CN111232798A - 具有可移动导轨区段的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

驱动装置(1)，包括：升降设备(50)可移动的，尤其是可旋转的轨道区段(53)，用于移动、尤其旋转可移动的轨道区段(53)的电动机(2)，其中，该驱动装置(1)尤其构建用于将轨道区段(53)旋转预定的最大行程，尤其是小于360°的旋转行程，至少一个逆变器单元(4)，用于向电动机(2)提供电功率(P)，其中，逆变器单元(4)构建用于接收有关可移动的轨道区段(53)的位置，尤其是旋转位置的控制命令，并基于其提供电驱动功率(P)，该驱动装置(1)形成至少两个，尤其恰好三个驱动区段(SI，SII，SIII)，每个驱动区段(SI，SII，SIII)包括：‑逆变器单元(4I，4II，4III)，‑至少一个线圈装置(3I，3II，3III)，其由所对应的逆变器单元(4I，4II，4III)供应电功率(P)，其特征在于，每个驱动区段(SI，SII，SIII)这样构建，使得逆变器单元(4I，4II，4III)平级并列地运行。

Description

具有可移动导轨区段的驱动装置
技术领域
本发明涉及一种驱动装置，其具有在升降设备中的可移动的轨道区段和用于移动可移动轨道区段的电动机。
本发明适用于具有至少一个轿厢，尤其是多个轿厢的升降设备，轿厢可以经由导轨在竖井中移动。至少一个固定的第一导轨固定地布置在竖井中并且在尤其垂直的第一方向上定向；至少一个固定的第二导轨在尤其水平的第二方向上固定定向；至少一个相对于竖井可移动的、尤其是可旋转的第三导轨固定在旋转平台上，并且可在第一或第二位置之间和/或在第一方向上的定向与在第二方向上的定向之间转移。电梯的轿厢可以像循环式链斗升降机(Paternoster)一样循环。
背景技术
这样的系统基本上在WO 2015/144781 A1和德国专利申请10 2016 211 997.4和10 2015 218 025.5中有说明。
这种升降设备的主要优点在于，相较于传统的轿厢总是在同一竖井中行进的设备相比，其吞吐量有了显著的提高。因此，利用上述已经具有两个竖井的升降设备，可以提供在常规设备中需要五个或更多竖井才能实现的人员运输吞吐量。
这导致对故障可靠性的需求增加。在具有五个竖井的常规升降设备中，升降竖井的故障意味着总的乘客运输吞吐量降低了20％。在开头所述升降设备中，升降竖井的故障可能意味着乘客运输吞吐量减少100％。这里，根据位置或旋转位置，可移动的轨道区段暂时中断升降竖井中的垂直行进路径。如果在这种状态下可移动轨道区段的驱动故障，则整个升降设备可能会失败。
发明内容
因此，本发明的目的是为开头所述的升降设备提供高的故障可靠性。通过根据权利要求1的驱动装置实现了本发明所基于的目的；优选设计方案将由从属权利要求和说明书中给出。
根据本发明的驱动装置包括：
升降设备、尤其是开头所述类型的升降设备的可移动的、尤其是可旋转的轨道区段，
用于移动、尤其旋转可移动的、尤其是可旋转的轨道区段的电动机，其中，该驱动装置尤其构建用于将轨道区段旋转小于360°的旋转角，
至少一个用于向电动机提供电功率的逆变器单元。
逆变器单元构建用于接收有关可移动的轨道区段的位置或旋转位置的控制命令，并基于其提供电驱动功率。
这种有关位置的控制命令可以具有多种形式。控制命令尤其可以包括特定角度预定值(例如“90°”)，其仅以二进制形式包括两个可能值中的一个(例如“O”表示水平位置，“1”表示垂直位置)或包括更改指令(“0”表示保持当前位置，“1”表示将位置更改为其他值)。当然，控制命令可以具有其他内容。当然，特别适合于定义具体位置的任何其他值都是可能的。在0°到90°之间的位置也是可能的；尤其是如果第二方向不是水平定向。当然，当第三轨道不旋转地移动时，相应内容也适用于其他位置。
