电梯负荷称重系统的制作方法

本发明大体上涉及电梯系统，且更具体来说，涉及电梯系统的负荷称重系统。

背景

电梯系统通常包括负荷称重子系统以便提供关于施加到电梯轿厢的负荷的信息。常规的负荷称重系统通常利用被配置成直接检测施加到电梯轿厢的负荷的负荷单元。所述负荷单元安置在电梯轿厢与井道框架之间的空隙中。然而，最近的电梯轿厢已经被设计成一体成型轿厢，其消除了安置负荷单元所需的空隙。

替代地，负荷单元可以耦合到电梯轿厢绳索以便测量绳索张力。随后检测绳索张力的变化以便确定何时将负荷施加到电梯轿厢。然而，电梯轿厢绳索所实现的摩擦可能会影响所测得的张力，并且因此改变负荷的总的近似检测和/或重量。

概要

根据实施例，一种电梯负荷称重系统包括制动器组合件，其被配置成施加抑制电梯轿厢的垂直移动的制动力。所述制动器组合件进一步被配置成响应于实现向其施加的转矩而旋转。位置监测机构耦合到所述制动器组合件并且被配置成响应于所述制动器组合件的旋转而输出位置信号。电子电梯控制模块被配置成在啮合所述制动器组合件之前确定所述制动器组合件的零转矩位置。所述电子电梯控制模块进一步被配置成基于所述位置信号而检测所述制动器组合件的至少一个旋转制动器位移。

除了上文或下文描述的特征中的一者或多者之外，其它实施例包括：

一特征，其中所述电梯控制模块基于制动器组合件的多个制动器位移而确定施加到电梯轿厢的负荷，并且在所述多个旋转制动器位移超过阈值时确定电梯轿厢的超负荷条件；

一特征，其中所述位置监测机构耦合到制动器组合件并且被配置成响应于制动器组合件的旋转位移而在多个旋转位置之间旋转，所述位置信号指示电梯轿厢的向上位移或向下位移中的至少一者；

一特征，其中根据零转矩位置与在啮合制动器组合件之后的第二旋转位置之间的旋转位置微分而确定负荷；

一特征，其中所述电梯控制模块检测电梯轿厢的电力丢失，并且响应于在向电梯轿厢恢复供电之后检测到从位置监测机构输出的初始旋转位置而重新初始化所述零转矩位置；

一特征，其中驱动系统控制电梯轿厢的垂直位移，并且其中电梯控制模块在脱离制动器组合件之前命令驱动系统向制动器组合件施加预扭转力，所述预扭转力使制动器组合件返回到零转矩位置；

一特征，其中所述预扭转力是基于旋转制动器位移的总和；以及

一特征，其中所述位置监测机构是旋转编码器，所述制动器组合件包括盘簧单元，所述盘簧单元在对应于零转矩位置的偏置位置之间弹性地移动，并且其中旋转检测器的旋转位置相对于转矩和预扭转力具有线性关系。

在又另一实施例中，一种确定电梯轿厢的负荷的方法包括旋转制动器组合件，所述制动器组合件被配置成施加抑制电梯轿厢的垂直移动的制动力。所述制动器组合件响应于实现向其施加的转矩而旋转。所述方法进一步包括响应于旋转制动器组合件而输出位置信号。所述方法进一步包括在啮合所述制动器组合件之前确定制动器组合件的零转矩位置，并且基于位置信号而检测制动器组合件的至少一个旋转制动器位移。

