專利名稱：無刷直流電機電梯門控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動電梯驅(qū)動門開啟和關(guān)閉的控制裝置。
背景技術(shù)：
目前常見的電梯門控制裝置中采用直流電機、單相異步電機、三相異步電機等傳統(tǒng)電機作為執(zhí)行單元?？刂蒲b置根據(jù)指令信號，調(diào)整電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，從而驅(qū)動電梯門按照指定的運行曲線開啟或關(guān)閉。由于傳統(tǒng)電機一些固有的缺陷，所以這類裝置存在需經(jīng)常維護，體積大、效率低、成本高等問題。申請?zhí)枮?2815026.0的專利申請利用無刷直流電機來驅(qū)動電梯門，但由于位置傳感器的存在，不但增大了工藝安裝的難度，還是容易引入干擾，增加了電梯門控制裝置的故障率、體積和成本。
方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機作為一種新型電機在日常生活中具有一些應(yīng)用，但是在電梯門驅(qū)動裝置中還沒有被采用，這主要是因為電梯門驅(qū)動需要電機正反轉(zhuǎn)、調(diào)速方便，而無位置傳感器無刷直流電機控制起來要比帶位置傳感器的復(fù)雜的多，需要用控制算法估算換相時刻。這在電機靜止或低速下是非常難的。另外，普通電機或無刷直流電機已經(jīng)實現(xiàn)的一些電梯門的功能——例如以初次安裝門可以自學(xué)習(xí)開門寬度、平滑的速度開啟或關(guān)閉、遇到障礙物當阻擋力達到一定值時開啟電梯門重新關(guān)閉等等——用無位置傳感器無刷直流電機實現(xiàn)時不能簡單套用傳統(tǒng)的控制方法，需要考慮很多新問題如何實現(xiàn)讓電機在較大轉(zhuǎn)矩下具有較寬調(diào)速范圍、如何測量電梯門開啟或關(guān)閉的距離、如何檢測門關(guān)閉時障礙物阻擋力的大小、如何按照門的位置調(diào)節(jié)無位置傳感器無刷直流電機的轉(zhuǎn)速等。這些問題目前還沒有查到有文獻提出解決方案。本專利就是解決這些實際問題，用無位置傳感器無刷直流電機控制電梯門，實現(xiàn)電梯門控制中需要實現(xiàn)的功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的提出主要是為了解決上述問題，發(fā)明目的是降低電梯門控制裝置的故障率、能量損耗以及開發(fā)成本。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種電梯門控制裝置，該控制裝置包括方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機、傳動單元、控制器、電源模塊，其中，方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機，用于提供驅(qū)動電梯門開關(guān)的轉(zhuǎn)矩；傳動單元，用于將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成開啟或關(guān)閉電梯門的直線運動；控制器，用于通過無刷直流電機端電壓、電流信號的測量，確定電機轉(zhuǎn)子位置和運行狀態(tài)，進而控制方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機的運行；
電源模塊，用于提供所需的電力。
作為優(yōu)選技術(shù)方案，控制器可用于執(zhí)行下列操作電機控制通過無刷直流電機端電壓、電流信號的測量，確定換向時刻，并發(fā)出對應(yīng)的換向信號，驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，并通過控制脈寬調(diào)制信號(PWM)的占空比調(diào)節(jié)電機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；自學(xué)習(xí)電梯門運行距離在初次安裝時，根據(jù)換向次數(shù)測量電梯門從完全關(guān)閉到完全開啟所需運行的距離，并把用換向次數(shù)表示的距離參數(shù)存儲下來以便其他功能使用，其中電梯門的關(guān)閉或開啟位置要通過稍稍開啟然后采用大轉(zhuǎn)矩關(guān)閉或稍稍關(guān)閉然后采用大轉(zhuǎn)矩開啟至少三次來進行確認。門寬或現(xiàn)場情況變化后還可以人工讓控制器再次執(zhí)行此項操作；電梯門開啟關(guān)閉完成信號的輸出通過換向次數(shù)與距離參數(shù)比較確定門是否達到開啟或關(guān)閉位置，向上位機發(fā)出相應(yīng)信號；驅(qū)動電梯門進行直線運動用于當接收到開門或關(guān)門指令后，控制電機轉(zhuǎn)動，根據(jù)電機換向次數(shù)判斷電梯門位移，并按照電梯門位置改變電梯門移動速度，使門平滑地開啟或關(guān)閉，當電梯門達到所述停止位置時，控制無刷直流電機停機。