根据本发明的驱动装置形成至少两个，特别是恰好三个驱动区段，每个驱动区段包括逆变器单元和至少一个线圈装置，该线圈装置由所分配的逆变器单元供应电功率。线圈装置尤其为电动机的共同输出元件，尤其是转子上施加驱动力。
每个逆变器单元可以包括能够(即，形成用于)接收控制命令的通信单元。通信单元这样构建，即，在彼此之间，将通信单元集合中的一个通信单元确定为主通信单元，并且将其余通信单元设置为从通信单元。
本发明的优点在于驱动区段的冗余设计以及独立组织驱动组件的冗余单元的能力。这里，使用分散决策结构，其不需要中央控制单元。由此可以提高故障可靠性。
用于移动可移动轨道区段的电动机与用于升高和降低常规升降轿厢的驱动机明显不同。尤其是运动空间，尤其是旋转角度受到限制；例如，90°的最大旋转角度足以将可移动的轨道从垂直方向转移到水平方向。另外，可移动的轨道区段与大量电气和电子导线相连。在运动空间，尤其是旋转角度受限的情况下，这可以通过牵引链来完成。尤其地，除了可旋转的轨道区段之外，整个轿厢通过电动机的旋转轴承悬臂支撑。
如果在说明书和权利要求书中使用了复数，尽管是复数，但复数的形式也包括单数，除非通过多数或特定数量数据的指示明确地要求复数。
在本说明书的范围中，线圈单元这一概念尤其包括一组电磁线圈，这些电磁线圈以这样的方式协作，即其至少在一个区段中产生随着转子的旋转运动而行进的磁场。为此目的，线圈单元的所有线圈由共同的逆变器提供多相电流。
附图说明
下面借助于附图更详细地解释本发明；其中
图1示出了其中安装有根据本发明的驱动装置的升降设备；
图2示出了根据本发明的驱动装置的电路图；
图3示出了根据本发明的驱动装置的部件的详细电路图；
图4示出了用于根据图2的驱动装置的替代性电动机的电路图；
图5至图11示出了第一至第七设计方案中的根据本发明的驱动装置的详细电路图；
图12示例性地示出了驱动区段的逆变器单元的内部结构；
图13示例性地示出了具有用于调节器参数的存储器的调节器的内部结构。
具体实施方式
图1示出了开头所述的升降设备50的部件。该升降设备50包括固定的第一导轨56，轿厢51可以借助于背包式固定装置沿第一导轨引导。第一导轨56在第一方向z上垂直定向，并且允许轿厢51在不同楼层之间移动。这样的第一导轨56的装置彼此平行地布置在两个平行延伸的竖井52'，52”中，轿厢51可以借助于背包式固定装置沿该第一导轨引导。一个竖井52'中的轿厢可在各自的第一导轨56上尽可能独立地并且不受另一竖井52”中轿厢阻碍地移动。
升降设备50还包括固定的第二导轨57，轿厢51可以借助于背包式固定装置沿第二导轨引导。第二导轨57在第二方向y上水平地定向，并且允许轿厢51在一个楼层内移动。此外，第二导轨57将两个竖井52'，52”的第一导轨56彼此连接。因此，第二导轨57还用于使轿厢51在两个竖井52'，52”之间转移，以例如实施现代化的循环链斗式升降机(Paternoster)运行。
轿厢51可以通过第三导轨58从第一导轨56转移到第二导轨57，反之亦然。第三导轨58可相对于旋转轴A旋转，旋转轴A垂直于由第一和第二导轨56、57围成的y-z平面。
所有导轨56、57、58至少间接地固定在竖井52的至少一个竖井壁上。竖井壁定义了竖井的固定坐标系统。竖井壁这一概念替代性地还包括竖井的固定框架结构，其承载导轨。可旋转的第三导轨58固定在旋转平台53上。旋转平台53借助于在图1中未示出的平台旋转轴承支承。
这样的系统基本上在WO 2015/144781 A1和德国专利申请10 2016 211 997.4和10 2015 218 025.5中有说明。10 2016 205 794.4在此方面详细说明了一种装置，该装置具有集成的平台旋转轴承和用于使旋转平台旋转的电动机，该装置也可以在本发明的范围中用于支承并用作旋转平台的旋转驱动装置。现在，根据图1的升降设备包括根据本发明的驱动装置1(图2)，用于使可旋转的导轨58旋转或使旋转平台53旋转。WO 2018/162405 A1说明了这种驱动装置的、用于驱动装置1的替代性冗余方案。
