KR100417869B1 - 능동 엘리베이터 케이지 안내 시스템 - Google Patents

능동 엘리베이터 케이지 안내 시스템 Download PDF

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KR100417869B1 KR10-2000-0037889A KR20000037889A KR100417869B1 KR 100417869 B1 KR100417869 B1 KR 100417869B1 KR 20000037889 A KR20000037889 A KR 20000037889A KR 100417869 B1 KR100417869 B1 KR 100417869B1
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Abstract

본 발명은 안내 레일을 따라 이동하도록 된 이동체; 상기 이동체의 이동 방향에 평행하게 광의 광로를 형성하도록 된 광 출사기; 상기 광로 상에 배치되고 상기 광로와 상기 이동체 간의 위치 관계를 검출하도록 된 위치 검출기; 및 상기 이동체에 결합되고 상기 위치 검출기의 출력에 의거하여 상기 안내 레일에 작용하는 힘에 의해 야기된 반력으로 상기 이동체의 위치를 변경하도록 된 액츄에이터를 포함하는 엘리베이터 안내 시스템에 관한 것이다.

Description

능동 엘리베이터 케이지 안내 시스템{ACTIVE GUIDE SYSTEM FOR ELEVATOR CAGE}
본 출원은 1999년 7월 6일에 출원되고, 이하에 참고로서 포함하는 일본 특개평11-192081호를 우선권 주장한다.
본 발명은 엘리베이터 케이지 등의 이동체를 능동적으로 안내하는 안내 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 엘리베이터 케이지는 와이어 케이블에 의해 현가되고 권상기에 의해 권상로에 수직으로 고정된 안내 레일을 따라 구동된다. 엘리베이터 케이지는 와이어 케이블에 의해 현가되므로 하중 불균형 또는 승객 이동으로 인해 요동하기 쉽다. 요동은 엘리베이터 케이지를 안내 레일을 따라 안내함으로써 억제된다.
안내 레일 상을 접촉하는 휠과 서스펜션을 포함하는 안내 시스템이 안내 레일을 따라 엘리베이터 케이지를 안내하는 데에 사용된다. 그러나 비틀림과 조인트 등의 레일의 불규칙성으로 야기된 바람직하지 못한 소음과 진동이 휠을 통해 케이지의 승객에게 전달되어 승차감을 망친다.
상기 과제를 해결하기 위해서 다양한 접근이 제시되었으며, 일본 특개소51-116548호 공보, 일본 특개평6-336383호 공보 및 일본 특개소63-87482호 공보에 개시되어 있다. 이들 참고 공보들은 강철로 된 안내 레일에 인력을 작용하는 전자석을 설치함으로써 안내 레일과 접촉하지 않고 안내되어도 되는 엘리베이터 케이지를 개시하고 있다.
일본 특개소63-87482호 공보는 전자석을 제어하여 안내 레일에 인접하도록 배치된 수직 기준 와이어로부터 일정 거리를 유지하게 함으로써 안내 레일의 비규칙으로 인한 엘리베이터 케이지의 요동을 억제함에 따라 편안한 승차감을 제공하고 안내 레일의 설치에 필요한 과도한 정밀도의 필요를 없애서 시스템의 비용을 저감한 안내 시스템을 개시하고 있다.
그러나 상기한 대로의 엘리베이터 안내 시스템은 다음의 문제점을 갖는다. 수직 기준 와이어는 비교적 짧은 길이의 엘리베이터 권상로를 갖는 저층 빌딩의 경우에는 쉽게 설치될 수 있지만, 최근에 지어지는 고층 또는 초고층 빌딩의 경우에는 안내 레일에 인접하도록 권상로에 수직 기준 와이어를 고정하기가 어렵다. 또한 수직 기준 와이어를 고정한 후에, 수직 기준 와이어 자체가 건물의 경년 열화 또는 열팽창의 영향에 의한 변형으로 인해 선형성을 잃기도 한다. 따라서 수직 기준 와이어를 고정 유지하는데 다대한 시간과 비용이 드는 문제가 생긴다. 또한 케이지의 수직 위치가 수직 기준 와이어를 사용하여도 검출할 수 없기 때문에 안내 레일의 불규칙성에 대해 미리 전자석을 여기할 수 없다. 따라서 수직 기준 와이어와의 위치 관계가 불규칙으로 인해 잘못되기까지는 진동 억제 제어가 발동하지 않는다. 그 결과 상당한 요동이 억제되지 못할 수 있다. 따라서 본 시스템의 승차감을 향상시키는 데에 한계가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 엘리베이터 케이지의 요동을 효과적으로 억제함으로써 승차감을 향상시킨 엘리베이터 안내 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 소형화되고 단순화된 엘리베이터 안내 시스템을 제공하는 것이다.
도1은 본 발명의 제1 실시예의 엘리베이터 케이지의 안내 시스템을 나타내는 사시도.
도2는 이동체와 안내 레일과의 관계를 나타내는 사시도.
도3은 안내 유니트의 구조를 나타내는 사시도.
도4는 안내 유니트의 자기 회로를 나타내는 평면도.
도5는 제어기의 회로를 나타내는 블록도.
도6은 제어기의 제어 전압 연산기의 회로를 나타내는 블록도.
도7은 제어기의 다른 제어 전압 연산기의 회로를 나타내는 블록도.
도8은 제2 실시예의 안내 유니트를 나타내는 사시도.
도9는 제2 실시예의 안내 유니트의 평면도.
도10은 제2 실시예의 제어기의 회로를 나타내는 블록도.
도11은 제2 실시예의 제어기의 속도 연산기의 회로를 나타내는 블록도.
도12a는 제3 실시예의 측면도이고, 도12b는 제3 실시예의 정면도.
도13a는 제4 실시예의 측면도이고, 도13b는 제4 실시예의 정면도.
도14는 제5 실시예의 위치 검출기의 측면도.
본 발명은 안내 레일을 따라 이동하도록 된 이동체; 상기 이동체의 이동 방향에 평행하게 광의 광로를 형성하도록 된 광 출사기; 상기 광로 상에 배치되고 상기 광로와 상기 이동체 간의 위치 관계를 검출하도록 된 위치 검출기; 및 상기 이동체에 결합되고 상기 위치 검출기의 출력에 의거하여 상기 안내 레일에 작용하는 힘에 의해 야기된 반력으로 상기 이동체의 위치를 변경하도록 된 액츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템을 제공한다.
본 발명과 부가의 이점에 대한 보다 완전한 이해와 첨부한 도면을 참조하여 이하에 상세하게 설명함으로써 보다 쉽게 이루어질 것이다.
(실시예)
수개의 도면에 걸쳐 동일 또는 상당하는 부분에는 도일한 부호를 붙이고, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 이하에 설명한다.
도1∼도4에 본 발명의 제1 실시예의 엘리베이터 케이지의 안내 시스템을 나타내고 있다. 도1에 나타내는 바와 같이, 권상로(1)의 내면에 종래의 설치 방법으로 강자성체의 안내 레일(2, 2')이 설치되어 있다. 이 안내 레일(2, 2')을 따라, 예를 들면 로프(3)의 권취 등의 종래의 구동 수단(도시하지 않음)에 의해 이동체(4)가 승강한다. 이 이동체(4)의 상하 코너에 이동체(4)를 안내 레일(2, 2')에 대해 비접촉으로 안내하는 4개의 안내 유니트(5a∼5d)를 포함하고 있다.
레이저 발광기(6a, 6b, 6c)는 권상로(1)의 천정부에 고정되어 레이저광을안내 레일(2, 2')과 평행으로 각각 출사하고, 권상로(1) 내에 광로(7a, 7b, 7c)를 형성한다. 이 레이저 발광기(6a, 6b, 6c)는, 예를 들어 레이저 발진관 또는 레이저 방출 반도체 장치이어도 좋다.
위치 검출기로서 이동체(4)의 측면의 다른 수직 위치에 이차원 광다이오드(8a, 8b)가 설치된다. 또 1차원 광다이오드(8c)가 이차원 광다이오드(8d)와 동일한 수직 위치에 인접하여 설치되어 있다. 이들 광다이오드(8a, 8b, 8c)는 각각 레이저광의 광로(7a, 7b, 7c)에 배치된다. 이차원 광다이오드(8a, 8b)는 광로(7a, 7b)의 각각의 위치를 이차원적(도1에서 x, y축 방향)으로 검출한다. 1차원 광다이오드(8c)는 광로(7c)의 위치를 일차원적(도1에서 y축 방향)으로 검출한다.
