CN111404287A

CN111404287A - 用于电梯的具有扩展范围的无线功率传递系统

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Publication number: CN111404287A
Application number: CN201911278704.4A
Authority: CN
Inventors: S.德瓦里; A.拉加戈帕兰; S.萨乌拉克; G.库克尼奇; P.B.钱尼高达; E.摩尼
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 2018-12-14
Filing date: 2019-12-13
Publication date: 2020-07-10
Anticipated expiration: 2039-12-13
Also published as: EP3666714B1; EP3666714A2; EP3666714A3; US20200195053A1; CN111404287B; US11336120B2

Abstract

一种用于无线地为运送系统的运送设备供电的无线功率传递系统，所述无线功率传递系统包括：无线电功率传送器，所述无线电功率传送器沿所述运送系统的一侧定位于第一位置，所述侧是固定的；以及无线电功率接收器，所述无线电功率接收器沿所述运送设备的与所述侧相对的表面定位，当所述无线电功率接收器定位于所述第一位置时，所述无线电功率接收器和所述无线电功率传送器处于面对间隔关系中，从而在其间定义间隙。

Description

用于电梯的具有扩展范围的无线功率传递系统

技术领域

本文中的实施例涉及运送（conveyance）系统的领域，并且特别涉及用于为运送系统供电的方法和设备。

背景技术

运送系统（诸如例如电梯系统、自动扶梯（escalator）和移动通道）需要电功率以用于操作。行进线缆通常将电梯系统的电梯轿厢连接到固定电源（stationary powersource）以将功率提供给电梯轿厢。行进线缆给电梯轿厢操作和安装增加了费用、重量和复杂性，因此期望为电梯轿厢供电的改进方法。

发明内容

根据实施例，提供了一种用于无线地为运送系统的运送设备供电的无线功率传递系统。无线功率传递系统包括：无线电功率传送器，所述无线电功率传送器沿所述运送系统的一侧定位于第一位置，所述侧是固定的；以及无线电功率接收器，所述无线电功率接收器沿所述运送设备的与所述侧相对的表面定位，当所述无线电功率接收器定位于所述第一位置时，所述无线电功率接收器和所述无线电功率传送器处于面对间隔关系（facing spacedrelationship）中，从而在其间定义间隙。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例还可包括：定位于所述间隙内的磁场增强器，所述磁场增强器被配置成扩展所述无线电功率传送器的无线功率传递范围。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例还可包括：所述运送系统是电梯系统并且所述运送设备是电梯轿厢。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例还可包括：所述侧是所述电梯系统的电梯井的壁。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例还可包括：所述磁场增强器进一步包括超材料（metamaterial）块。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例还可包括：所述超材料块包括螺旋谐振器和开口谐振环中的至少一个。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例还可包括：所述磁场增强器进一步包括谐振器的阵列。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例还可包括：所述磁场增强器定位得更靠近所述无线电功率传送器而不是所述无线电功率接收器。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例还可包括：所述磁场增强器定位得更靠近所述无线电功率接收器而不是所述无线电功率传送器。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例还可包括：所述磁场增强器被定型（shape）成至少部分地环绕所述无线电功率传送器。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例还可包括：所述磁场增强器被定型成至少部分地环绕所述无线电功率接收器。

根据另一实施例，提供了一种运送系统。所述运送系统包括：运送设备；以及用于无线地为所述运送系统的所述运送设备供电的无线功率传递系统，所述无线功率传递系统包括：无线电功率传送器，所述无线电功率传送器沿所述运送系统的一侧定位于第一位置，所述侧是固定的；以及无线电功率接收器，所述无线电功率接收器沿所述运送设备的与所述侧相对的表面定位，当所述无线电功率接收器定位于所述第一位置时，所述无线电功率接收器和所述无线电功率传送器处于面对间隔关系中，从而在其间定义间隙。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例可包括：所述无线功率传递系统进一步包括：定位于所述间隙内的磁场增强器，所述磁场增强器被配置成扩展所述无线电功率传送器的无线功率传递范围。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例可包括：所述运送系统是电梯系统并且所述运送设备是电梯轿厢。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例可包括：所述侧是所述电梯系统的电梯井的壁。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例可包括：所述磁场增强器进一步包括超材料块。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例可包括：所述超材料块包括螺旋谐振器和开口谐振环中的至少一个。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例可包括：所述磁场增强器进一步包括谐振器的阵列。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例可包括：所述磁场增强器定位得更靠近所述无线电功率传送器而不是所述无线电功率接收器。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例可包括：所述磁场增强器定位得更靠近所述无线电功率接收器而不是所述无线电功率传送器。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例可包括：所述磁场增强器被定型成至少部分地环绕所述无线电功率传送器。

