用于確定無繩電梯系統中磁性部件的磁場取向的系統和方法與流程

本公開大體上涉及電梯系統，并且更具體地說，涉及自推進電梯系統。

發明背景

自推進電梯系統，也稱為無繩電梯系統，被設想為在電梯系統的單個井道部分中需要多個電梯轎廂的各種應用(諸如高層建筑)中是有用的。在高層建筑中，由于需要大量的繩索來起作用，常規電梯可能無法實現。

在無繩電梯系統中，第一井道可被指定用于電梯轎廂的向上行進，而第二井道被指定用于電梯轎廂的向下行進。另外，可包括轉接站以便在第一井道與第二井道之間水平地移動電梯轎廂。

為了推動電梯轎廂在井道中來回移動，無繩電梯系統可采用線性電動機來產生必要的推力。線性電動機可包括圍繞井道設置的載流線圈和設置在一個或多個電梯轎廂上的磁體。線圈和磁體之間的相互作用生成推力。為了適當的操作，線圈和磁體的相應磁極必須適當地對準以便于適當的磁場取向。因此，需要用于確定無繩電梯系統中磁性部件的磁場取向的系統和方法。

發明概要

根據本公開的一個方面，公開了一種無繩電梯系統。所述無繩電梯系統可包括：電梯轎廂；井道，電梯轎廂在所述井道中行進；以及無繩推進系統。無繩推進系統可包括：電繞組，所述電繞組由電源供電，所述電繞組附連到固定結構，所述固定結構與井道相關聯；以及磁體，所述磁體附連到移動結構，所述移動結構與電梯轎廂相關聯，并且所述電繞組與所述磁體之間的相互作用生成對在井道中行進的電梯轎廂的推力。所述無繩電梯系統還可包括一組霍爾效應傳感器，所述一組霍爾效應傳感器確定感測到的磁場，所述感測到的磁場與由繞組攜載的電流相關聯并且被用來確定由繞組攜載的電流相對于磁體的磁場取向。

在一個改進方案中，可使用由繞組攜載的電流相對于磁體的磁場取向來確定由繞組攜載的電流與磁體是否對準以實現推進系統的正常功能。

在一個改進方案中，使用由繞組攜載的電流相對于磁體的磁場取向來對推進系統執行故障檢測操作。

在一個改進方案中，一組霍爾效應傳感器可設置在電梯轎廂上。

在另一個改進方案中，所述一組霍爾效應傳感器中的至少一個構件可緊鄰移動結構的頂部部分設置。

在又一個改進方案中，所述一組霍爾效應傳感器中的至少一個構件可緊鄰移動結構的底部部分設置。

在一個改進方案中，所述磁體可包括一系列永磁體。

在另一個改進方案中，所述一系列永磁體可布置成海爾貝克(Hallbach)陣列。

在一個改進方案中，所述繞組可布置成多相布置。

根據本公開的另一個方面，公開了一種用于操作無繩電梯系統的方法。無繩電梯系統可包括電梯轎廂和所述電梯轎廂在其中行進的井道。所述方法可包括生成對在井道中行進的電梯轎廂的推力，其中所述推力是由無繩推進系統生成的，所述無繩推進系統包括：電繞組，所述電繞組由電源供電，所述電繞組附連到固定結構，所述固定結構與井道相關聯；以及磁體，所述磁體附連到移動結構，所述移動結構與電梯轎廂相關聯，并且所述電繞組與所述磁體之間的相互作用生成推力。所述方法還包括：使用一組霍爾效應傳感器來確定感測到的磁場，所述感測到的磁場與由繞組攜載的電流相關聯；以及使用所述感測到的與繞組相關聯的磁場來確定由繞組攜載的電流相對于磁體的磁場取向。

在一個改進方案中，所述方法還可包括：使用由繞組攜載的電流相對于磁體的磁場取向來確定由繞組攜載的電流與磁體是否對準以實現推進系統的正常功能。

在一個改進方案中，所述方法還可包括：使用由繞組攜載的電流相對于磁體的磁場取向來對推進系統執行故障檢測操作。

在另一個改進方案中，所述方法可包括：如果檢測到故障，執行電梯轎廂的緊急停止操作，所述故障是通過針對推進系統的故障檢測操作確定的。

在一個改進方案中，所述一組霍爾效應傳感器可設置在電梯轎廂上。

在一個改進方案中，所述磁體可包括一系列永磁體。

在另一個改進方案中，所述一系列永磁體可布置成海爾貝克陣列。

在一個改進方案中，所述繞組可布置成多相布置。

在一個改進方案中，所述方法還可包括：使用由繞組攜載的電流相對于磁體的磁場取向在電梯轎廂的啟動操作之前來確定磁體是否與繞組適當地對準。

根據本公開的另一個方面，公開了一種用于無繩電梯系統的推進系統。所述推進系統可包括：電繞組，所述電繞組由電源供電，所述電繞組附連到固定結構；磁體，所述磁體附連到移動結構，并且所述電繞組與所述磁體之間的相互作用生成推力；以及一組霍爾效應傳感器，所述一組霍爾效應傳感器確定感測到的與由繞組攜載的電流相關聯的磁場并且使用所述磁場來確定繞組相對于磁體的磁場取向。

