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CN106132864B - 用于确定无绳电梯系统中磁性部件的磁场取向的系统和方法 - Google Patents

用于确定无绳电梯系统中磁性部件的磁场取向的系统和方法 Download PDF

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CN106132864B
CN106132864B CN201480077183.5A CN201480077183A CN106132864B CN 106132864 B CN106132864 B CN 106132864B CN 201480077183 A CN201480077183 A CN 201480077183A CN 106132864 B CN106132864 B CN 106132864B
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Abstract

本文公开了一种无绳电梯系统、一种推进系统以及一种用于操作无绳推进系统的方法。所述无绳电梯系统可包括：电梯轿厢；井道，所述电梯轿厢在所述井道中行进；以及无绳推进系统。所述无绳推进系统可包括：电绕组，所述电绕组由电源供电，所述电绕组附连到固定结构，所述固定结构与所述井道相关联；以及磁体，所述磁体附连到移动结构，所述移动结构与所述电梯轿厢相关联，并且所述电绕组与所述磁体之间的相互作用生成对在所述井道中行进的所述电梯轿厢的推力。所述无绳电梯系统还可包括一组霍尔效应传感器，所述一组霍尔效应传感器确定感测到的磁场，所述感测到的磁场与由所述绕组携载的电流相关联并且被用来确定由所述绕组携载的电流相对于所述磁体的磁场取向。

Description

用于确定无绳电梯系统中磁性部件的磁场取向的系统和方法
技术领域
本公开大体上涉及电梯系统，并且更具体地说，涉及自推进电梯系统。
发明背景
自推进电梯系统，也称为无绳电梯系统，被设想为在电梯系统的单个井道部分中需要多个电梯轿厢的各种应用(诸如高层建筑)中是有用的。在高层建筑中，由于需要大量的绳索来起作用，常规电梯可能无法实现。
在无绳电梯系统中，第一井道可被指定用于电梯轿厢的向上行进，而第二井道被指定用于电梯轿厢的向下行进。另外，可包括转接站以便在第一井道与第二井道之间水平地移动电梯轿厢。
为了推动电梯轿厢在井道中来回移动，无绳电梯系统可采用线性电动机来产生必要的推力。线性电动机可包括围绕井道设置的载流线圈和设置在一个或多个电梯轿厢上的磁体。线圈和磁体之间的相互作用生成推力。为了适当的操作，线圈和磁体的相应磁极必须适当地对准以便于适当的磁场取向。因此，需要用于确定无绳电梯系统中磁性部件的磁场取向的系统和方法。
发明概要
根据本公开的一个方面，公开了一种无绳电梯系统。所述无绳电梯系统可包括：电梯轿厢；井道，电梯轿厢在所述井道中行进；以及无绳推进系统。无绳推进系统可包括：电绕组，所述电绕组由电源供电，所述电绕组附连到固定结构，所述固定结构与井道相关联；以及磁体，所述磁体附连到移动结构，所述移动结构与电梯轿厢相关联，并且所述电绕组与所述磁体之间的相互作用生成对在井道中行进的电梯轿厢的推力。所述无绳电梯系统还可包括一组霍尔效应传感器，所述一组霍尔效应传感器确定感测到的磁场，所述感测到的磁场与由绕组携载的电流相关联并且被用来确定由绕组携载的电流相对于磁体的磁场取向。
在一个改进方案中，可使用由绕组携载的电流相对于磁体的磁场取向来确定由绕组携载的电流与磁体是否对准以实现推进系统的正常功能。
在一个改进方案中，使用由绕组携载的电流相对于磁体的磁场取向来对推进系统执行故障检测操作。
在一个改进方案中，一组霍尔效应传感器可设置在电梯轿厢上。