除了本文中描述的特征中的一个或多个之外，或作为备选方案，另外的实施例可包括：所述磁场增强器被定型成至少部分地环绕所述无线电功率接收器。

本公开的实施例的技术效果包括无线地为电梯系统的电梯轿厢供电并且利用磁场增强器来扩展电梯轿厢能够接收无线功率的传输范围。

除非另有明确指示，否则前述特征和元件可组合成各种组合而没有排他性。按照以下描述和附图，这些特征和元件以及其操作将变得更加明显。然而，应该领会的是，以下描述和附图旨在本质上是说明性和解释性而非限制性的。

附图说明

通过示例的方式图示了本公开，并且本公开不限于附图，在附图中相似的参考标号指示类似的元件。

图1是可采用本公开的各种实施例的电梯系统的示意图；

图2是根据本公开的实施例的用于图1的电梯系统的无线功率传递系统的示意图；

图3是根据本公开的实施例的图2的无线功率传递系统的放大视图；

图4是根据本公开的实施例的图2的具有磁场增强器的无线功率传递系统的放大视图；

图5是根据本公开的实施例的图2的具有磁场增强器的无线功率传递系统的放大视图；以及

图6是根据本公开的实施例的图2的具有磁场增强器的无线功率传递系统的放大视图。

具体实施方式

图1是电梯系统101的透视图，所述电梯系统101包括电梯轿厢103、配重105、受拉构件107、导轨109、机器111、位置参考系统113和控制器115。电梯轿厢103和配重105通过受拉构件107彼此连接。受拉构件107可包括或被配置为例如绳、钢缆和/或涂层钢带。配重105被配置成平衡电梯轿厢103的负载并且被配置成促进电梯轿厢103在电梯井117内并沿导轨109相对于配重105同时地并且在相对方向上的移动。

受拉构件107接合机器111，所述机器111是电梯系统101的高架（overhead）结构的部分。机器111被配置成控制电梯轿厢103和配重105之间的移动。位置参考系统113可被安装在电梯井117顶部处的固定部分上，诸如在支撑件或导轨上，并且可被配置成提供与电梯轿厢103在电梯井117内的位置有关的位置信号。在其它实施例中，位置参考系统113可被直接安装到机器111的移动组件，或者可定位于本领域已知的其它位置和/或配置中。位置参考系统113可以是本领域已知的用于监测电梯轿厢和/或配重的位置的任何装置或机构。例如，在不受限制的情况下，位置参考系统113可以是编码器、传感器或其它系统并且可包括速度感测、绝对位置感测等，如将由本领域技术人员所了解的那样。

控制器115如所示的那样定位于电梯井117的控制器室121，并且被配置成控制电梯系统101、并且尤其是电梯轿厢103的操作。例如，控制器115可向机器111提供驱动信号以控制电梯轿厢103的加速、减速、调平、停止等。控制器115还可被配置成从位置参考系统113或任何其它期望的位置参考装置接收位置信号。当电梯轿厢103在电梯井117内沿导轨109向上或向下移动时，所述电梯轿厢103可由控制器115所控制的那样在一个或多个层站125处停止。尽管在控制器室121中示出，但是本领域技术人员将领会控制器115可定位于和/或被配置在电梯系统101内的其它位置（location/position）中。在一个实施例中，控制器可被远程定位或定位于云中。

机器111可包括马达或类似的驱动机构。根据本公开的实施例，机器111被配置成包括电驱动马达。用于马达的电力供应可以是任何电源（包括电网），其与其它组件结合而被供应给马达。机器111可包括曳引轮，所述曳引轮向受拉构件107施加力以在电梯井117内移动电梯轿厢103。

尽管利用包括受拉构件107的绕绳系统示出和描述了，但采用在电梯井内移动电梯轿厢的其它方法和机制的电梯系统可采用本公开的实施例。例如，可在使用线性马达将运动施加给电梯轿厢的无绳电梯系统中采用实施例。还可在使用液压升降机将运动施加给电梯轿厢的无绳电梯系统中采用实施例。图1仅仅是出于说明性和解释性目的而提出的非限制性示例。