레이저 발광기(6a, 6b)의 레이저광의 광로(7a, 7b)는 수직 방향으로 형성되고, 각각의 레이저광이 수직 위치가 다른 이차원 광다이오드(8a, 8b)에 의해 수광된다. 후술하는 계산에 의한 광로(7a, 7b) 각각의 수광 위치에 의거하여, 다음의 5개의 이동체(4)의 운동 모드에 대한 이동체(5)의 위치가 검출된다.
(1) 이동체(4)의 중심의 y좌표를 따른 전후동을 표시하는 y-모드(전후동 모드),
(2) 이동체(4)의 중심의 x좌표를 따른 좌우동을 표시하는 x-모드(좌우동 모드),
(3)이동체(4)의 중심 주위의 롤링을 표시하는 θ- 모드(롤 모드)
(4)이동체(4)의 중심 주위의 피칭을 표시하는 ξ-모드(피치 모드)
(5)이동체(4)의 중심 주위의 요잉을 표시하는 ψ-모드(요 모드),
또 레이저 발광기(6c)는 이동체(4)가 권상로(1)에서 최하점으로부터 최상점까지 이동하면서 광다이오드(8c)의 수광면 내에서 수광 스팟이 도1에 나타내는 y축 방향으로 이동하도록 약간 기운 광로를 형성하고 있다. 광다이오드(8b)와 광다이오드(8c)를 동일 수직 위치에 근접하게 배치하고 있으므로, 이동체(4)의 위치가 변경되어도 광다이오드(8c)의 y축 방향의 광축 위치의 값으로부터 이차원 광다이오드(8b)의 y축 방향의 광축 위치의 값을 뺌으로써 이동체(4)의 권상로 내에서의 위치를 정확하게 검출한다.
이동체(4)에는 광다이오드(8a, 8b, 8c) 각각의 지지 부재(9a, 9b, 9c)가 측면에 설치되어 있는 엘리베이터 케이지(10)와, 안내 유니트(5a∼5d)가 설치되고, 안내 유니트(5a∼5d)에 소정의 위치 관계를 유지하게 하는 강도를 갖는 프레임(11)을 포함하고 있다.
안내 유니트(5a∼5d)는 이 프레임(11)의 상하의 네 코너에 각각 설치되어 안내 레일(2, 2')에 대향하고 있다. 도3 및 도4에 설명하는 바와 같이, 안내 유니트(5a∼5d)는 각각 알루미늄, 스텐레스강, 플라스틱 등의 비자성재로 된 베이스(12), x방향 갭 센서(13), y축 방향 갭 센서(14) 및 자석 유니트(15b)를 포함한다. 도3 및 도4에서는 안내 유니트(5b)만 나타내고 있지만, 나머지 안내 유니트(5a, 5c, 5d)도 구조는 안내 유니트(5b)와 동일하다. 아래 첨자 "b"는 안내 유니트(5b)의 요소를 나타낸다.
자석 유니트(15b)는 중앙 철심(16), 영구 자석(17, 17'), 전자석(18, 18')으로 구성되어 있고, 영구 자석(17, 17')의 동극 끼리가 그 사이에 중앙 철심을 개재해서 서로 마주보는 상태에서 전체로서 E자 형상을 이룬다. 전자석(18)은 L자상의 철심(19), 철심(19)에 감긴 코일(20), 철심(19)의 선단에 부착된 철심판(21)을 포함한다. 마찬가지로 전자석(18')은 L자상의 철심(19'), 철심(19')에 감긴 코일(20'), 철심(19')의 선단에 부착된 철심판(21')을 포함한다. 또한 도3에 상세히 설명한 바와 같이, 중앙 철심(16) 및 전자석(18, 18')의 선단부에는 고체 윤활 부재(22)를 설치하여, 전자석(18, 18')이 여자되고 있지 않을 때에 영구 자석(17, 17')의 인력으로 자석 유니트(15)가 안내 레일(2')에 흡착하지 않도록 하고 있다. 이 고체 윤활 부재(22)에는, 예를 들면, 테플론, 흑연 또는 2황화 몰리브덴을 함유하는 재료가 이용된다.
상기한 안내 유니트(5a∼5d)의 각 인력은 도5에 나타내는 제어기(30)에 의해 제어되고, 케이지(10) 및 프레임(11)이 안내 레일(2, 2')에 대해 비접촉으로 안내된다.
제어기(30)는 도1에서는 분할되어 있지만, 기능적으로는 도5에 나타내는 바와 같이 전체적으로 1개이다. 이 제어기(30)에 대해서 이하에 설명한다. 도5에서 화살표는 신호 경로를 나타내고, 실선은 코일(20a, 20a, ~ 20d, 20'd) 주위의 전력선을 나타내고 있다. 이하의 설명에서는 실시예의 설명을 간단히 하기 위해, 하첨자 "a"~ "d"를 안내 유니트(5a~ 5d)의 각각의 주요 요소를 나타내는 부호에 첨가하여 이들을 구별하기로 한다.
제어기(30)는 엘리베이터 케이지(10)에 설치되어 있고, 자석유니트(15a∼15d)로 형성되는 자기 회로 중의 기자력 혹은 자기 저항, 또는 이동체(4)의 운동의 변경을 검출하는 센서부(31)와, 이 센서부(31)로부터의 신호에 의거해 이동체(4)를 안내 레일(2, 2')과 비접촉으로 안내하도록 코일(20a, 20'a∼20d, 20'd)에 대한 인가 전압을 연산하는 연산기(32)와, 이 연산기(32)의 출력에 의거해 각 코일(20)에 전력을 공급하는 전력 증폭기(33a, 33'a∼33d, 33'd)를 포함함으로써,자석 유니트(15a∼15d)의 x축, y축 방향으로의 인력을 독립적으로 제어한다.
전원(34)은 전력 증폭기(33a, 33'a∼33d, 33'd)에 전력을 공급함과 동시에, 연산기(32) 및 x방향 갭 센서(13a, l3'a∼13d, 13'd), y축 방향 갭 센서(14a, 14'a∼14d, 14'd)에 일정 전압의 전력을 공급하는 정전압 발생기(35)에도 전력을 공급하고 있다. 전원(34)은 전력 증폭기(33 a, 33'a∼33d, 33'd)에 직접 전력을 공급하기 위해서 조명이나 문의 개폐를 위해서 전원선(도시하지 않음)으로 권상로(1) 외로부터 공급되는 교류를 적절한 직류로 변환하는 기능을 갖고 있다.
정전압 발생기(35)는 전력 증폭기(33)에로의 전류의 과도 공급 등에 의해 전원(34)의 전압이 변동되어도, 항상 일정한 전압으로 연산기(32) 및 갭 센서(13, 14)에 전력을 공급함으로써 연산기(32) 및 갭 센서(13, 14)는 정상으로 동작한다.
센서부(31)는 x방향 갭 센서(13a, 13'a∼13d, 13'd)와, y축 방향 갭 센서(14a, 14'a∼14d, 14'd)와, 광다이오드(8a, 8b, 8c)와, 각 코일(20a, 20'a∼20d, 20'd)의 전류값을 검출하는 전류 검출기(36a, 36'a∼36d, 36'd)를 포함한다.
연산기(32)는 도1에 나타낸 운동 좌표계마다 이동체(4)의 안내 제어를 하고 있다. 즉 이동체(4)의 중심의 y축을 따른 전후동을 표시하는 y-모드(전후동 모드), x축을 따른 좌우동을 표시하는 x-모드(좌우동 모드), 이동체(4)의 중심 주위의 롤링을 표시하는 θ- 모드(롤 모드), 이동체(4)의 중심 주위의 피칭을 표시하는 ξ-모드(피치 모드), 이동체(4)의 중심 주위의 요잉을 표시하는 ψ-모드(요 모드)다. 상기 모드에 더해서, 자석 유니트(15a∼15d)가 안내 레일(2, 2')에 미치는 모든 인력, 자석 유니트(15a∼15d)가 프레임(11)에 미치는 y축 주위의 비틀림 토크, 자석 유니트(15a, 15d)의 짝 및 자석 유니트(15b, 15c)의 짝이 프레임(11)에 미치는 롤링 토크에 의해 프레임(11)을 좌우 대칭으로 변형시키는 토크를 제어한다. 즉 ζ-모드(인력 모드), θ-모드(비틀림 모드), γ-모드(변형 모드)도 제어하고 있다. 따라서 제어 회로(32)는 상기한 8개의 모드에서 자석 유니트(15a∼15d)의 코일의 여자 전류를 제로로 수렴시킴으로써, 하중의 중량에 관계 없이 영구 자석(17, 17')의 인력만으로 이동체(4)를 안정하게 유지하도록 소위 제로파워 제어를 실시해 안내 제어를 하는 것이다.
