專利名稱：永磁電機(jī)調(diào)速電路和升降裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
永磁電機(jī)調(diào)速電路和升降裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及永磁電機(jī)調(diào)速方法、調(diào)速電路和升降裝置。特別適用于高層或超高層建筑電梯、建筑施工升降機(jī)、碼頭起重機(jī)、車間行車及建筑災(zāi)難發(fā)生時(shí)的群體自救逃生 設(shè)備等升降裝置中采用的永磁電機(jī)調(diào)速控制。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的高層或超高層建筑電梯、建筑施工升降機(jī)、碼頭起重機(jī)、車間行車等升降裝 置，存在如下不足1、受結(jié)構(gòu)上的限制，升降裝置無(wú)論是上升過(guò)程還是下降過(guò)程，均要靠外 部供電提供動(dòng)力才能工作，而且耗電量很大，浪費(fèi)了不少的能源。2、突發(fā)停電時(shí)，由于升降 裝置不具有繼續(xù)下降的功能，致使升降裝置轎廂內(nèi)的人員處于不安全的狀態(tài)。3、當(dāng)高層建 筑發(fā)生火災(zāi)時(shí)，由于停電，無(wú)法使升降裝置往復(fù)升降，被困人群無(wú)法實(shí)施自救逃生。為了解決在沒(méi)有市電供應(yīng)的情況下，仍能實(shí)施被困人群的自救逃生。發(fā)明人先后 提出了 US7278, 601 (要求中國(guó)專利 CNOl 129193 的優(yōu)先權(quán))、PCT/CN2008/000402 和 PCT/ CN2009/070606 (要求中國(guó)專利申請(qǐng)200810065491. 2的優(yōu)先權(quán))。在上述專利申請(qǐng)中，發(fā)明 人利用永磁電機(jī)的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理，將裝載有人員的升降裝置(逃生設(shè)備)從高位向低 位下降的過(guò)程中釋放出的能量(動(dòng)能)用于驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能并將電能主 要通過(guò)轉(zhuǎn)換成熱能(功耗電阻)耗散掉，當(dāng)升降裝置下降過(guò)程中釋放出的能量速率與消耗 掉的能量速率達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，升降裝置的下降速度不再增加，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)控升降裝置下 降速度的目的。但是，如何對(duì)永磁電機(jī)的下降速度進(jìn)行更有效的控制以及更好地利用收集儲(chǔ)存的 能量，仍有必要作進(jìn)一步的改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題之一在于即使在沒(méi)有動(dòng)力電源供應(yīng)的情況下， 仍然能夠?qū)ι笛b置的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效的控制。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題之二在于即使在沒(méi)有任何外部電源 供應(yīng)的情況下，不但能夠?qū)ι笛b置的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效的控制，而且還能收集利用 升降裝置從高位向低位下降過(guò)程中釋放出的能量。解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案是一種永磁電機(jī)的調(diào)速電路，包括在繞組回路中串聯(lián)的至少一個(gè)第一功耗電阻和 一個(gè)受控制信號(hào)控制的高速通斷的開(kāi)關(guān)裝置，用于檢測(cè)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器，可編程控 制器，所述編碼器將檢測(cè)到的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速編碼后輸入所述可編程控制器，所述可編程控 制器將永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)占空比的脈沖串用以控制所述開(kāi)關(guān)裝置的通斷時(shí) 間。所述開(kāi)關(guān)裝置包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和驅(qū)動(dòng)器，所述可編程控制器的輸 出接驅(qū)動(dòng)器，所述絕緣柵雙極晶體管的開(kāi)關(guān)端串接所述第一功耗電阻。[0010]在所述串聯(lián)的第一功耗電阻和開(kāi)關(guān)端的兩端并聯(lián)至少一個(gè)用于限速的第二功耗 電阻。在永磁電機(jī)繞組的輸出端并聯(lián)有蓄電池，所述蓄電池的輸出為所述編碼器和可編 程控制器提供工作電源。設(shè)置一個(gè)逆變器，用于將所述蓄電池中儲(chǔ)存的電能回饋給永磁電機(jī)繞組。一種升降裝置，包括轎廂和用于控制轎廂升降的永磁電機(jī)，所述永磁電機(jī)包括繞 組回路，所述永磁電機(jī)的繞組回路包括串聯(lián)的至少一個(gè)第一功耗電阻和一個(gè)受控制信號(hào)控 制的高速通斷的開(kāi)關(guān)裝置；用于檢測(cè)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器，可編程控制器，所述編碼器將 檢測(cè)到的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速編碼后輸入所述可編程控制器，所述可編程控制器將永磁電機(jī)的轉(zhuǎn) 速信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)占空比的脈沖串用以控制所述開(kāi)關(guān)裝置的通斷時(shí)間。