CN115159316B - 一种兼备双向缓冲功能的电梯节能装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了电梯节能技术领域的一种兼备双向缓冲功能的电梯节能装置及方法，该节能装置包括曳引机、动态扭矩传感器、永磁涡流扭矩传感器、增速器、储能装置和变频器。本发明将电梯轿厢和对重的重力距差用于发电，同时平衡了轿厢侧和对重侧作用力矩，从而降低了曳引机的功耗，节约了电能，并且将发电机的发电储存与蓄电池中，可供电梯运行使用，再次减少电梯从电网中获取的电能消耗，同时，因为采用蓄电池储电，也可避免发电直接并入电网带来的谐波污染。
Description
技术领域
本发明涉及电梯节能技术领域，具体为一种兼备双向缓冲功能的电梯节能装置及方法。
背景技术
目前，我国的电梯保有量在世界上排名第一，所以电梯能耗也排名世界第一。在宾馆、写字楼等电梯使用频率较高的建筑中电梯的用电量甚至能占建筑总用电量的17％-25％，其中曳引拖动负载消耗的电能占总耗电量的70％以上，因此，电梯拖动系统节能具有重要的社会意义和经济效益。
此外，由于电梯制动系统故障导致的轿厢冲顶或蹲底事故在电梯事故中占用较大比重，且危害较大。目前，电梯井道底部装有缓冲器，可以减缓部分轿厢蹲底事故的冲击，但因为行程较短，作用有限，而轿厢冲顶的保护措施设置的也很有限。基于此，本发明设计了一种兼备双向缓冲功能的电梯节能装置及方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种兼备双向缓冲功能的电梯节能装置及方法，采用对重系统平衡载重，相比无对重直接利用曳引机拖动已经大大节约了电能。理想情况下，电梯对重侧和轿厢侧的重力相等时，曳引机只需提供启动力矩以及克服摩擦力而消耗电能，能耗最低。但是，这种理想情况出现的概率很低，多数情况下，轿厢侧和对重侧的重力不相等，为此曳引机在需要提供启动力矩和克服摩擦力的基础上还需要克服两侧重力差额做功，从而消耗更多的电能，这部分消耗的电能在电梯能耗中所占比例最大。本发明提出一种曳引电梯自动节能装置，可以自动平衡轿厢侧与对重侧的力矩差额，从而实现节能目的。此外，本发明提出的节能装置，还可以在电梯抱闸失效的状况下，起到双向缓冲作用，大大降低轿厢蹲底或者冲顶带来的伤害。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种兼备应急双向缓冲功能的电梯用自动节能装置，包括：
曳引机，所述曳引机为永磁同步曳引机，拖动电梯轿厢和对重，曳引轴长度在曳引轮一侧超出曳引轮的端面满足安装联轴器的需求，所述曳引机安装有转速编码器；
动态扭矩传感器，所述动态扭矩传感器通过联轴器与所述曳引机相连，用于实时测试曳引机的扭矩；
永磁涡流扭矩调节器，所述永磁涡流扭矩调节器包括导体转子、永磁转子调节结构以及电动执行器，通过联轴器与所述动态扭矩传感器相连；
增速器，所述增速器为二级变速器，传动比为1/25，用于输出25倍的输入转速，通过联轴器与所述永磁涡流扭矩调节器相连；
储能装置，所述储能装置包括发电机、转换器和蓄电池，所述发电机通过联轴器与所述增速器相连用于发电，所述转换器分别与发电机和蓄电池相连用于转换电流，所述蓄电池用于储存电能；
变频器，所述变频器具有整流和逆变功能，输入端连接所述蓄电池，输出端可以连接电梯耗电零部件，为其供电。
优选的，所述永磁涡流扭矩调节器的导体转子由套筒、输入轴和导体层组成，所述永磁转子由永磁块、轭铁和输出轴组成，所述导体转子和永磁转子之间留有2mm气隙，无节能指令时，所述导体转子和所述永磁转子完全分离，不发生传动。
优选的，还包括：
监测模块，所述监测模块用于监测电梯的运行方向、曳引机扭矩、转速、轿厢载荷；
控制模块，所述控制模块通过连接所述监测模块、所述永磁涡流扭矩调节器，所述控制模块接收来自监测模块的电信号，控制所述永磁涡流扭矩调节器的涡流耦合面积，起到调节扭矩的作用。
一种电梯用自动节能装置的节能方法，包括如下步骤：
S1、所述监测模块获取电梯的运行状态，如果电梯上行，且对重侧重量大于轿厢侧重量，所述控制模块向所述永磁涡流扭矩调节器发送信号，增大涡流耦合面积，驱动所述发电机发电，通过所述转换器，将电能储存到蓄电池中；如果电梯上行，但对重侧重量小于等于轿厢侧重量，则控制所述永磁扭矩调节器的耦合面积为零，发电机不发电；如果电梯下行，且轿厢侧重量大于对重侧重量时，发电机发电，否则不发电。
