磁性电梯驱动构件和制造方法与流程

磁性电梯驱动构件和制造方法
1.本技术为申请日为2017年5月12日的专利申请“磁性电梯驱动构件和制造方法”（申请号：201710342166.5，申请人：奥的斯电梯公司）的分案申请。


背景技术：

2.电梯系统被广泛使用。用于推进电梯轿厢的机构可以是液压或牵引式的。现代化的努力最近集中在例如用较轻重量的皮带替代牵引式系统中的圆钢绳，并且减小了机器部件的尺寸。
3.最近已经提出改变电梯推进系统以包括磁性驱动。线性和旋转磁性驱动布置在各种情况下是已知的。最近提出了包括用于推进电梯轿厢的旋转磁性布置。在美国专利申请公开案第us 2015/0307325号中描述了一种这样的布置。虽然这些布置具有潜在的好处和优势，但是在商业规模上实施这些布置并非没有挑战。例如，材料和制造成本可能变得非常昂贵。向本领域技术人员提出的另一个问题是如何实现部件的布置以确保有效和可靠的操作。


技术实现要素：

4.制造旋转磁性驱动构件的方法的说明性示例性实施例包括使用增材制造工艺在杆上建立多个磁体保持器。将磁体插入在所述保持器之间，其中所述磁体中的轴向相邻者的磁极定向成相同磁极面向磁体中的相邻者之间的保持器中的一者的一部分。
5.在具有前述段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，增材制造工艺包括电弧填丝增材制造。
6.在具有前述段落中的任一者的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，磁体保持器包括磁性材料。
7.在具有前述段落中任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，磁性材料包括低碳钢。
8.具有前述段落中任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例包括使磁体保持器成形以在磁体保持器上包括将磁体维持在杆附近的保持特征。
9.在具有前述段落中任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，使磁体保持器成形包括移除磁体保持器的一部分以远离杆建立磁体保持器之间的第一轴向距离且靠近杆建立磁体保持器之间的第二轴向距离，其中第一轴向距离小于第二轴向距离。
10.在具有前述段落中任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，移除磁体保持器的该部分包括用机器加工掉磁体保持器的一部分。
11.在具有前述段落中任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，使磁体保持器成形包括给磁体保持器提供燕尾形横截面。
12.在具有前述段落中任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，建立多个磁体保持器包括以螺旋布置在杆上布置磁体保持器。
13.在具有前述段落中任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，插入磁
体包括将磁体中的至少一者至少部分地定位在靠近杆的一端的磁体保持器之间的间隙中，且沿着杆沿螺旋方向朝向杆的相反端将间隙内的磁体中的该至少一者移动到所需位置中。
14.具有任何或前述段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例包括顺序地执行磁体中的每一者的定位且同时移动多个磁体。
15.在具有前述段落中任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，杆包括非磁性材料。
16.在具有前述段落中任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，杆包括中空圆柱体。
17.在具有前述段落中任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，磁体分别具有面向外的表面，从杆的中心到面向外的表面的距离为大约100 mm，且杆的长度为大约500 mn。
18.在具有前述段落中任何段落的方法的一个或多个特征的示例性实施例中，磁体包括陶瓷化合物。
19.在具有前述段落中任何段落的磁性驱动构件的一个或多个特征的示例性实施例中，磁体包括稀土磁体。
