專利名稱：電梯設(shè)備的備用電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有電機驅(qū)動裝置的電梯設(shè)備的備用電源裝置，所述備用電源裝置具有一電能的蓄能單元，所述蓄能單元用于實現(xiàn)對短時間的交流電壓-壓降或-中斷的跨接和保證在電梯運行期間停電時的疏散運行，其中蓄能單元至少在電梯轎廂到達一樓層高度前實現(xiàn)對所有參與疏散運行的電氣部件的供電。
通常用電機對載人電梯和載貨電梯進行驅(qū)動。其中可以采用對電梯轎廂的各種升力傳遞原理。最經(jīng)常的實施方式是旋轉(zhuǎn)電機直接或通過作用于主動輪的傳動機構(gòu)對承載索進行驅(qū)動，所述承載索的一端懸掛電梯轎廂并且另一端懸掛配重并對后者進行移動。在另一實施方式中旋轉(zhuǎn)電機對一液壓泵進行驅(qū)動，所述液壓泵主要通過壓力液體對一個或多個液壓缸進行控制，所述液壓缸直接地或通過纜索傳動對電梯轎廂進行驅(qū)動。根據(jù)另一驅(qū)動原理，利用一線性電機對電梯轎廂或它的通過承載索與其連接的配重提升或下降。在現(xiàn)代的電梯設(shè)備中電梯轎廂的速度的調(diào)節(jié)大多通過對輸送給驅(qū)動-交流電機的交流電流的頻率的調(diào)節(jié)變化實現(xiàn)的。
通常所有這些驅(qū)動裝置的共同點是由電源網(wǎng)獲得能量，其中有時會出現(xiàn)短時間的電壓壓降或中斷以及長時間的停電。在沒有備用電源裝置的電梯設(shè)備中這些電源問題將會對乘客造成不便。在這種情況下，電梯轎廂停在兩個樓層的?？奎c之間，該情況將導(dǎo)致沒有電梯外的幫助乘客是不可能離開轎廂的，為了避免此類情況的發(fā)生，一部分電梯設(shè)備裝備有備用電源裝置。所述備用電源裝置包括一個蓄能器，利用被存儲的能量使驅(qū)動裝置可以將電梯轎廂至少輸送到下一樓層并使與電梯相關(guān)的系統(tǒng)在到達下一樓層前保持工作狀態(tài)。
在US 5,058,710中披露了這樣一種備用電源裝置，該備用電源裝置在電梯運行期間當出現(xiàn)停電或出現(xiàn)短時間的交流電壓-壓降或-中斷時將對驅(qū)動電機以及對疏散運行重要的其它電氣部件饋送電源，直至電梯轎廂到達下一樓層。在正常工作時對作為蓄能單元的電池(蓄電池)用一充電器進行浮充，并且其電極在停電時通過電源監(jiān)視繼電器的觸點與一對驅(qū)動電機饋電的變頻器的直流電壓中間電路連接。
作為單獨的能量存儲器的具有作為蓄電池的電化學(xué)蓄電池的備用電源裝置具有如下幾大缺點。應(yīng)用時，即電梯驅(qū)動裝置在停電時利用能量存儲器必須不中斷運行并且不減速地將滿載的電梯轎廂至少輸送到運行方向的下一個樓層時，能量存儲器在相對較短的時間必須實現(xiàn)較大的放電功率。電化學(xué)蓄電池具有相對較小的功率密度(大約300瓦/公斤)并且在應(yīng)用于大功率的電梯時其質(zhì)量的量度將達到幾百公斤。在蓄電池經(jīng)常必須提供這種功率的設(shè)備中，蓄電池的壽命將被急劇地縮短。由于在蓄電池中允許的充電功率大大地小于輸出功率，則將產(chǎn)生連鎖的問題，當重新來電，電梯重新可以工作時，必須等待較長的時間進行充電。否則將存在電梯轎廂在再次停電時停在兩個樓層之間的風(fēng)險。在電梯設(shè)備中應(yīng)用蓄電池的另一缺點是，必須對其定期監(jiān)視和維護并且在達到其使用壽命時將會遺留下許多有毒的廢物。
