專利名稱：配重功率可調式節(jié)能電梯的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及升降電梯設備，尤其涉及配重功率可調式節(jié)能電梯。
背景技術：
電梯的能耗大約占大樓總能耗的3％～7％，而電梯的節(jié)能應從新梯的選配、舊梯的改造兩個方面重點考慮。近年來，已實施電梯的節(jié)能技術有(1)有源能量回饋器。電梯要節(jié)電，核心是將處于制動狀態(tài)的電動機輸出的電能利用起來。有源能量回饋器的作用就是能有效地將制動時儲存在電容中的電能回送給交流電網供周邊其它用電設備使用。適用于所有(進口、國產)交直流拖動模式的變頻電梯。(2)直接傳動。將曳引輪直接安裝在電機的轉子上，采用直接傳動，沒有傳動損耗，效率遠遠高于以往的有齒輪曳引機，與同規(guī)格電梯相比，綜合節(jié)能30％左右，另外由于取消了蝸輪蝸桿等中間環(huán)節(jié)，免去了類似減速器箱體內的潤滑油需要定期更換等維護工作，噪音降低約達10分貝，節(jié)省保養(yǎng)人力成本，安裝方式均采用無機房(曳引機安裝在電梯井道頂端)減小了土建費用。(3)電梯群控。電梯群控系統(tǒng)會生成最為省電的運行模式，控制大樓里的多臺電梯，讓它們分工明確，在適當的時間到達適當的位置，方便乘客上下，又減少了電梯啟動、運行次數。(4)直接轉矩控制和矢量控制。
中國是個能源緊缺的國家，特別是20多年的經濟高速發(fā)展，使得能源供給更加緊張，現(xiàn)在，國家提倡落實科學發(fā)展觀，建立節(jié)約型社會，社會環(huán)境和經濟環(huán)境都在客觀上要求各行各業(yè)對產品和技術進行改進創(chuàng)新，降低能耗。
中國目前已成為世界上最大的電梯市場，電梯是目前全國耗電大戶之一，從國民經濟發(fā)展和建設需要看，發(fā)展節(jié)能電梯已經是最迫切的任務，而中國巨大的電梯市場以及節(jié)能電梯的應用現(xiàn)狀將使節(jié)能效應非?？捎^。
現(xiàn)今已有的電梯(除扶梯)都設有配重，作為平衡用的配重與轎廂的運行方向相反，其作用是用于補償轎箱與人的一部分勢能變化量，起到節(jié)能的作用，但是這種方式并不完善。在電梯運行過程中電機有兩種運行狀態(tài)，電動機狀態(tài)和發(fā)電機狀態(tài)。在某些電梯負載情況下，例如轎廂空載下行或者轎廂滿載上行，曳引機需要克服一定阻力拉動配重或轎廂，電動機從電網(控制柜)吸取電能，處于電動機狀態(tài)。而在另外一些負載情況下，例如轎廂空載上行或者轎廂滿載下行，配重和轎廂則存在不平衡，由于重力作用空載轎廂自然上行或者滿載轎廂自然下行，電動機無需提供動力，處于發(fā)電機狀態(tài)，向控制柜反饋電能。
轎箱上升或下降一定的距離時，轎箱和配重各有一定的相反的勢能變化量。而轎箱的總重量是變化的(人數會變化)，所以即使轎箱位移相同，它的勢能變化量也是變化的。當轎箱的勢能變化量大(小)時，配重的勢能變化量也應該取得大(小)一些，以達到最佳的節(jié)能效果。但是對于現(xiàn)有的電梯，轎箱有一定的位移時，配重勢能的變化量卻是固定不變的。配重沒能最大程度地補償轎箱勢能變化量，或是補償過多，因此現(xiàn)有電梯不能獲得滿意的節(jié)能效果。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了克服以上現(xiàn)有技術存在的不足，提供了一種控制配重勢能變化量、改進電梯系統(tǒng)的整體構造設計、降低電機的電能消耗、節(jié)約能源的配重功率可調式節(jié)能電梯。
