CN107108166A

CN107108166A - 具有线性驱动的电梯系统

Info

Publication number: CN107108166A
Application number: CN201580070821.5A
Authority: CN
Inventors: D.金斯伯格; F.罗德里格斯
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2015-12-22
Publication date: 2017-08-29
Anticipated expiration: 2035-12-22
Also published as: US10549954B2; WO2016106275A1; US20170362062A1; CN107108166B

Abstract

根据一方面，一种电梯系统包括：电梯轿厢14，所述电梯轿厢在井道11中行进；以及线性推进系统20，所述线性推进系统向所述电梯轿厢施加力。所述线性推进系统包括：辅助部分18，所述辅助部分安装到所述电梯轿厢；以及主要部分16，所述主要部分安装在所述井道中。所述主要部分包括多个电机区段26。所述电梯系统还包括负荷传感器52，所述负荷传感器可操作以检测制动器上的电梯负荷。所述电梯系统还包括控制系统46，所述控制系统可操作以在所述制动器被啮合并应用推力时将电流应用到与所述辅助部分重叠的所述电机区段中的至少一个，确定所述电梯负荷的测量值，并且改变电角度估算。

Description

具有线性驱动的电梯系统

发明领域

本文中公开的主题大体上涉及电梯的领域，更具体地说，涉及在电梯系统中将负荷传感器用于电角度和位置测量。

背景

自力推进电梯系统也被称为无缆绳电梯系统，可用于某些应用(例如，高层建筑物)，其中缆绳式系统的大部分缆绳受禁并且有多个电梯轿厢需要在单个行道中行进。存在自力推进电梯系统，其中在正常操作条件下，第一行道被指定用于电梯轿厢向上行进并且第二行道被指定用于电梯轿厢向下行进。井道的每端处的转移站用来在第一行道与第二行道之间水平地移动轿厢。也可支持另外的行道。

用于无缆绳电梯系统的一种类型的电梯推进系统包括线性电机，诸如，使用至少一个主动控制绕组的电控线性同步电机。为了有效地操作同步电机，通常需要准确的电角度确定。传统电梯系统依赖于电机的旋转编码器或磁性凸极来确定电角度。

本发明的简单描述

根据本发明的一个实施方案，一种电梯系统包括：电梯轿厢，其在井道中行进；以及线性推进系统，其向电梯轿厢施加力。线性推进系统包括：辅助部分，其安装到电梯轿厢；以及主要部分，其安装在井道中。主要部分包括多个电机区段。电梯系统还包括负荷传感器，所述负荷传感器可操作以检测制动器上的电梯负荷。电梯系统还包括控制系统，所述控制系统可操作以在制动器被啮合并应用推力时将电流应用到与辅助部分重叠的电机区段中的至少一个，确定电梯负荷的测量值，并且改变电角度估算。

在上述实施方案中，或在替代方案中，可应用电流以使电梯轿厢产生向上推力。

在上述实施方案中，或在替代方案中，可由控制系统基于在制动器被啮合时识别对应于电梯负荷的最小负荷测量值的电角度估算的值来确定用于线性推进系统的控制操作的峰值推力电角度。

在上述实施方案中，或在替代方案中，可在控制系统初始化后、在制动器松开之前确定峰值推力电角度。

在上述实施方案中，或在替代方案中，可由控制系统在制动器松开之后将峰值推力电角度应用到电机区段中的至少一个。

在上述实施方案中，或在替代方案中，在制动器被啮合时，可将电流一次应用到电机区段中的一个。

在上述实施方案中，或在替代方案中，可由控制系统基于在制动器被啮合时电梯负荷的测量值来确定与辅助部分重叠的电机区段中的每个的峰值推力。

在上述实施方案中，或在替代方案中，可基于下列项来确定电梯轿厢在井道中的位置：电机区段在井道中的预定位置，以及在与辅助部分重叠的电机区段之间观察到的峰值推力的比例分配。

