的心脏。永磁同步曳引机从二十一世纪开始在中国广泛的推广并使用,随着电梯的迅猛发展,其需求和生产量水涨船高。然而,永磁同步曳引机在经过几年的实践中的应用,也出现了一些问题。如:永磁材料的质量问题、钢丝绳遇到的磨损问题、轮子的磨损问题、制动器的噪音问题、对重的轴承问题、安装维保中的规范安装和维保问题等等。

  如何解决这些问题,如何更加有效的使用永磁同步曳引机?本期,我们邀请到专业曳引机生产企业、整梯技术采购部门专家、曳引机相关配套部件生产企业(钢丝绳、制动器等)、资深的安装维保公司等各方面的行业主流专家一起针对永磁同步曳引机在实践中遇到的问题,各抒己见,交流讨论,提出应对措施。面对问题,共同研讨、共同改进、共同进步!

  会当凌绝顶 一览众山小

  ——永磁同步曳引机市场发展浅析

  参与嘉宾:

  苏州通润驱动设备股份有限公司董事长 张鹤

  上海桑塔斯机电有限公司总经理 曾晓东

  吉梯机电(上海)有限公司副总经理罗永祥

  上海蒙特纳利电梯设备有限公司技术总监 项克胜

  施乐百机电设备(上海)有限公司销售经理 王勇武

  深圳市三禾精工科技有限公司总经理 何志军

  重庆伊士顿电梯有限责任公司制造部经理 丁江

  曼斯顿电梯(浙江)有限公司副总裁 章关森

  苏州帝奥电梯有限公司工程部技术员 钟家洪

  天津高盛钢丝绳有限公司副总经理 孙国和

  石家庄五龙制动器有限公司总经理 韩伍林

  石家庄五龙制动器有限公司 总工程师 芮振璞

  北京金星鸿业有限公司工程师 李宝军

  合肥安中电梯有限公司技术顾问 单钜桢

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  技术交流:

  会当凌绝顶 一览众山小

  ——永磁同步曳引机市场发展浅析

  中国电梯行业经过近30年的发展,已经从上世纪八十年代初2千多台的年产量和1万台的保有量,发展到2008年24.5万台的产销量,以及超过100万台的保有量,成为全球最大的电梯制造基地、全球最大的电梯市场、全球第二大电梯保有量国家(仅次于美国的160万台)。电梯行业的发展,也带动了曳引机产业的快速发展。

  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,上世纪九十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。

  目前,我国永磁同步无齿轮曳引机生产厂家已经达到五十余家,呈现百家争鸣的局面,永磁同步曳引机产品在新装客梯中的使用率也已经占据主流,取代传统蜗轮蜗杆曳引机市场地位已经指日可待。

  永磁同步曳引机的发展

  在电梯行业,尽管传统的蜗轮蜗杆传动曳引机无论是在理论上,还是在实践操作中,早已在百年的更新升级中被业内精英所认可,其可靠性也有目共睹,但其体积大(影响建筑物美观)、噪音大(一般不低于60dB)、易磨损、传动效率低(在67~78%之间)、需要润滑油(难维护、易污染)等缺点也一一暴露,无法与人们生活水平的提高相适应。

  为解决传统蜗轮蜗杆传动曳引机存在的问题,自上世纪九十年代电梯行业开始着手新型曳引机的研发。1998年,芬兰通力公司首次将永磁同步电机(永磁同步电动机理论早在上世纪三十年代就已经成熟,但一直难于得到实际应用。直到上世纪九十年代,电力电子技术、微电子技术、现代电机控制理论以及新型材料等相关技术的快速发展与完备,才为其应用奠定了基础)引进电梯曳引机领域,其体积小、重量轻的特点特别适合无机房电梯的结构形式,引起了电梯行业的广泛关注。

  在2000 年中国国际电梯展上,永磁同步曳引机成为新型曳引机的主流机型。在2002年中国国际电梯展上,世界上几个著名电梯或电梯配件制造厂商,全都展示出具有其自身特色的永磁同步交流无齿轮曳引机。2003年,国内电梯企业康力也开始大力推广永磁同步技术。2007年、2008年,随着国家节能环保力度的加大,永磁同步曳引机也得到了更加广泛的应用。

  永磁同步曳引机的优劣分析

  从1998年芬兰通力公司正式推出到现在短短的十年左右时间,永磁同步无齿轮曳引机就成为新型曳引机的主流机型,并完全占据了市场主流地位,完全得益于其无与伦比的优点:

  1、永磁同步无齿曳引机是直接驱动,没有蜗轮、蜗杆传动副,永磁同步电机没有作异步电机所需非常占地方的定子线圈,而制作永磁同步电机的主要材料是高能量密度的高剩磁感应和高矫顽力的钕铁硼,其气隙磁密一般达到0.75T以上,所以可以做到体积小和重量轻。

  2、传动效率高。由于采用了永磁同步电机直接驱动(没有蜗轮蜗杆传动副)其传动效率可以提高20%~30%。

  3、永磁同步无齿曳引机由于不存在一个异步电机在高速运行时轴承所发生的噪声和不存在蜗轮蜗杆副接触传动时所发生噪声,所以整机噪声可降低5~10dB。

  4、能耗低。从永磁同步电机工作原理可知其励磁是由永磁铁来实现的,不需要定子额外提供励磁电流,因而电机的功率因数可以达到很高(理论上可以达到1)。同时永磁同步电机的转子无电流通过,不存在转子耗损问题 。一般比异步电机 降低45%~60% 耗损。由于没有效率低、高能耗蜗轮蜗杆传动副,能耗进一步降低。

  5、永磁同步无齿曳引机由于不存在齿廓磨损问题和不需要定期更换润滑油,因此其使用寿命长,且基本不用维修。

  当然,每种新生事物都会有一个发展完善的过程,尽管永磁同步曳引机优点突出,但在实际应用过程中还存在需要突破与改进的地方。以下是某维保公司在应用永磁同步曳引机产品过程中遇到的实际问题(仅供参考):

  1、噪音:曳引机本身低速驱动,厂家宣传轴承旋转的噪音很低,但并不是没有声音,所以在无机房应用中,因为固定与导轨有直接作用,在机器旋转时,本身的噪音会通过导轨传到轿厢,声音还是很大。再者,制动器的制动线圈和制动臂比传统曳引机偏大,因此释放噪音很大。

