CN109281417B - 一种电梯自供能压电减震系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电梯自供能压电减震系统和方法，其包括压电换能件和压电减震件；压电换能件设于主机与承重梁之间，吸收主机的震动并转换为电能；压电减震件设于承重梁与井道连接处，与压电换能件电连接，将压电换能件产生的电能转换为成机械形变，抵消承重梁的震动。本发明通过压电换能件和压电减震件替换惯用的直接用螺栓的刚性连接方式，压电材料能把机械能转化为电能，再转换成机械形变，抵消承重梁的震动，进行两次减震，最终把振动消耗从而消除噪音。

Description

一种电梯自供能压电减震系统和方法

技术领域

本发明涉及电梯工程领域，特别是一种适用于无机房电梯的压电减震系统。

背景技术

影响人们日常生活的电梯噪声，主要是电梯运行中各个声源引起的低频噪声。投诉的住户位于高层建筑的顶层位置，受其它噪声影响很小，离低频噪声的主要声源——机房噪声最近，感受的噪声强度最大，所以反映最强烈。电梯运行过程中，电梯主机、导向装置等力矩不平衡会出现振动问题，引起主机的钢支架振动，钢支架和楼板采用刚性连接，振动声音将直接通过固体传导进入到居民楼内，形成强烈的固体声波。治理上，一般吸声材料的低频吸声效率都不高，采用吸声材料治理噪声效果不大。现常采用的做法为通过错层、设置楼梯间分隔直接刚性连接，错层的做法会影响顶层高度，降低无机房电梯的基本优势，设置楼梯间的做法适用场合非常局限，对旧楼改造、土建已完工、加装梯的场合无法应用。另常有的做法则是增加防震橡胶，隔断主机与支撑钢梁的连接，该种做法降低了支撑钢梁的强度，同时除噪效果并不是特别明显。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电梯自供能压电减震系统，可解决当前存在的震动噪声污染。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：一种电梯自供能压电减震系统，其特征在于：包括压电换能件和压电减震件；压电换能件设于电梯主机与承重梁之间，吸收主机的震动并转换为电能；压电减震件设于承重梁与井道连接处，与压电换能件电连接，将压电换能件产生的电能转换为成机械形变，抵消承重梁的震动。

所述的压电换能件和压电减震件的结构由上而下依次为上盖板、缓冲件、中板、第一绝缘件、压电件层、第二绝缘件和底板。

所述的压电换能件的压电件层包括若干个压电元件，各压电元件之间并联电连接。

所述的压电换能件中压电件层的结构为：压电元件为薄片状，黏贴在可形变及复位的弹性件上；或者，压电元件自身为可形变及复位的帽型凸体。

压电减震件的压电件层由极化方向为竖直方向的压电材料组成。

压电换能件与压电减震件之间连接有整流稳压器，或者是分体式的整流器和稳压器，或者是具有整流稳压模块的微处理器。

压电减震件输入端连接有对输入的激励电场进行频率、相位调整的微处理器，使压电减震件的机械形变与承重梁初始振动波形频率相同，相位相反。

在承重梁上还设有可对承重梁初始振动波形及实时振动波形进行检测采集的振动检测器，其采集数据后相应输出反相同频率的，反应距离变化的电压信号至微处理器。

一种电梯自供能压电减震方法，其特征在于：在电梯主机与承重梁之间设置压电换能件，吸收主机的震动并转换为电能；在承重梁与井道连接处设置压电减震件，压电减震件与压电换能件电连接，将压电换能件产生的电能转换为成机械形变，抵消承重梁的震动。

在承重梁上设置振动检测器，对承重梁初始振动波形进行检测采集，其采集数据后相应输出电压信号至微处理器，微处理器对输入压电减震件的激励电场进行频率、相位调整，使压电减震件的机械形变与承重梁初始振动波形频率相同，相位相反；

振动检测器持续监测承重梁的实时振动波形，采集经压电减震件的激励振动波作用后的误差信号，再反馈回微处理器，实时调整压电减震件激励电场的输入信号，从而达到减震自诊断性、自适应性和自修复性的功能。

