CN102448867B - 具有动态制动的双卷绕牵引升降机机械的模块配置 - Google Patents

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Abstract

一种用于无齿轮升降机的驱动系统，其中第一滑轮和第二滑轮均具有驱动马达，驱动马达驱动在由两个马达驱动的双卷绕牵引装置中的一组绳索，以提升和降低升降机轿厢。驱动系统还包括动态制动系统，其具有矩阵开关单元，用于将驱动马达与驱动功率的源连接和断开，且与电阻箱断开和连接，以便在动态制动期间接收来自驱动马达的电能。

Description

具有动态制动的双卷绕牵引升降机机械的模块配置
技术领域
本公开总体涉及升降机系统，且更具体地，涉及包括用于双卷绕牵引升降机的多个马达的升降机系统。
背景技术
典型的牵引升降机系统包括设置在井道中的轿厢和配重、相互连接轿厢和配重的多根绳索、和具有与绳索接合的牵引滑轮的机械。牵引升降机的驱动机械可具有牵引滑轮和电力提升马达，牵引滑轮具有用于升降机的提升绳索的沟槽，电力提升马达直接或通过传动装置驱动牵引滑轮。通过牵引滑轮马达的旋转驱动绳索，这导致轿厢和配重在井道内的再定位。牵引机械及其相关的电子设备以及例如调节器和安全部件的外围升降机部件通常被容纳在位于井道上方的机房中。
传统的牵引机械使用交流(AC)永磁提升马达，其在转子中具有永磁体以便改进机械的效率。然而，传统的机械受限于相对低的占空比和低速度。这些类型的机械对于较新的建筑而言是不实际的，这些建筑以升降机必须服务的越来越高的竖直高度而被建造。对于这些正变得越来越普通的较新的建筑物而言，现有的机械可能接近它们的设计极限。
在传统构造的无齿轮升降机机械中遇到的其中一个问题是它们大尺寸和重量。提升马达占用了相当大的空间且难以被运送至现场并安装。在大型升降机机械中，从提升马达传送转矩至牵引滑轮可能是个问题。对于针对数千千克的负载和若干米每秒的速度而设计的升降机而言，具有单个马达的传统机械不能通过适合安装在建筑中的尺寸和重量而形成足够的转矩和旋转速度。这在提升马达的电力驱动上强加了特殊要求以允许满标值地利用马达，且马达的尺寸变得难以使用。为了在构造具有大竖直高度的结构期间使此类提升马达就位，需要专门的设备和大型起重机。此外，马达和机械的尺寸以及所需面积可能大于升降机的井道的横截面面积，从而再次要求专门的安装装置。特殊要求通常导致复杂的系统或高的价格或两者。
因而，本领域需要开发一种升降机系统，其有效地利用可提供的空间且在宽范围的升降机应用(包括高的竖直结构)上满足任务负载和速度要求。此外，需要一种机械，其安装容易，且可以用普通的建筑起重机通过穿过井道提升该机械而定位。
在牵引升降机应用中的另一个问题涉及推进具有单层或双层轿厢的一个升降机的两个或更多的升降机传动系子单元的同步管理的需要。在电源中断的情况下，需要从正常操作至紧急制动的正确过渡。
对升降机驱动马达应用被动动态制动是升降机串联操作(tandem operation)中的关键部分。该制动系统是当过速和越程状况发生时停止升降机的大多数的唯一的方式。
发明内容
在一个实施例中，用于在称为双卷绕牵引升降机机械中的无齿轮升降机的驱动包括适于驱动第一滑轮的第一提升马达和用于驱动第二滑轮的第二提升马达。绳索系统从配重竖直地上升至第一机械滑轮，然后其环绕第一滑轮卷绕大约160度，向下行进至第二滑轮。接下来，绳索系统环绕第二滑轮且回到第一滑轮，从而环绕第二滑轮卷绕180度。绳索系统从第一滑轮前进至升降机轿厢。第一和第二滑轮两者均为马达驱动，从而在不使用极大马达的情况下极大地增加了提升能力。该马达是永磁同步马达。
驱动第一和第二滑轮的马达不是机械联接的。在另一个实施例中，公开了一种动态制动系统。该动态制动系统包括将两个马达并联地连接至公共马达驱动，同时规定各个马达将根据它的逆变器和控制算法(control logarithm)操作。单个电阻负载箱基于负载、逆变器和马达的大小设置了电阻值。该电阻负载箱在两个马达之间通过半导体开关连接。当动态制动操作时，马达从逆变器断开，且在通常连接的矩阵开关箱中的开关提供了平滑的动态制动。
附图说明
图1是具有在第一和第二滑轮上的马达的双卷绕无齿轮牵引升降机的示意图。
图2是图1中的滑轮的侧面立视图，图示了双卷绕装置。
