CN2729025Y - 直流直线电机驱动式电梯轿门装置 - Google Patents

Abstract

直流直线电机驱动式电梯轿门装置，采用动铁型直流直线电机作为电梯轿厢门机的直接驱动动力源，简化了门机的机械系统。与旋转式变频门机和感应式变频门机相比，制造较为简单，控制系统亦较为简单。由于采用低压直流电，使得电梯门机装置更为安全、可靠和无噪音。还可引入磁悬浮技术，使本装置的性能更佳。

Description

直流直线电机驱动式电梯轿门装置

技术领域

本实用新型涉及电梯轿厢的自动门驱动装置，尤其是采用动铁型直流直线电机作驱动动力的电梯轿厢自动门装置，属电梯轿门驱动装置领域。

背景技术

由于必须满足电梯轿厢门的低速和可调速要求，长期以来，电梯轿厢自动门的驱动电机一直采用带电刷的旋转式直流电动机。它存在着如下明显的缺点：一是在低转速下的力矩特性不好，因而须让电动机工作在较高的转速下，采用齿轮或皮带轮等机械装置来降低门速。这些附加装置不仅占据了本来就狭窄的电梯轿厢顶部空间，增加了门控系统的重量，而且增加了机械运转部件的故障率和维护成本。二是发生堵转时电流较大，易烧坏电机及其附加的调速装置。三是电机的转子采用电刷供电，易发生打火、磨损和接触不良故障。

随着三相交流变频变压调速控制系统的推出，电梯轿厢自动门也开始采用三相交流旋转式电动机驱动。但因必须配备低频输出特性很好的、复杂的变频调速装置，使得这一系统的技术较为复杂，成本亦较高。

采用直线感应式电机驱动的电梯轿厢门省去了机械减速装置，减小了体积，减轻了门机装置的重量，抛弃了电刷和整流子，降低了故障率。例如美国奥蒂斯电梯公司在中国申请的、专利号为ZL96108227.5的授权专利——《电梯的直线电动机门装置》。但该专利公开的是采用直线感应式电动机(LIM)驱动的电梯轿厢门。而直线感应式电动机的初级线圈必须采用交流供电，它要实现低速和调速，就仍然必须采用低频和调频技术，就仍然必须配备低频输出特性很好的、复杂的交流变频变压调速系统，因而装置的电控系统依然较为复杂，制造成本亦较高。况且，直线感应式电动机在低频条件下会产生电磁震动和噪声，还会由于采用脉冲调频技术而产生大量谐波，这些问题又需要采用特殊手段才能加以解决。所以，例如同是美国奥蒂斯电梯公司在中国申请的专利，申请号为95103843的专利申请：《无噪声直线感应电机电梯舱门驱动系统》，以及专利号为ZL97114177.0的授权专利：《高性能直线感应电动机门操作器》，都是对其采用交流电的直线感应电动机所作的复杂的修正控制方法和技术手段。除了采用交流直线感应式电机(LIM)作为电梯的轿门(舱门)驱动电机外，查阅我国从一九八五年四月一日起到二零零四年一月十日止这期间的专利申请，均未见有采用直流直线电动机(LDM)作为电梯的轿门(舱门)驱动电机的专利申请公开。

本实用新型正是基于解决以上问题、填补设计空白而提出一种采用直流直线电机(LDM)、尤其是采用动铁型直流直线电机的电梯轿厢门驱动装置。它利用电梯控制系统中本身就配备的低压直流电源为驱动电源，将国内发明专利申请号为200410034563.9的、名称为《长行程动铁型直流直线电机》的主要设计方案应用于电梯的门电机，从而较为简单、有效地解决了电梯轿厢门的低速和可变速驱动控制问题。

