专利名称：交流伺服电动机柔性驱动的电梯门机装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电梯门机驱动及控制技术，涉及一种交流伺服电动机柔 性驱动的电梯门机装置
背景技术：
目前国内的电梯门机市场中，驱动电机多采用交流异步电机和直流电机， 前者由于转速较高，调速和位置控制复杂，必须带有链传动、带传动、或齿 轮传动等中间减速机构，以达到减速目的，因此，结构复杂、维修困难、噪 声大，并且效率低，调速性能也差。后者虽然具有调速方便的特点，但由于 存在换向器，可靠性差，会产生电磁火花和干扰，并且还需要一套直流电源， 维修困难。为适应国内电梯门机市场需求，急需开发结构简单，工作安全可 靠，控制精度较高并易实现智能化控制的交流伺服电动机柔性驱动的电梯门 机装置。
发明内容
为了适应电梯门机市场的需要，本实用新型的目的在于，提供一种采用 交流伺服电动机柔性驱动的电梯门机装置。
为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案 一种交流伺服电动机柔性驱动的电梯门机装置，该装置包括有电梯门机 以及与电梯门机相连接的门机传动机构，其特征在于，还包括有一个门机控制 器，该门机控制器与交流伺服电动机连接，交流伺服电动机通过门机传动机 构与电梯门机连接，交流伺服电动机还连接有电梯门速度及位置检测器，电 梯门速度及位置检测器由门机控制器控制；电梯门速度及位置检测器用来时 时检测电梯门机的速度和位置，并将速度和位置信号反馈给电梯门机控制器，
4门机控制器将控制信号输送给交流伺服电动机，由交流伺服电动机通过门机 传动机构带动电梯门机实现开/关、起动、运行、加减速以及停止。
门机控制器包括一单片机，单片机连接有SPWM信号发生器，SPWM 信号发生器通过光耦隔离电路与智能功率模块连接，智能功率模块连接有单
相整流电路、电流传感器和交流伺服电动机，电流传感器通过连接的A/D转
换器与单片机相连，交流伺服电动机通过连接的编码器与单片机相连。
电梯门速度及位置检测器用来时时检测电梯门的速度和位置，并将速度 和位置信号反馈给电梯门机控制器，以实现电梯门运动过程的闭环控制。
电梯门机控制器包括单片机、SPWM信号发生器、光耦隔离电路、单相 整流电路、智能功率模块(IPM)、电流传感器、A/D转换器等环节，以绝缘 栅双极性晶体管(IGBT)作为智能功率模块的功率电子开关，并以正弦波脉 宽调制(SPWM)方式向智能功率模块发出控制信号。
门机传动机构连接于交流伺服电动机与电梯门机之间，其作用是将电动 机的旋转运动转化为电梯门的直线运动，本实用新型给出了两种门机传动方 式，分别为滚珠丝杠传动方式和带传动方式。
本实用新型的交流伺服电动机柔性驱动的电梯门机装置，采用交流伺服 电动机作为动力源，依靠交流伺服电动机良好的低速带负载能力，以及优良 的调速特性，可方便地实现电梯门机开关过程的柔性控制及频繁可靠动作。 大大简化了电梯门机的机械结构，实现了电梯门机的智能化控制。
图1为本实用新型结构框图2为门机控制器原理图3为三相整流电路及IPM原理图4为使用滚珠丝杠方式的传动机构的机械结构图5为图4的A向视图；6为图4中B部分的局部放大剖面图； 图7为图4中C部分的局部放大剖面其中，图4、图5、图6和图7中标号名称为1、电梯门头；2、轴承座; 3、丝杠；4、挂门板固定件；5、丝杠螺母；6、挂门板；7、滑轮.，8、导轨; 9、限位器；10、电梯门板；11、缓冲器；12、轴承盖；13、预紧螺母；14、 第一螺钉；15、轴承；16、密封圈；17、第二螺钉；18、轴套；19、紧固螺 钉；20、第一螺栓；21、第二螺栓。