  2、钢丝绳、曳引轮磨损:既然号称免维护机器,因此曳引轮的材质应适用于多厂家钢丝绳。钢丝绳的生产制造有统一的国家标准,不能说一种机器只能适用一个厂家的钢丝绳,或者干脆出厂时明确钢丝绳厂家也好,但往往曳引机厂家不明确此点,用户选择钢丝绳不当时出现问题会让用户感觉曳引轮的材质有问题,从而对厂家产品失去信心。而实际应用中,因为永磁同步曳引机的特性,钢丝绳细,曳引轮磨损是比较大的,而更换曳引轮的工作量较大,电梯维保单位实施有一定难度。钢丝绳选择不当,不但有时曳引轮磨损,有时也是钢丝绳磨损,不论那种情况,都为用户增加了负担。

  3、盘车救援:传统曳引机有减速箱,一般情况下盘车救援时溜车可能性小。但是永磁同步曳引机的人工盘车机构是在制动轮或曳引轮上安装一个齿轮圈,再用一个小齿轮与其相配,通过手轮或备用动力盘动该小齿轮转动,再通过齿轮圈带动曳引轮旋转来实现。电机正常运行时一个带齿的齿轮圈直接外露,并跟着曳引轮一起旋转,容易伤害到维修工人。而盘车操作时必须两个人,一人操作制动机构,另一个操作盘车机构,存在溜车的安全隐患。

  4、永磁材质:曳引机大量应用,厂家在永磁材质应用方面不能降低成本,生产装配、检验环节需严格把关。曾出现某厂家机器安装投入使用不到2个月即出现永磁问题,拆卸、吊装,费时费力,关键是最终用户对此非常不满意,认为是整梯的产品质量问题,影响了单位的形象。

  5、后期服务:安装单位严格把关,按要求正确安装机器,维保单位按要求定期保养。但出现质量问题时大部分厂家的后期服务还是不错的,但也有个别厂家可能是机构设置问题,后期的工作拖沓,给用户造成不好的印象,希望能够引起重视。

  永磁同步曳引机产业现状及未来

  目前,我国永磁同步曳引机生产企业已经达到五十家左右,包括苏州通润驱动、宁波欣达、杭州优耐德、宁波申菱、苏州威特、金泰德胜、陕西秦川、沈阳蓝光、许昌博玛、上海吉梯、蒙特纳利、桑塔斯、柳州凯迪等专业生产厂家。而我国永磁同步无齿轮曳引机市场份额达到数十亿美元,其在新客梯中的应用比例已经达到了80%以上,据预计,到2010年,90%以上新增客梯都将采用永磁同步曳引机驱动方式。

  由于永磁同步曳引机技术与理论是公开的、共享的,所以在从传统的蜗轮蜗杆曳引机向永磁同步无齿轮曳引机转型的过程中,中国企业几乎与世界知名企业同步,不仅掌握了最为先进的技术,在某些方面甚至还要领先于国外企业。各企业产品品质差距主要取决于企业的加工精度、模具精度,以及材料选择的等级等方面。

  据预测,在未来的3~5年内,在载重800kg~1000kg、速度在1.0m/s~2.5m/s范围内,永磁同步无齿轮曳引机将会成为驱动装置中的主流;传统的蜗轮蜗杆曳引机,在速度为1.0m/s~2.0m/s范围内,小载重(630kg以下)以及大载重(1600kg以上)的曳引机市场中仍具有不可代替的优势。

  为建设资源节约型、环境友好型社会,缓解经济发展的资源环境瓶颈制约,我国“十一五”发展规划提出了降低单位GDP能耗的约束性指标,即到2010年万元GDP能耗在2005年基础上降低20%左右。然而,2006年、2007年、2008年我国单位GDP能耗同比下降仅为1.33%、3.66%、4.21%,离20%的目标还有很大的差距,节能降耗之路任重道远。

  作为电梯驱动部件的曳引机,其能耗占到电梯耗电量的80%以上,因此节能环保的永磁同步曳引机的应用有着特别重要的意义。随着我国节能环保事业的推进,以及永磁同步曳引机技术的不断完善,永磁同步无齿轮曳引机产品的应用将更加广泛,其取代传统蜗轮蜗杆曳引机市场地位的速度也必将更快。

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浅谈永磁同步曳引机制动安全性

——苏州通润驱动设备股份有限公司董事长 张鹤

  进入21世纪以来,永磁同步曳引机已成为电梯驱动主机的主流配置,相比传统的电机齿轮驱动曳引机在效率、振动、运行噪音等指标方面有明显提升,制动系统可实现电梯上行超速保护功能,降低了系统的配置成本。同时由于制动力矩需达到额定转矩2倍以上,制动系统的可靠性是永磁同步曳引机生产商、用户关注的焦点。永磁同步曳引机制动系统在实际应用中需注意的事项:

  制动安全性能:永磁同步曳引机由于直接制动于输出轴,加上较多的无机房安装,制动系统的工作状态直接影响电梯的运行安全。满足GB7588-2003轿厢上行超速保护装置的永磁同步曳引机,对制动系统失效导致的非超速轿厢异常移动是起不到保护的;符合GB7588-2003 12.4.2.1的制动器机械部件分两组装设,也只能降低因两组机械部件同时失效的概率,两组机械部件不同时出现故障或其它因素导致的制动失效,比起传统的齿轮曳引机后果会更严重。回顾近几年国内和日本的几起由于制动系统失效导致的电梯乘客伤亡事故,都是轿厢在门区非正常移动造成的。在目前常规的系统配置,只有提高维护保养的安全意识,才能提高运行的安全性。

  维护保养:制动系统的维保是电梯安全关键因素,曳引机生产商应在产品说明书中详细描述制动系统的检查项目、基准和周期;电梯安装公司应在使用现场明示制动系统的维保项目和周期;维保单位应严格执行维保的内容并记录。造成制动失效的原因主要是制动片磨损,制动片磨损的因素有:制动器没有完全打开、经常性非零速抱闸及电梯运行工作时间久的正常磨损。经常性的检查制动器动作灵活性、制动器抱闸间隙及电梯制动性能,发现异常及时处理,才能保证乘客的安全。