图3是图2中的滑轮的侧面立视图，图示了双卷绕装置。
图4A和4B是在马达的正常(4A)和紧急(4B)操作中的动态制动系统的电气连接图。
图5是具有两个马达的备选的升降机系统的侧面立视图。
具体实施方式
图1图示了具有双卷绕牵引绳索系统11的无齿轮牵引升降机系统10。第一滑轮13由提升马达15驱动，而第二滑轮17由提升马达19驱动。功率源21(例如电力设施)通过电力线22向驱动单元23提供电功率。可变频率下的交流(AC)驱动功率由马达驱动单元23通过电力线24供给至马达15和19。提升马达15和19是永磁体AC马达，其随着驱动频率变化而改变速度。马达驱动单元23由控制器25和经由线路26传送的控制信号控制。马达驱动单元23可包括用于将AC输入功率转换成DC总线上的DC电压的转换器，和将来自DC总线的DC电压转换成AC驱动功率的逆变器(或多个逆变器)，该AC驱动功率具有由来自控制器25的控制信号决定的频率。
马达15和19经由轴27和28驱动滑轮13和17，且因而提供增加的转矩以允许系统10在更重和/或更高的升降机系统上使用。绳索系统11连接轿厢33和配重35。绳索系统11可包括一根绳索或可更通常地包括多根绳索，在一些情况下具有多达20根绳索。绳索由各种材料制成，例如比方说呈缆索形式并作为卷绕绳索的钢。绳索的数量和类型将决定滑轮的表面。考虑了可与本发明一起使用任何绳索系统，只要该绳索系统另外适合于升降机系统的大小和提升距离。
图1中显示了两个绳索系统，其中第一绳索37在合适的终端37a处附接至轿厢33，上升至第一滑轮13，在37b处环绕滑轮13通过且在37c处环绕第二滑轮17通过。第一绳索37然后在37d处再次向上延伸至第一滑轮13，然后在37e处环绕第二滑轮17，且在合适的终端37f处向下至配重35。类似地，第二绳索39在合适的终端39a处附接至轿厢33，上升至第一滑轮13，在39b处环绕滑轮12通过且在39c处环绕第二滑轮17通过。第二绳索39然后再次向上在39d处延伸至第一滑轮13，然后在39e处环绕第二滑轮17，且在合适的终端39f处向下至配重35。尽管显示为1：1绳索布置，但本发明可与其它绳索布置(例如2：1)一起使用。
为了增加升降机系统的转矩和任务潜力，使用了双卷绕牵引滑轮系统，其中第一或传统的驱动滑轮和第二滑轮两者均具有马达驱动。在传统的机械中，第二滑轮是惰轮。就是说，马达并不驱动第二滑轮。 马达15和19两者可为相同的大小和功率且被控制器25控制，如图1中所述。备选地，马达15和19由于它们的牵引能力可能具有不同的大小，例如当第一滑轮13和第二滑轮17具有不同程度的卷绕时。如果第二滑轮17具有较少的牵引，则马达19可具有较小的尺寸，且相反地，如果第二滑轮具有较大的牵引，则马达19可具有较大的尺寸。本文描述类型的提升马达可例如以高达7米/秒的速度操作，且可承载高达4500kg的任务负载，从而例如在非常高的建筑中倍增了升降机提升能力的大小和/或升降机行进的距离。
图2图示了一种方式，其中第一滑轮13与其轴线13c被对准，使得轿厢中心线41从第一滑轮13的中心线43偏移。类似地，配重35的中心线45从具有其轴线17c的第二滑轮17的中心线47偏移。 绳索37和39如以上参考图1所述而起作用。
图3(其是图2的侧视图)图示了对于绳索39环绕第一滑轮13和第二滑轮17的双卷绕布置。当然，对于用于本发明中的所有绳索而言相同描述都是真实的。绳索39的一端39a向下延伸至升降机轿厢(未在此处显示，但以和图1中相同的方式)，且另一端39f延伸至配重，也由于图示的便利而未显示。图1的轿厢33和配重35提升和降低升降机轿厢。绳索39被布置成使得当绳索系统提升升降机轿厢时，绳索39从绳索端39a移动，在39b处环绕滑轮13，在39c处以例如大约160度的卷绕角度向下至滑轮17，且在39e处以180度的角度从滑轮17返回至滑轮13，在39f处环绕滑轮13且在39g处返回至滑轮17，且随后以20度的最终角度在39h处向下至配重，经过端部39f。卷绕角度可从小于150度至多于170度变化，且尤其是大约160度。返回角度通过从180度减去卷绕角计算，且当卷绕角度为大约160度时将为大约20度。
图 4A和4B图示了两种模式下的动态制动系统61。在升降机系统的正常操作期间，制动系统61显示在图4A中，而图4B中显示的系统61为紧急制动系统。
