CN102574478B - 具有电磁制动器的输送系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输送系统，包括一可沿一大体竖直定向的移动路径运动的运送装置(1)和一直线电动机，所述直线电动机包括一布置在所述运送装置(1)上的初级部分(2)和一沿所述移动路径布置的次级部分(3)，其中，所述初级部分(2)具有一初级绕组(4)和至少一个永磁体(5)，所述次级部分(3)沿所述移动路径方向具有一轮廓，所述轮廓包括多个交替布置的槽和齿(6)。为了提高运行安全性，所述次级部分(3)上设有一制动绕组(7)，所述制动绕组所采用的布置方式允许所述制动绕组与所述永磁体(5)相互作用，从而产生一用以制动所述运送装置(1)的制动力。

Description

具有电磁制动器的输送系统

技术领域

本发明涉及一种输送系统，其包括一运送装置，可沿一大体竖直定向的移动路径运动；以及一直线电动机，包括一布置在所述运送装置上的初级部分和一沿所述移动路径布置的次级部分，其中，所述初级部分具有一初级绕组和至少一个永磁体，以及其中，所述次级部分沿所述移动路径方向具有一轮廓，所述轮廓包括多个交替布置的槽和齿。

背景技术

现有技术中存在各种各样能够将人员或货物从第一高度水平输送至第二高度水平的输送系统。升降机或起重机的移动路径是纯竖直定向的。但是，山区铁道或登山索道(尤其是齿轨铁路)在克服高度差的同时还会产生明显的水平位移。无论是纯竖直定向的移动路径，还是具有有限斜率、但仍以克服高度差为主要目标的移动路径，在本申请范围内都统称为“大体竖直定向的移动路径”。

现有的输送系统大多配有旋转式电动机和用于将电动机的旋转运动转化为相关运送装置的平移运动的绳索牵引系统。这类系统结构复杂，体积庞大。

DE102005017500A1揭示一种具有同步直线电动机的人员输送系统。为了简化人员输送系统的结构并降低其成本，该方案提出用同步直线电动机驱动人员输送系统，并且为该同步直线电动机配置无永磁体的齿轮齿条式次级部分，初级部分则固定在输送人员所用的运送装置上。初级部分包括用于产生磁场的线圈和永磁体，二者相互作用以便驱动直线电动机，进而达到驱动运送装置的目的。次级部分未设永磁体，因而防尘抗污性能极佳。这种直线电动机受系统因素影响实施为短定子电动机，无论在该案所述及的直线电动机还是在本申请案中，“定子”这一概念都是指可加载电枢电流的元件，与该元件能否会动无关。与永磁体布置在次级部分的常规直线电动机相比，这种直线电动机成本低很多。当移动路径较长，需要次级部分有较大空间延伸度时，这一成本优势特别突出。

如果不设置旋转系统所需要的绳索传动装置，由直线电动机驱动的输送系统中也就必然缺少与绳索传动装置部分联接的运行制动装置和安全制动装置。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提高由直线电动机驱动的输送系统的运行安全性。

本发明用以达成上述目的的解决方案为一种输送系统。据此，该输送系统包括：

-一运送装置，可沿一大体竖直定向的移动路径运动，

-一直线电动机，包括一布置在所述运送装置上的初级部分和一沿所述移动路径布置的次级部分，

-其中，所述初级部分具有一初级绕组和至少一个永磁体，

-其中，所述次级部分沿所述移动路径方向具有一轮廓，所述轮廓包括多个交替布置的槽和齿，以及

-其中，所述次级部分上设有一制动绕组，所述制动绕组所采用的布置方式允许所述制动绕组与所述永磁体相互作用，从而产生用以制动所述运送装置的制动力，其中所述输送系统包括一可将所述制动绕组短路或者可为所述制动绕组连接一电容器的开关，其中，所述电容器与一制动电阻并联或串联。

根据一种有利的实施方式，所述次级部分不设永磁体。

根据一种有利的实施方式，所述制动绕组以单个齿线圈或多个串联齿线圈的形式布置在所述次级部分的至少一部分齿上。

根据一种有利的实施方式，采用能使所述制动绕组在所述输送系统不通电时短路或者与所述电容器连接的配置。

根据一种有利的实施方式，输送系统包括一缓冲元件，所述缓冲元件以机械方式为所述运送装置制动至其完全停止运动，其中，所述缓冲元件布置在所述大体竖直的移动路径的一下端。

