CN106477436B - 具有无线电力传输***的机电式推进*** - Google Patents
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Abstract
一种电梯***包括具有电动轿厢子***的电梯轿厢。所述电梯***的导轨被构造并布置来沿着井道且在行进方向上引导所述电梯轿厢。机电式推进***包括沿着所述井道定位的多个初级绕组，和耦接到所述电梯轿厢的永磁体，用于响应于驱动激励对所述电梯轿厢施加运动。次级绕组耦接到所述电梯轿厢并且被设置沿着所述行进方向邻近所述永磁体，并且其中所述次级绕组被配置来利用激励切换频率波纹产生电流以便给所述轿厢子***供电。
Description
背景技术
本公开涉及机电式推进***，并且更具体地说，涉及具有无线电力传输***的推进***。
机电式推进***操作来使第一结构大体通过磁悬浮相对于固定第二结构移动。在没有系链的情况下，难以向移动的第一结构提供机载电力。
作为一个非限制性实例，自推进电梯***可利用此类磁推进***。此类无绳电梯***在用于有绳***的绳子的质量是禁止的和/或在单个井道中需要多个电梯轿厢的某些应用(例如，高层建筑)中是有用的。电梯轿厢通常需要电力以用于通风、照明***、门和制动器的操作、控制单元、通信单元并给安装在例如电梯轿厢控制器上的电池组再充电。此外，电梯轿厢可能在电力故障的情况下需要备用***。现有***使用移动电缆或集电器/滑块来将移动电梯轿厢与沿电梯井道分布的电力线连接。
发明内容
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，其包括电动轿厢子***；导轨，其被构造并布置来沿着井道且在行进方向上引导电梯轿厢；多个初级绕组，其沿着井道定位；永磁体，其耦接到电梯轿厢，多个初级绕组和永磁体限定机电式推进***用于响应于驱动激励对电梯轿厢施加运动；以及次级绕组，其耦接到电梯轿厢并且被设置沿着行进方向邻近永磁体，并且其中次级绕组被配置来利用激励切换频率波纹产生电流以便给轿厢子***供电。
除了前述实施方案之外，次级绕组是基于感应的。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，次级绕组是基于谐振的。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，多个初级绕组包括具有第一激励电流的第一绕组和具有与第一激励电流不同相的第二激励电流的相邻第二绕组，并且第一激励电流包括第一基频分量和第一波纹频率分量，而第二激励电流包括第二基频分量和第二波纹频率分量，并且其中第一基频分量和第二基频分量与用于施加运动的机电式推进***相关联而第一波纹频率分量和第二波纹频率分量与次级绕组和激励切换频率波纹相关联。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，电源；以及换流器，其从电源接收能量并且将第一激励电流和第二激励电流输出到相应的第一绕组和第二绕组，并且其中第一波纹频率分量和第二波纹频率分量通过换流器的内部切换产生。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，换流器输出在约5kHz至100kHz范围内的激励切换频率波纹，并且大于第一基频分量和第二基频分量的基频。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，次级绕组被构造并布置来在激励切换频率波纹处谐振。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，激励切换频率波纹基本上大于与机电式推进***相关联的基频，并且初级绕组中的每一个的极距不等于次级绕组的极距。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，机电式推进***是线性机电式电机。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，机电式推进***是旋转机电式电机。