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WO2005093928A1 - Rotor for a permanent-magnet synchronous motor with reduced load pulsation, and lift drive unit comprising one such motor - Google Patents

Rotor for a permanent-magnet synchronous motor with reduced load pulsation, and lift drive unit comprising one such motor Download PDF

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Publication number
WO2005093928A1
WO2005093928A1 PCT/EP2005/003109 EP2005003109W WO2005093928A1 WO 2005093928 A1 WO2005093928 A1 WO 2005093928A1 EP 2005003109 W EP2005003109 W EP 2005003109W WO 2005093928 A1 WO2005093928 A1 WO 2005093928A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
permanent magnet
drive unit
motor
traction sheave
Prior art date
Application number
PCT/EP2005/003109
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dirk Schmidt
Frank Gerber
Original Assignee
Ina Drives & Mechatronics Gmbh & Co. Ohg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE200420005300 external-priority patent/DE202004005300U1/en
Application filed by Ina Drives & Mechatronics Gmbh & Co. Ohg filed Critical Ina Drives & Mechatronics Gmbh & Co. Ohg
Publication of WO2005093928A1 publication Critical patent/WO2005093928A1/en

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/27Rotor cores with permanent magnets
    • H02K1/2706Inner rotors
    • H02K1/272Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis
    • H02K1/274Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/278Surface mounted magnets; Inset magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/06Magnetic cores, or permanent magnets characterised by their skew

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for a permanently excited synchronous motor, this rotor having a base body which has numerous, essentially planar support surfaces arranged on the circumference, to which permanent magnet elements are attached, which act as poles of the rotor.
  • the invention further relates to a gearless elevator drive unit which uses such a synchronous motor with such a rotor and can advantageously be used as a drive for goods or passenger lifts.
  • such an elevator drive unit also has at least one bearing block, a traction sheave and a brake unit.
  • permanent-magnet synchronous motors have a stator and a rotor, with electrical windings usually being attached to the stator and the rotor having permanent magnet elements which provide a permanent magnetic field for exciting the motor.
  • Permanently excited synchronous motors are built both as inner rotors and as outer rotors (stator arranged on the inside), in order to achieve the best possible synchronism properties, the electrical windings of the stator are divided into numerous winding sections, which are arranged in succession according to the current phases used in the circumferential direction.
  • Modern synchronous motors are often operated in an electrical 3-phase network, whereby high torques can be made available. In this case, the number of electrical partial windings is a multiple of three.
  • the one on the rotor The number of magnetic poles formed is adapted to the winding type of the electrical coils on the stator.
  • the ratio between the number of poles on the rotor and the number of electrical poles on the stator also influences the synchronism properties of the motor.
  • Two adjacent poles on the rotor each form a so-called pair of poles.
  • the permanent-magnet synchronous motor in the de-energized state has a noticeable detent behavior when the rotor is rotated manually, which is also referred to as "cogging" in English.
  • load pulsation torque fluctuation
  • the load pulsation can hardly be determined when the engine is idling (if no or only a low torque is tapped) with a sufficiently high number of poles.
  • the load pulsation can be clearly determined as a periodic torque fluctuation.
  • the torque fluctuation usually follows a sine wave which corresponds to a higher harmonic of the torque change occurring at a pole pair.
  • the contact surfaces to which the permanent magnet elements are attached are produced by a milling process on the outside of a cylindrical base body. If it is necessary to form support surfaces that are oblique to the axis of rotation or staggered in the longitudinal direction, the milling process is complicated and expensive.
  • a comparable previously known solution consists in the inclination of the poles of the stator and rotor by a Achieve set in the stator laminated core.
  • the permanent magnet poles are kept axially parallel, while the electrical poles run obliquely to the axis of rotation.
  • This poses considerable problems when introducing the electrical winding.
  • All known solutions pursue the goal of ensuring that the cross section for the magnetic flux is as undisturbed as possible despite the desired inclination of the poles on the stator and rotor.
  • the synchronism properties of a motor are of particular importance if it is used as a drive for elevators, in particular if it is part of a gearless elevator drive unit. Since load pulsations, which are clearly noticeable in the event of a load, are transferred directly to the traction sheave and the suspension cables, this results in a restless elevator ride, which is perceived as uncomfortable by users in passenger elevators.
  • Gearless elevator drives are generally known.
  • EP 1 216 949 A2 describes a traction sheave elevator with a backpack-style elevator car.
  • a motor is used, which is connected to a traction sheave via which the carrying cables of the elevator are guided without the interposition of a transmission.
  • the traction sheave is flanged directly to the motor shaft and has only one-sided bearing.
  • the motor forms the load-bearing element of the drive unit and is attached with its housing to the building or to the special supports provided there.
  • the force acting on the traction sheave on the traction sheave leads to a further disadvantage.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved rotor for a permanently excited synchronous motor, in which the load pulsation is reduced or completely canceled out, without the production expenditure being increased compared to rotors with high load pulsation.
  • the aim is to integrate a corresponding motor into an improved elevator drive unit, which also works under load conditions without disturbing load pulsation.
  • it is a sub-task of the present invention to provide a compact elevator drive unit in which all the necessary structural units are integrated and which thus allows quick assembly in elevator shafts.
  • each magnetic pole assigned to such a contact surface being composed of at least three permanent magnet elements lined up in series and the permanent magnet elements of each pole in the longitudinal direction as far as possible are attached sequentially offset to one another on the associated support surface, so that the load pulsation of the synchronous motor is reduced or completely canceled compared to the non-offset arrangement.
  • An important advantage of the invention is that no oblique or stepped contact surfaces have to be attached to the base body when manufacturing the rotor.
  • the expensive manufacture of parallelogram magnets with radius on the contact surfaces is also eliminated.
  • a significant reduction in the load pulsation can be achieved simply by the offset of the permanent magnet elements on the contact surfaces.
  • the non-conforming course between the contact surface and the permanent magnet elements does not permit full-surface contact of the permanent magnet elements on the iron material of the base body at all points, this does not have a negative effect on the running properties and the achievable torques. Instead, the torque fluctuation referred to as load pulsation is drastically reduced when the synchronous motor is in the energized state.
  • the permanent magnet elements are preferably displaced by the same amount on all contact surfaces.
  • the permanent magnet elements adjacent to one another in the circumferential direction are thus evenly spaced apart from one another in comparison with that in FIG Axial direction adjacent annular chain of permanent magnet elements.
  • three permanent magnet elements of essentially the same size are attached to each support surface. These three permanent magnet elements are mutually offset in each case by approximately one-eighth of the circumferential section occupied by two adjacent poles (corresponds to a pair of poles). It has been shown that the load pulsation essentially follows the sixth harmonic of the torque change that is directly dependent on the pole pair angle. Furthermore, the invention is based on the knowledge that the load pulsation can be reduced or completely canceled out by a phase shift of at least three partial oscillations.
  • the pole pair angle the absolute amount of which depends on the number of poles or pole pairs arranged on the rotor, is set equal to 360 ° in relation to the torque change.
  • the torque-related state in a synchronous motor repeats itself after rotation after each angle segment comprising a pole pair, so that this assumption is justified.
  • Investigations have shown that the load pulsation follows the sixth harmonic within such an angle segment, ie a period of the load pulsation takes an angle of electrically 60 ° within the pole pair angle calibrated to electrically 360 °.
  • the load pulsation can be minimized or completely extinguished by assigning a separate phase to each permanent magnet element of a pole and shifting these partial phases relative to one another by the phase shift that is achieved across all permanent magnet elements of a pole to bring summed load pulsation essentially to zero.
  • an electrical pole pair angle of 360 ° corresponds to an absolute angle of 18 ° with respect to the full rotor circle.
  • the electrical 60 ° within the pole pair angle which describe the period of the sixth harmonic, would correspond to 3 ° of the full rotor circle in this case. Since the phase shift must be carried out within this period to eliminate the load pulsation, this leads to an offset of 1 ° of the full rotor circle when using three permanent magnet elements per pole. This means that the three permanent magnet elements assigned to a pole or a bearing surface on the rotor each have an offset of 1 ° of the full rotor circle in sequence.
  • n is the number of permanent magnet elements per pole and zp is the number of pole pairs of the rotor.
  • the permanent magnet elements are glued to the bearing surfaces.
  • the permanent magnet elements can also be soldered to the support surfaces or attached and fixed in some other suitable way. Since the width of the permanent magnet elements is preferably less than or equal to the width of the contact surfaces, this leads to a slight lateral projection of the permanent magnet elements over the contact surface, at least in the region of the ends of the rotor. The gaps between the magnets of adjacent poles remaining between the adjacent contact surfaces can be chosen so large that the offset permanent magnet elements do not come into contact with the adjacent permanent magnets.
  • the synchronous motor explained with the rotor according to the invention can be used particularly advantageously in a gearless elevator drive unit.
  • a major advantage of this elevator drive unit is that the drastically reduced load pulsation enables the elevator to run at high speed.
  • the traction sheave of the elevator drive unit is arranged in a bearing block which provides the mounting of the entire unit. Furthermore, it is advantageous that the traction sheave is fixedly positioned in the bearing block by its two-sided mounting, so that the over the forces applied to the suspension cables cannot lead to an inclined position of the traction sheave in relation to the suspension cable level. Since the pedestal is directly attached to a support, for example a building wall in the elevator shaft, via its foot surface, there is no change in the position of the traction sheave or undesired vibration behavior during elevator operation, even when the load fluctuates.
  • the preferred attachment of the synchronous motor and the brake unit to the bearing block not only lead to a compact construction of the elevator drive unit, by means of which the required assembly work is reduced to a minimum, but also to a very stable construction in which occurring forces and moments do not cause increased wear of the engine or the brake unit.
  • the side walls of the bearing block together with its foot surface and a top surface, form a self-contained frame which surrounds the traction sheave in a ring.
  • This frame-shaped bearing block is preferably designed as a cast part and therefore has high rigidity. Since this rigid frame can absorb forces from different directions with appropriate dimensioning, the bearing block can be attached to the support or the structure in any installation position, which means that a wide variety of applications can be realized.
  • the bearing block can therefore be fixed upright, overhead or laterally to the walls of the building or supports provided by the customer.
  • the bearing block is expediently dimensioned such that the traction sheave is arranged essentially centrally in the bearing block. is net and the occurring forces are introduced almost symmetrically into the attachment points of the foot surface.
  • the motor-side bearing of the traction sheave shaft is arranged in the first side wall of the bearing block and at the same time serves to mount the motor shaft. Additional support elements for fastening the bearing can thereby be avoided.
  • the brake-side bearing of the traction sheave shaft is arranged in the brake unit, which in turn is attached to the second side wall of the bearing block. It is particularly useful if a spring-applied multi-disc brake is used, such as that offered by the Ortlinghaus company.
  • the overall size of the entire elevator drive unit can be kept small if the brake drum of the brake unit is integrated directly into the traction sheave. The Bremsklötzer the brake unit engage in this case by the second side wall of the bearing block and into the brake drum one to the braking force immediately • on the traction sheave be effective to make.
  • This direct coupling between the brake unit and the traction sheave also meets the highest safety requirements, which are set in particular when the elevator drive unit is used on passenger elevators.
  • a measuring system which determines relevant values, such as the speed of rotation and the current position of the suspension cable.
  • Such a measuring system can be installed both on the side of the traction sheave facing the motor and on the opposite side, which is directed towards the brake unit.
  • Figure 1 is a perspective view of a simplified body of a rotor of a permanent magnet synchronous motor.
  • FIG. 2 shows a side view of the base body equipped with permanent magnet elements
  • FIG. 3 shows a perspective detailed illustration of a section of the rotor
  • FIG. 4 shows a side sectional view of a first embodiment of an elevator drive unit using the permanently excited synchronous motor with the rotor according to FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a sectional side detailed view of a second embodiment of the elevator drive unit with the rotor and with a second brake drum;
  • Fig. 6 is a schematic diagram of various installation variants of the elevator drive unit.