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  浅谈永磁同步无齿轮曳引机在实践中的的几个问题

  ——杭州优耐德电梯部件有限公司总经理 刘文超

  杭州优耐德电梯部件有限公司在永磁同步无齿轮曳引机方面拥有高素质的研发团队和强大的研发实力,我们在研发过程中发现,永磁同步无齿轮曳引机的确具有有齿轮曳引机不可比拟的优越性,如噪声低、体积小、免维护、节能环保等,是电梯曳引发展的必然方向,但同时我们也发现了很多问题,值得与同行共同探讨和改进。

  一、有关钢丝绳的磨损问题 钢丝绳磨损较快的主要原因是曳引轮直径问题。无齿轮曳引机取消了齿轮箱,采取了低速直拖的方法,这样电机的转矩要求增大,引起电机的体积增大,为了减小体积与成本,设计与制造往往采取曳引轮直径设计接近GB7588所规定的40倍钢丝绳直径极限的做法。这样就会产生钢丝绳磨损问题。解决问题最直接的方法是增大曳引轮直径。然而直径的增大需要成本,如何提高性价比是关键,轮子增大与成本是线性关系,而与钢丝绳磨损不是线性关系,这就需要我们找到这个符合目标的最优化的点。另外作为永磁同步无齿轮曳引机的发展方向,我们认为是会向钢带曳引机方向发展。发展钢带曳引机,从资源角度考虑会得到最优化,这包括轿厢重量、井道利用率、曳引机重量与成本、钢带的总的重量等。目前所要解决的问题一是避开知识产权的问题,二是钢带的价格问题。我们认为这两个问题在不长的时间内都可以解决。而这样可能带来的是一次电梯领域的革命。

  二、磁钢问题 在高温环境下,受电机绕组电流的影响,有可能导致失磁。因为在高温情况下退磁曲线不能保证是直线,尤其是在永磁同步曳引机中,在起动、刹车或故障情况下,电流激增,有可能产生不可逆转的的退磁,又称为失磁。其根本原因是磁钢制造商没有把内禀矫顽力的温度系数作为验收考核标准。而我们大多数磁钢企业不知道永磁同步曳引机的工作要求。解决这一问题的方案是认识问题的关键,多方面论证试验,采用高性能的磁钢、严格的过程控制、多种测试手段,确保磁钢能适应无齿轮曳引机在极限工作温度下的电流冲击。

  三、轴承油脂选用 通常情况下轴承油脂的选用考虑粘度与滴点,并且一般情况下轴承厂家提供的油脂指标也就是这两个参数。实际上永磁同步无齿轮曳引机的使用状态是重载、低速、免维护,因此在考虑润滑脂时必须注意到润滑脂的强度极限、抗剪能力、安定性等指标。保证无齿轮曳引机在正常使用情况下与轴承设计寿命同步。

  杭州优耐德电梯部件有限公司

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  应加强对反绳轮和对重轴承的重视

  ——上海桑塔斯机电有限公司总经理 曾晓东

  关于无齿曳引机应用中的问题,我个人觉得反绳轮的轴承问题比较突出。由于成本的问题,无齿轮曳引电梯大多数采用2:1的悬挂方式,与传统的蜗轮蜗杆电梯相比,其显著的改变是轿顶和对重上面都增设了反绳轮,而这些反绳轮的轴承目前没有引起业内的足够重视,存在很大的隐患!《中国电梯》杂志上至少刊登过2起因反绳轮断裂引起的重大事故,导致电梯几乎完全报废,当然这些事故有的是早期生产的有齿轮驱动的电梯,但其共同特点都是2:1悬挂。在我们的维修过程中,经常碰到需要更换反绳轮轴承(其中包括少部分进口名牌电梯的反绳轮轴承),这些轴承短的仅使用几个月,长的使用了8年。

  为什么说反绳轮尤其是对重反绳轮存在很大的安全隐患呢?原因主要有三个:一是重视不够,这是最主要的原因。一般来说,大家都不是很关注反绳轮的轴承,但却很关注曳引轮轴承,因为它在机房上易于接近,稍微有一点噪声都不能过关,因此多数采用了进口名牌轴承,并且其设计余量较大,有些进口曳引机的轴承计算寿命达到了100000小时以上,事实上曳引机轴承损坏不易引发重大安全事故。二是设计不佳,这与成本有很大关系。目前很多反绳轮生产厂家为了降低成本,采用了非常简易的结构型式,广泛采用密封深沟球轴承,孔上和轴上都用卡簧定位,并为了装配方便,让轴与轴承的配合偏松,这样导致轴承的装配精度不高,完全无法采用预紧等增加轴承寿命的技术措施,在轴承稍微运转不灵时就很容易导致跑内圈磨轴,久而久之把轴磨断。比如说,以1吨电梯为例,其选用的6212型轴承在200 r/min、承载10000 N的条件下,10%失效概率的计算寿命为12000小时,即使采用增强寿命计算也仅18000小时,可见其余量是很小的。如果轴承质量不佳,装配过程不理想,这种不利状况还会显著加剧,即轴承实际寿命达不到计算寿命,甚至相差很远。三是检查保养不够。反绳轮轴承位于人们不易接近的地方,尤其是对重反绳轮更是如此,维保单位重点检查和监视的项目中又往往不一定会包含这些部位的轴承,如果工作不是十分到位,没有严格仔细检查的话,除非产生很大的噪声,一般轴承异常情况不易被及早发现和及时处理,这样长期带“病”运行,问题会越来越严重最终导致断轴重大事故的发生。

  可以预计,随着无齿轮曳引机的广泛采用,若继续忽视反绳轮的重要性,断轴事故将会比过去蜗轮蜗杆时代大量增加,这是我们均不愿意看到的。我们应引起足够的重视,制定严格的反绳轮设计要求,并大力加强这方面的监督检查,以防患于未然。