除了上文或下文描述的特征中的一者或多者之外，其它实施例包括：

以下特征：基于制动器组合件的多个旋转制动器位移而确定施加到电梯轿厢的负荷，并且在所述多个制动器位移超过阈值时确定电梯轿厢的超负荷条件；

以下特征：基于至少一个旋转制动器位移而确定电梯轿厢的向上位移或向下位移中的至少一者；

以下特征：基于零转矩位置与在啮合制动器组合件之后的第二旋转位置之间的旋转位置微分而确定负荷；

以下特征：检测电梯轿厢的电力丢失，并且响应于在向电梯轿厢恢复供电之后检测到制动器组合件的第一旋转制动器位移而重新初始化所述零转矩位置；

以下特征：在脱离制动器组合件之前向制动器组合件施加预扭转力，所述预扭转力使制动器组合件返回到零转矩位置；以及

以下特征：基于旋转制动器位移的总和而确定预扭转力。

附图简述

在说明书完结时的权利要求书中特别地指出且清楚地要求被视为本发明的标的。通过结合附图进行的以下详细描述，本发明的前述和其它特征和优势会显而易见，附图中：

图1A-1B说明根据实施例的响应于添加的负荷的电梯轿厢的位置位移；

图2A-2B说明根据实施例的在零转矩位置与响应于由电梯轿厢的位置位移引发的转矩的第二位置之间旋转的制动器组合件；

图3说明根据实施例的被配置成允许制动器组合件相对于电梯轿厢的固定部分而旋转的旋转机构；

图4A-4E是根据实施例的制动器组合件的旋转位移的线性表达；

图5是说明根据实施例的使电梯轿厢返回到零转矩位置的方法的流程图；

图6是说明根据实施例的确定电梯轿厢的超负荷条件的方法的流程图；

图7说明根据另一实施例的制动器组合件；

图8说明根据仍另一实施例的制动器组合件；以及

图9A-9C说明根据又另一实施例的制动器组合件。

发明详述

参看图1A-1B，根据实施例说明电梯负荷称重系统100。电梯负荷称重系统100包括电子电梯控制模块102和制动器组合件104。制动器组合件104可以是向电梯轿厢106赋予移动的机器的部分。电梯控制模块102包括电子微控制器，其例如被配置成控制制动器组合件104和电梯轿厢106的操作，这为本领域技术人员所理解。选择性地啮合制动器组合件104以便施加抑制电梯轿厢106的垂直移动的制动力。在啮合时，制动器组合件104实现由电梯轿厢104的总重量施加的转矩。电梯轿厢的总重量包括(例如)空电梯轿厢106的重量、耦合到电梯轿厢的配重，和施加到电梯轿厢的负荷的重量。所述负荷包括(例如)乘客，或例如家具、包裹等货物。

制动器组合件104被配置成在实现向其施加的转矩时旋转。通过响应于施加制动力而引发转矩。在施加制动力之后由电梯轿厢106实现的负荷的改变可以进一步增加施加到制动器组合件104的转矩。如图1A中说明，例如，恰好在啮合制动器组合件104之后停靠空电梯轿厢106。在此情景中，施加到制动器组合件104的仅有的力是空电梯轿厢106的重量。本领域技术人员应了解，电梯轿厢106可以包括对重重量，可以将其考虑到施加到制动器组合件104的总重量中。

如图1B中说明，在施加负荷108时，电梯轿厢106的垂直位置移位，所述负荷在此实例中包括搭乘电梯轿厢106的乘客108。响应于添加的负荷108，制动器组合件104相对于固定参考点(例如，电梯轿厢106的框架)旋转。制动器组合件104的旋转用于确定负荷108如何影响电梯轿厢106的垂直位置，如下文更详细地论述。

现在转向图2A-2B，根据实施例说明制动器组合件104。制动器组合件104包括一个或多个旋转机构110和位置监测机构112。根据实施例，旋转机构110彼此相隔90度在相应外壳处耦合到制动器组合件104。旋转机构110被配置成允许制动器组合件104相对于固定点(例如，支撑电梯机器的座板或制动器组合件的外壳)旋转。例如，旋转机构110可以形成为弹簧单元，如下文更详细地论述。虽然说明四个旋转机构110，但应了解，可以使用更多或更少的旋转机构110来允许制动器组合件104的旋转。

位置监测机构112耦合到制动器组合件102且被配置成响应于检测到制动器组合件104的旋转位移而输出位置信号。根据实施例，位置监测机构112是旋转编码器112，其被配置成在多个旋转位置之间旋转，如本领域技术人员所理解。旋转编码器112连同制动器组合件104的旋转一起旋转，并且响应于从第一编码器位置旋转到第二编码器位置而输出位置信号(即，脉冲)。根据实施例，旋转编码器112具有每转1024个位置(PPR)。然而，应了解，旋转编码器112的范围可以从512PPR到4096PPR。向电梯控制模块102输出位置信号。电梯控制模块102应用对应于从位置监测机构112输出的每个脉冲的方向性操作符(例如，正方向或反方向)。通过每个位置信号指示的脉冲指示制动器组合件104的位移，且最终指示响应于负荷108的改变的电梯轿厢106的向上移动或向下移动。

