HK1223899B - 制动器控制器和电梯系统 - Google Patents

Description

制动器控制器和电梯系统

技术领域

本发明一般涉及用于电磁制动器的制动器控制器的领域，并且具体地涉及这样的制动器控制器的固态开关的控制解决方案。

背景技术

电磁制动器可以例如用于电梯的提升机的制动，用于电梯轿厢的制动，或者用于自动扶梯或运输机的制动。

电磁制动器通常包括固定的制动器主体以及被布置为相对于制动器主体移动的电枢。在制动器主体和电枢之间装配弹簧或相应装置，以便在它们之间施加推力。另外，在制动器主体的内部装配具有磁化线圈的电磁体。将制动器布置在诸如电梯的导轨或提升机的牵引滑轮这样的要被制动的对象的附近。借助于弹簧的推力、相对于(against)对象来驱动电枢，由此应用制动器。通过对磁化线圈通电(energize)来打开制动器。在通电时，磁化线圈导致制动器主体和电枢之间的吸引，其进一步使电枢通过抵抗弹簧的推力而脱离被制动的对象。

通过向磁化线圈馈送电流对磁化线圈通电/打开制动器。制动器控制器可以被用于根据来自电梯控制的命令来选择性地打开或关闭制动器。因此，制动器控制器具有用于选择性地向磁化线圈馈送电流或切断磁化线圈的电流的主电路。在正常操作中，在开始新的电梯运行时打开制动器，并且在运行的结束时应用制动器。

为了改进制动器操作，例如为了减少制动器噪声、减少磁化线圈的发热、调节制动器操作时间等，制动器控制器可以具有可调节的输出。例如，已经建议在制动器控制器主电路中使用诸如绝缘栅双极型晶体管(igbt transistor)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet transistor)或碳化硅(SiC)mosfet晶体管这样的可控固态开关，以调节磁化线圈的电流。然而，还至少需要改进这样的制动器控制器的可靠性和寿命。

发明目的

本发明的目的是引入一种具有提高的寿命和可靠性的新的制动器控制器。因此，本发明公开了根据本公开实施例的制动器控制器以及电梯系统。在从属权利要求中描述本发明的一些优选实施例。在本申请的说明书和附图中呈现本发明的一些实施例和本发明的多个实施例的组合。

发明内容

本发明的一方面是一种制动器控制器，其包括：直流链路(DC link)，用于供应功率，所述直流链路包括正直流链路轨道(positive DC link rail)和负直流链路轨道(negative DC link rail)；输出端子，用于将电磁制动器的磁化线圈耦合到制动器控制器；电流路径，建立在直流链路与输出端子之间，用于向磁化线圈传导直流链路功率；以及被装配(fit)到电流路径中的两个固态开关。两个固态开关被配置为通过调制直流链路电压来调节输出端子电压。用语“固态开关被装配到电流路径中”意味着电流路径中的电流经由固态开关运行(run)。

本发明的另一方面是一种电梯系统，其包括被配置为根据服务请求在停止楼层之间的电梯竖井的内部垂直运动的电梯轿厢以及用于驱动电梯轿厢的提升机。电梯系统包括用于制动提升机和/或电梯轿厢的移动的一个或多个电磁制动器。电梯系统包括用于控制一个或多个电磁制动器的根据本公开的制动器控制器。

这意味着可以利用至少两个分开的固态开关、通过调节输出端子电压来切断以及调节磁化线圈的电流。在这种情形下，还可以根据调制方案在固态开关之间划分由调制造成的开关损耗。这增加了制动器控制器的可靠性以及寿命。

根据一个实施例，固态开关中的一个与正直流链路轨道相关联，而另一个与负直流链路轨道相关联。

根据一个实施例，制动器控制器包括交流功率输入端子以及在直流链路与交流功率输入端子之间装配的整流器。

根据一个实施例，制动器控制器包括：控制电路，被耦合到固态开关的控制极，并且被配置为将调制交替地应用于开关中的每一个。这意味着在持续地调节输出端子电压的同时，仍然可以将由调制造成的开关损耗轮流划分给开关的任何一个，从而降低单个开关的压力。

根据一个实施例，基于开关的瞬时温度或温度的改变来确定单个开关的调制的开始和停止时刻。因此，可以确定调制期间的持续时间和发生，使得可以减少单个开关的温度变化和/或最大温度。