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，电梯轿厢子***包括电池组、通风单元、照明***、门操作单元、制动单元、显示单元、控制单元和通信单元中的至少一个。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，电梯***包括控制器，其被配置来顺序地控制多个初级绕组的通电。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，电梯***是无绳的。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，电梯***包括电力换流器，其设置在电梯轿厢中并且被配置来将感应电压和电流转换成合适的AC或DC电压和电流。
根据另一个非限制性实施方案的无线电力供应包括：多个初级绕组，其包括具有第一激励电流的第一绕组和具有第二激励电流的相邻第二绕组，并且其中第一激励电流包括第一基频分量和第一波纹频率分量，而第二激励电流包括第二基频分量和第二波纹频率分量；以及次级绕组，其被配置来利用激励切换频率波纹产生电流，并且其中第一波纹频率分量和第二波纹频率分量与次级绕组和激励切换频率波纹相关联以用于无线电力传输。
除了前述实施方案之外，第一基频分量和第二基频分量与用于施加运动的机电式推进***相关联。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，机电式推进***是旋转机电式电机。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，机电式推进***是线性机电式电机。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，机电式推进***是复合运动机电式电机。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，激励切换频率波纹在约5kHz至100kHz的范围内，并且大于第一基频分量和第二基频分量的基频。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，次级绕组被构造并布置来在激励切换波纹的频率处谐振。
替代地或除此之外，在上述实施方案中，无线电力传输***包括谐振部件，其被配置来从次级绕组接收能量。
前述特征和元件可以各种组合非排他性地进行组合，除非另有明确指示。根据以下描述和附图，这些特征和元件及其操作将变得更为明显。然而，应理解下述描述和附图意图在本质上是示例性的并且是非限制性的。
附图说明
各种特征通过公开的非限制性实施方案的下述详述对于本领域技术人员将变得显而易见。详细说明所附的附图可简述如下：
图1示出示例性实施方案中的多轿厢电梯***；
图2为示例性实施方案中的轿厢和线性推进***的部分的自顶向下视图；
图3为线性推进***的示意图；
图4为具有无线电力传输***的电梯***的示意图；
图5为总激励电流的图；
图6为图5中的总激励电流的基频分量和切换频率分量的图；
图7为切换频率分量所产生的场的图；并且
图8为具有无线电力传输***的推进***的第二实施方案的示意图。
具体实施方式
图1描绘了示例性实施方案中的自推进或无绳电梯***20，所述自推进或无绳电梯***20可用在具有多个层面或楼层24的结构或建筑物22中。电梯***20包括具有由结构22限定的边界的井道26和适于在井道26中行进的至少一个轿厢28。井道26可包括，例如，三个通道30、32、34，各自沿着相应的中央轴线35延伸，其中任意数量的轿厢28在任一个通道中并且沿着任意数量的行进方向(例如，向上和向下)行进。例如并且如所示出，通道30、34中的轿厢28可沿着向上方向行进并且通道32中的轿厢28可沿着向下的方向行进。
在顶部楼层24上方的是上部转接站36，这便于电梯轿厢28的水平运动，以便在通道30、32、34之间移动轿厢。在第一楼层24下方的是下部转接站38，这便于电梯轿厢28的水平运动，以便在通道30、32、34之间移动轿厢。应当理解，上部转接站36和下部转接站38可分别定位在顶部楼层24和第一楼层24而不是高于和低于顶部楼层和第一楼层，或者可定位在任一个中间楼层。另外，电梯***20可包括垂直定位在上部转接站36与下部转接站38之间并且类似于上部转接站36和下部转接站38的一个或多个中间转接站(未示出)。