所述開(kāi)關(guān)裝置包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和驅(qū)動(dòng)器 ，所述可編程控制器的輸 出接驅(qū)動(dòng)器，所述絕緣柵雙極晶體管的開(kāi)關(guān)端串接所述第一功耗電阻。還包括至少一個(gè)用于限速的第二功耗電阻，所述第二功耗電阻并聯(lián)在所述串聯(lián)的 第一功耗電阻和開(kāi)關(guān)端的兩端。在永磁電機(jī)繞組的輸出端并聯(lián)有蓄電池，所述蓄電池的輸出為所述編碼器和可編 程控制器提供工作電源。還包括逆變器，用于將所述蓄電池中儲(chǔ)存的電能回饋給永磁電機(jī)繞組。還包括用于向外部輸出電能的第一接口和第二接口，所述第一接口連接蓄電池； 所述第二接口連接逆變器。采用上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型有益的技術(shù)效果在于1、即使在沒(méi)有市電供應(yīng)的情況下，通過(guò)在繞組回路中串聯(lián)第一功耗電阻和受永磁 電機(jī)轉(zhuǎn)速控制的高速通斷的開(kāi)關(guān)裝置，特別是采用由絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和驅(qū)動(dòng)器 構(gòu)成的高速通斷的開(kāi)關(guān)裝置，當(dāng)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速高時(shí)，使第一功耗電阻在單位時(shí)間內(nèi)接通 的時(shí)間長(zhǎng)、斷開(kāi)的時(shí)間短。從而將永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速降下來(lái)；反之，當(dāng)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速低時(shí)， 使第一功耗電阻在單位時(shí)間內(nèi)接通的時(shí)間短，斷開(kāi)的時(shí)間長(zhǎng)，從而提高永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速。從 而實(shí)現(xiàn)升降裝置在下降過(guò)程中的速度控制，而且控制方式簡(jiǎn)單、靈活。既節(jié)約了大量的電能 (不需要?jiǎng)恿﹄娫?，又實(shí)現(xiàn)了控速下降。廣泛適用于高層或超高層建筑電梯、建筑施工升 降機(jī)、碼頭起重機(jī)、車間行車及建筑災(zāi)難發(fā)生時(shí)的群體自救逃生設(shè)備等各種升降裝置中采 用。特別適合于建筑災(zāi)難發(fā)生時(shí)的群體自救逃生設(shè)備。2、通過(guò)設(shè)置第二功耗電阻，保證了即使當(dāng)高速通斷的開(kāi)關(guān)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，升降 裝置仍能在第二功耗電阻所限定的速度范圍內(nèi)下降，保障了升降裝置內(nèi)的人員或物品(負(fù) 荷)在安全的速度范圍內(nèi)送至地面。3、通過(guò)在永磁電機(jī)繞組的輸出端并聯(lián)蓄電池，通過(guò)收集利用升降裝置從高位向低 位下降過(guò)程中釋放出的能量，為編碼器和可編程控制器提供工作電源，保證了即使在沒(méi)有 任何外部電源供應(yīng)的情況下，不但能夠?qū)ι笛b置永磁電機(jī)的下降速度進(jìn)行有效的控制， 而且還能儲(chǔ)能。4、通過(guò)設(shè)置逆變器，可將所述蓄電池中儲(chǔ)存的電能回饋給永磁電機(jī)繞組，實(shí)現(xiàn)了 即使在沒(méi)有任何外部電源供應(yīng)的情況下，仍能實(shí)現(xiàn)升降裝置的下降或提升，特別是在建筑 災(zāi)難發(fā)生時(shí)，對(duì)于群體自救逃生的意義重大。
圖1是一種永磁電機(jī)繞組回路的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是一種升降裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式下面通過(guò)具體的實(shí)施方式并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。如圖1所示，一種永磁電機(jī)的調(diào)速電路，永磁電機(jī)為永磁電機(jī)2，調(diào)速電路包括繞 組回路，繞組回路包括永磁電機(jī)繞組1、整流橋2、濾波電路3、第一功耗電阻R1、第二功耗電 阻R2和絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 4，驅(qū)動(dòng)器5，可編程控制器6，編碼器7，蓄電池8，第一接 口 9，第二接口 10和逆變器11。第一功耗電阻Rl與絕緣柵雙極晶體管4的開(kāi)關(guān)端(管腳1 和管腳2)串接后再與第二功耗電阻R2并聯(lián)構(gòu)成等效可調(diào)電阻，由永磁電機(jī)繞組1、整流橋 2、濾波電路3和等效可調(diào)電阻構(gòu)成繞組回路。