一种适用于电梯轿厢无线能量与信号传输的系统及方法与流程

本发明属于电梯领域，涉及一种适用于电梯轿厢无线能量与信号传输的系统及方法

背景技术：

电梯作为一种垂直移动升降的机电设备，目前都是采用拖动随行电缆方式给电梯轿厢供电，随行电缆随着电梯轿厢上下升降，存在着效率低、维护成本高等缺点。特别是在超高层建筑和高速电梯中，电梯运行速度过大或自由悬挂长度过长会增大随行电缆的承载负荷，存在诸如磨损、加速老化、不安全裸露等安全风险，大大降低电梯的可靠性和运行效率。

电梯轿厢的随形电缆除电能传输功能外，还涉及轿厢门锁信号(开关门信号)的传输。而在无线信号的传输方面，由于电梯井道长，电梯轿厢距离机房控制柜的距离较远，传统的无线信号传输可靠性较差。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适用于电梯轿厢无线能量与信号传输的系统及方法，采用无线供电技术，提出基于无线能量辨识的无线信号传输方法，根据无线能量传输的输入电流波形判断信号传输，实现电梯轿厢的无线供电和无线运行。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适用于电梯轿厢无线能量与信号传输的系统，包括电梯井，活动设置在电梯井内的电梯轿厢；还包括设置在电梯井的井壁上的原边以及设置在电梯轿厢上的副边；所述原边为导轨式线圈，沿电梯轿厢的运动方向设置；所述副边与所述原边相配合；所述副边为s型软磁体线圈；所述原边通过第一安装支架设置在电梯井的井壁内侧。

可选的，所述第一安装支架包括若干个，沿原边的延伸方向布置。

可选的，所述副边通过第二安装支架设置在电梯轿厢上，所述副边设置在第二安装支架内部，所述第二安装支架与第一安装支架在电梯轿厢顶面的投影交集为零。

可选的，所述第二安装支架通过第三安装支架设置在电梯轿厢上。

可选的，所述第二安装支架在第三安装支架上沿靠近或远离原边的方向活动设置。

一种适用于电梯轿厢无线能量与信号传输的方法，应用上述适用于电梯轿厢无线能量与信号传输的系统，建立电梯轿厢负载大小与输入电流的关系，通过检测输入电流判断电梯轿厢是否关门。

可选的，本发明采用电流型逆变谐振电路，分为初级和次级两部分，在初级部分，直流电源edc作为输入与直流电感ldc一起构成准电流源，并通过s1、s2、s3、s4四个igbt开关构成全桥逆变网络；能量发射线圈机构lp与第一谐振电容cp并联组成并联谐振网络；在次级部分，能量拾取线圈机构ls与第二谐振电容cs串连组成串联谐振接收网络。

可选的，对角线上的两对开关管互补切换，其切换的条件是由第一谐振电容cp两端电压过零点来决定。

本发明的有益效果在于：

本发明能够去掉电梯随行电缆，从而克服随行电缆效率低、成本高等缺点。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的控制电路图；

图2为本发明电梯轿厢上的安装位置示意图；

图3为本发明的整体结构示意图；

图4为第二安装支架与第三安装支架的配合位置示意图；

图5为第一安装支架与第二安装支架的配合位置示意图；

图6为第一安装支架的结构示意图；

图7为本发明在电梯井的井壁上的安装位置示意图；

图8为idc随rl的变化规律示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1-图7，附图中的元件标号分别表示：原边1、第一安装支架2、第二安装支架3、副边4、第三安装支架5、电梯轿厢6、电梯井7、安装脚21、过孔22、凹槽23、固定片24。

本发明涉及一种适用于电梯轿厢无线能量与信号传输的系统，设置在电梯井7内，包括设置在电梯井7的井壁上的原边1以及设置在电梯轿厢6上的副边4；所述原边1为导轨式线圈，沿电梯轿厢6的运动方向设置；所述副边4与所述原边1相配合。所述副边4为s型软磁体线圈。

在具体的安装形式上，所述原边1通过第一安装支架2设置在电梯井7的井壁内侧。第一安装支架2上设有两个相对布置的安装脚21，每个安装脚21上都设有用于安装原边1的过孔22。具体地，过孔22由设置在安装脚21端部的凹槽23以及环绕设置在其外侧的“ω”形固定片24围成，该“ω”形固定片24通过螺钉进行固定。所述第一安装支架2包括若干个，沿原边1的延伸方向布置；所述副边4通过第二安装支架3设置在电梯轿厢6上，所述副边4设置在第二安装支架3内部，所述第二安装支架3与第一安装支架2在电梯轿厢6顶面的投影交集为零。

