KR100417870B1

KR100417870B1 - 엘리베이터 차체용 능동 자기 안내 시스템

Info

Publication number: KR100417870B1
Application number: KR10-2000-0037996A
Authority: KR
Inventors: 모리시따밈페이
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 2000-07-04
Publication date: 2004-02-11
Also published as: JP4097848B2; CN1189374C; EP1067083A2; DE60018643T2; EP1067083A3; US6338396B1; JP2001019286A; EP1067083B1; KR20010015163A; TWI244461B; DE60018643D1; CN1279207A

Abstract

본 발명에 따르면, 엘리베이터용 자기 안내 시스템이 제공되는데, 이 자기 안내 시스템은, 상하 방향으로 부설된 안내 레일; 상기 안내 레일을 따라 이동하도록 구성된 이동 유닛; 상기 이동 유닛에 탑재되고, 상기 안내 레일과 갭을 사이에 두고 대향하는 자극들을 가지는 동시에 상기 자극들 중 적어도 2개의 자극에 의해 상기 안내 레일에 작용하는 흡인력이 서로 반대 방향이 되도록 구성 또는 배치된 전자석 및 상기 갭에서 상기 전자석과 자로를 공유하도록 배치되고, 상기 이동 유닛을 안내하는데 필요한 기자력을 제공하는 영구자석을 구비하는 자석 유닛; 상기 전자석이 상기 갭 및 안내 레일과 형성하는 자기회로의 상기 갭에서의 상태를 검출하는 센서부; 및 상기 센서부의 출력에 따라 상기 전자석의 여자 전류를 제어하여 상기 자기회로를 안정화시키고, 상기 이동 유닛의 운동의 자유도 중 적어도 하나의 자유도에 있어서 상기 자유도의 운동에 기여하는 상기 복수의 전자석의 여자전류의 총합을 0으로 수렴시키고, 상기 이동 유닛을 상기 안내 레일에 대하여 비접촉으로 안내하는 안내 제어기를 구비한다.

Description

엘리베이터 차체용 능동 자기 안내 시스템 {ACTIVE MAGNETIC GUIDE SYSTEM FOR ELEVATOR CAGE}

본 발명은 엘리베이터 차체와 같은 이동 유닛을 안내하는 능동 자기 안내 시스템에 관한 것이다.

엘리베이터 차체는 와이어 케이블에 의해 매달려 있고, 승강로에 수직으로 고정된 안내 레일을 따라 승강기에 의해서 구동된다. 엘리베이터 차체가 와이어 케이블에 의해 매달려 있기 때문에, 엘리베이터 차체는 부하 하중의 불균형 또는 승객의 이동에 의해 흔들릴 수도 있다. 이 흔들림은 안내 레일을 따라 차체가 안내됨으로써 억제될 수 있다.

안내 레일 및 서스펜션 상에 접하여 회전하는 휠(wheel)을 포함하는 안내 시스템이 통상적으로 안내 레일을 따라 엘리베이터 차체를 안내하는데 이용된다. 그러나, 안내 레일의 워프(warp) 및 접합부와 같은 부분에서의 불규칙성에 의해서 발생되는 원하지 않는 잡음과 진동이 휠을 통해 차체 내에 있는 승객에게 전달되기 때문에, 쾌적한 승강이 이루어지지 않는다.

상기 문제를 해결하기 위한 다양한 접근이 제안되어 있으며, 그 제안으로는 일본국 특개소 제51-116548호, 특개평 제6-336383호, 및 특개평 제7-187552호 공보에 개시되어 있다. 이들 제안에는 철제로 이루어진 안내 레일 상에 흡인력을 작용시키는 전자석을 탑제시킴으로써, 차체가 안내 레일과 접촉되지 않고 안내될 수 있게 한 엘리베이터 차체가 개시되어 있다.

일본국 특개평 제7-187552호 공보에는 E자형 코어(core)에 한 쌍의 코일이 감겨있으며, 자기력에 의해서 엘리베이터 차체를 안내하는 전자석이 개시되어 있다. 이 기술에 따르면, 쾌적한 승강이 이루어지고, 전자석 유닛의 부품수도 감소되고, 구조가 단순화되고 신뢰성이 향상된다.

그러나, 상술한 바와 같은 현재 엘리베이터용 안내 시스템에는 다음과 같은 일부 문제점이 있다.