通過(guò)整流橋2和濾波電路3，將負(fù)荷下降 時(shí) 帶動(dòng)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟Ｓ删幋a器7將檢測(cè)到的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速 編碼后輸入可編程控制器6，可編程控制器6將永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部的調(diào)節(jié)算法 轉(zhuǎn)換成一個(gè)與轉(zhuǎn)速相匹配的一定占空比的控制脈沖串輸入驅(qū)動(dòng)器5，驅(qū)動(dòng)器5再將輸入控 制脈沖串轉(zhuǎn)換成符合絕緣柵雙極晶體管輸入控制要求格式的控制信號(hào)，用以控制所述絕緣 柵雙極晶體管4的通斷時(shí)間。當(dāng)IGBT的管腳1和管腳2接通時(shí)，第一功耗電阻Rl和第二 功耗電阻R2并聯(lián)，等效電阻減小，相當(dāng)于永磁電機(jī)加大了負(fù)載，永磁電機(jī)減速運(yùn)行；當(dāng)IGBT 的管腳1和管腳2斷開(kāi)時(shí)，第一功耗電阻斷開(kāi)，只有第二功耗電阻R2投入運(yùn)行，等效電阻變 大，相當(dāng)于永磁電機(jī)負(fù)載減小，永磁電機(jī)加速運(yùn)行。在永磁電機(jī)繞組1的輸出端并聯(lián)有用于 收集永磁電機(jī)下降時(shí)多余的電能的蓄電池8，蓄電池8的輸出為編碼器7、可編程控制器6、 驅(qū)動(dòng)器5和逆變器11提供工作電源。第一接口 9接蓄電池8，蓄電池8通過(guò)第一接口 9向 外輸出直流電供它用(如風(fēng)扇、照明等)。蓄電池8的輸出經(jīng)逆變器11驅(qū)動(dòng)永磁電機(jī)使其 工作在電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。第二接口連接逆變器。逆變器通過(guò)第二接口 10向外輸出交流電。另 夕卜，所述市電接口 10可作為能源備用接口，保證系統(tǒng)的可靠性，用以連接市電向蓄電池8充 電和向永磁電機(jī)繞組1供電。調(diào)速過(guò)程通過(guò)編碼器7檢測(cè)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速并編碼后輸入可編程控制器6，可編程控制器 6將永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)經(jīng)過(guò)內(nèi)部的調(diào)節(jié)算法轉(zhuǎn)換成一個(gè)與轉(zhuǎn)速相匹配的一定占空比的控 制脈沖串輸入驅(qū)動(dòng)器5，驅(qū)動(dòng)器5再將輸入控制脈沖串轉(zhuǎn)換成符合絕緣柵雙極晶體管4輸入 控制要求格式的控制信號(hào)。當(dāng)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速高時(shí)，使第一功耗電阻Rl在單位時(shí)間內(nèi)接通 的時(shí)間長(zhǎng)，斷開(kāi)的時(shí)間短，從而使單位時(shí)間內(nèi)的等效電阻變小，永磁電機(jī)減速；當(dāng)永磁電機(jī) 的轉(zhuǎn)速低時(shí)，使得第一功耗電阻在單位時(shí)間內(nèi)接通的時(shí)間短，斷開(kāi)的時(shí)間長(zhǎng)，從而使單位時(shí) 間內(nèi)的等效電阻變大，永磁電機(jī)加速。當(dāng)絕緣柵雙極晶體管4處于長(zhǎng)時(shí)間斷開(kāi)時(shí)，等效電阻為第二功耗電阻R2，等效電 阻值最大，此時(shí)，永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速是最大限速。一種升降裝置，圖2所示，包括第一轎廂、第 二轎廂和調(diào)速永磁電機(jī)，調(diào)速永磁電機(jī)是永磁電機(jī)，永磁電機(jī)的調(diào)速電路采用圖1所示結(jié) 構(gòu)，永磁電機(jī)通過(guò)轎廂牽引纜繩控制第一轎廂和第二轎廂作一上一下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。[0031]當(dāng)升降裝置下降時(shí)，永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子在負(fù)荷(重力)的作用下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，永磁電機(jī)工作在發(fā)電狀態(tài)下，永磁電機(jī)繞組中的電流產(chǎn)生與 重力矩方向相反的電磁力矩，通過(guò)兩個(gè)力矩的共同作用，電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速使負(fù)荷安全下 降。盡管上面詳細(xì)的描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，但是應(yīng)該明白，對(duì)于在高層或 超高層建筑電梯、建筑施工升降機(jī)、碼頭起重機(jī)、車間行車及建筑災(zāi)難群體自救逃生設(shè)備等 能使負(fù)荷升降的機(jī)電一體化產(chǎn)品領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很明顯的、這里講述的基本實(shí)用新型構(gòu) 思的許多變形和修飾都落在所附權(quán)利要求限定的本實(shí)用新型的精神和范圍之內(nèi)。如，在本 實(shí)施例中，采用由絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成的高速通斷的開(kāi)關(guān)裝置，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員能夠理解，也可采用其它形式的高速通斷的開(kāi)關(guān)裝置進(jìn)行控制。
