CN202729518U - 磁悬浮电梯导向系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种磁悬浮电梯导向系统，其特征在于，包括：平行地设置的、设置有多个永磁铁的两根T型导轨；具有轿厢框架的电梯轿厢，上述轿厢框架位于上述T型导轨之间；多个E型导靴，其分别设置于上述电梯轿厢的上述轿厢框架的顶部和底部，并且设置有多个永磁铁和多个电磁铁；多个位移传感器，其设置于上述E型导靴，用于检测上述E型导靴与上述T型导轨之间的气隙；和控制单元，其对在设置于上述E型导靴的上述多个电磁铁的线圈中流通的电流进行控制，其中，在电梯运行的状态下，控制单元控制上述电流的大小，以便在上述T型导轨与上述E型导靴之间产生足够的斥力，使二者成为无接触式悬浮状态。

Description

磁悬浮电梯导向系统

技术领域

本实用新型涉及一种电梯导向系统，特别是涉及通过磁悬浮方式进行支承的磁悬浮电梯导向系统。

背景技术

随着高层建筑物中电梯运行的高速化，提高电梯乘坐的舒适性、降低运行噪音成为重要的研究课题。通常，电梯是由曳引机驱动轿厢，利用钢缆牵引进行上下运行的，电梯导向系统确保了轿厢和对重在井道内能够沿着导轨做升降运动。电梯导向系统通常包括平行配置的两根导轨和以滚动或滑动的方式在导轨上移动的多个导靴。在能够高速运行的电梯中，导靴通常由滚轮和弹簧悬挂形成，由此能够吸收振动以保障一定的舒适性。但是，随着电梯的额定速度不断提高，由于导轨变形、表面凹凸不平等因素引起的振动问题变得非常突出。这种接触式导靴将振动传递给轿厢，因此电梯的乘坐舒适性不能得到充分的保障。

目前，通过磁力的作用来实现导靴与导轨之间无接触悬浮状态的磁悬浮电梯导向系统正引起人们的关注。由于电梯运行时导靴与导轨之间为无接触悬浮状态，因此不存在摩擦阻力，无需进行润滑处理，并且能够延长电梯的使用寿命。而且，还可以用粗机加的导轨来代替精加工的导轨，因此能够降低制造、安装和维护的费用，从而进一步降低成本。此外，磁悬浮电梯导向系统能够通过改变导靴的机械属性即导靴的刚度和阻尼，来有效地抑制外界的干扰和系统的振动，从而提高电梯乘坐的舒适度。

在专利文献1～3中提出了一种磁悬浮电梯导向系统的方案，其中，通过在导靴上设置电磁铁，使得在电磁铁与设置在导轨上的永磁铁之间产生充分的吸引力，对轿厢进行悬浮支承。但是，这种技术方案的缺陷在于，为了提供足够的承载力，必须向电磁铁供给很大的电流，因此系统的耗电量很大，不利于降低使用成本。

为了解决上述问题，专利文献4提出了下述技术方案：在导靴上设置电磁铁和永磁铁，由于设置在导靴上的永磁铁与导轨之间也产生较大的吸引力来支承轿厢，因此无需向电磁铁供给很大的电流，能够降低系统的耗电量。但是，在电梯轿厢受到较大的侧向力或侧向扰动时，仍然需要向在气隙增大一侧设置的电磁铁供给很大的电流才能够避免导靴和导轨的接触。

此外，上述两种技术方案都采用以吸引力支承轿厢的方式，由于永磁铁或不对线圈电流进行主动控制的电磁铁和导轨之间的吸力大小和气隙大小成反比关系(气隙越小，吸力越大，反之亦然)，吸引力所产生的刚度为负刚度，因此需要进行控制引入正刚度来抵消负刚度，并且还要进一步提供正刚度使导靴稳定地悬浮在导轨上。由于正刚度的一部分用来抵消负刚度，因此对起到支承作用的正刚度的大小造成浪费，而且要求控制系统具有很高的精度，增加了设备的复杂性，导致成本升高。

现有专利文献

专利文献1：US5368132A

专利文献2：US5379864A

专利文献3：US5439075A

专利文献4：US6408987B2

实用新型内容

本实用新型是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种磁悬浮电梯导向系统，通过控制导靴和导轨之间的斥力的大小，来改善电梯运行的稳定性，并且能够降低系统的耗电量，从而降低成本。

