CN110474597B - 一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置 - Google Patents

一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置，包括前盖板、中盖板、传动中心轴、轴承、皮带轮、永磁体、转子铁芯、定子铁芯、感应线圈、绝缘骨架、MPS730模组ABZ信号采集体、信息采集磁珠、控制单元和后盖板，所述前盖板中心位置开有通孔，定子铁芯的一半位置滑模安装在前盖板的空腔内部，起到固定定子铁芯，保证定子中心的同心度的作用，本发明采用了同步无齿曳引伺服电机，代替原有的异步电机和减速装置，采用了1024线/圈的高精度位置传感器，配合先进的软件算法，替换原有的开门关门控制的4个接近开关，用速度闭环伺服控制系统代替原有的VF变频调速器，形成为一体化的装置。

Description

一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置
技术领域
本发明涉及电梯技术领域，具体是一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置。
背景技术
电梯的发明和使用，已经近百年的历史，电梯的门控系统，是较为重要的部分，它控制着门的打开和关闭，由于该系统是运动部件，对整梯的可靠性有着非常重要的影响，根据行业内部数据的统计，一台电梯60%及以上的故障，都是由此系统造成。
电梯的门控制方式，基本经历如下的阶段：
1、电梯发明使用初期，基本采用了手动推拉门的方式，没有任何的自动化可言，安全性也处于最差状态。
2、当直流电机发明使用以后，应用于电梯门的控制系统，自动化程度有了大幅提高，安全性能得到了保障，但是直流电机采用电刷，极其容易磨损，需要定期更换，对于电梯门此类高空危险作业，带来了较大的麻烦和不便。
3、交流异步电机的应用，推动了电梯门机系统的整体性能和可靠性的提高，也是现在电梯门机广泛采用的驱动方式。该方式采用一台异步电动机，通过一台减速机，由一台变频调速器进行速度调整，通过电梯门板安装的4个接近开关，以及开门到位和关门到位检测开关，协调控制整个门的运动轨迹。
原有的开门机控制系统，其拓扑结构如下：
上述论述可以看出：原有的电梯门的控制系统，由独立的“变频器”，“异步电机”“减速装置”，“电梯门运动装置”，“开门减速，开门到位开关”，“关门减速，关门到位开关”，这些部件构成一套完整的系统。
其存在如下缺点：
1、结构非常复杂，安装要求非常高，尤其是开门关门信号的4个开关，更是易损部件，容易造成电梯的停运故障。
2、各个部件之间都是通过信号线，电机连接线，安装繁杂，接线点压接不当，容易造成断路，接触不良等故障。
3、异步电机在低频运行时，力矩会比额定力矩大幅下降，造成关门重锤敲击，造成关门异常。
4、系统中采用的变频调速装置，由于采用开环VF的控制方式，载波频率相对较低，在运行中会造成电机的高频电磁噪音。
5、由于系统采用驱动电机加减速装置（解决低速扭矩问题），不但占用庞大的体积空间，还造成系统效率较低，浪费能源。
发明内容
本发明的目的在于提供一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置，包括前盖板、中盖板、传动中心轴、轴承、皮带轮、永磁体、转子铁芯、定子铁芯、感应线圈、绝缘骨架、MPS730模组ABZ信号采集体、信息采集磁珠、控制单元和后盖板，所述前盖板中心位置开有通孔，定子铁芯的一半位置滑模安装在前盖板的空腔内部，起到固定定子铁芯，保证定子中心的同心度的作用，前盖板的中孔位置为轴承的安装位置，同时起到固定轴承的作用，定子铁芯的另外一半滑模安装在中盖板的空腔内部，中盖板中心位置开有通孔，中盖板的中孔位置为轴承另外一端的安装位置，同时起到固定作用，中盖板的另外一端空腔位置安装有控制单元，控制单元包括CPU中央处理器和PCB板，CPU中央处理器安装在PCB板上，PCB板通过螺丝固定在中盖板内部，绝缘骨架安装在前盖板和中盖板组成的内部空腔内部，感应线圈缠绕在绝缘骨架上，定子铁芯、转子铁芯和永磁体均安装在绝缘骨架内部，传动中心轴、轴承和皮带轮组成传动组件，永磁体感应到感应线圈的旋转磁力，传递到传动中心轴，MPS730模组ABZ信号采集体安装在传动中心轴上，MPS730模组ABZ信号采集体上设有信息采集磁珠。