图8为使用带传动方式的传动机构的门机机械结构图9为图8的A向视图8和图9中的标号名称为
1、电梯门头；22、皮带；23摩擦片；4、挂门板固定件；7、滑轮；26、 皮带轮；9、限位器；10、电梯门板；11、缓冲器；6、挂门板；8、导轨。
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
具体实施方式
如图1所示，图1是发明人给出的一种采用交流伺服电动机柔性驱动的 电梯门机装置的结构框图，它包括门机控制器，门机控制器与交流伺服电动 机连接，交流伺服电动机通过门机传动机构与电梯门机连接，交流伺服电动 机还连接有电梯门速度及位置检测器，电梯门速度及位置检测器由门机控制 器控制。电梯门速度及位置检测器采用光电编码器，门机控制器将控制信号 输送给交流伺服电动机，由交流伺服通过安装于电梯门与电动机之间的门机 传动机构带动电梯门实现开/关、起动、运行、加减速以及停止。交流伺服电 动机上连接的光电编码器用于检测电梯门机的速度和位置信号，然后将速度 和位置信号传递给门机控制器，与门机控制器中给定的速度和位置信号进行 反馈运算得到准确的速度和位置信号，传递给交流伺服电动机，以此来控制 电梯门的速度和位置，使电梯门满足加速启动、匀速运行和减速停止的速度要求以及在准确的位置加减速的位置要求。
如图2所示，门机控制器由单片机、SPWM信号发生器、光耦隔离电路、
单相整流电路、智能功率模块(IPM)、电流传感器、A/D转换器等环节构成， MCU使用普通单片机即可满足计算量要求。单片机向SPWM信号发生器发 出控制信号，可控制其所发出SPWM信号的脉宽和频率，SPWM信号发生 器发出的SPWM模拟信号可用来隔离驱动IPM模块(光耦隔离电路可起到 隔离作用)。单相整流电路与IMP模块共同组成控制器中的主电路部分，其 功能是依据SPWM控制信号将单相工频交流电采用交一直一交先整流后逆 变的变换方式变换成频率、相位和幅值均可调的三相交流电，然后提供给交 流伺服电动机(图2中的PMSM)，改变此交流电的频率即可改变电动机的 转速。电流传感器的作用为采集电动机的三相电流值，然后反馈给单片机， 可实现电流闭环控制，与上述采用光电编码器所实现的速度和位置闭环控制 共同构成三闭环控制方式，其中位置环是外环，也是最终目标，速度控制是 中环，电流控制是内环，为了保证动态响应速度和定位时不产生振荡，电流 环和速度环均采用PID调节，位置环采用PI调节。
如图3所示，采用IPM模块与单相整流电路共同组成的控制器主电路来 直接驱动交流伺服电动机(PMSM)工作。其中，单相整流电路采用由四个 二极管构成的单相桥式全波整流电路，完成工频电流到直流的转换，经整流 器整流后的直流电存在脉动，图中所示的滤波电容起到稳压滤波的作用，其 电容值很大。IPM模块由六个IGBT绝缘栅双极性晶体管和六个二极管分三 路组成，分别向六个IGBT绝缘栅双极性晶体管中输入SPWM模拟信号来控 制它们的顺序开关，可将三相整流电路中输出的直流电转换成频率、相位和 幅值均可调的交流电。IGBT具有输入阻抗高，开关损耗小，饱和压降低， 通断速度快，热稳定性能好，耐高压且可承受大电流等优点，因此，选用IGBT 绝缘栅双极性晶体管作为功率电子开关可保证IPM模块电路工作的可靠性、稳定性以及快速性。
如图4和图5所示的是一种采用滚珠丝杠作为门机传动机构的机械式结
