ES2211130T3 - Sistema de elevacion a traccion que utiliza un cable flexible y plano, una maquina de imanes permanentes. - Google Patents

Abstract

Un sistema de elevación (10) que tiene un cabina (12;72) dispuesta en el interior de una caja del elevador (23), incluyendo el sistema de elevación: un cable (20;82) conectado con la cabina (12;72), teniendo el cable una anchura w, un espesor t medido en la dirección de flexión y una relación de aspecto, definida como la relación entre la anchura w respecto al espesor t, mayor que uno; y una máquina (22;78) conectada con el cable (20;82) para accionar el cable mediante tracción entre el cable y la máquina, y de este modo impulsar la cabina (12;72) a lo largo de la caja del elevador (23), en el que la máquina (22;78) incluye un rotor (44;92) formado en parte mediante imanes permanentes (48;94).

Description

Sistema de elevación a tracción que utiliza un cable flexible y plano, y una máquina de imanes permanentes.

La presente invención se refiere a los sistemas de elevación y más concretamente a los sistemas de elevación que usan máquinas con motores que tienen imanes permanentes.

Un sistema típico de elevación a tracción incluye una cabina y un contrapeso dispuestos en una caja de ascensor o elevador, una pluralidad de cables que interconectan la cabina y el contrapeso y una máquina que tiene una polea tractora acoplada con los cables. Los cables, y de ese modo la cabina y el contrapeso, son accionados mediante la rotación de la polea tractora. La máquina y su equipo electrónico asociado, junto con los componentes periféricos del sistema de elevación, tales como un regulador, están alojados en un cuarto de máquinas situado en la parte superior de la caja el elevador.

Una tendencia reciente en la industria de los sistemas de elevación es la eliminación del cuarto de máquinas y situar los diversos componentes y equipo del sistema de elevación en la caja del elevador. Un ejemplo es la patente JP 4-50297, la cual describe el uso de una máquina situada entre el espacio para el desplazamiento da la cabina y una pared de la caja del elevador. Otro ejemplo es la patente de Estados Unidos 5.429.211, la cual describe el uso de una máquina situada en la misma posición, pero que tiene un motor con un rotor del tipo de disco. Esta configuración emplea la planitud de una tal máquina para minimizar el espacio necesario para la máquina en la caja del elevador. Esta máquina descrita usa también imanes permanentes en el rotor al objeto de mejorar la eficiencia de la máquina. Estos tipos de máquinas, no obstante, están limitados a aquellos casos en los que las prestaciones y las velocidades requeridas sean relativamente bajas.

Una solución posible a aplicar a tales máquinas para los sistemas de elevación con mayor exigencia de carga o sistemas de mayor velocidad, es incrementar el diámetro del rotor. Esta solución, no obstante, no es práctica debido a las restricciones o limitaciones de espacio de la caja del elevador. Otra solución, descrita en la Solicitud PCT, PCT/FI98/00056(W098/32685) es usar una máquina con dos motores y una polea tractora intercalada entre los dos motores. Esta solución, no obstante, excede también las limitaciones de espacio de la caja del elevador y requiere la existencia de un cuarto de máquinas separado, situado en la parte superior de la caja del elevador, para alojar la máquina.

La patente WO-A-9943602, la cual constituye la técnica anterior de acuerdo al artículo 54(3) EPC, describe un sistema de elevación del tipo de elevación por correa. Otro sistema de elevación es conocido también de la patente EP-A-0688735.

A pesar de la técnica citada anteriormente, los científicos y los ingenieros bajo la dirección del Solicitante están trabajando para desarrollar los sistemas de elevación que utilicen eficientemente el espacio disponible y cumplan los requisitos de velocidad y de capacidad de carga en una amplia gama de aplicaciones en los sistemas de elevación.

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema de elevación como el reivindicado en la reivindicación 1.

Desde un segundo aspecto, la invención proporciona un sistema de elevación como el reivindicado en la reivindicación 8.

