专利名称：电梯吊舱的无钢索限速机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电梯吊舱作动机构，尤其涉及一种电磁超速制动作动机构。
发明领域电梯系统通常在一对铁轨，诸如钢轨之间被导向，这些钢轨还被用作紧急制动的制动表面。在正常操作中，所有的电梯运动和所有这些运动的中断都是由被滑轮上、下移动或保持在一固定位置的吊索产生的，滑轮的运动受电梯驱动马达和与滑轮机械耦合的机械制动器控制的。机械制动器通常由弹簧作动进入顶靠固定于滑轮的鼓或盘的制动位置，而当电梯移动时利用电磁铁将制动器自其制动位置松开。就电功率或电子信号传输而言，这为无故障的制动创造了条件。
在一般的电梯系统中，一限速索连于电梯，并以与电梯直线速度相关的旋转速率转动一限速器，该限速器具有飞轮平衡块，通过离心力随着速度的增加面向外移动。当电梯超过预定速度某一小百分比时，该飞轮平衡重会充分向外位移，拨动一超速开关，并松开一个能使夹爪夹紧索的掣子，并停止其运动。被停止的限速索使作动器拉动电梯吊舱上的安全杆，导致安全制动器(有时被称之为“安全装置”)工作。该安全制动器一般为楔块，塞在一安全块和电梯导轨的相反两侧之间，引起摩擦力增大，致使电梯吊舱突然停止其运动。
德国专利No.198,255建议采用电磁铁作为电梯安全制动器，该制动器由于钢索断裂、钢索张紧度松驰或超过规定速度而可接合。制动动作是由于机械摩擦和在吊舱导轨上产生的电动力引起的。采用一电池组，每次电梯停止移动，用一开关检验该系统的工作能力。为铁路列车设计了类似的电涡流制动系统，其中的一个例子公开在由Knorr-Bremse GMBH，于1975出版的标题为“电涡流制动器WSB”的小册子内。其中所述的系统具有交错极方位的电磁铁，它配置在轨道长度的上方，在自铁路车辆转向架直接悬挂下来的支架上。将该磁铁由气动气缸保持离开铁轨的悬挂状态，除非需要紧急制动时。在紧急制动时，泄放空气压力，使制动器能下降到铁轨上，从而由于电磁铁对钢轨的电磁吸引的结果，产生摩擦制动作用，并且由于由通过轨道材料的交错磁极产生的电涡流的结果，产生磁电动力制动。
另外的现有技术电梯采用一被动磁电动力车辆安全制动器，其永久磁铁设有交错的磁极。当磁铁通过铁件时，便产生一电动场。该安全制动器操作安全杆，拉动制动蹄装置，进入与制动面的接合。这些系统能为电梯吊舱沿任一方向的运行提供安全制动作用。在该特定的实施例中，无需钢索组件限速器。
另一无需钢索组件限速器的现有技术超速制动器采用一个装于电梯上的磁铁，它包括导电翼中的电涡流，该涡流又对磁铁产生一电磁反作用力，使磁铁作动一制动器，因而在升降间两端点之间的任何垂直位置上制动该电梯吊舱。
发明公开本发明是对无需采用钢索组件限速器来作动移动中的电梯吊舱的安全制动器的一种改进的方法和装置。
按照本发明，一摩擦制动器安装在电梯吊舱上，在导轨的近处，和安全制动器的作动件联接。在需要安全制动时，如在超速状态下，推动摩擦制动器，使之与导轨接触，产生一摩擦力。该摩擦力使摩擦制动器相对于电梯吊舱移动，同时移动该作动件。该作动件的移动引起安全制动器顶压导轨，从而制动电梯吊舱。
在本发明的一个实施例中，摩擦制动器包括一电磁铁，它产生一吸引力，拉动它和导轨进入接触，以产生摩擦力。在另一实施例中，该摩擦制动器包括一个具有一线圈作动器的卡钳(caliper)，将该卡钳保持在断开位置；还包括一弹簧，使制动衬垫移置而顶压导轨，以产生摩擦力。
按照在附图中所示的本发明的下面详细说明，本发明的上述和其它的目的、特点和优点会变得更加明显。
附图简述
