CN106477430B - 电梯无线通信和电力传送*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电梯***，其包括安置在井道中并且布置成沿着所述井道移动的电梯轿厢。所述电梯***的线性推进***构造并布置成推进所述电梯轿厢，并且包含多个初级线圈，所述多个初级线圈接合至所述井道并且沿着所述井道分布，该井道总体上是由固定结构界定。所述电梯***的无线电力传送***配置成向所述电梯轿厢感应式地传送电力。所述无线电力传送***包括二级线圈，所述二级线圈安装至所述电梯轿厢，并且配置成由所述初级线圈在电动势下所感应，并输出电力以供所述电梯轿厢使用。所述电梯***的通信***配置成利用所述二级线圈和所述多个初级线圈来交换通信数据信号。

Description

电梯无线通信和电力传送***
背景
本公开涉及电梯***，并且更具体而言涉及一种与电梯***的无线电力传送***集成在一起的通信***。
传统上使用行进电缆来为电梯***的非固定电梯轿厢供电并且与电梯***的非固定电梯轿厢通信。基于移动电缆的方案对于长距离的快速运动是不利的，因为它有机械和电气方面的限制。此外，对于控制器和轿厢之间的通信，使用与电线分开的通道。常规上，对于轿厢的位置感测，使用例如电机轴上的诸如解析器和旋转位置传感器的专用传感器来配合安装在电梯轿厢上的磁性叶片传感器。在电梯轿厢受到线性电机推进的情况下，可以使用安装在线性电机初级结构上的霍耳效应传感器。这样的方案不适合于很高建筑的电梯。而且，常规的无线通信方案有许多实施、牢固性方面的难题以及其它难题。
概要
根据本公开的一个非限制性实施方案的电梯***包括：电梯轿厢，其安置在井道中，并且构造和布置成沿着井道移动；线性推进***，其构造和布置成推进所述电梯轿厢，所述线性推进***包括多个初级线圈，所述初级线圈接合至所述井道并且沿着所述井道分布，该井道总体上由固定结构界定；无线电力传送***，其配置成以感应方式向所述电梯轿厢传送电力，所述无线电力传送***包括二级线圈，所述二级线圈安装至所述电梯轿厢并且配置成由所述多个初级线圈在电动势下所感应，并且输出电力以供所述电梯轿厢使用；以及通信***，其配置成利用所述二级线圈和所述多个初级线圈交换通信数据信号。
除了前面的实施方案之外，所述通信***还包含第一通信装置，所述通信装置由所述电梯轿厢载送，并且配置成接收通信数据并向所述二级线圈输出通信数据信号。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述第一通信装置是智能信号调制器。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述通信***包括第二通信装置，所述第二通信装置由所述固定结构支撑，并且与所述线性推进***的控制器通信，所述控制器配置成选择性地控制所述多个初级线圈的激励。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述第二通信装置是解调器。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述通信***包括位置传感器，所述位置传感器由所述电梯轿厢支撑，并且配置成向所述第一通信装置输出位置信号。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述位置传感器是加速度计。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述通信***包括传感器，所述传感器由所述电梯轿厢支撑，并且配置成向所述第一通信装置输出信号，并且其中所述传感器是湿度传感器、压力传感器、声音传感器、光传感器和占用传感器中的至少一种传感器。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述多个初级线圈配置成当所述多个初级线圈中的一个初级线圈邻近于所述二级线圈并且选择性地受到激励时，向所述二级线圈传输电力。