Приводы дверей, встроенный привод дверей
Изобретение относится к транспорту, включая поезда, а более конкретно к приводам дверей. Привод двери содержит вмещающую конструкцию, имеющую направляющий рельс, первую (244a) сборку катушек и вторую (244b) сборку катушек, установленные на вмещающей конструкции вдоль общей плоскости сборок катушек продольно вдоль указанного пути каретки двери с промежутком одна от другой, равным или меньшим длины каретки (220) двери, содержащей множество магнитов (242) с чередующимися полюсами. Первой и второй сборками катушек управляют таким образом, чтобы перемещать каретку двери вперед и назад между двумя концами направляющего рельса. В интегрированном приводе двери вмещающая конструкция содержит стенку (212), простирающуюся продольно между двумя ее концами, и козырек (216), выступающий от верха стенки, причем каретка двери установлена с возможностью перемещения на козырьке вмещающей конструкции посредством первого множества направляющих роликов. Изобретение расширяет арсенал технических средств. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники
Усовершенствования в основном относятся к области средств городского транспорта, включая поезда и т.п., а более конкретно, к приводам дверей для неоднократного открывания и закрывания дверей таких транспортных средств.
Уровень техники
Средства городского транспорта обычно содержат систему направляющих для дверей, которая приводит в действие посредством привода для открывания и закрывания дверей.
Система направляющих для дверей смонтирована на кузове вагона транспортного средства около силового привода. Пример обычного привода включает сборку бесконечного винта, который может вращаться вокруг своей оси. Этот обычный привод преобразует вращательное движение в поступательное с помощью каретки, смонтированной посредством резьбы на сборке бесконечного винта. За счет механического соединения каретки обычного привода с системой направляющих дверей, поступательное движение может вызывать смещение двери. При выборе системы привода обычно учитываются факторы стоимости, долговечности, веса, объема (рабочая зона), обслуживания и энергопотребления.
Хотя обычно использование системы направляющих дверей и привода было до некоторой степени удовлетворительным, остается возможность усовершенствования.
Сущность изобретения
В одном аспекте предлагается привод дверей, содержащий: вмещающую конструкцию с дорожкой каретки двери; первую сборку катушек и вторую сборку катушек, которые установлены на вмещающей конструкции вдоль общей плоскости сборок катушек и расположены продольно с промежутком одна от другой вдоль дорожки каретки двери; и каретку двери, размещенную во вмещающей конструкции с возможностью скольжения, каретка двери содержит множество магнитов с чередующимися полюсами, расположенных вдоль плоскости магнитов, которая параллельна и отстоит от плоскости сборки катушек, первая и вторая сборки катушек выполнены с возможностью обеспечивать перемещение каретки двери вперед и назад между двумя концами направляющего рельса.
В другом аспекте предлагается интегрированный привод дверей, содержащий: вмещающую конструкцию; каретку двери, запертую внутри вмещающей конструкции и прямолинейно перемещающуюся вдоль нее; и линейный асинхронный электродвигатель с подвижной частью, прикрепленной к каретке двери, и стационарной частью, прикрепленной к вмещающей конструкции, линейный асинхронный электродвигатель выполнен с возможностью функционировать для перемещения каретки двери вперед и назад вдоль вмещающей конструкции.
В другом аспекте предлагается способ управления приводом дверей, содержащим линейный асинхронный электродвигатель с первой и второй сборками катушек, каждая из которых содержит множество катушек и установлена на включающей конструкции привода двери, и множество магнитов с чередующимися полюсами, установленных на каретке двери, установленной с возможностью перемещения на вмещающей конструкции вдоль первой и второй сборок катушек, способ включает этапы, на которых: с помощью контроллера, из исходного положения, в котором катушки из одной из указанных первой и второй сборок катушек находятся напротив множества магнитов с чередующимися полюсами, активируют все катушки, находящиеся напротив магнитов, для электромагнитного сцепления с указанным множеством магнитов с чередующимися полюсами и, тем самым, ускорения движения каретки двери в направлении к другой из указанных первой и второй сборок катушек, множество магнитов с чередующимися полюсами постепенно «открывают» указанные катушки по мере перемещения каретки двери к другой из указанных первой и второй сборок катушек; и отключают «открытые» катушки, одновременно сохраняя «закрытые» катушки активированными, по мере того, как каретка двери перемещается к указанной другой из первой и второй сборок катушек.
В другом аспекте предлагается способ управления приводом дверей, содержащим линейный асинхронный электродвигатель, содержащий первую и вторую сборки катушек, каждая из которых содержит множество катушек и установлена на вмещающей конструкции привода двери, и множество магнитов с чередующимися полюсами, установленных на каретке двери, установленной с возможностью перемещения на включающей конструкции вдоль первой и второй сборок катушек, способ включает этапы, на которых: с помощью контроллера, из исходного состояния активирования катушек, в котором часть катушек одной из первой и второй сборок катушек активированы, а другие катушки указанной сборки отключены, и во время перемещения каретки двери от другой из первой и второй сборок катушек к указанной сборке, активируют отключенные катушки указанной сборки, при этом сохраняя активированные катушки включенными, чтобы застопорить перемещение каретки двери.
В другом аспекте предлагается способ управления приводом дверей, содержащим линейный асинхронный электродвигатель, содержащий первую и вторую сборки катушек, каждая из которых содержит множество катушек и установлена на вмещающей конструкции привода двери, и множество магнитов с чередующимися полюсами, установленных на каретке двери, которая установлена с возможностью перемещения на включающей конструкции вдоль первой и второй сборок катушек, способ включает этапы, на которых: с помощью контроллера, из состояния, в котором часть катушек одной из первой и второй сборок катушек находятся напротив части множества магнитов с чередующимися полюсами, активируют катушки, находящиеся напротив магнитов для электромагнитного сцепления с множеством магнитов с чередующимися полюсами, и, вследствие этого, ускорения движения каретки двери в направлении к другой сборке из первой и второй сборок катушек или замедления движения каретки двери, причем множество магнитов с чередующимися полюсами постепенно «открывают» катушки по мере перемещения каретки двери; и отключают «открытые» катушки, при этом одновременно сохраняя «закрытые» катушки включенными.
