专利名称：民用高层建筑无源势能控速逃生电梯的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种民用高层建筑无源势能控速逃生电梯，它属于一种将普通 电梯功能和势能控速功能融为一体，在高层建筑发生火灾或突发事件时，具有 自救疏散逃生的无源缓降功能的逃生装置。
背景技术：
现代城市高层建筑越建越多，建筑灾难造成群死群伤已非个案。人们为此 研究出多种逃生器材，都是把遇险人员从建筑高层用安全绳、带或框或箱从窗 口或楼顶一个或几个人一次缓降到地面。这类逃生器材操作各异，步骤繁多， 遇险人群难于正确掌握，达不到安全快捷逃生的目的。有资料针对建筑火灾逃 生情况统计数据显示，楼层越高人们选择最熟悉的电梯做为逃生路线比例越大。 另外现行电梯在市电全部中断时只有平层功能，不能把消防员及消防救援器材 送达灾难现场。因此，现有的逃生设备存在着操作步骤繁多、救生效率低和不 能运送救援人员及器材的缺陷。
发明内容
本发明的目的是解决现有逃生器材存在着操作各异、步骤繁多、救生效率 低和不能无源运送救援人员及器材的技术难点并提供一种操作简单、救生效率 高和能无源运送救援人员及器材的民用高层建筑无源势能控速逃生电梯。
本发明为解决上述技术难点而采用的技术方案是民用高层建筑无源势能 控速逃生电梯，包括在电梯井中并列设置的两部乘用电梯，每部乘用电梯由轿 厢、对重、电梯曳引机、对重曳引绳、轿厢曳引绳、电梯控制器、轿厢导轨和 对重导轨构成，其中在一井双梯机房的两部电梯曳引机之间设置势能控速装 置，势能曳引绳设置在势能控速装置的磁阻尼曳引机上，势能曳引绳通过轿厢 反向轮与轿厢曳引绳连接在一起，势能锁绳钳设在磁阻尼曳引机抗绳轮的下面， 对重锁绳钳设在电梯曳引机抗绳轮的下面，设在磁阻尼曳引机两边的两部轿厢 互为配重在重力势能作用下作往复运行。所述势能控速装置由磁阻尼曳引机、储能电源装置和阻尼控制器组成，磁 阻尼曳引机的能耗装置与储能电源装置和阻尼控制器连接，储能电源装置与阻 尼控制器连接，阻尼控制器与磁阻尼曳引机的制动器联接。
所述磁阻尼曳引机由永磁无刷直流电机、曳引轮、复绕轮和能耗装置组成， 永磁无刷直流电机输出轴与曳引轮连接，永磁无刷直流电机电枢的三相引出线 与能耗装置的全桥整流器输入端连接，复绕轮设在曳引轮的下面；所述能耗装 置由全桥整流器、功率开关器件、电流传感器和电阻组成，全桥整流器的正极
与功率开关器件的集电极连接，全桥整流器的正极还经DC/DC直流变换器与储 能电源装置连接，功率开关器件的栅极与DSP微处理器的光隔驱动器输出端连 接，功率开关器件的射极与电阻一端连接，电阻的另一端与全桥整流器负极连 接后接地，电流传感器与阻尼控制器的电流检测放大器连接。
所述储能电源装置由蓄电池、继电器、交流充电器、直流充电器和电源变 换器组成，蓄电池正极通过继电器连接交流充电器或直流充电器，交流充电器 与市电连接，直流充电器与DC/DC直流变换器连接，电源变换器与蓄电池的正 极连接，电源变换器的投断开关与阻尼控制器连接，电源变换器的输出端与电 源端子板连接。
所述磁阻尼曳引机还可以采用与电梯曳引机同铭牌的永磁无刷同步电机， 该电机可以是内转子或外转子结构，该电机与曳引轮之间可以直接连接，也可 以增设增速机。
所述永磁无刷直流电机是内转子或外转子结构，该电机与曳引轮之间还可 以增设增速机。
所述势能锁绳钳由涡轮减速伺服机、摇臂、拉杆和锁绳钳夹块组成，涡轮 减速伺服机与摇臂连接，拉杆的一端与摇臂连接，拉杆的另一端与锁绳钳夹块 连接。
