张文斌
贵阳永立电梯有限公司 贵州贵阳 550001
摘要：电梯是组成现代人生活一部分的重要部件，电梯驱动用电动机，在不断发展的过程中逐渐实现机电一体化管理，而现实生活当中机电一体化管理也是衡量电梯技术指标的关键。永磁同步电动机是电梯驱动系统无齿轮曳引电机的重要设备，在具体使用过程中具备诸多有点，比如效率高、动作响应快、重量轻、体积小等有点。文章主要分析永磁同步电动机在电梯中的应用，阐述电机本身设计、磁场等分析。
关键词：永磁同步；电动机；电梯；设计
永磁同步电动机主要是利用稀土永磁材料制作而成的设备，传统设计中永磁同步电动机的磁性偏低，体积较大，因此很少将其运用在电梯升降运行当中。随着时代的不断发展，永磁同步电动机的发展迎来真正的市场，发展蒸蒸日上的同时拓展了电梯的运用效果，不仅仅满足了电梯运行的实际要求，甚至还弥补了传统 电梯运行中升降调速存在问题的缺陷，预计将会在未来发展当中大展身手，成为未来电梯设计的主要结构部件。
1.永磁同步电动机的认识
永磁同步电动机是一种驱动电机，运用范围非常广，其系统结构主要是由永久磁钢转子、定子、位置传感器等组成，体积小、结构简单。将永磁同步电动机运用在电梯当中能够提高电动机的运行速度，也可以满足实际运行要求，拓展了电梯的调速范围。永磁同步电动机在运行过程中主要分为直流发电机供电、交流励磁机与无励磁机供电等几种常见形式。以直流为例，直流发电机供电励磁运行要求永磁同步电动机必须具备直流发电机才的可以支撑，在这种情况下电动机的励磁电流相对独立。人们在实际运行过程中发现这种运行方式可靠性与稳定性非常高，运行过程中产生的消耗非常少，加上成熟运行体验提升了电梯的实际运行效果，降低了电梯发生故障的概率[1]。交流励磁机供电的方式也被称为静止整流装置，这是静止励磁状态下运行过程， 在这种供电状态下无滑环、电刷等转动部件，在具体运用过程中结构简单、工作可靠、制作方便等。但交流励磁机供电过程中会产生较大噪声，产生的交流电势谐波分量大会对电梯实际运行产生影响，这需要在实际运用过程中引起注意。
2.永磁同步电动机驱动技术在电梯当中的运用
永磁同步电动机无齿轮转动系统使用正弦波永磁同步电动机，因此也被人们简称作永磁同步电动机。和异步电动机相比，永磁同步电动机对电压、转矩的抗性更高，在抗干扰能力方面有非常强的优势，能够快速作出反应。这里简单分析永磁同步电动机在电梯当中运用的特征：①机械噪声小、转矩波动小，运行转速平稳、响应快速而准确。由于本身转速抗性比较大，异步电动机在负载转矩发生变化的时候电动机转差率也会发生变化，转速也会随之改变，在这种情况下电机转动部分的惯性力量就会 对电梯的惯性反应产生阻碍和影响，而当同步电机负载转矩在发生变化的时候，永磁同步电动机本身的功角也会发生改变，支持电机转速维持原本速度，这样电机转动部分的惯性力量就不会影响电机作出反应。②设备维护方面，和传统有齿轮传动系统相比永磁同步电动机技术的实现支持电梯设计过程中的无机房化管理，降低了建筑使用空间与面积，让电梯整个系统使用成本降低，维护方便的同时也减少了机械传统系统地使用，噪声也随之降低。③体积小、重量轻，当前出现了很多高性能永磁材料，这一部分材料性能与功能强大，转子无须励磁就可以实现驱动运转，宛如异步电动机不适用变速箱就可以运转一样。因此永磁同步电动机的功率密度不断增加，即使与同容量异步电机相比，永磁同步电动机的体积和重量都减少了非常多。④损耗小、效率高。永磁同步电动机不需要励磁电流就可以驱动，这是区别异步电动机最显著的地方。同时不需要分量无功电流，设备运行功率因数得到显著提高。高性能材料的使用提高了磁负荷，和传统的驱动设备相比，即使在相同功率的情况下也会减少电负荷的使用，也就减少了定子电流、定子铜的损耗。
