CN1907832A - 永磁同步电机无齿轮电梯门驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及控制电梯门打开和关闭的装置，提出一种无齿轮减速机构的电梯门开关控制装置，该控制装置通过检测增量编码器或其它安装在电机上的位置传感器给出的转子位置信号，用空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)变频调速方式控制永磁同步电机，产生稳定的电磁转矩，在很宽的速度范围内灵活、平滑地调节电机转速的大小和方向。该控制器还利用电机上的位置传感器信号确定电梯门的位置和速度，从而驱动电梯门按照预先设定的圆滑速度曲线打开或关闭。本发明的电梯门驱动装置，具有高效率、免维护、低成本、噪声低、无齿轮减速机构的优点。

Description

永磁同步电机无齿轮电梯门驱动装置

技术领域

本发明涉及控制电梯门打开和关闭的装置，尤其涉及高效率、免维护、低成本、噪声低无齿轮减速机构的电梯门开关控制装置。

背景技术

电梯门系统由门机系统、轿厢门、各层厅门、链接及安全保护装置组成。门机系统安装在轿厢上控制着轿厢门的开关，当电梯轿厢到达任意层停靠点时，门刀等机构能够确保轿箱门和当前层厅门联动。常见的电梯门驱动装置结构示意图如图1所示。如图所示，常见电梯门驱动装置包括：1电源，用于提供所需的电力；驱动装置4中的控制器2控制电机3提供驱动转矩；齿轮减速机构5将电机的转速降低一定倍数、转矩增大一定倍数传动到齿轮6上；转轴固定的齿轮6和齿轮7通过带齿皮带8连接；一对门10a和10b通过连接件9连接到皮带8上，由皮带提供的力运行在滑轨上。传统门驱动装置中的电机一般采用直流电机、异步电机、无刷直流电机等。由于这些电机额定转速远高于电梯门的开关的速度，需要安装减速机构来降低转速。在开关门过程中这些齿轮或蜗杆减速部件不可避免的产生机械磨擦、噪声等问题，影响着整个系统的噪声、可靠性和使用寿命。随着生活水平的提高，人们对电梯噪声、舒适性等方面有了更高的要求，门机系统的噪声和可靠性等问题亟待改善。

发明内容

本发明的提出主要是为了解决上述问题，从而降低电梯门驱动系统的噪声、机械摩擦、故障率，提高系统使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提出一种电梯门驱动装置，该装置主要包括不需要减速机构的正弦波型永磁同步电机、传动部件等构成的机械部分和电源模块、控制器模块等组成的电气部分。

该装置采用没有安装减速机构的正弦波型永磁同步电机作为执行机构，直接提供开关门所需要的转矩。正弦波型永磁同步电机调速方便、范围大；转矩脉动小，运行平稳、噪声低、效率高。由于不需要采用机械的减速机构，没有摩擦等问题，用它控制电梯门可以降低系统故障率、延长门机系统的使用寿命；

该装置采用的控制器通过检测增量编码器或其它安装在电机上的位置传感器给出的转子位置信号，用空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)变频调速方式控制永磁同步电机，这样就可以产生稳定的电磁转矩，在很宽的速度范围内灵活、平滑地调节电机转速的大小和方向。不但如此，该控制器还利用电机上的位置传感器信号确定电梯门的位置和速度，从而驱动电梯门按照预先设定的圆滑速度曲线打开或关闭。

本发明具有如下的突出的有益效果：

1.正弦波型永磁同步电机调速方便、调速范围大；转矩脉动小，运行平稳、噪声低、效率高。由于该电机可以运行在非常低的转速下，运用在门机系统中不需要在加装减速机构，机械摩擦小、噪声低，用它控制电梯门可以减小传动部件体积、降低系统故障率、延长使用寿命

2.空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)变频调速方式具有电压利用率高、产生谐波少、开关次数少、功率管功耗小等特点。控制器通过检测增量编码器或其它安装在电机上的位置传感器给出的转子位置信号，用SVPWM来控制永磁同步电机，转矩脉动小、运行平稳、调速方便、噪声低，运用在电梯门的控制上能够提高舒适度。