所述锁绳钳夹块由锁绳钳定位座、锁绳滑块、滑轨和销孔耳组成，滑轨固 定装在锁绳钳定位座的两侧，锁绳滑块通过滑轨槽设在滑轨上，在锁绳钳定位 座和锁绳滑块相对的表面上设有锁绳槽，销孔耳设在锁绳滑块的正面上。
所述蓄电池是全钒液流储能蓄电池、铅酸蓄电池、镍氢蓄电池或其他储能蓄电池中的任意一种。
本发明在一井双梯的两部电梯曳引机间增设无源救生用的磁阻尼曳引机， 用一组曳引绳把两部轿厢联系起来，为保证曳引绳和曳引轮之间不发生相对位 移，增强曳引轮和曳引绳之间的摩擦力，系统均采用复绕轮技术并在磁阻尼曳 引机抗绳轮和轿厢反向轮之间增设势能锁绳钳，在电梯曳引机抗绳轮和对重反 向轮之间增设对重锁绳钳，使其在电梯运行时能可靠地阻断两轿厢之间的势能 差增强曳引轮制动器的制动能力，满足电梯曳引机驱动轿厢的受力条件使两部 轿厢具有普通电梯独立运行功能，发生突发事件时具有无源缓降逃生功能。使 轿厢在无源条件下停、落在准确的位置。
本发明做电梯运行时，磁阻尼曳引机、势能曳引绳被制动器和势能锁绳钳 锁定，阻断两部轿厢间势能传递。当电梯控制器驱动轿厢时，轿厢曳引绳和对 重曳引绳牵动轿厢和对重沿各自导轨上下相向运行，与普通电梯运行情况无异。
当发生火灾时，楼层召唤器消防开关启动阻尼控制器，阻尼控制器处于主 控状态；先把储能器电源切换到供电状态，随后指令电梯控制器把一部轿厢停 到地面楼层，另一部轿厢停到火灾楼层，形成高度差并锁定两台电梯曳引机的 制动器和对重锁绳钳；火灾楼层的逃生人员进入轿厢按下轿厢内的下行按钮后，
阻尼控制器打开势能锁绳钳和磁阻尼曳引机制动器，轿厢在人体重力势能作用 下缓降下行，下行过程重载轿厢势能转换成电能回馈给储能器或以热能形式消 耗在能耗电阻上。阻尼控制器通过调整功率开关的通断时间来控制载轿厢下降
速度；互为配重的另一只空载轿厢被提升到同位高度，继续运送同楼层被困人 员，实现无源往复缓降。
若发生多个楼层召唤器拨动消防开关的情况时，阻尼控制器按接收救援信 号顺序或按消防救援人员的设置调整空载轿厢的停车楼层，快速大批量救援被 困人员。
因此，本发明与背景技术相比，具有操作简单、救生效率高和能无源运送 救援人员及器材的等优点。作为电梯具有节能降耗优势，还可节省高层建筑必 须增设逃生器材的额外开资等优点。
图l是本发明的结构示意图2是势能锁绳钳的安装示意图3是对重锁绳钳的安装示意图4是磁阻尼曳引机的结构示意图5是图4的右视图6是能耗装置的结构示意图7是储能电源装置结构示意图8是势能锁绳钳的结构示意图9是对重锁绳钳的结构示意图IO是锁绳钳夹块的结构示意图11是阻尼控速器的结构示意图12是本发明电梯正常运行示意图13是本发明电梯逃生运行示意图14是本发明控制算法框图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1、图2和图3所示，本实施例中的民用高层建筑无源势能控速逃生 电梯，包括在电梯井中并列设置的两部乘用电梯， 一部乘用电梯由轿厢4A、对 重5A、电梯曳引机10A、对重曳引绳8A、轿厢曳引绳9A、电梯控制器3A、 轿厢导轨15A和对重导轨14A构成，另一部乘用电梯由轿厢4B、对重5B、电 梯曳引机IOB、对重曳引绳8B、轿厢曳引绳9B、电梯控制器3B、轿厢导轨i5B 和对重导轨14B构成，其中在一井双梯机房的两部电梯曳引机IOA、 IOB之 间设置势能控速装置，势能曳引绳20设置在势能控速装置的磁阻尼曳引机16 上，势能曳引绳20通过轿厢反向轮7A、 7B与轿厢曳引绳9A、 9B连接在一起， 势能锁绳钳26设在磁阻尼曳引机抗绳轮11C的下面，对重锁绳钳25A、 25B设 在电梯曳引机抗绳轮UA、 IIB的下面，设在磁阻尼曳引机16两边的两部轿厢 4A、 4B互为配重在重力势能作用下作往复运行。