CN104528492A - 一种电梯报警装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电梯报警装置，属于电梯安全及应用技术领域。壳体固定在电梯壁板上形成空腔，空腔顶端侧壁上固定有连接座，连接座上铆接有凸凹间隔的金属基板，基板上外凸处粘接有压电晶片，两基板内凹处相铆接；铆接的基板及所粘接的压电晶片共同构成换能器，基板的下端铆接有挂件，挂件通过弹簧悬挂有质量块；壳体侧壁下端设有手动操作孔、上端设有电路板安装孔，操作孔处安装有滑盖；电路板安装孔处安装有保护壳和电路板，电路板上焊有储能器，电路板及储能器位于保护壳内，保护壳上装有按钮，按钮一端压接在电路板上。优点在于：无需电缆或电池外部供电、可实时供电，换能器始终承受压应力、且应力分布均匀，故机械可靠性高、发电能力强。

Description

一种电梯报警装置

技术领域

本发明属于电梯安全及应用技术领域，具体涉及一种电梯报警装置，用于因电梯故障及突然停电造成的乘客被困、或乘客在梯内遭遇抢劫等突发事件的应急报警与求助之用。

背景技术

电梯已经成为现代高层建筑的重要组成部分，是高层宾馆、商店、办公及住宅等楼宇不可或缺的垂直交通工具。随着电梯保有量的增加以及应用的普及，因电梯机械及电器故障所导致的各种事故时有发生，如梯门无法开启、冲顶或蹲底、及断电悬空等事故等；此外，电梯内抢劫甚至凶杀事件也偶有发生。上述各种事故中，轻者造成人员被困、严重时可能导致重大的人员伤亡。因此，除了常规的电话报警及视频监控设施外，人们还提出了多种形式的电梯报警装置或系统，如中国专利201110139685.4、201110225763.2、201310560780.0、201110139685.4及201110138579.4等；上述现有的电梯报警及监控系统的最大弊端是依靠电缆或电池供电，当电控系统出现故障、楼宇停电或电池电量耗尽时都将无法有效工作。

发明内容

针对现有电梯报警及监控系统在电控系统出现故障、楼宇停电或电池电量耗尽时无法有效工作的弊端和不足，本发明提出一种电梯报警装置。

本发明采用的实施方案是：壳体的法兰通过螺钉固定在电梯壁板上，形成空腔，空腔顶端侧壁上通过螺钉固定有连接座，连接座上通过铆钉铆接有一对儿凸凹间隔的金属基板，基板上外凸处粘接有压电晶片，两个基板的内凹处通过铆钉铆接；经铆钉铆接的两个基板及所粘接的压电晶片共同构成换能器，换能器两个基板的下端铆接有挂件，挂件通过弹簧悬挂有质量块；壳体侧壁下端设有手动操作孔、上端设有电路板安装孔，手动操作孔处通过销钉安装有滑盖；电路板安装孔处通过螺钉安装有保护壳和电路板，电路板上焊接有储能器，电路板及储能器位于保护壳内，保护壳上安装有按钮，按钮的一端压接在电路板上；电路板经导线组L3与换能器的基板及压电晶片相连，同一基板上的两个相邻压电晶片经导线L2连接，靠近连接座的处于不同基板上的两个压电晶片经导线L1相连接。

为使换能器具有最大的发电能力、并避免压电晶片因拉应力过大而损坏，基板外凸处的最小半径应为 $R=(h_m+h_p)\{\mathrm{\α}+\frac{1}{2[1-\mathrm{\α}(1-\mathrm{\β})]}[{\mathrm{\α}}^2(1-\mathrm{\β})-1-\mathrm{\η}\frac{E_p}{T_p}\left]\right\},$ 其中α＝h_m/h，h＝h_m+h_p，h_p、h_m分别为压电晶片和基板的厚度，β＝E_m/E_p，E_p、E_m分别为压电晶片和基板的杨氏模量，T_p分别为压电材料的机电耦合系数和许用拉应力。