De este modo, un sistema de elevación de acuerdo con un aspecto de la invención incluye una máquina que tiene un rotor que incluye imanes permanentes y un cable plano acoplado con la máquina.

El cable plano, como se usa aquí, está definido para que incluya cables que tengan una relación de aspecto, definida como la relación entre la anchura w y el espesor t, mayor que uno. Una descripción más detallada de un ejemplo de tales cables está incluida en la Solicitud de Patente de Estados Unidos, Número de Serie 09/031,108, cedida en común, titulada "Miembro tensor para un sistema de elevación", presentada el 2 de Febrero de 1.998, publicada como patente de Estados Unidos 6.401.871.

Una ventaja de la presente invención es el tamaño de la máquina requerida para que cumpla los requisitos de velocidad y de capacidad de carga. La combinación de la eficiencia mejorada de la máquina y de la reducción del valor del par proporcionado por el cable plano, da lugar a una máquina muy compacta que puede ser montada dentro de las restricciones de espacio de una caja del elevador, sin afectar adversamente el funcionamiento del sistema de elevación. Esto permite que la máquina sea colocada en posiciones que antes eran impracticables.

Otra ventaja es una reducción en el consumo de energía del sistema de elevación usando la presente invención. El cable plano da lugar a una superficie de acoplamiento, definida por el valor de la anchura, que está optimizada para distribuir la presión del cable. Por lo tanto, la presión máxima se minimiza dentro del cable. Además, mediante el incremento de la relación de aspecto con respecto a la de un cable redondo, el cual tiene una relación de aspecto substancialmente igual a uno, el espesor del cable puede ser reducido mientras se mantiene constante la superficie de una sección transversal del cable. El minimizar el espesor del cable da lugar a un diámetro menor de la polea tractora, lo cual a su vez reduce el valor del par sobre la máquina, disminuye el tamaño del motor y puede eliminar la necesidad de accionamiento por engranajes. Además, el menor diámetro de la polea da lugar a un aumento de la velocidad de giro del motor, lo cual aumenta además la eficiencia de la máquina.

En una realización concreta, la máquina con imanes permanentes está combinada con un cable plano que incluye una pluralidad de miembros portadores de carga y una funda que circunda los miembros portadores de carga y que está fabricada a partir de poliuretano. En una realización, los miembros portadores de carga están fabricados a partir de una aramida, material que tiene una elevada resistencia, un reducido peso del cable con una flexibilidad mejorada en comparación con los cables redondos convencionales de acero. En otra configuración, los miembros portadores de carga son cables de acero fabricados a partir de alambres muy delgados cuyos diámetros son de 0,25 mm o menos. El uso de una funda fabricada a partir de poliuretano permite que la superficie exterior del cable resulte optimizada en cuanto a resistencia a la tracción.

Una ventaja de esta realización concreta es el riesgo mínimo de daño por calor a la funda y a los miembros portadores de carga del cable, debido al uso de una máquina que tiene un motor con imanes permanentes. En un motor convencional de inducción, muchas de las pérdidas por calor se producen en el rotor. Esta pérdida de calor es llevada directamente a los cables a través de la funda. Para los cables fabricados con materiales distintos al acero, los cuales son más sensibles a la temperatura, la exposición a tal fuente de calor puede conducir a la degradación del cable. Mediante el uso de una máquina que tenga un rotor con imanes permanentes la principal fuente de pérdidas de calor se produce, no obstante, a través del estator y no a través del rotor. Por lo tanto, ya que no hay un paso directo entre el estator y los cables, éstos no están expuestos a la fuente primaria de calor y el riesgo de degradación relacionada con el calor de los materiales del cable es minimizado. Además, la eficiencia incrementada de la máquina con imanes permanentes reduce todo el calor generado y por lo tanto reduce el calentamiento de los cables.

