CN1974361A - 配重功率可调式节能电梯 - Google Patents

Abstract

本发明提供配重功率可调式节能电梯，包括电机、轿厢、配重，所述电机通过曳引机传动机构与轿厢、配重分别连接，曳引机传动机构和配重之间设置有自动变速装置，其由微机控制系统、液压控制系统、机械变速器依次连接组成；曳引机传动机构、机械变速器的齿轮变速机构、配重依次驱动连接，机械变速器的换挡执行机构与所述液压控制系统信号连接，微机控制系统与电机、轿厢、液压控制系统分别信号连接。本发明改进了电梯系统的整体构造设计，可以降低电机的电能消耗，节约能源。设计制造成本增加不是很大，既能带来经济效益，又能带来社会效益。

Description

配重功率可调式节能电梯

技术领域

本发明涉及升降电梯设备，尤其涉及配重功率可调式节能电梯。

背景技术

电梯的能耗大约占大楼总能耗的3％～7％，而电梯的节能应从新梯的选配、旧梯的改造两个方面重点考虑。近年来，已实施电梯的节能技术有：(1)有源能量回馈器。电梯要节电，核心是将处于制动状态的电动机输出的电能利用起来。有源能量回馈器的作用就是能有效地将制动时储存在电容中的电能回送给交流电网供周边其它用电设备使用。适用于所有(进口、国产)交直流拖动模式的变频电梯。(2)直接传动。将曳引轮直接安装在电机的转子上，采用直接传动，没有传动损耗，效率远远高于以往的有齿轮曳引机，与同规格电梯相比，综合节能30％左右，另外由于取消了蜗轮蜗杆等中间环节，免去了类似减速器箱体内的润滑油需要定期更换等维护工作，噪音降低约达10分贝，节省保养人力成本，安装方式均采用无机房(曳引机安装在电梯井道顶端)减小了土建费用。(3)电梯群控。电梯群控系统会生成最为省电的运行模式，控制大楼里的多台电梯，让它们分工明确，在适当的时间到达适当的位置，方便乘客上下，又减少了电梯启动、运行次数。(4)直接转矩控制和矢量控制。

中国是个能源紧缺的国家，特别是20多年的经济高速发展，使得能源供给更加紧张，现在，国家提倡落实科学发展观，建立节约型社会，社会环境和经济环境都在客观上要求各行各业对产品和技术进行改进创新，降低能耗。

中国目前已成为世界上最大的电梯市场，电梯是目前全国耗电大户之一，从国民经济发展和建设需要看，发展节能电梯已经是最迫切的任务，而中国巨大的电梯市场以及节能电梯的应用现状将使节能效应非常可观。

现今已有的电梯(除扶梯)都设有配重，作为平衡用的配重与轿厢的运行方向相反，其作用是用于补偿轿箱与人的一部分势能变化量，起到节能的作用，但是这种方式并不完善。在电梯运行过程中电机有两种运行状态，电动机状态和发电机状态。在某些电梯负载情况下，例如轿厢空载下行或者轿厢满载上行，曳引机需要克服一定阻力拉动配重或轿厢，电动机从电网(控制柜)吸取电能，处于电动机状态。而在另外一些负载情况下，例如轿厢空载上行或者轿厢满载下行，配重和轿厢则存在不平衡，由于重力作用空载轿厢自然上行或者满载轿厢自然下行，电动机无需提供动力，处于发电机状态，向控制柜反馈电能。

轿箱上升或下降一定的距离时，轿箱和配重各有一定的相反的势能变化量。而轿箱的总重量是变化的(人数会变化)，所以即使轿箱位移相同，它的势能变化量也是变化的。当轿箱的势能变化量大(小)时，配重的势能变化量也应该取得大(小)一些，以达到最佳的节能效果。但是对于现有的电梯，轿箱有一定的位移时，配重势能的变化量却是固定不变的。配重没能最大程度地补偿轿箱势能变化量，或是补偿过多，因此现有电梯不能获得满意的节能效果。

发明内容

本发明为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种控制配重势能变化量、改进电梯系统的整体构造设计、降低电机的电能消耗、节约能源的配重功率可调式节能电梯。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种配重功率可调式节能电梯，包括电机、轿箱、配重，所述电机通过曳引机传动机构与轿箱、配重分别连接，所述曳引机传动机构和配重之间设置有自动变速装置，其由微机控制系统、液压控制系统、机械变速器依次连接组成；所述曳引机传动机构、机械变速器的齿轮变速机构、配重依次驱动连接，机械变速器的换挡执行机构与所述液压控制系统信号连接，所述微机控制系统与电机、轿箱、液压控制系统分别信号连接。

