一种基于振动摩擦驱动的电梯装置的制作方法

本实用新型属于电梯技术领域，尤其是涉及一种基于振动摩擦驱动的电梯装置。

背景技术：

电梯的动力装置的作用是驱动轿厢往返于特定的楼层。为了使乘客更加舒适以及使系统运行更加平稳，通常需要控制驱动力，使得轿厢以特定的加速度规律来运行。按照驱动力及其施加方式不同，常见的电梯的驱动方式分为直接驱动、曳引驱动、液压驱动三种。

直接驱动，这种驱动方式的驱动力来源于电磁式电机。电磁式电机与驱动轮相连，驱动轮上卷有钢丝绳，驱动力通过驱动轮直接拉动钢丝绳产生位移。

曳引驱动，这种驱动方式的驱动力来源于电磁式电机。电磁式电机与驱动轮相连，与直接驱动不同的是，在拉动轿厢运动时，钢丝绳不是像直接驱动一样缠绕在驱动轮上，而是在搭在驱动轮槽内，钢丝绳两头分别悬挂着轿厢与对重，驱动力通过驱动轮与曳引绳之间的摩擦来产生。

液压驱动，这种驱动方式的驱动力来源于液压油的压力。液压电梯通过液压动力源，把油压入油缸使柱塞作直线运动，直接或通过钢丝绳间接地使轿厢运动的电梯。

本专利旨在提供一种区别于以上驱动方式的电梯装置。

技术实现要素：

本实用新型旨在解决上述技术问题，提供一种基于振动摩擦驱动的电梯装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于振动摩擦驱动的电梯装置，包括升降井道、轿厢、导轨振子、召唤盒、中央控制器、位置和速度反馈模块、波形发生器、功率放大器、开门机构，所述轿厢设置在所述升降井道内，所述轿厢两侧对称地设置所述导轨振子，所述导轨振子竖直设置且所述导轨振子与所述轿厢摩擦接触，所述升降井道与所述导轨振子之间设有用于将所述导轨振子压向所述轿厢的预应力弹簧0和导向杆，所述导轨振子上设有若干压电陶瓷片，所述压电陶瓷片包括正极压电陶瓷片和负极压电陶瓷片，所述正极压电陶瓷片和负极压电陶瓷片沿所述导轨振子的长度方向交替设置，所述正极压电陶瓷片施加正弦电压，所述负极压电陶瓷片施加余弦电压，所述正极压电陶瓷片、负极压电陶瓷片的宽度为λ为正极压电陶瓷片、负极压电陶瓷片产生的平面波的波长，所述召唤盒设置在所述轿厢内，所述召唤盒与所述中央控制器电连接，所述位置和速度反馈模块与所述中央控制器电连接，所述波形发生器与所述中央控制器电连接，所述功率放大器与所述波形发生器电连接，所述压电陶瓷片与所述功率放大器电连接。

作为优选，所述压电陶瓷片的厚度方向为d33方向，且所述压电陶瓷片沿厚度方向极化。

作为优选，所述导轨振子包括若干分体设置的导轨振子段。

作为优选，所述基于振动摩擦驱动的电梯装置还包括限位导轨，所述限位导轨与所述轿厢滑动连接。

采用上述技术方案后，在中央控制器的控制下，由波形发生器产生正弦电压和余弦电压，正弦电压和余弦电压信号经功率放大器放大后，分别加在导轨振子的正极压电陶瓷片、负极压电陶瓷片上。在导轨振子上，当正弦电压和余弦电压分别加在两片正极压电陶瓷片、负极压电陶瓷片上时，在导轨振子上便形成了行波。当导轨振子的谐振频率与所加的激励频率相同时，就会引起导轨振子的共振，此时振动振幅显著加大。发生共振时，导轨振子表面的粒子就随振动波做椭圆运动，从而产生摩擦力，推动轿厢沿着导轨振子向上或向下运动。

