CN113023534B - 基于双直线电机的门机系统及其同步运动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于双直线电机的门机系统及其同步运动控制方法。所述门机系统包括左、右侧直线电机，左、右侧门板，位置传感器以及控制系统等。本发明采用左、右侧直线电机分别直接驱动门机的左、右侧门板进行开合，具有传动结构简单、效率高、精度高、可靠性高、节省空间、维修方便等优点。进一步的，本发明在运动控制方面，还在现有双电机由各自控制器独立控制的基础上，增加了同步控制器，将双直线电机的同步位置误差信号作为该同步控制器的输入，再将输出信号送入到双直线电机的主通道进行调节，从而有利于保证双直线电机的同步运行并提高抗干扰能力。

Description

基于双直线电机的门机系统及其同步运动控制方法

技术领域

本发明涉及一种电梯门机，具体涉及一种基于双直线电机的门机系统及其同步运动控制方法，属于门机系统及电机控制技术领域。

背景技术

现有电梯门机系统包含轿门和层门两部分，其中轿门装置开关门是主动的，而层门装置开关门是被动的；在轿门装置上安装有门刀机构，在层门装置相应的位置安装有门球。当电梯要开门时，电机首先驱动门刀机构动作夹持住门球，从而带动层门一起运动；当电梯关门到位后，电机再驱动门刀机构反方向动作松开门球，从而电梯可以垂直升降至其他楼层。目前电梯门机普遍为旋转电机驱动，通过同步带减速并将动力传递给门刀机构，再通过门刀机构将动力传递给一侧的门板，再通过联动装置带动另外一侧的门板同步运行。其传动机构复杂、效率低，精度差，且皮带和钢丝绳长时间工作易老化，需经常更换维护。

近年来，随着永磁直线电机驱动技术的逐渐成熟，将永磁直线电机驱动技术应用到电梯门机系统的想法应运而生。CN108689285A公开了一种单动子直线电机驱动的电梯门机，采用直线电机直接驱动一侧轿门门板，再通过钢丝绳带动另外一侧门板同步运动。该CN108689285A虽采用直线电机取代旋转电机驱动，但还保留了钢丝绳的联动装置，结构可进一步简化；而且其中未提及门刀机构，电机动子直接和门板固定，电机无法单独驱动门刀机构动作，故该门机无法带动层门同步运动。CN102936986A公开了一种双动子直线电机驱动的磁悬浮门机，在两侧门板上方各安装一个直线电机动子，并利用电机定子和动子之间的法向吸力抵消门板的重力，使门板处于近似磁悬浮状态，降低了导轨的摩擦阻力。但该CN102936986A中的门机主要应用于自动门系统，而非电梯门机系统，故没有涉及门刀机构。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种基于双直线电机的门机系统及其同步运动控制方法，从而克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

一种基于双直线电机的门机系统，包括底板、左侧轿门挂板、右侧轿门挂板、左侧门板、右侧门板、第一导向机构、左侧直线电机、右侧直线电机、第二导向机构、连杆和门刀机构；所述左侧轿门挂板、右侧轿门挂板分别与所述左侧门板、右侧门板相固定连接，且两者均通过所述第一导向机构滑动设置于底板上；所述左侧直线电机的定子与底板固定连接，动子通过所述第二导向机构与所述左侧轿门挂板滑动连接；所述右侧直线电机的定子与所述底板固定连接，动子与右侧轿门挂板固定连接；所述左侧直线电机的动子还通过连杆与所述的门刀机构相连，所述门刀机构与左侧轿门挂板固定连接。

在一优选实施例中，所述左侧直线电机的动子通过连杆与门刀机构相连，其在相对左侧轿门挂板滑动的同时驱动门刀机构夹紧或松开门球。

在一优选实施例中，所述第一导向机构包括第一导轨和滑动设置于第一导轨上的所述滑轮组件，所述第一导轨固定于底板上，所述左侧轿门挂板和右侧轿门挂板上各固定一组所述滑轮组件。

