CN102485627A - 一种运载装置和运载系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种运载装置和包括该运载装置的运载系统。公开的运载装置包括轿厢、对重、承重绳、曳引轮和发电机；曳引轮与发电机的输入轴相连；承重绳绕在曳引轮上，两端向下伸出，并分别与轿厢和对重相连；对重的重量大于轿厢的重量。利用本发明提供的运载装置时，可以先使轿厢停放在预定的、具有预定高度的位置，再形成预定负载；在轿厢和预定负载的重量大于对重的重量时；在轿厢空载时，由于对重的重量大于轿厢的重量，轿厢能够在对重作用下上升，到达预定高度的位置时停止，反复进行上述过程，可以将人或货物运送到较低的位置。因此，该运载装置能够在不消耗能量的情况下，实现运送功能。

Description

一种运载装置和运载系统

技术领域

本发明涉及一种发电技术，特别涉及一种运载装置，还涉及到一种包括该运载装置的运载系统。

背景技术

当前，随着城市化进程的加快，高层建筑提供的高层空间已经成为人们工作、生活或娱乐的重要场所。每天，许许多多的人被电梯从地面运送到高层建筑提供的高层空间，又有许许多多的人被电梯从高层建筑的高层空间运送到地面。众所周知，在上升或下降过程中，存在势能的变化；在上升过程中，电梯提供相应的动力，使人的身体势能增加，动能转换为势能；但是，在下降过程中，人的身体的势能虽然减小，但势能并没有转化为动能，而且，还需要电梯提供适当的动力，平衡人的体重，以保持下降的速度，保证运送安全。这样，在下降过程中，人的身体具有的势能不仅未转化为动能，还要消耗相应的能量。在将货物从高层空间运送到地面时，也存在不仅不能转化势能，还需要消耗相应能量的问题。

在当前节能降耗的时代背景下，如何在运送人或货物过程中，减少能量消耗是人们探索的重要问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种运载装置，该运载装置能够在不消耗能量的情况下，实现运送功能。

在提供上述运载装置的基础上，本发明还提供了一种运载系统。

本发明提供的运载装置包括轿厢、对重、承重绳、曳引轮和固定在预定基础上的发电机；所述曳引轮安装在预定基础上，且与所述发电机的输入轴相连；所述承重绳绕在所述曳引轮上，两端向下伸出，一端与所述轿厢相连，另一端与所述对重相连；所述对重的重量大于所述轿厢的重量。

可选的，所述运载装置还包括配重绳，所述配重绳一端与所述轿厢相连，另一端与所述对重相连，中间部分下垂。

可选的，所述运载装置还包括第一配重绳和第二配重绳，所述第一配重绳上端与所述轿厢相连，下端与预定基础接触；所述第二配重绳的上端与所述对重相连，下端与预定基础接触。

可选的，所述运载装置还包括定滑轮和配重绳，所述定滑轮与预定基础固定，所述配重绳绕在所述定滑轮上，两端向上伸出，一端与所述轿厢相连，另一端与所述对重相连。

可选的，所述运载装置还包括与所述曳引轮相对应的制动器。

本发明提供的运载系统包括控制装置和运载装置，所述运载装置为上述任一种运载装置，所述发电机的电流输出端与一个可控变流器的电流输入端相连；所述可控变流器的电流输出端与预定电负载相连；所述控制装置包括控制器和速度传感器，所述速度传感器获取发电机转子部分的转速，所述控制器根据速度传感器获取的转速信号向所述可控变流器发送控制信号，所述可控变流器根据该控制信号改变其电流输入端的输入电流。

