用于电梯系统的编码器偏心率修正的制作方法
【专利摘要】公开了一种编码器组件(36)。该编码器组件包括具有转子(32)的马达(26)，以及编码器(36)。编码器(36)包括轴向地联接到转子(32)上的码轮(38)，配置成检测第一速度的第一传感器(46a)，码轮(38)的一部分以第一速度相对于第一传感器(46a)移动，以及配置成检测第二速度的第二传感器(46b)，码轮(38)的一部分以第二速度相对于第二传感器(46b)移动，第一传感器(46a)和第二传感器(46b)关于转子(32)的旋转轴线彼此隔开大约180度定位。
【专利说明】用于电梯系统的编码器偏心率修正
【技术领域】
[0001]本发明公开总体涉及电梯系统，且更特别地，涉及利用编码器的系统和方法。
【背景技术】
[0002]确保电梯系统中的乘坐品质典型地涉及这些系统中所用的驱动马达的角位置和速度的精确检测。用于电梯的反馈系统典型地用来在电梯轿厢沿电梯井道移动时追踪它们的位置或速度。更具体地，电梯典型地采用配置成监视驱动电梯轿厢的驱动马达的旋转位移、角位置和/或速度的编码器。利用特定马达、相关曳引轮以及牵拉构件、和井道之间的已知机械关系，由编码器提供的数据可用于确定井道内电梯轿厢的位置和/或速度。
[0003]然而，马达转子的旋转运动中的偏心率会向编码器信号引入非线性误差，这会导致降低的乘坐品质和性能。典型地，此问题通过将编码器与偏心运动隔离来解决。此隔离可以通过使用带有集成轴承和柔性安装件的中空轴编码器实现。但是，此方法增加了相关角位置和速度测量系统的成本。
[0004]因此，存在对于用来修正电梯系统中编码器偏心率的简化、可靠且便宜的系统的需求。
【发明内容】
[0005]本发明的一个示例性实施例涉及一种编码器组件。该示例性编码器组件可包括具有转子的马达以及编码器。编码器可包括轴向地联接到转子上的码轮，配置成检测第一速度的第一传感器，码轮的一部分以该第一速度相对于第一传感器移动，以及配置成检测第二速度的第二传感器，码轮的一部分以该第二速度相对于第二传感器移动。第一和第二传感器可关于转子的旋转轴线彼此隔开大约180度定位。
[0006]根据另一个实施例，公开了一种修正电梯系统中的编码器的偏心率的方法。该方法可包括使用第一传感器来检测第一速度，码轮的一部分以第一速度相对于第一传感器移动，码轮轴向地联接到电梯系统的马达转子上。该方法还可包括使用第二传感器来同时检测第二速度，码轮的一部分以第二速度相对于第二传感器移动，第二传感器与第一传感器隔开大约180码轮度定位。该方法还可包括对第一速度和第二速度求平均数以确定马达转子的修正旋转速度。
[0007]根据又另一个实施例，公开了一种系统。该系统可包括马达，马达包括转子，以及用来确定转子的旋转速度的编码器。编码器可包括轴向地联接到转子上的码轮，相对于码轮固定在预定位置上的多个传感器，多个传感器的每一个都配置成确定速度，码轮以该速度经过传感器，以及用来从与所确定的速度相关的多个传感器接收输入的处理器。处理器可配置成基于所接收的输入确定马达的实际旋转速度。
[0008]当结合附图阅读以下详细描述时，本发明的这些以及其他方面和特征将变得更显而易见。
[0009]尽管关于本发明的特定示例性实施例公开了不同的特征，但应该理解的是不同的特征可以彼此组合或者单独使用，且本发明的任何不同示例性实施例都不背离本发明的范围。例如，码轮可在圆形轨道上包括码轮图案。第一和第二传感器可配置成检测码轮的圆形轨道上的码轮图案。此外，马达可具有定子，且第一和第二传感器可操作地安装在定子上，并且关于码轮的圆形轨道布置。在另一个示例中，编码器可包括安装在马达上的反射性光学编码器。该编码器组件也可配置成在一个时间点基于第一和第二速度确定马达的角速度。编码器组件还可包括可操作地连接到第一和第二传感器上的处理器，处理器配置成基于来自第一传感器和第二传感器的输入确定转子的旋转速度。处理器可为驱动系统的一部分。驱动系统可通过对第一速度和第二速度求平均数而确定马达的修正速度。编码器系统可为电梯系统的部件。