图1是采用本发明的电梯系统的透视图；图2是图1所示的无索调节器和楔块安全装置的局部剖面透视图；图3是图2所示的无索调节器的局部剖面顶视图；图4是本发明一实施例的工作参数的曲线图5是本发明一实施例的工作参数的曲线图；图6是本发明一实施例的工作参数的曲线图；图7是图1所示无索限速器的另一实施例的局部剖面顶视图；图8是图7中所示无索限速器的侧视图；图9是在安装架内的图8所示无索限速器的局部剖面的平面图；图10是图1所示无索限速器系统的控制系统的简图。
实施本发明的最佳模式图1表示呈本发明无索限速器30结构形式的电梯安全装置的作动器，它安装于电梯吊舱2，电梯吊舱2安置在自连于一马达(未示)的钢索6吊挂下来并由其移动的框架4上。该吊舱框架4包含一个让电梯吊舱2坐合在其上的安全支撑8上；两个在吊舱框架4各边的立柱；和一个直接连结电梯钢索6的十字头10。在吊舱框架4的两侧有一导轨14，吊舱框架4就骑在导轨14上，滚轮13内。
如在下文中更充分阐明的，在电梯吊舱2超速状态下，作动器，即无索调节器30，接触和摩擦导轨14，产生一个力，并拉动安全杆41。杆41通过垂直拉动楔块42又作动制动器26，28来夹紧导轨14。安全制动器，即安全装置26，28类同于现有技术中的安全装置，其中夹紧力使电梯吊舱2产生逐步减速。在电梯吊舱2向下运行的超速情况下，无索限速器30的作动会促使安全杆41被向上拉动，以作动吊舱2底部上的安全制动器28。在电梯吊舱2向上运行的超速情况下，无索限速器30的作动会促使安全杆41被向下拉动，以作动吊舱2顶部上的安全制动器26。这样，不管安全杆41通过无索调节器30的作动被向上或向下移动，其制动作用总是有效的。业内人士应当明白，上述作动杆和安全装置可有各种各样的构形，包含各种脱钩组件，楔块安全装置，滚轮安全装置和其等同物。此外，虽然本发明就双向安全装置加以说明和图示，然而，单向安全装置可由本发明以等同的方式作动，也处在本发明的范围内。
在图1和2中，利用一连杆36来将电梯吊舱2两侧上的上、下安全装置26和28连接到一作动器30，使无索调节器相对于电梯吊舱2的垂直运动会触发安全装置26和28，以制动该电梯吊舱。
当无索调节器30被作动时，安全杆41垂直移动，并触发楔块安全装置26或28。一当被触发，楔块安全装置26或28接触导轨14，从而如上所述使电梯吊舱2制动。不论安全杆41向上或向下移动，该制动动作总是有效的。
参照图2，其中表示一普通的安全装置26，借助于任何普通的装置，经电磁铁31和作动杆41连接到无索限速器30。磁铁31起电磁摩擦制动器作用，其中极32、33接触导轨14的杆15。磁铁的极32，33可用最好包括磁性材料的铸铁或其它制动衬材料点焊到尖头上，作用摩擦面。导轨14和杆15最好包括铁或磁性材料。如在下中所更充分说明的，在超速期间当无索调节器30的磁铁31作动时，极32、33被拉动到与导轨14的杆15接触，根据电梯吊舱的运行方向，向上或向下移动左作动杆41(为图2中看到的)。通过连杆43、44、45，在作动杆41被同样移动，根据运行的方向，拉动安全装置26或28的楔块(图1)。此外，如上所述在电梯吊舱2相反侧上的安全制动装置26、28经连杆44和36被作动。
参照图2和3，无索调节器30借助于穿过槽17配置的导向销34安装在立柱12的侧边16上。弹簧35配置在导向销34上，处在侧边16和调节螺母36之间，将磁铁31偏离杆15，使极32、33和杆15之间保持由37表示的预定间隙。
在图2和3中所示的本发明的实施例中，间隙37由导销34和弹簧35保持，并由螺母36固定，间隙为约2mm至约6mm，弹簧35的弹簧常数处在10N/mm量级。参照图2，操作作动杆41所需要的力约400N。假定铸铁极32、33和杆15的摩擦系数为0.2，在这些极和该杆之间需要约2000N力。这相力通过采用电磁铁31来获得，同时通过下文所述的反复计算过程来保持间隙37。供计算用的MATLAB计算机代码如下，它是针对供短期间隙运行的大功率提升型电磁铁的。该磁铁的尺寸连同磁通密度Bo＝817泰斯拉一起表示。
