CN1851222A - 永磁同步直线电机开门机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯及自动门上使用的永磁同步直线电机开门机，电机初级和次级分别安装在门机挂门板和固定座上；门挂板联动绳轮组通过钢丝绳与挂门板相连，装在挂门板上的两个门滑轮组件置于导轨上，挂门板通过导轮组件装在门机导轨上；门刀固定在左挂门板上，门刀钩安装在开门机底板上；门机触点通过支架安装在门机挂门板上，而触体通过支架安装在开门机底板上。与永磁同步直线电机相连的智能驱动控制系统包括由电源、整流模块和智能功率模块所组成的逆变电路，掌上型调试器，控制芯片，隔离驱动器，位置检测器及电流采样电路所组成。本发明具有结构简单、不需要任何转换装置，运行平稳，噪声小、精度高、可靠性好等优点。

Description

永磁同步直线电机开门机

一、技术领域

本发明涉及的是一种电梯或地铁车门等自动门设备上所使用的开门机，具体的说是一种永磁同步直线电机开门机。

二、背景技术

开门机是一种长时间、频繁、往复式工作的机电一体化装置。它不仅要求工作可靠性高、安全性好，而且还要求其具有运行平稳、噪音低的特点。

现有的电梯门、地铁门、火车车厢门和民用出入门开门机均采用旋转电动机，经机械变速转换传动的方式，将旋转运动转换成直线运动实现开、关门。因而，其固有的结构复杂和工作平稳性较差、传递效率低的缺陷无法避免，同时其还存在着噪音大、制造成本高以及制造安装和调试方面的难度较大的缺陷。

三、发明内容

本发明的目的针对现有技术的不足，提供一种通过永磁同步直线电动机产生的电磁力直接驱动的开门机，实现平稳、快捷、安全地开、关门。该开门机的结构简单且相应的安装、调试工作均大大简化，此外还具有传递效率高、运行平稳、噪音小等优点。

本发明所述的一种永磁同步直线电机开门机的结构是：永磁同步直线电机初级安装在门机挂门板上，次级安装在固定于开门机底板上的直线电机次级固定座上；固定在开门机底板上的门挂板联动绳轮组通过联动钢丝绳与门机左右挂门板相连，分别装在门机左右挂门板上的两个门滑轮组件置于导轨上，导轨固定在开门机底板上，左右两个挂门板通过左右两个导轮组件分别装在门机导轨上；门刀固定在左挂门板上，与门刀配套的门刀钩安装在开门机底板上；门机触点通过门机触点支架安装在门机左、右挂门板上，而触体通过门机触体支架安装在开门机底板上。

本发明的永磁同步直线电机驱动控制系统包括与永磁同步直线电机相连的由电源经整流模块连于智能功率模块所组成的逆变电路，掌上型调试器与控制芯片CPU的输入双向相连。控制芯片CPU的输出经隔离驱动器连于智能功率模块IPM，霍尔位置检测器分别连于永磁同步直线电机和控制芯片CPU。电流采样电路分别连于智能功率模块的输出与控制芯片CPU。

本发明用于地铁时，当地铁站台有外护栏门时，其结构与使用于电梯门中的结构相同，当地铁站台没有外护栏门时，则不需要上述结构中门刀和门刀钩。此外，本发明使用于火车车厢门和民用出入门时，也不需要门刀和门刀钩。

当在门机右挂门板与门机左挂门板之间装有中间缓冲挡块组件后，可以防止门机在工作过程中发生冲击，延长部件的使用寿命。

当在门机右挂板上安装钢丝绳张紧装置，该张紧装置可以使门机钢丝绳涨得更紧，且结构更紧凑。

本发明由于采用永磁同步直线电机驱动和智能驱动控制系统，与现有技术相比，具有结构简单、不需要任何转换装置，简化了开门机的机械结构和传动方式，使运行更加平稳，而噪声更小，并通过智能化控制，使开门机工作精度提高，可靠性和安全性都得到了保证。