在一個改進方案中，所述磁體是布置成海爾貝克陣列的一系列永磁體。

附圖簡述

圖1是根據示例性實施方案的無繩電梯系統。

圖2是示例性實施方案中的井道中的電梯轎廂的俯視圖。

圖3是示例性實施方案中的推進系統的移動部分的俯視圖。

圖4是示例性實施方案中的推進系統的固定部分和移動部分的俯視圖。

圖5是示例性實施方案中的電梯轎廂和推進系統的透視圖。

圖6是示例性實施方案中的推進系統的示意圖。

圖7是示例性實施方案中的推進系統的磁體和繞組的配置的示意圖。

圖8是井道中的示例性電梯轎廂的側視圖。

圖9是與圖8的示例性電梯轎廂相關聯的推進系統的示意性側視圖。

圖10是示出用于操作無繩電梯系統的方法的實施方案的示例性流程圖。

應當理解，附圖未必按比例繪制，并且所公開的實施方案有時是以圖解方式或局部視圖的方式示出的。在某些情況下，對理解本公開不必要的細節或使其他細節難以理解的細節可能已經省略。應當理解，當然，本公開不限于本文所說明的特定實施方案。

此外，以下將詳細示出和描述本公開的某些說明性實施方案，但是本公開允許各種修改和替代構造。本發明不限于所公開的具體實施方案，而是包括所有修改、替代構造和其等效物。

具體實施方式

現參考圖1，示出了無繩電梯系統20的示例性實施方案。出于說明性目的示出電梯系統20以幫助公開本發明的各種實施方案。如本領域的技術人員所理解的，圖1并未示出示例性無繩電梯系統的所有部件，而且所示的特征結構也不必包括在所有無繩電梯系統中。

無繩電梯系統20可包括：第一井道22，一個或多個電梯轎廂24在其中向上行進；以及第二井道26，電梯轎廂24在其中向下行進。無繩電梯系統20可在第一井道22中將電梯轎廂24從第一樓層28輸送到頂部樓層30。相反地，無繩電梯系統20可在第二井道26中將電梯轎廂24從頂部樓層30輸送到第一樓層28。此外，電梯轎廂24也可在中間樓層32處停止以允許進出電梯轎廂24。中間樓層32可包括在頂部樓層30與第一樓層28之間的與第一井道22和/或第二井道26相關聯的任何樓層。

在頂部樓層30上方，上部轉接站34可橫跨第一井道22和第二井道26定位。下部轉接站34可使電梯轎廂24水平運動，以便將電梯轎廂24從第一井道22移動到第二井道26。應當理解，上部轉接站34可位于頂部樓層30處，而不是位于頂部樓層30上方。另外，下部轉接站可在第一樓層28下方橫跨第一井道22和第二井道26定位。下部轉接站36可使電梯轎廂24水平運動，以便將電梯轎廂24從第二井道26移動到第一井道22。應當理解，下部轉接站36可位于第一樓層28處，而不是位于第一樓層下方。

第一井道22、上部轉接站34、第二井道26和下部轉接站26可包括環路38，其中轎廂24循環到多個樓層28、30、32并且停止以允許樓層28、30、32的乘客進出。

參考圖2-7，示出了可包括在電梯系統20中的推進系統50。推進系統50可設置在井道22、26和轉接站34、36中的電梯轎廂24上。推進系統50可生成推力以使電梯轎廂24垂直運動，從而推動電梯轎廂24在井道22、26內從一個樓層到下一個樓層并且推動電梯轎廂24進入和離開轉接站34、36。推進系統50可包括安裝在每個電梯轎廂24上的移動部分52和安裝到結構構件56的固定部分54，所述固定部分54定位在井道22、26和/或轉接站34、36內。移動部分52和固定部分54的相互作用生成推力，以使電梯轎廂24在井道22、26和轉接站34、36內沿垂直方向移動。這種推進系統50可實現為例如線性電動機。