参考图1至3，使用线性推进***40来推进轿厢28，所述线性推进***40具有至少一个固定初级部分42(例如，如图2所示安装在轿厢28的相反侧上的两个)、移动次级部分44(例如，如图2所示安装在轿厢28的相反侧上的两个)和控制***46(见图4)。初级部分42(即定子)包括多个绕组48，所述多个绕组48安装在井道26中的通道30、32和34的一侧或两侧处。每个次级部分44可包括安装到轿厢28的两排相对的永磁体50A、50B。初级部分42被提供来自控制***46的驱动激励以便产生磁通量，所述磁通量在次级部分44上施加力来控制轿厢28在其相应通道30、32、34中的移动(例如，向上移动、向下移动或保持静止)。初级部分42的多个绕组48通常位于相对排的永磁体50A、50B之间并且与永磁体50A、50B间隔开。应当考虑和理解，任何数目的次级部分44可安装到轿厢28，并且任何数目的初级部分42可与次级部分44以任何数目的配置相关联。
参考图3，控制***46可包括电源52、电力换流器54(例如，电机或推进驱动器)、总线56和控制器58。电源52通过总线56电耦接到电力换流器54。在一个非限制性实例中，电源52可以是直流电流(DC)电源。DC电源52可使用存储装置(例如，电池组、电容器)来实现，并且可以是调节来自另一个源的电力的有源装置(例如，连接到电网、发电机等的整流器)。电力换流器54可从总线56接收DC或AC电力，并且可向线性推进***40的初级部分42提供驱动激励。每个电力换流器54可以是一种换流器，所述换流器将来自总线56的DC或AC电力转换成向初级部分42的相应区段提供的多相(例如，如图3所示的三相，以及如图4所示的两相)驱动激励。初级部分42可分成多个模块或区段，其中每个区段与相应电力换流器54相关联。
控制器58向每个电力换流器54提供控制信号以便控制驱动激励的产生。控制器58可使用脉冲宽度调制(PWM)控制信号来控制电力换流器54产生驱动激励。控制器58可使用被编程来产生控制信号的基于信号处理器的装置来实现。控制器58可分布作为每个驱动器54的一部分，以便产生用于对应驱动的控制信号。控制器58也可以是电梯控制***或电梯管理***的一部分。控制***46的元件可在单个集成模块中实现，和/或沿井道26分布。
参考图4，电梯***20的无线电力传输***60可用于给电梯轿厢28中或上的负载或电梯轿厢子***62供电。电力传输***60可以是控制***46的整体部分，由此共享各种部件，诸如控制器58(见图3)、总线56、电源52、电力换流器54、初级部分42和其他部件。子***62可包括电池组或能量存储装置、通风单元、照明***、门操作单元、制动单元、显示单元、控制单元、通信单元等。子***62可以是利用传统电力频率(例如像大约60Hz)的交流(AC)负载，诸如通风单元的风扇等。替代地或除此之外，子***62可包括直流(DC)负载，诸如显示单元。2014年11月27日在专利合作条约下公开的、2013年5月21日提交的、并且转让给Otis Elevator Company of Farmington，Connecticut的国际专利申请WO 2014/189492通过引用以其整体并入本文。
参考图4和5，初级部分42可包括处于第一相的多个初级绕组64和处于从第一相偏置的第二相的多个初级绕组66。电力换流器54(例如，通过PWM控制的切换电力换流器)从电源52接收电力，并且可将电力转换成初级绕组64、66的预先确定的基频、电压、相数(如图4所示的两个)和受控激励电流。来自换流器54的能量被输出到初级绕组64、66。在图5中示出由每个初级绕组64、66接收的总激励电流。机械推进由激励的低频(例如，基频)分量产生，所述低频分量通常处于可在大约0Hz至100Hz的范围内的低频(即其中0Hz可以是在轿厢通过初级绕组的激励而保持在固定位置时的情况)。
