專利名稱：滾珠螺桿式電梯控制結構的制作方法
技術領域：
本發明是關于一種電梯控制結構，特別是一種具有較佳的安全性，并且使用滾珠螺桿做為傳動機構，而可在輕微的異常發生時即可快速被檢測得知的滾珠螺桿式電梯控制結構。
背景技術：
目前市面上的電梯主要分成兩種第一種是鋼索式電梯，為使用牽引機帶動鋼索，以使電梯的車廂上升或下降的電梯；第二種是油壓式電梯，為使用油壓缸以驅動車廂上升或下降的電梯。
鋼索式電梯主要可能發生危險的組件是帶動電梯的鋼索，當鋼索斷裂時會導致車廂有墜落的危險，而判斷鋼索是否會斷裂的檢查方法是檢查鋼索有沒有局部的斷裂，或檢查鋼索的直徑是否已明顯地變小。但是，鋼索是否有局部的斷裂，或是鋼索的直徑是否已明顯的變小，都很難由電梯的自動偵測系統察覺，故一定要每隔一定時間進行一次定期安全檢查，而且是由具有專業能力的檢查員進行檢查。為了電梯的安全，定期的安全檢查本來就是無可厚非，但是因為電梯的鋼索上常會附著一些黏稠的油脂，使得鋼索是否有局部的斷裂并不能夠很容易地被發現。所以雖然已安排定期的安全檢查，仍不確定可以把局部的鋼索斷裂確實的檢查出來，使得電梯仍隱藏著一些可能斷裂的不安全因素。
油壓式電梯可能發生危險的情況主要是電梯的油壓缸及油管破裂的問題，當油壓缸或油管破裂時會導致車廂有墜落的危險，而判斷油壓缸及油管是否會破裂是相當困難的，一般的檢查方式是檢查油壓系統是否有漏油的情況，因為只要油壓缸或油管破裂時，由于油壓的壓力很大，即會使油壓系統有漏油的情形發生。但是油壓缸及油管在定期檢查時雖然沒有裂縫，并不能保證電梯的油壓系統不會在下次定期檢查前發生裂縫，并且油壓缸的裂痕一旦產生，則由于在裂縫的附近會有應力集中的問題，將使裂縫逐漸變大，而導致故障產生。但是，油壓系統中的小裂縫產生，是很難由電梯的自動偵測系統察覺的，而安全檢查的周期通常又是每年一次，因此雖然在每次的定期安全檢查時油壓系統沒有問題，卻無法保證電梯不會在下次安全檢查前發生危險。
因此，目前現有技術的電梯由于其故障發生時無法被自動偵測系統偵測出來，所以設計上存在著很多安全上的盲點；而且有些設計即使是在定期的安全檢查時，仍無法把局部的輕微不良情形確實檢查出來，所以電梯的結構存在著很多問題，有待改善。
發明內容
本發明的第一目的在于提供一種具有自動偵測能力的電梯，使電梯的傳動組件發生異常時可以及時的被發現，而可及時被處理。
本發明的第二目的在于提供一種使用于電梯，具有較佳的安全性的電梯控制結構，使在電梯發生輕微異常時即可被快速檢測得知的滾珠螺桿式電梯控制結構。
本發明的第三目的在于提供一種電梯控制結構，以利電梯異常的處置，以提升電梯的安全性。
為達到本發明的發明目的，首先本發明研究如何使用自動偵測的方式，以偵測電梯是否已經發生故障。但是在鋼索的斷裂前，電梯車廂及牽引機等機構的負載并不會發生異常現象，只是在鋼索的長度會些微變長而已，而如此的變異量并不容易由簡單的位置感應器得知；同樣的情形也發生在油壓系統上，油壓系統漏油則壓力降低，但泵浦會補償而使油壓漏油也難以被自動偵探出來。
為克服此問題，本發明首先思考使用什么機構可以在發生故障時有明顯的電流值或電壓值變異，經過多次的嘗試后，發現滾珠螺桿具有如此的產品特性滾珠螺桿在發生故障時，幾乎都是螺帽中的滾珠系統異常或是滾動相關組件磨耗，而此時會導致滾珠螺桿的摩擦阻力急速上升，通常摩擦阻力可能會上升一至二十倍。一般的滾珠螺桿滾動摩擦的摩擦系數會小于0.01，而鋼鐵材料和鋼鐵材料間的滑動摩擦系數則在高達0.1至0.2，故當滾珠螺桿中的滾珠完全不旋轉而使滾珠螺桿的摩擦系數上升到0.1或0.2以上時，將會是很容易被偵測得知的，只是此時將導致馬達負載過大而電源跳脫，而使車廂上下無法移動。
