Thiết kế động cơ PMSM cho hệ thống lực kéo thang máy

1. Giới thiệu

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) đang ngày càng được sử dụng nhiều trong các hệ thống kéo thang máy do hiệu suất cao, kích thước nhỏ gọn và hiệu suất mô-men xoắn vượt trội. Không giống như động cơ cảm ứng truyền thống, PMSM cung cấp khả năng kiểm soát tốc độ chính xác, tiết kiệm năng lượng và vận hành mượt mà hơn, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng thang máy hiện đại.

2. Những cân nhắc thiết kế chính cho PMSM lực kéo thang máy

A. Thiết kế điện từ

• Lựa chọn nam châm vĩnh cửu (PM)

► Nam châm đất hiếm (ví dụ NdFeB) cho mật độ từ thông cao.

► Bố trí nam châm được tối ưu hóa (SPM hoặc IPM) để giảm gợn sóng mô-men xoắn.

• Cấu hình cuộn dây Stator

► Cuộn dây phân tán cho đầu ra mô-men xoắn mượt mà hơn.

► Hệ số lấp đầy khe cao để cải thiện mật độ năng lượng.

• Tối ưu hóa khe hở không khí

► Khe hở không khí được giảm thiểu để nâng cao hiệu quả ghép từ.

B. Quản lý nhiệt

• Phương pháp làm mát

► Đối lưu tự nhiên (đối với thang máy công suất thấp).

► Làm mát cưỡng bức bằng không khí/chất lỏng (dành cho thang máy tốc độ cao và tải nặng).

• Vật liệu chịu nhiệt

► Lớp cách nhiệt cao cấp (loại H hoặc F) để bảo vệ cuộn dây.

► Nam châm chịu nhiệt chống khử từ.

C. Thiết kế kết cấu và cơ khí

• Cấu tạo Rotor

► Nam châm vĩnh cửu bên trong (IPM) cho độ chắc chắn và vận hành tốc độ cao.

► PM gắn trên bề mặt (SPM) mang lại sự đơn giản và tiết kiệm chi phí.

• Thiết kế ổ trục & trục

► Vòng bi có độ chính xác cao giúp giảm thiểu độ rung.

► Trục được gia cố để xử lý tải trọng động.

D. Tích hợp hệ thống điều khiển & truyền động

• Điều khiển theo định hướng trường (FOC)

► Đảm bảo điều chỉnh mô-men xoắn và tốc độ trơn tru.

► Giảm tiếng ồn và hiện tượng giật khi khởi động/dừng thang máy.

• Phanh tái tạo

► Phục hồi năng lượng trong quá trình đi xuống, nâng cao hiệu quả.

• Điều khiển không cần cảm biến (Tùy chọn)

► Loại bỏ sự phụ thuộc vào bộ mã hóa để giảm thiểu việc bảo trì.

3. Ưu điểm của PMSM trong lực kéo thang máy

Động cơ cảm ứng truyền thống như sau:

truyền thống Động cơ cảm ứng với hộp số như sau:

Động cơ kéo PMSM Ưu điểm: Truyền động trực tiếp không có bánh răng sâu. Hiệu quả cao hơn. Bảng so sánh dưới đây:

4. Ứng dụng trong Hệ thống thang máy hiện đại

♦ Thang máy tốc độ cao (>5 m/s) – Yêu cầu mô-men xoắn cao và phản ứng động.

♦ Thang máy không phòng máy (MRL) – PMSM nhỏ gọn phù hợp với không gian chật hẹp.

♦ Tòa nhà sử dụng năng lượng hiệu quả – Phanh tái tạo giúp giảm mức tiêu thụ điện năng của lưới điện.

♦ Thang máy thông minh – PMSM hỗ trợ IoT cho phép bảo trì dự đoán.

5. Những thách thức và xu hướng tương lai

• Chi phí của nam châm đất hiếm → Phát triển PMSM dựa trên ferrite.

• Tản nhiệt trong kịch bản tải cao → Kỹ thuật làm mát bằng chất lỏng tiên tiến.

• Tích hợp với Bảo trì dự đoán dựa trên AI → Theo dõi sức khỏe động cơ theo thời gian thực.

Với những tiến bộ trong khoa học vật liệu và thuật toán điều khiển động cơ, PMSM được thiết lập để thống trị ngành thang máy, cung cấp hiệu quả, độ tin cậy và tính bền vững cao hơn. Bạn có muốn tìm hiểu sâu hơn về bất kỳ khía cạnh cụ thể nào không (ví dụ: thuật toán điều khiển, tối ưu hóa nam châm)? Hãy liên hệ ngay với đội ngũ kỹ sư PMSM của chúng tôi.