  • the base body consists of a magnetically conductive material and essentially has a cylindrical shape.
  • stiffening and bearing elements are usually arranged (not shown), with which the rotor is stiffened and can be attached to a motor shaft or can be attached to other elements (transmitted light drives, ring motors).
  • the torque generated is tapped via the motor shaft or a similar element.
  • numerous contact surfaces 2 are formed on the outside of the base body 1.
  • these contact surfaces can run parallel to the axis of rotation of the rotor, as in the case of conventional rotors, in which no reduction in the load pulsation is achieved in a constructive manner.
  • the contact surfaces 2 are produced, for example, by milling, grinding, etc. on the longitudinal side.
  • the number of contact surfaces corresponds to the number of magnetic poles.
  • the rotor is shown in a side view.
  • Numerous permanent magnet elements 3 are attached to the base body 1. For example, this attachment is carried out by gluing, screwing or the like of the permanent magnet elements 3 onto the support surfaces 2.
  • three individual permanent magnet elements 3 are attached to each support surface 2, so that three rings of permanent magnet elements which alternate with respect to their polarity direction arise.
  • Two contact surfaces lying next to each other form a so-called pole pair with their permanent magnet elements.
  • the magnetic polarity of the permanent magnet elements along the contact surface remains constant parallel to the longitudinal axis of the rotor.
  • common permanent magnet synchronous motors which are used to provide higher torques, include, for example, between 30 and 200 individual poles.
  • Fig. 2 shows a center line 4 of a selected surface. It can be seen that the permanent magnet element arranged in the middle row of rings rests 3m in the center on the contact surface.
  • the permanent magnet element 3u arranged in the lower row of rings is shifted to the left with respect to the center line 4, so that its left side edge projects beyond the left edge of the associated contact surface.
  • the permanent magnet element 3o arranged in the upper row of rings is shifted to the right relative to the center line 4, so that its right side projects beyond the contact surface.
  • the permanent magnet elements of a support surface thus lie in one plane.
  • the resulting offset between the permanent magnet elements immediately following one another in the longitudinal direction corresponds to the offset angle ⁇ x v explained above.
  • the offset is carried out in the same way on each bearing surface 2, so that there is a regular arrangement of the permanent magnet elements lying in a row of rings. Depending on the number of pole pairs, the offset carried out can also result in a slight overlap between the permanent magnet elements of adjacent bearing surfaces, but this must be kept small in order not to unnecessarily weaken the resulting total torque.
  • 3 shows a perspective detailed view of the base body 1 equipped with the permanent magnet elements 3. From this view it can be clearly seen again that the offset permanent magnet elements 3 project laterally over the contact surfaces 2 on the longitudinal ends of the base body 1. In the case of modified embodiments, however, it would also be possible for the permanent magnet elements to have a smaller width than the contact surfaces 2, so that this overhang is reduced or completely eliminated.
  • FIG. 4 shows a sectional side view of a first embodiment of an elevator drive unit which is equipped with a rotor 40 of the construction described above, which is part of a permanently excited synchronous motor 41.
  • the elevator drive unit comprises, as further main elements, a bearing block 42, a traction sheave 43 and a brake unit 44.
  • the rotor 40 provides the generated torque to a motor shaft 46.
  • the motor shaft 46 may be integral with a drive Disk shaft 47 may be formed on which the traction sheave 43 is fastened.
  • Motor shaft and traction sheave shaft can also be individual components that are firmly connected to each other for torque transmission.
  • a housing 48 of the motor 41 is fastened to a first side wall 49 of the bearing block 42.
  • a motor-side bearing 50 in which the motor shaft 46 and the drive pulley shaft 47 are mounted.
  • the motor shaft 46 is only "floating" mounted on the side facing the traction sheave.
  • the opposite side of the motor shaft 46 is mounted in a further bearing , which is attached for example in the housing of the engine.
  • the housing 48 of the motor has cooling fins 51 on its outside, which are arranged essentially parallel to the traction sheave 43.
  • the inside of the housing 48 is coupled to the electrical winding of the motor with good thermal conductivity in order to dissipate the heat generated there.
  • the cooling effect of the cooling fins 51 is increased when the motor protrudes at least in sections into the air flow which is generated in the elevator shaft by the elevator moved by the elevator drive unit.
  • the traction sheave 43 has a running surface 52 with cable grooves arranged therein in a conventional manner, in which a carrying cable is guided and driven.
  • the suspension cable can be connected directly or via pulleys to an elevator car or a counterweight (not shown).
  • the traction sheave 43 is between the first side wall 49 and a second side wall 53 of the bearing block 42 is arranged.
  • the bearing block also has a foot surface 54 with a plurality of fastening points 55.
  • the bearing block 42 is produced as a frame-shaped cast part, the two side walls 49, 53 merging into the foot surface 54 in the lower region and a cover surface 56 in the upper surface, so that this framework is self-contained.
  • a high rigidity of the bearing block 42 is achieved by this design.
  • a transport eyelet 57 can be attached to the top surface 56.
  • the brake unit 44 is fastened to the second side wall 53 of the bearing block 42.
  • a brake-side bearing 58 is integrated in the brake unit 44, in which the end of the traction sheave shaft 47 facing away from the motor is mounted. In this way, the traction sheave shaft 47 is supported on both sides, so that the tensile forces transmitted from the support cable to the traction sheave do not lead to a tilting of the traction sheave with respect to the plane of the support cable.
  • the brake unit 44 has a plurality of brake pads 59 which engage in a brake drum 60 to generate the required braking force.
  • the brake drum 60 is an integral part of the traction sheave 43 in the embodiment shown if necessary, provided with suitable coatings. When the brake unit 44 is actuated, the brake pads 59 are pressed into the brake drum 60, so that the rotation of the traction sheave 43 is braked or blocked.
  • FIG. 5 shows a laterally sectioned detailed view of a second embodiment of the elevator drive unit, in which again the rotor 40 described above is used as part of the synchronous motor 41.
  • the brake unit 44 has a second brake drum 61 which is arranged outside the bearing block 42. This is necessary if the elevator drive unit moves larger loads that require an increased braking force. Depending on the application, the elevator drive unit is therefore equipped with different braking units, so that a modular system can meet a wide variety of requirements.
  • traction sheaves with different diameters are available, which are arranged as required in the bearing block described.
  • the traction sheave diameter is selected taking into account the required torque, the desired speed and the mounting space available in the elevator shaft.
  • it is possible to provide differently sized or powerful motors which, depending on the application, are attached to the bearing block in the manner described in order to provide a suitable elevator drive unit.
  • the bearing block is fastened with its base 54 to a support in a manner which allows the carrying cable to be led away in the desired direction. Since the traction sheave 43 is only gripped in a frame-like manner by the bearing block 42, the supporting cable can be removed from the traction sheave in almost any direction.
  • FIG. 6 shows some possible installation variants for the elevator drive unit, which are intended to illustrate the flexibility of this unit.
  • the elevator drive unit is only shown in simplified form in a view of the rear of the motor.
  • two arrows each symbolize the direction in which the support cable guided over the traction sheave is led away.
  • the elevator drive unit is mounted with the foot surface of the bearing block 42 on a ceiling support 65a, which is located, for example , at the upper end of an elevator shaft.
  • the suspension cable is guided downwards perpendicular to the base of the pedestal.
  • the high stability of the bearing block also allows tensile forces to be introduced, so that an assembly of the elevator drive unit in the base region of an elevator shaft can also be considered, as is shown in FIG. 6 b.
  • the bearing block is fastened on a bottom surface 65b.
  • FIG. 6 also shows an operating variant in FIG. D), in which the bearing block is mounted on a side wall 65d of an elevator shaft.
  • the arrows drawn in this figure to symbolize the suspension cable guide also make it clear that the suspension cable can also be removed at an angle.
  • the dimensions of the bearing block 42 are to be suitably adapted so that the suspension cable does not come into contact with the bearing block.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Cage And Drive Apparatuses For Elevators (AREA)

Abstract

The invention relates to a rotor for a permanent-magnet synchronous motor. Said rotor comprises a base body (1), numerous bearing surfaces (2) that are arranged on the periphery of the base body (1) and have longitudinal axes (4) that are parallel to the rotational axis of the rotor, and a plurality of permanent magnet elements (3) that are applied to the bearing surfaces (2) and act as magnetic poles of the rotor. Each pole comprises at least three butt-mounted permanent magnet elements (3u, 3m, 3o). The permanent magnet elements (3) of each pole are sequentially staggered in relation to each other on the associated bearing surface (2) in such a way that the load pulsation of the synchronous motor is reduced in relation to the non-staggered arrangement. The invention also relates to a lift drive unit comprising one such rotor.

Description

Rotor für einen permanenterregten Sync ronmotor mit reduzierter Lastpulsation sowie Aufzugsantriebseinheit mit einem solchen Motor Rotor for a permanently excited synchronous motor with reduced load pulsation and elevator drive unit with such a motor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für einen permanenterregten Synchronmotor, wobei dieser Rotor einen Grundkörper besitzt, der zahlreiche umfangsseitig angeordnete, im wesentlichen ebene Auflageflächen aufweist, an denen Dauermagnetelemente angebracht sind, welche als Pole des Rotors wirken. Die Erfindung betrifft weiterhin eine getriebelose Aufzugsantriebseinheit, die einen derartigen Synchronmotor mit einem solchen Rotor einsetzt und vorteilhaft als Antrieb für Lasten- oder Personenaufzüge verwendbar ist. Neben dem genannten Motor besitzt eine solche Aufzugsantriebseinheit zumindest noch einen Lagerbock, eine Treibscheibe und eine Bremseinheit.The present invention relates to a rotor for a permanently excited synchronous motor, this rotor having a base body which has numerous, essentially planar support surfaces arranged on the circumference, to which permanent magnet elements are attached, which act as poles of the rotor. The invention further relates to a gearless elevator drive unit which uses such a synchronous motor with such a rotor and can advantageously be used as a drive for goods or passenger lifts. In addition to the motor mentioned, such an elevator drive unit also has at least one bearing block, a traction sheave and a brake unit.
Generell besitzen permanenterregte Synchronmotoren einen Stator und einen Rotor, wobei üblicherweise am Stator elektrische Wicklungen angebracht sind und der Rotor Dauermagnetelemente aufweist, die ein Permanentmagnetfeld für die Erregung des Motors bereitstellen. Permanenterregte Synchronmotoren werden sowohl als Innenläufer als auch als Außenläufer (Stator innenliegend angeordnet) gebaut, um möglichst gute Gleichlaufeigenschaften zu erreichen, werden die elektrischen Wicklungen des Stators in zahlreiche Wicklungsabschnitte aufgeteilt, die entsprechend den verwendeten Stromphasen in Umfangsrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind. Häufig werden moderne Synchronmotoren in einem elektrischen 3- Phasen-Netz betrieben, wobei hohe Drehmomente bereit gestellt werden können. Die Anzahl der elektrischen Teilwicklungen ist in diesem Fall ein ganzes Vielfaches von Drei. Die am Rotor ausgebildeten magnetischen Pole sind in ihrer Anzahl auf die Wicklungsweise der elektrischen Spulen am Stator angepasst. Das Verhältnis zwischen der Anzahl der Pole am Rotor und der Anzahl der am Stator ausgebildeten elektrischen Pole beein- flusst ebenfalls die Gleichlaufeigenschaften des Motors. Zwei benachbarte Pole am Rotor bilden jeweils ein sogenanntes Polpaar.In general, permanent-magnet synchronous motors have a stator and a rotor, with electrical windings usually being attached to the stator and the rotor having permanent magnet elements which provide a permanent magnetic field for exciting the motor. Permanently excited synchronous motors are built both as inner rotors and as outer rotors (stator arranged on the inside), in order to achieve the best possible synchronism properties, the electrical windings of the stator are divided into numerous winding sections, which are arranged in succession according to the current phases used in the circumferential direction. Modern synchronous motors are often operated in an electrical 3-phase network, whereby high torques can be made available. In this case, the number of electrical partial windings is a multiple of three. The one on the rotor The number of magnetic poles formed is adapted to the winding type of the electrical coils on the stator. The ratio between the number of poles on the rotor and the number of electrical poles on the stator also influences the synchronism properties of the motor. Two adjacent poles on the rotor each form a so-called pair of poles.
