CN102348628A - 制动扭矩控制 - Google Patents

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Abstract

一种示例性的制动装置包括制动元件，制动元件构造为以便应用制动力以阻碍相关联的构件的旋转。安装部件构造为将制动装置安装在固定表面上。安装部件可响应于制动装置上的扭矩而至少部分地相对于固定表面而运动。传感器提供了与安装部件响应于扭矩而相对于固定表面的任何运动相关联的力的指示。

Description

制动扭矩控制
背景技术
电梯系统处于广泛应用中。电梯系统用于例如在建筑物中的不同楼层之间运载乘客。典型的电梯系统包括一种机器，其包括用于控制电梯轿厢的运动和位置的马达和制动器，以提供所需的电梯服务。
当电梯轿厢停靠在楼梯平台上时，制动器用于将电梯轿厢保持在所需的位置上。各种用于释放或解除制动的控制技术是已知的。
例如，已知的是在解除制动之前使机器的马达预先加载扭矩，从而在电梯运行开始时避免电梯轿厢的任何摇动或推撞。例如，电梯轿厢上的负载随着例如乘客进入或离开轿厢而变化。因此，当电梯轿厢即将离开楼梯平台时存在电梯轿厢上的负载与配重不平衡的可能性。当制动器被释放时，任何不平衡都可能造成轿厢不依赖于马达的运动而垂直地运动。乘客可能体验到这是在电梯轿厢中的轻微的颠簸或推撞。
为了解决这种情形和避免在运行开始时任何不合乎需要的轿厢运动，存在用于对电梯机器马达预先加载扭矩的已知技术。在美国专利No.4,995,478中显示了一种这样的技术。这种技术通常依赖于测量或检测电梯轿厢上的乘客负载。存在与那些技术相关联的已知的缺陷。在美国专利No.6,318,505中显示了另一技术。在该文献中的技术聚焦于一种制动器，其被直接应用于导轨上，其与机器的制动器是不同的。
本领域中的技术人员一直试图进行改进。具有在不依赖于测量相关联的电梯轿厢中的负载的情况下控制电梯机器制动器上的扭矩的量的能力将会是有用的。
发明内容
一种示例性制动装置包括制动元件，其构造为以便应用制动力以阻碍相关联的构件的旋转。安装部件构造为将制动装置安装在固定表面上。安装部件可响应于制动装置上的扭矩而至少部分地相对于固定表面而运动。传感器提供与安装部件响应于扭矩而相对于固定表面的任何运动相关联的力的指示。
一种示例性电梯机器包括机架。马达至少部分地由机架来支承。曳引轮可通过马达而选择性地运动。制动元件选择性地阻碍曳引轮的旋转。安装部件安装在机架上，使得安装部件可响应于制动元件上的扭矩而相对于机架部分地运动，该扭矩是由于制动元件阻碍曳引轮的旋转而引起的。传感器提供与安装部件相对于机架的运动相关联的力的指示。
一种监测制动器的示例性方法包括检测造成制动器安装部件相对于相关联的固定表面而运动的力。对于所检测的力是否在与制动器上可接受的扭矩量相对应的范围内做出判断。至少在该力处于该范围之外时提供指示。
根据以下详细描述，本发明的各种特征和优势对本领域中的技术人员而言将变得明了。详细描述的附图可以简要说明如下。
附图说明
图1示意性地显示了包括根据本发明一个实施例而设计的制动装置的电梯系统的所选部分。
图2是示例性制动装置的透视图。
图3是显示了图2的实例的所选部分的透视剖面图。
图4是图2的实例的所选部分的透视图。
图5用图表的方式显示了一种示例性控制策略。
具体实施方式
公开的实例的制动扭矩监测和控制功能的一种示例性用途是在电梯系统中。以下描述出于讨论的目的而使用一种电梯系统。所公开的扭矩控制和监测并不一定局限于该环境。
图1示意性地显示了示例性电梯系统20的所选部分。电梯轿厢22与配重24是相关联的。挂绳装置26悬吊着电梯轿厢22和配重24，并响应于曳引轮28的运动而运动，从而造成电梯轿厢22的所需运动。
为了控制曳引轮28的运动提供了机器30。机器30包括马达32，其选择性地造成曳引轮28旋转。控制器34控制马达32的操作。制动装置36选择性地阻碍曳引轮28的旋转。制动装置36对于例如使电梯轿厢22停靠在所需的楼梯平台上以及使电梯轿厢保持在所需竖直位置上而言是有用的。在所示的实例中，制动装置36和马达32由公共机架38来支承。
