CN107406233B - 用于电梯系统的六相电动机 - Google Patents

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Abstract

一种电梯系统包括电梯轿厢，所述电梯轿厢用以在井道中行进；直线推进系统，所述直线推进系统用以对所述电梯轿厢施加力，所述直线推进系统包括：次要部分，所述次要部分安装到所述电梯轿厢，所述次要部分包括多个磁极；以及主要部分，所述主要部分安装在所述井道中，所述主要部分包括多个线圈；以及驱动器，所述驱动器耦接到所述主要部分，所述驱动器将驱动信号提供到所述主要部分中的至少一部分；其中所述驱动器产生驱动信号的6个相位，每一线圈与所述6个相位中的一个相关联。

Description

用于电梯系统的六相电动机
技术领域
本文所公开的主题大体涉及电梯领域，且更确切地，涉及使用六相电动机来在电梯轿厢上施加力。
背景技术
自推进式电梯系统，也称为无绳电梯系统，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。存在一些自推进式电梯系统，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。
可用于电梯系统中的现有直线电动机是三相电动机。这些现有的三相电动机可能需要使驱动信号偏移或偏离以减少电动机中的扭矩或推力波动。三相电动机还可经历呈反电动势波形的高幅值谐波。
发明内容
根据一个实施方案，一种电梯系统包括电梯轿厢，所述电梯轿厢用以在井道中行进；直线推进系统，所述直线推进系统用以对电梯轿厢施加力，所述直线推进系统包括：次要部分，所述次要部分安装到电梯轿厢，所述次要部分包括多个磁极；以及主要部分，所述主要部分安装在井道中，所述主要部分包括多个线圈；以及驱动器，所述驱动器耦接到主要部分，所述驱动器将驱动信号提供到主要部分中的至少一部分；其中驱动器产生驱动信号的6个相位，每一线圈与所述6个相位中的一个相关联。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中主要部分包括12N个线圈且次要部分包括22N个磁极，其中N是正整数。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中线圈对与驱动信号的每一相位相关联，其中电流在相应的线圈对中的每一线圈中在相反方向上流动。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中线圈安装在铁磁支架上。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中线圈具有铁磁芯。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中多个磁极包括多个永久磁体。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中多个永久磁体位于线圈的一侧上。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中多个永久磁体位于线圈的两侧上。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中多个永久磁体以海尔贝克(Halbach)阵列布置。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中磁极的节距与线圈的节距的比值为6/11。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中多个磁极包括缠绕多个铁磁极的多个励磁线圈。
根据另一实施方案，直线推进包括主要部分，所述主要部分包括多个线圈；次要部分，所述次要部分包括多个磁极；以及驱动器，所述驱动器耦接到主要部分，所述驱动器将驱动信号提供到主要部分的至少一部分；其中驱动器产生驱动信号的6个相位，每一线圈与所述6个相位中的一个相关联。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中主要部分包括12N个线圈且次要部分包括22N个磁极，其中N是正整数。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中线圈对与驱动信号的每一相位相关联，其中电流在相应的线圈对中的每一线圈中在相反方向上流动。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中线圈安装在铁磁支架上。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中线圈具有铁磁芯。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中多个磁极包括多个永久磁体。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中多个永久磁体位于线圈的一侧上。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中多个永久磁体位于线圈的两侧上。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中多个永久磁体以海尔贝克阵列布置。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中磁极的节距与线圈的节距的比值为6/11。
除上文描述的一个或多个特征外，或作为替代，另外的实施方案还可包括，其中多个磁极包括缠绕多个铁磁极的多个励磁线圈。
附图说明
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描绘在示例性实施方案中的多轿厢无绳电梯系统；
图2描绘在示例性实施方案中的驱动系统的部件；
图3描绘在示例性实施方案中的直线推进系统的驱动器以及主要部分和次要部分中的一部分；
图4描绘在示例性实施方案中的6相位驱动信号的矢量图；
图5描绘在示例性实施方案中的直线推进系统的主要部分和次要部分中的一部分；以及
图6描绘在示例性实施方案中的直线推进系统的次要部分。
具体实施方式