20.说明性示例性磁性驱动构件包括非磁性杆、杆上的多个磁性磁体保持器和多个磁体。多个磁性磁体保持器在磁体保持器的相邻部分之间具有轴向间隔。轴向间隔在远离杆处具有第一尺寸且在较靠近杆处具有第二较大尺寸。多个磁体位于间隔内，其中磁体中的轴向相邻者的磁极定向成相同磁极面向磁体中的相邻者之间的磁体保持器中的一者的一部分。磁体分别具有对应于间隔的第一尺寸的第一外部尺寸和对应于间隔的第二尺寸的第二外部尺寸。
21.在具有前述段落的磁性驱动构件的一个或多个特征的示例性实施例中，磁体保持器具有燕尾形横截面。
22.在具有前述段落中任一段落的磁性驱动构件的一个或多个特征的示例性实施例中，杆包括中空圆柱体，且磁体保持器在杆上呈螺旋布置。
23.在具有前述段落中任何段落的磁性驱动构件的一个或多个特征的示例性实施例中，磁体分别具有面向外的表面，从杆的中心到面向外的表面的距离为大约100 mm，且杆的长度为大约500 mm。
24.在具有前述段落中任何段落的磁性驱动构件的一个或多个特征的示例性实施例中，磁体包括陶瓷化合物。
25.在具有前述段落中任何段落的磁性驱动构件的一个或多个特征的示例性实施例中，磁体包括稀土磁体。
26.根据以下详细描述，至少一个所公开的示例性实施例的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得显而易见。伴随详细描述的附图可以简要描述如下。
附图说明
27.图1示意性地示出了根据本发明的实施例所设计的电梯系统的选定部分。
28.图2图解性地示出了根据本发明的实施例所设计的示例性磁性驱动构件的选定特征。
29.图3是示意性地示出了图2的示例性实施例的选定特征的横截面图。
30.图4示意性地示出了图2和图3的实施例的选定特征。
31.图5示意性地示出了另一示例性实施例的选定特征。
32.图6示意性地示出了根据本发明的实施例所设计的制造磁性驱动构件的方法。
具体实施方式
33.本发明的示例性实施例提供一种用于推进电梯轿厢的磁性螺杆或驱动构件。制造这种磁性驱动构件的方法的实施例提供了一种经济有效的方法，其促成例如在电梯系统中有用的经济、有效且可靠的磁性驱动构件。
34.图1示意性地示出了电梯系统20的选定部分。电梯轿厢22位于井道内，用于在诸如建筑物楼层的层站之间垂直移动。磁性驱动布置30包括旋转磁性驱动构件32和固定磁性驱动构件34。在所示出的示例中，旋转磁性驱动构件32经支撑而与电梯轿厢22一起相对于静止构件34移动。
35.图1示意性地展示了无绳电梯系统。可以使用磁性驱动布置30替代基于液压或牵引力的电梯推进布置。或者，可在有绳电梯系统中使用磁性驱动布置30，在该有绳电梯系统中，电梯轿厢22与配重耦合，且磁性驱动30提供用于使电梯移动的力。
36.图2示出了磁性驱动构件32的示例性实施例。在此实施例中，驱动构件32可以被认为是磁性螺杆，该磁性螺杆可以出于与磁性驱动布置30的协作特征相互作用的目的而旋转以引起电梯轿厢22的所需运动。在此示例中，磁性驱动构件32包括由非磁性材料制成的杆40。在所示出的示例中，杆40包括中空圆柱体。在一个实例中，杆包含奥氏体不锈钢。可以使用其他非磁性材料来满足特定情况的需要。在不同的实施例中可以使用多种杆配置。
37.多个磁性磁体保持器42和44以螺旋布置位于杆40上且紧固到杆40上。磁体保持器42和44在其之间具有间隔以用于容纳和保持多个磁体46。
38.如图3所展示，磁体46位于磁体保持器42和44之间的间隔内，其中轴向相邻磁体的相同磁极面向这些磁体之间的磁体保持器中的一者的一部分。例如，磁体46a和46b沿轴向方向彼此相邻，该轴向方向平行于杆40的中心纵向轴线a。磁体46a的北极面向磁体46b的北极。磁体保持器42包括在磁体46a和46b之间的部分。磁体46b和46c彼此轴向相邻，其中每一磁体的南极面向磁体保持器44的处于磁体46b和46c之间的部分。磁体46的这种布置沿着磁性驱动构件32的长度重复。
39.借助如图3中示意性地展示的那样布置的磁极，沿着磁性驱动构件32的长度建立多个磁通路径，用于与对应配置的定子或固定磁性驱动构件相互作用，以使电梯轿厢22沿垂直方向移动。在50处展示了示例性磁通路径，其中磁通从相邻磁体46的北极之间的磁体保持器42中的一者向外发出、通过固定磁性驱动构件34的适当部分（例如，金属齿，如52处的虚线所示意性地示出），且朝向附近的相邻磁体46的南极之间的磁体保持器44折返。鉴于线性和旋转磁性驱动器的操作是众所周知的，故在本说明书内无须再提供关于磁通和旋转运动如何导致线性或垂直移动的进一步解释。
40.磁体保持器42和44的一个特征是其包括磁性材料。一个示例包括低碳钢。磁体保持器42和44聚集附近磁体的磁通水平，且在磁体保持器42和44的位置中的每一者处提供一致的磁通水平。由磁体保持器的磁性材料所提供的磁通聚集提供对磁通路径50的方向的可
