CN113677611B - 用于中断电梯设备的由供电装置供电的驱动机的扭矩生成的安全扭矩切断装置 - Google Patents

Abstract

介绍一种安全扭矩切断装置(15)，安全扭矩切断装置用于中断电梯设备(1)的驱动机(9)的扭矩生成，所述驱动机由例如可以是逆变器装置(11)的一部分的供电装置(13)来供电。安全扭矩切断装置(15)包括控制输入端(33)和多个信号输入端连接部(35)与信号输出端连接部(37)。信号生成装置(17)的信号输出端(29)能够连接到驱动器电路(27)的信号输入端(35)之一上并且驱动器电路(27)的信号输入端(31)能够连接到信号输出端(37)之一上。信号输入端连接部(35)中的每一个能够分别经由彼此串联连接的第一和第二信号传输开关(39、41)与信号输出端连接部(37)中的相对应的一个信号输出端连接部导电地连接，方式为：第一信号传输开关(39)和第二信号传输开关(41)被切换到导通的开关状态。所述控制输入端(33)与第一和第二控制单元(43、45)连接，其中，第一控制单元(43)以通过施加在控制输入端(33)上的控制信号控制的方式切换所有第一信号传输开关(39)的开关状态，并且所述第二控制单元(45)以通过施加在所述控制输入端(33)上的控制信号控制的方式切换所有第二信号传输开关(41)的开关状态。

Description

用于中断电梯设备的由供电装置供电的驱动机的扭矩生成的 安全扭矩切断装置

技术领域

本发明涉及一种用于中断电梯设备的由供电装置供电的驱动机的扭矩生成的安全扭矩切断装置。此外，本发明还涉及一种用于为电梯设备的驱动机提供驱动电功率的逆变器装置以及一种配备该逆变器装置的电梯设备。

背景技术

在电梯设备中，电梯轿厢通常借助于驱动机在不同的高度水平之间朝向不同楼层上的停止位置竖直地移位，在不同楼层上乘客应该能够上下电梯轿厢。为了不使乘客面临危险，必须确保在乘客上下电梯期间，电梯轿厢不会继续移位。

为了能够确保这一点，可以在诸如欧洲标准EN81-20：2014的法规中要求，该法规在使用合适的技术措施的情况下确保，例如响应于来自电梯设备的安全链的预定信号，可以可靠地临时禁止驱动机的扭矩生成。在此可以要求，要采用的技术措施必须使得在输出预定信号的时间段期间不能为驱动机提供驱动电功率。能够用于可靠地中断驱动机的扭矩生成的技术设备也被称为安全扭矩切断装置或STO(safety Torque off)。

CN 104355195介绍了一种安全扭矩切断电路和电梯安全控制系统。在此，响应于控制信号临时中断向驱动机供电的供电单元的供电装置。

发明内容

首要地，存在对安全扭矩切断装置的需求，借助于安全扭矩切断装置，能够可靠地临时中断电梯设备的由供电装置供电的驱动机的扭矩生成，并且所述安全扭矩切断装置能够简单且成本低廉地构造、安装和/或维护。此外，可能存在对逆变器装置的需求，借助于逆变器装置可以提供用于电梯设备的驱动机的驱动功率，并且在此，可以有针对性地、可靠地和/或以技术上可简单实现的方式临时中断驱动功率的提供。最后，可能存在对具有这种逆变器装置的电梯设备的需求。

这种需求可以通过独立权利要求之一的方案来满足。有利的实施方式在从属权利要求以及以下说明书中限定。

根据本发明的第一方面，提出一种用于中断电梯设备的由供电装置供电的驱动机的扭矩生成的安全扭矩切断装置。供电装置在此具有功率输入端、功率输出端、多个与功率输入端和功率输出端连接的功率开关和控制功率开关的驱动器电路。供电装置被配置成，使得在施加功率输入端上的电功率以由功率开关控制的方式至少部分地继续传输到功率输出端上并且功率开关由驱动器电路根据由信号生成装置通过多个第一信号输出端施加到驱动器电路的信号输入端上的信号来控制。安全扭矩切断装置具有控制输入端和信号输出端的多个第二信号输入端和多个第二信号输出端。在此，信号生成装置的每个信号输出端可连接到信号输入端之一上，并且驱动器电路的每个信号输入端可连接到信号输出端之一上。通过将第一和第二信号传输开关切换到导通的开关状态，每个信号输入端连接部能够分别经由彼此串联的第一和第二信号传输开关与信号输出端连接部中的相对应的一个信号输出端连接部导通地连接。控制输入端与第一和第二控制单元电连接，其中，第一控制单元以通过施加在控制输入端上的控制信号控制的方式切换所有的第一信号传输开关的开关状态，并且第二控制单元以通过施加在控制输入端上的控制信号控制的方式切换所有的第二信号传输开关的开关状态。