实用新型内容

本实用新型是这样实现的：在轿厢第一门扇[10]或第二门扇[15]的上方水平地安装一套或者两扇轿门各装一套作为轿门驱动电机[8]的动铁型直流直线电机。所述轿门驱动电机[8]包括了直流直线电机的长绕线定子部件[1]和永磁动子部件[5]。所述长绕线定子部件[1]的整体呈长柱状，它至少包括铁磁材料内芯[2]、定子绕组[3]和定子护层[4]。事实上，电机的定子部件整体形状主要由铁磁材料内芯[2]所确定，其横断面可以是圆形、环形、矩形或者其它形状，例如还可以呈“C”形、或三角形、或“II”形等。定子绕组[3]绕制在铁磁材料内芯[2]的外面。它可以用带有抽头的一整段绕组构成，也可以用带有端部抽头的多个分段绕组紧密排列或相互搭接构成。各绕组的绕制导线抽头引出后，作为直线电动机的控制引线，交由直线电机的控制电路[30]来对其进行顺序步进式的电流大小、方向和通断的控制。所述永磁动子部件[5]至少由永久磁体[6]和动子固定件[9]组成，也可以加装用永磁或铁磁材料制作的动子副件[7]。永磁动子部件[5]的形状应与长绕线定子部件[1]相适应，优选套在长绕线定子部件[1]外面的圆管状或矩形管状结构，也可以是横断面呈“C”形、或三角形、或“II”形等结构。对管状结构的永磁动子来说，其内部永久磁体[6]的磁极形式，优选为从中心向外辐射状充磁，或采用多个磁体的组合形式，但令其内表面为一个磁极，外表面为另一个磁极。也可采用轴向充磁的管状结构永磁体。动子永磁体的磁极可以直接靠近、或者通过磁性材料间接地靠近长绕线定子部件[1]的表面，并可沿长绕线定子部件[1]的长轴方向运动。

为了控制所述的直流直线电动机，可通过与永磁动子部件[5]联动的运动部件(例如可以利用永磁动子部件[5]，或利用门扇[10]和[15]，或利用第一传动轮[23]、或第二传动轮[24]、或柔性传动体[25]等部件)，在其行程中的适当部位安装接触式行程开关或者非接触式的接近开关等传感元件[31]，以便向控制电路[30]提供动子部件[5]所处位置的信号，实现对直流直线电动机定子绕组[3]中的各分段绕组逐段地实施电流顺序步进式控制，进而对动子部件[5]的运动速度、运动方向实施控制。作为本实用新型的进一步设计，即对直流直线电动机、进而对电梯轿厢门精确的控制手段，还可以通过与永磁动子部件[5]联动的运动部件(例如可以利用永磁动子部件[5]，或利用门扇[10]和[15]，或利用第一传动轮[23]、或第二传动轮[24]、或柔性传动体[25]等部件)，安装一个光电式的、或旋转式的测速器或脉冲发生器[32]，以便向控制电路[30]提供动子部件[5]所处位置的精确信号或者运动速度信号，进而控制其输出开关元件的通或断，并对定子绕组[3]中的各分段绕组逐段实施电流大小、电流的顺序步进式控制，进而实现对电梯轿厢门[10]和[15]的精确控制。作为本实用新型的进一步设计，可以在适当的位置设置机械式或电磁式的阻尼、缓冲件[14]，以限制门扇[10]和[15]的运行速度和/或运行终端速度。作为本实用新型的进一步设计，可以在定子绕组[3]中的各分段线圈引线两端并联电阻器件，或通过开关器件间接地并联电阻器件。对于直线电机的动子来说，该电阻器件的接入可起到电磁阻尼作用。

采用直流直线电动机作为电梯轿厢门机的动力源后，磁悬浮的两种方案就有了充分利用的条件。第一种方案为“永磁吸引式”，方法可以是：在门头固定构架[16]上，沿开门方向的整个门扇行程中都水平地固定安装一套磁浮支承件[40]，它的下表面固定磁性材料衔铁[42]，磁性材料衔铁[42]的下表面为平面，或者其断面呈“∏”状。另外，通过固定在门扇上的连接件[20]，嵌有随门扇一同运动的随动永磁组件[43]。随动永磁组件[43]的磁极面向上，位置始终在磁性材料衔铁[42]的下方，而又靠近它的下表面，之间形成一个小的磁场间隙。这样，电梯门扇[10]就始终受到一个方向向上的、与其重力相当的永磁吸引力，门扇的大部分重力就会通过该吸引力而转移到磁浮支承件[40]上。当然，采用此方法时还必须有一个能够限制永磁组件[43]和磁性材料衔铁[42]之间的磁隙的装置，这可以通过门扇导向轮、导向轨来实现，也可直接利用直流直线电机的定子和动子的导向、限制作用来实现。

第二种方案为“永磁排斥式”，方法可以是：同如上所述的、水平固定在门头固定构架[16]上的磁浮支承件[40]的表面，嵌有两组具有平面磁极的、其磁极面朝上方倾斜的条状永磁组件[44]，而同如上所述的门扇连接件[20]上固定两组随动永磁组件[43]，其位置分别在两组条状永磁组件[44]的上方。随动永磁组件[43]的磁极面向下方倾斜，且始终靠近条状永磁组件[44]的磁极面。而随动永磁组件[43]和条状永磁组件[44]的两组相对磁极面的磁极极性相同。这样，由于随动永磁组件[43]在上，固定的条状永磁组件[44]在下，它们依靠趋向中间的排斥力而达到平衡，并依靠该排斥力，把门扇的大部分重力转移到磁浮支承件[40]上。同样，采用此法时也必须有一个能够限制随动永磁组件[43]和固定永磁组件[44]之间的磁隙的装置，这也可以通过门扇导向轮、导向轨来实现，还可以直接利用直流直线电机的定子和动子的导向、限制作用来实现。

