CN108100828B - 一种电梯曳引机以及控制方法和电梯 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电梯曳引机以及控制方法和电梯，其中电梯曳引机，包括固定部分和旋转部分，所述固定部分上设有定子，所述旋转部分上设有与定子相互配合的转子，还设有：设置在所述旋转部分上且绕转子旋转轴线布置的标识环；设置在所述固定部分上的感应器，该感应器感应所述标识环的转动，生成并输出相应的电压信号；倍频放大电路，接收所述电压信号经倍频处理后输出倍频后电压信号；控制电路，接收所述倍频后电压信号并控制所述电梯曳引机输出相应的转矩。本发明电梯曳引机，通过采用标识环编码器节省轴向空间，并通过对所获得信号的倍频处理，提高了控制精度。

Description

一种电梯曳引机以及控制方法和电梯

技术领域

本发明涉及电梯领域，尤其涉及曳引机、采用该曳引机的电梯，以及采集转角信号并相应驱动曳引机的控制方法。

背景技术

为了控制电梯曳引机的运行，获得曳引机的实时转角信号，现有技术中大多采用光栅编码器或者磁环编码器，通过转角信号可以换算得到轿厢位置，运行速度等，并相应的控制曳引机转矩输出。

光栅编码器或者磁环编码器需要布置在电机轴向的一侧，占用了轴向尺寸，使曳引机轴向尺寸加大，不能适应无机房的小井道安装；

就光栅编码器本身而言，容易被污染，安装及拆卸需要专用的工具，加工及装配精度要求高，需要专门的防护装置对其进行保护，另外防护等级低，难以适应湿度较大的电梯井道环境。光栅编码器和信号线之间连接需要专门的接插件，接插件一旦出现脱落、氧化或者插反，会导致主机不可控制的溜车，飞车等危险；

现有磁环编码器的速度监测和位置监测是有两条分开的磁极通道组成，不但增加制造难度和成本，而且在电梯上应用时，给调试和控制带来不便。另外，磁环编码器上的磁极数量直接决定了磁环的分辨率，在电梯上应用时，为防止轿厢倒溜，还需要专门的称重装置。

发明内容

本发明提供一种用于电梯的曳引机，通过采用标识环编码器节省轴向空间，并通过对所获得信号的倍频处理，提高了控制精度。

一种电梯曳引机，包括固定部分和旋转部分，所述固定部分上设有定子，所述旋转部分上设有与定子相互配合的转子，还设有：

设置在所述旋转部分上且绕转子旋转轴线布置的标识环；

设置在所述固定部分上的感应器，该感应器感应所述标识环的转动，生成并输出相应的电压信号；

倍频放大电路，与所述感应器相连，接收所述电压信号经倍频处理后输出倍频后电压信号；

控制电路，与所述倍频放大电路相连，接收所述倍频后电压信号并控制所述电梯曳引机输出相应的转矩。

本发明采用的标识环本身并没有转轴，因此可以布置在旋转部分的外周，并不占用轴向空间，感应器识别标识环转动状态下的磁极变化，两者相互匹配构成编码器，并输出相应的电压信号。

标识环随旋转部件一起旋转，安装位置既可以靠近旋转部件轴向的端部，也可以处在任意的外周位置，而感应器安装在固定部分上并与标识环相邻近，标识环编码器的分体式安装方法，节省了轴向尺寸空间，满足不同安装环境需求。

作为优选，所述标识环的安装位置靠近旋转部件轴向的端部，标识环处在旋转部件轴向的端面上，或处在旋转部件的外周面上，并随旋转部件一起旋转。

本发明使用标识环编码器为无轴结构，没有相应的也没有轴承磨损，使用寿命较长，标识环基体可以使用金属材质，强度好和抗冲击性能好；标识环外表可以带有防护层，保护标识环不受灰尘，湿气的影响。

标识环可以做到免维护，标识环和感应器之间允许有一定的安装误差间隙，便于安装调试，感应器的电子元器件封装在壳体内，防护等级高，抗环境污染能力强；信号引出线直接和感应器一起封装，无接插件，防护性能好，能有效避免环境污染。