所述机械变速器为定轴轮式机械变速器。

所述定轴轮式机械变速器的齿轮变速机构包括输入轴、输出轴、第一副轴、第二副轴、输出齿轮以及一～四挡齿轮组，其换挡执行机构包括第一制动器、第二制动器以及一～四挡离合器；所述曳引机传动机构与输入轴连接，输出轴与配重连接；

第一制动器、一挡离合器分别安装在输入轴两端，四挡离合器安装在输入轴中部，三挡主动齿轮安装在第一制动器、四挡离合器之间的输入轴上，四挡主动齿轮安装在四挡离合器的套轴上，一挡主动齿轮安装在一挡离合器的套轴上；

输出齿轮安装在输出轴上，输出齿轮通过安装在第一副轴一端的第一中间齿轮驱动第一副轴，第一副轴的另一端安装有第二制动器；三挡离合器安装在第一中间齿轮内侧的第一副轴上，三挡从动齿轮安装在三挡离合器的套轴上；二挡、四挡、一挡从动齿轮依次安装在三挡从动齿轮、第二制动器之间的第一副轴上；

三挡从动齿轮通过安装在第二副轴一端的第二中间齿轮驱动第二副轴，二挡离合器安装在第二副轴另一端，二挡主动齿轮安装在二挡离合器的套轴上。

所述液动控制系统包括液压泵、压力控制阀、电磁换向阀，所述液压泵与压力控制阀管路连接，多个电磁换向阀与压力控制阀、换挡执行机构管路连接，多个电磁换向阀与微机控制系统分别信号连接。

所述微机控制系统包括单片机、信号接口电路、驱动放大电路，所述单片机的控制单元通过各个信号接口电路与电梯控制器、传感器、控制开关分别信号连接，通过各个驱动电路分别与各个电磁换向阀分别信号连接。

所述传感器包括轿箱重量传感器、轿箱速度传感器、轿箱加速度传感器，其安装在轿箱上。也可以按控制需要安装采集其他参数的传感器。

本发明解决问题的理论分析如下：

电梯完成一个完整的上升过程时，假设系统效率为100％，则电机消耗的电能为(当同时使用有源能量回馈器时，节能效果会更好，可以把电梯系统的一部分势能转化为电能，输向电网。)

轿箱上升过程：

加速过程：W_a＝G₁×H_a1-G₂×H_a2+E_K

匀速过程：W_b＝G₁×H_b1-G₂×H_b2

减速过程：W_c＝G₁×H_c1-G₂×H_c2-E_K

轿箱下降过程：

加速过程：W_a＝G₂×H_a2-G₁×H_a1+E_K

匀速过程：W_b＝G₂×H_a2-G₁×H_a1

减速过程：W_c＝G₂×H_a2-G₁×H_a1-E_K

其中：G₁是轿箱与人重力；

G₂是配重重力；

E_K为动能变化量；

H_a1、H_b1、H_c1分别是轿箱加速、匀速、减速时移动的距离；

H_a2、H_b2、H_c2分别是配重加速、匀速、减速时移动的距离。

W_a、W_b、W_c有可能为负，当它们为负时表示电梯处于制动状态，能量回馈器向电网输送电能。上述计算式可简化为：

轿箱上升过程：

W＝W_a+W_b+W_c＝G₁H₁-G₂H₂

轿箱下降过程：

W＝W_a+W_b+W_c＝G₂H₂-G₁H₁

(其中：H₁＝H_a1+H_b1+H_c1；H₂＝H_a2+H_b2+H_c2)

可见，当配重不变时，调节H₂，即可调节配重的功率。这样当轿箱重量变化时，选取合适的G₂×H₂，便可有：

(W_a+W_b+W_c)≤0(电机向电网输送电能)

由上式可知，此时的电梯已经成为一台间歇式的发电机，从消耗电能转变成产生电能。

当考虑传动机构的传动效率以及能量回馈器的回馈效率时，传动以及回馈时的能量损失可由轿箱与配重势能变化量之差来弥补。(W_a+W_b+W_c)≤0仍然可以成立，不影响上面的结论。

