CN1304263C - 电梯的制动控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防止在钢丝绳滑车与绳索间发生绳索滑动的电梯制动控制装置。该装置包括：制动装置(6)，所述制动装置是对卷绕住连接于轿厢上的绳索，利用电动机驱动，使所述轿厢升降的钢丝绳滑车施加制动力或松开该制动力的制动装置，钢丝绳滑车速度检测部(7)，用于检测钢丝绳滑车速度，轿厢速度检测部(8)，用于检测轿厢速度，以及制动力控制单元(13)，控制所述制动装置，以便在紧急制动时，在求出的作为检测的钢丝绳滑车速度与轿厢速度的差的绳索滑动速度为规定值以下的场合、提供全制动力，在绳索滑动速度超过规定值的场合、提供较全制动力弱的制动力。

Description

电梯的制动控制装置

技术领域

本发明涉及牵引方式的电梯的制动控制装置，特别涉及在紧急制动时的制动中的制动力的控制。

背景技术

作为以往的这种电梯的制动控制装置，有在电梯行进中由安装在卷扬机上的电磁制动器进行紧急停止的紧急停止装置，具备在刚紧急停止或刚停电，轿厢高速行走时，减弱制动用的电磁制动力，在变成低速后开始使出全部制动力进行控制的电磁制动器的控制电路。(例如，参照专利文献1)

此外，作为其它的以往的这种电梯的制动控制装置，制动力控制装置在乘坐轿厢的紧急制动中的速度在规定值以上或减速度不足规定值的场合，制动初期提供全制动力，达到规定值时提供比全制动力弱的制动力。(例如，参照专利文献2)

这些都会因为在紧急停止时如果急剧地使其减速，驱动钢丝绳滑车与绳索间产生绳索滑动，停止距离异常增加，对在升降路的下部设置的缓冲器有高速冲突的危险，所以对制动力进行控制，尽可能不发生绳索滑动。

专利文献1，

实开昭59-190769号公报

专利文献2，

特开平7-242377号公报

电梯的制动装置的制动圆盘与闸瓦间的摩擦系数，由于圆盘面的状况(面粗糙度，有无生锈等)，以及温度或湿度等，会有较大的变化。此外，决定绳索相对于钢丝绳滑车的绳索滑动的绳索表观的摩擦系数，也因绳索的滑动速度而变化。此外还因绳索的使用年数或钢丝绳滑车的槽的磨耗程度而变化。因此，决定改变制动器的制动力的时间较难，延误时间时，规定的制动扭矩不起作用，有可能发生绳索滑动。

本发明为解决上记问题，其目的为提供一种防止在钢丝绳滑车与绳索间的绳索滑动发生的电梯的制动控制装置，不断测定作为绳索速度的轿厢速度和作为钢丝绳滑车速度的卷扬机电动机速度，由其差判定有无绳索滑动，并根据其结果控制制动扭矩。

发明内容

鉴于上记的目的，本发明的电梯制动控制装置，包括制动装置，所述制动装置是对卷绕住连接于轿厢上的绳索，利用电动机驱动，使所述轿厢升降的钢丝绳滑车施加制动力或松开该制动力的制动装置，钢丝绳滑车速度检测部，检测钢丝绳滑车速度，轿厢速度检测部，检测轿厢速度，以及制动力控制单元，控制所述制动装置，以便在紧急制动时，在求出的作为检测的钢丝绳滑车速度与轿厢速度的差的绳索滑动速度为规定值以下的场合、提供全制动力，在绳索滑动速度超过规定值的场合、提供较全制动力弱的制动力。

附图说明

图1表示牵引方式的电梯的概念图。

图2表示滑动发生时的轿厢速度与钢丝绳滑车速度的关系及该时的制动力的图。

图3表示制动鼓与制动衬面间的滑动速度与摩擦系数间的关系图。

图4更详细地表示绳索滑动中的摩擦系数与绳索滑动速度的关系图。

图5表示在本发明在紧急制动时的时间经过过程中绳索速度、钢丝绳滑车速度与绳索滑动速度的变化及与其对应的制动力。

图6表示根据本发明一实施形态的电梯的制动控制装置的构成图。

图7表示在本发明制动装置的构成的一例图。

图8表示在本发明制动力控制单元用微机构成时的一例的功能方框图。

图9表示在本发明制动力控制单元用模拟电路构成时的一例的图。

图10表示本发明制动力控制单元的另一构成图。

具体实施形态

实施形态1

首先，用图1的牵引方式的电梯的概念图，说明其驱动原理。牵引方式的电梯，用绳索3连接轿厢1和为得到与其平衡用的平衡锤2，以吊桶方式挂在驱动钢丝绳滑车4还有偏导器轮5上而构成。不产生绳索滑动的极限条件的基本式为

