CN116191648A - 一种家用电梯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种家用电梯，包括控制器、储能模块、电机、门机，电机包括抱闸、变频器，控制器包括主控单元、充电单元，主控单元与变频器、储能模块、门机、抱闸均连接；控制器的充电单元用于将市电转换成低压输出，充电单元与变频器电源端、门机电源端、储能模块电源端连接用于向变频器电源端、低压门机电源端、储能模块电源端供给电源；储能模块与主控单元、变频器、门机均连接，用于向变频器、门机、充电单元供电；电机与门机的工作电压均小于等于56V。本发明提供的家用电梯，在电梯在正常运行时，可以有更高的能效，在电梯断电的情况，可以有更强的续航运行；不会发生电梯困人事件，提高用户的安全性。

Description

一种家用电梯

技术领域

本发明涉及一种家用电梯。

背景技术

传统的电梯电源使用AC220V/AC380V，传统电梯驱动方式如图4，220V或380V市电通过控制器来控制电梯的驱动主机-曳引机启停，实现电梯的上下运行。当突然停电时，电梯将无法运行，尤其在家用电梯中，若停电时只有一个人困于轿厢内，而家中无人又没有携带手机的情况下，被困的人无法向外部求助，若被困时间长且电梯依然无法通电的时候会导致极其严重的后果出现。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的家用电梯，以解决现有电梯用户使用安全性差、市电断电时电梯无法正常工作的问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种家用电梯，其包括控制器、储能模块、电机、门机，

所述电机包括抱闸、变频器，所述控制器包括主控单元、与所述主控单元连接的充电单元，所述主控单元与所述变频器、储能模块、门机、抱闸均连接；所述充电单元用于将市电转换成低压输出，所述充电单元与所述变频器电源端、所述门机电源端、所述储能模块电源端连接用于向所述变频器电源端、所述低压门机电源端、所述储能模块电源端供给电源；所述储能模块与所述主控单元、所述变频器、所述门机均连接，用于向所述变频器、所述门机、所述充电单元供电；所述电机与所述门机的工作电压均小于等于56V。

优选地，所述家用电梯具有两种供电模式，包括：

市电模式：市电经过所述充电单元转换成低压输出供给电梯系统，其中，在电梯轿厢停止运行时，所述充电单元向所述储能模块充电；在电梯轿厢运动时，所述充电单元不向所述储能模块充电；

续航模式：所述储能模块供电给电梯系统。

优选地，所述储能模块内电量分为第一电量阀值、第二电量阀值、第三电量阀值、第四电量阀值，所述第一电量阀值内的电量值大于所述第二电量阀值内的电量值，所述第二电量阀值内的电量值大于所述第三电量阀值内的电量值，所述第三电量阀值内的电量值大于所述第四电量阀值内的电量值；

当有市电时，若所述储能模块内电量大于等于第一电量阀值时，所述电梯系统进入续航模式，开始消耗储能模块电量；

当有市电时，若所述储能模块内电量小于第二电量阀值时，所述电梯系统进入市电模式；

当市电断电时，若所述储能模块电量大于第三电量阀值，则电梯进入续航模式；若所述储能模块电量大于等于第四电量阀值且小于第三电量阀值，则电梯进入自动救援状态，在所述自动救援状态下，轿厢可达到指定层，并使所述门机开门；

若所述储能模块内电量小于第四电量阀值时，储能模块通过给抱闸供电，以自溜车的方式救援，则轿厢以低速达到就近平层，并使所述门机开门。

优选地，当所述主控单元检测到储能模块在满电量时，电梯将会停止运行，直到储能模块小于满电量，电梯自动恢复正常状态，以应对初次安装电梯时，遇到满电量的储能模块的时候；

优选地，所述电机制动发电时，电能经过所述变频器传输给所述储能模块。

优选地，当所述储能模块的温度大于设定值，所述主控单元控制电梯停止运行。

优选地，所述储能模块与所述电机组合安装，或所述储能模块与控制器组合安装，或所述储能模块单独安装于井道内。

优选地，所述电机的抱闸电源、所述电机的电源、所述电机的变频器、所述门机系统均为低压，以适配所述续航模式时整个电梯系统的运转。

优选地，所述的控制单元可记录电梯的运行累计时间，当达到一定的电梯的运行累计时间时，会通过一个故障码，来提示用户更换储能模块；或在电梯续航模式时，若所述储能模块电量小于第四电量阀值的次数大于设定值，所述主控单元发出故障码，以提示用户更换储能模块。