Aufgrund der wirkenden Magnetkräfte, kommt es beim permanenterregten Synchronmotor im stromlosen Zustand bei einer manuellen Drehung des Rotors zu einem spürbaren Rastverhalten, welches im Englischen auch als „cogging" bezeichnet wird. Problematischer für die Laufeigenschaften eines solchen Synchronmotors ist allerdings ein ähnlicher Effekt, der im bestromten Zustand unter Last auftritt und in diesem Zusammenhang als Lastpulsation, DrehmomentSchwankung oder englisch „ripple torque" bezeichnet wird. Die Lastpulsation ist im Leerlaufverhalten des Motors (wenn kein oder nur ein geringes Drehmoment abgegriffen wird) bei genügend hoher Polzahl kaum festzustellen. Wenn der Motor allerdings mit hoher Drehmomentabnahme betrieben wird, ist die Lastpulsation als periodische Drehmomentschwankung deutlich feststellbar. Die Drehmomentschwankung folgt dabei in der Regel einer Sinusschwingung, die einer höheren Harmonischen der an einem Polpaar auftretenden Drehmomentänderung entspricht.Due to the acting magnetic forces, the permanent-magnet synchronous motor in the de-energized state has a noticeable detent behavior when the rotor is rotated manually, which is also referred to as "cogging" in English. However, a similar effect is more problematic for the running properties of such a synchronous motor energized state occurs under load and is referred to in this context as load pulsation, torque fluctuation or "ripple torque". The load pulsation can hardly be determined when the engine is idling (if no or only a low torque is tapped) with a sufficiently high number of poles. However, if the engine is operated with a high torque decrease, the load pulsation can be clearly determined as a periodic torque fluctuation. The torque fluctuation usually follows a sine wave which corresponds to a higher harmonic of the torque change occurring at a pole pair.
Da eine Lastpulsation in vielen Anwendungsfällen störend wirkt, insbesondere wenn hohe Gleichlaufeigenschaften für Präzisionsantriebe gefordert sind, gibt es unterschiedliche Ansätze im Stand der Technik, die Lastpulsation zu verringern. Beispielsweise wird versucht, der Lastpulsation entgegen zu steuern, in dem die in den Motor eingespeisten Stromwerte gegenläufig variiert werden. Eine derartige elektroni- sehe Steuerung kann bei relativ langsam laufenden Motoren und gleichbleibender Lastabnahme mit sehr schnell wirkenden Steuerschaltungen zu einer Verringerung der Lastpulsation führen. Sofern die Motorsteuerung allerdings schnell wechselnde Lastbedingungen bei hohen Drehzahlen ausgleichen uss, sind herkömmliche Steuerschaltungen bei vertretbarem Aufwand nicht mehr zur gleichzeitigen Ausregelung der Lastpulsation in der Lage.Since a load pulsation has a disruptive effect in many applications, especially when high synchronous properties are required for precision drives, there are different approaches in the prior art to reduce the load pulsation. For example, attempts are made to counteract the load pulsation by varying the current values fed into the motor in opposite directions. Such an electronic See control can lead to a reduction in the load pulsation with relatively slow running motors and constant load decrease with very fast acting control circuits. If, however, the engine control system has to compensate for rapidly changing load conditions at high speeds, conventional control circuits are no longer able to regulate the load pulsation at a reasonable cost.
Ein anderer in praktischen Realisierungen verfolgter Lösungsansatz besteht darin, die Lastpulsation durch eine Schrägstellung der Pole des Rotors gegenüber den Polen des Stators zu verringern. Bei permanenterregten Synchron otoren werden dabei die am Rotor angeordneten Dauermagnete in Bezug auf die Drehachse verkippt angeordnet. Diese Schrägstellung führt dazu, dass sich zu keinem Zeitpunkt die gesamte Querschnittsfläche der Pole gegenüber steht, was zwar einerseits zu einer Verringerung des maximalen Drehmoments andererseits aber auch zu einer nivellierenden Wirkung in Bezug auf die Lastpulsation führt. Problematisch an dieser Lösung ist vor allem, dass die Eisenflächen des Rotors, welche die Auflageflächen für Dauermagnetelemente bilden, nicht mehr parallel zur Drehachse verlaufen können oder zumindest mehrere in Längsrichtung einen seitlichen Versatz bewirkende Stufungen aufweisen müssen. Üblicherweise werden die Auflageflächen, an denen die Dauermagnetelemente befestigt sind, durch einen Fräsvorgang an der Außenseite eines zylindrischen Grundkörpers erzeugt. Wenn dabei schräg zur Drehachse verlaufende oder in Längsrichtung stufig versetzte Auflageflächen ausgebildet werden müssen, gestaltet sich der Fräsvorgang kompliziert und teuer.Another approach pursued in practical implementations is to reduce the load pulsation by inclining the poles of the rotor with respect to the poles of the stator. In the case of permanently excited synchronous motors, the permanent magnets arranged on the rotor are tilted with respect to the axis of rotation. This inclination means that the entire cross-sectional area of the poles is never opposed, which on the one hand leads to a reduction in the maximum torque but on the other hand also leads to a leveling effect in relation to the load pulsation. The problem with this solution is above all that the iron surfaces of the rotor, which form the contact surfaces for permanent magnet elements, can no longer run parallel to the axis of rotation or at least several steps that cause a lateral offset in the longitudinal direction. Usually, the contact surfaces to which the permanent magnet elements are attached are produced by a milling process on the outside of a cylindrical base body. If it is necessary to form support surfaces that are oblique to the axis of rotation or staggered in the longitudinal direction, the milling process is complicated and expensive.
Ein vergleichbarer vorbekannter Lösungsansatz besteht darin, die Schrägstellung der Pole von Stator und Rotor durch eine Schränkung im Stator-Blechpaket zu erreichen. Die Permanentmagnetpole werden dabei achsparallel gehalten, während die elektrischen Pole schräg zur Drehachse laufen. Dies bringt allerdings erhebliche Probleme beim Einbringen der elektrischen Wicklung mit sich. Alle bekannten Lösungen verfolgen dabei die Zielstellung, trotz der gewünschten Schrägstellung der Pole an Stator und Rotor zueinander einen möglichst ungestörten Querschnitt für den Magnetfluss zu gewährleisten.A comparable previously known solution consists in the inclination of the poles of the stator and rotor by a Achieve set in the stator laminated core. The permanent magnet poles are kept axially parallel, while the electrical poles run obliquely to the axis of rotation. However, this poses considerable problems when introducing the electrical winding. All known solutions pursue the goal of ensuring that the cross section for the magnetic flux is as undisturbed as possible despite the desired inclination of the poles on the stator and rotor.
Besondere Bedeutung haben die Gleichlaufeigenschaften eines Motors, wenn dieser als Antrieb für Aufzüge verwendet wird, insbesondere wenn er Bestandteil einer getriebelosen Aufzugsantriebseinheit ist. Da sich Lastpulsationen, die im Belastungsfall deutlich spürbar werden, unmittelbar auf die Treibscheibe und die Tragseile übertragen, ergibt sich eine unruhige Aufzugsfahrt, die bei Personenaufzügen von den Benutzern als unangenehm empfunden wird.The synchronism properties of a motor are of particular importance if it is used as a drive for elevators, in particular if it is part of a gearless elevator drive unit. Since load pulsations, which are clearly noticeable in the event of a load, are transferred directly to the traction sheave and the suspension cables, this results in a restless elevator ride, which is perceived as uncomfortable by users in passenger elevators.
Getriebelose Aufzugsantriebe sind generell bekannt. Beispielsweise ist in der EP 1 216 949 A2 ein Treibscheibenaufzug mit einer Aufzugskabine in Rucksack-Bauweise beschrieben. Dabei kommt ein Motor zum Einsatz, der ohne Zwischenschaltung eines Getriebes mit einer Treibscheibe verbunden ist, über welche die Tragseile des Aufzuges geführt sind. Die Treibscheibe ist unmittelbar an der Motorwelle angeflanscht und besitzt nur eine einseitige Lagerung. Der Motor bildet das tragende Element der Antriebseinheit und wird mit seinem Gehäuse am Bauwerk bzw. an dort vorgesehenen speziellen Trägern befestigt. Neben der unerwünscht hohen Lastpulsation führt die über das Tragseil, auf die Treibscheibe einwirkende Kraft zu einem weiteren Nachteil. Aufgrund der gegenüber der Motorgehäusebefestigung unsymmetrischen Krafteinleitung kommt es zwangsläufig zu einer gegenüber der Tragseilebene schräg stehenden Treibscheibe, woraus erhöhte Reibungskräfte zwischen Tragseil und Treibscheibe resultieren. Außerdem unterliegen die Tragseile aufgrund dieser Schrägstellung einem erhöhten Verschleiß. Die nur einseitige Lagerung der Treibscheibe (sogenannte fliegende Lagerung) führt zu einer hohen Belastung der Motorwelle durch die entstehenden Biegemomente, die einen erhöhten Verschleiß am Motor und schlechte Laufeigenschaften zur Folge haben.Gearless elevator drives are generally known. For example, EP 1 216 949 A2 describes a traction sheave elevator with a backpack-style elevator car. A motor is used, which is connected to a traction sheave via which the carrying cables of the elevator are guided without the interposition of a transmission. The traction sheave is flanged directly to the motor shaft and has only one-sided bearing. The motor forms the load-bearing element of the drive unit and is attached with its housing to the building or to the special supports provided there. In addition to the undesirably high load pulsation, the force acting on the traction sheave on the traction sheave leads to a further disadvantage. Due to the asymmetrical introduction of force with respect to the motor housing fastening, this inevitably results in an inclination with respect to the suspension cable level stationary traction sheave, which results in increased frictional forces between the suspension cable and traction sheave. In addition, the suspension cables are subject to increased wear due to this inclination. The only one-sided mounting of the traction sheave (so-called flying mounting) leads to a high load on the motor shaft due to the resulting bending moments, which result in increased wear on the motor and poor running properties.
