智能化直線電機驅動的電梯開門機的製作方法

2023-07-06 19:37:06

專利名稱：智能化直線電機驅動的電梯開門機的製作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種智能化直線電機驅動的電梯開門機。
背景技術：
電梯開門機是一種需要長時間、頻繁、往復式工作的機電一體化的裝置。它不僅要求工作可靠性高、安全性好，而且還要求其具有運行平穩、噪音低。
現有的電梯開門機均採用旋轉電動機，經機械變速轉換傳動的方式，將旋轉運動轉換成直線運動實現電梯開關門。因而，其固有的結構複雜和工作平穩性較差、傳遞效率低的缺陷無法避免。同時還存在著噪音大、製造成本高以及製造安裝和調試方面的難度較大的缺陷。

發明內容
本項發明針對上述情況，提供採用直線電動機產生電磁力直接驅動電梯開、關門，因而使開門機的結構及相應的安裝、調試工作均大大簡化。並具有傳遞效率高、運行平穩、噪音小等優點的電梯開門機。
本項發明智能化直線電機驅動的電梯開門機的結構是直線電機初級安裝在門機掛門板上，直線電機次級安裝在固定於開門機底板上的直線電機次級固定座17上；固定在開門機底板上的門掛板聯動繩輪組通過聯動鋼絲繩與門機左右掛門板相連，分別裝在門機左右掛門板上的兩個門滑輪組件置於導軌上，導軌固定在開門機底板上，左右兩個掛門板通過左右兩個導輪組件分別裝在門機導軌上；門刀固定在左掛門板上，與門刀配套的門刀鉤安裝在開門機底板上；門機觸點觸體的右觸點通過門機觸點支架安裝在門機右掛門板上，而左觸體通過門機觸體支架安裝在開門機底板上。
本發明的智能驅動控制系統包括與直線電機的M相連的由電源經整流模塊連於智能功率模塊IPM所組成的逆變電路，掌上型調試器與控制晶片CPU的輸入雙向相連。控制晶片CPU的輸出經隔離驅動器連於智能功率模塊IPM，光電編碼器分別連於直線電機和控制晶片CPU。電流採樣電路分別連於智能功率模塊的輸出與控制晶片CPU。
本發明由於採用直線電機驅動和智能驅動控制系統，與現有技術相比，具有結構簡單、不需要任何轉換裝置，簡化了開門機的機械結構和傳動方式，運行平穩，噪聲小，通過智能化控制，精度高，可靠性好。
四

圖1是單臺直線電機拖動型式的智能化直線電機驅動的電梯開門機。
圖2是兩臺直線電機拖動型式的智能化直線電機驅動的電梯開門機。
圖3中的A、B、C三圖分別是圖1與圖2中的A-A向視圖，B向視圖和C向視圖。
圖1與圖2和圖3中的標號名稱1、開門機底板；2、直線電機次級；3、門機右掛門板；4、直線電機初級；5、門刀；6、門刀鉤；7、門掛板聯動繩輪組；8、導軌；9、門滑輪組件；10、導輪組件；11、門機左掛門板；12、中間緩衝擋塊組件；13、門機觸體支架；14、門機觸點觸體；15、門機觸點支架；16、定位輪組件；17、直線電機次級固定座；18、墊套；19、聯動鋼絲繩。
圖4是智能驅動控制系統原理框圖。
圖5是智能驅動控制系統組成框圖。
圖6是0V/+24V數位訊號轉換為0V/+5V數位訊號的電平轉換電路。
圖7是0V/+5V數位訊號轉換為0V/+24V數位訊號的電平轉換電路。
圖8是鑑相電路原理圖。
圖9是倍頻電路原理圖。
圖10是開門時CPU對IPM發出的觸發信號示意圖。
圖11是關門時CPU對IPM發出的觸發信號示意圖。
圖12是智能驅動控制系統中CPU控制晶片的外圍連接示意圖。
五、具體實施方法本項發明的智能化直線電機驅動的電梯開門機的結構如圖1與圖2和圖 3所示，由圖可知直線電機初級4安裝在門機右掛門板3上，直線電機次級2安裝在與門機底板直接相連的直線電機次級固定座17上；固定在開門機底板1上的門掛聯動繩輪組7通過聯動鋼絲繩19與門機左掛門板11相連；當直線電機初級4通電後，直線電機初級4與直線電機次級2之間產生電磁力推動門機右掛門板3作左右往復運動。再通過聯動繩輪組7的聯動鋼絲繩19帶動門機左掛門板11做同步往復運動，實現電梯開、關門。
分別裝在門機左右掛門板11與3上與直線電機初級4相接觸的左右兩個門滑輪組件9置於導軌8上(如圖2所示)，對於單臺直線電機驅動的電梯開門機，裝在門機右掛門板上與直線電機初級4相接觸的右門滑輪組件9置於導軌8上，而左門滑輪組件9固定在門機左掛門板11上且置於導軌8上(如圖1所示)，導軌固定在門機底板上，通過左右兩個導輪組件10分別把門機左右兩個掛門板11與3固定在導軌上；門刀5固定在左掛門板上，與門刀配套的門刀鉤6安裝在開門機底板上，門刀與掛門板同步運動，保證廳門、轎門在開關門過程中同步運動，克服了風阻造成廳門無法與轎門聯動關閉，迫使電梯停運的現象。
