CN1526631A - 电梯负载检测装置 - Google Patents

Abstract

一种电梯负载检测装置具有一磁性组件、一霍尔传感单元与一容置该磁性组件与霍尔传感单元的壳体，其中，该磁性组件是可随该车箱负载而位移，该霍尔传感单元检测该磁性组件因位移而变化的磁场值并输出一具有电压值与该磁场值成正比的电压信号，以达到利用霍尔原理来检测电梯负载的功效。

Description

电梯负载检测装置

(1)技术领域

本发明涉及一种电梯负载检测装置，特别是涉及一种利用霍尔元件来检测磁场变化以转换成对应电压变化的电梯负载检测装置。

(2)背景技术

如图1，一般电梯1大致具有一电梯行走控制装置11、一电动机12、一卷上机13、一钢丝索14、一车箱15与一平衡重锤16。电动机12是用以控制卷上机13的转动。钢丝索14一端有车箱15与另一端有平衡重锤16而绕设于卷上机13上。电梯行走控制装置11是用来控制电梯1整体动作，例如依照乘客的操作命令与检测所得的信息，如车箱负载，来控制电动机12运转的速度与时间，使乘客可抵达欲到达的楼层。

一般电梯行走控制装置11控制电动机12时需知道车箱15的负载与平衡重锤16间的差异，始能决定电动机12为驱动运转或反馈运转。另外，由于电动机12实际运转时，电压是缓慢递增至预设的电压值而非陡升至预设电压值，致使若车箱15负载或平衡重锤16可能于这段上升时间中造成车箱15的震动，称飞出或反转。举例来说，当欲控制电梯下降时，倘若平衡重锤16的重量大于车箱15负载时，则于电动机12驱动初始运转时，可能因平衡重锤16的重量影响而造成″反转″发生，使得乘客会感觉到车箱15突然向上升后始开始下降，或者，若车箱15负载大于平衡重锤16时，则可能因车箱15的重量而造成″飞出″发生，使乘客感觉到车箱15突然剧烈下降一下始开始缓慢下降。如此，因车箱15的震动可能会造成乘客的不适与加速器材的磨损。所以，厂商会于电梯的车箱15下方装设一电梯负载检测器17，以即时检测出车箱15的负载来告知电梯行走控制装置11，使电梯行走控制装置11依照车箱15的负载，即时提供一反向作用力予电动机13，以有效避免飞出或反转的情况发生。依前所述，车箱的负载对电梯控制来说为相当重要的信息，例如决定电动机13为驱动驱动或反馈驱动、决定输出多少反向作用力以消除震动、车箱15是否超载等等，所以，电梯负载检测器17成为电梯1中的常设组件。

图2是一种以往的电梯负载检测器。配合图3至图5，此电梯负载检测器是一差动变压器18(Variable Differential Transformer)，其为机电转换器的一种并可把一个物件(如车箱)的直线运动的机械变化量转换成相对应的电子信号。差动变压器18装设于车箱15的底面下并具有一本体181与一铁心182。本体181中缠绕一初级线圈P与两夹置初级线圈P于中间的次级线圈S1、S2，并使这些线圈P、S1、S2中形成一通道(未图示)，以使具有磁性的铁心182可于线圈P、S1、S2中自由移动。另外，组装时，铁心182的一端顶抵车箱15的底面而另一端延伸于通道中，如此当车箱15负载的增加而使车箱15愈向下沉时，铁心182位于线圈P、S1、S2的位置也会改变，随着车箱15负载的变化，铁心182于线圈P、S1、S2中位置也随之改变。在使用时，施加一定频率的交流电于初级线圈P上，即所谓的初级激磁，一般电梯1是应用电压高达24V(伏特)的交流电。初级线圈P经激磁产生的磁通量会经铁心182耦合至两组次级线圈S1、S2，以使两组次级线圈S1、S2分别感应到一交流电压E1、E2，次级线圈S1、S2感应到的交流电压E1、E2会随着铁心182于线圈内的位置而改变，一般在电梯1应用中感应到的交流电压E1、E2为4V~6V。差动变压器18输出信号就是两组次级线圈S1、S2间的交流电压差，因而把交流电压差传送予电梯行走控制装置11时，电梯行走控制装置11依据交流电压差可得知目前铁心182的位置，进而可换算出对应的车箱负载量。举例来说，如图3，假如铁心182是位于次级线圈S1、S2的中间，相同的磁通量会耦合至二次侧的次级线圈。所以，在每一个次级线圈S1、S2所感应出的电压E1和E2也会相等，所以，当铁心182位于中心点时，输出的电压差(E1-E2)等于零；倘若如图4，铁心182远离初级线圈S2而靠近初级线圈S1，则耦合至初磁线圈S1的磁通量会多于S2，那么感应电压E1会增加，而感应电压E2减少，其结果的电压差Eout＝E1-E2；相反地，如图5，假如铁心182往次级线圈S2移动，则耦合至次级线圈S2的磁通量会多于次级线圈S1，所以感应电压E2增加而E1减少，其结果的电压差变成负值。

