CN105073614A - 用于电梯系统的低剖面驱动单元 - Google Patents

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Abstract

一种用于电梯系统的驱动单元，所述驱动单元包括多层供电电路板；所述供电电路板的一个层中形成的第一DC链路；所述供电电路板的一个层中形成的第二DC链路；具有第一终端的第一开关，所述第一开关安装在所述供电电路板的表面；第一过孔，所述第一过孔将所述第一终端电耦合到所述第一DC链路；具有第二终端的第二开关，所述第二开关安装到所述供电电路板的表面；以及将所述第二终端电耦合到所述第二DC链路的第二过孔；所述第一过孔将热从所述第一开关传导到所述第一DC链路；所述第二过孔将热从所述第二开关传导到所述第二DC链路。

Description

用于电梯系统的低剖面驱动单元
技术领域
本文公开的主题一般涉及电梯系统的领域，且更具体地来说涉及用于电梯系统的低剖面驱动单元。
背景技术
电梯系统通常包括具有控制器和各种功率电子元件的驱动单元。该驱动单元产生用于机器将移动传递到电梯轿厢的驱动信号。现有电梯系统可以包括驱动单元所在的电梯井上方部位处的机房。较近期的电梯系统取消了机房以节省建筑空间。这些无机房电梯系统将驱动单元安装在有空间的地方。现有电梯系统将驱动单元设在电梯平台之一的壁体内。将驱动单元设在壁体内需要在特定平台处的壁体专门构造成具有容纳驱动单元的凹进部、支承部件、检修口等。定制一个壁体以便容纳驱动单元增加了建筑物建造成本。
发明内容
根据一个示范实施例，一种用于电梯系统的驱动单元包括多层供电电路板；在所述供电电路板的一个层中形成的第一DC链路；在所述供电电路板的一个层中形成的第二DC链路；具有第一终端的第一开关，所述第一开关安装到所述供电电路板的表面；将所述第一终端电耦合到所述第一DC链路的第一过孔；具有第二终端的第二开关，所述第二开关安装到所述供电电路板的表面；以及将所述第二终端电耦合到所述第二DC链路的第二过孔；所述第一过孔将热从所述第一开关传导到所述第一DC链路；所述第二过孔将热从所述第二开关传导到所述第二DC链路。
根据另一个示范实施例，一种电梯系统包括沿着电梯井行进的电梯轿厢，所述电梯轿厢与电梯井相距一定间隙；将运动传递到所述电梯轿厢的机器；用于向所述机器提供驱动信号的驱动单元，所述驱动单元的尺寸设为契合在所述电梯轿厢与所述电梯井壁之间的间隙内；以及用于向所述驱动单元提供DC功率的电池。
从下文结合附图进行的描述，本发明实施例的其他方面、特征和技术将变得更为明显。
附图说明
现在参考附图，其中这些附图中相同的元件以相同方式编号。
图1是示范实施例中的电梯系统的组件的框图；
图2示出示范实施例中的电梯系统的组件；
图3示出示范实施例中的驱动单元的组件；
图4是沿着图3的直线4-4截取的剖面图；
图5是示范实施例中的供电电路板的透视图；
图6是示范实施例中的驱动单元的示意图；以及
图7示出示范实施例中的驱动单元的安装。
具体实施方式
图1是示范实施例中的电梯系统10的组件的框图。电梯系统10包括AC功率12的来源，诸如主电力线路(例如，230伏特，单相)。AC功率12被提供到开关板14，开关板14可以包括断路器、电表等。从开关板14，将AC功率提供到电池充电器16，电池充电器16将AC功率转换成DC功率以对电池18充电。电池18对驱动单元20供电，并且电池18可以是铅酸电池或其他类型的电池。驱动单元20包括控制电路板和供电电路板，正如本文进一步详细描述的。供电电路板将来自电池18的DC功率转换成驱动机器22的AC驱动信号。这些AC驱动信号可以是用于机器22中三相电动机的多相(例如，三相)驱动信号。要注意，电池18是驱动单元20的唯一电源，以及AC功率12不直接耦合到驱动单元20。
