WO2013181799A1

WO2013181799A1 - 升降系统

Info

Publication number: WO2013181799A1
Application number: PCT/CN2012/076498
Authority: WO
Inventors: 吴祥祺
Original assignee: 远东科技大学
Priority date: 2012-06-06
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2013-12-12

Abstract

公开了一种升降系统（1），该升降系统（1）包括：固定设置于主体（A）上端的车厢升降装置（11）；对应车厢升降装置（11）设置于主体（A）上端的配重件升降装置（12）；用以改变车厢升降装置（11）与配重件升降装置（12）之间的相对转速的变速机构（13）；通过第一钢索（15）的一端悬吊于车厢升降装置（11）下方的载重车厢（14），用于乘载载重物，车厢升降装置（11）运转以通过第一钢索（15）升降载重车厢（14）；通过第一钢索（15）的另一端悬吊于车厢升降装置（11）下方的第二配重件（18），第二配重件（18）与载重车厢（14）可位能平衡；以及第一配重件（16），其通过第二钢索（17）悬吊于配重件升降装置（12）的下方，配重件升降装置（12）运转以通过第二钢索（17）升降第一配重件（16）。其中变速机构（13）改变车厢升降装置（11）与配重件升降装置（12）之间的转速，使得载重车厢（14）所乘载的载重物与第一配重件（16）之间的位能平衡。该升降系统可以大大减少机械能。

Description

升降系统技术领域

本发明涉及一种升降系统，尤指一种利用一变速机构与双配重的组合，将电梯升降时机械能的损失减至最低的升降系统。背景技术

传统电梯：

升降系统在运动时的机械能为动能及位能，电梯升降可分为载重车厢及配重两部分，因此升降系统在运动时的机械能为下式。

1

U (m_c + m_i )V_C + {m + m )gh m V + m gh₁ 或是.

1 1

U = + W_c ² +―

：空载重车厢质量

：负载质量

^载重车厢速度

g :重力加速度

^载重车厢移动距离

：配重移动距离

传统电梯运动时，载重车厢及配重以钢索相互联结，

v_w = -v_c

κ = -κ

公式（1)可写为

U (m_c + m, + m_w )V_C + im_c + m_l― m_w )gh_l 1

(m - + m )V

由（2)式可知动能部分为

另一方面位能部分为 (^m ，在^ ^{+ m}' = 的情形下位能平衡为零。当位能 ) 为正值时，升降系统需要提供大量的位能方才使电梯运动。相反的，当位能(^ ^+∞' _ )^为负值时，升降系统运动时会释放大量的位能，但是这些位能无法有效地回收，造成机械能损失浪费。

请参阅图 2，其为现有技术的一种单一配重位能平衡功能的升降系统的一较佳实施例示意图，在现今一般电梯的构造中，载重车厢及配重以钢索相互联结，使得前述 (3)式中位能部分无法平衡为零，仅可在 ^{m + m}' ⁼ 的情形下位能才能平衡为零。若是将钢索连结载重车厢及配重的方式，改为如图 2所示的一载重车厢 20a及一配重件 30a各有一条钢索 13a、 13b并由个别的卷盘 121a、 122a卷起钢索 13a、 13b , 而载重车厢 20a及配重件 30a个别的卷盘 121a、 122a 由一个变速机构 12a连结，且该变速机构 12a由一驱动装置 11a驱动，经一感应器 41a测得 ^ ⁺ '大小，由计算机 40a计算出载重车厢 20a 及配重件 30a个别卷盘 121a、 122a的转速比，以借此控制变速机构 12a，动力输入变速机构 12a后，使得输出时载重车厢 20a及配重件 30a个别的卷盘 121a、 122a可以有不同的转速（载重车厢 20a及配重件 30a 有不同的速率），达成同一时间内载重车厢 20a及配重件 30a可以移动不同的距离，且载重车厢 20a及配重件 30a个别的卷盘 121a、 122a并非各自独立旋转，乃是借着变速机构 12a的连结，而个别卷盘 121a、 122a因为耦合彼此产生特定的转速比。