根据本发明的第二方面，介绍一种用于为电梯设备的驱动机提供驱动电功率的逆变器装置。逆变器装置包括根据本发明第一方面的实施方式的信号生成装置、供电装置和安全扭矩切断装置。信号生成装置被配置用于生成控制信号，其中，信号生成装置包括多个第一信号输出端。供电装置配备有功率输入端、功率输出端、多个与功率输入端和功率输出端连接的功率开关以及控制功率开关的驱动器电路。在此，所述供电装置被配置成，使得施加在功率输入端上的电功率以通过功率开关控制的方式至少部分地继续传输到功率输出端上，并且功率开关由驱动器电路根据由信号生成装置通过多个第一信号输出端施加到驱动器电路的信号输入端上的信号来控制。对于安全扭矩切断装置适用的是，信号生成装置的每个信号输出端连接到一个信号输入端上，并且驱动器电路的每个信号输入端连接到一个信号输出端上。

根据本发明的第三方面介绍一种电梯设备，电梯设备包括根据本发明第二方面的实施方式的逆变器装置、用于向逆变器装置的供电装置的功率输入端提供电功率的主电源，以及连接到供电装置的功率输出端的电驱动机。

本发明的实施方式的可行的特征和优点可以被认为基于以下介绍的想法和认识，其中包括但不限于本发明。

如开头已经说明的那样，在现有技术CN 104355195中已知一种用于电梯设备的安全扭矩切断装置，借助于所述安全扭矩切断装置可以临时中断对给电梯设备的驱动机供电的功率单元的供电。然而，在该已知方案中，通过直接干预诸如逆变器装置的供电装置的供电来中断对驱动机的供电，借助于逆变器装置将由主电源提供的电流受控地提供到驱动机。为了中断供电，在此必须直接在功率单元上设置相应的硬件。因此，该硬件必须满足适用于功率单元的较高的安全要求。此外，该硬件必须能够胜任需要由供电装置调节的较高的功率并且在需要时能够可靠地临时中断该较高的功率。

与上述方案不同，这里所述的安全扭矩切断装置用于，即使供电装置本身可以不中断地由主电源供应功率，也促使诸如逆变器装置的供电装置临时地不将功率继续传输到连接到其上的驱动机上。

为此，安全扭矩切断装置被配置成与驱动器电路协作，驱动器电路控制供电装置中的功率开关。在此，驱动器电路可以是逆变器的一部分，该逆变器除了驱动器电路之外还可以包括要由其控制的具有功率开关的功率供应装置以及必要时的其他电子器件。这种驱动器电路通常用于根据施加到驱动器电路的信号来控制供电装置中的功率开关的功能。在此，这些信号通常由信号生成装置、例如逆变器控制装置中的数字信号处理器(DSP)生成并且被施加到驱动器电路的信号输入端上。根据这些信号，驱动器电路能够适当地控制供电装置中的诸如多个IGBT(绝缘栅双极晶体管，(英语insulated-gate bipolar transistor，简称IGBT))的电源开关，以使驱动器电路将由主电源提供的功率的至少一部分继续传输到电梯设备的驱动机上。

这里提出的安全扭矩切断装置连接在信号生成装置和供电装置的驱动器电路之间。在此，安全扭矩切断装置用于将由信号生成装置生成的信号传输到驱动器电路。然而，安全扭矩切断装置还配置成能够可靠地可控地临时中断由信号生成装置生成的信号向驱动器电路的继续传输。

为此，安全扭矩切断装置具有至少一个控制输入端和多个在此所称的多个第二信号输入端口和信号输出端口。

在此，信号生成装置的多个第二信号输出端与多个第一信号输出端相比数量相同或更多。换句话说，安全扭矩切断装置具有至少与信号生成装置上的信号输出端一样多的信号输入端连接部和信号输出端连接部。相应地，信号生成装置的每个信号输出端都能够连接到信号输入端之一上。此外，驱动器电路的每个信号输入端可以连接在安全扭矩切断装置的信号输出端连接部之一上。

通常，例如设计有数字信号处理器的信号生成装置具有至少六个信号输出端，以便能够以期望的方式控制供电装置中的具有用于供电的三相电的各两个功率开关的三个相。因此，安全扭矩切断装置配备有六个或更多信号输入端连接部和六个或更多信号输出端连接部

因此，由信号生成装置生成的并且施加在信号生成装置的信号输出端上的信号可从安全扭矩切断装置的与此连接的信号输入端继续传输到安全扭矩切断装置的信号输出端上。然后信号从那里出发到达驱动器电路的信号输入端。驱动器电路又可以响应于接收到的信号适当地控制供电装置的功率开关，以便向供电装置的功率输出端提供功率以用于电梯设备的驱动机。

为了能够控制和可靠地中断从信号生成装置经过安全扭矩切断装置到达驱动器电路的信号传输，在安全扭矩切断装置中，在每个信号输入端连接部和相对应的信号输出端连接部之间分别设置第一和第二信号传输开关。这两个信号传输开关彼此串联连接。相应地，当两个信号传输开关都切换到导电的开关状态下时，可以在相应的信号输入端连接部和相对应的信号输出端连接部之间建立电连接。然而，当这些信号传输开关中的至少一个断开时，也就是说，切换到不导电的开关状态下时，相应的信号输入端连接部和相对应的信号输出端连接部之间的电连接中断。

