CN1053631C - 电梯控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的电梯控制装置设有制动器、电流检测器、驱动电路、故障检测电路和外加电压控制器，可以平滑而迅速地起动电梯，并在制动器出现异常情况时可将故障限制在局部范围，此外，通过设置外加电压控制器，在检测到随制动线圈的电感变化而产生的电流变化，可使加在上述制动线圈上的电压减小，从而可大大提高可靠性，并降低成本，还可使装置实现小型化。

Description

电梯控制装置

本发明是CN89100539号申请的分案申请，涉及为了确保电梯安全的控制装置，特别具有改进的制动控制电路的电梯控制装置。

图5是与绞车组成为一体的电磁制动器。

平时，制动控制杆50被弹簧51压向图示的A方向。因此，制动瓦52将制动轮53夹持住，使之停止转动。由于制动轮53固定在穿过电机的转轴54上，所以，同时也就使电机停止转动，从而使电梯停止运行。

另外，呈L形的模动盘55随着制动控制杆50向A方向移动而向图示的B方向转动，从而将棒式铁芯56压向上方。

如果将制动线圈57的电源接通，棒式铁芯56则被吸引而下降。随着棒式铁芯56的下降，便使模动盘55向图示的C方向转动，从而使制动控制杆50反抗弹簧51的弹性力向图示的D方向转动。伴随该转动，制动互52便将制动轮53释放，于是，转轴54便驱动电机转动，使电梯可以升降运动。

下面，参照图6说明先有的采用上述电梯制动器的控制装置的实例。图中，1是三相交流电源，2是用来将电路与交流电源1接通或断开的电磁接触器，2a是其常开触点。3是由半导体开关元件或晶体三极管构成的电机驱动电路，4是由该驱动电路3驱动的电机，该电机4带动转轴54转动，从而驱动电梯升降运行。

9是使制动线圈57与电源接通的电磁接触器，9a是其常开触点。11是随着起动指令触点12的闭合而动作的控制电路，用来使电磁接触器2和9与电源接通，并使驱动电路3动作，V_B是控制电源。60是与转轴54相连接的绞车，绞绳61绕在其上，将电梯间62和平衡锤63往复式的驱动升降。

下面介绍其动作情况。当呼叫电梯时，起动指令触点12便闭合，控制电路11开始工作，使电磁接触器2和9与电源接通。于是，触点2a和9a分别闭合，使驱动电路3通电，同时也将电源10与制动线圈57接通。进而，当制动线圈57中流过电流、吸引棒式铁芯56而释放制动轮53时，便向驱动电路3发出动作指令，向电机4通电，使之产生一转动力矩，依靠该转动力矩，可平滑地起动电梯间62升降。

由于先有的电梯控制装置是按上述结构构成的，所以，电梯起动时，有时制动器的制动力还作用着，电机就产生了力矩。这时，在制动器完全释放后，制动力消失的瞬间，便会急剧的加速，产生不舒服感。

另外，当电磁接触器的触点接触不良或者由于棒式铁芯56变形为拱形而在中途停止时，就会在制动轮53处于未完全释放的状态下给电机4通电。于是，就会为了使电机4在作用着制动力的条件下转动而流过很大的电流，从而可能会烧坏电机4，或者由于制动瓦衬星产生异常摩损而造成制动器失灵，发生极其危险的情况。

本发明就是为了解决上述问题而提出来的，其目的在于得到一种电梯控制装置，在确认电流流过制动线圈后，才向电机通电，从制动力向电机产生力矩平滑地过渡，同时，通过测定制动电流来检测制动瓦是否实际动作，这样便可监视制动器的动作，防止电机烧坏和产生衬里的异常摩损。

本发明的电梯控制装置通过检测控制电梯制动器的制动线圈的电流，利用该检测结果向驱动电梯的电机通电，以产生实际的转动力矩，或者以制动线圈的电流未达到所期望的数值以及电流不发生变化的情况为条件而起动故障检测电路。