构。包括电梯门头l，电梯门头l上分别有左、右导轨8和滚珠丝杠3，滚珠 丝杠3通过三个轴承座2被悬挂在门头1上，使得滚珠丝杠3只能转动而不 能进行任何方向的移动，将丝杠螺母5和挂门板固定件4用螺栓联结起来， 然后整体安装到左右挂门板6上，左右挂门板6上分别安装有四个滑轮7， 四个滑轮7被置于导轨8上，由于导轨8是安装在电梯门头1上的，这样就 将滚珠丝杠3、电梯门头1和导轨8固结在一起，而丝杠螺母5、挂门板固定 件4、挂门板6、滑轮7以及门板10固结在一起，丝杠1与螺母5之间采用 带有滚珠的螺纹连接，这样就在丝杠1与螺母5之间实现了摩擦力较小的滚 动螺旋传动。当滚珠丝杠3进行旋转运动时，就会推动螺母5做直线运动， 从而带动滑轮7沿着导轨8往复运动，实现电梯门板10的打开与闭合。
滚珠丝杠3右端的伸出轴部分采用键联结与交流伺服电动机的输出轴联 结在一起，滚珠丝杠3左右两端的螺纹导程相同、旋向相反，这样当交流伺 服电机带动滚珠丝杠3转动时，就可实现电梯门板10以相同的速度同步打开 与闭合。
两个限位器9分别安装在导轨8的左右末端，当电梯开门到达极限位置 时，可限制挂门板6继续运动，避免出现滑轮7脱离导轨8的现象。缓冲器 11安装在左右挂门板6之间，使电梯关门到位时，左右挂门板6不发生撞击， 且能减少电梯门开关到位时的震动，使电梯门的运动更平稳，.噪音更小。
滚珠丝杠3端部固定方式如图6所示。使用两个轴承15和三个轴套18 将滚珠丝杠3轴向固定死，使得滚珠丝杠3不会产生轴向窜动。轴承15在轴 承座2中放置，并使用轴承盖12及两个密封圈16将其密封。用四个螺钉14 将轴承盖12与轴承座2固定起来，并使用4个螺钉17将轴承座2固定到电 梯门头1上。这样使得轴承15轴承座2以及轴承盖12固结为一个整体，而滚珠丝杠3只可相对于这个整体作旋转运动。位于滚珠丝杠3末端带紧固螺
钉19的预紧螺母13用于丝杠3的预紧，可消除滚珠丝杠3轴向间隙，提高 滚珠丝杠3的刚度。
丝杠螺母5与挂门板6的联结如图7所示，使用挂门板固定件4作为中 间连接件，并分别使用四个螺栓20以及两个螺栓21将门板固定件与螺母5 和挂门板ll固结在一起。
图8，图9所示的是一种采用带传动作为门机传动机构的门机机械结构。 包括电梯门头1和电梯门板IO，电梯门头1和电梯门板10通过左右挂门板6 相连，电梯门头1上分别有左、右导轨8和皮带轮26，皮带轮26上有皮带 22，左、右导轨8的一端安装有限位器9，挂门板6上设置有挂门板固定件4， 挂门板固定件4安装到左右挂门板6上，左右挂门板6上分别安装有四个滑 轮7和缓冲器11，电梯门板10通过挂门板固定件4上的摩擦片23和皮带22 固定，四个滑轮7置于左、右导轨8上，通过皮带22的移动带动挂门板6 在左、右导轨8上移动，实现电梯门板10的打开与闭合。
将交流伺服电动机输出轴联结到皮带轮26的输入轴上,交流伺服电动机 与皮带轮26进行同步转动。通过皮带轮26的转动带动上下两条皮带22朝相 反的方向移动，将左右挂门板10通过摩擦片3和挂门板固定件4分别固定在 上下两条皮带22上，可使皮带22的移动带动左右挂门板6在左、右导轨8 上往复运动，实现电梯门板10的同步打开与闭合。
权利要求1、一种交流伺服电动机柔性驱动的电梯门机装置，该装置包括有电梯门机以及与电梯门机相连接的门机传动机构，其特征在于，还包括有一个门机控制器，该门机控制器与交流伺服电动机连接，交流伺服电动机通过门机传动机构与电梯门机连接，交流伺服电动机还连接有电梯门速度及位置检测器，电梯门速度及位置检测器由门机控制器控制；电梯门速度及位置检测器用来检测电梯门机的速度和位置，并将电梯门机的速度和位置信号反馈给电梯门机控制器，门机控制器将控制信号输送给交流伺服电动机，由交流伺服电动机通过门机传动机构带动电梯门机实现开/关、起动、运行、加减速以及停止。