govmag1.m％％适用于无索限速器8/4/98％关于电磁铁的计算％米-千克-秒单位制清零区
％sf＝标尺因子允许尺寸迅速定标sf＝1；L＝.035*sf ；％堆积高度D＝.05*sf；％磁芯高度(.075标称)WP＝.035*sf ；％极宽WC＝.06*sf ；％线圈宽度％磁铁构件总宽度＝WC＋2*WPGAP＝.005；％最大气隙RHOI＝7700 ；％铸铁质量密度KG/M^3RHOC＝8890 ；％绕组铜的有效质量密度SG＝8.89G＝9.8 ；％重力加速度SIGMAC＝5.8E＋07 ；％铜的有效导电率理想数＝5.8E7B0＝0.8166 ；％间隙中磁通密度的工作值NTURN＝484/1 ；％数(484nom)PACK＝.5 ；％绕组堆积因素MU0＝pi*4e-7；gap＝.00008∶.00002∶.002；gapnum＝长度(间隙)；％text1＝sprintf(′L，D＝％7.3f％7.3f′，L，D)；text2＝sprintf(′WP，WC＝％7.3f％7.3f′，WP，WC)；text3＝sprintf(′N，PACK_＝％7.3f％7.3f′，NTURN，PACK)；％％FLIFT是吸力牛顿flift＝B0^2*WP*L/MU0；％％MASSI＝(2*D＋WC)*WP*L*RHOI；MASSC＝((WC＋WP)*(L＋WC)－L*WP)*2*(D－WP)*RHOC*PACK；MASS＝MASSI＋MASSC；MASSIMASSC％
％重量公斤为wgtkg＝MASS；text5＝sprintf(′F(N)，WT(KG)＝％6.1f％6.1f′，flift，wgtkg)；％绕组阻抗为R＝2*NTURN^2*(WP＋WC＋L)/(PACK(*(D－WP)*WC*S1GMAC)％该力常数为(F＝CONSTANT*(I/GAP)^2)fconst＝MU0*WP*L*NTURN^2/4；disp(′力常数N-mm^2/A^2′)disp(fconst*1e6)％％估计漏感系数KL＝MU0*NTURN^2；％在每一相铁芯内L1＝KL*L*(D-WP)/(3*WC)；％％极端附近L2＝KL*L*WP/(WC＋WP)；％％两侧附近(两侧)L3＝DL*2*(D－WP)*WP/(3*(WC＋WP))％外侧附近L4＝KL*L*(D－WP)/L3*(WC＋L*WP＋D/21)％总的漏感估计Lieak＝L1＋L2＋L3＋L4；；for np＝1∶gapnum；％绕组阻抗为％Lw(np)＝2*fconst/gap(np)；％％绕组中的电流密度A/M^2I(np)＝2*B0*gap(np)/(MU0*NTURN)；
％％绕组电功率计算power(np)＝I(np)^2*R；％％磁铁时间常数tautau(np)＝(Lw(np)＋Lieak)/R；结束；gapmm＝gap*1000；％导线计算**********************************％％线圈窗口面积mm2acoil＝(D－WP)*WC*1E＋6；awire＝acoil*PACK/NTURN；disp(′导线断面积mm2)disp(awire)中止clf；axis；subplot(221)，plot(gapmm，I/awire，′r′)；title(′电流密度对间隙′)；％xlabel(′间隙(mm)′)；ylabel(′J(A/mm^2)′)；Ltot＝1000*(Lw＋Lleak)；gridsubplot(222)，plot(gapmm，Ltot，gapmm，Lw*1000′)；直角坐标系％xlabel(′间隙(mm)′)ylabel(′电感(mH)′)；％title(′气隙和总长对间隙′)；subplot(223)，plot(gapmm，power)；直角坐标系