T₁/T₂＝e^μθ                                      (1)

这里，T₁＝m_cg：轿厢侧的静张力

T₂＝m_wg：平衡锤侧的静张力

m_c：轿厢质量(轿厢自重+载重量)

m_w：平衡锤质量

g：重力加速度

μ：绳索与钢丝绳滑车间的表观的摩擦系数

θ：接触角

e：自然对数的底

但是，μ的值因钢丝绳滑车的绳索槽的形状而有较大的变化，一般用下式表达。

μ＝kμ’                                          (2)

这里，k：由钢丝绳滑车的绳索槽的形状决定的系数

μ’：由绳索与钢丝绳滑车的材质决定的真摩擦系数

其次，张力T₁、T₂，在轿厢速度变化时，也考虑由加速度(减速度)造成的惯性力，可如下所述表示。

T₁＝m_cg{1+(α/g)}

T₂＝m_wg{₁-(α/g)}                      (3)

这里，α：轿厢加速度(或减速度)

在牵引方式的电梯，为了不发生绳索滑动，不超过由式(1)的右边决定的牵引能力地设计轿厢自重、绳索、平衡锤质量，以此设定张力比T₂/T₁。滑动发生时的轿厢(绳索)速度与钢丝绳滑车速度的关系及该时的制动力如图2所示。在图2，(a)用c表示的轿厢速度与用s表示的钢丝绳滑车速度的关系，(b)表示对应的制动力。此外，钢丝绳滑车速度s与轿厢速度c都表示绳索3与钢丝绳滑车4接触的位置上的线速度(以下同样)。

在图2，为使轿厢停止使用全制动力时，由式(1)决定的牵引能力不足时，图2(a)那样的绳索滑动(滑动)发生。在图中，可以明白轿厢速度c与钢丝绳滑车速度s的差就是绳索滑动速度，绳索滑动速度在钢丝绳滑车停止时(s为0时)达到最大。此外，轿厢速度与钢丝绳滑车速度与时间轴围成的三角形(斜线部)的面积相当于由于轿厢的滑动增加的停止距离。这样，绳索一滑动，轿厢停止距离就增大不能在规定的制动距离停止，升降路底部设置的缓冲器受到规定速度以上的冲突，有可能造成轿厢的损伤和危害乘客。从而，有必要按照即使是最坏的情况下也不发生绳索滑动的要求设计绳索的牵引能力及张力比。

但是，提高牵引能力妨碍卷扬机电动机的价格降低和维护费用的减少。此外，为使式(3)表示的动态张力比下降必须将停止时的减速度设定得小，其结果是停止距离有必要加长，竖井变深等，影响节省空间。上述的专利文献1、2都对上述问题提出为不产生绳索滑动尽可能在短距离使轿厢停止的解决方案。

制动鼓与制动衬面间的滑动(滑动)速度V_B与摩擦系数μ_B之间存在图3所示的关系。这里，不是限于制动器，而是关于摩擦特性的一般性性质。此外，由制动器发生的制动扭矩与摩擦系数之间，存在这样的关系，即

T_B＝μ_B·P_B·D_B                                   (4)

这里，T_B：制动器装置的制动扭矩

μ_B：制动鼓与制动衬面材料间的摩擦系数

P_B：制动鼓的压紧力

D_B：制动鼓的直径

也就是说，摩擦系数越高制动扭矩越大。

由此，电梯高速行走时开动紧急制动时，制动鼓与制动闸瓦之间的滑动速度大，因此其间的摩擦系数小，制动扭矩也小。为此，作用在式(3)的轿厢上的减速度α小，张力比没有那么大，绳索较难滑动。但是，轿厢速度小，则制动鼓与制动闸瓦之间的摩擦系数变大，制动扭矩变大。结果轿厢上作用的减速度α变大，发生张力比超过绳索牵引能力的情况，发生绳索滑动。

为解决这种问题，以往是这样控制制动器的制动力的，即例如在实施紧急制动的初期阶段，轿厢的紧急制动中的速度在规定值以上或减速度不足规定值时，提供全制动力，紧急制动的中期以后，轿厢的速度达到规定值以下或减速度达到规定值以上时，提供比全制动力较弱的制动力，但是存在用上述发明想要解决的课题说明的问题。

