Система рекуперации энергии в устройствах для перемещения грузов

Изобретение относится к системе рекуперации энергии в устройствах для перемещения грузов, таких как лифты, грузовые подъемники и аналогичные устройства, или в подъемных устройствах, таких как краны. Система рекуперации энергии содержит измерительное средство для измерения количества электрической энергии, потребляемой каждое мгновение электрическим приводом, электрический генератор (G), выполненный с возможностью преобразования в электрическую энергию вращения выходного вала (6m) электрического привода (М). Измерительное средство приводит в действие электрический генератор (G), когда электрическая энергия, потребляемая электрическим приводом (М), меньше заданного значения, и отключает электрический генератор (G), когда электрическая энергия, потребляемая упомянутым электрическим приводом (М), превышает упомянутое заданное значение. Достигается рекуперация энергии. 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящее изобретение относится к системе рекуперации энергии в устройствах для перемещения грузов, таких как лифты, грузовые подъемники и аналогичные устройства, или в подъемных устройствах, таких как краны. Устройства, такие как лифты и грузовые подъемники, обычно предусматривают кабину или пространство, предназначенное для транспортировки груза, противовес, присоединенный к кабине или пространству посредством троса, проходящего вокруг барабана, и мотор, который кинематически соединен с барабаном, чтобы приводить его во вращение. На практике, чтобы ограничить потребление энергии мотором, последний работает в таких условиях, что необходимая работа (не учитывая различные потери вследствие преобразования движения в трение и так далее) соответствует не полному весу кабины и ее содержимого, а разнице между весом кабины и ее соответствующего противовеса.

В случае, если значение веса кабины и ее содержимого превышает значение противовеса, мотор будет потреблять больше энергии при движении вверх (кабины). В таких же условиях нагрузки, при соответствующем движении вниз, работа мотора по существу заменяется силой веса, приложенной кабиной.

Напротив, когда значение веса кабины и ее содержимого меньше значения противовеса, мотор будет потреблять больше энергии при движении вниз. В этих условиях нагрузки работа мотора по существу будет заменена силой веса, приложенной противовесом, при движении кабины вверх.

Задачей настоящего изобретения является рекуперация энергии, в частности, когда условия работы привода предпочтительны в отношении потребности в энергии; на практике, по отношению к подъемным устройствам, таким как лифты, грузовые подъемники с противовесом, при движениях кабины вверх, когда значение веса последней (включая в себя ее груз) меньше значения противовеса и, при движениях кабины вниз, когда значение веса последней (включая в себя ее груз) больше значения противовеса. Аналогично, в случае подъемных устройств без противовеса, энергия рекуперируется благодаря гравитации, действующей на груз при ходах вниз.

Согласно изобретению эти результаты были достигнуты применением идеи обеспечения системы, имеющей признаки, описанные в пункте 1 формулы изобретения. Дополнительные признаки изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.

Среди преимуществ настоящего изобретения следует выделить следующие:

энергия рекуперируется с относительно высокой эффективностью, благодаря использованию устройств, специально ориентированных на область, для которой они предназначены;

система может быть применена во вновь сконструированных подъемных устройствах, но она также может быть использована для обновления существующих устройств (“модернизации”), включающих в себя подъемные устройства, такие как краны и аналогичные устройства;

система имеет достаточно сниженные дополнительные затраты по сравнению с традиционными системами, и ее стоимость быстро окупается благодаря использованию системы исходя из экономии энергии;

требования подъемными устройствами меньшего количества энергии имеет преимущества с точки зрения потребления, экономии энергии в целом, с положительными последствиями для окружающей среды;

ее структура надежна и позволяет ее специфическим признакам оставаться неизменными с течением времени, даже после чрезвычайно длительного использования.