本实用新型涉及的磁悬浮电梯导向系统，其特征在于，包括：平行地设置的、设置有多个永磁铁的两根T型导轨；具有轿厢框架的电梯轿厢，上述轿厢框架位于上述T型导轨之间；多个E型导靴，其分别设置于上述电梯轿厢的上述轿厢框架的顶部和底部，并且设置有多个永磁铁和多个电磁铁；多个位移传感器，其设置于上述E型导靴，用于检测上述E型导靴与上述T型导轨之间的气隙；和控制单元，其对在设置于上述E型导靴的上述多个电磁铁的线圈中流通的电流进行控制，其中，在电梯运行的状态下，控制单元控制上述电流的大小，以便在上述T型导轨与上述E型导靴之间产生足够的斥力，使二者成为无接触式悬浮状态。

在本实用新型的一个实施方式中，上述T型导轨包括：在铅直方向上延伸的基部；和与上述基部垂直的、在水平方向上伸出的突出部，在上述突出部的与上述基部相反的一侧的端部，设置有上述永磁铁，并且在上述突出部的靠近上述端部的上下侧表面，以同极相对的方式分别设置有上述永磁铁。

在本实用新型的一个实施方式中，上述E型导靴包括：在铅直方向上延伸的基部；和第一水平臂部，其从上述基部的大致中央位置，沿着水平方向伸出，在电梯运行的状态下，上述第一水平臂部的端部以与上述T型导轨的上述突出部的上述端部隔开一定间隔的方式相对。

在本实用新型的一个实施方式中，在上述E型导靴，上述基部包括第一竖直臂部和第二竖直臂部，该第一竖直臂部和第二竖直臂部分别从上述第一水平臂部的与上述端部相反的另一侧的端部起分别向上下方向延伸而形成，上述E型导靴还包括第三竖直臂部和第四竖直臂部，该第三竖直臂部和第四竖直臂部分别与上述第一竖直臂部和上述第二竖直臂部平行地设置，并且将上述T型导轨的上述突出部夹在中间，在上述第一竖直臂部和上述第三竖直臂部之间设置有将二者连接的与上述第一水平臂部平行的第二水平臂部，并且，在上述第二竖直臂部和上述第四竖直臂部之间设置有将二者连接的与第一水平臂部平行的第三水平臂部，在电梯运行的状态下，上述第三竖直臂部和上述第四竖直臂部各自的端部，分别与上述T型导轨的上述突出部的靠近上述端部的上述侧表面隔开一定间隔地相对。

在本实用新型的一个实施方式中，在上述E型导靴，在上述第一水平臂部的与上述T型导轨的上述突出部的上述端部相对的上述端部设置有上述永磁铁，上述永磁铁以与在上述T型导轨的上述突出部的上述端部设置的上述永磁铁同极相对的方式设置，在上述第三竖直臂部和上述第四竖直臂部各自的上述端部分别设置有永磁铁，该永磁铁以分别与在上述T型导轨的上述突出部的靠近上述端部的上述侧表面设置的上述永磁铁同极相对的方式设置，并且，在上述第一竖直臂部和上述第二竖直臂部分别设置有电磁铁，在上述第三竖直臂部和上述第四竖直臂部分别设置有电磁铁。

在本实用新型的一个实施方式中，在上述轿厢框架的外部的上下方向上的四个角部，以与上述T型导轨相互相对的方式各设置有1个上述E型导靴，在每个上述E型导靴设置有两个上述位移传感器。

在本实用新型的一个实施方式中，上述控制单元包括信号调理模块、A/D采样模块、DSP模块、D/A转换模块和电流放大模块，其中，上述信号调理模块接收设置在上述E型导靴的上述位移传感器的位移信号，通过上述信号调理模块进行调整后，经上述A/D采样模块采集后输入到上述DSP模块，在上述DSP模块中进行规定的运算，使计算结果通过上述D/A转换模块进行数字-模拟转换后输出到上述电流放大模块，利用上述电流放大模块将电流放大后输出到设置在上述E型导靴的上述电磁铁的线圈中。