Lo que antecede y otras características y ventajas de la presente invención, resultarán más evidentes a la luz de la siguiente descripción detallada de las realizaciones ejemplares de aquella, como se muestran en los dibujos adjuntos, en los cuales:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un sistema de elevación de acuerdo con la presente invención.

La Figura 2 es una vista en perspectiva de una realización alternativa de la presente invención.

La Figura 3 es una vista lateral seccionada de una máquina y de los cables usados en las realizaciones de las Figuras 1 y 2.

La Figura 4 es una ilustración de otra realización de la presente invención.

La Figura 5 es una vista seccionada en planta de una máquina usada en la realización de la Figura 4.

Ilustrado en la Figura 1 hay un sistema de elevación 10 de acuerdo con la presente invención. El sistema de elevación 10 incluye una cabina 12, un par de raíles de guía 14 de la cabina, un contrapeso 16, un par de raíles de guía 18 del contrapeso, una pluralidad de cables 20 que interconectan la cabina 12 y el contrapeso, y una máquina 22 de tracción conectada con los cables 20. La cabina 12 y el contrapeso 16 están interconectados para moverse al unísono y en sentidos opuestos a lo largo de la caja del elevador 23.

La cabina 12 incluye un bastidor 24 y un par de poleas de inversión 26 (sólo una de las cuales se muestra en la Figura 1) dispuestas en lados opuestos de la parte inferior del bastidor 24 de la cabina. Las poleas de inversión 26 definen unos medios de conexión entre la cabina 12 y los cables 20 y permiten a los cables 20 pasar bajo la cabina 12 de tal forma que la cabina 12 esté colgada por abajo.

El contrapeso 16 incluye una polea de inversión 28 dispuesta en la parte superior del contrapeso 16. Esta polea de inversión 28 define unos medios de conexión entre el contrapeso 16 y lOs cables 20. Como resultado de la disposición del cableado mostrada en la figura 1, tanto la cabina 12 como el contrapeso 16 están unidos por cables en una disposición de valor 2:1 respecto a la máquina 22.

La máquina 22 está situada entre la trayectoria de desplazamiento de la cabina 12 y una pared 30 de la caja del elevador 23. La máquina 22 se muestra con más detalle en la Figura 3. La máquina 22 incluye un motor 32 que tiene un eje 34 y una polea tractora 36. El motor 32 incluye un bastidor 38, cojinetes 40, un estator 42 y un rotor 44. La polea tractora 36 está dispuesta en el extremo del eje 34 y define una superficie de acoplamiento 46 para los cables 20. El rotor 44 está dispuesto con una relación fija respecto al eje 34 e incluye una pluralidad de imanes permanentes 48 dispuestos radialmente hacia el interior del estator 42, de tal forma que se define un espacio radial 50 de aire o entrehierro entre el rotor 44 y el estator 42. El uso de imanes permanentes 48 aumenta la eficiencia y minimiza el tamaño del motor 32.

Los cables 20 que interconectan la cabina 12 y el contrapeso 16 son cables planos flexibles. Como se muestra en la Figura 3, hay tres cables planos 20 separados acoplados con la máquina 22. Cada cable plano 20 incluye una pluralidad de miembros 52 portadores de carga rodeados por una funda 54. La pluralidad de miembros 52 portadores de carga soportan las cargas de tracción en los cables 20. La funda 54 proporciona una capa de retención para los miembros 52 portadores de carga, mientras define también una superficie 56 de acoplamiento para el cable plano 20. La tracción entre el cable plano 20 y la máquina 22 es el resultado de la interacción entre la superficie 56 de acoplamiento de los cables 20 y la superficie complementaria 46 de acoplamiento de la máquina 22. Aunque mostrado en la Figura 3 con tres cables planos 20, que tienen cada uno de ellos cuatro miembros 52 portadores de carga, pueden usarse diferentes números de cables planos y diferentes números de miembros portadores de carga dentro de cada cable, tal como una realización que tenga un único cable plano o un cable plano que tenga un único miembro portador de carga.