本發(fā)明的目的通過以下的技術方案實現(xiàn)一種配重功率可調式節(jié)能電梯，包括電機、轎箱、配重，所述電機通過曳引機傳動機構與轎箱、配重分別連接，所述曳引機傳動機構和配重之間設置有自動變速裝置，其由微機控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、機械變速器依次連接組成；所述曳引機傳動機構、機械變速器的齒輪變速機構、配重依次驅動連接，機械變速器的換擋執(zhí)行機構與所述液壓控制系統(tǒng)信號連接，所述微機控制系統(tǒng)與電機、轎箱、液壓控制系統(tǒng)分別信號連接。
所述機械變速器為定軸輪式機械變速器。
所述定軸輪式機械變速器的齒輪變速機構包括輸入軸、輸出軸、第一副軸、第二副軸、輸出齒輪以及一～四擋齒輪組，其換擋執(zhí)行機構包括第一制動器、第二制動器以及一～四擋離合器；所述曳引機傳動機構與輸入軸連接，輸出軸與配重連接；第一制動器、一擋離合器分別安裝在輸入軸兩端，四擋離合器安裝在輸入軸中部，三擋主動齒輪安裝在第一制動器、四擋離合器之間的輸入軸上，四擋主動齒輪安裝在四擋離合器的套軸上，一擋主動齒輪安裝在一擋離合器的套軸上；輸出齒輪安裝在輸出軸上，輸出齒輪通過安裝在第一副軸一端的第一中間齒輪驅動第一副軸，第一副軸的另一端安裝有第二制動器；三擋離合器安裝在第一中間齒輪內側的第一副軸上，三擋從動齒輪安裝在三擋離合器的套軸上；二擋、四擋、一擋從動齒輪依次安裝在三擋從動齒輪、第二制動器之間的第一副軸上；三擋從動齒輪通過安裝在第二副軸一端的第二中間齒輪驅動第二副軸，二擋離合器安裝在第二副軸另一端，二擋主動齒輪安裝在二擋離合器的套軸上。
所述液動控制系統(tǒng)包括液壓泵、壓力控制閥、電磁換向閥，所述液壓泵與壓力控制閥管路連接，多個電磁換向閥與壓力控制閥、換擋執(zhí)行機構管路連接，多個電磁換向閥與微機控制系統(tǒng)分別信號連接。
所述微機控制系統(tǒng)包括單片機、信號接口電路、驅動放大電路，所述單片機的控制單元通過各個信號接口電路與電梯控制器、傳感器、控制開關分別信號連接，通過各個驅動電路分別與各個電磁換向閥分別信號連接。
所述傳感器包括轎箱重量傳感器、轎箱速度傳感器、轎箱加速度傳感器，其安裝在轎箱上。也可以按控制需要安裝采集其他參數的傳感器。
本發(fā)明解決問題的理論分析如下電梯完成一個完整的上升過程時，假設系統(tǒng)效率為100％，則電機消耗的電能為(當同時使用有源能量回饋器時，節(jié)能效果會更好，可以把電梯系統(tǒng)的一部分勢能轉化為電能，輸向電網。)轎箱上升過程加速過程Wa＝G1×Ha1-G2×Ha2+EK勻速過程Wb＝G1×Hb1-G2×Hb2減速過程Wc＝G1×Hc1-G2×Hc2-EK轎箱下降過程加速過程Wa＝G2×Ha2-G1×Ha1+EK勻速過程Wb＝G2×Ha2-G1×Ha1減速過程Wc＝G2×Ha2-G1×Ha1-EK其中G1是轎箱與人重力；G2是配重重力；EK為動能變化量；Ha1、Hb1、Hc1分別是轎箱加速、勻速、減速時移動的距離；Ha2、Hb2、Hc2分別是配重加速、勻速、減速時移動的距離。