参看图2A，在相对于电梯框架114的第一位置(θ₁)说明制动器组合件104。所述第一位置包括(例如)在脱离制动器组合件104(即，尚未将制动力施加到电梯轿厢106)时出现的零转矩位置。转向图2B，制动器组合件104响应于实现转矩而在顺时针方向上旋转。在电梯轿厢实现负荷时，例如，在啮合中断组合件104时，可以将转矩施加到制动器组合件104。如上文所论述，在啮合制动器组合件104时，由制动器组合件104实现的转矩可以在施加到电梯轿厢106的负荷改变时改变。以此方式，制动器组合件104从第一位置(θ₁)旋转为第二位置(θ₂)。将位置微分(Δθ)定义为第一位置(θ₁)与第二位置(θ₂)之间的旋转差。

参看图3，根据实施例说明旋转机构110。旋转机构110被组装为(例如)盘簧单元110，其安置在形成于制动器组合件104中的相应弹簧凹坑116中。盘簧单元110包括弹簧外壳118、一对可移动盘式活塞120，和一对弹簧122。每个盘式活塞120包括第一端和第二端。每个盘式活塞120的第一端安置在形成于弹簧外壳118中的孔124中且被配置成在其中滑动。每个盘式活塞120的第二端从孔124延伸并且接触弹簧凹坑116的内壁。弹簧122插在盘式活塞120的第二端与弹簧外壳118之间。每个弹簧122迫使相应盘式活塞120的第二端与弹簧凹坑116的内壁相抵。

在将转矩施加到制动器组合件104时，制动器组合件104在顺时针或逆时针方向上从第一位置旋转到第二位置中。响应于制动器组合件旋转，压缩第一弹簧122a、122b，从而允许相应盘式活塞120侧面朝向弹簧外壳118，而第二弹簧122延伸，从而允许相应盘式活塞120滑动远离弹簧外壳118。以此方式，允许制动器组合件104相对于电梯框架114旋转。根据实施例，制动器组合件104可以在顺时针或逆时针方向上旋转(例如)大约0.7毫米(mm)。在移除转矩时，弹簧122返回到它们的偏置状态，使得制动器组合件104返回到第一位置(例如，零转矩位置)。

可以将旋转编码器112的旋转位置位移表达为相对于施加到制动器组合件104的转矩的线性关系，如图4A-4E中所说明。参看图4A，制动器组合件104处于在啮合制动器组合件104之前存在的第一状态。因为不啮合制动器组合件104，所以没有转矩施加到制动器组合件104。电梯轿厢106可以包括初始负荷或者可以在啮合制动器组合件104之前的此状态期间是空的。根据实施例，在电梯轿厢106静止且与楼层层站齐平时测量零转矩位置，且在啮合制动器组合件104之前，时间周期(例如)是大约1秒到3秒。

在图4B处，制动器组合件104啮合于第二状态，使得施加制动力。在啮合制动器组合件104之后，应了解，电梯轿厢106可能会经历滑移效果，其相对于零转矩位置将电梯轿厢106在第一方向上移位(例如，迫使电梯从零转矩位置向下)。电梯轿厢滑移向制动器组合件104施加转矩，其继而旋转制动器组合件104，如上文所论述。例如，在制动器组合件104旋转且输出指示旋转编码器112的37个顺时针旋转的多个位置信号脉冲时，旋转编码器112在顺时针方向上旋转37个位置。电梯控制模块102接收位置信号且将指示所述37个顺时针旋转的正值(+37)存储在存储器中。

转向图4C，电梯轿厢106在第三状态实现负荷的减小。减小的负荷使电梯轿厢106相对于零转矩位置在相反的方向上移位(例如，向上提升电梯)，并且向制动器组合件104施加转矩，其继而在逆时针方向上旋转制动器组合件104。因此，例如，旋转编码器112在逆时针方向上旋转64个位置，且输出指示旋转编码器112的64个逆时针旋转的多个位置信号脉冲。电梯控制模块102接收所述位置信号且将指示所述64个逆时针旋转的负值(-64)存储在存储器中。