Durch die Lastpulsation und die damit einhergehenden Momentschwankungen kann es außerdem zu unerwünschten Schwingungen der Treibscheibe kommen, die im Resonanzfall eine übermäßige Materialbelastung hervorrufen. Zur Verhinderung der Übertragung solcher Schwingungen in das Bauwerk müssen Befestigungen von Antriebsmotoren üblicherweise mit Dämpfungselementen ausgerüstet werden. Durch die unsymmetrisch auf die Befestigungsstellen einwirkende Kraft kommt es auch dadurch zu einer zusätzlichen Verkippung zwischen Tragseil und Treibscheibe.The load pulsation and the associated torque fluctuations can also lead to undesirable vibrations of the traction sheave, which in the event of resonance cause excessive material loading. To prevent the transmission of such vibrations into the building, fastenings of drive motors usually have to be equipped with damping elements. Due to the asymmetrical force acting on the fastening points, this also leads to an additional tilting between the suspension cable and the traction sheave.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen verbesserten Rotor für einen permanenterregten Synchronmotor bereit zu stellen, bei welchem die Lastpulsation reduziert oder ganz ausgelöscht ist, ohne dass die Fertigungsaufwendungen gegenüber Rotoren mit hoher Lastpulsation erhöht sind. Darüber hinaus wird die Einbindung eines entsprechenden Motors in eine verbesserte Aufzugsantriebseinheit angestrebt, die auch unter Belastungsbedingungen ohne störende Lastpulsation arbeitet. Schließlich ist es eine Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kompakte Aufzugsantriebseinheit bereit zu stellen, in der alle erforderlichen Baueinheiten integriert sind und die damit eine schnelle Montage in Aufzugsschächten gestattet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass einerseits die Längsachsen der Auflageflächen für die Dauer- magnetelemente weiterhin parallel zur Drehachse des Rotors liegen, wobei jeder einer solchen Auflagefläche zugeordnete magnetische Pol aus mindestens drei aneinandergereihten Dauermagnetelementen zusammengesetzt ist und wobei die Dauermagnetelemente jedes Pols in Längsrichtung soweit sequenziell zueinander versetzt an der zugehörigen Auflagefläche befestigt sind, so dass die Lastpulsation des Synchronmotors gegenüber der nicht versetzten Anordnung verringert oder gänzlich ausgelöscht ist.The object of the present invention is therefore to provide an improved rotor for a permanently excited synchronous motor, in which the load pulsation is reduced or completely canceled out, without the production expenditure being increased compared to rotors with high load pulsation. In addition, the aim is to integrate a corresponding motor into an improved elevator drive unit, which also works under load conditions without disturbing load pulsation. Finally, it is a sub-task of the present invention to provide a compact elevator drive unit in which all the necessary structural units are integrated and which thus allows quick assembly in elevator shafts. This object is achieved according to the invention in that, on the one hand, the longitudinal axes of the contact surfaces for the permanent magnet elements continue to lie parallel to the axis of rotation of the rotor, each magnetic pole assigned to such a contact surface being composed of at least three permanent magnet elements lined up in series and the permanent magnet elements of each pole in the longitudinal direction as far as possible are attached sequentially offset to one another on the associated support surface, so that the load pulsation of the synchronous motor is reduced or completely canceled compared to the non-offset arrangement.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bei der Herstellung des Rotors keine schräg verlaufenden oder abgestuften Auflageflächen am Grundkörper angebracht werden müssen. Ebenso entfällt die teure Anfertigung parallelogramm- förmiger Magnete mit Radius an den Auflageflächen. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass allein durch den Versatz der Dauermagnetelemente an den Auflageflächen eine deutliche Reduzierung der Lastpulsation erzielt werden kann. Obwohl durch den nicht konformen Verlauf zwischen Auflagefläche und Dauermagnetelementen nicht an allen Stellen eine vollflächige Auflage der Dauer agnetelemente am Eisenmaterial des Grundkörpers erzielt werden kann, beeinflusst dies die Laufeigenschaften und die erzielbaren Drehmomente nicht negativ. Stattdessen verringert sich die als Lastpulsation bezeichnete Drehmomentschwankung im bestromten Zustands des Synchronmotors drastisch.An important advantage of the invention is that no oblique or stepped contact surfaces have to be attached to the base body when manufacturing the rotor. The expensive manufacture of parallelogram magnets with radius on the contact surfaces is also eliminated. Surprisingly, it has been shown that a significant reduction in the load pulsation can be achieved simply by the offset of the permanent magnet elements on the contact surfaces. Although the non-conforming course between the contact surface and the permanent magnet elements does not permit full-surface contact of the permanent magnet elements on the iron material of the base body at all points, this does not have a negative effect on the running properties and the achievable torques. Instead, the torque fluctuation referred to as load pulsation is drastically reduced when the synchronous motor is in the energized state.
Vorzugsweise werden die Dauermagnetelemente an allen Auflageflächen um gleiche Beträge versetzt. Die in Umfangsrichtung zueinander benachbarten Dauermagnetelemente sind damit gleichmäßig voneinander beabstandet, im Vergleich zu der in Achsrichtung benachbarten ringförmigen Kette der Dauermagnetelemente.The permanent magnet elements are preferably displaced by the same amount on all contact surfaces. The permanent magnet elements adjacent to one another in the circumferential direction are thus evenly spaced apart from one another in comparison with that in FIG Axial direction adjacent annular chain of permanent magnet elements.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind an jeder Auflagefläche drei Dauermagnetelemente von im wesentlichen gleicher Größe angebracht. Diese drei Dauermagnetelemente sind zueinander sequenziell jeweils um etwa ein acht- zehntel des von zwei nebeneinanderliegenden Polen (entspricht einem Polpaar) eingenommenen U fangsabschnitts versetzt. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Lastpulsation im wesentlichen der sechsten Harmonischen der vom Polpaarwinkel unmittelbar abhängigen Drehmomentänderung folgt. Weiterhin beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, dass die Lastpulsation durch eine Phasenverschiebung von mindestens drei Teilschwingungen reduziert bzw. vollständig ausgelöscht werden kann.In a particularly advantageous embodiment, three permanent magnet elements of essentially the same size are attached to each support surface. These three permanent magnet elements are mutually offset in each case by approximately one-eighth of the circumferential section occupied by two adjacent poles (corresponds to a pair of poles). It has been shown that the load pulsation essentially follows the sixth harmonic of the torque change that is directly dependent on the pole pair angle. Furthermore, the invention is based on the knowledge that the load pulsation can be reduced or completely canceled out by a phase shift of at least three partial oscillations.
Zu einer Verallgemeinerung dieser Erkenntnis, wird der Polpaarwinkel, dessen absoluter Betrag von der Anzahl der am Rotor angeordneten Pole bzw. Polpaare abhängig ist, in Bezug auf die Drehmomentänderung gleich 360° gesetzt. Der drehmomentbezogene Zustand in einem Synchronmotor wiederholt sich bei der Drehung nach jedem ein Polpaar umfassenden Winkelsegment, so dass diese Annahme gerechtfertigt ist. Untersuchungen haben gezeigt, dass die Lastpulsation innerhalb eines solchen Winkelsegments der sechsten Harmonischen folgt, d.h. eine Periode der Lastpulsation nimmt einen Winkel von elektrisch 60° innerhalb des auf elektrisch 360° kalibrierten Polpaarwinkels ein. Die Lastpulsation kann minimiert bzw. vollständig ausgelöscht werden, indem jedem Dauermagnetelement eines Pols eine eigene Phase zugeordnet wird und diese Teilphasen zueinander verschoben werden, um durch die erzielte Phasenverschiebung die über alle Dauermagnetelemente eines Pols summierte Lastpulsation im Wesentlichen gegen Null zu bringen.To generalize this finding, the pole pair angle, the absolute amount of which depends on the number of poles or pole pairs arranged on the rotor, is set equal to 360 ° in relation to the torque change. The torque-related state in a synchronous motor repeats itself after rotation after each angle segment comprising a pole pair, so that this assumption is justified. Investigations have shown that the load pulsation follows the sixth harmonic within such an angle segment, ie a period of the load pulsation takes an angle of electrically 60 ° within the pole pair angle calibrated to electrically 360 °. The load pulsation can be minimized or completely extinguished by assigning a separate phase to each permanent magnet element of a pole and shifting these partial phases relative to one another by the phase shift that is achieved across all permanent magnet elements of a pole to bring summed load pulsation essentially to zero.
Wenn beispielsweise drei Dauermagnetelemente pro Pol verwendet werden (also sechs Elemente im Polpaar) , führt eine Verschiebung der jedem einzelnen Dauermagnetelement zugeordneten Phase um 120° innerhalb einer vollen Periode der Lastpulsation dazu, dass die sechste Harmonische ausgelöscht wird. Bezogen auf die Periodenlänge der Lastpulsation innerhalb des Polpaarwinkels (elektrisch 60°) führt dies zu einer Phasenverschiebung von elektrisch 20° jedes Dauermagnetelements innerhalb des mit elektrisch 360° angenommenen Polpaarwinkels.For example, if three permanent magnet elements are used per pole (i.e. six elements in the pole pair), a shift of the phase assigned to each individual permanent magnet element by 120 ° within a full period of the load pulsation will result in the sixth harmonic being canceled. Relative to the period length of the load pulsation within the pole pair angle (electrical 60 °), this leads to a phase shift of electrical 20 ° of each permanent magnet element within the pole pair angle assumed to be electrical 360 °.
Wenn in einem angenommenen Beispiel der Rotor 20 Polpaare (Polpaarzahl zρ=20) aufweist, entspricht ein elektrischer Polpaarwinkel von 360° einem absoluten Winkel von 18° bezogen auf den Rotor-Vollkreis. Die elektrisch 60° innerhalb des Polpaarwinkels, welche die Periode der sechsten Harmonischen beschreiben, würden in diesem Fall 3° des Rotor-Vollkreises entsprechen. Da zur Auslöschung der Lastpulsation innerhalb dieser Periodenlänge die Phasenverschiebung vorgenommen werden muss, führt dies bei der Verwendung von drei Dauermagnetelementen pro Pol zu einem Versatz von 1° des Rotor-Vollkreises. Dies bedeutet, dass die drei einem Pol bzw. einer Auflagefläche am Rotor zugeordneten Dauermagnetelemente sequenziell aufeinanderfolgend jeweils einen Versatz von 1° des Rotor-Vollkreises aufweisen.If, in an assumed example, the rotor has 20 pole pairs (number of pole pairs zρ = 20), an electrical pole pair angle of 360 ° corresponds to an absolute angle of 18 ° with respect to the full rotor circle. The electrical 60 ° within the pole pair angle, which describe the period of the sixth harmonic, would correspond to 3 ° of the full rotor circle in this case. Since the phase shift must be carried out within this period to eliminate the load pulsation, this leads to an offset of 1 ° of the full rotor circle when using three permanent magnet elements per pole. This means that the three permanent magnet elements assigned to a pole or a bearing surface on the rotor each have an offset of 1 ° of the full rotor circle in sequence.
Die gefundene Beziehung lässt sich für unterschiedliche Anzahlen von Dauermagnetelementen pro Pol und beliebige Polpaarzahlen mathematisch wie folgt beschreiben: 360° CCy = zp -6nThe relationship found can be mathematically described as follows for different numbers of permanent magnet elements per pole and any number of pole pairs: 360 ° CCy = z p -6n
wobei n die Anzahl der Dauermagnetelemente pro Pol und zp die Polpaarzahl des Rotors ist.where n is the number of permanent magnet elements per pole and zp is the number of pole pairs of the rotor.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors werden die Dauermagnetelemente auf den Auflageflächen aufgeklebt. Bei abgewandelten Ausführungen können die Dauermagnetelemente auch an den Auflageflächen angelötet oder auf andere geeignete Weise aufgesetzt und fixiert werden. Da die Breite der Dauermagnetelemente vorzugsweise kleiner oder gleich der Breite der Auflageflächen ist, führt dies zu einem geringfügigen seitlichen Überstand der Dauermagnetelemente über die Auflagefläche, zumindest im Bereich der Enden des Rotors. Die zwischen den benachbarten Auflageflächen verbleibenden Spalte zwischen den Magneten benachbarter Pole können so groß gewählt werden, dass die versetzten Dauermagnetelemente nicht in Kontakt mit den benachbarten Dauermagneten treten.According to a preferred embodiment of the rotor according to the invention, the permanent magnet elements are glued to the bearing surfaces. In the case of modified versions, the permanent magnet elements can also be soldered to the support surfaces or attached and fixed in some other suitable way. Since the width of the permanent magnet elements is preferably less than or equal to the width of the contact surfaces, this leads to a slight lateral projection of the permanent magnet elements over the contact surface, at least in the region of the ends of the rotor. The gaps between the magnets of adjacent poles remaining between the adjacent contact surfaces can be chosen so large that the offset permanent magnet elements do not come into contact with the adjacent permanent magnets.