另外，图11是一般电梯装置的结构示意图，如图所示，电梯装置具有一根共用的转轴54，电机4、制动轮53和绞车60以适当的间隔装配在该转轴54上。电机4与电机控制电路5相连接，该电机控制电路5还通过电磁接触器(图中未示出)的触点2a与三相电源1相连接。电磁制动器8由将制动轮53夹持着施加制动的制动瓦52、安装在该制动瓦52上的棒式铁芯56、连接在该棒式铁芯56与底座64之间的弹簧51、与棒式铁芯56的运动发生连动而进行开闭的开关13以及环绕棒式铁芯56的线圈57构成。如果棒式铁芯56受到弹簧51的弹力推压、进而使安装在其上的制动瓦52产生制动力，电磁制动器8便对制动轮53施加制动，如果控制流过线圈57中的电流的制动控制电路11使线圈57产生励磁，便可克服弹簧51的推压力而吸引棒式铁芯56，从而释放制动轮53。绞车60上绕着绞绳61，绞绳61的一端与电梯间62相接，另一端与平衡锤63连接。

图12是图11中用方框图表示的先有的制动控制电路的电路图，该电路是日本国特开昭59-48903号公报发表过的。电磁制动器8释放时闭合、动作时断开的电磁接触器(图中未示出)的触点9a、上述开关13的触点13a和上述线圈57相互串联地连接在电源(图中未示出)的正端(+)和负端(-)之间。在棒式铁芯56被吸引之前，为了克服弹簧51的推压力，线圈57中必须通过较大的电流，所以，触点13a处于使线圈57与电源直接接通的闭合状态，一旦棒式铁芯56被吸引后，即使减小线圈电流，也能维持棒式铁芯56的吸引状态，利用这一特性，触点13a变为断开状态。与触点13a并联连接的电阻65是限流电阻，当棒式铁芯56被吸引后，触点13a断开时，可减小流过线圈57的电流。另外，与线圈57并联连接的电阻66是线圈保护电阻，当切断线圈电流时，可以吸收线圈57中储存的电磁能。

在采用先有的制动控制电路11的电梯装置中，当呼叫电梯时，由于图11中的电磁接触器的触点2a闭合，所以，电机控制电路5便和三相电源接通。结果，电机控制电路5开始动作，向电机4通电。与此同时，由于图12中的电磁接触器的触点9a闭合，所以，电磁制动器8的线圈57便通过闭合的开关触点13a和刚闭合的电磁接触器的触点9a与电源接通。结果，线圈57被励磁而吸引棒式铁芯56，于是，电磁制动器8便释放。因此，电机4开始转动，电梯间62开始平滑地起动。这时，由于与棒式铁芯56连动的开关13的触点13a断开，所以，线圈电流便从电源的正端(+)，通过闭合的电磁接触器的触点9a、限流电阻65和线圈57流向负端(-)，线圈电流受到限流电阻65的限制。结果，既可抑制线圈57发热，又可减少线圈57的电能消耗。

但是，在先有的制动控制电路中，开关触点是机械式触点，容易产生接触不良或者因触点的调整不佳而引起接触不良的情况，所以，当要吸引棒式铁芯时，线圈电流可能已成为被限流的状态，结果，棒式铁芯不能被吸动，也就是说，在制动瓦衬里与制动轮接触的情况下，电机就转动了，容易招致衬里的异常摩损而造成制动器失灵，另外，由于必须有开关触点的随动装置，也给维护工作带来不便。

因此，本发明的另一个目的就是为解决上述问题，提供一种具有制动控制电路的电梯控制装置，该装置在确认电磁制动器的线圈中流过电流的同间，又确认制动器随该电流变化而实际动作后，便可限制线圈电流。

本发明的电梯控制装置使用了制动控制电路，该制动控制电路由串联电路、电流检测器和外加电压减小器构成，串联电路至少包括电磁制动线圈和半导体开关元件，连接在电源的两端之间；电流检测器用来检测串联电路中的上述线圈中流通的电流；外加电压减小器连接在该电流检测器和上述半导体开关元件之间，当上述电流检测器检测到上述线圈电流在增加的过程中出现瞬间的急剧减小时，便控制上述半导体开关元件使加在上述线圈上的电压减小。

