CN107210657A

CN107210657A - 用于电梯系统的板切式线性电机线圈

Info

Publication number: CN107210657A
Application number: CN201680006652.3A
Authority: CN
Inventors: R.N.法戈
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2016-01-19
Publication date: 2017-09-26
Also published as: WO2016118488A2; WO2016118488A3; US20180005756A1

Abstract

提供一种制造线圈组件的组件和方法。所述方法包括获取导电金属片以及从所述导电金属片生产多个线圈。此外，所述方法包括将所述多个线圈中的至少两个用介于其间的绝缘层进行分层以构造所述线圈组件；以及将所述线圈组件内的所述多个线圈中的所述至少两个进行电耦合。

Description

用于电梯系统的板切式线性电机线圈

发明领域

本文公开的主题整体涉及电梯领域，且更具体地讲，涉及多轿厢无绳电梯系统。

发明背景

无绳电梯系统，也称为自推进式电梯系统，在其中绳系统的绳质量受限且期望多个电梯轿厢在单一行梯道中行进的某些应用(例如，高层建筑物)中，无绳电梯系统是有用的。存在无绳电梯系统，其中第一行梯道被指定用于向上行进的电梯轿厢，且第二行梯道被指定用于向下行进的电梯轿厢。在井道的每一端处的传送站用于在第一行梯道与第二行梯道之间水平地移动轿厢。

发明概要

根据本发明的一个实施方案，制造线圈组件的方法包括：获取导电金属片；从导电金属片生产多个线圈；将多个线圈中的至少两个用介于其间的绝缘层进行分层以构造线圈组件；以及将线圈组件内的多个线圈中的至少两个进行电耦合。

在另一个实施方案中或根据上述实施方案，所述方法还可包括进行大批量制造工艺，以对来自导电金属片的多个线圈中的每个线圈进行螺旋切割。

在另一个实施方案中或根据任何上述实施方案，所述方法还可包括灌封线圈组件。

在另一个实施方案中或根据任何上述实施方案，多个线圈中的至少两个的电耦合可包括通过多个线圈中的至少两个的指定触点插入导电连接件。

在另一个实施方案中或根据任何上述实施方案，多个线圈中的至少两个可为第一线图和第二线圈，第一线圈可在线圈组件内在第一螺旋方向上定向，并且第二线圈可在线圈组件内在与第一螺旋方向相反的第二螺旋方向上定向。

在另一个实施方案中或根据任何上述实施方案，线圈组件可包括在电梯系统的线性电机系统中。

在另一个实施方案中或根据任何上述实施方案，线圈组件可安装在铁磁支架上。

在另一个实施方案中或根据任何上述实施方案中，线圈组件可为多个组件中的一个，每个线圈组件与驱动信号的每个相位相关联，其中每个线圈组件的多个线圈串联连接，使得施加的电流相对于多个组件中的任何相邻的线圈组件在相反的方向上流动。

在另一个实施方案中或根据任何上述实施方案，所述方法还可包括在多个线圈中的每一个上形成绝缘材料涂层，在多个线圈中的每一个上形成绝缘材料涂层包括在每个线圈上直接形成绝缘材料。

