KR100378499B1 - 승강기차량용가로완충작용을위한자기시스템 - Google Patents

Abstract

전자 액추에이터가 코어 및 승강로 레일의 블레이드 사이에서 자기 플럭스를 결합하기 위하여 E 자형의 코어를 가진다. 코어 위에 감겨진 한쌍의 코일들이 차량의 반대편들 위에 있는 각 액추에이터 안의 한쌍의 코일들로 가는 전류를 변화시킴에 의하여 좌우 및 전후 힘들 모두를 산출하도록 플럭스를 제공한다.

Description

승강기 차량용 가로 완충작용을 위한 자기 시스템

본 발명은 엘리베이터에 관한 것이며, 좀더 구체적으로는 엘리베이터용 능동 수평 완충 장치에 관한 것이다.

엘리베이터 차량은 승강로 안에서 차량을 측방향으로 위치시키고 하중의 불균형 및 승객의 움직임에 의하여 차량에 주어지는 외란(disturbance)을 완화시킬 수 있는 완화장치 시스템이 요구된다. 종래 기술에서는 제1 도 및 제2 도에 도시된 바와 같이 승강로 측면의 브래킷(12)에 의해 끼워진 T자형 강 가이드 레일(10)과, 제 4 도에 도시된 바의 순응 장착부 위의 차량에 고정된, 제 3 도에 도시된 바의 롤링 휠 가이드(14)가 사용된다. 휠은 차량의 측방향 위치를 유지하고 차량 위에 부가된 외란력을 완화시키기 위하여 가이드 레일 위에서 구른다.

차량 위에 부가된 힘은, 전후 방향 및 좌우 방향의 두 개의 요소로 분해된다. 분리된 휠은 각 방향으로 작용하도록 사용된다. 좌우 방향의 힘은 레일의 말단에서 협소한 내부면을 향하여 압착하는 휠(16)에 의하여 생기며, 전후 방향의 힘은 레일의 넓은 쪽 표면을 향하여 압착하는 분리된 휠(18)에 의하여 발생된다.

종래 수동 롤러 가이드 완충장치 시스템에 대한 한계는 레일에서의 불규칙성이 차량의 프레임에 전달되어, 승객에게 불필요한 소음과 진동을 야기한다는 것이다.

차량의 가로 완충장치에 대한 대체 시도는 차량에 고정되어 능동적으로 제어되는 전자석을 사용하여 액추에이터와 가이드 레일 사이에 인력을 발생시키는 것이다. 자석의 능동 제어는 하중 불균형으로 인해 정적인 힘을 상쇄시키고, 외란을 완화하는 동적인 힘을 제공하기 위하여 사용된다. 예컨대, 공고된 유럽 특허 출원 0 467 673 A2를 참조하라. 능동 자기 완충장치는 기존의 롤러 가이드 기술보다 더 원활하고 조용한 비접촉식 가로 완충장치 설계이며, 향상된 엘리베이터 승차감을 제공한다. 선행기술에 전자석 액추에이터가 개시되어 있지만, 사용된 기하학적 구조는 특히 좌우 방향의 작용에 최적화되지는 않았다.

T 자형 레일에 의하여 가이드되는 엘리베이터 차체의 자기 안내(magnetic guidance)에 대한 종래 기술에서는 엘리베이터 차체의 하부 두 모서리 또는 심지어 상부 네 모서리 및 하부 네 모서리의 각각에, 전후 및 좌우 이동을 위한 분리된 액추에이터가 사용된다. 예컨대, 미국 특허 제 4,754,849 호에는, 엘리베이터 차체의 네 모서리의 각각에 세 개의 분리된 코어 및 코일도 포함되어 있다.

본 발명의 목적은 엘리베이터 수평 완충장치를 위한 전자석 액추에이터를 제공 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 엘리베이터를 위한 능동 수평 완충장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 승강로 레일에 대하여 엘리베이터를 작동시키기 위한 전자석 액추에이터는 코어와 레일의 블레이드 사이의 자속을 결합하기 위하여 E 자 형상을 가진 전자석 코어와 플럭스를 제공하기 위하여 상기 코어 위에 권선된 한쌍의 코일로 이루어져 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 한쌍의 코일은 플럭스를 두 개의 분리된 통로에 제공하며 여기서 이 두 통로로부터 나온 플럭스가 레일의 대향 측면 상의 갭들을 교차하여, 레일에 함께 결합하고, 두 개의 분리된 통로로 분리되기 전에 코어에 대해 제3 갭을 함께 교차한다.