本发明的电梯控制装置在检测到制动线圈的电流后，才向电机通电，以产生转动力矩，从制动器向电机过渡，或者利用故障检测电路来检测制动器的异常情况。

按照本发明，当检测到电磁制动器的线圈中流过电流以及检测到该线圈电流在增加的过程中出现瞬间的急剧减小时，便可减小加在线圈上的电压，从而限制线圈电流。

下面，在说明本发明的实施例之前，先介绍一下本发明的技术背景。

通常，制动线圈57中的电流和电压满足如下关系： $E=\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\mathrm{Li}\right)+\mathrm{Ri}---\left(1\right)$ 其中，E是制动线圈57的端电压(这里是恒定值)，L是线圈57的电感，R是电电阻。按照(1)式，在棒式铁芯56动作之前，电感L是一定的，所以，由(1)式得到的电流可用如下熟知的公式表示。即 $i=\frac{E}{R}\left({1-e}^{-\frac{L}{R}t}\right)-----\left(2\right)$ 该电流随时间t的变化如图4(a)所示。另外，当制动线圈57克服弹簧51的弹性力而吸引棒式铁芯56时，电感L则发生变化。即，根据(1)式，有 $E=\left(\frac{d}{\mathrm{dt}}L\right)i+\left(\frac{\mathrm{di}}{\mathrm{dt}}\right)L+\mathrm{Ri}---\left(3\right)$ 其中，(3)式右边第1项的微商可以改写为 $\frac{d}{\mathrm{dt}}L=\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}\·\frac{d}{\mathrm{dx}}\left(x\right)-----\left(4\right)$ 其中，x为棒式铁芯56的空隙长度，L(x)表示电感L是空隙长度x的函数。

因此，

为就是棒式铁芯56的移动速度，而

则表示空隙变化引起的电感的变化率，此处为负值。于是，当棒式铁芯56被吸引时，电流的变化便如图4(b)所示。

也就是说，从O点到A点，电流i按(1)式增加，在棒式铁芯56被吸引的过程中，电流i按(3)式及(4)式从A点到B点减小。当棒式铁芯56的动作终了时，该状态下的电感值按(1)式从B点逐渐地增加。

因此，只要检测到了图4(b)所示的电流i的变化，便可知道制动器释放了。

图1到图3(a)～(h)是本发明的一个实施例。

图中，14是检测制动线圈57的回路电流i的电流检测器。在图3中，20是电流检测器14的输出放大器，21是选定的用来只检测电压的交变分量的电容器，22是用来放大信号的晶体三极管；它和电容器21构成第2电流检测器。23和23是选定为最佳值的电阻，当输出放大器20的输出信号大于图3(a)所示的V_K时，以使晶体三极管22作为放大器动作而导通。25是或门元件，26是RST触发器电路(以π简称F/F电路)，27是计算器，当起动指令触点12闭合而输入复位信号时，从该时刻计数时钟脉冲(C/P)，当该数值大于指定值时，便输出高电平信号(以下简称H信号)，具有定时器的功能。28是与门元件，具有故障检测电路的功能。30是放大用的晶体三极管，具有第1电流检测器的功能。31、32和33是选定为最佳值的电阻，用来使晶体三极管30实现指定的动作。34是非门元件，35是单稳多谐振荡器(以下简称OMV)，36是或门元件，37是倒相器，或门元件36和非门元件37具有第3电流检测器的功能。V_B是正电源，-V_B是负电源。(a)～(h)分别为图示的位置点，与图3所示的信号对应。

下面介绍其动作。

与先有的实例一样，当触点9a闭合时，便有制动电流i流过。该电流i由电流检测器进行检测，在输出放大器20的输出点a处输出图3(a)所以的信号。这是棒式铁芯56被正常吸引的情况，和对图4(a)及(b)所介绍过的一样。

也就是说，在t₀时刻，触点9a闭合，在t₁时刻，如果a点的电压达到V_K，则晶体三极管30导通，在此之前的H信号变为低电平信号(以下简称L信号)。结果，非门元件34的输出(g点)成为H信号。由于该H信号的作用，OMV35便在短期内(从t₁时刻到t₂时刻)内发生H信号，如图3(h)所示。OMV35的H信号直接输入F/F电路26的置位端S，另外，通过或门元件25输入时钟端T，从Q端输出H信号，如图3(c)所示。