可选的，所述可控变流器的电流输出端与超级电容组的电流输入端相连。

可选的，所述超级电容组的电流输出端与蓄电池组相连。

可选的，所述超级电容组的电流输出端还通过电网电控开关与外电网相连；所述控制器还能够控制电网电控开关的状态。

可选的，所述超级电容组的电流输出端还通过电阻电控开关与功耗电阻相连；所述控制器还能够根据速度传感器获取的转速信号控制电阻电控开关的状态。

可选的，所述发电机为永磁同步发电机，所述发电机的电流输出端与所述可控变流器的电流输入端之间连接有整流器。

可选的，所述运载装置还包括与所述曳引轮相对应的电控制动器，所述控制器还能够根据速度传感器获取的转速信号控制所述电控制动器的状态。

本发明提供的运载装置包括轿厢、对重、承重绳、曳引轮和固定在预定基础上的发电机；所述曳引轮安装在预定基础上，且与所述发电机的输入轴相连；所述承重绳绕在所述曳引轮上，两端向下伸出，一端与所述轿厢相连，另一端与所述对重相连；所述对重的重量大于所述轿厢的重量。利用本发明提供的运载装置时，可以先使轿厢停放在预定的、具有预定高度的位置；再使人进入轿厢、或将相应数量的货物装入轿厢内，形成预定负载；在轿厢和预定负载的重量大于对重的重量时，轿厢和预定负载就会克服对重的重力作用下降；在下降到位置较低的预定位置时，进行卸载，使轿厢空载；在轿厢空载时，由于对重的重量大于轿厢的重量，轿厢能够在对重作用下上升，到达预定高度的位置时停止；再使人进入轿厢，或将相应数量的货物装入轿厢内，形成预定负载，再使轿厢下降。反复进行上述过程，可以将人或货物运送到较低的位置；该运载装置能够在不消耗能量的情况下，实现运送功能。另外，在轿厢下降或上升过程中，承重绳能够驱动曳引轮旋转；由于曳引轮与发电机输入轴相连，能够驱动发电机运转，使发电机的电流输出端输出电流；通过对发电机电流输出端输出电流的控制可以改变发电机对承重绳形成的负载，进而为控制轿厢下降和上升速度提供前提。同时，还可以将人或货物的势能转化为可用的电能。

在轿厢上升或下降过程中，承重绳位于曳引轮两侧的部分重量是不断变化的；为减小由于曳引轮两侧的部分重量变化导致轿厢移动速度的变化，在一个技术方案中，还包括配重绳，所述配重绳一端与所述轿厢相连，另一端与所述对重相连，中间部分下垂；在另一个技术方案中，还包括第一配重绳和第二配重绳，所述第一配重绳上端与所述轿厢相连，下端与预定基础保持接触；所述第二配重绳的上端与所述对重相连，下端与预定基础保持接触；在第三个进一步的技术方案中，运载装置还包括定滑轮和配重绳，所述定滑轮与预定基础固定，所述配重绳绕在所述定滑轮上，两端向上伸出，一端与所述轿厢相连，另一端与所述对重相连。上述技术方案中，对重和轿厢下方的配重绳的长度也不断变化，从而能够至少抵消一部分承重绳重量的变化，进而减小由于曳引轮两侧承重绳的重量变化导致轿厢移动速度的变化。

在进一步的技术方案中，运载装置还包括与所述曳引轮相对应的制动器。该技术方案可以根据预定的方式对曳引轮施加制动力，进而使轿厢移动速度保持在预定的范围。也可以根据需要减速或制动，或作为调速装置，或进行停靠前的舒适性控制等等。

本发明的提供的运载系统除了包括上述运载装置之外，还包括控制装置，且所述发电机的电流输出端通过可控变流器与预定电负载相连；所述控制装置包括控制器和速度传感器，所述速度传感器获取发电机转子部分的转速，所述控制器根据速度传感器获取的转速信号向所述可控变流器发送控制信号，所述可控变流器根据控制信号改变该可控变流器电流输出端的输出电流。该技术方案中，通过控制装置可以根据发电机转子部分的转速改变可控变流器的电流输入端的输入电流，从而改变发电机转子线圈内电流，改变发电机转子对轿厢形成的阻力，通过对曳引轮转速的控制实现对轿厢移动速度的控制，这样，该运载系统就能够在控制电能输出的同时，控制运送速度。

在进一步的技术方案中，所述可控变流器的电流输出端与超级电容组的电流输入端相连，超级电容组的电流输出端与预定电负载相连。设置超级电容组可以将发电机输出的电能及时快速吸纳，为调节可控变流器输出电流提供更大的余地，为增加发电机转子线圈内电流的调节范围提供前提。

