專利名稱：永磁電機調速電路和升降裝置的制作方法
技術領域：
永磁電機調速電路和升降裝置
技術領域：
本實用新型涉及永磁電機調速方法、調速電路和升降裝置。特別適用于高層或超高層建筑電梯、建筑施工升降機、碼頭起重機、車間行車及建筑災難發(fā)生時的群體自救逃生 設備等升降裝置中采用的永磁電機調速控制。
背景技術：
現(xiàn)有的高層或超高層建筑電梯、建筑施工升降機、碼頭起重機、車間行車等升降裝 置，存在如下不足1、受結構上的限制，升降裝置無論是上升過程還是下降過程，均要靠外 部供電提供動力才能工作，而且耗電量很大，浪費了不少的能源。2、突發(fā)停電時，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的人員處于不安全的狀態(tài)。3、當高層建 筑發(fā)生火災時，由于停電，無法使升降裝置往復升降，被困人群無法實施自救逃生。為了解決在沒有市電供應的情況下，仍能實施被困人群的自救逃生。發(fā)明人先后 提出了 US7278, 601 (要求中國專利 CNOl 129193 的優(yōu)先權)、PCT/CN2008/000402 和 PCT/ CN2009/070606 (要求中國專利申請200810065491. 2的優(yōu)先權)。在上述專利申請中，發(fā)明 人利用永磁電機的機電能量轉換原理，將裝載有人員的升降裝置(逃生設備)從高位向低 位下降的過程中釋放出的能量(動能)用于驅動永磁電機的轉子旋轉產生電能并將電能主 要通過轉換成熱能(功耗電阻)耗散掉，當升降裝置下降過程中釋放出的能量速率與消耗 掉的能量速率達到平衡狀態(tài)時，升降裝置的下降速度不再增加，從而實現(xiàn)調控升降裝置下 降速度的目的。但是，如何對永磁電機的下降速度進行更有效的控制以及更好地利用收集儲存的 能量，仍有必要作進一步的改進。

發(fā)明內容本實用新型所要解決的技術問題之一在于即使在沒有動力電源供應的情況下， 仍然能夠對升降裝置的永磁電機轉速進行有效的控制。進一步地，本實用新型所要解決的技術問題之二在于即使在沒有任何外部電源 供應的情況下，不但能夠對升降裝置的永磁電機轉速進行有效的控制，而且還能收集利用 升降裝置從高位向低位下降過程中釋放出的能量。解決上述問題的技術方案是一種永磁電機的調速電路，包括在繞組回路中串聯(lián)的至少一個第一功耗電阻和 一個受控制信號控制的高速通斷的開關裝置，用于檢測永磁電機轉速的編碼器，可編程控 制器，所述編碼器將檢測到的永磁電機轉速編碼后輸入所述可編程控制器，所述可編程控 制器將永磁電機的轉速信號轉換成相應占空比的脈沖串用以控制所述開關裝置的通斷時 間。所述開關裝置包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和驅動器，所述可編程控制器的輸 出接驅動器，所述絕緣柵雙極晶體管的開關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關端的兩端并聯(lián)至少一個用于限速的第二功耗 電阻。在永磁電機繞組的輸出端并聯(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。設置一個逆變器，用于將所述蓄電池中儲存的電能回饋給永磁電機繞組。一種升降裝置，包括轎廂和用于控制轎廂升降的永磁電機，所述永磁電機包括繞 組回路，所述永磁電機的繞組回路包括串聯(lián)的至少一個第一功耗電阻和一個受控制信號控 制的高速通斷的開關裝置；用于檢測永磁電機轉速的編碼器，可編程控制器，所述編碼器將 檢測到的永磁電機轉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的轉 速信號轉換成相應占空比的脈沖串用以控制所述開關裝置的通斷時間。所述開關裝置包括絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和驅動器 ，所述可編程控制器的輸 出接驅動器，所述絕緣柵雙極晶體管的開關端串接所述第一功耗電阻。還包括至少一個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 第一功耗電阻和開關端的兩端。在永磁電機繞組的輸出端并聯(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存的電能回饋給永磁電機繞組。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。采用上述技術方案，本實用新型有益的技術效果在于1、即使在沒有市電供應的情況下，通過在繞組回路中串聯(lián)第一功耗電阻和受永磁 電機轉速控制的高速通斷的開關裝置，特別是采用由絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和驅動器 構成的高速通斷的開關裝置，當永磁電機的轉速高時，使第一功耗電阻在單位時間內接通 的時間長、斷開的時間短。