CN103303773A - 电梯辅助转矩装置、电梯及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯辅助转矩装置，包括辅助电机、储能装置、电力变换器、辅助转矩控制器、辅助转矩传递装置，所述辅助转矩控制器根据辅助转矩指令和所述储能装置的储能状态和所述辅助电机的检测电流对所述电力变换器进行控制，使得所述储能装置的储能状态保持在一定范围内的前提下所述辅助电机产生的辅助转矩跟踪辅助转矩指令。本发明还公开了应用该电梯辅助转矩装置的电梯及其控制方法。本发明的电梯辅助转矩装置及应用该电梯辅助转矩装置的电梯能够提供大驱动转矩、利用再生能量实现电梯节能、有效降低电梯电源及相应电气回路的电气容量、对曳引摩擦系数要求低、在绳索断裂时仍能对轿厢进行有效制动、有效应对轿厢意外滑移等。

Description

电梯辅助转矩装置、电梯及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电梯辅助转矩装置，特别是一种利用辅助电机为电梯提供辅助转矩的装置；本发明还涉及应用该电梯辅助转矩装置的电梯及其控制方法。

背景技术

目前，在绝大多数的电梯中，作为轿厢在井道中升降的动力源的驱动系统通常仅包含有一个驱动电机。但是，在某些特定情况下，为了实现大驱动转矩、节能等目标，电梯驱动系统中也会包含有两个或多个转矩发生装置，如：中国发明专利申请公布说明书CN1289376C(申请号：03129484.7，授权日：2006年12月13日)为了解决大载重量、中高速电梯所需的大驱动转矩问题，提出了一种利用双曳引驱动系统来驱动电梯的方案，该双曳引驱动系统包括两台曳引电机、两套逆变器和一个控制器，控制器同时控制两台曳引电机，藉此实现利用两台小容量曳引电机为电梯提供所需驱动转矩的目的；中国发明专利申请公布说明书CN1832897A(申请号：200480022842.1，申请日：2004年06月25日)和日本公开特许公报平1-271381(公开日：1989年10月30日)(主要是在其说明书第1页右下栏第10行至第20行、第6页右上栏第2行至第7页左上栏第2行及附图10)提出在原有电梯驱动系统的基础上增设一转矩辅助装置和辅助控制装置，辅助控制装置根据来自于称量装置的轿厢负载控制转矩辅助装置，使得转矩辅助装置在轿厢负载大于规定值时向驱动绳轮提供辅助转矩。

上述公开技术方案虽然利用多个曳引电机或转矩辅助装置实现了大驱动转矩、节能等目标，但却存在如下缺点：

a)未涉及电梯再生能量的再利用问题，没有提供通过充分利用再生能量实现电梯节能的技术方法；

b)尽管利用多个曳引电机或曳引电机与转矩辅助装置的组合实现了单个曳引电机和转矩辅助装置的电容容量的降低，但却未能有效降低为其提供电能的电源及相应电气回路的电气容量；

c)电梯所需驱动转矩完全依赖驱动绳轮与绳索间的摩擦传递，使得曳引绳轮尺寸大、对曳引绳轮与绳索间的摩擦系数要求高；

d)无法在绳索断裂时对轿厢进行有效制动；

e)无法有效应对因曳引绳轮与绳索间摩擦系数降低而导致的制动力下降所引起的轿厢意外滑移。

因此，开发一种能够提供大驱动转矩、利用再生能量实现电梯节能、有效降低为其提供电能的电源及相应电气回路的电气容量、对曳引绳轮与绳索间的摩擦系数要求低、在绳索断裂时仍能对轿厢进行有效制动从而避免常规电梯因急停而导致的冲击、有效应对轿厢意外滑移等的电梯辅助转矩装置以及应用该电梯辅助转矩装置的电梯就成为一个有待解决的重要课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够提供大驱动转矩、利用再生能量实现电梯节能、有效降低为其提供电能的电源及相应电气回路的电气容量、对曳引绳轮与绳索间的摩擦系数要求低、在绳索断裂时仍能对轿厢进行有效制动从而避免常规电梯因急停而导致的冲击、有效应对轿厢意外滑移等的电梯辅助转矩装置以及应用了该电梯辅助转矩装置的电梯，克服现有技术中存在的上述缺点。

