專利名稱：永磁同步直線電機(jī)開門機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電梯或地鐵車門等自動(dòng)門設(shè)備上所使用的開門機(jī)，具體的說是一種永磁同步直線電機(jī)開門機(jī)。
背景技術(shù)：
開門機(jī)是一種長時(shí)間、頻繁、往復(fù)式工作的機(jī)電一體化裝置。它不僅要求工作可靠性高、安全性好，而且還要求其具有運(yùn)行平穩(wěn)、噪音低的特點(diǎn)。
現(xiàn)有的電梯門、地鐵門、火車車廂門和民用出入門開門機(jī)均采用旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)，經(jīng)機(jī)械變速轉(zhuǎn)換傳動(dòng)的方式，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開、關(guān)門。因而，其固有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜和工作平穩(wěn)性較差、傳遞效率低的缺陷無法避免，同時(shí)其還存在著噪音大、制造成本高以及制造安裝和調(diào)試方面的難度較大的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過永磁同步直線電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁力直接驅(qū)動(dòng)的開門機(jī)，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)、快捷、安全地開、關(guān)門。該開門機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單且相應(yīng)的安裝、調(diào)試工作均大大簡化，此外還具有傳遞效率高、運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小等優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明所述的一種永磁同步直線電機(jī)開門機(jī)的結(jié)構(gòu)是永磁同步直線電機(jī)初級(jí)安裝在門機(jī)掛門板上，次級(jí)安裝在固定于開門機(jī)底板上的直線電機(jī)次級(jí)固定座上；固定在開門機(jī)底板上的門掛板聯(lián)動(dòng)繩輪組通過聯(lián)動(dòng)鋼絲繩與門機(jī)左右掛門板相連，分別裝在門機(jī)左右掛門板上的兩個(gè)門滑輪組件置于導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌固定在開門機(jī)底板上，左右兩個(gè)掛門板通過左右兩個(gè)導(dǎo)輪組件分別裝在門機(jī)導(dǎo)軌上；門刀固定在左掛門板上，與門刀配套的門刀鉤安裝在開門機(jī)底板上；門機(jī)觸點(diǎn)通過門機(jī)觸點(diǎn)支架安裝在門機(jī)左、右掛門板上，而觸體通過門機(jī)觸體支架安裝在開門機(jī)底板上。
本發(fā)明的永磁同步直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包括與永磁同步直線電機(jī)相連的由電源經(jīng)整流模塊連于智能功率模塊所組成的逆變電路，掌上型調(diào)試器與控制芯片CPU的輸入雙向相連。控制芯片CPU的輸出經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)器連于智能功率模塊IPM，霍爾位置檢測器分別連于永磁同步直線電機(jī)和控制芯片CPU。電流采樣電路分別連于智能功率模塊的輸出與控制芯片CPU。
本發(fā)明用于地鐵時(shí)，當(dāng)?shù)罔F站臺(tái)有外護(hù)欄門時(shí)，其結(jié)構(gòu)與使用于電梯門中的結(jié)構(gòu)相同，當(dāng)?shù)罔F站臺(tái)沒有外護(hù)欄門時(shí)，則不需要上述結(jié)構(gòu)中門刀和門刀鉤。此外，本發(fā)明使用于火車車廂門和民用出入門時(shí)，也不需要門刀和門刀鉤。
當(dāng)在門機(jī)右掛門板與門機(jī)左掛門板之間裝有中間緩沖擋塊組件后，可以防止門機(jī)在工作過程中發(fā)生沖擊，延長部件的使用壽命。
當(dāng)在門機(jī)右掛板上安裝鋼絲繩張緊裝置，該張緊裝置可以使門機(jī)鋼絲繩漲得更緊，且結(jié)構(gòu)更緊湊。