为了提高能够可控地中断通过安全扭矩切断装置的信号传输的可靠性或安全性，即为了使安全扭矩切断装置的安全水平最大化，规定第一信号传输开关由第一控制单元控制并且第二信号传输开关由第二控制单元控制。两个控制单元在此与安全扭矩切断装置的控制输入端电连接，并且从该控制输入端接收所施加的控制信号，然后根据该控制信号控制第一信号传输开关或者第二信号传输开关的开关状态。以这种方式，可以在安全扭矩切断装置中实现较高冗余，并且因此可以使安全扭矩切断装置在需要时禁止信号从信号生成装置向驱动器电路导电的安全性得到最大化。

电连接在上下文中表示，该连接以电气方式形成，也就是说通过在待连接的点之间的导电的电流路径形成。电磁连接，例如通过变压器建立的电磁连接，在本申请的意义上不是电连接。

尤其是，安全扭矩切断装置可配置成，使得其信号传输开关仅当在安全扭矩切断装置的控制输入端处施加有相应的信号时才闭合进而仅建立从信号生成装置至驱动器电路的信号传输。例如，这种信号可以是非零电压，并因此代表逻辑“1”。如果在控制输入端上没有施加这样的信号，则第一控制单元应控制所有与其连接的第一信号传输开关断开，并且第二控制单元应控制所有与其连接的第二信号传输开关断开。由此，信号输入端连接部与信号输出端连接部之间的电连接被中断。

即使在其中一个控制单元不提供正确的控制信号和/或其中一个信号传输开关例如由于故障而没有断开的情况下，仍然中断相对应的信号输入端连接部与信号输出端连接部之间的电连接，因为相应另一控制单元正确地断开与其连接的信号传输开关。

因为在这里所提出的安全扭矩切断装置中，在信号输入端连接部之一和相对应的信号输出端连接部之间的所有导电中分别设置有彼此串联连接的两个信号传输开关，并且这些信号传输开关中的每一个由另一个控制单元控制，所以确保当在安全扭矩切断装置的控制输入端上没有施加明确指示信号传输开关的闭合的信号时，每一部电梯中都通过信号传输开关的断开而中断。

换言之，具有信号传输开关和控制单元的安全扭矩切断装置被设计成，使得在缺少表示当前不会引起中断驱动机的扭矩生成的信号的情况下，就自动中断从信号生成装置向驱动器电路的信号导通，并且以这种方式中断从供电装置向驱动机的供电，从而驱动机以较高的安全性不产生扭矩。

因为在此以较高的可靠性不仅中断信号生成装置的信号输出端和驱动器电路的信号输入端之间的一些电连接，而且中断所有电连接，所以也可以确保不会由于串扰(cross talk)而产生不期望的效果。尤其是可以避免不中断的连接上的信号对中断的连接的不期望的串扰，所述串扰可能导致不期望地操控驱动器电路。也可以排除从供电装置中的通过驱动器电路经由信号生成装置的不间断的连接由信号激活的那些功率开关对供电装置中的其他功率开关的串扰，因为通过这里提出的安全扭矩切断装置可以确保，在中断情况下中断至少五个连接，并且因此最多还通过驱动器电路激活功率开关中的一个。这是足够的，因为在其余连接中还操控一个IGBT。交流发电机在这种情况下被施加合成的直流电压，这是没有问题的。

安全扭矩切断装置的前述功能能够以不同的方式在结构上实现。

根据本发明的一种可行的且有利的实施方式，例如每个信号传输开关可以构造有在正常状态下导通的半导体开关，该半导体开关在栅极连接部上没有控制电压时，实现与信号传输开关相对应的信号输入端连接部和接地电位之间的电连接，并且在栅极连接部上施加控制电压时，中断与信号传输开关相对应的信号输入端连接部和接地电位之间的电连接。在此，每个控制单元可以配置为，根据施加在控制输入端上的控制信号将控制电压施加到所有相应的控制单元相对应的信号传输开关的栅极连接部上。

换句话说，安全扭矩切断装置的信号传输开关可以设计为例如MOSFET形式的半导体开关，半导体开关在正常状态下导电地起作用，也就是说，为正常导通的半导体开关。这种半导体开关通常具有三个连接部，通常被称为漏极、源极和栅极。在此，施加到栅极连接部上的控制电压可以决定，在漏极连接部和源极连接部之间是否建立导电连接。在正常状态下导电地起作用的这种半导体开关中，在不对栅极连接部施加控制电压的情况下，漏极连接部和源极连接部之间存在电连接，相反地，在对栅极连接部施加控制电压的情况下，这种电连接被中断。

对于所述实施方式，可以有利地使用这种正常导通的半导体开关，方式为，将半导体开关的漏极连接部连接到安全扭矩切断装置的信号输入端连接部连接，而将半导体开关的源极连接部连接到接地电位。只要没有控制电压施加在栅极连接部上并且半导体开关因此是导电的，可能由信号生成装置生成的并且施加在信号输入端连接部上的信号就强制地经由半导体开关导出到接地电位上并且因此不能实现信号输出端连接部和与之连接的驱动器电路。因此，这样连接的正常导通的半导体开关事实上如在正常状态中断开的、即不导电的开关那样起作用。只有当在半导体开关的栅极连接部上施加控制电压时，才中断与接地电位的电连接，从而信号生成装置的施加在漏极连接部上的信号可以继续传输到安全扭矩切断装置的信号输出端连接部上。