在进一步的技术方案中，所述超级电容组的电流输出端还通过电阻电控开关与功耗电阻相连；所述控制器还能够根据速度传感器获取的转速信号控制电阻电控开关的状态。这样，在其他外负载不能吸纳相应电流时，可以通过功耗电阻直接消耗超级电容组存储的电能，使超级电容组保持相应的吸纳电能的能力，保持足够的电流调节空间，从而使发电机转子线圈内保持相应电流，为平衡运载装置运转，保持对轿厢移动速度的控制提供前提。

附图说明

图1是本发明实施例提供的运载装置的结构示意图；

图2是本发明提供运载系统的控制原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

请参考图1，该图是本发明实施例提供的运载装置的结构示意图。该运载装置包括发电机100、曳引轮200、轿厢300、对重400和承重绳500。

该运载装置可以安装在高层建筑中，发电机100固定在预定基础上，通常安装在高层建筑建筑体上。曳引轮200同样安装在预定基础上，并可以进行旋转。曳引轮200与发电机100的输入轴相连；可以使曳引轮200直接与发电机100的输入轴固定，并使曳引轮200的旋转轴线与发电机100的输入轴的轴线重合；曳引轮200也可以通过适合的传动机构与发电机100的输入轴相连。承重绳500绕在曳引轮200上，两端分别从曳引轮200的两侧向下伸出，一端与轿厢300相连，另一端与对重400相连。同时，对重400的重量大于轿厢300的重量。

利用本发明提供的运载装置进行运送时，先使轿厢300停放在启动站，启动站可以位于高层建筑的预定高度位置。在启动站，使人进入轿厢、或将相应数量的货物装入轿厢300内，形成预定负载；在轿厢300和预定负载的重量大于对重400的重量时，释放轿厢3，轿厢3和预定负载会克服对重400的重力作用下降，并使对重400上升。在轿厢300下降到较低位置的停靠站时，使轿厢300停止。在停靠站，使轿厢300内的人走出，或将货物卸下，使轿厢300处于空载状态，再释放轿厢300；此时，由于对重400的重量大于轿厢300的重量，轿厢300能够在对重400作用下上升，从停靠站上升到启动站，再使人进入轿厢，或将相应数量的货物装入轿厢300内，形成预定负载；再使轿厢300下降。这样，反复进行上述过程，该运载装置就能够利用人或货物本身的势能，将人或货物从较高的位置运送到较低的位置，在不消耗能量的前提下，实现对人或货物的运送。

另外，在轿厢300下降过程中，承重绳500可以驱动曳引轮200旋转；由于曳引轮200与发电机100输入轴相连，能够驱动发电机100运转；发电机100通过其电流输出端输出电流，使发电机100的电流输出端输出相应电流；通过对发电机100电流输出端输出电流的控制可以改变发电机100对承重绳500形成的负载，进而为控制轿厢300下降速度，保证运送安全提供前提；同时，还可以将人或货物的势能转化为可用的电能。

根据上述描述可以看出，在轿厢300下降过程中，人或物的势能不仅能够通过承重绳500和曳引轮200带动发电机100运转，还能够带动对重400上升，提高对重400的势能，此过程中，一部分人或物的势能转化为对重的势能。为了充分利用人或物的势能，还可以在对重400下降，空载轿厢300上升时，使曳引轮200驱动发电机100运转，使发电机100输出预定电能。这样，在轿厢300上升或下降时，运载装置均可以将人或物的势能转化为电能。从能量转化角度而言，运载装置可以将更多的人或物的势能转化为电能。当然，通过适当设置，可以使轿厢300和对重400具有适当的重量，使轿厢300具有适当的额定负载，可以使轿厢300顺利上升和下降。

如图1所示，本发明实施例中，运载装置还包括与所述曳引轮200相对应的制动器210，以在紧急或预定的状态下，对曳引轮200进行制动或限制其旋转速度。

另外，在高层建筑中，也可以用本发明提供的运载装置与现有的电梯结合使用，在人或货物上升时，利用现有电梯进行运送，在人或货物下降时，利用本发明提供的运转装置进行运送，实现上升和下降的分流。这样不仅有利用高层建筑运送系统的管理，也可以大幅度提高运送效率。