绳索滑动中的摩擦力也就是摩擦系数与绳索滑动速度之间的关系更详细表示在图4。从图4可以明白，绳索与钢丝绳滑车间的摩擦系数，在滑动速度的低速度领域达到最大(峰值)，之后随着滑动速度增加而变小。本发明在电梯的制动控制装置中，根据计算轿厢速度(绳索速度)与钢丝绳滑车速度(电动机速度)的差来测定绳索滑动速度。通过控制制动力，使这滑动速度在图4的大约A点(绳索-钢丝绳滑车间的摩擦系数峰值的低速侧的点)到B点(绳索-钢丝绳滑车间的摩擦系数峰值的高速侧的点)之间，以此使滑动速度增加摩擦系数降低又不发生绳索滑动。

具体地说，绳索滑动速度不超过B点时，提供全制动力制动绳索，达到B点以上时，减弱制动力，以此使钢丝绳滑车的减速度变小，防止摩擦系数下降滑动速度进一步增加。图5示意性表示这种情况，(a)表示随着紧急制动时的时间经过绳索速度与钢丝绳滑车速度以及绳索滑动速度的变化(A、B相当图4的A点、B点)、(b)表示与(a)的时间过程对应的制动力。通过交替切换对应制动力为全制动力与较弱制动力，能够防止绳索滑动速度变大，结果，能够在短距离停止轿厢。

图6表示本发明的一实施形态的电梯的制动控制装置的构成图。轿厢1、平衡锤2、绳索3、驱动钢丝绳滑车4、偏导器轮5与图1所示的构成相同。制动装置6用制动力赋能部6a将制动闸瓦6d按压在与钢丝绳滑车4同轴连接、旋转的制动鼓6c上，又用制动力释放部6b松开该按压力，控制甚至松开制动力。制动装置6实际上如图7所示，通过将制动闸瓦6d利用作为制动力赋能部6a的制动弹簧的力从两侧按压在制动鼓6c上进行制动，又利用驱动制动力释放部6b将两侧的制动闸瓦6d的上部的自由端向外侧打开，松开按压力，对制动力进行控制，甚至松开。制动力释放部6b由开闭用励磁线圈驱动的两侧的制动闸瓦6d的上部的自由端的电磁驱动机构(都未特别图示)构成，通过对励磁线圈流过的电流进行的控制来控制松开的程度。

钢丝绳滑车速度检测部7与钢丝绳滑车4同轴连接，由对其进行旋转驱动的电动机7a以及与这一电动机连接，发生表示钢丝绳滑车速度信号SVS的编码器7b(实际上是包含将转速变换为绳索与钢丝绳滑车接触的位置上的线速度的变换功能的构件)构成，轿厢速度检测部8由根据轿厢1的速度和求行走距离用的轿厢1的移动旋转的调速机8a以及与其连接，发生表示轿厢速度的轿厢速度信号CVS的调速机编码器8b(实际上是包含将转速变换为绳索与钢丝绳滑车接触的位置上的线速度的变换功能的构件)构成。电梯的控制装置10(这里主要只是表示出关于制动的部分)根据控制指令(通常/紧急)11，开关12切换通常控制信号N和紧急控制信号E，制动力控制单元13在通常时、紧急时两种情况之间进行切换，进行对制动力释放部6b的控制。

下面对制动力控制单元13进行紧急制动时的动作进行说明，在图6，用在电动机7a上安装的编码器7b得到表示钢丝绳滑车速度的钢丝绳滑车速度信号SVS。又用调速机8a的调速机编码器8b得到表示轿厢速度进而也表示绳索速度的轿厢速度信号CVS。接着将两个信号取入控制装置10，在制动力控制单元13从这些信号的差求出绳索滑动速度。此外，绳索滑动速度也可用其他方法求出。而且控制通常时和紧急时的制动力的赋能方法。

停电或紧急停止信号发生，控制指令11为紧急控制信号E时，首先停止制动装置6的制动力释放部6b的励磁线圈的电流供给，充分开动制动力赋能部6a，用全制动力使钢丝绳滑车4停止。接着，根据如上所述得到的绳索滑动速度，当绳索滑动速度在规定速度(例如图4的B点)以下时，继续用全制动力对制动力赋能。也就是制动力释放部6b不驱动。但是，与式(1)的右边所提供的牵引能力相比，式(3)所表示的动态张力比更大时，绳索滑动速度变大，滑动速度超过规定速度、即图4的B点时，制动力控制单元13驱动制动力释放部6b，减弱制动力(通过向制动力释放部6b的励磁线圈供给电流进行)。