本发明具备以下有益技术效果：

(1)提出使用压电转换的方式，压电材料能把机械能转化为电能，进行第一次减震，再转换成机械形变，抵消承重梁的震动，进行第二次减震，最终把振动消耗从而消除噪音，无需额外供能；

(2)进一步的，增加减震自诊断性、自适应性和自修复性等功能，使电梯在投入生活使用中越来越优化，创造更高的经济效益及社会效益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明压电换能件和压电减震件的结构示意图；

图3、图4是本发明压电换能件中压电件层的俯视图；

图5、图6是是本发明压电换能件中压电件层的两种不同形式压电元件的不同状态的示意图。

图7是本发明的电路连接示意图。

具体实施方式

结构振动传声是电梯主机(曳引机)噪声传播最主要的途径，因此，防止周围房间遭受噪声影响的有力解决方法是将曳引机的隔振工作做好。

如图1所示，本发明的一种自供能压电减震系统，包括压电换能件1和压电减震件2；压电换能件1设于主机3与承重梁4之间，吸收主机的震动并转换为电能；压电减震件2设于承重梁4与井道5连接处，与压电换能件1电连接，将压电换能件1产生的电能转换为成机械形变，抵消承重梁4的震动，从而阻隔承重梁4对井道5墙壁的振动传递。

如图2所示，所述的压电换能件1和压电减震件2的结构由上而下依次为上盖板11、缓冲件12、中板14、第一绝缘件15、压电件层16、第二绝缘件17、底板18，上盖板11和底板18之间的外围围绕有护围13。

缓冲件12可以为弹簧，对主机所施加的压力起到缓冲作用，缓冲件12上下分别连接上盖板11及中板14，中板14的设置作用对由主机传递下来的压力起到平衡的作用，起到保护压电件层16的作用；压电件层16上下分别设置绝缘件15、17，防止压电电流的泄露；底板18与上盖板11之间设置护围13，以保护缓冲件12、压电件层16等，护围13设置为圆弧形，采用薄钢板，可受压向外拱起；护围13与底板18连接，在缓冲件自然状态时，护围13与上盖件11之间存在间隙，当缓冲件受压时，上盖板11压护围13，护围13向外拱起。

压电效应：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷，即能够将很小的振动或应变差转换为电能。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。

如图3-图6所示，由于振动不是全面受压，可能是局部受压变形产生电能，故压电换能件1的压电件层16设置成若干个细小的压电元件161，各压电元件161之间通过导线163并联电连接。并联电连接可最大程度上收集电量(串联时不受压的元件与受压元件导通会产生逆压电效应，浪费电能。)

所述的压电换能件1中压电件层16的结构为：压电元件161为薄片状，黏贴在弹性件162上，弹性件162只要满足在弱应力下形变显著，应力松弛后能迅速恢复到接近原有状态和尺寸材料均可以，在实施验证过程中选取最为合适的材料，可为常见的弹性材料例如橡胶、弹性体等，优选的，在本实施例中弹性件162呈球盖形或球冠形。受到向下压力时，弹性件162受压收缩，压电元件161随弹性件162形变而发生形变，产生电能，当向下力消除时，弹性件162复位，压电元件161恢复，这个过程随振动波反复进行，不断产生电能。或者，压电元件161自身加工成帽型凸体，受到向下压力时，压电元件161发生形变，产生电能，当向下力消除时，压电元件161复位，这个过程随振动波反复进行，不断产生电能。压电元件161的极化方向同振动方向一致(因压电材料在极化方向上受力才能产生电能)。

压电减震件2利用的则是逆压电效应，其压电件层16由极化方向为竖直方向的压电材料组成，极化方向是由材料本身决定的，可根据材料本身极化方向加工成所需要的形状，在本实施例中，压电减震件2中的压电件层16形状同压电换能件1一样即可。在压电减震件2压电件层16极化方向上加激励电场，使其产生激励机械形变，且同承重梁机械振动相位相反，起到抵消效用。