由于现有的电梯上升和下降均在电力作用下运行，在发生火灾或在其他紧急情况时，电梯的动力源容易受到损坏；此时，电梯并不能作为紧急疏散的工具进行人员疏散。由于本发明提供的运转装置不需要外部电能，能够依靠自身的机构进行能量转化，在紧急情况下，可以依靠自身机构保证轿厢安全下降；从而，该运载装置可以用来作用人员疏散的工具，作为高层建筑的紧急救缓系统或逃生工具。

根据上述描述，在轿厢300上升或下降过程中，承重绳500位于曳引轮200两侧的部分长度不断变化；以图1为参照，在轿厢300下降时，承重绳500位于曳引轮200左侧部分的长度减小，位于曳引轮200右侧部分的长度增加，这样，对重400与承重绳500位于曳引轮200左侧部分的重量之和不断减小，轿厢300与承重绳500位于曳引轮200右侧部分的重量之和不断增加；在轿厢300上升时，承重绳500位于曳引轮200两侧部分以相反的方向变化。这不仅不利于轿厢300速度的控制，也不利于平衡发电机100的电能输出。

如图1所示，为了抵消承重绳500位于曳引轮200两侧部分长度变化而引起的重量变化，本发明实施例提供的运载装置还可以包括定滑轮700和配重绳600。定滑轮700位于较低的位置，且位于停靠站下部，并与预定基础固定，即高层建筑物的建筑体固定。配重绳600绕在定滑轮700上，两端分别向上伸出，一端与所述轿厢300的下部相连，另一端与对重400的下部相连。这样，在轿厢300下降时，配重绳500位于定滑轮700左侧部分的长度增加，位于定滑轮700右侧部分的长度减少，配重绳500长度变化至少能够部分抵消承重绳500的长度变化。在轿厢300上升时，配重绳500位于定滑轮700两侧部分呈相反方向变化，也能够至少部分抵消承重绳500的长度变化。为了更好地抵消承重绳500位于曳引轮200两侧部分长度变化而引起的重量变化，优选技术方案中，承重绳500与配重绳600为相同型号，单位长度的承重绳500与配重绳600重量相等。

本例中，运载装置包括两个定滑轮700，以在横向方向上，使配重绳600两端之间具有预定的距离，进而使配重绳600两端分别与轿厢300和对重400相对应。

另外，还可以通过其他方式抵消承重绳500位于曳引轮200两侧部分长度变化而引起的重量变化。比如：可以单独设置具有预定长度的配重绳，使配重绳一端与轿厢300相连，另一端与对重400相连，使其中间部分下垂；在运载装置运转过程中，在承重绳500位于曳引轮200两侧部分长度变化而引起的重量变化时，对重400和轿厢300下方的配重绳呈相反方向变化，从而能够至少部分抵消承重绳500的长度变化。还可以设置两个具有适当长度的配重绳，即第一配重绳和第二配重绳，使第一配重绳上端与轿厢300相连，下端与预定基础保持接触；使第二配重绳的上端与所述对重400相连，下端与预定基础保持接触；在运载装置运转过程中，对重400和轿厢300下部的第一配重绳和第二配重绳悬垂长度会产生相反的变化，从而也能够至少部分抵消承重绳500的长度变化。

为了实现对上述发电机设备的输出电能的控制，同时控制轿厢300的移动，本发明还提供了一种运载系统，该运载系统除了包括上述运载装置之外，还包括控制装置。

请参考图2，该图是本发明提供运载系统的控制原理示意图。

本发明实施例中，发电机100为永磁同步发电机，其电流输出端连接整流器101的输入端，整流器101的输出端连接可控变流器102的输入端，可控变流器102的输出端连接超级电容组104的输入端，超级电容组104的输出端与预定电负载相连。本例中，预定电负载包括外电网830、蓄电池组840和功耗电阻850。