在另一个实施方案中或根据任何上述实施方案，所述方法还可包括从铝板抽取线圈；以及进行阳极化过程以形成绝缘层。

在另一个实施方案中或根据任何上述实施方案，绝缘层可为施加在多个线圈之间的绝缘材料片。

根据本发明的一个实施方案，线圈组件包括多个线圈中的至少两个线圈，多个线圈中的每一个从导电材料片抽取；以及配置在多个线圈中的两个线圈之间的第一绝缘层。

在另一个实施方案中或根据上述实施方案，多个线圈中的每一个可包括具有第一厚度的金属带，其宽度为第一宽度，并且形成有至少八匝以产生多个线圈中的每一个的结构。

在另一个实施方案中或根据任何上述实施方案，在冲压或切割期间，至少两个线圈可在每一匝处被倒圆。

在另一个实施方案中或根据任何上述实施方案，在冲压或切割期间，至少两个线圈可在每一匝处被倒角。

在另一个实施方案中或根据任何上述实施方案，多个线圈中的每一个可涂覆有第一绝缘涂层。

通过本公开的技术实现另外的特征和优点。本文详细描述了本公开的其它实施方案和方面。为了更好地理解本发明的优点和特征，参考说明书和附图。

附图简述

在说明书所附权利要求书中特别地指出并清楚地要求被视作本发明的主题。本发明的前述和其它特征以及优点将通过以下结合附图进行的详细描述而清楚，在附图中：

图1示出示例性实施方案中的多轿厢电梯系统；

图2示出根据本发明的实施方案的工艺流程；

图3A示出根据本发明的实施方案的一对线圈；

图3B示出根据本发明的实施方案的一对线圈的横截面；

图4A示出根据本发明的实施方案的另一对线圈；

图4B示出根据本发明的实施方案的一对线圈的另一横截面；

图5示出根据本发明的实施方案的线圈组件的轮廓；

图6示出示例性实施方案中的线性推进系统的驱动器以及主要部分和次级部分中的一部分。

具体实施方式

图1示出示例性实施方案中的多轿厢无绳电梯系统10。电梯系统10包括具有多个行梯道13、15和17的井道11。虽然图1中示出了三个行梯道，但应当理解的是，可与多轿厢无绳电梯系统一起使用的实施方案具有任何数量的行梯道。在每一行梯道13、15、17中，轿厢14在一个方向上行进，即，向上或向下行进。例如，在图1中，行梯道13和15中的轿厢14向上行进，且行梯道17中的轿厢14向下行进。一个或多个轿厢14可在单一行梯道13、15和17中行进。

在顶层上方的是上部传送站30，所述上部传送站对电梯轿厢14施以水平运动以在行梯道13、15和17之间移动电梯轿厢14。应理解，上部传送站30可位于顶层处，而非位于顶层上方。在第一层下方的是下部传送站32，所述下部传送站对电梯轿厢14施以水平运动以在行梯道13、15和17之间移动电梯轿厢14。应理解，下部传送站32可位于第一层处，而非位于第一层下方。尽管图1中未示出，但在第一层和顶层之间可使用一个或多个中间传送站。中间传送站类似于上部传送站30和下部传送站32。

使用具有主要固定部分16和次级移动部分18的线性电机系统(也称为线性推进系统)来推动轿厢14。主要部分16包括绕组或线圈，所述绕组或线圈被安装在行梯道13、15和17的一侧或两侧处。次级部分18包括永磁体，所述永磁体安装至轿厢14的一侧或两侧。主要部分16供应有驱动信号以控制轿厢14在轿厢的相应行梯道中的移动。

系统10的线性电机系统的主要部分16可采用没有铁磁芯的线材线圈。这些线材需要两个绝缘层，这些绝缘层必须在卷绕之前施加，并且又必须在卷绕过程中防止损坏。此外，由于系统10需要速度增加，因此每个线圈必须分别增加线材的厚度并且减少许多所需的匝数，这两者显著增加了准确弯曲线材的难度，同时增加了对绝缘体的更大的应变。通常，制造线圈的这种卷绕和层叠方法是昂贵的，因为每个线圈使系统10的成本增加了很大的一部分。鉴于上述，本发明的实施方案提出了一种新的线圈，线圈组件及其制造方法。

在本发明的一个实施方案中，图2示出通过使用金属片绕组来提供显著优于传统绕组的工艺流程200。例如，传统的绕组通常包括使用能够在绕组期间承受显著变形的绝缘材料使线材绝缘、绕组操作本身以及用于终止线材的绝缘的去除。能够承受显著变形的绝缘材料是传统绕组的设计约束条件。此外，用于传统绕组的线材是柔软的以实现绕组操作，并因此具有有限的结构完整性。有限的结构完整性需要对线材具有更多的支持。相比之下，工艺流程200的金属片绕组被制造成具有宽的形状，其在无芯线性电机中的加载方向上是强固的。此外，冲压线圈在用任何合适的绝缘材料对连接孔进行冲孔之前可完全绝缘，因为冲孔过程既形成孔，又在孔内提供用于电接触的非绝缘表面。

工艺流程200在框205处开始，其中获取诸如铝、铜或其合金等的导电材料的片或板(例如，金属片的厚度可在0.5mm至4mm的范围内)。此外，。在方框210处，从导电材料的片或板抽取多个线圈(例如，下面参照图3A、图4A进一步描述多个线圈的实施方案)。例如，通过大批量制造工艺来生产多个线圈，所述大批量制造工艺将多个线圈中的每个线圈的螺旋切割成导电材料的片或板。大批量制造工艺的实例包括冲压、激光切割、水射流切割、剪切等。多个线圈中的每一个包括多匝、线圈厚度、线圈表面积、线圈横截面积、匝形状、带宽、带间距等的特性。这些特性中的每一个可变化以直接产生和/或影响系统10的线性电机系统所需的电特性。