作为优选，所述标识环包括环形的基体，基体上沿周向布置多个磁极；

所述磁极为独立结构的磁性块；

或磁极与基体为一体结构，且在磁极所处位置充磁；

相邻磁极的磁性相斥。

标识环上包含n个N极和S极交替布置的磁极，磁极排布间距可按需设置，磁极可以分布在标识环的内圆周、外圆周或轴向端面上。

作为优选，所述标识环包括环形的基体，基体的外周缘或轴向端面具有交替起伏的凸凹形状变化；

凸凹形状变化部位与基体之间为一体结构或固定连接的分体结构；

凸凹形状变化部位采用导磁材料。

外周缘的凸凹形状变化类似与轮齿结构，这里重点在于凸凹的相对变化，而并不强调凸起或凹陷的绝对形状和尺寸。

作为优选，相对与旋转部分，所述基体为可拆卸的环形部件或与所处的旋转部件为一体结构，基体所处的旋转部件为电梯曳引机中的曳引轮或转子。

当旋转部分自身的外周缘或轴向端面具有交替起伏的凸凹形状变化时，可视为凸凹形状变化部位与基体之间为一体结构，而基体与所处的旋转部件为一体结构，这样结构上进一步集成简化，便于加工。

同理，当旋转部分自身间隔分布有充磁部位也视为与标识环一体结构。

无论采用磁极方式还是采用导磁材料的凸凹形状变化，标识环转动时感应器均可以感应出相互之间的磁场的变化，可以生成和标识环上磁极数(或凸凹部位的数量，以下叙述以磁极为例)对应的脉冲电压信号，该脉冲电压信号的输出形式有方波电压信号和正弦波电压信号两种

电压信号的个数取决于标识环上磁极的数目，由于制造工艺的限制，标识环上磁极的个数不可能做到很多数量，因此单位时间内脉冲的个数也会受到限制，影响精度的提高。在电梯上应用时，需要再增加称重装置，提前预判断轿厢的重量，然后把重量指令发给控制电路(例如电梯控制器)，电梯控制器再把重量信号发给曳引机，让曳引机输出对应的转矩，这样才能做到轿厢不倒溜，但是电梯增加了称重装置的成本。

作为优选，所述感应器输出的电压信号为正弦波电压信号，所述倍频放大电路包括电路上依次连接的：

A/D转换模块，接收来自所述感应器的正弦波电压信号，再转化为数字信号；

FPGA模块，接收来自A/D转换模块的数字信号进行倍频和滤波，再输出处理后的数字信号；

D/A转换模块，接收来自FPGA模块的处理后的数字信号，再转化为所述倍频后正弦波电压信号。

作为优选，倍频放大的倍数为任意大于1的自然数倍。

本发明还提供一种电梯，包括所述的电梯曳引机。

为了更好发挥应用本发明曳引机的优势，本发明还提供了优选的电梯曳引机在电梯中的安装方式。

作为优选，所述电梯的井道内设有轿厢导轨，所述电梯曳引机底部通过支架固定在轿厢导轨上，所述固定部分包括立置在支架上的机座，机座中部带有朝向轿厢导轨一侧水平延伸的固定轴，定子安装在机座3上且绕固定轴***分布；

所述旋转部分包括通过轴承安装在固定轴上的转子，转子背向机座一侧带有与转子一体结构的曳引轮；

所述标识环安装在转子上，并与转子一区旋转，所述感应器安装在固定轴上。

本发明中，定子和转子可以采用常规的绕组或磁钢片的形式，例如定子为绕组线圈，转子上固定有为磁钢片就定子和转子本身而言，并非本发明重点，可采用现有技术的诸多方式。

由于倍频放大电路以及控制电路是通过电路与感应器相连，因此在空间位置上并没有严格限制，可以集成安装在感应器处，也可以通过电路引出，设置专用的控制柜，或与电梯原本的控制***相集成。

例如控制电路可以集成至电梯控制器，或专门为曳引机匹配的变频控制器等方式，倍频放大电路的部分功能也可以采用软件形式，通过电梯控制器中的软件模块来实现。

本发明在物理结构方面，重点针对标识环以及感应器的空间布置进行了优化和改进。

作为优选，所述转子在朝向轿厢导轨的一侧上设有固定在轴向端面部位的轴承挡环，轴承挡环上设有环形的定位台阶，所述标识环安装在该定位台阶上。

作为优选，所述固定轴的端面设有与轿厢导轨相抵配合的连接头，该连接头的外周设有径向外伸的翼板，所述感应器安装在翼板上。

本发明电梯曳引机结合至电梯井道以及轿厢导轨，发挥了标识环编码器节省轴向空间、便于安装调试等优点。

本发明还提供一种所述电梯曳引机的控制方法，包括：

感应器感应所述标识环转动状态下的磁场变化，生成并输出相应的电压信号；

倍频放大电路接收所述电压信号，经倍频处理后输出倍频后的电压信号；

控制电路接收所述倍频后的电压信号，控制所述电梯曳引机输出相应的转矩。

本发明在标识环编码器本身输出电压信号的基础上，进行了倍频放大处理，用较少的磁极数目可以做到很高的精度，相应降低了制造成本。电梯启动时，电梯控制器能及时准确的计算出转子的轻微转动，同时给电梯曳引机发出指令，让电梯曳引机输出相应的转矩，提高电梯启动的舒适性，也省去了电梯称重装置，降低了电梯成本。