为了确保即使在半导体开关之一出现故障的情况下也通过安全扭矩切断装置确保信号导通的可靠中断，在每个信号输入端连接部与相对应的信号输出端连接部之间分别连接两个彼此串联连接的正常导通的半导体开关。即使这些半导体开关之一例如由于故障尽管缺少控制信号而不应建立与接地电位的电连接，极有可能至少在第二半导体开关上实现这种电连接并且由此在缺少控制信号的情况下确保将来自信号生成装置的信号导出到接地电位。

通过使用所提出的在正常状态下导通的半导体开关及其所介绍的接线可以确保，在缺少控制电压时可靠地中断通过安全扭矩切断装置传输由信号生成装置生成的信号。

为了确保所有半导体开关均被提供有期望的控制信号，第一控制单元分别与用作第一信号传输开关的半导体开关连接并且将其控制信号提供给半导体开关的栅极连接部，而第二控制单元与此无关地分别与用作第二信号传输开关的另一半导体开关连接并且将其控制信号提供给另一半导体开关的栅极连接部。由此，可以建立用于控制两个串联的半导体开关的两个彼此独立的路径，并且因此在控制半导体开关时实现提高安全性的冗余。

根据一种具体实施方式，每个控制单元可以具有光电耦合器，光电耦合器被配置为根据施加在控制输入端上的控制信号来在所有相应控制单元相对应的信号传输开关的栅极连接部上建立控制电压。

换句话说，第一和第二控制单元都可以分别具有光电耦合器。这种光电耦合器可以具有两个以光学方式相互通信的元件。第一元件在此可以由施加在安全扭矩切断装置的控制输入端上的电压控制、也就是由控制信号控制，并且在此根据所接收的控制信号通过光学通信促使第二元件生成控制电压，通过该控制电压在半导体开关的栅极连接部上控制半导体开关。

在此，其中集成有光电耦合器的第一器件的电路与其中容纳光电耦合器的第二元件的另一电路以有利的方式电解耦。由此例如可以确保，要说明是否应该瞬时中断驱动机的扭矩生成的控制信号不会以不期望的方式影响由信号生成装置生成的并且必要时待进一步传导到逆变器的驱动器电路上的信号。

根据另一具体实施方式，光电耦合器可以具有待由施加在控制输入端上的控制信号激活的光源和通过光源的照明生成控制电压的光电二极管单元。

换句话说，光电耦合器可以包括作为第一元件的例如LED形式的光源，当控制信号施加到安全扭矩切断装置的控制输入端并因此到达包含光电耦合器的控制单元时，该光源被激活并因此发射光。作为第二元件，光电耦合器可以具有光电二极管单元，当该光电二极管单元照明时，该光电二极管单元生成与控制电压相应的电压。

在此，光源和光电二极管单元可以相对彼此定位并且相互协调，使得在激活时由光源发射的光被光电二极管单元接收并且激励光电二极管单元以生成用于控制半导体开关所需的控制电压。

在此，根据具体的实施方式，先前介绍的光电二极管单元可以具有两个串联的光电二极管。

在此，每个单独的光电二极管优选可以仅生成所需的控制电压的一部分。通过两个光电二极管的串联连接才可以生成用于控制半导体开关所需的整个控制电压。以这种方式可以进一步提高整个电路的安全性，因为仅当光源响应于施加的控制信号而被激活并且两个光电二极管然后基于由光源接收的光而生成用于半导体开关的控制电压的分量时，才可以由光电耦合器生成控制电压。

优选地，安全扭矩切断装置可以设计有根据安全完整性等级SIL3和至少为1的硬件故障容限的硬件。

换句话说，安全扭矩切断装置能够以特别安全的硬件部件来构建，并且这些硬件部件以特别安全的方式相互作用或连接，从而具有至少为1的硬件故障容限的安全扭矩切断装置符合安全完整性等级SIL3的要求，如其在IEC 61508标准中所限定的那样。

通过以这种方式可靠地构造的硬件来实现，安全扭矩切断装置能够以非常高的可靠性中断电梯设备的驱动机的扭矩生成，并且因此满足对电梯设备的运行的非常高的安全要求。

例如，可以通过本文介绍的硬件设计方案来满足安全完整性等级SIL3。

此外，根据一种有利的实施方式，安全扭矩切断设备可以设计成不具有可编程元件。

换句话说，仅使用所谓的A构件(例如晶体管)，而不使用B构件(例如微处理器)。这产生更好的安全参数，也就是说使得故障概率更低并且由此产生更好的分级。此外，所谓的安全失效分数(SFF)也被降低，由此必须满足对故障识别的更低的要求。