作为本发明的进一步技术方案：所述前盖板为铝压铸一次成型构造体。
作为本发明的进一步技术方案：所述PCB板上设有输入整流滤波电路、上电缓冲电路、开关电源电路、IPM智能模块逆变电路、开/关门控制信号输入电路、开/关门到位输出信号电路、电流采样电路、声光报警及指示电路、外部显示接口电路、CPU中央处理器及复位电路和MPS信号采集电路。
作为本发明的进一步技术方案：所述永磁体采用钕铁硼永磁体，共有16片。
作为本发明的进一步技术方案：所述CPU中央处理器的型号为TMS320F28034。
作为本发明的进一步技术方案：所述输入整流滤波电路采用15A耐压为1000V的整流器和105度电解电容。
作为本发明的进一步技术方案：所述IPM智能模块逆变电路采用日本富士6MBP15VSC-060-50U 智能逆变模块。
作为本发明的进一步技术方案：所述MPS信号采集电路采用730传感器模组，直接采集电机运行速度信号，转换成中央处理器CPU需要的格式，两者之间采用直连方式。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、原来系统有各个独立的单元组成，需要单独安装，占用大量的位置空间，耗费大量的人力物力，此一体机装置，把所有的部件集中为一台装置，体积大幅缩小，仅为原系统大约三分之一左右，整机固定仅有4个M5螺丝即可，大幅降低了安装成本。
2、一体机采用了“1024线/圈的高精度位置传感器”，配合软件算法，可以精确的测量出电梯门的宽度，可以灵活的设置开门加速位置点，开门减速位置点，关门位置加速点，关门位置减速点，不再受制于原系统固定位置的4个控制开关，开关门的效率整体提升30%左右。
3、由于采用了‘同步无齿曳引伺服电机’的电磁方案，实现了低速大扭矩的特性，彻底解决了异步电机在低频段力矩大幅降低的问题，并且配合软件算法，实现了开门力矩、运行力矩、开门到位力矩、到位后保持力矩，关门遇阻力矩的独立设定，对整个开关门的过程实现精确力矩控制。
4、驱动系统采用闭环无感矢量控制技术，开关门的速度更加平稳，消除原有系统电机的高频噪音，净化和保护了环境。
5、一体机装置，取消了变频器至电机的连接线，4个传感器至变频器的连接线，并且省掉了4个开关，节省了成本，杜绝的因为开关接触不良造成的故障。
6、一体机装置采用的是IP64等级密封，杜绝了外界潮湿、二氧化硫等腐蚀气体，对电机及控制系统的损害，防止因为电梯雷雨期间进水，或者打扫卫生溅水造的危害，提高了整个电梯系统运行可靠性。
7、原有系统的电机功率一般在200W至400W之间，而发明的一体机装置，电机总功率只有55W，不但大幅减低了制造成本，整体系统能耗也大幅度的减低，积极响应了国家推广的绿色节能降耗的号召。
8、一体机装置，整体厚度仅为7.8厘米，长宽度各位13.6厘米，非常适合于同步带直接驱动安装方式，节省大量的安装费用和人工。重量仅为3KG左右，方便携带现场更换。
9、由于采用了铝压铸一体结构，不但牢固，散热效果优良，环境耐温提高至60度环境，特别适用于室外加装电梯。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图2为本发明的电气原理图。
图中：前盖板1、中盖板2、传动中心轴3、轴承31、皮带轮32、永磁体4、转子铁芯41、定子铁芯5、感应线圈6、绝缘骨架61、MPS730模组ABZ信号采集体7、信息采集磁珠71、控制单元8和后盖板9。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：请参阅图1，一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置，包括前盖板1、中盖板2、传动中心轴3、轴承31、皮带轮32、永磁体4、转子铁芯41、定子铁芯5、感应线圈6、绝缘骨架61、MPS730模组ABZ信号采集体7、信息采集磁珠71、控制单元8和后盖板9，前盖板1为铝压铸一次成型构造体，前盖板1中心位置开有通孔，定子铁芯5的一半位置滑模安装在前盖板1的空腔内部，起到固定定子铁芯，保证定子中心的同心度的作用，前盖板1的中孔位置为轴承31的安装位置，同时起到固定轴承31的作用，定子铁芯5的另外一半滑模安装在中盖板2的空腔内部，中盖板2中心位置开有通孔，中盖板2的中孔位置为轴承31另外一端的安装位置，同时起到固定作用；皮带轮32+传动中心轴3+轴承31（前后两件）组成传动组件，此组件的作用，把永磁体4（16片）感应到定子线圈的旋转磁力，传递到传动中心轴3，在前后两个轴承31的支撑下，传到至同步带的皮带轮32，达到驱动电梯门运动的作用；