Каждый специалист, который работает в этой области, лучше поймет эти признаки и дополнительные признаки и преимущества настоящего изобретения благодаря следующему описанию и сопровождающим чертежам, данным в качестве практического пояснения настоящего изобретения, которые не следует рассматривать в ограничивающем смысле и на которых:

Фиг.1 - схема, относящаяся к возможному варианту выполнения системы согласно изобретению;

Фиг.2 - схема, относящаяся к другому варианту выполнения изобретения;

Фиг.3-5 - дополнительные варианты выполнения системы согласно изобретению; и

Фиг.6 и 7 - и еще один вариант выполнения системы согласно изобретению.

Как показано на фиг.1 и 2, система рекуперации энергии согласно изобретению может быть использована совместно с подъемным устройством, на чертежах схематично представленным лифтом.

Подъемное устройство содержит кабину (2), предназначенную для вмещения груза, который необходимо вертикально переместить.

Кабина (2) соединена с противовесом (4) посредством троса (3), проходящего вокруг барабана (5). Хорошо известно, что подъем кабины (2) соответствует опусканию противовеса (4) и наоборот.

При ее вертикальном двустороннем перемещении кабина (2) приводится в движение вдоль вертикальных направляющих, которые не показаны; аналогично, другие детали, которые нестрого связаны с изобретением, не показаны на чертежах и/или не упомянуты в настоящем описании.

Привод (электродвигатель) (М), который обеспечивает вращение вала барабана (5) в одном направлении или в другом направлении в соответствии с перемещением вниз или вверх кабины (2), действует на барабан (5).

Привод (М) приводит в движение соответствующий вал (6m), к которому присоединен генератор (G), способный преобразовывать вращение выходного вала (6m) в электрическую энергию; при этом на выходе генератор (G) соединен с заданным количеством аккумуляторов (BA). Соединительное средство или муфта (F), которые, по команде, соединяют вал (6m) привода (М) с валом (6g), на который действует непосредственно генератор, расположены между приводом (М) и генератором (G).

Функция муфты (F) состоит в соединении вала (6m) привода (М) с валом (6g) генератора (G), только когда необходимо аккумулировать энергию, получаемую от "положительной работы" вследствие силы тяготения.

Муфта (F) предпочтительно является электрической муфтой, то есть соединительным средством, которое может быть включено при помощи электричества, автоматически при обнаружении заданного порогового значения потребления энергии привода (М). На практике соединительное средство (F) соединяет два вала (6m) и (6g), когда привод (М) не потребляет энергию. Электронный или механический переключатель (IP) полярности, связанный с генератором (G), предусмотрен для обеспечения заряда аккумулятора, независимо от направления вращения вала (6g).

Во время функционирования системы, описанной выше, возможно предположить следующие конфигурации:

a. вес кабины (2) (и переносимого груза) меньше веса противовеса (4);

b. вес кабины (2) (и переносимого груза) больше веса противовеса (4);

с. вес кабины (2) (и переносимого груза) равен весу противовеса (4).

В случае a. (вес кабины < веса противовеса), когда кабина перемещается вверх, привод (М) не требует энергии, поскольку тяга кабины (2) вверх определяется силой тяготения, действующей на противовес (4). В этом случае, соединительное средство (F) соединяет генератор (G) с валом привода (М) и обеспечивает преобразование механической энергии вала в электрическую энергию, накапливаемую в аккумуляторе (BA), так чтобы она могла быть использована требуемым образом. Напротив, когда кабина перемещается вниз (опускание), привод (М) должен потреблять энергию, чтобы преодолеть силу веса противовеса (4), которая, как уже было упомянуто, имеет более высокое значение по сравнению с кабиной (2). В этом случае соединительное средство не вступает в дело, и два вала (6m) и (6g) остаются разъединенными.

В случае b. (вес кабины > веса противовеса), когда кабина перемещается вниз, привод (М) не требует энергии, поскольку опускание кабины (2) определяется силой тяготения, действующей на кабину (2), которая имеет больший вес, чем противовес (4). В этом случае соединительное средство (F) соединяет генератор (G) с валом привода (М) и обеспечивает преобразование механической энергии вала в электрическую энергию и ее накапливание в аккумуляторе (BA). Напротив, когда кабина перемещается вверх (подъем), привод (М) должен потреблять энергию, чтобы преодолеть силу веса кабины (2) и ее содержимого. В этом случае, соединительное средство (F) не вступает в дело, и два вала (6m) и (6g) остаются разъединенными.