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  永磁同步曳引机细节问题有待继续研究解决

  ——吉梯机电(上海)有限公司副总经理 罗永祥

  关于永磁同步电梯曳引机,在实践中存在的问题,就目前来看,大的问题已基本解决。我个人认为,部分细节性的问题有待继续研究解决。

  问题一:永磁体的有效使用寿命问题。

  关于这方面的问题,很多的电梯曳引机生产厂家以及永磁体的专业生产厂商都对此做了大量的研究和实验,力求保证永磁体的设计使用寿命能达到十年以上,然而这还需要进一步的实践验证。毕竟,这还是款很“年轻”的产品。

  问题二:现场可维护性问题。

  在众多的对于永磁同步机宣传的广告语中,我们可以看到很多这样的言论:永磁同步机是免维护的!但作为一种大批量生产的机电产品而言,出现这一问题需要维护维修的情况还是存在的。虽然出现问题的机率不高,但设计时如果能预见性地兼顾这一问题,并科学地解决它,就能避免曳引机必须返厂维修的尴尬局面,进而能最大限度地减少用户的损失。而GT曳引机在产品的设计之初就很好地解决了这一问题,做到了现场拆装简单化、可行化的作业原则。在有机房的情况下,可以在60分钟内完成整机的拆装全套工作流程。

  问题三:永磁同步机的单复绕问题。

  由于永磁同步机驱动的特性,我们在做许多同步机型的图纸设计是时,都会使用复绕的形式。若是能在高性能、低成本的基础上,将这种设计能使用于单绕形式的情况,则其应用性将更为广泛。

  问题四:产品标准化、规范化的问题。

  永磁同步机作为一种新产品,如果行业里能在生产方面多做一些标准化、规范化的工作,如:曳引轮规格、安装尺寸的规范等。在更好地保证了用户利益的同时,从长远来看,也有利于曳引机行业的发展。

  永磁同步曳引机作为一种“年轻”的产品,虽然目前遇到了一些问题,但却是任何新事物在发展过程中的必经阶段。年轻人在成长的过程中,都必然要遇到这样或者那样的问题,何况是机器!但它是有活力的、有朝气的,未来是属于它们的!

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  浅议永磁同步曳引机的发展方向

  ——上海蒙特纳利电梯设备有限公司

  在电梯行业,传统的驱动方式,已逐步被永磁同步曳引机所取代。永磁同步曳引机属于直接驱动旋转式(DDR)转矩电机,一般具有较大的直径/长度比和数量众多的磁极,在电机和受驱动负载之间没有其它传动设备,所以没有干扰和后冲现象,便于实现对运动的精确控制。直接驱动(DDR)转矩电机技术和常规的电机加传动箱组合相比,可以使系统机械动态性能提高10倍,大幅提高了控制效率。

  永磁同步曳引机的运行效率大约在78~85%之间,(有些制造厂家宣传误导客户),其能耗与同功率的异步电动机基本相同,因为永磁同步曳引机大多运行在低速区,一般来说电机的磁极数越多、频率与转速越低,则电机的效率会呈现大幅下降的趋势,所以永磁同步曳引机的发展不在追求高效率上,而是结合其自身的特点,如何去提高单机的功率密度和转矩密度,减小曳引机体积,节省安装空间,提高机房和井道的利用率。

  永磁同步曳引机的功率密度主要受两方面限制,即定子线圈的功率损耗和定子叠片间的涡流损耗,而且电机的磁极数越多,其涡流损耗会越大,过高的损耗 会破坏绕组绝缘,甚至产生永磁体的不可逆退磁,因此如何解决散热问题则是提高功率密度的关键所在,现在市场上的永磁同步曳引机大多是自然冷却,效果不佳,选择合适的冷却方式比如强迫风冷则能够从根本上解决两方面的限制,从而获得更高的功率密度。

  永磁同步曳引机的转矩密度大小主要受永磁体的磁力影响,一般来说,磁极对数小于30时,磁极对数越多,转矩密度就越大,产生的磁性效率就越高,而转矩和转子直径成平方比,和转子长度成正比,因此,如何增加磁极数以及在直径和长度之间建立一个最优化设计,保证永磁同步曳引机在一定速度范围内保持一个稳定的高转矩输出,就显得尤为重要。

  在永磁同步电机控制中,需要进行磁极检测,在控制器的设计上,需要对控制器参数进行初始化设定,市场上的主流控制器大多需要对电动机进行空载运转来作设定,但是对于电梯产品,当一台电梯安装完成后,这是电动机上已经挂上了轿厢、对重等负载,再进行空载运转来作磁极位置初始化设定并不实际,因此为了克服机械传感器的使用给控制带来的不便,许多学者开展了无机械传感器的交流调速系统研究并取得了很大进展。

  从电梯行业的特点出发,我认为如何提高永磁同步曳引机功率密度和转矩密度以及开展无机械传感器的控制系统研究应该是曳引机厂家的发展方向。

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  “量体裁衣”使永磁同步无齿轮曳引机质量问题接近零

  ——施乐百机电设备(上海)有限公销售经理 王勇武

  自1995年第一台永磁同步无齿轮曳引机投入运行以来,每年客户反馈的质量问题接近零,成功之一源自整梯公司和部件供应商技术交底充分清晰,驱动配置“量体裁衣”。

  在电梯开发设计之初,整梯公司和曳引机提供商必须进行详细的技术交流。电梯额定速度,额定载重和绕绳比是最为基本的,它们与曳引轮直径共同确定马达的输出力矩;与轿厢侧重量,平衡系数,补偿重量,随行电缆,钢丝绳直径和数量共同确定马达主轴承受的载荷。此外电梯的加速度和实际Duty Cycle等因素也会影响曳引机的实际应用。部件供应商必须综合考虑,提供的产品才可能是合适的。

  今天我们谈应用技术,目的是为了得益客户,也使企业获利发展。中国电梯市场的价格竞争已过于白热化,技术革新应该是一条非常好的出路。上面我们提到曳引轮直径是马达的输出力矩的重要因素,小的轮子得到小的输出力矩,结果是马达可以更小,成本更底。目前国内应用的轮子最小320mm,配合8mm的钢丝绳,这并不是最为经济的。为什么不能采用210mm轮子配合6.5mm绳子?这不是空穴来风,在欧洲类似小型曳引机的应用已经非常广泛,Ziehl-Abegg在2008年有超过3000台小型机推向市场。最小的机型配160mm的轮子,而钢丝绳仅有4mm或5mm。当然这种超过电梯标准EN81的应用是需要权威机构对钢丝绳进行认证的,同时曳引轮的轮槽技术也有专门要求。但无论如何,只要曳引机的电机成本小很多,客户就能够得到实惠。