門機觸點觸體14的右觸點通過門機觸體支架15安裝在門機右掛門板3上，而左觸體通過門機觸體支架13安裝在開門機底板1上。
中間緩衝擋塊組件12安裝在門機右掛門板3與門機左掛門板11之間，使電梯關門到位時，門機左右掛門板不發生撞擊，且能減少電梯門關門到位時的震動，使電梯門的運動更平穩，噪音更小。
智能驅動控制系統如圖4和圖5所示，以圖1的單臺直線電機拖動型式的智能化直線電機驅動的電梯開門機為例敘述如下電梯開門機由一臺直線感應電機(LIM)驅動。LIM的次級2由一塊銅板和一塊導磁鋼板組成，安裝在門機底板1上，是固定不動的。LIM的初級4由電樞鐵心和三相繞組組成，安裝在門機右掛門板3上，是隨門一起運動的。三相繞組作星形連接，三個繞組端部U、V、W連接到控制器的逆變器輸出端。另外，掛門板安裝了光電編碼器，其軸伸端通過一個柔性聯軸器與小輪連接，小輪在門機導軌8上運動。這樣當廳、轎門移動時，光電編碼器轉動，發出A、B兩個呈90度相位差的脈衝信號。這兩個信號被控制器用來檢測門的位置和運動方向。智能驅動控制系統的原理框圖如圖4所示。其中的控制單元就是一片系統(PSOC)的CPU，圖中的檢修指令是一個0V或+5V(分別代表「檢修」或「正常運行」)的數位訊號，直接接到CPU的一個引腳上(參圖12中第10號引腳)。當該指令為「檢修」時，CPU通過它的一個引腳向主機發出「正在檢修」信號(參圖12中第17號引腳)，並通過另一個引腳從一個本地開關讀取「開門」或「關門」的指令(參圖12中第11號引腳)。反之，在「正常運行」時，CPU向主機發出「正在檢修無效」信號，並通過另一個引腳從主機讀取「開門」或「關門」的指令(參圖12中第18號引腳)。CPU隨後控制逆變器給LIM供電，直至門移到位，並通過另兩個引腳向主機分別發「開門到位」或「並門到位」信號(參圖12中第16和15號引腳)。這裡，主機發送或接收的信號是0V或+24V的數位訊號，而CPU接收或發送的是0V或+5V的數位訊號，因此二者之間的信號傳遞還需要一個電平轉換電路。該電路如圖6和圖7所示。
光電編碼器的兩個輸出信號A和B首先經過圖8所示的鑑相電路來指示門的運動方向。在開門時，信號A超前信號B90度，所以方向信號始終為低電平；反之，在關門時，信號A滯後信號B90度，所以方向信號始終為高電平。其次，信號A和B經過圖9所示的倍頻電路來提高位置信號的精度。CPU通過兩個引腳讀取位置信號和方向信號(參圖12中第25和24號引腳)。位置信號是脈衝信號，它的上升沿觸發CPU的中斷；CPU響應中斷後，首先判斷門的運行方向，再對門的位置數值加或減1。所以，單位位置數值對應門的平移距離是(ПD/N2)，其中D是光電編碼器軸伸上小輪的直徑，N是光電編碼器的解析度，即每轉一周信號A或B發出的脈衝數。
智能驅動控制系統是通過如圖5所示的由三相電源、整流模塊及智能功率模塊IPM所組成的逆變器給LIM供電的。逆變器的直流電源由三相380V交流電源經三相二極體整流和電容濾波來獲得的。逆變器由一個三相的IGBT智能功模塊(IPM)構成的。IPM中包含多種保護電路及IGBT的驅動電路。IGBT的上三路單元(U+、V+和W+)需三個隔離的15V電源供電，下三路單元(U-、V-和W-)共用一個15V的隔離電源供電。CPU通過6個引腳發出IPM的觸發信號(UP、VP、WP、UN、VN、和WN)(參圖12中第6、7、8、20、21和22號引腳)，經光耦隔離後分別控制IPM六個IGBT單元U+、V+、W+、U-、V-和W-的導通和關斷。在一個電周期內每個IGBT按序導通120度，如圖10和圖11所示，圖中低電平表示IGBT導通，高電平表示IGBT關斷。這裡並沒有採用任何形式的脈寬調製(PWM)，因為PWM會引起嚴重的噪聲和電磁幹擾。但是，IGBT的觸發頻率，也就是LIM的供電頻率是可以由CPU調節的。這樣，LIM工作在恆壓變頻方式。這種方式，對電磁氣隙頗大的LIM來說不會引起磁路飽和，但是可以調節LIM的推力，從而實現電梯門的速度和位置控制。LIM的運行方向也是由CPU控制的。開門時，U相的觸發信超前V相120度，V相又超前W相120度，如圖10所示。反之，關門時，U相觸發信號滯後V相120度，V相又滯後W相120度，如圖11所示。在逆變器的直流側有一個電流傳感器，其輸出直接連接到CPU的一個引腳上(參圖12中第1號引腳)。CPU內部的低通濾波器對該電信號進行濾波，濾波器的截止頻率是最高逆變頻率的100倍左右。並且，CPU利用內部的A/D轉換器採樣電流信號，然後結合逆變器的開關狀態計算出LIM的三相瞬時電流。這樣實現了對LIM繞電流的時實檢測，若發生過流情況，CPU將立刻關斷IPM的所有單元，等電流回落到允許範圍後再恢復原先的觸發狀態。