本發(fā)明的目的在于提出一種上面所述方式的可以避免所述缺點的電梯設(shè)備的備用電源裝置，所述備用電源在比較頻繁的出現(xiàn)停電和在出現(xiàn)短時間的交流電壓-壓降或-中斷時能夠提供以恒定速度使電梯轎廂繼續(xù)向至少下一個樓層的運行為驅(qū)動和控制所需的大的電功率。在備用電源投入使用時在重新恢復(fù)供電后的幾秒鐘內(nèi)備用電源應(yīng)能處于可重新工作的狀態(tài)。其壽命在相同的工作狀況下應(yīng)是電化學(xué)蓄電池壽命的幾倍。
根據(jù)本發(fā)明采用獨立權(quán)利要求1和6中給出的特征實現(xiàn)了本發(fā)明的目的。根據(jù)權(quán)利要求1，一種用于具有電機驅(qū)動裝置的電梯設(shè)備的備用電源裝置具有電能的蓄能單元，其特征在于，所述蓄能單元包含一個超電容形式的電容器。根據(jù)權(quán)利要求6，一種對具有電機驅(qū)動裝置的電梯設(shè)備應(yīng)急供電的方法，其特征在于，至少一部分備用電源-能量以超電容的形式被存儲在存儲媒體中。
本發(fā)明建立在如下構(gòu)思的基礎(chǔ)上采用作為蓄能器的新型的電容器，即所謂的超電容替代蓄電池或與蓄電池組合在一起，其中通常將多個超電容串聯(lián)在一起使用，串聯(lián)的電容的總?cè)萘繛閹讉€法拉，電壓可達幾百伏。超導(dǎo)電容是雙層-電容器，采用活性炭對其電極進行涂附并因此每克炭具有幾千平方米的有效表面，其中數(shù)量級為納米的最小的間隔將兩個電極分隔開。由于這些特性，因而這種可以購買到的蓄能器具有特別大的電容。
對作為電梯設(shè)備的備用電源裝置的能量存儲媒體的超電容的應(yīng)用具有如下多個優(yōu)點在大量的充電-和放電周期(目前超電容的功率密度大約為10-15千瓦/公斤；目前蓄電池的功率密度大約為300-1000瓦/公斤)。因此用一至少輕10倍的蓄能單元即可實現(xiàn)無間斷的由交流電源工作向備用電源工作以及以滿驅(qū)動功率向下一個樓層繼續(xù)運行的切換。
充電效率高；因此將恢復(fù)供電與電梯處于可工作狀態(tài)之間的等候時間縮短到是蓄電池所需時間的幾分之一。
比蓄電池增大了幾倍使用壽命。
不必對蓄能單元進行維護。
不含有有毒或?qū)Νh(huán)境造成不利影響的物質(zhì)。
在從屬權(quán)利要求中給出有益的設(shè)計和進一步設(shè)計。
一方面本發(fā)明的裝置用于跨接出現(xiàn)較短時間的交流電壓-壓降或-中斷并且另一方面在疏散運行時僅需要克服剩余的樓層間隔，最好采用作為存儲媒體的僅包含超電容的蓄能單元。對于那些存在交流電源停電的可能的必須用本發(fā)明的裝置實現(xiàn)大的疏散高度的滿載的疏散運行的應(yīng)用，最好采用由超電容與電化學(xué)蓄電池(蓄電池)的組合構(gòu)成的蓄能單元，這是因為后者與超電容相比具有的能量密度較高(Wh/kg)，即在重量相同的情況下具有較高的存儲容量。例如在那些所謂的大堂-電梯越過多個樓層間隔不停的電梯設(shè)備或在觀光塔中僅以大高度差地駛抵一個或兩個停靠樓層的電梯就是所述及的應(yīng)用條件。