В другом аспекте предлагается привод двери, содержащий: линейный асинхронный электродвигатель, содержащий первую и вторую сборки катушек, установленные на вмещающей конструкции привода двери, и множество магнитов с чередующимися полюсами, смонтированных на каретке двери и установленных с возможностью перемещения на вмещающей конструкции вдоль первой и второй сборок катушек; источник питания, соединенный по меньшей мере с одной из первой и второй сборок катушек; и контроллер, подключенный к источнику питания и выполненный с возможностью осуществлять управление таким образом, чтобы из исходного положения, в котором катушки одной из первой и второй сборок катушек находятся напротив множества магнитов с чередующимися полюсами, активировать все находящиеся напротив магнитов катушки для электромагнитного сцепления с множеством магнитов с чередующимися полюсами и, тем самым, ускорять каретку двери в направлении к другой из первой и второй сборок катушек, при этом множество магнитов с чередующимися полюсами постепенно «открывают» катушки по мере того, как каретка двери перемещается в направлении к другой из первой и второй сборок катушек; и отключать «открытые» катушки, при этом одновременно сохраняя «закрытые» катушки включенными, по мере того, как каретка двери продолжает перемещаться в направлении к другой из первой и второй сборок катушек; и по мере того, как каретка двери продолжает перемещаться в направлении к другой из первой и второй сборок катушек, и магниты с чередующимися полюсами постепенно «закрывают» катушки другой сборки катушек, активировать по меньшей мере некоторые из катушек другой сборки катушек для замедления движения каретки двери. В некоторых вариантах активирование выключенных катушек запускается посредством обнаружения того, что каретка двери достигает граничного положения вдоль вмещающей конструкции, с использованием по меньшей мере одного датчика положения. В других вариантах после активирования по меньшей мере некоторых катушек контроллер ожидает заданное время перед выполнением активирования тех катушек, которые были отключены. В других вариантах активирование отключенных катушек запускается, когда каретка двери достигает заданной скорости, с использованием по меньшей мере одного датчика скорости.
Многие другие признаки и их комбинации в отношении настоящих усовершенствований будут очевидны для специалистов в этой области после прочтения данного описания.
Краткое описание чертежей
На чертежах:
На фиг. 1 схематично показан вид сбоку, фрагментированный кузов вагона транспортного средства, иллюстрирующий систему двойных дверей с двумя приводами дверей в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
На фиг. 2 показан вид в перспективе первого примера привода двери в соответствии с вариантом осуществления изобретения;
На фиг. 2A показан вид спереди привода двери с фиг. 2;
На фиг. 3 показан в разобранном виде пример сборки катушек привода двери с фиг. 2;
На фиг. 4 показан вид в перспективе примера каретки привода двери с фиг. 2;
На фиг. 5 показан вид в перспективе примера дверной подвески привода двери с фиг. 2;
На фиг. 6 показан вид в перспективе второго примера привода двери в соответствии с изобретением;
На фиг. 6A показан вид спереди привода двери по фиг. 6;
На фиг. 7 показан вид спереди третьего примера привода двери в соответствии с изобретением;
На фиг. 8 показан вид спереди четвертого примера привода двери в соответствии с изобретением; и
На фиг. 9A-9E схематично показана подвижная часть линейного асинхронного электродвигателя в нескольких положениях относительно двух расположенных с промежутком сборок катушек в соответствии с изобретением; и
На фиг. 10 показан вид спереди пятого примера привода двери в соответствии с изобретением.
Подробное описание
На фиг. 1 показан частичный вид сбоку внутренней части кузова 10 вагона средства 12 городского транспорта, например, поезда. Как показано, в некотором положении вдоль боковой стороны кузов 10 вагона содержит систему двойных дверей, включающую две двери 14, которые, когда они приведены в движение соответствующим одним из двух приводов 100 дверей, позволяют пассажирам входить и/или выходить из средства городского транспорта на нужной остановке поезда. На чертеже сплошные линии показывают двери 14 в соответствующем закрытом положении, в то время как штриховые линии показывают двери 14’ в соответствующем открытом положении. В некоторых альтернативных вариантах осуществления возможна система с одной дверью вместо системы с двойными дверями.
На фиг. 2 показан пример привода 200 двери. Как показано, привод 200 двери содержит принимающую конструкцию 206, каретку 220 двери и линейный асинхронный электродвигатель 226, описанные далее.
Принимающая конструкция 206 содержит направляющий рельс 208, простирающийся продольно между двумя концами 210a и 210b. Принимающая конструкция 206, таким образом, может принимать каретку 220 двери при помощи направляющего рельса 208 таким образом, чтобы каретка 220 двери могла перемещаться продольно вдоль пути 207 каретки двери.
В этом примере принимающая конструкция 206 имеет стенку 212, которая поднимается вверх от боковой стороны 214 направляющего рельса 208 и козырек 216, который проходит перпендикулярно от верха 218 стенки 212 и поверх направляющего рельса 208. Принимающая конструкция 206 может быть изготовлена из материала с низкой магнитной проницаемостью, такого как сталь, и она может быть изготовлена с помощью холодного формования. В другом варианте принимающая конструкция 206 изготовлена из нескольких частей, соединенных друг с другом.
Как показано, каретка 220 двери заключена внутри принимающей конструкции 206 и перемещается поступательно вдоль нее. Более конкретно, каретка 220 двери установлена на направляющем рельсе 208 принимающей конструкции 206 с возможностью перемещения посредством первого множества направляющих роликов 222 («первые направляющие ролики 222»). Каретка 220 двери также смонтирована с возможностью перемещения по козырьку 216 принимающей конструкции 206 посредством второго множества направляющих роликов 224 («вторые направляющие ролики 224»). В этом варианте каретка 220 двери имеет раму 254, на которой смонтирован подвес 256 двери с помощью скоб 258.
