專利名稱：交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門機裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電梯門機驅(qū)動及控制技術(shù)，涉及一種交流伺服電動機柔 性驅(qū)動的電梯門機裝置
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)的電梯門機市場中，驅(qū)動電機多采用交流異步電機和直流電機， 前者由于轉(zhuǎn)速較高，調(diào)速和位置控制復(fù)雜，必須帶有鏈傳動、帶傳動、或齒 輪傳動等中間減速機構(gòu)，以達到減速目的，因此，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、維修困難、噪 聲大，并且效率低，調(diào)速性能也差。后者雖然具有調(diào)速方便的特點，但由于 存在換向器，可靠性差，會產(chǎn)生電磁火花和干擾，并且還需要一套直流電源， 維修困難。為適應(yīng)國內(nèi)電梯門機市場需求，急需開發(fā)結(jié)構(gòu)簡單，工作安全可 靠，控制精度較高并易實現(xiàn)智能化控制的交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門 機裝置。
發(fā)明內(nèi)容
為了適應(yīng)電梯門機市場的需要，本實用新型的目的在于，提供一種采用 交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門機裝置。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本實用新型采取如下的技術(shù)解決方案 一種交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門機裝置，該裝置包括有電梯門機 以及與電梯門機相連接的門機傳動機構(gòu)，其特征在于，還包括有一個門機控制 器，該門機控制器與交流伺服電動機連接，交流伺服電動機通過門機傳動機 構(gòu)與電梯門機連接，交流伺服電動機還連接有電梯門速度及位置檢測器，電 梯門速度及位置檢測器由門機控制器控制；電梯門速度及位置檢測器用來時 時檢測電梯門機的速度和位置，并將速度和位置信號反饋給電梯門機控制器，
4門機控制器將控制信號輸送給交流伺服電動機，由交流伺服電動機通過門機 傳動機構(gòu)帶動電梯門機實現(xiàn)開/關(guān)、起動、運行、加減速以及停止。
門機控制器包括一單片機，單片機連接有SPWM信號發(fā)生器，SPWM 信號發(fā)生器通過光耦隔離電路與智能功率模塊連接，智能功率模塊連接有單
相整流電路、電流傳感器和交流伺服電動機，電流傳感器通過連接的A/D轉(zhuǎn)
換器與單片機相連，交流伺服電動機通過連接的編碼器與單片機相連。
電梯門速度及位置檢測器用來時時檢測電梯門的速度和位置，并將速度 和位置信號反饋給電梯門機控制器，以實現(xiàn)電梯門運動過程的閉環(huán)控制。
電梯門機控制器包括單片機、SPWM信號發(fā)生器、光耦隔離電路、單相 整流電路、智能功率模塊(IPM)、電流傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器等環(huán)節(jié)，以絕緣 柵雙極性晶體管(IGBT)作為智能功率模塊的功率電子開關(guān)，并以正弦波脈 寬調(diào)制(SPWM)方式向智能功率模塊發(fā)出控制信號。
門機傳動機構(gòu)連接于交流伺服電動機與電梯門機之間，其作用是將電動 機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為電梯門的直線運動，本實用新型給出了兩種門機傳動方 式，分別為滾珠絲杠傳動方式和帶傳動方式。
本實用新型的交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門機裝置，采用交流伺服 電動機作為動力源，依靠交流伺服電動機良好的低速帶負載能力，以及優(yōu)良 的調(diào)速特性，可方便地實現(xiàn)電梯門機開關(guān)過程的柔性控制及頻繁可靠動作。 大大簡化了電梯門機的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了電梯門機的智能化控制。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)框圖2為門機控制器原理圖3為三相整流電路及IPM原理圖4為使用滾珠絲杠方式的傳動機構(gòu)的機械結(jié)構(gòu)圖5為圖4的A向視圖；6為圖4中B部分的局部放大剖面圖； 圖7為圖4中C部分的局部放大剖面其中，圖4、圖5、圖6和圖7中標號名稱為1、電梯門頭；2、軸承座; 3、絲杠；4、掛門板固定件；5、絲杠螺母；6、掛門板；7、滑輪.，8、導(dǎo)軌; 9、限位器；10、電梯門板；11、緩沖器；12、軸承蓋；13、預(yù)緊螺母；14、 第一螺釘；15、軸承；16、密封圈；17、第二螺釘；18、軸套；19、緊固螺 釘；20、第一螺栓；21、第二螺栓。