本發(fā)明由于采用永磁同步直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)和智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、不需要任何轉(zhuǎn)換裝置，簡化了開門機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式，使運(yùn)行更加平穩(wěn)，而噪聲更小，并通過智能化控制，使開門機(jī)工作精度提高，可靠性和安全性都得到了保證。
四

圖1是單臺(tái)永磁同步直線電機(jī)拖動(dòng)型式的永磁同步直線電機(jī)開門機(jī)。
圖2是兩臺(tái)永磁同步直線電機(jī)拖動(dòng)型式的永磁同步直線電機(jī)開門機(jī)。
圖1.1和圖2.1分別是圖1與圖2中的A-A向視圖，圖1.2和圖2.2分別是圖1與圖2中B向視圖。
圖1、圖1.1、圖1.2、圖2、圖2.1、圖2.2中的標(biāo)號(hào)名稱1、開門機(jī)底板；2、永磁同步直線電機(jī)次級(jí)；3、門機(jī)右掛門板；4、永磁同步直線電機(jī)初級(jí)組件；5、門刀組件；6、門刀鉤；7、門掛板聯(lián)動(dòng)繩輪組；8、導(dǎo)軌；9、門滑輪組件；10、導(dǎo)輪組件；11、門機(jī)左掛門板；12、中間緩沖擋塊組件；13、門機(jī)觸體支架；14、門機(jī)觸點(diǎn)觸體；15、門機(jī)觸點(diǎn)支架；16、永磁同步直線電機(jī)次級(jí)固定座；17、墊套；18、聯(lián)動(dòng)鋼絲繩；19、鋼絲繩張緊裝置。
圖3是智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖。
圖4是智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成框圖。
圖5是0V/+24V數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為0V/+5V數(shù)字信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換電路。
圖6是0V/+5V數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為0V/+24V數(shù)字信號(hào)的電平轉(zhuǎn)換電路。
圖7是鑒相電路原理圖。
圖8是倍頻電路原理圖。
圖9是開門時(shí)CPU對(duì)IPM發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)示意圖。
圖10是關(guān)門時(shí)CPU對(duì)IPM發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)示意圖。
圖11是智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)中CPU控制芯片的外圍連接示意圖。
五、具體實(shí)施方法本項(xiàng)發(fā)明的永磁同步直線電機(jī)開門機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1與圖2和圖1.2所示，由圖可知永磁同步直線電機(jī)初級(jí)4安裝在門機(jī)右掛門板3上，永磁同步直線電機(jī)次級(jí)2安裝在與門機(jī)底板直接相連的直線電機(jī)次級(jí)固定座16上；固定在開門機(jī)底板1上的門掛聯(lián)動(dòng)繩輪組7通過聯(lián)動(dòng)鋼絲繩18與門機(jī)左掛門板11相連；當(dāng)永磁同步直線電機(jī)初級(jí)4通電后，永磁同步直線電機(jī)初級(jí)4與永磁同步直線電機(jī)次級(jí)2之間產(chǎn)生電磁力推動(dòng)門機(jī)右掛門板3作左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。再通過聯(lián)動(dòng)繩輪組7的聯(lián)動(dòng)鋼絲繩18帶動(dòng)門機(jī)左掛門板11做同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)開、關(guān)門。
分別裝在門機(jī)左右掛門板11與3上與永磁同步直線電機(jī)初級(jí)4相接觸的左右兩個(gè)門滑輪組件9置于導(dǎo)軌8上(如圖2所示)，對(duì)于單臺(tái)永磁同步直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的開門機(jī)，裝在門機(jī)右掛門板上與永磁同步直線電機(jī)初級(jí)4相接觸的右門滑輪組件9置于導(dǎo)軌8上，而左門滑輪組件9固定在門機(jī)左掛門板11上且置于導(dǎo)軌8上(如圖1所示)，導(dǎo)軌固定在門機(jī)底板上，通過左右兩個(gè)導(dǎo)輪組件10分別把門機(jī)左右兩個(gè)掛門板11與3固定在導(dǎo)軌上；門刀5固定在左掛門板上，與門刀配套的門刀鉤6安裝在開門機(jī)底板上，門刀與掛門板同步運(yùn)動(dòng)，保證廳門、轎門在開關(guān)門過程中同步運(yùn)動(dòng)，克服了風(fēng)阻造成廳門無法與轎門聯(lián)動(dòng)關(guān)閉，迫使電梯停運(yùn)的現(xiàn)象。
