专利名称：永磁电机调速方法、调速电路和升降装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及永磁电机调速方法、调速电路和升降装置。特别适用于高层或超高 层建筑电梯、建筑施工升降机、码头起重机、车间行车及建筑灾难发生时的群体自救逃 生设备等升降装置中采用的永磁电机调速控制。
背景技术：
现有的高层或超高层建筑电梯、建筑施工升降机、码头起重机、车间行车等升 降装置，存在如下不足1、受结构上的限制，升降装置无论是上升过程还是下降过程， 均要靠外部供电提供动力才能工作，而且耗电量很大，浪费了不少的能源。2、突发停电 时，由于升降装置不具有继续下降的功能，致使升降装置轿厢内的人员处于不安全的状 态。3、当高层建筑发生火灾时，由于停电，无法使升降装置往复升降，被困人群无法实 施自救逃生。为了解决在没有市电供应的情况下，仍能实施被困人群的自救逃生。发明人先 后提出了 US7278,601 (要求中国专利CNOl 129193的优先权)、PCT/CN2008/000402和 PCT/CN2009/070606(要求中国专利申请200810065491.2的优先权)。在上述专利申请 中，发明人利用永磁电机的机电能量转换原理，将装载有人员的升降装置(逃生设备)从 高位向低位下降的过程中释放出的能量(动能)用于驱动永磁电机的转子旋转产生电能并 将电能主要通过转换成热能(功耗电阻)耗散掉，当升降装置下降过程中释放出的能量速 率与消耗掉的能量速率达到平衡状态时，升降装置的下降速度不再增加，从而实现调控 升降装置下降速度的目的。但是，如何对永磁电机的下降速度进行更有效的控制以及更好地利用收集储存 的能量，仍有必要作进一步的改进。
发明内容本发明所要解决的技术问题之一在于即使在没有动力电源供应的情况下，仍 然能够对升降装置的永磁电机转速进行有效的控制。进一步地，本发明所要解决的技术问题之二在于即使在没有任何外部电源供 应的情况下，不但能够对升降装置的永磁电机转速进行有效的控制，而且还能收集利用 升降装置从高位向低位下降过程中释放出的能量。解决上述问题的技术方案是一种永磁电机的调速方法，包括如下步骤在永磁电机的绕组回路串联至少一个第一功耗电阻和一个受控制信号控制的高 速通断的开关装置；检测永磁电机的转速，当永磁电机的转速高时，向所述开关装置发出控制信 号，使得第一功耗电阻在单位时间内接通的时间长，断开的时间短；当永磁电机的转速 低时，使得第一功耗电阻在单位时间内接通的时间短，断开的时间长。
在所述串联 的第一功耗电阻和高速通断的开关装置的两端并联至少一个用于限 速的第二功耗电阻。采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)及其驱动器构成的高速通断的开关装置，将永磁 电机的转速信号转换成相应占空比的脉冲串作为驱动器的输入控制信号，用以改变绝缘 栅双极晶体管的通断时间，从而控制永磁电机的转速。在永磁电机绕组的输出端并联一个蓄电池。设置一个逆变器，用于将所述蓄电池中储存的电能回馈给永磁电机绕组。一种永磁电机的调速电路，包括在绕组回路中串联的至少一个第一功耗电阻 和一个受控制信号控制的高速通断的开关装置，用于检测永磁电机转速的编码器，可编 程控制器，所述编码器将检测到的永磁电机转速编码后输入所述可编程控制器，所述可 编程控制器将永磁电机的转速信号转换成相应占空比的脉冲串用以控制所述开关装置的 通断时间。所述开关装置包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)和驱动器，所述可编程控制器的输 出接驱动器，所述绝缘栅双极晶体管的开关端串接所述第一功耗电阻。在所述串联的第一功耗电阻和开关端的两端并联至少一个用于限速的第二功耗 电阻。