또한, 본 발명에 따르면, 코어의 E 자 형상은 외부 아암(112, 113)에 세리프(serif)를 갖는 E 자를 형성한다. 내부 아암(111)에는 세리프가 없이 형성될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전자석 액추에이터의 한쌍의 코일은 코어의 제1 절반부(114)와 제2 절반부(115)에 각각 권선된 제1 코일 및 제2 코일로 이루어져 있다. 코어의 서로 반대편에 있는 제1 절반부(114) 및 제2 절반부(115) 위에 분리식으로 권선된 한쌍의 코일을 가짐으로써, 코어의 제1 절반부(114) 및 대향한 제2 절반부(115) 사이와 해당 반대편에 있는 블레이드의 제1 측면 및 제2 측면 사이에 각각 제1 플럭스(φ_a) 및 제2 플럭스(φ_b)가 제공될 수 있고, 제1 플럭스(φ_a) 및 제2플럭스(φ_b) 모두가 블레이드의 말단부와 코어 사이에 함께 제공될 수 있다. 다시 말하여, 이와 같이 하면, 제1 플럭스(φ_a) 및 제2 플럭스(φ_b)가 블레이드의 말단부와 코어 사이에 추가적으로 제공 될 수 있다. E 자형 코어의 내부 아암의 말단부는 레일 블레이드의 말단부의 면과 정렬된 면을 가질 수 있고 한쌍의 E 자형 코어의 외부 아암의 말단부는 또한 레일 블레이드의 대향 측면과 정렬된 면을 가질 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 단일 액추에이터는 엘리베이터의 적어도 두 모서리 각각에 사용되었으며, 각 액추에이터는 두 개의 코일이 권선된 단일 코어로 이루어져 있다. 상기 코일의 분리되고 제어되는 여자작용은 각각의 액추에이터에서 전후 및 좌우의 힘을 발생시킨다. 이와 같은 배열은 부품의 수를 감소시키며, 필요한 전자 회로의 수를 최소화하며, 기계적 설치를 단순화하며, 각 모서리에 다중 코일을 사용하는 방법에 비하여 신뢰도를 향상시킨다.

또한, 본 발명에 따르면, 대향한 승강로 레일들 사이에서 차량을 완충하기 위한 엘리베이터 차량용 수평 완충장치는 E 자형 코어를 가지고 대응하는 한 쌍의 레일에 인접한 차량의 대향 측면 상에 위치되고 각각의 한쌍의 코일 전류 신호에 반응하여 차량과 레일들 사이에서 전후 및 좌우의 힘을 가하는 코어의 대향 측면 상에 권선된 한 쌍의 코일 안의 플럭스(φ_a, φ_b)를 제공하기 위한 한 쌍의 전자석 액추에이터와, 차량의 이동에 반응하여 하나 이상의 감지된 신호를 제공하기 위한 감지 수단과, 하나 이상의 감지된 신호에 반응하여 한쌍의 전류 신호를 각각의 액추에이터에 제공 하기 위한 제어부로 이루어져 있다.

본 발명의 상기 목적, 그 이외의 다른 목적, 특징 및 장점을 첨부된 도면에 도시된 바와 같이, 하기의 기술과 추가된 바람직한 구조적 실시예를 참조하면 더욱 명백해질 것이다.

본 발명을 실시하는 최상의 모드

상술한 바와 같이, 본원에서 기술된 발명은 차량의 가로 완충작용을 위하여 요구되는 전후 및 좌우 방향의 힘을 제공하기 위하여 차량의 대향 측면들 상에 쌍으로 장착된 자기 액추에이터를 사용한다. 액추에이터 자체는 사용하여 좌우 방향의 작동에 요구되는 큰 힘을 발전시키기 위하여 레일의 협소한 말단면에 높은 플럭스 밀도를 만드는 E 자형 코어를 사용한다.