在其它实施例中，系统包括运送系统，该运送系统在楼层之间和/或沿单个楼层移动乘客。此类运送系统可包括自动扶梯、人员移动装置（people mover）等。因此，本文中描述的实施例不限于电梯系统（诸如图1中所示的电梯系统）。在一个示例中，本文中公开的实施例可以是可适用的运送系统，诸如电梯系统101和运送系统的运送设备（诸如，电梯系统101的电梯轿厢103）。在另一示例中，本文中公开的实施例可以是可适用的运送系统，诸如自动扶梯系统和运送系统的运送设备（诸如，自动扶梯系统的移动阶梯）。

在继续参考图1的情况下现在参考图2-6，根据本公开的实施例，图示了供图1的电梯系统101使用的无线功率传递系统200的视图。应领会的是，虽然在示意性框图中分开地定义特定系统，但系统中的每个或任何系统可经由硬件和/或软件以其它方式组合或分开。无线功率传递系统200可包括电源210、AC/DC功率转换器220、功率管理系统230、无线电功率传送器240、无线电功率接收器250、能量存储装置管理系统260以及能量存储装置270。如果使用能量收集，则可不需要能量存储装置270。

电源210可以是固定电源，诸如，例如电网功率、风能、太阳能、发电机功率等。电源210可使用交流电（AC）来提供电功率。由电源210提供的AC电功率可以是比大约3kW更大的较高功率的三相AC。AC/DC功率转换器220被配置成从电源210接收AC电功率并且将AC电功率转换成DC电功率。将AC/DC功率转换器220电连接到电源210。AC/DC功率转换器220与电源210之间的电连接可以是硬连线的。

将功率管理系统230电连接到AC/DC功率转换器220。功率管理系统230与AC/DC功率转换器220之间的电连接可以是硬连线的。功率管理系统230作为功率控制器而操作，以供应第一位置A1和第二位置A2附近的电梯轿厢103的功率需要。第一位置A1和第二位置A2可以是穿过电梯井117的、与平行于电梯井117延伸的轴X1大约垂直的平面。功率管理系统230根据需要控制切换、指引或重新指引通过一个或多个无线功率传送器240到电梯轿厢103的功率，以满足电梯轿厢103的功率要求。采用功率管理系统230的总线控制切换装置232可容易地完成切换、指引或重新指引。总线控制切换装置232可包括但不限于机电和固态半导体切换装置，所述机电和固态半导体切换装置包括继电器、接触器、固态接触器以及半导体切换装置（诸如晶体管、FET、MOSFET、IGBT、晶闸管、SCR等）。另外，为了促进和实现功率管理系统230的功能性，可由总线控制切换装置232来调整由电源210供应的功率的电压和频率。无线功率传送器240可随后调整电功率的频率以满足电梯轿厢103的需要。无线电功率传送器240可足够智能以识别其间的共振频率和功率流并且调整频率来满足要求的功率流。智能还可以是关于在无线电功率传送器240感测正被传送的电流的方面。

无线功率传递系统200可包括一个或多个无线电功率传送器240，如图2中所示。将电功率传送器240电连接到功率管理系统230。电功率传送器240与功率管理系统230之间的电连接可以是硬连线的。无线电功率传送器240可定位于沿电梯井117的一侧的不同定位处。该侧可以是电梯井117的壁117a，如图2中所示。在图2中所示的示例中，图示了两个无线电功率传送器240，其包括定位于沿电梯井117的壁117a的第一位置A1处的无线电功率传送器240和定位于沿电梯井117的壁117a的第二位置A2处的无线电功率传送器240。无线电功率传送器240可附着到壁117a或嵌入在壁117a中或采用任何期望的布置。无线电功率传送器240可包括选定数量的电线圈，所述电线圈配置成当电功率流过电线圈时生成磁场242。为了简化图示，在图2中未示出无线电功率传送器240的电线圈。

无线功率传递系统200可包括一个或多个无线电功率接收器250，如图2中所示。无线电功率接收器250可定位于沿电梯轿厢103的表面103a的不同定位处。无线电功率接收器250可附着到电梯轿厢103的表面103a或嵌入在电梯轿厢103的表面103a中。电梯轿厢103的表面103a与无线电功率传送器240所位于的电梯井117的壁117a相对地定位。因此，当电梯轿厢103和无线电功率接收器250定位于第一位置A1处时，在该第一位置A1处的无线电功率接收器250和无线电功率传送器240处于面对间隔关系中，并且在其间形成间隙G1。在第一位置A1处的无线电功率接收器250和无线电功率传送器240之间形成间隙G1，如图2中所示。同样地，当电梯轿厢103和无线电功率接收器250定位于第二位置A2处时，在第二位置A2处的无线电功率接收器250和无线电功率传送器240处于面对间隔关系中。在第二位置A2处的无线电功率接收器250和无线电功率传送器240之间也将存在间隙G1。无线电功率接收器250可包括选定数量的电线圈，所述电线圈配置成当无线电功率接收器250在由无线电功率传送器240生成的磁场242的传输范围内时，响应于磁场242而生成电功率。为了简化图示，在图2中未示出无线电功率接收器250的电线圈。