附图说明

图1为本发明曳引机的结构示意图；

图2为图1中A-A剖面图；

图3为图1中B-B剖面图；

图4为倍频放大电路对正弦波电压信号进行处理的原理示意图；

图中各标记分别为：

轿厢导轨1，支架2，机座3，延伸部3a，弯折部3b，固定轴3c，定子4，曳引轮5，转子6，连接头7，调节垫片8，轴承挡环9，标识环10，感应器11。

具体实施方式

本实施例中电梯曳引机结构以及安装方式仅仅是作为优选方式，并不对本发明有关编码器的安装形式以及信号处理方式构成特别限定。具体参见图1～图3，本实施例中电梯的井道内设有轿厢导轨1，轿厢导轨1上固定有支架2，电梯曳引机通过支架固定在轿厢导轨上，按照使用时的动静关系，电梯曳引机主要包括固定部分和旋转部分。

固定部分包括立置在支架2上的机座3，支架2分为上下两部分，机座3的顶部和底部分别固定在对应位置的支架上，机座3的中部以一体结构的方式带有朝向轿厢导轨1一侧水平延伸的固定轴3c，机座3由固定轴3c径向向外依次为延伸部3a以及处在外边缘且朝轿厢导轨1一侧延伸的弯折部3b，定子4采用绕组方式环布在延伸部3a上。

旋转部分包括通过轴承安装在固定轴3c上的转子6，转子6朝向机座3一侧安装有与定子4相匹配且采用磁钢片形式的磁极，转子6背向机座3一侧带有一体结构的曳引轮5。

转子6在朝向轿厢导轨1的一侧上设有固定在轴向端面部位的轴承挡环9，轴承挡环9可遮挡转子6与固定轴3c之间的轴承，轴承挡环9背向轴承的一侧设有环形的定位台阶，定位台阶上安装嵌套有标识环10。

标识环10包括金属材质的环形基体，基体轴向的端面通过局部充磁，粘结磁性块等方式沿周向分布多个磁极，且N，S极交替布置。

在另外的实施方式中，标识环10可以采用基体自身的外周缘或轴向端面具有交替起伏的凸凹形状变化，且至少在凸凹形状变化部位采用导磁材料。

固定轴3c的端面设有连接头7，连接头7一端插接固定在固定轴3c的端面，另一端通过调节垫片8与轿厢导轨1相抵配合，可进一步提高曳引机运动的稳定性。

连接头7的外周设有径向外伸的翼板，翼板外边缘与轴承挡环9大致等径，或至少延伸超过标识环10的径向位置，翼板上安装有感应器11，感应器11的径向位置大致与标识环10相对应，可以检测标识环10转动时的磁极即磁场强度变化，并输出相应的电压信号。

本实施例中，标识环10的安装位置处在旋转部件轴向的端部，感应器11安装在固定部分上并与标识环10相邻近，这种分体式安装节省了轴向尺寸空间，可适应更多的安装环境需求。

感应器11识别标识环10转动状态下的磁极变化，两者相互匹配构成标识环编码器。

为了进一步处理感应器11所输出的电压信号，本实施例的电梯曳引机还设有与感应器11相连的倍频放大电路，倍频放大电路，以及与倍频放大电路相连的控制电路，倍频放大电路和控制电路也可以相应的软硬件形式集成至原有的电梯控制器中。

本实施例中以感应器输出的电压信号为正弦波电压信号为例，正弦波电压信号即可以反馈速度，还可以反馈绝对位置信息，为了进一步提高控制精度，设置了倍频放大电路，结合图4，倍频放大电路包括电路上依次连接的A/D转换模块，FPGA模块以及D/A转换模块，本发明电梯曳引机运行时的控制方法，为：