附图说明

图1传统电梯门驱动系统方框图；

图2根据本发明的电梯门驱动系统方框图；

图3电机控制系统主电路示意图；

图4SVPWM控制原理示意图；

图5电梯门运动速度曲线示意图。

附图中的一些部件标号说明

1单相交流电源；2控制器；3电机；4驱动装置；5齿轮减速装置；6、7齿轮；8带齿皮带；9连接件；10a、10b门；11正弦型永磁同步电机。

具体实施方式

参照图2，图2显示了本发明电梯门驱动装置的实施例以及包括该电梯门的电梯门系统方框图。如图所示，本发明的门驱动装置包括：电源1，用于提供所需的电力；驱动装置4中的控制器2控制正弦型永磁同步电机11提供驱动转矩带动同轴的齿轮6旋转；转轴固定的齿轮6和齿轮7通过带齿皮带8连接；一对门10a和10b通过连接件9连接到皮带8上，由皮带提供的力运行在滑轨上。

电源1、传动单元6、7、8、9、电梯门10a，10b等部分的改进及应用本发明中不涉及，因此不再赘述。

本发明的电梯门驱动装置4主要包括控制器2和正弦型永磁同步电机11，是电梯门驱动装置中把电能转化为机械能、提供门驱动转矩的装置。下面将详细介绍本发明的示例性实施例。

实施例中采用的电机为三相星接绕组的正弦型永磁同步电机，其反电势为正弦波。控制器的主电路采用单相220V、50Hz交流电，通过整流滤波模块整流、滤波，最后由大电容平波提供直流电U_d，然后通过逆变桥给电机供电，主电路的原理图如图3所示。采用电流、速度双闭环控制方式，通过控制逆变桥上的MOSFET元件就可以控制输出的电压，进而控制电机的转速和转向。

当电机旋转时，采用空间矢量调制SVPWM的方式控制电机的转速，基本原理如下。由MOSFET元件组成的电压逆变器，每一桥臂的功率开关元件为一组，除了在非常短的死区内他们都不导通以外，他们的开关状态总是相反：上桥臂关断的时，下桥臂一定导通，反之亦然。这样的话逆变器共有8种可能的开关状态，相应的会有8种电压状态，分别对应图4的U₁、U₂、U₃、U₄、U₅、U₆和两个零矢量，这样任意位置的电压空间矢量，都可用认为是由相邻两个基本空间矢量和零矢量通过线性组合得到的，而这一线性组合的系数则分别是两个基本空间矢量的作用时间。求出一个周期内各基本空间矢量的作用时间之后，把它们转换为具有相应占空比的PWM信号就可以控制电机的转速。

本发明中的电梯门驱动装置可以适应不同的电梯门。由于电梯门的宽度不一，初次安装时，该装置可以自动运行门宽自学习程序，测量并保存电梯门宽度。门宽自学习的具体操作如下：首先稍稍打开，然后低速大转矩关闭，记录打开和关闭过程中位置传感器信号作为移动距离的测量值，当位置信号不再改变后，大转矩保持一段时间，然后再重复两次这个过程，如果三次的测量值相同，记录下关门位置信号作为门宽计量的起始点；低速大转矩打开电梯门，再运行三次确认开门位置的操作就可以测量和记录下来门宽脉冲数，即电梯门的宽度。与传统电梯门系统不同的是，本发明中没有减速机构，电机输出的转矩直接用来拖动电梯门。电梯门移动同样的距离，位置传感器输出的信号数要少一些。例如移动一定距离，采用同样的增量编码器，用15∶1减速器的比不用减速机构的能多输出15倍脉冲数。不过即使采用比较低精度的512线的增量编码器，如果传动齿轮直径为5厘米，电梯门移动1厘米时，位置传感器可以输出34个脉冲，相当于用一把精度是0.3毫米的尺来量电梯门的宽度和移动距离，足够满足电梯门控制的需要。