因而，依前所述，以往差动变压器18利用铁心182来随车箱15因负载变化而改变位置，使两次级线圈S1、S2感应所得的电压差随之变化并输出至电梯行走控制装置11，以使电梯行走控制装置11可即时依此换算出车箱15的负载量，进而可正确地决定对于电动机12的补偿控制，使电梯1行走更为稳定与安全。然而，由于差动变压器18需缠绕三组线圈P、S1、S2，致使其体积(一般高度为100~150mm与外径约为63.5mm)与元件成本较高，且因需高达24V的交流电来驱动，所以电源供应的元件与运作成本高居不下，致使目前用来作为电梯负载检测器17的差动变压器18的价格高居不下，例如日立制作所制造的差动变压器18价格高达二千元左右。

此外，除了利用差动变压器18外，目前有其他种方式的电梯负载检测器存在，例如在中华人民共和国申请号为99256956.7的实用新形中揭示利用压电传感器来检测车箱负载，以及日商SAN-E TEC推出的涡电流式磁气变位检测器(即利用高频电波可于待测物的金属表面形成涡电流且涡电流的大小随两者间的距离而变的原理)。这些电梯负载检测器虽然体积相对可缩小，然而受限于元件成本高的原因，存在价格高昂的问题，甚至高于前述差动变压器。因而，本申请发明人思及利用低成本的霍尔元件来检测随车箱负载而变化的磁场量，以达到大幅降低制造元件成本与组装方便的功效。

(3)发明内容

本发明的一目的在于提供一种可达到大幅降低成本的功效的电梯负载检测装置。

本发明的另一目的在于提供一种可达到组装容易的功效的电梯负载检测装置。

本发明的电梯负载检测装置用以检测该电梯的一车箱的重量并包含一磁性组件、一霍尔传感单元与一容置该磁性组件与该霍尔传感单元的壳体；其中，该磁性组件是随该车箱的重量变化而于一第一位置与一第二位置间反复移动，当该车箱为净空时，则该磁性组件位于该第一位置，与当该车箱承载重量至少为最大负载量，则该磁性组件位于该第二位置；及该霍尔传感单元定位于该磁性组件的一侧并用以传感该磁性组件的磁场值，而该霍尔传感单元传感到该磁场值会随该磁性组件于该第一与第二位置间的移动而变化并对应输出一电压值随该磁场值变化的电压信号。

(4)附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行说明：

图1是一种以往电梯架构的示意图。

图2是一种以往电梯负载检测装置的示意图，此电梯负载检测装置是一差动变压器。

图3是图2的电梯负载检测装置的一使用状态的磁场示意图，此铁心位于中心点。

图4是图2的电梯负载检测装置的另一使用状态的磁场示意图，此铁心是偏左。

图5是图2的电梯负载检测装置的又一使用状态的磁场示意图，此铁心是偏右。

图6是本发明的电梯负载检测装置的实施例结合于一电梯的示意图。

图7是图6中的电梯负载检测装置的分解图。

图8是图6的电梯负载检测装置于第一位置的组合剖视图。

图9是图6的电梯负载检测装置于第二位置的组合剖视图。

图10是图6的电梯负载检测装置中磁性组件的磁铁变化的示意图。

图11是图6中霍尔元件的输入磁场值与输出电压间的关系图。

图12是图6的电梯负载检测装置组合后的水平剖视图。

(5)具体实施方式

如图6所示，本发明电梯负载检测装置3的较佳实施例装设于一电梯2中，用以检测电梯负载。此电梯2具有一电梯行走控制装置21、一电动机22、一卷上机23、一钢丝索24、一车箱25、一车箱控制装置26与一平衡重锤27。电动机22是用以控制卷上机23的转动。