이 안내 제어 방식에 대해서는 일본 특개평 06-178409호 공보에 상세하게 설명되고 있고 이하에 참조로서 주된 내용을 포함한다. 본 실시예의 안내 제어는 광로(7a, 7b, 7c)에 의한 위치 기준 데이터에 의거하여 수행된다. 본 실시예가 실행하는 안내 제어의 원리를 이하에 설명한다.
설명을 간단화하기 위해서, 이동체(4)의 네 코너에 배치된 자석 유니트(15a∼15d)의 중심간을 잇는 대각선의 교점을 통과하는 연직선 상에 이동체(4)의 중심이 있다고 가정한다. 이 중심을 x, y 및 z축의 좌표 원점으로 한다. 이동체(4)의 운동에 관한 자기 부상 제어계의 모든 모드의 운동 방정식 및 자석 유니트(15a∼15d)의 전자석(18, 18')에 인가되는 여자 전압의 전압 방정식을 정상점 근방에서 선형화하면, 다음의 수학식1∼수학식5가 도출된다.
상기 수학식에서, φb는 자속, M은 이동체(4)의 질량, Iθ, Iξ, Iψ는 각각 y축, x축 및 z축 주위의 관성 모멘트, Uy, Ux는 y-모드, x-모드의 외력의 총합, Tθ, Tξ, Tψ는 각각 θ- 모드,ξ-모드 및 ψ 모드의 외란 토크의 총합, 기호 "'"은 시간 미분d/dt, 기호" "　"은 2계 시간 미분(d2/dt2, Δ은 정상 부상 상태 근방의 미소 변경량, Lx0은 정상 부상 상태의 개개의 전자석 코일(20, 20')의 자기 인덕턴스, Mx0은 정상 부상 상태의 자석 유니트(15a∼15d)의 전자석 코일(20, 20')끼리의 상호 인덕턴스, R은 전자석 코일(20, 20')의 저항, N은 전자석 코일(20, 20')의 권회수, iy, ix, I, I, I는 각각 y, x, θ, ψ 모드의 코일 여자 전류, ey, ex, eθ, eξ, eψ는 각각 y, x,θ, ξ, ψ 모드의 코일 여자 전압, lθ은 자석 유니트(15a, 15d) 간, 자석 유니트(15b, 15c) 간의 스팬, lψ는 자석 유니트(15a, 15b)간, 자석유니트(15c, 15d) 간의 스팬을 표시한다.
또 나머지의 ζ, δ, γ 모드의 전압 방정식은 다음과 같다.
상기 수학식에서, y는 이동체(4) 중심의 y축 방향 이동량, x는 이동체(4) 중심의 x 방향 이동량, θ는 y축 주위의 롤각, ξ은 x축 주위의 피치각, ψ는 z축 주위의 요잉각이고, 모두 안내 레일(2, 2')을 기준으로 하고 있다. 또한 광로(7a)(또는 7b)를 기준으로 하는 경우에는 첨자"ab"를 붙인다. , 이동체(4) 중심의 y축 방향의 이동량은 yab, 이동체(4) 중심의 x축 방향의 이동량은 xab, y축 주위의 롤각은 θab, x축 주위의 피치각은 ξab, z축 주위의 요잉각은 ψab로 표기한다. 각 모드의 전자석의 여자 전압 e와 여자 전류 I는 각각의 모드y, x, θ, ξ, ψ의 기호를 첨자로 더해 표기하고 있다. 또한 각 자석 유니트(15a∼15d)의 전자석 여자 전압e 및 여자 전류 i에 각각의 자석 유니트의 부호a∼d를 첨자로 더해 표기하고 있고, 자석 유니트(15a∼15d)에 관한 부상 갭(xa∼xd, ya∼yd)은 다음의 수학식9에 의해 y, x, θ, ξ, ψ 모드로 좌표 변환된다.
자석 유니트(15a∼15d)에의 여자 전류(ia1, ia2∼id1, id2)는 다음의 수학식10에 의해 각 모드마다의 여자 전류iy, ix, iθ, iξ, iψ및 iζ, iδ, iγ로 좌표 변환된다.
또한 각 모드의 자기 부상계에로의 제어 입력 신호, 즉 연산기(32)의 출력이 되는 전자석 여자 전압(ey, ex, eθ, eξ, eψ및 eζ, eδ, eγ)은 다음의 수학식11에 의해서 자석 유니트(15a∼15d)의 각 코일(20, 20')에로의 여자 전압으로 역변환된다.
y, x, θ, ξ 및 ψ 모드에서는 이동체(4)의 운동 방정식과 전압 방정식이 짝이 되고 있고, 수학식1∼수학식5는 다음의 수학식12에 모을 수 있다.
단,x 5 ,A 5 ,b 5 ,p 5 ,u 5 는 수학식 13에 의해 정의된다.
또 h5는 기준 광로(7a)(7b)에 대한 안내 레일(2)(2')의 불규칙성을 표시한다.
에 의해
가 정의되고 있다. 또한, e5는 각각의 모드를 안정화하기 위한 제어전압이며수학식 16과 같다.
한편, 수학식6∼수학식8도, 상태 변수를 수학식17과 같이 정의함으로써,
상태 방정식을 다음의 수학식18의 형태로 정리할 수 있다.
여기서 각 모드의 제어 회로(32)의 오프셋 전압 vζ, vδ, vγ으로 나타내면 A1, b1, d1, u1은 다음과 같이 된다.
e1은 각 모드의 제어 전압이다
수학식20은 아래와 같다.
수학식12는 수학식21의 피드백에 의해서 제로파워 제어를 달성할 수 있다.
단, 비례 게인을 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe, 적분 게인을 Ke로 하면 수학식 22와 같다.
마찬가지로, 수학식18은 수학식23의 피드백에 의해서, 제로파워 제어를 달성할 수 있다.
F1은 비례 게인, K1은 적분 게인이다.
도5에 나타낸 바와 같이 상술의 제로파워 제어를 달성하는 연산기(32)는 감산기(41a∼41h), 감산기(42a∼42h), 감산기(43a∼43h), 평균 연산기(44x, 44y), 갭 편차 좌표 변환 회로(45), 전류 편차 좌표 변환 회로(46), 제어 전압 연산기(47), 제어 전압 좌표 역변환 회로(48), 수직 위치 연산기(49), 위치 편차 좌표 변환 회로(50) 및 불규칙성 기억 회로(51)를 포함하고 있다. 연산기(32)는 제로파워 제어를 달성할 뿐 아니라, 광다이오드(8a, 8b, 8c)와 레이저 발광기(6a, 6b, 6c)로 형성된 광로(7a, 7b, 7c)를 사용하여 이동체(4)의 위치를 검출함으로써 기준 좌표에 의거한 가이드 제어도 할 수 있다.
감산기(41a∼41h)는 x방향 갭 센서(13a, 13'a∼13d, 13'd)로부터의 갭 신호(gxa1, gxa2∼gxd1, gxd2)로부터 각각의 갭 설정값(xa01, xa02∼xd01, xd02)를 감산해 x방향 갭 편차 신호(Δgxa1, Δgxa2∼Δgxd1, Δgxd2)를 연산한다. 감산기(42a∼42h)는 y축 방향 갭 센서(14a, 14'a∼14d, 14'd)로부터의 갭 신호(gya1, gya2∼gyd1, gyd2)로부터 각각의 갭 설정값(ya01, ya02∼yd01, yd02)를 감산해 y축 방향 갭 편차 신호(Δgya1, Δgya2∼Δgyd1, Δgyd2)를 연산한다. 감산기(43a∼43h)는 전류 검출기(36a, 36'a∼36d, 36'd)로부터의 여자 전류 신호 신호(ia1, ia2∼id1, id2)로부터 각각의 기준치(ia01, ia02∼ia01, ia02)를 감산해 전류 편차 신호(Δia1, Δia2∼Δid1, Δid2)를 연산한다.