实用新型效果

根据本实用新型的上述结构，通过控制E型导靴和T型导轨之间的磁场产生的斥力的大小，能够产生足够的承载力，来维持E型导靴和T型导轨之间的气隙大小不变，由此能够改善电梯运行的稳定性，提高舒适度。此外，由于分别设置在E型导靴和T型导轨的永磁铁以同极相对的方式设置，并且电磁铁在线圈通电后所产生的磁场分别与永磁铁所产生的磁场叠加，因此，即使进一步减弱由电磁铁产生的磁场强度也能够使E型导靴获得充分且稳定的支承力，由此，能够降低向电磁铁的线圈供给的电流的大小，从而实现降低功耗的效果。

附图说明

图1是表示本实用新型实施方式的磁悬浮电梯导向系统中T型导轨和E型导靴的结构的截面图。

图2是表示本实用新型实施方式的磁悬浮电梯导向系统的整体结构的示意图。

图3是表示本实用新型实施方式的磁悬浮电梯导向系统中E型导靴的结构的立体图。

图4是表示本实用新型实施方式的磁悬浮电梯导向系统中成对设置的T型导轨和E型导靴的结构的截面图。

图5是表示本实用新型实施方式的磁悬浮电梯导向系统的6自由度控制方法的各步骤的流程图。

图6是表示本实用新型实施方式的用于实现控制方法的模块框图。

图7是表示本实用新型实施方式的磁悬浮电梯导向系统的控制单元中的信号调理模块的电路图。

图8是表示本实用新型实施方式的磁悬浮电梯导向系统的控制单元中的电流放大模块的电路图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本实用新型的实施方式进行详细的描述。

参照图1和图2，本实用新型涉及的磁悬浮电梯导向系统，包括：具有轿厢框架21的电梯轿厢；平行地设置的、设置有多个永磁铁的两根T型导轨1；分别设置于电梯轿厢的轿厢框架21的顶部和底部的、设置有多个永磁铁和多个电磁铁的E型导靴2；设置于E型导靴2上的用于检测E型导靴2与T型导轨1之间的气隙的位移传感器18、19；和对在设置于E型导靴2的多个电磁铁的线圈中流通的电流进行控制的控制单元。更具体而言，参照图2，轿厢框架21位于两根平行配置的T型导轨1之间，在轿厢框架21的外部的上下方向上的四个角部，以与T型导轨1相互相对的方式各设置有1个E型导靴2，并且，在每个E型导靴2安装有两个位移传感器18、19。

T型导轨1由导磁材料(镇静钢)制成，其纵截面大致呈T字形状。T型导轨1包括：在铅直方向上延伸的基部1-1；和与该基部1-1垂直的、在水平方向上伸出的突出部1-2，如图1所示，突出部1-2的靠近基部1-1的部分尺寸较小，其相反侧的部分尺寸较大，但是并不限定于此，突出部1-2也可以为相同的尺寸。如图1所示，在T型导轨1的突出部1-2的与基部1-1相反的一侧的端部7，设置有永磁铁15。在T型导轨1的突出部1-2的靠近端部7的上下侧表面5、6，以同极相对的方式分别设置有永磁铁11、13。另外，永磁铁11、13、15都不会从T型导轨1的表面突出。

E型导靴2主体为采用硅钢片叠层而得到的铁芯制成，其安装于电梯轿厢的轿厢框架21的与T型导轨1相对的角部，纵截面大致呈E字形状，与T型导轨1相对地设置。具体而言，E型导靴2包括：在铅直方向上延伸的基部2-1；和从该基部2-1的大致中央位置，沿着水平方向伸出的水平臂部2-2(第一水平臂部)，该水平臂部2-2的端部10以与T型导轨1的突出部1-2的端部7隔开一定间隔(1～5mm)的方式相对，E型导靴2的基部2-1包括第一竖直臂部2-3和第二竖直臂部2-4，该第一竖直臂部2-3和第二竖直臂部2-4分别从水平臂部2-2的与端部10相反的另一侧的端部起分别向上下方向、即图中的y方向和-y方向延伸而形成。此外，E型导靴2中还包括第三竖直臂部2-7和第四竖直臂部2-8，该第三竖直臂部2-7和第四竖直臂部2-8分别与第一竖直臂部2-3和第二竖直臂部2-4平行地设置，并且将T型导轨1的突出部1-2夹在中间。在第一竖直臂部2-3和第三竖直臂部2-7之间设置有将二者连接的与水平臂部2-2平行的水平臂部2-5(第二水平臂部)，同样，在第二竖直臂部2-4和第四竖直臂部2-8之间设置有将二者连接的与水平臂部2-2平行的水平臂部2-6(第三水平臂部)。第三竖直臂部2-7和第四竖直臂部2-8各自的端部8和9分别与T型导轨1的突出部1-2的靠近端部的侧表面5、6隔开一定间隔地(1～5mm)相对。