S2、检测所述蓄电池中的电量，当电量高于设定阈值时，蓄电池通过逆变器向电梯的照明系统、门机系统等供电，否则，当蓄电池电量小于设定阈值时，蓄电池不供电。
一种电梯用自动节能装置的应急缓冲方法：
所述监测模块获取电梯的运行状态，如果曳引机的转速超过额定转速，说明出现异常情况，此时所述控制模块向永磁涡流扭矩调节器发送信号，将涡流耦合面积调至最大，用发电机的扭矩缓冲电梯蹲低或者冲顶的惯性力。
优选的，所述电梯的运行状态包括电梯的运行方向，曳引机转速、轿厢的载荷。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明将电梯轿厢侧和对重侧的力矩差值用于发电机发电，相当于利用发电机的扭矩平衡轿厢侧和对重侧力矩，从而降低了曳引机的功耗，节约了电能，并且将发电机的发电储存与蓄电池中，可供电梯运行使用，再次减少电梯从电网中获取的电能，同时，因为采用蓄电池储电，也可避免发电直接并入电网带来的谐波污染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本发明提出的一种具有应急双向缓冲功能的电梯用节能装置构成示意图；
图2为本发明提出的永磁涡流扭矩调节器的结构示意图；
图3为本发明提出的永磁涡流扭矩调节器的内部结构图；
图4为本发明提出的电梯节能装置节能以及应急双向缓冲功能实现流程图；
曳引机1，联轴器2，动态扭矩传感器3，永磁涡流扭矩调节器4，导体转子41，套筒411，输入轴412，导体层413，永磁转子42，永磁块421，轭铁422，输出轴423，调节套筒43，导槽支撑座44，电动执行器45，增速器5，储能装置6。
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供一种技术方案：如图1-图4所示，一种兼备应急双向缓冲功能的电梯用自动节能装置，该节能装置包括曳引机、动态扭矩传感器、永磁涡流扭矩传感器、增速器、储能装置和变频器。
曳引机1为永磁同步曳引机，拖动电梯轿厢和对重，曳引轴长度在曳引轮一侧超出曳引轮的端面满足安装联轴器2的需求，曳引机1安装有转速编码器；
动态扭矩传感器3，通过联轴器2与曳引机1相连，用于实时测试曳引机1的扭矩；
永磁涡流扭矩调节器4，包括导体转子41、永磁转子42、调节套筒43、导槽支撑座44以及电动执行器45，导体转子41由套筒411、输入轴412和导体层413组成，永磁转子42由永磁块421、轭铁422和输出轴423组成，导体转子41和永磁转子42之间留有2mm气隙，不发电时，电动执行器45完全分离导体转子41和永磁转子42，二者不发生传动；
增速器5为二级变速器，传动比为1/25，用于输出25倍的输入转速，通过联轴器与永磁涡流扭矩调节器4相连；
储能装置6，包括发电机、转换器和蓄电池，发电机通过联轴器与增速器5相连用于发电，转换器分别与发电机和蓄电池相连用于转换电流，蓄电池用于储存电能；
变频器具有整流和逆变功能，输入端连接蓄电池，输出端可以连接电梯耗电零部件，为其供电；
监测模块用于监测电梯的运行方向、曳引机扭矩、转速、轿厢载荷；
控制模块与监测模块、永磁涡流扭矩调节器4，控制模块接收来自监测模块的电信号，控制永磁涡流扭矩调节器4的涡流耦合面积，起到调节扭矩的作用。
实施例一：
本实施例以电梯上行，且对重侧重量大于轿厢侧重量情况下，储能装置6储存电能的具体过程。
一种电梯用自动节能装置的节能方法，当监测模块检测到电梯上行，且对重侧重量大于轿厢侧重量的运行状态时，向控制模块发送信号，控制模块控制电动执行器45带动调节套筒43转动，在导槽的引导下，调节套筒43可以带动永磁转子42轴向移动，逐渐增加导体转子41与永磁转子42的耦合面积，从而曳引机1转动带动套筒411上的导体层413转动，从而切割永磁块的磁感线，导体层413会形成等效涡电流，涡电流会产生反感磁场，反感磁场与永磁块的原磁场相互作用实现扭矩的传递，带动输出轴423转动，进而带动储能装置6中的发电机发电，转换器转换电流，蓄电池储存电能。
进一步地，监测模块实时采集动态扭矩传感器3的扭矩大小，控制模块动态调整导体转子41余永磁转子42的耦合面积，使得采集到的扭矩等于对重侧和轿厢侧力矩差值，并保持，直到电梯上行停止，然后等待下一次循环。