可产生切换频率波纹的开关调制是切换电力换流器54中通常固有的。切换频率波纹分量被无线电力传输***60利用。更确切地说且如图6中最佳示出的，绕组64的总激励电流(ix)可分解成处于低基频的基频分量(ixb)和处于高得多的激励切换频率的波纹或切换频率分量(ixr)(即切换频率波纹)，其可在大约5kHz至100kHz的范围内。类似地，绕组66的总激励电流(iy)可分解成处于低频的基频分量(iyb)和处于高得多的激励切换频率的切换频率分量(iyr)。相应总激励电流(ix)、(iy)的基频分量(ixb)、(iyb)可通常由推进***40使用以便使电梯轿厢28悬浮和/或推进电梯轿厢28。切换频率分量(ixr)、(iyr)可由无线电力传输***60使用以便给电梯轿厢负载62供电。参考图7，图中示出由切换频率分量(ixr)、(iyr)产生的可能的合成场。
无线电力传输***60还可包括通常在电梯轿厢28中或由电梯轿厢28承载的部件。此类部件可包括次级绕组68，其被配置来在通电初级绕组64、66邻近其时利用电压或电流来感应；可以是有源和/或无源的谐振部件70；以及电力换流器72。次级绕组68可在绕组邻近通电的初级绕组64、66时感应出电流，并且可基于感应或基于谐振被构造成大体在激励切换波纹的频率处或在切换频率波纹的谐波分量处谐振。尽管未示出，次级绕组68可具有不等于初级绕组64、66的极距的极距。电力传输***60的次级绕组68可通常卷绕在推进***40的次级部分44的永磁体50A、50B中的一个或两个周围。
谐振部件70从次级绕组68接收能量并且可以是无源的或有源的。作为无源谐振部件70，所述部件通常是电容器并且能够存储AC电力或以AC电力进行操作。作为有源谐振部件70，所述部件70被配置来减轻较弱或可变耦合系数的影响(即在次级绕组68穿过初级绕组64、66时变化)。也就是说，谐振部件70可用于使来自次级绕组68的感应输出电流和电压达到平衡。
电梯轿厢28中的电力换流器72被配置来从谐振部件70接收高频电力。换流器72可将高频电力降低到与电梯轿厢28中的AC负载62兼容的合适低频电力(例如，60Hz等的低电力频率)。换流器72还可用于将高频电力转换成DC电力，所述DC电力随后存储在能量存储装置(未示出)中。能量存储装置的实例可以是一种类型的电池组。
在高切换频率(即与低频相反)下次级绕组68中感应出电流的能力可优化从初级绕组64、66到次级绕组68的感应电力传输的效率。此外，高切换频率通常促进许多***部件尺寸的减少，诸如次级绕组68、谐振部件70和换流器72等。减少部件的尺寸改善***的封装，并且可减轻电梯轿厢28的重量。
次级绕组68可被设计和部署成使得基频分量(ixb)、(iyb)不在次级绕组上产生任何可变场，并且仅高切换频率场(即通过换流器切换产生的)在次级绕组上产生变化场以便启用无线电力传输。电梯***20是高度可靠的、安全的，并且不受基于接触的电力传输***的机械局限性和电局限性所限制。电梯***20可利用固定侧上的现存激励布置用于无线电力传输功能。此外，***20可利用通过切换电力换流器54产生的波纹分量，所述电力换流器54可能已经在典型***中存在。***20是相对简单和稳固的，并且可不需要初级激励的附加切换或调制，以及在***固定侧上的附加电力换流器和绕组。本公开也可用于固定侧与移动侧之间的任何信息交换。
参考图8，示出推进***的第二实施方案，其中与第一实施方案类似的部件具有类似的元件号码，除添加了“”’符号后缀之外。推进***40’可以不是线性机电式电机，而是可以为复合运动机电式电机，所述复合运动机电式电机可包括旋转(即旋转电机)、或旋转运动和线性运动的组合。无线电力传输***60’可与推进***40’是成整体的。另外应当考虑和理解，***40’、60’可不限于电梯，并且可应用于将需要从固定结构22’到移动结构28’的无线电力传输的任何各种应用。
虽然已经参考示例性实施方案描述了本公开，但是本领域技术人员将理解，可以进行各种改变并且可以进行等效物替换而不脱离本公开的精神和范畴。此外，可在不脱离其实质范围的情况下进行各种修改来使本公开的教导内容适用于特定情况、应用和/或材料。因此本公开不限于本文所公开的特定实例，而是包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施方案。