단일의 액추에이터(20)가 제 5 도에 개략적으로 보여지고 있다. A 와 B로 표기된 두 개의 코일(22,24)은 코어(21)에 권선되고 제1 갭(g_a) 와 제2 갭(g_b)을 각각 지나 레일(26)에 진입하여 자속을 발생시키는 방식으로 여자된다. 전체 플럭스가 레일(26)의 협소한 말단부(27)에서 제3 갭(g₁)을 지나 공통의 플럭스 복귀 통로에 집중된다. 레일(26)의 말단부(27)에서의 높은 플럭스 밀도는 레일을 코어(21) 안으로 당기는 힘을 발생하여 제3 갭(g₁)을 감소시킨다. 제1 갭(g_a) 와 제2 갭(g_b)에 작용하는 자기력은 코어에 대하여 대향 방향이고 레일의 중앙에 있고, 코일(22, 24)의 여자작용이 같을 때에는 서로 크기가 상쇄된다.

불균형한 전후 방향의 힘은 코일 전류가 동일하고 제1 갭(g_a) 와 제2 갭(g_b)이 같지 않을 때 발생한다. 이 불균형 힘은 불안정하고 둘 중 더 작은 갭을 최소화하는 경향이 있고, 즉, 액추에이터가 전후 방향으로 중심을 이탈하여 이동할 때 이 불균형 힘은 액추에이터를 중심에서 더욱 이탈하게 하는 경향이 있다. 이 불균형 힘은 개개의 코일에서의 여자를 적절히 제어함으로써 제거될 수 있다. 제1 갭(g_a)이 제2 갭(g_b) 보다 클 때, 코일 A 안의 전류는 증가하고 코일 B 안의 전류는 감소한다. 이것은 플럭스 밀도를 증가시키므로, 순수 전후방 힘과 균형을 이루도록 제1 갭(g_a)의 힘이 제2 갭(g_b)의 힘을 감소시킨다. 따라서, 차량의 대향 측면에 설치하고, 한쌍으로 된 자기 액추에이터를 작동하면, 레일과의 물리적 접촉을 할 필요가 없고 전후 방향으로 불필요한 힘을 전함이 없이 차량의 가로 완충작용을 위하여 요구되는 좌우 방향의 힘을 발생시킨다.

단일 액추에이터에서 코일의 불균형 여자는 순수 전후 방향의 힘을 산출하기 위하여 레일의 전방 또는 후방 측면으로 플럭스의 방향을 "조정하도록(steer)" 사용된다. 제어 방법은 한쌍의 액추에이터의 힘을 전후 방향 힘, 좌우 방향 힘, 및 요(yaw) 모먼트로 분리하도록 실행된다.

제 6 도는 단일 액추에이터의 더 자세한 개략도이며, 주된 공기 갭과 폴(pole)의 칫수, 기하학적 좌표, 자기 플럭스 및 힘, 플럭스, 전류, 코일의 극성을 가리킨다. 공기의 제1 갭(g_a)과 제2 갭(g_b)은 레일의 전방 및 후방에서 각각 정의된다. 각 공기 갭에서의 유효 폴의 폭은 W₂이다. 공기의 제3 갭(g₁)은 레일의 협소한 면에서 좌우 방향으로 정의된다. 이 공기 갭에서의 유효 폴의 폭은 W₁이다. 두 코일 'a' 및 'b'는 양극 전류가 전방 및 후방 공기 갭에서 레일로 진입하는 제1 플럭스(φ_a) 및 제2 플럭스(φ_b)를 발생시키도록 권선되고 여자된다. 이 플럭스는 레일의 협소한 면에서 제3 갭(g₁)을 지나 공통 귀환 통로 안에서 제3 플럭스(φ₁)와 합쳐진다.

자속 및 기자력

제 8 도는 단일 액추에이터의 단순화된 자기 회로의 모델이며, 여기서 공기 갭 자기 저항이 우세하다. 권선수가 N인 코일 'a' 및 'b'는 기자력(magneto-motive forces; MMF) Ni_a및 Ni_b를 각각 만든다. 공기 갭 플럭스와 코일 기자력은 다음과 같은 관계를 가진다,

여기서 자기 저항은 다음과 같이 주어진다.