优选地，所述的控制单元有接口直接给所述电机的抱闸供电，在变频器和储能模块故障时，让电梯轿厢自溜车，方便更换变频器和储能模块。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：

本发明提供的家用电梯，通过设置控制器、储能模块、电机、门机，充电单元用于将市电转换成低压输出给变频器、门机、储能模块，储能模块用于向变频器、门机、充电单元供电，电梯可适配低压的电源，更加安全；当市电断电时，储能模块对电梯系统供电不会立即中断电梯运行，可保证电梯的正常运行，不会发生电梯困人事件，提高用户的安全性；在电梯在正常运行时，可以有更高的能效，在电梯断电的情况，可以有更强的续航运行。

附图说明

附图1为本发明提供的家用电梯的储能模块为电池的示意图；

附图2为本发明提供的家用电梯的井道壁、井道顶、井道底所组成空间平面示意图；

附图3为本发明提供的家用电梯的电梯轿厢所占空间平面示意图；

附图4为现有家用电梯供电系统的结构示意图。

以上附图中：1-储能模块，2-轿厢，3-井道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的一个实施例中，提供一种家用电梯，包括控制器、储能模块、电机、门机、对重、轿厢，具体地：

电机包括抱闸、变频器，抱闸、变频器的工作电压小于等于56V，如变频器的输入电压大于等于48V小于等于56V，变频器的输出电压小于等于32V。一些实施方式中，变频器的工作电压为48V，且无需将变频器放置在控制柜内。电机的抱闸电源、电机的电源、电机的变频器、述门机系统的工作电压均为低压，如小于等于56V，以适配续航模式时整个电梯系统的运转。

门机的工作电压小于等于56V(原来220V)，如一些实施方式中，门机的电源为48V，输出32V。对门机进行改造使得其可通过低压电进行工作。

控制器包括主控单元、与主控单元连接的充电单元，主控单元与变频器、储能模块、门机、抱闸均连接，主控单元控制变频器、储能模块、门机、抱闸。用户市电(市电为交流220V-380V)经过充电单元转换成低压输出(充电单元可将接收的电转换至低压电，如将市电AC220V转化为56V及以下)，充电单元供给电源给变频器电源端、门机电源端、储能模块电源端。

储能模块与主控单元、变频器、门机均连接，用于向变频器、门机、充电单元供电，比如储能模块电源端与变频器、门机连接，储能模块通讯端与主控单元连接。

本例中，家用电梯具有两种供电模式，包括如下：

市电模式：用户市电经过充电单元转换成低压输出供给电梯系统，且在轿厢停止时，充电单元向储能模块充电，在电梯轿厢运行时，充电单元不向储能模块充电。

续航模式：储能模块供电给电梯系统，即向电梯中需要用电工作的部件均供电，如曳引机、门机、轿顶箱、光幕、外招盒、限速器。

进一步地，储能模块内电量分为第一电量阀值、第二电量阀值、第三电量阀值、第四电量阀值，第一电量阀值大于第二电量阀值，第二电量阀值大于第三电量阀值，第三电量阀值大于第四电量阀值。其中，第一电量阀值与满电量之前有一定的余量，以免储能模块被曳引机发电反馈多余的电量而导致故障。第二电量阀值与第一电量阀值之间，是市电模式运行的区间。

当有市电时，若主控单元判定储能模块有足够的电量并没有完全充满电时，记作第一电量阀值，第一电量阀值小于满电量，比如占满电量的90％，此时充电单元停止向储能模块充电，电梯系统进入续航模式。

当有市电时，若主控单元判定储能模块不足大半电量时，记作第二电量阀值，比如占满电量的80％。当储能模块电量不满第二电量阀值情况下：电梯系统进入市电模式；若轿厢正常运行时，充电单元不给储能模块充电；若轿厢停止运行时，充电单元给储能模块充电。

当市电断电时，电梯系统进入续航模式，当主控单元判定储能模块只有小部分电量，只够轿厢上下运行几次使用时，可使门机开门，此时记作第三电量阀值，比如占满电量的30％；当储能模块电量不满第三电量阀值且高于第四电量阀值，轿厢可达到指定层，轿厢达到指定层后门机开门放人。