根据一种有利的实施方式，所述输送系统实施为升降机，特别是载人升降机。

如果在没有外部供能的情况下将永磁电动机中的绕组短路，永磁电动机就会产生制动力，本发明对永磁电动机的这一特性加以了利用。为了尽量提高正常运行时的电效率，传统永磁电动机的绕组所采用的设计使得绕组短路所产生的制动力仅达到电动机最大推进力的1/5至1/3左右。这一点不仅适用于旋转式电动机，也适用于本案重点涉及的直线电动机。如果运送装置可沿大体竖直定向的移动路径运动的输送系统所使用的驱动系统采用经济型设计，那么这样的制动力一般而言是不够的。移动路径纯竖直定向的升降机更是如此。

在本发明输送系统内部起驱动作用的直线电动机的次级部分具有一齿条形轮廓。该次级部分优选不设永磁体且由多个彼此间电性绝缘的单个电工钢片构成，以便达到减小铁损的目的。当永磁初级部分运动时，次级部分中产生交变磁通。

即使当输送系统全面断电，不需要为初级部分中的永磁体供电来产生激励场时，也会产生这一交变磁通。这种断电就是故障，此时需要制动运送装置以避免人身损害和/或财产损失。本发明的实现方案是：制动绕组布置在次级部分上，使得永磁体的磁场在运送装置因自身重量和荷载重量而向下运动时在所述制动绕组中产生感应电压。如果将制动绕组电性短路或者以其他方式激活制动绕组，这个感应电压就会产生循环电流(“涡电流”)，以此来对抗引发该感应电压的起因，即运送装置的下降运动。也就是会产生一个像涡流制动所能产生的制动力，并且该制动力完全不受驱动装置的供能影响。亦即，制动绕组以电磁方式产生理想的制动力，从而避免运送装置在故障情况(例如断电)下不受控地向下掉落。

布置在次级部分上的制动绕组是一附加电动机组件，其与直线电动机的驱动无关。因此，在对初级绕组和永磁体进行以优化电动机运行(例如提高效率或者将初级部分重量减至最轻)为目标的设计时，完全不用考虑这个制动绕组。

根据本发明的优选设计方案，所述次级部分的齿条形轮廓有助于实现极其简单的结构，其中，所述制动绕组以单个齿线圈或多个串联齿线圈的形式布置在所述次级部分的至少部分齿上。这些齿线圈也可以采用传统的多相定子绕组所采用的星形或三角形接线法，将制动绕组加装到现有系统中时，这能降低该制动绕组的绕线成本。

当直线电动机不处于制动模式时，制动绕组必须开路运行，以免产生不需要的制动力。根据本发明的有利设计方案，为能转换成制动模式，所述输送系统包括一可将所述制动绕组短路或者可为所述制动绕组连接一电容器的开关，其中，所述电容器与一制动电阻并联或串联。所述开关优选采用能使所述制动绕组在所述输送系统不通电时短路或者与所述电容器或所述电容器和所述制动电阻所构成的串联电路或并联电路连接的配置。借此确保直线电动机在任何一种故障情况下都能进入“制动”工作模式。举例而言，当输送系统的整个供电装置发生故障时，采用上述配置的开关能确保制动绕组短路或者与电容器或电容器和制动电阻所构成的串联电路或并联电路连接，从而总是能产生制动效果，避免运送装置因自身重量和荷载重量而不受控地向下掉落。

发生故障时，开关一闭合，制动绕组就会产生与速度有关的制动力。这个制动力符合力-速度特性，通过为制动系统设定适当的尺寸，这个力-速度特性优选将使得运送装置尽可能有控制地柔和制动。举例而言，为了获得最佳制动特性，可以选择这样一个电容器，当运送装置达到理想速度时，该电容器与制动绕组的电感共同形成谐振频率。如果选择这样一个电容器，那么当运送装置达到理想速度时，制动绕组的阻抗和该电容器的阻抗就正好相互抵消，如此一来，与电容器及制动电阻连接的制动绕组的交流阻抗仅取决于该制动电阻。在此情况下，整个感应电压在制动电阻上发生下降。该制动电阻内转化成热量的能量达到最大值。