Wa、Wb、Wc有可能為負，當它們?yōu)樨摃r表示電梯處于制動狀態(tài)，能量回饋器向電網輸送電能。上述計算式可簡化為轎箱上升過程W＝Wa+Wb+Wc＝G1H1-G2H2轎箱下降過程W＝Wa+Wb+Wc＝G2H2-G1H1(其中H1＝Ha1+Hb1+Hc1；H2＝Ha2+Hb2+Hc2)可見，當配重不變時，調節(jié)H2，即可調節(jié)配重的功率。這樣當轎箱重量變化時，選取合適的G2×H2，便可有(Wa+Wb+Wc)≤0(電機向電網輸送電能)由上式可知，此時的電梯已經成為一臺間歇式的發(fā)電機，從消耗電能轉變成產生電能。
當考慮傳動機構的傳動效率以及能量回饋器的回饋效率時，傳動以及回饋時的能量損失可由轎箱與配重勢能變化量之差來彌補。(Wa+Wb+Wc)≤0仍然可以成立，不影響上面的結論。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有如下的優(yōu)點配重功率可調式節(jié)能電梯對普通電梯系統(tǒng)進行改進，在普通電梯的曳引機傳動機構和配重之間增加了一個自動變速器，通過控制配重移動的距離來實現(xiàn)對配重勢能變化量的控制，使配重能合理地補償轎箱的勢能變化量。選用較重的配重可以降低大樓的重心，使大樓更穩(wěn)定，同時配重的運動軌道也可以縮短。本發(fā)明改進了電梯系統(tǒng)的整體構造設計，可以降低電機的電能消耗，節(jié)約能源。設計制造成本增加不是很大，既能帶來經濟效益，又能帶來社會效益。


圖1是本發(fā)明配重功率可調式節(jié)能電梯的系統(tǒng)組成示意圖；圖2是圖1所示自動變速器的結構示意圖；圖3是圖2所示自動變速器的齒輪變速機構的結構示意圖；圖4是圖2所示自動變速器的液壓控制系統(tǒng)結構示意圖；圖5是圖2所示自動變速器的微機控制系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
如圖1、2所示，本配重功率可調式節(jié)能電梯，包括電機、轎箱、配重，電機通過曳引機傳動機構與轎箱、配重分別連接，曳引機傳動機構和配重之間設置有自動變速裝置，其由微機控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、機械變速器依次連接組成；曳引機傳動機構、機械變速器的齒輪變速機構、配重依次驅動連接，機械變速器的換擋執(zhí)行機構與液壓控制系統(tǒng)信號連接，微機控制系統(tǒng)與電機、轎箱、液壓控制系統(tǒng)分別信號連接。電梯工作時控制器接收到傳感器采集到的轎廂重量等信號，然后向變速器發(fā)出控制信號，使其選取合適擋位，調節(jié)配重勢能變化的快慢，再根據所需的轎箱運動曲線控制電機的力矩和有源能量回饋器。
電機制動時配重和轎箱的總勢能減少，減少的那部分勢能通過傳動機構輸送到電機，電機產生電能，并由能量回饋器回饋給電網，供其它用電器使用。
電機做正功時電機消耗電能，輸出機械功。通過傳動機構驅動配重和轎箱運動，電能轉化為勢能。
在理想狀況下，當選取合適的變速器擋位時，能達到最佳的節(jié)能效果，甚至能讓電梯成為間歇式的發(fā)電機。