為實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案如下一種滾珠螺桿式電梯控制結構，其包含一滾珠螺桿，連結至電梯的車廂；一電動機，是驅動滾珠螺桿旋轉，以帶動電梯的車廂上下運動；一運動控制單元，提供電動機作動的電能及控制電動機的運動參數；一電流檢測單元，檢測運動控制單元作動電動機的電流值，并將電流值傳輸予邏輯控制單元；一邏輯控制單元，分析電流檢測單元所測得的電流值和預設點正常電流值比較，當測得的電流值異常時即進行異常狀態處理。
其中的電動機是連接至滾珠螺桿的螺桿軸，以驅動螺桿軸旋轉，帶動滾珠螺桿的螺帽上下移動。
其中的電動機是連接至滾珠螺桿的螺帽，以驅動螺帽旋轉而沿滾珠螺桿的螺桿軸上下移動。
其中的預設點是指電動機速度不改變的區間。
其中的預設點是以測時計的時間判斷。
其中的預設點是以位置感應單元的訊號判斷。
其中的異常狀態處理包含產生一警告訊號，并傳輸至一警示裝置。
其中的異常狀態處理包含等待一樓層位置信號，并使電梯車廂等靠于最近的樓層后顯示一故障警示。
其中的異常狀態處理包含降低滾珠螺桿的速度，以避免滾珠螺桿的溫度異常上升。
其中的邏輯控制單元判斷電流值是否異常的標準為大于正常電流值10至30％。
本發明的有益效果在于1.本發明提供的一種具有自動偵測能力的電梯，在滾珠螺桿的摩擦阻力上升的過程中，由于滾珠螺桿承受的正向力相同，而摩擦系數增加的結果導致摩擦阻力加大，而產生高熱，甚至可能發生局部的金屬熔化現象，有可能導致滾珠螺桿卡死而使車廂動彈不得。所幸，本發明的研究發現，滾珠螺桿的摩擦阻力上升速度并不會快到來不及偵探或是來不及反應，因此只要在電梯中設置偵測裝置，并且實時處置即可避免危險情形的發生，而使電梯具有極佳的安全性；2.本發明提供的一種具有自動偵測能力的電梯，特別選用一滾珠螺桿來帶動電梯的車廂上下移動；而電動機用以驅動滾珠螺桿旋轉；運動控制單元，提供電動機作動的電能；而電流檢測單元，裝設于運動控制單元至電動機之間，以檢測運動控制單元作動電動機的電流值，并將電流值傳輸予邏輯控制單元；邏輯控制單元，分析電流檢測單元所測得的電流值和預設點正常電流值比較，當測得的電流值異常時即進行異常狀態處理。由此，使電梯的異常可以在危險發生前及時地被檢出，而避免危險及預外的發生。
為方便進一步了解本發明的特征及技術內容，請詳細參閱以下有關本發明的較佳實施例及說明，然而此實施例及圖式僅供說明及參考用，而非用以對本發明做任何限制。
圖1為本發明的滾珠螺桿式電梯控制結構的結構方塊2為本發明的邏輯控制單元的邏輯流程3為車廂內載重對電動機電流值的關系圖主要組件符號說明1 滾珠螺桿11 螺桿軸12 螺帽2 電動機3 運動控制單元4 電流檢測單元5 邏輯控制單元6 警示裝置7 電源8 位置檢測單元9 車廂具體實施方式
圖1為本發明的滾珠螺桿式電梯控制結構的示意圖，圖中的電梯控制結構包含一滾珠螺桿1、一電動機2、一運動控制單元3、一電流檢測單元4、一邏輯控制單元5、一警示裝置6、一電源7及一位置檢測單元8。其中的電源7連接至運動控制單元3，以提供運動控制單元3的電能；電源7可為一般的直流電源、單向交流電源或三相交流電源等；各種電子組件要進行工作都是需要使用電能的，電源7除了提供運動控制單元3作動的電能外，也可以直接或間接做為其它電子組件工作的電能。