在上述实施方案中，或在替代方案中，辅助部分可包括一个或多个永久磁铁，并且电机区段可各自包括一个或多个线圈。

根据本发明的另一实施方案，一种方法包括：使井道中的电梯轿厢的制动器啮合；以及在制动器被啮合时，将电流应用到与线性推进系统的辅助部分重叠的线性推进系统的主要部分的电机区段，以向电梯轿厢施加力。线性推进系统包括：辅助部分，其安装到电梯轿厢；以及主要部分，其包括安装在井道中的多个电机。在制动器被啮合时，确定电梯负荷的测量值。在制动器被啮合并且应用推力时，改变电角度估算。

在上述实施方案中，或在替代方案中，可基于在制动器被啮合时识别对应于电梯负荷的最小负荷测量值的电角度估算的值来确定用于线性推进系统的控制操作的峰值推力电角度。

在上述实施方案中，或在替代方案中，可在控制系统初始化后并且在制动器松开之前确定峰值推力电角度。

在上述实施方案中，或在替代方案中，可基于在制动器被啮合时电梯负荷的测量值来确定与辅助部分重叠的电机区段中的每个的峰值推力。

附图简单描述

本说明书结论部分的权利要求书中具体指出并明确要求被视作本发明的主题。从结合附图的以下详细描述中，应明白本发明的上述和其他特征和优点，在附图中：

图1描绘根据示例性实施方案的多轿厢无缆绳电梯系统；

图2描绘示例性实施方案中的驱动系统的部件；

图3描绘根据示例性实施方案的电梯系统的一部分；以及

图4是示出根据示例性实施方案产生的电角度估算误差与推力之间的关系的示意图。

详细描述

图1描绘示例性实施方案中的多轿厢自力推进电梯系统10。电梯系统10包括井道11，所述井道具有多个行道13、15和17。尽管图1中示出三个行道，但应理解，实施方案可以用于具有任何数量的行道的多轿厢自力推进电梯系统。在每个行道13、15、17中，轿厢14在一个方向上行进，即，向上或向下。例如，在图1中，行道13和15中的轿厢14向上行进，并且行道17中的轿厢14向下行进。一个或多个轿厢14可在单个行道13、15和17中行进。

上部转移站30在顶楼的上方，以使电梯轿厢14水平运动，以便在行道13、15与17之间移动电梯轿厢14。应理解，上部转移站30可位于顶楼处，而不是在顶楼的上方。下部转移站32在一楼的下方，以使电梯轿厢14水平运动，以便在行道13、15与17之间移动电梯轿厢14。应理解，下部转移站32可位于一楼处，而不是在一楼的下方。尽管图1中未示出，但一楼与顶楼之间可使用一个或多个中间转移站。中间转移站类似于上部转移站30和下部转移站32。

使用线性电机系统来推进轿厢14，所述线性电机系统具有主要的固定部分16和辅助的移动部分18。主要部分16包括安装在行道13、15和17的一侧或两侧的绕组或线圈。辅助部分18包括安装到轿厢14的一侧或两侧的永久磁铁。主要部分16被供应驱动信号，以控制轿厢14在它们相应的行道中移动。

图2描绘示例性实施方案中的驱动系统的部件。应理解，为便于说明，图2中没有示出其他部件(例如，安全机构、制动器等)。如图2所示，一个或多个直流电源40经由一根或多根直流母线44耦合到一个或多个驱动机构42。直流电源40可使用存储装置(例如，电池、电容器)来实施，或者可以是调整来自另一源的电力的有源装置(例如，整流器)。驱动机构42从直流母线44接收直流电，并且将驱动信号提供给线性电机系统的主要部分16。每个驱动机构42可以是转换器，将来自直流母线44的直流电转换成提供给主要部分16的相应区段的多相(例如，3相)驱动信号。主要部分16被分成多个电机区段，其中每个电机区段与相应的驱动机构42相关联。