[0010]在另一个不例中，驱动系统可用来基于第一和第二传感器的输入确定第一和第二速度，该驱动系统包括处理器、处理电路、控制器、控制单元或其他电气部件的至少其中一个。码轮、第一传感器和第二传感器可包括反射性光学编码器。
[0011]在又另一个示例中，多个传感器可包括两个传感器，且相对于编码器的预定位置为相对于转子的旋转轴线分开大约一百八十度。处理器可配置成通过对确定的速度求平均数而确定马达的实际旋转速度。处理器可配置成根据由多个传感器的相对预定位置确定的加权平均数通过对确定的速度求平均数而确定马达的实际旋转速度。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是根据本发明的一个示例性实施例的常规(现有技术)电梯的部分透视图；
图2是图1的电梯的(现有技术)马达的部分透视图；
图3是图2的(现有技术)码轮的前视图；
图4A是图2的编码器组件处在特定时刻的前视图；
图4B是图4A的第一传感器和码轮图案的放大视图；
图4C是图4A的第二传感器和码轮图案的放大视图；
图5A是图2的编码器组件处在另一时刻的前视图；
图5B是图5A的第一传感器和码轮图案的放大视图；
图5C是图5A的第二传感器和码轮图案的放大视图；
图6是图4A的第一和第二传感器的配置所生成的马达速度误差的波形的图形化视图；
以及
图7是概述根据本发明的一个示例性实施例修正电梯系统中编码器偏心率的方法的流程图。
[0013]虽然本发明公开容许不同的变更和替代构造，以下将详细显示和描述其某些说明性实施例。本发明不限于所公开的特定实施例，而是包括所有变型、替代构造及其等同物。
【具体实施方式】
[0014]图1是示例性电梯系统10的示意图。此电梯系统10出于说明性目的而显示，以协助公开本发明的不同实施例的特征。如本领域技术人员应理解的，图1不描绘示例性电梯系统的全部部件，且所描绘的特征也不一定包括在所有的电梯系统中。
[0015]如图1中所示，电梯系统10整个或部分地位于竖直设置在建筑物内的井道12中。井道12提供竖直通路，电梯轿厢14穿过该竖直通路在建筑物的楼层或楼梯平台16之间行进。多个轨道18大致延伸井道12的长度。电梯轿厢14和配重20滑动地安装在不同的轨道18上，使得电梯轿厢14和配重20当在井道12中移动时由轨道18引导。虽然没有详细描绘，但是电梯轿厢14和配重20还可包括辊子、导轨等，以便以稳固的方式可滑动地接合轨道18，从而沿着轨道18提供轿厢14和/或配重20的平滑移动。
[0016]机械22用于在楼梯平台16之间移动电梯轿厢14。如图所示，机械22可由位于井道12的上部内或者单独的机房中的台板24支撑。机械22可包括马达26或其他原动机，以及联接到其上的曳引轮28。诸如带、绳、缆等的牵拉构件30连接电梯轿厢14和配重20。牵拉构件30与曳引轮28保持摩擦接触。当马达26使曳引轮28旋转时，牵拉构件30也旋转以将电梯轿厢14提升或下降至期望的楼层或楼梯平台16。
[0017]现在转向图2，机械22的马达26配置成驱动电梯轿厢14通过井道。示例性马达26包括转子32和定子34。尽管图2中所示的电梯马达26描绘了转子32在定子34内，且转子具有比定子34小的直径，但本文描述的修正编码器偏心率的系统和方法不限于与此类马达一起使用。例如，本文所述修正编码器偏心率的系统和方法也可与具有位于转子内的定子的电梯马达一起使用，转子具有大于定子的直径。如图2中所绘，配置成确定马达转子32的旋转角位置的编码器36可联接到马达26上。编码器的类型对于本发明不是决定性的；示例编码器类型可包括但不限于光学编码器、透射式编码器以及反射式光学编码器。
[0018]编码器36可包括轴向地联接到转子32上的码轮38。如图3中所绘，示例性码轮38包括圆形轨道40，其上多个等距隔开的反射条44形成码轮图案42。