Der erläuterte Synchronmotor mit dem erfindungsgemäßen Rotor kann besonders vorteilhaft in einer getriebelosen Aufzugsantriebseinheit eingesetzt werden. Ein wesentlicher Vorteil dieser Aufzugsantriebseinheit besteht darin, dass durch die drastisch reduzierte Lastpulsation ein hoher Gleichlauf des Aufzugs erreicht wird.The synchronous motor explained with the rotor according to the invention can be used particularly advantageously in a gearless elevator drive unit. A major advantage of this elevator drive unit is that the drastically reduced load pulsation enables the elevator to run at high speed.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die Treibscheibe der Aufzugsantriebseinheit in einem die Lagerung der Gesamteinheit bereitstellenden Lagerbock angeordnet. Weiterhin ist es vorteilhaft, dass die Treibscheibe durch ihre zweiseitige Lagerung im Lagerbock fest positioniert ist, so dass die über die Tragseile eingeleiteten Kräfte nicht zu einer Schrägstellung der Treibscheibe gegenüber der Tragseilebene führen können. Da der Lagerbock über seine Fußfläche unmittelbar an einem Träger, beispielsweise einer Bauwerkswand im Aufzugs- schacht befestigt ist, kommt es auch bei schwankender Belastung des Aufzugs nicht zu einer Lageänderung der Treibscheibe oder zu einem ungewünschten Schwingungsverhalten während des Aufzugsbetriebes .In a preferred embodiment, the traction sheave of the elevator drive unit is arranged in a bearing block which provides the mounting of the entire unit. Furthermore, it is advantageous that the traction sheave is fixedly positioned in the bearing block by its two-sided mounting, so that the over the forces applied to the suspension cables cannot lead to an inclined position of the traction sheave in relation to the suspension cable level. Since the pedestal is directly attached to a support, for example a building wall in the elevator shaft, via its foot surface, there is no change in the position of the traction sheave or undesired vibration behavior during elevator operation, even when the load fluctuates.
Die bevorzugte Befestigung des Synchronmotors und der Bremseinheit am Lagerbock führen nicht nur zu einem kompakten Aufbau der Aufzugsantriebseinheit, durch welchen die erforderlichen Montagearbeiten auf ein Minimum reduziert werden, sondern auch zu einer in sich sehr stabilen Konstruktion, bei der auftretende Kräfte und Momente keinen erhöhten Verschleiß des Motors oder der Bremseinheit zur Folge haben.The preferred attachment of the synchronous motor and the brake unit to the bearing block not only lead to a compact construction of the elevator drive unit, by means of which the required assembly work is reduced to a minimum, but also to a very stable construction in which occurring forces and moments do not cause increased wear of the engine or the brake unit.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn die Seitenwände des Lagerbocks gemeinsam mit dessen Fußfläche und einer Deckfläche einen in sich geschlossenen Rahmen bilden, welcher die Treibscheibe ringförmig umgreift. Dieser rahmenförmige Lagerbock ist vorzugsweise als Gussteil ausgebildet und weißt damit eine hohe Steifigkeit auf. Da dieser steife Rahmen bei entsprechender Dimensionierung aus verschiedenen Richtungen Kräfte aufnehmen kann, lässt sich der Lagerbock in beliebigen Einbaulagen am Träger bzw. am Bauwerk befestigen, wodurch unterschiedlichste Anwendungsfälle realisiert werden können. Der Lagerbock kann also stehend, über Kopf oder seitlich an Bauwerkswänden oder bauseits vorgesehenen Trägern befestigt werden.It is particularly advantageous if the side walls of the bearing block, together with its foot surface and a top surface, form a self-contained frame which surrounds the traction sheave in a ring. This frame-shaped bearing block is preferably designed as a cast part and therefore has high rigidity. Since this rigid frame can absorb forces from different directions with appropriate dimensioning, the bearing block can be attached to the support or the structure in any installation position, which means that a wide variety of applications can be realized. The bearing block can therefore be fixed upright, overhead or laterally to the walls of the building or supports provided by the customer.
Zweckmäßigerweise ist der Lagerbock so dimensioniert, dass die Treibscheibe im Wesentlichen mittig im Lagerbock angeord- net ist und die auftretenden Kräfte nahezu symmetrisch in die Befestigungspunkte der Fußfläche eingeleitet werden.The bearing block is expediently dimensioned such that the traction sheave is arranged essentially centrally in the bearing block. is net and the occurring forces are introduced almost symmetrically into the attachment points of the foot surface.
Durch die Befestigung des Motorgehäuses am Lagerbock ergibt sich eine fliegende Aufhängung des Motors, da vorteilhafterweise auf eine zusätzliche Befestigungen des Motors am Bauwerk verzichtet wird. Damit sind Überbestimmungen bezüglich der Lagerung der Motorwelle ausgeschlossen, so dass in den entsprechenden Lagern nur geringe Reibungskräfte auftreten. Das motorseitige Lager der Treibscheibenwelle ist in der ersten Seitenwand des Lagerbocks angeordnet und dient gleichzeitig der Lagerung der Motorwelle. Zusätzliche Trägerelemente für die Befestigung des Lagers können dadurch vermieden werden.Fastening the motor housing to the bearing block results in a flying suspension of the motor, since advantageously no additional fastening of the motor to the structure is required. This eliminates overdeterminations with regard to the mounting of the motor shaft, so that only low frictional forces occur in the corresponding bearings. The motor-side bearing of the traction sheave shaft is arranged in the first side wall of the bearing block and at the same time serves to mount the motor shaft. Additional support elements for fastening the bearing can thereby be avoided.
Es ist besonders vorteilhaft, wenn das bremsseitige Lager der Treibscheibenwelle in der Bremseinheit angeordnet ist, welche ihrerseits an der zweiten Seitenwand des Lagerbocks befestigt ist. Es ist dabei besonders nützlich, wenn eine Federdruck- Lamellenbremse zum Einsatz kommt, wie sie beispielsweise von der Firma Ortlinghaus angeboten wird. Die Baugröße der gesamten Aufzugsantriebseinheit lässt sich klein halten, wenn die Bremstrommel der Bremseinheit unmittelbar in die Treibscheibe integriert ist. Die Bremsklötzer der Bremseinheit greifen in diesem Fall durch die zweite Seitenwand des Lagerbocks hindurch in die Bremstrommel ein, um die Bremskraft unmittelbar an der Treibscheibe wirksam werden zu lassen. Diese direkte Kopplung zwischen Bremseinheit und Treibscheibe erfüllt auch höchste Sicherheitsansprüche, die insbesondere bei einem Einsatz der Aufzugsantriebseinheit an Personenaufzügen gestellt werden. Schließlich ist es zweckmäßig, die Aufzugsantriebseinheit mit einem Messsystem auszurüsten, welches relevante Werte, wie die Drehgeschwindigkeit und die aktuelle Position des Tragseils bestimmt. Ein solches Messsystem lässt sich sowohl auf der dem Motor zugewandten Seite der Treibscheibe als auch auf der gegenüberliegenden Seite, die zur Bremseinheit gerichtet ist, installieren.It is particularly advantageous if the brake-side bearing of the traction sheave shaft is arranged in the brake unit, which in turn is attached to the second side wall of the bearing block. It is particularly useful if a spring-applied multi-disc brake is used, such as that offered by the Ortlinghaus company. The overall size of the entire elevator drive unit can be kept small if the brake drum of the brake unit is integrated directly into the traction sheave. The Bremsklötzer the brake unit engage in this case by the second side wall of the bearing block and into the brake drum one to the braking force immediately on the traction sheave be effective to make. This direct coupling between the brake unit and the traction sheave also meets the highest safety requirements, which are set in particular when the elevator drive unit is used on passenger elevators. Finally, it is expedient to equip the elevator drive unit with a measuring system which determines relevant values, such as the speed of rotation and the current position of the suspension cable. Such a measuring system can be installed both on the side of the traction sheave facing the motor and on the opposite side, which is directed towards the brake unit.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:Further advantages, details and developments of the invention result from the following description of a preferred embodiment, with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines vereinfacht dargestellten Grundkörpers eines Rotors eines permanenterregten Synchronmotors;Figure 1 is a perspective view of a simplified body of a rotor of a permanent magnet synchronous motor.
Fig. 2 eine seitliche Ansicht des mit Dauermagnetelementen bestückten Grundkörpers;2 shows a side view of the base body equipped with permanent magnet elements;
Fig. 3 eine perspektivische Detaildarstellung eines Abschnitts des Rotors;3 shows a perspective detailed illustration of a section of the rotor;
Fig. 4 eine seitliche Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Aufzugsantriebseinheit unter Verwendung des permanenterregten Synchronmotors mit dem Rotor nach Figur 3;4 shows a side sectional view of a first embodiment of an elevator drive unit using the permanently excited synchronous motor with the rotor according to FIG. 3;
Fig. 5 eine geschnittene seitliche Detailansicht einer zweiten Ausführungsform der Aufzugsantriebseinheit mit dem Rotor und mit einer zweiten Bremstrommel; Fig. 6 eine Prinzipdarstellung verschiedener Einbauvarianten der Aufzugsantriebseinheit.5 shows a sectional side detailed view of a second embodiment of the elevator drive unit with the rotor and with a second brake drum; Fig. 6 is a schematic diagram of various installation variants of the elevator drive unit.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines vereinfacht dargestellten Grundkörpers 1 eines Rotors. Der Grundkörper besteht aus einem magnetisch leitfähigem Material und besitzt im Wesentlichen eine zylindrische Form. Im Innenbereich des Grundkörpers sind üblicherweise Versteifungs- und Lagerelemente angeordnet (nicht dargestellt) , mit denen der Rotor ausgesteift ist und auf einer Motorwelle befestigt werden kann oder an andere Elemente angebaut werden kann (Durchlicht-Antriebe, Ringmotore) . Über die Motorwelle oder ein ähnliches Element wird das erzeugte Drehmoment abgegriffen. Um am Grundkörper 1 Dauermagnete zur Bereitstellung der Permanenterregung zu befestigen, werden auf der Außenseite des Grundkörpers 1 zahlreiche Auflageflächen 2 ausgebildet. Für den erfindungsgemäßen Rotor können diese Auflageflächen wie bei herkömmlichen Rotoren, bei denen keine Verringerung der Lastpulsation auf konstruktivem Wege erreicht wird, parallel zur Drehachse des Rotors verlaufen. Die Auflageflächen 2 werden beispielsweise durch längsseitiges Fräsen, Schleifen etc. hergestellt. Die Anzahl der Auflageflächen entspricht der Anzahl der magnetischen Pole.1 shows a perspective view of a simplified basic body 1 of a rotor. The base body consists of a magnetically conductive material and essentially has a cylindrical shape. In the interior of the base body, stiffening and bearing elements are usually arranged (not shown), with which the rotor is stiffened and can be attached to a motor shaft or can be attached to other elements (transmitted light drives, ring motors). The torque generated is tapped via the motor shaft or a similar element. In order to attach permanent magnets to the base body 1 to provide permanent excitation, numerous contact surfaces 2 are formed on the outside of the base body 1. For the rotor according to the invention, these contact surfaces can run parallel to the axis of rotation of the rotor, as in the case of conventional rotors, in which no reduction in the load pulsation is achieved in a constructive manner. The contact surfaces 2 are produced, for example, by milling, grinding, etc. on the longitudinal side. The number of contact surfaces corresponds to the number of magnetic poles.