根据一个实施例，控制电路被配置为控制固态开关中的一个在另一个正在调制时持续地传导。这意味着仅传导损耗(例如，没有开关损耗)被施加于连续传导的开关。

根据一个实施例，制动器控制器包括：安全输入，用于接收安全信号；以及继电器，具有与在交流功率输入端子和整流器之间的电流线中的每一个串联的继电器触点。安全输入耦合到继电器的控制线圈。这意味着可以在安全信号指示必须被跟踪(follow)的操作异常(operational anomaly)时，使用高安全级别来切断对磁化线圈的电流供应。

根据一个实施例，制动器控制器包括：直流链路电容器(DC linkcapacitor)，连接在正直流链路轨道和负直流链路轨道之间，以拉平(even out)直流链路中的电压变化。这也意味着可以在直流链路电容器中存储从磁化线圈返回给直流链路的能量以便重用。

根据一个实施例，制动器控制器包括两个电流箝位二极管，其中一个连接在第一输出端子和负直流链路轨道之间，另一个连接在第二输出端子和正直流链路轨道之间。这意味着可以将磁能经由电流箝位二极管从磁化线圈返回给直流链路。

根据一个实施例，调制期间的长度对于两个固态开关基本相同。因此，在使用具有相同调制频率的相似的固态开关时，固态开关之间的功率损耗也基本上相同。

根据一个实施例，固态开关是相似的。这是有利的，因为当它们具有完全相同的操作特征时，更容易设计出相同寿命的固态开关。这也与固态开关的所公开的调制方法相一致。

根据一个实施例，制动器控制器具有：输出端子的两个分开的集合，用于向两个分开的磁化线圈传导直流链路功率；并且制动器控制器包括：分开的电流路径，建立在直流链路和端子的第一集合之间以及直流链路(1)和端子的第二集合之间，用于向对应的磁化线圈传导直流链路功率。制动器控制器包括在直流链路和对应的输出端子之间的两个电流路径中的两个固态开关。在两个电流路径中，两个固态开关均被配置为通过调制直流链路电压来调节对应的输出端子电压。

根据一个实施例，在两个电流路径中，固态开关中的一个连接到正直流链路轨道，并且另一个连接到负直流链路轨道。控制电路耦合到两个电流路径的固态开关的控制极。控制电路被配置为将调制交替地应用于第一电流路径的固态开关中的每一个。控制电路还被配置为将调制轮流地应用于第二电流路径中的两个固态开关。

附图说明

下面将参考附图、借助于本发明的实施例的一些例子(其本身不限制本发明的应用范围)更详细地描述本发明，附图中：

图1表示根据实施例的制动器控制器的主电路的示意图；

图2例示根据实施例的制动器控制器的控制原理；以及

图3表示根据实施例的电梯系统。

具体实施方式

为了可理解性，在图1至3中仅表示被认为对于理解本发明所必要的那些特征。因此，例如，广为人知地存在于对应领域中的某些部件/功能可能未被表示。

在描述中，相同的参考符号总是用于相同的项目。

图1是根据示例性实施例的制动器控制器的主电路的示意图。制动器控制器具有用于将制动器控制器连接到电源缆线L、N的交流功率输入端子7A、7B。利用具有来自供电变压器的相导体(phase conductor)L和中性导体(neutral conductor)N的单相交流(AC)系统来供给制动器控制器。在一些实施例中，在供电变压器附近将中性导体N接地(保护性接地)。另一方面，在一些其它实施例中，不将中性导体N接地。

在直流链路1与交流功率输入端子7A、7B之间装配交流/直流整流器8。将整流器8的正直流电压输出连接到正直流链路轨道2A，并且将整流器8的负直流电压输出连接到直流链路1的负直流链路轨道2B。

在正直流链路轨道2A和负直流链路轨道2B之间连接直流链路电容器12。直流链路电容器12的目的是存储直流链路能量并且拉平直流链路电压变化。通过作为mosfet晶体管的充电开关Q5将直流链路电容器12连接到负直流链路轨道2B。当开关Q5打开(例如，不传导)时，通过电阻器13对直流链路电容器12充电。当直流链路电容器12上的电压达到给定阈值时，开关Q5关闭(被控制为传导状态)，使得直流链路电容器12经由开关Q5连接到负直流链路轨道2B。

制动器控制器具有与输出端子的两个分开的集合3A、3B和4A、4B相关联的两个控制通道。可以将电磁制动器的两个分开的磁化线圈5’、6’连接到输出端子3A、3B和4A、4B。两个控制通道具有在直流链路1与输出端子的分开的集合3A、3B和4A、4B之间建立的分开的电流路径，使得制动器控制器可操作以控制对彼此独立的磁化线圈5’、6’的电流的供应。