在E型导靴2，在水平臂部2-2的端部10设置有永磁铁16，该永磁铁16以与设置于T型导轨1的突出部1-2的端部7的永磁铁15同极相对的方式设置。在第三竖直臂部2-7和第四竖直臂部2-8各自的端部8和9分别设置有永磁铁12、14，该永磁铁12、14以分别与设置在T型导轨1的突出部1-2的侧表面5、6的永磁铁11、13同极相对的方式设置。此外，在第一竖直臂部2-3和第二竖直臂部2-4分别设置有电磁铁3_2、4_2，在第三竖直臂部2-7和第四竖直臂部2-8分别设置有电磁铁3_1、4_1，该电磁铁3_1、4_1以分别位于永磁铁12、14的下方且与永磁铁12、14隔开一定间隔(1～5mm)的方式设置。

由于E型导靴2由铁芯构成，因此通过如上所述那样在铁芯上设置线圈，就能够构成电磁铁3_1、3_2和4_1、4_2。每个线圈的匝数范围为50～200匝。其中，线圈31、32串联地构成一组线圈，通电后所产生的磁场与永磁铁12、16的磁场叠加，叠加后的磁场方向如图1中的回路1所示。同样，线圈4_1、4_2串联地构成一组线圈，通电后所产生的磁场与永磁铁14、16的磁场叠加，叠加后的磁场方向如图1中的回路2所示。

另外，在本实施方式中，上述永磁铁的厚度范围为0.5mm～5mm，永磁铁采用钕铁硼永磁铁，充磁强度大于1特斯拉。

根据本实用新型的上述结构，在T型导轨1的突出部1-2的端部8和靠近端部8的侧表面5、6各设置有永磁铁15、11、13，同时，在E型导靴2的分别与突出部1-2的端部8和上述侧表面5、6相对的水平臂部2-2的端部10、第三竖直臂部2-7和第四竖直臂部2-8的端部8、9各设置有永磁铁16、12、14，并且，在E型导靴2以磁场方向分别形成为图1所示的回路1和回路2的方式设置电磁铁3_1、3_2、4_1、4_2，由此，能够为E型导靴2提供足够大的偏置支承力。具体而言，对于某个E型导靴2，电磁铁31、32的线圈通电后所产生的磁场与永磁铁11、12产生的磁场一起在端部(以下，也称为磁极)8产生使该E型导靴2远离T型导轨1的斥力，方向为y方向；电磁铁41、42的线圈通电后所产生的磁场与永磁铁13、14的磁场一起在端部(以下，也称为磁极)9产生使E型导靴2远离T型导轨1的斥力，方向为-y方向。因此，在受控的电磁力的作用下，能够实现y方向上的平衡。另一方面，电磁铁3_1、3_2、4_1、4_2的线圈通电后所产生的磁场，还与永磁铁15、16之间产生的磁场一起作用来产生使E型导靴2远离T型导轨1的斥力，方向为x方向。此外，如图2所示，E型导靴A和E型导靴B是一对相对的导靴，E型导靴C和E型导靴D是一对相对的导靴，在本实用新型中，相对的导靴之间具有如图4所示的配置关系，即，每一对相对的导靴在x方向上受到的斥力是相反的，因此在受控的电磁铁的作用下，能够实现x方向上的平衡。

永磁铁产生的磁场是恒定的，而电磁铁产生的磁场强度是由流通在线圈中的电流控制的，因此，通过控制电流的大小来控制电磁铁产生的磁场的强度，能够进一步控制在E型导靴2与T型导轨1之间产生的作用力，使E型导靴2与T型导轨1之间的气隙保持恒定，实现非接触式支承。另外，由于在T型导轨1设置了永磁铁15、11、13，并且该永磁铁15、11、13是以与设置于E型导靴2的永磁铁16、12、14同极相对的方式设置的，因此，与现有技术相比，即使进一步减弱由电磁铁产生的磁场强度也能够使E型导靴2获得充分且稳定的支承力，由此，能够降低向电磁铁3_1、3_2、4_1、4_2的线圈供给的电流的大小，从而实现降低功耗的效果。