本实用新型中的直流直线电机的设置，既可以在轿厢门的每个门扇上方各安装一套这种电机，也可以只在主动门扇上方安装一套。其中，需要供电的直流直线电机的长绕线定子部件[1]固定安装在门头的固定构架[16]上，不需供电的永磁动子部件[5]可直接地固定安装在门扇[10]上，也可以安装在可以间接地驱动门扇[10]和[15]的传动件上。甚至还可以把直流直线电机的长绕线定子部件[1]安装在轿厢第一门扇[10]的上部，而把同一套直流直线电机的永磁动子部件[5]安装在第二门扇[15]的上部。

本实用新型的有益效果是：1、制造较为简单，调速控制也比感应式直线电动机容易。2、无电刷、无机械减速系统，电机的动子可与轿门直接相连、直接驱动。3、采用直流电控制门机，比起采用交流电的感应式电机来说更为安全，并且无干扰、无噪音。4、与感应式直线电动机相比较，本实用新型的轿门驱动部件(动子)并不需要供电，因而无需随动电缆拖线。这对于频繁开和关的电梯轿门来说可完全杜绝因折断电缆而可能发生的故障。5、由于轿厢门采用了较为简单的无源动子来直接驱动，减少了门机的机械装置，使得在电梯的门机系统中采用低摩擦的磁悬浮技术成为可能。6、填补了直流直线电机应用于电梯门机驱动的空白。

附图说明

下面就本实用新型的结构要点进行说明。

附图1为本实用新型的电梯轿门装置的整体基本设计示意图。

附图2为驱动电梯轿门的直流直线电机纵剖面结构示意图。

附图3所示为本实用新型所采用的动铁型直流直线电机的纵剖面原理示意图。这一设计的基本结构和原理采用了本发明人的另一专利申请(名称为“长行程动铁型直流直线电机”，申请号为“200410034563.9”)，其动作原理不在此赘述，这里仅对构造特点作一说明。

附图3-1中，呈管状的永磁动子部件[5]套在长绕线定子部件[1]的外面，可沿其轴向(即纵剖方向)运动。永磁动子部件[5]中的永久磁体[6]其充磁方向是内表面一个磁极，外表面为另一个磁极。它可以由一个整体呈管状的磁体采用由内向外辐射状充磁构成，也可以由多个磁体组合而形成一个整体呈管状的磁体组合。其极性既可以是靠近绕线定子部件[1]的内表面为N极，外表面为S极，也可以是内表面为S极，外表面为N极。但当定子绕组通电后，动子的磁极极性将直接影响到永磁动子部件[5]的运动方向。图中的动子附件[7]可以是永磁体，也可以用高导磁率的软磁材料制成。图中标示的箭头方向，即为永磁体磁感应线的示意方向。它从永久磁体[6]的N极出发，经定子绕组[3]、定子铁芯[2]、再反向穿过定子绕组[3]，回到S极而构成闭合。本设计的要点是：若磁感应线穿过载流的某段定子绕组进入定子铁芯[2]，则应尽可能使得磁感应线在反向穿出时经过不载流的另一段定子绕组后才构成闭合。从理论上分析，这样的设计可获得较高的电机效率。

附图3-2为本实用新型所采用的动铁型直流直线电机的另一种结构原理示意图。与上述主要的不同之处仅在于呈管状的永磁动子部件[5]所含永磁体[6]为轴向充磁，即其两个端部各呈现一种磁极。为了让其磁感应线通过定子绕组[3]、定子铁芯[2]而构成闭合回路，磁体的两端分别加装了一个同样呈管状的、用软磁材料制成的动子附件[7]。