图2-4显示了一种示例性制动装置36。安装部件40有利于将制动装置36安装到固定表面上，该固定表面在这个实例中包括机架38上的表面。制动促动器42造成制动部件44选择性地阻碍曳引轮28的旋转。传感器46检测与制动装置36上的扭矩相关联的力。在这个实例中，传感器46提供与安装部件40响应于制动装置36上的扭矩而相对于机架38的固定表面的任何运动相关联的力的指示。
如从图3中最佳地了解到，示例性安装部件40相对于机架38而至少部分弹性地安装，使得安装部件40可相对于机架38部分地运动。安装部件40的运动在非常有限的范围内，以容许监测力，同时仍然提供了一种稳定的布置，以用于承载与阻碍曳引轮28的旋转的制动装置36相关联的负载。
如从图3中最佳地了解到，这个实例包括一种弹性安装布置，其中锚50，例如螺栓，和衬套52刚性地固定在相对于机架38固定的位置中。衬套52容纳在安装部件40中的开口54中。与衬套54相关联的弹性部件56响应于安装部件40上的扭矩而偏转或至少部分地压缩，该扭矩是由于与阻碍曳引轮28旋转的制动部件44相关联的制动装置36上的扭矩而引起的。在一个实例中，弹性部件56包括O形环。容许安装部件40相对于机架38进行一些偏转或轻微运动允许传感器46提供与制动装置36上的扭矩相关联的力的指示。
如从图4中最佳地了解到，所示的示例性传感器46包括第一感测元件60，其构造为提供在第一方向上的与安装部件40和机架38之间的任何相对运动相关联的力的指示。第二感测元件62提供了在与第一力的方向相反的第二方向上的力的指示。根据该图的透视图，在这个实例中，第一感测元件60提供了逆时针方向上的力的指示，而第二感测元件62提供了顺时针方向上的力的指示。
在一个实例中，感测元件包括力感测电阻。在另一实例中，感测元件包括压敏电阻传感器。用作第一感测元件60和第二感测元件62的其它示例性传感器包括应变计传感器、电容传感器、电感传感器、电位计传感器、压力开关和精密微型开关。在安装部件40和机架38之间的偏转或相对运动的量将是非常小的，并且第一感测元件60和第二感测元件62经过选择而能够检测与安装部件40相对于机架38的定向上的非常轻微的变化相关联的力。
在所示的实例中，感测元件60和62靠着传感块66上的相对应的反作用表面64而被接收，传感块66相对于机架38保持固定。在这个实例中，机架38支承着传感块66。在另一实例中，传感块66包括机架38的一部分。固定部件70以某一方式固定感测元件60和62，使其响应于安装部件40相对于机架38的相应运动而受到压缩。所示的实例包括与感测元件相关联的弹性衬垫部件72，从而将来自固定部件70的负载均匀地分布在感测元件的恰当部分上。
来自感测元件60和62的指示由扭矩模块80(图1中所示)来解释，扭矩模块将关于传感器46所检测的力的指示提供给控制器34。
从图5中可理解一种涉及示例性制动装置36的示例性控制策略。电梯轿厢22停靠在楼梯平台上。在配重24和电梯轿厢22之间存在负载方面的不平衡。结果，在制动装置36上存在如90处所示的扭矩。马达32被去激励，且因此马达32的扭矩具有如92处所示的零值。在这些条件下，第一感测元件60提供了与90处所示的扭矩水平相对应的力的指示。
在电梯轿厢离开该楼梯平台之前，需要减轻制动器上的扭矩，以便当电梯轿厢开始加速时提供从固定位置起的平滑过渡。控制器34提供电流至马达32，以增加马达转矩，如沿着曲线94示意性所示。马达32被激励，以提供力，其抵消感测元件60所指示的扭矩。换句话说，马达32试图使曳引轮28在某一方向上旋转，以减轻第一感测元件60所检测的力(例如在与所指示的力的方向相反的方向上)。结果，由第一感测元件60所检测的力指示的扭矩减少了，如曲线96示意性地所示。当制动扭矩如98处所示达到零值时，制动装置36上的扭矩得以完全减轻。在一个实例中，传感器46将这种情况的指示提供给扭矩模块80。控制器34接收来自扭矩模块80的相对应的输出。
一个实例包括控制马达32以取得如98处所示的零扭矩值。图5的实例考虑了关于98处的零扭矩值的一些容差带。这个实例包括确定传感器46所指示的力何时处于可接受的范围内，如图5中在100处示意性地所示。
在一个实例中，扭矩模块80确定第一感测元件60所指示的力何时从位于可接受的范围100之外转变至处于该范围内。这个转变点在102处示出。在一个实例中，一旦扭矩模块80提供了制动装置36上的扭矩处于可接受的范围100中的输出时，马达32就保持曳引轮28上的相对应的量的扭矩。