对重反向轮6A、 6B设在对重 5A、 5B的上面，抗绳轮11A、 11B和复绕轮12A、 12B设在电梯曳引机IOA、10B的下面，对重锁绳钳25A、 25B安装在上机房2的机座49上，配重绳21 设在两部轿厢4A、 4B和对重5A、 5B的底部，轿厢导轨15A和对重导轨14A 装在井道1A中，轿厢导轨15B和对重导轨14B装在井道1B中，轿厢缓冲器 24A装在井道1A的底部并与轿厢4A相对应，轿厢缓冲器24B装在井道1B的 底部并与轿厢4B相对应；消防开关22安装在各楼层召唤器23的消防盒内或安 装在避难层的电梯门旁边。图1中的13为机房上横梁。
如图1所示，所述势能控速装置由磁阻尼曳引机16、储能电源装置19和 阻尼控制器17组成，磁阻尼曳引机的能耗装置18与储能电源装置19和阻尼控 制器17连接，储能电源装置19与阻尼控制器17连接，阻尼控制器17与磁阻 尼曳引机16的制动器联接。
如图4、图5和图6所示，所述磁阻尼曳引机16由内转子结构的永磁无刷 直流电机59、带制动器57的曳引轮37、复绕轮12C和能耗装置18组成，永磁 无刷直流电机59输出轴与曳引轮37连接，复绕轮12C设在曳引轮37的下面， 永磁无刷直流电机59电枢的三相引出线与能耗装置18的全桥整流器41输入端 连接；所述能耗装置18由全桥整流器41、功率开关器件(MG100J2YS9) 38、 电流传感器(LA200-T) 39和电阻箱(DBU-2030) 40组成，全桥整流器41的 正极与功率开关器件38的集电极连接，全桥整流器41的正极还经DC/DC直流 变换器44与储能电源装置19的直流充电器连接，功率开关器件38的栅极与 DSP微处理器的光隔驱动器52输出端连接，功率开关器件38的射极与电阻40 一端连接，电阻40的另一端与全桥整流器41负极连接后接地，电流传感器39 与阻尼控制器17的电流检测放大器53连接。霍尔传感器42与阻尼控制器17 的光隔驱动器54连接。
如图7所示，所述储能电源装置19由全钒液流储能蓄电池(VDC60200Ah) 43、继电器(HH5-4P-DC12V) 45、交流充电器(I-60V/5A) 46、直流充电器 (ES-15-60V/5A) 47和电源变换器48组成，蓄电池43正极通过继电器45连 接交流充电器46或直流充电器47，交流充电器46与市电连接，直流充电器47 与DC/DC直流变换器44连接，电源变换器48与蓄电池43的正极连接，电源 变换器48的投断开关与阻尼控制器17的控制端J3连接，电源变换器48的输出端与电源端子板58连接，继电器45的线圈与阻尼控制器17的控制端J0连接。
如图8所示，所述势能锁绳钳由涡轮减速伺服机34、摇臂35、两个拉杆 36和两组锁绳钳夹块27组成，涡轮减速伺服机34与摇臂35连接，拉杆36的 一端与摇臂35连接，拉杆36的另一端与锁绳钳夹块27连接。摇臂35通过两 个连杆36开闭两组锁绳钳夹块27锁闭势能曳引绳。如图9所示，所述对重锁 绳钳由涡轮减速伺服机34、摇臂35、 一个拉杆36和一组锁绳钳夹块27组成， 涡轮减速伺服机34与摇臂35连接，拉杆36的一端与摇臂35连接，拉杆36的 另一端与锁绳钳夹块27连接。摇臂35通过一个连杆36开闭一组锁绳钳夹块 27锁闭对重曳引绳。