电梯的运行过程包含以下4个阶段，即加速运动-匀速运动-减速-停止，从而使得质量块及换能器的运动及受力状态发生变化，换能器上的压电晶片应力状态发生变化的结果即是将机械能转换成电能，故称为换能器。

根据动力学及运动学原理，电梯加速上行及减速下行时，质量块的惯性力均使弹簧及换能器所受的拉力增加，从而使得预弯曲的压电晶片所受的压应力增加；相反，电梯减速上行及加速下行时，质量块的惯性力均使弹簧及换能器所受的拉力减小，从而使得预弯曲的压电晶片所受的压应力减小；此外，当电梯由加速运动进入匀速运动、以及由减速运动至停止运动时，质量块因受惯性力及弹簧的弹性力作用而产生往复振荡，从而使弹簧及换能器所受拉力发生变化；上述因电梯运行状态变化所引起的换能器所受拉力增加、减小及往复变化的结果使得压电晶片所受压应力的大小发生变化并产生电荷，从而将机械能转换成电能，所生成的电能经电路板上的处理电路处理后存储在储能器内。在储能器上能量充足的情况下，按动按钮即可直接将报警信号发射出去；如储能器上能量不足，则需转动滑盖，通过拨动质量块使其产生往复振荡并发电。

本发明的特点及优势在于：①通过收集电梯运行状态变化产生的机械能发电供电，无需电缆或电池供电，可实时供电；②所用预弯型拉伸式换能器始终处于受拉状态，即压电晶片始终承受压应力、且应力分布均匀，故机械可靠性高、发电能力强；③结构简单、体积小、安装及操作方便。

附图说明

图1是本发明一个较佳实施例中报警装置的结构剖面示意图；

图2是图1左视图；

图3是图1的I部放大图；

图4是图1的II部放大图；

具体实施方式

壳体1上的法兰1a通过螺钉固定在电梯壁板B上，形成空腔1c，在空腔1c的顶端侧壁1b上通过螺钉固定有连接座2，连接座2上通过铆钉铆接有一对儿凸凹间隔的金属基板3，基板3上外凸处3a粘接有压电晶片4，两个基板3的内凹处3b通过铆钉5相互铆接；经铆钉5铆接的两个基板3及所述基板3上所粘接的压电晶片4共同构成换能器H，所述换能器H的两个基板3的下端通过铆钉铆接有挂件6，所述挂件6通过弹簧7悬挂有质量块8；壳体1侧壁下端设有手动操作孔1d、上端设有电路板安装孔1f，手动操作孔1d处通过销钉10安装有滑盖9；电路板安装孔1f处通过螺钉安装有保护壳11和电路板13，电路板13上焊接有储能器14，电路板13及储能器14位于保护壳11内，保护壳11上安装有按钮12，按钮12的一端压接在电路板13上；电路板13通过导线组L3与换能器H的基板3及压电晶片4相连，换能器H上同一基板3上的两个相邻压电晶片4经导线L2连接，靠近连接座2的处于不同基板3上的两个压电晶片4经导线L1相连接。

为使换能器H具有最大的发电能力、并避免压电晶片4因拉应力过大而损坏，基板3的外凸处的最小半径应为 $R=(h_m+h_p)\{\mathrm{\α}+\frac{1}{2[1-\mathrm{\α}(1-\mathrm{\β})]}[{\mathrm{\α}}^2(1-\mathrm{\β})-1-\mathrm{\η}\frac{E_p}{T_p}\left]\right\},$ 其中α＝h_m/h，h＝h_m+h_p，h_p、h_m分别为压电晶片4和基板3的厚度，β＝E_m/E_p，E_p、E_m分别为压电晶片4和基板3的杨氏模量，T_p分别为压电材料的机电耦合系数和许用拉应力。