图3为表示本实用新型实施方式的E型导靴2的实际安装结构的立体图。卷绕有由电磁铁3_1、3_2的线圈串联地构成的线圈I、和由电磁铁4_1、4_2的线圈串联地构成的线圈II的铁芯(E型导靴)内置在壳体22中，在壳体22的上部设置有用于检测x方向位移的传感器19和用于检测y方向位移的传感器18。这里，将四个E型导靴A、B、C、D(参见图2)上的位移传感器依次定义为A-I、A-II、B-I、B-II、C-I、C-II、D-I、D-II，将设置于四个E型导靴A、B、C、D的每一个的、由电磁铁3_1、3_2的线圈构成的线圈I和由电磁铁4_1、4_2的线圈构成的线圈II分别定义为A-1、A-2、B-1、B-2、C-1、C-2、D-1、D-2。另外，在本实用新型中，用于检测气隙的位移传感器可以采用电感式传感器或电涡流式传感器，由于在导轨1上设置了永磁铁，因此也可以采用霍尔传感器。

在电磁铁3_1、3_2和4_1、4_2的线圈中流通的电流是受到控制单元调整的电流，控制单元根据设置于E型导靴2的位移传感器18、19检测到的T型导轨1与E型导轨2之间的气隙大小的变化，来实时地调整电流的大小。以一个E型导轨2为例进行说明，当E型导轨2的磁极(端部)8与T型导轨1之间的气隙减小时，或者，当E型导轨2的磁极(端部)9与T型导轨1之间的气隙增大时，控制单元进行控制来增大电磁铁3_1、3_2的线圈中流通的电流，同时减小电磁铁4_1、4_2的线圈中流通的电流。另一方面，当E型导轨2的磁极(端部)8与T型导轨1之间的气隙增大时，或者，当E型导轨2的磁极(端部)9与T型导轨1之间的气隙减小时，控制单元进行控制来增大电磁铁4_1、4_2的线圈中流通的电流，同时减小电磁铁3_1、3_2的线圈中流通的电流。此外，当E型导轨2的磁极(端部)10与T型导轨1之间的气隙减小时，控制单元进行控制来同时增大电磁铁3_1、3_2和4_1、4_2的线圈中流通的电流。当E型导轨2的磁极(端部)10与T型导轨1之间的气隙增大时，控制单元进行控制来同时减小电磁铁3_1、3_2和4_1、4_2的线圈中流通的电流。其中，计算电流的增大量和减小量的具体值由图5所示的算法给出。

图5是表示本实用新型实施方式涉及的6自由度控制方法的各步骤的图。图6是表示本实用新型实施方式涉及的用于实现控制方法的模块框图。如图5、图6所示，由位移传感器18、19取得的信号，通过信号调理模块进行调整后，经A/D采样模块采集后输入到DSP(数字信号处理器)模块，在DSP模块中进行规定的运算，使计算结果通过D/A转换模块进行数字-模拟转换后输出到电流放大模块，利用电流放大模块将电流放大后输出到电磁铁3_1、3_2和4_1、4_2的线圈中。

另外，对上述模块进一步说明，A/D采样模块可以内置于DSP模块，D/A转换模块可以采用AD5344，DSP模块可以采用型号为TMS320F28335的芯片。

下面，结合图5，对本实用新型实施方式涉及的自由度控制方法的各步骤进行具体的说明。

现有技术中，由于E型导靴A、B、C、D分别在y方向上产生悬浮控制，因此对于轿厢框架，会在x-z平面上产生超定控制。针对这一问题，本实用新型采用了如图5所示的6自由度控制方法，即进一步引入了x-z平面的扭曲自由度控制。

具体而言，如图5所示，通过位移传感器A-I、B-I以差动方式测量出轿厢框架21的顶部沿着x轴的位移量(与后述的x_a对应)，通过位移传感器C-I、D-I以差动方式测量出轿厢框架21的底部沿着x轴的位移量(与后述的x_c对应)，通过位移传感器A-II、B-II、C-II、D-II分别测量出轿厢框架21的四个角部的沿着y方向的位移量(与后述的y_a、y_b、y_c、y_d对应)。

由位移传感器A-I、B-I、C-I、D-I、A-II、B-II、C-II、D-II测量出的位移信号，分别进行信号调理(提供相应的偏置量并进行放大)和A/D采样处理后，进一步对其中分别与x方向上的位移量x_a和位移量x_c对应的信号进行放大处理，然后和与通过上述采样处理得到的沿着y方向的位移量y_a、y_b、y_c、y_d对应的信号一起进行坐标变换I。