在一优选实施例中，所述左侧直线电机包括左侧定子组件和左侧动子组件，所述右侧直线电机包括右侧定子组件和右侧动子组件，所述左侧定子组件和右侧定子组件均固定于所述底板上，所述左侧动子组件通过第二导向机构与所述左侧轿门挂板滑动连接；所述右侧动子组件与右侧轿门挂板固定连接。

在一优选实施例中，所述左侧直线电机的左侧定子组件和左侧动子组件上下布置或者前后布置，所述右侧直线电机的右侧定子组件和右侧动子组件上下布置或者前后布置。

在一优选实施例中，所述第二导向机构包括直线滑轨和滑块，所述直线滑轨固定于左侧轿门挂板上，所述滑块滑动设置于所述直线滑轨上，且所述滑块与左侧直线电机的动子固定连接。

在一较为具体的实施例中，上下布置时，所述左侧定子组件的磁钢和所述右侧定子组件的磁钢分别位于左侧直线电机的动子的上方和右侧直线电机的动子的上方。

在一优选实施例中，所述门刀机构包括门刀底板、上曲柄、左侧夹板、右侧夹板和门刀输入轴，所述门刀底板固定于左侧轿门挂板上，所述上曲柄与门刀底板转动连接，且与左侧夹板和右侧夹板均转动连接，所述门刀输入轴固定于上曲柄上且与连杆相连。

在一优选实施例中，所述门刀机构还包括门刀动钩，所述门刀动钩与上曲柄的轴伸端始终接触限位，所述底板上固定有与所述门刀动钩相配合的门刀定钩，所述门刀动钩在左侧门板和右侧门板关闭的状态下与门刀定钩相互勾住。

在一优选实施例中，所述门刀输入轴、连杆、左侧直线电机的动子及左侧挂板组成曲柄滑板机构，所述曲柄滑板机构用于将所述左侧直线电机的动子组件的直线运动转化为门刀输入轴的转动，从而驱使所述门刀机构动作。

在一优选实施例中，所述门机系统还包括两个位置传感器，所述两个位置传感器分别用于检测左侧直线电机、右侧直线电机的实时位置，并且所述两个位置传感器还与同步控制器连接，所述同步控制器还分别与左侧直线电机、右侧直线电机连接。

进一步的，所述左侧直线电机、右侧直线电机分别与左侧电机控制器、右侧电机控制器连接，所述左侧电机控制器、右侧电机控制器还均与同步控制器连接。

本发明还提供一种基于双直线电机的门机系统的同步运动控制方法，包括：

采用两个位置传感器分别检测左侧直线电机、右侧直线电机的实时位置，并输入同步控制器；

使同步控制器通过计算左侧直线电机与右侧直线电机实时位置的差值(X₁-X₂)而判断左侧直线电机、右侧直线电机的运行状态，并对左侧直线电机、右侧直线电机的运行状态进行调节，其中：

当﹣设定容差<(X₁-X₂)<设定容差时，表示左侧直线电机与右侧直线电机同步运行在设定容差范围内，同步控制器不输出调节信号；

当 (X₁-X₂)>设定容差时，表示左侧直线电机运行速度超过右侧直线电机，同步控制器输出控制信号降低左侧直线电机的速度或增大右侧直线电机的速度；

当(X₁-X₂)<﹣设定容差时，表示左侧直线电机运行速度慢于右侧直线电机，同步控制器输出控制信号增大左侧直线电机的速度或降低右侧直线电机的速度。

本发明通过采用两个位置传感器分别检测左侧直线电机、右侧直线电机的实时位置，并在传统的每个电机由各自控制器独立控制的基础上，再增加一个同步控制器，将双直线电机的同步位置误差信号作为该控制器的输入，再将输出信号送入到两电机的主通道进行调节。这种将同步误差引入系统进行调节的方法有利于保证双电机的同步运行并提高抗干扰能力。