Un material sugerido para los miembros portadores de carga es un material de aramida, tal como el vendido por DuPont bajo el nombre KEVLAR®. Tales materiales proporcionan las ventajas de tener un valor elevado de resistencia a la tracción y de ser poco pesados respecto a los materiales convencionales como el acero. Como una alternativa, el miembro portador de carga puede fabricarse de cables de acero. Al objeto de proporcionar suficiente flexibilidad al cable, se sugiere fabricar el cable a partir de alambres de acero o de fibras que tengan 0,25 mm de diámetro o menos.

Un material sugerido para la funda es el poliuretano. El poliuretano proporciona la durabilidad requerida mientras aumenta también el valor de la tracción entre el cable plano y la máquina. Aunque se recomienda este material, pueden usarse también otros materiales. Por ejemplo, puede usarse una funda fabricada a partir de neopreno o de caucho.

El uso de cables 20 planos flexibles, minimiza el tamaño de la polea tractora 36 y por esta razón minimiza el valor del par sobre el motor 32 e incrementa la velocidad de giro del motor 32. Mediante la combinación de estas características de los cables planos 20 con las características de la máquina 22 de imanes permanentes, se reduce más el tamaño del motor 32 y la máquina 22 puede ser montada dentro del espacio disponible entre la cabina 12 y la pared 30 de la caja del elevador. Otra ventaja es que la mayor velocidad de giro incrementa más la eficiencia del motor 32 y puede eliminar la necesidad de una caja de engranajes.

El uso de un rotor 44 que tenga imanes permanentes 48 también reduce la cantidad de calor perdido a través del rotor 44 en comparación con los motores convencionales de inducción. Como se muestra en la Figura 3, el rotor 44, la polea tractora 36 y los cables 20 están en contacto directo. Este contacto directo da lugar a que el calor generado en el rotor 44 sea llevado a los cables 20. Para motores convencionales de inducción, el rotor es el responsable, aproximadamente, de un tercio de las pérdidas de calor. No obstante, para rotores que usan imanes permanentes, la pérdida de calor a través del rotor es mínima y la fuente principal de pérdida de calor en tales motores es a través del estator. Como se muestra en la Figura 3, en realizaciones de acuerdo con la presente invención no hay paso directo entre el estator 42 y los cables 20. Por lo tanto, se minimizan los efectos en los cables 20 de la pérdida de calor del motor 22. Esto es especialmente significativo para cables que tienen una funda fabricada a partir de materiales no metálicos, tales como el poliuretano, que son más susceptibles a la degradación por el calor que el acero.

El sistema de elevación 10 ilustrado en la Figura 1 incluye una cabina 12 que está colgada por abajo. La Figura 2 ilustra otra realización. En esta realización, una cabina 57 incluye un par de poleas de inversión 58 situadas en la parte superior de la cabina 57 de forma conocida como colgada por arriba. En los sistemas convencionales de elevación, las disposiciones de colgado por arriba con cables son menos deseables en algunas aplicaciones debido a la necesidad de proporcionar espacio adicional superior, para el sistema de elevación. Esto es especialmente significativo si la máquina está situad en la caja del elevador. En la configuración mostrada en la Figura 2, no obstante, los efectos de una cabina 57 colgada por arriba son minimizados como consecuencia de que pueden ser usadas con la presente invención una máquina pequeña y poleas pequeñas. Por lo tanto, una cabina 57 colgada por arriba que use la invención del Solicitante requiere menos espacio por encima de la misma y es más práctica.

En otra alternativa (no mostrada), la cabina puede estar unida directamente por cables a la máquina de forma tal que no se precisen poleas en la cabina. Además, aunque no esté ilustrada, la máquina puede estar situada por encima del recorrido de la cabina. Aunque en esta particular realización deberá habilitarse el espacio requerido en la parte superior para la máquina, la combinación de una máquina con imanes permanentes y los cables planos flexibles minimizarán el valor de esta habilitación de espacio.

