CN1101889A - 用于电梯门的线性电机系统 - Google Patents

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L·比阿力
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Abstract

线性电机响应一个以平衡转动力矩的控制信号 来驱动电梯门，所说的这个转动力矩是由一个施加于 门上的法向力通过一个长度可变的力矩臂而绕着门 的重心进行作用而引起的；一个施加在门上的大小变 化的线性力通过一个长度固定的力矩臂而绕着门的 重心进行作用，以提供一个相反的转动力矩，从而抵 消了由法向力引起的转动力矩。该第一和第二转动 力矩可被控制，当门进行移动时该第一和第二转动力 矩呈线性地减小和增加。用这种方法，速度的分布按 照一条类似于一个椭圆的长轴的一侧的曲线而进行 变化。可提供该法向力以将门浮升起来，从而减小作 用在门辊上的重力。该控制可以以开环或闭环的方 式实现。

Description

本发明涉及电梯，特别涉及用于驱动电梯门的装置和方法。
电梯门系统一般由单一的滑动门或由两个滑动门组成，在正常的动力驱动下该门被自动打开和自动关上。有效的门板在一个水平平面内滑开，以提供入口;或将门关闭，以确保电梯乘客的安全。传统的作法是，这些自动操作系统由一电机提供动力，该电机提供转动力矩，如图1所示。图1中示出了机械连杆机构，它把由电机产生的旋转力转变成移动门所需要的线性力。所使用的机械连杆的两种常见的形式包括一种双杆连杆和一种螺旋的导向螺杆。
本发明提出的原理是要用线性电机替换旋转电极与连杆相组合的方式。在现有技术中已经有人提出过将线性电机用于操纵滑动门和电梯门。
例如，美国专利US  3，462，883示出了一种由线性感应电机驱动的滑动门，该电机具有一个控制电路，它包括若干个在门移动期间被顺序启动的开关，用以实现可变化的减速度。还利用检测出的速度来修正减速控制。
美国专利US  4，067，144和US  4，090，113公开了一种用安装在自动门装置中的线性电机来驱动该自动门装置中门的方法。该门由一个法向推力驱动，该推力在门行程的最后阶段被增大，因此克服位于门行程端部附近的缓冲装置的作用力。
美国专利US3，872，622公开了一种用于驱动一对滑动门的线性电机，线性电机中的定子相对门框架及电机的转子而固定，而电机的转子与一个滑轮绳索组件相连结，该滑轮与绳索组件可与电机转子一起运动以打开门。在三个平面上设置了用于调节滑轮转轴的装置，以调节绳上张力和滑轮定位。
已知线性电机可用于各种各样的门，例如在美国专利US5，134，324、US4858452、US4188552、US3793944、US4365442和US3708915中所示的奸样。
用于线性电机的各种速度控制和控制电路是已知的，例如在美国专利US3，891，907和英国专利说明书1，148，144中所示的那样。
但是，由于需要将线性电机旋转在要被驱动的门的顶端或底端，所以将会因存在有水平力的力矩臂而对门产生不需要的转矩。这一力矩臂（该力矩臂是水平力的作用点与门装置的重心之间的距离）在门的整个行程的全程上保持恒定。这个不需要的转矩可能很大并且将会使一个急剧加速的门绕着门的重心发生转动或摆动。正如可从图1中看到的那样，现有技术中对于高速加速的门是通过将支承点稍微靠近门的中部或靠近门的重心从而减小转动力矩来解决上述这一将会出现的问题的。
除了所需要的水平力外，该线性电机还在电机的初级绕组与次级绕组之间产生一个引力。在与门系统无关的现有技术中，例如在一个用于提升通道中提升电梯的线性电机中，上述的这个引力被初级绕组部件上的辊或轴承抵抗，这样就在电机的次级绕组组件与初级绕组组件之间保留了所需要的空气间隙。
本发明的目的是用一个线性电机控制电梯门，并且与此同时将不需要的转动力矩减小至最小。
按照本发明，用线性电机的初级绕组与次级绕组之间的引力来平衡转矩，所说的这个转矩是由在不通过门的重心的安装处驱动门而引起的。