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  高精度无编码器式永磁同步曳引机的控制系统

  ——深圳市三禾精工科技有限公司总经理 何志军

  近几年无齿永磁同步曳引节能概念被电梯行业炒得热火,也吸引了成批企业投资这个行业,但是因曳引机与控制系统的不统一,致使无齿永磁同步曳引机在实际应用过程中还存在许多不足。其核心原因就是控制部分与曳引机本身的性能不能最大限度地结合,包括:一、无机房永磁同步曳引机的起停平稳性问题;二、无机房永磁同步曳引机的高速性。

  在永磁同步曳引机控制过程中,需要检测曳引机内部转子的位置和速度,需要在转子轴上安装速度传感器,测量电机的速度和位置,从而变频驱动读写曳引机的实时位置。这些速度传感器经常是编码器(Encoder)速度传感器提供了电机控制所需的转子信号,但也给调速系统带来了一些问题:

  1)速度传感器自身重量增加了电机转子轴上的转动惯量,加大了电机空间尺寸,体积,难度。

  2)速度传感器的使用增加了电机与控制系统之间的连接线、接口电路,信号线的长度等使系统易受干扰,信号的实时性降低了整个系统可靠性。

  3)受速度传感器使用条件限制:如温度、湿度和振动的限制,调速系统不能广泛适应。例如,在北方地区,高分辨率的编码器内部码盘易结水,从而导致编码器读数不准,引发事故。

  4)速度传感器及其辅助电路增加了调速系统的成本,某些高精度传感器的价格有时占到整台曳引机成本的20%以上。

  5)在现场安装调试速度传感器型曳引机时,每台都需要与变频器先测零位信号,要耗费大量的人力资源和时间资源。

  为了克服这类问题,科勒尔(KELER)重工中国研发团队从2000年就开始着手研发无速度传感器交流永磁同步曳引机变频调速系统。该系统是指利用电机绕组中的有关电信号,通过适当方法估计出转子的位置和速度,取代现有的速度传感器,实现电机更佳的实时性控制。

  永磁同步曳引机的无速度传感器控制技术的关键在于如何根据运转着的曳引机的电流和电压信号,精确统筹出曳引机的转速和转子位置。对于永磁同步曳引机调速系统我们采用的方法是:用曳引机的电磁运转特性,计算出其电磁场所对应的曳引机速度和转子位置,计算定子磁链矢量的空间位置来估计电机的转子位置、计算定子相电感来估计转子位置等。在无速度传感器永磁同步曳引机控制技术中我们采用了全阶状态观测器、自适应观测器、变结构观测器、卡尔曼滤波器等,进而利用风洞原理: 我们将电机在各个状态下的运转特性和对应的曳引机所处的状态数据库化管理。在实际运行过程中芯片会针对实时状态给变频驱动系统所对应的精确位置信号。

  无速度传感器式永磁同步曳引机及系统的优势:

  1.节省成本。一个现有的曳引机传感器成本是1~2千元,而一台曳引机的卖价才1~2万。

  2.起停定位平稳。因变频驱动内部芯片储备有大量电机数据库,其定位精度将不再受速度传感器的限制,而且不存在编码器损坏等问题。

  3.使用场所不受限制。免现场电机配套调试过程,提高效率!

  随着无机房永磁同步曳引机的综合性价比不断提高,近几年无机房曳引机在中国电梯市场得到广泛应用。各大电梯企业不断推出各种结构的永磁同步曳引机。但其根本结构并未脱离永磁同步电机现有的模式与缺点。综合科勒尔新型永磁同步曳引机的优越性,我们相信无速度传感器式曳引机凭着性能、价格、节能等方面的优势未来将全面取代现有永磁同步曳引机。

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  实践过程中永磁同步曳引机存在的问题

  ——重庆伊士顿电梯有限责任公司制造部经理 丁江

  永磁同步曳引机的高效节能、免维护、体积小、运行可靠等优势,引领了电梯整机厂全面配套和生产制造企业投巨资参与,其全面应用和升级换代也带动了行业的快速发展。作为国内电梯业界使用永磁同步曳引机的先行者之一,伊士顿电梯在各地的项目中应用该产品已超过8年,但通过多年的实践,也出现了部分电梯部件或性能出现不适宜的情况,值得业内人士进行深思和改革:

  一、永磁同步曳引机现用绕绳普遍为2:1方式,实为曳引机整体成本不至于太高,将成本转嫁到增加电梯其他部件,如愿地控制了自身造价。在2:1使用的曳引轮为¢400mm,钢丝绳为¢10mm的情况下(较原涡轮蜗杆配置的轮径和钢丝绳都小),且同时为了便于建筑商建造电梯井道,有的设计布置形成曳引轮槽面与对重轮槽面大都为90度位置,还加上轿顶和对重有返绳轮组件,在电梯上下运行中,钢丝绳在绳轮上来回弯折并扭转,其受力极其复杂,加大了钢丝绳的磨损,缩短了其使用寿命,使得电梯投入使用后售后服务维护成本较高。建议曳引机和钢丝绳配套厂家,应同时研究目前两者之间的配合方式。曳引机配套方应使用大一点轮径或推广采用1:1方式的永磁同步曳引机(目前若使用1:1永磁同步机成本可翻倍,有待制造厂商降成本);而钢丝绳配套方应根据目前全国使用存在的普遍现象,提高钢丝绳的适应能力,同时延长质保期,让客户得到最大程度的质量保障。

  二、制动器噪声及性能:作为整个曳引机的重要部件,其设计和可靠性有待商榷。在市场上有一些制动 器,选择的电磁线圈安匝比不够理想,偏重低成本配置,表现出工作时电流偏大,发热大,改进意愿不强;还有的厂家出厂的抱闸制动力预设大大超过125倍额载时,最低制动力要求,虽然满足了不溜梯,但在紧急制动时,电梯减速的过程被强行阻止滑移,设备和人员受到的意外冲击较大,有违标准要求,在电梯正常运行中制动噪声就显得较大,制造商有必要认真校核,提高制动器和制动力的适应范围,达成曳引机正常安全运行的最佳机电性能。