如图10所示，所述锁绳钳夹块由锁绳钳定位座28、锁绳滑块30、滑轨32 和销孔耳33组成，滑轨32固定装在锁绳钳定位座28的两侧，锁绳滑块30通 过导轨槽31设在滑轨32上，在锁绳钳定位座28和锁绳滑块30相对的表面上 设有锁绳槽29，销孔耳33设在锁绳滑块30的正面上。
如图11所示，所述阻尼控制器17由DSP微处理器(TMS320LF2407A)、 无源晶振(CRYXTAL2) 50、电源51、光隔驱动器52、电流检测放大器53、 光隔驱动器54、光隔驱动器(TLP521) 55、人机界面56和通讯接口 RS485组 成。DSP微处理器采用240x系列DSP (TMS320LF2407A)电机专控芯片，该 芯片最高运算速度40MIPS，自带10位16通道AD转换器，2个16位定时器， l个看门狗定时器，PWM产生模块可直接驱动逆变器，有监视输入脚信号变化 的捕获单元CAPx， 41个可独立编程通用I/O接口 GPIO和多种串行通信模块 SCIRXD，它还包含用于存储各种参数的EEPROM等。该芯片的外围电路主要 有无源晶振50 (CRYXTAL2) 10MHz，经DSP四倍频后产生40MHz的工作 频率，无源晶振50与DSP微处理器的XTAL脚连接；阻尼控制器电路板的电 源51提供士5V、 士15V、十12V电源，经稳压去藕后分别给控制电路、驱动电 路、功率电路供电；光隔驱动器52输出控制脉冲PWM，控制功率开关器件38 的通断时间，光隔驱动器52输入端与DSP微处理器的PWMX脚连接，光隔驱 动器52输出端与功率开关器件38的栅极连接，光隔驱动器52的电源端与电源变换器48连接；电流检测放大器53放大电流传感器39测得的主回路电流，并 将该信号送DSP的ADC转换作为内环反馈信号，电流检测放大器53的输出端 与DSP微处理器的ADCIN0脚连接，电流检测放大器53的输入端与电流传感 器39的输出端连接；光隔驱动器54用光耦取出三相电压的自然换向点可作为 外环反馈信号，并将得到频率3倍于交流电频率的方波脉冲送DSP形成PWM 控制脉冲，光隔驱动器54的三相输出端与DSP微处理器的CAPX脚连接，光 隔驱动器54的三相输入端与磁阻尼曳引机16定子上的霍尔传感器42的三相输 出端连接；光隔驱动器55连接外围I/0锁存器、缓冲器和继电器，光隔驱动器 55的输入端与DSP微处理器的GPIO脚连接，光隔驱动器55的输出端与阻尼 控制器17的输出端子连接；通讯接口 RS485是为了让硬件留有足够余地保证 系统的可升级空间，配上CAN总线接口卡可以让设备实现网络化，通讯接口 RS485与DSP微处理器的SCIRXD脚连接；人机界面56供现场设置和调试， 人机界面56与DSP微处理器的I/O脚连接；消防开关22与DSP微处理器的 CAP1脚连接，唤醒阻尼控制器17进入主控状态。阻尼控制器17的功能是调节 磁阻尼曳引机的制动转矩、电源切换、制动器和锁绳钳的开闭控制，指令电梯 控制器在逃生状态下的对轿厢进行的必要操作。
上述实施例中的永磁无刷直流电机还可以外转子结构，该电机与曳引轮之 间还可以增设增速机。
上述磁阻尼曳引机还可以采用与电梯曳引机同铭牌的永磁无刷同步电机， 该电机可以是内转子或外转子结构，该电机与曳引轮之间可以直接连接，也可 以增设增速机。
上述实施例中的蓄电池还可以采用铅酸蓄电池、镍氢蓄电池或其他储能蓄 电池中的任意一种。
本发明的势能控速装置的工作过程