进一步按照本发明，通过提供一个控制信号而用线性电机来使电梯门移动，所说的这个控制信号的大小随着门的运动而变化，用以平衡电梯门上的第一转动力矩，这个第一转动力矩是由一个施加于门上的法向力通过一个长度可变的力矩臂而绕着门的重心进行作用而引起的，响应上述的控制信号，一个施加在门上的大小变化的线性力通过一个长度固定的力矩臂而绕着门的重心进行作用，以提供一个与上述的第一转动力矩相反的第二转动力矩，因此而抵消第一转动力矩。
进一步按照本发明，对于将门打开或将门关闭的操作时，第一和第二转动力矩随着可变化的力矩臂长度的减小而减小，在该长度可变的力矩臂为零的那一点上该第一和第二转动力矩减小至零，在此之后，该第一和第二转动力矩随着该长度可变化的力矩臂长度的增加而增加，直到完成门的开或关动作为止。
进一步按照本发明，该第一和第二转动力矩随着门的位置而线性减小和线性增加。
进一步按照本发明，可用特定的力分布和速度分布来在门的整个行程上实现转矩平衡。
进一步按照本发明，对于门的开或关的操作，门的水平速度按照一条近似于一个椭圆形的在其长轴一侧的曲线进行变化。
进一步按照本发明，利用所说的法向力将门浮升起来以减小作用在门的水平运动导向装置上的重力。
进一步按照本发明，该法向力保持恒定。以这样的途径来选择该法向力，即：使门局部磁化浮升，以减小门辊或其它悬浮元件上的重力载荷，这样延长它们的使用寿命并减小噪音。
进一步按照本发明，响应所检测到的门位置信号而提供一个或多个控制信号。通过数字技术（digitel technigues）可获得对线性电机法向力的控制，以提供更加完美的转矩平衡。通过对门位置和门速度进行检测并调节电机的驱动频率和转差率可以实现上述控制以同步获得所需要的法向力和线性力，可选择特定的力分布和特定的速度分布以在门的整个行程上实现转矩平衡。
进一步按照本发明，响应开门或关门的指令信号，可以以开环的形式提供控制信号。
这里所教导的发明思想实现了用线性电机置换旋转电机与连杆相组合的方式，这一设计思想具有一些显著的优点，它们包括：
1、大大减少了移动部件，这样对门的操作系统可以提供更大的强度并减小磨损;
2、通过减小连杆和门的悬挂载荷而使操作更平稳和更安静;
3、通过简化安装和维修而节省成本;
4、在运转出现故障的情况下系统的性能虽有所下降但工作仍是安全可靠的。
本发明的这些以及其它目的、特征和优点将从结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明中变得更加清楚。
图1表示的是现有技术中的OVL操纵装置，其中，借助于连杆机构将电机的旋转运动转换成线性运动。
图2表示的是按照本发明的一对由线性电机驱动的电梯门。
图3表示的是按照本发明的电梯门电机安装的侧视示意图。
图4表示的是按照本发明的控制系统。
图5表示的是按照本发明的由线性电机驱动的电梯门系统。
图6是线性电机的示意图，它用于表示除了由电机产生的线性力（即对门的推力）外，在初级绕组与次级绕组之间还产生一个有特殊意义的法向引力（大约是所述推力的0.5-10倍），按照本发明，利用该法向力对于将门浮升起来以减小作用在门的水平运动导向装置上的重力以及对于平衡不需要的转矩都具有优越性。
图7表示的是本发明中电梯门上所受到的各个力。
图8表示的是对于浮动初级绕组的辊子上的载荷为时间函数的状态。
图9表示的是对于刚性初级绕组上辊子的受力状态。
图10表示的是按照本发明所实现的转矩平衡。
图11表示的是按照本发明，线性力所产生的转矩与法向力所产生的转矩的平衡情况。
图12表示的是随门位置而线性变化的力的分布，在本发明中这种力的分布使得在电梯门的整个行程上抵消转矩。
图13表示的是本发明中的速度分布图。
图14更详细地示出了图6中所示的本发明的线性电机示意图，它示出了一个电机间隙，该间隙对于获得平衡的加速度是很重要的。
图15表示的是本发明中初始间隙与进行转矩平衡所需要的加速度之间的关系，这一图表是从一个成比例的模型门试验装置获得的。
图16表示的是按照本发明在理论上所绘制的门的竖直位置和转动对时间的曲线图，它表示出了在位置横移期间门被实际提升一个小的距离。
图17表示的是在本发明中门的运动（包括加速度、速度和位置）对时间的曲线图。
图18表示的是在本发明中线性电机的力（包括法向磁性力和线性力）对时间的曲线图。