第四电量阀值，是考虑电池老化的情况，这时电梯在断电的情况下，储能模块的电量不足以使轿厢上下运行几次使用时，此时记作第四电量阀值，比如占满电量的15％，,若储能模块内电量小于第四电量阀值时，通过给抱闸供电，以自溜车的方式救援，则轿厢以低速达到就近平层，并使门机开门。

在整个电梯的运转过程中，储能模块的电量在四个电量阀值之间起伏，不断吸收和消耗电机发电的电能，起到能量反馈节能的作用。

本例中，第一电量阀值、第二电量阀值、第三电量阀值、第四电量阀值的值均可通过主控单元来修改，比如主控单元可以通过电机参数和电梯提升高度的参数计算出电梯发电容量，从而得出第一电量阀值的最大值，手动修改第一电量阀值的值无法大于此值。

另外说明：当主控单元检测到储能模块电量为满电量时，电梯将会停止运行；直到储能模块电量单元小于满电量，电梯运行自动恢复正常状态。储能模块即使充满，也应该有足够的储能空间，以应对电机发电时的强制充电，以免储能模块过度充电导致损坏。

在市电断电时，控制器会给变频器断电信号，让变频器使用储能模块进行供电，储能模块对电梯系统供电，可保证电梯的正常运行。

本例中，主控单元具有馈电保护功能，电机在制动发电情况下，电能经过变频器传输给储能模块，节约能源，实现能量回收。当电梯安装初期，储能模块通常为满电量。若主控单元检测到储能模块为满电量，则主控单元控制电梯停止运行，轿厢会以低速运行至就近平层，打开门机，将储能模块内电量消耗部分，然后报一个故障来提醒此时状态；当若主控单元检测到储能模块为非满电量，电梯正常运行。这么操作的目的是：电机在制动发电情况下，电能经过变频器传输给储能模块，若储能模块是满电量，电能不断传输给储能模块，会损坏储能模块。因此，储能模块不能为满电量，应该有足够的储能空间，以应对电机发电时的强制充电，以免储能模块过度充电导致损坏。现有电梯结构中，电机在制动发电情况下的电能传输给电阻箱，本例中，可不设置电阻箱，直接将电机的电能传输给储能模块，存储电能并起到节能的作用，实现能量回收，并简化结构。

在正常有市电的情况，这两种电源系统运行模式是动态切换的，当储能模块有足够电量，会开始使用储能模块作为电源；当储能模块被判定电量不足大半就会使用市电转低压模式供电，此时，电机制动发电时，电能经过变频器传输给储能模块，存储电能起到续航、节能的作用；在市电断电的情况，可完全靠储能模块供给电源给整个电梯系统，这时的储能模块在电机发电时，储能模块起到更强续航的作用；在储能模块的电量被判定不足以运行整个电梯系统时，会预留足够电量使电梯轿厢运行至就近平层，门机打开，轿厢内乘客可离开，尤其针对若停电时只有一个人困于轿厢内而家中无人又没有携带手机的情况下，保证乘客安全离开轿厢。

上述中储能模块内的足够电量可位于第一电量阀值、第二电量阀值；储能模块被判定电量不足大半，指电量位于第二电量阀值与第三电量阀值之间。

进一步地，当储能模块的温度大于设定值，主控单元控制电梯运行停止，轿厢以低速达到就近平层，打开门机，此时储能模块可能损坏其寿命将近；会报一个故障提醒更换新的储能模块，此故障无法自动复位，需要手动确认才可以复位。

进一步地，主控单元可记录电梯的运行累计时间，当达到设定的电梯的运行累计时间时，主控单元发出一个故障码，来提示用户更换储能模块；或当家用电梯处于续航模式时，若储能模块电量小于第四电量阀值的次数大于设定值，主控单元发出故障码，来提示用户更换储能模块。

通过设置控制器、储能模块，电机、门机的工作电压均在56V以下，比如：比如抱闸控制采用DC24V(原来110/220V)，电机输入电压最大32V，电机为永磁同步电机，此时电机为适用低压电进行改造，采取的技术手段是：降低匝数，匝数降低就会使反电势降低，反电势降低那么额定电压随之降低，并且为了保证槽满率，漆包线数量增加，并联支路数增加，可保证额定转矩不变(满足额定要求)。