为解决上述技术问题，本发明的电梯辅助转矩装置的技术解决方案为：

包括：用于产生辅助转矩的辅助电机、用于存储所述辅助电机产生的电能并在所述辅助电机电动运行时将所存储的电能提供给所述辅助电机的储能装置、用于对所述辅助电机产生的电能进行变换的电力变换器、用于控制所述电力变换器的辅助转矩控制器和用于向电梯传递所述辅助电机产生的辅助转矩的辅助转矩传递装置，所述辅助转矩控制器根据辅助转矩指令和所述储能装置的储能状态和所述辅助电机的检测电流对所述电力变换器进行控制，使得所述储能装置的储能状态保持在一定范围内的前提下所述辅助电机产生的辅助转矩跟踪辅助转矩指令；所述电力变换器由双向DC-DC变换器、直流电容器和辅助逆变器依次串联构成，所述双向DC-DC变换器用于对在所述储能装置与所述直流电容器间流动的电能进行变换使其符合流动目的地的要求，其一端与所述储能装置相连，另一端与所述直流电容器相连；所述直流电容器用于电能在所述储能装置与所述辅助逆变器间流动的中间缓冲，其一端与所述双向DC-DC变换器相连，另一端与所述辅助逆变器相连；所述辅助逆变器用于对在所述直流电容器与所述辅助电机间流动的电能进行变换使其符合流动目的地的要求，其一端与所述直流电容器相连，另一端与所述辅助电机相连，所述辅助转矩控制器包括：根据所述储能装置的储能状态和所述直流电容器的端电压对所述双向DC-DC变换器进行控制使得所述直流电容器的端电压维持恒定或跟踪其指令值、藉此实现电能在所述储能装置和所述直流电容器间的流动的储能装置控制单元，根据辅助电机转矩指令或者辅助电机转矩指令和所述辅助电机的检测电流对所述辅助逆变器进行控制使得所述辅助电机产生的辅助转矩跟踪辅助电机转矩指令的辅助转矩控制单元，或者所述电力变换器为一辅助逆变器，该辅助逆变器用于对在所述储能装置与所述辅助电机间流动的电能进行变换使其符合流动目的地的要求，其一端与所述储能装置相连，另一端与所述辅助电机相连，所述辅助转矩控制器根据所述储能装置的储能状态和所述辅助电机的检测电流对所述辅助逆变器进行控制，使得所述辅助电机产生的辅助转矩跟踪辅助电机转矩指令；所述电力变换器还包括一并联在所述辅助逆变器直流侧两端的能耗电路和一能耗控制器，该能耗电路由一能耗电阻和一开关电路串联组成，所述能耗控制器根据所述辅助逆变器直流侧电压对所述开关电路进行控制，当所述辅助逆变器直流侧电压超出一预定值时，闭合所述开关电路，藉此实现能耗电阻的耗能；所述辅助转矩传递装置是能将所述辅助电机产生的辅助转矩传递至电梯轿厢或驱动绳索的电梯导靴滚轮、轿厢反绳轮或特别增设的滚轮中的任意一种或多种。

本发明还公开了一种应用该电梯辅助转矩装置的电梯，其技术解决方案为：

包括：用于驱动电梯的驱动电机从而实现电梯轿厢和对重在井道升降的电梯驱动系统，根据驱动电机转矩指令控制所述电梯驱动系统的电梯驱动控制器，电梯辅助转矩装置，和根据电梯运行状况生成驱动电梯所需的总驱动转矩(即总转矩指令)并进一步生成所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令的转矩指令生成单元，所述辅助电机与所述驱动电机所产生的转矩之和跟踪所述驱动转矩生成单元生成驱动电梯所需的总转矩指令；所述转矩指令生成单元生成的所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令恒等于所述总转矩指令，所述电梯驱动控制器根据所述驱动电机转矩指令对所述电梯驱动系统进行控制使得所述驱动电机生成的转矩跟踪驱动电机转矩指令，所述辅助转矩控制器根据所述辅助电机转矩指令对所述电力变换器进行控制，使得所述辅助电机产生的转矩跟踪辅助电机转矩指令，藉此实现所述辅助电机与所述驱动电机所产生的转矩之和对所述总转矩指令的跟踪；对于所述转矩指令生成单元生成的所述总转矩指令，采用所述驱动电机和所述辅助电机中的一方来输出转矩，且当总转矩指令大于所述驱动电机和所述辅助电机中的转矩输出方的最大力矩时，所述驱动电机和所述辅助电机中的转矩输出方输出其最大力矩，不足转矩由另一方来输出；对于所述转矩指令生成单元生成的总转矩指令，所述驱动电机和所述辅助电机中的一方输出由轿厢与对重间的质量差产生的不平衡转矩(即静力矩)，另一方输出驱动轿厢按照其速度图形运行所需的动力矩；所述辅助电机仅在电梯加速或减速运行时输出辅助转矩作为实现电梯轿厢加速或减速运行时动能改变所需的转矩，为实现电梯运行过程中的势能改变、系统损耗以及克服由电梯轿厢与对重间的质量差产生的不平衡力矩由所述驱动电机输出；所述转矩指令生成单元在超出所述辅助电机和所述驱动电机输出的最大转矩范围的条件下在电梯允许的最大速度和/或速度范围内以极小化乘客乘梯时间为目标来生成所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令；当所述电梯的轿厢出现意外滑移时，所述辅助电机和/或所述驱动电机输出制动转矩使得轿厢停止滑移或返回原位置。

本发明还公开了一种电梯的控制方法，其技术解决方案为，包括如下步骤：

步骤1：由转矩指令生成单元根据电梯运行的速度指令及速度反馈值计算总转矩指令；

步骤2：由转矩指令生成单元根据总转矩指令进一步生成所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令；

对于所述转矩指令生成单元生成的所述总转矩指令，采用所述驱动电机和所述辅助电机中的一方来输出转矩，且当总转矩指令大于所述驱动电机和所述辅助电机中的转矩输出方的最大力矩时，所述驱动电机和所述辅助电机中的转矩输出方输出其最大力矩，不足转矩由另一方来输出；或者

