专利名称：驱动电梯门的装置和方法
技术领域：
本发明涉及驱动电梯门的装置和方法。更具体地，本发明涉及驱动安装在电梯上自动打开和关闭的电梯门的装置和方法。
背景技术：
通常，电梯包括电梯轿厢和在每一层的停靠点的一对门。驱动这些门的门驱动装置安装在电梯轿厢的预定位置。当电梯轿厢到达每一层的停靠点时，电梯轿厢的一对门和停靠点的该对门相互啮合，并通过安装在电梯轿厢中的门驱动装置被打开或关闭。将电梯门系统定义为包括下文中所述的门驱动装置和用于开门或关门的其它机械或电气元件的装置。
参照图1，描述了一种众所周知的电梯的门驱动装置的示例。图1显示了传统电梯门系统和包含在该系统中的传统门驱动装置的示意性方框图。
如图1所示，传统电梯门系统1包括门驱动装置100，用于使用从电源10提供的电力控制要置于预定位置的门30a和30b；滑轮16a和16b以及机械臂18，用于将从门驱动装置100提供的转矩传递到门30a和30b；以及至少两个限位开关20a和20b，这些限位开关根据门30a和30b的位置接通或断开。
此外，传统电梯门系统1的门驱动装置100还包括用于提供转矩的电机14以及用于响应于来自限位开关20a和20b的输出信号驱动电机14的电机控制器12。用于传统门驱动装置100的电机14的实例包括直流电机、单相异步电机、三相异步电机等。
如上所述，驱动电梯门的控制特性包括1)驱动这些门在预定距离内反复移动，
2)在控制开门或关门的速度和门的位置方面，2-1)不需要达到所谓“伺服级控制”的非常精确的位置控制，换句话说，允许有几毫米的位置控制误差。
2-2)在开门或开门时，应该防止突然加速或减速操作。
根据在传统电梯门系统1中使用的传统门驱动装置100，由于电机14的驱动操作完全依赖于限位开关20a和20b的开关状态，所以存在难以进行平稳的驱动来开门或关门的问题。
此外，在安装另外的部件以补偿控制精度的情况下，会导致成本增加、能量消耗增加、控制元件的数量增加、控制稳定性的困难增加等问题。
发明内容
为了解决上述问题而提出本发明，本发明的目的是提供一种用于适当并稳定地驱动电梯门以满足电梯门的控制特性的装置和方法。
为了实现该目的，本发明提供了一种门驱动装置，该门驱动装置包括用于提供电力的电源、往复移动预定驱动距离的门、以及用于将旋转运动转换成线性运动以开门或关门的动力传送单元，该门驱动装置包括无刷直流电机，用于提供驱动门的转矩，并输出转子位置信号(pr)；以及控制器，用于根据从该无刷直流电机输出的转子位置信号确定门的操作状态，并响应于所确定的门的操作状态驱动该无刷直流电机。
此外，本发明还提供了一种电梯门系统的门驱动方法，该电梯门系统包括用于提供电力的电源、往复移动预定驱动距离的门、用于提供驱动门的转矩并输出转子位置信号(pr)的无刷直流电机、以及用于将无刷直流电机的转矩传送到门的动力传送单元，该方法包括以下步骤接收来自电梯系统的控制装置的门驱动命令；接收从无刷直流电机输出的转子位置信号(pr)；根据所接收的转子位置信号(pr)确定门的操作状态；以及根据所确定的门的操作状态驱动无刷直流电机。
图1显示了传统电梯门系统以及包含在该系统中的传统门驱动装置的示意性方框图。
图2显示了根据本发明的电梯门驱动装置的实施例以及包括该电梯门驱动装置的电梯门系统的方框图。
图3a显示了设置在图2所示的门驱动装置中的无刷直流电机中的转子的位置信号的波形的示例。
图3b显示了图3a所示的波形的二进制编码的数据表。
图4是显示根据本发明一实施例的图2所示的门驱动装置的操作过程的流程图。
图5显示了用于图2所示的门驱动装置的控制器的功能方框图。
图6显示了根据本发明另一个实施例的电梯门驱动装置的示意性方框图。
*附图中的一些部件的标号说明1，2电梯门系统 10电源 30a，30b门100a，100b，200门驱动装置16，18动力传送单元具体实施方式
下面，参照附图详细描述本发明的优选实施例。