在另一个改进方案中，所述一组霍尔效应传感器中的至少一个构件可紧邻移动结构的顶部部分设置。
在又一个改进方案中，所述一组霍尔效应传感器中的至少一个构件可紧邻移动结构的底部部分设置。
在一个改进方案中，所述磁体可包括一系列永磁体。
在另一个改进方案中，所述一系列永磁体可布置成海尔贝克(Hallbach)阵列。
在一个改进方案中，所述绕组可布置成多相布置。
根据本公开的另一个方面，公开了一种用于操作无绳电梯系统的方法。无绳电梯系统可包括电梯轿厢和所述电梯轿厢在其中行进的井道。所述方法可包括生成对在井道中行进的电梯轿厢的推力，其中所述推力是由无绳推进系统生成的，所述无绳推进系统包括：电绕组，所述电绕组由电源供电，所述电绕组附连到固定结构，所述固定结构与井道相关联；以及磁体，所述磁体附连到移动结构，所述移动结构与电梯轿厢相关联，并且所述电绕组与所述磁体之间的相互作用生成推力。所述方法还包括：使用一组霍尔效应传感器来确定感测到的磁场，所述感测到的磁场与由绕组携载的电流相关联；以及使用所述感测到的与绕组相关联的磁场来确定由绕组携载的电流相对于磁体的磁场取向。
在一个改进方案中，所述方法还可包括：使用由绕组携载的电流相对于磁体的磁场取向来确定由绕组携载的电流与磁体是否对准以实现推进系统的正常功能。
在一个改进方案中，所述方法还可包括：使用由绕组携载的电流相对于磁体的磁场取向来对推进系统执行故障检测操作。
在另一个改进方案中，所述方法可包括：如果检测到故障，执行电梯轿厢的紧急停止操作，所述故障是通过针对推进系统的故障检测操作确定的。
在一个改进方案中，所述一组霍尔效应传感器可设置在电梯轿厢上。
在一个改进方案中，所述磁体可包括一系列永磁体。
在另一个改进方案中，所述一系列永磁体可布置成海尔贝克阵列。
在一个改进方案中，所述绕组可布置成多相布置。
在一个改进方案中，所述方法还可包括：使用由绕组携载的电流相对于磁体的磁场取向在电梯轿厢的启动操作之前来确定磁体是否与绕组适当地对准。
根据本公开的另一个方面，公开了一种用于无绳电梯系统的推进系统。所述推进系统可包括：电绕组，所述电绕组由电源供电，所述电绕组附连到固定结构；磁体，所述磁体附连到移动结构，并且所述电绕组与所述磁体之间的相互作用生成推力；以及一组霍尔效应传感器，所述一组霍尔效应传感器确定感测到的与由绕组携载的电流相关联的磁场并且使用所述磁场来确定绕组相对于磁体的磁场取向。
在一个改进方案中，所述磁体是布置成海尔贝克阵列的一系列永磁体。
附图简述
图1是根据示例性实施方案的无绳电梯系统。
图2是示例性实施方案中的井道中的电梯轿厢的俯视图。
图3是示例性实施方案中的推进系统的移动部分的俯视图。
图4是示例性实施方案中的推进系统的固定部分和移动部分的俯视图。
图5是示例性实施方案中的电梯轿厢和推进系统的透视图。
图6是示例性实施方案中的推进系统的示意图。
图7是示例性实施方案中的推进系统的磁体和绕组的配置的示意图。
图8是井道中的示例性电梯轿厢的侧视图。
图9是与图8的示例性电梯轿厢相关联的推进系统的示意性侧视图。
图10是示出用于操作无绳电梯系统的方法的实施方案的示例性流程图。
应当理解，附图未必按比例绘制，并且所公开的实施方案有时是以图解方式或局部视图的方式示出的。在某些情况下，对理解本公开不必要的细节或使其他细节难以理解的细节可能已经省略。应当理解，当然，本公开不限于本文所说明的特定实施方案。
此外，以下将详细示出和描述本公开的某些说明性实施方案，但是本公开允许各种修改和替代构造。本发明不限于所公开的具体实施方案，而是包括所有修改、替代构造和其等效物。
具体实施方式
现参考图1，示出了无绳电梯系统20的示例性实施方案。出于说明性目的示出电梯系统20以帮助公开本发明的各种实施方案。如本领域的技术人员所理解的，图1并未示出示例性无绳电梯系统的所有部件，而且所示的特征结构也不必包括在所有无绳电梯系统中。