四、附图说明

图1是单台永磁同步直线电机拖动型式的永磁同步直线电机开门机。

图2是两台永磁同步直线电机拖动型式的永磁同步直线电机开门机。

图1.1和图2.1分别是图1与图2中的A-A向视图，图1.2和图2.2分别是图1与图2中B向视图。

图1、图1.1、图1.2、图2、图2.1、图2.2中的标号名称：

1、开门机底板；2、永磁同步直线电机次级；3、门机右挂门板；4、永磁同步直线电机初级组件；5、门刀组件；6、门刀钩；7、门挂板联动绳轮组；8、导轨；9、门滑轮组件；10、导轮组件；11、门机左挂门板；12、中间缓冲挡块组件；13、门机触体支架；14、门机触点触体；15、门机触点支架；16、永磁同步直线电机次级固定座；17、垫套；18、联动钢丝绳；19、钢丝绳张紧装置。

图3是智能驱动控制系统原理框图。

图4是智能驱动控制系统组成框图。

图5是0V/+24V数字信号转换为0V/+5V数字信号的电平转换电路。

图6是0V/+5V数字信号转换为0V/+24V数字信号的电平转换电路。

图7是鉴相电路原理图。

图8是倍频电路原理图。

图9是开门时CPU对IPM发出的触发信号示意图。

图10是关门时CPU对IPM发出的触发信号示意图。

图11是智能驱动控制系统中CPU控制芯片的外围连接示意图。

五、具体实施方法

本项发明的永磁同步直线电机开门机的结构如图1与图2和图1.2所示，由图可知：永磁同步直线电机初级4安装在门机右挂门板3上，永磁同步直线电机次级2安装在与门机底板直接相连的直线电机次级固定座16上；固定在开门机底板1上的门挂联动绳轮组7通过联动钢丝绳18与门机左挂门板11相连；当永磁同步直线电机初级4通电后，永磁同步直线电机初级4与永磁同步直线电机次级2之间产生电磁力推动门机右挂门板3作左右往复运动。再通过联动绳轮组7的联动钢丝绳18带动门机左挂门板11做同步往复运动，实现开、关门。

分别装在门机左右挂门板11与3上与永磁同步直线电机初级4相接触的左右两个门滑轮组件9置于导轨8上(如图2所示)，对于单台永磁同步直线电机驱动的开门机，装在门机右挂门板上与永磁同步直线电机初级4相接触的右门滑轮组件9置于导轨8上，而左门滑轮组件9固定在门机左挂门板11上且置于导轨8上(如图1所示)，导轨固定在门机底板上，通过左右两个导轮组件10分别把门机左右两个挂门板11与3固定在导轨上；门刀5固定在左挂门板上，与门刀配套的门刀钩6安装在开门机底板上，门刀与挂门板同步运动，保证厅门、轿门在开关门过程中同步运动，克服了风阻造成厅门无法与轿门联动关闭，迫使电梯停运的现象。

门机触点触体14的右触点通过门机触点支架15安装在门机左、右挂门板11和3上，而触体通过门机触体支架13安装在开门机底板1上。

中间缓冲挡块组件12安装在门机右挂门板3与门机左挂门板11之间，使电梯关门到位时，门机左右挂门板不发生撞击，且能减少电梯门关门到位时的震动，使电梯门的运动更平稳，噪音更小。