Aunque ilustrado en las Figuras 1-3 como un sistema de elevación que tiene una máquina conformada cilíndricamente que tiene un espacio de aire orientado radialmente, también pueden usarse otros tipos de máquinas con la presente invención. Una tal realización está ilustrada en las Figuras 4 y 5. En esta realización, el sistema de elevación 70 incluye una cabina 72, un contrapeso 74, un par de raíles de guía 76 para la cabina 72 y el contrapeso 74, una máquina 78 dispuesta entre la cabina 72 y una pared 80 de la caja del elevador y una pluralidad de cables planos 82 que interconectan la cabina 72 con el contrapeso 74.

La máquina 78 y los cables 82 se ilustran con más detalle en la Figura 5. La máquina 78 incluye un motor 84 y una polea tractora 86. El motor 84 incluye un bastidor 88, un estator 90 y un rotor 92. El rotor 92 es del tipo de disco que da lugar a una máquina 78 relativamente plana. Una pluralidad de imanes permanentes 94 están espaciados circunferencialmente alrededor del eje 96 de la máquina 78 y espaciados axialmente del estator 90 de forma tal que se consigue un espacio 98 axial de aire entre el rotor 92 y el estator 90. La polea tractora 86 está integrada en el rotor 92 e incluye una superficie 100 de acoplamiento para la pluralidad de cables 82. La pluralidad de cables 82 son similares a los descritos con respecto a la realización de las Figuras 1-3.

La realización de las Figuras 4 y 5 tiene las mismas ventajas que las expuestas anteriormente para la realización de las Figuras 1-3. Además, la aplicación de cables planos 82 a la máquina 78 del tipo de disco de la Figura 5, dará lugar a la minimización de los diámetros del rotor 92 y del estator 90 haciendo, por cuya razón esta configuración es aplicable a una gama más amplia de aplicaciones en los sistemas de elevación.

Las realizaciones ilustradas en las Figuras 1-5 corresponden todas a sistemas de elevación que tienen máquinas sin engranajes. Aunque la invención es particularmente ventajosa porque aumenta el campo de aplicación de las máquinas sin engranajes, debe observarse que la invención puede ser usada también en máquinas con engranajes en aplicaciones particulares. Además, aunque se ha mostrado en la Figura 3 con un rotor radialmente dirigido hacia el interior del estator, debe ser evidente para los expertos en la materia que las posiciones relativas del rotor y del estator pueden ser cambiadas.

Aunque la invención ha sido mostrada y descrita respecto a realizaciones ejemplares de la misma, debe entenderse por los expertos en la materia que pueden efectuarse a la misma varios cambios, omisiones y adiciones, sin apartarse del objeto de la invención tal como se define en las reivindicaciones.

Claims (18)

1. Un sistema de elevación (10) que tiene un cabina (12;72) dispuesta en el interior de una caja del elevador (23), incluyendo el sistema de elevación:

un cable (20;82) conectado con la cabina (12;72), teniendo el cable una anchura w, un espesor t medido en la dirección de flexión y una relación de aspecto, definida como la relación entre la anchura w respecto al espesor t, mayor que uno; y

una máquina (22;78) conectada con el cable (20;82) para accionar el cable mediante tracción entre el cable y la máquina, y de este modo impulsar la cabina (12;72) a lo largo de la caja del elevador (23), en el que la máquina (22;78) incluye un rotor (44;92) formado en parte mediante imanes permanentes (48;94).

2. El sistema de elevación (10) de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que el rotor (44) tiene forma cilíndrica.

3. El sistema de elevación (10) de acuerdo con la Reivindicación 1 ó 2, en el que la máquina (22) incluye un motor que tiene el rotor (44) y un estator (42) y que incluye además un entrehierro (50) entre el rotor y el estator, y en el que el rotor está espaciado radialmente del estator.

