CN101903276A - 包括永磁体偏压以作用制动力的电梯制动设备 - Google Patents

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Abstract

示例性电梯制动设备包括永磁体。芯部支撑该永磁体。第一板定位在芯部的一侧附近，且第一板与芯部之间存在第一间隙。第二板定位在芯部的另一侧附近，且第二板与芯部之间存在第二间隙。第一板和第二板相对于彼此保持固定并且设置成使得芯部与板之间可以进行相对运动。电磁体选择性地分别影响跨第一间隙和第二间隙的磁通量，以控制制动器的制动力。

Description

包括永磁体偏压以作用制动力的电梯制动设备
【技术领域】
本发明涉及电梯制动设备，具体而言，涉及包括永磁体偏压以作用制动力的电梯制动设备。
【背景技术】
电梯系统包括电梯轿厢，电梯轿厢竖直移动以将乘客、货物或二者运输至建筑物或建筑体(structure)内各楼层。存在用于推进电梯轿厢并在井道内对其进行支撑的不同装置。大部分系统包括制动器，制动器用来停止电梯轿厢并且将其保持在期望位置。
例如，在牵引型电梯系统中，电梯机组包括电机、用于控制电机的操作的驱动器以及牵引槽轮，牵引槽轮由电机驱动以产生电梯轿厢的期望运动。负荷支承组件(例如，圆形绳或扁平带(flat belt))支撑电梯轿厢的重量并且跟随牵引槽轮使得牵引槽轮的运动引起电梯轿厢的相应运动。制动器在与牵引槽轮联接的制动转子盘上操作，以控制槽轮旋转的速度或防止槽轮(以及电梯轿厢)的运动，从而满足特殊情况的需要。
存在各种已使用的电梯制动装置。典型的制动器包括机械弹簧，机械弹簧迫使可轴向移动的板抵接在具有制动衬里材料的制动转子上。因此可移动板与衬里材料所形成的摩擦使电梯停止并保持在适当位置。可移动板的接合在本领域中称为“落下制动器(dropping thebrake)”并且通常为缺省状态。释放制动器在本领域中称为“提升制动器(lifting the brake)”。典型的装置包括螺线管，螺线管用于引起克服机械弹簧的偏压的运动以使可移动板移动而分离。螺线管所产生的力克服弹簧的力并且拉动可移动板远离制动转子。
使用用于可移动板的螺线管本来就是不稳定的，因为加速度随着可移动板与相关构件之间的间隙的改变而改变(例如，当可移动板移动而分离或接合时)。磁场随着铁磁性零件(例如，可移动板和支撑电磁体的壳体)越来越靠近而增加，趋于形成可移动板的加速。典型地，板移动通过接合(即落下)位置与分离(即提升)位置之间约0.3mm的空隙(air gap)。例如，如果当落下制动器时磁场衰减过快，则可移动板通过与制动转子接触的弹簧加速。板通过空隙的不可控的加速以及因此所形成的与制动转子或壳体的接触，可导致电梯轿厢内可听见令人不适的噪音。
减少此类噪音的尝试包括使用O型圈来缓冲运动、减少冲击和减少噪音。不利地，O型圈经历蠕变、应力松弛和老化。随着时间推移，这些因素使O型圈恶化，导致噪音明显增加，同时伴随着接合制动器的力减小。噪音的增加和接合力的减小最终需要重新调节制动扭矩并更换O型圈以保持期望的操作和噪音阻尼特性。另外，典型的装置首先需要设定高于另外补偿O型圈的最终恶化所需的扭矩。电梯制动器的此类过度设计引起额外的成本。其它已知设备包括使用弹性体缓冲器或垫。此类设备也受制于与O型圈相关的有限寿命。
【发明内容】
示例性电梯制动设备包括永磁体。芯部支撑该永磁体。第一板定位在芯部的一侧附近，且第一板与芯部之间存在第一间隙。第二板定位在芯部的另一侧附近，且第二板与芯部之间存在第二间隙。第一板和第二板相对于彼此保持固定，并且设置成使得芯部与板之间可以进行相对运动。电磁体选择性地分别影响跨第一间隙和第二间隙的磁通量，以控制制动器的制动力。
控制电梯制动器的示例性方法，该电梯制动器具有作用制动力的永磁体和由芯部支撑的电磁体，且第一板靠近芯部的第一侧而第二板靠近芯部第二侧，且每个板与芯部之间存在间隙，包括在间隙中建立各自的第一磁通量密度以作用制动力。在间隙中建立各自的第二磁通量密度以释放制动力。
根据以下详细描述，所公开的实例的各种特征和优点对本领域技术人员来说将变得显而易见。伴随详细描述的附图可简要描述如下。
【附图说明】
图1示意性地示出了包括根据本发明的实施例设计的制动设备的示例性电梯机组。