圖8為使用帶傳動方式的傳動機構(gòu)的門機機械結(jié)構(gòu)圖9為圖8的A向視圖8和圖9中的標號名稱為
1、電梯門頭；22、皮帶；23摩擦片；4、掛門板固定件；7、滑輪；26、 皮帶輪；9、限位器；10、電梯門板；11、緩沖器；6、掛門板；8、導(dǎo)軌。
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
具體實施方式
如圖1所示，圖1是發(fā)明人給出的一種采用交流伺服電動機柔性驅(qū)動的 電梯門機裝置的結(jié)構(gòu)框圖，它包括門機控制器，門機控制器與交流伺服電動 機連接，交流伺服電動機通過門機傳動機構(gòu)與電梯門機連接，交流伺服電動 機還連接有電梯門速度及位置檢測器，電梯門速度及位置檢測器由門機控制 器控制。電梯門速度及位置檢測器采用光電編碼器，門機控制器將控制信號 輸送給交流伺服電動機，由交流伺服通過安裝于電梯門與電動機之間的門機 傳動機構(gòu)帶動電梯門實現(xiàn)開/關(guān)、起動、運行、加減速以及停止。交流伺服電 動機上連接的光電編碼器用于檢測電梯門機的速度和位置信號，然后將速度 和位置信號傳遞給門機控制器，與門機控制器中給定的速度和位置信號進行 反饋運算得到準確的速度和位置信號，傳遞給交流伺服電動機，以此來控制 電梯門的速度和位置，使電梯門滿足加速啟動、勻速運行和減速停止的速度要求以及在準確的位置加減速的位置要求。
如圖2所示，門機控制器由單片機、SPWM信號發(fā)生器、光耦隔離電路、
單相整流電路、智能功率模塊(IPM)、電流傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器等環(huán)節(jié)構(gòu)成， MCU使用普通單片機即可滿足計算量要求。單片機向SPWM信號發(fā)生器發(fā) 出控制信號，可控制其所發(fā)出SPWM信號的脈寬和頻率，SPWM信號發(fā)生 器發(fā)出的SPWM模擬信號可用來隔離驅(qū)動IPM模塊(光耦隔離電路可起到 隔離作用)。單相整流電路與IMP模塊共同組成控制器中的主電路部分，其 功能是依據(jù)SPWM控制信號將單相工頻交流電采用交一直一交先整流后逆 變的變換方式變換成頻率、相位和幅值均可調(diào)的三相交流電，然后提供給交 流伺服電動機(圖2中的PMSM)，改變此交流電的頻率即可改變電動機的 轉(zhuǎn)速。電流傳感器的作用為采集電動機的三相電流值，然后反饋給單片機， 可實現(xiàn)電流閉環(huán)控制，與上述采用光電編碼器所實現(xiàn)的速度和位置閉環(huán)控制 共同構(gòu)成三閉環(huán)控制方式，其中位置環(huán)是外環(huán)，也是最終目標，速度控制是 中環(huán)，電流控制是內(nèi)環(huán)，為了保證動態(tài)響應(yīng)速度和定位時不產(chǎn)生振蕩，電流 環(huán)和速度環(huán)均采用PID調(diào)節(jié)，位置環(huán)采用PI調(diào)節(jié)。
如圖3所示，采用IPM模塊與單相整流電路共同組成的控制器主電路來 直接驅(qū)動交流伺服電動機(PMSM)工作。其中，單相整流電路采用由四個 二極管構(gòu)成的單相橋式全波整流電路，完成工頻電流到直流的轉(zhuǎn)換，經(jīng)整流 器整流后的直流電存在脈動，圖中所示的濾波電容起到穩(wěn)壓濾波的作用，其 電容值很大。IPM模塊由六個IGBT絕緣柵雙極性晶體管和六個二極管分三 路組成，分別向六個IGBT絕緣柵雙極性晶體管中輸入SPWM模擬信號來控 制它們的順序開關(guān)，可將三相整流電路中輸出的直流電轉(zhuǎn)換成頻率、相位和 幅值均可調(diào)的交流電。IGBT具有輸入阻抗高，開關(guān)損耗小，飽和壓降低， 通斷速度快，熱穩(wěn)定性能好，耐高壓且可承受大電流等優(yōu)點，因此，選用IGBT 絕緣柵雙極性晶體管作為功率電子開關(guān)可保證IPM模塊電路工作的可靠性、穩(wěn)定性以及快速性。