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述线性推进***包括控制***，所述控制***配置成选择并且激励所述多个初级线圈，所述控制***包括多个开关，所述多个开关中的每一个开关与所述多个初级线圈中的相应一个初级线圈相关联，并且其中所述多个开关选择性地闭合以激励所述多个共振初级线圈中的与所述电梯轿厢的位置相关联的所选择的一个共振初级线圈。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述通信***配置成在所述多个开关中的所选择的一个开关闭合时通过所述所选择的一个开关发送通信信号。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述控制***包括控制器，所述控制器配置成控制所述多个开关，以便基于所述电梯轿厢的位置来选择性地激励所述多个共振初级线圈。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述通信***包括智能信号调制器和解调器，所述智能信号调制器由所述电梯轿厢载送，并且配置成接收通信数据并向所述二级线圈输出所述通信数据信号，所述解调器由所述固定结构支撑并且与所述线性推进***的控制器通信。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述通信***包括位置传感器，所述位置传感器由所述电梯轿厢支撑，并且配置成向所述第一通信装置输出位置信号。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述通信数据包含电梯轿厢位置、安全相关信息、故障检测、健康监测和信息交换中的至少一项数据。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述电力传送***包括电力转换器，所述电力转换器由所述电梯轿厢载送，并且配置成从所述第一通信装置接收所述通信数据信号。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述电力转换器向所述电梯轿厢的AC负荷提供AC电力。
一种用于与构造成在井道中移动的电梯轿厢交换通信数据的无线通信***，根据另一个非限制性实施方案的无线通信***包括：智能信号调制器，其安装至所述电梯轿厢并且配置成接收电梯轿厢通信数据信号；二级线圈，其安装至所述电梯轿厢，并且配置成感应电梯轿厢电力的电流，并从所述智能信号调制器接收所述通信数据信号；多个初级线圈，其沿着所述井道分布；并且配置成当所述多个初级线圈中的一个初级线圈靠近所述二级线圈并且选择性地受到激励时，向所述二级线圈传输电力，并且从所述第二线圈接收所述通信数据信号；以及解调器，其配置成从所述多个初级线圈接收所述通信数据信号。
除了前面的实施方案之外，所述解调器向控制器输出通信数据信号。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述智能信号调制器向所述电梯轿厢中的电力转换器输出所述通信数据信号，所述电力转换器配置成向所述二级线圈输出所述通信数据信号。
在前面的实施方案中，替代地或另外地，所述无线通信***包括多个通信模块，所述通信模块中的每一个通信模块与所述多个初级线圈中的相应一个初级线圈相关联，并且其中所述多个通信模块配置成从所述相应初级线圈选择性地接收所述通信数据信号，并且向所述解调器输出所述通信数据信号。
前述特征和元件可以用各种组合形式组合，但是并没有排他性，除非另有明确指示。根据下面的说明和附图，这些特征和元件及其操作将变得更加显而易见。然而，应当理解的是，下面的说明和图式希望本质上是示例性的，并且是非限制性的。
附图简述
通过下面对所公开的非限制性实施方案的详细说明，本领域的技术人员将容易理解各种特征。详细说明的附图可以简要说明如下：
图1描绘示例性实施方案中的多轿厢电梯***；
图2是示例性实施方案中的轿厢和线性推进***的一些部分的俯视图；
图3是线性推进***的示意图；以及