[0019]如图4A-4C中进一步描绘的，且根据本发明的一个示例性实施例，示例性编码器36可具有安装在马达26的定子34上的至少两个探测器或传感器46a，46b。探测器可围绕码轮38的圆形轨道40设置，如图4A到5C中最佳所示。传感器46a，46b配置成检测码轮38的圆形轨道40上的码轮图案42。根据本发明的不同实施例，传感器46a，46b可分别包括发光器48a, 48b。发光器48a, 48b可发出由形成码轮图案42的反射条44反射的光脉冲。然后每个传感器46a和46b可以检测所反射的光脉冲并且将转子32的角速度编码成脉冲序列信号，该信号被发送至驱动系统70。连接到两个传感器46a，46b上的驱动系统70可包括处理器、处理电路、控制器、控制单元或其他电气部件的至少一个。驱动系统70处理来自传感器46a、46b的脉冲序列信号并基于那些信号确定转子32的修正角速度。在本发明的一个备选实施例中，至少其中一个传感器46a，46b可具有处理器来处理所检测的输入以确定转子32的角速度。出于简化贯穿此发明公开使用了角速度项，但是，也可使用旋转速度或另一类似的测量值而不背离本发明的范围。
[0020]根据本发明的一个示例性实施例，传感器46a，46b可定位成彼此相距一百八十(180)码轮度以便修正编码器36的任何偏心率。若干条件会导致编码器偏心率。例如，如果码轮38不是完美地在转子32上定中，将会出现一些程度的偏心。此外，如果转子轴承有瑕疵或未对准，转子32将不会在其旋转轴线上定中；这也会导致偏心率。偏心率的另一个原因可能是反射盘被偏心地附接在码轮38上。在转子32的偏心旋转期间，传感器46a，46b将检测到由于传感器46a，46b的物理布局，转子32以两个不同的速度移动。更具体地，在任何指定时间，由于以下详述的原因，传感器46a将检测到转子32以第一速度旋转，而传感器46将同时检测到转子32以第二速度旋转。如果如图4A和5A中所绘的本发明的示例性实施例中所不一样，传感器46a, 46b定位成相距一百八十(180)码轮度,对第一速度和第二速度取平均值将导致转子32的修正的速度。此修正的速度是电梯马达速度的更精确的估值。
[0021]图4A描绘了一种示例性系统，其中码轮38没有在转子32上定心。该图描绘了位于转子32的中心50右边的码轮38。如果转子32旋转180度，则码轮38将如图5A中所示显示为在中心50的左边。当码轮38处于此位置时，由于编码器的偏心率，传感器46a，46b没有在码轮38的圆形轨道40上对称地对齐。再参考图4A，由于此偏心率，传感器46a检测至IJ转子32的较低的速度。如图4B中所示，静止的传感器46a将检测到码轮图案42的反射条44比它们实际的更加隔开，因为圆形轨道40和码轮38相对于转子中心50向右偏。因此，基于来自传感器46a的输入,驱动系统70将确定第一速度输出，其为转子32的实际速度的低估值。
[0022]同时传感器46a检测第一速度输出，传感器46b检测第二速度输出。如图4C中所示，由于码轮图案42的未对准，静止的传感器46b将检测到反射条44比它们实际的更靠近在一起。传感器46b因而将检测到转子32比它实际的旋转得更快。因此，基于来自传感器46b的输入，驱动系统70将确定第二速度输出，其为转子32的实际速度的高估值。通过将传感器46a和46b彼此异相地隔开一百八十(180)码轮度定位,对于每个传感器46a和46b由于偏心的转子旋转导致的第一和第二速度输出误差在幅度上大致相等但是在符号上不同。因此，第一和第二速度输出的平均值将导致转子32的实际速度的修正且更精确的测量值。将第一传感器46a的低估的速度输出与第二传感器46b的高估的速度输出进行平均由此修正了编码器36的偏心率。
[0023]作为一个示例，图6中所示的图形绘制了贯穿一个完整的转子旋转，即三百六十(360)度，在转子旋转角度Θ (图4A中)上传感器46a和46b由于编码器偏心率的第一和第二转子速度输出误差的波形。如图所示，由于传感器46a和46b —百八十(180)码轮度异相并且它们各自的第一和第二速度输出误差在幅度上大致相等但是在符号上相反，将来自传感器46a和46b的第一和第二速度输出误差求平均值导致速度输出误差接近零。因此，由编码器的偏心率导致的速度输出误差被修正并且获得了转子32的实际速度的精确测量值。