图19表示的是在本发明中辊子上的力（包括前辊上的力、后辊上的力以及辊子上力总和）对时间的曲线图，该图说明了前辊上的力和后辊上的力是相等的，因此呈现出完美的转矩平衡。
图2示出了按照本发明的处于关闭位置的一对电梯门12、14，它们是一种与图1中装置的开、闭运动相类似的往复形式来打开和关闭门12、14，线性电机致动器16、18同时与顶部支承件20及门12、14相联接。
图3示出了与门的悬挂装置24（该悬挂装置24也已在图2中示出）相联接的左门12的侧视图，该悬挂装置24包括一个在门导轨30的升高的位置28上转动的辊26门;导轨30可做成与第二辊32也是滚动接触的形状。门导轨30可与图2中的支承件20相联接。悬挂装置24还可以用来支承一个线性电机的反应式极板34（有时也称作次级绕组），该线性电机包括一个分离的初级绕组36，它借助于例如一个支架38而安装在支承件20上。在图2和图3中还都图示了一个防尘罩40。
从对图2和图3的说明中可明显地看出，所示实施例的初级绕组安装在支承件20上，与此同时次级绕组与门相联接并因此而相对于初级绕组移动。该初级绕组可采用较小的线圈外壳，以被一个或多个用于产生随时间变化的电机磁场的随时间变化的电信号激磁，从而使次级绕组相对于初级绕组移动。
这样一个线性电机由Krauss Maffei提供，Krauss Maffei还提供了用于控制该线性电机运动的线性直接驱动装置，这可在系列No.LIM-E单一凸轮线性电机系列（Series single-Cam LinearMotors）下在Krauss Maffei的生产线上发现。一本叙述这一系列的小册子可从Krauss Maffei AG的美国代理商-亦即从“自动化与伺服电机技术有限公司”（地址1 Tunxis Roael，Simsburg，Connecticut，USA）那里得到。这些驱动装置和电机具有公知的特性并能适用于这里所公开的电梯。一般来说，该控制系统包括一个三级管脉冲控制的AC变换器，它响应导引系统的控制信号，以向初级绕组的线圈提供（例如）三相电源。该导引系统可对若干设置点进行响应，它也可以是一个闭合回路的一部分，例如，该导引系统响应所检测的位置信号，该位置信号具有一个表示初级绕组沿着次级绕组所相对位移量。一个线性测量系统由Krauss Maffei提供，它适用于这一线性测量。然而，人们将会懂得，这一控制系统不一定是闭环回路，而可以是开环回路;相类似地，它不一定在一个位置控制回路中得以使用，而是还可以在一个速度调节驱动线路、单轴定位驱动线路、位置调节驱动线路、线性动力执行线路或其它任何所需的线路中得以使用。
举例来说（但并不局限于此），图4示出了一个改进的门驱动系统的方框流程图。计算机控制系统50响应操作指令及若干检测信号中的某些信号或全部信号，以在线62上向电机控制装置64提供一个控制信号，这些检测信号包括：线52上的所检测的位置信号;线54上的障碍探查信号;线56上的运行界限信号;线58上的反向EMF检测信号和线60上的力/载荷检测信号。该电机控制装置64还响应线58上的反向EMF检测信号。计算机控制系统50还可在线66上提供状态信息。该计算机控制系统在信号线51上接收来自另一部电梯或来看建筑系统或辅助系统的操作指令，以激发门系统的各种不同的操作特性（例如，打开、关闭、停止、转向等）。正如所提及的，该计算机控制系统50还可在线66上向其它系统提供描述门系统状态的状态信号。该计算机控制系统将从各种传感器接收输入信号，根据储存在其内部的算法规则，该计算机控制系统将实现下列这些功能，即：产生门的运动曲线，计算电机的驱动相位和电流，控制门的位置、速度和加速度（通过开环或闭环控制），监视门系统的工作状况;以及实现其它任何以取得所期望的门系统的操作特性所必要的功能。
如果在一个以位置为基准的闭环系统中使用，则线52上的位置传感器52a的信号将被输入一比较器（未示出）中，在该比较器中该信号将与一个装置指令信号相比较，所说的位置指令信号可以是线51上的一个信号，或者是产生于计算机控制系统50自身内部的信号（这种情况下该信号未在图中示出）。该比较器将提供一个差值信号，这个差值信号被送入到一个补偿网络中，例如：比例控制;比例加积分控制;比例加积分加微商控制;或其它任何所需要的补偿网络。该补偿网络将在线62上提供控制信号。当然，也可以不使用比较器（象上文所述的那样以不同程度的模拟形式），而是借助于分立元件或借助于通用型微处理机中的软件，用数字计算的方法实现整个过程，这对于执行控制系统的算法这一技术领域的普通技术人员来说是公知技术。