具体为：电机的每元件匝数小于等于30；电机的每槽导体数小于等于60；电机的定子线圈由多股漆包线制成，电机的线圈的线规为n-Φr，直径Φ小于等于0.75mm，n小于等于10；电机的并联支路数小于等于2。

门机系统中门机电压为48V(原来220V)，当市电断电救援，不再使用220V输出给变频器，直接使用56V供给变频器；低压安全回路，具有符合GB/T12668.502—2013中的4.2.2.2规定的安全转矩取消(STO)功能的调速电气传动系统，该安全转矩取消(STO)功能的安全完整性等级应达到SIL3，且硬件故障裕度应至少为1，所以小继电器就可以控制，用24V(原来110V)；能量反馈：通过充电单元，把220V电转成48V给储能模块充电，并且储能模块不再反馈电网。

本例中，通过设置控制器、储能模块、电机、门机，使电梯适配低压的电源，电梯运行的电源电压是低压，低压的好处：第一，48V储能模块充电的最高电压是56V，已经很接近60V，电压超过60V，触点时会对人体产生严重影响，换言之，60V是最高的安全电压，可以不采用额外的电压保护，低压直流，更加安全；第二，绝缘相关成本降低，线缆绝缘，还有电机漆包线等的绝缘都可以降等级，降等级可降低成本。

根据储能模块容量大小，电梯可运行的时间有长短。此发明解决了当220V或380V市电断电时，一定时间内保持电梯的正常运行，不会立即中断电梯运行，不会发生电梯困人事件。

进一步地，控制器还包括电压转换单元，电压转换单元与主控单元、充电单元均连接，电压转换单元用于转换充电单元的电压，电压转换单元输出的直流供电电压包括12V、15V、24V、32V、36V、48V中的任意一种，比如电压转换单元把充电单元转换的DC48V再转换成DC24V给变频器电源端、门机电源端、储能模块电源端。

控制器还包括接线板，接线板上设置有多个插接端，插接端用于与变频器、门机、储能模块连接。接线板上设置有松闸按键，在抵压变频器或储能模块故障时，在电梯紧急电动状态，通过控制器的接线板上的松闸按键，进行点动松闸。

进一步地，控制器还包括检测单元，检测单元与主控单元连接，检测单元用于检测市电是否断电、储能模块的电量与电压，检测单元将控制结果发送至主控单元，主控单元根据检测结果控制储能模块工作，比如：若检测到断电，控制器的主控单元控制储能模块向电梯系统供电；或者若检测到储能模块电压低于DC48V时或者储能模块电量小于15％时，电梯会在就近平层停梯，门机打开，人可离开轿厢。

储能模块可以和电机组合安装，或储能模块可以和控制器组合安装，或储能模块单独安装于井道任意位置，参见图1-图3，储能模块1位于井道顶、井道底、井道3墙壁所组成的空间内，或者储能模块与电梯驱动主机的间距小于等于10m，包括但不限于井道3墙壁、导轨上、主机侧、导轨支架上等位置。

储能模块包括电池或电容电池。可在夜间等低谷时段进行充电，白天峰值时放电驱动电梯运行。正常模式电池只有在80％以下电量时开始充电至90％(若电池电量在满的时候再能量反馈，变频器没有制动电阻电压升高变频器容易炸掉，电池容易燃烧)。电梯轿厢2运行时，不向电池充电，只有在电量低于80％并且电梯不运行时，才向电池充电(边充电边用电会减少电池寿命)，而峰谷充电功能除了节约电价，还可保养电池，开启峰谷充电功能后，电池会在电量30％或电压48V以下，并轿厢停止时充电至90％(把电池电用差不多再充满，增加电池寿命)。

本例中，适用于应急救援，在突然停电的情况，通过能量反馈，延长用电时间，可以正常不断运行至少3小时；对于别墅电梯这种使用频率不高的情况，电梯可正常运行至少1天。并可配合低谷充电功能，很好的节省用户电力费用。

通过控制器的主控单元，可通过参数开通相应功能，配合当地电力公司优惠政策，可设置充电时间段，非充电时间段由储能模块供电系统给电梯供电。当储能模块电压低于DC48V时或者储能模块电量小于30％时，主控单元会屏蔽这个功能，继续让电网给电梯系统供电。

