CN102648142B - 测量装置、电驱动器、升降机以及电梯系统 - Google Patents

测量装置、电驱动器、升降机以及电梯系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种确定电机（2）的转子（3）的位置和/或运动的测量装置（1）、电驱动器（15）和电梯系统（18）。该测量装置包含磁感应带（4），其磁性被实现成沿着带子的纵向变化。

Description

测量装置、电驱动器、升降机以及电梯系统
技术领域
本发明涉及位置和/或运动的测量，尤其涉及电机的转子的位置和/或运动的测量。
背景技术
为了调整电动机的转矩，有必要拥有有关转子的磁极位置的信息。另外，为了调整电动机的运动，需要有关转子转动的反馈。
转子的磁极位置传统上通过像旋转变压器（resolver）那样、测量位置数据的绝对传感器来检测。旋转变压器的测量精度相当低。此外，像其它绝对传感器那样的旋转变压器一般必须安装在电动机的主轴上，由于电动机的结构，这可能是一项艰巨的任务。安装在主轴上的绝对传感器也可能使电动机的轴长增加。
为了测量位置数据和/或运动，也使用，例如，光学编码器。但是，光学编码器的操作易于受例如杂质或烟雾干扰。另外，由于缺乏空间，光学编码器可能难以与电动机一起安装。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题的一些问题。为此，本发明公开了如权利要求1所述测量电机的转子的位置和/或运动的测量装置、如权利要求10所述的升降机、如权利要求16所述的电驱动器、如权利要求17所述的电梯系统和如权利要求18所述的电梯系统。本发明的优选实施例公开在从属权利要求中。
在本发明的测量装置中，使用特定磁感应带(magnetic band)读取转子位置和/或运动数据。本发明的测量装置可以灵活地布置在电机中的所希望地方。
本发明的测量装置包含磁感应带，所述磁感应带的磁性被实现成可沿着带子的纵向变化。以这样的方式将磁感应带附在电机的旋转部分上，即将磁感应带装配成围绕转子的转轴旋转。该测量装置还包含感测沿着磁感应带纵向变化的上述磁性的阅读器，所述阅读器紧邻磁感应带地被安装在电机的静止部分上。磁感应带优选地具有沿着带子的纵向一个接着一个的相继部分，所述相继部分的每两个具有相互不同的磁性。在一个实施例中，磁感应带具有至少两条平行通道，所述通道的每一条包含沿着带子的纵向一个接着一个的相继部分，以及不同平行通道在一个接着一个的所述相继部分的布置和/或出现频率方面相互不同。这样的实现使得可以识别带子的旋转方向。
在本发明的优选实施例中，将磁感应带放置在围绕转子转轴的大致圆形环上。
在本发明的实施例中，沿着磁感应带的纵向一个接着一个的两个相继部分生成的磁场在强度方面相互不同。在本发明的实施例中，沿着磁感应带的纵向一个接着一个的两个相继部分生成的磁场沿着彼此相反的方向取向。
在本发明的实现中，磁感应带产生的磁场的强度沿着带子的纵向大致正弦地变化。当要通过磁感应带确定绝对位置时，这样的解决方案是有利的。
在本发明的优选实施例中，将阅读器安排成根据处在紧邻阅读器的位置上的磁感应带部分的磁性和/或磁性的变化产生测量信号。该测量装置优选地包含磁感应带读取电路，该磁感应带读取电路具有感测磁性的上述阅读器产生的测量信号的输入端，以及该读取电路具有代表电机的转子的位置和/或运动的数据的输出端。
本发明的升降机的旋转部分包含可旋转地安装在升降机的主体部分上的驱动滑轮。该升降机还包含固定在升降机的主体部分上的驱动滑轮护板。该驱动滑轮护板从升降机的主体部分延伸到驱动滑轮的侧面，以便将驱动滑轮容纳在护板与主体部分之间的剩余空间内。该升降机以这样的方式配有如上的测量装置，即让包含在测量装置中的磁感应带与升降机的旋转部分装配在一起，而包含在测量装置中的阅读器与驱动滑轮护板装配在一起。驱动滑轮优选的是中空的，以及磁感应带优选地装配在中空驱动滑轮内。这样，使升降机非常紧凑，并且可以缩小升降机的外部尺度。在本发明的优选实施例中，经由轴承将驱动滑轮支承在升降机的主体部分上。这种轴承存放在随驱动滑轮一起旋转并与驱动滑轮集成在同一主体中的轴承外壳中。