压电换能件1与压电减震件2之间连接有整流稳压器，或者是分体式的整流器和稳压器，或者是具有整流稳压模块71的微处理器7，压电换能件1产生的电能通过整流稳压电路进行收集，并经过处理后输出至压电减震件2。多余的电能还可用于给下游电路供电。在本实施例中采用的是具有整流稳压模块71的微处理器7，如图7所示。

最优选的，压电减震件2输入端连接有微处理器7，微处理器7还包括有频率、相位调整模块72，压电减震件2输入的激励电场先经微处理器7进行频率、相位调整，使压电减震件2的机械形变与承重梁4初始振动波形频率相同，相位相反，此时减震效果最佳。

在承重梁4上还设有可对承重梁4初始振动波形进行检测采集的振动检测器6，其采集数据后相应输出反相同频率(即相位相反，频率相同的频率)的，反应距离变化的电压信号至微处理器7。

振动检测器6持续监测支承钢梁的振动情况(实时振动波形)，采集经压电减震件2的激励振动波作用后的误差信号，再反馈回微处理器7，微处理器7则实时调整压电减震件2的激励电场的输入信号，从而达到减震自诊断性、自适应性和自修复性等功能。

本发明主机与主机架之间的增设压电换能件1、承重梁与井道连接处增设压电减震件2，替换惯用的直接用螺栓的刚性连接方式，通过压电材料把动能转化为电能，再转换成机械形变，原理为：那么承重梁就不再振动，有效阻隔了承重梁对墙壁的振动传递，最终把振动消耗掉不再产生噪音。

本发明并不局限于上述实施方式，如果对本发明的各种改动或变形不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变形。

Claims (7)

1.一种电梯自供能压电减震系统，其特征在于：包括压电换能件和压电减震件；压电换能件设于电梯主机与承重梁之间，吸收主机的震动并转换为电能；压电减震件设于承重梁与井道连接处，与压电换能件电连接，将压电换能件产生的电能转换为成机械形变，抵消承重梁的震动；压电减震件输入端连接有对输入的激励电场进行频率、相位调整的微处理器，使压电减震件的机械形变与承重梁初始振动波形频率相同，相位相反；在承重梁上还设有可对承重梁初始振动波形及实时振动波形进行检测采集的振动检测器，其采集数据后相应输出反相同频率的，反应距离变化的电压信号至微处理器。

2.根据权利要求1所述的电梯自供能压电减震系统，其特征在于：所述的压电换能件和压电减震件的结构由上而下依次为上盖板、缓冲件、中板、第一绝缘件、压电件层、第二绝缘件和底板。

3.根据权利要求1所述的电梯自供能压电减震系统，其特征在于：所述的压电换能件的压电件层包括若干个压电元件，各压电元件之间并联电连接。

4.根据权利要求1所述的电梯自供能压电减震系统，其特征在于：所述的压电换能件中压电件层的结构为：压电元件为薄片状，黏贴在可形变及复位的弹性件上；或者，压电元件自身为可形变及复位的帽型凸体。

5.根据权利要求1所述的电梯自供能压电减震系统，其特征在于：压电减震件的压电件层由极化方向为竖直方向的压电材料组成。

6.根据权利要求1所述的电梯自供能压电减震系统，其特征在于：压电换能件与压电减震件之间连接有整流稳压器，或者是分体式的整流器和稳压器，或者是具有整流稳压模块的微处理器。

7.一种电梯自供能压电减震方法，其特征在于：在电梯主机与承重梁之间设置压电换能件，吸收主机的震动并转换为电能；在承重梁与井道连接处设置压电减震件，压电减震件与压电换能件电连接，将压电换能件产生的电能转换为成机械形变，抵消承重梁的震动；

在承重梁上设置振动检测器，对承重梁初始振动波形进行检测采集，其采集数据后相应输出电压信号至微处理器，微处理器对输入压电减震件的激励电场进行频率、相位调整，使压电减震件的机械形变与承重梁初始振动波形频率相同，相位相反；

振动检测器持续监测承重梁的实时振动波形，采集经压电减震件的激励振动波作用后的误差信号，再反馈回微处理器，实时调整压电减震件激励电场的输入信号，从而达到减震自诊断性、自适应性和自修复性的功能。