特別有益的是本發(fā)明的裝置可以與變頻器調(diào)節(jié)的驅(qū)動裝置結(jié)合在一起使用。所述變頻器主要由一交流電整流器、一個具有濾波電容器的直流電壓中間電路，以及一個具有控制發(fā)生器的振動子換流器構(gòu)成，其中該振動子換流器向驅(qū)動電機饋送變化的頻率并以此決定轉(zhuǎn)速。在不具有用于回收制動能量的交流整流器的實施方式中，應(yīng)對直流電壓中間電路裝備至少一個制動模塊。本發(fā)明的含有一個由超電容或由超電容與蓄電池組合構(gòu)成的蓄能單元的裝置對來自所述直流電壓中間電路的能量進行存儲并且在必要時，即在出現(xiàn)交流電壓-壓降或-中斷時以及在停電時用于疏散運行時輸出給直流電壓中間電路。其中一個被稱作功率通量調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)和控制單元用于對蓄能單元與中間電路的直流電壓水平進行適配調(diào)節(jié)并用于在蓄能單元與變頻器的中間電路的能量交換進行調(diào)節(jié)。
由此產(chǎn)生的本發(fā)明的裝置與作為驅(qū)動調(diào)節(jié)器的變頻器的組合的一個特殊的優(yōu)點是，由變頻器的直流電壓中間電路的饋送可在正常工作方式時以及備用電源工作方式實現(xiàn)對電梯設(shè)備的控制。因此可以保證在由正常工作方式向備用電源工作方式轉(zhuǎn)換時完全無間斷的電梯控制饋送并且另外可以節(jié)省通常用于控制的電源設(shè)備。
在具有多部電梯的電梯設(shè)備中有益地并節(jié)省費用地可以為整個電梯組采用本發(fā)明的唯一一個裝置作為備用電源裝置，其中對每臺驅(qū)動電機由一共用的直流電壓中間電路通過一配屬的振動子換流器進行饋電。由于在多部電梯的情況下并不是所有的電梯驅(qū)動裝置同時地并且滿載負荷的工作并且另一方面通常的具有配重的電梯的驅(qū)動電機在少于一半的有效負荷的情況下運行時甚至可以回收共用的直流電壓中間電路的制動能，所以可以將蓄能單元的必要的容量減少到在電梯組的所有電梯分別采用單獨的備用電源裝置的所有容量總和的幾分之一。
在采用一綜合的驅(qū)動系統(tǒng)對一部或多部電梯運行的電梯設(shè)備中宜將變頻器、電梯控制單元以及本發(fā)明的備用電源裝置安裝在一部或多部電梯轎廂上并隨后者移動。然后可以分別通過接觸件或利用無接觸能量傳輸系統(tǒng)對電梯轎廂上的蓄能單元進行浮充。這種方法的優(yōu)點是不必沿整個運行路徑設(shè)置能量饋送裝置，此點特別是對有多個電梯豎井并且電梯轎廂在交替的電梯豎井內(nèi)運行的，其中也包括水平運行的電梯設(shè)備中是重要的。
根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選的應(yīng)用，蓄能單元和功率通量調(diào)節(jié)器的設(shè)計應(yīng)使本發(fā)明的備用電源裝置不僅用于在停電時實施疏散運行并用于跨接交流電壓-壓降和-中斷，而且還有利于降低設(shè)備所需的電源連接功率。此點是通過如下方式實現(xiàn)的，蓄能單元在電梯停止運行時以及在低驅(qū)動負荷階段對能量進行存儲并且在最大負荷和超平均工作狀況階段重新將能量反饋給驅(qū)動電流電路，其中通過功率通量調(diào)節(jié)器對雙向的能量通量進行調(diào)節(jié)。當例如本發(fā)明的備用電源裝置與一個變頻器配合工作時，通過所述變頻器變頻地對驅(qū)動電機進行饋送，在低于平均電機工作狀況階段由該變頻器的直流電壓中間電路對蓄能單元充電，并且在超平均工作狀況下蓄能單元將一部分被存儲的能量重新反饋給該直流電壓-中間電路。
下面將對照附圖對本發(fā)明做進一步的說明。


圖1為電梯驅(qū)動裝置的部件的示意圖，其中本發(fā)明的備用電源裝置與一變頻器配合并且僅包括作為蓄能媒體的超電容；圖2為電梯驅(qū)動裝置的部件的示意圖，其中本發(fā)明的備用電源裝置同樣與一變頻器配合并且包括作為蓄能媒體的超電容與蓄電池構(gòu)成的組合；圖3為電梯驅(qū)動裝置組的部件的示意圖，其中本發(fā)明的備用電源裝置與多個變頻器共用的直流電壓中間電路配合并且包括作為蓄能媒體的超電容與蓄電池構(gòu)成的組合。