与现有技术相比较，本发明的有益效果至少在于：

1、本发明的门机系统采用左、右侧直线电机分别直接驱动左、右侧门板，具有传动机构简单，效率高，精度高，可靠性高，节省空间，维修方便等优点。

2、本发明的门机系统将左侧直线电机的动子通过新增的第二导向机构滑动设置在轿门挂板上，并通过连杆将电机动子和门刀机构相连，构成曲柄滑块机构，从而使得直线电机可通过此机构驱动门刀机构动作，实现带动层门的功能；

3、本发明的门机系统在开关门阶段两侧直线电机的动子和轿门挂板共用第一导向机构导向，新增的第二导向机构行程只需能够驱动门刀机构动作即可，具有导向行程短，成本低的优点。

4、本发明的门机系统在控制方面，基于传统双电机由各自控制器独立控制的基础，增加了一个同步控制器，将同步误差信号引入系统调节，有利于保证双电机同步运行并提高抗干扰能力。

5、本发明的门机系统中，当直线电机的定子、动子上下布置时，定子和动子之间的法向吸力可抵消部分门板的重力，使门板处于近似磁悬浮状态，大幅度降低导轨摩擦阻力，节约能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例门机系统处于开门状态的主视图；

图2是本发明实施例门机系统处于关门状态的主视图（此时门刀处于夹紧状态）；

图3是图2所示门机系统沿A-A方向的剖视图；

图4是图2所示门机系统沿B-B方向的剖视图；

图5是本发明实施例门机系统处于关门状态的主视图（此时门刀处于打开状态）；

图6是本发明实施例门刀机构处于夹紧状态的立体视图；

图7是本发明实施例门刀机构处于打开状态的立体视图；

图8是图2中Ⅰ处的局部放大视图；

图9是图5中Ⅱ处的局部放大视图；

图10是图5状态下门机的立体视图；

图11是本发明实施例中双直线电机的同步运动控制原理图；

图12是本发明实施例中门机的运行流程图；

附图标记：10、底板，11、门刀机构，111、左侧夹板，112、门刀动钩，113、门刀输入轴，114、上曲柄，115、右侧夹板，116、门刀底板，117、下曲柄，12、左侧定子组件，121、磁钢，122、背板，123、安装座，13、右侧定子组件，14、左侧动子组件，141、连接板，142、左侧直线电机的动子，143、支轴，15、第二导向机构，151、直线滑轨，152、滑块，16、滑轮组件，161、上滑轮，162、下滑轮，17、右侧动子组件，171、右侧直线电机的动子，172、连接件，18、左侧轿门挂板，19、右侧轿门挂板，20、左侧门板，21、右侧门板，22、连杆，23、第一导轨，24、门刀定钩，25、门球。

具体实施方式

通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。

下面以具体实施例来详细介绍本发明的具体结构及控制方法。

结合图1、图2、图5和图10所示，本实施例所揭示的一种基于双直线电机的门机系统，由左侧直线电机、右侧直线电机分别驱动左侧轿门挂板、右侧轿门挂板。进一步的，该门机系统包括底板10、左侧轿门挂板18、右侧轿门挂板19、左侧门板20、右侧门板21、第一导向机构、左侧直线电机、右侧直线电机、第二导向机构15、连杆22、门刀机构11和门刀定钩24。其中，左侧轿门挂板18对应与左侧门板20相固定连接，右侧轿门挂板19对应与右侧门板21相固定连接，左侧轿门挂板18和右侧轿门挂板19均通过第一导向机构滑动设置于底板10上。

第一导向机构具体包括第一导轨23和滑动设置于第一导轨23上的滑轮组件16，其中，第一导轨23为弧形导轨，其横向固定于底板10上，左侧轿门挂板18和右侧轿门挂板19上各固定一组所述滑轮组件16，两组滑轮组件16共用第一导轨23。滑轮组件16具体包括两个上滑轮161和两个下滑轮162，四个滑轮将第一导轨23牢牢卡住，左侧轿门挂板18和右侧轿门挂板19分别通过各自对应的滑轮组件16可在第一导轨23上左右滚动。