在永磁电机绕组的输出端并联有蓄电池，所述蓄电池的输出为所述编码器和可 编程控制器提供工作电源。设置一个逆变器，用于将所述蓄电池中储存的电能回馈给永磁电机绕组。一种升降装置，包括轿厢和用于控制轿厢升降的永磁电机，所述永磁电机包 括绕组回路，所述永磁电机的绕组回路包括串联的至少一个第一功耗电阻和一个受控 制信号控制的高速通断的开关装置；用于检测永磁电机转速的编码器，可编程控制器， 所述编码器将检测到的永磁电机转速编码后输入所述可编程控制器，所述可编程控制器 将永磁电机的转速信号转换成相应占空比的脉冲串用以控制所述开关装置的通断时间。所述开关装置包括绝缘栅双极晶体管(IGBT)和驱动器，所述可编程控制器的输 出接驱动器，所述绝缘栅双极晶体管的开关端串接所述第一功耗电阻。还包括至少一个用于限速的第二功耗电阻，所述第二功耗电阻并联在所述串联 的第一功耗电阻和开关端的两端。在永磁电机绕组的输出端并联有蓄电池，所述蓄电池的输出为所述编码器和可 编程控制器提供工作电源。还包括逆变器，用于将所述蓄电池中储存的电能回馈给永磁电机绕组。还包括用于向外部输出电能的第一接口和第二接口，所述第一接口连接蓄电 池；所述第二接口连接逆变器。采用上述技术方案，本发明有益的技术效果在于1、即使在没有市电供应的情况下，通过在绕组回路中串联第一功耗电阻和受永 磁电机转速控制的高速通断的开关装置，特别是采用由绝缘栅双极晶体管(IGBT)和驱动 器构成的高速通断的开关装置，当永磁电机的转速高时，使第一功耗电阻在单位时间内 接通的时间长、断开的时间短。从而将永磁电机的转速降下来；反之，当永磁电机的转 速低时，使第一功耗电阻在单位时间内接通的时间短，断开的时间长，从而提高永磁电机的转速。从而实现升降 装置在下降过程中的速度控制，而且控制方式简单、灵活。既 节约了大量的电能(不需要动力电源)，又实现了控速下降。广泛适用于高层或超高层建 筑电梯、建筑施工升降机、码头起重机、车间行车及建筑灾难发生时的群体自救逃生设 备等各种升降装置中采用。特别适合于建筑灾难发生时的群体自救逃生设备。2、通过设置第二功耗电阻，保证了即使当高速通断的开关装置出现故障时，升 降装置仍能在第二功耗电阻所限定的速度范围内下降，保障了升降装置内的人员或物品 (负荷)在安全的速度范围内送至地面。3、通过在永磁电机绕组的输出端并联蓄电池，通过收集利用升降装置从高位向 低位下降过程中释放出的能量，为编码器和可编程控制器提供工作电源，保证了即使在 没有任何外部电源供应的情况下，不但能够对升降装置永磁电机的下降速度进行有效的 控制，而且还能储能。4、通过设置逆变器，可将所述蓄电池中储存的电能回馈给永磁电机绕组，实现 了即使在没有任何外部电源供应的情况下，仍能实现升降装置的下降或提升，特别是在 建筑灾难发生时，对于群体自救逃生的意义重大。
图1是一种永磁电机绕组回路的电路结构示意图。图2是一种升降装置的结构示意图。
具体实施方式下面通过具体的实施方式并结合附图对本发明做进一步详细的说明。如图1所示，一种永磁电机的调速电路，永磁电机为永磁电机2，调速电路包 括绕组回路，绕组回路包括永磁电机绕组1、整流桥2、滤波电路3、第一功耗电阻 RU第二功耗电阻R2和绝缘栅双极晶体管(IGBT)4，驱动器5，可编程控制器6，编码 器7，蓄电池8，第一接口 9，第二接口 10和逆变器11。第一功耗电阻Rl与绝缘栅双极 晶体管4的开关端(管脚1和管脚2)串接后再与第二功耗电阻R2并联构成等效可调电 阻，由永磁电机绕组1、整流桥2、滤波电路3和等效可调电阻构成绕组回路。通过整流 桥2和滤波电路3，将负荷下降时带动永磁电机转动产生的三相交流电转变为直流电。由 编码器7将检测到的永磁电机转速编码后输入可编程控制器6，可编程控制器6将永磁电 机的转速信号经过内部的调节算法转换成一个与转速相匹配的一定占空比的控制脉冲串 输入驱动器5，驱动器5再将输入控制脉冲串转换成符合绝缘栅双极晶体管输入控制要求 格式的控制信号，用以控制所述绝缘栅双极晶体管4的通断时间。