title(′电功率对间隙′)xlabeI(′间隙(mm)′)；ylabel(′电功率(W)′)；gap_nominal＝.001index1＝find(gap＞(gap nominal－.00001))；gap(index1(1))LMH＝Lw(index1(1))*1000；％text4＝sprintf(′LmHairg(1mm)，R＝％7.3f％7.3f′，LMH，R)；％text6＝sprintf(′Kf(N－m^2/A^2)％9.5g′，fconst)；text6＝sprintf(′Bo(Tesla)，标尺因子＝％7.3f％7.3f′，B0，sf)；text7＝sprintf(′wire area(mm2)＝％9.5g′，awire)；text8＝sprintf(′Lleak(Mh)＝％7.3f′，Lleak*1000)；subplot(224)，plot(
，
，′W′)；axis(
)；title(′U形电磁铁数据′)；text(.05，.85，text1)；text(.05，.74，text2)；text(.05，.63，text3)；text(.05，.52，text4)；text(.05，.41，text5)；text(.05，.30，text6)；text(.05，.19，text7)；text(.05，.08，text8)；％图4、5和6中建立的关系可利用上述计算机代码计算推导出，并被用来设计在图2和3中所示的实施方案。电磁铁31包括一U形电磁铁，其中在极32、33(图2)上获得的力与电流(供给磁体的电流)平方成正比，与间隙37平方成反比。由于磁体材料的固有导磁率是已知的，假设在上述计算中，当磁体被通电时，自导轨面算起有6mm大，并当这些磁极面和导轨接触时的有效气隙为0.5mm。
电磁铁31的电流需要量以电流密度(J)表示，后者以A/mm^2表示(图2)。在上述计算中，电磁铁31包含484匝线，绕线的截面积为0.92mm^2，堆积因数为0.5。电磁铁31的设计力规定在磁通密度为0.817Tesla时为650N。当间隙37设定在约6mm是，要求有20N的力来克服摩擦和弹簧35的偏压力，以便电磁铁31朝杆15开始移动。力F以牛顿表示，而功率(p)以互特表示，电磁铁31的力常数(K1)和功率常数(K2)按照计算和图4、5和6中建立的图解资料导出如下F＝K1*(J/G)^2；P＝K2*J^2其中G间隙37，而J是电流密度，如上所述。
设G＝2mm，J＝5.8A/mm^2而p＝65W。将其代入上述关系式，得到K1＝77.3和K2＝1.93为起动电磁铁31的移动所需的电流密度，在G＝6mm和F＝20时为J＝3.05A/mm^2。相关的功率p＝18。
拉动作动杆4所需的保持电流密度和功率在G＝0.5mm和F＝2000N时导出，J＝2.54A/mm^2和p＝12.5W。知道了电流密度和功率需要值，便可估算所示实施方案的磁通密度(B)。磁通密度正比于力G＝K3*F正如上文指出的，在F＝650N时，磁通密度B＝.817Tesla。
这样，上述第一计算迭代式得出磁通密度常数K3＝1.26e－3，因而对于F＝2000N，该磁通密度B＝2.52Tesla。由于磁通密度为2.52Tesla极其高，要求第2计算迭代式为本发明提供一个磁通密度低于或大致等于2 Tesla的工业上可实现的实施方案。按照该第二迭代式，获得了这样一个实施方案，设定激磁电流大致两倍于早先使用的，在电流密度大约5A/mm^2时名义力为1600N，相应的功率为48W。这种磁铁的重量约2.5Kg，且价格较便宜。
本发明包括采用一作动器30，配置在电梯吊舱的各侧，还包括一对无索调节器，配置在吊舱的两侧，其中每一无索调节器作动这些作动杆中的一个。此外，多个U型磁铁可按间歇构件使用，以对导轨14产生足够的力来作动任特定型式的安全装置。