在一种实现中，将轴承外壳装配在中空驱动滑轮内，且该轴承外壳配有磁感应带的经过加工安装表面。可以将磁感应带直接固定在轴承外壳中经过加工的安装表面上；但是，在本发明的优选实施例中，将磁感应带安装在分立安装环上，且该安装环被固定在轴承外壳中经过加工的安装表面上。
通过至少两个不同点将驱动滑轮护板安装在升降机的主体部分上，以便提高升降机的刚性。尤其在沿着轴向的总尺度小于升降机沿着径向的总尺度的大致扁平升降机的情况下，这样的硬化解决方案是有利的。
本发明的电驱动器包含电机和变频器，该变频器产生控制该电机的变幅和变频电源电压。装配在电机中的是测量电机的转子的位置和/或运动的如上的测量装置。该电机优选地包含同步电动机。在本发明的优选实施例中，电机的旋转部分包含为磁感应带形成的安装表面，该安装表面围绕转子的转轴旋转，所述安装表面与转子转轴的距离大致恒定。在一种实现中，将数据传送连接线配备在磁感应带阅读器与变频器之间，以便将代表电机的转子的位置和/或运动的数据发送给变频器。
本发明的电梯系统包含控制电梯轿厢运动的如上所述的电驱动器。将电梯控制单元安排成确定电梯轿厢在电梯井中的位置，从磁感应带阅读器中获得的代表电机的转子的运动和/或位置的数据用于这种确定。
本发明的电梯系统使用如上所述的升降机来实现。
本发明的磁感应带优选地可以装配在电机的内侧上，但也可以装配在电机的外侧上，例如，在电机的空间节约或结构性质方面最有利的地方。同样，阅读器相对于磁感应带的附着点可以灵活选择，并且可以将阅读器放置在电机的外侧或内侧上。
在可靠性方面，基于磁场的测量比例如光学测量更有利，因为磁场的通道不会以在基于光学的测量设备中干扰电磁辐射的通道的方式受例如杂质或烟雾干扰。此外，用在光学传感器中的LED的服务寿命相当有限，例如，大约使用100000小时。此外，本发明的磁感应带在许多情况下可以实现成相当长的带子，因为可以在半径显著大于使用现有技术的传感器时可能的半径的圆圈上围绕转子的转轴装配。磁感应带的较长长度使磁感应带可以沿着带子的纵向包含大量例如周期性变化信息。用在测量中的大量信息提高了磁感应带的测量精度。
上面的总结以及下面说明的本发明的其它特征和优点可以从如下描述中得到更好理解。
附图说明
在下文中，将参照本身不是限制本发明的应用范围的实施例子以及附图对本发明作更详细描述，在附图中：
图1a-1c可视化了按照本发明的测量装置；
图2可视化了本发明的测量装置的布置；
图3可视化了按照本发明的电驱动器；
图4可视化了按照本发明的电梯系统；
图5可视化了按照本发明的磁感应带；
图6可视化了按照本发明的升降机；以及
图7示出了从两个不同方向看过去的按照本发明的磁感应带安装环。
具体实施方式
图1a展示了带有按照本发明的测量装置1的电梯升降机2的侧视图，测量装置1装配在其中，用于测量升降机2的转子3的位置和/或运动。图1b代表在前视图中看到的包含在测量装置中的磁感应带4。图1c展示了按照本发明的磁感应带4的一部分和感测磁感应带4的磁性的包含在测量装置中的阅读器8的更详细视图。
磁感应带4沿着转子3的圆周附在电梯升降机2的旋转部分上。为此，转子3的圆周配有磁感应带4的安装表面11，该安装表面11形成围绕转子转轴7的圆圈，其与转子转轴7的距离大致恒定。将磁感应带4放置在围绕转子转轴7的大致圆环11上的安装表面11上。磁感应带4优选地用粘合剂固定在表面11上。将磁感应带阅读器8放置在线路板13上，且阅读器8紧邻磁感应带4地附在电梯升降机2的静态主体部分9上。