控制器46将控制信号提供给驱动机构42中的每个，以控制驱动信号的生成。控制器46可使用脉冲宽度调制(PWM)控制信号来控制驱动机构42对驱动信号的生成。控制器46可使用经编程以生成控制信号的基于处理器的装置来实施。控制器46也可以是电梯控制系统或电梯管理系统的部分。

图3描绘电梯系统10的另一视图，所述电梯系统包括在井道11中行进的电梯轿厢14。电梯轿厢14由沿着井道11的长度延伸的一个或多个导轨24引导，其中导轨24可固定到结构部件19。为便于说明，图3的视图只描绘单个导轨24；然而，可以有两个或更多导轨24安置在例如电梯轿厢14的相对侧上。电梯系统10使用线性推进系统20，其中主要部分16包括多个电机区段22，所述电机区段各自具有一个或多个线圈26(即，相绕组)。主要部分16可安装到导轨24、合并到导轨24中，或者可与导轨24分开。主要部分16充当永磁同步线性电机的定子，以向电梯轿厢14施加力。辅助部分18安装到电梯轿厢14，并且包括一个或多个永久磁铁28的阵列，以作为线性推进系统20的第二部分。电机区段22的线圈26可布置成三相，如电机领域已知。一个或多个主要部分16可安装在井道11中，以与安装到电梯轿厢14的永久磁铁28协作。永久磁铁28可安置在电梯轿厢14的两侧上；但图3的实例中只描绘了包括永久磁铁28的电梯轿厢14的单侧。替代实施方案可使用单个主要部分16-辅助部分18配置，或者多个主要部分16-辅助部分18配置。

在图3的实例中，有四个电机区段22，描绘成电机区段22A、电机区段22B、电机区段22C和电机区段22D。电机区段22A至22D中的每个具有对应的驱动机构42A至42D。控制器46经由驱动机构42A至42D将驱动信号提供到电机区段22A至22D，以控制电梯轿厢14的运动。控制器46可使用微处理器来实施，所述微处理器执行存储在存储介质上的计算机程序，以执行本文中描述的操作。或者，控制器46可在硬件(例如，ASIC、FPGA)中实施或者在硬件/软件的组合中实施。控制器46也可以是电梯控制系统的部分。控制器46可包括电源电路(例如，转换器或驱动机构)，以对主要部分16供以电力。尽管描绘单个控制器46，但本领域普通技术人员应理解，可使用多个控制器46。例如，可提供单个控制器46，以控制相对较短距离上的一组电机区段22的操作。

在示例性实施方案中，电梯轿厢14包括机载控制器56，所述机载控制器具有一个或多个收发器38和处理器或CPU,34。机载控制器56和控制器46共同形成控制系统50，其中计算处理可在机载控制器56与控制器46之间转移。在示例性实施方案中，处理器34被配置成监测一个或多个传感器，并且经由收发器38与一个或多个控制器46通信。在示例性实施方案中，为了确保可靠的通信，电梯轿厢14可包括至少两个收发器38。收发器38可被设置成以不同的频率或通信通道操作，以最小化干扰并且提供电梯轿厢14与一个或多个控制器46之间的全双工通信。在图3的实例中，机载控制器56与负荷传感器52接合，以检测制动器36上的电梯负荷。制动器36可与结构部件19、导轨24或井道11中的其他结构啮合。尽管图3的实例只描绘单个负荷传感器52和制动器36，但电梯轿厢14可包括多个负荷传感器52和制动器36。

由负荷传感器52观察到的电梯负荷可由机载控制器56在本地计算，或者经由收发器38无线发送到控制器46，以用于进一步处理。作为一个实例，机载控制器56可在收集到数据的实时从负荷传感器52中流出数据。或者，在将电梯负荷数据发送到控制器46之前，机载控制器56可利用时序信息对电梯负荷数据加以时间戳，或者以其他方式使电梯负荷数据与时序信息关联。