现在参照图7，其中将无索调节器30的另一实施方案表示为由导销52上的安装架50安装在立柱12上的测径规结构形式，包括一个线圈作动的作动器52和弹簧56，它们配合工作，对导轨14的杆15交替地对制动衬垫58，60施力和松开。导销52由销53或任何适合的等同物保持在安装架50内就位，垫圈54配置在它们之间。电梯吊舱2在正常操作下，对作动器52供以电力，通过使衔铁板66对磁铁块55的推动，将制动垫圈58，60保持在离杆15一预定距离或间隙，以62表示。在超速工程中，电功率中断，而弹簧56对衔铁板66提供一偏压力，对支架50产生反作用，而端板64以制动垫58、60的形式又藉以对杆15施加摩擦力。弹簧56的尺寸被定得能提供足够的力来移动作动杆41，从而类似于上文所述的另一实施方案，使安全装置26、28(图1)起作用。作动杆41可用任何合适的方法直接或由支架的安装在无索调节器30上。
参照图7和8，间隙62由气隙调节器70调节和保持，后者包括紧固在凸台74内并拧紧在螺纹间隔器77的内螺纹内的安装螺栓72。螺纹间隔器77可滑动地配置在衔铁66内，并包含与端板64可用螺纹接合的一些外螺纹，还包含可用螺纹配置在其上的锁母76。螺纹间隔件76的转动允许在开启位置上间隙62增加或减小，同时作动器52接通电流。一旦气隙62被调节到满意的值时，销母76拧紧端板64，从而固定制动衬垫58、60相对于杆的位置，同时线圈52被激励。
参照图1、7和9，可以看到无索限速器30与电梯吊舱2一起运行。当达到超速状态时，通至作动器52的电力被中止，而弹簧56对制动衬垫58、60施加偏压，顶着杆15，使对导轨14的摩擦作用足以作动这些杆41，如上文所述。在图9中可清楚看到，无索调节器30被移动，从而在摩擦作用期间，杆41在安装槽80内，自实线所示的位置移到虚线所示的位置。随着无索调节器30在槽80内被移动，作动杆41被拉动而作动安全装置26，28。作为例子在图9中表示上行超速状态，其中，无索调节器30沿向下方向在槽80内被移动，拉动作动杆41并接合安装于电梯吊舱2顶部的安全装置26的楔块42。无索调节器30在槽80内移动的长度以82表示，并等于作动楔块42来充分接合安全装置26所需的距离。在下行超速状态下，无索限速器30在槽80内被向上位移。
如在图7中清楚看到的，将无索调节器定位在槽80或又一槽17(图2)内中间的装置的一个例子为球制动器84。球制动器84固定于支架50上，它包括弹簧85，将球86偏压到球形凹座87内(图8)。在电梯正常运转期间，球制动器84将无索调节器30适当定位在槽80内，它防止由振动或制动衬垫58、60对杆15的无意摩擦引起的对安全装置26，28(图1)的触发。可以采用其它的静力定位装置，诸如弹簧装置，棘爪或其它适合的等同物，它们均处在本发明的范围内。
在图10中，以90总的表示无索调节器30的控制流程图。包括一微处理机的安全控制器91自功率模块92接收功率，并自速度传感器93接收速度信号。用94表示的功率由功率模块92传输，可包括标准建筑物电流，也包含电池组备分。速度传感器93可包括能产生由95表示的相应于电梯吊舱2速度的输出速度信号的任何已知的装置。安全控制器91利用软件、计算机或其它等同物装置确定超速状态是否存在。安全控制器91将速度信号95跟相应于超速状态的门槛电压值进行比较。例如，一般的电梯可具有15m/s的标称速度，而超速状态一般为标称速度的120％+/-5％。当信号95的电压相当于大于预定超速值的门槛值时，安全控制器91输出一个由96表示的触发信号，以操作无索调节器30和安全装置26、28，如上所述。安全控制器91在停电期间或当切断建筑物电力时，仅在完成紧急制动所需的时间之后，通过作动无索调节器30接合导轨14，才使安全控制器91工作。若吊舱2在正常制动距离内并不停止，或在已制动后引起吊舱移动的情况发生，无索限速器系统将会接合安全装置，如上所述。