测出门宽和起始位置后，每次控制门运行过程中就可以通过电机转子位置传感器的信号确定门位置以及门是否完全打开或关闭，这样不需要传统门机系统中的终点限位开关就能控制电梯门在到达预定位置后停止，减小了安装的复杂度，提高了系统可靠性。另外测得门宽之后可以根据电梯门位置设定不同的运动速度，让电梯门按照设定运行速度曲线平滑而又快速地打开或关闭，如图5所示。图中最低速度、开门最高速度、关门最高速度、斜率、关门提速距离、关门减速距离、开门减速距离等参数可以通过电位器手动设定。一旦控制检测出设定值有变化就会根据新的设定值和门宽重新计算速度曲线，也就是对应于位置传感器信号的速度指令表，并将这些存储在FLASH中。由于FLASH具有掉电保持得功能，所以即使发生突然断电等问题，来电后控制器也可快速恢复正常运行。

控制器上安装有7段译码器，当门控制装置出现故障时，7段译码器可以显示相应的信号以便检修。

根据本实施例，电梯门驱动装置不需要安装齿轮或其他减速机构，直接用正弦型永磁同步电动机提供驱动电梯门的转矩，另外还采用SVPWM平滑调节电机转速。应用本发明不但可以减小噪声、提高舒适性指标，还可以提高门控制装置的效率和可靠性。这里以本发明的实施例为中心展开了详细的说明，所描述的优选方式或某些特性的具体体现，应当理解为本说明书仅仅是通过给出实施例的方式来描述本发明，实际上在组成、构造和使用的某些细节上会有所变化，包括部件的组合和组配，这些变形和应用都应该属于本发明的范围内。

Claims (4)

1.一种永磁同步电机无齿轮电梯门驱动装置，包括正弦波型永磁同步电机、由电机直接驱动的传动部件、控制器、电源模块，其中，

正弦波型永磁同步电机，用于直接提供开关门所需要的转矩；

由电机直接驱动的传动部件，用于将电机的旋转运动转换成开启或关闭电梯门的直线运动；

控制器，用于以空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)变频调速方式控制永磁同步电机，产生电磁转矩，调节电机转速的大小和方向。

2.根据专利要求1所述的电梯门驱动装置，其中控制器实现的主要功能包括：

电机控制：通过增量编码器或安装在电机上的位置传感器给出的转子位置信号确定转子位置、速度、转向，发出空间电压矢量脉宽调制(SVPWM)信号，采用电流、速度双闭环控制方式，驱动电机朝预定方向以指定速度运行。

自学习电梯门宽：初次安装时，让电梯门从完全关闭运行到完全打开，其中关闭位置或开启位置需要稍稍开启然后采用大转矩关闭或开启至少三次来确认，测量并存储安装在电机上的位置传感器发出的门宽脉冲数。

电梯门输出门开启或关闭完成信号：比较位置传感器发出的脉冲数和已经记录下来的门宽脉冲数，在门到达完全开启位置，或完全关闭位置时给上位机发出相应信号。

驱动电梯门平滑移动：用于当接收到开门或关门指令后，控制电机转动，并根据位置传感器脉冲数判断电梯门位移并与门宽脉冲数比较，按照电梯门相对于关门或开门极限位置改变电梯门移动速度，使门平滑地加速再减速，当电梯门达到所述停止位置时，缓慢停止电梯门运动。

3.根据权利要求2所述的电梯门驱动装置，其中所述控制器能够执行自学习电梯门关闭位置、开启位置的初始化操作：确认关闭位置或开启位置时稍稍开启然后采用大转矩关闭或开启至少三次，测量电机换向次数，并形成使电梯门能够平滑快速开启或关闭的速度曲线。

4.根据权利要求2所述的电梯门驱动装置，其中所述控制器能够执行遇到障碍物时的操作：当电梯门关闭的过程中阻挡转矩达到设定值时，电梯门开启，然后重新关闭，如此重复至少三次而不能关闭时，采用慢速轻推将障碍物推开。

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