[0024]图7的流程图图示了一种用于根据本发明的示例性实施例修正电梯系统10中的编码器偏心率的方法60。在步骤62，电梯系统10设有轴向地联接到电梯系统的马达26的转子32上的码轮38。接下来，在步骤64，电梯系统10设有安装到电梯系统的马达26的定子34上的两个传感器46a, 46b。两个传感器46a, 46b定位成分开一百八十(180)码轮度并且围绕码轮38的圆形轨道40设置，使得传感器46a，46b可以检测码轮图案42的反射条44。同时在步骤66a和66b，第一传感器46a用于测量码轮38的角速度并确定码轮38的第一速度输出，而第二传感器46b也用于与第一传感器46a同时测量码轮38的角速度并确定码轮38的第二速度输出。但根据本发明的不同实施例，传感器46a，46b可测量角速度并输出确定的速度，根据本发明的其他实施例传感器46a，46b可仅检测某些输入(诸如反射条的存在或缺失)而处理器(在传感器46a，46b的内部或外部)测量角速度和/或确定速度输出。在步骤68,基于来自第一传感器46a的信息确定的第一速度与基于来自第二传感器46b的信息确定的第二速度进行平均以确定马达转子32的修正速度。通过对来自相对于彼此异相180码轮度定位的两个传感器46a，46b的信息的两个速度求平均值，通过考虑编码器36的偏心率而获得了马达实际速度的精确测量值。
[0025]尽管以上描述了仅在两个位置确定即时转子速度，但所公开的电梯编码器系统和方法能够与特定转子位置无关而修正编码器偏心率并确定电梯系统中精确的即时转子速度。另外，传感器46a和46b可围绕码轮38的圆周设置在任何位置上,只要传感器46a, 46b彼此隔开大约一百八十(180)码轮度并且使得传感器46a，46b能够检测码轮38的圆形轨道40上的码轮图案42。本文描述的修正编码器偏心率的系统和方法可与用于电梯系统的任何类型的旋转编码器一起使用而不偏离本发明公开的精神和范围。
[0026]备选地，根据本发明的不同实施例可利用没有被分开大约一百八十(180)码轮度定位的传感器，只要位置差是已知的，并且所确定的转子速度被加权以考虑传感器的定位。本发明进一步的实施例可使用相对于转子定位在不同角位置处的多于两个传感器，只要基于传感器输出的速度根据它们的相对位置被加权。
[0027]本文描述的修正编码器偏心率的系统和方法可用在广泛范围的工业或商业应用中，如电梯系统中。通过使用本文公开的修正电梯系统中的编码器偏心率的系统和方法，减少了转子位置和速度上的非线性误差。因此，可以精确地检测驱动马达角位置和速度，从而确保电梯系统中优秀的乘坐品质。
[0028]此外，本文描述的系统和方法是用于修正编码器的偏心率的一种廉价方式。对于此系统和方法仅需要一个更多的编码器部件，即传感器。因此，与需要许多附加部件如中空轴编码器、精密轴承、防振衬垫等的修正编码器偏心率的常规解决方案相比，本文所述的修正编码器偏心率的成本是最少的。
[0029]尽管已经相对于某些特定实施例给出并提供了前述详细描述，但应该理解本发明公开的范围不应限于此类实施例，而是其仅出于实现和最佳模式的目的而提供。本发明公开的广度和精神宽于特别公开的实施例并且包含在所附权利要求书内。
[0030]虽然联系本发明的某些特定实施例描述了一些特征，但这些特征不限于仅与与之一起描述这些特征的该实施例一起使用，而是相反可与联系本发明的备选实施例公开的其他特征一起或分离使用。
【权利要求】
1.一种编码器组件(36)，包括: 具有转子(32)的马达(26);以及 编码器(36)，所述编码器包括: 轴向地联接到所述转子(32)上的码轮(38)； 配置成检测第一速度的第一传感器(46a)，所述码轮(38)的一部分以所述第一速度相对于所述第一传感器(46a)移动；以及 配置成检测第二速度的第二传感器(46b)，所述码轮(38)的一部分以所述第二速度相对于所述第二传感器(46b)移动； 所述第一传感器(46a)和所述第二传感器(46b)关于所述转子(32)的旋转轴线彼此隔开大约180度定位。
2.如权利要求1所述的编码器组件，其特征在于，所述码轮(38)包括在圆形轨道(40)上的码轮图案(42)。
3.如权利要求2所述的编码器组件，其特征在于，所述第一和第二传感器(46a，46b)配置成检测在所述圆形轨道(40)上的所述码轮图案(42)。