1、能量转换过程人体重力势能G拉动曳引轮转动^，曳引轮带动阻尼 曳引机转子旋转，转子上的永磁体与定子电枢间相对运动产生感应电势e,感应 电势e在闭合回路中产生感生电流I，感生电流I在定转子气隙间产生制动转矩 M，该制动转矩M平衡重力势能G的作用，使曳引轮转速o)保持相对恒定。2、 反馈过程当负载转矩G^制动转矩M时—磁阻尼曳引机转速"丫—
电动势e和回路电流IT—制动转矩MT—使制动转矩M"负载转矩G进入稳 态运行。当负载转矩G〈制动转矩M时—磁阻尼曳引机转速"i—电动势e丄 和回路电流U—制动转矩Ml—使制动转矩M&负载转矩G进入稳态运行。
3、 实时控制过程通过实时采集磁阻尼曳引机16上的霍尔42转速信号和 电流传感器39输出电流信号，利用(电流)内环和(转速)外环的双闭环PID 控制算法修改控制脉冲PWM占空比，调整功率开关管的通断时间，控制磁阻 尼曳引机制动转矩，达到本次负载在缓降过程中动态平衡，如图14所示。
4、 电梯运行过程如图12所示，对重锁绳钳25A、 25B处于开锁状态， 对重曳引绳8穿梭而过；磁阻尼曳引机16被制动器锁定，势能锁绳钳26锁定 势能传递绳20。当电梯控制器驱动轿厢时，轿厢曳引绳和对重曳引绳8牵动轿 厢4和对重5沿各自导轨上下相向运行，与普通电梯运行情况无异。在电梯状 态运行时蓄电池接交流充电器由市电充电。
5、 逃生运行过程如图13和图11所示，火灾发生时楼层召唤器23的消 防开关22发出紧急信号一DSP微处理器的捕获单元CAP1唤醒阻尼控制器17 处于主控状态;首先阻尼控制器17的输出端JO切换继电器45到直流充电器上、 J3输出电源切换信号，把电源变换器48切换到电梯控制器的电源端子板上，随 后阻尼控制器17的输出端J4、 J5输出控制指令①指令电梯控制器把一部轿 厢停到地面楼层，另一部轿厢停到发出紧急召唤的楼层，形成高度差；②阻尼 控制器17的输出端Jl输出信号锁定两台电梯曳引机的制动器、锁定对重锁绳 钳25;③待收到轿厢发出关门就绪信号ST (火灾楼层的逃生人员进入轿厢按下 轿厢内的下行按钮)；④阻尼控制器17的输出端J2输出打开势能锁绳钳26和 磁阻尼曳引机制动器，高位轿厢在人体重力势能作用下缓降运行并把重载轿厢 势能转换成电能回馈给储能电源装置中的蓄电池或以热能形式消耗在电阻上。 阻尼控制器17通过PID控制能耗制动转矩，使重载轿厢匀速下降，互为配重的 另一只空载轿厢被提升到同位高度；待收到缓冲器24发来的轿厢就绪信号重复 指令③、 ，继续运送同楼层被困人员，实现无源往复缓降。
当多个楼层召唤器拨动消防开关时，阻尼控制器按先后排队顺序或按消防救援人员设置的调整空载轿厢停车楼层的顺序重复指令①、②操作，保证有一部轿厢在地面楼层或可安全逃离的楼层，收到轿厢就位信号后执行指令(D、 实现任意楼层救援的功能。
权利要求
1、一种民用高层建筑无源势能控速逃生电梯，包括在电梯井中并列设置的两部乘用电梯，每部乘用电梯由轿厢、对重、电梯曳引机、对重曳引绳、轿厢曳引绳、电梯控制器、轿厢导轨和对重导轨构成，其特征是在一井双梯机房的两部电梯曳引机之间设置势能控速装置，势能曳引绳设置在势能控速装置的磁阻尼曳引机上，势能曳引绳通过轿厢反向轮与轿厢曳引绳连接在一起，势能锁绳钳设在磁阻尼曳引机抗绳轮的下面，对重锁绳钳设在电梯曳引机抗绳轮的下面，设在磁阻尼曳引机两边的两部轿厢互为配重在重力势能作用下作往复运行。