作為更進一步的優(yōu)選方案，控制器還可執(zhí)行如下的兩種操作(1)控制器還可執(zhí)行遇到障礙物時的操作當電梯門關(guān)閉的過程中阻擋轉(zhuǎn)矩達到設(shè)定值時，電梯門開啟，然后重新關(guān)閉，如此重復(fù)至少三次而不能關(guān)閉時，采用慢速輕推將障礙物推開。
(2)控制器能夠執(zhí)行電梯門運行距離糾錯的操作運行一段時間后重新確認從完全關(guān)閉到完全開啟所需運行的距離。
本發(fā)明具有如下的有益效果1.采用結(jié)構(gòu)和控制簡單的方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機作為執(zhí)行單元，裝置體積小、效率高、抗干擾性強、故障率低。
2.控制器無需位置或速度傳感器，根據(jù)電機的端電壓和電流獲得電機轉(zhuǎn)子位置信號，進而控制電機的運行，降低了系統(tǒng)故障率和裝置成本。


圖1本發(fā)明的電梯門控制裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2電機控制裝置主電路示意圖；圖3電機控制原理示意圖；圖4關(guān)門位置自學(xué)習(xí)程序流程圖；
圖5電梯門移動速度曲線示意圖。
附圖中的一些部件標號說明1電源模塊；2控制器；3方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機；4驅(qū)動裝置；5蝸桿減速裝置；6、7齒輪；8帶齒皮帶；9連接件；10a、10b門。
具體實施例方式
參照圖1，圖1顯示了本發(fā)明電梯門控制裝置的實施例以及包括該電梯門的電梯門裝置結(jié)構(gòu)框圖。如圖所示，本發(fā)明的門控制裝置4的電梯門裝置包括電源模塊1，用于提供所需的電力；驅(qū)動裝置4中的控制器2控制無位置傳感器無刷直流電機3提供驅(qū)動轉(zhuǎn)矩；蝸桿5將電機的轉(zhuǎn)速降低一定倍數(shù)、轉(zhuǎn)矩增大一定倍數(shù)傳動到齒輪6上；轉(zhuǎn)軸固定的齒輪6和齒輪7通過帶齒皮帶8連接；一對門10a和10b通過連接件9連接到皮帶8上，由皮帶提供拖動力運行在滑軌上。
本發(fā)明的電梯門控制裝置4主要包括控制器2和無位置傳感器無刷直流電機3，是門裝置中把電能轉(zhuǎn)化為機械能、提供門驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的裝置。下面將詳細介紹本發(fā)明的示例性實施例中采用的電機為三相星接繞組的無位置傳感器永磁無刷直流電機，反電勢為梯形波?？刂破鞯闹麟娐凡捎脝蜗?20V、50Hz交流電通過變壓器變到22V、50Hz交流電，通過整流濾波模塊整流、濾波，最后由大電容平波提供直流電Ud，然后通過逆變橋給電機供電，如圖2所示。通過控制逆變橋上的MOSFET元件就可以控制輸出的電壓，進而控制電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。
當控制電機旋轉(zhuǎn)時，電機轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過60度電角度就改變定子導(dǎo)通相，讓定子繞組產(chǎn)生的磁勢平均超前轉(zhuǎn)子90度，如圖3所示。圖3中電機逆時針旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁場處于圖中所示位置時，控制MOSFET元件T1、T2導(dǎo)通，從而使A相正導(dǎo)通，C相負導(dǎo)通，形成圖中所示AC相導(dǎo)通的定子磁勢，超前轉(zhuǎn)子磁勢90度，讓電機產(chǎn)生逆時針旋轉(zhuǎn)的電磁轉(zhuǎn)矩。當電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到與AB相導(dǎo)通磁勢相同位置時，控制BC相導(dǎo)通，如此依次導(dǎo)通就可以控制電機逆時針旋轉(zhuǎn)。另外，由于反電勢為梯形波，加入方波的電流信號就可以產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩，這樣電機運行就只需要確定換向時刻。
無位置無刷直流電機旋轉(zhuǎn)過程中，換向時刻是通過檢測電機的端電壓、電流，利用無位置傳感器控制算法實現(xiàn)的。例如采用線反電勢法來檢測換向時刻，由端電壓、電流信號計算可以得到電機的線反電勢，而線反電勢的過零點正對應(yīng)著電機的換向時刻。在計算得到的線反電勢過零時刻控制電機換向就可以保證電機按照預(yù)定方向正常運行。與此同時，可以通過調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制PWM信號的占空比來控制電機旋轉(zhuǎn)速度。由于電機的極對數(shù)一定，根據(jù)換向時刻之間的間隔可以計算電機轉(zhuǎn)速和移動距離。這樣一方面可以實現(xiàn)電機的電流、速度雙閉環(huán)控制，另一方面可以檢測出門移動的距離和位置。