对于所述转矩指令生成单元生成的所述总转矩指令，采用所述辅助电机来输出转矩，且当总转矩指令不超过所述辅助电机输出转矩的最大值时，由所述辅助电机输出所述总转矩指令指示的全部转矩，不启动所述驱动电机，藉此实现电梯能耗的降低；或者

对于所述转矩指令生成单元生成的总转矩指令，所述驱动电机和所述辅助电机中的一方输出由轿厢与对重间的质量差产生的不平衡转矩即静力矩，另一方输出驱动轿厢按照其速度指令所需的动力矩；或者

所述辅助电机仅在电梯加速或减速运行时输出辅助转矩作为实现电梯轿厢加速或减速运行时动能改变所需的转矩，为实现电梯运行过程中的势能改变、系统损耗以及克服由电梯轿厢与对重间的质量差产生的不平衡力矩由所述驱动电机输出；或者

所述转矩指令生成单元在不超出所述辅助电机和所述驱动电机输出的最大转矩范围的条件下在电梯允许的最大速度和/或速度范围内以极小化乘客乘梯时间为目标来生成所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令，或者

当所述电梯的轿厢出现意外滑移时，所述转矩指令生成单元生成所述辅助电机和/或所述驱动电机的转矩指令，使得所述辅助电机和/或所述驱动电机输出制动转矩使得轿厢停止滑移或返回原位置；

步骤3：所述辅助转矩控制器和所述电梯驱动控制器分别根据所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令对所述辅助电机和所述电梯驱动电机进行控制，从而实现所述辅助电机和所述电梯驱动电机的输出转矩对各自指令的跟踪。

本发明可以达到的有益效果是：

1)通过对再生能量的再利用实现电梯节能；

2)减小电梯电源及相应电气回路的电气容量；

3)降低电梯所需驱动转矩对驱动绳轮与绳索间摩擦的依赖，有利于曳引绳轮尺寸的减小；

4)在绳索断裂时仍可对轿厢进行制动，有效避免常规电梯因急停而导致的冲击；

5)避免因曳引绳轮与绳索间摩擦系数降低而导致制动力下降所引起的轿厢意外滑移。

附图说明

图1是本发明的电梯辅助转矩装置的第一种结构示意图；

图2是本发明的电梯辅助转矩装置的第二种结构示意图；

图3是本发明的电梯辅助转矩装置的第三种结构示意图；

图4是本发明的电梯辅助转矩装置的第四种结构示意图；

图5是本发明的应用所述电梯辅助转矩装置的电梯。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

具体实施方式

实施例一

参见图1所示的本发明的电梯辅助转矩装置的结构示意图，本发明的电梯辅助转矩装置包括：用于产生辅助转矩的辅助电机、用于存储所述辅助电机产生的电能并在所述辅助电机电动运行时将所存储的电能提供给所述辅助电机的储能装置、用于对所述辅助电机产生的电能进行变换的电力变换器、用于控制所述电力变换器的辅助转矩控制器和用于向电梯传递所述辅助电机产生的辅助转矩的辅助转矩传递装置。辅助电机是感应电机或永磁同步无齿轮曳引机；所述储能装置可为蓄电池、超级电容和纳米电容的一种或多种组合，所述储能装置的充电状态是指可由储能装置状态检测器直接检测得到或可经推算间接得到的、能够体现所述储能装置的实际储能情况或容量使用情况的参数的一种或多种参数的组合；所述电力变换器由双向DC-DC变换器、直流电容器和一辅助逆变器依次串联构成；所述双向DC-DC变换器用于对在所述储能装置与所述直流电容器间流动的电能进行变换使其符合流动目的地的要求，其一端与所述储能装置相连，另一端与所述直流电容器相连；所述直流电容器用于电能在所述储能装置与所述辅助逆变器间流动的中间缓冲，其一端与所述双向DC-DC变换器相连，另一端与所述辅助逆变器相连；所述辅助逆变器用于对在所述直流电容器与所述辅助电机间流动的电能进行变换使其符合流动目的地的要求，其一端与所述直流电容器相连，另一端与所述辅助电机相连；所述辅助转矩控制器包括根据所述储能装置的储能状态和所述直流电容器的端电压对所述双向DC-DC变换器进行控制使得所述直流电容器的端电压维持恒定或跟踪其指令值藉此实现电能在所述储能装置和所述直流电容器间流动的储能装置控制单元和根据辅助电机转矩指令和所述辅助电机的检测电流对所述辅助逆变器进行控制使得所述辅助电机产生的辅助转矩跟踪辅助电机转矩指令的辅助转矩控制单元。

所述辅助转矩控制器根据辅助转矩指令、储能装置状态检测器检测得到的所述储能装置的储能状态和所述辅助电机的检测电流对所述电力变换器进行控制，使得所述储能装置的储能状态保持在其工作范围内的前提下所述辅助电机产生的辅助转矩跟踪辅助转矩指令，具体原理如下：