在图4D，将新的负荷添加到处于第四状态的电梯轿厢106。新的负荷相对于处于第三状态的电梯轿厢106的重量增加了电梯轿厢106的重量。因此，新的负荷再次在第一方向上使电梯轿厢106移位(例如，迫使电梯向下)，且向制动器组合件104施加转矩，其继而再次在顺时针方向上旋转制动器组合件104。例如，旋转编码器112在顺时针方向上旋转18个位置，且输出指示旋转编码器112的18个顺时针旋转的多个位置信号脉冲。电梯控制模块102接收位置信号且将指示所述18个顺时针旋转的正值(+18)存储在存储器中。

转向图4E，如果移动电梯轿厢106以使得制动器组合件相对于第四状态移位9个顺时针旋转，那么电梯控制模块102确定制动器组合件104可以返回到零转矩位置。举例来说，电梯控制模块102确定位置信号脉冲的净微分(Δθ)(即，37+(-64)+18＝(-9))以便确定制动器组合件104的移位位置。在第四状态，例如，制动器组合件相对于在图4A中说明的第一状态的零转矩位置移位9个逆时针旋转位置(-9)。电梯控制模块102因此确定制动器组合件104可以移位9个顺时针旋转位置(+9)以便使制动器组合件104返回零转矩位置(即，(-9)+9＝0)。根据实施例，电梯控制模块102可以命令电梯电动机输出向上移动电梯轿厢的预扭转力，进而使制动器组合件移位9个顺时针旋转位置。一旦制动器组合件104返回到零转矩位置，便可以脱离制动器组合件104，并且可以向电梯轿厢106分派加加速度上的减小。

根据实施例，电梯控制模块102可以确定电梯轿厢106的超负荷条件。更具体来说，电梯控制模块102设定旋转位置微分阈值(Δθ_TH)。旋转位置微分阈值Δθ_TH(例如)对应于电梯轿厢106的大约105％的工作负荷。电梯控制模块102随后将Δθ与Δθ_TH进行比较。在Δθ超过Δθ_TH(例如，105％的工作负荷)时，电梯控制模块102确定电梯轿厢106的超负荷条件。响应于所述超负荷条件，电梯控制模块102可以停止电梯轿厢106的操作，并且输出一个或多个警告，包括(但不限于)声音警告和显示警告。以此方式，可以在打开电梯门时确定超负荷条件，而不需要重新对齐电梯轿厢106。在移除超负荷条件时(例如，确定电梯轿厢104的85％的工作负荷或更少)，电梯控制模块102可以重新开始电梯轿厢106的操作。

根据另一实施例，电梯控制模块102执行初始化和上升补偿操作，以便在电梯轿厢106从最低建筑楼层行进到最高建筑楼层时补偿由电梯轿厢106实现的重量不平衡。更具体来说，空电梯轿厢106从最低建筑楼层层站运行到以下的楼层层站并且返回。电梯控制模块102基于在底部楼层层站处的空轿厢和零转矩位置而确定从旋转编码器112输出的若干脉冲。随后设定第一旋转位置微分阈值(Δθ_{TH_1})，其对应于在底部楼层层站处的超重条件。

空电梯轿厢106随后运行到所述最高建筑楼层，且电梯控制模块102基于在顶部楼层层站处的空轿厢和零转矩位置而确定从旋转编码器112输出的若干脉冲。随后设定第二旋转位置微分阈值(Δθ_{TH_2})，其对应于在最高楼层层站处的超重条件。电梯控制模块102随后可以基于Δθ_{TH_1}与Δθ_{TH_2}之间的比较而确定绳索重量与上升如何影响电梯轿厢。

根据另一实施例，电梯控制模块102在实现对电梯轿厢106的电力丢失之后执行电力丢失重新初始化操作。更具体来说，电梯控制模块102检测异常事件，例如断电。在向电梯轿厢106恢复供电时，电梯控制模块102确认电梯轿厢门关闭且能够自动地重新校准制动器组合件104的零转矩位置。在第一情景中，电梯控制模块102检索先前存储在存储器中的零转矩位置，并且控制电梯电动机以便调整电梯轿厢106的位置并且逐渐地实现零转矩位置。