Для перемещения каретки 220 двери вперед и назад между двумя концами 210a и 210b направляющего рельса 208, привод 200 двери содержит линейный асинхронный электродвигатель 226. Линейный асинхронный электродвигатель 226 имеет стационарную часть 228, которая смонтирована на принимающей конструкции 206 таким образом, что он простирается параллельно направляющему рельсу 208, и подвижную часть 230, которая смонтирована на раме 254 держателя 220 двери.
При работе линейного асинхронного электродвигателя 226 возникает электродвижущая сила, которая вызывает перемещение подвижной части 230 и, таким образом, каретки 220 двери, на которой она смонтирована, вдоль принимающей конструкции 206. Как показано, электродвижущая сила может быть направлена в первом направлении F1 вдоль принимающей конструкции 206 или во втором, противоположном направлении F2, в зависимости от режима работы линейного асинхронного электродвигателя 226. Очевидно, когда дверь, такая как дверь 14, показанная на фиг. 1, смонтирована на каретке 220 двери, дверь может перемещаться между закрытым положением и открытым положением при работе линейного асинхронного электродвигателя 226.
Как показано на фиг. 1, линейный асинхронный электродвигатель 226 может работать с помощью источника 102 питания и контроллера 104 для перемещения каретки 220 двери вперед и назад между двумя концами 210a и 210b направляющего рельса 208. При использовании контроллер может передавать один или более управляющих сигналов (называемых «управляющий сигнал») на источник питания, который будет управлять линейным асинхронным электродвигателем 226 на основе управляющего сигнала. Источником 102 питания может быть трехфазный инвертирующий усилитель мощности, который преобразует постоянный ток (DC) в переменный (AC) и, более конкретно, трехфазный AC. В этом примере два привода 100 дверей соединены с источником 102 питания по схеме параллельного включения. В зависимости от варианта осуществления изобретения контроллер 104 соединен с источником 102 питания посредством проводного соединителя, беспроводного соединения или их комбинации. Также может быть использован источник питания, предназначенный для подачи постоянного тока (DC) или однофазного переменного тока (АС). Контроллер 104 может быть связан со считываемой компьютером памятью 106, в которой хранится соответствующее программное обеспечение для управления источником питания 102. Контроллер 104 может быть в виде микроконтроллера, процессора и т.п. Контроллер 104 может быть связан со считываемой компьютером памятью, в которой хранятся данные (например, данные управления).
На фиг. 2 стационарная часть 228 линейного асинхронного электродвигателя 226 смонтирована на козырьке 216 принимающей конструкции 206, и вторые направляющие ролики 224 перемещаются вдоль стационарной части 228 линейного асинхронного электродвигателя 226. Как показано, один второй направляющий ролик 224 перемещается вдоль боковой стороны стационарной части 228 (удаленной от стенки 212), в то время как два вторых направляющих ролика 224 перемещаются вдоль другой стороны стационарной части 228 (около стенки 212) линейного асинхронного электродвигателя 226. Таким образом, можно сказать, что вторые направляющие ролики 224 перемещаются вдоль каждой стороны 228a, 228b стационарной части 228, как наилучшим образом показано на фиг. 2A.
Использование всех трех вторых направляющих роликов 224 в компоновке 2x1 может обеспечивать большее сопротивление скручиванию принимающей конструкции 206 по сравнению с кареткой двери с четырьмя вторыми направляющими роликами, например, в компоновке 2x2. Как будет понятно, пример привода двери может иметь два, три, четыре или более чем четыре вторых направляющих роликов в зависимости от обстоятельств. Число первых направляющих роликов также может зависеть от применения. Направляющие ролики и обычные части можно приобрести в компании Innovation for Entrance Systems (IFE).
Вторые направляющие ролики 224 имеют форму колесиков, каждое из которых имеет первый диаметр D1, который больше второго диаметра D2 первых направляющих роликов 222. В этом варианте вторые направляющие ролики 224 предназначены для предотвращения перемещения каретки 220 двери вверх (к козырьку 212).
Обнаружено, что такие вторые направляющие ролики 224 позволяют уменьшить износ и шумы при использовании. Кроме того, также было обнаружено, что такие направляющие ролики 224, которые движутся вдоль каждой из сторон 228a и 228b стационарной части 228, позволяют снизить потребность в точности, связанную с конструированием принимающей конструкции 206. Также было обнаружено, что когда подвижная часть 230 обращена вверх к козырьку 216, пыль с меньшей вероятностью накапливается на подвижной части 230 по сравнению с вариантом, когда подвижная часть 230 сбоку обращена, например, к стенке 212.
Как показано, направляющий рельс 208 имеет выпуклую направляющую поверхность 246, в то время как каждый из первых направляющих роликов 222 имеет вогнутую поверхность 248, предназначенную для сопряжения с выпуклой направляющей поверхностью 246 направляющего рельса 208. Аналогичным образом, поверхность вторых направляющих роликов 224 имеет форму, которая согласуется с формой козырька 216. В показанном варианте эта форма является планарной. В другом варианте вторые направляющие ролики имеют вогнутую поверхность, а козырек – соответствующую выпуклую направляющую поверхность, выступающую вниз от козырька, для сопряжения с вогнутой поверхностью вторых направляющих роликов.
На фиг. 2 стационарная часть 228 линейного асинхронного электродвигателя 226 имеет форму двух расположенных с промежутком сборок 244a и 244b катушек. Каждая сборка 244a, 244b катушек расположена около соответствующего одного из двух концов 210a и 210b направляющего рельса 208 принимающей конструкции 206. Соответственно, подвижная часть 230 линейного асинхронного электродвигателя 226 имеет вид расположенных последовательно магнитов 242 с чередующимися полюсами.
На фиг. 2A показано, что каждая сборка 244a, 244b катушек непосредственно смонтирована на козырьке 216 посредством крепежной пластины 250, изготовленной из ферромагнитного материала, такого как железо. Как показано, крепежная пластина 250 имеет первую поверхность 252a, прикрепленную к принимающей конструкции 206, и вторую поверхность 252b, прикрепленную к соответствующей одной из сборок 244a, 244b катушек. В одном варианте крепежная пластина может иметь антикоррозийное покрытие.