В случае c., привод (М) имеет очень пониженную потребность в энергии, чтобы преодолеть сопротивления, оказываемые различными трениями. Однако, упомянутая выше "положительная работа" не может быть получена, так что соединительное средство (F) оставляет два вала (6m) и (6g) разъединенными.

Например, чтобы определить должна ли муфта соединять валы (6m) и (6g) или нет, можно измерить силу тока, потребляемую приводом (М), и сравнить ее с заданным пороговым значением, для того чтобы установить соединение между упомянутыми валами, только если ток, потребляемый приводом (М), ниже заданного порогового значения. Контекстуально возможно определить, то есть управлять направлением вращения вала (6m).

Фиг.2 показывает другой возможный вариант выполнения изобретения, в котором количество генераторов (G, G') составляет более одного. В этом случае генераторов два и они установлены на двух валах (6g, 6g'), выполненных с возможностью соединения с двумя соответствующими валами (6m, 6m'), имеющимися у привода (М) с двух противоположных сторон.

В обоих возможных вариантах выполнения, описанных выше, преимущества, получаемые от использования "ориентированных" устройств, очевидны; на практике привод (М) используется для преобразования электрической энергии в механическую энергию путем вращения вала барабана (5), и генератор, генераторы (G, G') используется/используются для преобразования механической энергии вращения вала (6g, 6g') в электрическую энергию, накапливаемую в аккумуляторе (BA). Таким образом, функцию двигателя осуществляет привод (М), который также выполняет функцию генератора, так что привод и генератор (или генераторы) могут быть каждый выбраны с наиболее подходящими признаками (также в отношении характеристик и эффективности) в зависимости от выполняемой функции и, поэтому, общая эффективность системы выше эффективности систем, в которых привод также используется в качестве генератора.

В случае подъемных устройств без противовеса соединение между валом привода и валом генератора осуществляется только при ходах груза вниз.

Более того, из предшествующего описания ясно, что благодаря наличию соединительного/разъединительного устройства привода (М) с генератором (G) последний не действует в качестве тормоза. Другими словами, генератор (G) выполняет свою функцию, не оказывая негативного влияния на характеристики и эффективность привода (М).

Дополнительные варианты выполнения системы показаны на Фиг.3-5.

Как показано на схеме с Фиг.3, генератор (G) соединен с приводом (М) посредством шкивов (P) зубчатого ремня. На этой схеме, как на схемах Фиг.4 и 5, ссылочные позиции "FP" и "FC" обозначают тросы противовеса и кабины соответственно.

Как показано на схеме с Фиг.4, группа, содержащая привод (М) и генератор (G), опирается на датчики (CC) нагрузки, и генератор (G) соединен с редуктором (R) посредством ременного привода. В этом случае использование электрической муфты не предусмотрено, и генератор (G) включается или отключается путем воздействия на его цепи возбуждения.

Как показано на схеме с Фиг.5, электрическая муфта (F) соединена с тросами (FC) кабины посредством группы, образованной четырьмя тройками шкивов (четыре тройки, поскольку тросов (FC) четыре в этом варианте выполнения). На схеме шкивы, упомянутые выше, обозначены "A", "B" и "C". Шкив "B", на чьей оси электрическая муфта соединена с генератором (G), зацеплен с каждым из шкивов "A" и "C", но упомянутые шкивы не зацеплены друг с другом. Тросы (FC) кабины перемещают путем соприкосновения шкивы "A" и "C", которые, в свою очередь, обуславливают вращение шкива "B". Эта группа расположена на опоре (SC), расположенной в моторном отсеке (V) и установленной на раме с вертикальными и горизонтальными демпферами (то есть действующими перпендикулярно тросам), чтобы препятствовать колебаниям, свойственным тросам в процессе работы.