换句话说，安全扭矩切断装置优选地可以仅配备有或构造有不能编程的元件，因此不能根据可适配的程序改变其功能或物理特性。

通过取消可编程的元件可以实现，这里所提出的安全扭矩切断装置不必针对软件的不同版本分别重新认证关于要遵守的安全资质。取而代之的是，安全扭矩切断装置可以通过其硬件设计成，使得安全扭矩切断装置可以出于供电装置的使用目的而用于不同电梯设备中的驱动机，而不必通过特殊的软件使其匹配于相应的使用目的。硬件可以为此目的而一次性认证。通常可以取消附加的针对使用目的特定的认证。由此，尤其能够降低维护费用。

在此介绍的安全扭矩切断装置的实施方式尤其可以有利地在根据本发明的第二方面的逆变器装置中使用，以便能够在那里受控地中断信号生成装置和供电装置之间的信号传输。

信号生成装置在此可以设计为DSP，该DSP可以根据需要生成适配的PWM信号(脉宽调制信号)并且为了控制供电装置而将PWM信号传输给供电装置的驱动器电路。

根据一种具体实施方式，供电装置可包括一个IGBT驱动器电路以及三个上IGBT和三个下IGBT。IGBT可以由IGBT驱动器电路根据由信号生成装置生成的控制信号来操控，以便将施加在功率输入端上的电功率受控地至少部分地继续传输到功率输出端上，控制信号通过安全扭矩切断装置传导。

换句话说，例如逆变器的用作供电装置的部分能够具有两组IGBT，其中，上组IGBT和下组IGBT分别包括三个IGBT。在此，每个IGBT由驱动器电路控制，驱动器电路根据从信号生成装置接收到的控制信号对IGBT进行控制。

在此介绍的安全扭矩切断装置或配备有该安全扭矩切断装置的逆变器装置的实施方式可以应用在根据本发明的第三方面的实施方式的电梯设备中，以便在需要时能够确保电梯设备的驱动机临时不生成任何扭矩，并且因此由驱动机驱动的电梯轿厢不会意外地移位。由此可以提高在电梯设备运行时的安全性。

例如，在电梯设备中可以借助所谓的安全链来监控运行状态。该安全链的部件可以是多个门开关，其中，安全链仅当所有门开关闭合时才闭合。在安全链闭合时待通过安全链传输的信号可以用作对安全扭矩切断装置的控制输入端的控制信号。相应地，只有当安全链闭合时，也就是说当所有的门开关和与之连接的电梯门关闭时，才在控制输入端上施加控制信号。只有在这种情况下才能给电梯设备的驱动机供电。一旦安全链被中断，则安全扭矩切断装置的控制输入端上的控制信号被取消，紧接着该安全扭矩切断装置可靠地阻止电梯设备的驱动机的扭矩生成。由此，能够确保只要有至少一个电梯门没有完全关闭，就不能通过驱动机使电梯轿厢移动。

应当指出的是，本发明的一些可行的特征和优点在此参照一方面安全扭矩切断装置和另一方面配备有该安全扭矩切断装置的逆变器装置或整个电梯设备的不同实施方式来进行介绍。本领域技术人员认识到，这些特征能够以合适的方式组合、转用、匹配或者替换，以便实现本发明的其他实施方式。

附图说明

下面参照附图介绍本发明的实施方式，其中，附图和说明书都不应视为对本发明的限制。

图1示出根据本发明的实施方式的电梯设备。

图2示出根据先前方案的逆变器装置。

图3示出根据本发明的一种实施方式的逆变器装置。

图4示出根据本发明的一种实施方式的用于安全扭矩切断装置的电路。

附图仅是示意性的并且不是按比例绘制的。相同的附图标记在不同的附图中表示相同的或作用相同的特征

具体实施方式

图1示出具有电梯轿厢3和对重5的电梯设备1，电梯轿厢和对重能够借助于支承机构7由驱动机9在电梯竖井内竖直地移位。驱动机9在此由逆变器装置11供应功率。逆变器装置11包括供电装置13，该供电装置在功率输入端21处由主电源71供电并且该供电装置由信号生成装置17通过信号控制。

在必要情况下，例如在电梯轿厢3停靠在楼层处并且电梯门打开以便实现乘客上下梯时，有时需要确保电梯轿厢3绝对不会临时移动。

对于电梯设备来说，长期以来通常给静态的逆变器配备开关、继电器或保护器，以便能够安全且可靠地将供电装置与驱动机9断开。

这样的开关、继电器或保护器现在可以通过使用电子电路来替代。这种电子电路在较低成本、较低噪声产生和/或较高可靠性方面比传统的开关、继电器或保护器更加有利。

为此，在信号生成装置17和供电装置13之间连接有安全扭矩切断装置15，借助于安全扭矩切断装置能够可靠地中断由供电装置13供给的驱动机9的扭矩生成。信号生成装置17和安全扭矩切断装置15是逆变器控制装置19的共用部分。

在官方规则中，例如在欧洲标准EN61800-5-2：2007和EN81-20：2014或其先前版本EN81.1：1998中，给出了在建造或运行电梯设备时要考虑的规定和要求。