2. 如权利要求1所述的交流伺服电动机柔性驱动的电梯门机装置，其特征在于，所述的门机控制器包括一单片机，单片机连接有SPWM信号发生器， SPWM信号发生器通过光耦隔离电路与智能功率模块连接，智能功率模块连 接有单相整流电路、电流传感器和交流伺服电动机，电流传感器通过连接的 A/D转换器与单片机相连，交流伺服电动机通过连接的编码器与单片机相连。
3. 如权利要求1所述的交流伺服电动机柔性驱动的电梯门机装置，其特 征在于，所述的电梯门速度及位置检测器采用光电编码器。
4. 如权利要求1所述的交流伺服电动机柔性驱动的电梯门机装置，其特 征在于，所述的门机传动机构为滚珠丝杠结构或者带传动结构。
5. 如权利要求2所述的交流伺服电动机柔性驱动的电梯门机装置，其特 征在于，所述的功率模块包括六个IGBT绝缘栅双极性晶体管和六个二极管 分三路组成。
6. 如权利要求4所述的交流伺服电动机柔性驱动的电梯门机装置，其特 征在于，所述的滚珠丝杠结构包括电梯门头(1)和电梯门板(10)，电梯门 头(1)和电梯门板(10)通过左右挂门板(6)相连，电梯门头(1)上分别 有左、右导轨(8)和滚珠丝杠(3)，左、右导轨(8)的一端安装有限位器(9)，滚珠丝杠(3)通过三个轴承座(2)固定在门头(1)上，使滚珠丝杠(3)只能转动，滚珠丝杠(3)上有丝杠螺母(5)，丝杠螺母(5)和挂门板 固定件(4)联接，挂门板固定件(4)安装到左右挂门板(6)上，左右挂门 板(6)上分别安装有四个滑轮(7)和缓冲器(11)，四个滑轮(7)被置于 导轨(8)上，当滚珠丝杠(3)进行旋转运动时，推动螺母(5)在滚珠丝杠(3)上做直线运动，带动左右挂门板(6)在左、右导轨(8)上往复运动， 实现电梯门板(10)的打开或者闭合。
7.如权利要求4所述的交流伺服电动机柔性驱动的电梯门机装置，其特 征在于，所述的带传动结构包括电梯门头(1)和电梯门板(10)，电梯门头(1)和电梯门板(10)通过左右挂门板(6)相连，电梯门头(1)上分别有 左、右导轨(8)和皮带轮(26)，皮带轮(26)上有皮带(22)，左、右导轨(8)的一端安装有限位器(9)，挂门板(6)上设置有挂门板固定件(4)， 挂门板固定件(4)安装到左右挂门板(6)上，左右挂门板(6)上分别安装 有四个滑轮(7)和缓冲器(11)，电梯门板(10)通过挂门板固定件(4)上 的摩擦片(23)和皮带(22)固定，通过皮带(22)的移动带动挂门板(6) 在左、右导轨(8)上往复运动，实现电梯门板(10)的打开与闭合。
专利摘要本实用新型公开了一种交流伺服电动机柔性驱动的电梯门机装置，包括有电梯门机以及与电梯门机相连接的门机传动机构，还包括有一个门机控制器，该门机控制器与交流伺服电动机连接，交流伺服电动机通过门机传动机构与电梯门机连接，交流伺服电动机还连接有电梯门速度及位置检测器，电梯门速度及位置检测器由门机控制器控制；电梯门速度及位置检测器用来检测电梯门机的速度和位置，并将电梯门机的速度和位置信号反馈给电梯门机控制器，门机控制器将控制信号输送给交流伺服电动机，由交流伺服电动机通过门机传动机构带动电梯门机实现开/关、起动、运行、加减速以及停止。本实用新型简化了门机的机械结构，实现了电梯门机的智能化控制。
文档编号B66B13/02GK201151602SQ20072012624
公开日2008年11月19日 申请日期2007年10月30日 优先权日2007年10月30日
发明者张剑锋, 赵升吨 申请人:西安交通大学