在吸引棒式铁芯56的过程中，即时刻t₂～t₄，a点的电压减小。在此期间，晶体三极管22截止，b点为H信号，如图3(b)所示。该H信号使F/F电路26复位后，c点成为L信号。另一方面，在起动止令触点12闭合后开始进行计数，计数器27在t，时刻动作后，d点成为H信号。但是，由于c点和d点不能同时成为H信号，所以，与门元件28的输出点e不可能成为H信号。也就是说，制动器是正常的。

另外，当F点为L信号时，即当发出起动指令时，并且c点也是L信号即当检测到棒式铁芯56被吸引时，使驱动电路3动作并发送向电机通电以产生转动力矩的指令的电磁接触器2才开始通电。也就是说，当或门元件36的输出为L信号、倒相器37的输出为H信号时，电磁接触器2才通电。由此才通过触点2a使驱动电路3通电，从而使电机4产生转动力矩。

即，电机4是在制动器释放的同时被驱动的，所以，在制动器的作用状态下，电机4不能通电，制动器刚释放时也不会产生转动力矩。

下面说明制动线圈57中没有电流流动的情况以及棒式铁芯56未正常动作的情况。首先，当制动线圈57中没有电流流动时，由于f点的信号仍为H信号，倒相器37仍为L信号，电磁接触器2不可能通电，所以，可以阻止电梯起动。另外，当制动线圈57中虽有电流流通，但棒式铁芯56未被吸引时，则a点的信号如图3(a)中的虚线所示，在t₃时刻以后，仍均匀地增加。因此，晶体三极管22仍然导通，b点保持为L信号。另外，F/F电路26在OMV35的输出信号作用下置位之后，c点在t₁时刻成为H信号，此后，由于b点一直是L信号，所以，仍保持为置位信号。因此，c点在t₃时刻以后，仍为H信号，如图3(c)中的虚线所示。在t₃时刻，如果计数器27的输出信号为H信号，与门元件28的输出点e则为虚线所示的H信号。

根据e点为H信号，可以判定制动器的工作情况不良。利用该信号可使电梯停止运行，从而可以防止因制动器失灵而发生事故，防患于未然。由于这方面的具体技术是人们熟知的，所以这里从略。

另外，由于c点不能成为L信号，所以电磁接触器2不能通电。这样，由于在制动器未释放时电机4不能通电，所以也不会烧坏电机4。

在上述实施例中，是在制动器释放之后才给电机4通电的，所以，电机4产生转动力矩比通电时间有若干延迟。计入这种延迟时间，在制动器释放之前，在适当的时刻给电机4通电，便可缩短从发出起动指令到电梯实际起动的时间，而且可以平滑地从制动力向转动力矩过渡。例如，在图2中，可将电磁接触器2直接与g点相接，依靠晶体三极管30的动作而给电机4通电。并且，如果在晶体三极管30动作的t₁时刻给电机4通电，则可调整使电机4在制动力消失的t₄时刻恰好产生与负载平衡的转动力矩。因此，可以平滑而迅速地起动。在上述实施例中，假定制动线圈是直流励磁的，对于交流励磁的情况，如所周知，由于励磁电流是随吸引棒式铁芯而减小的，所以，通过检测该励磁电流的减小，同样可以应于于上述实施例。例如，通过将电流检测器14的检测结果进行整流，变换为直流，便可采用图2所示的电路。

此外，本发明通过检测棒式铁芯移动时的电流变化，可以确认电磁制动器确实释放了，并可据此来限制线圈电流。

下面，参照图7～12详细说明本发明的具有制动控制电路的电梯控制装置的实施例。

图7是本发明的电梯装置采用的制动控制电路的一个实例的电路图。在该制动控制电路11A中，与图12所示的完全相同的电磁接触器触点9a和线圈57以及代替开关触点13a的半导体开关元件例如功率晶体管67的集电极与发射极电路串联连接在电源(图中未示出)的正端(+)和负端(-)之间。此外，与线圈57并联连接的续流二极管68取代了图12中的线圈保护电阻66，而且可以使线圈电流保持良好的连续性。在上述串联电路中，设有检测流过线圈57的电流的电流检测器14，在该电流检测器14和功率晶体管67的基极之间，接有外加电压减小器69，它利用脉冲宽度控制功率晶体管67，进而限制线圈电流，同时减小线圈上的外加电压。