除了这些规定和要求之外，还可以限定以下其他规定，这些规定可能对用于安全扭矩切断装置的电路的设计有重要影响：

i)为了避免软件成为电梯部件认证的一部分，优选不使用可编程逻辑元件而实现安全扭矩切断装置。这种措施可以减少用于维护或类似工作的费用。

ii)安全扭矩切断装置应该可以用于不同制造商的逆变器装置，或者可以用在逆变器装置中，并且因此可以用于具有不同的结构设计的逆变器装置中。

这种要求可能对安全功能有显著影响。安全扭矩切断装置的先前方案已经以图2所示的方式设计。安全扭矩切断装置由二通道结构构成，每个通道结构能够中断PWM信号到供电装置的三个上部IGBT或三个下部IGBT。其中一个通道出现故障将导致上部或下部IGBT没有中断。假设，切断所有的上IGBT或所有的下IGBT将足以防止逆变器在所连接的驱动机的交流电机中实现旋转场，由此积聚扭矩并驱使电机旋转。因此，在IGBT栅极驱动器电路中，需要排除用于上侧的PWM信号与用于下侧的PWM信号之间的串扰。然而，对于某些功率模块，不能可靠地排除这种故障行为。因此，如下面将进一步介绍的，如图3所示，对用于安全扭矩切断装置的电路进行了补充。由此，即使在其中一个通道发生故障的情况下，也能够可靠地切断来自驱动机的功率。

iii)安全扭矩切断装置的电路应当优选地在逆变器控制装置中或在其电路板上实现，电路板可以不变地用在逆变器的不同变型中。这种方法可以减少验证逆变器的每种变型的费用。

iv)根据EN81-20：2014和EN81-1：1998，安全扭矩切断装置的电路应当被认证为能够在不接受新标准的区域中使用逆变器。

因此，优选的是，根据EN 61800-5-2：2007以安全完整性等级SIL3和至少为1的硬件故障容限以及根据EN 81-1：1998§14.1实现安全扭矩切断装置的电路，从而提高必要的硬件故障容限以满足故障树的要求。即，例如，可以满足EN81中三个部件(晶体管)的故障容限。

因此，在考虑所述的规定和要求的情况下，提出一种用于逆变器装置11的安全扭矩切断装置15，如示例性地在图3中所示。在此，逆变器装置11主要在安全扭矩切断装置15的结构方面与图2所示的先前的方案不同。

逆变器装置11在此在功率输入端21处由主电源71供应呈三相电流形式的功率。在逆变器装置11的供电装置13中，供给的功率被引导至呈三个上部IGBT 67和三个下部IGBT69形式的功率开关25。然后，根据IGBT 67、69的开关状态，功率随后继续传输到供电装置13的功率输出端23上。电梯设备1的驱动设备9连接到这个功率输出端23上。

IGBT 67、69由IGBT驱动器电路65形式的共用驱动器电路27控制。IGBT驱动器电路65响应于由逆变器控制装置19内的信号生成器17生成的PWM信号来控制三个上部IGBT 67和三个下部IGBT 69中的每一个。

为了能够在需要时中断PWM信号从信号生成装置17到驱动器电路27的继续传输，安全扭矩切断装置15连接在信号生成装置17和驱动器电路27之间。信号生成装置17的六个信号输出端29中的每一个信号输出端在此与安全扭矩切断装置15的信号输入端连接部35连接。此外，驱动器电路27的六个信号输入端31中的每一个信号输入端与安全扭矩切断装置15的信号输出端连接部37连接。

与图2所示的先前方案相反，在先前方案中在安全扭矩切断装置15中每个信号输入端连接部35和相对应的信号输出端连接部37之间仅设置有单个信号传输开关38，在这里提出的方案中规定，在每个信号输入端连接部35和相对应的信号输出端连接部37之间设置有两个串联的信号传输开关39、41。通过将第一信号传输开关39和第二信号传输开关41两者切换到导通状态下，可以在相应的信号输入端连接部35与相对应的信号输出端连接部37之间建立导电连接。

为了能够彼此独立地切换第一和第二信号传输开关39、41的开关状态，在安全扭矩切断装置15中设置有第一控制单元43和与该第一控制单元无关的第二控制单元45(在图3中仅非常示意性地示出)。两个控制单元43、45与安全扭矩切断装置15的控制输入端33电连接，并且能够通过该控制输入端33接收例如待用于控制驱动机的扭矩生成的临时中断的控制信号。例如，这样的控制信号可以由电梯设备1的安全链提供。在此，第一控制单元43切换所有第一信号传输开关39的开关状态，而第二控制单元45控制所有第二信号传输开关41的开关状态。

图4示出用于安全扭矩切断装置15的电路的一种可行的设计方案。

控制输入端33不仅与第一控制单元43而且与第二控制单元45电连接。两个控制单元43、45中的每一个都具有独立的光电耦合器53。在相应的光电耦合器53中设置有例如LED形式的光源57。根据在控制输入端33上施加的控制信号激励光源57以便发射光或不发射光。光电耦合器53还包括光电二极管单元59。光电二极管单元59与光电耦合器53的其余部分并且尤其与控制输入端33电解耦。每个光电二极管单元59包括彼此串联连接的两个光电二极管61。当光入射到光电二极管61上时，这些光电二极管61与太阳能电池类似地生成电压。