如图1c可视化，磁感应带4由两条平行通道10A、10B组成，且这些通道的每一条包含沿着带子4的纵向一个接着一个的相继部分5A、5B；6A、6B。磁感应带4是这样实现的，使一个接着一个的每两个相继部分5A、5B；6A、6B产生的磁场彼此相反地取向。由于这个原因，磁感应带包含例如铁磁材料，该铁磁材料的内部磁矩在一个接着一个的每两个相继带4部分5A、5B；6A、6B中通过外部强磁场沿着彼此相关方向被取向。相继部分5A、5B；6A、6B也可以例如以这样的方式实现，即在一个接着一个的每两个相继部分5A、5B；6A、6B中，磁场强度的绝对值相互不同，或在两个相继部分5A、5B；6A、6B之一中，磁场强度是零。
在通道10B中，一个接着一个的相继部分6A、6B的出现频率大于通道10A中相继部分5A、5B的出现频率。磁感应带阅读器8具有两个测量头，其中的第一个读取磁感应带的第一通道10A中沿着带子的纵向一个接着一个的相继部分5A、5B，而其中的第二个读取磁感应带的第二通道10B中沿着带子的纵向一个接着一个的相继部分6A、6B。阅读功能在这里是使用感应线圈实现的，感应线圈产生每当线圈下面的磁感应带的磁场发生变化时就检测一个脉冲的测量信号。取代线圈，测量头也可以使用像霍尔传感器或磁阻传感器那样，对磁场有反应的其它传感器来实现。磁感应带的旋转速度可以例如通过计算测量信号脉冲之间的时间间隔或单位时间的测量信号脉冲数来确定。由于磁感应带的通道10A、10B中一个接着一个的相继部分5A、5B；6A、6B的出现频率相互不同，所以除了磁感应带4的旋转速度之外，也可以通过比较读取不同通道10A、10B的线圈的测量信号确定磁感应带4相对于磁感应带阅读器8的旋转方向。像这种揭示旋转方向那样的双通道测量信号也可以通过在磁感应带4的不同通道10A、10B中设置一个接着一个的相继部分，以便它们彼此具有给定相移来实现，在该情况下，旋转方向可以通过比较两个通道10A、10B的测量信号的相移来检测。
通过使上述磁感应带4配有附加通道/相继部分，也可以通过磁感应带读取转子3的绝对位置。另外，在磁感应带中也可以包括磁感应带4的相继部分5A、5B；6A、6B的位置和/或出现频率和/或磁性不同于磁感应带的其余部分的一个或多个参考点。在这种情况下，转子位置数据通过累计从磁感应带阅读器中获取的脉冲来确定，并且在上述一个或多个参考点上校正累计位置数据。
图5代表包含两条平行通道10A、10B、按照本发明实施例的磁感应带。磁感应带产生的磁场的强度在两条通道中沿着带子的纵向大致正弦地变化。磁场的强度通过例如磁阻传感器或霍尔传感器从每条通道10A、10B中读取。因此，获取沿着磁感应带4的纵向正弦变化的两个测量信号。磁场的正弦变化的周期时间31在两条通道10A、10B中是相同的，但磁场的正弦变化在两个通道之间存在90°相移。因此，通过比较两条通道10A、10B的正弦测量信号，可以在通过正弦测量信号的周期时间31确定的磁感应带部分中确定阅读器8相对于磁感应带4的位置。在本发明的一个实施例中，磁感应带中正弦变化周期的个数被选择成与电动机中极对的个数相同。
图2示出了按照本发明的电梯升降机2的剖视图，它包含放置在不同部分中、例如按照可视化在图1和/或图5中的实施例子的磁感应带4和阅读器8的组合体。图2中的电动机是将永久磁铁安装在转子3上的永久磁铁同步电动机。将电梯的驱动滑轮6与转子3集成在一起。定子22与转子3之间的气隙几乎与转子的转轴7平行。转子3和驱动滑轮6被轴承27可旋转地支承在升降机的主体部分上。将轴承27安装在与驱动滑轮6集成在同一主体中的轴承外壳34中。
固定在升降机的主体部分33上的驱动滑轮护板28延伸到驱动滑轮6的一侧，以便将驱动滑轮6容纳在护板28与主体部分33之间的剩余空间中。
从图2中可以看出，磁感应带阅读器8可以固定在例如定子22的安装框架9上，或静态驱动滑轮护板28上。磁感应带4通过粘合剂固定在机器2的旋转部分上，以便磁感应带4围绕转子的转轴7旋转。磁感应带可以布置成例如如图2所示那样，以便沿着大致水平或垂直方向读取磁感应带4。磁感应带4优选地放置在由转子3、定子22和其间的气隙形成的磁路的外部，因此保证了电动机中旋转的磁通量不会干扰转子位置和/或运动的测量。