Согласно варианту выполнения, показанному на Фиг.6 и 7, привод (М) и генератор (G) имеют единый вал (6m), и генератор (G) включается или отключается путем автоматического воздействия на соответствующие цепи возбуждения (схематично обозначенные на чертежах ссылочной позицией "E"), так что генератор (G) включается только когда имеется положительная работа гравитации. На практике, в этом случае генератор (G) включается только когда привод (М) не потребляет энергию.

На схеме с Фиг.6 ссылочными позициями "FP" и "FC" обозначены тросы противовеса и кабины соответственно, в то время как ссылочной позицией "FR" обозначен электромагнитный тормоз, установленный на валу (6m), который может быть использован для торможения грузов при необходимости.

Блок, образованный приводом (М) и генератором (G) с их общим валом (6m) расположен внутри единой вмещающей конструкции (SC), которая упрощает установку и техническое обслуживание, поскольку она содержит как привод (М), так и генератор (G).

На Фиг.7 ссылочными позициями "SM" и "SG" обозначены статоры привода (М) и генератора (G) соответственно, в то время как ссылочными позициями "RM" и "RG" обозначены роторы привода (М) и генератора (G) соответственно.

Выходы генераторов могут быть предназначены для питания любого другого типа электрического устройства вместо аккумуляторов.

Все особенности конструкции могут изменяться любым соответствующим образом, что касается формы, размеров, расположения элементов, природы используемых материалов, без отступления, несмотря на это, от объема идеи изобретения и, таким образом, оставаясь внутри объема охраны, предоставленного настоящему патенту.

1. Система рекуперации энергии в устройствах для перемещения грузов, в которой груз (2) перемещается вертикально электрическим приводом (М), который, в зависимости от его рабочего состояния, потребляет электрическую энергию, уровень которой ниже или выше заданного значения, отличающаяся тем, что она содержит измерительное средство для измерения количества электрической энергии, потребляемой каждое мгновение электрическим приводом, и, по меньшей мере, один электрический генератор (G), выполненный с возможностью преобразования в электрическую энергию вращения выходного вала (6m) электрического привода (М), при этом измерительное средство приводит в действие, по меньшей мере, один электрический генератор (G), когда электрическая энергия, потребляемая электрическим приводом (М), меньше заданного значения, и отключает, по меньшей мере, один электрический генератор (G), когда электрическая энергия, потребляемая упомянутым электрическим приводом (М), превышает упомянутое заданное значение.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит соединительное средство (F), расположенное и действующее между электрическим приводом (М) и электрическим генератором (G), так что оно соединяет вал последнего с валом (6m) привода, при этом измерительное средство приводит в действие соединительное средство (F) для того, чтобы соединить валы (6g, 6m) друг с другом, когда электрическая энергия, потребляемая электрическим приводом (М), меньше заданного значения, и разъединить валы (6g, 6m) друг от друга, когда электрическая энергия, потребляемая электрическим приводом (М), меньше упомянутого заданного значения.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что груз (2) подвешен к первому концу троса (3), который соединен, на противоположном конце, с противовесом (4) и вертикально перемещается электрическим приводом посредством барабана (5) или другого подходящего элемента, способного перемещать трос (3).

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит переключатель (IP) полярности, соединенный с, по меньшей мере, одним электрическим генератором (G).

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит заданное количество аккумуляторов (BA), соединенных с электрическим выходом, по меньшей мере, одного электрического генератора (G).

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит два электрических генератора (G, G'), которые соединены с двумя соответствующими валами (6m, 6m') электрического привода (М) двумя соответствующими соединительными средствами (F, F').

7. Система по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что соединительное средство является электрической муфтой.

8. Система по п.7, отличающаяся тем, что измерительное средство измеряет электрический ток, потребляемый электрическим приводом (М).

9. Система по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что измерительное средство измеряет электрический ток, потребляемый электрическим приводом (М).

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что роторы привода (М) и электрического генератора (G) установлены на одном валу (6m).

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что привод (М) и генератор (G) с их общим валом (6m) расположены внутри единой вмещающей конструкции (SC).