運動控制單元3提供電動機2作動的電能，并控制電動機2的運動參數，運動參數包含電動機的運動方向，用以控制電梯的車廂9是向上移動或是向下移動；另外，電動機2的運動參數也包含了電動機2的運轉速度，以控制電梯車廂9移動的速度；電動機2可以是直流馬達或交流馬達，而通常為一交流三相感應馬達，是驅動滾珠螺桿1旋轉，以帶動電梯的車廂9沿滾珠螺桿1的軸向做上下運動。電流檢測單元4設置于運動控制單元3及電動機2之間，以檢測運動控制單元3作動電動機2的電流值，并將電流值傳輸予邏輯控制單元5；圖1中的電流檢測單元4是裝設于運動控制單元3及電動機2之間，以直接檢測電動機2的所使用電流值，但是在要求敏感性不高時，則將電流檢測單元4裝設于電源7及運動控制單元3之間以監測系統的總電流值，也可以有近似的監控效果。因為電梯的系統中，以電動機2所耗用的電力最大，故電梯的系統所消耗的電流值會接近于電動機2所消耗的電流值，因此在電梯系統各單元正常的情況下(不嚴重漏電或短路)，監測系統的總電流值也可以有近似的監控效果；但是在電梯系統中有些單元的功能不正常的情況下，則會有一些監測誤差。
邏輯控制單元5是接收來自于電流檢測單元4的電流值訊號，并將電流檢測單元4所測得的電流值和預設點正常電流值比較，當測得的電流值異常時即進行異常狀態處理。
電動機2是驅動滾珠螺桿1旋轉以帶動電梯車廂9沿滾珠螺桿1的軸向做上下運動。其中，滾珠螺桿1由螺桿軸11及螺帽12共同組成，由于滾珠螺桿1是使用鋼珠做為螺桿軸11及螺帽12相對運動的介質，而鋼珠的摩擦阻力很小，而機械傳動效率高，故不管是旋轉螺桿軸11來帶動螺帽12移動，或是直接旋轉螺帽12使其沿螺桿軸11軸向移動都是可行的驅動方式，因此，圖1中的電梯控制結構中，其電動機2可連接至滾珠螺桿1的螺桿軸11，以驅動螺桿軸11旋轉，使螺帽12沿螺桿軸11的軸向上下移動；也可以將電動機2連接至滾珠螺桿1的螺帽12，以驅動螺帽12旋轉并沿螺桿軸11的軸向上下移動。
圖1的邏輯控制單元5和一個警示裝置6是連接的，以利于當邏輯控制單元5判斷電流值發生異常時，可以實時控制其連結的警示裝置6作動，使相關人員得知電梯已處于異常的狀態；而位置檢測單元8是用以檢測電梯的車廂9是否已到達或已通過某一特殊點，用以判斷電動機2是否應已處于固定速度的狀態，或是用來感知電梯的車廂9是否已接近于電梯某一層樓的停靠點，而可開始減速，并停靠于該樓層。
圖2為本發明的邏輯控制單元5的邏輯流程圖，為方便于說明，以S表示流程圖中的各個步驟。邏輯流程圖的第一個步驟S1是開始，為邏輯流程圖起始點。邏輯流程圖的第二個步驟S2為一個判斷邏輯，用以判斷預設點是否到達，因為在電動機2執行加減速時，需要比較高的電流值，而其電能主要是提供電梯的車廂9及配重(未顯示)動能改變之用，和滾珠螺桿1的摩擦阻力大小關系不大，故為了取得和滾珠螺桿1是否摩擦阻力上升有關的正確訊號，比較電動機2的電流值的時機需要在電動機穩定旋動時較佳，故邏輯流程圖的第二個步驟是判斷預設點是否到達，如果預設點到達則執行第三步驟S3，如果尚未到達則繼續等待而持續執行S2，直到S2的條件符合為止才繼續第三步驟S3。S2中的預設點可以使用以下兩種方式來定義，第一種方式是定義一個電動機2的加減速時間，當邏輯控制單元5傳送一個電動機2的運動訊號給運動控制單元3以后，邏輯控制單元5中的定時器開始計時，而當計時的時間達到某一特定值時即表示預設點已經到達；第二種方式是使用一個位置檢測單元8(參考圖1)，并將該位置檢測單元8設置于電梯的車廂應已等速度移動的區域中，當該位置檢測單元8作動時即表示車廂應是在等速度的狀態下，而此時的電動機2也應該會是在等速度的運轉下，因此當邏輯控制單元接受到該位置檢測單元8回傳的訊號時，邏輯流程圖的第二個步驟S2的預設點即被判斷為已經到達。
邏輯流程圖的第三個步驟S3為讀取電動機的電流值，此步驟中邏輯控制單元5讀取電流檢測單元4的電流值。當電動機2為交流三相感應馬達時，其電動機2所連接的每一條接線的電流值可能會各不相同，比較保守的方式為量測每一條接線的電流值，但是因為在正常而電動機2未故障或欠相的情況下，電動機2的每一條接線的電流值并不會相差很多，因此如果只量測電動機2的其中一條接線的電流值也是經濟可行的做法。
