曳引机制动器电磁参数设计及计算

1引言

曳引机制动器的工作特点是通电吸合，断电抱闸，所以，在电梯运行时，制动器是处于通电吸合状态，这就要求制动器必须有足够的电磁吸力才能保证电梯正常工作，并且，制动器还必须满足另外两个条件^[1]：1当电压降低到额定电压的80%时，制动器还能可靠的吸合；2 在吸合状态时，电压降低到额定电压的55%时制动器还能有足够的吸力不至于释放，这就要求制动器必须满足不同工作点的需要。但由于空间和成本的限制，制动器不可能做得很大，因此，准确计算制动器电磁参数就显得尤为重要。

2 结构原理

无论是块式制动器、鼓式制动器还是叠式制动器，其电磁结构基本相同，如图1所示：

             图1   电磁结构原理图   

    电磁铁心座、线圈、衔铁组成制动器最基本的电磁结构，当线圈通过电流时，电磁铁心就会产生磁通，若不考虑漏磁通，磁通路径将由电磁铁心座底部→电磁铁心座外部→电磁铁心座外部空气隙→衔铁→电磁铁心座内部空气隙→电磁铁心座内部形成回路，由于空气隙之间磁通的存在，电磁铁心座对衔铁产生拉力，在电磁拉力作用下衔铁向铁心移动，产生的电磁拉力可按下式计算：^[2]

F—电磁吸力，单位为N

—电磁铁心座端面气隙流出的磁通，单位为Wb                  

μ0—空气磁导系数，其值为

S—电磁铁心座端面流出磁通气隙面积，单位为

α—修正系数，一般取3～5

δ—气隙长度，此处单位为cm

通过上式，可以很方便计算出电磁吸力的大小，不过，电磁铁心座端面气隙流出的磁通是需要通过磁路计算来获得的，所以，设计制动器必须要进行磁路设计和计算。

3 磁路分析和计算

根据电磁结构图，可以很方便绘制出磁通分布状态，如图2所示：

       图2   磁通分布状态图图

从图2可看出，漏磁通的分布是沿着电磁铁心座内部外圆面向电磁铁心座外部的内圆面流过去的，由于各点磁势不同，所以沿着电磁铁心座内部高度方向磁密的分布也不相同，漏磁通磁密的分布显然也不同，所以，靠近电磁铁心座底部的磁通最多，接近总磁通M，靠近电磁铁心座顶部的磁通最少，近似等于有效磁通u，但为了计算方便，             

此处引入近似等值磁路进行计算，如图3所示：

图中：G₁—电磁铁心座底部磁导；G₂—电磁铁心座外部磁导；G₃—电磁铁心座内部磁导；G₄—衔铁磁导；G_δ1—电磁铁心座外部空气隙磁导；G_δ2—电磁铁心座内部空气隙磁导；G_σ—漏磁导

    由于G₂、G₃为软磁材料，其数值远远大于G_δ1、G_δ2、G_σ，因此，此近似等值磁路所引起的误差是比较小的，可以说是在工程计算的允许范围内，根据此近似等值磁路可以列出如下关系式^[3]：

上述关系求解得：

显然，漏磁系数与气隙磁导G_δ1、G_δ2、衔铁磁导G₄有关，由于空气隙磁导远小于衔铁磁导，所以，空气隙磁导对漏磁系数起决定作用，并且，近似于常数。       

4 电磁设计程序

根据额定数据：工作电压U、工作行程δ、电磁吸力F、绝缘等级等已知条件，对于电磁吸力F一般是根据制动力矩、制动轮直径、摩擦系数等参数计算电磁吸力F，而绝缘等级就限定了最大允许温升，根据这些已知条件及上述关系式，即可进行初步设计和特性校核，采用如图4所示的计算程序框进行。

                              图4    计算程序框图

按此计算程序几次叠代后，即可设计出满足电磁吸力的电磁参数。不过，需要关注的是计算时应按照额定电压的80%工况进行设计，然后再按额定电压的55%工况校核是否满足释放要求，如不满足要求，需要再调整磁路尺寸或线圈参数，两个条件满足后，才算电磁设计工作的完成。

5 结束语

样机测试结果证明，本文提出的计算方法和近似等值磁路计算的结果与实际是接近的，作为工程运用是可行的，该设计方法不仅可用于曳引机制动器，同样可用于其他制动器的电磁设计，也可以为相关的电磁设计提供借鉴和参考。