附图7为本实用新型的直流直线电机控制电路及其动作原理示意图一例，这是一种按分段绕组顺序步进式方式控制电机电流的方案。其原理简述如下：图中所示直流直线电机的永磁动子部件[5]中所含的永磁体[6]为管状结构，它套在定子部件[1]的外面，靠近定子绕组[3]的一面为N极，外面为S极。设开始时动子磁体[6]所处的位置在图中的最下部，假设这相当于轿门处在开门位置。此时行程开关K1和K2因受压而接通。当关门继电器J2吸合时，控制电流经电源正极V+，流经GX、J2，再经K1和K2、线圈串联电阻R11和R12进入线圈段L1和L2，再回到电源负极V-。于是在洛伦兹力作用下，动子永磁体[6]向图中上方向运动，这就使得轿门开始关门。运动中磁体[6]离开线圈段L1所处的位置，于是K1断开。接着磁体[6]运动到线圈段L3的位置而接通行程开关K3，则线圈段L3通过电流，使得永磁体[6]继续向图中的上方运动(即关门运动)，并以此原理运动到轿门完全关闭，最后因压到关门到位行程开关GX才断电，停止关门运动。同样，当开门继电器J1吸合时，永磁体向图中的下方向运动(此时轿门开启)。随着它的运动，行程开关也从K5到K1逐个被接通，线圈段从L5到L1也逐个被接通电流，使得永磁体[6]以此原理运动到轿门完全开启，最后因压到开门到位行程开关KX才断电，停止开门运动。

事实上，作为本实用新型的进一步设计，可采用非接触式行程开关来代替图7中的K1至K5。例如可以采用光电开关、接近开关，或采用旋转型脉冲发生器、数字式旋转编码器等精确的位置检测器，再通过控制电路[30]中的数控电路，最后可驱动一组有触点型继电器或无触点型固态继电器。这些继电器作为定子绕组中各分段线圈的控制元件，用以代替图7中K1至K5的各个接触式行程开关功能。采用数字技术和直流调压技术后，本实用新型中的轿厢门将可获得更柔和、更精确的控制。

实际定子绕组[3]中的分段绕组的数量可根据情况选择，其与开门宽度、电机功率、减速级数等因素有关。

图4-1为采用圆管状永磁动子的直流直线电机及其轿门装置的断面结构示意图。

图4-2为采用矩形管状永磁动子的直流直线电机及其轿门装置的断面结构示意图。

图5-1为采用圆管状永磁动子直流直线电机，并同时运用了永磁吸引式磁悬浮技术的轿门装置的断面结构示意图。

图5-2为采用矩形管状动子直流直线电机，并同时运用了永磁吸引式磁悬浮技术的轿门装置的断面结构示意图。

图6为采用矩形管状动子直流直线电机，并同时运用了永磁排斥式磁悬浮技术的轿门装置的断面结构示意图。

以上所述各附图所涉及到的零部件代号或元件代号说明如下：长绕线定子部件[1]；定子铁芯[2]；定子绕组[3]；定子护层[4]；永磁动子部件[5]；永久磁体[6]；动子副件[7]；轿门驱动电机[8]；动子固定件[9]；第一门扇[10]；门扇缓冲器[11]；门扇限位器[12]；定子连接、支承件[13]；阻尼、缓冲件[14]；第二门扇[15]；门头固定构架[16]；门脚滑块[17]；门地坎[18]；电机传动连接件[20]；门扇连接件[21]；从动门传动连接件[22]；第一传动轮[23]；第二传动轮[24]；柔性传动体[25]；柔性传动体传动连接件[26]；支承、导向轮[27]；防跳轮[28]；支承、导向轨[29]；控制电路[30]；传感元件[31]；脉冲发生器[32]；电机电缆头[33]；电机电缆[34]；磁浮支承件[40]；支承连接件[41]；磁性材料衔铁[42]；随动永磁组件[43]；固定条状永磁组件[44]。

附图7中的元件代号补充说明：控制电路[30]；定子绕组[3]中的各分段线圈L1、L2、L3、L4、L5；各分段线圈绕组的并联可调电阻R1、R2、R3、R4、R5；各分段线圈绕组的串联可调电阻R11、R12、R13、R14、R15；安装在门头固定构架[16]上的、控制各分段线圈绕组的行程开关常开接点K1、K2、K3、K4、K5；关门到位行程开关的常闭接点GX；开门到位行程开关的常闭接点KX；开门继电器J1；关门继电器J2；直流电源正极V+；直流电源负极V-。

具体实施方式

实施例一：采用圆管状永磁动子的直流直线电机及其轿门装置的一种实施例，其断面结构见示意图附图4-1。

实施例二：采用矩形管状永磁动子的直流直线电机及其轿门装置的一种实施例，其断面结构见示意图附图4-2。

实施例三：采用圆管状永磁动子直流直线电机，并同时运用了永磁吸引式磁悬浮技术的轿门装置的一种实施例，其断面结构见示意图附图5-1。

实施例四：采用矩形管状动子直流直线电机，并同时运用了永磁吸引式磁悬浮技术的轿门装置的一种实施例，其断面结构见示意图附图5-2。

实施例五：采用矩形管状动子直流直线电机，并同时运用了永磁排斥式磁悬浮技术的轿门装置的一种实施例，其断面结构示意图附图6。

在实施例三、四、五中，如果电梯轿厢门扇为中分式，则必须在第一门扇[10]和第二门扇[15]上都分别安装一套直流直线电机，且两扇门上方都如同图5和图6所示那样安装吸引式或排斥式磁浮系统。图中磁浮系统中所需的磁隙，直接依赖直流直线电机本身的位置固定和水平导向作用来实现，当然也可采用加装辅助导轮、辅助导杆等方式来实现。