因为两个电流路径/控制通道的操作原理是相似的，所以下面仅公开关于一个控制通道的详细的制动器控制器操作。进一步详细地公开与磁化线圈5’相关联的控制通道。然而，本公开也适用于与磁化线圈6’相关联的控制通道。

第一控制通道的电流路径从正直流链路轨道2A开始，经过输出端子3A去往磁化线圈5’，并且还经过输出端子3B回到负直流链路轨道2B，使得通过输出端子3A、3B将电功率从直流链路1供应给磁化线圈5’。

制动器控制器包括装配到电流路径中的igbt晶体管的形式的两个固态开关Q1、Q2。替代igbt晶体管，还可以使用诸如mosfet晶体管或双极型晶体管等其它类型的可控固态开关。将igbt晶体管Q1连接到正直流链路轨道2A，并且将igbt晶体管Q2连接到负直流链路轨道2B。igbt晶体管Q1、Q2被配置为通过调制直流链路电压U_DC来调节输出端子电压U_BR1，即输出端子3A、3B之间的电压。术语调制意味着被应用于igbt晶体管Q1、Q2以创建调制的输出端子电压U_BR1的特定高频开关模式。正如已知的那样，可以通过改变调制参数来调节调制的输出端子电压U_BR1的直流电平。调制参数取决于所使用的调制方法；例如，其可以是开关模式的脉冲宽度(脉冲宽度调制，PWM)、开关模式的频率(频率调制，FM)或者滞后控制的滞后电平。开关频率可以根据实施例的不同而不同，并且其优选在10KHz和200KHz之间，以消除开关噪声。

另外，将两个电流箝位二极管D5、D6耦合到输出端子，使得二极管D5连接在输出端子3A和负直流链路轨道2B之间，并且二极管D6连接在输出端子3B和正直流链路轨道2A之间。当同时断开两个igbt晶体管Q1、Q2时，磁化线圈5’电流具有经由二极管D5、D6回到直流链路1的通路，使得可以将能量从磁化线圈5’返回给直流链路电容器12。这具有磁化线圈5’的电流迅速终止(cease)到零的效果。因此，可以通过同时断开igbt晶体管Q1、Q2来加速磁化线圈5’电流的切断过程。

制动器控制器包括被耦合到igbt晶体管Q1、Q2的控制栅极并且被配置为将调制交替地应用于igbt晶体管Q1、Q2的计算机实现的控制电路9。在图2中，参考符号M_Q1和M_Q2表示igbt晶体管Q1和Q2的调制模式，并且参考符号M_Q3和M_Q4表示其它控制通道中的igbt晶体管Q3和Q4的调制模式。如可以从图2看到的那样，控制电路9对两个控制通道中的igbt晶体管Q1、Q2和Q3、Q4中的一个施加连续的高电平控制信号，以使所述igbt晶体管在其他Q1、Q2和Q3、Q4正在根据控制模式M_Q1、M_Q2和M_Q3、M_Q4调制时持续地传导。调制期间T的长度约为100ms，并且其对于所有的igbt晶体管Q1、Q2和Q3、Q4是相同的。然而，在一些其它实施例中，调制期间T的长度可以不同。在替代的实施例中，对于连接到负直流链路轨道2B的igbt晶体管Q2、Q4，调制期间T的长度为100ms，而对于连接到正直流链路轨道2A的igbt晶体管Q1、Q3，调制期间T的长度为150ms。

这意味着可以将开关损耗交替地划分给igbt晶体管，因为单个igbt晶体管的瞬时温度和/或温度的改变保持在允许的限制内，所以减少单个igbt晶体管的压力。制动器控制器1的所有igbt晶体管Q1、Q2和Q3、Q4还是相似的，例如是相同类型和规格的，这意味着当它们具有完全相同的操作特征时，更容易设计出相同寿命的igbt晶体管Q1、Q2和Q3、Q4。

制动器控制器还包括安全继电器11。将安全继电器11的常开(normalopen，N.O.)开关触点11’与在交流功率输入端子7A、7B和整流器8之间的电流线L、N串联耦合，使得可以通过打开开关触点11’将制动器控制器主电路与电源缆线L、N分开。替代安全继电器11，也可以使用接触器。将输入端子10耦合到安全继电器11的控制线圈11”。将电梯安全链的状态信号连接到输入端子10。当安全链检测到电梯系统中的操作异常时，它导致对控制线圈11’的电流供应的中断。这具有中断对磁化线圈5’、6’的电流供应并且应用对应的电磁制动器的效果。在一些实施例中，电磁制动器被配置为制动电梯轿厢的提升机。在一些实施例中，电磁制动器被配置为相对于导轨来制动电梯轿厢。