門機(jī)觸點(diǎn)觸體14的右觸點(diǎn)通過門機(jī)觸點(diǎn)支架15安裝在門機(jī)左、右掛門板11和3上，而觸體通過門機(jī)觸體支架13安裝在開門機(jī)底板1上。
中間緩沖擋塊組件12安裝在門機(jī)右掛門板3與門機(jī)左掛門板11之間，使電梯關(guān)門到位時(shí)，門機(jī)左右掛門板不發(fā)生撞擊，且能減少電梯門關(guān)門到位時(shí)的震動(dòng)，使電梯門的運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)，噪音更小。
鋼絲繩張緊裝置19安裝在門機(jī)右掛板3上，該張緊裝置使門機(jī)鋼絲繩漲得更緊，結(jié)構(gòu)更緊湊。
智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)如圖3和圖4所示，以圖1的單臺(tái)直線電機(jī)拖動(dòng)型式的永磁同步直線電機(jī)電梯開門機(jī)為例敘述如下開門機(jī)由一臺(tái)永磁同步直線電機(jī)(PLSM)驅(qū)動(dòng)。PLSM的次級(jí)2由不銹鋼管、棒形鐵芯和環(huán)形永磁體組成，安裝在門機(jī)底板1上，是固定不動(dòng)的。PLSM的初級(jí)4由三相繞組、霍爾位置檢測器和外殼組成，安裝在門機(jī)右掛門板3上，是隨門一起運(yùn)動(dòng)的。三相繞組作星形連接，三個(gè)繞組端部U、V、W連接到控制器的逆變器輸出端。當(dāng)廳、轎門移動(dòng)時(shí)，霍爾位置檢測器能檢測到門的位移量，并發(fā)出A、B兩個(gè)呈90度相位差的脈沖信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)被控制器用來檢測門的位置和運(yùn)動(dòng)方向。智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的原理框圖如圖3所示。其中的控制單元就是一片系統(tǒng)(PSOC)的CPU，圖中的檢修指令是一個(gè)0V或+5V(分別代表“檢修”或“正常運(yùn)行”)的數(shù)字信號(hào)，直接接到CPU的一個(gè)引腳上(參圖11中第10號(hào)引腳)。當(dāng)該指令為“檢修”時(shí)，CPU通過它的一個(gè)引腳向主機(jī)發(fā)出“正在檢修”信號(hào)(參圖11中第17號(hào)引腳)，并通過另一個(gè)引腳從一個(gè)本地開關(guān)讀取“開門”或“關(guān)門”的指令(參圖11中第11號(hào)引腳)。反之，在“正常運(yùn)行”時(shí)，CPU向主機(jī)發(fā)出“正在檢修無效”信號(hào)，并通過另一個(gè)引腳從主機(jī)讀取“開門”或“關(guān)門”的指令(參圖11中第18號(hào)引腳)。CPU隨后控制逆變器給PLSM供電，直至門移到位，并通過另兩個(gè)引腳向主機(jī)分別發(fā)“開門到位”或“關(guān)門到位”信號(hào)(參圖11中第16和15號(hào)引腳)。這里，主機(jī)發(fā)送或接收的信號(hào)是0V或+24V的數(shù)字信號(hào)，而CPU接收或發(fā)送的是0V或+5V的數(shù)字信號(hào)，因此二者之間的信號(hào)傳遞還需要一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路。該電路如圖5和圖6所示。
位置檢測器的兩個(gè)輸出信號(hào)A和B首先經(jīng)過圖7所示的鑒相電路來指示門的運(yùn)動(dòng)方向。在開門時(shí)，信號(hào)A超前信號(hào)B90度，所以方向信號(hào)始終為低電平；反之，在關(guān)門時(shí)，信號(hào)A滯后信號(hào)B90度，所以方向信號(hào)始終為高電平。其次，信號(hào)A和B經(jīng)過圖8所示的倍頻電路來提高位置信號(hào)的精度。CPU通過兩個(gè)引腳讀取位置信號(hào)和方向信號(hào)(參圖11中第25和24號(hào)引腳)。位置信號(hào)是脈沖信號(hào)，它的上升沿觸發(fā)CPU的中斷；CPU響應(yīng)中斷后，首先判斷門的運(yùn)行方向，再對(duì)門的位置數(shù)值加或減1。所以，單位位置數(shù)值對(duì)應(yīng)門的平移距離和信號(hào)A或B發(fā)出的脈沖數(shù)。