在圖1中示意示出一個具有變頻器和本發(fā)明的備用電源裝置的電梯驅(qū)動裝置的主要部件。用1表示變頻器，由交流電源2對該變頻器饋電并主要由一交流整流器3、一振動子換流器4、一直流電壓中間電路5、一濾波電容器6、一制動模塊7(具有制動電阻和制動工作開關(guān))和一電機接線8構(gòu)成。一臺作為電梯驅(qū)動電機的交流電機9與變頻器1連接。用10表示備用電源裝置并且一方面具有一由超電容13構(gòu)成的蓄能單元11并且另一方面具有一個功率通量調(diào)節(jié)器12。支路17將直流電壓中間電路5與對在疏散運行時必須起作用的諸如電梯驅(qū)動裝置、機械驅(qū)動制動器、門驅(qū)動裝置、照明裝置、通信裝置、通風(fēng)裝置等的電梯的電氣部件18的電源連接。
在正常工作方式時，變頻器1的交流整流器3通過電源接線2由電網(wǎng)中獲得交流電流并由此交流電產(chǎn)生直流電，然后將直流電饋送給直流電壓中間電路5。振動子換流器4由該直流電壓中間電路5獲得直流電流并在一集成的控制發(fā)生器的控制下由直流電流產(chǎn)生變頻的交流電流，向交流電機9饋送。所產(chǎn)生的交流頻率決定該電機的轉(zhuǎn)速并隨之決定電梯的運行速度，其中中央電梯控制單元向振動子換流器的控制發(fā)生器以相應(yīng)的方式連續(xù)地發(fā)送有關(guān)在一特定的時間點應(yīng)產(chǎn)生的運行速度的信息。濾波電容器6對直流電壓中間電路中的波動和峰值電壓進行抑制。只要沒有用于將該制動能回收到電網(wǎng)內(nèi)的交流整流器3和交流整流器3的設(shè)計不能用于將制動能回收到電網(wǎng)中，則制動模塊7用于將由交流電機9在以負的電機負荷運行時產(chǎn)生的制動能轉(zhuǎn)換成熱能。在交流整流器的設(shè)計不能用于將制動能回收到電源中的情況下，制動模塊的另一項任務(wù)是在交流整流器3失效時保證交流電機9的電氣制動能力，其中一旦在制動時直流電壓中間電路5中的電壓超過一定的值時，制動模塊被激活。功率通量調(diào)節(jié)器12基本上是一個市售的用于電壓極性和兩個電流方向的2-象限(Quadranten)-直流電壓穩(wěn)壓器，其任務(wù)在于對直流電壓中間電路5和蓄能單元11中的不同的電壓水平之間的能量通量進行控制。一方面在電梯設(shè)備整個處于待機狀態(tài)時當直流電壓中間電路5中的能量過剩時通過功率通量調(diào)節(jié)器5對能量存儲單元進行浮充，另一方面功率通量調(diào)節(jié)器在必要時，即出現(xiàn)短時間的交流電壓-壓降或-中斷和停電時，重新將存儲的電能反饋給所述的直流電壓中間電路5。
當電梯運行期間出現(xiàn)短時間的交流電壓-壓降或-中斷以及在停電時，直流電壓中間電路5和隨之也包括振動子換流器4以及通過支路17被饋電的必須在疏散運行時起作用的部件必須至少在電梯轎廂到達具有豎井門的下一個樓層前實現(xiàn)不間斷的供電。蓄能單元11的超電容13因此可以毫不遲延地提供滿載運行所需的最大電流并且在恢復(fù)供電后在最短的時間內(nèi)重新被完全充電。此點特別是在經(jīng)常出現(xiàn)并且緊接著連續(xù)出現(xiàn)停電的大樓內(nèi)是特別有益的。在建立在蓄電池為基礎(chǔ)的備用電源裝置中，則與上述相反，在疏散運行后必須等待較長的重新充電時間，直至恢復(fù)供電后電梯可以自動工作。否則將存在當重新停電時電梯轎廂被卡在兩個樓層之間的風(fēng)險。