采用基于振动摩擦驱动的电梯装置的优点如下：

(1)振子和框架结构合二为一，省去了传统电梯的机房、曳引机和减速器，具有结构紧凑的优点，可以直接输出低速和大转矩；

(2)工作在超声频段，可以降低甚至消除工作噪音，既可以提高乘坐的舒适感，又可以减少对建筑物的噪音污染；

(3)本体结构无电磁线圈，受到环境的电磁干扰较少，适合应用于核电及外太空领域；

(4)导轨振子通过预应力弹簧和轿厢之间产生摩擦力，具有断电自锁的能力，大大提高了电梯的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的一种基于振动摩擦驱动的电梯装置的结构示意图；

图2为轿厢、导轨振子、限位导轨的俯视结构示意图；

图中：

1-升降井道；2-轿厢；3-导轨振子；4-召唤盒；5-中央控制器；6-位置和速度反馈模块；7-波形发生器；8-功率放大器；9-限位导轨；10-预应力弹簧；11-压电陶瓷片；13-开门机构；14-导向杆。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步的详细说明。

如图1-2所示，一种基于振动摩擦驱动的电梯装置，包括升降井道1、轿厢2、导轨振子3、召唤盒4、中央控制器5、位置和速度反馈模块6、波形发生器7、功率放大器8、限位导轨9、预应力弹簧10、压电陶瓷片11、开门机构13、导向杆14。

所述导轨振子3竖直设置在所述升降井道1内，所述轿厢2沿所述导轨振子3升降运行。所述导轨振子3设有两组，两组导轨振子3设置在所述轿厢2的左右侧面，每组导轨振子3包括关于所述轿厢2对称设置的两个导轨振子3。

所述限位导轨9包括两组，两组限位导轨9关于所述轿厢2对称设置，限位导轨9用于轿厢2的升降导向和限位。

所述升降井道1与所述导轨振子3之间设有将所述导轨振子3压向所述轿厢2的弹性支撑件，使所述轿厢2与所述导轨振子3摩擦接触。本实施例中，所述弹性支撑件包括预应力弹簧10和导向杆14。

所述导轨振子3上设有若干压电陶瓷片11。所述压电陶瓷片11包括正极压电陶瓷片和负极压电陶瓷片，所述正极压电陶瓷片和负极压电陶瓷片沿所述导轨振子的长度方向交替设置。所述正极压电陶瓷片施加正弦电压，所述负极压电陶瓷片施加余弦电压，所述正极压电陶瓷片、负极压电陶瓷片的宽度为λ为正极压电陶瓷片、负极压电陶瓷片产生的平面波的波长。

压电常数表征压电体在压力下产生极化强弱(电压大小)的常数。某些电介质在压力作用下发生极化而在两端表面出现电位差的性质称为压电性。具有压电性的物体称为压电体。一般压电体具有逆压电效应，即在外电场作用下压电体会产生形变。目前应用最广的是锆钛酸铅二元系压电陶瓷，简称为pzt，其压电常数分量d33可达5×10c/n。压电常数是压电体把机械能转变为电能或把电能转变为机械能的转换系数。它反映压电材料弹性(机械)性能与介电性能之间的耦合关系。选择不同的自变量(或者说测量时选用不同的边界条件)，可以得到四组压电常数d、g、e、h，其中较常用的是压电常数d。压电常数d是表征压电材料性能的最常用的重要参数之一，一般陶瓷的压电常数越高，压电性能越好。下标中的第一个数字指的是电场方向，第二个数字指的是应力或应变的方向，“33”表示极化方向与测量时的施力方向相同。

压电陶瓷沿d33方向极化，沿导轨振子振动的波峰和波谷相反方向交替黏贴。这样，在复合振子中，就产生了两个具有相同频率和振型、且正交的两个驻波，这两个驻波在时间上和空间上都相差π/2。两个驻波相互叠加形成了行波，行波是平面波在传输线上的一种传输状态，其幅度沿传播方向按指数规律变化，相位沿传输线按线性规律变化。