從而將永磁電機的轉速降下來；反之，當永磁電機的轉速低時， 使第一功耗電阻在單位時間內接通的時間短，斷開的時間長，從而提高永磁電機的轉速。從 而實現(xiàn)升降裝置在下降過程中的速度控制，而且控制方式簡單、靈活。既節(jié)約了大量的電能 (不需要動力電源)，又實現(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、碼頭起重機、車間行車及建筑災難發(fā)生時的群體自救逃生設備等各種升降裝置中采 用。特別適合于建筑災難發(fā)生時的群體自救逃生設備。2、通過設置第二功耗電阻，保證了即使當高速通斷的開關裝置出現(xiàn)故障時，升降 裝置仍能在第二功耗電阻所限定的速度范圍內下降，保障了升降裝置內的人員或物品(負 荷)在安全的速度范圍內送至地面。3、通過在永磁電機繞組的輸出端并聯(lián)蓄電池，通過收集利用升降裝置從高位向低 位下降過程中釋放出的能量，為編碼器和可編程控制器提供工作電源，保證了即使在沒有 任何外部電源供應的情況下，不但能夠對升降裝置永磁電機的下降速度進行有效的控制， 而且還能儲能。4、通過設置逆變器，可將所述蓄電池中儲存的電能回饋給永磁電機繞組，實現(xiàn)了 即使在沒有任何外部電源供應的情況下，仍能實現(xiàn)升降裝置的下降或提升，特別是在建筑 災難發(fā)生時，對于群體自救逃生的意義重大。
圖1是一種永磁電機繞組回路的電路結構示意圖。圖2是一種升降裝置的結構示意圖。
具體實施方式下面通過具體的實施方式并結合附圖對本實用新型做進一步詳細的說明。如圖1所示，一種永磁電機的調速電路，永磁電機為永磁電機2，調速電路包括繞 組回路，繞組回路包括永磁電機繞組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，驅動器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的開關端(管腳1 和管腳2)串接后再與第二功耗電阻R2并聯(lián)構成等效可調電阻，由永磁電機繞組1、整流橋 2、濾波電路3和等效可調電阻構成繞組回路。通過整流橋2和濾波電路3，將負荷下降 時 帶動永磁電機轉動產生的三相交流電轉變?yōu)橹绷麟?。由編碼器7將檢測到的永磁電機轉速 編碼后輸入可編程控制器6，可編程控制器6將永磁電機的轉速信號經過內部的調節(jié)算法 轉換成一個與轉速相匹配的一定占空比的控制脈沖串輸入驅動器5，驅動器5再將輸入控 制脈沖串轉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，用以控制所述絕緣 柵雙極晶體管4的通斷時間。當IGBT的管腳1和管腳2接通時，第一功耗電阻Rl和第二 功耗電阻R2并聯(lián)，等效電阻減小，相當于永磁電機加大了負載，永磁電機減速運行；當IGBT 的管腳1和管腳2斷開時，第一功耗電阻斷開，只有第二功耗電阻R2投入運行，等效電阻變 大，相當于永磁電機負載減小，永磁電機加速運行。在永磁電機繞組1的輸出端并聯(lián)有用于 收集永磁電機下降時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、 驅動器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通過第一接口 9向 外輸出直流電供它用(如風扇、照明等)。蓄電池8的輸出經逆變器11驅動永磁電機使其 工作在電動機狀態(tài)。第二接口連接逆變器。逆變器通過第二接口 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 電和向永磁電機繞組1供電。調速過程通過編碼器7檢測永磁電機的轉速并編碼后輸入可編程控制器6，可編程控制器 6將永磁電機的轉速信號經過內部的調節(jié)算法轉換成一個與轉速相匹配的一定占空比的控 制脈沖串輸入驅動器5，驅動器5再將輸入控制脈沖串轉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。當永磁電機的轉速高時，使第一功耗電阻Rl在單位時間內接通 的時間長，斷開的時間短，從而使單位時間內的等效電阻變小，永磁電機減速；當永磁電機 的轉速低時，使得第一功耗電阻在單位時間內接通的時間短，斷開的時間長，從而使單位時 間內的等效電阻變大，永磁電機加速。當絕緣柵雙極晶體管4處于長時間斷開時，等效電阻為第二功耗電阻R2，等效電 阻值最大，此時，永磁電機的轉速是最大限速。