钢丝绳张紧装置19安装在门机右挂板3上，该张紧装置使门机钢丝绳涨得更紧，结构更紧凑。

智能驱动控制系统如图3和图4所示，以图1的单台直线电机拖动型式的永磁同步直线电机电梯开门机为例叙述如下：

开门机由一台永磁同步直线电机(PLSM)驱动。PLSM的次级2由不锈钢管、棒形铁芯和环形永磁体组成，安装在门机底板1上，是固定不动的。PLSM的初级4由三相绕组、霍尔位置检测器和外壳组成，安装在门机右挂门板3上，是随门一起运动的。三相绕组作星形连接，三个绕组端部U、V、W连接到控制器的逆变器输出端。当厅、轿门移动时，霍尔位置检测器能检测到门的位移量，并发出A、B两个呈90度相位差的脉冲信号。这两个信号被控制器用来检测门的位置和运动方向。智能驱动控制系统的原理框图如图3所示。其中的控制单元就是一片系统(PSOC)的CPU，图中的检修指令是一个0V或+5V(分别代表“检修”或“正常运行”)的数字信号，直接接到CPU的一个引脚上(参图11中第10号引脚)。当该指令为“检修”时，CPU通过它的一个引脚向主机发出“正在检修”信号(参图11中第17号引脚)，并通过另一个引脚从一个本地开关读取“开门”或“关门”的指令(参图11中第11号引脚)。反之，在“正常运行”时，CPU向主机发出“正在检修无效”信号，并通过另一个引脚从主机读取“开门”或“关门”的指令(参图11中第18号引脚)。CPU随后控制逆变器给PLSM供电，直至门移到位，并通过另两个引脚向主机分别发“开门到位”或“关门到位”信号(参图11中第16和15号引脚)。这里，主机发送或接收的信号是0V或+24V的数字信号，而CPU接收或发送的是0V或+5V的数字信号，因此二者之间的信号传递还需要一个电平转换电路。该电路如图5和图6所示。

位置检测器的两个输出信号A和B首先经过图7所示的鉴相电路来指示门的运动方向。在开门时，信号A超前信号B90度，所以方向信号始终为低电平；反之，在关门时，信号A滞后信号B90度，所以方向信号始终为高电平。其次，信号A和B经过图8所示的倍频电路来提高位置信号的精度。CPU通过两个引脚读取位置信号和方向信号(参图11中第25和24号引脚)。位置信号是脉冲信号，它的上升沿触发CPU的中断；CPU响应中断后，首先判断门的运行方向，再对门的位置数值加或减1。所以，单位位置数值对应门的平移距离和信号A或B发出的脉冲数。

智能驱动控制系统是通过如图4所示的由三相电源、整流模块及智能功率模块IPM所组成的逆变器给PLSM供电的。逆变器的直流电源由三相380V交流电源经三相二极管整流和电容滤波来获得的。逆变器由一个三相的IGBT智能功模块(IPM)构成的。IPM中包含多种保护电路及IGBT的驱动电路。IGBT的上三路单元(U+、V+和W+)需三个隔离的15V电源供电，下三路单元(U-、V-和W-)共用一个15V的隔离电源供电。CPU通过6个引脚发出IPM的触发信号(Up、Vp、WP、UN、VN、和WN)(参图11中第6、7、8、20、21和22号引脚)，经光耦隔离后分别控制IPM六个IGBT单元U+、V+、W+、U-、V-和W-的导通和关断。在一个电周期内每个IGBT按序导通120度，如图9和图10所示，图中低电平表示IGBT导通，高电平表示IGBT关断。这里并没有采用任何形式的脉宽调制(PWM)，因为PWM会引起严重的噪声和电磁干扰。但是，IGBT的触发频率，也就是PLSM的供电频率是可以由CPU调节的。这样，PLSM工作在恒压变频方式。这种方式，对电磁气隙颇大的PLSM来说不会引起磁路饱和，但是可以调节PLSM的推力，从而实现电梯门的速度和位置控制。PLSM的运行方向也是由CPU控制的。开门时，U相的触发信超前V相120度，V相又超前W相120度，如图9所示。反之，关门时，U相触发信号滞后V相120度，V相又滞后W相120度，如图10所示。在逆变器的直流侧有一个电流传感器，其输出直接连接到CPU的一个引脚上(参图11中第1号引脚)。CPU内部的低通滤波器对该电信号进行滤波，滤波器的截止频率是最高逆变频率的100倍左右。并且，CPU利用内部的A/D转换器采样电流信号，然后结合逆变器的开关状态计算出LIM的三相瞬时电流。这样实现了对PLSM绕组电流的时实检测，若发生过流情况，CPU将立刻关断IPM的所有单元，等电流回落到允许范围后再恢复原先的触发状态。

