CN106185561A - 一种磁悬浮电梯及悬浮控制系统和悬浮控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁悬浮电梯及悬浮控制系统和悬浮控制方法，涉及电梯领域。其特征在于，所述磁悬浮电梯包括：轿体；所述轿体的顶部设置有顶部磁体，底部设置有底部磁体，左边设置有三个完全一样的左磁体；右边设置有三个完全一样右磁体；所述磁悬浮电梯还包括：位于底部的底部悬浮装置，顶部的顶部悬浮装置；左侧的左悬浮装置和右侧的右悬浮装置。本发明提供了一种磁悬浮电梯及悬浮控制系统和悬浮控制方法，本发明具有运行速度快、用户体验好、控制精度高、节约能源等优点。

Description

一种磁悬浮电梯及悬浮控制系统和悬浮控制方法

技术领域

本发明涉及电梯领域，特别涉及一种磁悬浮电梯及悬浮控制系统和悬浮控制方法。

背景技术

伴随经济的快速发展和城镇化进程的不断深入，我国的电梯行业正经历着一个高速发展期。我国电梯产量从1990年的1.03万台增长到2010年的36.5万台，年复合增长率19.5%，国内电梯需求量从2000年的仅3.72万台增长到2010年的32.97万台，到2010年底，我国电梯保有量超过160万台。

我国对节能电梯的需求量较大，需求增长强劲，2008 年-2014 年的复合增长率将达27.27%，大大超过了我国电梯总体需求的增长速度。高性能钕铁硼永磁材料作为节能电梯曳引机的核心零部件，其市场需求必将随节能电梯的发展而快速增长。每台节能电梯约需使用6kg高性能钕铁硼永磁材料。按此估算，2009年，我国节能电梯行业需使用高性能钕铁硼永磁材料1,014吨，预计到2014年，我国节能电梯行业需使用高性能钕铁硼永磁材料达3,123吨。2006-2014年中国节能电梯行业对高性能钕铁硼永磁材料需求变化情况。

而相比于电梯市场的迅猛发展，电梯的技术发展却一直停滞不前，在如何实现节省电梯运行能源消耗、如何提升乘坐体验、如何实现高精度控制等方面，没有取得实质性的突破。

而随着磁悬浮技术的快速发展和进步，整体技术已经非常成熟，将磁悬浮技术应用到电梯上，摆脱传统的液压拉动式方式，将对电梯行业影响深远，造成巨大的革新。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种磁悬浮电梯及悬浮控制系统和悬浮控制方法，本发明具有运行速度快、用户体验好、控制精度高、节约能源等优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种磁悬浮电梯，其特征在于，所述磁悬浮电梯包括：轿体；所述轿体的顶部设置有顶部磁体，底部设置有底部磁体，左边设置有三个完全一样的左磁体；右边设置有三个完全一样右磁体；所述磁悬浮电梯还包括：位于底部的底部悬浮装置，顶部的顶部悬浮装置；左侧的左悬浮装置和右侧的右悬浮装置。

所述底部悬浮装置、顶部悬浮装置、左悬浮装置和右悬浮装置的内部都设置有悬浮控制系统；所述顶部磁体与底部磁体的异极相对设置。

所述左磁体和右磁体的异极相对设置。

所述系统包括悬浮磁极、位置传感器、加速度传感器、前级处理电路、第一模数转换器、熔断器、整流桥、电源、主控制器、斩波器、上位控制终端、第二模数转换器和示波器；所述悬浮磁极信号分别信号连接于位置传感器、加速度传感器和斩波器；所述位置传感器信号连接于前级处理电路；所述加速度传感器信号连接于前级处理电路；所述前级处理电路信号连接于第一模数转换器；所述第一模数转换器信号连接于主控制器；所述主控制器分别信号连接于上位控制终端、斩波器和第二模数转换器；所述第二模数转换器信号连接于示波器；所述斩波器信号连接于熔断器；所述熔断器信号连接于整流桥；所述整流桥信号连接于电源。