参照图2，图2显示了根据本发明的电梯门驱动装置的实施例以及包括该电梯门驱动装置的电梯门系统的方框图。如图2所示，包括本发明的门驱动装置200的电梯门系统2包括电源10，用于提供电力；一对门30a和30b，通过在预定移动距离中往复移动来打开或关闭；门驱动装置200，用于通过使用从电源10提供的电力驱动门30a和30b；以及动力传送单元，即滑轮16和机械臂18，用于将转矩从门驱动装置200传送到门30a和30b。
电源10、门30a和30b、以及动力传送单元16和18的细节、改进、以及应用在本技术领域已众所周知，因此可以省略。
本发明的门驱动装置200特别包括无刷直流电机214，用于提供转矩以驱动门30a和30b，并输出其转子位置信号(pr)。稍后将更详细地描述由该无刷直流电机214产生的转子位置信号(pr)的特性和应用。
此外，门驱动装置200还根据从无刷直流电机214输出的转子位置信号(pr)确定门30a和/或30b的操作状态，并包括控制器212，用于根据门30a和/或30b的操作状态驱动无刷直流电机214。
现在，详细描述由目前众所周知的无刷直流电机214提供的转子位置信号(pr)的示例性实施例。图3a显示了包括在图2所示的门驱动装置200中的三相无刷直流电机214的转子位置信号(pr)的波形。图3b显示了通过对图3a所示的波形进行二进制编码形成的数据表。
三相无刷直流电机214包括以120度的电角度的间隔安装的三个霍尔传感器(其中一个在图2中代表性地指定为216)，以对应于其定子的预定位置，因此每一个霍尔传感器216都检测一个转子的位置，并输出如图3a所示的该转子位置信号(pr)。控制器212通过根据预定的规则使用转子位置信号(pr)驱动三相无刷直流电机214。如图3a所示，每一个转子位置信号(pr)都具有每隔180度的电角度(θ)交替的高和低输出，并且存在相互之间具有120度相位差的三种位置信号。因此，可以通过使用转子位置信号(pr)每隔60度的电角度获得一个可识别的输出。
图3b显示了通过以60度的电角度为一个单位将高输出变换为“1”并将低输出变换为“0”，对每一相的输出位置信号进行二进制编码所获得的数据表。如图所示，将从A、B和C相位置信号获得的数据看作为3单位二进制编码数据，则由三相无刷直流电机提供的转子位置信号(pr)为格雷码的形式。
因此，由于每隔60度的电角度的输出是可识别的，所以在位置控制中的可能最大误差等于或小于60度的电角度，并等于或小于机械角度域中的120度/极数。通常，小型无刷直流电机采用4、6或8极，在传统的小型无刷直流电机的情况下，机械上的可能最大误差可以分别为30、20或15度。
为了更好的理解，该最大可能误差，或分辨率，可以通过使用方程{(电机轴的周长)/(常数×极数)}转换成距离。因此在电机具有4、6和8极并且具有30毫米周长的轴的情况下，距离的最大可能误差分别为2.5、1.67和1.25毫米。通过这种方式，可以获得足够级别的精度以控制电梯门的位置。
此外，如果电机以与上述情况相反的方向转动，则在每一相中输出的信号的顺序与上述情况相反，因此可以通过使用该现象检测电机214的转动方向。
当然，如果无刷直流电机214适合用于本发明的门驱动装置200，则它的类型或大小等没有限制。另一方面，上面已说明了使用三相无刷直流电机的最有效的方法，但是应该理解，使用无刷直流电机的转子位置信号(pr)的方法并不限于上述的方法。例如，还可以根据两相的信号使用它来检测转动方向，并根据另一相的信号来检测速度，或者只根据两相的信号来检测速度和转动方向，等等。
本发明的门驱动装置200使用由无刷直流电机214产生的具有上述波形的转子位置信号(pr)执行以下操作。在下文中，将描述使用三相无刷直流电机214的转子位置信号(pr)的方法的实施例。
如果使用上述波形的转子位置信号(pr)，则由传统电梯的终点限位开关执行的操作可以实现为软件程序，这样可以精确并容易地驱动门30a和30b，而不需要象终点限位开关之类的额外的硬件。为了实现该目的，本发明的门驱动装置200执行在初次安装时测量门驱动距离的操作、输出终点限位信号的操作和通电初始化的操作等。以下为详细描述。
首先，在安装时测量门驱动距离的操作是测量从门30a和30b完全打开的位置到门30a和30b紧闭的位置的距离(在本说明书中定义为“驱动距离”)。