图4是与电梯***的通信***组合的无线电力传送***的示意图。
详细描述
图1描绘示例性实施方案中的自力推进式电梯***或无绳电梯***20，它可以用于具有多个地层或楼层24的结构或建筑物22。电梯***20包含井道26和适配成在井道26中行进的至少一个轿厢28，井道26具有通过结构22界定的边界。井道26可以包含例如三个行道30、32、34，每个行道沿着相应的中线35延伸，任何数目个轿厢28在任一个行道中并且在任何数目个行进方向上行进。举例来说，并且如图中示出的，行道30、34中的轿厢28可以沿着中线35在向上的方向上行进，并且行道32中的轿厢28可以沿着中线35在向下的方向上行进。而且，轿厢28可以沿着中线35在上部传送台36和下部传送台38内水平地行进。
顶层24上方可以是上部传送台36，它便于让电梯轿厢28水平运动以便使轿厢在行道30、32、34之间移动。第一层24下方可以是下部传送台38，它便于使电梯轿厢28水平运动以便使轿厢在行道30、32、34之间移动。应当理解，上部传送台36和下部传送台38可以分别位于顶层和第一层24处，而不是在顶层和第一层上方和下方，或者可以位于任何中间楼层处。又另外，电梯***20可以包含一个或更多个中间传送台(未示出)，垂直地位于上部传送台36和下部传送台38之间并且类似于上部传送台36和下部传送台38。
参照图1至图3，使用线性推进***40来推进轿厢28，线性推进***40具有至少一个固定初级部分42(例如，图2中示出了两个，安装在轿厢28的相反侧上)、移动二级部分44(例如，图2中示出了两个，安装在轿厢28的相反侧上)、以及控制***46(见图4)。初级部分42包含多个绕组或线圈48，安装在井道26中的行道30、32、34的一侧或两侧上。每个二级部分44可以包含两行对置的永磁体50A、50B，其安装至轿厢28。从控制***46向初级部分42供应驱动信号以生成磁通量，磁通量在二级部分44上施力，以控制轿厢28在其相应行道30、32、34中的移动(例如，上移、下移或保持静止)。初级部分42的多个线圈48可以总体上位于永磁体50A、50B的对置行之间，并且与永磁体50A、50B的对置行隔开。应当预期和理解的是，任何数目个二级部分44可以安装至轿厢28，并且任何数目个初级部分42可以用任何数目种配置与二级部分44相关联。
参照图3，控制***46可以包含电源52、驱动器54、总线56和控制器58。电源52经由总线56电耦合至驱动器54。在一个非限制性实施例中，电源52可以是直流(DC)或交流(AC)电源。DC电源52可以使用储存装置(例如，电池、电容器)实施，并且可以是调节来自另一个来源的电力的有源装置(例如，整流器)。AC电源可以使用电网或交流发电机实施。驱动器54可以从总线56接收DC电力，并且可以向线性推进***40的初级部分42提供驱动激励。每个驱动器54可以是转换器，它将来自总线56的DC电力转换成多相(例如，三相)驱动激励，该多相驱动激励被提供至初级部分42的相应区部。初级部分42分成多个模块或区部，每个区部与相应的驱动器54相关联。
控制器58向驱动器54中的每一个驱动器提供控制信号以控制驱动信号的生成。控制器58可以使用脉宽调制(PWM)控制信号以控制驱动器54对驱动信号的生成。控制器58可以使用基于数字信号处理器的装置实施，该基于数字信号处理器的装置经过编程设计以生成控制信号。控制器58也可以是电梯控制***或电梯管理***的一部分。控制***46的元件可以在单个集成模块中实施，和/或沿着井道26分布。
参照图4，可以使用电梯***20的无线电力传送***60为电梯轿厢28中或电梯轿厢28上的负荷61供电。电力传送***60可以是控制***46的一体部分，从而共用各种组件，诸如控制器58、总线56、电源52和线性推进***40的一些部分，诸如初级部分42和其它组件。替代地，无线电力传送***60可以总体上独立于控制***46和/或线性推进***40。电力负荷61可以是交流(AC)负荷，诸如风扇电机，其利用例如大约六十(60)Hz的传统的电力频率。替代地，或者另外地，负荷61可以包含直流(DC)负荷，诸如轿厢上控制器、继电器、LED灯和制动闸。