Стационарная часть 228 в общем определяет первую плоскость 232, а подвижная часть 230 в общем определяет вторую плоскость 234, параллельную первой плоскости 232, но множество смещенную относительно нее. Другими словами, стационарная часть 228 расположена в непосредственной близости от подвижной части 230, и они обе встроены в принимающую конструкцию 206. В некоторых вариантах первая и вторая плоскости 232 и 234 могут быть отделены на долю дюйма. Более конкретно, в этом примере первая плоскость 232 стационарной части 228 и вторая плоскость 234 подвижной части 230 могут называться «плоскость 232 сборки катушек» и «плоскость 234 магнитов», соответственно. Будет понятно, что в других вариантах стационарная часть может включать расположенные последовательно магниты с чередующимися полюсами, распределенные вдоль направляющего рельса принимающей конструкции, а подвижная часть может включать расположенные последовательно катушки, размещенные продольно с промежутком друг от друга. В других вариантах стационарная часть может содержать одну сборку катушек, простирающуюся вдоль принимающей конструкции.
В разобранном виде сборка 244a катушек представлена на фиг. 3. Как показано, сборка катушек содержит расположенные последовательно катушки 240, размещенные продольно с промежутком друг от друга. Более конкретно, сборка 244a катушек содержит корпус 272 катушек и последовательно расположенные продольно с промежутком катушки 240, заключенные в корпусе 272 катушек. В этом примере группа последовательных катушек 240 имеет две тройки 274 катушек или шесть расположенных продольно с промежутком катушек 240. В этом случае корпус 272 катушек может быть изготовлен из полимерного материала, например, эпоксидной смолы. Как показано, сборка 244a катушек имеет гнезда 276 для плотного прилегания размещенных катушек 240 и кабельный канал 278 источника питания для плотного прилегания кабеля источника питания, подключаемого между источником питания и сборкой 244a катушек. Корпус 272 катушек выполнен с возможностью плотного прилегания размещенных в нем компонентов, чтобы они не перемещались во время использования.
Понятно, что когда на одну из катушек 240 подается питание от источника питания, эта катушка 240 становится электромагнитом, при этом каждая его поверхность характеризуется либо как южный полюс, либо как северный полюс, в зависимости от направления, в котором протекает ток через данную катушку 240. При этом каждая катушка 240, на которую подается питание, притягивает один из магнитов 242 или отталкивает один из магнитов 242 таким образом, что это может вызывать перемещение каретки 220 двери в нужном направлении.
Привод двери может быть снабжен одним или более датчиками положения (называемыми далее «датчик положения»), связанными (по проводной и/или беспроводной связи) с контроллером для обнаружения положения подвижной части линейного асинхронного электродвигателя квазимгновенным образом. Датчик положения может быть в виде элемента подвижной части или стационарной части или их комбинации. Например, датчик 280 положения является частью сборки 244a катушек. Более конкретно, датчик 280 положения плотно прилегает к корпусу 272 катушек. В этом примере датчик 280 положения используется для обнаружения магнитов 242, когда магниты 242 проходят в непосредственной близости от датчика 280 положения, для определения положения каретки 220 двери во время использования. В этом примере датчик 280 положения является твердотельным и бесконтактным.
На фиг. 4 показан в перспективе пример рамы 254 по одному варианту осуществления изобретения. Видно, что рама 254 содержит три вторых направляющих ролика 224, установленных на ней с возможностью вращения посредством, например, осевых отверстий 260, подшипников 262 и гайки 264. Как упомянуто выше, в этом примере подвижная часть линейного асинхронного электродвигателя имеет вид расположенных последовательно магнитов 242 с чередующимися полюсами. Для ясности обращенные вверх поверхности магнитов идентифицируются буквой «N», которая относится к «северному полюсу», или «S», которая относится к «южному полюсу».
На фиг. 5 показан в перспективе пример дверной подвески 256 по одному варианту осуществления изобретения. Как показано, дверная подвеска 256 содержит два первых направляющих ролика 222, смонтированных на ней с возможностью вращения посредством осевых отверстий, подшипников и гаек 266. Дверная подвеска 256 имеет поверхность 268 для монтажа двери средства городского транспорта во время использования. Форма дверной подвески может быть различная для сопряжения с формой двери городского транспорта. Дверная подвеска 256 может быть с одной или более внецентровыми гайками 270 для регулировки высоты двери, которая установлена на дверной подвеске 256.
Как будет указано далее, возможны другие варианты линейного асинхронного электродвигателя. Как показано в вариантах осуществления изобретения, представленных на фиг. 6, 7 и 8, стационарная часть линейного асинхронного электродвигателя может быть смонтирована на стенке принимающей конструкции вместо монтажа на козырьке. Поэтому вместо плоскости катушек и плоскости магнитов, которые параллельны козырьку принимающей конструкции (т.е. горизонтальны для варианта, показанного на фиг. 2), плоскость катушек и плоскость магнитов могут быть параллельны стенке принимающей конструкции (т.е. вертикальны для вариантов, показанных на фиг. 6, 7 и 8). В альтернативном варианте плоскость катушек и плоскость магнитов могут быть параллельны козырьку, но расположены в непосредственной близости от направляющего рельса принимающей конструкции.
Например, на фиг. 6 показана перспектива примера привода 600 двери, а на фиг. 6A показан его вид спереди. Аналогичные элементы имеют одинаковые номера ссылочных позиций, но с разрядом сотен 600 вместо 200. Как показано на фиг. 6 и 6A, привод 600 двери содержит принимающую конструкцию 606, на которой смонтирован линейный асинхронный электродвигатель 626.
Как показано на фиг. 6A, стационарная часть 628 (ассоциированные сборки 644a и 644b катушек) смонтирована на стенке 612 принимающей конструкции 606. Соответственно, подвижная часть 630 (ассоциированные магниты 642) смонтирована на держателе 620 двери, которая параллельна стенке 612 принимающей конструкции 606. Как показано, козырек 616 имеет кромку 684, выступающую из боковой стороны 686 козырька 616 напротив стенки 612 и по направлению к направляющему рельсу 608. В этом случае вторые направляющие ролики 624 смонтированы на кромке 684 козырька 616 с возможностью перемещения.
