直線電機電梯設(shè)計

小型載貨電梯直線電機設(shè)計黑龍江省松花江林業(yè)管理局鍋爐壓力容器檢驗所劉琪蕓摘要:為滿足人們生活、生產(chǎn)需要，電梯已成為多層建筑中不可缺少的運輸工具。本文所研究的直線電機適用于小型載貨電梯，在節(jié)省空間和控制噪音方面有很大的優(yōu)勢。關(guān)鍵詞 載貨電梯直線電機1.直線電機的發(fā)展直線電機也稱線性電機，相比于曳引與強制驅(qū)動電梯先將電能轉(zhuǎn)回為轉(zhuǎn)動的機械能后利用曳引輪和曳引繩或卷筒與鋼絲繩產(chǎn)生的摩擦力驅(qū)動電梯，直線電機驅(qū)動電梯利用直線電機可以直接將電能轉(zhuǎn)化為直線運動的機械能，無需中間轉(zhuǎn)換機構(gòu)的傳動裝置。這樣既可以減少如異物掉入曳引輪引發(fā)跳繩，曳引繩老化等風險，還省去機房，對重所占用的空間。而且由于傳統(tǒng)電梯運動方向受鋼絲繩控制只能沿垂直方向運動，直線電機驅(qū)動電梯更有噪聲小，可水平運動靈活選擇層站,同一井道可存在多部電梯等優(yōu)勢。早在十九世紀至二十世紀初期，直線電機就經(jīng)歷了一個從想法到實驗再到實驗性應(yīng)用的坎坷歷程。一些發(fā)達國家研究人員在實驗的基礎(chǔ)上，試圖將直線電機應(yīng)用于導彈發(fā)射裝置，電磁運動裝置等。但由于當時社會生產(chǎn)水平牽制，直線電動機電氣控制系統(tǒng)成本高；相對于傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機，直線電機電磁縫隙與極距比值過大導致激磁電流較大，由于鐵芯兩端斷開，存在其特有結(jié)構(gòu)導致的邊緣效應(yīng)。這些弊端都一度使人們對直線電機的發(fā)展應(yīng)用失去信心。二十世紀中期以來，隨著控制技術(shù)提高，直線電機又被應(yīng)用于如磁頭定位驅(qū)動裝置、空氣壓縮機、傳送裝置等。后期各國有出現(xiàn)了許多直線電機產(chǎn)品，如吊車、傳送車、電動門、窗簾機、車輛運輸系統(tǒng)等。同時線性電機不斷發(fā)展，廣泛應(yīng)用于掃描式記錄設(shè)備，自動繪圖設(shè)備等新的領(lǐng)域。近年來，微型直線電機，利用當代微型計算機和自動控制體系控制微型直線電機，具有反應(yīng)靈敏、體積小、結(jié)構(gòu)簡單等特點。在直線電機基礎(chǔ)上研制的超導直線電機，微步距直線電機，直線當量電機等。更有日本研制的壓電驅(qū)動式直線電機及超聲波直線電機等先進水平直線電機相繼問世。我國自二十世紀七十年代開始在直線電機應(yīng)用也取得了可喜的成績，例如直線電機沖床、窗簾機，直線電機驅(qū)動的自動門，西南交大的磁懸浮列車；但和國外相比應(yīng)用推廣還存在很大差距，例如德國研制的超導吸浮型磁懸浮列車和日本研制的超導斥浮型磁懸浮列車。2直線電機的結(jié)構(gòu)與性能直線電機是將傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)型電機定轉(zhuǎn)子沿軸向剖開拉直，就形成了平板式直線電機結(jié)構(gòu)，再將初級次級卷繞在一根與磁場運動方向平行的軸上，結(jié)構(gòu)演變過程如下圖1所示：圖12.1直線電機的基礎(chǔ)分類