如圖4和圖5所示的是一種采用滾珠絲杠作為門機傳動機構(gòu)的機械式結(jié)
構(gòu)。包括電梯門頭l，電梯門頭l上分別有左、右導(dǎo)軌8和滾珠絲杠3，滾珠 絲杠3通過三個軸承座2被懸掛在門頭1上，使得滾珠絲杠3只能轉(zhuǎn)動而不 能進行任何方向的移動，將絲杠螺母5和掛門板固定件4用螺栓聯(lián)結(jié)起來， 然后整體安裝到左右掛門板6上，左右掛門板6上分別安裝有四個滑輪7， 四個滑輪7被置于導(dǎo)軌8上，由于導(dǎo)軌8是安裝在電梯門頭1上的，這樣就 將滾珠絲杠3、電梯門頭1和導(dǎo)軌8固結(jié)在一起，而絲杠螺母5、掛門板固定 件4、掛門板6、滑輪7以及門板10固結(jié)在一起，絲杠1與螺母5之間采用 帶有滾珠的螺紋連接，這樣就在絲杠1與螺母5之間實現(xiàn)了摩擦力較小的滾 動螺旋傳動。當滾珠絲杠3進行旋轉(zhuǎn)運動時，就會推動螺母5做直線運動， 從而帶動滑輪7沿著導(dǎo)軌8往復(fù)運動，實現(xiàn)電梯門板10的打開與閉合。
滾珠絲杠3右端的伸出軸部分采用鍵聯(lián)結(jié)與交流伺服電動機的輸出軸聯(lián) 結(jié)在一起，滾珠絲杠3左右兩端的螺紋導(dǎo)程相同、旋向相反，這樣當交流伺 服電機帶動滾珠絲杠3轉(zhuǎn)動時，就可實現(xiàn)電梯門板10以相同的速度同步打開 與閉合。
兩個限位器9分別安裝在導(dǎo)軌8的左右末端，當電梯開門到達極限位置 時，可限制掛門板6繼續(xù)運動，避免出現(xiàn)滑輪7脫離導(dǎo)軌8的現(xiàn)象。緩沖器 11安裝在左右掛門板6之間，使電梯關(guān)門到位時，左右掛門板6不發(fā)生撞擊， 且能減少電梯門開關(guān)到位時的震動，使電梯門的運動更平穩(wěn)，.噪音更小。
滾珠絲杠3端部固定方式如圖6所示。使用兩個軸承15和三個軸套18 將滾珠絲杠3軸向固定死，使得滾珠絲杠3不會產(chǎn)生軸向竄動。軸承15在軸 承座2中放置，并使用軸承蓋12及兩個密封圈16將其密封。用四個螺釘14 將軸承蓋12與軸承座2固定起來，并使用4個螺釘17將軸承座2固定到電 梯門頭1上。這樣使得軸承15軸承座2以及軸承蓋12固結(jié)為一個整體，而滾珠絲杠3只可相對于這個整體作旋轉(zhuǎn)運動。位于滾珠絲杠3末端帶緊固螺
釘19的預(yù)緊螺母13用于絲杠3的預(yù)緊，可消除滾珠絲杠3軸向間隙，提高 滾珠絲杠3的剛度。
絲杠螺母5與掛門板6的聯(lián)結(jié)如圖7所示，使用掛門板固定件4作為中 間連接件，并分別使用四個螺栓20以及兩個螺栓21將門板固定件與螺母5 和掛門板ll固結(jié)在一起。
圖8，圖9所示的是一種采用帶傳動作為門機傳動機構(gòu)的門機機械結(jié)構(gòu)。 包括電梯門頭1和電梯門板IO，電梯門頭1和電梯門板10通過左右掛門板6 相連，電梯門頭1上分別有左、右導(dǎo)軌8和皮帶輪26，皮帶輪26上有皮帶 22，左、右導(dǎo)軌8的一端安裝有限位器9，掛門板6上設(shè)置有掛門板固定件4， 掛門板固定件4安裝到左右掛門板6上，左右掛門板6上分別安裝有四個滑 輪7和緩沖器11，電梯門板10通過掛門板固定件4上的摩擦片23和皮帶22 固定，四個滑輪7置于左、右導(dǎo)軌8上，通過皮帶22的移動帶動掛門板6 在左、右導(dǎo)軌8上移動，實現(xiàn)電梯門板10的打開與閉合。
將交流伺服電動機輸出軸聯(lián)結(jié)到皮帶輪26的輸入軸上,交流伺服電動機 與皮帶輪26進行同步轉(zhuǎn)動。通過皮帶輪26的轉(zhuǎn)動帶動上下兩條皮帶22朝相 反的方向移動，將左右掛門板10通過摩擦片3和掛門板固定件4分別固定在 上下兩條皮帶22上，可使皮帶22的移動帶動左右掛門板6在左、右導(dǎo)軌8 上往復(fù)運動，實現(xiàn)電梯門板10的同步打開與閉合。
權(quán)利要求1、一種交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門機裝置，該裝置包括有電梯門機以及與電梯門機相連接的門機傳動機構(gòu)，其特征在于，還包括有一個門機控制器，該門機控制器與交流伺服電動機連接，交流伺服電動機通過門機傳動機構(gòu)與電梯門機連接，交流伺服電動機還連接有電梯門速度及位置檢測器，電梯門速度及位置檢測器由門機控制器控制；電梯門速度及位置檢測器用來檢測電梯門機的速度和位置，并將電梯門機的速度和位置信號反饋給電梯門機控制器，門機控制器將控制信號輸送給交流伺服電動機，由交流伺服電動機通過門機傳動機構(gòu)帶動電梯門機實現(xiàn)開/關(guān)、起動、運行、加減速以及停止。