在转子表面进行了表面磁钢形式设计，保证运行稳定的保证无转子铜损害，驱动效率大大提升。⑤性价比低、造价消耗成本低。随着电力电子技术的快速发展，电子器件价格随之降低，电子器件研究技术不断进步，人们将变频技术运用在永磁同步电动机当中， 让整个驱动系统的成本与消耗都显著降低，与现代可持续发展理念相符合[2]。
3.国内外对永磁同步电动机的发展研究
在国际上人们对电梯驱动用永磁同步电动机的研究比较早，在20世纪90年代的开始电梯行业就诞生了使用永磁同步电动机驱动电梯的研究，日本三菱公司首先在高速电梯曳引机上使用永磁电机显著提高了电梯运行性能。日本针对这个方面的研究进行了多年，并且在电梯行业取得了显著进步，在国际上都取得了的显著成绩。其中日本安川企业是当地翘楚，也有其他企业如雨后春笋般冒出，这一类企业生产出大量产品，且得到了广泛运用。这部分企业在控制方式、转子检查、驱动变频、电梯主体设计方面研究出了较多产品，而且纷纷申请且通过专利。产品在经过实际测试之后得到了国内外同行的肯定。东芝公司外旋转无齿轮永磁同步电动机曳引机的设计中将曳引轮和电机联合运作，降低了设备体积，实现了轻量化设计。
现阶段的永磁同步电动机分类个有区别，比如可以按照主磁场不同进行划分，也可以按照电枢绕组位置不同、供电电流波形不同来进行划分/
4.变频永磁同步电动机的设计要求
使用变频器来对电机进行调速的时候，经过变频器输入电器电源的量是大谐波分量电压、电流发生源，这都会对电梯运行性能产生较大影响，比如发生振动、电磁噪声、损耗增大、转矩下降、温度升高等现象。但是电梯在运行过程中必须考虑这几个方面，要求非常严格，因此在具体设计当中必须采取合理措施解决：①改善电梯低速平稳运行效率，电动机服务电梯传动系统要求系统低噪声、无噪声，尤其是电梯低速平稳运行过程，低速平稳运行是保证电梯电机性能的重要指标。影响电动机低速平稳运行的主要原因是电动机低速运行时产生的脉动转矩，可以采取相关措施来规避， 比如合理设置磁场空间密度、合理选择钉子槽数、增大交轴同步电抗、使用阻尼绕组来减少电枢反应磁链脉动来减少纹波转矩。②改善电动机低速平稳定位转矩的抑制，高精度调整转速系统常常对系统本身定位精准度提出了要求。实际运行过程中影响永磁同步电动机的停转时定位精度的主要原因是定位转矩，即电机不通电情况下产生的磁阻转矩，定位转矩是因为转子的永磁体和定子开槽之间得相互影响而产生的[3]。③提高弱磁阔速能力，永磁磁场的产生很难调节，在控制手段上只能通过增加电机直轴去磁电流来实现弱磁扩速的目标，这对永磁同步电动机本身提出了更严格地要求，比如增大直轴同步电抗来 增强电机直轴电流的去磁能力，也可以选择抗去磁能力强的永磁体，并且对电机结构做好保护管理，避免永磁体发生不可逆去磁；还可以充分使用电机的磁阻转矩，降低永磁磁链设计来增强电机的弱磁扩速能力。
结束语：
综上，电梯目前作为人们居家生活、企业商务办公的重要设备，人们对电梯运行方面进行了深入研究分析，提出了具体研究方向，文章对永磁电动机进行简单分析，为电梯使用该技术提供相关参考意见。
参考文献：
[1]刘丽莉, 李晓琳, 王家毓. 永磁同步电机驱动电梯的称补技术研究[J]. 衡器, 2019, 048（007）:13-14.
[2]唐林. 永磁同步电机牵引系统在成都地铁上的应用优化方案研究[J]. 机车电传动, 2019, 000（001）:45-50.
[3]韩松杉、周明磊、游小杰、王琛琛. 内埋式永磁同步电机初始位置检测方法的比较与改进[J]. 铁道学报, 2020, v.42；No.277（11）:72-78.