여기서 h는 제 6 도의 평면에 수직인 방향에서 코어의 높이이다.

다음의 정의는 공기 갭과 코일 전류에 대한 것이다.

여기서 g_o는 전후 방향에 있어서 평균 공기 갭이고, d는 전방에서 액추에이터의 변위이며, 2I_o는 코일 전류의 합이고, 2Δi 는 코일 전류의 차이다.

상기된 정의를 사용하여, 플럭스에 대한 해를 구하고 간단히 하면 다음과 같은 결과가 주어진다.

이와 같은 관계식은 I_o및 i 를 적절히 선택함으로써 세 개의 공기 갭의 플럭스가 주어진 관계를 유지하게 하는 분리형 제어 방법을 기술한다.

자기 인력이 레일과 제1 갭(g_a), 제2 갭(g_b) 및 제3 갭(g₁)에서 극면들 각각의 사이에 존재한다. 이러한 힘은 갭 플러스 φ의 제곱에 비례하며, 다음과 같이 주어진다.

전방 방향으로 작용하는 순수 힘은

이다. 플럭스 관계 φ₁= φ_a+ φ_b의 보존 법칙은

이다.

상기한 관계식은 단일 액추에이터에 있어서 측면 방향 힘 F₁및 전후 방향 힘 F_y의 부분적으로 분리된 제어를 허용한다. F_y를 산출하기 위해서는 플럭스 φ₁, 즉 힘 F₁이 주어져야만 하지만, F_y가 변수일 때 힘 F₁은 상수가 될 수 있고, 그 역으로도 또한 같다.

두 개의 엑츄에이터를 갖는 삼축 제어

제 7도는 상기한 두 개의 자기 액추에이터의 개략도이며, 차량 프레임의 대향 측면에 설치되어 있다. 이와 같은 배열은 전후 병진 운동, 좌우 병진 운동 및 수직축에 대한 비틀림 모먼트와 같은 삼 자유도의 제어를 허용한다. 좌표 방향에 있어서는 플러스 X 방향(제 7 도의 오른쪽을 향한 방향)이 좌우 방향 힘의 플러스 방향이고, 플러스 Y 방향(제 7 도의 전면을 향한 방향)이 전후 방향 힘의 플러스 방향이며, 제 7도의 아래에서 보았을 때 반시계 Z 축에 대한 모먼트의 플러스 방향이다.

차량 위에 작동하는 순수 전방력(forward force)은 좌우 액추에이터가 미치는 힘의 합이므로,

이 된다. 유사하게, 순수 좌우 방향의 힘은

이 된다. 수직축에 대한 비틀림 모먼트는

이 되고 여기서 R은 유효 모먼트 아암이다.

제 9 도는 두 개의 자기 액추에이터를 사용한 엘리베이터 차량의 가로 가이드를 위한 3 축 제어의 고수준의 개략도를 보여준다. 두 개의 병진 운동 변수 x, y및 각 변수(angular variable) θ가 측정되어 기준치 x*, y*, θ*와 비교되었다. 각 변수 θ는 당업자라면 알 수 있는 바와 같이 각 액추에이터의 두 병진운동 측정치로부터 유도될 수 있다. 측정된 오차는 힘과 모먼트 커맨드를 발생시키기 위하여 사용된다. 이 커맨드가 플러스 커맨드를 형성하기 위하여 상기된 식에 포함된 분리 알고리듬을 사용하여 제공된다. 플럭스 커맨드는 측정된 플럭스 및 공기 갭에 관한 정보와 비교되어 각각의 액추에이터에 대해 전류 커맨드 I_o및 Δi를 산출한다. 이어서 이것이 개개의 코일 전류 커맨드로 분리된다. 전력 증폭기가 전류 커맨드에 따라 전류를 코일에 제공한다. 결과적으로 생기는 제어된 플럭스가 삼자유도에 있어서 위치를 제어하기 위해 차량에 제어된 힘을 작용시킨다.