超级电容组104的输出端与外电网830之间连接有电网电控开关831和变流器832，为了满足并入外电网830的需要，电网电控开关831为可控Boost电路，与前述整流器101相对应，变流器832为逆变器。超级电容组104的输出端同时通过电池电控开关841与蓄电池组840的充电端子相连，电池电控开关841也为可控Boost电路。同时，蓄电池组840输出端通过输出变流器842输出电能，该输出变流器842可以为逆变器，以为运载系统本身提供交流电，比如为运载系统的控制、照明、刹车等供电。同时，超级电容组104的输出端还通过电阻电控开关851与功耗电阻850相连。

控制装置包括电流电压检测单元843、控制器810和速度传感器820。电流电压检测单元843与蓄电池组840相连，用于检测蓄电池组840的状态。速度传感器820用于获取发电机转子部分的转速，速度传感器820可以是转速传感器，以检测曳引轮200的旋转速度，间接获得发电机转子部分的转速；也可以是其他速度传感器，并通过检测对重400、轿厢300或承重绳500的移动速度间接获得发电机转子部分的转速，还可以通过检测配重绳600的移动速度或定滑轮700的转速获得发电机转子部分的转速；本例中，速度传感器820与发电机100相连，并能够直接检测发电机100转子部分的转速。控制器810的输入端与速度传感器820和电流电压检测单元843相连，输出端分别与可控变流器102、电网电控开关831、电池电控开关841和电阻电控开关851的控制端相连。

上述运载系统的工作过程如下：

发电机100输出的电流经整流器101整流后，通过可控变流器102升压向超级电容组104供电；超级电容组104的输出端能够分别向外电网830、蓄电池组840和功耗电阻850供电。

控制装置根据预定策略控制运载系统，预定策略包括调速策略和供电策略；调速策略为调整轿厢300移动速度的策略，以保证运送安全；供电策略为向外供给电能的策略，以实现对运送速度的控制。

调速策略具体可以是：控制器810根据转速传感器820获得的发电机转子部分的转速，判断轿厢300的移动速度，在轿厢300的移动速度不符合预定要求时，向可控变流器102发送控制信号，可控变流器102根据控制信号改变其电流输入端的输入电流。可控变流器102电流输入端的输入电流改变时，通过发电机100转子部分的转子线圈内电流也会产生相应改变，发电机100对曳引轮200形成的阻力产生变化，实现对发电机转子部分的转速的调整，进而改变轿厢300的移动速度。具体是：在控制器810判断轿厢300下降速度大于预定值时，可以使可控变流器102电流输入端的输入电流增加，进而发电机100转子线圈的电流增大，发电机100对曳引轮200形成的阻力增加，曳引轮200转速降低，使轿厢300移动速度减小；通过反复调整，可以使轿厢300以预定速度或在预定范围内移动。超级电容组104的重要作用在于在储存适量电能的同时，为可控变流器102电流输出端的输出电流提供更大的可调范围，从而为在更大范围内调节可控变流器102电流输入端的输入电流提供前提。控制器810控制可控变流器101的具体方式可以是：根据转速传感器820获得的转速信号进行PID运算，并产生PWM信号，根据转速高低，调整PWM信号的占空比信号，通过具有预定占空比的PWM信号控制可控DC/DC充电器的电流输入端的输入电流。

供电策略可以包括按预定的优先序列向外负载供电，优先顺序可以是蓄电池组840、外电网830和功耗电阻850，即优先向蓄电池组840充电，在蓄电池组840充电完成或蓄电量达到预定量时，再向外电网830供电；在满足预定条件时，向功耗电阻850供电，以消耗发电机100输出电能，以使控制器810可以调节可控变流器102电流输入端的输入电流，增加控制器810的调速范围。具体调整方式如下：控制器810根据电流电压检测单元843的检测结果，判断是否向蓄电池组840充电，在判断结果为否时，控制器810通过适当的控制信号使电池电控开关841断开，使电网电控开关831闭合，使超级电容组104通过电网电控开关831向外电网830供电，并停止向蓄电池组840充电；在判断结果为是时，控制器810通过适当的控制信号使电网电控开关831断开，使电池电控开关841闭合，使超级电容组104通过电池电控开关841向蓄电池组840充电，并停止向外电网830供电。在控制器810根据转速传感器820获得的转速信号判断发电机100输出的电能超出超级电容组104的设计储能要求时，可以通过适当的控制信号使电阻电控开关851闭合，通过功耗电阻850消耗发电机100输出的电能。