图2是示例性电梯制动设备的透视图。
图3是图2的示例性实施例的选定部分的局部截面图。
图4是图2的示例性制动设备的示例性操作状态的示意图。
图5是图2的示例性制动设备的另一示例性操作状态的示意图。
【具体实施方式】
图1示意性地显示了电梯机组20。框架22支撑电机部分24和牵引槽轮26。电机24致使牵引槽轮26旋转而引起负荷支承部件28(例如，绳或扁平带)的运动，从而引起相关电梯轿厢的期望运动。例如，制动设备30放慢或停止牵引槽轮26的运动以保持相关电梯轿厢的期望速度或位置。
参照图2和图3，一个示出的示例性制动设备30可操作地作用制动力以控制与牵引槽轮26联接的制动转子盘32的旋转，使得牵引槽轮26和盘32一起旋转。安装部件34将制动设备30固定在框架22的一部分上。安装部件34确保制动设备30将不会相对于框架22旋转以控制盘32的旋转。
所示实例包括卡钳式装置，其带有接合在盘32的相对侧上的制动垫36以对盘32的旋转提供阻力，该阻力的量与用来促使制动垫36进入盘32的力的量相对应。该实例包括两个作用在盘32上的卡钳部分。其它实例包括一个卡钳部分，而再其它实例包括多于两个卡钳部分。
永磁体(PM)40提供作用制动力的磁场偏压。换句话说，PM 40促使制动设备30进入落下状态。PM 40由芯部42支撑。在此实例中，PM 40包括容纳在芯部42的相应部分内的环。芯部42包括铁磁性材料。
第一板44定位在芯部42的一侧附近。第一板包括铁磁性材料，而在一个实例中，包括与芯部42相同的材料。第一板44与芯部42隔开使得第一板44与芯部42之间存在第一间隙46。
第二板48定位在芯部42的相对侧附近。第二板48包括铁磁性材料，而在一个实例中，包括与芯部42和第一板44相同的材料。在此实例中，制动垫36之一被支撑在第二板48上，而另一个定位成相对于框架22保持静止。在所示实例中，另一制动垫36被支撑在安装部件34上。
第二间隙50在第二板48与芯部42之间。在此实例中，第二间隙50包括空的空间(empty space)和包括非磁性材料的垫片52，使得跨间隙50的非磁性空间的尺寸大于第二板48与芯部42之间未被占据的空气空间(air space)。
在此实例中，跨第二间隙50的非磁性空间大于第一间隙46的非磁性空间。然而，第二间隙50内未被占据的空气空间(例如，机械距离)小于或等于第一间隙46的空气空间。非磁性垫片52在间隙50中建立被物理占据的非磁性空间，其允许第一间隙46与第二间隙50的尺寸之间的此类关系。
线圈54也由芯部42支撑。线圈54和芯部42作为分别影响间隙46和50内的磁通量密度的电磁体操作，以控制制动设备30作用的制动力的量的多少。在此实例中，线圈54选择性地影响每个间隙46和50中另外从PM 40的磁场产生的磁通量密度。在此实例中，电磁体(例如，线圈54、芯部42、第一板44和第二板48)的通电量(例如，供给至线圈54的导线的电流量)控制电磁体如何选择性地影响间隙46和50中的磁通量密度，并因此控制由制动设备30作用的制动力。
第一板44和第二板48相对于彼此保持固定。制动设备30设计成接纳芯部42与板44和48之间的相对运动。在此实例中，芯部42由于与安装部件34的连接而相对于框架22保持固定。板44和48可相对于芯部42一起移动。在另一实例中，连带安装部件34和制动垫36的芯部42可相对于板移动，板相对于框架22保持在固定位置。
在所示实例中，杆56将第一板44连接至第二板48。杆56至少部分被容纳在芯部42内并且在板44和48与芯部42之间的相对运动期间相对于芯部42滑动。板和杆可以认为是制动设备30的柱塞。在此实例中，轴承58有利于杆56相对于芯部42的滑动运动。另一实例包括套管(bushing)以有利于此类滑动运动。
板44和48相对于芯部42和PM 40的磁场的设置提供制动设备30的构件上的偏压，以作用制动力从而阻止转子盘32的旋转。在此实例中，当线圈54未通电时，PM 40偏压制动垫36与转子盘32接合。换句话说，当线圈54未通电时，制动设备30处于落下状态。