一个实例包括连续增加马达扭矩，直至第二感测元件62指示该感测元件所检测的力已经超过相对应的该范围100的阈值。这在图5中于104处示出。马达扭矩可连续地进行来回调整，以检测由传感器46指示的力在处于可接受的范围100之内和之外之间转变所处的点。
各个转变点102和104具有分别在106和108处所示的相关联的马达电流。在一个实例中，与扭矩模块80协作的控制器34确定转变点106和108处的电流值。那两个电流值然后被平均，以确定将在释放或解除制动装置36的制动之前供给马达32的预载扭矩电流。同一直试图精确地找到98处的零扭矩点相比，利用在转变点106和108处的电流值的平均值有利于更容易地做出判断。利用这种方式求取平均数考虑了系统潜在的滞后和例如传感器46的可能的构件磨损。
由示例性传感器46提供的另一示例性的监测功能是检测阻力制动条件。典型的电梯系统包括专用的制动开关，其意图在电梯运行开始时指示制动器何时脱开。制动开关应该指示制动器是否在整个运行时保持脱开。这种制动开关的一个缺点是它们只能够测量制动促动器的运动，并且不提供实际制动扭矩的任何指示。即使这种开关就位，也可能发生未检测到的制动阻力。
借助于示例性传感器46，可直接测量制动阻力。例如如果制动元件44在提供阻力(drag)，那么传感器46将在电梯轿厢运动期间提供指示制动器上的扭矩的输出。在一个实例中，当任何制动阻力指示在可接受的范围内时，扭矩模块80提供了相对应的输出，使得维护人员可相应地解决该情形。如果所指示的与制动阻力相关联的扭矩超过所选的量，那么扭矩模块80将告警输出提供给控制器34。在一个实例中，控制器34将这种告警解释为中断正常电梯系统操作的需要，并造成电梯轿厢22行进至合适的楼梯平台，在此处打开轿厢门以容许任何乘客离开电梯轿厢。电梯轿厢然后被停止服务，直至合适的维护人员确认制动装置36的操作条件为止。
所公开的实例的一个特征是在制动器上没有对精确的扭矩测量的需求。相反，只需要测量与安装部件40相对于机架38的有限的运动量相关联的力。传感器46不会吸收或检测电梯轿厢上的负载，而是代之以检测与安装部件40和机架38的相对运动相关联的力。所公开的实例的另一特征是没有出于试图计算用于马达32的预载扭矩值的目的而测量电梯轿厢上的负载的需求。借助于所公开的实例，在电梯运行开始时，可以使用马达扭矩，以便在解除制动之前按照比之前的技术更便利且更可靠的方式使制动器卸载。另外，可消除传统的制动开关，并且可使用所公开的制动阻力监测。
前面的描述在性质上是示例性的，而非限制性的。对于本领域中的技术人员而言，所公开的实例的不一定脱离本发明的本质的变型和改型可变得显而易见。给予本发明的法律保护的范围只能通过研究所附的权利要求来确定。

Claims (22)

1.一种制动装置，包括：
制动元件，其构造为以便应用制动力来阻碍相关联的构件的旋转；
安装部件，其构造为将所述制动装置安装在固定表面上，所述安装部件响应于所述制动装置上的扭矩而能够至少部分地相对于所述固定表面运动；和
传感器，其提供与所述安装部件响应于所述扭矩而相对于所述固定表面的任何运动相关联的力的指示。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器包括：
第一感测元件，其提供第一方向上的、与所述安装部件相对于所述固定表面的运动相关联的力的指示，和
第二感测元件，其提供在相反的第二方向上的、与所述安装部件相对于所述固定表面的运动相关联的力的指示。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，包括：
扭矩模块，其确定由任一所述感测元件指示的所述力何时超过所选的阈值。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述扭矩模块基于来自所述第一感测元件和所述第二感测元件的指示而确定所述制动装置上的扭矩何时处于零扭矩范围内，并且提供指示所述制动装置上的扭矩何时处于所述零扭矩范围之外的输出。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述安装部件包括至少部分弹性的衬套，其构造为将所述安装部件固定在所述固定表面上，所述至少部分弹性的衬套响应于所述制动元件上的扭矩而至少部分地偏转。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述衬套包括弹性O形环。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器包括力阻式传感器或压敏电阻传感器中的至少一个。