2. 如權(quán)利要求1所述的交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門機裝置，其特征在于，所述的門機控制器包括一單片機，單片機連接有SPWM信號發(fā)生器， SPWM信號發(fā)生器通過光耦隔離電路與智能功率模塊連接，智能功率模塊連 接有單相整流電路、電流傳感器和交流伺服電動機，電流傳感器通過連接的 A/D轉(zhuǎn)換器與單片機相連，交流伺服電動機通過連接的編碼器與單片機相連。
3. 如權(quán)利要求1所述的交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門機裝置，其特 征在于，所述的電梯門速度及位置檢測器采用光電編碼器。
4. 如權(quán)利要求1所述的交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門機裝置，其特 征在于，所述的門機傳動機構(gòu)為滾珠絲杠結(jié)構(gòu)或者帶傳動結(jié)構(gòu)。
5. 如權(quán)利要求2所述的交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門機裝置，其特 征在于，所述的功率模塊包括六個IGBT絕緣柵雙極性晶體管和六個二極管 分三路組成。
6. 如權(quán)利要求4所述的交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門機裝置，其特 征在于，所述的滾珠絲杠結(jié)構(gòu)包括電梯門頭(1)和電梯門板(10)，電梯門 頭(1)和電梯門板(10)通過左右掛門板(6)相連，電梯門頭(1)上分別 有左、右導(dǎo)軌(8)和滾珠絲杠(3)，左、右導(dǎo)軌(8)的一端安裝有限位器(9)，滾珠絲杠(3)通過三個軸承座(2)固定在門頭(1)上，使?jié)L珠絲杠(3)只能轉(zhuǎn)動，滾珠絲杠(3)上有絲杠螺母(5)，絲杠螺母(5)和掛門板 固定件(4)聯(lián)接，掛門板固定件(4)安裝到左右掛門板(6)上，左右掛門 板(6)上分別安裝有四個滑輪(7)和緩沖器(11)，四個滑輪(7)被置于 導(dǎo)軌(8)上，當滾珠絲杠(3)進行旋轉(zhuǎn)運動時，推動螺母(5)在滾珠絲杠(3)上做直線運動，帶動左右掛門板(6)在左、右導(dǎo)軌(8)上往復(fù)運動， 實現(xiàn)電梯門板(10)的打開或者閉合。
7.如權(quán)利要求4所述的交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門機裝置，其特 征在于，所述的帶傳動結(jié)構(gòu)包括電梯門頭(1)和電梯門板(10)，電梯門頭(1)和電梯門板(10)通過左右掛門板(6)相連，電梯門頭(1)上分別有 左、右導(dǎo)軌(8)和皮帶輪(26)，皮帶輪(26)上有皮帶(22)，左、右導(dǎo)軌(8)的一端安裝有限位器(9)，掛門板(6)上設(shè)置有掛門板固定件(4)， 掛門板固定件(4)安裝到左右掛門板(6)上，左右掛門板(6)上分別安裝 有四個滑輪(7)和緩沖器(11)，電梯門板(10)通過掛門板固定件(4)上 的摩擦片(23)和皮帶(22)固定，通過皮帶(22)的移動帶動掛門板(6) 在左、右導(dǎo)軌(8)上往復(fù)運動，實現(xiàn)電梯門板(10)的打開與閉合。
專利摘要本實用新型公開了一種交流伺服電動機柔性驅(qū)動的電梯門機裝置，包括有電梯門機以及與電梯門機相連接的門機傳動機構(gòu)，還包括有一個門機控制器，該門機控制器與交流伺服電動機連接，交流伺服電動機通過門機傳動機構(gòu)與電梯門機連接，交流伺服電動機還連接有電梯門速度及位置檢測器，電梯門速度及位置檢測器由門機控制器控制；電梯門速度及位置檢測器用來檢測電梯門機的速度和位置，并將電梯門機的速度和位置信號反饋給電梯門機控制器，門機控制器將控制信號輸送給交流伺服電動機，由交流伺服電動機通過門機傳動機構(gòu)帶動電梯門機實現(xiàn)開/關(guān)、起動、運行、加減速以及停止。本實用新型簡化了門機的機械結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了電梯門機的智能化控制。
文檔編號B66B13/02GK201151602SQ20072012624
公開日2008年11月19日 申請日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月30日
發(fā)明者張劍鋒, 趙升噸 申請人:西安交通大學(xué)