안내 시스템이 안내 레일을 엄격하게 추종하도록 설계되면, 레일의 불규칙한 변이에 따라 차체가 흔들릴 수도 있기 때문에 쾌적한 승강이 악화될 수도 있다. 따라서, 안내 시스템은 엘리베이터 차체가 저강성(低剛性)을 갖도록 설계된다. 그러나, 저강성을 갖는 안내 시스템에 의해서 차체가 안내되는 경우, 안내 방향의 외력에 대한 차체의 흔들림 진폭이 커지기 때문에, 차체의 요동을 허락하는 큰 스트로크(stroke)가 요구된다. 자기력을 이용하여 이러한 큰 스트로크를 제어하기 위해서는, 전자석과 안내 레일 사이의 갭이 커야한다. 그러나, 갭이 넓어지면 자기 저항이 증가하기 때문에 전자석의 유효 자속이 감소되고, 결과적으로 차체에 대한 안내력이 자속의 제곱에 비례하여 현저하게 감소된다.

전자석으로 이루어진 자기 안내 시스템에 따르면, 안내 레일에 작용하는 흡인력은 갭의 제곱에 반비례하고 여자전류의 제곱에 비례한다. 일반적으로, 전자석에 대한 흡인력 제어에 대해서는 선형제어가 널리 이용되고 있다. 이 경우에, 엘리베이터 차체가 적정 위치에 정지하는 경우에도, 다음과 같은 이유 때문에 소정의 여자 전류로 전자석이 여자된다.

엘리베이터 차체가 적정 위치에 정지하는 것으로 가정한다. 다시 말하면, 안내력이 요구되지 않기 때문에 여자전류는 0으로 설정된다고 생각할 수 있다. 그러나, 전자석의 흡인력이 여자전류의 제곱에 비례하기 때문에, 여자전류가 정상상태에서 0이라는 가정에 흡인력을 선형 근사시키면, 갭의 미소 변동분의 계수항, 및 여자전류의 미소변동분의 계수항이 0이 된다. 즉, 전자석의 흡인력을 f, 갭을 x, 여자전류를 i로 한 경우, 갭 x 와 여자전류 i와 관련한 흡인력 f의 편미분항f/x 및f/i 은 0이 된다. 결과적으로 선형 제어시스템을 설계하는 것은 불가능하다.

또한, 양호한 선형 제어시스템의 성능을 얻기 위해서는,f/x 및f/i 가 임의의 큰 값을 가져야한다. 그 값은 갭에 반비례하고, 기자력, 즉 여자전류와 전자석 코일의 권선수의 곱에 비례한다. 따라서,f/x 및f/i 는 여자전류를 증가시키거나 또는 전자석 코일의 권선수를 증가시킴으로써 적정값이 주어진다. 따라서, 전자석으로 이루어진 안내 시스템의 경우에, 양호한 성능 및저강성을 갖는 안내 시스템을 얻기 위해서는, 전자석을 보다 큰 전류로 여자 시키거나 전자석 코일의 권선수가 큰 것을 이용한다.

그러나, 여자전류가 커지면, 열이 발생하기 때문에 냉각시스템이 요구된다. 또한, 전자석 코일의 권선수를 증가시키면, 전자석의 크기 및 중량이 증가한다. 전자석으로 이루어진 전자석 안내 시스템에 따르면, 자기 안내 시스템이 커지기 때문에 중량이 무거워진다. 결과적으로 엘리베이터의 전체 시스템이 커지고 단가가 높아진다.

전자석 코일에서 발생하는 열을 억제하기 위한 기술로서, 예를 들면, 일본국 특개소 제60-32581호 및 특개소 제61-102105호 공보에 개시된 바와 같이, 전자석 및 영구자석으로 이루어진 공통자기회로를 자기 안내 시스템과 안내 레일 사이의 갭에 형성시킨 자기 안내 시스템이 공지되어 있다. 이 기술은 안내 레일과 접촉하지 않고 물품을 반송하는데 이용되는 것으로, 이 기술의 목적은 중력과 안내 레일에 작용하는 흡인력을 자기 안내 시스템의 수직방향으로 밸런스 시키는데 있다. 따라서, 자기 안내 시스템은 하나 이상의 안내 레일 상에서 한 방향으로만 흡인력을 작용시켜 피지지체(被支持體)의 중량을 지지하고, 자기 안내 시스템의 폭과 그 안내 레일의 폭을 동일하게 하여 피지지체를 안내 레일에 작용하는 결합력(allying force)으로 안내 레일을 따라 안내한다.