图3是根据示例性实施例的电梯系统的示意图。电梯系统包括被配置为根据来自电梯乘客的服务请求在停止楼层之间的电梯竖井17的内部垂直移动的电梯轿厢14，这在本领域中是已知的。电梯控制单元20可操作以处理服务请求以及计算电梯轿厢1的移动的目标速度。将提升机15安装在电梯竖井17的顶端的附近。提升机15包括永磁电动机以及被安装到永磁电动机的轴的牵引滑轮16。将频率转换器21连接到永磁电动机的定子，以便向永磁电动机供应功率。用提升绳索18悬挂电梯轿厢14和平衡锤19。提升绳索18经由提升机15的牵引滑轮16运行。永磁电动机驱动牵引滑轮16，使电梯轿厢14和平衡锤19在电梯竖井17中以相反的方向移动。

替代地，可以将提升机15布置在电梯竖井坑中。电梯系统还可以具有分开的提升绳索和悬挂绳索。在这种情况下，提升绳索可以经由布置在坑中的提升机的牵引滑轮来运行。另外，可以将悬挂绳索耦合到在坚井的顶端附近的至少一个滑轮。术语“绳索”被理解为指代传统的圆形绳索以及带。替代地，可以在与竖井17分开的机房中布置提升机15和频率转换器21。还可以在没有平衡锤19的情况下实现根据本公开的电梯。

图1的提升机15包括用于制动牵引滑轮16的移动的两个电磁制动器5、6。如在本领域中已知的那样，电磁制动器5、6包括固定的制动器主体以及被布置为相对于制动器主体移动的电枢。在制动器主体和电枢之间装配弹簧以在它们之间施加推力。在制动器主体的内部装配具有磁化线圈5’、6’的电磁体。借助于弹簧的推力、相对于提升机15的制动表面来驱动电枢，由此应用制动器5、6。通过对磁化线圈5’、6’通电来打开制动器5、6。当通电时，磁化线圈5’、6’导致制动器主体和电枢之间的吸引，其进一步使电枢通过抵抗弹簧的推力而脱离被制动的对象。

将根据图1和图2的制动器控制器1连接到磁化线圈5’、6’，以根据来自电梯控制单元20的命令来选择性地打开或关闭制动器5、6。

在正常操作中，在开始新的电梯运行时打开制动器5、6，并且在运行的结束时应用制动器5、6以将电梯轿厢14保持在停顿状态(standstill)。在正常操作期间，通过如上所述地调制igbt晶体管Q1、Q2和Q3、Q4向磁化线圈5’、6’馈送电流来控制打开制动器5、6。因此，调节输出端子电压U_BR1、U_BR2，使得通过磁化线圈5’、6’的电流被限制为足以使制动器保持打开但同时不会不必要地大的值，使得可以减少制动器5、6的发热。

如果电梯安全链在电梯运行期间检测到紧急情况，则执行紧急停止。电梯安全链中断对安全继电器11的控制线圈11’的电流的供应。因此，中断对磁化线圈5’、6’的电流供应，应用制动器5、6，并且通过制动牵引滑轮16的移动使电梯轿厢进入停顿状态。

对于技术人员显而易见的是，可以将两个以上的固态开关装配到控制通道的电流路径中。如果一次仅调制固态开关中的一个，同时其它固态开关持续地传导，则可以进一步减少单个固态开关的开关损耗。

对于本领域技术人员还显而易见的是，也可以将上述电子设备中的一个或多个一起集成到例如同一电路板上/同一控制单元中。

对于本领域技术人员还显而易见的是，也可以使用上面公开的制动器控制器1来控制自动扶梯或运输机的电磁制动器。

上面借助于示例性实施例描述了本发明。对于本领域技术人员显而易见的是，本发明不限于上面描述的实施例，并且在由权利要求所限定的发明构思的范围内可能有许多其它应用。

Claims (13)

1.一种制动器控制器，包括：

直流链路(1)，用于供应功率，所述直流链路包括正直流链路轨道(2A)和负直流链路轨道(2B)；

输出端子(3A，3B；4A，4B)，用于将电磁制动器的磁化线圈(5’，6’)耦合到制动器控制器；

电流路径，建立在直流链路(1)与输出端子(3A，3B；4A，4B)之间，用于向磁化线圈(5’，6’)传导直流链路功率；

其特征在于，制动器控制器包括被装配到电流路径中的两个固态开关(Q1，Q2；Q3，Q4)，

其中固态开关(Q1，Q2；Q3，Q4)被配置为通过调制直流链路电压(U_DC)来调节输出端子电压(U_BR1，U_BR2)，其中制动器控制器包括：控制电路(9)，被耦合到固态开关(Q1，Q2；Q3，Q4)的控制极，并且被配置为将调制(M_Q1，M_Q2；M_Q3，M_Q4)交替地应用于固态开关(Q1，Q2；Q3，Q4)。