  三、因行业趋向使用成本相对较低的外转子系列曳引机覆盖大小额载类别(内转子在推广之初较多使用),其同步曳引机的前端曳引轮处轴承承载较重,要求其配套轴承很高,通常使用日本或美国原厂产品来提高可靠性,但千万不要忽视润滑脂的选用和使用多年后如何加注油脂的问题(大多厂商注重免维护理念宣传,忽视提供润滑维护的方案)。正确的应用,可更好防护轴承及保持良好的润滑,甚至真正免维护曳引机或延长第二次维护加注时限,目前大多厂商配制锂基脂提供润滑,实例中若更换成壳牌的爱比达润滑脂,相同一台曳引机的运行噪声,实测降噪达2~3dB,其成本增加微小,这一现象不可小视,可借曳引机厂商参考应用。

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  永磁同步电机曳引机实践中遇到的问题及改进设想

  ——曼斯顿电梯(浙江)有限公司副总裁 章关森

  永磁同步电机曳引机,由于具有体积较小、效率高、噪音低等诸多特点,近几年在电梯产品中得到了广泛的应用。永磁同步电机曳引机省去了齿轮减速机构,电机轴直接驱动曳引轮,电机的转矩就等于曳引机的转矩,因此,此类曳引机只能采用小直径曳引轮(约φ400mm),在实践应用中带来了一系列的问题:

  一、由于曳引轮直径较小,只能选用较细的钢丝绳,并增加钢丝绳的数量来满足GB7588-2003《电梯制造与安装安全规范》。钢丝绳的数量增加,各钢丝绳在电梯运行时张紧力不一致,会引起各曳引绳的运行线速度不同,就会导致曳引轮槽及钢丝绳快速磨损。

  二、在旧电梯的更新中,发现用永磁同步曳引机更换原传统有齿轮曳引机会碰到很多问题。如曳引绳悬挂比不一致,传统悬挂比大多为1:1,而永磁同步曳引机基本为2:1,在同样的导向轮距和包角度的情况下,由于永磁同步曳引机的曳引轮与钢丝绳的直径小,钢丝绳与曳引轮槽的接触面积小,产生的摩擦力就小,因而满足不了电梯的曳引力要求。

  就上述问题,我们认为在永磁同步电机上加一级1:2齿轮减速机构。其输出扭矩相应增加一倍,曳引比为1:1。该曳引机既充分地利用永磁同步电机的高效节能优势,又避免了永磁同步电机曳引机的输出扭矩小的劣势,使其能在电梯领域中得到更广泛的应用。

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  永磁同步曳引机的应用对钢丝绳带来的影响

  ——天津高盛钢丝绳有限公司副总经理 孙国和

  永磁同步曳引机的应用对于曳引机小型化,使电梯设计结构更加紧凑,降低曳引机采购成本,降低能耗,减少机房建筑面积等无疑带来多方面积极作用,但是也对钢丝绳带来了一些新的要求和影响,需要在设计、安装、使用、维保等多方面引起足够的重视,正确认识钢丝绳的特性、钢丝绳的承受能力,正确处理钢丝绳功能与成本的关系。

  电梯是需要由100多个零部件和谐配合组装才能正常使用的机电一体化产品,只要其中一个零部件成为“木桶的短板”,电梯的功能就将大打折扣。某大跨国电梯公司统计,其销售额的12%由公司内部提供,其余88%均由各电梯配件供应商提供。由此也证明了各个零部件在电梯中的作用。钢丝绳作为电梯提升系统中的关键安全部件,在新的梯种设计应用中更应该予以充分考虑。

  遗憾的是,许多采用永磁同步电机无齿轮拖动系统的设计都忽视了钢丝绳可能带来的一些问题。以至于对钢丝绳使用中很快就出现断丝、断股现象表现出惊讶、彷徨,甚至无所适从。。

  我们在与用户现实接触中,经常被问到“你们的钢丝绳能保证几年使用寿命?”,“怎么我们以前用的电梯钢丝绳用5-6年,甚至10年都没问题,怎么现在这么短时间就不行了?

  其实仔细想想,问题就有答案了。过去采用的是不是大多是1:1绕绳,曳引钢丝绳直径12mm、13 mm设计?现在呢?是不是大多是2:1绕绳,钢丝绳直径8mm、10mm设计?假设梯速2m/s, 过去1:1的绕绳,绳速也是2m/s。如果是2:1设计,绳速变成4m/s,电梯使用3年,至少钢丝绳相当于过去使用了6年以上。如果再考虑到以下对钢丝绳寿命不利的因素在设计中没有得到充分的考虑,钢丝绳寿命大幅度缩减就再正常不过了:

  由于钢丝绳直径变细,对钢丝绳直径的均匀性、绳芯质量(麻纱品质及捻制,钢芯结构设计及捻制)、油脂品质、钢丝绳结构选择设计以及捻制质量等提出了更苛刻的要求,许多钢丝绳厂家按原来的设计提供钢丝绳肯定不能满足目前的使用要求。比如采用纤维芯的钢丝绳,过去一般使用在1-4m/s,现在相当与绳速2-8m/s,对钢丝绳的选择必须有所区分,才能保证使用中不出问题。

  大多数曳引轮直径设计都是取的钢丝绳能承受的极限——40倍(欧洲许多设计,仍然在50倍以上,过去的设计也很少采用40倍的设计),钢丝绳必须承受更大的弯曲,钢丝绳寿命必然减低。

  曳引轮直径变小后,更多的设计会采用表面硬度更高的曳引轮材质设计,比如QT700,钢丝绳的表层钢丝的强度和硬度必须相应提高才匹配。

  采用2:1绕绳设计,需要钢丝绳绕过更多的轮子,每增加一次弯曲都会降低钢丝绳寿命。如果设计的导绳轮与曳引轮之间的距离过小,或者导绳轮的直径不够大,或者绳轮过多的转角,或者绳轮与曳引轮过大的偏角,或者采用诸如过于苛刻的大压下量反向压绳轮绕绳方式等都会加大钢丝绳的损坏速度。