也就是说，在初次安装时驱动电梯门30a和30b完全打开(或紧闭)，然后测量门30a和30b中的每一个门的移动距离，直到门30a和30b中的每一个门都紧闭(或完全打开)，即门30a或30b不能再从作为起点的上述位置沿相反方向低速移动。
接下来，将门30a和30b中的每一个门的该移动距离存储在控制器212中，作为安装有门驱动装置200的门30a和30b的驱动距离。这里，为了使可能由皮带滑移等导致的误差最小，最好以尽可能低的速度驱动门30a和30b。
可以通过将在门30a和30b的初次驱动期间输入的转子位置信号(pr)的数量乘以无刷直流电机214的分辨率来进行移动距离的计算(或测量)，并通过以下方程确定。也就是说，[方程1]移动距离＝(转子位置信号数)×[(轴的周长)/(极数×相数)]当然，可以根据转子位置信号(pr)的选择来改变计算移动距离的方法。但是，新方法与方程1的情况不会有很大差异，并且该选择只是多个实施例中的设计选项之一，因此，省略对它们的详细描述。
在如上所述测量驱动距离以后，通过设置门驱动模式(例如最大速度、加速或减速时间)，可以知道表示门30a或30b的当前位置的门30a或30b的移动距离，并且可以根据门30a和30b的移动距离和时间计算门30a或30b的速度。因此，可以通过精确地控制电机214的转动速度平稳地驱动门30a和30b，而不需要任何另外的速度探测器。
为了安全地驱动电梯系统，通常将电梯系统的控制器设计来接收表示门30a或30b到达预定停止位置的终点信号。
在传统电梯门系统1中，将限位开关20a和20b之外的终点限位开关的输出直接传送到电梯系统的控制器作为终点信号。但是，限位开关20a和20b通过与门30a和30b物理接触产生信号，因此存在主要由长时间使用而损坏所导致的如误动作、故障等的问题。
相反，本发明的门驱动装置200通过如下文中所述执行终点信号输出操作，消除了使用传统终点限位开关的需要。也就是说，如果确定门30a和30b处于它们完全打开或紧闭的状态，则门驱动装置200自己产生终点信号，并将所产生的信号传送给电梯系统的控制器(未示出)。
一种确定门是否处于完全打开状态(或紧闭状态)的方法例如可以是实时计算门30a或30b的移动距离，并且当所计算的移动距离等于驱动距离时，确定门30a和30b处于完全打开状态(或紧闭状态)。如果使用上述方法，可能会由于例如皮带滑移等而产生误差。因此，可以将该方法改进为当转子位置信号(pr)的输出经过预定时间没有变化时，确定门30a或30b是否处于其完全打开状态(或紧闭状态)。
如上所述，根据本发明的门驱动装置200的终点信号输出操作，不需要如同终点限位开关的额外硬件，因此，门驱动装置200的安装比传统情况容易得多，并且可以消除或减少由机械摩擦或损坏所导致的误动作或故障的可能性。
最后，详细描述通电时的初始化驱动操作。该操作是将门30a和30b移动到可作为临时参考点的初始位置，因为在门驱动装置200通电时，可能没有门30a和30b的当前位置信息。该初始位置可以是上述门30a和30b的完全打开状态或紧闭状态。也就是说，门驱动装置200沿关闭(或打开)方向驱动门30a和30b，并且如果经过预定时间转子位置信号(pr)没有变化，则确定门30a和30b处于其完全打开状态(或紧闭状态)，然后产生终点信号，并将该终点信号传送给电梯系统的控制器(未示出)。通过该操作，可以获得门30a和30b的当前位置信息。
现在，参照图4详细描述门驱动操作，该门驱动操作由包含在门驱动装置200中的控制器212执行，以在完成包括驱动距离测量操作等的初始化安装操作并施加了用于正常驱动的电力后，打开或关闭门30a和30b。图4是显示根据本发明一实施例的图2所示的门驱动装置200的操作过程的流程图。
首先，如果对电梯门系统2供电(步骤400)，则门驱动装置200执行初始化操作(步骤402)。
接下来，在执行初始化操作后，门驱动装置200进入待机状态(步骤404)，并等待来自电梯系统的控制器(未示出)的开门或关门命令(下文中，总称为“门驱动命令”)。