将电功率接收器250电连接到能量存储装置管理系统260。电功率接收器250与能量存储装置管理系统260之间的电连接可以是硬连线的或无线的。能量存储装置管理系统260被配置成根据需要调节从电功率接收器250所接收的电功率并且将电功率传递到能量存储装置270。能量存储装置管理系统260监测能量存储装置270的操作数据，所述操作数据包括但不限于能量存储装置270的充电状态、能量存储装置270的健康状态、和能量存储装置270的温度。能量存储装置270的示例可包括电池系统（例如，电池或电池组）、燃料电池、液流电池和能够存储和输出电能的其它装置，所述电能可以是DC。在一个实施例中，能量存储装置270可存储势能而不是电能，并且可利用该势能来产生用于电梯轿厢103a、103b的电能。能量存储装置270可包括电池系统，所述电池系统可采用被组织成电池组的多个电池。将能量存储装置270电连接到电梯轿厢103。能量存储装置270与电梯轿厢103之间的电连接可以是硬连线的。能量存储装置270可为电梯轿厢103的操作面板、通信系统、气候控制、紧急电话、风扇、和/或电梯轿厢103内部的照明供电。电梯轿厢103的操作面板可由楼层按钮、门打开按钮、门关闭按钮、其它类似按钮组成或可以是触摸屏。

如上文所讨论的，无线电功率接收器250可包括选定数量的电线圈，所述电线圈配置成当无线电功率接收器250在由无线电功率传送器240生成的磁场242的传输范围内时，响应于磁场242而生成电功率。可沿井117的竖直轴X1来测量传输范围。经由磁场242从无线电功率传送器240到无线电功率接收器250的无线电功率的传输范围可使用磁场增强器300来增强。例如，在没有磁场增强器300的情况下，从无线电功率传送器240到无线电功率接收器250的电功率的传输范围可在等同于第一传输范围D1的距离上发生，如图3中所示。然而，在具有磁场增强器300的情况下，从无线电功率传送器240到无线电功率接收器250的电功率的传输范围可在等同于第二传输范围D2的距离上发生，如图4中所示。第二传输范围D2大于第一传输范围D1。

增强器300在无线电功率传送器240和无线电功率接收器250之间可以是可移动的。在实施例中，磁场增强器300可定位得更靠近无线电功率传送器240而不是无线电功率接收器250，如图4-6中所示。备选地，在另一实施例中，磁场增强器300可定位得更靠近无线电功率接收器250而不是无线电功率传送器240。在实施例中，磁场增强器300可被定型成至少部分地环绕无线电功率传送器240，诸如，例如，如图4中所示的“C”形状。在另一实施例中，磁场增强器300可被定型成至少部分地环绕无线电功率接收器250，诸如，例如“C”形状。

磁场增强器300可具有使磁场242向外弯曲以扩展无线功率传递范围的负折射率。如图5中所示，磁场增强器300可由配置成扩展无线功率传递范围的超材料块300a组成。超材料块300a可包括螺旋谐振器310和开口谐振环320中的至少一个。备选地，如图6中所述，磁场增强器300还可由在300a处的谐振器330的阵列组成。谐振器330的阵列被配置成扩展无线电功率的传递范围。

有利的是，比第一传输范围D1更大的第二传输范围D2产生增大的传输范围，当无线电功率接收器250移动经过无线电功率传送器240时，这允许更多时间以用于将电功率从无线电功率传送器240传输到无线电功率接收器250。该增大的传输范围允许更多电能被传递或允许相同电功率被传递。