所述悬浮磁极，用于根据斩波器发送过来的电流强度生成不同强度的磁场，进而推动轿体运动；所述位置传感器，用于实时获取轿体的位置信息；所述加速度传感器，用于实时获取轿体的加速度信息；所述前级处理电路，用于将传感器获取的信号进行放大，以及将信号进行转换和滤波；所述第一模数转换器，用于将模拟信号转换为数字信号；所述主控制器，用于根据接收到的信号，控制系统的运行，进而控制电梯的运行状态；所述斩波器，用于将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源，进而控制悬浮磁极产生的磁场强度；所述熔断器，用于当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路；所述整流桥，用于将交流电转换为直流电；所述电源，用于给系统运行提供能源；所述第二模数转换器，用于将主控制器发送过来的数字信号转换为模拟信号，并发送至示波器进行显示分析；所述上位控制终端，用于对整个系统进行上位控制。

所述主控制器为DSP处理器；所述斩波器为具有高输入电流变化率的H型斩波器。

一种悬浮控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：系统启动，在主控制器中建立悬浮控制模型；

步骤2：电源为悬浮控制系统进行供电，电流经整流桥进行整流后，将整流后的电流经熔断器发送至斩波器；

步骤3：此时，位置传感器和加速度传感器将感应到的位置信息和加速度信息发送至前级处理电路，经前级处理电路和第一数模转换器处理后发送至主控制器；

步骤4：主控制器根据接收到的数据信息，控制斩波器的运行状态，进而控制悬浮磁极产生的磁场强度；

步骤5：主控制器将接收到的传感器信息发送至示波器和上位控制终端。

所述悬浮控制模型建立的方法为：

步骤1：忽略磁体内部的漏磁通，得出悬浮系统的数学方程为：

;

;

;

;

其中，为悬浮质量，为电磁力，为外部干扰力，为电磁铁电压，QUOTE 为电磁铁电流，为线圈匝数，为线圈电阻，为有效磁面积，为等效气隙，为实际悬浮气隙， 为真空磁导率，为铁心磁导率，为磁路在铁心和轨道中的总长度，为永磁体的剩余矫顽力，为永磁体的剩磁，为永磁体的厚度；

该方程即为悬浮控制系统的数学模型。

采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：

1、数字控制，实时性强：本发明的电梯系统采用DSP处理器进行控制，既保证了计算和控制的实时性，又能充分发挥数字控制的诸多优点。。

2、用户体验好：本发明的电梯采用磁力作为电梯运行的来源，力的作用不通过直接接触产生，电梯运行和停止的整个过程中，更加平滑，用户体验更好。

3、节约能源：本发明的电梯，由于运行过程中基本是处于悬浮状态，除了重力以外，没有其他阻力阻碍电梯的运行，达到相同的速度，在运行过程中消耗的能源更少。

4、运行速度快：本发明的电梯，几乎已经没有摩擦力带来的阻力，直接通过磁力推动，加速更快，速度也更快。

附图说明

图1是本发明的一种磁悬浮电梯及悬浮控制系统和悬浮控制方法的电梯构示意图。

图2是本发明的一种磁悬浮电梯及悬浮控制系统和悬浮控制方法的系统结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明实施例1中提供了一种磁悬浮电梯,电梯结构图如图1所示：

一种磁悬浮电梯，其特征在于，所述磁悬浮电梯包括：轿体；所述轿体的顶部设置有顶部磁体，底部设置有底部磁体，左边设置有三个完全一样的左磁体；右边设置有三个完全一样右磁体；所述磁悬浮电梯还包括：位于底部的底部悬浮装置，顶部的顶部悬浮装置；左侧的左悬浮装置和右侧的右悬浮装置。