根据第二情景，电梯控制模块102假定电梯轿厢106在异常事件期间经历滑移效果。基于此假定，电梯控制模块102控制电梯电动机以便逐渐地提升电梯轿厢106，直到从旋转编码器112接收到一个或多个位置信号脉冲为止。一旦接收到位置信号脉冲，电梯控制模块102便确定制动器组合件104返回到大致零转矩位置，且脱离制动器组合件104。以此方式，可以减小在紧急停止事件之后对电梯轿厢106的突然的急拉。

现在参看图5，流程图说明根据实施例的使电梯轿厢返回到零转矩位置的方法。所述方法开始于操作500，且在操作502处，在向电梯轿厢施加制动力之前确定制动器组合件的零转矩位置。在操作504处，在施加制动力之后检测施加到电梯轿厢的负荷。在操作506处，确定制动器组合件的第二位置。根据实施例，所述第二位置是由施加的负荷引发的制动器组合件相对于零转矩位置的移位的旋转位置。在操作508处，确定第二位置与零转矩位置之间的位置微分。在操作510处，基于位置微分而确定预扭转力，且向制动器组合件施加预扭转力以便返回到预转矩位置。在操作512处，从电梯轿厢移除制动力，且方法在操作514处结束。

现在转向图6，流程图说明根据实施例的确定电梯轿厢的超负荷条件的方法。所述方法开始于操作600，且在操作602处，在向电梯轿厢施加制动力之前确定制动器组合件的零转矩位置。在操作604处，在施加制动力之后检测施加到电梯轿厢的负荷。在操作606处，确定制动器组合件的第二位置。根据实施例，所述第二位置是由施加的负荷引发的制动器组合件相对于零转矩位置的移位的旋转位置。在操作608处，确定第二位置与零转矩位置之间的位置微分。在操作610处，将所述位置微分与位置微分阈值进行比较。在位置微分不超过所述阈值时，在操作612处确定正常条件，且所述方法在操作614处结束。所述正常条件允许电梯轿厢继续正常操作而不会中断。然而，在位置微分超过所述阈值时，在操作616处确定超负荷条件，且在操作618处停止电梯轿厢。在操作620处，确定是否移除超负荷条件。如果未移除超负荷条件，那么在操作618处电梯轿厢保持停止。然而，在移除超负荷条件时，在操作622处电梯轿厢返回到正常操作条件，且方法在操作614处结束。

现在转向图7，根据另一实施例说明旋转机构110。示出弹簧外壳118具有第一侧壁118a和相对的第二侧壁118b。预先确定让制动器组合件104在相对的侧壁118a-118b之间旋转的脉冲的总数目。举例来说，让制动器组合件104在相对的侧壁118a-118b之间旋转的脉冲的总数目是100个脉冲。在啮合制动器时，将驱动转矩施加到制动器组合件104，其例如在顺时针实例中旋转制动器组合件104。对响应于旋转制动器组合件104的脉冲的数目(即，接触脉冲)进行计数，直到制动器组合件104邻接第二侧壁118b为止。在此情况下，例如，对10个脉冲进行计数，直到制动器组合件104接触第二侧壁118b为止。可以使用以下方程确定平衡的脉冲计数：

P_B＝(P_T/n)–P_C，其中

P_B＝平衡的脉冲计数；

P_T＝总脉冲计数；

n＝制动器组合件侧壁的数目；以及

P_C＝接触脉冲的数目

在上文描述的情况下，如下确定平衡的脉冲计数：

P_B＝(100/2)-10，其中P_B算出为40

因此，可以施加预扭转力以便根据平衡的脉冲计数(即，40个脉冲)从第一侧壁118a在顺时针方向上旋转制动器组合件104。以此方式，确定制动器组合件104是平衡的，且可以脱离制动器组合件。