In Fig. 2 ist der Rotor in einer Seitenansicht gezeigt. Auf dem Grundkörper 1 sind zahlreiche Dauermagnetelemente 3 befestigt. Beispielsweise erfolgt diese Befestigung durch Aufkleben, Aufschrauben o.a. der Dauermagnetelemente 3 auf den Auflageflächen 2. Im dargestellten Beispiel sind auf jeder Auflagefläche 2 drei einzelne Dauermagnetelemente 3 befestigt, so dass drei Ringe von sich hinsichtlich ihrer Polaritätsrichtung jeweils abwechselnden Dauermagnetelementen entstehen . Zwei nebeneinander liegende Auflageflächen bilden mit ihren Dauermagnetelementen ein sogenanntes Polpaar . Parallel zur Längsachse des Rotors ist die magnetische Polung der Dauermagnetelemente entlang der Auflagefläche gleichbleibend . Derzeit gängige permanenterregte Synchronmotoren, die der Bereitstellung höherer Drehmomente dienen, umfassen beispielsweise zwischen 30 und 200 einzelnen Pole .2, the rotor is shown in a side view. Numerous permanent magnet elements 3 are attached to the base body 1. For example, this attachment is carried out by gluing, screwing or the like of the permanent magnet elements 3 onto the support surfaces 2. In the example shown, three individual permanent magnet elements 3 are attached to each support surface 2, so that three rings of permanent magnet elements which alternate with respect to their polarity direction arise. Two contact surfaces lying next to each other form a so-called pole pair with their permanent magnet elements. The magnetic polarity of the permanent magnet elements along the contact surface remains constant parallel to the longitudinal axis of the rotor. Currently common permanent magnet synchronous motors, which are used to provide higher torques, include, for example, between 30 and 200 individual poles.
Zur Veranschaulichung der Position der Dauermagnetelemente auf den Auflageflächen ist in Fig . 2 eine Mittellinie 4 einer ausgewählten Auflage läche eingezeichnet . Es ist ersichtlich, dass das in der mittleren Ringreihe angeordnete Dauermagnetelemente 3m mittig auf der Auflagefläche aufliegt . Das in der unteren Ringreihe angeordnete Dauermagnetelement 3u ist gegenüber der Mittellinie 4 nach Links verschoben, so dass seine linke Seitenkante über die linke Kante der zugeordneten Auflagefläche hinausragt . Demgegenüber ist das in der oberen Ringreihe angeordnete Dauermagnetelement 3o gegenüber der Mittellinie 4 nach Rechts verschoben, so dass es mit seiner rechten Seite über die Auflagefläche hinausragt . Die Dauermagnetelemente einer Auflagefläche liegen somit in einer Ebene . Der resultierende Versatz zwischen den in Längsrichtung unmittelbar aufeinanderfolgenden Dauermagnetelementen entspricht dem oben erläuterten Versatzwinkel <xv . Der Versatz ist auf j eder Auflagefläche 2 in gleicher Weise ausgeführt , so dass sich eine regelmäßige Anordnung der in einer Ringreihe liegenden Dauermagnetelemente ergibt . Je nach Anzahl der Polpaare kann es durch den vorgenommenen Versatz auch zu einer geringfügigen Überschneidung zwischen den Dauermagnetelementen benachbarter Auflageflächen kommen, die jedoch klein zu halten ist, um das resultierende Gesamtdrehmoment nicht unnötig zu schwächen . Fig. 3 zeigt eine perspektivische Detailansicht des mit den Dauermagnetelementen 3 bestückten Grundkörpers 1. Aus dieser Ansicht ist nochmals deutlich erkennbar, dass die versetzt aufgeklebten Dauermagnetelemente 3 an den längsseitigen Enden des Grundkörpers 1 seitlich über die Auflageflächen 2 überstehen. Bei abgewandelten Ausführungsformen wäre es aber auch möglich, dass die Dauermagnetelemente eine geringere Breite als die Auflageflächen 2 aufweisen, so dass dieser Überstand reduziert wird oder gänzlich entfällt. Dies hätte allerdings eine Verkleinerung der für den Magnetfluss zwischen Stator und Rotor zur Verfügung stehenden wirksamen Querschnittsfläche zur Folge, wodurch das maximale Drehmoment des Motors sinken würde. Demgegenüber hat sich gezeigt, dass der geringe Überstand der Dauermagnetelemente über die Auflageflächen kaum feststellbare Auswirkungen auf die maximalen Drehmomente hat. Trotzdem wird die Lastpulsation deutlich verringert und bei einem geeigneten seitlichen Versatz gemäß der oben beschriebenen Vorgehensweise nahezu vollständig ausgelöscht.To illustrate the position of the permanent magnet elements on the contact surfaces, in Fig. 2 shows a center line 4 of a selected surface. It can be seen that the permanent magnet element arranged in the middle row of rings rests 3m in the center on the contact surface. The permanent magnet element 3u arranged in the lower row of rings is shifted to the left with respect to the center line 4, so that its left side edge projects beyond the left edge of the associated contact surface. In contrast, the permanent magnet element 3o arranged in the upper row of rings is shifted to the right relative to the center line 4, so that its right side projects beyond the contact surface. The permanent magnet elements of a support surface thus lie in one plane. The resulting offset between the permanent magnet elements immediately following one another in the longitudinal direction corresponds to the offset angle <x v explained above. The offset is carried out in the same way on each bearing surface 2, so that there is a regular arrangement of the permanent magnet elements lying in a row of rings. Depending on the number of pole pairs, the offset carried out can also result in a slight overlap between the permanent magnet elements of adjacent bearing surfaces, but this must be kept small in order not to unnecessarily weaken the resulting total torque. 3 shows a perspective detailed view of the base body 1 equipped with the permanent magnet elements 3. From this view it can be clearly seen again that the offset permanent magnet elements 3 project laterally over the contact surfaces 2 on the longitudinal ends of the base body 1. In the case of modified embodiments, however, it would also be possible for the permanent magnet elements to have a smaller width than the contact surfaces 2, so that this overhang is reduced or completely eliminated. However, this would result in a reduction in the effective cross-sectional area available for the magnetic flux between the stator and rotor, as a result of which the maximum torque of the motor would decrease. In contrast, it has been shown that the slight protrusion of the permanent magnet elements over the contact surfaces has hardly any noticeable effects on the maximum torques. Nevertheless, the load pulsation is significantly reduced and, with a suitable lateral offset, is almost completely eliminated in accordance with the procedure described above.
Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäßen Wirkprinzipien auch bei Rotoren mit abweichenden Anzahlen hinsichtlich der Polpaare und der pro Auflagefläche vorgesehenen Dauermagnetelemente angewendet werden können.It is again pointed out that the principles of operation according to the invention can also be applied to rotors with differing numbers in terms of the pole pairs and the permanent magnet elements provided for each bearing surface.
Fig. 4 zeigt eine geschnittene seitliche Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Aufzugsantriebseinheit, die mit einem Rotor 40 der zuvor beschriebenen Bauweise ausgerüstet ist, welcher Bestandteil eines permanenterregten Synchronmotors 41 ist. Die Aufzugsantriebseinheit umfasst als weitere Hauptelemente einen Lagerbock 42, eine Treibscheibe 43 und eine Bremseinheit 44. Der Rotor 40 stellt das erzeugte Drehmoment an eine Motorwelle 46 bereit. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann die Motorwelle 46 einstückig mit einer Treib- Scheibenwelle 47 ausgebildet sein, auf welcher die Treibscheibe 43 befestigt ist. Motorwelle und Treibscheibenwelle können aber auch Einzelbestandteile darstellen, die zur Drehmomentübertragung fest miteinander verbunden sind.FIG. 4 shows a sectional side view of a first embodiment of an elevator drive unit which is equipped with a rotor 40 of the construction described above, which is part of a permanently excited synchronous motor 41. The elevator drive unit comprises, as further main elements, a bearing block 42, a traction sheave 43 and a brake unit 44. The rotor 40 provides the generated torque to a motor shaft 46. In a preferred embodiment, the motor shaft 46 may be integral with a drive Disk shaft 47 may be formed on which the traction sheave 43 is fastened. Motor shaft and traction sheave shaft can also be individual components that are firmly connected to each other for torque transmission.
Ein Gehäuse 48 des Motors 41 ist an einer ersten Seitenwand 49 des Lagerbocks 42 befestigt. In der Seitenwand 49 ist außerdem ein motorseitiges Lager 50 angeordnet, in welchem die Motorwelle 46 bzw. die Treibscheibenwelle 47 gelagert sind. Durch die Befestigung des Motorgehäuses 48 am Lagerbock 42 erfolgt somit eine „fliegende" Lagerung der Motorwelle 46 nur an der zur Treibscheibe gerichteten Seite. Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist es aber auch denkbar, dass die gegenüberliegende Seite der Motorwelle 46 in einem weiteren Lager gelagert wird, welches beispielsweise im Gehäuse des Motors befestigt ist.A housing 48 of the motor 41 is fastened to a first side wall 49 of the bearing block 42. In the side wall 49 there is also a motor-side bearing 50, in which the motor shaft 46 and the drive pulley shaft 47 are mounted. By fastening the motor housing 48 to the bearing block 42, the motor shaft 46 is only "floating" mounted on the side facing the traction sheave. In a modified embodiment, however, it is also conceivable that the opposite side of the motor shaft 46 is mounted in a further bearing , which is attached for example in the housing of the engine.
Das Gehäuse 48 des Motors besitzt bei der dargestellten Ausführungsform an seiner Außenseite Kühlrippen 51, die im wesentlichen parallel zur Treibscheibe 43 angeordnet sind. Das Gehäuse 48 ist an seiner Innenseite gut wärmeleitend an die elektrische Wicklung des Motors gekoppelt, um die dort entstehende Wärme abzuführen. Der Kühleffekt der Kühlrippen 51 wird verstärkt, wenn der Motor zumindest abschnittsweise in den Luftstrom hineinragt, der durch den von der Aufzugsantriebseinheit bewegten Aufzug im Aufzugsschacht erzeugt wird.In the embodiment shown, the housing 48 of the motor has cooling fins 51 on its outside, which are arranged essentially parallel to the traction sheave 43. The inside of the housing 48 is coupled to the electrical winding of the motor with good thermal conductivity in order to dissipate the heat generated there. The cooling effect of the cooling fins 51 is increased when the motor protrudes at least in sections into the air flow which is generated in the elevator shaft by the elevator moved by the elevator drive unit.
Die Treibscheibe 43 besitzt eine Lauffläche 52 mit darin in herkömmlicher Weise angeordneten Seilrillen, in denen ein Tragseil geführt und angetrieben wird. Das Tragseil kann direkt oder über Umlenkrollen an eine Aufzugskabine oder ein Gegengewicht angeschlossen werden (nicht dargestellt) . Die Treibscheibe 43 ist zwischen der ersten Seitenwand 49 und einer zweiten Seitenwand 53 des Lagerbocks 42 angeordnet. Der Lagerbock besitzt darüber hinaus eine Fußfläche 54 mit mehreren Befestigungspunkten 55. Bei der dargestellten Ausführungsform ist der Lagerbock 42 als rahmenförmiges Gussteil hergestellt, wobei die beiden Seitenwände 49, 53 im unteren Bereich in die Fußfläche 54 und im oberen Fläche in eine Deckfläche 56 übergehen, so dass dieser Rahmen in sich geschlossen ist. Durch diese Gestaltung wird eine hohe Stei- figkeit des Lagerbocks 42 erzielt. An der Deckfläche 56 kann eine Transportöse 57 befestigt sein.The traction sheave 43 has a running surface 52 with cable grooves arranged therein in a conventional manner, in which a carrying cable is guided and driven. The suspension cable can be connected directly or via pulleys to an elevator car or a counterweight (not shown). The traction sheave 43 is between the first side wall 49 and a second side wall 53 of the bearing block 42 is arranged. The bearing block also has a foot surface 54 with a plurality of fastening points 55. In the embodiment shown, the bearing block 42 is produced as a frame-shaped cast part, the two side walls 49, 53 merging into the foot surface 54 in the lower region and a cover surface 56 in the upper surface, so that this framework is self-contained. A high rigidity of the bearing block 42 is achieved by this design. A transport eyelet 57 can be attached to the top surface 56.