图4示意性地示出制动设备30的选定部分的此类操作状态。线圈54断电(例如，不具有流经其导线的电流)并且PM 40的磁场引起跨间隙46和50的各自的磁通量密度。在此实例中，磁场分布线60对应于跨第二间隙50的一个磁通量。磁场线62对应于跨第一间隙46的不同磁通量。在此状态下，间隙尺寸的比例(例如，跨第二间隙50的非磁性空间大于跨第一间隙46的非磁性空间)致使第二间隙50中的磁通量密度小于第一间隙46中的磁通量密度。将第二板48吸向芯部42的合力F2小于将第一板44吸向芯部42的合力F1。由于F1大于F2并且板44和48相对于彼此保持固定，从PM 40的磁场形成的总力致使第二板48和相关的制动垫36远离芯部移动(例如，图中向左)而与转子盘32接合，以作用制动力从而阻止盘32和牵引槽轮26的旋转。
在包括为NdFeB 40MGOe的磁体的一个实例中，当第一间隙46的尺寸约为0.3mm时，第二间隙50的总尺寸大约为2.1mm并且相应地其余尺寸按比例调节，因此形成的作用制动力约为5100牛。在许多电梯系统中，此类力足以防止转子盘32的任何旋转。
当希望电梯轿厢移动时，通过向线圈54的导线提供电流而使电磁体通电。作用的电流激发电路中的电磁场，其有效分流(shunt)PM40的磁场以提升或分离制动器。图5示意性地显示了示例性制动设备30的一种此类操作状态。在图5中，除PM 40的磁场外，线圈54通电并且在芯部42内以及跨过间隙46和50产生合成磁场(resultingmagnetic field)。在图5中，磁场线60’所表示的跨间隙50的磁通量密度大于由磁场线62’所表示的跨间隙46的磁通量密度。相应地，力F2大于力F1，并且第二板48被推向芯部42。这些力引起作用于盘32的制动力释放(当柱塞根据附图向右移动时)。
一个实例包括为NdFeB 40MGOe的磁体，第一间隙46为0.3mm，第二间隙50包括0.6mm未被占据的空气空间和1.5mm垫片52，并且相应地其余尺寸按比例调节。所作用的大约2.3安培的电流引起176N的F1和F2之差，且较大的力在F2的方向上(根据附图)。此类电流级别足以释放此类实例中的制动力。
在一个实例中，通过减少用来保持制动器处于提升位置的电流，可能会节省能量并且减少发热。例如，将第一电流级别(例如，2.3安培)作用于线圈54的导线，以释放作用于盘32的制动力，并且然后在电梯轿厢运动期间将较小的电流作用于电磁体以保持致动器处于提升状态。
所示实例的一个特征在于，第一间隙46和第二间隙50的设置以及选择性地控制通向线圈54的电流允许控制柱塞(例如，第二板48和相关的制动垫36)的移动速度，以避免否则将由于第二板48与垫片52或相关的制动垫36与转子盘32之间的冲击而造成的不希望的柱塞加速及噪音。换句话说，所示示例性设置允许选择性地控制柱塞在落下位置与提升位置之间移动的速度，以减少或消除与制动设备30的操作相关的不希望的噪音。
所示实例的另一特征在于，当线圈54未通电时，它可通过PM 40的操作提供正常制动力。也可能通过使电磁体通电而作用更大的制动力而增加力F1，以将第二板48和相关的制动垫36推向盘32。在一个实例中，在图4中示意性地示出的状态下使用的反方向上向线圈54的导线作用电流将跨第一间隙46的磁通量密度增加至更高水平。这引起甚至更高的作用制动力。此特征允许将示例性制动设备30在正常操作状态期间用作用于电梯的正常服务制动器(使用由PM 40供给的制动力)，而在紧急停止状态期间用作紧急停止设备(使用PM 40的磁场与线圈54的磁场之间的配合所形成的增加的制动力)。
在一个实例中，作为所作用电流的函数的制动扭矩的理论特性接近线性。增加在期望方向上流动的电流(current flow)引起制动力相应改变。在一个实例中，沿增加第一间隙46中的磁通量密度的方向线性地增加流动的电流致使制动力相应线性增加。
示例性制动设备30的一个特征在于，它能够释放PM 40的磁场引起的制动力，也能够增加制动力使其超过PM 40的磁场引起的制动力。一个实例具有这两种能力并且通过小于其它制动装置的总体结构尺寸实现它们。换句话说，所示实例能够释放制动力或增加制动力而无需增大制动设备的尺寸。这种可能性是由于其中电磁体分别影响跨第一间隙46和第二间隙50的磁通量密度的所示类型的设置和方式。
以上描述本质上是示例性的而非限制性的。所公开的实例的变型和改型对本领域技术人员来说可变得显而易见，其不必脱离本发明的本质。对本发明给出的法律保护范围仅可通过研究以下权利要求来确定。