图2示出了根据本发明的驱动装置1的方框电路图。驱动装置的核心是电动机2，这里是三相电动机2。电动机2包括定子6和转子7。在一个设计方案中，电动机可以是外转子电动机，其中转子布置在定子的径向外部。定子6包括多个线圈单元3。线圈单元借助于逆变器单元4操作，该逆变器单元通过功率传输连接部9为线圈单元3提供电功率P。借助于位置传感器8探测电动机2的旋转位置并且将其尤其提供给逆变器单元4用于调节目的。
上级控制单元12向逆变器单元4发出控制命令13。例如，控制命令13可以包括将可旋转轨道58水平或垂直地布置的指令。逆变器单元4可以将确认信号11发送到控制单元12。
线圈单元3I，3II，3III和与其相连的逆变器单元4I，4II，4III一起分别形成三个驱动区段之一。在各个设计方案中，三个位置传感器8I，8II，8III也可以分别恰好分配给三个驱动区段I，II，III之一。如果下面提到三个区段，则表示最小数量。
在图3中为其余的线圈单元示例性地示出了驱动区段Sx的一个线圈单元3x的细节。每个线圈单元3x包括三个线圈u，v，w，其分别对应于多相电流的一个相，并且通过星形连接相互连接。功率传输连接部9I包括用于传输驱动功率P的多极电流导线，其具有用于三相的导线9xu，9xv，9xw和零线9xn。此外还示出，每个驱动区段设置多个这样的线圈单元3x；公共驱动区段Sx的所有同相线圈u，v，w彼此并联。
图4示出了修改形式的电动机。在定子6中，各个驱动区段I，II，III的线圈单元3I，3II，3III在周向上交替布置。这具有的优点是，在一个或多个驱动区段I，II，III失效的情况下，由线圈产生的转矩在转子7的圆周上均匀地作用。由此避免了在电动机的机械部件上的单侧负荷。为了清楚起见，图中未示出导线9；然而，不言而喻，线圈单元仍然与同一驱动区段的各个所对应的逆变器单元相连。在这方面，根据图2和3的电路图是适用的。
图5至图10分别示意性地示出了驱动装置1的设计方案的电路图。首先，对根据图5至图10的设计方案的共同特征进行说明；然后将讨论各个设计方案中的差异。
设置了三个逆变器单元4I，4II，4III，为每个逆变器单元专门分配了多个线圈单元3I，3II，3III。逆变器单元4和专门分配的线圈单元3的布置在本申请的范围内称为驱动区段I，II，III。在图5中，驱动区段SI，SII，SIII由虚线示出。这也适用于其他附图中所示的设计方案，其中在图6-10中未明确示出。
此外，设置了三个位置传感器8I，8II，8III，其提供了电动机的位置传感器值10I，10II，10III，例如转子相对于定子的旋转位置。位置传感器8不必一定是驱动区段之一的一部分；但在各个设计方案中，位置传感器8可以专门分配给某个驱动区段(图5、8)。
为了正常地运行，必须使至少一个具有至少一个线圈单元3的逆变器4能正常地运行。为此，必须至少为此逆变器设置位置传感器值10。
提供冗余的第一总线5I，5II，通过其进行逆变器4彼此的通信或逆变器4与至少一个上级控制单元12(见图2)的通信。逆变器经由冗余的第一总线5I，5II彼此交换状态值22，这在下面参考图2更详细地说明。
在根据图5的设计方案中，三个逆变器4I，4II，4III中的每一个专门分配有位置传感器8I，8II，8III。为了使区段SI，SII，SIII中的一个正常运行，需要一个区段的位置传感器8和逆变器4，例如，第一区段SI的第一位置传感器8I和第一逆变器4I起作用。如果第一位置传感器8I或者第一逆变器4I发生故障，则第一区段SI不工作。如果以此方式所有驱动区段均无法工作，则驱动单元将发生故障。