圖2示意示出一個針對圖1所述的具有變頻器1以及本發(fā)明的備用電源裝置10的電梯驅(qū)動裝置，其中蓄能單元11由兩種不同的存儲媒體構(gòu)成。為了滿足在對短時間的交流電壓-壓降或-中斷跨接，以及為了實現(xiàn)短距離的疏散運行，蓄能單元11包含作為存儲媒體的具有上述有益性能的超電容13。為了使蓄能單元11也可以為較長距離的疏散運行提供充足的能量，蓄能單元作為附加的存儲媒體包括蓄電池14(蓄電池)，例如鉛-或鎳-鎘-蓄電池。這種蓄電池14與超電容13相比具有較高的能量密度(Wh/kg)，即在重量相同的情況下蓄電池可以儲存更多的能量。雖然蓄電池在有意義的規(guī)格的情況下還不具有在大功耗的快速過程中相同的反應(yīng)速度，并且其使用壽命會因頻繁地出現(xiàn)這種事件，而急劇縮短。在本發(fā)明的能量存儲媒體組合中經(jīng)常出現(xiàn)的短時間需要的用于跨接短時間的交流電壓-壓降和-中斷并用于短距離的疏散運行的峰值功率是由超電容13獲得的，并且用于長時間的疏散運行所需的能量將從兩個存儲媒體獲得。
由此可以在壽命最佳的同時實現(xiàn)蓄能單元11的最佳的低的必要的總重量。所述的蓄能單元11以與針對圖1的說明相同的方式通過功率通量調(diào)節(jié)器12與變頻器的直流電壓中間電路配合，其中在蓄能單元的實施方式中對功率通量調(diào)節(jié)器12的控制應(yīng)實現(xiàn)僅對較長時間的事件從蓄電池獲取能量。對必須在疏散運行時起作用的部件18在此也是通過支路17在任何情況下毫不間斷地對直流電壓中間電路5供給能量。
圖3示出了由變頻器調(diào)節(jié)的電梯驅(qū)動裝置的一組電氣部件的設(shè)置，其中有多臺旋轉(zhuǎn)電機9通過配合的振動子換流器4接在共用的直流電壓中間電路16上，所述直流電壓中間電路在正常工作時由一唯一的電源模塊15供電并且在電梯運行期間當出現(xiàn)交流電壓-壓降和-中斷時以及在完全停電時通過唯一一個本發(fā)明的備用電源裝置供電。備用電源裝置10在此也由一個蓄能單元11和一個功率通量調(diào)節(jié)器12構(gòu)成，其中蓄能單元11或者僅由超電容或者由上述的超電容和蓄電池構(gòu)成。功率通量調(diào)節(jié)器12具有與上述的描述相同的功能。而且在停電時必須對在疏散運行時起作用的部件18由共用的直流電壓中間電路16通過支路18毫不間斷地供電。這種對驅(qū)動裝置的多重設(shè)置的第一個優(yōu)點在于，僅需要唯一一個電源模塊15，該模塊優(yōu)選具有將過剩的制動能反饋回電源網(wǎng)絡(luò)的能力(采用低功率范圍的單個的驅(qū)動裝置通常過于昂貴)。第二個優(yōu)點是，通過共用的直流電壓中間電路16可以直接進行在驅(qū)動的和制動的驅(qū)動裝置之間的能量補償。另外，僅需要唯一一個本發(fā)明的備用電源裝置10取代了多個單獨的備用電源裝置，因而可以大大減少硬件的開銷并隨之降低成本。
權(quán)利要求
1.一種用于具有電機驅(qū)動裝置的電梯設(shè)備的備用電源裝置(10)，具有電能的蓄能單元，所述蓄能單元對所有參與疏散運行的電梯設(shè)備的電氣部件至少在電梯轎廂到達一個樓層前進行供電，實現(xiàn)對短時間的交流電壓-壓降或-中斷的跨接和保證在電梯運行時的疏散運行，其特征在于，蓄能單元(11)包含一個超電容(13)形式的電容器。