4. El sistema de elevación (10) de acuerdo con la Reivindicación 3, en el que el rotor (44) está espaciado radialmente hacia el interior del estator.

5. El sistema de elevación (10) de acuerdo con la Reivindicación 1, en el que el rotor (92) es plano.

6. El sistema de elevación (10) de acuerdo con la Reivindicación 1 ó 2, en el que la máquina (78) incluye un motor que tiene el rotor (92) y un estator (90) y además incluye un entrehierro (98) entre el rotor y el estator y en el que el rotor está espaciado axialmente del estator.

7. El sistema de elevación (10) de acuerdo con cualquier Reivindicación precedente, en el que la máquina (22;78) incluye además una polea tractora (36;86) y en el que el cable (20;82) incluye además una pluralidad de miembros individuales (52) portadores de carga enfundados dentro de una funda (54) en el que la funda define la superficie (56) de acoplamiento para aplicarse a la polea de tracción.

8. Un sistema de elevación (10) que tiene un cabina (12;72) dispuesta en el interior de una caja del elevador (23), incluyendo el sistema de elevación:

un cable (20;82) conectado con la cabina, incluyendo el cable un miembro (52) portador de carga y una funda (54), en el que la funda está fabricada a partir de un material no metálico; y

una máquina (78;22) que incluye una polea tractora (36;86) y un rotor (44;92), estando la polea tractora (36;86) directamente conectada con el rotor (44;92) para un giro simultáneo y acoplada con el cable (20;82) para accionar el cable a tracción entre el cable y la polea tractora, y por lo tanto impulsar la cabina (12) a lo largo de la caja del elevador (23), en el que el rotor (44,92) está formado en parte a partir de imanes permanentes (48;94), en el que el cable (20;82) tiene una anchura w, un espesor t medido en la dirección de flexión y una relación de aspecto, definida como la relación entre la anchura w y el espesor t, mayor que uno.

9. El sistema de elevación (10) de acuerdo con cualesquiera de las Reivindicaciones 1 a 7, en el que el cable incluye una funda (54) fabricada a partir de un material no metálico.

10. El sistema de elevación (10) de acuerdo con cualesquiera de las Reivindicaciones 8 ó 9, en el que la funda (54) está fabricada a partir de un material de poliuretano.

11. El sistema de elevación (10) de acuerdo con cualesquiera de las Reivindicaciones precedentes, en el que el cable incluye uno o más miembros (52) portadores de carga y en el que los miembros portadores de carga están fabricados a partir de un material no metálico.

12. El sistema de elevación (10) de acuerdo con la Reivindicación 11, en el que los miembros portadores de carga están fabricados a partir de un material de aramida.

13. El sistema de elevación (10) de acuerdo con cualesquiera de las Reivindicaciones 1 a 10, en el que el cable (20;82) incluye uno o más miembros portadores de carga y en el que los miembros portadores de carga están fabricados de acero.

14. El sistema de elevación (10) de acuerdo con la Reivindicación 13, en el que los miembros (52) portadores de carga están fabricados a partir de alambres de acero que tienen un diámetro de 0,25 mm o inferior.

15. El sistema de elevación (10) de acuerdo con cualesquiera de las Reivindicaciones precedentes, en el que la máquina (22;78) no tiene engranajes.

16. El sistema de elevación (10) de acuerdo con cualesquiera de las Reivindicaciones precedentes, en el que la máquina (22) está dispuesta entre el espacio para desplazamiento de la cabina (12) y una pared de la caja del elevado (30).

17. El sistema de elevación (10) de acuerdo con cualesquiera de las Reivindicaciones precedentes, en el que el cable (20;82) se acopla con un par de poleas (26) dispuestas en la cabina (12) de tal forma que el cable (20;82) pasa por debajo la cabina.

18. El sistema de elevación (10) de acuerdo con cualesquiera de las Reivindicaciones 1 a 16, en el que el cable (20;82) se acopla con una polea (58) dispuesta en la parte superior de la cabina.