An der zweiten Seitenwand 53 des Lagerbocks 42 ist die Bremseinheit 44 befestigt. Bei der dargestellten Ausführungsform ist ein bremsseitiges Lager 58 in der Bremseinheit 44 integriert, in welchem das dem Motor abgewandte Ende der Treibscheibenwelle 47 gelagert wird. Auf diese Weise erfolgt die beidseitige Lagerung der Treibscheibenwelle 47, so dass die vom Tragseil auf die Treibscheibe übertragenen Zugkräfte nicht zu einer Verkippung der Treibscheibe gegenüber der Ebene des Tragseils führen. Durch die im Wesentlichen mittige Anordnung der Treibscheibe 43 in Bezug auf die Befestigungspunkte 55 der Fußfläche 54 werden die vom Tragseil eingeprägten Kräfte nahezu symmetrisch abgeleitet, so dass auch an den Fußpunkten vorgesehene Dämpfungselemente (Gummipuffer oder dergleichen) keine negativen Auswirkungen auf die ausgerichtete Lage der Treibscheibe haben.The brake unit 44 is fastened to the second side wall 53 of the bearing block 42. In the embodiment shown, a brake-side bearing 58 is integrated in the brake unit 44, in which the end of the traction sheave shaft 47 facing away from the motor is mounted. In this way, the traction sheave shaft 47 is supported on both sides, so that the tensile forces transmitted from the support cable to the traction sheave do not lead to a tilting of the traction sheave with respect to the plane of the support cable. Due to the essentially central arrangement of the traction sheave 43 with respect to the fastening points 55 of the foot surface 54, the forces impressed by the supporting cable are derived almost symmetrically, so that damping elements (rubber buffers or the like) provided at the foot points have no negative effects on the aligned position of the traction sheave to have.
Die Bremseinheit 44 besitzt mehrere Bremsklötzer 59, die zur Erzeugung der benötigten Bremskraft in eine Bremstrommel 60 eingreifen. Die Bremstrommel 60 ist bei der dargestellten Ausführungsform integraler Bestandteil der Treibscheibe 43. Die Bremstroimnel 60 ist dazu in die der Bremseinheit 44 zugewandte Seitenfläche der Treibscheibe 43 eingearbeitet und gegebenenfalls mit geeigneten Beschichtungen versehen. Bei der Betätigung der Bremseinheit 44 werden die Bremsklötzer 59 in die Bremstrommel 60 gepresst, so dass die Drehung der Treibscheibe 43 abgebremst bzw. blockiert wird.The brake unit 44 has a plurality of brake pads 59 which engage in a brake drum 60 to generate the required braking force. The brake drum 60 is an integral part of the traction sheave 43 in the embodiment shown if necessary, provided with suitable coatings. When the brake unit 44 is actuated, the brake pads 59 are pressed into the brake drum 60, so that the rotation of the traction sheave 43 is braked or blocked.
Fig. 5 zeigt eine seitlich geschnittene Detailansicht einer zweiten Ausführungsform der Aufzugsantriebseinheit, bei welcher wiederum der oben beschriebene Rotor 40 als Teil des Synchronmotors 41 zum Einsatz kommt. Der entscheidende Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform besteht darin, dass die Bremseinheit 44 eine zweite Bremstrommel 61 besitzt, die außerhalb des Lagerbocks 42 angeordnet ist. Dies ist erforderlich, wenn von der Aufzugsantriebseinheit größere Lasten bewegt werden, die eine verstärkte Bremskraft erforderlich machen. Je nach Einsatzfall wird die Aufzugsantrie'bs- einheit daher mit unterschiedlichen Bremseinheiten ausgerüstet, so dass mit einem modularen System unterschiedlichste Anforderungen erfüllt werden können.FIG. 5 shows a laterally sectioned detailed view of a second embodiment of the elevator drive unit, in which again the rotor 40 described above is used as part of the synchronous motor 41. The decisive difference from the previously described embodiment is that the brake unit 44 has a second brake drum 61 which is arranged outside the bearing block 42. This is necessary if the elevator drive unit moves larger loads that require an increased braking force. Depending on the application, the elevator drive unit is therefore equipped with different braking units, so that a modular system can meet a wide variety of requirements.
Die Flexibilität eines solchen modularen Systems wird weiter gesteigert, indem Treibscheiben mit unterschiedlichem Durchmesser zur Verfügung stehen, die je nach Bedarf in dem beschriebenen Lagerbock angeordnet werden. Der Treibscheibendurchmesser wird unter Berücksichtigung des erforderlichen Drehmoments, der gewünschten Geschwindigkeit und des im Aufzugsschacht verfügbaren Montageraumes ausgewählt. Außerdem ist es möglich, unterschiedlich große bzw. leistungsstarke Motoren bereit zu stellen, die je nach Anwendungsfall in der beschriebenen Weise an dem Lagerbock angebracht werden, um eine passende Aufzugsantriebseinheit bereit zu stellen.The flexibility of such a modular system is further increased in that traction sheaves with different diameters are available, which are arranged as required in the bearing block described. The traction sheave diameter is selected taking into account the required torque, the desired speed and the mounting space available in the elevator shaft. In addition, it is possible to provide differently sized or powerful motors which, depending on the application, are attached to the bearing block in the manner described in order to provide a suitable elevator drive unit.
Durch die Verwendung des stabilen Lagerbocks und die Befestigung des Motors und der Bremseinheit an diesem Lagerbock ist es für die Anwendung der Aufzugsantriebseinheit ausreichend, wenn der Lagerbock mit seiner Fußfläche 54 an einem Träger in einer Weise befestigt wird, die die Abführung des Tragseils in der gewünschten Richtung gestattet. Da die Treibscheibe 43 vom Lagerbock 42 nur rahmenförmig umgriffen wird, kann das Tragseil in nahezu beliebigen Richtungen von der Treibscheibe abgeführt werden.Through the use of the stable bearing block and the attachment of the motor and the brake unit to this bearing block it is sufficient for the use of the elevator drive unit if the bearing block is fastened with its base 54 to a support in a manner which allows the carrying cable to be led away in the desired direction. Since the traction sheave 43 is only gripped in a frame-like manner by the bearing block 42, the supporting cable can be removed from the traction sheave in almost any direction.
Fig. 6 zeigt einige mögliche Einbauvarianten für die Aufzugsantriebseinheit, welche die Flexibilität dieser Einheit verdeutlichen sollen. Die Aufzugsantriebseinheit ist jeweils nur vereinfacht in einer Ansicht auf die Rückseite des Motors dargestellt. Außerdem ist jeweils durch zwei Pfeile symbolisiert, in welcher Richtung das über die Treibscheibe geführte Tragseil abgeführt ist. In Abbildung a) ist die Aufzugsantriebseinheit mit der Fußfläche des Lagerbocks 42 auf einen Deckenträger 65a montiert, der sich beispielsweise' am oberen Ende eines Aufzugsschachts befindet. Das Tragseil wird senkrecht zur Fußfläche des Lagerbocks nach unten geführt.6 shows some possible installation variants for the elevator drive unit, which are intended to illustrate the flexibility of this unit. The elevator drive unit is only shown in simplified form in a view of the rear of the motor. In addition, two arrows each symbolize the direction in which the support cable guided over the traction sheave is led away. In Figure a), the elevator drive unit is mounted with the foot surface of the bearing block 42 on a ceiling support 65a, which is located, for example , at the upper end of an elevator shaft. The suspension cable is guided downwards perpendicular to the base of the pedestal.
Die hohe Stabilität des Lagerbocks gestattet auch die Einleitung von Zugkräften, so dass ebenfalls eine Montage der Aufzugsantriebseinheit im Sockelbereich eines Aufzugsschachts in Frage kommt, wie dies in der Abbildung b) von Fig. 6 gezeigt ist. Bei dieser Montagevariante ist der Lagerbock auf einer Bodenfläche 65b befestigt.The high stability of the bearing block also allows tensile forces to be introduced, so that an assembly of the elevator drive unit in the base region of an elevator shaft can also be considered, as is shown in FIG. 6 b. In this mounting variant, the bearing block is fastened on a bottom surface 65b.
Ohne Weiteres ist auch eine Überkopfmontage der Aufzugsantriebseinheit möglich, wie es in Fig. 6, Abbildung c) gezeigt ist. Der Lagerbock kann dazu an eine Deckenfläche 65c bzw. unterhalb eines Deckenträgers angehängt werden. Schließlich ist in Fig. 6 noch eine Betriebsvariante in Abbildung d) dargestellt, bei welcher der Lagerbock an einer Seitenwand 65d eines Aufzugsschachts montiert ist. Die in dieser Abbildung eingezeichneten Pfeile zur Symbolisierung der Tragseilführung verdeutlichen außerdem, dass das Tragseil auch schräg abgeführt werden kann. Die Abmessungen des Lagerbocks 42 sind dafür geeignet anzupassen, damit das Tragseil nicht mit dem Lagerbock in Berührung gerät.Overhead mounting of the elevator drive unit is also easily possible, as shown in FIG. 6, Figure c). The bracket can be attached to a ceiling surface 65c or below a ceiling bracket. Finally, FIG. 6 also shows an operating variant in FIG. D), in which the bearing block is mounted on a side wall 65d of an elevator shaft. The arrows drawn in this figure to symbolize the suspension cable guide also make it clear that the suspension cable can also be removed at an angle. The dimensions of the bearing block 42 are to be suitably adapted so that the suspension cable does not come into contact with the bearing block.
Beliebige andere Montagevarianten und Tragseilführungen sind denkbar. Ebenso wird darauf hingewiesen, dass die erläuterte Aufzugsantriebseinheit auch mit anderen Motoren, insbesondere abweichend aufgebauten Rotoren aufgebaut werden kann. Any other mounting variants and suspension cable guides are conceivable. It is also pointed out that the elevator drive unit explained can also be constructed with other motors, in particular rotors of different construction.