2.按照權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，作為存儲媒體的蓄能單元(11)僅包含超電容(13)或包含超電容(13)與電化學(xué)蓄電池(14)的組合。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述裝置與變頻器(1)配合，利用變頻器調(diào)節(jié)電梯的運行速度。
4.按照權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，由直流電壓中間電路(5)對蓄能單元(11)浮充，并且該蓄能單元(11)在必要時將電能饋送給直流電壓中間電路(5)，其中一個連接在中間的功率通量調(diào)節(jié)器(12)對直流電壓中間電路(5)與蓄能單元(11)之間的不同的電壓水平進行調(diào)節(jié)。
5.按照權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述裝置在停電時通過變頻器的直流電壓中間電路至少對起著保證充分疏散運行的那些電氣部件提供備用電流，其中在正常運行時也由所述的直流電壓中間電路(5)對這些部件(18)進行饋電。
6.一種對具有電機驅(qū)動裝置的電梯設(shè)備應(yīng)急供電的方法，采用該方法在電梯運行時當出現(xiàn)停電或出現(xiàn)短時間的交流電壓-壓降或-中斷時至少在電梯轎廂到達一個樓層前對疏散運行重要的部件(18)進行供電，其特征在于，至少一部分備用電源-能量以超電容(13)的形式被存儲在存儲媒體中。
7.按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在停電或短時間出現(xiàn)交流電壓-壓降或中斷時備用電源裝置(10)不間斷地投入使用。
8.按照權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，用唯一一個備用電源裝置(10)對多部電梯供電。
9.按照權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，備用電源裝置(10)固定安裝在建筑物內(nèi)或安裝在具有一體的驅(qū)動裝置的電梯設(shè)備上，并隨后者移動。
10.按照權(quán)利要求6至9中任一項所述的方法，其特征在于，備用電源裝置(10)具有一個蓄能單元(11)，所述蓄能單元通過一個功率通量調(diào)節(jié)器(12)連續(xù)地與變頻器(1)的直流電壓中間電路(5)連接并且其設(shè)計應(yīng)使其除了起著作為備用電源存儲器的作用，在電梯正常工作時還用于減少電源連接功率，其中蓄能單元(11)在驅(qū)動系統(tǒng)低功耗階段存儲來自電網(wǎng)的能量、回收在制動過程中的能量并且在大功耗的情況下將能量輸出給驅(qū)動系統(tǒng)。
全文摘要
用于具有電機驅(qū)動裝置的電梯設(shè)備的備用電源裝置的任務(wù)在于實現(xiàn)對短時間的交流電壓－壓降或－中斷的跨接和保證在電梯運行時所有對疏散運行必要的電梯設(shè)備部件的供電，直至電梯轎廂到達一個樓層。為此采用的蓄能單元(11)作為存儲媒體或者僅具有作為超電容(13)的電容器，或者具有一個由超電容(13)和電化學(xué)蓄電池(14)構(gòu)成的組合。
文檔編號H02J9/06GK1419518SQ01807220
公開日2003年5月21日 申請日期2001年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月31日
發(fā)明者托馬斯·埃林格爾 申請人:因溫特奧股份公司