当IGBT的管脚1和 管脚2接通时，第一功耗电阻Rl和第二功耗电阻R2并联，等效电阻减小，相当于永磁 电机加大了负载，永磁电机减速运行；当IGBT的管脚1和管脚2断开时，第一功耗电阻 断开，只有第二功耗电阻R2投入运行，等效电阻变大，相当于永磁电机负载减小，永磁 电机加速运行。在永磁电机绕组1的输出端并联有用于收集永磁电机下降时多余的电能 的蓄电池8，蓄电池8的输出为编码器7、可编程控制器6、驱动器5和逆变器11提供工 作电源。第一接口 9接蓄电池8，蓄电池8通过第一接口 9向外输出直流电供它用(如风 扇、照明等)。蓄电池8的输出经逆变器11驱动永磁电机使其工作在电动机状态。第二接口连接逆变器。逆变器通过第二接口 10向外输出交流电。另外，所述市电接口 10可 作为能源备用接口，保证系统的可靠性，用以连接市电向蓄电池8充电和向永磁电机绕 组1供电。调速方法将第一功耗电阻Rl和一个受控制信号控制的绝缘栅双极晶体管4串联后再与第 二功耗电阻R2并联，然后接永磁电机绕组回路1 ；通过编码器7检测永磁电机的转速并编码后输入可编程控制器6，可编程控制器 6将永磁电机的转速信号经过内部的调节算法转换成一个与转速相匹配的一定占空比的控 制脉冲串输入驱动器5，驱动器5再将输入控制脉冲串转换成符合绝缘栅双极晶体管4输 入控制要求格式的控制信号。当永磁电机的转速高时，使第一功耗电阻Rl在单位时间内 接通的时间长，断开的时间短，从而使单位时间内的等效电阻变小，永磁电机减速；当 永磁电机的转速低时，使得第一功耗电阻在单位时间内接通的时间短，断开的时间长， 从而使单位时间内的等效电阻变大，永磁电机加速。当绝缘栅双极晶体管4处于长时间断开时，等效电阻为第二功耗电阻R2，等效 电阻值最大，此时，永磁电机的转速是最大限速。一种升降装置，图2所示，包括第一 轿厢、第二轿厢和调速永磁电机，调速永磁电机是永磁电机，永磁电机的调速电路采用 图1所示结构，永磁电机通过轿厢牵引缆绳控制第一轿厢和第二轿厢作一上一下的往复 运动。当升降装置下降时，永磁电机的转子在负荷(重力)的作用下开始旋转，永磁电 机的转子与定子发生相对运动，永磁电机工作在发电状态下，永磁电机绕组中的电流产 生与重力矩方向相反的电磁力矩，通过两个力矩的共同作用，电机以一定的转速使负荷 安全下降。
尽管上面详细的描述了本发明的优选实施例，但是应该明白，对于在高层或超 高层建筑电梯、建筑施工升降机、码头起重机、车间行车及建筑灾难群体自救逃生设备 等能使负荷升降的机电一体化产品领域技术人员来说很明显的、这里讲述的基本发明构 思的许多变形和修饰都落在所附权利要求限定的本发明的精神和范围之内。如，在本实 施例中，采用由绝缘栅双极晶体管(IGBT)和驱动器构成的高速通断的开关装置，本领域 的技术人员能够理解，也可采用其它形式的高速通断的开关装置进行控制。
权利要求
1.一种永磁电机的调速方法，包括如下步骤在永磁电机的绕组回路串联至少一个第一功耗电阻和一个受控制信号控制的高速通 断的开关装置；检测永磁电机的转速，当永磁电机的转速高时，向所述开关装置发出控制信号，使 得第一功耗电阻在单位时间内接通的时间长，断开的时间短；当永磁电机的转速低时， 使得第一功耗电阻在单位时间内接通的时间短，断开的时间长。
2.根据权利要求1所述的永磁电机的调速方法，其特征在于在所述串联的第一功 耗电阻和高速通断的开关装置的两端并联至少一个用于限速的第二功耗电阻。
3.根据权利要求1或2所述的永磁电机的调速方法，其特征在于采用绝缘栅双极晶 体管(IGBT)及其驱动器构成的高速通断的开关装置，将永磁电机的转速信号转换成相应 占空比的脉冲串作为驱动器的输入控制信号，用以改变绝缘栅双极晶体管的通断时间， 从而控制永磁电机的转速。