辅助转矩控制器中的储能装置控制单元采用电压电流双闭环控制结构，主要由电压控制器、限幅器和电流控制器组成。所述直流电容器的端电压与其指令值间的差值作为输入信号被送入电压控制器，电压控制器根据输入的电压差输出初始电流指令值，该初始电流指令值经限幅器限幅处理后得到的电流指令值与储能装置的充放电电流检测值(电流检测器在图中未示出)之差作为输入信号被送至电流控制器，电流控制器根据输入的电流差输出控制信号对双向DC-DC变换器进行控制，使得所述直流电容器的端电压维持恒定或跟踪其指令值，这样即可实现电能在所述储能装置和所述直流电容器间的流动。限幅器对于初始电流指令值的限幅规律为：当储能装置的储能状态已达到其上限时，如果初始电流指令值为向储能装置充电，则将其置零，否则保持不变；当储能装置的储能状态已达到其下限时，如果初始电流指令值为由储能装置放电，则将其置零，否则保持不变。当然，限幅器应保证其输出的电流指令值不超出储能装置及双向DC-DC变换器所允许的最大充放电电流。上述电压指令值为一恒定值或可根据储能装置的储能状态和/或电梯的运行状况变化。

在辅助转矩控制器中的辅助转矩控制单元中，首先根据辅助电机转矩指令(实际上是一转矩电流指令)和所述辅助电机的检测电流计算二者间的电流差，然后将该电流差送入一电流控制器，最后该电流控制器根据输入的电流差输出控制信号对辅助逆变器进行控制，使得所述辅助电机产生的辅助转矩跟踪辅助电机转矩指令。

辅助转矩传递装置包括几种形式：1)能够将所述辅助电机产生的辅助转矩传递至电梯轿厢的装置，如：安装在电梯轿厢上的滚轮，该滚轮能依靠其与导轨间的摩擦利用所述辅助电机产生的辅助转矩来为电梯轿厢在井道中的升降运动根据辅助转矩指令提供全部或部分动力(驱动力或制动力)，该滚轮可以是特别增设且与电梯导轨摩擦的滚轮，也可以是电梯中的现有滚轮，如滚轮导靴中的滚轮等；2)能够将所述辅助电机产生的辅助转矩传递至用于悬吊电梯轿厢的绳索的装置，如：轿厢反绳轮、特别增设的可驱动绳索的滚轮等；3)其它能够将所述辅助电机产生的辅助转矩传递至驱动绳轮的装置，如：增设的可直接或间接将辅助转矩传递至驱动绳轮的装置等。本发明建议优先选择形式1)。

实施例二

参见图2所示的本发明的电梯辅助转矩装置的结构示意图。本实施例与实施例一相似，下面仅就其与实施例一不同之处加以说明。电力变换器为一由IGBT、MOSFET等功率开关构成的三相辅助逆变器。辅助转矩控制器首先根据辅助电机转矩指令(实际上是一转矩电流指令)和所述辅助电机的检测电流计算二者间的电流差，然后将该电流差送入一电流控制器，最后该电流控制器根据输入的电流差输出控制信号对辅助逆变器进行控制，使得所述辅助电机产生的辅助转矩跟踪辅助电机转矩指令。辅助转矩控制器在对辅助逆变器进行控制时实时监测所述储能装置的充电状态，如可采用监测储能装置的端电压来实现对其充电状态的监测，并且：当储能装置的储能状态已达到其上限时，如果转矩电流指令向储能装置充电，则将其置零或关断构成辅助逆变器的所有功率开关以切断储能装置对辅助逆变器间的能量流动，否则保持不变；当储能装置的储能状态已达到其下限时，如果转矩电流指令为由储能装置放电，则将其置零或关断构成辅助逆变器的所有功率开关以切断储能装置对辅助逆变器间的能量流动，否则保持不变。当然，辅助转矩控制器对辅助逆变器的控制还应保证储能装置的充放电电流不超出储能装置及辅助逆变器所允许的最大充放电电流以及辅助电机的输入电压、电流不超出辅助电机的允许范围。

实施例三

参见图3所示的本发明的电梯辅助转矩装置的结构示意图。本实施例与实施例一相似，下面仅就其与实施例一不同之处加以说明。本实施例所示的电梯辅助转矩装置在实施例一的基础上增加了一能耗电路和一能耗控制器。所述能耗电路由一能耗电阻和一开关电路串联组成，并联连接于所述辅助逆变器的直流侧两端。所述能耗控制器根据所述辅助逆变器直流侧电压对所述开关电路进行控制，当所述辅助逆变器直流侧电压超出一预定值时，闭合所述开关电路，藉此实现能耗电阻的耗能。

当所述储能装置的充电状态达到其上限且辅助电机转矩指令为再生制动指令时，储能装置在储能装置控制单元的控制下停止充电，辅助电机产生的再生能量将累积在直流电容器两端从而导致其电压上升，当该电压超过预定值时，能耗控制器开关电路，这样再生能量即可被能耗电阻转化为热量而消耗掉。

实施例四

参见图4所示的本发明的电梯辅助转矩装置的结构示意图。本实施例与实施例二相似，下面仅就其与实施例二不同之处加以说明。本实施例所示的电梯辅助转矩装置在实施例一的基础上增加了一能耗电路和一能耗控制器。所述能耗电路由一能耗电阻和一开关电路串联组成，并联连接于所述辅助逆变器的直流侧两端。所述能耗控制器根据所述辅助逆变器直流侧电压对所述开关电路进行控制，当所述辅助逆变器直流侧电压超出一预定值时，闭合所述开关电路，藉此实现能耗电阻的耗能。