Необязательное третье множество направляющих роликов 688 (называемых «третьи направляющие ролики 688») предназначены для держателя 620 двери и смонтированы на внешних поверхностях кромки 684 и направляющей 608 с возможностью перемещения. Третьи направляющие ролики 688 имеют ось вращения, перпендикулярную оси вращения первых и вторых направляющих роликов 622 и 624 и помогают удерживать каретку 620 двери в некотором положении во время использования.
Как показано на фиг. 6 и 6A, привод 600 двери содержит кабель 690 источника питания, подключенный к сборкам 644a и 644b катушек. Как показано, в этом примере, привод 600 двери имеет дополнительный набор направляющих роликов по сравнению с вариантом, показанным на фиг. 2 и 2A.
На фиг. 7 показан вид впереди примера привода двери 700 по другому варианту осуществления изобретения. Аналогичные элементы имеют одинаковые номера ссылочных позиций, но с разрядом сотен 700 вместо 200 и/или 600. Как показано, привод 700 двери содержит первые направляющие ролики 722, которые установлены на направляющем рельсе 708 с возможностью перемещения, вторые направляющие ролики 724, которые установлены на козырьке 716 принимающей конструкции 706 с возможностью перемещения, и третьи направляющие ролики 788, которые в этом варианте установлены на стенке 712 принимающей конструкции 706 с возможностью перемещения.
Как будет очевидно, конструкция каретки 720 двери аналогична конструкции каретки 220 двери, так как третьи направляющие ролики 788 находятся вдоль каждой стороны 728a, 728b сборок 744 катушек. Как показано, третьи направляющие ролики 788 имеют вид колесиков с большим диаметром относительно диаметра первых и вторых направляющих роликов 722 и 724.
На фиг. 8 показан вид спереди примера привода 800 двери по другому варианту осуществления изобретения. Аналогичные элементы снабжены одинаковыми номерами ссылочных позиций, но с разрядом сотен 800 вместо 200, 600 и/или 700. В этом варианте стационарная часть 828 имеет вид сборки 844 катушек и смонтирована на поверхности 812a стенки 812, с другой стороны от направляющего рельса 808 принимающей конструкции 806. Аналогично приводу 700 двери, привод 800 двери содержит первые направляющие ролики 822, которые смонтированы с возможностью перемещения на направляющем рельсе 808, вторые направляющие ролики 824, которые смонтированы на козырьке 816 принимающей конструкции 806 с возможностью перемещения, и третьи направляющие ролики 888, которые в этом варианте смонтированы на стенке 812 принимающей конструкции 806 с возможностью перемещения. Этот вариант представляет собой предварительный прототип другого примера конструкции привода двери. Будет понятно, что в улучшенной версии этого прототипа может быть механическая соединительная часть между кареткой 820 двери и дверной подвеской 856.
Также было обнаружено, что привод двери ограничивает энергопотребление и, более конкретно, пиковую мощность, потребляемую при открывании и закрывании двери.
На основе этого в настоящем описании представлен способ управления приводом двери, в котором требования к питанию могут быть по существу постоянными, до тех пор, пока линейный асинхронный электродвигатель замедляет скорость двери в конце ее перемещения. Как будет очевидно, способ управления может быть осуществлен с использованием показанного привода двери, например, на фиг. 2. Со ссылкой на этот вариант и на фиг. 9A-E, привод 200 двери может содержать линейный асинхронный электродвигатель, включающий первую и вторую сборки 244a и 244b катушек, расположенные продольно с промежутком друг от друга. И первая, и вторая сборки 244a и 244b катушек содержат две тройки 274a, 274b катушек (т.е. всего шесть катушек 240), расположенных продольно с промежутком друг от друга.
Способ управления приводом 200 двери схематично показан на фиг. 9A-9E, где на каждой фигуре показано множество магнитов 242 с чередующимися полюсами, перемещаемых посредством каретки 220 двери в различные моменты времени, при выполнении способа. Как показано на фиг. 9A, можно определить пространственный зазор d1 между двумя расположенными продольно с промежутком сборками 244a и 244b катушек, зазор d2 между соседними катушками каждой сборки и длину d3 нескольких магнитов 242 с чередующимися полюсами.
На фиг. 9A способ включает этап активирования, из исходного положения, в котором катушки первой сборки 244a катушек перекрываются несколькими магнитами 242 с чередующимися полюсами каретки 220 двери, всех перекрывающихся катушек для электромагнитного сцепления с указанными несколькими магнитами 242 с чередующимися полюсами и, тем самым, ускорения каретки 220 двери по направлению ко второй сборке 244b катушек. Очевидно, что множество магнитов 242 с чередующимися полюсами постепенно перестают перекрывать катушки первой сборки 244a катушек по мере того, как каретка 220 двери перемещается ко второй сборке 244b катушек. На фиг. 9B самая левая из катушек первой сборки 244a катушек почти не перекрывается магнитами 242 с чередующимися полюсами по мере того, как каретка 220 двери перемещается вправо. Как показано на фиг. 9B, способ также включает этап выключения неперекрывающихся катушек (самых левых катушек), при этом одновременно сохраняя перекрывающиеся катушки (самые правые катушки) включенными по мере того, как каретка 220 двери перемещается ко второй сборке 244b катушек. Будет понятно, что способ может быть осуществлен в противоположном направлении для ускорения магнитов 242 с чередующимися полюсами от второй сборки 244b катушек к первой сборке 244a катушек, при этом исходное положение показано на фиг. 9E.
На фиг. 9C и 9D способ включает этап, начинающийся от исходного состояния активирования катушек, в котором некоторые из катушек второй сборки 244b катушек активированы, а другие катушки из второй сборки 244b катушек отключены, и во время перемещения каретки 220 двери от первой сборки 244a катушек ко второй сборке 244b катушек, этап активирования отключенных катушек второй сборки 244b катушек, при сохранении активированных катушек второй сборки 244b катушек включенными, для того чтобы остановить перемещение каретки 220 двери. Исходным состоянием активирования считается любая комбинация активирования катушек, которая может вызывать перемещение каретки 220 двери. Подразумевается, что способ может быть выполнен в противоположном направлении, когда первая сборка 244a катушек используется для остановки перемещения каретки 220 двери, которая перемещается от второй сборки 244b катушек.