평균 연산기(44x, 44y)는 x방향 갭 편차 신호(Δgxa1, Δgxa2∼Δgxd1, Δgxd2) 및 y축 방향 갭 편차 신호(Δgya1, Δgya2∼Δgyd1, Δgyd2)를 평균해 x방향 갭 편차 신호( Δxa∼Δxd) 및 y축 방향 갭 편차 신호(Δya∼Δyd)를 출력한다. 갭 편차 좌표 변환 회로(45)는 y축 방향 갭 편차 신호(Δya∼Δyd)로부터 이동체(4)의 중심의 y축 방향의 이동량(Δy), 갭 편차 신호(Δxa∼Δxd)로부터 이동체(4)의 중심의 x방향의 이동량(Δx), 이동체(4) 중심의 θ방향(롤 방향)의 회전각(Δθ), 이동체(4)의 ξ방향(피치 방향)의 회전각(Δξ), 이동체(4)의 ψ 방향(요잉 방향)의 회전각(Δψ)을 수학식9에 의거해 연산한다.
전류 편차 좌표 변환 회로(46)는 전류 편차 신호(Δia1, Δia2∼Δid1, Δid2)에 의거해 이동체(4)의 중심의 y축 방향의 운동에 관한 전류 편차(Δiy), x방향의운동에 관한 전류 편차(Δix), 이동체(4) 중심의 주위의 롤링에 관한 전류 편차(Δiθ), 이동체(4)의 피칭에 관한 전류 편차(Δiξ), 이동체(4) 중심의 주위의 요잉에 관한 전류 편차(Δiψ), 이동체(4)에 응력을 거는 ζ, δ,γ에 관한 전류 편차(Δiζ, Δiδ, Δiγ)를 수학식10에 의거해 연산한다.
수직 위치 연산기(49)는 동일한 수직 위치에 배치된 광다이오드(8b)와 광다이오드(8c)의 출력에 의거하여 권상로의 이동체(4)의 수직 위치를 연산한다. 위치 편차 좌표 변환 회로(50)는 광다이오드(8a, 8b)의 출력으로부터 기준 좌표에 대한 이동체(4)의 각 운동 모드에 관한 위치(Δyab, Δxab, Δθab, Δξab, Δψab)를 연산해 그 결과를 제어 전압 연산기(47)에 출력한다.
불규칙성 기억 회로(51)는 수직 위치 연산기(49)에서 계측된 이동체(4)의 위치와 위치 편차 좌표 변환 회로(50)의 출력으로부터 갭 편차 좌표 변환 회로(45)의 출력을 감산하여, 광로(7a)(7b)에 대한 안내 레일(2)(2')의 이동체(4)의 자세로 변환된 불규칙성 데이터(hy, hx, hθ, hξ, hψ)를 연속적으로 기억한다. 불규칙성 기억 회로(51)는 이동체(4)의 수직 위치에 따라서 불규칙성 데이터 및 수직 위치 데이터를 적시에 읽어서 제어 전압 연산기(47)에 출력한다.
제어 전압 연산기(47)는 갭 편차 좌표 변환 회로(45) 및 전류 편차 좌표 변환 회로(46)의 출력( Δy, Δx, Δθ, Δξ, Δψ, Δiy, Δix, Δiθ, Δiξ, Δiψ, Δiζ, Δiδ, Δiγ)에서 y, x, θ, ξ, ψ, ζ, δ, γ 각 모드에서 이동체(4)를 안정하게 자기 부상시키는 제어 전압(ey, ex, eθ, eξ, eψ, eζ, eδ, eγ)을 연산한다. 제어 전압 좌표 역변환 회로(48)는 제어 전압 연산기(47)의 출력(ey, ex, eθ, eξ, eψ, eζ, eδ, eγ)에 의거해 수학식11을 사용하여 자석 유니트(15a∼15d)의 각각의 전자석 여자 전압(ea1, ea2∼ed1, ed2)를 연산하고, 이 결과를 전력 증폭기(33a, 33'a∼33d, 33'd)에 피드백한다.
제어 전압 연산기(47)는 전후동 모드 제어 전압 연산기(47a), 좌우동 모드 제어 전압 연산기(47b), 롤 모드 제어 전압 연산기(47c), 피치 모드 제어 전압 연산기(47d), 요 모드 제어 전압 연산기(47e), 인력 모드 제어 전압 연산기(47f), 토크 모드 제어 전압 연산기(47g), 그리고 변형 모드 제어 전압 연산기(47h)를 포함하고 있다.
그리고 전후동 모드 제어 전압 연산기(47a)는 입력( Δy, Δiy)을 사용하여 수학식21에 의거해 y-모드의 여자 전압(ey)을 연산한다. 좌우동 모드 제어 전압 연산기(47b)는 입력( Δx, Δix)을 사용하여 수학식21에 의거해 x-모드의 여자 전압(ex)을 연산한다. 롤 모드 제어 전압 연산기(47c)는 입력( Δθ, Δiθ)을 사용하여 수학식21에 의거해 θ- 모드의 여자 전압(eθ)을 연산한다. 피치 모드 제어 전압 연산기(47d)는 입력( Δξ, Δiξ)을 사용하여 수학식21에 의거해 ξ-모드의 여자 전압(eξ)을 연산한다. 요 모드 제어 전압 연산기(47e)는 입력( Δψ, Δiψ)을사용하여 수학식21에 의거해 ψ 모드의 여자 전압(eψ)을 연산한다. 또한 인력 모드 제어 전압 연산기(47f)는 입력( Δiζ)을 사용하여 수학식23에 의거해 모드의 여자 전압(eζ)을 연산한다. 제어 전압 연산기(47g)는 입력( Δiδ)을 사용하여 수학식23에 의거해 δ모드의 여자 전압(e6)을 연산한다. 비틀림 모드 제어 전압 연산기(47h)는 입력( Δiγ)을 사용하여 수학식23에 의거해 γ모드의 여자 전압(eγ)을 연산한다.
도 6은 연산기(47a~ 47e)의 각각을 상세하게 나타내는 도면이다. 즉 각 연산기(47a~ 47e)는 갭 편차( Δy, Δx, Δθ, Δξ, Δψ)의 각각으로부터 시간 변화율(Δy', Δx', Δθ', Δξ ', Δψ')을 연산하는 미분기(60), 기준 위치로부터의 편차(Δyab, Δxab, Δθab, Δξab, Δψab)의 각각으로부터 시간 변화율(Δy'ab, Δx'ab, Δθ'ab, Δξ'ab, Δψ'ab)을 연산하는 미분기(61), 각 변경량 Δy-Δψ와 Δyab- Δψab, 각 시간 변화율Δy'-Δψ'과 Δy'ab- Δψ'ab및 각 전류 편차 Δiy-Δiψ에 적당한 피드백 게인을 곱하는 게인 보상기(62), 전류 편차 발생기(63), 전류 편차 발생기(63)의 기준치 출력으로부터 전류 편차(Δiy- Δiψ)를 감산하는 감산기(64), 이 감산기(64)의 출력치를 적분해 적당한 피드백 게인을 곱하는 적분 보상기(65), 게인 보상기(62)의 출력의 총합을 연산하는 가산기(66), 그리고 가산기(66)의 출력치를 적분 보상기(65)의 출력치에서 감산하여 y-모드, x-모드,θ- 모드,ξ-모드, ψ 모드 각각의 전자석 여자 전압(ey, ex, eθ, eξ, eψ)을 출력하는 감산기(67)를 포함하고 있다. 게인 보상기(62) 및 적분 보상기(65)는 이동체(4)의 수직 위치에 따라서 불규칙성 데이터(hy, hx, hθ, hξ, hΨ) 및 수직 위치 데이터(H)에 의거해 게인의 설정을 변경할 수 있는 것이다.
도7은 연산기(47f∼47h)에 공통인 내부 요소를 나타낸다.
연산기(47f∼47h)는 각각 전류 편차( Δiζ, Δiδ, Δiγ)에 대해 적당한 피드백 게인을 곱하는 게인 보상기(71), 전류 편차 설정기(72), 전류 편차(Δiζ, Δiδ, Δiγ)을 전류 편차 설정기(72)에 의해 기준치에서 감산하는 감산기(73), 이 감산기(73)의 출력치를 적분해 적당한 피드백 게인을 곱하는 적분 보상기(74), 게인 보상기(71)의 출력치를 적분 보상기(74)의 출력치로부터 감산하여 ζ, δ, γ 각 모드의 여자 전압(eζ, eδ, eγ)을 출력하는 감산기(75)를 포함하고 있다.