无绳电梯系统20可包括：第一井道22，一个或多个电梯轿厢24在其中向上行进；以及第二井道26，电梯轿厢24在其中向下行进。无绳电梯系统20可在第一井道22中将电梯轿厢24从第一楼层28输送到顶部楼层30。相反地，无绳电梯系统20可在第二井道26中将电梯轿厢24从顶部楼层30输送到第一楼层28。此外，电梯轿厢24也可在中间楼层32处停止以允许进出电梯轿厢24。中间楼层32可包括在顶部楼层30与第一楼层28之间的与第一井道22和/或第二井道26相关联的任何楼层。
在顶部楼层30上方，上部转接站34可横跨第一井道22和第二井道26定位。下部转接站34可使电梯轿厢24水平运动，以便将电梯轿厢24从第一井道22移动到第二井道26。应当理解，上部转接站34可位于顶部楼层30处，而不是位于顶部楼层30上方。另外，下部转接站可在第一楼层28下方横跨第一井道22和第二井道26定位。下部转接站36可使电梯轿厢24水平运动，以便将电梯轿厢24从第二井道26移动到第一井道22。应当理解，下部转接站36可位于第一楼层28处，而不是位于第一楼层下方。
第一井道22、上部转接站34、第二井道26和下部转接站26可包括环路38，其中轿厢24循环到多个楼层28、30、32并且停止以允许楼层28、30、32的乘客进出。
参考图2-7，示出了可包括在电梯系统20中的推进系统50。推进系统50可设置在井道22、26和转接站34、36中的电梯轿厢24上。推进系统50可生成推力以使电梯轿厢24垂直运动，从而推动电梯轿厢24在井道22、26内从一个楼层到下一个楼层并且推动电梯轿厢24进入和离开转接站34、36。推进系统50可包括安装在每个电梯轿厢24上的移动部分52和安装到结构构件56的固定部分54，所述固定部分54定位在井道22、26和/或转接站34、36内。移动部分52和固定部分54的相互作用生成推力，以使电梯轿厢24在井道22、26和转接站34、36内沿垂直方向移动。这种推进系统50可实现为例如线性电动机。
在一个实例中，移动部分52包括永磁体58，而固定部分54包括安装在结构构件56上的绕组60、62。永磁体58可附接到移动部分52的支撑元件64，其中所述支撑元件64联接到电梯轿厢24。结构构件56可由铁磁材料制成并且通过支撑架66联接到第一井道22和/或第二井道26的壁。绕组60、62可形成在结构构件56周围。绕组60可包括位于第一井道22内的推进系统的固定部分并且绕组62可包括位于第二井道26内的推进系统的固定部分。移动部分52的支撑元件64可围绕绕组60、62定位，从而使得绕组60、62和永磁体58相邻。
电源68可向第一井道22中的绕组60供电，以便在第一井道22和转接站34、36中向上推动一个或多个电梯轿厢24。当向绕组60施加电压时，绕组60与永磁体58之间的相互作用使电梯轿厢24能够运动。第二井道26中的绕组62可操作为再生制动器，以控制一个或多个电梯轿厢24在第二井道26和转接站34、36中的下降。绕组62还可提供回到驱动单元的电流，例如以便对电力系统进行再充电。
为了进一步详细说明永磁体58与绕组60之间的相互作用，图6示出永磁体58相对于绕组60的示例性布置。如图2-5所见，永磁体58通过移动部分52附接到电梯轿厢24。因此，所示出的一系列永磁体58可在电梯轿厢24的整个高度上重复。
永磁体58可布置成海尔贝克阵列。海尔贝克阵列是永磁体58的特定布置，所述布置增强永磁体58的一个侧面上的磁场同时将永磁体58的另一个侧面上的磁场抵消到接近于零。通过将永磁体58布置成空间上旋转的磁化模式来形成海尔贝克阵列。图6的永磁体58包括箭头，所述箭头表示每个单独永磁体58的磁化方向，从而例示出海尔贝克阵列。这种布置可在所期望的侧面上产生较大磁场同时消除相对侧面上的杂散磁场。