Для специалиста в этой области будет понятно, что этап активирования всех катушек заданной сборки катушек может охватывать этап подачи питания на катушки заданной сборки катушек заданным (например, последовательным) образом, чтобы вызвать перемещение каретки двери в нужном направлении.
Далее подробно описан вариант способа управления приводом 200 двери. Например, как показано на фиг. 9A, множество магнитов 242 с чередующимися полюсами перекрывают первую сборку 244a катушек. На этой стадии способ включает этап активирования (т.е. подачи питания в соответствии с заданной последовательностью с использованием источника питания) всех перекрывающихся катушек, т.е. двух троек 274, 274b катушек первой сборки 244a катушек, для ускорения каретки 220 двери в направлении второй сборки 244b катушек. Как будет очевидно, электродвижущая сила, генерируемая линейным асинхронным электродвигателем, в этом примере направлена вправо, как показано на фиг. 9A-E. На этих фигурах пустые кружки означают отключенные катушки, а заштрихованные кружки означают активированные катушки. Как упомянуто выше, на активированные катушки необязательно все время подается питание, это зависит от последовательной подачи питания на активированные катушки.
Как показано на фиг. 9B, способ включает этап отключения неперекрывающихся катушек первой сборки 244a катушек, т.е. тройки 274a катушек, которые сначала остаются за задним краем 294 каретки 220 двери.
Вообще говоря, этот способ способствует активированию катушек, которые перекрываются магнитами (т.е. перекрывающихся катушек) и предпочтительно только катушек, которые могут создавать достаточную электродвижущую силу на магнитах. Кроме того, было обнаружено, что активирование катушек, которые больше не перекрываются магнитами (т.е. неперекрывающихся катушек) не приводит к созданию индуцированного напряжения, связанного с электродвижущей силой. Поэтому неперекрывающиеся катушки, когда они еще активированы, потребляют большую мощность, чем перекрывающиеся катушки, на которые действует индуцированная сила, пропорциональная скорости электродвигателя.
Соответственно, последняя конструкция может обеспечивать снижение пиковой мощности, потребляемой приводом двери. Несмотря на то, что на практике общее количество энергии, потребляемой приводом двери в цикле открывания/закрывания, незначительное, пиковая мощность, которую потребляет устройство, определяет размер кабелей (таким образом, его вес и стоимость) и размер источника питания внутри кузова вагона. Поскольку пиковая мощность достигается во время ускорения каретки двери, отключение некоторых менее полезных катушек помогает снизить пиковую мощность, которая будет потребляться приводом двери, и, таким образом, ограничивает их размер, вес и стоимость.
В одном варианте этап отключения запускается при обнаружении того, что каретка двери достигла граничного положения вдоль принимающей конструкции, с помощью датчика положения. В другом варианте этап отключения выполняется, когда истекает заданное время с начала этапа активирования. Другими словами, после активирования способ включает ожидание в течение заданного времени до выполнения отключения. В другом варианте этап отключения запускается, когда каретка двери достигает заданной скорости, с помощью по меньшей мере одного датчика скорости.
На фиг. 9C показана каретка 220 двери по мере ее перемещения от первой сборки 244a катушек ко второй сборке 244b катушек. В этом случае одна катушка активируется в первой сборке 244a катушек, в то время как две катушки активируются во второй сборке 244b катушек. Действительно, будет понятно, что в этом варианте число катушек, которые должны быть активированы одновременно, кратно трем из-за трехфазного переменного тока, который используется для питания линейного асинхронного электродвигателя.
Как показано на фиг. 9D, фаза замедления напоминает фазу ускорения. Например, в этом случае только одна из двух троек 274a и 274b катушек второй сборки 244b катушек активируется для запуска замедления магнитов 242 с чередующимися полюсами по мере того, как они прибывают от первой сборки 244a катушек, т.е. тройка 274a катушек второй сборки 244b катушек.
На фиг. 9E показано, что две тройки 274a и 274b катушек второй сборки 244b катушек активированы, пока каретка 220 двери не остановится.
Зная, что электродвижущая сила зависит от напряженности магнитного поля, создаваемого катушками, числа витков и тока, который протекает через катушки, было обнаружено, что если электродвижущая сила F может быть получена с током I в одной катушке, такая же сила F с током I/2 может быть получена в двух катушках. Уменьшение тока в два раза может снизить потери в меди в катушке в четыре раза. Учитывая, что две катушки активируются вместо одной, общие потери могут быть поделены на два. Это означает, что в фазе ускорения данного способа получают электродвижущую силу в два раза больше при использовании одной и той же мощности. Выигрыш, который получен при активировании двух катушек вместо одной, уменьшается с ускорением каретки двери; явление, обусловленное индуцированным напряжением, создаваемым электродвижущей силой. Наличие шести активированных катушек в фазе ускорения данного способа позволяет увеличить эффективность во время фазы ускорения. Однако, когда ускорение завершено, только три катушки отключены, поскольку выигрыш за счет этих дополнительных трех катушек ограничен из-за скорости каретки двери и электродвижущей силы. Также следует отметить, что ограничение числа катушек позволяет уменьшить вес привода двери и также снижается его стоимость.
Очевидно, что две сборки 244a и 244b катушек расположены продольно с промежутком d1, который больше, чем зазор d2, который определен как расстояние между двумя катушками общей сборки катушек, и равен или меньше, чем длина d3 каретки 220 двери.
Длины частей привода двери могут быть различными в разных вариантах. Например, в одном варианте сборки 244a и 244b катушек имеют длину 12 дюймов каждая и характеризуются промежутком d1 12 дюймов, и каретка 220 двери имеет длину d3 18 дюймов. В другом варианте сборки 244a и 244b катушек имеют длину 6 дюймов каждая и характеризуются промежутком d1 6 дюймов, и каретка 220 двери имеет длину d3 18 дюймов. Действительно, в таком варианте обеспечение промежутка d1 между двумя сборками 244a и 244b катушек может снизить затраты и вес, связанные с одной полной сборкой катушек (например, 6 катушек) относительно обычных линейных приводов, которые содержат непрерывный продольный набор катушек.