本发明相对于现有技术具有如下的优点：配重功率可调式节能电梯对普通电梯系统进行改进，在普通电梯的曳引机传动机构和配重之间增加了一个自动变速器，通过控制配重移动的距离来实现对配重势能变化量的控制，使配重能合理地补偿轿箱的势能变化量。选用较重的配重可以降低大楼的重心，使大楼更稳定，同时配重的运动轨道也可以缩短。本发明改进了电梯系统的整体构造设计，可以降低电机的电能消耗，节约能源。设计制造成本增加不是很大，既能带来经济效益，又能带来社会效益。

附图说明

图1是本发明配重功率可调式节能电梯的系统组成示意图；

图2是图1所示自动变速器的结构示意图；

图3是图2所示自动变速器的齿轮变速机构的结构示意图；

图4是图2所示自动变速器的液压控制系统结构示意图；

图5是图2所示自动变速器的微机控制系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、2所示，本配重功率可调式节能电梯，包括电机、轿箱、配重，电机通过曳引机传动机构与轿箱、配重分别连接，曳引机传动机构和配重之间设置有自动变速装置，其由微机控制系统、液压控制系统、机械变速器依次连接组成；曳引机传动机构、机械变速器的齿轮变速机构、配重依次驱动连接，机械变速器的换挡执行机构与液压控制系统信号连接，微机控制系统与电机、轿箱、液压控制系统分别信号连接。电梯工作时控制器接收到传感器采集到的轿厢重量等信号，然后向变速器发出控制信号，使其选取合适挡位，调节配重势能变化的快慢，再根据所需的轿箱运动曲线控制电机的力矩和有源能量回馈器。

电机制动时：配重和轿箱的总势能减少，减少的那部分势能通过传动机构输送到电机，电机产生电能，并由能量回馈器回馈给电网，供其它用电器使用。

电机做正功时：电机消耗电能，输出机械功。通过传动机构驱动配重和轿箱运动，电能转化为势能。

在理想状况下，当选取合适的变速器挡位时，能达到最佳的节能效果，甚至能让电梯成为间歇式的发电机。

如图3所示，机械变速器为定轴轮式机械变速器，其包括输入轴、输出轴、第一副轴、第二副轴、输出齿轮以及一～四挡齿轮组，其换挡执行机构包括第一制动器、第二制动器以及一～四挡离合器；曳引机传动机构与输入轴连接，输出轴与配重连接；

第一制动器1、一挡离合器13分别安装在输入轴12两端，四挡离合器16安装在输入轴12中部，三挡主动齿轮17安装在第一制动器1、四挡离合器16之间的输入轴12上，四挡主动齿轮15安装在四挡离合器16的套轴上，一挡主动齿轮14安装在一挡离合器13的套轴上；

输出齿轮3安装在输出轴2上，输出齿轮3通过安装在第一副轴11一端的第一中间齿轮21驱动第一副轴11，第一副轴11的另一端安装有第二制动器10；三挡离合器19安装在第一中间齿轮21内侧的第一副轴11上，三挡从动齿轮18安装在三挡离合器19的套轴上；二挡、四挡、一挡从动齿轮20、8、9依次安装在三挡从动齿轮18、第二制动器10之间的第一副轴11上；

三挡从动齿轮18通过安装在第二副轴4一端的第二中间齿轮5驱动第二副轴4，二挡离合器7安装在第二副轴4另一端，二挡主动齿轮6安装在二挡离合器7的套轴上。第一、第二制动器1、10在轿箱静止，变速器换挡时，起制动作用。