辅助转矩控制器在对所述储能装置的充电状态进行实时监测时，仅在储能装置的储能状态已达到其下限且转矩电流指令为由储能装置放电时，将转矩电流指令置零或关断构成辅助逆变器的所有功率开关以切断储能装置对辅助逆变器间的能量流动，否则保持不变。

实施例五

参见图5所示的本发明的应用所述电梯辅助转矩装置的电梯。本发明的电梯包括：包括驱动电机及其供电电路在内的、用于实现电梯轿厢和对重在井道升降的电梯驱动系统、根据驱动电机转矩指令控制所述电梯驱动系统的电梯驱动控制器、电梯辅助转矩装置、根据电梯运行状况生成驱动电梯所需的总驱动转矩(即总转矩指令)并进一步根据所述储能装置的储能状态和总转矩指令生成所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令的转矩指令生成单元。所述电梯驱动控制器根据所述驱动电机转矩指令对所述电梯驱动系统进行控制使得所述驱动电机生成的转矩跟踪驱动电机转矩指令，所述电梯辅助转矩装置的辅助转矩控制器根据所述辅助电机转矩指令对所述电力变换器进行控制，使得所述辅助电机产生的转矩跟踪辅助电机转矩指令，藉此实现所述辅助电机与所述驱动电机所产生的转矩之和对所述总转矩指令的跟踪。在本实施例中，电梯辅助转矩装置中的辅助转矩传递装置为安装在电梯轿厢上、能依靠其与导轨间的摩擦利用所述辅助电机产生的辅助转矩来为电梯轿厢在井道中的升降运动根据辅助转矩指令提供全部或部分动力(驱动力或制动力)的导靴滚轮。当然，电梯辅助转矩装置中的辅助转矩传递装置还可以采用实施例一中所述的辅助转矩传递装置的其它实现形式。由于在一个电梯滚动导靴的多个滚轮或多个电梯滚动导靴中设置有多个电梯辅助转矩装置的情况与仅在其数个导靴滚轮中的一个设置有电梯辅助转矩装置的情况相似，在掌握仅在其数个导靴滚轮中的一个设置有电梯辅助转矩装置的情况的基础上可以很容易地实现在一个电梯滚动导靴的多个滚轮或多个电梯滚动导靴中设置有多个电梯辅助转矩装置的情况，因此，不失一般性，在下述说明中均假定电梯辅助转矩装置中的辅助转矩传递装置为导靴滚轮的其中一个，即该电梯仅在其数个导靴滚轮中的一个导靴滚轮上设置有电梯辅助转矩装置。

电梯的速度指令、检测到的速度反馈信号(图5中所示为采用诸如编码器等方式检测到的驱动电机的实际转速，实际上还可以采用诸如码尺类方式等直接检测电梯轿厢的实际速度)和电梯辅助转矩装置中的储能装置的储能状态作为输入信号被送至转矩指令生成单元，转矩指令生成单元首先根据输入的速度指令和速度反馈信号生成总转矩指令，然后根据总转矩指令和储能装置的储能状态进一步生成辅助电机转矩指令和驱动电机转矩指令。生成的辅助电机转矩指令和驱动电机转矩指令被分别送至辅助转矩控制器和电梯驱动控制器，供其分别对辅助装置和电梯驱动系统进行控制，使得辅助电机和驱动电机的输出转矩分别根据其转矩指令，从而使得电梯的实际速度能够跟随其指令值。电梯驱动控制器和辅助转矩控制器可以是采用电流反馈的PI控制器或其它形式的控制器。

转矩指令生成单元对于总转矩指令的生成方式为：首先计算驱动电机或轿厢的实际速度与其指令值间的差，然后将该差值送入一速度控制器，该速度控制器可采用常见的PI控制器或其它形式的控制器，如预测控制器等，速度控制器根据输入的速度差输出总转矩指令。

所述转矩指令生成单元生成的所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令恒等于所述总转矩指令，所述电梯驱动控制器根据所述驱动电机转矩指令对所述电梯驱动系统进行控制使得所述驱动电机生成的转矩跟踪驱动电机转矩指令，所述辅助转矩控制器根据所述辅助电机转矩指令对所述电力变换器进行控制，使得所述辅助电机产生的转矩跟踪辅助电机转矩指令，藉此实现所述辅助电机与所述驱动电机所产生的转矩之和对所述总转矩指令的跟踪。

转矩指令生成单元根据总转矩指令和储能装置的储能状态生成辅助电机转矩指令和驱动电机转矩指令的方式包括：

方式1：对于所述转矩指令生成单元生成的所述总转矩指令，优先采用所述驱动电机和所述辅助电机中的一方来输出转矩，且当总转矩指令大于所述驱动电机和所述辅助电机中的优先者(即转矩输出方)的最大力矩时，所述驱动电机和所述辅助电机中的优先者输出其最大力矩，不足转矩由另一方来输出。