无线电力传送***60可以包含电源62、可以是高频转换器的转换器64、用于从转换器64传送电力(例如，高频电力)的至少一个导体66、多个开关68、和可以总体上是初级部分42的多个共振初级线圈70。共振初级线圈70中的每一个共振初级线圈与多个开关68中的相应一个开关相关联。电力传送***60可以进一步包含控制器72，其可以是控制器58的一部分。控制器72可以配置成选择性地并且按顺序将开关68放置和/或维持在断开位置(即，电路打开)和/或接通位置(即，电路闭合)。电源62可以是电源52并且可以进一步是具有任何频率(即，低频或高频)的DC型或AC型电源。
转换器64可以配置成将电源62输出的电力转换成高频电力，用于通过穿过导体66传输高频电力，借此受控制地并且按顺序地激励共振初级线圈70。更具体来说，如果电源62是DC电源，则转换器64可以将DC电力转换成AC电力并且处在规定的高频下。如果电源62是具有例如诸如60Hz的低频的AC电源，则转换器64可以将频率增加到期望的高频值。对于本公开，期望的高频可以落在大约1kHz到1MHz的范围内，并且优选地在大约50kHz到500kHz的范围内。还应当预期和理解的是，为了在电力上传送数据，至少部分地通过这个频率规定通信带宽(即，每秒可以传送的数据量)。
无线电力传送***60可以进一步包含总体上在电梯轿厢28中或者由电梯轿厢28载送的组件。这样的组件可以包含：共振二级线圈74，其配置成在受到激励的共振初级线圈70靠近它时感应电流；共振组件76，其可以是有源的和/或无源的；电力转换器78，用以调节来自共振二级线圈的电压；以及能量储存装置80，其可以用于为AC或DC负荷61储存电力。当线圈靠近受到激励的共振初级线圈74时，可以用电动势(EMF)或电压感应共振二级线圈74。当相应开关68基于电梯轿厢28和共振二级线圈74的靠近而闭合时，共振初级线圈70受到激励。
控制器72可以经由可以是硬连线的或无线的路径82来控制每个开关68。替代地，或与其某种组合，开关68可以是智能开关，每个智能开关包含传感器84，传感器84感测指示共振二级线圈74的靠近的参数。例如，传感器84可以是电感传感器，其配置成感测相关联的共振初级线圈70两端的电感变化，这指示共振二级线圈74的靠近位置。替代地，传感器84可以是电容传感器，其配置成感测相关联的共振初级线圈70两端的电容变化，这指示共振二级线圈74的靠近位置。在另一个实施方案中，控制器72可以具有有限的控制，并且开关68可以仍然是智能开关。例如，控制器72可以控制给定开关保持闭合的持续时间；然而，在这样的意义上，开关是“智能的”：它们可以配置成在有或没有控制器指令让其移动到闭合或打开位置的情况下基于其本机智能移动到闭合或打开位置。
共振二级线圈74两端感应的AC电压总体上处在共振初级线圈70的高频下。用高频电力(即，不是低频)激励共振初级线圈70的能力，可以优化从共振初级线圈70到共振二级线圈74的感应电力传送的效率。而且，高频电力总体上便于减小诸如线圈70、74、共振组件76和转换器78以及其它组件的许多***组件的大小。减小组件大小，可以改善***的封装并且可以减轻电梯轿厢28的重量。
共振组件76可以是具有固定值或具有受到主动控制的可变值的无源组件。作为无源共振组件76，组件的性质总体上是电容性的(例如，电容器)，并且能够用AC电力工作。作为有源共振组件76，组件76配置成减轻弱耦合因子或可变耦合因子(即，当共振二级线圈74经过共振初级线圈70之间时改变)的影响。也就是说，共振组件76可以用使得它能控制从共振二级线圈74输出的电流和电压因此控制电力的方式配置或工作。
电力转换器78配置成处理从共振组件76接收的高频下的电力。转换器78可以将高频电力处理成与电梯轿厢28中的AC负荷61兼容的期望频率的电力(例如，大约六十(60)Hz或其它频率的低电力频率)。转换器78可以进一步用于将高频电力转换成DC电力，DC电力然后储存在能量储存装置80中。能量储存装置的实施例可以是电池类型的。