智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)是通過如圖4所示的由三相電源、整流模塊及智能功率模塊IPM所組成的逆變器給PLSM供電的。逆變器的直流電源由三相380V交流電源經(jīng)三相二極管整流和電容濾波來獲得的。逆變器由一個(gè)三相的IGBT智能功模塊(IPM)構(gòu)成的。IPM中包含多種保護(hù)電路及IGBT的驅(qū)動(dòng)電路。IGBT的上三路單元(U+、V+和W+)需三個(gè)隔離的15V電源供電，下三路單元(U-、V-和W-)共用一個(gè)15V的隔離電源供電。CPU通過6個(gè)引腳發(fā)出IPM的觸發(fā)信號(hào)(Up、Vp、WP、UN、VN、和WN)(參圖11中第6、7、8、20、21和22號(hào)引腳)，經(jīng)光耦隔離后分別控制IPM六個(gè)IGBT單元U+、V+、W+、U-、V-和W-的導(dǎo)通和關(guān)斷。在一個(gè)電周期內(nèi)每個(gè)IGBT按序?qū)?20度，如圖9和圖10所示，圖中低電平表示IGBT導(dǎo)通，高電平表示IGBT關(guān)斷。這里并沒有采用任何形式的脈寬調(diào)制(PWM)，因?yàn)镻WM會(huì)引起嚴(yán)重的噪聲和電磁干擾。但是，IGBT的觸發(fā)頻率，也就是PLSM的供電頻率是可以由CPU調(diào)節(jié)的。這樣，PLSM工作在恒壓變頻方式。這種方式，對(duì)電磁氣隙頗大的PLSM來說不會(huì)引起磁路飽和，但是可以調(diào)節(jié)PLSM的推力，從而實(shí)現(xiàn)電梯門的速度和位置控制。PLSM的運(yùn)行方向也是由CPU控制的。開門時(shí)，U相的觸發(fā)信超前V相120度，V相又超前W相120度，如圖9所示。反之，關(guān)門時(shí)，U相觸發(fā)信號(hào)滯后V相120度，V相又滯后W相120度，如圖10所示。在逆變器的直流側(cè)有一個(gè)電流傳感器，其輸出直接連接到CPU的一個(gè)引腳上(參圖11中第1號(hào)引腳)。CPU內(nèi)部的低通濾波器對(duì)該電信號(hào)進(jìn)行濾波，濾波器的截止頻率是最高逆變頻率的100倍左右。并且，CPU利用內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器采樣電流信號(hào)，然后結(jié)合逆變器的開關(guān)狀態(tài)計(jì)算出LIM的三相瞬時(shí)電流。這樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)PLSM繞組電流的時(shí)實(shí)檢測，若發(fā)生過流情況，CPU將立刻關(guān)斷IPM的所有單元，等電流回落到允許范圍后再恢復(fù)原先的觸發(fā)狀態(tài)。
在電梯門關(guān)閉的過程中，若異物擋住門，除了用光幕、擋板等硬件來檢測之外，CUP還將通過對(duì)PLSM運(yùn)行狀態(tài)(例如速度和電流)進(jìn)行判斷。一旦發(fā)現(xiàn)異物，CPU將立刻控制PLSM反向運(yùn)行(即進(jìn)行開門動(dòng)作)，并且確保對(duì)異物的撞擊力小于150N。
當(dāng)電梯門開或者關(guān)到位的時(shí)候，CPU關(guān)斷IPM的所有單元，并實(shí)時(shí)檢測門的位置。當(dāng)檢測到門因外力作用而反向移動(dòng)時(shí)，CPU將重新通過逆變器對(duì)PLSM供電，這樣將保持門處在開或者關(guān)到位的狀態(tài)。但是，此時(shí)PLSM產(chǎn)生的推力在150N左右，這樣，允許超過150N的外力強(qiáng)迫關(guān)上或打開轎廂門。
最后，CPU還通過它的兩個(gè)引腳與一個(gè)掌上型調(diào)試器進(jìn)行RS232串行通訊(參圖11中第26和27引腳)。這樣，在安裝或檢修電梯時(shí)，可以使用掌上型調(diào)試器對(duì)控制器設(shè)置一些必要的參數(shù)，例如，門的運(yùn)行速度曲線、門的移動(dòng)行程，等等。
圖2所示的兩臺(tái)直線電機(jī)拖動(dòng)型式的永磁同步直線電機(jī)電梯開門機(jī)，與圖1不同的是兩臺(tái)永磁同步直線電機(jī)的初級(jí)4分別安裝在門機(jī)右掛門板3和門機(jī)左掛門板11上，兩塊永磁同步直線電機(jī)次級(jí)2分別安裝在門機(jī)底板1的左右兩塊永磁同步直線電機(jī)次級(jí)固定座16上(永磁同步直線電機(jī)次級(jí)固定座16直接與門機(jī)底板1連接)，當(dāng)永磁同步直線電機(jī)4通電后，永磁同步直線電機(jī)初級(jí)4與永磁同步直線電機(jī)次級(jí)2之間產(chǎn)生電磁力推動(dòng)門機(jī)左、右掛門板11、3作左右往復(fù)運(yùn)動(dòng)。通過聯(lián)動(dòng)繩輪組7的聯(lián)動(dòng)鋼絲繩18使它們同步往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電梯開、關(guān)門。