坐标变换I按照如下方程式进行：

(Δx_a，Δx_c，Δy_a，Δy_b，Δy_c，Δy_d)T＝(x_a，x_c，y_a-y_a0，y_b-y_b0，y_c-y_c0，y_d-y_d0)^T

其中，Δx_a、Δx_c、Δy_a、Δy_b、Δy_c、Δy_d分别表示位移量x_a、x_c、y_a、y_b、y_c、y_d的变化量；y_a0、y_b0、y_c0、y_d0分别表示轿厢框架21的四个角部即左上角、右上角、左下角、右下角处于平衡位置时位移传感器A、B、C、D在y方向上的测量值，上述平衡位置表示T型导轨1与E型导靴之间的在y方向上的两面气隙相等的位置。

如图5所示，位移量x_a、x_c、y_a、y_b、y_c、y_d进行坐标变换I处理后，得到变量Δx_a、Δx_c、Δy_a、Δy_b、Δy_c、Δy_d，并进一步进行坐标变换II。

坐标变换II按照如下方程进行：

$\mathrm{\Δy}=\frac{\mathrm{\Δ}{y}_a+\mathrm{\Δ}{y}_b+\mathrm{\Δ}{y}_c+\mathrm{\Δ}{y}_d}{4}$

$\mathrm{\Δx}=\frac{\mathrm{\Δ}{x}_a+\mathrm{\Δ}{x}_c}{2}$

$\mathrm{\Δ\θ}=\frac{\mathrm{\Δ}{x}_a-\mathrm{\Δ}{x}_c}{l_z}$

$\mathrm{\Δ\ξ}=\frac{-\mathrm{\Δ}{y}_a-\mathrm{\Δ}{y}_b+\mathrm{\Δ}{y}_c+\mathrm{\Δ}{y}_d}{2l_z}$

$\mathrm{\Δ\ψ}=\frac{-\mathrm{\Δ}{y}_a+\mathrm{\Δ}{y}_b-\mathrm{\Δ}{y}_c+\mathrm{\Δ}{y}_d}{2l_x}$

其中，Δy表示轿厢框架21的几何中心在y轴上的位移；Δx表示轿厢框架21的几何中心在x轴上的位移；Δθ表示轿厢框架21的沿着y轴的转动角度；Δξ表示轿厢框架21的沿着x轴的转动角度；Δψ表示轿厢框架21的沿着z轴的转动角度；

表示轿厢框架21在x-z平面内扭曲的程度；l_z表示E型导靴A、C之间的距离；l_x表示E型导靴A、B之间的距离。

进一步，对如上所述得到的变量Δx_a、Δx_c、Δy_a、Δy_b、Δy_c、Δy_d进行反馈规律处理(反馈控制)。反馈规律采用6自由度(参数)分散控制方法，即根据Δy计算出Δi_y，根据Δx计算出Δi_x，根据Δθ计算出Δi_θ，根据Δξ计算出Δi_ξ，根据Δψ计算出Δi_ψ，根据

计算出

每一自由度按下述的PID(比例积分微分控制)算法进行：

$u=-K_p[e+\frac{1}{T_i}\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{edt}+T_d\frac{\mathrm{de}}{\mathrm{dt}}]$

其中，u对应于Δi_y、Δi_x、Δi_θ、Δi_ξ、Δi_ψ、e对应于Δy、Δx、Δθ、Δξ、Δψ、K_p为比例系数，其作用是提高响应速度，当轿厢受到扰动时能够快速调整悬浮位置，T_i为积分系数，能够消除系统静态误差，使轿厢精确悬浮在给定位置，T_d为微分系数，用于减小超调量，减小轿厢受到扰动时的振动量，当所有物理量都采用标准单位时，其初始值可分别设置为经验值14142、1608和18.18，然后采用公知的工程整定方法进行整定。