所述底部悬浮装置、顶部悬浮装置、左悬浮装置和右悬浮装置的内部都设置有悬浮控制系统；所述顶部磁体与底部磁体的异极相对设置。

所述左磁体和右磁体的异极相对设置。

所述系统包括悬浮磁极、位置传感器、加速度传感器、前级处理电路、第一模数转换器、熔断器、整流桥、电源、主控制器、斩波器、上位控制终端、第二模数转换器和示波器；所述悬浮磁极信号分别信号连接于位置传感器、加速度传感器和斩波器；所述位置传感器信号连接于前级处理电路；所述加速度传感器信号连接于前级处理电路；所述前级处理电路信号连接于第一模数转换器；所述第一模数转换器信号连接于主控制器；所述主控制器分别信号连接于上位控制终端、斩波器和第二模数转换器；所述第二模数转换器信号连接于示波器；所述斩波器信号连接于熔断器；所述熔断器信号连接于整流桥；所述整流桥信号连接于电源。

所述悬浮磁极，用于根据斩波器发送过来的电流强度生成不同强度的磁场，进而推动轿体运动；所述位置传感器，用于实时获取轿体的位置信息；所述加速度传感器，用于实时获取轿体的加速度信息；所述前级处理电路，用于将传感器获取的信号进行放大，以及将信号进行转换和滤波；所述第一模数转换器，用于将模拟信号转换为数字信号；所述主控制器，用于根据接收到的信号，控制系统的运行，进而控制电梯的运行状态；所述斩波器，用于将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源，进而控制悬浮磁极产生的磁场强度；所述熔断器，用于当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路；所述整流桥，用于将交流电转换为直流电；所述电源，用于给系统运行提供能源；所述第二模数转换器，用于将主控制器发送过来的数字信号转换为模拟信号，并发送至示波器进行显示分析；所述上位控制终端，用于对整个系统进行上位控制。

所述主控制器为DSP处理器；所述斩波器为具有高输入电流变化率的H型斩波器。

本发明实施例2中提供了一种磁悬浮电梯及悬浮控制系统，电梯结构图如图1所示，系统结构如图2所示：

一种悬浮控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：系统启动，在主控制器中建立悬浮控制模型；

步骤2：电源为悬浮控制系统进行供电，电流经整流桥进行整流后，将整流后的电流经熔断器发送至斩波器；

步骤3：此时，位置传感器和加速度传感器将感应到的位置信息和加速度信息发送至前级处理电路，经前级处理电路和第一数模转换器处理后发送至主控制器；

步骤4：主控制器根据接收到的数据信息，控制斩波器的运行状态，进而控制悬浮磁极产生的磁场强度；

步骤5：主控制器将接收到的传感器信息发送至示波器和上位控制终端。

所述悬浮控制模型建立的方法为：

步骤1：忽略磁体内部的漏磁通，得出悬浮系统的数学方程为：

;

;

;

;

其中，Q为悬浮质量，为电磁力，为外部干扰力，为电磁铁电压，为电磁铁电流，为线圈匝数，为线圈电阻，为有效磁面积，为等效气隙，为实际悬浮气隙，为真空磁导率，为铁心磁导率，为磁路在铁心和轨道中的总长度，为永磁体的剩余矫顽力，为永磁体的剩磁，为永磁体的厚度；

该方程即为悬浮控制系统的数学模型。

本发明实施例3中提供了一种磁悬浮电梯及悬浮控制系统和悬浮控制方法，电梯结构图如图1所示，系统结构如图2所示：

一种磁悬浮电梯，其特征在于，所述磁悬浮电梯包括：轿体；所述轿体的顶部设置有顶部磁体，底部设置有底部磁体，左边设置有三个完全一样的左磁体；右边设置有三个完全一样右磁体；所述磁悬浮电梯还包括：位于底部的底部悬浮装置，顶部的顶部悬浮装置；左侧的左悬浮装置和右侧的右悬浮装置。