邏輯流程圖的第四個步驟S4為比較讀取的電流值是否大于正常電流值，如果電流值并沒有大于正常電流值，表示滾珠螺桿1是在正常的工作狀況下，電梯系統仍是安全的，此時邏輯判斷直接跳到步驟十而結束；而如果S3所讀取的電流值是大于正常電流值時，即表示電梯系統已發生異常，則繼續S5至S9的異常狀態處理。
邏輯流程圖的第五個步驟S5為激活警示裝置6，以使人們警知電梯已經發生異常，不要繼續使用，并且盡速進行維修。這里提到的警示裝置6可能是一個蜂鳴器，或是一個閃光警示燈等，或是兩者的組合；而警示裝置6的設置位置可以設置于電梯的各樓層門口或(及)建筑物的管理中心等。
邏輯流程圖的第六個步驟S6為通知運動控制單元3降低電動機2的速度。由于滾珠螺桿1如果發生異常而使摩擦阻力上升時，因為摩擦力大，而產生的熱量也會多，容易使滾珠螺桿1的溫度上升，嚴重時可能導致局部的金屬熔化現象，其中的局部金屬熔化的產生機制類似于摩擦熔接的機制。因此，為避免系統的損害持續增加，降低電動機速度以降低滾珠螺桿1的旋轉速度是第一個應采取的異常處理步驟，因為滾珠螺桿1的旋轉速度減慢，單位時間內的發熱量減少，可以避免局部金屬熔化的現象，故S6設定為通知運動控制單元3降低電動機2的旋轉速度。
在降低電動機2速度后的第一個要務是把人員送達安全處所，也就是使電梯的車廂停靠在某一樓層上，并且打開車廂門，使人員順利進出；同時，盡速將電梯的車廂停靠在最近的樓層，也可以使電梯系統不要過度作動，以避免系統進一步損害，以減少意外的發生。因此停靠于最近的一層樓是最佳的選擇，故邏輯流程圖的第七個步驟S7為判斷最近樓層是否將到達，如果最近樓層尚未到達，則因為如此的情況下無法打開車廂門，危險性反而較高，故持續再判斷，直到條件成立為止；在S7的判斷條件成立以后，則繼續執行第八個步驟S8。
邏輯流程圖的第八個步驟S8為通知運動控制單元3停止電動機2的旋轉，以使電梯的車廂9停靠于建筑物的某一層樓，并且使車廂門開啟，以利人員離開電梯的車廂9。
在電梯的車廂9停靠于某一層樓，并且使車廂門開啟后，執行邏輯流程圖的第九個步驟S9，S9為將電梯系統設定為異常狀態，以強制限制電梯在未被檢查及維修前的操作，以避免電梯被不當的操作而衍生危險。
邏輯流程圖的第十個步驟S10為結束，即結束邏輯控制單元的邏輯判斷流程。
邏輯控制單元5除了在電動機2開始作動后執行圖2的控制邏輯外，也可包含一些其它的監控工作，例如電梯的車廂9是否超載、車廂9是否將到達目標樓層等，故邏輯控制單元5通常為一個比較復雜的電路結構，而一般可使用一個可程序邏輯控制器(PLC)來做為邏輯控制單元，以減少電路設計上的復雜度。
電動機的作動負載是來自于電梯的車廂，而主要包含有使車廂及配重加減速度的慣性力、車廂及配重的重力及各種摩擦阻力，而在穩定速度的情況下，幾乎沒有使車廂及配重加減速度的慣性力，電動機主要是承受車廂及配重的重力及各種摩擦阻力，且摩擦阻力是最重要的項目，故當滾珠螺桿磨損而使摩擦系數上升而機械效率下降時，系統的摩擦阻力上升，而作動電動機運轉的電流也會增加，如此在電動機穩定旋動時可由電動機的電流值來研判系統是否已有劣化產生。然而，在電梯系統中，除了摩擦系數的變化以外，車廂內人員的載重也會影響到車廂總重及各種摩擦阻力，為了確保本發明的監測方式不會受到車廂內的乘載人數影響，而產生邏輯判斷上的錯誤，故必需再度確認車廂內的載重對電動機電流值的影響。圖3為車廂內載重對電動機電流值的關系圖，圖3的數據是使用可乘載人數為三人的電梯進行測試，故只量測到150公斤，測試用電梯是使用滾珠螺桿帶動電梯的車廂，且電流值的量測點是在電動機等速度旋轉的區間內。