根据另一实施例，可以使用伺服锁定初始化特征来确定预扭转力。更具体来说，在初始化期间且在提升制动器之前，不对脉冲进行计数且不存在对预转矩的估计。当在初始化期间提升制动器时，电梯控制模块102控制电梯电动机以便相对于所计算的预转矩保持零速度。电梯控制模块102进一步包括位置反馈控制环路，其确定在提升制动器之后电梯轿厢的位移。在提升制动器时，电梯控制模块102控制电梯电动机以便保持轿厢的位置，从而起始伺服锁定模式。电梯控制模块102分析由位置反馈控制环路提供的增益信号。高增益指示位置反馈环路中的高位置环路增益。在增益从高增益改变为低增益时，对指示电梯轿厢的位移的编码器的脉冲进行计数。基于计数脉冲，如上文所论述而确定预扭转力。

现在转向图8，根据另一实施例说明旋转机构110。在此情况下，在所述系统中存在第一转矩极限和第二转矩。在啮合制动器的情况下，将驱动转矩施加到制动器组合件104以便朝向第一转矩极限旋转制动器组合件104(例如，100％施加的转矩的方向)。对限制脉冲(P_L1)的第一数目(例如，70个脉冲)进行计数，直到制动器组合件达到第一转矩极限为止。随后施加相反的驱动转矩以便朝向第二转矩极限旋转制动器组合件104(例如，0％转矩的方向)。对限制脉冲(P_L2)的第二数目进行计数，直到制动器组合件达到第二转矩极限(例如，130个脉冲)为止。因此，在第一和第二转矩极限之间确定总共200个脉冲。可以使用以下方程确定平衡的脉冲计数：

P_B＝(P_L2-P_L1)/n，其中

P_B＝平衡的脉冲计数；

P_L1＝限制脉冲的第一数目；

P_L2＝限制脉冲的第二数目；以及

n＝制动器组合件侧壁的数目。

在上文描述的情况下，如下确定平衡的脉冲计数：

P_B＝(130-70)/2，其中P_B算出为30

因此，可以施加预扭转力以便根据平衡的脉冲计数来旋转制动器组合件104。以此方式，确定制动器组合件104是平衡的，且可以脱离制动器组合件。

现在转向图9A-9C，根据另一实施例说明旋转机构110。在制动器组合件104平衡时，盘式活塞120处于中性位置，且在孔124中存在间隙126(参看图9a)。在制动器组合件相对于所述中性位置旋转距离(θ)时，通过弹簧122a-122b向相应盘式活塞120施加弹力。根据实施例，可以包括一组额外弹簧122c-122d以便提供双重弹簧力(参看图9B)。可以使用(例如)耦合到相应弹簧122a-122b的传感器来确定所施加的弹力。在啮合制动器且施加转矩以使得制动器组合件104在第一方向(例如，顺时针方向)上旋转时，驱动制动器组合件104以便在相反的第二方向(例如，逆时针方向)上旋转，直到没有弹力施加到盘式活塞120为止。如图9C中所示，可以在弹力达到稳定水平(即，平坦)时确定中性位置。因此，确定制动器组合件104已经返回到中性位置且制动器组合件104是平衡的。

根据另一实施例，可以在制动器组合件104与侧壁118a、118b相抵的初始接触之后确定脉冲的总数目。举例来说，一旦制动器组合件104在顺时针方向上旋转且在啮合制动器并且确定接触脉冲的数目之后邻接侧壁118b，便可以在相反的方向(即，逆时针)上旋转制动器组合件104。随后对脉冲的数目进行计数，直到制动器组合件104接触相对的侧壁118a。因此，确定相对的侧壁118a-118b之间的脉冲的总数目。

如本文中所使用，术语模块指代可以包括专用集成电路(ASIC)、电子电路、电子处理器(共享、专用或群组)和存储器的执行一个或多个软件或固件程序的处理电路、组合逻辑电路，和/或提供所描述的功能性的其它合适的组件。

虽然已经结合仅有限数目的实施例详细描述了本发明，但应该容易理解，本发明不限于这些公开的实施例。而是，可以修改本发明以便并入迄今为止未描述的任何数目的变化、更改、替代或等效布置，但是其与本发明的精神和范围相称。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但将理解，本发明的各方面可以包括所描述的实施例中的仅一些实施例。因此，将不把本发明看作为受到前述描述限制，而是仅受到所附权利要求书的范围限制。