结合图3所示，左侧直线电机具体包括左侧定子组件12和左侧动子组件14，右侧直线电机也具体包括右侧定子组件13和右侧动子组件17，其中，左侧定子组件12和右侧定子组件13均固定于底板10上，左侧动子组件14通过第二导向机构15与左侧轿门挂板18滑动连接；右侧动子组件17与右侧轿门挂板19固定连接。

结合图4所示，左侧定子组件12和右侧定子组件13的结构相同，均包括安装座123、背板122和磁钢121，其中，安装座123固定于底板10上，背板122固定于安装座123上，磁钢121固定于背板122上。本实施例中，安装座123为但不限于为L型安装座，L型安装座固定于底板10上，背板122固定于安装座123上，磁钢121固定在背板122上。

左侧动子组件14具体包括连接板141、左侧直线电机的动子142和支轴143，其中，左侧直线电机的动子142和支轴143均固定于连接板141上，连接板141与第二导向机构15连接。右侧动子组件17具体包括右侧直线电机的动子171和连接件172，右侧直线电机的动子171与连接件172固定连接，连接件172与右侧轿门挂板19固定连接，从而使得右侧直线电机的动子171可直接驱动右侧门板21运动。

实施时，左、右侧直线电机的动子组件和定子组件可上下设置或前后设置。本实施例中，左、右侧直线电机的动子组件和定子组件上下设置，具体地，结合图3和图4所示，左、右侧直线电机的磁钢121在左侧直线电机的动子142、右侧直线电机的动子171正上方，磁钢121和左侧直线电机的动子142、右侧直线电机的动子171之间产生的法向吸力朝上，通过设计合适的距离可使其法向吸力基本等于各自门板的重力，从而使门板达到近似磁悬浮状态，大幅度降低了第一导轨的摩擦阻力。

结合图3所示，第二导向机构具体包括直线滑轨151和滑块152，其中，直线滑轨151固定于左侧轿门挂板18上，滑块152滑动设置于直线滑轨151上，且滑块152与上述左侧直线电机的动子142和支轴143固定于左侧动子组件14的连接板141上，组成一个运动整体，可在左侧轿门挂板18上沿着直线滑轨151左右滑动。

门刀机构11与左侧轿门挂板18固定连接，且通过连杆22与左侧动子组件14相连。结合图6和图7所示，门刀机构11具体包括左侧夹板111、门刀动钩112、门刀输入轴113、上曲柄114、右侧夹板115、门刀底板116、下曲柄117，其中，门刀底板116固定于左侧轿门挂板18上，上曲柄114和门刀底板116通过轴承构成转动副，下曲柄117和门刀底板116也通过轴承构成转动副，左侧夹板111与上曲柄114、下曲柄117通过轴承构成两个转动副，右侧夹板115与上曲柄114、下曲柄117通过轴承构成两个转动副，门刀输入轴113固定在上曲柄114上，门刀动钩112通过弹簧与上曲柄114的轴伸端始终保持接触。当门刀输入轴113顺时针转动时，上曲柄114动作带动左侧夹板111和右侧夹板115之间距离变大，松开门球25；当门刀输入轴113逆时针转动时，上曲柄114反方向动作带动左侧夹板111和右侧夹板115之间距离变小，夹紧门球25。

结合图8和图9所示，门刀动钩112的作用是使门刀机构11只有在轿门处于关门状态时才可以动作，其与门刀定钩24相配合，门刀定钩24固定于底板10上，其在轿门处于关门状态时与门刀动钩112相互勾住，此时门刀机构11的门刀输入轴113可以转动。

连杆22一端与左侧动子组件14中的支轴143转动连接；另一端与门刀输入轴113转动连接。在轿门关上之后，门刀机构11的门刀输入轴113可以转动。此时，滑块152、连杆22和门刀输入轴113构成了曲柄滑块机构，左侧动子组件14通过连杆22驱动门刀机构11动作。