控制器只有主控单元、充电单元、电压转换单元、接线板，控制器分离了变频器和停电救援模块(现有控制柜内放置变频器和停电救援模块，体积大)，控制器位于控制柜内。变频器和停电救援模块不再放入控制柜内，变频器与曳引机连接将其放置在曳引机一侧，无需将变频器放置在控制柜内，控制柜的体积减小，方便安装。

本例的家用电梯供电装置，配合储能模块，可以把停电应急运行、电动松闸、能量反馈功能结合在一起，实现应急救援、电动松闸、馈电保护，既节省了费用，又省了能量反馈装置的安装空间。

本例中，还可利用太阳能、风能、市电等对储能模块供电。储能模块还可向外招盒、限速器、轿顶箱(工作电压24V、48V)、光幕(工作电压24V)供电。

进一步地，主控单元还设置有接口，该接口与额外装置连接，该接口直接向电机的抱闸供电，在变频器和储能模块故障时，让电梯轿厢自溜车，方便更换变频器和储能模块。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种家用电梯，其特征在于，包括控制器、储能模块、电机、门机，

所述电机包括抱闸、变频器，所述控制器包括主控单元、与所述主控单元连接的充电单元，所述主控单元与所述变频器、储能模块、门机、抱闸均连接；所述充电单元用于将市电转换成低压输出，所述充电单元与所述变频器电源端、所述门机电源端、所述储能模块电源端连接用于向所述变频器电源端、所述低压门机电源端、所述储能模块电源端供给电源；所述储能模块与所述主控单元、所述变频器、所述门机均连接，用于向所述变频器、所述门机、所述充电单元供电；所述电机与所述门机的工作电压均小于等于56V。

2.根据权利要求1所述的家用电梯，其特征在于，所述家用电梯具有两种供电模式，包括：市电模式：市电经过所述充电单元转换成低压输出供给电梯系统，其中，在电梯轿厢停止运行时，所述充电单元向所述储能模块充电；在电梯轿厢运动时，所述充电单元不向所述储能模块充电；

续航模式：所述储能模块供电给电梯系统。

3.根据权利要求2所述的家用电梯，其特征在于，所述储能模块电量分为第一电量阀值、第二电量阀值、第三电量阀值、第四电量阀值，所述第一电量阀值内的电量值大于所述第二电量阀值内的电量值，所述第二电量阀值内的电量值大于所述第三电量阀值内的电量值，所述第三电量阀值内的电量值大于所述第四电量阀值内的电量值；

当有市电时，若所述储能模块内电量大于等于第一电量阀值时，所述电梯系统进入续航模式，开始消耗储能模块电量；

当有市电时，若所述储能模块内电量小于第二电量阀值时，所述电梯系统进入市电模式；

当市电断电时，若所述储能模块电量大于第三电量阀值，则电梯进入续航模式；若所述储能模块电量大于等于第四电量阀值且小于第三电量阀值，则电梯进入自动救援状态，在所述自动救援状态下，轿厢可达到指定层，并使所述门机开门；

若所述储能模块内电量小于第四电量阀值时，所述储能模块向所述抱闸供电，轿厢达到就近平层，并使所述门机开门。

4.根据权利要求3所述的家用电梯，其特征在于，当所述主控单元检测到所述储能模块电量为满电量时，电梯停止运行；当所述储能模块电量小于满电量，电梯运行。

5.根据权利要求1所述家用电梯，其特征在于，所述电机制动发电时，电能经过所述变频器传输给所述储能模块。

6.根据权利要求1所述的家用电梯，其特征在于，当所述储能模块的温度大于设定值，所述主控单元控制电梯停止运行。

7.根据权利要求1所述的家用电梯，其特征在于，所述储能模块与所述电机组合安装，或所述储能模块与控制器组合安装，或所述储能模块单独安装于井道内。

8.根据权利要求1所述的家用电梯，其特征在于，所述电机的抱闸电源、所述电机的电源、所述电机的变频器、所述门机系统的工作电压均小于等于56V。

9.根据权利要求1所述的家用电梯，其特征在于，所述主控单元可记录电梯的运行累计时间，当达到设定的运行累计时间时，所述主控单元发出故障码，以提示用户更换储能模块。

10.根据权利要求9所述的家用电梯控制单元，其特征在于，当家用电梯处于续航模式时，若所述储能模块电量小于第四电量阀值的次数大于设定值，所述主控单元发出故障码，以提示用户更换储能模块。

Images