電梯門初次安裝時會自動運行門寬自學(xué)習(xí)程序測量電梯門從完全開啟到完全關(guān)閉所移動的距離。門安裝好以后也可通過按鈕讓控制器再次執(zhí)行該操作。操作中關(guān)門位置的自學(xué)習(xí)程序流程圖如圖4所示，門完全開啟的位置檢測也類似。與以往門機的自學(xué)習(xí)程序不同的是本發(fā)明提出的門機沒有安裝位置或速度傳感器，門移動的距離通過控制器計算電機換向次數(shù)來確定。采用本實施例中的三相六拍換向方式來控制電機的話，在電機旋轉(zhuǎn)360度電角度的過程中會產(chǎn)生6個換向信號。這樣4對極的電機旋轉(zhuǎn)一周就會產(chǎn)生24個信號。采用常見的直徑1厘米電機軸、15∶1蝸桿減速比時，門每移動1厘米可以測量到120個信號，足夠滿足控制電梯門開關(guān)所需要的測量精度。測量出門移動距離之后，每次控制門運行過程中就可以通過計數(shù)換向信號確定門位置以及門是否到達完全開啟或完全關(guān)閉位置，這樣就不再需要傳統(tǒng)門機裝置中的終點限位開關(guān)，減小了安裝的復(fù)雜度，提高了裝置可靠性。測量出電梯門當前位置以及從完全開啟到完全關(guān)閉所移動的距離后，還可以指定門在不同位置處的速度，讓電梯門按照設(shè)定好的速度曲線移動，如圖5所示，這里的速度曲線是指門移動過程中的速度曲線，其橫坐標是電機門移動的距離，縱坐標是門的速度。圖5是電機速度曲線的示意圖，實際程序中采用圓滑的曲線作為電梯門運行的速度曲線，讓門平滑而又快速地開啟或關(guān)閉。圖中最低速度、開門最高速度、關(guān)門最高速度、斜率、關(guān)門提速距離、關(guān)門減速距離、開門減速距離等參數(shù)可以通過電位器隨時在控制器上設(shè)定。設(shè)定好之后控制器將門寬和這些參數(shù)換算成控制電梯門的速度指令表，存儲在FLASH或EEPROM中，即使發(fā)生突然斷電等問題，來電后也可快速恢復(fù)正常運行。
上述測量門移動距離的方法長期運行可以會存在累計誤差的問題，本發(fā)明還具有電梯門運行距離糾錯的功能。當電梯門控制裝置運行一定次數(shù)后，自動重新確認從完全關(guān)閉到完全開啟所需運行的距離，避免累積誤差。具體操作只在關(guān)門或開門非常接近開啟或關(guān)閉位置，用大轉(zhuǎn)矩重新確認開關(guān)門位置，不影響電梯門正常運行。
本發(fā)明可以允許用戶設(shè)定阻擋轉(zhuǎn)矩，當電梯門關(guān)閉的過程中，遇到障礙物時，阻擋轉(zhuǎn)矩達到設(shè)定值時，電梯門開啟，然后重新關(guān)閉。如此重復(fù)三次不能關(guān)閉時，采用慢速輕推將障礙物推開。不同于以往文獻或?qū)＠?，本發(fā)明采用的電機不帶位置或速度傳感器，需要用特殊的方法估算阻擋轉(zhuǎn)矩。計算時，基于電機的數(shù)學(xué)模型，用測量到的電機端電壓、線電流，通過卡爾曼濾波估算出電機角加速度和電磁轉(zhuǎn)矩(可以參閱參照天津大學(xué)碩士學(xué)位論文《無刷直流電機卡爾曼法轉(zhuǎn)子位置檢測及模型參考自適應(yīng)控制》，陳煒撰寫，導(dǎo)師夏長亮)。然后按照電機的轉(zhuǎn)子運動方程得到對應(yīng)的阻擋轉(zhuǎn)矩TL＝Te-T0-Jα其中，TL為阻擋轉(zhuǎn)矩(N·m)，Te為電機電磁轉(zhuǎn)矩(N·m)，T0為空載轉(zhuǎn)矩，J為轉(zhuǎn)子及負載的轉(zhuǎn)動慣量(N·m2)，α為轉(zhuǎn)子機械角加速度(rad/s2)。
控制器上安裝有7段譯碼器，當門控制裝置出現(xiàn)故障時，7段譯碼器可以顯示相應(yīng)的信號以便檢修。
根據(jù)本實施例，可以通過測量無刷直流電機端電壓、電流信號控制方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機起、停、正反轉(zhuǎn)，進而驅(qū)動電梯門滿足電梯門的控制要求。此外，本發(fā)明還可以提高門控制裝置的效率和可靠性。