电梯***20可以进一步包含通信***90，其可以总体上与线性推进***40和电力传送***60共用初级部分42的初级线圈48，并且与电力传送***60共用二级线圈74。通信***90可以进一步包含：第一通信装置92，其可以与控制器72直接通信或者与控制器72一体形成；多个通信模块94，每个通信模块总体上与相应的开关68和/或初级线圈70相关联；第二通信装置96，其总体上受到电梯轿厢28支撑和/或位于电梯轿厢28内；电梯轿厢位置传感器98；以及电梯轿厢数据链路100。
作为一个非限制性实例，通信装置92可以是解调器，并且可以总体上在固定结构22中并且受到固定结构22支撑。作为一个非限制性实例，通信装置96可以是智能信号调制器，并且可以总体上在电梯轿厢28中和/或受到电梯轿厢28支撑。调制的实现可以是通过在转换器78的输入端前面切换电容性负荷，或者是通过在转换器78的输出端处切换电阻性负荷。切换序列可以使用诸如差分双相编码的编码方案。通信装置92通过感测初级线圈处的电压、电流或阻抗而接收到传输的数据信号。通信装置92或通信模块94可以解调接收到的信号以提取通信装置96传输的数据。通信模块94总体上与开关68的控制串联工作。更具体来说，模块94配置成在初级部分42的初级线圈48之间通信，从而基于电梯轿厢靠近初级线圈而激活开关68。此外，模块94可以根据彼此和通信装置92配置，从而使得各初级线圈48在电梯轿厢28的不同的移动或固定位置处接收到的数据可以被组合并且共同被利用。
通信装置96配置成从位置传感器98(例如，加速度计)接收数据输入，以发送电梯轿厢位置数据到控制器72。而且，通信装置96可以经由通信链路100从电梯轿厢和各种各样的其它传感器接收任何其它类型的数据。这样的数据可以包含以下数据或者以其它方式与以下数据相关联：故障检测、安全相关信息、健康监测、乘坐舒适性、压力、温度、湿度、占用情况和其它数据。
在工作中，井道26中的模块94与电梯轿厢28之间的无线通信链路可以在无线电力传送期间同时建立，或者可以用与无线电力传送分时或循序的方式执行通信。对于第一种情况，通过应用各种调制技术(例如负荷调制或阻抗调制)将通信信号叠加在电力信号上。对于后一种情况，可以对数据传送使用合适的模拟和数字调制技术。
因此利用无线电力传送***60作为多功能通信信道。其它益处可以包含可以执行以改善电梯工作的安全可靠性的电梯轿厢28的位置感测，以及可以提供稳健的链路以与轿厢交换数据并改善电梯***20的质量、可靠性和安全性的通信信道。此外，通信装置90可以与其它传感器集成以用于各种各样的用途。
虽然参照示例性实施方案描述了本公开，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可以作出各种改变，并且可以替换成等效物。另外，在不脱离本公开的本质范围的前提下，可以应用各种更改以使本公开的教导适应特定情形、应用和/或材料。因此，本公开不限于本文中公开的特定实施例，而是包含落入随附权利要求书范围内的所有实施方案。

Claims (21)

1.一种电梯***，包括：
电梯轿厢，安置在井道中并且构造和布置成沿着所述井道移动；
线性推进***，构造和布置成推进所述电梯轿厢，所述线性推进***包括多个初级线圈，所述初级线圈接合至所述井道并且沿着所述井道分布，该井道总体上由固定结构界定；
无线电力传送***，配置成以感应方式向所述电梯轿厢传送电力，所述无线电力传送***包括二级线圈和共振组件，所述二级线圈安装至所述电梯轿厢并且配置成由所述多个初级线圈在电动势下所感应，并且输出电力以供所述电梯轿厢使用，并且所述共振组件安装到所述电梯轿厢、操作上耦合到所述二级线圈并且配置成当所述二级线圈经过所述多个初级线圈的相邻初级线圈之间时减轻可变耦合因子的影响；以及
通信***，配置成利用所述二级线圈和所述多个初级线圈来交换通信数据信号。
2.如权利要求1所述的电梯***，其中所述通信***包括第一通信装置，所述第一通信装置由所述电梯轿厢载送并且配置成接收通信数据并向所述二级线圈输出通信数据信号。
3.如权利要求2所述的电梯***，其中所述第一通信装置是智能信号调制器。