4.根据权利要求3所述的永磁电机的调速方法，其特征在于在永磁电机绕组的输 出端并联一个蓄电池和逆变器，所述蓄电池的输出为所述编码器、可编程控制器和逆变 器提供工作电源，通过逆变器将蓄电池中储存的电能回馈给永磁电机绕组，用以使永磁 电机反向运转。
5.—种永磁电机的调速电路，其特征在于包括在绕组回路中串联的至少一个第 一功耗电阻和一个受控制信号控制的高速通断的开关装置，用于检测永磁电机转速的编 码器、可编程控制器，所述编码器将检测到的永磁电机转速编码后输入所述可编程控制 器，所述可编程控制器将永磁电机的转速信号转换成相应占空比的脉冲串用以控制所述 开关装置的通断时间。
6.根据权利要求5所述的永磁电机的调速电路，其特征在于所述开关装置包括绝 缘栅双极晶体管(IGBT)和驱动器，所述可编程控制器的输出接驱动器，所述绝缘栅双极 晶体管的开关端串接所述第一功耗电阻。
7.根据权利要求5或6所述的永磁电机的调速电路，其特征在于在所述串联的第一 功耗电阻和开关端的两端并联至少一个用于限速的第二功耗电阻。
8.根据权利要求7所述的永磁电机的调速电路，其特征在于在永磁电机绕组的输 出端并联有蓄电池，所述蓄电池的输出为所述编码器和可编程控制器提供工作电源，
9.根据权利要求5-8任意一项所述的永磁电机的调速电路，其特征在于还包括逆 变器，用于将所述蓄电池中储存的电能回馈给永磁电机绕组。
10.—种升降装置，包括轿厢和用于控制轿厢升降的永磁电机，其特征在于所述永 磁电机包括绕组回路，所述永磁电机的绕组回路包括串联的至少一个第一功耗电阻和 一个受控制信号控制的高速通断的开关装置；用于检测永磁电机转速的编码器，可编程 控制器，所述编码器将检测到的永磁电机转速编码后输入所述可编程控制器，所述可编 程控制器将永磁电机的转速信号转换成相应占空比的脉冲串用以控制所述开关装置的通 断时间。
11.根据权利要求10所述的升降装置，其特征在于所述开关装置包括绝缘栅双极 晶体管(IGBT)和驱动器，所述可编程控制器的输出接驱动器，所述绝缘栅双极晶体管的 开关端串接所述第一功耗电阻。
12.根据权利要求10或11所述的升降装置，其特征在于还包括至少一个用于限速 的第二功耗电阻，所述第二功耗电阻并联在所述串联的第一功耗电阻和开关端的两端。
13.根据权利要求10-12任意一项所述的升降装置，其特征在于在永磁电机绕组的 输出端并联有蓄电池，所述蓄电池的输出为所述编码器和可编程控制器提供工作电源。
14.根据权利要求10-13任意一项所述的升降装置，其特征在于还包括逆变器，用 于将所述蓄电池中储存的电能回馈给永磁电机绕组。
15.根据权利要求10-14任意一项所述的升降装置，其特征在于所述轿厢包括互为 联动的第一轿厢和第二轿厢，通过永磁电机的转轴控制轿厢牵引缆绳使第一轿厢和第二 轿厢作一上一下的往复运动。
全文摘要
本发明公开一种永磁电机的调速方法，包括如下步骤在永磁电机的绕组回路串联至少一个第一功耗电阻和一个受控制信号控制的高速通断的开关装置；检测永磁电机的转速，当永磁电机的转速高时，向所述开关装置发出控制信号，使得第一功耗电阻在单位时间内接通的时间长，断开的时间短；当永磁电机的转速低时，使得第一功耗电阻在单位时间内接通的时间短，断开的时间长。进一步地，在所述串联的第一功耗电阻和高速通断的开关装置的两端并联至少一个用于限速的第二功耗电阻。本发明还公开了采用该方法的永磁电机调速装置及升降装置。采用本发明，即使在没有市电供应的情况下，仍然能够对升降装置的永磁电机转速进行有效的控制。
文档编号B66B11/02GK102013864SQ20091019001
公开日2011年4月13日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者傅涛, 朱清明, 白孝林 申请人:北京京普瑞科技有限公司