在一個實例中，移動部分52包括永磁體58，而固定部分54包括安裝在結構構件56上的繞組60、62。永磁體58可附接到移動部分52的支撐元件64，其中所述支撐元件64聯接到電梯轎廂24。結構構件56可由鐵磁材料制成并且通過支撐架66聯接到第一井道22和/或第二井道26的壁。繞組60、62可形成在結構構件56周圍。繞組60可包括位于第一井道22內的推進系統的固定部分并且繞組62可包括位于第二井道26內的推進系統的固定部分。移動部分52的支撐元件64可圍繞繞組60、62定位，從而使得繞組60、62和永磁體58相鄰。

電源68可向第一井道22中的繞組60供電，以便在第一井道22和轉接站34、36中向上推動一個或多個電梯轎廂24。當向繞組60施加電壓時，繞組60與永磁體58之間的相互作用使電梯轎廂24能夠運動。第二井道26中的繞組62可操作為再生制動器，以控制一個或多個電梯轎廂24在第二井道26和轉接站34、36中的下降。繞組62還可提供回到驅動單元的電流，例如以便對電力系統進行再充電。

為了進一步詳細說明永磁體58與繞組60之間的相互作用，圖6示出永磁體58相對于繞組60的示例性布置。如圖2-5所見，永磁體58通過移動部分52附接到電梯轎廂24。因此，所示出的一系列永磁體58可在電梯轎廂24的整個高度上重復。

永磁體58可布置成海爾貝克陣列。海爾貝克陣列是永磁體58的特定布置，所述布置增強永磁體58的一個側面上的磁場同時將永磁體58的另一個側面上的磁場抵消到接近于零。通過將永磁體58布置成空間上旋轉的磁化模式來形成海爾貝克陣列。圖6的永磁體58包括箭頭，所述箭頭表示每個單獨永磁體58的磁化方向，從而例示出海爾貝克陣列。這種布置可在所期望的側面上產生較大磁場同時消除相對側面上的雜散磁場。

設置在永磁體58之間、與固定部分54相關聯的繞組60可包括圍繞井道22以多相布置線性地布置的多組線圈。當電流施加到繞組60時，繞組60產生磁通。繞組60的磁通產生的磁場由圖6的圓圈來表示，并且在每個圓圈處的箭頭指示在所述圓圈周圍的磁通方向。在繞組60的情況下，當線圈中的磁極按照本領域中已知的矢量控制方法改變時，所述磁極將變換成電流。

圖7還示出具有被設置在井道22中的軌道51的示例性推進系統50。軌道51可包括多個固定部分54。類似于圖2-6，每個固定部分54包括安裝到其上的多個繞組60。電源68可向每個固定部分54單獨地供電，其中可使用與多個固定部分54相關聯的多個開關63的相應構件來激活/去激活來自電源68的電力。

電梯轎廂24，包括移動部分52，可沿軌道51設置。移動部分52，包括永磁體58，可與多個固定部分54相互作用。當電梯轎廂24的移動部分52與軌道51上的固定部分56對準時，固定部分54的繞組60可從電源68接收電力。控制器57可向固定部分56發送信號/從固定部分56接收信號，以激活多個固定部分56的電梯轎廂24定位在其中的構件，從而推動電梯轎廂24。

現在轉向圖8和圖9，示出了井道22中的電梯轎廂24，其中一組霍爾效應傳感器81緊鄰移動部分52和其中的磁體58設置在電梯轎廂24上。霍爾效應傳感器81是響應于磁場和/或磁場的變化而產生輸出電壓信號的換能器。

霍爾效應傳感器81可確定通過霍爾效應傳感器81(如圖9所示)的磁場的大小和極性。由繞組60中的電流產生的磁極是磁場強度最高的位置。可使用一組霍爾效應傳感器81來確定由繞組60中的電流產生的北極和南極相對于傳感器位置的位置。因為霍爾效應傳感器81相對于磁體58的位置是已知的，所以可以使用來自霍爾效應傳感器的輸出來確定由繞組60攜載的電流產生的磁場相對于磁體58位置的位置。在本發明的實例中，由繞組60攜載的電流的所期望磁場取向可以是已知的，并且與霍爾效應傳感器81感測到的磁場相比較來確定磁場取向是否正確。因此，使用所述一組霍爾效應傳感器81，所述一組霍爾效應傳感器81可確定由繞組60攜載的電流相對于磁體58的磁場取向。