设置在永磁体58之间、与固定部分54相关联的绕组60可包括围绕井道22以多相布置线性地布置的多组线圈。当电流施加到绕组60时，绕组60产生磁通。绕组60的磁通产生的磁场由图6的圆圈来表示，并且在每个圆圈处的箭头指示在所述圆圈周围的磁通方向。在绕组60的情况下，当线圈中的磁极按照本领域中已知的矢量控制方法改变时，所述磁极将变换成电流。
图7还示出具有被设置在井道22中的轨道51的示例性推进系统50。轨道51可包括多个固定部分54。类似于图2-6，每个固定部分54包括安装到其上的多个绕组60。电源68可向每个固定部分54单独地供电，其中可使用与多个固定部分54相关联的多个开关63的相应构件来激活/去激活来自电源68的电力。
电梯轿厢24，包括移动部分52，可沿轨道51设置。移动部分52，包括永磁体58，可与多个固定部分54相互作用。当电梯轿厢24的移动部分52与轨道51上的固定部分56对准时，固定部分54的绕组60可从电源68接收电力。控制器57可向固定部分56发送信号/从固定部分56接收信号，以激活多个固定部分56的电梯轿厢24定位在其中的构件，从而推动电梯轿厢24。
现在转向图8和图9，示出了井道22中的电梯轿厢24，其中一组霍尔效应传感器81紧邻移动部分52和其中的磁体58设置在电梯轿厢24上。霍尔效应传感器81是响应于磁场和/或磁场的变化而产生输出电压信号的换能器。
霍尔效应传感器81可确定通过霍尔效应传感器81(如图9所示)的磁场的大小和极性。由绕组60中的电流产生的磁极是磁场强度最高的位置。可使用一组霍尔效应传感器81来确定由绕组60中的电流产生的北极和南极相对于传感器位置的位置。因为霍尔效应传感器81相对于磁体58的位置是已知的，所以可以使用来自霍尔效应传感器的输出来确定由绕组60携载的电流产生的磁场相对于磁体58位置的位置。在本发明的实例中，由绕组60携载的电流的所期望磁场取向可以是已知的，并且与霍尔效应传感器81感测到的磁场相比较来确定磁场取向是否正确。因此，使用所述一组霍尔效应传感器81，所述一组霍尔效应传感器81可确定由绕组60携载的电流相对于磁体58的磁场取向。
所述一组霍尔效应传感器81可通过以下方式来确定电梯轿厢24的永磁体58是否与绕组60适当地对准：确定由所述绕组生成的磁场相对于永磁体58中磁极位置的位置。如图9的布置中所见，当移动部分52和固定部分54适当地对准时，通电绕组60的节段可延伸超过位于电梯轿厢顶部和/或底部的磁体阵列。因为供应到固定部分54的电流的大小和角度以及磁体与霍尔效应传感器81之间的物理间距可被配置并且是已知的，所以推进系统50本身和/或任选的相关联控制器(例如，控制器67)可能够基于来自霍尔效应传感器81的输出来确定磁体58相关于绕组60的磁场取向。
当电梯轿厢24和其相关联的永磁体58移动时，可以使用由霍尔效应传感器81产生的反馈来验证当电梯轿厢24达到与所述一系列绕组60对准时下一系列绕组60在适当地起作用，从而执行故障检测功能。因为由电源68提供的各个驱动器产生的电力/电流电平是已知的，所以绕组60的线圈节段的位置是已知的。使用霍尔效应传感器81，可基于绕组60的磁极节距在多个电度的给定精度内确定磁体58相对于绕组60的绝对定位。
维持绕组60相对于磁体58的适当磁场取向确保来自绕组60的电流和永磁体58的磁场被正确地定位以实现最佳的推力生成和控制。当绕组60可作为围绕井道22的一系列区段重复时，维持磁场取向有利于确保绕组60的适当区段被通电并且在正确的电平下通电以确保推进系统50的适当功能。霍尔效应传感器81可具有以下功能：基于无故障状态时的已知磁场水平来确定绕组的位于电梯轿厢24上方或下方的区段是否被适当地激活，因为当永磁体58随着电梯轿厢24移动时，由绕组生成的磁场应当与永磁体58具有相同的关系。例如，当一组霍尔效应传感器81正在检测绕组60的磁场时，霍尔效应传感器81应当能够一直检测到处于相同位置中的北极和南极，这是因为这两个极应当一起移动。推进系统50的元件的这种磁极定位维持在控制推进系统50方面是有用的。