所述第二安装支架3通过第三安装支架5设置在电梯轿厢6上。所述第二安装支架3在第三安装支架5上沿靠近或远离原边1的方向活动设置。预留一定的窜动空间，以匹配制造、安装、运动误差。

本发明中所涉及的无线电能传输(简称wpt)技术基于电磁感应原理，实现电能向负载的无线传输，满足了移动设备灵活、安全、高效的供电需求，消除了传统接触式供电方式存在的安全隐患。由于wpt系统分为原边1和副边4两个完全电气隔离的两部分，由于高频干扰等因素的存在，导致电梯轿厢6开关门信号无线传输可靠性下降。

本发明涉及一种适用于电梯轿厢无线能量与信号传输的方法，其中，电梯的无线供电系统，主电路采用电流型逆变谐振电路。如图1所示，整个系统分为初级和次级2大部分。其中，a区(次级部分)安装在电梯轿厢中，b区(初级部分)安装在电梯井或机房中，并通过电流检测模块连接电梯控制柜。

在初级部分，直流电源edc作为输入与直流电感ldc一起构成准电流源。s1-s4为4个igbt开关管构成全桥逆变网络。能量发射线圈机构lp与谐振电容cp构成的并联谐振网络具有限流能力强，短路保护可靠性高等特点。在次级部分，能量拾取线圈机构ls与谐振电容cs构成串联谐振接收网络来保证系统具有较大的输出功率和较好的恒频恒压特性。对于该类系统的控制方法是使对角线上的两对开关管互补切换，其切换的条件是由谐振电容cp两端电压过零点来决定。

在wpt系统中，副边4负载对原边1部分的耦合作用直接体现为副边4反射回原边1的反射阻抗，该反射阻抗直接作用于系统谐振网络，导致系统谐振参数发生漂移。因此，对反射阻抗的识别就显得很重要。

反射阻抗zr由有功部分rr以及无功部分jωlr组成

zr＝rr+jωlr(1)

其中，有功部分rr上消耗的功率即为原边1往副边4的传输功率，而其无功部分jωlr产生能量存储与释放。

下面从能量的角度构建系统的识别模型，首先给出系统的相关能量函数，定义系统的储存函数h(ip,up)为系统原边1谐振网络的储存能量之和，其中包括电感储存的能量和电容能量，可表示为

其次，定义系统的供给函数s(edc,idc)为系统的输入能量，可表示为

s(edc,idc)＝edcidc(3)

最后，定义系统的耗散函数w(i,r)为原边1谐振网络的耗散能量，包括向负载输出的功率和谐振网络和直流电感自身内阻的耗散功率，可表示为

由系统能量平衡关系可知，在系统稳态时，1个周期内注入谐振网络的能量与谐振网络耗散的能量相等，即

联立式(2)(3)(4)(5)，可得到反射阻抗实部rr的识别函数为

对于副边4拾取串联谐振，副边4阻抗为

zs＝jωls+1/(jωcs)+r1(7)

可得反射阻抗为

其中r1为整流滤波加负载rl的等效电阻，可近似表示为

r1＝8/π²rl≈0.81rl(9)

联立式(8)(9)可得反射阻抗zr的实部为

传统的辨识方法都是基于检测过零时谐振变量的大小，由于谐振频率较高，对于检测硬件的要求比较高，本发明只需检测输入直流电流即可识别负载大小。

首先，研究当负载大小及位置变化时，电流型系统的频率特性，系统的导纳为

由于系统必须运行在zvs软开关状态，因此系统必须满足

im(yt)＝0(12)

为直观表示软开关频率ω与负载大小位置的关系，取表1所示参数，得到系统的软开关频率随负载变化的曲线如图2所示。其中软开关频率ω被ωref归一化。

其中

当负载变化时，实时软开关频率可近似认为等于ω0,因此有

ωls-1/ωcs≈0(14)

将式(14)代入式(8)，式(8)可写成

由于原边1电感lp的值一般为100μh到200μh，ω为125600rad/s，因为松耦合系统，故耦合系数k一般为0.1到0.3之间,因此可得以下关系

|jωlp|＞＞|zr|(16)

由式16可知，如果输入电压edc保持不变，则可认为激磁电流ip的均方根值为一个常数，其大小为

联立式(6)、(15)和(17),识别模型可最终表示为

由上式可知，edc,ip,ω,rdc,rp,rs都为已知量，因此只需检测输入直流电流idc即可识别负载rl。

当电梯轿厢6开门,门机动作，rl由大变小，对应的idc由小增大。然后电梯轿厢6保持，idc不变。然后轿厢关门,门机逐渐停机，rl由小变大，对应的idc大变小。判断电梯门信号到位，轿厢运行。如图8示，即t1为准备开门，t2-t3为开门保持，t4为关门到位。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。