进一步对所得到的变量Δi_y、Δi_x、Δi_θ、Δi_ξ、Δi_ψ、

进行坐标变换III，由此得到电流变化量Δi_a1、Δi_a2、Δi_b1、Δi_b2、Δi_c1、Δi_c2、Δi_d1、Δi_d2。

坐标变换III按照如下方程进行：

因为有永磁铁提供偏置磁场，所以能够提供以下两种控制方式：

第一种方式：采用偏置电流i₀，将电流控制量i₀+Δi_a1、i₀+Δi_a2、i₀+Δi_b1、i₀+Δi_b2、i₀+Δi_c1、i₀+Δi_c2、i₀+Δi_d1、i₀+Δi_d2分别输出到A-1、A-2、B-1、B-2、C-1、C-2、D-1、D-2这8组线圈中，如果i₀+Δi_a1、i₀+Δi_a2、i₀+Δi_b1、i₀+Δi_b2、i₀+Δi_c1、i₀+Δi_c2、i₀+Δi_d1、i₀+Δi_d2中有小于或等于零的量，则相应地不向线圈不输出电流。当Δi_a1、Δi_a2、Δi_b1、Δi_b2、Δi_c1、Δi_c2、Δi_d1、Δi_d2的计算结果为正时，相应地线圈的电流增大，斥力增大，当Δi_a1、Δi_a2、Δi_b1、Δi_b2、Δi_c1、Δi_c2、Δi_d1、Δi_d2的计算结果为负时，相应地线圈的电流减小，斥力减小(例如，Δi_a1为负，则电流i₀+Δi_a1的值就比i₀减小，斥力就相应减小)。

第二种方式：不采用偏置电流，而直接将电流变化量Δi_a1、Δi_a2、Δi_b1、Δi_b2、Δi_c1、Δi_c2、Δi_d1、Δi_d2分别输出到对应的A-1、A-2、B-1、B-2、C-1、C-2、D-1、D-2这8组线圈中，如果电流变化量Δi_a1、Δi_a2、Δi_b1、Δi_b2、Δi_c1、Δi_c2、Δi_d1、Δi_d2中有小于或等于零的量，则相应的线圈不输出电流。

在现有技术(参见专利文献4)中，将轿厢框架作为一个整体，针对轿厢框架进行关于5个自由度的控制，5个自由度分别为沿着x轴平动的自由度Δx、沿着y轴平动的自由度Δy、绕x轴转动的自由度Δθ、绕y轴转动的自由度Δξ和绕z轴转动的自由度Δψ，即控制除了沿着z轴平动(电梯上下运行的自由度)以外的所有自由度。但是，将轿厢框架作为一个整体的技术方案忽略了轿厢框架的变形，在轿厢框架变形较大的情况下，如果仅以上述的5个自由度为参数进行控制，则可能导致悬浮失效。在本实用新型中，控制单元引入了反映轿厢框架变形的变量

其物理意义是四个E型导靴所在平面的扭曲量(变形量)。通过以6个自由度为参数来计算电流变化量，能够对流通各个线圈的电流大小进行实时控制，能够更真实地反映轿厢框架的物理规律，使得控制更加稳定。从而，控制单元通过采集E型导靴2和T型导轨1之间的位移信号，对输出到设置于各E型导靴2的电磁铁的线圈中的电流大小进行控制，由此，控制E型导靴2和T型导轨1之间的斥力的大小，产生足够的承载力，来维持E型导靴2和T型导轨1之间的气隙大小不变，从而实现对电梯的轿厢框架的支承导向作用。

图7是表示本实用新型实施方式涉及的信号调理模块的电路图。图8是表示本实用新型实施方式涉及的电流放大模块的电路。

如图7所示，来自位移传感器的信号经过电阻R1，系统提供的偏置信号经过电阻R3，二者合流后经过可变电阻R4和运算放大器U1，通过调整可变电阻R4的电阻值，能够对信号的放大倍数进行调整。此外，在图7中，“U_offset”为可变的电压信号，能够通过电阻R2和运算放大器U1调整相对于来自位移传感器的信号的偏置量。

电流放大模块的电路实现方案如图8所示，输入信号经过电阻R5输入到运算放大器U2的反相输入端(“-”输入端)，经过运算放大器U2作用于三级管Q1的输入端，在三极管Q1的输出端，通过电阻R7对线圈电流进行采样，使采样结果经过电阻R9、R10反馈到运算放大器U2的同相输入端(“+”输入端)，以提高响应速度。另外，将电阻R7的采样结果经过电阻R8、R6反馈到运算放大器U2的反相输入端，进行控制以使电流稳定，C1用于消除电流振荡。

虽然以上结合附图和实施例对本实用新型进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本实用新型。本领域技术人员在不偏离本实用新型的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本实用新型进行变形和变化，这些变形和变化均落入本实用新型的范围内。