钢丝索24一端有车箱25与另一端有平衡重锤27而绕设于卷上机23上。车箱25是一双层车箱并具有一外箱体251与一内箱体252，内箱体252是以一弹性元件253悬吊于外箱体251中，且于外箱体251的内侧底面还凸设多个弹性体254，以支撑内箱体252，这样随内箱体252承载的重量增加，则内箱体252会向下位移，使内、外箱体252、251间的距离缩小。车箱控制装置26用以初步处理电梯2的数据后传递至电梯行走控制装置21，并可于紧急时刻接管电梯2的基本行走控制，以确保电梯的安全性。电梯行走控制装置21是用来控制电梯2整体动作，例如依照乘客的操作命令与检测所得的信息控制电动机22运转的速度与时间，使乘客可抵达欲到达的楼层。本实施例仍是利用一随电梯负载而位移的磁性组件，来提供随电梯负载而变化的磁场，但有别以往，本实施例主要是利用霍尔原理来检测磁场变化，即利用霍尔元件随磁场大小而输出成正比的电压的现象。配合图7，本实施例的电梯负载检测装置3组装于车箱25的底面下并包含一磁性组件4、一霍尔传感单元5与一壳体6。

磁性组件4是可随车箱25的负载变化而于一第一位置(如图8)与一第二位置(如图9)间反复移动。当车箱25为净空时，则磁性组件4位于第一位置，而当车箱25承载重量至少为最大负载量时，则磁性组件4因内箱体252的压制而位于第二位置。在下文中，为了说明方便，定义磁性组件4于第一位置与第二位置间的位移方向为一第一轴线40，而磁性组件4是摆设于第一轴线40上。

如图7，本例的磁性组件4具有一导杆41、一磁铁42、两定位套筒43与一弹性元件44。此导杆41是由不导磁材质制成并具有一第一端411和一与第一端411相对的第二端412。磁铁42是一永久磁体并可依磁性分隔成一N极区421与一S极区422。磁铁42是以N极区421朝上的方向来套合于导杆41的中间位置。两定位套筒43为诸如塑料之类的不导磁材质制成，用以套合于导杆41上并分别位于磁铁42上、下方，以夹置定位磁铁42于导杆41上。此外，虽说磁铁42为圆筒形状，然而实际上其周围的磁性线分布并非为同心圆而为非规则形状(如图10)，所以必须确保磁铁42固定于导杆41上，以避免因磁铁42本身的转动或上、下位移而造成的磁场变化。因而在本例中，磁铁42还点胶固定于导杆上41，以及磁铁42与定位套筒43分别定位于导杆41上时，还于其外露的端面上套合一定位圈45，以加强定位磁铁42于导杆41上且确保磁铁42与导杆41间不会有相对滑动产生。本例的弹性元件44是一弹簧而套合导杆41中接近第二端412的端部上，且其于磁性组件4由第一位置移向第二位置时会受压缩，以于车箱25的负载减少时，提供回复力来使导杆41朝第一位置移动。另外，如图12所示，导杆41的第一、第二端411、412的形状为非圆形而为半月形。这样，配合图8所示，组装磁性组件4时，先把磁铁42套合并点胶定位于导杆41的中央位置，并于磁铁42上下套合一定位圈45，以加强固定，而后再把定位套筒43分别套合于磁铁42上、下方的导杆41上，以夹置磁铁42，而两定位套筒43的上下端面并套合一定位圈45，以加强定位效果，最后再把弹性元件44套合磁铁42下方的导杆41上。另外，为了说明目的，本实施例界定磁铁42是以N极区421朝上的方向套合于导杆41，然而熟习本技术的人士当知，磁铁42也可以S极区422朝上的方向套合于导杆41上。