본 발명이 여기서 상세한 실시예와 연관되어 설명되었지만, 통상의 기술을 가진 자들은 하기의 청구의 범위내에서는 여러 변화가 주어질 수 있음을 알 것이다.

제 1 도는 레일 브래킷에 의하여 승강로 벽에 부착된 가이드 레일을 구비한 종래 기술에 의한 엘리베이터 승강로의 도면

제 2 도는 제 1 도에 보여진 레일 중의 하나와 관련 브래킷을 보여주는 평면도.

제 3 도는 종래 기술의 수동 롤러 가이드의 사시도.

제 4 도는 각 모서리에 수동 롤러 가이드를 구비한 종래 기술에 의한 엘리베이티의 사시도.

제 5 도는 본 발명에 따른 전자석 액추에이터를 도시한 도면.

제 6 도는 주요 치수, 기하학적 좌표, 자속 및 극성에 대한 정의가 주어진, 본 발명에 따른 E 자형 코어를 가진 자기 액추에이터를 도시한 도면.

제 7 도는 제 6 도의 액추에이터와 유사하나, 본 발명에 따라 차량의 프레임에 견고히 연결된 한쌍의 액추에이터를 도시한 도면.

제 8 도는 본 발명에 따른 E 자형 코어를 가진 액추에이터의 자기 회로 모델을 도시한 도면.

제 9 도는 본 발명에 따른 엘리베이터 차량용 자기 가이드 시스템 제어의 시스템 단계의 블록 선도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : T 형 강 가이드 레일 12 : 브래킷

14 : 롤링 휠 가이드부 16, 18 : 휠

20 : 단식 액추에이터 21 : 코어

22, 24 : 코일 26 : 레일

27 : 말단

Claims (14)

1. 승강로 레일을 향하여 엘리베이터를 작동시키기 위한 전자석 액추에이터에 있어서,

   코어와 레일의 블레이드 사이의 자속을 연결하기 위하여 E 자 형상을 갖는 전자석 코어와,

   플럭스를 제공하기 위하여 상기 코어에 권선된 한쌍의 코일을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자석 액추에이터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 E 자 형상 코어의 내부 아암의 말단부는 상기 레일 블레이드의 말단부와 대향 정렬되어 있고, 상기 E자 형상 코어의 한 쌍의 외부 아암들의 말단부들은 상기 레일 블레이드의 대향 측면들과 대향 정렬되어 있고, 상기 한 쌍의 코일은 두 개의 분리된 통로에 플럭스를 제공하며, 상기 두 개의 통로로부터 나온 플럭스는 레일의 대향 측면 상의 갭을 교차하여 상기 레일에서 함께 결합하며, 두 개의 분리된 통로로 분리되기 전에 코어에 대해 제3 갭(g₁)을 교차하는 것을 특징으로 하는 전자석 액추에이터.
3. 제 1 항에 있어서, 코어의 E 자 형상은 외부 아암(112, 113)에 세리프(serif)를 갖는 E자 형상인 것을 특징으로 하는 전자석 액추에이터.
4. 제 3 항에 있어서, 코어의 E 자 형상은 내부 아암(111)에 세리프를 갖지 않는 E자 형상인 것을 특징으로 하는 전자석 액추에이터.
5. 제 1 항에 있어서, 코어의 E 자 형상은 내부 아암(111)에 세리프를 갖지 않는 E자 형상인 것을 특징으로 하는 전자석 액추에이터.
6. 제 1 항에 있어서, 한쌍의 코일은 코어의 제1 절반부(114) 및 제2절반부(115) 위에 각각 권선된 제1 코일 및 제2 코일로 이루어진 것을 특징으로 하는 전자석 액추에이터.
7. 제 1 항에 있어서, E자 형상의 코어는 제1 외부 아암(112)에 연결된 제1 절반부(114)와 제2 외부 아암(113)에 연결된 제2 절반부(115)를 구비한 중축에 연결된 내부 아암(111)을 가지며, 한쌍의 코일 중 제1 코일이 제1 갭(g_a)을 가로질러 레일 블레이드에 진입하기 위하여 증축의 제1 절반부(114)와 제1 외부 아암(112) 안에 제1 플럭스(φ_a)를 제공하고, 한쌍의 코일 중 제2 코일은 제2 갭(g_b)을 가로질러 레일 블레이드에 진입하기 위하여 중축의 제2 절반부(115)와 제2 외부 아암(113) 안에 제2 플럭스(φ_b)를 제공하며, 제1 플럭스(φ_a) 및 제2 플럭스(φ_b)는 제3 갭(g₁)을 가로질러 내부 아암(111)에 진입하고 중축 안에서 제1 절반부(114) 및 제2절반부(115)로 분리되도록 레일 블레이드 안에서 함께 결합되는 것을 특징으로 하는 전자석 액추에이터.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 플럭스(φ_a) 및 제2 플럭스(φ_b)를 각각 블레이드의 제일 측면 및 대향한 제이 측면에 공급하고 블레이드의 말단부와 코어 사이에 제1 플럭스(φ_a) 및 제2 플럭스(φ_b) 모두 제공하도록 한 쌍의 코일은 코어의 제1 절반부(114) 및 제2 절반부(115) 위에 분리되어 권선된 것을 특징으로 하는 전자석 액추에이터.
9. 제 8 항에 있어서, 제1 플럭스(φ_a) 및 제2 플럭스(φ_b)는 블레이드의 말단부와 코어 사이에 추가적으로 제공되는 것을 특징으로 하는 전자석 액추에이터.
10. 제 1 항에 있어서, E 자 형상의 코어 내부 아암(111)의 말단부는 레일 블레이드의 말단부와 대향하여 정렬되어 있고, 한쌍의 E 자 형상 코어의 외부 아암(112, 113) 말단부는 레일 블레이드의 대향 측면과 대향 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 전자석 액추에이터.
11. 대향된 승강로 레일들 사이에서 차량을 완충하기 위한 엘리베이터 차량용 수평 완충장치에 있어서,