다음에 상술한 본 발명의 제1 실시예의 안내 시스템의 동작을 설명한다.
자석 유니트(15a∼15d)의 중앙 철심(16)의 선단이 고체 윤활 부재(22)를 통해서 안내 레일(2, 2')의 대향면에, 자석 유니트(15a∼15d) 의 전자석(18, 18')의 선단이 고체 윤활 부재(22)를 통해서 안내 레일(2)의 대향면에 각각 흡착되어 있다. 이 때, 고체 윤활 부재(22)의 작용에 의해서 이동체(4)의 승강이 방해되는 일은 없다.
정지 상태에서 안내 시스템을 기동시키면, 제어기(30)에 의해 영구 자석(17,17')으로 발생되는 자속과 동일 방향 또는 역방향의 자속을 각 전자석(18, 18')에 발생하도록 제어된다. 제어기(30)는 자석 유니트(15a∼15d)와 안내 레일(2, 2') 간에 소정의 갭을 유지하게 하고, 각 코일(20, 20')에의 여자 전류를 제어한다. 이에 따라 도4에 나타내는 바와 같이, 영구 자석(17), L자 철심(19), 철심판(21), 갭(Gb) 안내 레일(2'), 갭(Gb"), 중앙 철심(16), 영구 자석(17)의 경로로 자기 회로(Mcb)가 형성되고, 영구 자석(17'), L자 철심(19'), 철심판( 21'), 갭(Gb')안내 레일(2'), 갭(Gb"), 중앙 철심(16), 영구 자석(17')의 경로로 되는 자기 회로(Mcb')가 형성된다. 갭(Gb, Gb', Gb") 또는 자석 유니트(15a, 15c, 15d)에 형성된 다른 갭은 영구 자석(17, 17')에 의한 각 자석 유니트(15a∼15d)의 자기적 인력이 이동체(4)의 중심에 작용하는 y축 전후 방향의 힘, x축 좌우 방향의 힘, 이동체(4)의 중심을 통과하는 x축, y축 및 z축 주위의 토크와 균형을 이루게 하는 거리가 되도록 설정된다. 이동체(4)에 외력이 작용되면 제어기(30)는 상기와 같은 균형을 유지하여 소위 제로파워 제어가 되도록 자석 유니트(15a∼15d) 각각의 전자석(18, 18')의 여자 전류 제어를 한다.
지금, 이동체(4)가 최하층에 위치하고 있다. 제로파워 제어에 의해 비접촉 안내되고 있는 이동체(4)가 권상기(도시하지 않음)에 의해 상승하기 시작한다. 이 제1회째의 상승 시에는 안내 레일을 따라 제로파워 제어가 불규칙성에 추종할 수 있도록 충분히 저속으로 운전한다. 이 최초 운전시에 이동체(4)의 수직 위치(H)와 불규칙성 데이터(hy, hx, hθ, hξ, hΨ)를 불규칙성 기억 회로(51)에 기억시킨다. 이에 따라 최초 운전시의 불규칙성 기억 회로(51)의 출력은 제로다. 최저층으로부터 최상층까지의 불규칙성 데이터(hy, hx, hθ, hξ, hΨ) 및 위치 데이터(H)의 기억이 종료하면, 다음 운전에서는 수집한 데이터를 이용한다. 위치 데이터(H) 및 불규칙성 데이터는 필요에 따라서 수시로 상술의 순서로 고쳐 쓸 수 있다.
최초 운전 후의 안내 제어는 다음과 같이 한다. 이동체(4)가 안내 레일의 비틀림 등의 비교적 완만한 불규칙성을 통과하는 경우에는 제어기(30)에서 각 운동 모드마다 기준 좌표로부터의 변경량 Δy~ Δψ 과 그 편차 Δyab~ Δψab, 시간 변화율 Δy'~ Δψ' 과 그 편차 Δy'ab~ Δψ'ab의 각각을 각 모드의 여자 전압ey, ex, eθ, eξ, eψ에 게인 보상기(62)에 의해 피드백하므로, 안내 레일(2, 2'x')의 불규칙성에 의해 발생하는 이동체(4)의 요동이 효과적으로 억제된다.
불규칙성 기억 회로(51)에 의해 불규칙성 데이터(hy, hx, hθ, hξ, hΨ) 및 수직 위치 데이터(H)가 읽혀지고, 이들 데이터가 게인 보상기(62) 및 적분 보상기(65)에 입력되고 있으므로, 최초의 운전 후에 수직 위치 데이터와 불규칙성을 갖는 구간을 게인 보상기(62) 및 적분 보상기(65)에 설정해 두면, 이후의 운전에서 게인 보상기(62) 및 적분 보상기(65)의 파라미터를 상기 구간에서 변경할 수 있다.
열팽창이나 수축의 반복, 지진 등에 의해 안내 레일(2, 2')의 조인트(80)에 단차나 갭이 발생하더라도, 불규칙성을 갖는 구간에 이동체(4)가 위치하고,이동체(4)의 속도가 빠르고, 불규칙성 데이터(hy, hx, hθ, hξ, hΨ)의 변화율이 소정치 이상이 되는 조건에서 자석 유니트(15a∼15d)의 안내력이 지극히 낮은 스프링 상수를 가지도록 제어 파라미터를 변경함으로써 이동체(4)의 요동을 억제할 수 있다.
자기 안내 시스템을 정지시키는 경우에는 y-모드 및 x-모드에서 전류 편차 설정기(62)로 기준치를 제로로부터 점차 부의 값으로 하면 이동체(4)는 y축, x축 방향으로 점차 이동한다. 마침내 자석 유니트(15a∼15d)의 중앙 철심(16)의 선단 또는 자석 유니트(15a∼15d)의 전자석(18, 18')의 선단이 고체 윤활 부재(22)를 통해서 안내 레일(2, 2')의 대향면에 각각 흡착한다. 이 상태에서 자기 안내 시스템을 정지시키면, 전류 편차 설정기(62)의 기준치가 제로로 리세트됨과 동시에 이동체(4)가 안내 레일(2, 2')에 흡착 고정되게 된다.
제1 실시예에서는 비접촉 안내 제어에 정상 상태에서 코일 여자 전류가 제로로 수렴하는 제로파워 제어를 적용하고 있지만, 다양한 자석 유니트(15a∼15d)의 인력의 제어 방식이 사용되어도 좋다. 예를 들면 자석 유니트가 안내 레일(2, 2')을 보다 정밀하게 추종하게 하려면, 갭을 일정하게 유지하는 제어 방법을 적용해도 좋다.
다음에 본 발명의 제2 실시예를 도8 및 도9에 의거해 설명한다.
제1 실시예에서는 안내 유니트(5a∼5d)로서 자석 유니트(15a∼15d)를 이용해 비접촉 안내 제어를 하는 구성으로 했지만, 이에 한정되는 것이 아니다. 도8 및도9에 나타낸 바와 같이 휠 지지식의 안내 유니트(100a∼100d)를 제1 실시예와 마찬가지로 이동체(4)의 상하 코너에 채용할 수 있다. 또한 도8 및 도9에서는 안내 유니트(100b)를 나타내고 있지만, 다른 안내 유니트(10Oa, 1OOc, 1OOd)도 구조는 완전히 동일하다.
제2 실시예의 안내 유니트(100b)는 안내 레일(2, 2')을 세 방면으로부터 둘러싸도록 배치된 3개의 가이드 휠(111, 112, 113), 이들 가이드 휠(111~ 113)과 이동체(4) 사이에 개재하고, 가이드 휠을 눌러대는 압력에 의해 안내력을 이동체(4)에 작용시키는 서스펜션 유니트(114, 115, 116), 이들 서스펜션 유니트(114~116)가 설치되어 있는 베이스(117)를 포함하고 있다.
안내 유니트(100a~ 100d)는 베이스(117)를 통해서 프레임(11)의 상당 코너에 고정되어 있다. 서스펜션 유니트(114~ 116)는 리니어 펄스 모터(121, 122, 123), 서스펜션(124, 125, 126) 및 갭 센서용 포텐쇼미터(127, 128, 129)를 구비하고 있다.