如圖3所示，機械變速器為定軸輪式機械變速器，其包括輸入軸、輸出軸、第一副軸、第二副軸、輸出齒輪以及一～四擋齒輪組，其換擋執(zhí)行機構包括第一制動器、第二制動器以及一～四擋離合器；曳引機傳動機構與輸入軸連接，輸出軸與配重連接；第一制動器1、一擋離合器13分別安裝在輸入軸12兩端，四擋離合器16安裝在輸入軸12中部，三擋主動齒輪17安裝在第一制動器1、四擋離合器16之間的輸入軸12上，四擋主動齒輪15安裝在四擋離合器16的套軸上，一擋主動齒輪14安裝在一擋離合器13的套軸上；輸出齒輪3安裝在輸出軸2上，輸出齒輪3通過安裝在第一副軸11一端的第一中間齒輪21驅動第一副軸11，第一副軸11的另一端安裝有第二制動器10；三擋離合器19安裝在第一中間齒輪21內側的第一副軸11上，三擋從動齒輪18安裝在三擋離合器19的套軸上；二擋、四擋、一擋從動齒輪20、8、9依次安裝在三擋從動齒輪18、第二制動器10之間的第一副軸11上；三擋從動齒輪18通過安裝在第二副軸4一端的第二中間齒輪5驅動第二副軸4，二擋離合器7安裝在第二副軸4另一端，二擋主動齒輪6安裝在二擋離合器7的套軸上。第一、第二制動器1、10在轎箱靜止，變速器換擋時，起制動作用。
電機驅動力在各個擋位的傳遞路線如下第一擋動力傳遞路線
輸入軸12一擋離合器13一擋主動齒輪14一擋從動齒輪9第一副軸11第一中間齒輪21輸出齒輪3輸出軸2；第二擋動力傳遞路線輸入軸12三擋主動齒輪17三擋從動齒輪18第二中間齒輪5第二副軸4二擋離合器7二擋主動齒輪6二擋從動齒輪20第一副軸11第一中間齒輪21輸出齒輪3輸出軸2；第三擋動力傳遞路線輸入軸12三擋主動齒輪17三擋從動齒輪18三擋離合器19第一副軸11第一中間齒輪21輸出齒輪3輸出軸2；第四擋動力傳遞路線輸入軸12四擋離合器16四擋主動齒輪15四擋從動齒輪8第一副軸11第一中間齒輪21輸出齒輪3輸出軸2。
圖4的自動變速裝置的液壓控制系統(tǒng)主要控制換擋執(zhí)行機構的動作，由液壓泵、各種液壓閥和液壓管路等組成。液壓系統(tǒng)的全部壓力來源于變速器的液壓泵。閥體有壓力控制閥和電磁換向閥等，壓力控制閥用于改變油壓以控制變速器換擋點，電磁換向閥把壓力油引導到相應的執(zhí)行機構以實現(xiàn)改變傳動比，本變速器有2個制動器、4個離合器，因此相應地設置有6個電磁換向閥。
自動變速裝置中的微機控制系統(tǒng)與液壓控制系統(tǒng)配合使用，對機械變速器進行電液控制。圖5的微機控制系統(tǒng)包括單片機和信號接口電路、驅動放大電路，單片機的控制單元通過各個信號接口電路與電梯控制器、傳感器、控制開關分別信號連接，通過各個驅動電路分別與各個電磁換向閥分別信號連接。電梯控制器、傳感器及控制開關將負載狀況、轎箱速度和系統(tǒng)工作狀態(tài)等信號傳遞給單片機的控制單元，單片機的控制單元發(fā)出指令通過驅動放大電路傳送給相應的電磁換向閥，使液壓系統(tǒng)按一定的規(guī)律控制換擋執(zhí)行機構工作，實現(xiàn)自動選取合適擋位，這樣即可控制配重移動的距離，實現(xiàn)對配重勢能變化量的控制，從而使配重能合理地補償轎箱勢能變化量，減少電機的電能消耗，達到節(jié)能目的。
上述具體實施方式
為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并不能對本發(fā)明的權利要求進行限定，其他的任何未背離本發(fā)明的技術方案而所做的改變或其它等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.配重功率可調式節(jié)能電梯，包括電機、轎箱、配重，所述電機通過曳引機傳動機構與轎箱、配重分別連接，其特征在于所述曳引機傳動機構和配重之間設置有自動變速裝置，其由微機控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、機械變速器依次連接組成；所述曳引機傳動機構、機械變速器的齒輪變速機構、配重依次驅動連接，機械變速器的換擋執(zhí)行機構與所述液壓控制系統(tǒng)信號連接，所述微機控制系統(tǒng)與電機、轎箱、液壓控制系統(tǒng)分別信號連接。