电梯下行，且轿厢侧重量大于对重侧重量的情况节能过程与上述过程类似，不再赘述。
监测模块检测到电梯上行时轿厢侧重量大于对重侧重量以及电梯下行时对重侧重量大于轿厢侧重量两种运行状态时，控制模块控制导体转子41与永磁转子42完全脱离，不发生传动，不发电，避免给曳引机1增加额外负载。
实施例二：
本实施例详细说明电梯制动器失效情形下，本发明提及的节能装置的应急缓冲功能的实现过程。
一种电梯用自动节能装置的应急缓冲方法，监测模块检测到电梯上行或下行时，曳引机1的转速大于额定转速时，控制模块控制导体转子41与永磁转子42完全耦合，利用发电机的最大扭矩缓冲电梯轿厢冲顶或者蹲底的冲击，当然此过程也会发电和储存电能。
因此，本发明节能装置发电，需要满足下列A、B或者C中的一种：
A、电梯上行，对重侧重量大于轿厢侧重量。
B、电梯下行，对重侧重量小于轿厢侧重量。
C、电梯制动器失效。
本发明节能装置向电梯供电需满足储能装置6中的蓄电池电量高于设定阈值时，否则只储电不供电。
本发明将电梯轿厢侧和对重侧的力矩差值用于发电机发电，相当于利用发电机的扭矩平衡轿厢侧和对重侧力矩，从而降低了曳引机的功耗，节约了电能，并且将发电机的发电储存与蓄电池中，可供电梯运行使用，再次减少电梯从电网中获取的电能，同时，因为采用蓄电池储电，也可避免发电直接并入电网带来的谐波污染。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (5)
1.一种兼备应急双向缓冲功能的电梯用自动节能装置，其特征在于，包括：
曳引机，所述曳引机为永磁同步曳引机，拖动电梯轿厢和对重运行，所述曳引机的曳引轴在曳引轮一侧留有可以安装联轴器的轴段，所述曳引机一侧安装有转速编码器；
动态扭矩传感器，所述动态扭矩传感器通过联轴器与所述曳引机的曳引轴相连，用于实时测量曳引轴的扭矩；
永磁涡流扭矩调节器，所述永磁涡流扭矩调节器包括导体转子、调节套筒、导槽支撑座、永磁转子调节结构以及电动执行器，通过联轴器与所述动态扭矩传感器相连；
增速器，所述增速器为二级变速器，通过联轴器与所述永磁涡流扭矩调节器相连；
储能装置，所述储能装置包括发电机、转换器和蓄电池，所述发电机通过联轴器与所述增速器相连用于发电，所述转换器分别与发电机和蓄电池相连用于转换电流，所述蓄电池用于储存电能；
变频器，所述变频器具有整流和逆变功能，输入端连接所述蓄电池，输出端可以为电梯耗电零部件供电；
所述永磁涡流扭矩调节器的导体转子由套筒、输入轴和导体层组成，所述永磁转子由永磁块、轭铁和输出轴组成，所述导体转子和永磁转子之间留有2mm气隙，无节能指令时，所述导体转子和所述永磁转子完全分离，不发生传动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：
监测模块，所述监测模块用于监测电梯的运行状态；
控制模块，所述控制模块连接所述监测模块和所述永磁涡流扭矩调节器，所述控制模块接收监测模块的信号，控制所述永磁涡流扭矩调节器的涡流耦合面积，起到调节扭矩的作用。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述监测模块监测电梯的运行状态包括：电梯的运行方向、曳引机曳引轴的扭矩、曳引机的转速以及轿厢的载荷。
4.一种如权利要求2-3任一所述电梯用自动节能装置的节能方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、监测模块获取电梯的运行状态，如果对重侧重量与轿厢侧重量不等且曳引机的旋转方向与较重一侧扭矩方向一致时，控制模块向永磁涡流扭矩调节器发送信号，增大涡流耦合面积，驱动发电机发电，通过转换器，将电能储存到蓄电池中；其余运行状态不发电；
S2、检测蓄电池中的电量，当电量高于设定阈值时，蓄电池通过逆变器向电梯的照明系统、门机系统供电，否则，当蓄电池电量小于设定阈值时，蓄电池不供电。
5.根据权利要求4所述的电梯用自动节能装置的节能方法，其特征在于，监测模块获取电梯的运行状态，如果曳引机的转速超过额定转速，此时控制模块向永磁涡流扭矩调节器发送信号，将涡流耦合面积调至最大，用发电机的扭矩缓冲电梯蹲低或者冲顶的惯性力，实现双向缓冲功能。
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