그리고 리니어 펄스 모터(121~ 123)는 스테이터(131, 132, 133)와 리니어 로터(134, 135, 136)를 포함하고 있고, 전체로서 U자상의 스테이터(131, 132, 133)의 오목한 홈을 따라 리니어 로터(134, 135, 136)가 이동한다. 리니어 로터(134, 135, 136)의 이동 속도는 각각의 리니어 펄스 모터(121, 122, 123)에 마련된 펄스 모터 드라이버(141, 142, 143)에 개별로 입력되는 속도 신호치로 상당한다.
서스펜션(124, 125, 126)은 리니어 로터(134, 135, 136) 상에 고정되어 있는 L자상의 판(144, 145, 146), 이들 L자상의 판(144, 145, 146) 위에 고정되고, 양측면에 축부(147, 148, 149)를 구비한 지지체(151(도시 생략), 152, 153(도시 생략)), 하단부에서 그 사이에 축부(147~ 149)를 개재하여 지지 부재(151~ 153)에 회전 가능하게 접속되고, 선단에서 지지 부재(151~ 153)를 개재하여 축(154~ 156) 주위로 회전 가능하게 가이드 횔을 지지하는 짝을 이루는 판(157a, 157b~ 159a, 159b) 및 짝을 이루는 판(157a, 157b~ 159a, 159b) 간의 가이드 휠(111~ 113)을 포함하고 있다. 서스펜션(124~ 126)은 또한 코일 스프링(161, 162, 163), 이들 코일 스프링(161, 162, 163)을 지나고, 후단부가 L자판(144, 145, 146)에 고정되어 있는 가이드 로드(164, 165, 166), 이 가이드 로드(164, 165, 166)를 지나고, 코일 스프링(161, 162, 163)이 짝을 이루는 판(157a, 157b,158a, 158b, 159a, 159b)에 소정의 압력을 가하는 위치에서 고정된 가드(167, 168, 169)를 포함하고 있다.
포텐쇼미터(127, 128, 129)는 지지체(151, 152, 153)의 축부(147, 148, 149)에 대한 짝을 이루는 판(157a, 157b,158a, 158b,159a, 159b)의 회전 각도를 검출하고, 안내 레일(2, 2')로부터 차축(154, 155, 156)의 중심까지의 거리를 출력하는 갭 센서로서 동작한다.
안내 유니트(100a∼100d)의 각 휠(111, 112, 113)의 안내력은 도10에 나타내는 구성의 제어기(230)에 의해 제어되고, 엘리베이터 케이지(10) 및 프레임(11)이 안내 레일(2, 2')에 대해 안내되고 있다.
제어기(230)는 도1에 나타낸 제1 실시예의 제어기(30)와 동일 장소에서 분할되어 설치되지만, 도10에 나타내는 바와 같이 전체로 1개의 장치로서 일체 구성되어 있다. 이 제어기(230)에 대해서 이하에 설명한다. 도10에서 화살표는 신호 경로를 나타내고, 실선은 전력 경로를 나타내고 있다. 이하의 설명에서 제1 실시예의 제어기(30)와 동일한 요소에 대해서는 동일한 부호를 붙인다. 또한 각 안내 유니트(1OOa∼1OOd)의 프레임(11)의 설치 장소를 표시하기 위해서, 각각의 안내 유니트(1OOa∼1OOd)의 주요부를 나타내는 부호에 첨자 "a"~ "d"를 붙여서 설명한다.
제어기(230)는 프레임(11)에 고정되고, 안내 레일(2, 2')과 각 안내 유니트(100a∼100d)의 가이드 휠(111a, 112a, 113a∼111d, 112d, 113d) 각각의 중심부 간의 거리를 검출하는 센서(231)와, 이 센서(231)로부터의 신호 출력에 따라 이동체(4)를 안내하기 위해, 각 리니어 펄스 모터(121a, 122a, 123a∼121d, 122d, 123d)의 리니어 로터(134, 135, 136)의 이동 속도를 연산하는 연산기(232)와, 이 연산기(232)의 출력에 의거해 각 리니어 로터(134, 135, 136)를 지정된 속도로 구동하는 펄스 모터 드라이버(211a, 212a, 213a∼211d, 212d, 213d)으로 구성되어 있어, 가이드 휠(111a, 112a, 113a∼111d, 112d, 113d)의 안내력을 x축, y축에 대해서 독립적으로 제어한다.
전원(234)은 리니어 펄스 모터 드라이버(211a, 212a, 213a∼211d, 212d, 213d)를 통해서 리니어 펄스 모터(121a, 122a, 123a∼121d, 122d, 123d)에 전력을 공급함과 동시에, 연산기(232) 및 x방향 갭 센서, y축 방향 갭 센서를 이루는 포텐쇼미터(127a, 128a, 129a∼127d, 128d, 129d)에 일정 전압으로 전력을 공급하는 정전압 발생기(235)에도 전력을 공급한다. 이 정전압 발생기(235)는 과도 전류 공급에 의해 전원(234)의 전압이 변동되어도 항상 일정한 전압으로 연산기(232) 및 포텐쇼미터(127a, 128a, 129a∼127d, 128d, 129d)에 전력을 공급함으로써, 이들 연산기 및 포텐쇼미터를 항상 정상으로 동작시킨다.
센서(231)는 포텐쇼미터(127a, 128a, 129a∼127d, 128d, 129d)와 제1 실시예와 동일한 광다이오드(8a, 8b, 8c)를 포함하고 있다.
제1 실시예와 마찬가지로, 연산기(232)는 도1에 나타낸 운동 좌표시스템마다 이동체(4)의 안내 제어를 한다. 운동 좌표계는 이동체(4)의 중심의 y좌표를 따른 좌우 운동을 나타내는 y-모드(전후동 모드), x좌표를 따른 운동을 나타내는 x-모드(좌우동 모드), 이동체(4)의 중심에 대한 회전을 나타내는 θ모드(롤 모드), 이동체(4)의 중심에 대한 피칭을 나타내는 ξ모드(피치 모드), 이동체(4)의 중심에 대한 요잉을 나타내는 ψ-모드(요 모드)를 포함한다.
지금 간단히 하기 위해서, 이동체(4)의 네 코너의 배치된 안내 유니트(100a∼100d)의 중심간을 잇는 대각선의 교점을 통과하는 연직선 상으로 이동체(4)의 중심이 있다고 가정한다. 이 중심을 x, y 및 z축 좌표 원점으로 해서, 이동체(4)의 각 모드의 운동 방정식은 다음에 수학식24∼수학식28로 표시된다.
Ks는 각 가이드 휠(111~ 113)의 유니트 이동 거리 당의 각 서스펜션(124~ 126)의 스프링 상수이다. ηs는 각 가이드 휠(111~ 113)의 유니트 이동 거리 당의각 서스펜션(124~ 126)의 댐핑 상수이다. vy, vx, vθ, vξ, v는 각 y, x, θ, ξ, ψ 모드의 이동 요소(134~ 136)의 이동 속도 지령치이다.
서스펜션 유니트(114, 115, 116)에 관한 갭 (xa∼xd, ya1, ya2∼yd1, yd2)는 다음의 수학식29에 의해서 y, x, θ, ξ, ψ좌표 변환된다.
각 모드의 서스펜션계에로의 제어 입력, 즉 연산기(232)의 출력이 되는 이동 속도 지령치vy, vx, vθ, vξ, vψ는 다음의 수학식30에 의해서 각 펄스 모터 드라이버(211a, 212a, 213a∼211d, 212d, 213d)에로의 속도 입력(va1, va2, va3-vd1, vd2, vd3)로 역변환된다.
수학식24∼수학식28에서 나타내는 y, x, θ,ξ및 ψ-모드에 대한 이동체(4)의 운동 방정식은 다음의 수학식31의 상태 방정식으로 정리할 수 있다.
여기서x 5 ,A 5 ,b 5 ,p 5 ,d5,u 5 는
이다. 또 h5는 기준광로(7a, 7b)에 대한 안내 레일(2, 2')의 불규칙성을 나타내고,
에 의해
으로 정의되고 있다. 또한 v5는 각 모드에서 운동을 안정화하기 위한 리니어펄스 모터 속도 입력이며,
이다.
수학식31의 상태 방정식은
의 피드백에 의해 안내 제어를 달성할 수 있다.
여기서 비례 게인을 Fa, Fb, Fc, Fd, Fe로 하고 적분 게인을 Ke로 하면,
이다.