图1描绘在示例性实施方案中的多轿厢自推进式电梯系统10。电梯系统10包括具有多个行梯道13、15以及17的井道11。虽然图1中示出三个行梯道，但应理解，实施方案可与具有任何数目的行梯道的多轿厢自推进式电梯系统一起使用。在每一行梯道13、15以及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以及17中行进。在其它实施方案中，轿厢14可在行梯道中在两个方向上行进。
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以及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以及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。
轿厢14使用直线电动机系统来自推进，所述直线电动机系统具有主要固定部分16和次要移动部分18。主要部分16包括安装在行梯道13、15以及17的一个或多个位置处的绕组或线圈。次要部分18包括安装到轿厢14上的一个或多个位置的磁极(例如，永久磁体、电磁体)。在其它实施方案中，安装在轿厢14上的次要部分18包括线圈，且主要部分16包括磁极。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。
图2描绘在示例性实施方案中的驱动系统的部件。应理解，其它部件(例如，安全设备、制动器等)未在图2中示出以便于图示。如图2中示出，一个或多个DC电源40经由一个或多个DC总线44耦接到一个或多个驱动器42。DC电源40可使用存储装置(例如，电池、电容器)来实施，或可为调节来自另一来源的功率的有源装置(例如，整流器)。驱动器42从DC总线44接收DC功率，并将驱动信号提供到直线推进系统的主要部分16。每一驱动器42可为反相器，所述反相器将来自DC总线44的DC功率调节成多相位驱动信号，所述多相位驱动信号被提供给主要部分16的相应部分。主要部分16划分成多个电动机部分，其中每一电动机部分与相应的驱动器42相关联。
控制器46将控制信号提供到驱动器42中的每一个以控制驱动信号的产生。控制器46可使用脉宽调制(PWM)控制信号来控制通过驱动器42进行的驱动信号的产生。控制器可使用其它技术来产生驱动信号，且实施方案并不限于PWM驱动信号。控制器46可使用经编程以产生控制信号的基于处理器的装置来实施。控制器46还可为电梯控制系统或电梯管理系统的一部分。
图3是在示例性实施方案中的直线推进系统的驱动器42以及主要部分16和次要部分18中的一部分的示意图。驱动器42是两级六相驱动器，具有标记为A、B、C、D、E以及F的六个相脚。应理解，驱动器42可为三级或N级，且实施方案并不限于2级驱动器。在示例性实施方案中，直线推进系统的主要部分16包括被称为A*、E、B、F*、C*、D、A、E*、B*、F、C以及D*的12个线圈54。字母指定线圈所属的相位，且存在或不存在*指示电流方向。一对线圈54与每一相位(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。直线推进系统的主要部分16可为无芯的。替代地，主要部分16的线圈54可围绕铁磁芯形成，其中同心线圈缠绕主齿。线圈54还可置于铁磁扁平支架50上，从而形成无齿主要部分16。
主要部分16的线圈54以星型配置布置，其中针对每一相位的线圈(例如，A和A*)处于从驱动器42的相应相脚到中性点58的电气串联中。应理解，可利用除星型配置外的其它线圈配置。
直线推进系统的次要部分18包括22个磁极56。磁极56可使用22个永久磁体如图3中所示布置，所述永久磁体以面对主要部分16的交替极性布置。在其它实施方案中，22个磁极56可布置为海尔贝克阵列的一部分。永久磁体或磁极56的间距(例如，中心距)被称为极距。线圈54的间距(例如，中心距)被称为线圈节距。磁极距与线圈节距的比值等于6/11。次要部分18的永久磁体可安装在铁磁扁平支架52上。次要部分18可定位在主要部分16的一侧上，或定位在主要部分16的两侧上。
尽管图3描绘12个线圈和22个磁极，但直线推进系统可广义化为具有12N个线圈和22N个磁极，其中N为正整数。
图4描绘标记为A、B、C、D、E以及F的6相位驱动信号的矢量图。相位A、B以及C均匀分布(例如，120度电气分隔)。相位D、E以及F也均匀分布(例如，120度电气分隔)。相位D从相位A偏移某一偏移角(例如，30度电气的)，相位E从相位B偏移某一偏移角(例如，30度电气的)，且相位F从相位C偏移某一偏移角(例如，30度电气的)。图4中的驱动信号在主要部分16中产生通量，所述通量与次要部分18中的磁极接触以在一个方向上(例如，向上)移动轿厢14。为在相反方向上移动轿厢14，角度偏移相对于图4中示出的角度偏移相反(即，A＝0度，B＝-120度，C＝-240度，D＝-30度，E＝-30度-120度，F＝-30度-240度)。
图5描绘在示例性实施方案中的直线推进系统的一部分。图5描绘主要部分16的以与图3相同的方式布置的12个线圈。图5还描绘次要部分18的以海尔贝克阵列布置从而形成22个磁极的永久磁体。线圈节距和极距也在图5中标记。磁极在图5中设置在主要部分16的两侧上。
图6描绘在示例性实施方案中的次要部分18。在图6的实施方案中，次要部分18的磁极使用电磁体来实施。次要部分18的每一磁极包括围绕铁磁极62形成的励磁线圈60。励磁线圈60可与直流(DC)电源64串联连接。励磁线圈60的绕组的方向确立面对主要部分16的磁极的极性，使得磁极的极性沿着次要部分交替。
与现有设计相比，利用六相直线推进系统的实施方案在驱动器中提供更好的热分布。与三相驱动器相比，六相直线推进系统减少扭矩和/或推力波动。六相直线推进系统产生较低的高阶谐波。并且，使用六个相位允许驱动器42在较高体积中使用较低额定功率晶体管(例如，IGBT)，这降低成本。
虽然本发明已结合仅有限数目的实施方案来详细描述，但应容易地理解，本发明并不限于此类所公开的实施方案。相反，本发明可被修改以并入在此之前未描述的任何数目的变化、更改、替换或等效布置，但上述变化、更改、替换或等效布置与本发明的精神和范围相称。另外，虽然已描述本发明的各种实施方案，但应理解，本发明的方面可包括所描述的实施方案中的仅一些。因此，本发明不应视为受前述描述限制，而是仅受随附权利要求书的范围限制。