Bezug3zeichenliste 1 Grundkörper 2 Auflageflächen 3 Dauermagnetelemente 4 Längsachse der AuflageflächeReference 3 character list 1 base body 2 contact surfaces 3 permanent magnet elements 4 longitudinal axis of the contact surface
40 Rotor 41 Motor 42 Lagerbock 43 Treibscheibe 44 Bremseinheit40 rotor 41 motor 42 bearing block 43 traction sheave 44 brake unit
46 Motorwelle 47 Treibscheibenwelle 48 Gehäuse des Motors 49 erste Seitenwand des Lagerbocks 50 motorseitiges Gehäuse 51 Kühlrippen 52 Lauffläche 53 zweite Seitenwand des Lagerbocks 54 Fußfläche des Lagerbocks 55 Befestigungspunkte 56 Deckfläche 57 Transportöse 58 Bremsseitiges Lager 59 Bremsklötze 60 Bremstrommel 61 zweite Bremstrommel46 Motor shaft 47 Drive pulley shaft 48 Motor housing 49 First side wall of the pedestal 50 Motor-side housing 51 Cooling fins 52 Tread 53 Second side wall of the pedestal 54 Foot surface of the pedestal 55 Fastening points 56 Top surface 57 Transport eye 58 Brake-side bearing 59 Brake pads 60 Brake drum 61 Second brake drum
65a Deckenträger 65b Bodenfläche 65c Deckenfläche 65d Seitenwand 65a ceiling support 65b floor surface 65c ceiling surface 65d side wall

Claims

Patentansprüche claims
1. Rotor für einen permanenterregten Synchronmotor, umfassend: einen Grundkörper (1); zahlreiche umfangsseitig am Grundkörper (1) angeordnete Auflageflächen (2), deren Längsachsen (4) parallel zur Drehachse des Rotors liegen; eine Vielzahl von Dauermagnetelementen (3) , die an den Auflageflächen (2) angebracht sind und als magnetische Pole des Rotors wirken; wobei jeder Pol mindestens drei aneinandergereihte Dauermagnetelemente (3u, 3m, 3o) umfasst, und wobei die Dauermagnetelemente (3) jedes Pols in Längsrichtung soweit sequentiell zueinander versetzt an der zugehörigen Auflagefläche (2) angebracht sind, dass die Lastpulsation des Synchronmotors gegenüber der nicht versetzten Anordnung verringert ist.A rotor for a permanent magnet synchronous motor, comprising: a base body (1); numerous support surfaces (2) arranged on the circumferential side of the base body (1), the longitudinal axes (4) of which lie parallel to the axis of rotation of the rotor; a plurality of permanent magnet elements (3), which are attached to the bearing surfaces (2) and act as magnetic poles of the rotor; wherein each pole comprises at least three permanent magnet elements (3u, 3m, 3o) lined up, and wherein the permanent magnet elements (3) of each pole are attached in the longitudinal direction so far sequentially to the associated support surface (2) that the load pulsation of the synchronous motor compared to the non-offset Arrangement is reduced.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnetelemente (3) an allen Auflageflächen (2) um gleiche Beträge versetzt sind, so dass die in Umfangs- richtung benachbarten Dauermagnetelemente (3) gleichmäßig voneinander beabstandet sind.2. Rotor according to claim 1, characterized in that the permanent magnet elements (3) on all bearing surfaces (2) are offset by the same amount, so that the adjacent permanent magnet elements (3) in the circumferential direction are evenly spaced apart.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Auflagefläche (2) drei Dauermagnetelemente (3u, 3m, 3o) von im Wesentlichen gleicher Größe angebracht sind, die zueinander sequentiell jeweils um ein achtzehntel des von zwei nebeneinander liegenden, ein Polpaar bildenden Polen eingenommenen Umfangsabschnitts versetzt sind.3. Rotor according to claim 1 or 2, characterized in that on each bearing surface (2) three permanent magnet elements (3u, 3m, 3o) of substantially the same size are attached, which sequentially each one another by an eighteenth of the two lying side by side Pole-forming poles occupying the circumferential section are offset.
- ZZr - ZZr
4. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschiebewinkel av in Umfangsrichtung zwischen zwei aufeinander folgenden Dauermagnetelementen (3) eines 360° Pols gemäß folgender Formel bestimmt ist: av = , wobei zp - 6n zp die Anzahl der Polpaare des Rotors und n die Anzahl der Dauermagnetelemente pro Auflagefläche ist.4. Rotor according to claim 1 or 2, characterized in that the displacement angle a v in the circumferential direction between two successive permanent magnet elements (3) of a 360 ° pole is determined according to the following formula: a v =, where z p - 6n zp is the number of Pole pairs of the rotor and n is the number of permanent magnet elements per contact surface.
5. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Dauermagnetelemente (3) im Wesentlichen gleich der Breite der Auflageflächen (2) ist, wobei zumindest die an den Enden der Auflageflächen (2) angeordneten Dauermagnetelemente (3u, 3o) seitlich spiegelbildlich über die Auflageflächen hinausragen.5. Rotor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the width of the permanent magnet elements (3) is substantially equal to the width of the contact surfaces (2), at least the permanent magnet elements (3u) arranged at the ends of the contact surfaces (2). 3o) protrude laterally in mirror image over the contact surfaces.
6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnetelemente (3) auf den Auflageflächen (2) aufgeklebt, aufgelötet oder aufgeschraubt sind.6. Rotor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the permanent magnet elements (3) are glued, soldered or screwed onto the support surfaces (2).
7. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Stator des Synchronmotors gerichteten Flächen der Dauermagnetelemente (3u, 3m, 3o) , die auf einer gemeinsamen Auflagefläche (2) angebracht sind, in einer gemeinsamen Ebene liegen.7. Rotor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the surfaces of the permanent magnet elements (3u, 3m, 3o) which face the stator of the synchronous motor and which are attached to a common bearing surface (2) lie in a common plane.
8. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (2) durch einen Fräsoder Schleifvorgang an einem zylindrischen Grundkörper (1) ausgebildet werden, wobei die Fräs- bzw. Schleifrichtung parallel zur Symmetrieachse des Grundkörpers (1) liegt. 8. Rotor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the bearing surfaces (2) are formed by a milling or grinding process on a cylindrical base body (1), the milling or grinding direction being parallel to the axis of symmetry of the base body (1) ,
9. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er als Innenläufer oder als Außenläufer eines Synchronmotors ausgebildet ist.9. Rotor according to one of claims 1 to 8, characterized in that it is designed as an inner rotor or as an outer rotor of a synchronous motor.
10. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er in einem Synchronmotor einer Aufzugsantriebseinheit eingesetzt ist.10. Rotor according to one of claims 1 to 9, characterized in that it is used in a synchronous motor of an elevator drive unit.
11. Aufzugsantriebseinheit, umfassend einen Lagerbock (42), einen Motor, eine Treibscheibe (43) und eine Bremseinheit (44), dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein permanenterregter Synchronmotor (41) ist, der einen Rotor (40) besitzt, welcher gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.11. Elevator drive unit comprising a bearing block (42), a motor, a traction sheave (43) and a brake unit (44), characterized in that the motor is a permanently excited synchronous motor (41) which has a rotor (40) which according to one of claims 1 to 9 is formed.
12. Aufzugsantriebseinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass • der Lagerbock (42) einer Fußfläche (54) zur Anbringung an einem Träger, sowie eine erste (49) und eine zweite Seitenwand (53) besitzt; • der Motor (41) ein Gehäuse (48) besitzt, welches an der ersten Seitenwand (49) des Lagerbocks (42) befestigt ist; • die Treibscheibe (43) zwischen den beiden Seitenwänden (49, 53) des Lagerbocks (42) angeordnet ist, eine Lauffläche (52) zum Antrieb eines oder mehrerer Tragseile aufweist und auf einer beidseitig der Treibscheibe gelagerten Treibscheibenwelle (47) befestigt ist, welche getriebelos an eine Motorwelle (46) des Rotors (40) gekoppelt ist; und • die Bremseinheit (44) an der zweiten Seitenwand (53) des Lagerbocks (42) befestigt ist und bei ihrer Aktivierung die Treibscheibe (43) abbremst.12. Elevator drive unit according to claim 11, characterized in that • the bearing block (42) has a foot surface (54) for attachment to a carrier, and has a first (49) and a second side wall (53); • The motor (41) has a housing (48) which is attached to the first side wall (49) of the bearing block (42); • the traction sheave (43) is arranged between the two side walls (49, 53) of the bearing block (42), has a running surface (52) for driving one or more suspension cables and is fastened to a traction sheave shaft (47) mounted on both sides of the traction sheave, which gearlessly coupled to a motor shaft (46) of the rotor (40); and • the brake unit (44) is fastened to the second side wall (53) of the bearing block (42) and, when activated, brakes the traction sheave (43).
-ι - -ι -
13. Aufzugsantriebseinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Fußfläche (54) und die beiden Seitenwände (49, 53) des Lagerbocks (42) gemeinsam mit einer Deckfläche (56) einen geschlossenen, die Treibscheibe (43) umgreifenden Rahmen bilden, welcher als Gussteil hergestellt ist.13. Elevator drive unit according to claim 12, characterized in that the foot surface (54) and the two side walls (49, 53) of the bearing block (42) together with a cover surface (56) form a closed, the traction sheave (43) encompassing frame, which is manufactured as a casting.
14. Aufzugsantriebseinheit nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung der Treibscheibenwelle (47) in einem motorseitigen Lager (50), welches in der ersten Seitenwand (49) des Lagerbocks angeordnet ist, und in einem bremsseitigen Lager (58), welches in der Bremseinheit (44) angeordnet ist, erfolgt.14. Elevator drive unit according to claim 12 or 13, characterized in that the bearing of the traction sheave shaft (47) in a motor-side bearing (50), which is arranged in the first side wall (49) of the bearing block, and in a brake-side bearing (58), which is arranged in the brake unit (44).
15. Aufzugsantriebseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der zur Bremseinheit (44) gerichteten Seitenfläche der Treibscheibe (43) eine Bremstrommel (60) ausgebildet ist, in welche mehrere Bremsklötzer (59) der Bremseinheit in Bremseingriff gebracht werden können.15. Elevator drive unit according to one of claims 12 to 14, characterized in that a brake drum (60) is formed on the side surface of the traction sheave (43) facing the brake unit (44), in which a plurality of brake blocks (59) of the brake unit are brought into brake engagement can.
16. Aufzugsantriebseinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (44) eine zweite Bremstrommel (61) aufnimmt, die auf der der Treibscheibe (43) abgewandten Seite der zweiten Seitenwand (53) des Lagerbocks (42) positioniert ist.16. Elevator drive unit according to claim 15, characterized in that the brake unit (44) receives a second brake drum (61) which is positioned on the side of the second side wall (53) of the bearing block (42) facing away from the traction sheave (43).
17. Aufzugsantriebseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (44) als Federdruck-Lamellenbremse ausgeführt ist . 17. Elevator drive unit according to one of claims 12 to 16, characterized in that the brake unit (44) is designed as a spring-applied multi-disk brake.
18. Aufzugsantriebseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen des Lagerbocks (42) so an den Durchmesser der Treibscheibe (43) angepasst sind, dass das oder die Tragseile unter verschiedenen Winkeln ungehindert an die Lauffläche der Treibscheibe geführt werden können.18. Elevator drive unit according to one of claims 12 to 17, characterized in that the dimensions of the bearing block (42) are adapted to the diameter of the traction sheave (43) in such a way that the support rope or ropes are guided unhindered to the running surface of the traction sheave at different angles can.
19. Aufzugsantriebseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Treibscheiben unterschiedlichen Durchmessers bestückbar ist.19. Elevator drive unit according to one of claims 12 to 18, characterized in that it can be equipped with traction sheaves of different diameters.
20. Aufzugsantriebseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin ein Messsystem zur Erfassung der Drehung der Treibscheibe, deren Drehgeschwindigkeit und/oder der bewegten Länge des Tragseils besitzt.20. Elevator drive unit according to one of claims 12 to 19, characterized in that it also has a measuring system for detecting the rotation of the traction sheave, its speed of rotation and / or the moving length of the suspension cable.
21. Aufzugsantriebseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass Motor (41) und Bremseinheit (44) nur über den Lagerbock (42) an den Träger gekoppelt sind.21. Elevator drive unit according to one of claims 12 to 20, characterized in that the motor (41) and brake unit (44) are coupled to the carrier only via the bearing block (42).
22. Aufzugsantriebseinheit nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (48) des Motors gut wärmeleitend an die elektrische Wicklung des Motors gekoppelt ist und an seiner Außenseite Kühlrippen (51) trägt, welche im wesentlichen parallel zur Treibscheibe (43) verlaufen, wobei die Aufzugsantriebseinheit so angeordnet ist, dass der Motor (41) in den durch die Bewegung des angekoppelten Aufzugs erzeugten Luftstrom hineinragt.22. Elevator drive unit according to one of claims 12 to 21, characterized in that the housing (48) of the motor is coupled to the electrical winding of the motor with good thermal conductivity and carries cooling fins (51) on its outside which are essentially parallel to the traction sheave (43 ) run, the elevator drive unit being arranged such that the motor (41) projects into the air flow generated by the movement of the coupled elevator.
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