每个光电二极管单元59在一侧与接地电位55连接并且在相反侧与多个半导体开关47的栅极连接部49连接。在所示示例中，第一控制单元43的光电耦合器53的光电二极管单元59与用作第二信号传输开关41的半导体开关47的栅极连接部49连接，而第二控制单元45的光电耦合器53的光电二极管单元59与用作第一信号传输开关39的半导体开关47的栅极连接部49连接。

半导体开关47在此构造为在正常状态下导电的开关并且连接成，使得其在相应的栅极连接部49上缺少控制电压时，实现在信号输入端连接部35之一与接地电位51之间的电连接，半导体开关47的漏极连接部或源极连接部与信号输入端连接部35连接。在这种情况下，可能施加在相应的信号输入端连接部35上的电压信号通过半导体开关47被导出到接地电位51上并且由此不能被继续传输到与信号输入端连接部35电连接的信号输出端连接部37上。因此，在栅极连接部49上缺少控制电压的情况下，信号生成装置17的施加在信号输入端连接部35上的信号的导通被可靠地中断。

只有当在安全扭矩切断装置15的控制输入端33处施加控制信号时，半导体开关47才能切换到非导通状态下，该控制信号促使两个光电耦合器53的光电二极管57将光发送到各自的光电二极管单元59上，并且随后光电二极管61一起在所有与光电二极管连接的半导体开关47的栅极连接部49处生成足够高的控制电压。由此，信号输入端连接部35与接地电位51之间的电连接被中断，从而将信号生成装置17的信号传输到相应的信号输出端连接部37。响应于接收到这些信号，与其连接的驱动器电路27然后可以操控供电装置13，以便将所期望的功率导通到驱动机9上。

总之，换句话说，用于安全扭矩切断装置15的电路可以通过图4所示的拓扑结构来实现。安全链的输入端用于操控两个光电耦合器53的LED。光电耦合器的光伏输出端被用来操控正常导电的半导体元件的栅极，该光电耦合器配置有多个串联连接的光电二极管。只要没有电压施加到其栅极，例如，由于光电耦合器中的LED关断或者光电耦合器中的故障，由DSP生成的六个PWM信号就短路到接地电位GND，并且因此防止导通到功率单元。一旦光电耦合器的LED被激活，就向半导体开关的栅极连接部施加负电压，使栅极连接部变为高阻抗。由此，六个PWM信号不变地通过安全扭矩切断装置的切换来引导。

用于安全扭矩切断装置的安全电路的拓扑结构可以实现以下显著的优点：

安全扭矩切断装置的电气系统可以被放置在逆变器控制电路板中或放置在逆变器控制电路板上。因此，安全扭矩切断装置可以用于静态逆变器的不同变型方案，而不需要安全功能的进一步认证。

因为不存在对供电装置或供电电路板的要求，所以供电装置或供电电路板不是认证的一部分。

将施加在安全扭矩切断机构的信号输入端连接部上的信号传输到接地电位上更好地适合于供电装置的不同拓扑结构。这减少了事后添加附加驱动器电路的必要性。

由于安全电路是通过故障安全原理构造的，所以不存在可以被检测的故障状态。因此，在每次行驶后不再需要打开安全电路，从而能够简化电梯控制装置的结构。

安全电路仅由安全电路本身供电，并且不需要额外的供电。

安全链不再需要为开关、继电器或保护器的大线圈供电，使得可以减少它们自身的供电，包括减小在导通电缆中的铜线直径。

总之，所提出的安全扭矩切断装置能够由成本有效且稳健的电气或电子系统构成，该系统满足所有要求。与迄今所使用的解决方案相比更高的费用能够在维护能力方面实现显著的优点。此外，对所连接的供电装置和安全电路没有要求。

最后要指出，如“具有”、“包括”等等的概念不排除其他的元件或者步骤，并且如“一个”或者“一”的概念不排除多个。此外，应当指出，参照上述实施例之一介绍的特征或步骤也可以与上述其他实施例的其他特征或步骤组合使用。权利要求中的附图标记不应视为限制。

Claims (12)

1.一种安全扭矩切断装置(15)，用于中断电梯设备(1)的由供电装置(13)供电的驱动机(9)的扭矩生成，

其中，所述供电装置(13)具有功率输入端(21)、功率输出端(23)、多个与所述功率输入端(21)和所述功率输出端(23)连接的功率开关(25)和控制所述功率开关(25)的驱动器电路(27)，并且，所述供电装置(13)被配置用于使得施加在功率输入端(21)上的电功率以通过功率开关(25)控制的方式至少部分地继续传输到功率输出端(23)上，并且所述功率开关(25)由驱动器电路(27)根据由信号生成装置(17)通过多个第一信号输出端(29)施加到驱动器电路(27)的信号输入端(31)上的信号来控制；