통상적으로, 엘리베이터 차체 자체의 중량은 와이어 케이블에 의해서 지지되기 때문에, 엘리베이터 차체의 수평 운동을 지지하는 힘보다 더 강한 힘을 견딜 수 있는 안내 레일이 필요하지 않다. 따라서, 안내 레일에 대한 설치 강성은 안내 레일의 설치비용 때문에 항상 높게 할 수는 없다.

이러한 특성을 갖는 엘리베이터에 따르면, 자기 안내 시스템이 안내 레일 상에서 한 방향으로만 흡인력을 작용하는 경우, 안내 레일의 설치 위치가 벗어날 수 있다. 이 때문에 안내 레일의 조인트에서 단차 및 변형이 생겨 쾌적한 승차감이 이루어지지 않는다.

더욱이, 안내 시스템과 안내 레일 사이의 갭이 넓어져 안내 레일에 작용하는 흡인력이 감소되는 경우, 전자석의 결합력이 감소되고 결합력에 의한 안내를 기대할 수 없다. 결합력에 의한 안내가 양호하게 되지 않는 경우, 부가적인 자기 안내 시스템이 요구된다. 결과적으로, 자기 안내 시스템은 크기가 커지고 중량이 증가하여 엘리베이터의 시스템 전체 크기가 증가하고 비용이 증가한다.

따라서, 본 발명의 목적은 엘리베이터 차체의 흔들림을 효율적으로 억제시킴으로써 쾌적한 승차감을 향상시키는 엘리베이터용 자기 안내 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 소형화 및 단순화한 엘리베이터용 자기 안내 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 비용절감이 가능한 엘리베이터용 자기 안내 시스템을 제공하는데 있다.

도 1 은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 엘리베이터용 자기 안내 시스템에 대한 사시도.

도 2 는 이동 유닛과 안내 레일 사이의 관계를 나타낸 사시도.

도 3 은 자기 안내 시스템의 자석 유닛의 구조를 나타낸 사시도.

도 4 는 자석 유닛의 자기회로를 나타낸 평면도.

도 5 는 자석 유닛의 자기회로의 이동 특성을 나타낸 도면,

도 6 은 제어기의 회로를 나타낸 블록도,

도 7 은 제어기의 제어 전압 계산기의 회로를 나타낸 블록도.

도 8 은 제어기의 다른 제어 전압 계산기의 회로를 나타낸 블록도.

도 9 는 제 2 실시예에 따른 자기 안내 시스템의 자석 유닛의 구조를 나타낸 사시도.

도 10 은 제 2 실시예에 따른 자석 유닛을 나타낸 평면도.

도 11 은 제 3 실시예에 따른 자기 안내 시스템의 자석 유닛의 구조를 나타낸 평면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1: 승강로 2, 2': 안내 레일

4: 이동 유닛 5a~5d: 안내 유닛

10: 엘리베이터 차체 11: 플레임부

15a~15d: 자석 유닛 17, 17': 영구자석

18, 18': 전자석 30: 제어기

80: 접합부

본 발명은 상하 방향으로 부설된 안내 레일; 상기 안내 레일을 따라 이동하도록 구성된 이동 유닛; 상기 이동 유닛에 탑재되고, 상기 안내 레일과 갭을 사이에 두고 대향하는 자극들을 가지는 동시에 상기 자극들 중 적어도 2개의 자극에 의해 상기 안내 레일에 작용하는 흡인력이 서로 반대 방향이 되도록 구성 또는 배치된 전자석 및 상기 갭에서 상기 전자석과 자로를 공유하도록 배치되고, 상기 이동 유닛을 안내하는데 필요한 기자력을 제공하는 영구자석을 구비하는 자석 유닛; 상기 전자석이 상기 갭 및 안내 레일과 형성하는 자기회로의 상기 갭에서의 상태를 검출하는 센서부; 및 상기 센서부의 출력에 따라 상기 전자석의 여자 전류를 제어하여 상기 자기회로를 안정화시키고, 상기 이동 유닛의 운동의 자유도 중 적어도 하나의 자유도에 있어서 상기 자유도의 운동에 기여하는 상기 복수의 전자석의 여자전류의 총합을 0으로 수렴시키고, 상기 이동 유닛을 상기 안내 레일에 대하여 비접촉으로 안내하는 안내 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 자기 안내 시스템을 제공한다.