然后，确定是否提供了门驱动命令(步骤406)。如上所述，门驱动命令是开门或关门命令之一。如果没有提供任何门驱动命令，则门驱动装置200保持待机状态。
接下来，如果提供了门驱动命令，则根据所提供的门驱动命令的类型驱动无刷直流电机(步骤408)。开门或关门命令可以解释为沿无刷直流电机214的右方向或左方向转动的命令。因此，通过使用所确定的命令的类型确定转动方向以及分析转子位置信号(pr)，根据预定操作规则驱动无刷直流电机214。
接下来，如果无刷直流电机214开始转动，则对从无刷直流电机214输入到驱动装置200的转子位置信号(pr)的数量进行计数(步骤410)。这里，所计数的转子位置信号(pr)的单位最好是由每一相每隔60度的电角度的二进制编码输出产生的3位二进制码，如图3b所示。然而，如上所述，根据实际应用可以使用仅来自一相的输出，在这种情况下，可以对输入信号进行计数，以使每当输出电压电平从高变到低或者从低变到高时，输入一个信号。
接下来，例如，根据转子位置信号(pr)的计数，通过使用方程1计算门30a和30b的移动距离(步骤412)。
接下来，如果所计算的距离变得与事先存储的驱动距离相等，则确定门30a和30b到达了停止位置(步骤414)，并停止操作(步骤416)。
通常，门驱动装置200通过接收来自电梯系统的控制器(未示出)的开门或关门命令来执行其操作，但是，根据应用，如果例如从开门按钮、门厅按钮、门安全棒(door safety bar)等提供输入，则门驱动装置200应该自己处理该输入。本领域的那些技术人员可以很容易地实现该处理，因此省略其细节。
作为步骤414中的确定的结果，如果确定门30a和30b还没有到达停止位置、或者完全打开或紧闭状态，则门驱动装置200通过将其控制返回到步骤408来继续驱动无刷直流电机214，并重复步骤410到414。
接下来，参照图5中所示的功能方框图详细描述根据本发明一实施例的门驱动装置200的控制器212。优选地，通过对众所周知的微处理器(未示出)进行编程，并将它与如同用于无刷直流电机的众所周知的驱动器电路(未示出)之类的适当的硬件相结合，来实现包含在本发明的门驱动装置200中的控制器212。图5显示了包括由已编程的微处理器和其它硬件执行的功能块的示例性功能方框图。根据实际的设计选项，可以有功能块的各种组合。
如图5所示，根据本发明的控制器212包括门驱动命令操作单元402，用于接收开门命令以打开门30a和30b，或者接收关门命令以关闭门30a和30b，并且暂时存储该命令；门操作状态处理单元404，用于从无刷直流电机214接收转子位置信号(pr)，并通过分析所接收的转子位置信号(pr)确定门30a和30b的操作状态；以及电机驱动单元406，用于根据从门驱动命令操作单元402接收的开门或关门命令以及由门操作状态处理单元404所确定的门的操作状态驱动无刷直流电机214。门驱动命令操作单元402接收由安装在电梯门系统2中的开门按钮、关门按钮、门厅按钮、门安全棒等产生的开门或关门命令。并且门驱动命令操作单元402暂时存储该命令，并将它传送给电机驱动单元406。
门操作状态处理单元404存储驱动这些门所需的所有常数和变量，例如驱动距离等，并通过分析从无刷直流电机214产生的转子位置信号(pr)计算门30a或30b的移动距离和速度。此外，根据这些常数和变量确定门30a和30b是否到达停止位置。并且，作为该确定的结果产生终点信号。
电机驱动单元406根据命令和/或由门操作状态处理单元404提供的已分析数据，控制无刷直流电机214的转动、转动方向、转动速度等。
接下来，参照图6，图6显示了应用本发明的门驱动装置200的电梯门系统2的另一个实施例的示意性方框图。如图6所示，通过使用把转矩从无刷直流电机214传送到门30a和30b的两级滑轮16a和16b对电梯门系统2进行配置，以提高根据本发明的门驱动装置200的控制精度。
根据本实施例，根据本发明的门驱动装置200的控制精度与第二滑轮16b的轴直径对第一滑轮16a的轴直径的比率成比例地提高。