电机控制装置64可包括线路68，该线路68将建立起所要求的适当的时间与相位的联系，以在线性电机中产生所需要的力（线性的和/或法向的）。动力驱动器70将放大线72上的来自相位与时间控制逻辑的信号，以在线74上向线性电机初级绕组76传送适当的电力。当然，线74上的信号可被电机绕组电流传感器78检测，该传感器78可以是所需要的任何类型的电流传感器。为了进行闭环反馈，该电机绕组电流传感器78将把所检测的信号（未示出）送回至计算机控制系统50，正如已叙述过的那样与位置传感器52a相连接。应当认识到为控制门也可以使用其它类型的检测信号来代替这里所述的用于闭环控制系统的传感器。这样，电机控制装置64既可以根据予先确定的特性曲线进行开环操作，也可以以闭环的方式、也根据这一特性曲线、但还利用来自任选的电机绕组电流传感器和/或任选的门位置传感器或其它任何所需要的传感器的反馈而进行操作，所说的反馈例如是一个以速度为基准的反馈回路，或是以某些其它检测参数为基础的反馈回路。
当然图4中的线性电机由两部分组成。初级绕组76包括若干个电极，电机线圈围绕着这些电极旋转。次级绕组80包括这样一个结构，即：它响应由初级绕组产生的磁场而在一个横向的线性方向上相对于初级绕组移动。该次级绕组是由上文所提到的销售商（即Krauaa-Maffei）提供的，该次级绕组被分段以提高效能。一个分段的次级绕组是这样一个绕组，即：在该绕组中，导电体被嵌入次级绕组衔铁（backiron）的长孔中，这是用于转动感应电动机的一个常见的实际应用的例子。然而按照本发明的指教，最好是使用由渗磁材料（例如铁棒或钢棒）构成的实心的次级绕组，该渗磁材料上覆盖一导电层，例如铜片或铝片，它帮助减小振动，并因此而减小门的噪音，这在一定应用场合比提高效能更为重要。曾考虑使用一种永磁的次级绕组，但由于在电梯的升降通道这一环境中可能会聚积金属粉粒，于是否决了上述这一想法。
应当认识到图4所示的传感器是可选择的并可被包括在图4所示的电驱动装置中，以提供任何所需程度的控制或向驱动系统的其它部件提供其它信息。如已提到的那样，典型的传感器可包括反馈装置52a，它测量门前后移动时该门所处的位置。传感器78测量流经线性电机初级绕组的电流，还可用该传感器78控制和监测对该初级绕组的电力驱动。运行限位传感器56a、56b可用于对门的各个运行位置进行感应。转向EMF传感器58a可用于监测该线性电机的运动速率。障碍探查器54a可被包括在门的驱动系统中，用以对存在于门路途中的障碍物进行感应，从而使计算机控制装置选择一种能避免与障碍物接触的控制规则。力和/或载荷传感器60a、60b可被包括在驱动系统中，用以监测作用于线性电机上的线性和法向的力与载荷。所有这些传感器都仅仅是对在实际执行过程中可使用的装置的一种举例说明，而不是必须如此。
图5表示的是一个中部敞开的电梯门，它具有两部线性电机100、102，每部电机用于驱动一对门106、108（总起来用104标示）的一侧。图中所示的门106处于关闭位置，而门108则是处于打开位置。当然，这并不是一种正常的情形，因为在正常的情况下这两扇门是同时打开或是同时关闭的。每一部线性电机的初级绕组由一个小的（大约100×150mm）接电源的初级绕组110、112组成，该绕组被牢固地安装在电梯框架例如图2中的支承件20（图3中又进一步示出）上。无电源的次级绕组114、116或反应式极板（大约760×100mm）安装在可移动的门上，如上文中结合图2和图3所叙述的那样。图5中所示的结构具有安装于电梯顶部的线性驱动系统，但这对于本发明的实施不是绝对必要的。当然，还应该理解到本发明可使用一个与图5中所示的一对可移动的门104不同的，单一的可移动的门。