    E 자 형상의 코어를 가지고 대응하는 한쌍의 레일에 인접한 차량의 대향 측면에 위치되고, 각각이 한쌍의 코일 전류 신호에 반응하여 차량과 레일들 사이에 전후 및 좌우의 힘을 가하는 코어의 대향 측면 상에 권선된 한쌍의 코일에 플럭스를 제공하기 위한 한쌍의 전자석 액추에이터와,

    차량의 움직임에 반응하여 하나 이상의 감지된 신호를 제공하는 감지 수단과,

    하나 이상의 감지된 신호에 반응하여, 한쌍의 코일 전류 신호를 각각의 액추에이터에 제공하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 엘리베이터 차량용 수평 완충장치.
12. 제 11 항에 있어서, 감지 수단이 각각의 액추에이터마다 한쌍의 직각 위치 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 엘리베이터 차량용 수평 완충장치.
13. 제 11 항에 있어서, 레일과 레일 사이의 중간 통로에 평행한 축에 대한 차량의 회전은 각각의 액추에이터 마다 직각 위치 센서에 의하여 제공되는 감지된 신호로부터 유도되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 차량용 수평 완충장치.
14. 제 11 항에 있어서, 제어부는

    두 개의 병진 기준 신호, 하나의 회전 기준 신호 및 대응하는 감지된 신호에 반응하여, 하나 이상의 차 신호(difference signal)를 제공하는 가산 수단과,

    해당 차 신호에 반응하여 힘과 모먼트 커맨드 신호를 제공한 움직임 제어 이득 수단과,

    힘과 모먼트 커맨드 신호에 반응하여, 플럭스커맨드 신호를 제공하는 제1 분리 수단,

    플럭스 커맨드 신호, 감지된 플럭스 신호 및 감지된 병진과 회전 감지된 신호에 반응하여 전류 커맨드 신호를 제공하는 플럭스 제어부와,

    전류 커맨드 신호에 반응하여, 코일 전류 커맨드 신호를 제공하는 제2 분리 수단과,

    코일 전류 커맨드 신호에 반응하여, 한쌍의 코일 전류 신호를 각각의 액추에이터에 제공하는 드라이버로 이루어진 것을 특징으로 하는 엘리베이터 차량용 수평 완충장치.