一種磁懸浮電梯及懸浮控制系統和懸浮控制方法與流程

本發明涉及電梯領域，特別涉及一種磁懸浮電梯及懸浮控制系統和懸浮控制方法。

背景技術：

伴隨經濟的快速發展和城鎮化進程的不斷深入，我國的電梯行業正經歷著一個高速發展期。我國電梯產量從1990年的1.03萬臺增長到2010年的36.5萬臺，年復合增長率19.5%，國內電梯需求量從2000年的僅3.72萬臺增長到2010年的32.97萬臺，到2010年底，我國電梯保有量超過160萬臺。

我國對節能電梯的需求量較大，需求增長強勁，2008 年-2014 年的復合增長率將達27.27%，大大超過了我國電梯總體需求的增長速度。高性能釹鐵硼永磁材料作為節能電梯曳引機的核心零部件，其市場需求必將隨節能電梯的發展而快速增長。每臺節能電梯約需使用6kg高性能釹鐵硼永磁材料。按此估算，2009年，我國節能電梯行業需使用高性能釹鐵硼永磁材料1,014噸，預計到2014年，我國節能電梯行業需使用高性能釹鐵硼永磁材料達3,123噸。2006-2014年中國節能電梯行業對高性能釹鐵硼永磁材料需求變化情況。

而相比于電梯市場的迅猛發展，電梯的技術發展卻一直停滯不前，在如何實現節省電梯運行能源消耗、如何提升乘坐體驗、如何實現高精度控制等方面，沒有取得實質性的突破。

而隨著磁懸浮技術的快速發展和進步，整體技術已經非常成熟，將磁懸浮技術應用到電梯上，擺脫傳統的液壓拉動式方式，將對電梯行業影響深遠，造成巨大的革新。

技術實現要素：

鑒于此，本發明提供了一種磁懸浮電梯及懸浮控制系統和懸浮控制方法，本發明具有運行速度快、用戶體驗好、控制精度高、節約能源等優點。

本發明采用的技術方案如下：

一種磁懸浮電梯，其特征在于，所述磁懸浮電梯包括：轎體；所述轎體的頂部設置有頂部磁體，底部設置有底部磁體，左邊設置有三個完全一樣的左磁體；右邊設置有三個完全一樣右磁體；所述磁懸浮電梯還包括：位于底部的底部懸浮裝置，頂部的頂部懸浮裝置；左側的左懸浮裝置和右側的右懸浮裝置。

所述底部懸浮裝置、頂部懸浮裝置、左懸浮裝置和右懸浮裝置的內部都設置有懸浮控制系統；所述頂部磁體與底部磁體的異極相對設置。

所述左磁體和右磁體的異極相對設置。

所述系統包括懸浮磁極、位置傳感器、加速度傳感器、前級處理電路、第一模數轉換器、熔斷器、整流橋、電源、主控制器、斬波器、上位控制終端、第二模數轉換器和示波器；所述懸浮磁極信號分別信號連接于位置傳感器、加速度傳感器和斬波器；所述位置傳感器信號連接于前級處理電路；所述加速度傳感器信號連接于前級處理電路；所述前級處理電路信號連接于第一模數轉換器；所述第一模數轉換器信號連接于主控制器；所述主控制器分別信號連接于上位控制終端、斬波器和第二模數轉換器；所述第二模數轉換器信號連接于示波器；所述斬波器信號連接于熔斷器；所述熔斷器信號連接于整流橋；所述整流橋信號連接于電源。