圖中的橫軸表示電梯的車廂內承載的重量，單位為公斤重(kgf)，而縱軸表示在電動機在等速度旋轉時的電流值，單位為安培，正方形的數據點是表示車廂在上升狀況下的量測值，而圓形的數據點則用以顯示電梯車廂下降時的量測值，由量測結果顯示電梯車廂內不承載物品時(承載重量0kgf時)的電流值和車廂承載150公斤的負載的電流值只相差了0.3安培，不到平均電流值的十分之一，因此當電動機的電流值上升10％即可視為系統已有異常發生，而可盡快加以維護(修)；但是為了避免判斷方法太過于敏感，而使一些電流上的噪聲被誤認為是電梯系統的異常，邏輯控制單元5在判斷電流值是否異常的標準可以設定為大于正常電流值的30％，以得到比較保守的結果。因為當螺帽中的滾珠系統異常或是滾動相關組件磨耗時，可能會導致滾珠螺桿的摩擦阻力上升一至二十倍，故電流值上升30％已經是很保守的判斷方式。
綜上所述，本申請經由機械結構研究分析、電控邏輯設計，并且配合實驗上的驗證，改善現有電梯的缺點，提供一種安全的電梯控制結構，使電梯一有損壞發生時，即可被快速且自動的檢知，以避免后續的衍生性危害發生。不只在空間及方法上確屬創新，并能較現有的技術增進上述多項功效。
權利要求
1.一種滾珠螺桿式電梯控制結構，其特征在于，其包含一滾珠螺桿，連結至電梯的車廂；一電動機，是驅動滾珠螺桿旋轉，以帶動電梯的車廂上下運動；一運動控制單元，提供電動機作動的電能及控制電動機的運動參數；一電流檢測單元，檢測運動控制單元作動電動機的電流值，并將電流值傳輸予邏輯控制單元；一邏輯控制單元，分析電流檢測單元所測得的電流值和預設點正常電流值比較，當測得的電流值異常時即進行異常狀態處理。
2.根據權利要求1所述的滾珠螺桿式電梯控制結構，其特征在于其中的電動機是連接至滾珠螺桿的螺桿軸，以驅動螺桿軸旋轉，帶動滾珠螺桿的螺帽上下移動。
3.根據權利要求1所述的滾珠螺桿式電梯控制結構，其中的電動機是連接至滾珠螺桿的螺帽，以驅動螺帽旋轉而沿滾珠螺桿的螺桿軸上下移動。
4.根據權利要求1所述的滾珠螺桿式電梯控制結構，其特征在于其中的預設點是指電動機速度不改變的區間。
5.根據權利要求1所述的滾珠螺桿式電梯控制結構，其特征在于其中的預設點是以測時計的時間判斷。
6.根據權利要求1所述的滾珠螺桿式電梯控制結構，其特征在于其中的預設點是以位置感應單元的訊號判斷。
7.根據權利要求1所述的滾珠螺桿式電梯控制結構，其特征在于其中的異常狀態處理包含產生一警告訊號，并傳輸至一警示裝置。
8.根據權利要求1所述的滾珠螺桿式電梯控制結構，其特征在于其中的異常狀態處理包含等待一樓層位置信號，并使電梯車廂等靠于最近的樓層后顯示一故障警示。
9.根據權利要求1所述的滾珠螺桿式電梯控制結構，其特征在于其中的異常狀態處理包含降低滾珠螺桿的速度，以避免滾珠螺桿的溫度異常上升。
10.根據權利要求1所述的滾珠螺桿式電梯控制結構，其特征在于其中的邏輯控制單元判斷電流值是否異常的標準為大于正常電流值10至30％。
全文摘要
使用滾珠螺桿作為電梯的傳動機構，應用滾珠螺桿的滾動摩擦阻力很小，而在鋼珠磨損后將使摩擦阻力增加，且滑動摩擦阻力遠大于滾珠摩擦阻力的特性，使滾珠螺桿式電梯在正常及異常情形下會有明顯的馬達電流差異，通過馬達電流值的檢出，以提早在滾珠螺桿的損壞輕微時，即可及時檢出電梯的異常，以防止電梯進一步損害，及避免人員危險的發生。
文檔編號B66B1/06GK1966380SQ200510123608
公開日2007年5月23日 申請日期2005年11月18日 優先權日2005年11月18日
發明者郭長信, 廖天賜 申請人:上銀科技股份有限公司