电机驱动力在各个挡位的传递路线如下：

第一挡动力传递路线：

输入轴12一挡离合器13一挡主动齿轮14一挡从动齿轮9第一副轴11第一中间齿轮21输出齿轮3输出轴2；

第二挡动力传递路线：

输入轴12三挡主动齿轮17三挡从动齿轮18第二中间齿轮5第二副轴4二挡离合器7二挡主动齿轮6二挡从动齿轮20第一副轴11第一中间齿轮21输出齿轮3输出轴2；

第三挡动力传递路线：

输入轴12三挡主动齿轮17三挡从动齿轮18三挡离合器19第一副轴11第一中间齿轮21输出齿轮3输出轴2；

第四挡动力传递路线：

输入轴12四挡离合器16四挡主动齿轮15四挡从动齿轮8第一副轴11第一中间齿轮21输出齿轮3输出轴2。

图4的自动变速装置的液压控制系统主要控制换挡执行机构的动作，由液压泵、各种液压阀和液压管路等组成。液压系统的全部压力来源于变速器的液压泵。阀体有压力控制阀和电磁换向阀等，压力控制阀用于改变油压以控制变速器换挡点，电磁换向阀把压力油引导到相应的执行机构以实现改变传动比，本变速器有2个制动器、4个离合器，因此相应地设置有6个电磁换向阀。

自动变速装置中的微机控制系统与液压控制系统配合使用，对机械变速器进行电液控制。图5的微机控制系统包括单片机和信号接口电路、驱动放大电路，单片机的控制单元通过各个信号接口电路与电梯控制器、传感器、控制开关分别信号连接，通过各个驱动电路分别与各个电磁换向阀分别信号连接。电梯控制器、传感器及控制开关将负载状况、轿箱速度和系统工作状态等信号传递给单片机的控制单元，单片机的控制单元发出指令通过驱动放大电路传送给相应的电磁换向阀，使液压系统按一定的规律控制换挡执行机构工作，实现自动选取合适挡位，这样即可控制配重移动的距离，实现对配重势能变化量的控制，从而使配重能合理地补偿轿箱势能变化量，减少电机的电能消耗，达到节能目的。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明的权利要求进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1、配重功率可调式节能电梯，包括电机、轿箱、配重，所述电机通过曳引机传动机构与轿箱、配重分别连接，其特征在于：所述曳引机传动机构和配重之间设置有自动变速装置，其由微机控制系统、液压控制系统、机械变速器依次连接组成；所述曳引机传动机构、机械变速器的齿轮变速机构、配重依次驱动连接，机械变速器的换挡执行机构与所述液压控制系统信号连接，所述微机控制系统与电机、轿箱、液压控制系统分别信号连接。

2、根据权利要求1所述的配重功率可调式节能电梯，其特征在于：所述机械变速器为定轴轮式机械变速器。

3、根据权利要求2所述的配重功率可调式节能电梯，其特征在于：所述定轴轮式机械变速器的齿轮变速机构包括输入轴、输出轴、第一副轴、第二副轴、输出齿轮以及一～四挡齿轮组，其换挡执行机构包括第一制动器、第二制动器以及一～四挡离合器；所述曳引机传动机构与输入轴连接，输出轴与配重连接；

第一制动器、一挡离合器分别安装在输入轴两端，四挡离合器安装在输入轴中部，三挡主动齿轮安装在第一制动器、四挡离合器之间的输入轴上，四挡主动齿轮安装在四挡离合器的套轴上，一挡主动齿轮安装在一挡离合器的套轴上；

输出齿轮安装在输出轴上，输出齿轮通过安装在第一副轴一端的第一中间齿轮驱动第一副轴，第一副轴的另一端安装有第二制动器；三挡离合器安装在第一中间齿轮内侧的第一副轴上，三挡从动齿轮安装在三挡离合器的套轴上；二挡、四挡、一挡从动齿轮依次安装在三挡从动齿轮、第二制动器之间的第一副轴上；

三挡从动齿轮通过安装在第二副轴一端的第二中间齿轮驱动第二副轴，二挡离合器安装在第二副轴另一端，二挡主动齿轮安装在二挡离合器的套轴上。

4、根据权利要求1所述的配重功率可调式节能电梯，其特征在于：所述液动控制系统包括液压泵、压力控制阀、电磁换向阀，所述液压泵与压力控制阀管路连接，多个电磁换向阀与压力控制阀、换挡执行机构管路连接，多个电磁换向阀与微机控制系统分别信号连接。

5、根据权利要求4所述的配重功率可调式节能电梯，其特征在于：所述微机控制系统包括单片机、信号接口电路、驱动放大电路，所述单片机的控制单元通过各个信号接口电路与电梯控制器、传感器、控制开关分别信号连接，通过各个驱动电路分别与各个电磁换向阀分别信号连接。

6、根据权利要求5所述的配重功率可调式节能电梯，其特征在于：所述传感器包括轿箱重量传感器、轿箱速度传感器、轿箱加速度传感器。

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