全方位移动电梯技术探索

高松　郁伟　李小绵　高东旭

摘要

本文提出了一种可以上下左右全方位移动的电梯，该电梯采用悬磁浮技术，用线性马达作为动力 用单片机控制实现电梯在特定设计的电磁轨道上做上下和水平方向上移动 。本文首先介绍了上下左右全方位移动电梯的工作原理， 以及电梯轨道框型结构设计，然后主要介绍了单片机对该上下左右全方位移动电梯控制的硬件及软件设计。该电梯设计的优点在于只需要建造一条梯道，可以同时移动多部轿厢，有利于快速运送，提高效率，节省大楼空间。将是高楼电梯技术发展的一个趋势。

关键词：单片机 ？磁悬浮技术 ？全方位移动电梯？？？电梯轨道

中图分类号：TH789 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

1.引言

在当今社会人民的生活水平在不断提高，尤其我国现在住房紧张，楼层也越来越高，电梯已经是人民生活中不可缺少的部分了，我们对电梯的安全性能，舒适性的要求也在不断的提高。

钢索牵引所设计的电梯是现在电梯的主要设计，随着大楼高度的不断增加所需的电梯钢索长度将会不断增，重量也会不断的增加，所以，在今后的电梯设计中，我们应该设计出更完美的电梯，以满足社会的需要。

随着悬磁浮列出技术的成熟及普遍应用，科学技术人员提出一种将悬磁浮技术应用到很多的高层住宅和商业楼中，改变了原来依靠的钢索牵引才能运行的传统电梯，相对于传统电梯速度更加的快， 所能达到的高度不在受到影响，在方向上的移动也增加了左右，因此 ，在很大幅度上减少了乘客因为赶时间而等不上电梯的麻烦，安全性能也提升了，也节省了能耗。

2.上下左右全方位移动电梯

上下左右全方位移动电梯采用悬磁浮技术，用线性马达作为动力，可以上下左右全方位运动。因为他增加了传统电梯所不能左右方向，那么他的轨道也不能向传统电梯一样，得在拐弯处将导轨设计成弧状的，这样就可以让两个以上的电梯箱同时工作。大大减小等待乘坐电梯的时间，运载能力也能提高50%。另外，由于不需要钢缆，所以不需要太大的空间。为此比一般电梯节省了一半的电梯安装空间，大大提高了高层建筑的设计自由度，而且电梯厢和电梯门是用碳复合材料等轻型材料，因此电梯重量也减少了一半。这将是高楼电梯技术发展的一个趋势。

2.1磁悬浮工作原理

磁悬浮技术之所以能运用到实际生活中，而且能使机械设备能够自由的移动，是因为磁悬浮技术结合了磁铁的基本性质属性和当代高科技的技术，首先，磁铁的属性为磁悬浮技术提供了基础的理论，但是要想磁悬浮技术能够运用到生活里，光有理论基础是远远不行的，他必须与不断进步的当代高科技技术结合，现在生活中已经有许多的磁悬浮技术的应用，例如，高铁列车、地铁。下面我以高铁列车为例，来分析磁悬浮在高铁列车中的工作原理：

高铁列车之所以能够悬浮在列车所行驶的轨道的上面，并保持一定的距离，可见高铁列车的车上和列车行驶轨道上都需要磁场才能满足磁悬浮，那么，如何在高铁列车上和列车所行驶的轨道上产生磁场，是我们主要研究的问题，首先，我们需要在列车上安装电磁铁，其次，列车行驶的轨道肯定会有线圈，那么，安装在高铁列车上的电磁铁所产生的磁场就需要与列车行驶轨道上的线圈所生成的磁场所属的极性必须得相反，这样的话，高铁列车就可以悬浮在列车所行驶轨道的上面了。因为列车上安装的电磁铁他的磁场极性是不变的，所以，要想列车向前行驶，在列车行驶的导轨线圈上产生的电磁会在列车的车头前面的S极和车头前面的磁场吸引，同理，在车头后面的一点，也会产生与车头的电磁铁产生磁极所相反的N极，这样列车就能行驶了。由于列车已经开始向前行驶，那么安装在列车行驶反向的导轨上的线圈的磁场极性与原来的极性所相反了。所以，列车在行驶过程中所行驶的列车导轨的磁极属性也不断变化，列车就能够实现不断的向前行驶了。

当然，当列车在向前行驶时，他的稳定性能和安全性能也是我们必须考虑的，那么，列车在运行时必须安装一个导向系统，这个导向系统的应用也必须用一种导向电磁铁来完成。如果列车在行驶时，发生与原线路偏移移动时，导向轨道就会和安装在列车上的导向磁铁相互产生排斥力，这样列车因为受到力的作用，就可以回到原来的行驶线路上。当列车在行驶的过程中遇到拐弯和上坡时，这时，列车运行时的控制系统控制列车的导向磁铁中的电流，从而实现对列车的控制。

本文上下左右全方位移动电梯采用悬磁浮技术而设计，电梯轿箱的运行相当于“竖起来”的悬磁浮列车。

2.2 电梯轨道框型设计

为了解决电梯爬升高层的动力 及安全问题，电梯轨道设计成框型结构，如图2-1所示 ，使用框型磁浮轨道可以省下许多空间，在摩天大楼里面可以让多台电梯行走在单一个通道中，，预估使用者只要等15至30秒，就有一班电梯可搭。

本次设计内容为上下左右全方位移动电梯的控制系统，通关查阅相关资料，综合分析，为了能达到我们所预期的效果，能控制电梯上下左右同时运转，我们决定整个系统的控制选择单片机来完成，本次全方位移动电梯选择89C52芯片的单片机。通过上图分析，我们可以了解到，要想让电梯运行，首先，安装单片机，因为最基础的电梯运行的控制系统需要单片机原理技术来完成，然后，还得安装直线电机驱动模块，因为，电梯要想运行必须要有力的作用，直线电机驱动模块可以在单片机的控制下，可以实现电梯的全方位的移动运行，最后，需要安装一个检测模块，因为在电梯的运行中控制系统需要检测电梯厢在运行到下一个呼梯时的所处位置信息，和通往下一个呼梯时的运行速度，以及运行到下一个呼梯时所需要的间隙，传达给单片机的控制系统，然后通过单片机的控制系统作用于直线电机驱动模块才能完成全方位移动电梯的运行。因此本次设计的控制主要是运用单片机来完成，所以我们注重分析单片机的工作原理。

3.结论与展望

随着当今社会人们的生活水平越来越高，全方位移动电梯在今后的日子里面肯定会在我们的生活中得到广泛的应用，当今社会的主题是绿色和环保，人们也逐渐的认识到了环保对我生活的影响，因为全方位电梯，节能，方便，环保，噪声低，控制系统稳定。我相信有那么一天，随着科技的逐步发展，全方位移动电梯肯定会充斥在我们的生活中，他会我们带来更多的方便。未来电梯的发展可能会有以下的发展：电梯群控系统会更加智能；超高速的电梯；电梯产业的网络化、信息化；乘着电梯去往太空。

参考文献

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[2] 张友德.单片微型机原理应用与实验.上海：复旦大学出版社，1996

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[4] 张娅莉.单片机在电梯自动控制中的应用.工业控制计算机.2003，2