工艺继续至框215，其中在多个线圈的每个线圈上形成第一绝缘材料涂层。例如，在铝线圈的情况下，可通过阳极化或施加清漆来在每个线圈上形成第一绝缘材料涂层。注意，线圈可涂清漆而没有用于进行电连接的孔，使得当在施加绝缘材料之后进行冲孔时，导电表面暴露在孔内部以进行电连接。

然后，在框220处，通过以交替方式堆叠多个线圈来产生线圈组件(例如，线圈组件的实施方案在下面相对于图3B、图4B进行进一步描述)。在一个实施方案中，多个线圈可与第二绝缘材料堆叠组合(例如，如下面相对于图5进一步描述)，第二绝缘材料可与第一材料相同或不同。在另一个实施方案中，第二绝缘材料(和/或第一涂层)可注塑成填充线圈的螺旋槽的成型件。注意，如果线圈由第一绝缘材料涂层单独绝缘，则线圈组件可不包括第二绝缘材料。或者，如果线圈被第二绝缘材料绝缘，则线圈组件可不包括第一绝缘材料涂层并且可保持暴露。此外，线圈组件可包括第一绝缘材料涂层和第二绝缘材料。

此外，每个线圈电连接。例如，可使用铆钉来在相邻层之间进行线圈间的连接。在框225处，可通过将块220的线圈组件灌封来生产最终线圈组件。注意，块225以虚线示出来说明当需要额外的绝缘时，封装是可选的。注意，一旦最终的线圈组件被封装，其基本上是刚性的并且能够承载负载。

现在将参照图3A-5描述多个线圈和线圈组件的实施方案。图3A示出根据本发明的实施方案的一对线圈(例如，线圈305、306)。线圈305示出从触点A到触点B1的顺时针轮廓，而线圈306示出触点B2到触点C的逆时针轮廓。触点A、B1、B2、C是使得线圈能够电耦合到另一线圈和/或该线圈外部的电导线的电连接点。当传导电流时，电流可以螺旋方式沿着来自触点A的虚线箭头所示的导电路径流动到与触点B2连接的触点B1。然后，电流可以螺旋方式沿着来自触点B2的虚线箭头所示的导电路径流动到与触点C。当冲压时，两个线圈可从同一导电材料片切割并以相同的方式在该导电材料片上取向；然而，线圈305、306以顺时针和逆时针示出以描绘线圈305、306如何可堆叠在线圈组件中(如下面进一步所讨论的)。

图3B示出来自图3A的截面F-F的视点的堆叠线圈的组件。也就是说，图3B描绘示出交替线圈305A、306A、305B、306B的叠堆的线圈组件300。如图3B所示，电流在第一线圈305A的A1处流入线圈组件300(例如，电流流入(Current In))，并且从第一线圈305B的B1流出并流入第二线圈306A的B2。然后，电流从第二线圈306A的C1流出并流入第三线圈305B的A2。接着，电流从第三线圈305B的B3流入第四线圈306B的B4。然后，电流从第四线圈306B的C2流出(例如，电流流出(Current Out))。注意，这对于任何数量的线圈的线圈组件可一直重复，因为可以相同的交替模式添加和连接更多的层。

图4A示出根据本发明的实施方案的另一对线圈(例如，线圈405、406)。线圈405示出从触点A到触点B1的顺时针轮廓，而线圈406示出触点B2到触点C的逆时针轮廓。图4B示出来自图4A的视点G-G的堆叠线圈415、416的另外两个组件。也就是说，图4B描绘示出交替线圈405A、406A、405B、406B的叠堆的线圈组件415和示出交替线圈405C、406C、405D、406D的叠堆的线圈组件416，每个线圈具有由黑色矩形标记的交替连接。通常，线圈组件415、416在线性推进系统中相邻(如图4B所示并且下面将相对于图6进一步描述)。在一些实施方案中，线圈组件415可被定向成使得当前流动方向与线圈组件416的电流相反。此外，线圈组件415、416的相邻相位之间也可有120度的相位角。继而，取决于电角度，电流可在相同或相反的方向上具有不同的幅度。因此，相邻相位中的电流是相关的。