图2示出示范实施例中的电梯系统10的组件。驱动单元20包括耦合到电池18(例如，正DC电压)的第一DC链路30和耦合到电池18(例如，负DC电压或地线)的第二DC链路32。一个或多个DC链路电容器34连接在第一DC链路30与第二DC链路32之间。逆变器分段使用开关40-40'来产生用于机器22的驱动信号。开关40耦合到第一DC链路30且开关40'耦合到第二DC链路32。开关40-40'可以是MOSFET晶体管，但是要理解，还可以使用其他开关类型。开关40-40'设在相支线(phaseleg)中，每个相支线连接在第一DC链路30和第二DC链路32之间。在每个相支线中的开关40-40'的结(例如，源漏结)处提供AC终端97、98和99。AC终端97-99耦合到机器22的电动机绕组。在示范实施例中，机器22包括三相永磁同步电动机。图2示出三相逆变器和三相电动机，但是实施例不限于特定相数。
驱动单元20作为转换器工作，能够将来自电池18的DC功率转换成用于以电动运行模式驱动机器22的AC功率。驱动单元20还能够在以再生模式工作时将来自机器22的AC功率转换成用于对电池18充电的DC功率。正如本领域中公知的，电梯系统10使用机器22以再生模式产生AC功率。再生模式可能出现在空载电梯轿厢向上行进时或负载电梯轿厢向下行进时。再生模式可以包括机器22的再生制动器提供AC功率。AC终端97-99处接收的AC功率被转换成DC功率以对电池18充电。
在电动运行模式期间，控制器50提供控制信号以导通和关断开关40-40'以在每个AC终端97-99处产生AC驱动信号。AC驱动信号可以是可变频率信号。在再生模式期间，控制器50提供控制信号以导通和关断开关40-40'以将来自机器22的AC功率转换成DC功率以用于对电池18充电。在每个AC终端97-99处提供电流传感器44，以允许控制器50检测电动运行模式和再生模式下每个AC终端97-99处的电流。控制器50可以使用执行存储在存储介质中的计算机程序以执行本文描述的操作的通用微处理器来实现。作为备选，控制器50可以采用硬件(例如，ASIC、FPGA等)或硬件/软件组合来实现。控制器50还可以是电梯控制系统的一部分。
驱动单元20还包括动态制动电阻器60和动态制动开关62。动态制动开关62可以是MOSFET晶体管，但是要理解，还可以使用其他开关类型。在再生模式中，如果机器22处产生的电流过大，则动态制动开关62导通(例如，脉冲式开关)并且电流流经动态制动电阻器60。通过动态制动电阻器60将过大电流耗散。要理解，可以在驱动单元20中采用多个动态制动电阻器60和动态制动开关62。可以不需要动态制动电阻器60和动态制动开关62，具体取决于电池18的类型。例如，铅酸电池18可能无法吸收再生模式中产生的所有电流，从而促成对动态制动电阻器60和动态制动开关62的需求。锂电池能够吸收再生模式中产生的所有电流，从而无需动态制动电阻器60和动态制动开关62。
图3示出示范实施例中的驱动单元20的组件。供电电路板70是承载驱动单元20某些组件的多层印刷电路板。图4是沿着图3的直线4-4截取的剖面图。如图3和图4所示，供电电路板70承载第一DC链路30和第二DC链路32、开关40-40'、AC终端97-99、电流传感器44、DC链路电容器34、动态制动电阻器60和一个或多个动态制动开关62。控制电路板72承载控制器50和关联的组件，诸如安全逻辑件、通信端口等。控制板72示出为紧邻供电电路板70，但是要理解，也可以采用其他安装布置。