然而，如果在移动到绕组60的另一节段时磁极改变，那么推进系统50可能出现问题。另外或可替代地，如果没有检测到磁场，那么推进系统50可能未正确地起作用。因此，此类磁场取向监测系统在推进系统故障检测方面是有用的。检测此类故障和/或推进问题可触发用于电梯轿厢的安全停止器。
图10示出详细说明用于无绳电梯系统20的操作方法的流程图100。在框102处，无绳电梯系统20接收移动请求。所述移动请求可来自控制器57和/或电梯系统20识别为有效移动请求的任何其他信号。如果接收到有效的移动请求，那么将信号电流施加到绕组60(框104)。使用与电梯系统20相关联的一组霍尔效应传感器81来感测与由绕组60携载的电流相关联的磁场(框106)。使用感测到的与由绕组携载的电流相关联的磁场，相关于磁体来确定由绕组携载的电流相对于磁体的磁场取向(框108)。
继续到判断110，方法100可确定由绕组60携载的电流和磁体58是否适当地对准以实现推进系统50的功能。使用框108的磁场取向来确定所述判断110。如果绕组未适当地对准，那么中止电梯系统20的运行。然而，如果绕组适当地对准，那么过程继续。
另外，可以使用在框108处确定的磁场取向来进行故障检测操作(判断112)。可以使用所述磁场取向根据所识别的正常状态来检查：在磁体58与绕组60之间磁极位置是否对准、绕组60的适当区段是否携载有电流和/或任何其他基于电力或对准的差异。如果故障检测操作确定存在故障，那么电梯系统20可执行紧急停止功能(框113)。
工业实用性
从前述内容可以看出，本文所公开的技术在多种环境(诸如但不限于，用于确定无绳电梯系统中磁性部件的磁场取向的系统和方法)中具有工业实用性。使用本公开的教义，可以向无绳电梯系统提供用于安全地监测推进系统的绕组相对于永磁体的磁场取向的适当系统和方法。磁场取向是提供用于电梯系统的故障检测方法和控制方法的重要因素。本文的系统和方法还可提供关于设备健康状况以及与推进系统相关联的各个设备功能的验证手段。
虽然本公开参考了用于确定无绳电梯系统中磁性部件的磁场取向的系统和方法，但是本领域的技术人员应当理解，本文的教义也可用于其他应用中。因此，希望本发明的范围不限于本文中作为用于实施本发明的最佳模式来呈现的实施方案，相反，本发明还将包括落入权利要求书精神和范围内的所有等效物。

Claims (20)

1.一种无绳电梯系统(20)，其包括：
电梯轿厢(24)；
井道（22），所述电梯轿厢(24)在所述井道（22）中行进；
无绳推进系统(50)，所述无绳推进系统(50)包括：
电绕组(60)，所述电绕组(60)由电源(68)供电，所述电绕组(60)附连到固定结构(54)，所述固定结构(54)与所述井道(22)相关联；以及
磁体(58)，所述磁体(58)附连到移动结构(52)，所述移动结构(52)与所述电梯轿厢(24)相关联，并且所述电绕组(60)与所述磁体(58)之间的相互作用生成对在所述井道(22)中行进的所述电梯轿厢(24)的推力；以及
一组霍尔效应传感器(81)，所述一组霍尔效应传感器(81)确定感测到的磁场，所述感测到的磁场与由所述绕组(60)携载的电流相关联并且被用来确定由所述绕组(60)携载的电流相对于所述磁体（58）的磁场取向。
2.如权利要求1所述的无绳电梯系统(20)，其中使用由所述绕组(60)携载的电流相对于所述磁体(58)的所述磁场取向来确定所述绕组(60)与所述磁体(58)是否对准以实现所述推进系统(50)的适当功能。
3.如权利要求1所述的无绳电梯系统(20)，其中使用由所述绕组携载的电流相对于所述磁体(58)的所述磁场取向来执行针对所述推进系统(50)的故障检测操作。