  不合理的、过大包角设计,或者过大的下切口角设计,或者过小的V型槽角设计等都会严重影响钢丝绳寿命。

  另外,不正确的钢丝绳切割、包装、放绳、安装、维护方式也是造成钢丝绳寿命急剧缩短的另一主要原因。

  采用2:1绕绳,需要对钢丝绳的放绳方式彻底改进,才能保证钢丝绳放绳、安装中不被扭曲,不产生内应力,否则钢丝绳存在内应力、扭曲部位会加速磨损,很快出现断丝、断股。对于1:1绕绳设计,还可以通过悬垂钢丝绳方法释放内应力(原则上对于电梯这种以曳引方式,钢丝绳不能旋转的拖动方式,是不允许钢丝绳长时间自由悬垂的),对于2:1绕绳方式,只能通过正确的放绳,避免内应力的产生。比如,通过把钢丝绳缠绕到工字轮上,架起,用引绳按绕绳顺序牵引安装的方式,能保证安装质量,避免钢丝绳被扭曲,但这对于我们大多数安装工地几乎是奢望。有效地提高安装工人素质,有效地进行必要的培训,提高钢丝绳安装质量,且适时当务之急。

  对于2:1绕绳方式,及时调整钢丝绳张力,保证均匀尤为重要。张力差过大,会急剧加大受力过大的一根或几根钢丝绳的损坏。建议采用专用的钢丝绳张力检测或在线检测装置,并加大检测频率。

  由于2:1绕绳方式,钢丝绳绳速加倍,对钢丝绳润滑要求更高,需加大对钢丝绳的清理、再润滑频次。一般使用半年或达到20万次必须处理一次。

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  关于曳引机制动器设计和使用中应关注的几个问题

  ——石家庄五龙制动器有限公司总经理 韩伍林 总工程师 芮振璞

  “曳引机是电梯的心脏”业内人士都很关注,制动器涉及到电梯和乘客的安全更应受到人们的重视。

  对同步曳引机,各大电梯制造厂商和科研机构花费了大量的人力和物力。相对于曳引机主机而言,对其所配制动器的研究所花的气力明显不足,大都处于探索阶段。下面我们就有关曳引机制动器大家普遍关注的几个问题,跟大家共同讨论一下。

  1.关于永磁同步曳引机制动器的线圈发热问题

  由于制动器温度过高会导致可靠性降低,所以大家都很关注。

  制动器的工作特点是:启动时,动铁心与定铁心之间的气隙处磁阻很大,一旦动铁心吸附后,气隙变为零,气隙的磁阻趋近零。此时制动器保持吸合所需的能量很小。因此,在动铁心被吸附后,线圈如仍用启动时的电压供电,势必导致电磁铁线圈发热过高。

  目前有以下三种解决方案:

  第一种方案是采用直流直接供电方式。这种方案制动器采用低热负荷设计,体积大、成本高,使相对应的曳引机体积也增大以及能耗增加。

  第二种方案是在控制柜中设置50%降压维持电路(现市面上大多数厂家采用此方案)。具体有如下两种做法:①设置降压电阻。在动铁心被吸合后,通过接触器给制动器串接上一个与制动器线圈铜阻等值的电阻;②采用全波整流启动/半波整流维持形式。这两种方式切换都由接触器实现。

  以上两种方案一般用于推力较小的制动器。该方案存在以下几个问题:a)制动器自身体积较大;b)制动器发热较高;c)接触器寿命短(原因是:在上闸或电压切换过程中,由于接触器触点承受的电流大,所以极易产生拉弧导致触点粘连,长期使用存在不能上闸的事故隐患。近年,时常有因触点粘连导致电梯制动器不能上闸而发生事故的报道)。对推力较大的制动器,其启动功率更大,仍使用该方案,接触器拉弧现象会更为严重,不宜采用上述方案。

  第三种方案是采用交流供电进可控硅调压的方式。这种制动器本身自带激磁整流器。激磁整流器的功能是实现高电压启动后转换为低电压维持,是一种无触点切换方式的控制形式。这类制动器优点是:强电励磁启动后转化为低电压维持,采用恒功率供电,维持功率一般仅为几十瓦,还可增加过流、短路保护功能。这类制动器体积小、推力大、发热低、故障少。因此适用于规格较大的制动器。

  2.制动器动铁心因磨损导致的卡阻问题

  该问题涉及到电梯的安全性和可靠性,越来越受到重视。

  制动器内部的动铁心基本功能是导磁,大多是用软铁制造,不能淬硬。故工作时支撑部位易磨损起毛刺,严重时会导致动铁心卡阻,存在制动器失灵而酿成事故。解决此问题的一个有效办法就是对制动器的滑动副表面喷涂工程陶瓷等耐磨涂层。

  3.噪声问题

  噪声问题不是电梯安全性指标,但关系到乘客的舒适度问题,应尽量小些,一般控制在50dB以下。

  制动器噪声构成有机械噪声和电磁噪声。

  现有的机械降噪措施是加橡胶减震垫。减震垫位置:一是放在电磁铁内部的动铁心和定铁心之间。二是将减震垫放在电磁铁的两侧外端部。前者的缺点是由于电磁铁内部温度高,胶垫易老化失效,使用时噪声会越来越大。后者因为外端部方便维护和更换,而且此区域温度低,减震垫老化慢,寿命长。

  对于电磁噪声的改善应在满足额定制动力的前提下尽量减小激磁电流及减少调制噪声。

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  永磁同步取代蜗轮蜗杆技术是趋势

  ——北京金星鸿业有限公司工程师 李宝军

  永磁同步曳引机产品的正式推出只有十年左右的时间,国内电梯行业广泛采用仅仅是这两年的事,其市场占到率不到百分之二十。因此,在电梯故障中,由于永磁同步曳引机出现问题产生的故障次数并不多。但一旦发生故障就会影响整部电梯的运行。例如,按钮损坏多少都不影响电梯安全,但如果限速器不能闸车或者有响声,就会导致电梯动作速度和动作值的改变,影响电梯正常运行。