将 (2)式中位能部分、^mO^ ^{+ m},sK = o

if {m_c + m_l )gh_c = -m_wgh_w

{m_c + m_l )

由（4)式可知，只要测得即可得到，此时计算机 40a只要控制变速机构 12a，使得载重车厢 20a及配重件 30a的个别卷盘 121a、 (m_c + m_l )

122a产生 m_w 的转速比，就可以使得载重车厢 20a及配重件 30a 得到^:的距离比，进而使得（1)式中得位能平衡为零。

因此（1)式则成为

如此可以大幅降低升降系统运动时所需要的机械能。

然而，单一配重升降系统的配重基准必须是依据满载时的一倍或一倍以上的质量，因此单一配重升降系统的配重是非常大的。

此外，请参考图 2，钢索 13a直接卷绕于卷盘 121a上，钢索 13b 直接卷绕于卷盘 122a上，如此，当钢索 13a、 13b被分别卷收于卷盘 121a, 122a上时，钢索会因为慢慢地堆积于卷盘的边缘时再往回堆积，形成第二层卷绕于卷盘上的钢索。然，第一层与第二层卷绕的钢索层便会彼此干扰，导致电梯在上下移动时会有震动的现象。请参考图 3，其为现有技术中的较佳实施例的钢索卷绕于卷盘上所形成上下卷绕钢索相互干扰的示意图。如图 3所示，当钢索 13a被卷收于卷盘 121a上时，在较外层的钢索 13a与在较内层的钢索 13a ' 会因没有次序的堆栈，而彼此互相干扰。于是，如前所述，在钢索被卷入或被释放的过程中，电梯会有不顺利地抖动或跳动的现象。当然，因为是直接发生在吊挂载重车厢 20a上的钢索 13a的干扰，所以乘坐电梯的人们会有不舒适的现象。

因此，如何研发出一种升降系统，以有效地转换位能、减少配重所需的质量，及去除钢索从卷盘上卷绕与释放时内外层钢索彼此干涉，以部分减少乘坐电梯时不舒适的问题，使得机械能不再损失，将是熟悉该项技术的人士所欲探讨的一项重要课题。发明内容

本发明的主要目的在提供一种升降系统，以有效地转换位能，并利用一变速机构与双配重的组合，将电梯升降时机械能的损失减至最低。本发明的另一目的在提供一种升降系统，以减少配重所需的质量。本发明的又一目的在提供一种升降系统，以去除钢索从卷盘上卷绕与释放时内外层钢索彼此干涉，而部分减少乘坐电梯时不舒适的的问题。

一种升降系统，用以于一主体中进行升降功能，该升降系统包含: 一车厢升降装置，其固定设置于该主体上端；一配重件升降装置，其对应该车厢升降装置设置于该主体上端；一变速机构，其用以改变车厢升降装置与该配重件升降装置间的相对转速，其中车厢升降装置透过该变速机构连接于配重件升降装置；一载重车厢，其透过一第一钢索的一端悬吊于车厢升降装置下方，该载重车厢用以乘载一载重物，其中，车厢升降装置通过运转以透过该第一钢索升降载重车厢；一第二配重件，其透过该第一钢索的另一端悬吊于车厢升降装置下方，其中，该第二配重件与该载重车厢可位能平衡；以及一第一配重件，其透过一第二钢索悬吊于配重件升降装置下方，其中配重件升降装置通过运转以透过该第二钢索升降该第一配重件；其中，变速机构用于改变车厢升降装置与配重件升降装置间的相对转速，以进行该载重车厢所乘载的载重物与该第一配重件间的位能平衡。