權(quán)利要求一種永磁電機(jī)的調(diào)速電路，其特征在于包括在繞組回路中串聯(lián)的至少一個(gè)第一功耗電阻和一個(gè)受控制信號(hào)控制的絕緣柵雙極晶體管，用于檢測(cè)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器、可編程控制器和驅(qū)動(dòng)器，所述編碼器將檢測(cè)到的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速編碼后輸入所述可編程控制器，所述可編程控制器將永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)占空比的脈沖串輸入驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器輸出的控制信號(hào)用以控制所述絕緣柵雙極晶體管的通斷時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁電機(jī)的調(diào)速電路，其特征在于在所述串聯(lián)的第一功耗 電阻和開(kāi)關(guān)端的兩端并聯(lián)至少一個(gè)用于限速的第二功耗電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁電機(jī)的調(diào)速電路，其特征在于在永磁電機(jī)繞組的 輸出端并聯(lián)有蓄電池，所述蓄電池的輸出為所述編碼器和可編程控制器提供工作電源，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的永磁電機(jī)的調(diào)速電路，其特征在于還包括逆變器，用于將所 述蓄電池中儲(chǔ)存的電能回饋給永磁電機(jī)繞組。
5. 一種升降裝置，包括轎廂和用于控制轎廂升降的永磁電機(jī)，其特征在于所述永磁 電機(jī)包括繞組回路，所述永磁電機(jī)的繞組回路包括串聯(lián)的至少一個(gè)第一功耗電阻和一個(gè) 受控制信號(hào)控制的高速通斷的絕緣柵雙極晶體管；用于檢測(cè)永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速的編碼器，可編 程控制器和驅(qū)動(dòng)器，所述可編程控制器將永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)占空比的脈沖串 輸入驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器輸出的控制信號(hào)用以控制所述絕緣柵雙極晶體管的通斷時(shí)間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的升降裝置，其特征在于還包括至少一個(gè)用于限速的第二功 耗電阻，所述第二功耗電阻并聯(lián)在所述串聯(lián)的第一功耗電阻和開(kāi)關(guān)端的兩端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的升降裝置，其特征在于在永磁電機(jī)繞組的輸出端并聯(lián) 有蓄電池，所述蓄電池的輸出為所述編碼器和可編程控制器提供工作電源。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的升降裝置，其特征在于還包括逆變器，用于將所述蓄電池中 儲(chǔ)存的電能回饋給永磁電機(jī)繞組。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的升降裝置，其特征在于還包括用于向外部輸出直流電能的 第一接口，所述第一接口連接蓄電池。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的升降裝置，其特征在于所述轎廂包括互為聯(lián)動(dòng)的第一轎廂 和第二轎廂，通過(guò)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)軸控制轎廂牽引纜繩使第一轎廂和第二轎廂作一上一下的 往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種永磁電機(jī)的調(diào)速方法，包括如下步驟在永磁電機(jī)的繞組回路串聯(lián)至少一個(gè)第一功耗電阻和一個(gè)受控制信號(hào)控制的高速通斷的開(kāi)關(guān)裝置；檢測(cè)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速高時(shí)，向所述開(kāi)關(guān)裝置發(fā)出控制信號(hào)，使得第一功耗電阻在單位時(shí)間內(nèi)接通的時(shí)間長(zhǎng)，斷開(kāi)的時(shí)間短；當(dāng)永磁電機(jī)的轉(zhuǎn)速低時(shí)，使得第一功耗電阻在單位時(shí)間內(nèi)接通的時(shí)間短，斷開(kāi)的時(shí)間長(zhǎng)。進(jìn)一步地，在所述串聯(lián)的第一功耗電阻和高速通斷的開(kāi)關(guān)裝置的兩端并聯(lián)至少一個(gè)用于限速的第二功耗電阻。本實(shí)用新型還公開(kāi)了采用該方法的永磁電機(jī)調(diào)速裝置及升降裝置。采用本實(shí)用新型，即使在沒(méi)有市電供應(yīng)的情況下，仍然能夠?qū)ι笛b置的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效的控制。
文檔編號(hào)B66B5/00GK201563095SQ20092020439
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者傅濤, 朱清明, 白孝林 申請(qǐng)人:北京京普瑞科技有限公司