靠及有效控制以及沿着磁性驱动构件32的长度的磁通水平的一致性或均匀性。磁体保持器42和44有效地消除磁体46之间的磁通水平的变化，否则，这种变化可能导致定子或固定磁性驱动构件34中的铁损耗。
41.磁体保持器42和44的另一特征是其允许使用较低成本的磁体46。所示出的示例包括由陶瓷化合物制成的磁体。一些实施例包括铁氧体磁体，其包含衍生自氧化铁的非导电铁氧体陶瓷化合物，例如赤铁矿(fe2o3)或磁铁矿 (fe3o4)。与需要其他更昂贵的磁体材料的布置相比，这种磁体可以明显地节约成本。磁体保持器42和44有效地滤除磁体46之间的较低磁通的任何影响。一些实施例包括稀土磁体。
42.所示出的示例性实施例的另一特征是其允许使磁性驱动构件32相对较小，同时仍提供实现足以根据需要推进电梯轿厢的驱动力的能力。在一个示例性实施例中，磁体46具有面向外的表面54，面向外的表面54距杆40的中心轴a为大约100 mm。一个这样的实施例包括500 mm长的杆。具有200 mm直径的长度为500 mm的磁体驱动构件32的一个实施例提供10,000牛顿的垂直力，这对于多种电梯装备而言是足够的。
43.如从图3和图4可了解，磁体保持器42和44具有燕尾形横截面。磁体保持器42和44位于杆40上，在远离杆40处，磁体保持器之间具有第一轴向尺寸或距离d1。第二轴向距离或尺寸d2在更靠近于杆40处将磁体保持器42和44分离。鉴于磁体保持器42和44之间的间隙具有不同尺寸（如所示出），磁体保持器有效地将磁体46维持在该间隙内并使其抵靠或靠近杆40。即使当以高旋转速度使用磁性驱动构件32时，磁体保持器42和44也将磁体维持在相对于杆40的所需位置中。
44.图5示出了另一示例性布置，其中磁体保持器42和44分别在远离及靠近于杆40处在其之间具有间隔d1和d2。受益于本说明书的本领域技术人员将认识到，存在将提供磁通的聚集并使磁体保持抵靠杆的磁体保持器的多种配置。
45.使用如所示出实施例中所包括的磁体保持器42和44的一个特征是其减少了任何对以碳纤维缠绕磁性驱动构件32以用于将磁体46保持在适当位置的要求。在一些先前的旋转磁性驱动布置中使用这种缠绕的一个缺点是由缠绕引入的有效气隙增加，这样就降低了系统的磁性效率且可能引入磁体段之间的磁通水平的变化。可以在不覆盖磁体保持器42和44的情况下使用缠绕在磁体46上的玻璃纤维或碳纤维材料。在不覆盖保持器42和44上的面向外的表面的情况下，这种缠绕物或材料不存在于气隙磁通路径中。磁体保持器42和44即使在其中磁体缠绕物将会有用的实施例（例如，旨在达到较高旋转速度的实施例）中也可以建立一种改进的磁路。
46.图6示意性地示出了用于制造根据本发明的实施例所设计的磁性驱动构件的示例性工艺60。利用增材制造设备62来在杆40上建立磁体保持器42和44。在所示出的示例中，使用电弧填丝增材制造技术或馈丝增材制造技术来建立磁体保持器。这些技术通常是众所周知的。
47.在图6的示例中，在增材制造之后，由增材制造设备62添加的材料中的至少一些材料由在64处示意性地展示的材料移除设备移除。一个示例包括在车床上转动杆，用于通过增材制造工艺移除添加到杆40的磁体保持器的材料的一部分。移除设备64可经配置以（例如）建立如图3和图4中示意性地展示的燕尾形横截面。
48.一旦建立磁体保持器42和44的所需配置，即在磁体保持器之间插入多个磁体46。
鉴于磁体保持器42和44在此示例中是呈螺旋布置，故磁体46可以被插入到适当间隙中，且然后从杆40的一端沿着朝向杆40的相反端的方向以螺旋路径围绕杆操纵直到磁体处于所需位置中为止。一个示例性方法包括在杆40的一端附近插入多个磁体，且同时在对应磁体保持器42和44之间的间隙内沿着螺旋路径移动磁体或操纵磁体直到所有磁体均处于所需位置中。
49.图6所展示的示例性技术包括减少与建立磁体保持器42和44相关联的废料的量。电弧填丝增材制造工艺几乎不废料。相对便宜的磁体可以相对简单地放置到位，从而在制造工艺期间进一步节约成本。所得到的磁性驱动构件不需要诸如碳纤维的任何缠绕物来将磁体保持在相对于杆40的所需位置中。替代地，也用作磁通聚集器的磁体保持器42和44将磁体固持在适当位置。一些示例性实施例包括使用环氧树脂将磁体浸渍或灌封就位。
50.示例性所公开磁性驱动构件32与现有布置相比具有提高的磁性效率，这允许使用较小尺寸的驱动构件，从而降低磁性驱动系统的成本且减少用于磁性驱动的电梯井道内所需要的空间量。
51.先前的描述实质上是示例性的而不是限制性的。对所公开的示例作出的变化和修改对于本领域技术人员来说可能变得显而易见，这些变化和修改未必背离本发明的本质。赋予本发明的法律保护的范围只能通过研究所附权利要求来确定。