도10에 나타내는 바와 같이, 연산기(232)는 감산기(241a∼241d), 감산기(242a∼242h), 감산기(243a∼243h), 갭 편차 좌표 변환 회로(245), 연산기(247), 이동 속도 좌표 역변환 회로(248), 그리고 제1 실시예와 마찬가지의 수직 위치 연산기(49), 위치 편차 좌표 변환 회로(50), 불규칙성 기억 회로(51)를 포함하고 있다.
감산기(241a∼241d)는 x방향 갭 센서를 이루는 포텐쇼미터(129a∼129d)로부터의 갭 신호(gxa∼gxd)로부터 각각의 기준치(xa0∼xd0)를 감산해 x방향 갭 편차 신호(Δgxa∼Δgxd)를 연산한다. 감산기(242a∼242h)는 y축 방향 갭 센서를 이루는 포텐쇼미터(127a, 128a∼127d, 128d)로부터의 y축 방향 갭 신호(gya1, gya2∼gyd1, gyd2)로부터 y축 방향 갭 설정값(ya01, ya02∼yd01, yd02)을 감산해 y축 방향 갭 편차 신호(Δgya1, Δgya2∼Δgyd1, Δgyd2)를 연산한다.
갭 편차 좌표 변환 회로(245)는 갭 편차 신호(Δgya1, Δgya2∼Δgyd1, Δgyd2)로부터 이동체(4)의 중심의 y축 방향의 이동량Δy, 갭 편차 신호(gxa∼Δgxd)로부터 이동체(4)의 중심의 x방향의 이동량( Δx), 이동체(4) 중심의 θ방향(롤 방향)의 회전각(Δθ), 이동체(4)의 ξ방향(피치 방향)의 회전각(Δξ), 이동체(4)의 ψ 방향(요잉 방향)의 회전각(Δψ)을 수학식29에 의거해 연산한다.
수직 위치 연산기(49)는 동일한 수직 위치에 배치된 이차원 광다이오드(8b)와 1차원 광다이오드(8c)의 출력에 의거하여 권상로의 이동체(4)의 수직 위치를 연산한다. 위치 편차 좌표 변환 회로(50)는 이차원 광다이오드(8a, 8b)의 출력에 의거하여 기준 좌표에 대한 이동체(4)의 각 운동 모드에 관한 위치 편차(Δyab, Δxab, Δθab, Δξab, Δψab)를 연산해 그 결과를 연산기(247)에 출력한다. 또 불규칙성 기억 회로(51)는 수직 위치 연산기(49)로 계측된 이동체(4)의 위치와 위치 편차 좌표 변환 회로(50)의 출력 결과로부터 갭 편차 좌표 변환 회로(245)의 출력을 감산하여, 광로(7a)(7b)에 대한 안내 레일(2)(2')의 이동체(4)의 위치로 변환된 불규칙성 데이터(hy, hx, hθ, hξ, hΨ)를 연속적으로 기억한다. 이동체(4)의 수직 위치에 따라서 불규칙성 데이터 및 수직 위치 데이터를 적시 읽어내어 연산기(247)에 출력한다.
연산기(247)는 갭 편차 좌표 변환 회로(245)의 출력(Δy, Δx, Δθ, Δξ, Δψ)의 각 모드에서 이동체(4)를 안내하는 리니어 로터(134, 135, 136)의 모드별 이동 속도 지령(vy, vx, vθ, vξ, vΨ)을 연산한다. 이동 속도 좌표 역변환 회로(248)는 연산기(247)의 출력(vy, vx, vθ, vξ, vΨ)에 의거하여 수학식30을 사용해 서스펜션 유니트(114a, 115a, 116a∼114d, 115d, 116d)의 각각의 리니어 로터(134, 135, 136)의 이동 속도(va1, va2, va3∼vd1, vd2, vd3)를 연산하고, 이 결과를 펄스 모터 드라이버(211a, 212a, 213a∼211d, 212d, 213d)에 피드백한다.
이 연산기(247)는 더욱 상세하게는 전후동 모드 연산기(247a), 좌우동 모드 연산기(247b), 롤 모드 연산기(247c), 피치 모드 연산기(247d), 그리고 요 모드 연산기(247e)를 포함하고 있다.
그리고 전후동 모드 연산기(247a)는 입력(Δy, Δyab) 을 사용하여 수학식36에 의거해 y-모드의 이동 속도(vy) 를 연산한다. 좌우동 모드 연산기(247b)는 입력(Δx, Δxab)에 의해 수학식36에 의거해 x-모드의 이동 속도(vx)를 연산한다. 롤 모드 연산기(247c)는 입력( Δθ, Δθ ab)에 의해 수학식36에 의거해 θ- 모드의 이동속도(vθ)를 연산한다. 피치 모드 연산기(247d)는 입력( Δξ, Δξab) 에 의해 수학식36에 의거해 ξ-모드의 이동 속도(vξ)를 연산한다. 요 모드 연산기(247e)는 입력(Δψ, Δψab)에 의해 수학식36에 의거해 ψ-모드의 이동 속도(vψ) 를 연산한다.
도 11은 전후동 모드 연산기(247a~247e)를 상세하게 나타낸다. 즉 갭 편차( Δy, Δx, Δθ, Δξ, Δψ)에 의거하여 시간 변화율(Δy', x', Δθ', Δξ', Δψ')을 연산하는 미분기(260), 기준 위치에서의 편차(Δyab, Δxab, Δθab, Δξab, Δψab)의 각각으로부터 시간 변화율(Δy'ab, Δx'ab, Δθ'ab, Δξ'ab, Δψ'ab)을 연산하는 미분기(261), 각 모드의 이동 속도(vy, vx, vθ, vξ, vΨ)를 적분해 이동량(ly, lx, lθ, lξ, lΨ)를 출력하는 적분기(268), 이들 편차Δy~ Δψ 과 Δyab~ Δψab, 시간 변화율Δy'~ Δψ' 과 Δy'ab~ Δψab' 및 이동량(ly~ lψ)의 각각에 대해 적당한 피드백 게인을 곱하는 게인 보상기(262), 좌표 편차 설정기(263), 편차(Δyab~ Δψab) 를 좌표 편차 설정기(263)가 출력하는 기준치로부터 감산하는 감산기(264), 이 감산기(264)의 출력치를 적분해 적당한 피드백 게인을 곱하는 적분 보상기(265), 모든 게인 보상기(262)의 출력치의 총합을 연산하는 가산기(266), 그리고 가산기(266)의 출력치를 적분 보상기(265)의 출력치로부터 감산하여 y, x, θ, ξ, ψ 모드 각각의 이동 속도(vy, vx, vθ, vξ, vΨ) 를 출력하는 감산기(267)를 포함하고 있다. 또한 게인 보상기(262) 및 적분 보상기(265)는 이동체(4)의 수직 위치에 따라서 불규칙성 데이터(hy, hx, hθ, hξ, hΨ) 및 수직 위치 데이터(H)에 의거해 게인의 설정을 변경하여도 좋다.
다음에 본 발명의 제2 실시예의 안내 시스템의 동작을 설명한다. 지금, 안내 유니트(100a∼100d)로 안내되는 이동체(4)가 이동력 부여 수단인 권상기(도시하지 않음)에 의해 상승을 개시하고, 안내 레일(2, 2')의 비틀림 같은 비교적으로 완만한 불규칙성을 통과해도, 각 운동 모드마다 기준 좌표로부터의 편차(Δyab~ Δψab)와 이들 시간 변화율(Δy'ab~ Δψ'ab)이 게인 보상기(262)를 통해서 각 모드의 이동 속도(vy, vx, vθ, vξ, vΨ) 에 피드백되고 있으므로, 안내 레일(2, 2')의 불규칙성에 의해 발생하는 이동체(4)의 요동이 효과적으로 억제된다.
제1 실시예와 마찬가지로, 불규칙성 기억 회로(51)에 의해 불규칙성 데이터(hy, hx, hθ, hξ, hψ) 및 수직 위치(H)가 읽혀지고, 게인 보상기(262) 및 적분 보상기(265)에 입력되고 있으므로, 게인 보상기(262) 및 적분 보상기(265)는 불규칙성을 갖는 구간에서 제어 파라미터를 변경할 수도 있다.
열팽창이나 수축의 반복, 지진 등에 의해 안내 레일(2, 2')의 조인트에 큰 단차나 갭이 발생하고 있어도, 안내력이 지극히 낮은 스프링 상수를 가지도록 제어 파라미터를 변경하여 이동체(4)의 요동을 최소한으로 억제할 수 있다.