一个或多个电机区段22可在任何给定的时间点与辅助部分18重叠。在图3的实例中，电机区段22A与辅助部分18部分重叠(例如，约33％重叠)，电机区段22B与辅助部分18完全重叠(100％重叠)，并且电机区段22C与辅助部分18部分重叠(例如，约66％重叠)。电机区段22D与辅助部分18之间没有描绘出重叠。在实施方案中，控制系统50可操作以在制动器36被啮合时将电流应用到与辅助部分18重叠的电机区段22中的至少一个，并且确定电梯负荷的测量值。控制器46可控制驱动机构42中的一个或多个上的电流，同时基于负荷传感器52经由收发器38从机载控制器56接收电梯负荷数据。可应用电流以通过参考直接正交框架注入恒定电流来对电梯轿厢14产生向上推力39。

由线性推进系统20产生的推力取决于主要部分16与辅助部分18之间的重叠量以及由驱动机构42作出的对线性推进系统20的电角度的估算。当主要部分16与辅助部分18存在最大重叠，并且电角度的估算具有最小误差时，获得峰值推力。推力/角度误差曲线遵循如图4所示的余弦函数，其中峰值推力60在角度估算误差为零时出现。负荷传感器52能够感测电梯轿厢14与制动器36之间的电梯负荷，以便测量由电梯轿厢14上的任何电机区段22产生的推力。

当应用推力时，在制动器36被啮合的情况下，可改变由驱动机构42应用的电角度估算。随着电角度估算改变，被负荷传感器52观察为电梯负荷的所生成的推力也改变。随着电角度估算改变，从驱动机构42输出的电流也改变(但在直接正交参考系中仍可保持恒定)。导致负荷传感器52上出现最小负荷的电角度估算可由驱动机构42用于控制线性推进系统20。可由控制系统50基于在制动器36被啮合时识别对应于电梯负荷的最小负荷测量值的电角度估算的值来确定用于线性推进系统20的控制操作的峰值推力电角度。例如，可由控制系统50基于在制动器36被啮合并且电角度估算改变时识别电梯负荷的最小负荷测量值来确定峰值推力。

控制系统50也可基于下列项来确定电梯轿厢14在井道11中的位置：电机区段22在井道11中的预定位置，以及在与辅助部分18重叠的电机区段22(诸如，图3的实例中的电机区段22A至22C)之间观察到的峰值推力的比例分配。在制动器36被啮合的情况下，一次可在与辅助部分18重叠的一个电机区段22中产生推力，从而导致可由负荷传感器52检测到的变化。所产生的推力的量与辅助部分18和每个电机区段22之间的重叠量成比例。从负荷传感器52中获得每个重叠的电机区段22(例如，电机区段22A至22C)的所产生的推力，并且由于主要部分16的电机区段22的位置是固定且已知的，因此，可获得电梯轿厢14在井道11中的进程位置。在制动器被啮合时，驱动机构42可注入恒定电流，以生成向上推力39，并且改变电角度估算。随着电角度估算改变，推力大小也改变，并且生成峰值推力的角度对应于电梯轿厢14的精确位置。粗略位置被精确位置改善，以给出电梯轿厢14在井道11中的确切位置。例如，如果电机区段22B的位置已知并且电机区段22B因为与辅助部分18完全重叠而呈现出最大峰值推力，那么这个信息可限定粗略位置。通过在改变驱动机构42A和42C上的电角度估算后将使用电机区段22A和22C可达到的峰值推力进行比较，可确定重叠的比例量，以产生精确位置。

自动确定电角度可实现在不将绝对位置传感器用于初始电角度确定的情况下控制线性推进系统20。自动确定电梯轿厢14在井道11中的位置可消除对绝对位置传感器的需要。

尽管只结合有限数量的实施方案详细描述了本发明，但应易于理解，本发明并不限于此类公开的实施方案。相反，本发明可以进行更改，以并入在此之前并未描述但与本发明的精神和范围相符的任何数量的变化、修改、替换或等效布置。此外，尽管已描述了本发明的各种实施方案，但应理解，本发明的方面可以只包括所述实施方案中的一些实施方案。因此，本发明不应被视为受限于前述描述，而只受限于所附权利要求书的范围。