所述懸浮磁極，用于根據斬波器發送過來的電流強度生成不同強度的磁場，進而推動轎體運動；所述位置傳感器，用于實時獲取轎體的位置信息；所述加速度傳感器，用于實時獲取轎體的加速度信息；所述前級處理電路，用于將傳感器獲取的信號進行放大，以及將信號進行轉換和濾波；所述第一模數轉換器，用于將模擬信號轉換為數字信號；所述主控制器，用于根據接收到的信號，控制系統的運行，進而控制電梯的運行狀態；所述斬波器，用于將電壓值固定的直流電，轉換為電壓值可變的直流電源，進而控制懸浮磁極產生的磁場強度；所述熔斷器，用于當電流超過規定值時，以本身產生的熱量使熔體熔斷，斷開電路；所述整流橋，用于將交流電轉換為直流電；所述電源，用于給系統運行提供能源；所述第二模數轉換器，用于將主控制器發送過來的數字信號轉換為模擬信號，并發送至示波器進行顯示分析；所述上位控制終端，用于對整個系統進行上位控制。

所述主控制器為DSP處理器；所述斬波器為具有高輸入電流變化率的H型斬波器。

一種懸浮控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：系統啟動，在主控制器中建立懸浮控制模型；

步驟2：電源為懸浮控制系統進行供電，電流經整流橋進行整流后，將整流后的電流經熔斷器發送至斬波器；

步驟3：此時，位置傳感器和加速度傳感器將感應到的位置信息和加速度信息發送至前級處理電路，經前級處理電路和第一數模轉換器處理后發送至主控制器；

步驟4：主控制器根據接收到的數據信息，控制斬波器的運行狀態，進而控制懸浮磁極產生的磁場強度；

步驟5：主控制器將接收到的傳感器信息發送至示波器和上位控制終端。

所述懸浮控制模型建立的方法為：

步驟1：忽略磁體內部的漏磁通，得出懸浮系統的數學方程為：

;

;

;

;

其中，為懸浮質量，為電磁力，為外部干擾力，為電磁鐵電壓，QUOTE為電磁鐵電流，為線圈匝數，為線圈電阻，為有效磁面積，為等效氣隙，為實際懸浮氣隙， 為真空磁導率，為鐵心磁導率，為磁路在鐵心和軌道中的總長度，為永磁體的剩余矯頑力，為永磁體的剩磁，為永磁體的厚度；

該方程即為懸浮控制系統的數學模型。

采用以上技術方案，本發明產生了以下有益效果：

1、數字控制，實時性強：本發明的電梯系統采用DSP處理器進行控制，既保證了計算和控制的實時性，又能充分發揮數字控制的諸多優點。。

2、用戶體驗好：本發明的電梯采用磁力作為電梯運行的來源，力的作用不通過直接接觸產生，電梯運行和停止的整個過程中，更加平滑，用戶體驗更好。

3、節約能源：本發明的電梯，由于運行過程中基本是處于懸浮狀態，除了重力以外，沒有其他阻力阻礙電梯的運行，達到相同的速度，在運行過程中消耗的能源更少。

4、運行速度快：本發明的電梯，幾乎已經沒有摩擦力帶來的阻力，直接通過磁力推動，加速更快，速度也更快。

附圖說明

圖1是本發明的一種磁懸浮電梯及懸浮控制系統和懸浮控制方法的電梯構示意圖。

圖2是本發明的一種磁懸浮電梯及懸浮控制系統和懸浮控制方法的系統結構示意圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書（包括任何附加權利要求、摘要）中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

本發明實施例1中提供了一種磁懸浮電梯,電梯結構圖如圖1所示：

一種磁懸浮電梯，其特征在于，所述磁懸浮電梯包括：轎體；所述轎體的頂部設置有頂部磁體，底部設置有底部磁體，左邊設置有三個完全一樣的左磁體；右邊設置有三個完全一樣右磁體；所述磁懸浮電梯還包括：位于底部的底部懸浮裝置，頂部的頂部懸浮裝置；左側的左懸浮裝置和右側的右懸浮裝置。