  只要维护保养到位,一般的曳引机产品使用年限都在十年以上(现实应用中可能会达到20年以上),因此曳引机本身的故障率并不高(当曳引机产品本身有质量问题时,一般在试运行阶段就会发现,会直接通知厂家更换)。曳引机运行过程中出现的故障一般是由于配件、或者与配件的配合发生问题造成的。

  比如曳引轮与钢丝绳的配套问题。一般曳引轮的硬度要比钢丝绳稍软,如果轮子的硬度过高,钢丝绳的磨损会比较快;但纲丝绳的硬度也要与曳引轮相匹配,如果过高则会使轮槽受损。

  其次,曳引轴与轴承的配套问题。更换轴承需要拆卸机器,致使电梯停用一到两天,因此轴承的选用一定要确保质量。尽管国产轴承价格便宜,但一般曳引机采用的轴承都是进口的,即使更换曳引机时,轴承都没必要更换。

  目前,永磁同步曳引机还不能完全取代蜗轮蜗杆技术,主要是永磁同步曳引机在超低速应用场合运行时不稳定,比如大吨位超低速货梯,一般还会采用有齿轮曳引机。在对旧式曳引机更换改造时,也会选用有齿轮产品。因为旧式曳引机采用的绕绳方式为1:1,如果更换成1:1的无齿轮产品,成本要高一倍多。例如,1.6m/s梯速、一吨重量的电梯,采用绕绳方式为2:1的永磁同步曳引机的功率只需7.5千瓦,价格在2万左右,而采用1:1的无齿轮,功率要在11千瓦以上,价格在3.7万左右,不如用有齿轮曳引机产品划算。

  永磁同步曳引机要得到很好的应用、要使客户满意,不仅是维保问题,也不只是生产厂家的事,要涉及到相应技术的出现与提升,但永磁同步取代蜗轮蜗杆技术是曳引机技术发展的趋势。

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  永磁同步曳引机实践应用中的一些问题

  ——合肥安中电梯有限公司技术顾问 单钜桢

  某电梯公司在其整梯中应用了某企业的同步曳引机,在实际应用过程中出现了一系列问题:

  1、钢丝绳与曳引轮的摩擦力问题,某台新装电梯,梯速为1米/秒,载重一吨,提升为35米,未配置补偿绳,平衡系数为45%。运行3个月后,在电梯从顶层向下运行的情况下有时出现抱闸打开,曳引轮空转的情况,由于该电梯设置了20秒收不到井道楼层信号停梯保护的功能,曳引机20秒后停梯,随后进入校正运行模式,如此反复数次,有时能够恢复,有时不能恢复,造成关人情况。笔者到现场排查后认为这是电梯从顶层下行瞬时曳引力克服了静摩擦力所致。由于静摩擦力由曳引轮直径与钢丝绳直径决定,所以只能依靠降低加速度ACCELERATION和加加速度JERK来使启动更加平缓,或是通过减小平衡系数,减小曳引机在顶层的拉力,虽然暂时可以解决问题,但是通过修改参数或是降低平衡系数来解决这个有安全隐患的问题是不合适的,以后又有多台出现以上情况,都用以上方法解决,同步机没有了减速箱,需要电机输出更大的力矩来驱动设备。所以不能再用有齿轮曳引机的方式来确定曳引轮直径了,笔者较根本的解决方法是在增大曳引轮直径来增加钢丝绳的包络面积,当然增加曳引轮直径带来了电动机需要更大功率驱动,是否需要增加电动机功率以及变频器功率,需要技术部与曳引机企业论证以及反复试验。笔者认为该电梯虽然是以较小的曳引轮驱动电梯,但是由于该种梯型使用了扁平钢带作为曳引绳,摩擦力是可以得到保障的。

  2、电梯运行一段时间后多台电梯电机轴承漏油问题,既然该电机轴承是免维护的,一旦轴承处润滑油渗光势必造成电机大修,进口轴承质量还是可以保证的,不应降低这个成本,因为大修的成本更高。

  3、该主机出现过主机抱闸臂断裂的情况,原因是抱闸臂铸件内有沙眼,造成抱闸臂断裂。这种情况隐患较大,曳引机企业应严把质量关,不要出现事故以后在补救。

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  永磁同步无齿曳引机应用中若干问题的讨论

  ——北京环宇电梯工程有限公司副总经理 孟祥利

  与电梯诞生150多年的历史相比,永磁同步无齿曳引机在电梯上的应用时间还很短,只有20年左右,因此,不可避免其在设计、制造和应用中存在的问题。据现场实际应用状况反馈的信息和相关资料介绍,永磁同步无齿曳引机有下述问题尚待解决、改进:

  1、目前,国内配套的永磁同步电动机的极数多在18、20、24极左右(因为极数超过30极的电极在设计、工艺上存有难度,故国内生产的高于30极以上的永磁同步电动机比较少见。但据有关资料介绍,国外已有高于40极的产品);配置在速度≤2.0m/s的电梯上,整梯的曳引比多为2︰1,这样,会使曳引钢丝绳的长度增长1倍,轿厢与对重上还需安装2个反绳轮,其结果是:

  1)增加了绳与转槽的摩擦及钢丝绳弯曲的次数,降低了钢丝绳的使用寿命;

  2)增加了用户一次性投资;

  3)降低了电梯整机效率。

  2、由于速度低(特别是启动和减速平层期间),这样对编码器的精度、分辨率等提出了更高的要求:不仅要能检测出磁极的初始位置,还要具有高精度的分辨率,因此,需要性能好的绝对值或正、余弦编码器,这会增加产品的成本。

  3、现有部分在用电梯的永磁同步无齿曳引机,其曳引轮制动臂为悬臂结构,提高了对旋转部件的受力要求。

  4、磁极材料钕铁硼(NdFeB)中的钕、铁元素易锈蚀,需采取防护措施。另外,钕铁硼最高工作温度大约为150℃~200℃,当温度超过时,会发生不可逆退磁,这样也会影响电机运行性能。

  5、磁极之间的软磁材料,磁极间存在漏磁,时间长了可能对电机电磁性能产生影响。

  6、与国外一些厂商相比,国内永磁材料的制造工艺,如磁性材料的粉末冶金、磁体铸造、材料定向、形变时效等,还有待进一步提高和赶超。

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