中盖板2的另外一端空腔位置安装有控制单元8，控制单元8包括CPU中央处理器和PCB板，CPU中央处理器安装在PCB板上，PCB板通过螺丝固定在中盖板2内部，绝缘骨架61安装在前盖板1和中盖板2组成的内部空腔内部，感应线圈6缠绕在绝缘骨架61上，定子铁芯5、转子铁芯41和永磁体4均安装在绝缘骨架61内部，后盖板9安装在中盖板2的末端。转子铁芯41+永磁体（16片）4，此组件的作用，通过16片钕铁硼永磁体，感应定子线圈的旋转磁场，把磁场旋转的扭力，通过转子的铁芯，再传递到传动中心轴3输出。定子铁芯41，通过铁芯的介质，传导线圈之内的旋转磁场，把直流母线的电压，通过中央处理器CPU的计算，转化成变化的交流电压。
绝缘骨架61+感应线圈6，绝缘骨架61起到绝缘保护的作用，感应线圈6为是把0.4平方毫米的线圈，绕至铁芯，用于产生旋转磁场的作用。
永磁体4+MPS730模组ABZ信号采集组件7，作用是贴片于PCB板的MPS730模组，通过安装于电机轴尾端的永磁体，根据磁场旋转变化，感应出速度和角度变化信号，模组输出1024个/圈A 、B 90度相交的脉冲信号，以及每圈1个的绝对位置的Z信号，该信号直接输入至TMS320F28034的QEP 捕获模块（中间无传输和转换器件），用于CPU进行运算。
实施例2：在实施例1的基础上，控制单元8包括CPU中央处理器和PCB板。如图2所示，PCB板上设有输入整流滤波电路、上电缓冲电路、开关电源电路、IPM智能模块逆变电路、开/关门控制信号输入电路、开/关门到位输出信号电路、电流采样电路、声光报警及指示电路、外部显示接口电路、CPU中央处理器及复位电路和MPS信号采集电路。
输入整流滤波电路，采用15A耐压为1000V整流器，长寿命105度电解电容，完成输入交流电的整流滤波作用。
上电缓冲电路，10D-15 NTC完成上电瞬间，对电解电容充电的限流作用，当电源起震电路工作正常以后，回路继电器（250V/10A）闭合，接通直流回路。
开关电源电路，为整套电路提供能量供应，该电源采用UC2844反激式工作模式，分别输出：+5V控制电路电源，+15V -15V 两路运算放大器及继电器电源，24 V隔离电源（信号输入）+15V U相上桥臂电源，+15V V相上桥臂电源, +15V W相上桥臂电源。
IPM智能模块逆变电路，采用日本富士6MBP15VSC-060-50U 智能逆变模块，完成CPU驱动信号对模块的控制，逆变PWM的调制，达到控制电机线圈磁场的旋转和调节。
开（关）门控制信号输入电路，采用亿光EL357光耦，实现外部给定的开关门信号，经过光电隔离，进入至中央处理器单元，大大提高了系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性。
开（关）门到位输出信号电路，采用继电器（250V/10A），直接输出常开触点，用于外部电路的使用，使用的器件大幅的余量，保证了电路的耐久性。
电流采样电路，采用全球最优秀的安华高线性光耦隔离器件 C790,配合高精度的康铜丝电阻，完成对电机电流的精准采样，送至CPU进行核心算法的运算。
声光报警及指示电路，在初次上电状态，门宽自学习状态，系统故障状态，用LED灯+蜂鸣器的配合使用，提醒操作人员。
外部显示接口电路，通过RJ45（改为：防水航空插口）的插口，连接外部键盘，完成参数的调整和整机的调试工作。
CPU中央处理器及复位电路，采用美国TI电机专用DSP信号处理器TMS320F28034PNT完成电机驱动，电梯门逻辑控制，等算法的运算，指挥协调整个发明装置的工作。