如图3所示，开关40-40'设在标记为U、V和W的三个相支线中。AC终端97-99与相支线中每一个关联并连接到机器22。每个相支线可以采用如图2所示的多于两个的开关40-40'。如图3和图4所示，相支线U包括多个开关40，这些开关40经由供电电路板70的顶层上的第一DC汇流条31并联到第一DC链路30。相支线U包括多个开关40'，这些开关40'经由供电电路板70的顶层上的第二DC汇流条33并联到第二DC链路32。相支线V和W以相似方式构造。为了增加逆变器的供电能力，可以通过延长汇流条31和33并将另一行开关40-40'添加到供电电路板70来扩充开关组40-40'。
功率电路板70设计成具有低剖面，从而允许驱动单元20安装在窄空间中，正如本文进一步描述的。图4是沿着图3的直线4-4截取的剖面图。如图4所示，第一DC链路30和第二DC链路32形成为多层供电电路板70内的内部导电层(例如，铜)。形成第一DC链路30和第二DC链路32的层可以是不共面的。AC终端97-99也形成为多层供电电路板70内的层。形成AC终端97-99的层可以是共面的。开关40-40'安装在多层供电电路板70的顶部上。穿通供电电路板70形成过孔90-90'以提供用于层之间的连接。图4示出经由过孔90连接到第一DC链路层30的第一DC汇流条31。图4示出经由过孔90'连接到第二DC链路层32的第二DC汇流条33。第一DC汇流条31可以与第二DC汇流条33共面。
图4的开关40具有连接(例如，焊接)到第一DC汇流条31的终端。图4的开关40'具有连接(例如，焊接)到第二DC汇流条33的终端。开关40和开关40'(即，开关40的源极和开关40'的漏极)之间的结经由过孔92连接到AC终端97。动态制动开关62具有通过过孔经供电电路板70连接到第二DC链路32的源极终端。动态制动汇流条37可以在供电电路板70的顶表面上形成，如图5所示。动态制动开关62具有连接到动态制动汇流条37的漏极终端。动态制动汇流条37可以经供电电路板70连接到动态制动电阻器60。
图4中还示出的是位于供电电路板70底部上的导电层和导热层(例如铜)201和203。底层201经由过孔90电连接且热连接到第一DC链路30和第一DC汇流条31。底层203经由过孔90'电连接且热连接到第二DC链路32和第二DC汇流条33。底层201和203提供增加的热扩散以放大冷却能力。此外，底层201和203增加导电材料的量，这样能够允许高电流。
在示范实施例中，可以将散热器安装在供电电路板70的底侧，与第一底层201、终端97和第二底层203中的一个或多个热相通。散热器与第一底层201、终端97和第二底层203中的一个或多个之间的热连通性可以通过诸如电绝缘传热胶箔的导热介质来提供。此外，可以将组件(例如，开关40和40')安装在供电电路板70的底表面上以增加电流能力。
供电电路板70无需散热器，这样促成低剖面的设计。来自开关40-40'(或其他组件)的热沿着过孔90、92等经由供电电路板70耗散。过孔90和92可以由铜管来形成，这些铜管是空心的或填充有导热材料。第一和第二DC链路层30和32和底层201和203起到均热器(heatspreader)的作用以便将热在整个供电电路板70上耗散。过孔90和92起电连接以及热连接的作用。要理解，可以单独使用附加的过孔来将热传递通过供电电路板70。可以在供电电路板70内包含附加的均热器(例如，导热层)以便改善热分布。
图5是示范实施例中的供电电路板70的透视图。图5中显见的是第一DC汇流条30和第二DC汇流条33到板70中DC链路电容器34所在的分段的延长。DC链路电容器34可以是安装在供电电路板70的顶表面上且连接到汇流条31和33的表面贴装装置。正如上文描述的，使用穿通多层供电电路板70的过孔将DC链路电容器34连接到第一DC链路30层和第二DC链路32层。