图1为门机系统处于打开时的状态图，此时，门刀机构11将门球25夹紧，门刀输入轴113处于左侧位置，相应的左侧动子组件14也处于直线滑轨151的左侧。另外，由于门刀机构11中的门刀动钩112的作用，门刀输入轴113此时是刚性的，不能转动。当左侧直线电机的动子142驱动时，左侧直线电机的动子142通过连杆22带动左侧门板20运动，同时带动层门装置同步运动；右侧直线电机的动子171直接带动右侧门板21运动。

图2为门机系统刚关上时的状态图，此时，门刀机构11还未动作，门刀机构11依然将门球25夹紧，门刀动钩112和门刀定钩24还未相互勾住（如图8）。但是，此时门刀输入轴113从不可转动的刚性状态变为可以转动的状态。左右侧门板合上之后，右侧直线电机的动子171立刻停止运行，左侧直线电机的动子142还需继续向前运动，使门刀机构11单独动作。

图5为门机系统关上之后的最终状态图，此时，左侧直线电机的动子组件14沿着直线滑轨151运动至右侧，并通过连杆22使门刀机构11动作，松开了门球25，门刀动钩112和门刀定钩24相互勾住（如图9）。至此，完成了门机关门的所有动作，电梯可运行至下一楼层循环工作，开门动作和关门完全相反即可。

结合图11，本实施例还相应提供了一种基于双直线电机的门机系统的同步运动控制方法，包括：采用位置传感器1、2分别检测左、右侧直线电机的实时位置X₁、X₂；并在现有的每个电机由各自控制器（左侧电机控制器、右侧电机控制器）独立控制的基础上，再增加一个同步控制器，将双直线电机的同步位置误差信号作为该控制器的输入，再将输出信号送入到两电机的主通道进行调节。同步控制器通过计算左侧直线电机和右侧直线电机实时位置的差值，判断左侧直线电机和右侧直线电机的运行状态，进而对其进行调整；

其中，当﹣设定容差<(X₁-X₂)<设定容差，表示左侧直线电机和右侧直线电机同步运行在设定的容差范围内，同步控制器不输出调节信号；

当(X₁-X₂)>设定容差，表示左侧直线电机运行速度超过右侧直线电机，同步控制器输出控制信号降低左侧直线电机的速度或增大右侧直线电机的速度；

当(X₁-X₂)<﹣设定容差，表示左侧直线电机运行速度慢于右侧直线电机，同步控制器输出控制信号增大左侧直线电机的速度或降低右侧直线电机的速度。

再请参阅图12，本实施例的一种基于双直线电机的门机系统运行控制过程如下：首先检查外围电路，在确保安全的情况下各功能模块上电，门机系统开始参数自整定后进行门宽自学习，在完成自学习后，门机系统进行开关门运行，在关门过程中实时检测关门力矩大小，当超出设定值时，立即执行开门动作，防止挤压。关门时，左、右侧直线电机同步驱动对应侧的门板从开门状态至关门状态，然后，右侧直线电机的动子171停止运行，左侧直线电机的动子142沿着直线滑轨151继续运动一小段使门刀机构11顺时针动作，松开门球；门刀机构动作到位后触发关门结束信号，关门结束信号通过通讯模块发送至主控系统，主控系统生成相应的控制指令使轿厢升降至其余楼层，开门动作与关门完全相反，如此循环工作。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种基于双直线电机的门机系统，其特征在于，包括底板、左侧轿门挂板、右侧轿门挂板、左侧门板、右侧门板、第一导向机构、左侧直线电机、右侧直线电机、第二导向机构、连杆和门刀机构；所述左侧轿门挂板、右侧轿门挂板分别与所述左侧门板、右侧门板相固定连接，且两者均通过所述第一导向机构滑动设置于底板上；所述左侧直线电机的定子与底板固定连接，动子通过所述第二导向机构与所述左侧轿门挂板滑动连接；所述右侧直线电机的定子与所述底板固定连接，动子与右侧轿门挂板固定连接；所述左侧直线电机的动子还通过连杆与所述的门刀机构相连，所述门刀机构与左侧轿门挂板固定连接。