一種升降裝置，圖2所示，包括第一轎廂、第 二轎廂和調速永磁電機，調速永磁電機是永磁電機，永磁電機的調速電路采用圖1所示結 構，永磁電機通過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運動。[0031]當升降裝置下降時，永磁電機的轉子在負荷(重力)的作用下開始旋轉，永磁電機的轉子與定子發(fā)生相對運動，永磁電機工作在發(fā)電狀態(tài)下，永磁電機繞組中的電流產生與 重力矩方向相反的電磁力矩，通過兩個力矩的共同作用，電機以一定的轉速使負荷安全下 降。盡管上面詳細的描述了本實用新型的優(yōu)選實施例，但是應該明白，對于在高層或 超高層建筑電梯、建筑施工升降機、碼頭起重機、車間行車及建筑災難群體自救逃生設備等 能使負荷升降的機電一體化產品領域技術人員來說很明顯的、這里講述的基本實用新型構 思的許多變形和修飾都落在所附權利要求限定的本實用新型的精神和范圍之內。如，在本 實施例中，采用由絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和驅動器構成的高速通斷的開關裝置，本領域 的技術人員能夠理解，也可采用其它形式的高速通斷的開關裝置進行控制。
權利要求一種永磁電機的調速電路，其特征在于包括在繞組回路中串聯(lián)的至少一個第一功耗電阻和一個受控制信號控制的絕緣柵雙極晶體管，用于檢測永磁電機轉速的編碼器、可編程控制器和驅動器，所述編碼器將檢測到的永磁電機轉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的轉速信號轉換成相應占空比的脈沖串輸入驅動器，驅動器輸出的控制信號用以控制所述絕緣柵雙極晶體管的通斷時間。
2.根據(jù)權利要求1所述的永磁電機的調速電路，其特征在于在所述串聯(lián)的第一功耗 電阻和開關端的兩端并聯(lián)至少一個用于限速的第二功耗電阻。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的永磁電機的調速電路，其特征在于在永磁電機繞組的 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)權利要求3所述的永磁電機的調速電路，其特征在于還包括逆變器，用于將所 述蓄電池中儲存的電能回饋給永磁電機繞組。
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，其特征在于所述永磁 電機包括繞組回路，所述永磁電機的繞組回路包括串聯(lián)的至少一個第一功耗電阻和一個 受控制信號控制的高速通斷的絕緣柵雙極晶體管；用于檢測永磁電機轉速的編碼器，可編 程控制器和驅動器，所述可編程控制器將永磁電機的轉速信號轉換成相應占空比的脈沖串 輸入驅動器，驅動器輸出的控制信號用以控制所述絕緣柵雙極晶體管的通斷時間。
6.根據(jù)權利要求5所述的升降裝置，其特征在于還包括至少一個用于限速的第二功 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關端的兩端。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的升降裝置，其特征在于在永磁電機繞組的輸出端并聯(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 儲存的電能回饋給永磁電機繞組。
9.根據(jù)權利要求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)動的第一轎廂 和第二轎廂，通過永磁電機的轉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 往復運動。
專利摘要本實用新型公開一種永磁電機的調速方法，包括如下步驟在永磁電機的繞組回路串聯(lián)至少一個第一功耗電阻和一個受控制信號控制的高速通斷的開關裝置；檢測永磁電機的轉速，當永磁電機的轉速高時，向所述開關裝置發(fā)出控制信號，使得第一功耗電阻在單位時間內接通的時間長，斷開的時間短；當永磁電機的轉速低時，使得第一功耗電阻在單位時間內接通的時間短，斷開的時間長。進一步地，在所述串聯(lián)的第一功耗電阻和高速通斷的開關裝置的兩端并聯(lián)至少一個用于限速的第二功耗電阻。本實用新型還公開了采用該方法的永磁電機調速裝置及升降裝置。采用本實用新型，即使在沒有市電供應的情況下，仍然能夠對升降裝置的永磁電機轉速進行有效的控制。
文檔編號B66B5/00GK201563095SQ20092020439
公開日2010年8月25日 申請日期2009年9月8日 優(yōu)先權日2009年9月8日
發(fā)明者傅濤, 朱清明, 白孝林 申請人:北京京普瑞科技有限公司