在上述方式1中，优先的一方可以是驱动电机，也可以是辅助电机。下面以优先的一方为辅助电机、电梯重载上行为例进行详细说明，其它情形可参照执行。在电梯轿厢由静止状态开始加速至其额定速度后以恒速运行以及之后再减速直至停止这样运行周期中，转矩指令生成单元生成的总转矩指令则从初始时的不平衡转矩逐渐增加。在总转矩指令的增加没有达到辅助电机输出转矩的最大值前，辅助电机转矩指令等于总转矩指令，驱动电机转矩指令等于零；当总转矩指令超过辅助电机输出转矩的最大值后，辅助电机转矩指令等于其输出转矩最大值，驱动电机转矩指令等于总转矩指令与辅助电机输出转矩最大值之差；当总转矩指令再次减小至小于等于辅助电机输出转矩最大值后，辅助电机转矩指令等于总转矩指令，驱动电机转矩指令等于零。当总转矩指令不超过所述驱动电机输出转矩的最大值时，由所述驱动电机输出所述总转矩指令指示的全部转矩，不启动所述驱动电机，藉此实现电梯能耗的降低。

当然，除了上述实时比较总转矩指令与辅助电机输出转矩最大值之间的大小关系(称之为实时计算法)外，还可以根据电梯相关参数、速度、加速度、轿厢实际负荷等计算出其所需总转矩与速度、时间和位移三者中的一个之间的关系，提前计算出对应于速度、时间或位移的辅助电机转矩指令和驱动电机转矩指令(称之为预先计算法)。

方式2：对于所述转矩指令生成单元生成的总转矩指令，所述驱动电机和所述辅助电机中的一方输出由轿厢与对重间的质量差产生的不平衡转矩(即静力矩)，另一方输出驱动轿厢按照其速度指令所需的动力矩。由静力矩由辅助电机产生，动力矩由驱动电机产生，或是由驱动电机产生静力矩、由辅助电机产生动力矩。实现时仅需将静力矩赋值给辅助电机转矩指令和驱动电机转矩指令的一方、将动力矩赋值给辅助电机转矩指令和驱动电机转矩指令的另一方即可。静力矩通过采用电梯的称量装置检测电梯轿厢的实际负载来确定，或是通过在松开驱动绳轮制动器后由负责产生静力矩的辅助电机或驱动电机输出转矩使得轿厢保持静止时的转矩电流来确定。

方式3：所述辅助电机仅在电梯加速或减速运行时输出辅助转矩作为实现电梯轿厢加速或减速运行时动能改变所需的转矩，为实现电梯运行过程中的势能改变、系统损耗以及克服由电梯轿厢与对重间的质量差产生的不平衡力矩由所述驱动电机输出。实现时将为实现电梯轿厢加速或减速运行时动能改变所需的转矩作为辅助电机转矩指令、将为实现电梯运行过程中的势能改变、系统损耗以及克服由电梯轿厢与对重间的质量差产生的不平衡力矩作为驱动电机转矩指令即可。由于曳引式电梯的最大功率出现在满载上行，利用由储能装置供电的辅助电机来产生部分转矩，因此可以有效减少电梯的驱动系统及电源的电气容量。

方式4：所述转矩指令生成单元在不超出所述辅助电机和所述驱动电机输出的最大转矩范围的条件下在电梯允许的最大速度和/或速度范围内以极小化乘客乘梯时间为目标来生成所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令。即所述转矩指令生成单元在确保超过所述辅助电机和所述驱动电机各自的输出转矩最大值的条件下生成，所述辅助电机转矩指令和所述驱动电机转矩指令，使得电梯轿厢在允许的安全范围内以尽可能大的速度和/或加速度运行，从而在轿厢位移一定的前提下实现乘客实际乘梯时间的最短化，藉此实现电梯运行效率的提升。尤其是对于所述辅助电机和所述驱动电机的功率设定是以实现电梯轿厢以额定负载、额定速度和额定加速度运行所需要的最大转矩(功率)为基准的电梯，当轿厢实际负载位于其平衡负载附近时，利用所述辅助电机和所述驱动电机可以实现高于额定速度和/或额定加速度的速度和/或加速度，因而可以缩短乘客的实际乘梯时间。

方式5：当所述电梯的轿厢出现意外滑移时，所述转矩指令生成单元生成所述辅助电机和/或所述驱动电机的转矩指令，使得所述辅助电机和/或所述驱动电机输出制动转矩使得轿厢停止滑移或返回原位置。在电梯的位置检测装置(如编码器、码尺或位置开关等)检测到电梯轿厢出现意外滑移时，所述转矩指令生成单元根据滑移速度和/或位移生成总转矩指令，并通过将该总转矩指令赋值给所述驱动电机转矩指令和所述辅助电机转矩指令中的一方，使其输出抑制轿厢滑移的转矩，从而实现电梯轿厢停止滑移或进一步返回原位置。当然，转矩指令生成单元也可以将总转矩指令的一部分赋值给所述驱动电机转矩指令、其余部分赋值给所述辅助电机转矩指令，这样驱动电机和辅助电机同时输出抑制轿厢滑移的转矩，从而实现电梯轿厢停止滑移或进一步返回原位置。

需要指出的是，在上述方式1～5中，所述转矩指令生成单元生成的所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令恒等于所述总转矩指令。