此霍尔传感单元5是一电路板并定位于磁性组件4的一侧。本例的霍尔传感单元5的尺寸约为23.5mm×70mm。如图8，霍尔传感单元5上于邻近磁铁42中S极区422的位置上组设一霍尔元件51，以传感磁铁42的磁场，N极区421的磁场值为负值与S极区422的磁场值为正值。霍尔元件51的特性是随磁场值变化而输出电压信号，且电压信号的电压值会与磁场值成正比。这样，随着磁性组件4由第一位置逐渐移动至第二位置时，霍尔元件51所传感到的磁场会由S极区422逐渐变成N极区421，使得磁场会由一正值递减成一负值，霍尔元件51输出的电压信号的电压值会随之递减。举例来说，当采用Honeywell出厂的SS490系列的固态传感器来作为霍尔元件51时，则如图11，在磁场值的范围为800~-800高斯(Gauss)中，霍尔元件51可随磁场值的大小变化而输出电压值成正比的电压信号，如电压值为4.5~0.5V，即电压与磁场值成线性关系，这样只需令磁铁42可对霍尔元件51产生于磁场工作范围(即800~-800Gauss)内的磁场值，即可使霍尔元件51输出成正比的电压信号，这样利用判断霍尔元件51输出的电压信号的电压值，即可推断出磁性组件4对应的磁场值，以计算出磁性组件4的目前位置，进而推论出令磁性组件4位移至目前位置所对应的车箱25负载值。另外，霍尔传感单元5还设有一传输线路52，以接收电源与输出电压信号。一般霍尔元件51的供应电压范围为直流(DC)电压4.5~10.5V(伏特)，而为了提供稳定的电源予霍尔元件51，所以霍尔传感单元5上还设有一电源电压电路53，是位于传输线路52与霍尔元件51间，以把经传输线路52馈入的电源经稳压处理后，再传输予霍尔元件51，进而提供稳定电压予霍尔元件51。

另外，如图10所示，磁铁42所产生磁场为不规则形状，致使霍尔元件51相对于磁铁42的组装位置不同，例如组装方位差异或者霍尔元件51与磁铁42间于水平或垂直方向间的距离差异，则霍尔元件51感应到的磁场值可能就会不同，致使不同组装位置输出的电压值范围可能有所差异，即最大电压值(即第一电压值)与最小电压值(即第二电压值)可能会不同，然而由于信号传输过程可能会有信号衰减等情况发生，所以电压信号中的最小电压值最好至少等于一定值，以提供足够的信号强度来抵抗信号衰减。若组装过程欲得知电压信号的电压范围，则需利用外部装置量测霍尔元件51于目前组装位置检测出的电压信号的电压范围，而后再比较此电压范围是否符合需求，若不符合时，则再改变组装位置，这样重复改变组装位置与量测改变位置后的电压范围，不免对组装人员造成不便。因而，在本例中，霍尔传感单元5还设有一警示电路，用来检测霍尔元件51所输出的电压信号的电压值是否高于预设电压，若低于预设电压时则发出一诸如声、光之类的警示信号，例如声、光信号等等。在此，警示电路是以一发光二极管54来输出警示信号。这样，组装人员组装过程中，可利用警示信号来轻易判断出霍尔传感单元5相对于磁性组件4的组装位置是否符合需求，以达到便于组装的功效。

壳体6是一圆柱形中空壳体并用以容置磁性组件4与霍尔传感单元5。在本实施例中，为了便于组装，壳体6具有一两端开口的圆筒体61与两分别可开启地覆盖圆筒体61的两端开口的盖体62。导杆41的长度是大于壳体6的高度并于盖体62沿第一轴线40的位置分别开设一开孔621，以供导杆41的两端411、412穿出。另外，如图12，本例的开孔621形状为与导杆41的两端411、412配合的半月形开口，以限制导杆41于开孔621中的转动，使得导杆41组装于壳体6中时为不旋转的结构，进而可避免因旋转而造成的磁场改变的情况发生。另外，圆筒体61的材质为金属，例如铁，以对磁性组件4的磁场提供金属遮蔽效果，而盖体62的材质为塑胶，以降低元件成本。