2.根据权利要求1所述的基于双直线电机的门机系统，其特征在于，所述第一导向机构包括第一导轨和滑动设置于第一导轨上的滑轮组件，所述第一导轨固定于底板上，所述左侧轿门挂板和右侧轿门挂板上各固定一组所述滑轮组件。

3.根据权利要求1所述的基于双直线电机的门机系统，其特征在于，所述左侧直线电机包括左侧定子组件和左侧动子组件，所述右侧直线电机包括右侧定子组件和右侧动子组件，所述左侧定子组件和右侧定子组件均固定于所述底板上，所述左侧动子组件通过第二导向机构与所述左侧轿门挂板滑动连接；所述右侧动子组件与右侧轿门挂板固定连接。

4.根据权利要求1所述的基于双直线电机的门机系统，其特征在于，所述左侧直线电机的左侧定子组件和左侧动子组件上下布置或者前后布置，所述右侧直线电机的右侧定子组件和右侧动子组件上下布置或者前后布置。

5.根据权利要求1所述的基于双直线电机的门机系统，其特征在于，所述第二导向机构包括直线滑轨和滑块，所述直线滑轨固定于左侧轿门挂板上，所述滑块滑动设置于所述直线滑轨上，且所述滑块与左侧直线电机的动子固定连接。

6.根据权利要求1所述的基于双直线电机的门机系统，其特征在于，所述门刀机构包括门刀底板、上曲柄、左侧夹板、右侧夹板和门刀输入轴，所述门刀底板固定于左侧轿门挂板上，所述上曲柄与门刀底板转动连接，且与左侧夹板和右侧夹板均转动连接，所述门刀输入轴固定于上曲柄上且与连杆相连。

7.根据权利要求6所述的基于双直线电机的门机系统，其特征在于，所述门刀机构还包括门刀动钩，所述门刀动钩与上曲柄的轴伸端始终接触限位，所述底板上固定有与所述门刀动钩相配合的门刀定钩，所述门刀动钩在左侧门板和右侧门板关闭的状态下与门刀定钩相互勾住。

8.根据权利要求7所述的基于双直线电机的门机系统，其特征在于，所述门刀输入轴、连杆、左侧直线电机的动子及左侧挂板组成曲柄滑板机构，所述曲柄滑板机构用于将所述左侧直线电机的动子组件的直线运动转化为门刀输入轴的转动，从而驱使所述门刀机构动作。

9.根据权利要求1所述的基于双直线电机的门机系统，其特征在于，所述门机系统还包括两个位置传感器，所述两个位置传感器分别用于检测左侧直线电机、右侧直线电机的实时位置，并且所述两个位置传感器还与同步控制器连接，所述同步控制器还分别与左侧直线电机、右侧直线电机连接。

10.权利要求1-9中任一项所述基于双直线电机的门机系统的同步运动控制方法，其特征在于，包括：

采用两个位置传感器分别检测左侧直线电机、右侧直线电机的实时位置，并输入同步控制器；

使同步控制器通过计算左侧直线电机与右侧直线电机实时位置的差值(X₁-X₂)而判断左侧直线电机、右侧直线电机的运行状态，并对左侧直线电机、右侧直线电机的运行状态进行调节，其中：

当﹣设定容差<(X₁-X₂)<设定容差时，表示左侧直线电机与右侧直线电机同步运行在设定容差范围内，同步控制器不输出调节信号；

当 (X₁-X₂)>设定容差时，表示左侧直线电机运行速度超过右侧直线电机，同步控制器输出控制信号降低左侧直线电机的速度或增大右侧直线电机的速度；

当(X₁-X₂)<﹣设定容差时，表示左侧直线电机运行速度慢于右侧直线电机，同步控制器输出控制信号增大左侧直线电机的速度或降低右侧直线电机的速度。

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