图8是图7中用方框图表示的外加电压减小器69的电路图，图9A～9E是图8中各部分的输出信号波形图。图8所示的外加电压减小器69由电容器72、晶体三极管73、该晶体三极管73的基极偏压电阻74及负载电阻75、RST触发器76、脉冲发生器77、与非门78和放大器79构成，电容器72只让图7中电流检测器14的输出a(参见图9A)的交变分量通过；晶体三极管73用来放大该交变分量；RST触发器76用来产生与晶体三极管73的输出b(见图9B)的变化相对应的输出c(见图9c)；脉冲发生器77输出脉冲宽度恒定的脉冲(参见图9D的d)；放大器79用来放大与非门78的输出e(见图9E)，并输出e＇。电容器72、晶体三极管73和RST触发器76具有第4电流检测器的功能。电容器72连接在输入端IT和晶体三极管73的基极之间。晶体三极管73的发射极接地，集电极通过负载电阻75与电源+V相接，基极通过基极偏压电阻74与电源+V相接。RST触发器76的输入端T与晶体三极管73的集电极相接，输出端Q和与非门78的一个输入端相接。与非门78的另一个输入端与脉冲发生器77相接，与非门78的输出端通过放大器79与图7中的功率晶体管67的基极相接。

下面，参照图9A～9E的波形图和图11所示的结构示意筒图，详细说明采用了图7所示的制动控制电路11A和图8所示的外加电压减小器69的本发明电梯控制装置的动作。

首先，当输入电梯起动指令时，图11所示的电机4便通过电机控制电路5和电磁接触器触点2a与三相电源1接通，同时，图7所示的电磁接触器触点9a闭合。线圈57开始流过电流(参见图9A的电流检测器的输出a)。由图9a可知，在该t₁时刻，图8中的触发器76的输出c变为低电平，所以，与非门78的输出e和放大器79的输出即功率晶体管67的基极输入e＇变为高电平，从而使功率晶体管67导通。结果，由图9A可知，这时线圈电流增加，对棒式铁芯56的吸引力可以克服弹簧51的推压力而使棒式铁芯56开始动作。当棒式铁芯56开始动作后，线圈电流便如图9A所示的那样急剧的变化，所以，晶体管73的输出b便成为图9B所示的脉冲状输出信号。当该脉冲状输出信号输到触发器76的输入端T时，该触发器76便将其输出c从低电平转换为高电平，并将该高电平输出信号输给与非门78的一个输入端。因此，加在与非门78的另一个输入端上的脉冲发生器77的输出d便有效，于是，与非门78的输出e便成为高电平与低电平反复交替出现的脉冲。这些脉冲经放大器79放大后，输给功率晶体三极管67的基极，所以，该功率晶体管67便反复交替地导通和截止，便加在线圈57上的平均电压减小，从而限制流过线圈57的电流。

图10是制动控制电路的其他实例的电路图。该制动控制电路11B和图7所示的制动控制电路11A相同的地方是都使用了串联连接在电源的两端之间的电磁接触器触点9a和线圈57，不同的地方是，代替功率晶体管67的是由半导体开关元件例如可控硅与二极管的混合桥路构成的第1整流电路70及其输入端连接的高压交流电源HV和只由二极管的桥路构成的第2整流电路71及其输入端连接的低压交流电源LV。另外，外加电压减小器69连接在电流检测器14和第1整流电路70中的可控硅的控制极之间。

在这样构成的制动控制电路11B中，电梯起动时，如果外加电压减小器69将第1整流电路70中的可控硅触发，并且电磁接触器的触点9a闭合，线圈电流便在从高压交流电源HV经第1整流电路70、电磁接触器触点9a、线圈57和第1整流电路70、再回到高压交流电源HV的串联电路中流动。并且，当棒式铁芯56被吸引后，电流检测器14检测到线圈电流的变化时，外加电压减小器69便停止触发可控硅，这时，线圈电流便在从低压交流电源LV经第2整流电路71、电磁接触器触点9a、线圈57和第2整流电路71，再回到低压交流电源LV的串联电路中流动，从而可使加在线圈57上的电压减小。