На фиг. 10 показан вид спереди другого примера привода 1000 двери. Аналогичные элементы обозначены одинаковыми номерами ссылочных позиций, но с разрядом сотен 1000 вместо 200, 600, 700 и/или 800. В этом варианте принимающая конструкция 1006 содержит стенку 1012, простирающуюся продольно между ее двумя концами, и козырек 1016, выступающий от верха 1018 стенки 1012. Как и в других вариантах, линейный асинхронный электродвигатель 1026 содержит стационарную часть 1028 и подвижную часть 1030. Стационарная часть 1028 смонтирована на стороне козырька 1016 и имеет вид сборки 1044 катушек. Подвижная часть 1030 смонтирована на раме 1054 каретки 1020 двери и имеет вид множества магнитов 1042. Каретка 1020 двери имеет дверную подвеску 1056, смонтированную на ее раме 1054. В этом варианте рама 1054 каретки 1020 двери смонтирована на козырьке 1016 принимающей конструкции 1006 с возможностью перемещения посредством первого множества направляющих роликов 1024 (называемых «первые направляющие ролики 1024»). Принимающая конструкция 1006 содержит крепежную пластину 1050’ из ферромагнитного материала, смонтированную на козырьке 1016 и за стационарной частью 1028. Таким образом, сборка 1044 катушек расположена между множеством магнитов 1042 и крепежной пластиной 1050’. Во время использования первые направляющие ролики 1024 каретки 1020 двери удерживаются напротив козырька 1016 за счет магнитного притяжения (см. силу F3) между множеством магнитов 1042 и крепежной пластиной 1050’ из ферромагнитного материала. В некоторых вариантах магнитное притяжение может удерживать вес 400 фунтов. Кроме того, принимающая конструкция 1006 может иметь направляющую 1008, выступающую от боковой поверхности 1014 стенки 1012 к каретке 1020 двери. Направляющая 1008 может обеспечивать опору по меньшей мере для некоторых из первых направляющих роликов 1014 в случае, если магнитное притяжение преодолевается большей силой в противоположном направлении.
Как очевидно, описанные выше и показанные примеры предназначены только для иллюстрации. Например, привод двери может быть использован в транспортных средствах (например, городской транспорт) и в зданиях. В другом варианте принимающая конструкция изготовлена из нескольких частей, соединенных друг с другом. Принимающая конструкция может иметь по меньшей мере один открытый конец, предназначенным для вмещения каретки двери. В альтернативном варианте каждый привод двери имеет собственный источник питания и собственный контроллер. Будет понятно, что когда два элемента должны быть смонтированы вместе, это означает, что два элемента, например, скреплены один с другим или, в альтернативном варианте, два элемента изготовлены, как единое целое. Объем изобретения определяется приложенной формулой изобретения.
1. Привод двери, содержащий:
вмещающую конструкцию, содержащую направляющий рельс, простирающийся продольно вдоль пути каретки двери,
первую сборку катушек и вторую сборку катушек, установленные на вмещающей конструкции вдоль общей плоскости сборок катушек и расположенные продольно вдоль указанного пути каретки двери с промежутком одна от другой, причем указанный промежуток равен или меньше длины каретки двери; и
каретку двери, размещенную во вмещающей конструкции с возможностью скольжения, каретка двери содержит множество магнитов с чередующимися полюсами, расположенных вдоль плоскости магнитов, которая является параллельной плоскости сборок катушек и отстоящей от плоскости сборок катушек, причем первая и вторая сборки катушек выполнены с возможностью обеспечивать перемещение каретки двери вперед и назад между двумя концами направляющего рельса при управлении указанными сборками катушек.
2. Привод двери по п. 1, в котором указанный промежуток составляет по меньшей мере шесть дюймов.
3. Привод двери по п. 1, в котором длина каретки двери составляет примерно 18 дюймов.
4. Привод двери по п. 1, в котором каждая из первой и второй сборок катушек включает в себя корпус катушек и множество расположенных продольно с зазором катушек, заключенных в корпусе катушек.
5. Привод двери по п. 4, в котором зазор между двумя соседними, продольно расположенными катушками, соответствующей одной из указанных первой и второй сборок катушек, меньше указанного промежутка между первой и второй сборками катушек.
6. Привод двери по п. 4, в котором указанное множество расположенных продольно с зазором катушек в первой и второй сборках катушек составляет шесть расположенных продольно с зазором катушек.
7. Привод двери по п. 4, в котором корпус катушек изготовлен из пластмассы.
8. Привод двери по п. 4, в котором каждая из первой и второй сборок катушек содержит крепежную пластину, имеющую первую поверхность, прикрепленную к вмещающей конструкции, и вторую поверхность, прикрепленную к корпусу катушек.
9. Привод двери по п. 4, в котором корпус катушек содержит кабельный канал источника питания для размещения кабеля источника питания, подключенного между источником питания и первой и второй сборками катушек.
10. Привод двери по п. 4, в котором корпус катушек имеет длину примерно 12 дюймов.
11. Привод двери по п. 1, в котором каретка двери содержит раму и множество колесиков, установленных с возможностью вращения на раме и установленных с возможностью перемещения на стенке и/или козырьке вмещающей конструкции.
12. Привод двери по п. 11, в котором указанное множество колесиков составляет три колесика.
13. Привод двери по п. 1, в котором каретка двери содержит раму, к которой прикреплены указанное множество магнитов с чередующимися полюсами, и дверную подвеску, прикрепленную к раме.
14. Привод двери по п. 13, в котором дверь прикреплена к дверной подвеске с возможностью регулировки посредством нескольких внецентровых гаек.
15. Привод двери по п. 1, в котором указанное множество магнитов с чередующимися полюсами составляет примерно двенадцать магнитов.
16. Привод двери по п. 1, в котором вмещающая конструкция изготовлена из материала с низкой магнитной проницаемостью.