动态制动系统61包括一对马达15和19，例如在先前附图中显示的那些，其中各个马达均驱动单独的滑轮。动态制动系统61、马达15和19由AC信号63的源提供功率，该AC信号63例如为60Hz信号，由于受控制器25的控制,其在马达驱动23中被转换成直流(DC)。马达驱动23然后使DC信号平滑成平坦信号且将其逆变成AC信号(例如从0Hz到100Hz)，例如用来通过驱动线路73和75驱动马达15和19。随着升降机在正常方式下上升和下降，能量流进和流出马达驱动23。图4A图示了在正常使用期间系统61的操作。然而，在超速和/或超程的状况下，特别是当任何机械制动系统失效时，将需要动态制动。应该指出的是存在与用于升降机系统中的马达相关的至少一个机械制动，且那些机械制动通常足以停止升降机的移动。系统61为当机械制动不如意图那样发挥作用时的那些时刻而提供。
图4B图示了动态制动实施例。马达驱动23适于感测升降机系统是处在紧急模式中，例如当发生绳索制动或其它机械或电气失效时。乘客也可触发指示紧急事件的紧急开关或按钮。马达驱动23然后将马达15和19从功率断开，如由穿过功率线路73和75的x所示。矩阵开关箱77根据经由线路79来自马达驱动23的信号激活包含在其中的开关，以产生开关状态，其避免导致在马达15和19之间的相等和相反相电流，从而避免将不充当动态制动的零制动转矩。当由这些马达产生的电流被送入电阻箱81时，矩阵开关箱77维持了马达15和19之间的速度相等，将能量消散成热，且导致马达15和19逐渐停止，且因而停止升降机轿厢。
在两个马达的情况下，如上所述，当制动电阻驱散制动能量时，矩阵开关箱77被布置成使得各个马达15和19均经历另一个的卷绕。这在马达15和19两者的转子上产生了瞬时制动转矩。在正常操作期间以及在紧急停止期间，控制器25同步马达15和19两者的速度和转矩。
图5图示了串行系统101的二维视图，串行系统101结合了被机械地彼此退耦的两个永磁体(PM)马达103和105。马达103和105通过绳索系统111驱动滑轮107和109，以提升和降低升降机轿厢113和配重115。绳索系统111包括与滑轮107一起操作的第一绳索111a和与滑轮109一起操作的第二绳索111b，使得在其中，第一绳索111a和第二绳索111b偏移以经过彼此提升和降低升降机轿厢和配重115。
图5的串行系统101还适于与以上在附图4A和4B中显示的动态制动系统61一起使用，使得马达103和105也由以如上所述的方式控制器控制，例如在正常操作期间的马达驱动23和在动态制动中的矩阵开关箱77。
尽管已参考了优选实施例描述了本发明，但本领域技术人员将认识到可在形式上和细节上做出改变而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (19)

1.一种用于具有升降机轿厢和配重的无齿轮升降机的驱动系统，所述驱动系统包括：
第一提升马达；
由所述第一提升马达驱动的第一滑轮；
第二提升马达；
由所述第二提升马达驱动的第二滑轮；以及
布置在双卷绕牵引装置中的绳索系统，用于提升和降低所述升降机轿厢，使得当由所述第一提升马达和第二提升马达驱动时，所述绳索系统卷绕所述第一滑轮和第二滑轮；
其中所述第一滑轮与所述第二滑轮具有不同的牵引，且所述第一提升马达和所述第二提升马达根据所述滑轮工作时具有的所述牵引而设置尺寸。
2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述双卷绕牵引装置被布置成使得所述绳索系统在一端处连接至升降机轿厢，而在所述绳索系统的另一端处连接至配重。
3.根据权利要求2所述的驱动系统，其特征在于，所述双卷绕牵引装置被布置成使得所述绳索系统经过所述第一滑轮，在卷绕所述第一滑轮后延伸至所述第二滑轮，在卷绕所述第二滑轮后从所述第二滑轮返回至所述第一滑轮，然后在卷绕所述第一滑轮后从所述第一滑轮返回至所述第二滑轮，然后在卷绕所述第二滑轮后下降至所述配重。
4.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述第二滑轮具有较少的牵引且所述第二提升马达具有比所述第一提升马达成比例地更低的功率。