在根据图6的设计方案中，位置传感器8I，8II，8III未专门分配给任何逆变器4I，4II，4III。而是，位置传感器8I，8II，8III中的每个经由两条冗余的第一总线5I，5II与逆变器4I，4II，4III中的每个相连。因此，为了驱动装置的正常运行，逆变器中至少任一个以及位置传感器中至少任一个都必须起作用。此外，两条冗余的第一总线5I，5II中的一条必须起作用并且在此必须能够将位置传感器值10从传感器传输到逆变器。在根据图5的设计方案中，由于位置传感器的故障不可避免地导致驱动区段的故障，而在根据图6的设计方案中，在位置传感器发生故障之后，所有驱动区段仍保持功能。
根据图7的设计方案基于根据图6的设计方案。除了第一冗余总线5I，5II之外，还提供了第二冗余总线55I，55II，其构建用于将位置传感器值10从传感器8传输到逆变器4。
根据图8的设计方案基于根据图5的设计方案。此外，设定了两个冗余控制单元12I，12II，其经由第一冗余总线5I，5II将控制命令13传输到所有逆变器4。
根据图9的设计方案是根据图6和8的两个设计方案的组合，其中没有在图8中所示出的、专门分配给逆变器/驱动区段的位置传感器8。位置传感器值10也可以通过第一冗余总线5I，5II传输给控制单元12。
根据图10的设计方案基于根据图9的设计方案。除了第一冗余总线5I，5II之外，还提供了第三冗余总线555I，555II，其构建用于将位置传感器值10从传感器8传输到控制单元12。位置传感器值10通过第一冗余总线5I，5II由控制单元12传递给逆变器4。
根据图11的设计方案是根据图10和7的两个设计方案的组合。由图7的设计方案出发，设定了对应于图10的设计方案的第三冗余总线555I，555II，其将各个位置传感器8的位置传感器值10传输到控制单元12。不需要像根据图10的设计方案那样将位置传感器值10从控制单元12进一步转发到逆变器4，但这也是可能的并且可以提供进一步的冗余。
在图12中示例性详细示出了驱动装置1的其中一个逆变器单元4x。所有逆变器单元4相同地形成并相同地编程。这使得容易更换逆变器单元，或容易改变逆变器单元的数量。
逆变器单元4x包括逆变器21x。逆变器21x产生逆变器单元4x的输出功率Px，该输出功率以多相电流的形式经由导线9x输出到对应的线圈单元5x。
由第一调节器19提供的调节变量20x作为输入变量用于逆变器21x。作为调节变量20x，例如可以使用转矩值。第一参考变量17x和第一状态值10的第一调节差18x作为输入变量18x用于第一调节器19。在该示例中，第一状态值是由位置传感器8之一提供的实际位置值10x。参考变量17x是额定实际值17x。例如设定，根据实际位置值10x与位置额定值17x的偏差，调节器19x输出较高或较低的转矩值以补偿调节差18。参考变量17x由参考变量生成器16x提供。作为输入变量，控制信号15x用于参考变量生成器16x，该控制信号例如包括所期望的、以及要设置的可旋转的轨道区段的目标定向。参考变量生成器16x基于该控制信号15x调出所存储的时间参考变量特征图，借助于此产生并不断更新参考变量17x。参考变量生成器16x从通信单元14x接收控制信号15x。该通信单元14x为逆变器4x的向外的数据接口，并且可以与其他逆变器单元4的通信单元以及控制单元12通信。
作为状态值22x，可以使用例如控制信号15x，参考变量15x，调节差18x，调节变量20x以及来自下级单元(参考变量生成器14x，调节器19x或逆变器21x)的任何变量。尤其地，状态值22x可以是这样的信号，该信号明确地指示或可从其为其他一个逆变器单元4推导出，对应于该状态值的相应其他逆变器单元是否正常工作。
在正常运行中，所有驱动区段SI，SII，SIII均应为电动机的整体驱动贡献基本相同的贡献。但是，如果逆变器单元其中一个发生故障，则其他驱动区段必须提供相应更大的功率。原则上，根据调节概念，逆变器单元的调节器能够自动提供更高的功率。在当前情况下，如果一个驱动区段发生故障，则其余的完好驱动区段必须分别提供正常功率的150％，然后，如果另一个驱动区段再发生故障，则其余的完好驱动区段必须提供正常功率的300％。