所述底部懸浮裝置、頂部懸浮裝置、左懸浮裝置和右懸浮裝置的內部都設置有懸浮控制系統；所述頂部磁體與底部磁體的異極相對設置。

所述左磁體和右磁體的異極相對設置。

所述系統包括懸浮磁極、位置傳感器、加速度傳感器、前級處理電路、第一模數轉換器、熔斷器、整流橋、電源、主控制器、斬波器、上位控制終端、第二模數轉換器和示波器；所述懸浮磁極信號分別信號連接于位置傳感器、加速度傳感器和斬波器；所述位置傳感器信號連接于前級處理電路；所述加速度傳感器信號連接于前級處理電路；所述前級處理電路信號連接于第一模數轉換器；所述第一模數轉換器信號連接于主控制器；所述主控制器分別信號連接于上位控制終端、斬波器和第二模數轉換器；所述第二模數轉換器信號連接于示波器；所述斬波器信號連接于熔斷器；所述熔斷器信號連接于整流橋；所述整流橋信號連接于電源。

所述懸浮磁極，用于根據斬波器發送過來的電流強度生成不同強度的磁場，進而推動轎體運動；所述位置傳感器，用于實時獲取轎體的位置信息；所述加速度傳感器，用于實時獲取轎體的加速度信息；所述前級處理電路，用于將傳感器獲取的信號進行放大，以及將信號進行轉換和濾波；所述第一模數轉換器，用于將模擬信號轉換為數字信號；所述主控制器，用于根據接收到的信號，控制系統的運行，進而控制電梯的運行狀態；所述斬波器，用于將電壓值固定的直流電，轉換為電壓值可變的直流電源，進而控制懸浮磁極產生的磁場強度；所述熔斷器，用于當電流超過規定值時，以本身產生的熱量使熔體熔斷，斷開電路；所述整流橋，用于將交流電轉換為直流電；所述電源，用于給系統運行提供能源；所述第二模數轉換器，用于將主控制器發送過來的數字信號轉換為模擬信號，并發送至示波器進行顯示分析；所述上位控制終端，用于對整個系統進行上位控制。

所述主控制器為DSP處理器；所述斬波器為具有高輸入電流變化率的H型斬波器。

本發明實施例2中提供了一種磁懸浮電梯及懸浮控制系統，電梯結構圖如圖1所示，系統結構如圖2所示：

一種懸浮控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：系統啟動，在主控制器中建立懸浮控制模型；

步驟2：電源為懸浮控制系統進行供電，電流經整流橋進行整流后，將整流后的電流經熔斷器發送至斬波器；

步驟3：此時，位置傳感器和加速度傳感器將感應到的位置信息和加速度信息發送至前級處理電路，經前級處理電路和第一數模轉換器處理后發送至主控制器；

步驟4：主控制器根據接收到的數據信息，控制斬波器的運行狀態，進而控制懸浮磁極產生的磁場強度；

步驟5：主控制器將接收到的傳感器信息發送至示波器和上位控制終端。

所述懸浮控制模型建立的方法為：

步驟1：忽略磁體內部的漏磁通，得出懸浮系統的數學方程為：

;

;

;

;

其中，Q為懸浮質量，為電磁力，為外部干擾力，為電磁鐵電壓，為電磁鐵電流， 為線圈匝數，為線圈電阻，為有效磁面積，為等效氣隙，為實際懸浮氣隙，為真空磁導率，為鐵心磁導率，為磁路在鐵心和軌道中的總長度，為永磁體的剩余矯頑力，為永磁體的剩磁，為永磁體的厚度；

該方程即為懸浮控制系統的數學模型。

本發明實施例3中提供了一種磁懸浮電梯及懸浮控制系統和懸浮控制方法，電梯結構圖如圖1所示，系統結構如圖2所示：

一種磁懸浮電梯，其特征在于，所述磁懸浮電梯包括：轎體；所述轎體的頂部設置有頂部磁體，底部設置有底部磁體，左邊設置有三個完全一樣的左磁體；右邊設置有三個完全一樣右磁體；所述磁懸浮電梯還包括：位于底部的底部懸浮裝置，頂部的頂部懸浮裝置；左側的左懸浮裝置和右側的右懸浮裝置。