17. Привод двери по п. 1, в котором первая и вторая сборки катушек выполнены с возможностью управления ими таким образом, что
из исходного положения, в котором катушки одной сборки из указанных первой и второй сборок катушек находятся напротив указанного множества магнитов с чередующимися полюсами, активируются все катушки, находящиеся напротив указанного множества магнитов с чередующимися полюсами, для электромагнитного сцепления с указанным множеством магнитов с чередующимися полюсами и, вследствие этого, для ускорения каретки двери в направлении к другой сборке катушек из указанных первой и второй сборок катушек, при этом, по мере того как каретка двери перемещается к указанной другой сборке катушек, указанное множество магнитов с чередующимися полюсами постепенно «открывает» указанные катушки; и, по мере того как каретка двери продолжает перемещаться к указанной другой сборке катушек, отключаются «открытые» катушки при одновременном сохранении «закрытых» катушек активированными, и,
по мере того как каретка двери продолжает перемещаться к указанной другой сборке катушек и магниты с чередующимися полюсами постепенно оказываются напротив катушек указанной другой сборки катушек, по меньшей мере некоторые из катушек указанной другой сборки катушек активируются для замедления движения каретки двери.
18. Интегрированный привод дверей, содержащий:
вмещающую конструкцию, содержащую направляющий рельс,
каретку двери, запертую внутри вмещающей конструкции и прямолинейно перемещающуюся вдоль нее, и
линейный асинхронный электродвигатель с подвижной частью, прикрепленной к каретке двери, и стационарной частью, прикрепленной к вмещающей конструкции, причем линейный асинхронный электродвигатель выполнен с возможностью функционировать для перемещения каретки двери вперед и назад вдоль принимающей конструкции,
при этом стационарная часть линейного асинхронного электродвигателя содержит множество катушек вдоль направляющего рельса вмещающей конструкции, а подвижная часть линейного асинхронного электродвигателя содержит множество магнитов с чередующимися полюсами,
вмещающая конструкция содержит стенку, простирающуюся продольно между двумя ее концами, и козырек, выступающий от верха стенки, причем каретка двери установлена с возможностью перемещения на козырьке вмещающей конструкции посредством первого множества направляющих роликов, стационарная часть установлена на козырьке и обращена к подвижной части, а подвижная часть установлена на каретке двери, при этом вмещающая конструкция содержит крепежную пластину из ферромагнитного материала, установленную на козырьке и за стационарной частью, каретка двери включает в себя дверную подвеску; указанное первое множество направляющих роликов удерживается напротив козырька посредством магнитного притяжения между указанным множеством магнитов с чередующимися полюсами и указанной крепежной пластиной из ферромагнитного материала.
19. Интегрированный привод дверей по п. 18, в котором указанная стенка выступает от боковой поверхности направляющего рельса, при этом каретка двери закреплена с возможностью перемещения на направляющем рельсе вмещающей конструкции посредством второго множества направляющих роликов.
20. Интегрированный привод дверей по п. 19, в котором первое множество направляющих роликов установлено с возможностью перемещения вдоль каждой боковой поверхности указанной стационарной части линейного асинхронного электродвигателя.
21. Интегрированный привод дверей по п. 20, в котором один направляющий ролик из указанного первого множества направляющих роликов установлен с возможностью перемещения вдоль одной боковой поверхности указанной стационарной части и два направляющих ролика из указанного первого множества направляющих роликов установлены с возможностью перемещения вдоль другой боковой поверхности указанной стационарной части линейного асинхронного электродвигателя.
22. Интегрированный привод дверей по п. 20, в котором первое множество направляющих роликов выполнено в виде колесиков, диаметр каждого из которых больше диаметра колесиков указанного второго множества направляющих роликов.
23. Интегрированный привод дверей по п. 18, в котором указанное множество катушек стационарной части линейного асинхронного электродвигателя представляет собой две сборки катушек, расположенные на расстоянии друг от друга, причем каждая из указанных сборок катушек расположена в непосредственной близости от соответствующего конца направляющего рельса.
24. Интегрированный привод дверей по п. 19, в котором направляющий рельс имеет выпуклую поверхность, при этом каждый ролик указанного второго множества направляющих роликов имеет вогнутую поверхность, которая сопрягается с выпуклой поверхностью направляющего рельса.
25. Интегрированный привод дверей по п. 18, в котором
указанное множество катушек стационарной части линейного асинхронного электродвигателя содержит первую сборку катушек и вторую сборку катушек, установленные вдоль общей плоскости сборок катушек и продольно с промежутком друг от друга вдоль указанного направляющего рельса;
указанное множество магнитов с чередующимися полюсами подвижной части линейного асинхронного электродвигателя расположено вдоль плоскости магнитов, которая параллельна и отстоит от указанной плоскости сборок катушек, причем указанные первая и вторая сборки катушек выполнены с возможностью функционировать таким образом, чтобы перемещать каретку двери вперед и назад между двумя концами направляющего рельса.
26. Интегрированный привод дверей по п. 25, в котором
первая и вторая сборки катушек выполнены с возможностью управления ими таким образом, что
из исходного положения, в котором катушки одной сборки из указанных первой и второй сборок катушек находятся напротив указанного множества магнитов с чередующимися полюсами, активируются все катушки, находящиеся напротив указанного множества магнитов с чередующимися полюсами, для электромагнитного сцепления с указанным множеством магнитов с чередующимися полюсами и, вследствие этого, для ускорения каретки двери в направлении к другой сборке катушек из указанных первой и второй сборок катушек, при этом, по мере того как каретка двери перемещается к указанной другой сборке катушек, указанное множество магнитов с чередующимися полюсами постепенно «открывает» указанные катушки; и, по мере того как каретка двери продолжает перемещаться к указанной другой сборке катушек, отключаются «открытые» катушки при одновременном сохранении «закрытых» катушек активированными, и,
по мере того как каретка двери продолжает перемещаться к указанной другой сборке катушек и магниты с чередующимися полюсами постепенно оказываются напротив катушек указанной другой сборки катушек, по меньшей мере некоторые из катушек указанной другой сборки катушек активируются для замедления движения каретки двери.