所述安全扭矩切断装置(15)具有控制输入端(33)和相应多个第二信号输入端连接部(35)以及多个第二信号输出端连接部(37)，其中，所述信号生成装置(17)的信号输出端(29)中的每个信号输出端能够与信号输入端连接部(35)中的一个信号输入端连接部连接，并且驱动器电路(27)的信号输入端(31)中的每个信号输入端能够与信号输出端连接部(37)中的一个信号输出端连接部连接；

信号输入端连接部(35)中的每一个信号输入端连接部能够分别经由彼此串联连接的第一和第二信号传输开关(39、41)与信号输出端连接部(37)中的相对应的一个信号输出端连接部导电地连接，方式为：第一信号传输开关(39)和第二信号传输开关(41)被切换到导通的开关状态；

所述控制输入端(33)与第一和第二控制单元(43、45)电连接，并且所述第一控制单元(43)以通过施加在控制输入端(33)上的控制信号控制的方式来切换所有第一信号传输开关(39)的开关状态，并且所述第二控制单元(45)以通过施加在控制输入端(33)上的控制信号控制的方式来切换所有第二信号传输开关(41)的开关状态。

2.根据权利要求1所述的安全扭矩切断装置，其中，所述安全扭矩切断装置(15)具有六个信号输入端连接部(35)和六个信号输出端连接部(37)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的安全扭矩切断装置，其中，信号传输开关(39、41)中的每个信号传输开关被构造有在正常状态下导通的半导体开关(47)，所述半导体开关在栅极连接部(49)上缺少控制电压时，实现与信号传输开关(39、41)相对应的信号输入端连接部(35)和接地电位(51)之间的电连接，并且在栅极连接部(49)上施加有控制电压时，中断与信号传输开关(39、41)相对应的信号输入端连接部(35)和接地电位(51)之间的电连接，并且

所述控制单元(43、45)中的每个控制单元被配置用于，根据施加在所述控制输入端(33)上的控制信号将所述控制电压施加到与相应的控制单元(43、45)相对应的所有信号传输开关(39、41)的栅极连接部(49)上。

4.根据权利要求3所述的安全扭矩切断装置，其中，控制单元(43、45)中的每个控制单元具有光电耦合器(53)，所述光电耦合器被配置为，根据施加在控制输入端(33)上的控制信号来建立在与相应的控制单元(43、45)相对应的所有信号传输开关(39、41)的栅极连接部(49)上的控制电压。

5.根据权利要求4所述的安全扭矩切断装置，其中，所述光电耦合器(53)具有待由施加在控制输入端(33)上的控制信号激活的光源(57)和通过由光源(57)照明而生成所述控制电压的光电二极管单元(59)。

6.根据权利要求5所述的安全扭矩切断装置，其中，所述光电二极管单元(59)具有两个串联连接的光电二极管(61)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的安全扭矩切断装置，其中，所述安全扭矩切断装置(15)被构造有根据安全完整性等级SIL3和硬件故障容限至少为1的硬件。

8.根据前述权利要求中任一项所述的安全扭矩切断装置，其中，所述安全扭矩切断装置(15)被设计为不带有能够编程的元件。

9.一种逆变器装置(19)，用于为电梯设备(1)的驱动机(9)提供驱动电功率，其中，所述逆变器装置(19)具有：

用于生成控制信号的信号生成装置(17)，其中，所述信号生成装置(17)具有多个第一信号输出端(29)；

供电装置(13)，具有功率输入端(21)、功率输出端(23)、多个与所述功率输入端(21)和所述功率输出端(23)连接的功率开关(25)和控制所述功率开关(25)的驱动器电路(27)，其中，所述供电装置(13)被配置用于将施加在功率输入端(21)上的电功率以通过功率开关(25)控制的方式至少部分地继续传输到功率输出端(23)上，并且所述功率开关(25)由驱动器电路(27)根据由信号生成装置(17)通过多个第一信号输出端(29)施加到驱动器电路(27)的信号输入端(31)上的信号来控制；和

根据前述权利要求中任一项所述的安全扭矩切断装置(15)，其中，所述信号生成装置(17)的信号输出端(29)中的每个信号输出端被连接在信号输入端连接部(35)中的一个信号输入端连接部上，并且驱动器电路(27)的信号输入端(31)中的每个信号输入端被连接在信号输出端连接部(37)中的一个信号输出端连接部上。

10.根据权利要求9所述的逆变器装置，其中，所述信号生成装置(17)被设计有数字信号处理器(63)。

11.根据权利要求9和10中任一项所述的逆变器装置，其中，所述供电装置(13)具有IGBT驱动器电路(65)以及三个上部IGBT(67)和三个下部IGBT(69)，上部IGBT和下部IGBT(67、69)由所述IGBT驱动器电路(65)根据由信号生成装置(17)生成的控制信号来操控，以便将施加在功率输入端(21)上的电功率受控地至少部分地继续传输到功率输出端(23)上，其中，所述控制信号通过安全扭矩切断装置(15)传导。

12.一种电梯设备(1)，包括：

根据权利要求9至11中任一项所述的逆变器装置(11)；

用于在逆变器装置(11)的供电装置(13)的功率输入端(21)上提供电功率的主电源(71)；和

电驱动机(9)，所述电驱动机被连接在供电装置(13)的功率输出端(23)上。

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