如图4B所示，电流在第一线圈405A的A1处流入线圈组件415(例如，电流流入)，并且从第一线圈405A的B1流出并流入第二线圈406A的B2。然后，电流从第二线圈406A的C1流出并流入第三线圈405B的A2。接着，电流从第三线圈405B的B3流入第四线圈406B的B4。然后，电流从第四线圈406B的C2流出(例如，电流流出)。注意，这对于任何数量的线圈的线圈组件可一直重复。另外，如图4B所示，电流在第五线圈405C的B5处流入线圈组件416(例如，电流流入)，并且从第五线圈405C的A3流出并流入第六线圈406C的C3。然后，电流从第六线圈406C的B6流出并流入第七线圈405D的B7。接着，电流从第七线圈405D的A4流出并流入第八线圈406D的C4。然后，电流从第八线圈406D的B8流出(例如，电流流出)。

图3A、图4B的每个实施方案具有的横截面面积通常取决于每个带的宽度乘以厚度以及每个匝的形状(注意，线圈的表面积取决于每个带的宽度乘以长度，并且是与线圈的热传递相关)。根据减小每个带之间的空间和/或增加每个匝的大小，可进一步增加横截面面积。例如，由于冲压的灵活性，每个线圈305、306的形状对于可延伸预定半径的八个匝中的每一个是倒圆边缘，其可超过卷绕线圈的拐角。此外，每个线圈405、406的形状对于可延伸超过线圈305、306的任何倒圆边缘的八个匝中的每一个是倒角的。因此，每个冲压线圈305、306、405、406可实现最大横截面面积，例如不影响各匝处的金属完整性。也就是说，由于在卷绕期间弯曲金属的操作减少了每一匝处的线圈的物理完整性，因此对每个线圈进行冲压能够制造精确的匝，而不会影响精确匝处的金属完整性。

图5示出根据本发明的另一实施方案的线圈组件500的轮廓。线圈组件500包括第一线圈505、第二线圈506、第一绝缘层、第一绝缘涂层515、第二绝缘涂层516和第二绝缘层525。第一线圈505在第一螺旋方向(例如，如图3所示的顺时针方向，线圈305)上定向并且与在第二螺旋方向(例如，如图3所示的逆时针方向，线圈306)上定向的第二线圈506堆叠，第一线圈与第二线圈之间具有绝缘片510。当进行电流时，电流可以螺旋方式沿着来自触点A的导电路径穿过第一线圈505而流动到触点B，然后从触点B以相反的螺旋方式穿过第二线圈506而流动到触点C。

虽然图5中示出两个线圈505、506，但线圈组件500中可使用任何数量的线圈。以这种方式，线圈组件500可基于多个层叠或堆叠的线圈(例如，对于无限数量的层和匝数)来增加任何给定线圈的匝数。另外，根据用于系统10的线圈组件的期望的电学结果，每个线圈的特性可在电学上配置成相同的、类似的或不同的。

图6是根据一个实施方案的线性推进系统600的示意图。线性推进系统600包括驱动器642、主要部分616的部分和线性推进系统的次级部分618。驱动器642是两级六相驱动，具有标记为A、B、C、D、E和F的六个相脚。应当理解，驱动器642可为三级或N级，并且实施方案不限于2级驱动器。在所示实施方案中，线性推进系统600的主要部分716包括被指定为A*、E、B、F*、C*、D、A、E*、B*、F、C和D*的十二个线圈654。字母表示线圈属于哪个相位，并且*的存在或不存在表示卷绕方向。也就是说，线圈被构造成没有任何电流，使得电流将顺时针或逆时针循环，这取决于电流流入和流出的位置。一对线圈654与每个相位(例如，A和A*)相关联。线圈A中的电流与线圈A*中的电流在相反方向上。线性推进系统的主要部分616可为无芯的。或者，主要部分616的线圈654可绕铁磁芯形成，同心线圈围绕主齿卷绕。线圈654也可放置在铁磁性平坦支架650上，形成无齿的主要部分616。

主要部分616的线圈654以星形配置布置，其中每个相位(例如，A和A*)的线圈从驱动器642的相应的相脚电串联到中性点658。应理解，可利用除星型配置外的其它线圈配置。