图3代表包含电机2和变频器16的按照本发明的电驱动器15。电机2包含同步电动机。变频器16包含整流器部分24和逆变器部分23，它包含将来自交流电源25的电力供应给同步电动机2的电子开关。整流器部分24整流来自交流电源25的恒频交流电压，产生到变频器的直流电压中间电路的直流电压。逆变器部分23将直流电压中间电路的直流电压重新转换成控制同步电动机2的变幅和变频电源电压。装配在电机2中的是测量电机的转子的位置和/或运动、按照例如图1和/或图5的实施例子的测量装置。因此，将数据传送连接线17配备在变频器16与附在电机2的静止部分上的磁感应带阅读器8之间，使指示电机2的转子的位置和/或运动的数据可以传递给变频器16。测量装置包含磁感应带读取电路13，该磁感应带读取电路13具有磁感应带阅读器8产生的双通道测量信号12的输入端。该磁感应带读取电路13还具有代表电机的转子3的位置和/或运动的数据14的输出端。磁感应带读取电路13被安排成以这样的方式处理磁感应带阅读器的测量信号12，即将代表电机的转子3的位置和/或运动的数据14转换成变频器16的控制器25可理解的形式。所述转子位置和/或运动数据14用于变频器的转矩控制和速度控制两者。
图6以简化形式可视化了按照本发明的电梯升降机。除了形式简化之外，图6中的升降机基本上类似于例示在图2中的那个；但是，除了别的以外，图6给出了升降机中驱动滑轮护板28的布置和固定的更详细例示。图6还可视化了已经例示在图2中磁感应带4和阅读器8的布置，但现在从另一个方面看过去。
升降机的旋转部分包含驱动滑轮6，驱动滑轮6被轴承支承在升降机的主体部分33上。升降机的轴向总尺度小于升降机的径向总尺度，因此升降机在升降机的转轴方向大致扁平。固定在升降机的主体部分33上的驱动滑轮护板28延伸到驱动滑轮6的侧面，以便将驱动滑轮6容纳在护板28与主体部分33之间的剩余空间内。通过三个不同点32将驱动滑轮护板28固定在升降机的主体部分上以提高升降机的刚性。包含在本发明的测量装置中的磁感应带4与升降机的旋转部分装配在一起，而包含在测量装置中的阅读器8与驱动滑轮护板28装配在一起。
轴承悬置通过将轴承27安装在旋转轴承外壳34中来实现。将轴承外壳34、驱动滑轮6和转子3集成在单个主体中。轴承外壳34被装配在中空驱动滑轮6内。在轴承外壳中加工出带有附着磁感应带4的安装表面的边缘。
图6中的升降机与图2中的升降机的不同之处在于将磁感应带4固定在按照图7的分立安装环35上，并进一步将安装环固定在轴承外壳34上。
图4代表带有例如按照图3中的实施例子的电驱动器15的电梯系统18，电驱动器15装配在其中，用于控制电梯轿厢19的运动。在电梯系统18中，电梯轿厢19和平衡物通过从电梯升降机2的驱动滑轮上面绕过的绳索悬置在电梯井21中。这里，电梯升降机2也紧邻电梯井壁地处在电梯井21中。电梯升降机2是盘状的(discoid)，是尽可能扁平的设计，以便在电梯井21中沿着电梯轿厢19的运动方向占据最小空间。通过用按照本发明的磁感应带和阅读器8的组合体取代装配在升降机2的转轴上的绝对编码器实现了空间节约。
通过升降机2使电梯轿厢19在电梯井21中运动。电力通过变频器16从电网25供应给电梯升降机2。为了控制升降机的转矩和运动，在阅读器8与变频器16之间的数据传送连接线17上将来自磁感应带阅读器8的测量信号传递给变频器16。
电梯控制单元20为电梯轿厢19计算要在电梯井21中移动电梯轿厢19的速度分布。这是电梯控制单元20需要知道沿着电梯井21电梯轿厢19每个时刻所处的位置的原因之一。在本发明的这个实施例中，电梯控制单元20通过将指示电梯升降机的转子的位置和/或运动的从磁感应带阅读器8中获得的数据用于位置计算，计算电梯轿厢19在电梯井中的位置。在电梯井21的门区上，使用从门区传感器30中获得的测量数据校正从升降机的转子的位置和/或运动数据中计算的电梯轿厢位置。