需要說明的是，本發(fā)明屬于一種組合發(fā)明，是一種在技術(shù)應(yīng)用上具有創(chuàng)新性的發(fā)明創(chuàng)造，其中所涉及的方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機、電源模塊、傳動單元、電梯門等部分都屬于已有技術(shù)并且已有多種形式和應(yīng)用。這里以本發(fā)明的實施例為中心展開了詳細的說明，所描述的優(yōu)選方式或某些特性的具體體現(xiàn)，應(yīng)當理解為本說明書僅僅是通過給出實施例的方式來描述本發(fā)明，實際上在組成、構(gòu)造和使用的某些細節(jié)上會有所變化，包括部件的組合和組配，這些變形和應(yīng)用都應(yīng)該屬于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無刷直流電機電梯門控制裝置，包括方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機、傳動單元、控制器、電源模塊，其中，方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機，用于提供驅(qū)動電梯門開關(guān)的轉(zhuǎn)矩；傳動單元，用于將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成開啟或關(guān)閉電梯門的直線運動；控制器，用于通過無刷直流電機端電壓、電流信號的測量，確定電機轉(zhuǎn)子位置和運行狀態(tài)，進而控制方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機的運行；電源模塊，用于提供所需的電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電梯門控制裝置，其中所述控制器執(zhí)行下列操作電機控制通過無刷直流電機端電壓、電流信號的測量，確定換向時刻，并發(fā)出對應(yīng)的換向信號，驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)，并通過控制脈寬調(diào)制信號(PWM)的占空比調(diào)節(jié)電機的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；自學(xué)習(xí)電梯門運行距離在初次安裝時，根據(jù)換向次數(shù)測量電梯門從完全關(guān)閉到完全開啟所需運行的距離，并把用換向次數(shù)表示的距離參數(shù)存儲下來以便其他功能使用，其中電梯門的關(guān)閉或開啟位置要通過稍稍開啟然后采用大轉(zhuǎn)矩關(guān)閉或稍稍關(guān)閉然后采用大轉(zhuǎn)矩開啟至少三次來進行確認。門寬或現(xiàn)場情況變化后還可以人工讓控制器再次執(zhí)行此項操作；電梯門開啟關(guān)閉完成信號的輸出通過換向次數(shù)與距離參數(shù)比較確定門是否達到開啟或關(guān)閉位置，向上位機發(fā)出相應(yīng)信號；驅(qū)動電梯門進行直線運動用于當接收到開門或關(guān)門指令后，控制電機轉(zhuǎn)動，根據(jù)電機換向次數(shù)判斷電梯門位移，并按照電梯門位置改變電梯門移動速度，使門平滑地開啟或關(guān)閉，當電梯門達到所述停止位置時，控制無刷直流電機停機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電梯門控制裝置，其中所述控制器能夠執(zhí)行遇到障礙物時的操作當電梯門關(guān)閉的過程中阻擋轉(zhuǎn)矩達到設(shè)定值時，電梯門開啟，然后重新關(guān)閉，如此重復(fù)至少三次而不能關(guān)閉時，采用慢速輕推將障礙物推開。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電梯門控制裝置，其中所述控制器能夠執(zhí)行電梯門運行距離糾錯的操作運行一段時間后重新確認從完全關(guān)閉到完全開啟所需運行的距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及驅(qū)動電梯門開啟和關(guān)閉的控制裝置，提供一種無刷直流電機電梯門控制裝置，包括方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機、傳動單元、控制器、電源模塊，其中，方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機，用于提供驅(qū)動電梯門開關(guān)的轉(zhuǎn)矩；傳動單元，用于將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成開啟或關(guān)閉電梯門的直線運動；控制器，用于通過無刷直流電機端電壓、電流信號的測量，確定電機轉(zhuǎn)子位置和運行狀態(tài)，進而控制方波型無位置傳感器永磁無刷直流電機的運行。本發(fā)明的電梯門控制裝置，無需采用位置或速度傳感器，具有體積緊湊、裝置效率高、抗干擾性強、故障率和成本低的優(yōu)點。
文檔編號B66B13/14GK1903692SQ200610015038
公開日2007年1月31日 申請日期2006年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者夏長亮, 陳煒, 史婷娜 申請人:天津大學(xué)