5.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述第一滑轮和所述升降机轿厢各自具有彼此偏移预定距离的中心，且其中所述第二滑轮和所述配重各自具有彼此偏移相同的所述预定距离的中心。
6.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述第一提升马达和所述第二提升马达均受用于提供驱动功率的控制器控制，所述控制器还互相连接至动态制动单元，所述动态制动单元包括矩阵开关单元，由此所述控制器适于将所述第一提升马达和第二提升马达与第一功率连接或断开，且所述矩阵开关单元适于将所述第一提升马达和所述第二提升马达连接至电阻箱，用于在动态制动期间接收来自所述第一提升马达和第二提升马达的电能。
7.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述第一提升马达和所述第二提升马达具有相同功率规格。
8.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述绳索系统包括多根绳索。
9.一种双卷绕牵引升降机系统，包括：
升降机轿厢；
配重；
第一滑轮；
第二滑轮；
绳索系统，用于提升和降低所述升降机轿厢和所述配重，所述绳索系统经过所述第一滑轮，延伸至所述第二滑轮，经过所述第二滑轮，延伸至所述第一滑轮，然后返回至所述第二滑轮；
其中，第一提升马达驱动所述第一滑轮且第二提升马达驱动所述第二滑轮；
其中所述第一滑轮与所述第二滑轮具有不同的牵引，且所述第一提升马达和所述第二提升马达根据所述滑轮工作时具有的所述牵引而设置尺寸。
10.根据权利要求9所述的升降机系统，其特征在于，所述第一滑轮和所述升降机轿厢各自具有彼此偏移预定距离的中心，且其中所述第二滑轮和所述配重各自具有彼此偏移相同的所述预定距离的中心。
11.根据权利要求9所述的升降机系统，其特征在于，所述第一提升马达和所述第二提升马达均受用于提供第一功率的控制器控制，所述控制器还互相连接至动态制动单元，所述动态制动单元包括矩阵开关单元，由此所述控制器适于将所述第一提升马达和第二提升马达与所述第一功率连接或断开，且所述矩阵开关单元适于将所述第一提升马达和所述第二提升马达连接至电阻箱，用于在动态制动期间接收来自所述第一提升马达和第二提升马达的电能。
12.根据权利要求9所述的升降机系统，其特征在于，所述第一提升马达和所述第二提升马达具有相同功率规格。
13.根据权利要求9所述的升降机系统，其特征在于，所述绳索系统包括多根绳索。
14.一种用于具有升降机轿厢和配重的无齿轮升降机的驱动系统，所述驱动系统包括：
第一提升马达；
由所述第一提升马达驱动的第一滑轮，所述第一滑轮通过第一绳索系统附接至升降机轿厢；
第二提升马达；
由所述第二提升马达驱动的第二滑轮，所述第二滑轮通过第二绳索系统附接至所述升降机轿厢，使得所述两个绳索系统布置成用于提升和降低所述升降机轿厢的配置，使得所述第一提升马达和第二提升马达结合以驱动所述第一绳索系统和所述第二绳索系统以升高和降低所述升降机轿厢；以及
用于向所述第一提升马达和第二提升马达提供功率的控制器，所述控制器还互相连接至动态制动单元，所述动态制动单元包括矩阵开关单元，由此所述控制器适于将所述第一提升马达和第二提升马达与第一功率连接或断开，且所述矩阵开关单元适于将第一提升马达和第二提升马达连接至电阻箱，用于在动态制动期间接收来自所述第一提升马达和第二提升马达的电能；
其中所述第一滑轮与所述第二滑轮具有不同的牵引，且所述第一提升马达和所述第二提升马达根据所述滑轮工作时具有的所述牵引而设置尺寸。
15.根据权利要求14所述的驱动系统，其特征在于，各个绳索系统在一端处连接至所述升降机轿厢，且在所述绳索系统的另一端处连接至配重。
16.根据权利要求14所述的驱动系统，其特征在于，所述第一绳索系统和所述第二绳索系统各自卷绕与其相关的所述滑轮180°。
17.根据权利要求14所述的系统，其特征在于，所述第一提升马达和所述第二提升马达具有相同功率规格。
18.根据权利要求14所述的驱动系统，其特征在于，所述绳索系统包括多根绳索。
19.根据权利要求14所述的驱动系统，其特征在于，第一滑轮绳索系统和第二滑轮绳索系统偏移以经过彼此提升和降低所述升降机轿厢和所述配重。
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