关于本发明的优点与精神可以借由以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。附图说明

图 1为本发明的一种升降系统的一双配重较佳实施例立体图式；图 2 为现有技术的一种单一配重位能平衡功能的升降系统的一较佳实施例示意图；及

图 3 为现有技术中的较佳实施例的钢索卷绕于卷盘上所形成上下卷绕钢索相互干扰的示意图。

主要组件符号说明

A 主体

I 升降系统

I I 车厢升降装置

12 配重件升降装置 13 变速机构

131 l¾合器

132 减速机构

14 载重车厢

15 第一钢索

16 第一配重件

17 第二钢索

18 第二配重件

19 重量感测单元

19a 控制单元

19b 驱动马达

19c 配重件行程调整装置

11a 驱动装置

12a 变速机构

121a 卷盘

122a 舟

13a 钢索

13a，钢索

13b 钢索

20a 载重车厢

30a 配重件

40a 计算机

41a 感应器。具体实施方式

请参阅图 1所示，其为本发明的一种升降系统的一双配重较佳实施例立体图式。如图 1所示，该升降系统 1用以于一主体 Α中进行升降功能，该主体 A可为一栋建筑物，升降系统 1包含：一车厢升降装置 11，其固定设置于该主体 A上端；一配重件升降装置 12，其对应该车厢升降装置 11设置于该主体 A上端；一变速机构 13，其包含一离合器 131与一减速机构 132，以改变车厢升降装置 11与该配重件升降装置 12间的相对转速，其中车厢升降装置 11透过该变速机构 13连接于配重件升降装置 12; —载重车厢 14，透过一第一钢索 15的一端悬吊于车厢升降装置 11 下方，该载重车厢 14用以乘载一载重物（图中未示），其中，车厢升降装置 11通过运转以透过该第一钢索 15升降载重车厢 14; 一第二配重件 18，其透过该第一钢索 15的另一端悬吊于车厢升降装置 11下方，其中，该第二配重件 18与该载重车厢 14可位能平衡；一第一配重件 16，其透过一第二钢索 17悬吊于配重件升降装置 12下方，其中，配重件升降装置 12通过运转以透过该第二钢索 17升降该第一配重件 16; 其中，变速机构 13改变车厢升降装置 11与配重件升降装置 12间的相对转速，以进行该载重车厢 14所乘载的载重物与该第一配重件 16间的位能平衡，此外，以本实施例而言，该配重件升降装置 12为一卷盘，该第二钢索 17盘卷于该卷盘，该车厢升降装置 11为一滑轮组，该第一钢索 15悬挂于该滑轮组，使该载重车厢 14 与悬吊于该第一钢索 15另一端的一第二配重件 18成为位能平衡的升降系统；一重量感测单元 19，该重量感测单元 19耦接于该载重车厢 14以测量该载重物的重量 (本图式此处的「耦接」仅为示意）；一控制单元 19a，该控制单元 19a分别耦接于该重量感测单元 19与该变速机构 13 (本图式此处的「耦接」仅为示意），其接收来自该重量感测单元 19所测量该载重物的重量，进而控制变速机构 13改变该车厢升降装置 11与该配重件升降装置 12间的相对转速；一驱动马达 19b，其耦接该车厢升降装置 11与该配重件升降装置 12以提供进行升降功能的动力，本图式该驱动马达 1% 的位置也可设置于他处；以及一配重件行程调整装置 19c，当该配重件行程调整装置 19c测得该第一配重件 16与该载重车厢 14的相对高度差异超过预定的范围值时，配重件行程调整装置 19c透过离合器 131使配重件升降装置 12脱离车厢升降装置 11的连结，以个别的动力使配重件升降装置 12透过该第二钢索 17改变该第一配重件 16的高度以符合所述预定的范围值。此外，如图 1所示，第一钢索 15的二端分别吊挂载重车厢 14与第二配重件 18，且第一钢索 15利用为滑轮组的车厢升降装置 11使得第一钢索 15不会有如现有技术所述的钢索互相干涉的现象。当然，卷绕于配重件升降装置 12上的第二钢索 17还是会有钢索互相干扰的现象，但因本发明双配重的设计，所以虽有干扰，但因为是发生在第一配重件 16的第二钢索 17上，而非第二配重件 18的第一钢索 15上，其不舒适的感较不会直接如现有技术般传递到乘坐的乘客。