본 발명의 이해 및 다수의 이점은 첨부한 도면을 참조한 이하 상세한 설명으로부터 더 잘 이해되어질 것이다.

이하 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 일부 도면에서 동일하거나 이와 대응하는 부분에 대해서는 동일 참조 번호를 부여한다.

이하, 예시적인 실시예 위주로 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 엘리베이터 차체용 자기 안내 시스템을 나타낸다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 강자성체로 이루어진 안내 레일(2 및 2′)은 승강로(1)의 내측에 종래 설치 방법으로 배치된다. 이동 유닛(4)은 종래 승강 방법(도시되지 않음), 예를 들면, 와이어 케이블(3)을 감거나 풂으로써 안내 레일(2 및 2′)을 따라 승강 및 하강한다.

이동 유닛(4)는 승객 및 짐을 수용하는 엘리베이터 차체(10) 및 안내 유닛(5a~5d)을 포함한다. 안내 유닛(5a~5d)은 안내 유닛(5a~5d)의 각 위치를 유지할 수 있는 강도를 갖는 프레임(11)을 포함한다.

안내 유닛(5a~5d)은 프레임(11)의 상부 및 하부 코너들에 각각 장착되고 안내 레일(2 및 2′)에 각각 대향한다. 도 3 및 도 4에 상세히 나타낸 바와 같이, 각각의 안내 유닛(5a~5d)은 알루미늄, 스테인레스강 또는 플라스틱과 같은 비자성체로 이루어진 베이스(12)에 x 방향 갭 센서, y 방향 갭 센서(14) 및 자석 유닛(15b)을 포함한다. 도 3 및 도 4에서, 하나의 안내 유닛(5b)만을 설명했지만, 다른 안내 유닛(5a, 5c 및 5d)도 안내 유닛(5b)과 동일한 구조를 갖는다. 첨자 "b"는 안내 유닛(5b)의 구성요소를 나타낸다.

자석 유닛(15b)은 중앙 코어(16), 영구자석(17 및 17′), 및 전자석(18 및 18′)을 포함한다. 영구자석(17 및 17′)에 있어서 동일 극이 서로 대향하고 중앙 코어는 영구자석(17 및 17′) 사이에 위치되기 때문에 전체로서 E자형이 형성된다. 전자석(18) 은 L자형 코어(19), 코어(19)에 감긴 코일(20), 및 코어(19) 상부에 탑재된 코어 플레이트(21)를 포함한다. 마찬가지로, 전자석(18′)은 L자형 코어(19′), 코어(19′)에 감긴 코일(20′), 및 코어(19′) 상부에 탑재된 코어 플레이트(21′)를 포함한다. 도 3에 상세하게 나타낸 바와 같이, 전자석(18 및 18′)이 여자되지 않는 경우 영구자석(17 및 17′)에 의해서 발생되는 흡인력으로 자석 유닛(15d)이 안내 레일(2′)을 흡착시키지 못하게 하기 위해 고체 윤할 부재(22)가 중앙 코어(16) 및 전자석(18 및 18′)의 상부에 탑재되어 있다. 예를 들면, 테프론, 흑연 또는 이황화 몰리부덴을 함유하는 상기 부재가 고체 윤할 부재(22)로 이용될 수도 있다.

이하 설명에서, 예시적인 실시예에 대한 설명을 간략화하기 위해서, 첨자 "a~d"를 안내 유닛(5a~sd)의 주요 구성을 나타내는 도면에 각각 부여하여 이들을 구별하도록 한다.