所述一組霍爾效應傳感器81可通過以下方式來確定電梯轎廂24的永磁體58是否與繞組60適當地對準：確定由所述繞組生成的磁場相對于永磁體58中磁極位置的位置。如圖9的布置中所見，當移動部分52和固定部分54適當地對準時，通電繞組60的節段可延伸超過位于電梯轎廂頂部和/或底部的磁體陣列。因為供應到固定部分54的電流的大小和角度以及磁體與霍爾效應傳感器81之間的物理間距可被配置并且是已知的，所以推進系統50本身和/或任選的相關聯控制器(例如，控制器67)可能夠基于來自霍爾效應傳感器81的輸出來確定磁體58相關于繞組60的磁場取向。

當電梯轎廂24和其相關聯的永磁體58移動時，可以使用由霍爾效應傳感器81產生的反饋來驗證當電梯轎廂24達到與所述一系列繞組60對準時下一系列繞組60在適當地起作用，從而執行故障檢測功能。因為由電源68提供的各個驅動器產生的電力/電流電平是已知的，所以繞組60的線圈節段的位置是已知的。使用霍爾效應傳感器81，可基于繞組60的磁極節距在多個電度的給定精度內確定磁體58相對于繞組60的絕對定位。

維持繞組60相對于磁體58的適當磁場取向確保來自繞組60的電流和永磁體58的磁場被正確地定位以實現最佳的推力生成和控制。當繞組60可作為圍繞井道22的一系列區段重復時，維持磁場取向有利于確保繞組60的適當區段被通電并且在正確的電平下通電以確保推進系統50的適當功能。霍爾效應傳感器81可具有以下功能：基于無故障狀態時的已知磁場水平來確定繞組的位于電梯轎廂24上方或下方的區段是否被適當地激活，因為當永磁體58隨著電梯轎廂24移動時，由繞組生成的磁場應當與永磁體58具有相同的關系。例如，當一組霍爾效應傳感器81正在檢測繞組60的磁場時，霍爾效應傳感器81應當能夠一直檢測到處于相同位置中的北極和南極，這是因為這兩個極應當一起移動。推進系統50的元件的這種磁極定位維持在控制推進系統50方面是有用的。

然而，如果在移動到繞組60的另一節段時磁極改變，那么推進系統50可能出現問題。另外或可替代地，如果沒有檢測到磁場，那么推進系統50可能未正確地起作用。因此，此類磁場取向監測系統在推進系統故障檢測方面是有用的。檢測此類故障和/或推進問題可觸發用于電梯轎廂的安全停止器。

圖10示出詳細說明用于無繩電梯系統20的操作方法的流程圖100。在框102處，無繩電梯系統20接收移動請求。所述移動請求可來自控制器57和/或電梯系統20識別為有效移動請求的任何其他信號。如果接收到有效的移動請求，那么將信號電流施加到繞組60(框104)。使用與電梯系統20相關聯的一組霍爾效應傳感器81來感測與由繞組60攜載的電流相關聯的磁場(框106)。使用感測到的與由繞組攜載的電流相關聯的磁場，相關于磁體來確定由繞組攜載的電流相對于磁體的磁場取向(框108)。

繼續到判斷110，方法100可確定由繞組60攜載的電流和磁體58是否適當地對準以實現推進系統50的功能。使用框108的磁場取向來確定所述判斷110。如果繞組未適當地對準，那么中止電梯系統20的運行。然而，如果繞組適當地對準，那么過程繼續。

另外，可以使用在框108處確定的磁場取向來進行故障檢測操作(判斷112)。可以使用所述磁場取向根據所識別的正常狀態來檢查：在磁體58與繞組60之間磁極位置是否對準、繞組60的適當區段是否攜載有電流和/或任何其他基于電力或對準的差異。如果故障檢測操作確定存在故障，那么電梯系統20可執行緊急停止功能(框113)。

工業實用性

從前述內容可以看出，本文所公開的技術在多種環境(諸如但不限于，用于確定無繩電梯系統中磁性部件的磁場取向的系統和方法)中具有工業實用性。使用本公開的教義，可以向無繩電梯系統提供用于安全地監測推進系統的繞組相對于永磁體的磁場取向的適當系統和方法。磁場取向是提供用于電梯系統的故障檢測方法和控制方法的重要因素。本文的系統和方法還可提供關于設備健康狀況以及與推進系統相關聯的各個設備功能的驗證手段。

雖然本公開參考了用于確定無繩電梯系統中磁性部件的磁場取向的系統和方法，但是本領域的技術人員應當理解，本文的教義也可用于其他應用中。因此，希望本發明的范圍不限于本文中作為用于實施本發明的最佳模式來呈現的實施方案，相反，本發明還將包括落入權利要求書精神和范圍內的所有等效物。