Claims (7)

1.一种磁悬浮电梯导向系统，其特征在于，包括：

平行地设置的、设置有多个永磁铁的两根T型导轨；

具有轿厢框架的电梯轿厢，所述轿厢框架位于所述T型导轨之间；

多个E型导靴，其分别设置于所述电梯轿厢的所述轿厢框架的顶部和底部，并且设置有多个永磁铁和多个电磁铁；

多个位移传感器，其设置于所述E型导靴，用于检测所述E型导靴与所述T型导轨之间的气隙；和

控制单元，其对在设置于所述E型导靴的所述多个电磁铁的线圈中流通的电流进行控制，其中，

在电梯运行的状态下，控制单元控制所述电流的大小，以便在所述T型导轨与所述E型导靴之间产生足够的斥力，使二者成为无接触式悬浮状态。

2.如权利要求1所述的磁悬浮电梯导向系统，其特征在于：

所述T型导轨包括：

在铅直方向上延伸的基部；和

与所述基部垂直的、在水平方向上伸出的突出部，

在所述突出部的与所述基部相反的一侧的端部，设置有所述永磁铁，并且在所述突出部的靠近所述端部的上下侧表面，以同极相对的方式分别设置有所述永磁铁。

3.如权利要求2所述的磁悬浮电梯导向系统，其特征在于：

所述E型导靴包括：

在铅直方向上延伸的基部；和

第一水平臂部，其从所述基部的大致中央位置，沿着水平方向伸出，

在电梯运行的状态下，所述第一水平臂部的端部以与所述T型导轨的所述突出部的所述端部隔开一定间隔的方式相对。

4.如权利要求3所述的磁悬浮电梯导向系统，其特征在于：

在所述E型导靴，所述基部包括第一竖直臂部和第二竖直臂部，该第一竖直臂部和第二竖直臂部分别从所述第一水平臂部的与所述端部相反的另一侧的端部起分别向上下方向延伸而形成，

所述E型导靴还包括第三竖直臂部和第四竖直臂部，该第三竖直臂部和第四竖直臂部分别与所述第一竖直臂部和所述第二竖直臂部平行地设置，并且将所述T型导轨的所述突出部夹在中间，在所述第一竖直臂部和所述第三竖直臂部之间设置有将二者连接的与所述第一水平臂部平行的第二水平臂部，并且，在所述第二竖直臂部和所述第四竖直臂部之间设置有将二者连接的与第一水平臂部平行的第三水平臂部，

在电梯运行的状态下，所述第三竖直臂部和所述第四竖直臂部各自的端部，分别与所述T型导轨的所述突出部的靠近所述端部的所述侧表面隔开一定间隔地相对。

5.如权利要求4所述的磁悬浮电梯导向系统，其特征在于：

在所述E型导靴，在所述第一水平臂部的与所述T型导轨的所述突出部的所述端部相对的所述端部设置有所述永磁铁，所述永磁铁以与在所述T型导轨的所述突出部的所述端部设置的所述永磁铁同极相对的方式设置，在所述第三竖直臂部和所述第四竖直臂部各自的所述端部分别设置有永磁铁，该永磁铁以分别与在所述T型导轨的所述突出部的靠近所述端部的所述侧表面设置的所述永磁铁同极相对的方式设置，并且，在所述第一竖直臂部和所述第二竖直臂部分别设置有电磁铁，在所述第三竖直臂部和所述第四竖直臂部分别设置有电磁铁。

6.如权利要求5所述的磁悬浮电梯导向系统，其特征在于：

在所述轿厢框架的外部的上下方向上的四个角部，以与所述T型导轨相互相对的方式各设置有1个所述E型导靴，在每个所述E型导靴设置有两个所述位移传感器。

7.如权利要求1～6中任一项所述的磁悬浮电梯导向系统，其特征在于：

所述控制单元包括信号调理模块、A/D采样模块、DSP模块、D/A转换模块和电流放大模块，

其中，所述信号调理模块接收设置在所述E型导靴的所述位移传感器的位移信号，通过所述信号调理模块进行调整后，经所述A/D采样模块采集后输入到所述DSP模块，在所述DSP模块中进行规定的运算，使计算结果通过所述D/A转换模块进行数字-模拟转换后输出到所述电流放大模块，利用所述电流放大模块将电流放大后输出到设置在所述E型导靴的所述电磁铁的线圈中。

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