如果一个驱动区段发生故障，则调节路径变得显著更迟钝。为了补偿这种增加的惰性，可以增加各个相应调节回路的动态。根据本发明，这是通过匹配完好逆变器单元的调节器的参数K来完成的。对此，图13示例性示出了PID调节器，其特征在于具有成比例作用的调节器部分的调节器参数KP，整体作用的调节器部分的参数KI和差动作用的调节器部分的参数KD。在存储单元中存储了多个合适的调节器参数，并且可以根据运行状态进行选择并应用于调节器。在此，例如通过完好的驱动区段的数量j来表征运行状态：如果j＝3，则在本示例中所有驱动区段都是完整的。在j＝1时，两个驱动区段发生故障。对于其他数量的驱动区段，变量j的含义相应变化。
为了选择调节器参数，须探测运行状态并因此确定变量j。在第一变体方案中，每个逆变器单元可以通过观察自身来探测例如驱动区段是否发生故障。例如，如果第一逆变器单元4I的第一调节器19I生成持久地对应于通常功率输出的大约150％的第一调节变量17I，则第一逆变器单元4I可以推断出其他逆变器单元4II，4III中的一个未正常地运行。
替代性地，经由总线5、55、555之一发送的状态值可以提供关于调节器之一是否发生故障的信息。在一种变体方案中规定，每个完好的驱动区段都传递一个OK值。当在一种情况下，此值未由某个驱动区段传递时，则其余驱动区段认为其发生故障。
根据该认知，剩余的功能正常的逆变器单元4II，4III可以推断出仅有减少数量的线圈装置可用于产生驱动扭矩，例如，第二和第三驱动区段SII，SIII的第二和第三线圈装置3II，3III。
附图标记说明
1 驱动装置
2 电动机
3 线圈装置
4 逆变器单元
5 第一数据总线
55 第二数据总线
555 第三数据总线
6 定子
7 转子
8 位置传感器
9 功率传输连接部
10 位置传感器值
11 至控制单元的确认
12 控制单元
13 控制命令
14 通信单元
15 控制信号
16 参考变量发生器
17 参考变量
18 调节差
19 调节器
20 调节变量
21 逆变器
22 逆变器的状态值
23 存储器
50 升降设备
51 轿厢
52 竖井
53 旋转平台
56 固定的第一导轨
57 固定的第二导轨
58 可旋转的第三导轨
S 驱动区段
P 电气导线
j 完好的逆变器单元数

Claims (13)

1.驱动装置(1)，包括：
升降设备(50)的可移动的，尤其是可旋转的轨道区段(53)，
用于移动、尤其旋转可移动的轨道区段(53)的电动机(2)，其中，所述驱动装置(1)尤其构建用于将轨道区段(53)旋转预定的最大行程，尤其是小于360°的旋转行程，
至少一个逆变器单元(4)，用于向电动机(2)提供电功率(P)，
其中，所述逆变器单元(4)构建用于接收有关可移动的轨道区段(53)的位置，尤其是旋转位置的控制命令(13)，并基于其提供电驱动功率(P)，
所述驱动装置(1)形成至少两个，尤其恰好三个驱动区段(SI，SII，SIII)，每个驱动区段(SI，SII，SIII)包括：
-逆变器单元(4I，4II，4III)，
-至少一个线圈装置(3I，3II，3III)，其由所对应的逆变器单元(4I，4II，4III)供应电功率(P)，
其特征在于，
每个驱动区段(SI，SII，SIII)这样构建，
使得逆变器单元(4I，4II，4III)平级并列地运行。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，
其特征在于，
驱动区段(SI，SII，SIII)构建用于，彼此平行地
-探测调节差(18I，18II，18III)，
-基于所述调节差(18I，18II，18III)生成调节变量(20I，20II，20III)，
-并且基于所产生的调节变量(20I，20II，20III)来运行逆变器(20I，20II，20III)，以向线圈单元(3I，3II，3III)输出电功率。