图6是示范实施例中的驱动单元20的示意图。图6中与图2中的元件对应的元件以相同的附图标记来标记。图6中所示的是栅极驱动器120，栅极驱动器120耦合到开关40和40'的栅极以便响应于来自控制器50的控制信号将这些开关导通和关断。
图7示出示范实施例中的驱动单元20的安装。图7中所示的是位于建筑物墙壁后且在电梯井102中行进的电梯轿厢100。驱动单元20安装在电梯井102内电梯井壁与电梯轿厢100之间的间隙中。
多个实施例提供无需散热器的低剖面供电电路板。这样允许驱动单元安装在窄区域中，诸如电梯轿厢与电梯井壁之间的间隙中。该驱动单元可扩充以通过延长汇流条31和33以及对供电电路板70增加多行附加开关40-40'来增大供电能力而不会延长该驱动单元的高度。这种可扩充性使得本文公开的示范驱动单元能够部署在电梯井内侧，甚至还具有扩充的供电能力。通过限制驱动单元的高度，所公开的驱动单元能够设在许多电梯井中常规驱动单元因紧容限而无法放置的地方。这样能够实现更大适应性和成本的降低。
本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并无意作为本发明的限制。虽然本发明的说明书是基于说明和描述的目的而呈现的，但是它不旨在是穷举的或受限于本发明公开的形式。在不背离本发明的范围和精神的前提下，本领域技术人员将显见到未予描述的许多修改、变化、替换、替代或等效布置。此外，虽然描述了本发明的各种实施例，但是要理解，本发明的多个方面可以包括所描述的实施例的仅其中一些。因此，本发明不应视为由前文描述限定，而是仅由所附权利要求的范围来限定。

Claims (27)

1.一种用于电梯系统的驱动单元，所述驱动单元包括：
多层供电电路板；
所述供电电路板的一个层中形成的第一DC链路；
所述供电电路板的一个层中形成的第二DC链路；
具有第一终端的第一开关，所述第一开关安装到所述供电电路板的表面；
第一过孔，所述第一过孔将所述第一终端电耦合到所述第一DC链路；
具有第二终端的第二开关，所述第二开关安装到所述供电电路板的表面；以及
第二过孔，所述第二过孔将所述第二终端电耦合到所述第二DC链路；
所述第一过孔将热从所述第一开关传导到所述第一DC链路；
所述第二过孔将热从所述第二开关传导到所述第二DC链路。
2.如权利要求1所述的驱动单元，其还包括：
所述供电电路板中形成的第一DC汇流条，所述第一终端连接到所述第一DC汇流条，所述第一过孔连接所述第一DC汇流条和所述第一DC链路；以及
所述供电电路板中形成的第二DC汇流条，所述第二终端连接到所述第二DC汇流条，所述第二过孔连接所述第二DC汇流条和所述第二DC链路。
3.如权利要求2所述的驱动单元，其还包括：
DC链路电容器，所述DC链路电容器具有连接到所述第一DC汇流条的第一终端和连接到所述第二DC汇流条的第二终端。
4.如权利要求2所述的驱动单元，其中：
所述第一DC汇流条和所述第二DC汇流条可延长以增加所述驱动单元的供电能力。
5.如权利要求2所述的驱动单元，其还包括：
动态制动电阻器和动态制动开关，所述动态制动电阻器和动态制动开关安装到所述供电电路板。
6.如权利要求5所述的驱动单元，其中：
所述动态制动开关具有电连接到所述第二DC链路的终端并且所述动态制动电阻器具有电连接到所述第一DC链路的终端。
7.如权利要求1所述的驱动单元，其还包括：
在所述第一开关和所述第二开关的电结处形成的AC终端，所述AC终端在所述供电电路板的至少一个层中形成。
8.如权利要求7所述的驱动单元，其还包括：
设为邻近所述AC终端的电流传感器。
9.如权利要求7所述的驱动单元，其还包括：
在第三开关和第四开关的电结处形成的第二AC终端，所述第二AC终端在所述供电电路板的至少一个层中形成，所述第一AC终端和第二AC终端是共面的。
10.如权利要求1所述的驱动单元，其还包括：