电梯的运行过程包含以下4个阶段，即加速运动-匀速运动-减速-停止，从而使得质量块8及换能器H的运动及受力状态发生变化，换能器H上的压电晶片4的应力状态发生变化的结果即是将机械能转换成电能，故称为换能器。

根据动力学及运动学原理，电梯加速上行及减速下行时，质量块8的惯性力均使弹簧7及换能器H所受的拉力增加，从而使得预弯曲的压电晶片4所受的压应力增加；相反，电梯减速上行及加速下行时，质量块8的惯性力均使弹簧7及换能器H所受的拉力减小，从而使得预弯曲的压电晶片4所受的压应力减小；此外，当电梯由加速运动进入匀速运动、以及由减速运动至停止运动时，质量块8因受惯性力及弹簧7的弹性力作用而产生往复振荡，从而使弹簧7及换能器H所受拉力发生变化；上述因电梯运行状态变化所引起的换能器H所受拉力增加、减小及往复变化的结果使得压电晶片4所受压应力的大小发生变化并产生电荷，从而将机械能转换成电能；所生成的电能经电路板13上的处理电路处理后存储在储能器14内；在储能器14上能量充足的情况下，按动按钮12即可直接将报警信号发射出去；如储能器14上能量不足，则需转动滑盖9，通过拨动质量块8使其产生往复振荡并发电。

显然，本发明的报警装置通过收集电梯运行状态变化产生的机械能发电供电，不需要通过电缆或电池供电，故报警供电可靠性高；因电梯运行中的加速度远低于物体重力加速度，故即使电梯加速下行时弹簧7也始终承受质量块8的重力作用，从而确保拉伸式换能器H始终处于受拉状态，即压电晶片4承受压应力，因压电材料的许用压应力为许用拉应力的数十倍，故使压电晶片承受压应力可避免损坏、提高可靠性；又因预弯曲换能器H受拉力作用变形时所形成的应力分布均匀、发电能力强，在其结构尺度及所受最大应力相同的情况下，所产生的电能可达悬臂梁弯曲压电换能器的4倍；此外，本发明的报警装置结构简单、体积小、安装及操作方便。

Claims (1)

1.一种电梯报警装置，其特征在于：壳体法兰经螺钉固定在电梯壁板上，形成空腔，空腔顶端侧壁上经螺钉固定有连接座，连接座上经铆钉铆接有一对儿凸凹间隔的金属基板，基板上外凸处粘接有压电晶片，两个基板的内凹处经铆钉铆接；经铆钉铆接的两个基板及所粘接的压电晶片共同构成换能器，换能器上两个基板的下端铆接有挂件，挂件通过弹簧悬挂有质量块；壳体侧壁下端设有手动操作孔、上端设有电路板安装孔，手动操作孔处经销钉安装有滑盖；电路板安装孔处经螺钉安装有保护壳和电路板，电路板上焊接有储能器，电路板及储能器位于保护壳内，保护壳上安装有按钮，按钮的一端压接在电路板上；电路板经导线组L3与换能器基板及压电晶片相连，同一基板上两相邻压电晶片经导线L2连接，靠近连接座的处于不同基板上的两个压电晶片经导线L1相连接；基板外凸处的最小半径应为 $R=h\{\mathrm{\α}+\frac{1}{2[1-\mathrm{\α}(1-\mathrm{\β})]}[{\mathrm{\α}}^2(1-\mathrm{\β})-1-\mathrm{\η}\frac{E_p}{T_p}\left]\right\},$ 其中α＝h_m/h，h＝h_m+h_p，h_p、h_m分别为压电晶片和基板的厚度， $\mathrm{\η}=(1-\mathrm{\α})[1-\mathrm{\α}(1-\mathrm{\β})]+\frac{\mathrm{\α\β}}{(1+k_{31}^2)},$ β＝E_m/E_p，E_p、E_m分别为压电晶片和基板的杨氏模量，T_p分别为压电材料机电耦合系数和许用拉应力。