所述底部悬浮装置、顶部悬浮装置、左悬浮装置和右悬浮装置的内部都设置有悬浮控制系统；所述顶部磁体与底部磁体的异极相对设置。

所述左磁体和右磁体的异极相对设置。

所述系统包括悬浮磁极、位置传感器、加速度传感器、前级处理电路、第一模数转换器、熔断器、整流桥、电源、主控制器、斩波器、上位控制终端、第二模数转换器和示波器；所述悬浮磁极信号分别信号连接于位置传感器、加速度传感器和斩波器；所述位置传感器信号连接于前级处理电路；所述加速度传感器信号连接于前级处理电路；所述前级处理电路信号连接于第一模数转换器；所述第一模数转换器信号连接于主控制器；所述主控制器分别信号连接于上位控制终端、斩波器和第二模数转换器；所述第二模数转换器信号连接于示波器；所述斩波器信号连接于熔断器；所述熔断器信号连接于整流桥；所述整流桥信号连接于电源。

所述悬浮磁极，用于根据斩波器发送过来的电流强度生成不同强度的磁场，进而推动轿体运动；所述位置传感器，用于实时获取轿体的位置信息；所述加速度传感器，用于实时获取轿体的加速度信息；所述前级处理电路，用于将传感器获取的信号进行放大，以及将信号进行转换和滤波；所述第一模数转换器，用于将模拟信号转换为数字信号；所述主控制器，用于根据接收到的信号，控制系统的运行，进而控制电梯的运行状态；所述斩波器，用于将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源，进而控制悬浮磁极产生的磁场强度；所述熔断器，用于当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路；所述整流桥，用于将交流电转换为直流电；所述电源，用于给系统运行提供能源；所述第二模数转换器，用于将主控制器发送过来的数字信号转换为模拟信号，并发送至示波器进行显示分析；所述上位控制终端，用于对整个系统进行上位控制。

所述主控制器为DSP处理器；所述斩波器为具有高输入电流变化率的H型斩波器。

一种悬浮控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：系统启动，在主控制器中建立悬浮控制模型；

步骤2：电源为悬浮控制系统进行供电，电流经整流桥进行整流后，将整流后的电流经熔断器发送至斩波器；

步骤3：此时，位置传感器和加速度传感器将感应到的位置信息和加速度信息发送至前级处理电路，经前级处理电路和第一数模转换器处理后发送至主控制器；

步骤4：主控制器根据接收到的数据信息，控制斩波器的运行状态，进而控制悬浮磁极产生的磁场强度；

步骤5：主控制器将接收到的传感器信息发送至示波器和上位控制终端。

所述悬浮控制模型建立的方法为：

步骤1：忽略磁体内部的漏磁通，得出悬浮系统的数学方程为：

;

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;

其中，为悬浮质量，为电磁力，为外部干扰力，为电磁铁电压，为电磁铁电流， 为线圈匝数，为线圈电阻，为有效磁面积，为等效气隙，为实际悬浮气隙，为真空磁导率，为铁心磁导率，为磁路在铁心和轨道中的总长度，为永磁体的剩余矫顽力，为永磁体的剩磁，为永磁体的厚度；

该方程即为悬浮控制系统的数学模型。

本发明的电梯系统采用DSP处理器进行控制，既保证了计算和控制的实时性，又能充分发挥数字控制的诸多优点。。

本发明的电梯采用磁力作为电梯运行的来源，力的作用不通过直接接触产生，电梯运行和停止的整个过程中，更加平滑，用户体验更好。

本发明的电梯，由于运行过程中基本是处于悬浮状态，除了重力以外，没有其他阻力阻碍电梯的运行，达到相同的速度，在运行过程中消耗的能源更少。

本发明的电梯，几乎已经没有摩擦力带来的阻力，直接通过磁力推动，加速更快，速度也更快。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种磁悬浮电梯，其特征在于，所述磁悬浮电梯包括：轿体（8）；所述轿体（8）的顶部设置有顶部磁体（6），底部设置有底部磁体（4），左边设置有三个完全一样的左磁体（7）；右边设置有三个完全一样右磁体（5）；所述磁悬浮电梯还包括：位于底部的底部悬浮装置（1），顶部的顶部悬浮装置（9）；左侧的左悬浮装置（3）和右侧的右悬浮装置（2）。