返回来参见图3，图中的次级绕组或反应式极板34简单地呈L型延伸至现有的电梯门的悬挂装置24。图5中的次级绕组可以是类似的。图3还示出了一个用于初级绕组的铰接（浮置）的支架，上文中已对此作过描述。已公开的顶部安装在细节上与底部安装不同，选择这样的顶部安装以对线性驱动系统提供比较清洁的环境。通过在整个组装设备上使用图3中的防尘罩40，能使该反应式极板的清洁程度得到进一步的提高。
应当再次强调的是，图3中所示意的电机初级绕组的安装是一种铰接安装，其中初级绕组在竖直平面内可自由移动而在水平平面内是受约束的，但这并不是唯一的安装方式。另一种更好的方法是进行固定安装，在这种固定安装中，线性电机初级绕组在水平平面和竖直平面内都受约束。这种固定安装的优点将在下文中予以说明。
用以确保线性电机始终完好地工作的主要要素之一是要在电机的初级绕组与次级绕组之间保持精确地空气间隙。在正常运行下，该线性电机不仅产生所需要的线性驱动力而且在电机的初级绕组元件与次级绕组元件之间产生引力，如图6和图7所示。正如在图7中所建议的那样，在图5的右手侧所示的开门状态下，可将该线性电机的初级绕组在门的左边缘的上方处对中。在这里用术语“法向力”（“normal.force”）表示这个引力。这个用于线性电机的法向力取决于精确的设计和电机的电特性，而一般来说，可以以0.5-10倍于所产生的所城的线性力为其特征。这个力将试图把线性电机的初级绕组元件和次级绕组元件位到一起，因此必须控制这个力以在初级绕组元件与次级绕组元件之间保持一始终如一的空气间隙。上述的这两幅初级绕组安装示意图使用不同的型式来控制该空气间隙。
在铰接的初级绕组安装方式中，用一套辊子（例如图6中所示）来实现对空气间隙的控制，所说的一套辊子安装在同一支架上作为次级绕组元件。由于初级绕组可在竖直平面内自由移动，所以所有的法向力载荷都通过辊子而被抑制，并且始终保持有空气间隙。在这种情况下，该法向力不适用于平衡门上的转矩。这个使用了在竖直方向上铰接的初级绕组的系统在借助于该初级绕组的组件保持空气间隙方面进行自身调节，因此它不受电梯/门的几何形状上的小变化的影响，所说的“几何形状上的小变化”例如是那些由温度、应力和磨损引起的几何形状的变化。
另一方面，在那种将初级绕组刚性地安装到电梯框架上的安装方式中，利用门的重力和悬挂装置来承受法向力，并因此而始终保持空气间隙。在这一系统中，为始终保持空气间隙，必须考虑电梯/门的几何形状的变化。但这种安装方法具有利用法向力进行转矩抵消的优点，这种安装方法是本发明所述的较佳的安装方式。
对于门的悬挂载荷，按照本发明，是从顶部而不是从重心处驱动电梯，这就使附加力施加于悬挂装置上。在图7中示出了一个典型的电梯门120的受力图。当这个门加速运动时，在门所处的平面内的一个转矩由图7中所示的力矩臂Hc9产生。一般来说，这个力矩必须通过两个门的悬挂辊122、124上载荷（如图中力F1和F2所示）的差值而被抵消。而借助于一个使用刚性支架安装的线性电机系统，由电机产生的法向力（Fn）被用于产生与上述的加速转矩相反的另一个转矩，因此就减小或消除了该加速转矩。
这样，作为采用线性电机驱动系统的结果，在门打开的位置上，有两个初级绕组上的力作用于门所处的平面上，正如图7所示。这两个力一个是初级绕组的推力Flin，一个是图7中所用Fn所表示的初级绕组与次级绕组之间的引力。如图中所示，线性电机初级绕组在门的左边缘的上方处对中。这样，该线性力绕着门的重心产生一个转矩，该转矩的大小为FlinXHc9。存在于该线性电机上的法向力也绕着门的重心产生一个转矩，这个转矩的大小为FnXXc9，并且该转矩的方向与由线性力产生的转矩的方向相反。因此，如果FlinX Hc9＝FnxXc9，则合力经过门的重心，并且不存在没有抵消的转矩。
对于相反的方向，所要求的力Flin被反向，所得到的转矩的方向也被反向。法向力的方向仍旧保持与上述同样的方向，然而，由于门运动的原因，力矩臂的方向被反向，因此在相反的方向上产生转矩。再次得到上述相同的结果，合力有效地经过门的重心，并且没有不抵消的转矩。
在图8和图9中示出了使用重力对中的顶部安装的铰接的线性驱动装置与使用顶部安装的刚性的线性驱动装置这两种情况下的悬挂载荷的比较。取得这一数据的实验场合是：一个单一的门运行609毫米并且以1290毫米/秒2的速率进行加速。门的最大速度为700毫米/秒。这就导致了这样一个速度分布，即：在最初的0.62秒内的进行加速，接着是一个恒速区，然后在0.8秒的时刻开始减速。门整个运行时间是1.4秒。在该例子中，门的重量为68kg。