2.2直線電機設(shè)計參數(shù)直線電機設(shè)計中包含許多影響參數(shù)，例如氣隙、極對數(shù)、初級齒距等，其具體變化影響如下：（1）氣隙g：氣隙增大勵磁電流增大，離開損耗大；反之，輸出力大效率高。（2） 極數(shù)2p:極數(shù)增大端部效應(yīng)小;反之，次級漏抗大。（3） 次級電阻率：次級電阻率增大端部效應(yīng)??；反之，次級損耗小。（4）次級厚度：次級厚度增大起動電流大；反之，次級漏抗大。（5） 初級齒寬：初級齒寬增大漏抗大；反之，推力大，效率高。2.3直線電動機次級的結(jié)構(gòu)與材料直線電機不同的結(jié)構(gòu)與材料對其性能有很大影響，從材料角度上出發(fā)，可以分為兩大類，及單一材料次級和復(fù)合材料次級。從結(jié)構(gòu)的角度上出發(fā)，主要分為以下三類：圓柱形動子結(jié)構(gòu)、U型槽式直線電機、平板直線電機；其中平板直線電機有三種類型均為無刷：無槽無鐵芯，無槽有鐵芯和有槽有鐵芯。2.3減少邊緣效應(yīng)的方法直線電機的邊緣效應(yīng)使其功率參數(shù)、效率等性能比相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)電機差，為提高直線電機的性能，在設(shè)計電機時，為降低邊緣效應(yīng)主要措施如下：（1） 在初級繞組端部槽中，采用填滿繞組的方式，即雙層繞組端槽中放入兩組繞圈邊，以提高電機性能。（2） 在主初級前面增加輔助初級，但有時會使電機的重量、成本的有所提高，補償方法有一定局限性。（3） 模仿旋轉(zhuǎn)鼠籠式電動機在初級鐵芯上開槽以降低邊緣效應(yīng)。2.4直線電機的節(jié)能直線電機可以根據(jù)直線電機的應(yīng)用場合和要求來選擇優(yōu)化方案，節(jié)能應(yīng)當是直線電機在設(shè)計時追求的主要目標，相比于直線電機制造時的體積或重量，人們更加重視直線電機的功率、效率。3主電機設(shè)計在直線電機的三相繞組中通入正弦電流后也會產(chǎn)生縫隙磁場，類似于旋轉(zhuǎn)電機。三相電流隨時間變化時，氣隙磁場將A、B、C相序沿直線移動。在平移磁場中，行波的移動速度與旋轉(zhuǎn)磁場在定子內(nèi)圓表面上的線速度相同，稱為同步速度，且 （T為極距，單位m；f為電流的頻率，單位為Hz）。V=12m/s，故：t=V/（2f）=0.12m；初級長度L相當于普通旋轉(zhuǎn)電機定子內(nèi)徑的周長，其中be為初級鐵心邊端兩個齒的寬;初級鐵心寬相當于普通旋轉(zhuǎn)感應(yīng)電動機定子鐵心的軸向長。故：L=2pT+2b；e初級每極每相槽數(shù)q1=3,m1為初級相數(shù)，那么初級槽數(shù)：S=2pmiqi=5x3x3=45；初級齒距：m;P〔=-1X10-6Q.m為20°C時初級繞組的電阻系數(shù)，L=0.26m為匝平均長，W=420

156 ep 1為初級繞組每相串聯(lián)匝數(shù)，那么初級每相電阻：r=WeE=3.68q；iA磁化電抗Xm=7.73q；電源相電壓U1=204V；初級等值的次級相電阻r2'=2.536（。）Cr=1.735為橫向端部效應(yīng)系數(shù)，x=4.46（Q）取s=1.0時起動推力:F(s)I 主 =419F(s)rUs[1+(/—-j一)(r+jx)]

sCr,x1 1設(shè)計環(huán)境及結(jié)果電源相電壓204V（設(shè)計為220V的實際測量電壓）初級槽數(shù)45電源頻率50Hz初級每極每相槽數(shù)3相數(shù)3機械氣隙/m0.133初級繞組接法Y起動電磁推力419N極數(shù)5同步速12m/s極距/m0.12每槽導體數(shù)70初級鐵心寬/m0.08初級齒寬/m0.0053初級軛高/m0.036初級沖片寬/m0.06初級長度/mm0.6+2b e 每極氣隙磁通（Wb）1.1X10-3次級銅厚/m0.1563視在功率（V?A）5153次級導體寬m0.1563功率因數(shù)0.8675初級電流密度/A?m219X106起動輸入功率/kW10.5氣隙系數(shù)1.17初級齒磁通量密度/T0.485初級軛