由于减弱制动力，式(3)的减速度变小，动态牵引比变小时，再次恢复牵引能力，滑动速度减少。接着滑动速度再次达到B点以下时，再次停止制动力释放部6b的励磁线圈的电流供给，用全制动力进行制动，通过这样将制动力交替切换为全制动力和较弱制动力，绳索滑动速度能够控制在图4的B点附近。这样，因为根据绳索滑动速度切换制动力，所以制动鼓6c和制动闸瓦6b间的摩擦系数和绳索-钢丝绳滑车之间的表观摩擦系数即使由于气温、湿度、表面状态、磨耗程度等原因而随时间变化也不受影响，能够防止绳索滑动。

图8表示制动力控制单元13由微机构成时的一个例子的功能框图。制动力控制单元13包括从检测出的钢丝绳滑车速度信号SVS与轿厢速度信号CVS的差求出绳索滑动速度的绳索滑动速度演算部131和紧急制动时根据绳索滑动速度控制制动装置6的制动力控制部133。

制动力控制单元13由模拟电路构成时的一个例子由图9表示。制动力释放部6b的励磁线圈51的上侧是紧急制动时的电路、下侧是通常制动时的电路。通常电源装置70的电源线L3、L4间，串联连接与使电动机主控制电路动作的继电器连动动作的继电器接点52和励磁线圈51，该接点52在电梯行走时闭合，而在停止时断开。励磁线圈51与放电用电阻53并联连接。另一方面，不间断电源装置54的电源线L1、L2间连接紧急停止励磁线圈赋能装置61，这一紧急停止励磁线圈赋能装置61有速度检测装置56，该速度检测装置56形成在速度检测器57检测出与绳索滑动速度对应的电压，这一电压的绝对值达到规定值以下时，也就是如果绳索滑动速度达到规定的速度(例如图4的B点的速度)以下，则对继电器58赋能，另一方面，如果超过规定的速度就不使继电器58赋能的构成。

又在电源线L1、L2间串联连接根据制动指令动作，通常时为断开状态，同时紧急时也就是行走中的紧急停止时或停电时为闭合状态的接点60与紧急停止检测继电器59。而且在电源线L1、L2间串联连接继电器58的接点58b、由限制流向励磁线圈51的电流的电阻等构成的线圈电流限制装置55、上述励磁线圈51和该励磁线圈51的两侧设置的紧急停止检测继电器59的接点59a。

在通常状态，紧急时闭合的接点60断开，继电器59未励磁，其接点59a也断开，因此励磁线圈51与不间断电源装置54分离。现在，考虑轿厢高速运行中紧急停止或发生停电时的紧急制动，电动机主控制电路断开，同时这些连动动作的接点52也断开，向励磁线圈51的供电切断。在这时绳索滑动速度由于还没有超过规定的速度，继电器58被赋能，接点58a断开，励磁线圈51从不间断电源装置54的电源线L1、L2间分离。这样，制动力释放部6b去除松开力，因此制动力赋能部6a将全部制动力施加在制动鼓6c上，所以钢丝绳滑车4急剧减速。接着，一旦绳索滑动速度超过规定的速度，继电器58的赋能消除，接点58b闭合，又由于紧急停止或停电，接点60闭合，使继电器59励磁，接点59a闭合。以此形成不间断电源装置54的电源线L2、接点58b、线圈电流限制装置55、接点59a、励磁线圈51、接点59a、电源线L1的电路，由线圈电流限制装置55限制的电流流过励磁线圈51。以此提供比全制动力弱的制动力。

实施形态2

此外，在上记实施形态只是切换滑动速度超过还是不超过B点，但是也可以如图4所示，采用如下所述的控制，即设定摩擦系数的大的范围的也就是峰值的两侧的滑动速度A点和B点的两点，在最初施加全制动力后，超过B点时减弱制动力，接着在由于减弱制动力造成滑动速度下降，超过B点达到A点以下时再次切换成全制动力。这样，滑动速度进一步减小，能够控制在A点和B点之间。这时的上述判断控制在图8利用制动力控制部133进行，在图9利用紧急停止励磁线圈赋能装置61进行。

实施形态3

此外，例如从轿厢速度信号CVS监视轿厢的速度或减速度，控制制动力的切换间隔，以此在紧急制动时根据上述绳索滑动速度进行控制，并且以轿厢减速度达到一定值为优先的要求控制制动装置，因此能够控制使轿厢的速度以规定的减速度减速。而且能够与制动器、绳索的摩擦系数的变化无关地将减速度调整为大概一定的减速度。这样能够减轻绳索的滑动，有效而且安全地使轿厢停止。这时的上述图8的制动力控制单元中，进一步设置从检测出的轿厢速度求出轿厢减速度的轿厢减速度演算部135，同时制动力控制部133成为在紧急制动时根据绳索滑动速度进行控制，而且控制制动装置，使轿厢减速度为一定值的控制部，图9中，使紧急停止励磁线圈赋能装置61具有与上面所述同样的功能。