本发明的电磁制动系统只有在初级部分运动时才能发挥作用，因为只有当初级部分运动时，制动绕组中才会产生感应效果。相应地，所述输送系统中优选设有一缓冲元件，该缓冲元件以机械方式为运送装置制动，直至其完全停止运动，其中，这个缓冲元件布置在所述大体竖直的移动路径的下端。采用本发明这一有利实施方式时，运送装置总是在移动路径的最低端位上停止运动。这一点对于实施为升降机(尤其是载人升降机)的输送系统而言特别有利，因为这样能确保乘客总是可以在最底层的明确位置上走出升降机。而当现有技术中的已知载人升降机发生故障时，乘客舱通常会停留在升降井中的不特定位置上，所以只有在维修人员将乘客舱送到升降机门所在位置后，乘客才能从升降机中出来。

本发明的电磁制动器以被动、非接触方式进行工作，性能可靠，无磨损，免维护，因而特别适合用来执行安全相关任务。所述制动系统优选仅由两个非常可靠、耐用的硬件组件构成，一个是静止绕组，即所述制动绕组，另一个是不通电时就闭合的短路开关。此外还可以在升降机常规运行过程中，例如在其空载运行时，随时以无磨损的方式自动检验检测该制动系统的有效性。

附图说明

下文将借助附图所示的实施例对本发明进行详细说明，其中：

图1为按照本发明实施方式进行设计的升降系统的示意图；

图2为本发明实施方式所提供的输送系统的运送装置中制动力与下降速度之间的关系图；以及

图3为按照本发明另一实施方式进行设计的另一升降系统的示意图。

具体实施方式

图1为按照本发明实施方式进行设计的升降系统的示意图。这种特殊的输送系统包括实施为人员输送舱的运送装置1。这个运送装置1上设有直线电动机的初级部分2。相应的次级部分3布置在升降井中。在这一特殊应用领域，次级部分3沿纯竖直定向的移动路径进行安装。次级部分3具有齿条结构。亦即，沿该移动路径交替分布着齿6和每两个齿6之间所形成的槽。次级部分3由多个彼此间电性绝缘的单个电工钢片构成，以便尽量将次级部分3中的铁损降至最低。此外，次级部分3中不设任何永磁体。产生推进力所需要的磁场仅由初级部分2产生。

为此，初级部分2包括初级绕组4，该初级绕组同样实施为齿线圈，安装在初级部分2的齿上。初级部分2每个齿的中央各设有一永磁体5。永磁体5分别沿每个齿线圈的线圈轴布置。电动机原理基于永磁体5的“激励磁场”和通电初级绕组4的“电枢磁场”，这两个元件与次级部分的齿形结构相互作用，从而产生直线电动机的磁性推进力。

由于次级部分3内部未设任何永磁体，环境因素对图示直线电动机的影响非常小。传统直线电动机的永磁体设在次级部分3，只有初级绕组4的线圈布置在初级部分2中，与之相比，本发明的次级部分3空间延伸度很大，即覆盖整个移动路径，因而其制造成本远低于传统直线电动机的次级部分。

为了使所述直线电动机具有制动功能，特别是在故障情况下能够产生制动效果，次级部分3上装有制动绕组7。这个制动绕组由多个插在次级部分3的齿6上的单个齿线圈构成。齿线圈7单个连接或串联连接，或者分成多组后再串联连接。在齿线圈(tooth coil)的这个串联电路中还设有开关8，仅为运送装置1制动时闭合该开关。当运送装置1正常运行时，制动绕组7的齿线圈处于开路状态。

开关8采用必须主动断开的配置，因此它在不通电时处于闭合状态。借此确保制动绕组7在断电时肯定会被短路，从而避免运送装置1不受控地向下掉落。

因此，若想用制动绕组7为运送装置1制动，就需要将开关8闭合。运送装置1的下降速度以及由此引起的初级部分的平移运动使得永磁体5在制动绕组7中产生感应电压。制动绕组7中由此产生感应电流，这个电流所产生的磁场与永磁体5的磁场相互作用。这一相互作用所产生的效果是抵消它自身的起因，即运送装置1的下降速度。换言之就是，制动绕组7的磁场使运送装置1得到制动。

但是就其本质而言，只有当运送装置1处于运动状态时，才会产生上述电磁制动效果。为了使运送装置1得到最终制动而停止运动，所述输送系统还包括图中未予绘示的缓冲元件，该缓冲元件以机械方式为运送装置制动，直至其完全停止运动。这个缓冲元件布置在移动路径的下部区域，即升降井的下端。