在上述方式1～5中，暂未考虑储能装置的储能状态。如果考虑储能装置的储能状态，则需要在上述方式1～5的基础上对辅助电机转矩指令作适当修改，具体如下：

对于采用图1和2所示结构的电梯辅助转矩装置的电梯：当储能装置的储能状态达到其上限时，如果总转矩指令为制动转矩时，则转矩指令生成单元将总转矩指令赋值给驱动电机转矩指令，将辅助电机转矩指令置零；当储能装置的储能状态达到其下限时，如果总转矩指令为电动转矩时，则转矩指令生成单元将总转矩指令赋值给驱动电机转矩指令，将辅助电机转矩指令置零。

对于采用图3和4所示结构的电梯辅助转矩装置的电梯：当储能装置的储能状态达到其下限时，如果总转矩指令为电动转矩时，则转矩指令生成单元将总转矩指令赋值给驱动电机转矩指令，将辅助电机转矩指令置零。

Claims (17)

1.一种电梯辅助转矩装置，其特征在于，包括

用于产生辅助转矩的辅助电机；

用于存储所述辅助电机产生的电能并在所述辅助电机电动运行时将所存储的电能提供给所述辅助电机的储能装置；

用于对所述辅助电机产生的电能进行变换的电力变换器；

用于控制所述电力变换器的辅助转矩控制器；

用于向电梯传递所述辅助电机产生的辅助转矩的辅助转矩传递装置；

所述辅助转矩控制器根据辅助转矩指令、所述储能装置的储能状态和所述辅助电机的检测电流对所述电力变换器进行控制，使得所述储能装置的储能状态保持在其工作范围内的前提下所述辅助电机产生的辅助转矩跟踪辅助转矩指令。

2.根据权利要求1所述的电梯辅助转矩装置，其特征在于，所述电力变换器由双向DC-DC变换器、直流电容器和一辅助逆变器依次串联构成；所述双向DC-DC变换器用于对在所述储能装置与所述直流电容器间流动的电能进行变换使其符合流动目的地的要求，其一端与所述储能装置相连，另一端与所述直流电容器相连；所述直流电容器用于电能在所述储能装置与所述辅助逆变器间流动的中间缓冲，其一端与所述双向DC-DC变换器相连，另一端与所述辅助逆变器相连；所述辅助逆变器用于对在所述直流电容器与所述辅助电机间流动的电能进行变换使其符合流动目的地的要求，其一端与所述直流电容器相连，另一端与所述辅助电机相连。

3.根据权利要求2所述的电梯辅助转矩装置，其特征在于，所述辅助转矩控制器包括：

储能装置控制单元：根据所述储能装置的储能状态和所述直流电容器的端电压对所述双向DC-DC变换器进行控制，使得所述直流电容器的端电压维持恒定或跟踪其指令值，藉此实现电能在所述储能装置和所述直流电容器间的流动；

辅助转矩控制单元：根据辅助电机转矩指令和所述辅助电机的检测电流对所述辅助逆变器进行控制，使得所述辅助电机产生的辅助转矩跟踪辅助电机转矩指令。

4.根据权利要求1所述的电梯辅助转矩装置，其特征在于，所述电力变换器为一辅助逆变器，该辅助逆变器用于对在所述储能装置与所述辅助电机间流动的电能进行变换使其符合流动目的地的要求，其一端与所述储能装置相连，另一端与所述辅助电机相连。

5.根据权利要求4所述的电梯辅助转矩装置，其特征在于，所述辅助转矩控制器根据所述储能装置的储能状态和所述辅助电机的检测电流对所述辅助逆变器进行控制，使得所述辅助电机产生的辅助转矩跟踪辅助电机转矩指令。

6.根据权利要求2或4所述的电梯辅助转矩装置，其特征在于，所述电力变换器还包括一并联在所述辅助逆变器直流侧两端的能耗电路和一能耗控制器，该能耗电路由一能耗电阻和一开关电路串联组成，所述能耗控制器根据所述辅助逆变器直流侧电压对所述开关电路进行控制，当所述辅助逆变器直流侧电压超出一预定值时，闭合所述开关电路，藉此实现能耗电阻的耗能。

7.根据权利要求1所述的电梯辅助转矩装置，其特征在于，所述辅助转矩传递装置是位于电梯轿厢上的滚轮，该滚轮能依靠其与导轨间的摩擦利用所述辅助电机产生的辅助转矩来为电梯轿厢在井道中的升降运动提供全部或部分动力，或是能够将所述辅助电机产生的辅助转矩传递至用于悬吊电梯轿厢的绳索或者驱动绳轮的装置。

8.一种电梯，包括

包括驱动电机及其供电电路在内的、用于实现电梯轿厢和对重在井道升降的电梯驱动系统；

根据驱动电机转矩指令控制所述电梯驱动系统的电梯驱动控制器；

其特征在于，还包括

如权利要求1所述的电梯辅助转矩装置；

根据电梯运行状况生成驱动电梯所需的总驱动转矩，即总转矩指令、并进一步根据所述电梯辅助转矩装置中储能装置的储能状态和总转矩指令生成所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令的转矩指令生成单元。