感应器感应所述标识环转动状态下的磁极变化，生成并输出相应的正弦波电压信号，输出至倍频放大电路中；

倍频放大电路中A/D转换模块，接收来自所述感应器的正弦波电压信号，再转化为数字信号；

FPGA模块接收来自A/D转换模块的数字信号进行倍频和滤波，再输出处理后的数字信号，倍频放大的倍数为任意大于1的自然数倍(例如2、4、6或8倍)；

D/A转换模块接收来自FPGA模块的处理后的数字信号，再转化为倍频后的正弦波电压信号。

控制电路接收倍频后的正弦波电压信号，根据该信号可以获知转子的轻微转动，尤其在电梯启动时可以更加精确的控制电梯曳引机输出相应的转矩，例如在本实施例中通过脉宽调制的方式调节定子绕组的电流，驱动转子联动曳引轮输出相应的转矩，可以提高电梯启动的舒适性，也省去了电梯称重装置，降低了电梯成本。

在另外的实施例中，感应器输出的电压信号为方波电压信号，同理也针对该方波电压信号进行倍频放大处理，获得倍频后的方波电压信号，控制电路接收倍频后的方波电压信号，驱动转子联动曳引轮输出相应的转矩。

以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是本发明并非局限于此，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。显然这些改动和变型均应属于本发明要求的保护范围保护内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何特殊限制。

Claims (9)

1.一种电梯曳引机，包括固定部分和旋转部分，所述固定部分上设有定子，所述旋转部分上设有与定子相互配合的转子，其特征在于，还设有：

设置在所述旋转部分上且绕转子旋转轴线布置的标识环；

设置在所述固定部分上的感应器，该感应器感应所述标识环的转动，生成并输出相应的电压信号；

倍频放大电路，与所述感应器相连，接收所述电压信号经倍频处理后输出倍频后的电压信号；

控制电路，与所述倍频放大电路相连，接收所述倍频后的电压信号并控制所述电梯曳引机输出相应的转矩；

电梯的井道内设有轿厢导轨，所述电梯曳引机底部通过支架固定在轿厢导轨上，所述固定部分包括立置在支架上的机座，机座中部带有朝向轿厢导轨一侧水平延伸的固定轴，定子安装在机座上且绕固定轴***分布；

所述旋转部分包括通过轴承安装在固定轴上的转子，转子背向机座一侧带有与转子一体结构的曳引轮；

所述转子在朝向轿厢导轨的一侧上设有固定在转子轴向端面部位的轴承挡环，轴承挡环上设有环形的定位台阶，所述标识环安装在该定位台阶上；

所述固定轴的端面设有与轿厢导轨相抵配合的连接头，该连接头的外周设有径向外伸的翼板，所述感应器安装在翼板上。

2.如权利要求1所述的电梯曳引机，其特征在于，所述标识环的安装位置靠近旋转部分轴向的端部，标识环处在旋转部分轴向的端面上，或处在旋转部分的外周面上，并随旋转部分一起旋转。

3.如权利要求1所述的电梯曳引机，其特征在于，所述标识环包括环形的基体，基体上沿周向布置多个磁极；

所述磁极为独立结构的磁性块；

或磁极与基体为一体结构，且在磁极所处位置充磁；

相邻磁极的磁性相斥。

4.如权利要求1所述的电梯曳引机，其特征在于，所述标识环包括环形的基体，基体的外周缘或轴向端面具有交替起伏的凸凹形状变化；

凸凹形状变化部位与基体之间为一体结构或固定连接的分体结构；

凸凹形状变化部位采用导磁材料。

5.如权利要求3或4所述的电梯曳引机，其特征在于，所述基体为可拆卸的环形部件或与所处的旋转部分为一体结构，基体所处的旋转部分为电梯曳引机中的曳引轮或转子。

6.如权利要求1所述的电梯曳引机，其特征在于，所述感应器输出的电压信号为正弦波电压信号，所述倍频放大电路包括电路上依次连接的：

A/D转换模块，接收来自所述感应器的正弦波电压信号，再转化为数字信号；

FPGA模块，接收来自A/D转换模块的数字信号进行倍频和滤波，再输出处理后的数字信号；

D/A转换模块，接收来自FPGA模块的处理后的数字信号，再转化为倍频后正弦波电压信号。

7.如权利要求6所述的电梯曳引机，其特征在于，倍频放大的倍数为任意大于1的自然数倍。

8.一种电梯，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述的电梯曳引机。

9.一种权利要求1～7任一项所述的电梯曳引机的控制方法，其特征在于，包括：

感应器感应所述标识环转动状态下的磁场变化，生成并输出相应的电压信号；

倍频放大电路接收所述电压信号，经倍频处理后输出倍频后的电压信号；

控制电路接收所述倍频后的电压信号，控制所述电梯曳引机输出相应的转矩。