本发明提出的双配重的设计将会降低更多的机械能，详细说明将如以下所述。

双配重位能平衡功能的升降系统：

请再参考图 1，将配重分为第二配重件 18为及第一配重件 ₁₆ 为，

令 m_w2 = m_c，

其中" ^负责平衡载重车厢 14空重^， "^负责平衡负载。双配重升降系统结构与单一配重升降系统并不完全相同，不同处在于将单配重升降系统中的载重车厢 14的卷盘改为滑轮，即车厢升降装置 11，并以第一钢索 15连结载重车厢 14及第二配重件 18，而车厢升降装置 11则与变速机构 13连结。

因此（1)式可以改为

1 ₂ 1 ₂

U (m_c + m_l )V_C + (m_c + m_l )gh_t

其中：第一配重件 16速度

:第一配重件 16移动距离

2 ^:第二配重件 18质量

y- ^:第二配重件 18速度

第二配重件 18移动距离

因为第一钢索 15连结载重车厢 14及第二配重件 18，无论有无负荷，第二配重件 18速度及移动距离皆为下式：

将 (8)式中位能部分 ^mi ^ghc =

既得

由（4)式可知，只要测得^：即可得到，此时控制单元 19a只要控制变速机构 13，使得载重车厢 14及第一配重件 16个别卷盘 1 1、 12 产生 m_wl的转速比，就可以使得载重车厢 14及第一配重件 16得到 h_c 的距离比，进而使得 (8)式中得位能平衡为零。空车（无负荷）时 ^{= Q}，因此第一配重件 16不移动^ :。，¹^ :。，即变速机构切换为空速，仅第二配重件 18移动。

因此（8)式可以改写为

1 1 1

U - (fn_c + m! )V_C ² + - m_wlV^ + - m_w2V^

( 10) 配重件行程调整机制：

不论是单一配重 (如图 2所示)或是双配重 (如图 1所示)位能平衡功能的升降系统，在升降时，皆会遇到配重件端高度的问题，因为配重能够上下运动的高度有限。以双配重升降系统为例，当载重车厢 14 满载上升而且载重车厢 14空车下降发生率频繁时，此时配重件端，即第一配重件 16下降的高度会持续大，最终会发生配重件端第一配重件 16高度太低，无法再提供适当的高度，进而无法使载重车厢 14上升。因此当载重车厢 14上升时，若是经由重量感测单元 19测知重量输入控制单元 19a计算后，得知第一配重件 16无足够下降的高度时，计算机会进行 "配重件行程调整机制" ，也就是借由控制单元 19a控制变速机构 13，将载重车厢 14暂停，并且使第一配重件 16上升至适当高度，如此可以使得升降系统继续运动。相对的，若是载重车厢 14满载下降而且载重车厢 14空车上升发生率频繁时，此时配重件端第一配重件 16上升的高度会持续大，最终会发生配重件端第一配重件 16高度太高，无法再提供适当的高度，使载重车厢 14下降，这时控制单元 19a 会进行 "配重件行程调整机制" ，也就是借由控制单元 19a控制变速机构 13，将载重车厢 14暂停，并且使配重件端第一配重件 16下降至适当高度，如此可以使得升降系统继续运动。单配重升降系统原理也相同，不过，如图 2所示， "配重件行程调整机制"仅需要调整配重件 30a的高度即可。