Claims

1.一种电梯系统，所述电梯系统包括：

电梯轿厢，所述电梯轿厢在井道中行进；

线性推进系统，所述线性推进系统向所述电梯轿厢施加力，所述线性推进系统包括：

辅助部分，所述辅助部分安装到所述电梯轿厢；和

主要部分，所述主要部分安装在所述井道中，所述主要部分包括多个电机区段；

负荷传感器，所述负荷传感器可操作以检测制动器上的电梯负荷；以及

控制系统，所述控制系统可操作以在所述制动器被啮合并应用推力时将电流应用到与所述辅助部分重叠的所述电机区段中的至少一个，确定所述电梯负荷的测量值，并且改变电角度估算。

2.如权利要求1所述的电梯系统，其中由所述控制系统基于在所述制动器被啮合时识别对应于所述电梯负荷的最小负荷测量值的所述电角度估算的值来确定用于所述线性推进系统的控制操作的峰值推力电角度。

3.如权利要求2所述的电梯系统，其中在所述控制系统初始化后、在所述制动器松开之前确定所述峰值推力电角度。

4.如权利要求3所述的电梯系统，其中由所述控制系统在所述制动器松开之后将所述峰值推力电角度应用到所述电机区段中的至少一个。

5.如权利要求1所述的电梯系统，其中在所述制动器被啮合时，所述电流一次应用到所述电机区段中的一个。

6.如权利要求5所述的电梯系统，其中由所述控制系统基于在所述制动器被啮合时所述电梯负荷的所述测量值来确定与所述辅助部分重叠的所述电机区段中的每个的峰值推力。

7.如权利要求6所述的电梯系统，其中基于下列项来确定所述电梯轿厢在所述井道中的位置：所述电机区段在所述井道中的预定位置，以及在与所述辅助部分重叠的所述电机区段之间观察到的所述峰值推力的比例分配。

8.如权利要求1所述的电梯系统，其中所述辅助部分包括一个或多个永久磁铁。

9.如权利要求8所述的电梯系统，其中所述电机区段各自包括一个或多个线圈，对所述一个或多个线圈应用所述电流。

10.一种方法，所述方法包括：

使井道中的电梯轿厢的制动器啮合；

在所述制动器被啮合时，将电流应用到与线性推进系统的辅助部分重叠的所述线性推进系统的主要部分的电机区段，以向所述电梯轿厢施加力，所述线性推进系统包括：所述辅助部分，所述辅助部分安装到所述电梯轿厢；和所述主要部分，所述主要部分包括安装在所述井道中的多个电机区段；

在所述制动器被啮合时，确定电梯负荷的测量值；以及

在所述制动器被啮合并且应用推力时，改变电角度估算。

11.如权利要求10所述的方法，其还包括：

基于在所述制动器被啮合时识别对应于所述电梯负荷的最小负荷测量值的所述电角度估算的值，确定用于所述线性推进系统的控制操作的峰值推力电角度。

12.如权利要求11所述的方法，其中在控制系统初始化后并且在所述制动器松开之前确定所述峰值推力电角度。

13.如权利要求12所述的方法，其中由所述控制系统在所述制动器松开之后将所述峰值推力电角度应用到所述电机区段中的至少一个。

14.如权利要求10所述的方法，其中在所述制动器被啮合时，将所述电流一次应用到所述电机区段中的一个。

15.如权利要求14所述的方法，其还包括：

基于在所述制动器被啮合时所述电梯负荷的所述测量值，确定与所述辅助部分重叠的所述电机区段中的每个的峰值推力。

16.如权利要求15所述的方法，其还包括：

基于下列项来确定所述电梯轿厢在所述井道中的位置：所述电机区段在所述井道中的预定位置，以及在与所述辅助部分重叠的所述电机区段之间观察到的所述峰值推力的比例分配。

17.如权利要求10所述的方法，其中所述辅助部分包括一个或多个永久磁铁。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述电机区段各自包括一个或多个线圈，对所述一个或多个线圈应用所述电流。