Claims (22)
1.一种电梯***，其包括：
电梯轿厢，包括电动轿厢子***；
导轨，被构造并被布置来沿着井道且在行进方向上引导所述电梯轿厢；
多个初级绕组，沿着所述井道定位；
永磁体，耦接到所述电梯轿厢，所述多个初级绕组和所述永磁体限定用于响应于驱动激励对所述电梯轿厢施加运动的机电式推进***；以及
次级绕组，耦接到所述电梯轿厢并且被设置沿着所述行进方向邻近所述永磁体，并且其中所述次级绕组被配置来利用激励切换频率波纹产生电流以便给所述电动轿厢子***供电。
2.如权利要求1所述的电梯***，其中所述次级绕组是基于感应的。
3.如权利要求1所述的电梯***，其中所述次级绕组是基于谐振的。
4.如权利要求1所述的电梯***，其中所述多个初级绕组包括具有第一激励电流的第一绕组和具有与所述第一激励电流不同相的第二激励电流的相邻第二绕组，并且所述第一激励电流包括第一基频分量和第一波纹频率分量，而所述第二激励电流包括第二基频分量和第二波纹频率分量，并且其中所述第一基频分量和所述第二基频分量与用于施加运动的所述机电式推进***相关联而所述第一波纹频率分量和所述第二波纹频率分量与所述次级绕组和所述激励切换频率波纹相关联。
5.如权利要求4所述的电梯***，还包括：
电源；以及
换流器，从所述电源接收能量并且将所述第一激励电流和所述第二激励电流输出到相应的所述第一绕组和所述第二绕组，并且其中所述第一波纹频率分量和所述第二波纹频率分量通过所述换流器的内部切换产生。
6.如权利要求5所述的电梯***，其中所述换流器输出在5 kHz至100 kHz范围内的所述激励切换频率波纹，并且大于所述第一基频分量和所述第二基频分量的基频。
7.如权利要求1所述的电梯***，其中所述次级绕组被构造并被布置来在激励切换波纹的频率处或在其谐波分量处谐振。
8.如权利要求7所述的电梯***，其中所述激励切换频率波纹大于与所述机电式推进***相关联的基频，并且所述初级绕组中的每一个的极距不等于所述次级绕组的极距。
9.如权利要求1所述的电梯***，其中所述机电式推进***是线性机电式电机。
10.如权利要求1所述的电梯***，其中所述机电式推进***是旋转机电式电机。
11.如权利要求1所述的电梯***，其中所述电动轿厢子***包括电池组、通风单元、照明***、门操作单元、制动单元、显示单元、控制单元和通信单元中的至少一个。
12.如权利要求8所述的电梯***，还包括：
控制器，被配置来顺序地控制所述多个初级绕组的通电。
13.如权利要求1所述的电梯***，其中所述电梯***是无绳的。
14.如权利要求1所述的电梯***，还包括：
电力换流器，设置在所述电梯轿厢中并且被配置来将感应的电压和电流转换成合适的AC或DC电压和电流。
15.一种无线电力供应，包括：
多个初级绕组，包括具有第一激励电流的第一绕组和具有第二激励电流的相邻第二绕组，并且其中所述第一激励电流包括第一基频分量和第一波纹频率分量，而所述第二激励电流包括第二基频分量和第二波纹频率分量；以及
次级绕组，被配置来利用激励切换频率波纹产生电流，并且其中所述第一波纹频率分量和所述第二波纹频率分量与所述次级绕组和所述激励切换频率波纹相关联以用于无线电力传输。
16.如权利要求15所述的无线电力供应，其中所述第一基频分量和所述第二基频分量与用于施加运动的机电式推进***相关联。
17.如权利要求16所述的无线电力供应，其中所述机电式推进***是旋转机电式电机。
18.如权利要求16所述的无线电力供应，其中所述机电式推进***是线性机电式电机。
19.如权利要求16所述的无线电力供应，其中所述机电式推进***是复合运动机电式电机。
20.如权利要求15所述的无线电力供应，其中所述激励切换频率波纹在5 kHz至100kHz的范围内，并且大于所述第一基频分量和所述第二基频分量的基频。
21.如权利要求15所述的无线电力供应，其中所述次级绕组被构造并被布置来在所述激励切换波纹的频率处谐振。
22.如权利要求21所述的无线电力供应，还包括：
谐振部件，被配置来从所述次级绕组接收能量。
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