配重质量的选择：

双配重位能平衡功能的升降系统配重质量的选择：

请参考图 1，第二配重件 18与空载重车厢 14的质量相同，是固定的，因此只需选择第一配重件 16的质量。双配重位能平衡功能的升降系统的 "配重件行程调整机制"仅需要调整第一配重件 16 的高度即可。同样若是配重质量选择是满载时质量的二倍，则可以满足上述情形连续发生二次；若是配重质量选择是满载时质量的三倍，则可以满足上述情形连续发生三次。当然也可以选择四倍、五倍或是更多，则 "配重件行程调整机制 "激活的机会会愈少。此时与单一配重升降系统的配重相比较时发现，双配重升降系统的第一配重件 16比单一配重升降系统的配重要小许多，因为单一配重升降系统的配重基准是满载时的质量，但是双配重升降系统的配重基准是满载时负载的质量，因此双配重升降系统的第一配重件 16比单一配重升降系统的配重自然要小许多。以载重车厢 14空重为 600公斤，满载时为 1400公斤（负载为 800公斤）为例，同样配重选择 3倍时，单一配重升降系统的配重为 1400 X 3=4200 公斤，双配重升降系统的第一配重件 16 为 800 X 3=2400公斤，此时，第二配重件 18的配重是 600公斤，合计为 3000公斤。

于是，可以了解，双配重升降系统的第一配重件 16比单一配重升降系统的配重要小许多。

变速机构的选择：请参考以下表一至表四，分别是双配重（可切换为空速）在三段变速的变速机构下、五段变速的变速机构下、无段变速的变速机构下及一般型式的各种机械能与相关数据数据表。简言的，变速机构 13可以选择 2速、 3速、 4速、 5速…甚至无段变速。双配重的情形下且选择无段变速时，可以满足任何比例的双配重^比，因此可以以最少的机械能进行升降系统运动。相反地，若选择选择 2速、 3速、 4速…等，则无法完全满足任何比例的双配重 ^比，仅能使变速机构 13(如图 1 所示）提供最接近的速度比进行升降系统运动。以双配重升降系统为例，请参考表一，选择具有各种数值的第二列讨论，该列的各数值均有一底线，以利辨识。先探讨载重车厢 14加载重的区块，若以行 (row) 与列（column)的观念配合坐标的标示，该第二列的最左边的第一列的状况标示 "down"是车厢往下移动的意，且以坐标（0, -2)表示，而标示 "moving case"字样的字段是以坐标（0， 0)表示，为一原点位置；载重车厢 14加载重（car+load)的重量是 600.0+0.0公斤，显示于坐标 (1,-2), 代表车厢往下移动，且没有载人或货物；载重车厢 14往下移动速度是 lm/s，负值因为示往下移动，显示于坐标（2, -2); 载重车厢 14往下移动距离是 30m，负值因为示往下移动，显示于坐标（3， -2); 动能则是 300 joul (焦耳），显示于坐标 (4, -2);位能则是 180,000joul, 负值因为示往下移动，显示于坐标 (5， -2); 再探讨第二配重件 18的区块，载重车厢 14与第二配重件 18的速度比为 1:1，显示于坐标（6, -2)；第二配重件 18的重量为 600kg，为配合载重车厢 14重量的 600kg加上所搭配的重量 0kg，显示于坐标（7, -2); 第二配重件 18的上升速度为 1 m/s, 显示于坐标（8， -2); 第二配重件 18的移动距离是 30 m，显示于坐标（9， -2) ; 动能为 300 joul, 显示于坐标（10, -2); 位能则为 180,000 joul, 显示于坐标（11， -2); 再者，探讨第一配重件 16，载重车厢 14与第一配重件 16的速度比为 1:0，显示于坐标（12， -2); 第一配重件 16的重量为 800kg，显示于坐标（13, -2); 第一配重件 16的上升速度为 0 m/s，显示于坐标（14, -2); 第一配重件 16的移动距离是 0 m, 显示于坐标（15, -2); 动能为 0 joul, 显示于坐标（16, -2)；位能则为 0 joul , 显示于坐标（17， -2) ; 此外，探讨图 1的升降系统的区块，对载重车厢 14加载重的区块与第一配重件 16的区块的相关数值进行物理配合后的显示，而此次升降系统 1共花了动能 600 joul , 显示于坐标（18, -2)，位能则是 0 joul , 显示于坐标（19, -2)，所以总能共消耗 600 joul , 显示于坐标（20, -2)，因此，本次的升与降的动作必须提供 600 joul，显示于坐标（21， -2)。依此类推，在表一所示的双配重件的三段变速的变速机构下总共需要提供 86， 666. 8 joul。表二所示的双配重件的五段变速的变速机构下总共需要提供 54, 736. 0 joul。表三的双配重件的无段变速的变速机构下总共需要提供 9, 500 joul。表四的一般型式总共需要提供 366， 000 joul。于是，双配重件的三段变速的变速机构可节省约 76%的机械能，是由 [1- (86， 666/366， 000) =0. 76321] 得到。双配重件的五段变速的变速机构可节省约 85%的机械能，是由