上面参考几个实施例子对本发明作了描述，但对于本领域的普通技术人员来说，显而易见，本发明不完全局限于上述的实施例，而是许多其它实施例也可以在如权利要求书限定的发明构思的范围之内。

Claims (14)

1.一种升降机，包括：
旋转部分，包括可旋转地安装在所述升降机的主体部分上的驱动滑轮；
其特征在于，所述升降机包括：
驱动滑轮护板，其固定在升降机的主体部分上，并延伸到驱动滑轮的侧面，以便将驱动滑轮容纳在护板与主体部分之间的剩余空间内；以及
测量装置，用于测量电机(2)的转子(3)的位置和/或运动，其特征在于，所述测量装置包含磁感应带(4)，
并且由所述磁感应带(4)产生的磁场的强度沿着磁感应带(4)的纵向大致正弦地变化；
将磁感应带(4)附在电机的旋转部分(6)上，以便将磁感应带(4)装配成围绕转子的转轴(7)旋转；以及
所述测量装置(1)包含感测沿着磁感应带纵向变化的磁性的阅读器(8)，所述阅读器(8)紧邻磁感应带(4)地被安装在驱动滑轮护板上。
2.按照权利要求1的升降机，其特征在于，上述磁感应带(4)具有沿着带子的纵向一个接着一个的相继部分(5A、5B，6A、6B)，所述相继部分(5A、5B，6A、6B)的每两个具有相互不同的磁性。
3.按照权利要求1或2的升降机，其特征在于，磁感应带(4)具有至少两条平行通道(10A、10B)，所述通道的每一条包含沿着带子的纵向一个接着一个的相继部分(5A、5B；6A、6B)，以及不同平行通道在一个接着一个的所述相继部分(5A、5B；6A、6B)的布置和/或出现频率方面相互不同。
4.按照权利要求1的升降机，其特征在于，将磁感应带(4)放置在围绕转子的转轴(7)的大致圆形环(11)上。
5.按照权利要求的1的升降机，其特征在于，沿着磁感应带的纵向一个接着一个的两个相继部分(5A、5B；6A、6B)生成的磁场在强度方面相互不同。
6.按照权利要求1的升降机，其特征在于，沿着磁感应带的纵向一个接着一个的两个相继部分(5A、5B；6A、6B)生成的磁场沿着彼此相反的方向取向。
7.按照权利要求1的升降机，其特征在于，将上述阅读器(8)安排成根据处在紧邻阅读器的位置上的磁感应带部分(5A、5B；6A、6B)的磁性和/或磁性的变化产生测量信号(12)。
8.按照权利要求1的升降机，其特征在于，测量装置(1)包含磁感应带读取电路(13)，该磁感应带读取电路(13)具有感测磁性的上述阅读器(8)产生的测量信号(12)的输入端，以及该读取电路(13)具有代表电机的转子的位置和/或运动的数据的输出端。
9.按照权利要求1的升降机，其特征在于，驱动滑轮(6)是中空的；
以及磁感应带(4)装配在中空驱动滑轮(6)内。
10.按照权利要求1的升降机，其特征在于，经由轴承(27)将驱动滑轮(6)支承在升降机的主体部分(33)上；
以及所述轴承被安装在随驱动滑轮(6)集成在同一主体中的轴承外壳(34)中。
11.按照权利要求10的升降机，其特征在于，将轴承外壳(34)装配在中空驱动滑轮(6)内。
12.按照权利要求10或11的升降机，其特征在于，轴承外壳(34)配有附着磁感应带(4)的经过加工安装表面(11)。
13.按照权利要求1的升降机，其特征在于，将磁感应带(4)附在分立安装环(35)上。
14.一种电梯系统，其特征在于，所述电梯系统包含在电梯井中移动电梯轿厢的按照前面权利要求的任何一项的升降机。
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Denomination of invention: Measuring device, electric drive, elevator and elevator system

Granted publication date: 20141203

Patentee: KONE Corp.