实施形态4

为了更高速度地进行赋能、消除赋能，如图10所示，制动装置由利用制动器励磁线圈51流过的电流改变制动力的电磁制动器构成，制动力控制单元也可以形成具备在紧急制动时发生使进行上述各制动力控制的电流流入制动器励磁线圈的信号的电流控制装置1001、对该电流控制装置的输出信号进行PWM调制的PWM电路1003、以及以不间断电源装置54作为电源根据PWM电路的输出信号使制动器励磁线圈赋能的晶体管(TR)驱动电路1005的结构。

如上所述采用本发明，由于本发明的电梯制动控制装置，包括：制动装置，所述制动装置是对卷绕住连接于轿厢上的绳索，利用电动机驱动，使所述轿厢升降的钢丝绳滑车施加制动力或松开该制动力的制动装置，钢丝绳滑车速度检测部，检测钢丝绳滑车速度，轿厢速度检测部，检测轿厢速度，以及制动力控制单元，控制所述制动装置，以便在紧急制动时，在求出作为检测的钢丝绳滑车速度与轿厢速度的差的绳索滑动速度为规定值以下的场合、提供全制动力，在绳索滑动速度超过规定值的场合、提供较全制动力弱的制动力，所以借助于不断测定作为绳索速度的轿厢速度和钢丝绳滑车速度，由其差判定有无绳索滑动，并根据其结果控制制动力、即制动器扭矩，以此能够防止在钢丝绳滑车与绳索间的绳索滑动的发生。

Claims (5)

1.一种电梯制动控制装置，其特征在于，包括

制动装置，所述制动装置是对卷绕住连接于轿厢上的绳索，利用电动机驱动，使所述轿厢升降的钢丝绳滑车施加制动力或松开该制动力的制动装置，

钢丝绳滑车速度检测部，检测钢丝绳滑车速度，

轿厢速度检测部，检测轿厢速度，以及

制动力控制单元，控制所述制动装置，以便在紧急制动时，在求出的作为检测的钢丝绳滑车速度与轿厢速度的差的绳索滑动速度为规定值以下的场合、提供全制动力，在绳索滑动速度超过规定值的场合、提供较全制动力弱的制动力。

2.如权利要求1所述的电梯制动控制装置，其特征在于，

在所述绳索滑动速度与绳索钢丝绳滑车间的摩擦系数的关系中，以绳索滑动速度的低速度领域的绳索钢丝绳滑车间的摩擦系数的峰值的低速侧与高速侧的规定值分别作为第1及第2规定值，所述制动力控制单元，在绳索滑动速度超过第2规定值的场合、提供比全制动力弱的制动力，在绳索滑动速度下降到不足所述第1规定值的场合、切换成全制动力。

3.如权利要求1或2所述的电梯制动控制装置，其特征在于，

所述制动力控制单元，包括从检测的钢丝绳滑车速度与轿厢的速度的差、求出绳索滑动速度的绳索滑动速度演算部，从检测的轿厢速度、求出轿厢减速度的轿厢减速度演算部，以及控制所述制动装置以便紧急制动时根据绳索滑动速度进行控制并且使所述轿厢减速度成为一定的制动力控制部。

4.如权利要求1或2所述的电梯制动控制装置，其特征在于，

所述制动装置由利用从制动器励磁线圈流过的电流改变制动力的电磁制动器构成，所述制动力控制单元包括紧急制动时发生使进行所述制动力控制的电流流往所述制动器励磁线圈用的信号的电流控制装置，对这种电流控制装置的输出信号进行PWM调制的PWM电路，以及以不间断电源装置作为电源、根据所述PWM电路的输出信号激励所述制动器励磁线圈的晶体管驱动电路。

5.如权利要求3所述的电梯制动控制装置，其特征在于，

所述制动装置由利用从制动器励磁线圈流过的电流改变制动力的电磁制动器构成，所述制动力控制单元包括紧急制动时发生使进行所述制动力控制的电流流往所述制动器励磁线圈用的信号的电流控制装置，对这种电流控制装置的输出信号进行PWM调制的PWM电路，以及以不间断电源装置作为电源、根据所述PWM电路的输出信号激励所述制动器励磁线圈的晶体管驱动电路。

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