对于一个例如图1中的重力对中的驱动装置（center-of-gravitg drive）来说，没有转矩产生，悬挂载荷（图7中的F1和F2）将恒定地保持在34kg/每辊。
对于铰接安装初级绕组的情况而言，由线性驱动而产生的转矩必须由门的辊子来抵消。在图8中辊子的载荷作为时间的函数而被示出，该图表示出必须产生+72kg至-4kg的力以防止门转动。要指出的是，当加速度的方向被反向时，要求转矩反向。还要指出的是，在一大段作时间内，辊子之一必须产生一个负的作用力;一个负的作用力意味着辊子的力必须向下推门。
图9中示出了使用刚性安装的初级绕组所要求的力分布。对于这种力的分布，假设：法向力与线性力之比为5.0，并且线性电机的初级绕组距处于起始位置的门的重心304.6mm。前辊上所要求的力（F1）的范围为-25kg至+15kg，而后辊上的力（F2）要求为-5kg至-40kg。在轨迹的恒速区段中，假定产生已知的法向力。从图中注意到，在大多数轨迹上，所要求的力是负的，表明门已通过法向力而被升浮。辊上力的减小将能够得到低的噪音。
已在图7中已示出了在电梯门行程的两端上实现转矩抵消的情况，现在剩下的问题是要检查行程中剩余的区域上转矩消的情况。假定在门的整个行程范围内法向力是恒定的，因为门的运动改变了法向力的力矩臂，所以所产生的转矩发生了变化。对于电机的初级绕组部件安装在门一边缘的上方并且门的行程距离等于门的宽度的情况下，由法向力产生的转矩呈线性变化，当门准确地位于行程的中心位置上时门的位置为零，在行程的每一端部位置上门的位置达到最大值（这两个最大值的正负号不同）。
按照这里的指教，用于驱动门的力的分布情况是这样的，即它将导致由力Flinear产生的转矩进行线性变化，这个线性变化的转矩精确地抵消由力Fnormal产生的转矩。这种特定的力的分布是力随距离的线性变化，它在行程范围的端点处具有最大值，在行程的中间点其值为零。
这样，按照这里的指教，可用下列数学公式来描述这一特定的力的分布：
Flinear＝Flinearmax×[1-（2×X/D）]
其中：Flinearmax是Flinear的最大值，该最大值是
由所要求的加速来确立的;
X＝门在行程中所处的某一位置;
D＝所要求的门的最终位置
这种力的分布是对称的，在初始状态（X＝O）具有最大的正值，在终结状态（X＝D）具有最大的负值，在行程的中间处（X＝D/2）走向零值。这在图12中图示出来了。
在图12中还用实线表示出了对于动力操纵的门通常所使用的标准的力分布。这种通常使用的力的分布是不连续的，它在行程范围内的前一半行程上一直分布有最大的力，在行程范围内的后一半行程上一直分布有最大的负力。使用这样的力的分布就导致了如图13中实线所示的三角形的速度分布。这种速度分布中的尖峰造成了现有技术当中门运动的噪音和颠簸。比较起来，图12中虚线所示的使转矩抵消的力的分布就导致了如图13所示的具有光滑峰值的速度分布。
总之，如这里所述，用于区动门的力Flinear绕门的重心产生一个转矩，由于力Flinear在变化，所以所说的这个转矩随着门的位置而呈线性变化。引力Fnormal在与Flinear的矢量方向相反的方向上产生一个转矩，并且由于力矩臂的改变，该转矩也呈线性变化。通过选择适当的力Fnormal值和门的加速度A，就可在门的行程的所有点上获得完全平衡的转矩。
正如已经建议过的那样，本发明的核心是要沿着门行程的长度改变磁力，从而恰好抵消由于不在重心处驱动门而产生的全部或部分转转。按照图10的指教，通过在门的整个行程上使力矩臂XCG与力Fnormal的乘积等于力矩臂YCG与力Flinear的乘积，可产生这种能抵消转矩的力的分布。这与上文中结合图7已讨论过的是同样的原理。由于力矩臂XCG表示的是门的重心与固定的初级绕组之间的水平距离，并且由于这一水平距离根据门的位置而改变，所以本发明指出在计算施加于门上的水平方向上的线性力（Flinear）的数值时要考虑随着门的移动上述这一力矩臂长度的改变。为了沿着门的运行行程的全长满足图10所示的等式，即：
Fnormal×XCG＝Flinear×YCG