2、 根据权利要求1所述的民用高层建筑无源势能控速逃生电梯，其特征是 所述势能控速装置由磁阻尼曳引机、储能电源装置和阻尼控制器组成，磁阻尼 曳引机的能耗装置与储能电源装置和阻尼控制器连接，储能电源装置与阻尼控 制器连接，阻尼控制器与磁阻尼曳引机的制动器联接。
3、 根据权利要求1或2所述的民用高层建筑无源势能控速逃生电梯，其特 征是所述磁阻尼曳引机由永磁无刷直流电机、曳引轮、复绕轮和能耗装置组 成，永磁无刷直流电机输出轴与曳引轮连接，永磁无刷直流电机电枢的三相引出线与能耗装置的全桥整流器输入端连接，复绕轮设在曳引轮的下面；所述能耗装置由全桥整流器、功率开关器件、电流传感器和电阻组成，全桥整流器的正极与功率开关器件的集电极连接，全桥整流器的正极还经DC/DC直流变换器 与储能电源装置连接，功率开关器件的栅极与DSP微处理器的光隔驱动器输出 端连接，功率开关器件的射极与电阻一端连接，电阻的另一端与全桥整流器负 极连接后接地，电流传感器与阻尼控制器的电流检测放大器连接。
4、 根据权利要求2所述的民用高层建筑无源势能控速逃生电梯，其特征是 所述储能电源装置由蓄电池、继电器、交流充电器、直流充电器和电源变换器 组成，蓄电池正极通过继电器连接交流充电器或直流充电器，交流充电器与市 电连接，直流充电器与DC/DC直流变换器连接，电源变换器与蓄电池的正极连 接，电源变换器的投断开关与阻尼控制器连接，电源变换器的输出端与电源端子板连接。
5、 根据权利要求1或2所述的民用高层建筑无源势能控速逃生电梯，其特征是所述磁阻尼曳引机还可以采用与电梯曳引机同铭牌的永磁无刷同步电机， 该电机可以是内转子或外转子结构，该电机与曳引轮之间可以直接连接，也可 以增设增速机。
6、 根据权利要求3所述的民用高层建筑无源势能控速逃生电梯，其特征是: 所述永磁无刷直流电机是内转子或外转子结构，该电机与曳引轮之间还可以增 设增速机。
7、 根据权利要求1所述的民用高层建筑无源势能控速逃生电梯，其特征是: 所述势能锁绳钳由涡轮减速伺服机、摇臂、拉杆和锁绳钳夹块组成，涡轮减速 伺服机与摇臂连接，拉杆的一端与摇臂连接，拉杆的另一端与锁绳钳夹块连接。
8、 根据权利要求7所述的民用高层建筑无源势能控速逃生电梯，其特征是 所述锁绳钳夹块由锁绳钳定位座、锁绳滑块、滑轨和销孔耳组成，滑轨固定装 在锁绳钳定位座的两侧，锁绳滑块通过滑轨槽设在滑轨上，在锁绳钳定位座和 锁绳滑块相对的表面上设有锁绳槽，销孔耳设在锁绳滑块的正面上。
9、 根据权利要求4所述的民用高层建筑无源势能控速逃生电梯，其特征是 所述蓄电池是全钒液流储能蓄电池、铅酸蓄电池、镍氢蓄电池或其他储能蓄电 池中的任意一种。
全文摘要
本发明涉及一种民用高层建筑无源势能控速逃生电梯。本发明主要是解决现有逃生器材存在着操作步骤繁多、救生效率低和不能无源运送救援人员的技术难点。本发明的民用高层建筑无源势能控速逃生电梯，包括在电梯井中并列设置的两部乘用电梯，乘用电梯由轿厢、对重、电梯曳引机、对重曳引绳、轿厢曳引绳、电梯控制器、轿厢导轨和对重导轨构成，其中在一井双梯机房的两部电梯曳引机之间设置势能控速装置，势能曳引绳设置在势能控速装置的磁阻尼曳引机上，势能曳引绳与轿厢曳引绳连接在一起，势能锁绳钳设在磁阻尼曳引机抗绳轮的下面，对重锁绳钳设在电梯曳引机抗绳轮的下面，设在磁阻尼曳引机两边的两部轿厢互为配重在重力势能作用下作往复运行。
文档编号B66B9/00GK101575063SQ200910074069
公开日2009年11月11日 申请日期2009年3月31日 优先权日2009年3月31日
发明者赵长飞 申请人:赵长飞