所述底部懸浮裝置、頂部懸浮裝置、左懸浮裝置和右懸浮裝置的內部都設置有懸浮控制系統；所述頂部磁體與底部磁體的異極相對設置。

所述左磁體和右磁體的異極相對設置。

所述系統包括懸浮磁極、位置傳感器、加速度傳感器、前級處理電路、第一模數轉換器、熔斷器、整流橋、電源、主控制器、斬波器、上位控制終端、第二模數轉換器和示波器；所述懸浮磁極信號分別信號連接于位置傳感器、加速度傳感器和斬波器；所述位置傳感器信號連接于前級處理電路；所述加速度傳感器信號連接于前級處理電路；所述前級處理電路信號連接于第一模數轉換器；所述第一模數轉換器信號連接于主控制器；所述主控制器分別信號連接于上位控制終端、斬波器和第二模數轉換器；所述第二模數轉換器信號連接于示波器；所述斬波器信號連接于熔斷器；所述熔斷器信號連接于整流橋；所述整流橋信號連接于電源。

所述懸浮磁極，用于根據斬波器發送過來的電流強度生成不同強度的磁場，進而推動轎體運動；所述位置傳感器，用于實時獲取轎體的位置信息；所述加速度傳感器，用于實時獲取轎體的加速度信息；所述前級處理電路，用于將傳感器獲取的信號進行放大，以及將信號進行轉換和濾波；所述第一模數轉換器，用于將模擬信號轉換為數字信號；所述主控制器，用于根據接收到的信號，控制系統的運行，進而控制電梯的運行狀態；所述斬波器，用于將電壓值固定的直流電，轉換為電壓值可變的直流電源，進而控制懸浮磁極產生的磁場強度；所述熔斷器，用于當電流超過規定值時，以本身產生的熱量使熔體熔斷，斷開電路；所述整流橋，用于將交流電轉換為直流電；所述電源，用于給系統運行提供能源；所述第二模數轉換器，用于將主控制器發送過來的數字信號轉換為模擬信號，并發送至示波器進行顯示分析；所述上位控制終端，用于對整個系統進行上位控制。

所述主控制器為DSP處理器；所述斬波器為具有高輸入電流變化率的H型斬波器。

一種懸浮控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：系統啟動，在主控制器中建立懸浮控制模型；

步驟2：電源為懸浮控制系統進行供電，電流經整流橋進行整流后，將整流后的電流經熔斷器發送至斬波器；

步驟3：此時，位置傳感器和加速度傳感器將感應到的位置信息和加速度信息發送至前級處理電路，經前級處理電路和第一數模轉換器處理后發送至主控制器；

步驟4：主控制器根據接收到的數據信息，控制斬波器的運行狀態，進而控制懸浮磁極產生的磁場強度；

步驟5：主控制器將接收到的傳感器信息發送至示波器和上位控制終端。

所述懸浮控制模型建立的方法為：

步驟1：忽略磁體內部的漏磁通，得出懸浮系統的數學方程為：

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其中，為懸浮質量，為電磁力，為外部干擾力，為電磁鐵電壓，為電磁鐵電流， 為線圈匝數，為線圈電阻，為有效磁面積，為等效氣隙，為實際懸浮氣隙，為真空磁導率，為鐵心磁導率，為磁路在鐵心和軌道中的總長度，為永磁體的剩余矯頑力，為永磁體的剩磁，為永磁體的厚度；

該方程即為懸浮控制系統的數學模型。

本發明的電梯系統采用DSP處理器進行控制，既保證了計算和控制的實時性，又能充分發揮數字控制的諸多優點。。

本發明的電梯采用磁力作為電梯運行的來源，力的作用不通過直接接觸產生，電梯運行和停止的整個過程中，更加平滑，用戶體驗更好。

本發明的電梯，由于運行過程中基本是處于懸浮狀態，除了重力以外，沒有其他阻力阻礙電梯的運行，達到相同的速度，在運行過程中消耗的能源更少。

本發明的電梯，幾乎已經沒有摩擦力帶來的阻力，直接通過磁力推動，加速更快，速度也更快。

本發明并不局限于前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。