为了霍尔传感单元5的电路板可轻易定位于壳体6中，所以圆筒体61的高度约72mm左右与外径约为35~40mm左右，以配合霍尔传感单元5的电路板。配合图12所示，盖体62是由一圆板622及一位于圆板622表面并与圆板622同圆心的圆环623所构成，并在圆板622中设有圆环623的表面上对应于霍尔传感单元5的位置凸设一定位槽624，以夹置定位霍尔传感单元5。盖体62对应发光二极管54与传输线路52的位置还分别开设一圆孔625，以令发光二极管54或传输线路52于壳体6中穿出。另外，如图8，盖体62的圆板622的半径等于圆筒体61的外径，而圆环623的外径等于圆筒体61的内径。

依前所述的构件，组装时，可先把磁性组件4与霍尔传感单元5置放于圆筒体61中，再把盖体62覆盖于圆筒体61的端面。如图8，使导杆41的两端411、412穿出盖体62的开孔621与弹性元件44的下端抵靠盖体62，而霍尔传感单元5卡置于盖体62的定位槽624中且传输线路52与发光二极管54由圆孔625中穿出。

本实施例的电梯负载检测装置3是设置于车箱25的底部，以检测车箱(即内箱体252)的负载，所以在外箱体251的底面还开设一开孔，以使导杆41的第一端411可通过开孔抵靠内箱体252的底面。另外，为了方便组装电梯负载检测装置3于车箱25上，本例的电梯负载检测装置3还包含一定位组件7，其包含一定位架71与两定位环72。定位架71具有两位于不同平面的水平片体711、712与一衔接两水平片体711、712的直立片体713，而水平片体711上开设有一与圆筒体61外径配合的开孔714，以套合于圆筒体61上，而两定位环72还分别套合位于水平片体711上下的圆筒体61上，以定位定位架71于圆筒体61上，而另一水平表面712是可固定于外箱体251的底面。另外，为了便于调整电梯负载检测装置3相对于车箱25的组装高度，即调整其于第一轴线40上的高度，所以圆筒体61的外周壁环设螺纹与两定位环72的内壁面也设有相对应的螺纹，这样组装时，可利用调整定位环72的位置来适时调整电梯负载检测装置3与车箱25间的距离，以达到便于组装的功效。

依前所述的构件与组装关系，当车箱25为净空时，如图8所示，磁性组件4位于第一位置，使得霍尔传感单元5输出的电压信号为与第一位置对应的电压值，而随着车箱25的负载增加，内箱体252的底面会逐渐朝外箱体251的底面下移，进而抵压磁性组件4逐渐下移，而如图9，随着车箱25负载至最大负载时，则磁性组件4会移动至第二位置。由于磁性组件4由第一位置下移时会抵压弹性元件42，所以当车箱25负载减轻时，弹性元件42会提供回复力，使磁性组件4上移至抵靠车箱25为止。随着车箱25的负载变化，则磁性组件4的位置也随之改变，因而只需知道磁性组件4目前的位置即可计算出车箱25的负载。另外，随着磁性组件4位置改变，霍尔传感单元5传感到的磁场值也随之变化而可输出电压值与磁场值对应的电压信号。霍尔传感单元5所输出的电压信号可直接传递至电梯行走控制装置21，然而由于信号在传递过程中会衰减，所以其传输距离有其限制，所以本例的霍尔传感单元5的电压信号先传递至距离较近的车箱控制装置26，以利用车箱控制装置26把电压信号由模拟转换成数字后，再利用RS485、RS422来传递至电梯行走控制装置，以大幅增加可容许的信号传输距离与提高信号传递的品质。

归纳上述，本发明的电梯负载传感装置确实可利用霍尔元件51来传感随车箱负载变化而改变的磁场值并输出电压信号至电梯行走控制装置21，以使电梯行走控制装置21可即时获知车箱25负载。而且，相较于以往技术，本发明确实存在以下优点：

(1)体积缩小：

相较于以往利用需堆叠三组线圈的大体积差动变压器来传感磁场变化，本发明利用为积体电路的霍尔元件51来进行传感，其体积甚小于差动变压器，本发明的体积随之也可有效缩小。

(2)降低成本：

以往电梯负载检测装置因传感元件的高价格，致使其成本动辄上千元，然而本发明的霍尔元件51的成本只需数十元。另外，有别于以往差动变压器高于24V的交流电，本发明所需的电源为低电压的直流电，致使提供电源的电路的成本也可大幅降低，进而可达到大幅降低成本的功效。