将要求水平的线性力（Flinear）也以适当的方式变化（因为水平力矩臂（XCG）根据门的位置而改变），以保持该等式平衡。用这一种方法，那些在不同情况下产生的转动力矩均被抵消。
这种能抵消掉转矩的力的公布可通过下列措施来产生：
A、使一套算法程序进入图4的计算机控制系统50或类似的系统中，它确定出在任何时刻（在一个开门或关门的指令之后）施加于门上的水平力，并据此计算出所需要的修正转矩。这就需要借助于计算机控制系统（或类似的控制系统）使预先的程序信息实际地表示整个系统的模拟情况，借助于该计算机控制系统，以开环的形式控制力。
B、测量力和/或门的位置、加速度或速度，并在一个闭环系统中将这一信息反馈给计算机控制系统50（或类似的控制系统），它用所检测的信息与所产生的分布指令进行比较，计算出在任何时刻所需要的修正力矩。
按照上述实施例，由于法向力保持恒定但具有可变化的力矩臂，还由于线性力具有恒定的力矩臂但力是可变的（如图10所示），所以，按照本发明，力的分布情况如图12中虚线所示是随着门的位置而呈线性变化的，这就如图11所示给出了在门的整个行程上的转矩平衡。从图12中将会了解到，为了保持与图1的现有技术中所具有的操作时间相同的操作时间，用于线性电机的力的分布（见虚线）中的力峰稍大于现有技术中的在固定的力分布（见实线）情况下的力峰值。
相类似地，如图13所示，利用图12中的线性力而得到的速度分布（见虚线）比利用图12中现有技术中的固定的力分布而得到的速度分布（见实线）要光滑得多。
由于图12中的呈线性的力分布的原因，图13中的速度曲线（见虚线）可用下列等式表示：
V = zaX ( 1 - X / X T )
其中：a＝门的加速度;
XT＝在门的开或关操作期间门所走过的整个距离;
X＝在整个距离XT处上在从一个所选定的零点开始增加正负数值的情况下所测量到的某一位置。
正如上文已建议过的那样，本发明的进一步的教导是要用由线性电机提供的磁性排斥力或吸引力来完全抵消或部分抵消门系统上的重力，例如上文所述。
在常规的门重量下，标准的门辊轮胎受压约0.25mm。如果该门被提起0.10mm，则门辊上的载荷减小至约为门重量的60%。线性电机的法向力这一分力提供提升力以使门达到平衡，该法向力的值由初级绕组-次级绕组的间隙来控制。
作用于门辊上的门重量的百分率关系到所需要的门的水平加速度由于需要一个使力矩平衡的法向力，因此我们具有一个局部磁化的悬浮门。
电机间隙由图14示出。我们已经发现，正如图15所示，平衡的加速度是固有间隙的函数，图15中示出了用于完全的力矩平衡的间隙作为加速度的函数。这一数据资料是从一个密封的电梯门系统的模型获得的。
对所研究的门系统的平面3自由度动态模拟已经被提出并被用于发展本发明目前所公开的理论和实现本发明。
图16示出了门的竖直位置和其转动的模拟结果，图17示出了门的运动，图18示出了上文中结合图10所描述的线性电机的力，图19示出了上述的辊子的力。
图16表示门上的转矩是平衡的（转动＝0）以及表示在这种情况下门被法向力稍微提起（约0.03mm）。由于线性电机的法向力，门的这种提升相当于减小了压在门辊上的重量。通常，门被提升的量是辊子刚度、门的重量以及特定的加速度的函数。
图17中所示的加速度、速度和位置轨迹相应于上文中所述的力的分布：
F＝Fmax（1-2X/D）
在所选定的Fmax下给出加速度为1707毫米/秒2。如上所述，在图17中示出的这些分布曲线是作为时间的函数而不是距离的函数。图18示出了与这一特定的情况相关联的Fnormal和Flinear。
这些结构上的细节、力的取值以及加速度、速度和位置足以能够使本技术领域的任何一位普通技术人员作出理论分析上的和实际实验上的试验，这些试验是以这里所述的本发明为基础的。
尽管已经根据最佳实施例对本发明进行了图示和描述，但本技术领域的那些技术人员应当懂得上述的以及其它的各种变化、在形状和细节上所作的省略和添加都属于本发明的实质精神和范围之内。

Claims (20)

1、一种用线性电机移动电梯门的方法，包括以下步骤：
提供一个用于平衡电梯门上的第一转动力矩的控制信号，该第一转动力矩的大小随着门的移动而变化，该第一转动力矩是由一个施加于门上的法向力通过一个长度可变的力矩臂而绕着门的重心进行作用而引起的；