[ 1- (54, 736/366, 000) -0. 85045]得到。双配重件的无段变速的变速机构可节省约 97%的机械能，是由 [ 1- (9, 500/366, 000) =0. 97404]得到。

*ra « ft

因此，借由本发明的升降系统，特别是采用双配重的升降系统确实是可以大大地减少机械能。因为，借由变速机构 13的速度调节，使得第一配重件 16得以调节所需要的机械能，再借由第二配重件 18得以弥补若第一配重件 16在调节时有所不足的处。所以，借由表一至表四所示的双配重显示的数值资料，可以确认特别是采用双配重升降系统的节省机械能效果非常地好。

借由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求范畴内。

Claims

权利要求书：

1.一种升降系统，用以于一主体中进行升降功能，该升降系统包含：

一车厢升降装置，其固定设置于该主体上端；

一配重件升降装置，其对应该车厢升降装置设置于该主体上端；一变速机构，其用以改变该车厢升降装置与该配重件升降装置间的相对转速，其中该车厢升降装置透过该变速机构连接该配重件升降装置；

一载重车厢，其透过一第一钢索的一端悬吊于该车厢升降装置下方，该载重车厢用以乘载一载重物，其中，该车厢升降装置运转以透过该第一钢索升降该载重车厢；

一第二配重件，其透过该第一钢索的另一端悬吊于该车厢升降装置下方，其中，该第二配重件与该载重车厢可位能平衡；以及

一第一配重件，其透过一第二钢索悬吊于该配重件升降装置下方，其中，该配重件升降装置运转以透过该第二钢索升降该第一配重件；其中，该变速机构改变该车厢升降装置与该配重件升降装置间的相对转速，以进行该载重车厢所乘载的载重物与该第一配重件间的位能平衡。

2.根据权利要求 1 所述的升降系统，其特征在于，该配重件升降装置为一卷盘，该第二钢索盘卷于该卷盘，该车厢升降装置为一滑轮组，该第一钢索悬挂于该滑轮组，使该载重车厢与该第二配重件成为位能平衡的升降系统。

3.根据权利要求 1 所述的升降系统，其特征在于，该升降系统更包含：

一重量感测单元，该重量感测单元耦接于该载重车厢以测量该载重物的重量；以及

一控制单元，该控制单元分别耦接于该重量感测单元与该变速机构，其接收来自该重量感测单元所测量该载重物的重量，进而控制变速机构改变该车厢升降装置与该配重件升降装置间的相对转速。

4.根据权利要求 1 所述的升降系统，其特征在于，该升降系统更包含一驱动马达，其耦接该车厢升降装置与该配重件升降装置以提供进行升降功能的动力。

5.根据权利要求 1 所述的升降系统，其特征在于，该变速机构为无段变速的变速机构。

6.根据权利要求 1 所述的升降系统，其特征在于，该变速机构为一齿轮变速箱。

7.根据权利要求 1 所述的升降系统，其特征在于，该变速机构更包含一离合器与一减速机构。

8.根据权利要求 7所述的升降系统，其特征在于，该系统更包含一配重件行程调整装置，当该配重件行程调整装置测得该第一配重件与该载重车厢的相对高度差异超过预定的范围值时，该配重件行程调整装置透过该离合器使该配重件升降装置脱离该车厢升降装置的连结，以个别的动力使该配重件升降装置透过该第二钢索改变该第一配重件的高度以符合所述预定的范围值。