(3)组装容易：

本发明的电梯负载检测装置3利用霍尔传感单元5的警示电路来告知组装人员组装位置是否适当，且利用壳体6与定位环72的螺纹结构来方便组装人员适时调整，以达到便于组装人员组装的功效。

Claims (14)

1.一种电梯负载检测装置，用以检测该电梯的一车箱的重量，其特征在于，该电梯负载检测装置包含：

一磁性组件，是随该车箱的重量变化而于一第一位置与一第二位置间反复移动，当该车箱为净空时，则该磁性组件位于该第一位置，与当该车箱承载重量至少为最大负载量，则该磁性组件位于该第二位置；

一霍尔传感单元，是定位于该磁性组件的一侧并用以传感该磁性组件的磁场值，而该霍尔传感单元传感到该磁场值会随该磁性组件于该第一与第二位置间的移动而变化并对应输出一电压值随该磁场值变化的电压信号；及

一壳体，是用以容置该磁性组件与该霍尔传感单元。

2.如权利要求1所述的电梯负载检测装置，其特征在于：定义该磁性组件于该第一与第二位置间位移方向为一第一轴线，该磁性组件具有：

一导杆，是不导磁材质制成并可沿该第一轴线移动地定位于该壳体中，该导杆具有一相较于该第二位置较邻近该第一位置的第一端与一相较于该第一位置较接近该第二位置的第二端；

一磁铁，套设于该导杆上；及

一弹性元件，是设于该第二端并当该导杆由该第一位置移动至该第二位置时提供回复力，以使该导杆移回该第一位置。

3.如权利要求2所述的电梯负载检测装置，其特征在于：该壳体是一圆柱形中空壳体，该壳体的两端面是与该第一轴线垂直。

4.如权利要求3所述的电梯负载检测装置，其特征在于：该导杆的长度是大于该壳体中位于该端面间的高度，该壳体的两端面中与该第一轴线相交的位置分别穿设有一开孔，以使该导杆的两端由该开孔中穿出。

5.如权利要求4所述的电梯负载检测装置，其特征在于：该壳体的两开孔是一非圆形孔且该导杆的两端也与该开孔形状配合。

6.如权利要求3所述的电梯负载检测装置，其特征在于：该壳体的两端面是分别为一可开启的盖体。

7.如权利要求3所述的电梯负载检测装置，其特征在于：该导杆的中间套设该磁铁，而磁性组件还包含两分别套设于该导杆中磁铁两端外的定位套筒。

8.如权利要求7所述的电梯负载检测装置，其特征在于：该弹性元件是一套设于该导杆的弹簧，且该弹簧是位于邻近该第二位置的该定位套筒与该壳体的端面间。

9.如权利要求2所述的电梯负载检测装置，其特征在于：该霍尔传感单元输出的电压信号的电压值设定于一对应该磁性组件于该第一位置的第一电压值与一不同于该第一电压值并对应该磁性组件于该第二位置的该第二电压值间。

10.如权利要求9所述的电梯负载检测装置，其特征在于：该霍尔传感单元还包含一警示元件，是于该霍尔传感单元传感的电压信号的电压值不在该第一与第二电压值间时发出一警示信号。

11.如权利要求6所述的电梯负载检测装置，其特征在于：该霍尔传感单元是一电路板，且该电路板是直立于该壳体中，而该壳体的两盖体的内侧面对应该电路板的位置分别设有一定位槽，以夹置定位该电路板的两侧。

12.如权利要求1所述的电梯负载检测装置，其特征在于：该电梯负载检测装置还包含一定位组件，其具有一定位架，该定位架含有两位于不同平面上的水平片体与一衔接两水平片体的直立片体，而该水平片体的一个衔接该壳体与另一个是适于组装于该车箱，以组装该电梯负载检测装置于该车箱上。

13.如权利要求12所述的电梯负载检测装置，其特征在于：该定位组件的定位架中衔接该壳体的水平片体开设有一配合该壳体外径的开孔，以套合于该壳体外，且该定位组件还包含两配合该壳体外径的定位环，用以套合于该壳体外并分别位于该定位架的水平片体的上、下，以夹置定位该水平片体于该壳体上。

14.如权利要求13所述的电梯负载检测装置，其特征在于：该壳体的外周壁与该定位环内壁面都设有螺纹。

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