其它結(jié)構(gòu)和智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)與單臺(tái)永磁同步直線電機(jī)拖動(dòng)型式永磁同步直線電機(jī)開門機(jī)完全相同，不再重?cái)ⅰ?br> 權(quán)利要求
1.一種永磁同步直線電機(jī)開門機(jī)，其特征在于，它包括永磁同步直線電機(jī)、開門機(jī)底板(1)、門掛聯(lián)動(dòng)繩輪組(7)、門機(jī)左掛門板(11)、門機(jī)右掛門板(3)、導(dǎo)軌(8)、門滑輪組件(9)、導(dǎo)輪組件(10)、門機(jī)觸點(diǎn)觸體(14)以及用于控制直線電機(jī)的智能驅(qū)動(dòng)控制器，永磁同步直線電機(jī)初級(jí)(4)安裝在門機(jī)掛門板上，次級(jí)(2)安裝在固定于開門機(jī)底板(1)上的固定座(16)上；固定在開門機(jī)底板(1)上的門掛聯(lián)動(dòng)繩輪組(7)通過聯(lián)動(dòng)鋼絲繩與門機(jī)左掛門板(11)相連；分別裝在門機(jī)左掛門板(11)和門機(jī)右掛門板(3)上與永磁同步直線電機(jī)初級(jí)相接觸的左右兩個(gè)門滑輪組件(9)置于導(dǎo)軌(8)上，導(dǎo)軌(8)通過左右兩個(gè)導(dǎo)輪組件(10)分別裝在門機(jī)左掛門板(11)和右掛門板(3)上；門機(jī)觸點(diǎn)觸體(14)的右觸體通過門機(jī)觸體支架(15)安裝在門機(jī)右掛門板(3)上，而左觸體通過門機(jī)觸體支架(13)安裝在開門機(jī)底板(1)上；與永磁同步直線電機(jī)相連的智能驅(qū)動(dòng)控制器包括由電源經(jīng)整流模塊連于智能功率模塊(IPM)所組成的逆變電路，其輸出連于永磁同步直線電機(jī)(PLSM)，掌上型調(diào)試器與控制芯片(CPU)的輸入雙向相連，控制芯片(CPU)的輸出經(jīng)隔離驅(qū)動(dòng)器連于智能功率模塊(IPM)，位置檢測器分別連于永磁同步直線電機(jī)(M)和控制芯片(CPU)，電流采樣電路分別連于智能功率模塊(IPM)的輸出與控制芯片(CPU)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的永磁同步直線電機(jī)開門機(jī)，其特征在于，在開門機(jī)底板(1)上還裝有門刀鉤(6)和與門刀鉤(6)配套的門刀(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁同步直線電機(jī)開門機(jī)，其特征在于在門機(jī)右掛門板(3)與門機(jī)左掛門板(11)之間裝有中間緩沖擋塊組件(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的永磁同步直線電機(jī)開門機(jī)，其特征在于在門機(jī)右掛板(3)上安裝有鋼絲繩張緊裝置(19)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電梯及自動(dòng)門上使用的永磁同步直線電機(jī)開門機(jī)，電機(jī)初級(jí)和次級(jí)分別安裝在門機(jī)掛門板和固定座上；門掛板聯(lián)動(dòng)繩輪組通過鋼絲繩與掛門板相連，裝在掛門板上的兩個(gè)門滑輪組件置于導(dǎo)軌上，掛門板通過導(dǎo)輪組件裝在門機(jī)導(dǎo)軌上；門刀固定在左掛門板上，門刀鉤安裝在開門機(jī)底板上；門機(jī)觸點(diǎn)通過支架安裝在門機(jī)掛門板上，而觸體通過支架安裝在開門機(jī)底板上。與永磁同步直線電機(jī)相連的智能驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)包括由電源、整流模塊和智能功率模塊所組成的逆變電路，掌上型調(diào)試器，控制芯片，隔離驅(qū)動(dòng)器，位置檢測器及電流采樣電路所組成。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、不需要任何轉(zhuǎn)換裝置，運(yùn)行平穩(wěn)，噪聲小、精度高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05D3/00GK1851222SQ20061004078
公開日2006年10月25日 申請(qǐng)日期2006年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月1日
發(fā)明者曹中, 葉云岳, 崔敏, 朱永和, 錢軍 申請(qǐng)人:南通中堯機(jī)電制造有限公司