虽然已表示和说明了一些优先实施例，然而在不背离本发明的精神和范围内，可对其作出各种修改和替换。因此，应当明白，本发明是通过图示而非限制来说明的。
权利要求
1.一种对电梯导轨施加摩擦力的安全装置作动器，它作动安全制动器来中止电梯吊舱的移动，该无索限速器包括一个配置在电梯吊舱上的摩擦制动器，将至少一个摩擦力分配在导轨附近。
2.按权利要求1所述的安全装置作动器，其特征在于还包括一个将安全装置这样连接于摩擦制动器的作动件，使摩擦制动器相对于电梯吊舱的垂直移能触发该安全制动器。
3.按权利要求2所述的安全装置作动器，其特征在于还包括一个对导轨施加摩擦力发信号以产生摩擦力并相对于电梯吊舱垂直移动摩擦制动器的控制器。
4.按权利要求3所述的安全装置作动器，其特征在于该摩擦制动器包括一个电磁铁，后者具有至少一对平行极，其中，这些极包括摩擦面。
5.按权利要求4所述的安全装置作动器，其特征在于电梯吊舱还包括一个安装于电梯吊舱上的立柱，该无索限速器还包括一对导销，其第一端配置在该立柱的一条槽内，并固定于与这些极反向的摩擦制动器；一个调节螺母，用螺纹配置各导销的第二端上；一个弹簧，配置在各导销上，处在该调节螺母和立柱之间，将这些极偏置到离开导轨的位置。
6.按权利要求5所述的安全装置作动器，其特征在于还包括一个被动定位装置，将该摩擦制动器保持在该槽的中间。
7.按权利要求3所述的安全装置作动器，其特征在于该摩擦制动器包括一个卡钳，其中这些摩擦面包括被安装来接触导轨相反两侧的制动衬垫。
8.按权利要求7所述的安全装置作动器，其特征在于该卡钳还包括一对导销；一个可滑动地安装在导销上的端板，制动衬垫中的至少一个安装于其上；一个可滑动地安装在导销上的衔铁，制动衬垫中的至少一个安装于其上；一个衔铁线圈，安装在一磁铁块内，并与衔铁板连接，在断路位置上将制动衬垫偏置到离开导轨的位置，在其间形成一间隙；一根弹簧，安装在磁铁块内，并与衔铁板连接，在闭合位置上将制动衬垫偏置到顶靠导轨的位置，以产生摩擦力。
9.按权利要求8所述的安全装置作动器，其特征在于还包括至少一个配置在端板和衔铁板之间的调节器，限制由作动器形成的间隙。
10.按权利要求9所述的安全装置作动器，其特征在于该调节器还包括一个制有螺纹的间隔器，具有内、外螺纹，该螺纹间隔器可用螺纹接合在端板内，可滑动地配置在衔铁板内，一个可转动地配置的安装螺栓，可用螺纹接合在内螺纹内，使得在断开位置上螺纹间隔器的转动能改变间隙；一个锁紧螺母，可用螺纹接合在接近端板的外螺纹上，将螺纹间隔器固定，并保持间隙。
11.按权利要求8所述的安全装置作动器，其特征在于还包括一个安装于电梯吊舱的U形支架，具有一对槽，其中，这些导销被配置在该槽内。
12.按权利要求11所述的安全装置作动器，其特征在于还包括一个被动定位装置，将摩擦制动器保持在该槽中间。
13.一种用以制动具有一安全装置制动系统和一导轨的电梯吊舱的方法，包括在电梯吊舱上设置一摩擦制动器，将安全制动器的作动装置连接于其上；作动摩擦制动器使其顶压导轨；在导轨和摩擦制动器之间产生摩擦力；相对于电梯吊舱移动摩擦制动器，从而移动该作动装置；作动安全制动器，使其顶靠导轨，从而制动该电梯吊舱。
全文摘要
提供一种无索限速器系统,用以在超速状况下限制电梯吊舱(2)的速度。一安全装置(30)作动器安装在电梯导轨(14)附近,被作动和导轨接触,即使在超速状况下,也对导轨产生摩擦力。该无索限速器和电梯安全制动系统(26,28)这样耦合,使摩擦力作动安全制动器。采用安全控制器(91)来确定电梯吊舱速度是否已超过预定的门槛值,并产生触发信号(96)来操作无索限速器。
文档编号B66B5/22GK1331652SQ99814990
公开日2002年1月16日 申请日期1999年10月15日 优先权日1998年12月22日
发明者C·A·斯卡尔斯基, R·卡尔卡索拉, S·C·万 申请人:奥蒂斯电梯公司