图2为本发明实施方式所提供的输送系统的运送装置中制动力F_B与下降速度V_B之间的关系图。通过为制动绕组采用能优化制动性能的设计与接线方案，不但能达到必要的制动力，即必要的制动特性F(v)，还能使运送装置无论在何种负荷条件下始终以稳定而明确的下降速度安全地缓慢下降。制动绕组的设计是以达到理想下降速度为目标，直线电动机的设计是以产生理想推进力为目标，二者之间完全没有影响。因此，可以在以理想推进力为目标对直线电动机进行优化的同时将其调整至最佳效率。

图3为按照本发明另一实施方式进行设计的另一升降系统的示意图。与图1所示系统组件相同的系统组件沿用同样的参考符号。

在电动机原理和布置方式方面，本实施方式所使用的直线电动机与图1所示的直线电动机相一致。不同于图1的是，次级部分3由四个串接在一起的纵向模块构成。每个纵向模块各具有一个制动绕组7。此外，每个纵向模块均采用能达到理想的速度-制动力特性的尺寸。这样就能将一次性完成设计后的系统以模块化方式应用于不同长度的升降井，并且无论升降井长度为多少，系统都将按照相同的力-速度特性发挥制动作用。

每个纵向模块均包括一开关8，借助该开关可以将相应的制动绕组7接到电容器9和制动电阻10所构成的串联电路上。当升降系统正常运行时，开关8处于断开状态，即制动绕组7处于开路状态。发生故障时，开关8将制动绕组7接到上述串联电路上。电容器9所采用的尺寸使得其当升降舱处于理想下降速度时，在故障情况下正好能消除制动绕组7的电感。因此，感应电压完全是在制动电阻10上发生下降。如此一来，运送装置1下降而产生的动能将在制动电阻10中全部转化为热量。

制动绕组7的一种替代接线方案是将制动电阻10与电容器9并联。

本发明在次级部分上布置制动绕组这一方案只有与本申请所提出的直线电动机原理(即用于产生“激励场”的永磁体布置在初级部分，而非像传统直线电动机那样布置在次级部分)相结合才能发挥其相应作用。因为只有这样才能在故障情况下取得理想的感应制动效果。如果将永磁体像常规直线电动机那样布置在次级部分，发生故障时就产生不了实际制动效果。因而与传统直线电动机相比，本发明所提出的电动机原理具有系统优势。

本发明制动系统的优势在纯竖向运行的输送系统中特别突出，因为主要考虑到人员安全，能否可靠制动对于这类输送系统而言特别重要。但是，这样一种制动系统也非常适用于需要以有限斜率克服一定高度差的输送系统。因此按照本发明的设想，沿斜率较大但有限的移动路径输送人员或货物的山区铁道或登山索道也可以配置上述驱动和制动系统。

Claims (6)

1.一种输送系统，包括：

一运送装置(1)，可沿一大体竖直定向的移动路径运动，以及

一直线电动机，包括一布置在所述运送装置(1)上的初级部分(2)和一沿所述移动路径布置的次级部分(3)，

其中，所述初级部分(2)具有一初级绕组(4)和至少一个永磁体(5)，以及

其中，所述次级部分(3)沿所述移动路径方向具有一轮廓，所述轮廓包括多个交替布置的槽和齿(6)，

其特征在于，

所述次级部分(3)上设有一制动绕组(7)，所述制动绕组(7)能够与所述永磁体(5)相互作用，从而产生一用以制动所述运送装置(1)的制动力而无需外部供能，

其中，

所述输送系统包括一可将所述制动绕组(7)短路或者可为所述制动绕组(7)连接一电容器的开关(8)，其中，所述电容器与一制动电阻并联或串联，其中所述开关(8)采用能使所述制动绕组(6)在所述输送系统不通电时短路或者与所述电容器连接的配置。

2.根据权利要求1所述的输送系统，其中，所述次级部分(3)不设永磁体。

3.根据权利要求1或2所述的输送系统，其中，所述制动绕组(7)以单个齿线圈或多个串联齿线圈的形式布置在所述次级部分(3)的至少一部分齿上。

4.根据权利要求1所述的输送系统，其包括一缓冲元件，所述缓冲元件以机械方式为所述运送装置制动至其完全停止运动，其中，所述缓冲元件布置在所述大体竖直的移动路径的一下端。

5.根据权利要求1所述的输送系统，其中，所述输送系统实施为升降机。

6.根据权利要求5所述的输送系统，其中，所述升降机为载人升降机。