控制板，所述控制板承载控制器，所述控制器向所述第一开关和第二开关提供控制信号。
11.如权利要求1所述的驱动单元，其中：
形成的所述第一DC链路与所述第二DC链路不共面。
12.如权利要求2所述的驱动单元，其中：
所述第一DC汇流条与所述第二DC汇流条共面。
13.如权利要求1所述的驱动单元，其中：
所述供电电路板包括第一底层和第二底层；
所述第一过孔将热从所述第一开关传导到所述第一底层；
所述第二过孔将热从所述第二开关传导到所述第二底层。
14.一种电梯系统，其包括：
沿着电梯井行进的电梯轿厢，所述电梯轿厢与电梯井壁相距一定间隙；
将运动传递到所述电梯轿厢的机器；
用于向所述机器提供驱动信号的驱动单元，所述驱动单元的尺寸设为契合在所述电梯轿厢与所述电梯井壁之间的间隙内；以及
用于向所述驱动单元提供DC功率的电池。
15.如权利要求14所述的电梯系统，其中：
所述驱动单元包括：
多层供电电路板；
所述供电电路板的一个层中形成的第一DC链路；
所述供电电路板的一个层中形成的第二DC链路；
具有第一终端的第一开关，所述第一开关安装到所述供电电路板的表面；
第一过孔，所述第一过孔将所述第一终端电耦合到所述第一DC链路；
具有第二终端的第二开关，所述第二开关安装到所述供电电路板的表面；以及
第二过孔，所述第二过孔将所述第二终端电耦合到所述第二DC链路；
所述第一过孔将热从所述第一开关传导到所述第一DC链路；
所述第二过孔将热从所述第二开关传导到所述第二DC链路。
16.如权利要求15所述的电梯系统，其还包括：
所述供电电路板中形成的第一DC汇流条，所述第一终端连接到所述第一DC汇流条，所述第一过孔连接所述第一DC汇流条和所述第一DC链路；以及
所述供电电路板中形成的第二DC汇流条，所述第二终端连接到所述第二DC汇流条，所述第二过孔连接所述第二DC汇流条和所述第二DC链路。
17.如权利要求16所述的电梯系统，其还包括：
DC链路电容器，所述DC链路电容器具有连接到所述第一DC汇流条的第一终端和连接到所述第二DC汇流条的第二终端。
18.如权利要求16所述的电梯系统，其中：
所述第一DC汇流条和所述第二DC汇流条可延长以增加所述驱动单元的供电能力。
19.如权利要求16所述的电梯系统，其还包括：
动态制动电阻器和动态制动开关，所述动态制动电阻器和动态制动开关安装到所述供电电路板。
20.如权利要求19所述的电梯系统，其中：
所述动态制动开关具有电连接到所述第二DC链路的终端并且所述动态制动电阻器具有电连接到所述第一DC链路的终端。
21.如权利要求15所述的电梯系统，其还包括：
在所述第一开关和所述第二开关的电结处形成的AC终端，所述AC终端在所述供电电路板的至少一个层中形成。
22.如权利要求21所述的电梯系统，其还包括：
设为邻近所述AC终端的电流传感器。
23.如权利要求21所述的电梯系统，其还包括：
在第三开关和第四开关的电结处形成的第二AC终端，所述第二AC终端在所述供电电路板的至少一个层中形成，所述第一AC终端和第二AC终端是共面的。
24.如权利要求15所述的电梯系统，其还包括：
控制板，所述控制板承载控制器，所述控制器向所述第一开关和第二开关提供控制信号。
25.如权利要求15所述的电梯系统，其中：
形成的所述第一DC链路与所述第二DC链路不共面。
26.如权利要求16所述的电梯系统，其中：
所述第一DC汇流条与所述第二DC汇流条共面。
27.如权利要求15所述的电梯系统，其中：
所述供电电路板包括第一底层和第二底层；
所述第一过孔将热从所述第一开关传导到所述第一底层；
所述第二过孔将热从所述第二开关传导到所述第二底层。
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