如上所述，由于本发明是在利用第1电流检测器检测出制动器中制动线圈的电流超过指定值后，才向电机通电的，所以，可以平滑而迅速地从制动器向电机过渡。

另外，还设置有用来检测制动器的制动力被解除的第2电流检测器，如果制动器正常，通常计数的指定时间大于检测动作的时间，在该指定时间内，第2电流检测器未动作时，便可使故障检测电路动作，所以，可将制动器的故障引起的不良情况限制在局部范围。

此外，由于本发明采用了由串联电路、电流检测器和外加电压减小器构成的制动控制电路，串联电路至少包括电磁制动线圈和半导体开关元件，连接在电源的两端之间；电流检测器用来检测上述线圈中流过的电流；外加电压减小器连接在该电流检测器和上述半导体开关元件之间，当上述电流检测器检测到上述线圈电流在增加的过程中出现瞬间的急剧小时，便控制上述半导体开关元件使加在上述线圈上的电压减小，因此，完全不存在机械触点造成的接触不良和调整不佳的问题，提高了可靠性，而且还可以降低成本，由于采用了以通/断控制半导体元件的所谓断续方式，也不需要像采用限流电阻那样占据实装空间，另外，也不存发热问题，因此，可以使装置实现小型化。

图1～图4(a)及(b)是本发明的电梯控制装置的一个实施例，图1是总体构成图，图2是主要部分的电路连接框图，图3是图2的动作波形图，图4(a)及(b)是线圈电流的变化图。

图5和图6是先有的电梯控制电路，图5是制动器的正投影图，图6是与图1相当的总体构成图，

图7是本发明采用的制动控制电路的一个实例的电路图，图8是图7中的外加电压减小器的电路图，图9A～9E是图8中各部分的输出信号波形图，图10是制动控制电路的其它实例的电路图，图11是一般电梯装置的结构示意简图，图12是图11中先有的制动控制电路的电路图，图13A和13B是线圈电流的变化图。

图中，1…交流电流，2…电磁接触器，4…电机，5…电机控制电路，8…电磁制动器，9…电磁接触器，11A，11B…制动控制电路，12…起动指令触点，14…电流检测器，21…电容器，22…晶体三极管(第2电流检测器)，27…计数器(定式器)，28…与门元件(故障检测电路)，30…晶体三极管(第一电流检测器)，52…制动瓦，53…制动轮；56…棒式铁芯，57…制动线圈，62…电梯间，67…功率晶体管，69…外加电压减小器，70…第1整流电路，71…第2整流电路。

另外，图中，相同的符号表示相同或相当的部分。

Claims (3)

1.电梯控制装置，设有：制动器，通过切断制动线圈的电源而产生制动力，可使电梯停止运行，利用起动指令信号可使上述制动线圈通电，从而解除上述制动力；其特征在于还设有外加电压减小器，在制动器的制动力解除时，检测随上述制动线圈的电感变化而产生的电流变化，并减小加在上述制动线圈上的电压，该外加电压减小器具有：电流检测电路，与上述制动线圈电连接的，用于检测随上述制动线圈的电感变化而产生的电流变化；脉冲发生电路，与上述电流检测电路电连接，在上述电流检测电路检测到电流变化时，产生输出脉冲信号；以及晶体三极管，其集电极和发射极与上述制动线圈串联连接，基极与上述脉冲发生电路的输出侧电连接。

2.根据权利要求1所述的电梯控制装置，其特征在于上述脉冲发生电路是由脉冲发生器和门电路构成的，门电路与脉冲发生器连接，当上述电流检测电路检测到电流变化时，门电路导通上述脉冲发生器的输出。

3.根据权利要求2所述的电梯控制装置，其特征在于上述电流检测电路是由电容器、晶体三极管和触发器构成，流过制动线圈的电流输入电容器的一个电极，电容器的另一个电极与晶体三极管的控制电极相连接；触发器随上述晶体三极管的导通而输出信号。

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