9.根据权利要求8所述的电梯，其特征在于，所述转矩指令生成单元生成的所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令恒等于所述总转矩指令，所述电梯驱动控制器根据所述驱动电机转矩指令对所述电梯驱动系统进行控制使得所述驱动电机生成的转矩跟踪驱动电机转矩指令，所述电梯辅助转矩装置的辅助转矩控制器根据所述辅助电机转矩指令对所述电力变换器进行控制，使得所述辅助电机产生的转矩跟踪辅助电机转矩指令，藉此实现所述辅助电机与所述驱动电机所产生的转矩之和对所述总转矩指令的跟踪。

10.根据权利要求9所述的电梯，其特征在于，对于所述转矩指令生成单元生成的所述总转矩指令，采用所述驱动电机和所述辅助电机中的一方来输出转矩，且当总转矩指令大于所述驱动电机和所述辅助电机中的转矩输出方的最大力矩时，所述驱动电机和所述辅助电机中的转矩输出方输出其最大力矩，不足转矩由另一方来输出。

11.根据权利要求9所述的电梯，其特征在于，对于所述转矩指令生成单元生成的所述总转矩指令，采用所述辅助电机来输出转矩，且当总转矩指令不超过所述辅助电机输出转矩的最大值时，由所述辅助电机输出所述总转矩指令指示的全部转矩，不启动所述驱动电机，藉此实现电梯能耗的降低。

12.根据权利要求9所述的电梯，其特征在于，对于所述转矩指令生成单元生成的总转矩指令，所述驱动电机和所述辅助电机中的一方输出由轿厢与对重间的质量差产生的不平衡转矩，即静力矩，另一方输出驱动轿厢按照其速度指令所需的动力矩。

13.根据权利要求9所述的电梯，其特征在于，所述辅助电机仅在电梯加速或减速运行时输出辅助转矩作为实现电梯轿厢加速或减速运行时动能改变所需的转矩，为实现电梯运行过程中的势能改变、系统损耗以及克服由电梯轿厢与对重间的质量差产生的不平衡力矩由所述驱动电机输出。

14.根据权利要求9所述的电梯，其特征在于，所述转矩指令生成单元在不超出所述辅助电机和所述驱动电机输出的最大转矩范围的条件下在电梯允许的最大速度和/或速度范围内以极小化乘客乘梯时间为目标来生成所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令。

15.根据权利要求9～14任一项所述的任意一种电梯，其特征在于，所述转矩指令生成单元采用实时比较总转矩指令与辅助电机输出转矩最大值之间的大小关系的方式来实时计算所述辅助电机和/或所述驱动电机的转矩指令，或是根据电梯相关参数、速度、加速度、轿厢实际负荷计算出电梯所需总转矩与速度、时间和位移三者中的一个之间的关系，采用预先计算对应于速度、时间或位移的辅助电机转矩指令和/或所述驱动电机的转矩指令。

16.根据权利要求9所述的电梯，其特征在于，当所述电梯的轿厢出现意外滑移时，所述转矩指令生成单元生成所述辅助电机和/或所述驱动电机的转矩指令，使得所述辅助电机和/或所述驱动电机输出制动转矩使得轿厢停止滑移或返回原位置。

17.一种权利要求8所述的电梯的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：由转矩指令生成单元根据电梯运行的速度指令及速度反馈值计算总转矩指令；

步骤2：由转矩指令生成单元根据总转矩指令进一步生成所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令；

对于所述转矩指令生成单元生成的所述总转矩指令，采用所述驱动电机和所述辅助电机中的一方来输出转矩，且当总转矩指令大于所述驱动电机和所述辅助电机中的转矩输出方的最大力矩时，所述驱动电机和所述辅助电机中的转矩输出方输出其最大力矩，不足转矩由另一方来输出；或者

对于所述转矩指令生成单元生成的所述总转矩指令，采用所述辅助电机来输出转矩，且当总转矩指令不超过所述辅助电机输出转矩的最大值时，由所述辅助电机输出所述总转矩指令指示的全部转矩，不启动所述驱动电机，藉此实现电梯能耗的降低；或者

对于所述转矩指令生成单元生成的总转矩指令，所述驱动电机和所述辅助电机中的一方输出由轿厢与对重间的质量差产生的不平衡转矩，即静力矩，另一方输出驱动轿厢按照其速度指令所需的动力矩；或者

所述辅助电机仅在电梯加速或减速运行时输出辅助转矩作为实现电梯轿厢加速或减速运行时动能改变所需的转矩，为实现电梯运行过程中的势能改变、系统损耗以及克服由电梯轿厢与对重间的质量差产生的不平衡力矩由所述驱动电机输出；或者

所述转矩指令生成单元在不超出所述辅助电机和所述驱动电机输出的最大转矩范围的条件下在电梯允许的最大速度和/或速度范围内以极小化乘客乘梯时间为目标来生成所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令，或者

当所述电梯的轿厢出现意外滑移时，所述转矩指令生成单元生成所述辅助电机和/或所述驱动电机的转矩指令，使得所述辅助电机和/或所述驱动电机输出制动转矩使得轿厢停止滑移或返回原位置；

步骤3：所述辅助转矩控制器和所述电梯驱动控制器分别根据所述辅助电机转矩指令与所述驱动电机转矩指令对所述辅助电机和所述电梯驱动电机进行控制，从而实现所述辅助电机和所述电梯驱动电机的输出转矩对各自指令的跟踪。

Images