다음에 본 발명의 안내 시스템의 제3 실시예를 설명한다. 제1, 제2 실시예에서는 도1에 나타낸 바와 같이, 레이저 발광기(6a, 6b, 6c)로부터 출사되는 레이저광을 광다이오드(8a, 8b, 8c)에서 직접 수광했지만, 광로(7a, 7b, 7c)는 이에 한정되지 않고, 도12에 나타내는 구성으로 해도 좋다. 즉 미러(301)를 내측에 45°　기울여 지지 부재(302)로 고정함과 동시에, 광다이오드(8a, 8b, 8c)를 엘리베이터 케이지(10)의 측벽에 설치하여 광로(7a, 7b, 7c)가 90°　굴곡해 광다이오드(8a, 8b, 8c)에 도달하게 하여도 좋다.
이 제3 실시예에 의하면, 광다이오드(8a, 8b, 8c)를 수직으로 배치할 수 있으므로, 광다이오드 표면에 먼지나 오물이 잘 부착하지 않아, 청소 없이 장기의 지속 사용이 가능해진다.
제1∼ 제3 실시예에서는 3개의 광로(7a, 7b, 7c)를 형성하기 위해서 3개의 레이저 발광기를 이용했다. 그러나 광로의 개수는 상기 한정되지 않고, 도13에 나타낸 바와 같이, 하프 미러(311)를 2개의 지지 부재(312)로 고정해 1개의 광로(7b)을 2개로 나누도록 해도 좋다.
이 경우 하프 미러(311)에서는 레이저광(7b)은 투과광(T1)과, 이 투과광(T1)과 수직인 반사광(Tb)으로 갈라진다. 투과광(T1)은 권상로(1)의 바닥부에 베이스(313)를 통해서 약간 기울여 배치된 미러(314)에 입사한다. 한편, 반사광(Tb)은 광다이오드(8b)에 입사한다.
투과광(T1)의 광축은 yz축 평면 내에서 약간 기울어 반사되고, 엘리베이터 케이지(10)의 측면에 하프 미러(311)에 인접한 위치에서 지지 부재(302')에 의해 하향에 대향 고정된 미러(301')에 의해 반사되어 광다이오드(8c)에 입사한다.
상기의 광학 시스템에 의해서도 제1 실시예, 제2 실시예와 마찬가지와 마찬가지의 엘리베이터 안내가 가능하다. 또한 비교적 고가의 레이저 발광기를 3대로부터 2대로 줄일 수 있으므로, 엘리베이터 시스템 비용을 낮게 할 수 있다.
또 레이저 발광기(6d)를 1대만 설치하고, 그 광로를 하프 미러(321)와 미러(322)에 의해 2개로 나누어도 좋다. 이 경우에는 광다이오드(8a, 8b)만 사용하고, 광다이오드(8c)를 생략하지만, 이동체(4)의 수직 위치를 검출하지 않는다. 이와 같은 광로의 개수는 임의로 선택할 수 있는 것이다.
또한 상기의 실시예에서는 레이저 발광기(6a, 6b, 6c)로서 레이저 발진관을 이용했지만, 레이저 발광 반도체 장치를 이용할 수도 있다. 또 제어기(30, 230)는 아날로그 회로로 구성해도, 디지털 회로로 구성해도 좋다.
상기 설명의 견지에서 다양한 수정과 변경이 가능하다. 따라서 청구 범위의 범주 내에서 본 발명은 상기 실시예 말고도 여러가지로 실시될 수 있음을 주지해야 할 것이다.
본 발명에 의하면, 위치 기준을 형성하는 광로와 이동체 간의 갭에 의거하여 이동체의 요동에 대한 위치 보정이 수행되므로, 최초 운전 동안에 미리 기억된 안내 레일의 불규칙성에 따른 위치를 이동체가 통과할 때에, 이동체의 불규칙성 또는 요동에 대해 반력이 안내 레일에 작용하므로, 요동이 억제됨으로써 승차감을 향상시킬 수 있다.
광로를 복수 형성하도록 했으므로, 예를 들면 수평축 주위와 수직축 주위의복수축의 주위의 갭을 검출해 이동체의 요동에 대한 위치 보정이 수행될 수 있다.
또한 권상로는 어둡기 때문에, 비교적 소전력의 레이저 발광기가 위치 기준 광로를 형성함으로써, 냉각 장치 등이 불필요하여 저가로 위치 기준 광로를 형성할 수 있다.
또한 광로가 수직선에서 약간 기울어지고, 일차원 광다이오드가 광로에 배치되므로, 이동체의 수직 위치가 광다이오드의 간섭광의 입사 위치에 의거하여 검출될 수도 있다. 두개의 이차원 광다이오드가 다른 수직 위치에서 각각의 수직 광로에 배치되므로, 이동체의 3차원 위치가 광다이오드의 간섭광의 입사 위치에 의거하여 검출되고 보정될 수 있다.
또한 전자기에 의해 생성된 자기 부상력이 안내 시스템에 사용되므로, 이동체는 안내 레일과 비접촉으로 안내될 수 있어 쾌적한 승차감을 달성할 수 있다.
또한 광로의 방향을 변경하기 위해 미러 또는 하프 미러가 사용되므로, 레이저 발광기의 수를 광로의 수보다 작게 함으로서 비용을 줄일 수 있다.
또한 이동체의 수직 위치가 서로 평행하지 않은 2개의 광로에 의해 검출되므로, 이동체의 수직 위치가 비접촉으로 정확하게 검출될 수 있다.

Claims (16)

  1. 안내 레일을 따라 이동하도록 된 이동체;
    상기 이동체의 이동 방향에 평행하게 광의 광로를 형성하도록 된 광 출사기;
    상기 광로 상에 배치되고 상기 광로와 상기 이동체 간의 위치 관계를 검출하도록 된 위치 검출기; 및
    상기 이동체에 결합되고 상기 위치 검출기의 출력에 의거하여 상기 안내 레일에 작용하는 힘에 의해 야기된 반력으로 상기 이동체의 위치를 변경하도록 된 액츄에이터
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광 출사기는 복수의 광로를 형성하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 광로 중 적어도 2개는 서로 평행하지 않고, 상기 위치 검출기는 서로 평행하지 않은 상기 복수의 광로 중 상기 적어도 2개에 의해 상기 이동체의 수직 위치를 검출하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 광출사기는 레이저 발광기를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 레이저 발광기는 레이저 발진관을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 레이저 발광기는 레이저 발광 반도체 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 위치 검출기는 일차원 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 위치 검출기는 2차원 광다이오드를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 액츄에이터는 상기 안내 레일과 대향하고 갭을 갖는 전자석을 포함하는 자석 유니트;
    상기 전자석, 상기 갭 및 상기 안내 레일로 형성된 자기 회로의 상태를 검출하도록 된 센서; 및
    상기 자기 회로를 안정화하기 위해 상기 센서와 상기 위치 검출기의 출력에 따라서 상기 전자석에 여자 전류를 제어하도록 된 안내 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 센서는 상기 안내 레일과 상기 자석 유니트 간의 수평면 상의 위치 관계를 검출하도록 된 제2 위치 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 센서는 상기 전자석의 여자 전류를 검출하도록 된 전류 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 자석 유니트는 상기 이동체를 안내하는 자기력을 제공하고, 상기 갭에서 상기 전자석과 공통의 자기 회로를 형성하도록 배치된 영구 자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 안내 제어기는 상기 센서와 상기 제2 위치 검출기의 출력에 의거하여 상기 자기 회로를 안정하게 제어하여 상기 여자 전류가 정상 상태에서 제로로 수렴하도록 하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 위치 검출기는 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 위치 검출기는 하프 미러를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 안내 시스템.
  16. 안내 레일을 따라 이동체의 이동을 제어하는 안내 시스템에 있어서,
    상기 이동체에 거의 평행한 평면 내의 광로에 광을 형성하도록 배치된 광 출사기;
    상기 광을 수광하도록 상기 이동체에 배치될 수 있고, 상기 광로에 대한 이동체의 위치를 나타내는 출력 신호를 제공하는 적어도 1개의 위치 검출기; 및
    상기 안내 레일에 작용하는 힘과 상기 이동체의 위치를 나타내는 출력 신호에 따라서 다른 위치로 이동체를 부세하도록 이동체에 부착될 수 있는 엑츄에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 안내 시스템.
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