2.根据权利要求1所述的制动器控制器，其特征在于，固态开关中的一个(Q1，Q3)连接到正直流链路轨道(2A)，并且另一个(Q2，Q4)连接到负直流链路轨道(2B)。

3.根据权利要求1或2所述的制动器控制器，其特征在于，制动器控制器包括：

交流功率输入端子(7A，7B)；以及

整流器(8)，装配在直流链路(1)与交流功率输入端子(7A，7B)之间。

4.根据权利要求1所述的制动器控制器，其特征在于，基于固态开关(Q1，Q2；Q3，Q4)的瞬时温度或温度的改变来确定单个固态开关(Q1，Q2；Q3，Q4)的调制的开始和停止时刻。

5.根据权利要求1所述的制动器控制器，其特征在于，控制电路(9)被配置为控制固态开关(Q1，Q2；Q3，Q4)中的一个在另一个(Q1，Q2；Q3，Q4)正在调制时持续地传导(CC_Q1，CC_Q2，CC_Q3，CC_Q4)。

6.根据权利要求1所述的制动器控制器，其特征在于，制动器控制器包括：

安全输入(10)，用于接收安全信号；以及

继电器(11)，具有与在交流功率输入端子(7A，7B)和整流器(8)之间的电流线(L，N)中的每一个串联耦合的继电器触点(11’)，

其中安全输入(10)耦合到继电器(11)的控制线圈(11”)。

7.根据权利要求1所述的制动器控制器，其特征在于，制动器控制器包括：直流链路电容器(12)，连接在正直流链路轨道(2A)和负直流链路轨道(2B)之间。

8.根据权利要求1所述的制动器控制器，其特征在于，制动器控制器包括两个电流箝位二极管(D5，D6；D7，D8)，其中一个(D5，D7)连接在第一输出端子(3A，4A)和负直流链路轨道(2B)之间，另一个连接在第二输出端子(3B，4B)和正直流链路轨道(2A)之间。

9.根据权利要求1所述的制动器控制器，其特征在于，固态开关(Q1，Q2；Q3，Q4)是相似规格的。

10.根据权利要求1所述的制动器控制器，其特征在于，调制期间(T)的长度对于两个固态开关(Q1，Q2；Q3，Q4)基本相同。

11.根据权利要求1所述的制动器控制器，其特征在于，制动器控制器具有：输出端子的两个分开的集合(3A，3B；4A，4B)，用于向两个分开的磁化线圈(5’，6’)传导直流链路功率；

并且制动器控制器包括：分开的电流路径，建立在直流链路(1)和端子的第一集合(3A，3B)之间以及直流链路(1)和端子的第二集合(4A，4B)之间，用于向对应的磁化线圈(5’，6’)传导直流链路功率；

并且制动器控制器包括在直流链路和对应的输出端子之间的两个电流路径中的两个固态开关(Q1，Q2；Q3，Q4)，

并且在两个电流路径中，两个固态开关(Q1，Q2；Q3，Q4)均被配置为通过调制直流链路电压来调节对应的输出端子电压(U_BR1，U_BR2)。

12.根据权利要求11所述的制动器控制器，其特征在于，在两个电流路径中，固态开关中的一个(Q1，Q3)连接到正直流链路轨道(2A)，并且另一个(Q2，Q4)连接到负直流链路轨道(2B)，

并且控制电路(9)耦合到两个电流路径的固态开关(Q1，Q2；Q3，Q4)的控制极，

并且控制电路(9)被配置为将调制(M_Q1，M_Q2)交替地应用于第一电流路径的固态开关(Q1，Q2)，

并且控制电路(9)被配置为将调制(M_Q3，M_Q4)交替地应用于第二电流路径的固态开关(Q3，Q4)。

13.一种电梯系统，包括被配置为根据服务请求在停止楼层之间的电梯竖井(17)的内部垂直运动的电梯轿厢(14)以及用于驱动电梯轿厢(14)的提升机(15)，所述电梯系统包括用于制动提升机(15)和/或电梯轿厢(14)的运动的一个或多个电磁制动器(5，6)，其特征在于，所述电梯系统包括用于控制一个或多个电磁制动器(5，6)的根据权利要求1至12中的任一项所述的制动器控制器。