2.根據權利要求1所述的配重功率可調式節(jié)能電梯，其特征在于所述機械變速器為定軸輪式機械變速器。
3.根據權利要求2所述的配重功率可調式節(jié)能電梯，其特征在于所述定軸輪式機械變速器的齒輪變速機構包括輸入軸、輸出軸、第一副軸、第二副軸、輸出齒輪以及一～四擋齒輪組，其換擋執(zhí)行機構包括第一制動器、第二制動器以及一～四擋離合器；所述曳引機傳動機構與輸入軸連接，輸出軸與配重連接；第一制動器、一擋離合器分別安裝在輸入軸兩端，四擋離合器安裝在輸入軸中部，三擋主動齒輪安裝在第一制動器、四擋離合器之間的輸入軸上，四擋主動齒輪安裝在四擋離合器的套軸上，一擋主動齒輪安裝在一擋離合器的套軸上；輸出齒輪安裝在輸出軸上，輸出齒輪通過安裝在第一副軸一端的第一中間齒輪驅動第一副軸，第一副軸的另一端安裝有第二制動器；三擋離合器安裝在第一中間齒輪內側的第一副軸上，三擋從動齒輪安裝在三擋離合器的套軸上；二擋、四擋、一擋從動齒輪依次安裝在三擋從動齒輪、第二制動器之間的第一副軸上；三擋從動齒輪通過安裝在第二副軸一端的第二中間齒輪驅動第二副軸，二擋離合器安裝在第二副軸另一端，二擋主動齒輪安裝在二擋離合器的套軸上。
4.根據權利要求1所述的配重功率可調式節(jié)能電梯，其特征在于所述液動控制系統(tǒng)包括液壓泵、壓力控制閥、電磁換向閥，所述液壓泵與壓力控制閥管路連接，多個電磁換向閥與壓力控制閥、換擋執(zhí)行機構管路連接，多個電磁換向閥與微機控制系統(tǒng)分別信號連接。
5.根據權利要求4所述的配重功率可調式節(jié)能電梯，其特征在于所述微機控制系統(tǒng)包括單片機、信號接口電路、驅動放大電路，所述單片機的控制單元通過各個信號接口電路與電梯控制器、傳感器、控制開關分別信號連接，通過各個驅動電路分別與各個電磁換向閥分別信號連接。
6.根據權利要求5所述的配重功率可調式節(jié)能電梯，其特征在于所述傳感器包括轎箱重量傳感器、轎箱速度傳感器、轎箱加速度傳感器。
全文摘要
本發(fā)明提供配重功率可調式節(jié)能電梯，包括電機、轎廂、配重，所述電機通過曳引機傳動機構與轎廂、配重分別連接，曳引機傳動機構和配重之間設置有自動變速裝置，其由微機控制系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、機械變速器依次連接組成；曳引機傳動機構、機械變速器的齒輪變速機構、配重依次驅動連接，機械變速器的換擋執(zhí)行機構與所述液壓控制系統(tǒng)信號連接，微機控制系統(tǒng)與電機、轎廂、液壓控制系統(tǒng)分別信號連接。本發(fā)明改進了電梯系統(tǒng)的整體構造設計，可以降低電機的電能消耗，節(jié)約能源。設計制造成本增加不是很大，既能帶來經濟效益，又能帶來社會效益。
文檔編號B66B17/00GK1974361SQ20061012401
公開日2007年6月6日 申請日期2006年12月1日 優(yōu)先權日2006年12月1日
發(fā)明者李旻, 黃東海 申請人:華南理工大學