3.根据前述权利要求中任意一项所述的驱动装置，
其特征在于，
逆变器单元(4I，4II，4III)中的每一个都构建用于自主地从多个可用的位置传感器值(10I，10II)中选择一个位置传感器值，并根据所选的位置传感器值来运行逆变器单元，尤其是输出调节变量。
4.根据前述权利要求中任意一项所述的驱动装置，
其特征在于，
驱动装置(1)这样构建，使得逆变器单元识别另一个逆变器单元的故障。
5.根据前述权利要求中任意一项所述的驱动装置，
其特征在于，
逆变器单元(4I，4II，4III)的故障
-借助于在完好逆变器单元内部对状态值(22)的分析，尤其借助于调节差(18)与调节变量(20)的比较，来识别
或
-借助于逆变器单元(4I，4II，4III)彼此的通信来识别，尤其是借助于由逆变器单元发送或未发送的状态值(22)来识别。
6.根据权利要求5所述的驱动装置，
其特征在于，
通过识别到逆变器单元(4I，4II，4III)的故障而触发对完好的逆变器单元(4)的调节器(19)的至少一个调节器参数(KP，KI，KD)的匹配，尤其是为了使调节器动态匹配于由于故障而改变的驱动装置的动态。
7.根据前述权利要求中任意一项所述的驱动装置，
其特征在于，
驱动装置(1)具有两条冗余的第一总线(5I，5II)，
逆变器单元之间的逆变器单元(4I，4II，4III)的状态值(22x)和/或位置传感器值(10x)通过所述第一总线进行通信。
8.根据前述权利要求中任意一项所述的驱动装置，
其特征在于，
所述驱动装置(1)具有两条冗余的第一总线(5I，5II)，通过所述第一总线，使得
-逆变器单元(4I，4II，4III)的状态值(22x)进行通信，和/或
-位置传感器值(10x)通信，和/或
-控制信号(15)进行通信。
9.根据前述权利要求之一所述的驱动装置，
其特征在于，
所述驱动装置(1)具有两条冗余的第二总线(55I，55II)，通过所述第二总线，使得
-逆变器单元(4I，4II，4III)的状态值(22x)进行通信，和/或
-位置传感器值(10x)通信，和/或
-控制信号(15)进行通信。
10.根据前述权利要求中任意一项所述的驱动装置，其特征在于，
驱动装置(1)具有两条冗余的第三总线(555I，555II)，通过所述第三总线，使得
-逆变器单元(4I，4II，4III)的状态值(22x)进行通信和/或
-位置传感器值(10x)通信，和/或
-控制信号(15)进行通信。
11.根据前述权利要求中任意一项所述的驱动装置，
其特征在于，
位置传感器值(10x)借助于1：1布线与恰好一个逆变器单元(4I，4II，4III)连接，并且所述逆变器单元(4I，4II，4III)构建用于，通过1：1布线获得的位置传感器值(10I，10II)通过总线(5I，5II，55I，55II，555I，555II)传输到至少一个另外的逆变器单元。
12.根据权利要求4至7中任意一项所述的升降设备(50)，所述升降设备包括
至少一个固定的第一导轨(56)，其在尤其垂直的第一方向(z)上固定定向；
至少一个固定的第二导轨(57)，其在尤其水平的第二方向(y)上固定定向；
至少一个可旋转的第三导轨(58)，其固定在旋转平台(53)上并且可在第一方向(z)上的定向和第二方向(y)上的定向之间转移。
13.升降设备(50)，所述升降设备包括
轿厢(51)，
至少一个固定的第一导轨(56)，
至少一个固定的第二导轨(57)，
至少一个可移动的、尤其是可旋转的第三导轨(58)，
根据前述权利要求中任一项所述的驱动装置，用于移动所述可移动的导轨(58)，
其中轿厢(51)借助于第三导轨(58)可在第一导轨(56)和第二导轨(57)之间转移。
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