根据本发明，可以通过直接利用无刷直流电机200的转子位置信号(pr)提供驱动电梯门的装置和方法，其可以满足电梯门的控制特性。
此外，根据本发明，还可以提供驱动电梯门驱动装置的装置和方法，该电梯门驱动装置不但执行能够满足电梯门的控制特性的必要和充分控制，而且提高了电力消耗的效率和控制稳定性。
权利要求
1.一种门驱动装置，该门驱动装置包括用于提供电力的电源、往复移动预定驱动距离的门、以及用于将旋转运动转换成线性运动以打开或关闭所述门的动力传送单元，该门驱动装置包括无刷直流电机，用于提供驱动所述门的转矩并输出转子位置信号(pr)；以及控制器，用于根据从所述无刷直流电机输出的所述转子位置信号确定所述门的操作状态，并响应于所确定的所述门的操作状态驱动所述无刷直流电机。
2.根据权利要求1所述的门驱动装置，其中所述控制器执行驱动距离测量操作，用于在初次安装时测量从所述门完全打开的位置到所述门紧闭的另一位置的距离，并存储所测量的距离作为驱动距离；终点信号输出操作，用于在通过检测所述转子位置信号(pr)确定所述门在所述门完全打开的所述位置或者在所述门紧闭的所述另一位置的情况下，产生表示所述门到达停止位置的终点信号；以及门驱动操作，用于响应于开门命令或关门命令使所述无刷直流电机沿预定方向转动，根据从所述无刷直流电机输入的所述转子位置信号(pr)计算所述门的移动距离，并且通过在所述计算的移动距离变得与所述驱动距离基本相等时确定所述门到达停止位置，来停止所述无刷直流电机的驱动。
3.根据权利要求2所述的门驱动装置，其中所述控制器包括门驱动命令操作单元，用于接收并至少暂时存储所述开门命令或所述关门命令；门操作状态处理单元，用于从所述无刷直流电机接收所述转子位置信号(pr)，并通过分析所接收的所述转子位置信号确定所述门的操作状态；以及电机驱动单元，用于根据从所述门驱动命令操作单元接收的所述开门命令或所述关门命令以及由所述门操作状态处理单元确定的所述门的所述操作状态，驱动所述无刷直流电机。
4.根据权利要求3所述的门驱动装置，其中，所述门操作状态处理单元存储驱动所述门所需的一个或多个常数和/或变量，通过分析由所述无刷直流电机产生的所述转子位置信号(pr)计算所述门的移动距离和/或速度，根据所述一个或多个常数和/或变量确定所述门是否到达所述停止位置，并且作为所述确定的结果产生所述终点信号。
5.一种电梯门系统的门驱动方法，该电梯门系统包括用于提供电力的电源、往复移动预定驱动距离的门、用于提供驱动所述门的转矩并输出转子位置信号(pr)的无刷直流电机、以及用于将所述无刷直流电机的转矩传送到所述门的动力传送单元，所述方法包括以下步骤接收来自所述电梯系统的控制装置的门驱动命令；接收从所述无刷直流电机输出的所述转子位置信号(pr)；根据所述接收的转子位置信号(pr)确定所述门的操作状态；以及根据所述确定的所述门的操作状态驱动所述无刷直流电机。
6.根据权利要求5所述的门驱动方法，还包括以下步骤执行驱动距离测量操作，用于在初次安装时测量从所述门完全打开的位置到所述门紧闭的另一位置的距离，并存储所测量的距离作为驱动距离。
7.根据权利要求5所述的门驱动方法，还包括以下步骤执行终点信号输出操作，用于在通过检测所述转子位置信号(pr)确定所述门处于所述门完全打开的所述位置或者所述门紧闭的所述另一位置的情况下，产生表示所述门到达停止位置的终点信号。
8.根据权利要求5所述的门驱动方法，还包括以下步骤执行初始化操作，用于通过将所述门移动到预定初始位置，来设置所述门的当前位置。
9.根据权利要求5到8中的任何一个所述的门驱动方法，其中确定所述门的操作状态的所述步骤包括以下步骤根据从所述无刷直流电机输入的所述转子位置信号(pr)计算所述门的移动距离；以及当所述计算的移动距离变得与所述驱动距离基本相等时，确定所述门到达停止位置。
全文摘要
公开了一种用于驱动电梯门的装置和方法，该电梯门使用提供滑动力的无刷直流电机。
文档编号B66B13/14GK1701034SQ02815026
公开日2005年11月23日 申请日期2002年5月20日 优先权日2001年7月31日
发明者沈东埈, 尹智泽 申请人:Emt国际有限公司