8.一种电梯机器，包括：
机架；
至少部分地由所述机架支承的马达；
曳引轮，其能够通过所述马达而选择性地运动；
制动元件，其选择性地阻碍所述曳引轮的旋转；
安装部件，其安装在所述机架上，使得所述安装部件能够响应于所述制动元件上的扭矩而相对于所述机架部分地运动，所述扭矩是由于所述制动元件阻碍所述曳引轮的旋转而引起的；以及
传感器，其提供与所述安装部件相对于所述机架的运动相关联的力的指示。
9.根据权利要求8所述的电梯机器，其特征在于，包括：
扭矩模块，其基于来自所述传感器的指示而确定所述制动元件上的扭矩是否在所选的范围内。
10.根据权利要求9所述的电梯机器，其特征在于，
所述传感器包括第一感测元件和第二感测元件，所述第一感测元件提供在第一方向上的、与所述安装部件相对于所述机架的运动相关联的力的指示，并且所述第二感测元件提供在相反的第二方向上的、与所述安装部件相对于所述机架的运动相关联的力的指示；以及
所述扭矩模块确定由任一所述感测元件指示的力何时超过所选的阈值。
11.根据权利要求10所述的电梯机器，其特征在于，所述扭矩模块基于来自所述第一感测元件和所述第二感测元件的指示而确定所述制动元件上的扭矩何时处于零扭矩范围内，并且提供指示所述制动元件上的扭矩何时处于所述零扭矩范围之外的输出。
12.根据权利要求10所述的电梯机器，其特征在于，所述机架包括反作用表面，所述感测元件响应于所述安装部件上的扭矩而被偏压在所述反作用表面上。
13.根据权利要求9所述的电梯机器，其特征在于，包括马达控制器，其响应于所述扭矩模块的输出而调整由所述马达提供的扭矩，以用于释放所述制动元件上的对应的扭矩。
14.根据权利要求9所述的电梯机器，其特征在于，在所述曳引轮的所需运动期间，所述扭矩模块输出包括阻力制动的指示。
15.根据权利要求8所述的电梯机器，其特征在于，所述安装部件包括构造为将所述安装部件固定在所述机架上的至少部分弹性的衬套，所述至少部分弹性的衬套响应于所述制动元件上的扭矩而至少部分地偏转。
16.根据权利要求15所述的电梯机器，其特征在于，所述衬套包括弹性O形环。
17.根据权利要求8所述的电梯机器，其特征在于，所述传感器包括力阻式传感器或压敏电阻传感器中的至少一个。
18.一种监测制动器的方法，包括如下步骤：
检测造成制动器安装部件相对于相关联的固定表面运动的力；
确定所述检测的力是否在与所述制动器上的可接受的扭矩量相对应的范围内；以及
提供至少所述力是否在所述范围之外的指示。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，包括：
当相关联的电梯轿厢停止时，检测第一方向上的所述力；
提供相反的第二方向上的反作用力，直至所述第一方向上的力在所述范围内；以及
当所述检测的力处于所述范围内时，释放所述制动器。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，包括：
当所述力处于所述范围内时确定相关联的马达的操作条件；和
在释放所述制动器之前将所述马达置于所述操作条件下。
21.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，包括：
确定与所述反作用力相对应的第一马达电流，该反作用力导致所述第一方向上的力转变到所述范围内；
提供所述第二方向上的进一步的反作用力，直至所述第二方向上的力的量处于所述范围之外；
确定与转变至所述范围之外的所述第二方向上的力相对应的第二马达电流；
确定所述第一马达电流和所述第二马达电流的平均电流；以及
在释放所述制动器的时候将所述平均电流提供给与所述机器制动器相关联的马达。
22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，包括：
当与所述制动器相关联的电梯轿厢运动，并且所述制动器应该被脱开时，响应于检测所述力而提供阻力制动的指示。
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