MPS730信号采集电路，采用美国MPS公司最新研发的730传感器模组，直接采集电机运行速度信号，转换成中央处理器CPU需要的格式，两者之间采用直连方式，省略传统电路的模式： 电机端PG卡采集数据，进行编码处理，通过导线连接至驱动器，进行解码处理，处理以后的信号送至CPU ，传统全套电路至少40-50个电子元件，一条传导线，10-20个接触点，而发明装置只有730模组+1个滤波电容，2个器件，替换传统方案，不但节省了大量的成本，更是提高了系统的抗干扰能力，大幅提高整机运行的可靠性。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置，包括前盖板（1）、中盖板（2）、传动中心轴（3）、轴承（31）、皮带轮（32）、永磁体（4）、转子铁芯（41）、定子铁芯（5）、感应线圈（6）、绝缘骨架（61）、MPS730模组ABZ信号采集体（7）、信息采集磁珠（71）、控制单元（8）和后盖板（9），其特征在于，所述前盖板（1）中心位置开有通孔，定子铁芯（5）的一半位置滑模安装在前盖板（1）的空腔内部，起到固定定子铁芯，保证定子中心的同心度的作用，前盖板（1）的中孔位置为轴承（31）的安装位置，同时起到固定轴承（31）的作用，定子铁芯（5）的另外一半滑模安装在中盖板（2）的空腔内部，
中盖板（2）中心位置开有通孔，中盖板（2）的中孔位置为轴承（31）另外一端的安装位置，同时起到固定作用，中盖板（2）的另外一端空腔位置安装有控制单元（8），控制单元（8）包括CPU中央处理器和PCB板，CPU中央处理器安装在PCB板上，PCB板通过螺丝固定在中盖板（2）内部；
绝缘骨架（61）安装在前盖板（1）和中盖板（2）组成的内部空腔内部，感应线圈（6）缠绕在绝缘骨架（61）上，定子铁芯（5）、转子铁芯（41）和永磁体（4）均安装在绝缘骨架（61）内部，传动中心轴（3）、轴承（31）和皮带轮（32）组成传动组件，永磁体（4）感应到感应线圈（6）的旋转磁力，传递到传动中心轴（3），MPS730模组ABZ信号采集体（7）安装在传动中心轴（3）上，MPS730模组ABZ信号采集体（7）上设有信息采集磁珠（71），在前后两个轴承（31）的支撑下，传动 至同步带的皮带轮（32），后盖板（9）安装在中盖板（2）的末端。
2.根据权利要求1所述的一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置，其特征在于，所述前盖板（1）为铝压铸一次成型构造体。
3.根据权利要求1所述的一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置，其特征在于，所述PCB板上设有输入整流滤波电路、上电缓冲电路、开关电源电路、IPM智能模块逆变电路、开/关门控制信号输入电路、开/关门到位输出信号电路、电流采样电路、声光报警及指示电路、外部显示接口电路、CPU中央处理器及复位电路和MPS信号采集电路。
4.根据权利要求1所述的一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置，其特征在于，所述永磁体（4）采用钕铁硼永磁体，共有16片。
5.根据权利要求3所述的一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置，其特征在于，所述CPU中央处理器的型号为TMS320F28034。
6.根据权利要求3所述的一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置，其特征在于，所述输入整流滤波电路采用15A耐压为1000V的整流器和105度电解电容。
7.根据权利要求3所述的一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置，其特征在于，所述IPM智能模块逆变电路采用日本富士6MBP15VSC-060-50U 智能逆变模块。
8.根据权利要求3所述的一种永磁同步曳引式电梯门一体化控制装置，其特征在于，所述MPS信号采集电路采用730传感器模组，直接采集电机运行速度信号，转换成中央处理器CPU需要的格式，两者之间采用直连方式。
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