2.如权利要求1所述的磁悬浮电梯，其特征在于，所述底部悬浮装置（1）、顶部悬浮装置（9）、左悬浮装置（3）和右悬浮装置（2）的内部都设置有悬浮控制系统；所述顶部磁体（6）与底部磁体（4）的异极相对设置。

3.如权利要求2所述的磁悬浮电梯，其特征在于，所述左磁体（7）和右磁体（5）的异极相对设置。

4.如权利要求2所述的悬浮控制系统，其特征在于，所述系统包括悬浮磁极、位置传感器、加速度传感器、前级处理电路、第一模数转换器、熔断器、整流桥、电源、主控制器、斩波器、上位控制终端、第二模数转换器和示波器；所述悬浮磁极信号分别信号连接于位置传感器、加速度传感器和斩波器；所述位置传感器信号连接于前级处理电路；所述加速度传感器信号连接于前级处理电路；所述前级处理电路信号连接于第一模数转换器；所述第一模数转换器信号连接于主控制器；所述主控制器分别信号连接于上位控制终端、斩波器和第二模数转换器；所述第二模数转换器信号连接于示波器；所述斩波器信号连接于熔断器；所述熔断器信号连接于整流桥；所述整流桥信号连接于电源。

5.如权利要求2所述的悬浮控制系统，其特征在于，所述悬浮磁极，用于根据斩波器发送过来的电流强度生成不同强度的磁场，进而推动轿体运动；所述位置传感器，用于实时获取轿体的位置信息；所述加速度传感器，用于实时获取轿体的加速度信息；所述前级处理电路，用于将传感器获取的信号进行放大，以及将信号进行转换和滤波；所述第一模数转换器，用于将模拟信号转换为数字信号；所述主控制器，用于根据接收到的信号，控制系统的运行，进而控制电梯的运行状态；所述斩波器，用于将电压值固定的直流电，转换为电压值可变的直流电源，进而控制悬浮磁极产生的磁场强度；所述熔断器，用于当电流超过规定值时，以本身产生的热量使熔体熔断，断开电路；所述整流桥，用于将交流电转换为直流电；所述电源，用于给系统运行提供能源；所述第二模数转换器，用于将主控制器发送过来的数字信号转换为模拟信号，并发送至示波器进行显示分析；所述上位控制终端，用于对整个系统进行上位控制。

6.如权利要求2所述的悬浮控制系统，其特征在于，所述主控制器为DSP处理器；所述斩波器为具有高输入电流变化率的H型斩波器。

7.一种基于权利要求4至6之一所述的悬浮控制系统的悬浮控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：系统启动，在主控制器中建立悬浮控制模型；

步骤2：电源为悬浮控制系统进行供电，电流经整流桥进行整流后，将整流后的电流经熔断器发送至斩波器；

步骤3：此时，位置传感器和加速度传感器将感应到的位置信息和加速度信息发送至前级处理电路，经前级处理电路和第一数模转换器处理后发送至主控制器；

步骤4：主控制器根据接收到的数据信息，控制斩波器的运行状态，进而控制悬浮磁极产生的磁场强度；

步骤5：主控制器将接收到的传感器信息发送至示波器和上位控制终端。

8.如权利要求7所述的悬浮控制方法，其特征在于，所述悬浮控制模型建立的方法为：

步骤1：忽略磁体内部的漏磁通，得出悬浮系统的数学方程为：

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其中，为悬浮质量，为电磁力，为外部干扰力，为电磁铁电压，为电磁铁电流，为线圈匝数，为线圈电阻，为有效磁面积，为等效气隙，为实际悬浮气隙，为真空磁导率，为铁心磁导率，为磁路在铁心和轨道中的总长度，为永磁体的剩余矫顽力，为永磁体的剩磁，为永磁体的厚度；

该方程即为悬浮控制系统的数学模型。