线性推进系统600的次级部分618包括二十二个磁极656。可使用二十二个永磁体如图6所示来布置磁极656，所述永磁体面向主要部分616以交替极性布置。在其它实施方案中，二十二个磁极656可被布置为Halbach阵列的一部分。永磁体或电极656的间距(例如，中心到中心)被称为极距。线圈654的间距(例如，中心到中心)被称为线圈节距。极距与线圈节距的比率等于6/11。次级部分618的永磁体可安装在铁磁平坦支架652上。次级部分618可位于主要部分616的一侧上，或位于主要部分616的两侧。

尽管图6描绘了十二个线圈和二十二个磁极，但线性推进系统可被推广为具有12N个线圈和22N个磁极，其中N是正整数。

鉴于上述，线性电机系统的实施方案的技术效果和有益效果实现了自动化的快速大批量生产方法，这相对于卷绕线材而言节约了大量的成本。此外，实施方案的技术效果和有益效果可包括增加每个线圈的横截面面积的更精确的匝，这产生了更有效的电特性。此外，实施方案的技术效果和有益效果可使得多轿厢无绳电梯系统与有绳电梯相比更具成本竞争力。

本文中所使用的术语仅仅是为了描述具体实施方案，并且不意图限制本发明。除非上下文明确地指出，否则本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“所述”意欲同样包括复数形式。应当进一步理解，术语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”在本说明书中使用时明确说明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件部件和/或其组合。

相应的结构，材料，动作和所有手段或在下面的权利要求书步骤加功能元件的等同物旨在包括任何结构，材料或行为对于结合其它要求的元件执行功能与具体要求保护。本发明的描述是出于说明和描述的目的，但并不打算是详尽的或限制本发明于公开的形式。许多修改和变化将不脱离本发明的范围和精神是显而易见对于本领域的普通技术人员。选择和描述实施方案以便最好地解释本发明的原理和实际应用，并且使得本领域中的其他普通技术人员能够理解，本发明的各实施方案具有适于预期特定用途的多种修改。

Claims

1.一种制造线圈组件的方法，其包括：

获取导电金属片；

从所述导电金属片生产多个线圈；

将所述多个线圈中的至少两个用介于其间的绝缘层进行分层以构造所述线圈组件；以及

将所述线圈组件内的所述多个线圈中的所述至少两个进行电耦合。

2.根据权利要求1所述的方法，其还包括：

进行大批量制造工艺，以对来自所述导电金属片的所述多个线圈中的每个线圈进行螺旋切割。

3.根据任一项前述权利要求所述的方法，其还包括：

灌封所述线圈组件。

4.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述多个线圈中的所述至少两个的所述电耦合包括通过所述多个线圈中的所述至少两个的指定触点插入导电连接件。

5.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述多个线圈中的所述至少两个是第一线圈和第二线圈，

其中所述第一线圈在所述线圈组件内在第一螺旋方向上定向，并且

其中所述第二线圈在所述线圈组件内在与所述第一螺旋方向相反的第二螺旋方向上定向。

6.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述线圈组件包括在电梯系统的线性电机系统中。

7.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述线圈组件安装在铁磁支架上。

8.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中所述线圈组件是多个组件中的一个，每个线圈组件与驱动信号的每个相位相关联，

其中每个线圈组件的所述多个线圈串联连接，使得施加的电流相对于所述多个组件中的任何相邻的线圈组件在相反的方向上流动。

9.根据任一项前述权利要求所述的方法，其还包括：

在所述多个线圈中的每一个上形成绝缘材料涂层，所述在所述多个线圈中的每一个上形成所述绝缘材料涂层包括在每个线圈上直接形成所述绝缘材料。

10.根据任一项前述权利要求所述的方法，其还包括：

从铝板抽取所述线圈；以及

进行阳极化过程以形成绝缘层。

11.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中绝缘层为施加在所述多个线圈之间的绝缘材料片。

12.一种线圈组件，其包括：

多个线圈中的至少两个线圈，所述多个线圈中的每一个从导电材料片抽取；以及

配置在所述多个线圈中的所述两个线圈之间的第一绝缘层。

13.根据权利要求12所述的线圈组件，其中，所述多个线圈中的每一个包括具有第一厚度的金属带，其宽度为第一宽度，并且形成有至少八匝以产生所述多个线圈中的每一个的结构。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的线圈组件，其中在冲压或切割期间，所述至少两个线圈在每一匝处被倒圆。

15.根据权利要求12或权利要求13所述的线圈组件，其中在冲压或切割期间，所述至少两个线圈在每一匝处被倒角。