在電梯門關閉的過程中，若異物擋住門，除了用光膜、擋板等硬體來檢測之外，CUP還將通過對LIM運行狀態(例如速度和電流)進行判斷。一旦發現異物，CPU將立刻控制LIM反向運行(即進行開門動作)，並且確保對異物的撞擊力小於150N。
當電梯門開或者關到位的時候，CPU關斷IPM的所有單元，並時實檢測門的位置。並檢測到門因外力作用而反向移動時，CPU將重新通過逆變器對LIM供電，這樣將保持門處在開或者關到位的狀態。但是，此時LIM產生的推力在150N左右，這樣，允許超過150N的外力強迫關上或打開轎廂門。
最後，CPU還通過它的兩個引腳與一個掌上型調試器進行RS232串行通訊(參圖12中第26和27引腳)。這樣，在安裝或檢修電梯時，可以使用掌上型調試器對控制器設置一些必要的參數，例如，門的運行速度曲線、門的移動行程，等等。
圖2所示的兩臺直線電機拖動型式的智能化直線電機驅動的電梯開門機，與圖1不同的是兩臺直線電機的初級4分別安裝在門機右掛門板3和門機左掛門板11上，兩塊直線電機次級2分別安裝在門機底板1的左右兩塊直線電機次級固定座17上(直線電機次級固定座17直接與門機底板1連接)，當直線電機4通電後，直線電機初級4與直線電機次級2之間產生電磁力推動門機左、右掛門板11、3作左右往復運動。通過聯動繩輪組7的聯動鋼絲繩19使它們同步往復運動，實現電梯開、關門。
其它結構和智能驅動控制系統與單臺直線電機拖動型式智能化直線電機驅動的電梯開門機完全相同，不再重敘。
權利要求
1.一種智能化直線電機驅動的電梯開門機，其特徵在於，直線電機初級(4)安裝在門機掛門板上，直線電機次級(2)安裝在固定於開門機底板(1)上的直線電機次級固定座(17)上；固定在開門機底板(1)上的門掛聯動繩輪組(7)通過聯動鋼絲繩與門機左掛門板(11)相連；分別裝在門機左掛門板(11)和門機右掛門板(3)上與直線電機初級相接觸的左右兩個門滑輪組件(9)至於導軌(8)上，導軌(8)固定在開門機底板(1)上，左右兩個掛門板通過左右兩個導輪組件(10)分別裝在門機導軌上；門機觸點觸體(14)的右觸體通過門機觸體支架(15)安裝在門機右掛門板(3)上，而左觸體通過門機觸體支架(13)安裝在開門機底板(1)上；與直線電機相連的智能驅動控制系統包括由電源經整流模塊連於智能功率模塊(IPM)所組成的逆變電路的輸出連於直線電機(M)，掌上型調試器與控制晶片(CPU)的輸入雙向相連，控制晶片(CPU)的輸出經隔離驅動器連於智能功率模塊(IPM)，光電編碼器分別連於直線電機(M)和控制晶片(CPU)，電流採樣電路分別連於智能功率模塊(IPM)的輸出與控制晶片(CPU)。
2.根據權利要求1所述的智能化直線電機驅動的電梯開門機，其特徵在於，門刀(5)固定在左掛門板(11)上，與門刀(5)配套的門刀鉤(6)安裝在開門機底板(1)上。
3.根據權利要求1或2所述的智能化直線電機驅動的電梯開門機，其特徵在於在門機右掛門板(3)與門機左掛門板(11)之間裝有中間緩衝擋塊組件(12)。
全文摘要
一種涉及智能化直線電機驅動的電梯開門機，包括開門機底板(1)、直線電機次級(2)、門機右掛門板(3)、直線電機初級(4)、門刀(5)、門刀鉤(6)、門掛板聯動繩輪組(7)、導軌(8)、門滑輪組件(9)、導輪組件(10)、門機左掛門板(11)及中間緩衝檔塊組件(12)；與直線電機相連的智能驅動控制系統包括由電源、整流模塊和智能功率模塊所組成的逆變電路，掌上型調試器，控制晶片，隔離驅動器，光電編碼器及電流採樣電路所組成。該智能化直線電機驅動的電梯開門機與現有技術相比，具有結構簡單、不需要任何轉換裝置，運行平穩，噪聲小、精度高、可靠性好等優點。
文檔編號B66B13/08GK1693173SQ20051003791
公開日2005年11月9日 申請日期2005年3月2日 優先權日2005年3月2日
發明者曹中, 葉雲嶽, 朱永和 申請人:南通中堯機電製造有限公司