响应所述的控制信号，一个施加在门上的大小变化的线性力通过一个长度固定的力矩臂而绕着门的重心进行作用，以提供一个与上述的第一转动力矩相反的第二转动力矩，因此而抵消第一转动力矩。
2、按照权利要求1的方法，其特征在于，对于进行将门打开或将门关闭的操作时，第一和第二转动力矩随着所述的长度可变的力矩臂的长度的减小而减小，在该长度可变的力矩臂为零的那一点上该第一和第二转动力矩减小至零，在此之后，该第一和第二转动力矩随着该长度可变化的力矩臂的长度的增加而增加，直到完成门的开或关的操作为止。
3、按照权利要求2的方法，其特征在于，第一和第二转动力矩呈线性地减小和增加。
4、按照权利要求1的方法，其特征在于，对于门的开或关的操作时，门的水平速度（V）按照关系式V＝
Figure 94104257X_IMG2
而变化，其中
a＝门的加速度;
XT＝在门的开或关操作期间门所移过的全部距离;
X＝从上述的整个距离XT上的一个选定的零点开始用增加的正值或负值测量的门所处的某一位置。
5、按照权利要求1的方法，其特征在于，进一步包括下列步骤，即，提供法向力以使门浮升起来，从而减小作用在门的水平运动导向装置上的重力。
6、按照权利要求5的方法，其特征在于，该法向力保持恒定。
7、按照权利要求1的方法，其特征在于，响应所检测的门的位置信号而实现所述的提供控制信号的步骤。
8、用于用线性电机来移动电梯门的设备，包括：
用于提供一个控制信号的装置，所说的这个控制信号的大小随着门的移动而变化，用以平衡电梯门上的第一转动力矩，该第一转动力矩是由一个施加于门上的法向力通过一个长度可变的力矩臂而绕着门的重心进行作用而引起的;
响应上述的控制信号而使得一个施加在门上的线性力的大小发生变化的装置，该线性力通过一个长度固定的力矩臂而绕着门的重心进行作用，以提供一个与上述的第一转动力矩相反的第二转动力矩，因此而抵消第一转动力矩。
9、按照权利要求8的设备，其特征在于，对于开门或关门操作时，该控制信号是变化的，从而引起第一和第二转动力矩随着该长度可变的力矩臂的长度的减小而减小，在该长度可变的力矩臂为零的那一点上该第一和第二转动力矩减小至零，在此之后，该第一和第二转动力矩随着该长度可变化的力矩臂的长度的增加而增加，直到完成门的开或关的操作为止。
10、按照权利要求9的设备，其特征在于，该控制信号是变化的，以引起第一和第二转动力矩呈线性地减小和增加。
11、按照权利要求8的设备，其特征在于，该控制信号是变化的，以引起门的水平速度（V）按照关系式V＝
Figure 94104257X_IMG2
而变化，其中
a＝门的加速度;
XT＝在门的开或关操作期间门所移过的全部距离;
X＝从上述的整个距离XT上的一个选定的零点开始用增加的正值或负值测量的门所处的某一位置。
12、按照权利要求8的设备，其特征在于，对线性电机提供一个第二控制信号，用以控制所说的法向力，以将门浮升起来，从而减小作用在门的水平运动导向装置上的重力。
13、按照权利要求12的设备，其特征在于，该法向力保持恒定。
14、按照权利要求8的设备，其特征在于，用于提供控制信号的装置响应一个所检测到的位置信号。
15、一种用于驱动电梯门的线性电机，包括：一个初级绕组和一个不分段的次级绕组。
16、按照权利要求15的线性电机，其特征在于，该次级绕组是一个实心的、在可渗磁材料上覆盖有一片导电材料制成的绕组。
17、按照权利要求15的线性电机，其特征在于，该次级绕组与电梯门成整体结构或与电梯门刚性联结。
18、按照权利要求8的线性电机，其特征在于，次级绕组与电梯门成整体结构或与电梯门刚性联结。
19、按照权利要求15的线性电机，其特征在于，该初级绕组这样安装在电梯上，即，一个法向力至门重心的力矩臂随着门的位置而线性变化，当门处于其行程范围的中点时该力矩臂为零。
20、按照权利要求8的线性电机，其特征在于，该电机的初级绕组这样安装在电梯上，即，该长度可变化的力矩臂随着门的位置而线性变化，当门处于其行程范围中点时该力矩臂为零。
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