4.如权利要求1所述的无绳电梯系统(20)，其中所述一组霍尔效应传感器(81)设置在所述电梯轿厢(24)上。
5.如权利要求4所述的无绳电梯系统(20)，其中所述一组霍尔效应传感器(81)中的至少一个构件紧邻所述移动结构(52)的顶部部分设置。
6.如权利要求4所述的无绳电梯系统(20)，其中所述一组霍尔效应传感器(81)中的至少一个构件紧邻所述移动结构(52)的底部部分设置。
7.如权利要求1所述的无绳电梯系统(20)，其中所述磁体(58)包括一系列永磁体。
8.如权利要求7所述的无绳电梯系统(20)，其中所述一系列永磁体布置成海尔贝克阵列。
9.如权利要求1所述的无绳电梯系统(20)，其中所述绕组(60)布置成多相布置。
10.一种用于操作无绳电梯系统(20)的方法，所述无绳电梯系统(20)包括电梯轿厢(24)和所述电梯轿厢(24)在其中行进的井道(22)，所述方法包括：
生成对在所述井道(22)中行进的所述电梯轿厢(24)的推力，其中所述推力是由无绳推进系统(50)生成的，所述无绳推进系统(50)包括：
电绕组(60)，所述电绕组(60)由电源(68)供电，所述电绕组(60)附连到固定结构(54)，所述固定结构(54)与所述井道(22)相关联；以及
磁体(58)，所述磁体(58)附连到移动结构(52)，所述移动结构(52)与所述电梯轿厢(24)相关联，并且所述电绕组(60)与所述磁体(58)之间的相互作用生成所述推力；
使用一组霍尔效应传感器(81)来确定感测到的磁场，所述感测到的磁场与由所述绕组(60)携载的电流相关联；以及
使用所述感测到的与所述绕组(60)相关联的磁场来确定由所述绕组(60)携载的电流相对于所述磁体（58）的磁场取向。
11.如权利要求10所述的方法，其还包括使用由所述绕组(60)携载的电流相对于所述磁体(58)的所述磁场取向来确定由所述绕组(60)携载的电流与所述磁体(58)是否对准以实现所述推进系统(50)的适当功能。
12.如权利要求10所述的方法，其还包括使用由所述绕组(60)携载的电流相对于所述磁体(58)的所述磁场取向来执行针对所述推进系统(50)的故障检测操作。
13.如权利要求12所述的方法，其还包括：如果检测到故障，执行所述电梯轿厢(24)的紧急停止操作，所述故障是通过针对所述推进系统(50)的所述故障检测操作确定的。
14.如权利要求10所述的方法，其中所述一组霍尔效应传感器(81)设置在所述电梯轿厢(24)上。
15.如权利要求10所述的方法，其中所述磁体(58)包括一系列永磁体。
16.如权利要求15所述的方法，其中所述一系列永磁体布置成海尔贝克阵列。
17.如权利要求10所述的方法，其中所述绕组(60)布置成多相布置。
18.如权利要求10所述的方法，其还包括：使用所述绕组(60)相对于所述磁体(58)的所述磁场取向在所述电梯轿厢(24)的启动操作之前来确定所述磁体(58)是否与所述绕组(60)适当地对准。
19.一种用于无绳电梯系统(10)的推进系统(50)，所述推进系统(50)包括：
电绕组(60)，所述电绕组(60)由电源(68)供电，所述电绕组(60)附连到固定结构(54)；
磁体(58)，所述磁体(58)附连到移动结构(52)，并且所述电绕组(60)与所述磁体(58)之间的相互作用生成推力；以及
一组霍尔效应传感器(81)，所述一组霍尔效应传感器(81)确定感测到的磁场，所述感测到的磁场与由所述绕组(60)携载的电流相关联并且被用来确定由所述绕组(60)携载的电流相对于所述磁体（58）的磁场取向。
20.如权利要求19所述的推进系统(50)，其中所述磁体是布置成海尔贝克阵列的一系列永磁体。
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