在电梯门关闭的过程中，若异物挡住门，除了用光幕、挡板等硬件来检测之外，CUP还将通过对PLSM运行状态(例如速度和电流)进行判断。一旦发现异物，CPU将立刻控制PLSM反向运行(即进行开门动作)，并且确保对异物的撞击力小于150N。

当电梯门开或者关到位的时候，CPU关断IPM的所有单元，并实时检测门的位置。当检测到门因外力作用而反向移动时，CPU将重新通过逆变器对PLSM供电，这样将保持门处在开或者关到位的状态。但是，此时PLSM产生的推力在150N左右，这样，允许超过150N的外力强迫关上或打开轿厢门。

最后，CPU还通过它的两个引脚与一个掌上型调试器进行RS232串行通讯(参图11中第26和27引脚)。这样，在安装或检修电梯时，可以使用掌上型调试器对控制器设置一些必要的参数，例如，门的运行速度曲线、门的移动行程，等等。

图2所示的两台直线电机拖动型式的永磁同步直线电机电梯开门机，与图1不同的是：两台永磁同步直线电机的初级4分别安装在门机右挂门板3和门机左挂门板11上，两块永磁同步直线电机次级2分别安装在门机底板1的左右两块永磁同步直线电机次级固定座16上(永磁同步直线电机次级固定座16直接与门机底板1连接)，当永磁同步直线电机4通电后，永磁同步直线电机初级4与永磁同步直线电机次级2之间产生电磁力推动门机左、右挂门板11、3作左右往复运动。通过联动绳轮组7的联动钢丝绳18使它们同步往复运动，实现电梯开、关门。

其它结构和智能驱动控制系统与单台永磁同步直线电机拖动型式永磁同步直线电机开门机完全相同，不再重叙。

Claims (4)

1、一种永磁同步直线电机开门机，其特征在于，它包括永磁同步直线电机、开门机底板(1)、门挂联动绳轮组(7)、门机左挂门板(11)、门机右挂门板(3)、导轨(8)、门滑轮组件(9)、导轮组件(10)、门机触点触体(14)以及用于控制直线电机的智能驱动控制器，永磁同步直线电机初级(4)安装在门机挂门板上，次级(2)安装在固定于开门机底板(1)上的固定座(16)上；固定在开门机底板(1)上的门挂联动绳轮组(7)通过联动钢丝绳与门机左挂门板(11)相连；分别装在门机左挂门板(11)和门机右挂门板(3)上与永磁同步直线电机初级相接触的左右两个门滑轮组件(9)置于导轨(8)上，导轨(8)通过左右两个导轮组件(10)分别装在门机左挂门板(11)和右挂门板(3)上；门机触点触体(14)的右触体通过门机触体支架(15)安装在门机右挂门板(3)上，而左触体通过门机触体支架(13)安装在开门机底板(1)上；与永磁同步直线电机相连的智能驱动控制器包括由电源经整流模块连于智能功率模块(IPM)所组成的逆变电路，其输出连于永磁同步直线电机(PLSM)，掌上型调试器与控制芯片(CPU)的输入双向相连，控制芯片(CPU)的输出经隔离驱动器连于智能功率模块(IPM)，位置检测器分别连于永磁同步直线电机(M)和控制芯片(CPU)，电流采样电路分别连于智能功率模块(IPM)的输出与控制芯片(CPU)。

2、根据权利要求1所述的永磁同步直线电机开门机，其特征在于，在开门机底板(1)上还装有门刀钩(6)和与门刀钩(6)配套的门刀(5)。

3、根据权利要求1或2所述的永磁同步直线电机开门机，其特征在于：在门机右挂门板(3)与门机左挂门板(11)之间装有中间缓冲挡块组件(12)。

4、根据权利要求1或2所述的永磁同步直线电机开门机，其特征在于：在门机右挂板(3)上安装有钢丝绳张紧装置(19)。

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