以上各实施例中的长绕线定子部件[1]的固定方式，优选采用如图1所示那样固定在门头固定构架[16]上。在只是运用一套直流电机的条件下，也可以把长绕线定子部件[1]固定在第二门扇[15]的上部。

本实用新型中的门电机控制电路[30]，还可采用可编程序控制器(PLC)代替，或采用微机、单片机作主控件的电子线路代替。

Claims (9)

1.直流直线电机驱动式电梯轿门装置，包括支承件、导向件、传动件、第一门扇[10]、第二门扇[15]、门头固定构架[16]、轿门驱动电机[8]及门电机控制电路[30]，其特征在于：所述轿门驱动电机[8]采用动铁型直流直线电机，其至少包括一个长绕线定子部件[1]和一个永磁动子部件[5]；所述长绕线定子部件[1]既可以固定在门扇上方的门头固定构架[16]上，又可以固定在第一门扇[10]或者第二门扇[15]上；所述永磁动子部件[5]直接地或者间接地与第一门扇[10]或者第二门扇[15]相连；所述门电机控制电路[30]旨在对所述的长绕线定子部件[1]中的定子绕组[3]实施电流大小、通断和电流方向的控制。

2.如权利要求1所述的电梯轿门装置，其特征在于：所述长绕线定子部件[1]是横断面呈圆形或环形或矩形或其它形状的长柱状体，其至少包括定子铁芯[2]、定子绕组[3]和外表面基本光滑的定子护层[4]；所述永磁动子部件[5]至少包括永久磁体[6]和动子固定件[9]，且永久磁体[6]的磁极表面可直接地或通过磁性材料间接地靠近长绕线定子部件[1]的表面，并沿长绕线定子部件[1]的长轴方向可动。

3.如权利要求1所述的电梯轿门装置，其特征在于：所述定子绕组[3]绕制在铁磁材料内芯[2]的表面，其可以是带有抽头的连续绕制的整段绕组，也可以由若干各自带有抽头的、分段绕制的绕组顺序紧密排列构成。

4.如权利要求1所述的电梯轿门装置，其特征在于：所述永磁动子部件[5]除含有永久磁体[6]作为其主件外，还可以含有永磁或者高磁导率材料制作的动子副件[7]。

5.如权利要求或1或3所述的电梯轿门装置，其特征在于：利用可以随永磁动子部件[5]一起联动的传动件或运动部件，在其行程中的适当部位设置若干行程开关或传感元件[31]，其作为门电机控制电路[30]中的控制元件，旨在对定子绕组[3]中的各分段绕组分别实施电流的顺序控制，进而对永磁动子部件[5]的位置和/或运动速度和/或运动方向实施控制。

6.如权利要求或1或3所述的电梯轿门装置，其特征在于：利用可以随永磁动子部件[5]一起联动的传动件或运动部件，设置一个光电传感器或测速器或脉冲发生器[32]，其作为数字式传感元件，旨在为门电机控制电路[30]提供永磁动子部件[5]的位置信号和/或运动速度信号，以便门电机控制电路[30]能够得以控制其开关输出元件对定子绕组[3]中的各分段绕组分别实施电流的顺序控制，进而对永磁动子部件[5]的位置和/或运动速度和/或运动方向实施精确控制。

7.如权利要求1所述的电梯轿门装置，其特征在于：在门头固定构架[16]的适当部位设置机械式和/或电磁式的阻尼、缓冲件[14]，旨在限制门扇[10]和[15]的运行速度和/或限制门扇[10]和[15]的运行终端速度。

8.如权利要求3所述的电梯轿门装置，其特征在于：定子绕组[3]中的每个分段线圈可分别地并联电阻器件，或者通过开关元件间接地并联电阻器件。

9.如权利要求1所述的电梯轿门装置，其特征在于：可在门扇[10]和[15]的整个运动行程中安装吸引式或者排斥式门扇磁悬浮支承装置，以减少电梯轿门装置的运行阻力和运行噪声。

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