4.如权利要求3所述的电梯***，其中所述通信***包括第二通信装置，所述第二通信装置由所述固定结构支撑并且与所述线性推进***的控制器通信，所述控制器配置成选择性地控制所述多个初级线圈的激励。
5.如权利要求4所述的电梯***，其中所述第二通信装置是解调器。
6.如权利要求2所述的电梯***，其中所述通信***包括位置传感器，所述位置传感器由所述电梯轿厢支撑并且配置成向所述第一通信装置输出位置信号。
7.如权利要求6所述的电梯***，其中所述位置传感器是加速度计。
8.如权利要求2所述的电梯***，其中所述通信***包括传感器，所述传感器由所述电梯轿厢支撑并且配置成向所述第一通信装置输出信号，并且其中所述传感器是湿度传感器、压力传感器、声音传感器、光传感器和占用传感器中的至少一种传感器。
9.如权利要求2所述的电梯***，其中所述多个初级线圈配置成当所述多个初级线圈中的一个初级线圈邻近于所述二级线圈并且选择性地受到激励时，向所述二级线圈传输电力。
10.如权利要求9所述的电梯***，其中所述线性推进***包括控制***，所述控制***配置成选择并且激励所述多个初级线圈，所述控制***包括多个开关，所述多个开关中的每一个开关与所述多个初级线圈中的相应一个初级线圈相关联，并且其中所述多个开关选择性地闭合以激励多个共振初级线圈中的与所述电梯轿厢的位置相关联的所选择的一个共振初级线圈。
11.如权利要求10所述的电梯***，其中所述通信***配置成在所述多个开关中的所选择的一个开关闭合时通过所述所选择的一个开关发送所述通信信号。
12.如权利要求11所述的电梯***，其中所述控制***包括控制器，所述控制器配置成控制所述多个开关，以便基于所述电梯轿厢的位置来选择性地激励所述多个共振初级线圈。
13.如权利要求12所述的电梯***，其中所述通信***包括智能信号调制器和解调器，所述智能信号调制器由所述电梯轿厢载送并且配置成接收通信数据并向所述二级线圈输出所述通信数据信号，所述解调器由所述固定结构支撑并且与所述线性推进***的所述控制器通信。
14.如权利要求13所述的电梯***，其中所述通信***包括位置传感器，所述位置传感器由所述电梯轿厢支撑并且配置成向所述第一通信装置输出位置信号。
15.如权利要求1所述的电梯***，其中所述通信数据包含电梯轿厢位置、安全相关信息、故障检测、健康监测和信息交换中的至少一项数据。
16.如权利要求2所述的电梯***，其中所述电力传送***包括电力转换器，所述电力转换器由所述电梯轿厢载送并且配置成从所述第一通信装置接收所述通信数据信号。
17.如权利要求16所述的电梯***，其中所述电力转换器向所述电梯轿厢的AC负荷提供AC电力。
18.一种用于与构造成在井道中移动的电梯轿厢交换通信数据的无线通信***，所述无线通信***包括：
智能信号调制器，安装至所述电梯轿厢并且配置成接收电梯轿厢通信数据信号；
二级线圈，安装至所述电梯轿厢，并且配置成感应电梯轿厢电力的电流并从所述智能信号调制器接收所述通信数据信号；
多个初级线圈，沿着所述井道分布，并且配置成当所述多个初级线圈中的一个初级线圈靠近所述二级线圈并且选择性地受到激励时向所述二级线圈传输电力，并且从所述二级线圈接收所述通信数据信号；
共振组件，安装到所述电梯轿厢、操作上耦合到所述二级线圈并且配置成当所述二级线圈经过所述多个初级线圈的相邻初级线圈之间时减轻可变耦合因子的影响；以及
解调器，配置成从所述多个初级线圈接收所述通信数据信号。
19.如权利要求18所述的无线通信***，其中所述解调器向控制器输出所述通信数据信号。
20.如权利要求18所述的无线通信***，其中所述智能信号调制器向所述电梯轿厢中的电力转换器输出所述通信数据信号，所述电力转换器配置成向所述二级线圈输出所述通信数据信号。
21.如权利要求18所述的无线通信***，进一步包括：
多个通信模块，所述通信模块中的每一个通信模块与所述多个初级线圈中的相应一个初级线圈相关联，并且其中所述多个通信模块配置成从所述相应初级线圈选择性地接收所述通信数据信号并且向所述解调器输出所述通信数据信号。
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