4.如权利要求3所述的编码器组件，其特征在于，所述马达(26)包括定子(34)，且其中所述第一和第二传感器(46a，46b)可操作地安装在所述定子(34)上，并围绕所述码轮(38)的所述圆形轨道(40)设置。
5.如权利要求1所述的编码器组件，其特征在于，所述编码器(36)是安装在所述马达(26)上的反射性光学编码器。
6.如权利要求1所述的编码器组件，其特征在于，所述编码器组件配置成在一个时间点基于所述第一和第二速度确定所述定马达(26)的角速度。
7.如权利要求1所述的编码器组件，还包括可操作地连接到所述第一和第二传感器(46a, 46b)上的处理器，所述处理器配置成基于来自所述第一传感器(46a)和所述第二传感器(46b)的输入确定所述转子的旋转速度。
8.如权利要求7所述的编码器组件，其特征在于，所述处理器是驱动系统(70)的一部分。
9.如权利要求8所述的编码器组件，其特征在于，所述驱动系统(70)通过对所述第一速度和所述第二速度求平均数而确定所述马达(26)的修正速度。
10.如权利要求1所述的编码器组件，其特征在于，所述编码器系统是电梯系统的部件。
11.一种修正电梯系统(10)中的编码器(36)的偏心率的方法(60)，包括:使用第一传感器(46a)检测第一速度，码轮(38)的一部分以所述第一速度相对于所述第一传感器(46a)移动，所述码轮(38)轴向地联接到电梯系统(10)的马达转子(32)上；使用第二传感器(46b)来同时检测第二速度，所述码轮(38)的一部分以第二速度相对于所述第二传感器(46b)移动，所述第二传感器(46b)离所述第一传感器(46a)隔开大约180码轮度定位；以及 对所述第一速度和所述第二速度求平均数以确定所述马达转子(32)的修正旋转速度。
12.如权利要求11所述的方法，还包括使用驱动系统(70)来基于所述第一和第二传感器(46a，46b)的输入确定所述第一和第二速度，所述驱动系统(70)包括处理器、处理电路、控制器、控制单元或其他电气部件的至少其中一个。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一和第二传感器(46a，46b)检测在所述码轮(38)的圆形轨道(40)上的码轮图案(42)。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述码轮(38)、第一传感器(46a)以及第二传感器(46b)包括反射性光学编码器。
15.—种系统,包括: 包括转子(32)的马达(26);以及 编码器(36)，用来确定所述转子(32)的旋转速度，所述编码器(36)包括: 轴向地联接到所述转子(32)上的码轮(38)； 相对于所述码轮(38)固定在预定位置上的多个传感器(46a，46b)，所述多个传感器(46a, 46b)的每一个都配置成确定速度，所述码轮(38)以所述速度经过所述传感器(46a，46b);以及 用来从所述多个传感器(46a，46b)接收与所确定的速度相关的输入的处理器，所述处理器配置成基于所接收的输入确定所述马达(36)的实际旋转速度。
16.如权利要求15所述的系统,其特征在于,所述多个传感器(46a,46b)包括两个传感器(46a，46b)，且相对于所述编码器(36)的固定预定位置为相对于所述转子(32)的旋转轴线分开大约一百八十度。
17.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述处理器配置成通过对所确定的速度求平均数来确定所述马达(26)的实际旋转速度。
18.如权利要求15所述的系统，其特征在于，所述处理器配置成根据由所述多个传感器(46a, 46b)的相对预定位置确定的加权平均数通过对确定的速度求平均数而确定所述马达(26)的实际旋转速度。
【文档编号】G01D5/347GK104364612SQ201280073708
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2012年6月4日 优先权日:2012年6月4日
【发明者】S.R.卡尔普, K.康, S.达多纳, W.A.韦罗内西 申请人:奥的斯电梯公司