上述策略仅仅是一个具体控制策略，根据实际需要，还可以在控制器810预置相应的程序，通过其他具体的策略控制轿厢300的移动速度和向外供电的方式。比如：可以使控制器810的输出端与电网电控开关831、电池电控开关841和电阻电控开关851的控制端相连，以分别控制功耗电阻850、蓄电池组840和外电网830的状态。

为了提高控制的适应性，运载装置的制动器210可以为电控制动器，并使电控制动器与控制器810相连，在转速传感器820检测到发电机转子部分的转速高于预定值时，控制器810可以根据转速传感器820获得的转速信号，向电控制动器输出相应的控制信号，通过电控制动器对曳引轮200制动，在转速传感器820检测到发电机转子部分的转速低于预定值，通过电控制动器释放曳引轮200；这样可以保证在运送人或货物时，人或货物的安全性。

根据上述描述，本领域技术人员还可以对上述运载系统进行改动，比如在特定情况下，可以使发电机100的电流输出端直接与预定负载相连，预定负载可以为外电网、蓄电池和功耗电阻中的一个或二个的组合。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种运载装置，其特征在于，包括轿厢、对重、承重绳、曳引轮和固定在预定基础上的发电机；所述曳引轮安装在预定基础上，且与所述发电机的输入轴相连；所述承重绳绕在所述曳引轮上，两端向下伸出，一端与所述轿厢相连，另一端与所述对重相连；所述对重的重量大于所述轿厢的重量。

2.根据权利要求1所述的运载装置，其特征在于，还包括配重绳，所述配重绳一端与所述轿厢相连，另一端与所述对重相连，中间部分下垂。

3.根据权利要求1所述的运载装置，其特征在于，还包括第一配重绳和第二配重绳，所述第一配重绳上端与所述轿厢相连，下端与预定基础接触；所述第二配重绳的上端与所述对重相连，下端与预定基础接触。

4.根据权利要求1所述的运载装置，其特征在于，还包括定滑轮和配重绳，所述定滑轮与预定基础固定，所述配重绳绕在所述定滑轮上，两端向上伸出，一端与所述轿厢相连，另一端与所述对重相连。

5.根据权利要求1-4任一项所述的运载装置，其特征在于，还包括与所述曳引轮相对应的制动器。

6.一种运载系统，包括控制装置和运载装置，其特征在于，所述运载装置为权利要求1-4任一项所述的运载装置，所述发电机的电流输出端与一个可控变流器的电流输入端相连；所述可控变流器的电流输出端与预定电负载相连；

所述控制装置包括控制器和速度传感器，所述速度传感器获取发电机转子部分的转速，所述控制器根据速度传感器获取的转速信号向所述可控变流器发送控制信号，所述可控变流器根据该控制信号改变其电流输入端的输入电流。

7.根据权利要求6所述的运载系统，其特征在于，所述可控变流器的电流输出端与超级电容组的电流输入端相连。

8.根据权利要求7所述的运载系统，其特征在于，所述超级电容组的电流输出端与蓄电池组相连。

9.根据权利要求7所述的运载系统，其特征在于，所述超级电容组的电流输出端还通过电网电控开关与外电网相连；所述控制器还能够控制电网电控开关的状态。

10.根据权利要求7所述的运载系统，其特征在于，所述超级电容组的电流输出端还通过电阻电控开关与功耗电阻相连；

所述控制器还能够根据速度传感器获取的转速信号控制电阻电控开关的状态。

11.根据权利要求6-10任一项所述的运载系统，其特征在于，所述发电机为永磁同步发电机，所述发电机的电流输出端与所述可控变流器的电流输入端之间连接有整流器。

12.根据权利要求6-10任一项所述的运载系统，其特征在于，所述运载装置还包括与所述曳引轮相对应的电控制动器，所述控制器还能够根据速度传感器获取的转速信号控制所述电控制动器的状态。

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