由正极压电陶瓷片产生的平面波可表示为：p正＝pαe^j(ωt-kx)(1)；由负极压电陶瓷片产生的平面波可表示为：其中，pα为波的振幅，ω为圆频率，是波数，λ为波长，把代入(2)，则有：p负＝pαe^j(ωt-kx-π)(3)。因此，叠加后的声波场为：p＝p正+p负＝2pαcos(ωt-kx)(4)。式(4)为行波方程，故此结构能够激发行波。在导轨振子3表面上能够激发行波，且能够使表面上点的运动轨迹呈现为椭圆形，处在行波场中的粒子在摩擦力的作用下运动，其运动方向与行波的传播方向相反。

所述召唤盒4设置在所述轿厢2内，所述召唤盒4与所述中央控制器5电连接，所述位置和速度反馈模块6与所述中央控制器5电连接，所述波形发生器7与所述中央控制器5电连接，所述功率放大器8与所述波形发生器7电连接，所述压电陶瓷片11与所述功率放大器8电连接。

召唤盒4将控制信号传递给中央控制器5，在中央控制器5的控制下，由波形发生器7产生正弦电压和余弦电压，正弦电压和余弦电压信号经功率放大器8放大后，分别加在导轨振子3的正极压电陶瓷片、负极压电陶瓷片上。位置和速度反馈模块6用于检测轿厢2的位置和速度信息，并将信息反馈给中央控制器5。

所述开门机构13即电梯门机，是一个负责启、闭轿厢轿门的机构，当其受到电梯开、关门信号，电梯门机通过自带的控制系统控制开门电机，将电机产生的力矩转变为一个特定方向的力，关闭或打开门。当阻止关门力大于150n的时候，门机自动停止关门，并反向打开门，起到一定程度的关门保护作用。

所述导轨振子3可包括若干导轨振子段。整段式的导轨振子3在驱动轿厢升降时，由驱动升降部分产生的振动将传导至导轨振子3的其余部分，其工作共振频率位于16hz～24000hz之间，故将产生振动噪音。分段式的导轨振子3仅驱动升降的导轨振子段振动，导轨振子的工作模态频率位于超声频段，故可减弱或消除振动噪音。

在导轨振子3上，相邻的两片正极压电陶瓷片、负极压电陶瓷片的极化方向是相反的，因此当正弦电压和余弦电压分别加在两片正极压电陶瓷片、负极压电陶瓷片上时，在导轨振子3上便形成了行波。当导轨振子3的谐振频率与所加的激励频率相同时，就会引起导轨振子3的共振，此时振动振幅显著加大。发生共振时，导轨振子3表面的粒子就随振动波做椭圆运动，从而产生摩擦力，推动轿厢2沿着导轨振子3向上或向下运动。

行波从相邻时刻t1和t1+δt进行考察，可以发现波形随时间的增长而向传输线的终端移动。改变两相驻波间激励的时间相位差，便可以改变行波的传播方向，这使轿厢2改变运动方向。但在本实施例中，电梯向下运动利用超声减摩作用，利用重力使得轿厢2向下运动，充分的节约能源。处于超声振动状态的物体表面具有减小摩擦磨损的特性,从质点微观振动和声悬浮力学角度两方面进行分析得出：①超声振动改变了接触面间的摩擦状态；②超声振动减小了接触面的有效接触面积；③振动力和辐射压减小了正压力。

将压电陶瓷片11和导轨振子3粘结在一起组成复合振子，利用压电材料输入电压会产生变形的特性，使复合振子产生振动。当激励电源的频率和复合振子的固有频率相一致时，复合振子工作在共振状态，此时的复合振子振动幅度远大于非共振状态。复合振子共振时，通过摩擦机构的设计，就可以使复合振子推动与其摩擦接触的动子运动，从而使的动子做旋转运动或直线式移动。

驱使电梯向上运动的力取决于施加在压电陶瓷片11表面的电压，电压越大，力越大振动越强烈，向上运动的加速度越大。驱使电梯向下运动的力同样取决于施加在压电陶瓷片11表面的电压，不同的是，施加在压电陶瓷片11表面的电压越大，导轨振子3和轿厢2间的摩擦力越小，轿厢2向下的加速度就越大。

除上述优选实施例外，本实用新型还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本实用新型作出各种改变和变形，只要不脱离本实用新型的精神，均应属于本实用新型所附权利要求所定义的范围。