另外，由于第一传输范围D1的受限范围，图3的无线电功率传送器240可仅能够在静态操作下（即，当电梯轿厢103停止时）传递电功率，并且因此，在电梯层站125处期间的充电时间受停止时间（例如，大约10秒）所限。有利的是，通过将传输范围从第一传输范围D1扩展到第二传输范围D2，可能在电梯轿厢103正接近和/或正离开无线电功率传送器240的位置A1、A2时实行电功率传递，因此增加了总充电时间。另外，增加的总充电时间可降低能量存储装置270的尺寸要求并且也降低功率传递额定值，因此降低成本同时增加无线功率传递系统200的性能。还有利的是，利用磁场增强器300能够在气隙（air-gap）大小的变化和其它改变条件（例如，负载、输入电压）下实现稳健的无线功率传递操作以保持对电梯轿厢103的期望输出，这能够实现电梯系统101的高效操作并通过允许更大的机械公差来简化安装工作。

术语“大约”旨在包括与基于在提交本申请时可用的设备的制造公差和/或特定量的测量相关联的误差程度。

本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在对本公开进行限制。如本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有清楚地指示。将进一步理解的是，术语“包括（comprise和/或comprising）”当在本说明书中使用时规定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件组件和/或其群组的存在或添加。

本领域技术人员将领会，本文中示出和描述了各种示例实施例，每个示例实施例在特定实施例中具有某些特征，但是本公开不因此受限。相反，本公开可被修改以结合此前未描述但与本公开的范围相当的任何数量的变体、变更、替换、组合、子组合或等同布置。另外，虽然已经描述了本公开的各种实施例，但要理解的是，本公开的方面可仅包括所描述的实施例中的一些实施例。因此，本公开不被视为受上述描述所限制，而仅受所附权利要求的范围所限制。

Claims

1. 一种用于无线地为运送系统的运送设备供电的无线功率传递系统，所述无线功率传递系统包括：

无线电功率传送器，所述无线电功率传送器沿所述运送系统的一侧定位于第一位置，所述侧是固定的；以及

无线电功率接收器，所述无线电功率接收器沿所述运送设备的与所述侧相对的表面定位，当所述无线电功率接收器定位于所述第一位置时，所述无线电功率接收器和所述无线电功率传送器处于面对间隔关系中，从而在其间定义间隙。

2.如权利要求1所述的无线功率传递系统，进一步包括：

定位于所述间隙内的磁场增强器，所述磁场增强器被配置成扩展所述无线电功率传送器的无线功率传递范围。

3.如权利要求1所述的无线功率传递系统，其中所述运送系统是电梯系统并且所述运送设备是电梯轿厢。

4.如权利要求3所述的无线功率传递系统，其中所述侧是所述电梯系统的电梯井的壁。

5.如权利要求2所述的无线功率传递系统，其中所述磁场增强器进一步包括超材料块。

6.如权利要求5所述的无线功率传递系统，其中所述超材料块包括螺旋谐振器和开口谐振环中的至少一个。

7.如权利要求2所述的无线功率传递系统，其中所述磁场增强器进一步包括谐振器的阵列。

8.如权利要求2所述的无线功率传递系统，其中所述磁场增强器定位得更靠近所述无线电功率传送器而不是所述无线电功率接收器。

9.如权利要求2所述的无线功率传递系统，其中所述磁场增强器定位得更靠近所述无线电功率接收器而不是所述无线电功率传送器。

10.如权利要求8所述的无线功率传递系统，其中所述磁场增强器被定型成至少部分地环绕所述无线电功率传送器。

11.如权利要求9所述的无线功率传递系统，其中所述磁场增强器被定型成至少部分地环绕所述无线电功率接收器。

12. 一种运送系统，包括：

运送设备；以及

用于无线地为所述运送系统的所述运送设备供电的无线功率传递系统，所述无线功率传递系统包括：

13.如权利要求12所述的运送系统，其中所述无线功率传递系统进一步包括：

14.如权利要求12所述的运送系统，其中所述运送系统是电梯系统并且所述运送设备是电梯轿厢。

15.如权利要求14所述的运送系统，其中所述侧是所述电梯系统的电梯井的壁。

16.如权利要求13所述的运送系统，其中所述磁场增强器进一步包括超材料块。

17.如权利要求16所述的运送系统，其中所述超材料块包括螺旋谐振器和开口谐振环中的至少一个。

18.如权利要求13所述的运送系统，其中所述磁场增强器进一步包括谐振器的阵列。

19.如权利要求13所述的运送系统，其中所述磁场增强器定位得更靠近所述无线电功率传送器而不是所述无线电功率接收器。

20.如权利要求13所述的运送系统，其中所述磁场增强器定位得更靠近所述无线电功率接收器而不是所述无线电功率传送器。