Claims (18)

1.一种电梯系统，所述电梯系统包括：
电梯轿厢，所述电梯轿厢用以在井道中行进；
直线推进系统，所述直线推进系统用以对所述电梯轿厢施加力，所述直线推进系统包括：
次要部分，所述次要部分安装到所述电梯轿厢，所述次要部分包括多个磁极；以及
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线圈；以及
驱动器，所述驱动器耦接到所述主要部分，所述驱动器将驱动信号提供到所述主要部分中的至少一部分；
其中所述驱动器产生驱动信号的6个相位，每一线圈与所述6个相位中的一个相关联；
其中所述主要部分包括12N个线圈，且所述次要部分包括22N个磁极，其中N是正整数；且
其中所述磁极的节距与所述线圈的节距的比值为6/11。
2.根据权利要求1所述的电梯系统，其中线圈对与驱动信号的每一相位相关联，其中电流在相应线圈对中的每一线圈中在相反方向上流动。
3.根据权利要求1所述的电梯系统，其中所述线圈安装在铁磁支架上。
4.根据权利要求1所述的电梯系统，其中所述线圈具有铁磁芯。
5.根据权利要求1所述的电梯系统，其中所述多个磁极包括多个永久磁体。
6.根据权利要求5所述的电梯系统，其中所述多个永久磁体位于所述线圈的一侧上。
7.根据权利要求5所述的电梯系统，其中所述多个永久磁体位于所述线圈的两侧上。
8.根据权利要求5所述的电梯系统，其中所述多个永久磁体以海尔贝克阵列布置。
9.根据权利要求1所述的电梯系统，其中所述多个磁极包括缠绕在多个铁磁极周围的多个励磁线圈，和耦接到所述励磁线圈的电源。
10.一种推进系统，所述推进系统包括：
主要部分，所述主要部分包括多个线圈；
次要部分，所述次要部分包括多个磁极；以及
驱动器，所述驱动器耦接到所述主要部分，所述驱动器将驱动信号提供到所述主要部分中的至少一部分；
其中所述驱动器产生驱动信号的6个相位，每一线圈与所述6个相位中的一个相关联；
其中所述主要部分包括12N个线圈，且所述次要部分包括22N个磁极，其中N是正整数；且
其中所述磁极的节距与所述线圈的节距的比值为6/11。
11.根据权利要求10所述的推进系统，其中线圈对与驱动信号的每一相位相关联，其中电流在相应线圈对中的每一线圈中在相反方向上流动。
12.根据权利要求10所述的推进系统，其中所述线圈安装在铁磁支架上。
13.根据权利要求10所述的推进系统，其中所述线圈具有铁磁芯。
14.根据权利要求10所述的推进系统，其中所述多个磁极包括多个永久磁体。
15.根据权利要求14所述的推进系统，其中所述多个永久磁体位于所述线圈的一侧上。
16.根据权利要求14所述的推进系统，其中所述多个永久磁体位于所述线圈的两侧上。
17.根据权利要求14所述的推进系统，其中所述多个永久磁体以海尔贝克阵列布置。
18.根据权利要求10所述的推进系统，其中所述多个磁极包括缠绕在多个铁磁极周围的多个励磁线圈，和耦接到所述励磁线圈的电源。
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