Claims (20)

1.一种电梯制动设备，包括：
永磁体；
芯部，其支撑所述永磁体；
靠近所述芯部的一侧的第一板，且所述第一板与所述芯部之间存在第一间隙；
靠近所述芯部另一侧的第二板，且所述第二板与所述芯部之间存在第二间隙，所述第一板与所述第二板之间相对于彼此保持固定，所述第一板和所述第二板设置成允许所述芯部与所述第一板和所述第二板之间相对运动；以及
电磁体，其选择性地分别影响跨所述第一间隙和所述第二间隙的磁通量密度的量，以控制所述制动设备的制动力。
2.根据权利要求1的设备，其中：
所述第一间隙包括所述第一板与所述芯部之间的第一非磁性空间；
所述第二间隙包括所述第二板与所述芯部之间的第二非磁性空间；并且
所述第二非磁性空间大于所述第一非磁性空间。
3.根据权利要求2的设备，其中，所述永磁体比所述第一间隙更靠近所述第二间隙。
4.根据权利要求2的设备，包括：
所述第二间隙中的非磁性垫片使得所述第二间隙中未被占据的物理空间小于所述第二非磁性空间。
5.根据权利要求2的设备，其中，所述永磁体具有分别建立所述第一间隙和所述第二间隙中的磁通量密度的相关磁场，并且当所述电磁体未通电时所述第一间隙中的所述磁通量密度大于所述第二间隙中的所述磁通量密度，使得所述第一板被第一力推向所述芯部，所述第一力大于将所述第二板推向所述芯部的第二力。
6.根据权利要求5的设备，其中，当所述电磁体未通电时所述永磁体致使所述第一板和所述第二板以及所述芯部处于与作用制动力相对应的位置。
7.根据权利要求6的设备，其中，所述制动力对应于所述第一力与所述第二力之差。
8.根据权利要求5的设备，其中，响应于所述电磁体的第一通电状态，磁通量密度在所述第一间隙中减少并且在所述第二间隙中增加，使得所述第一板和所述第二板以及所述芯部相对于彼此定位并且所述制动设备处于释放位置。
9.根据权利要求8的设备，其中，所述第一通电状态增加所述第二间隙中的所述磁通量密度并且减少所述第一间隙中的所述磁通量密度，直到所述第二力超过所述第一力为止，以将所述制动设备移动到所述释放位置。
10.根据权利要求9的设备，其中，所述电磁体的第二通电状态被操作以保持所述制动器释放位置，并且其中所述第二通电状态包括在所述电磁体的线圈中相对于与所述第一通电状态相关的电流而言较低的电流。
11.根据权利要求5的设备，其中，所述第一间隙中的所述磁通量密度响应于处于增加制动通电状态的所述电磁体而增加至更高级别，使得所述第一板被大于所述第一力的增加的力推向所述芯部。
12.根据权利要求1的设备，包括：
将所述第一板连接至所述第二板的非磁性杆，并且其中所述杆和所述板可相对于所述芯部移动。
13.根据权利要求12的设备，其中，所述杆至少部分容纳在所述芯部中。
14.根据权利要求13的设备，包括：
邻近所述杆的套管或轴承中的至少一个，以有利于所述杆相对于所述芯部的期望运动。
15.根据权利要求1的设备，包括：
固定的制动垫；
可移动的制动垫，其响应分别跨所述第一间隙和所述第二间隙的磁通量密度而被推向所述固定制动垫。
16.根据权利要求15的设备，其中，所述可移动制动垫被支撑在所述芯部或所述第一板或所述第二板其中之一的板之上。
17.根据权利要求1的设备，包括：
第二永磁体；
第二芯部；
另一第一板；
另一第二板；以及
第二电磁体。
18.一种控制电梯制动器的方法，所述电梯制动器具有由芯部支撑的永磁体和电磁体，第一板靠近所述芯部的一侧，并且第二板靠近所述芯部的另一侧，且所述芯部与每个所述板之间存在间隙，所述方法包括以下步骤：
在所述芯部与所述第一板和所述第二板之间的间隙中建立各自的第一磁通量密度以作用制动力；以及
在所述间隙中建立各自的第二磁通量密度以释放所述制动力。
19.根据权利要求18的方法，其中：
所述各自的第一磁通量密度对应于所述永磁体的磁场；并且
所述各自的第二磁通量密度对应于所述电磁体的磁场和所述永磁体的所述磁场。
20.根据权利要求18的方法，包括：
在所述间隙中建立各自的第三磁通量密度以响应所述永磁体和所述电磁体的结合的磁场作用增加的制动力。
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