자석 유닛(15b)의 코일(20 및 20′)은 개별적으로 여자된다. 안내 레일(2′)에 작용하는 y 방향 및 x 방향 양쪽의 흡인력은 코일(20 및 20′)에 의해서 개별적으로 제어된다. 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, l_m은 영구자석(17 및 17′)의 분극방향 길이이고, H_m은 보자력, R_gbl은 영구자석(17), 전자석(18), 안내 레일(2′) 및 중앙 코어(16)를 가지고 형성된 자기회로(Mcb)에서 전자석(18)과 안내 레일(12′) 사이의 갭(Gb) 에 대한 자기저항이고, R_gb2는 영구자석(17′), 전자석(18′), 안내 레일(2′) 및 중앙 코어(16)를 가지고 형성된 자기회로(Mcb′)에서 전자석(18′)과 안내 레일(12′) 사이의 갭(Gb′)에 대한 자기저항이고, R_gb3는 중앙 코어(16)와 안내 레일(2′) 사이의 갭(Gb″)에 대한 자기저항이고, N은 코일(20 및 20′)의 권선수이고, R_c1은 코일(20 및 20′)의 기자력에 의해서 발생되는 누설자속과 관련하는 자기회로(Mlb 및 Mlb′)에 대한 공통 자기저항이고, R_p는 영구자석(17 및 17′)에 대한 공통 내부자기저항이고, R_p1은 영구자석(17 및 17′)의 기자력에 의해서 발생되는 누설자속과 관련하는 자기회로(Mpb 및 Mpb′)에 대한 공통 자기저항이고, R_ic는 자기회로(Mcb 및 Mcb′)의 자로(磁路)를 공유하는 코어에 대한 내부자기저항이고, R_id는 자기회로(Mcb 및 Mcb′)의 자로를 공유하지 않는 코어에 대한 내부자기저항이고, i_bi및 i_b2는 코일(20 및 20′)의 여자전류이고, Φ_b1및 Φ_b2는 자기회로(Mcb 및 Mcb′)의 주자속이고, Φ_lb1및 Φ_lb2는 자기회로(Mlb 및 Mlb′)의 주자속이고, Φ_pb1및 Φ_pb2는 자기회로(Mpb 및 Mpb′)의 주자속이고, 자기회로(Mcb, Mcb′, Mlb, Mlb′, Mpb, 및 Mpb′)와 관련한 자기회로 방정식은 다음 수학식 1과 같이 주어진다.

상기 수학식 1에서, R_gb1및 R_gb2는, 자기 유닛(15b)이 y방향으로 이동할 때 변화하고, R_gb3는, 자기 유닛(15b)이 x 방향으로 이동할 때 변화한다. 수학식 1에서, μ₀는 진공투자율이고, S_y는 자기저항(R_gb1및 R_gb2)을 형성하는 자로의 유효 단면적이고, S_x는 자기저항(R_gb3)을 형성하는 자로의 유효단면적이고, S_p는 자기저항(R_p)을 형성하는 자로의 유효단면적이고, l_r은 자기저항(R_gb1및 R_gb2)에 대한 갭 길이의 합이다. 저항(R_gb1, R_gb2,R_gb3, 및 R_p)은 다음 수학식 2로 주어지고, 여기서 갭(Gb 및 Gb′)의 길이가 서로 동일한 자석 유닛(15b)의 위치를 y 방향의 원점인 것으로 가정한다.

X_b항은 자석 유닛(15b)의 갭(Gb″)의 길이이고, y_b항은 원점으로부터 y방향으로의 변위이다.

계산을 단순화하기 위해서, 내부 자기저항(Rid 및 Ric) 및 누설자속(Φ_lb1,Φ_lb2, Φ_pb1, 및Φ_pb2)은 무시할 정도로 작다고 하면, 자기회로(Mcb 및 Mcb′)의 주자속(Φ_b1및Φ_b2)은 다음 수학식 3과 같이 X_b, y_b,i_bi, 및 i_b2의 함수로서 계산된다.

하기 수학식 4는 자석 유닛(15b)의 갭(Gb, Gb′, Gb″)의 각각의 흡인력(F_b1,F_b1,F_b3)을 나타낸다.

따라서, x 방향으로 자석 유닛(15b)에 작용하는 힘(F_xb), 및 y 방향으로 자석 유닛(15b)에 작용하는 힘(F_yb)은 하기 수학식 5로 주어진다.

식 중에서 전자석(18 및 18′)의 여자전류(i_b1및 i_b2)는 0이고, 갭(Gb″)은 x₀이고 자석 유닛(15b)은 y축의 원점(y=0)에 위치하고, x_b, y_b, i_b1및 i_b2의 미소변동분(d_xb, d_yb, di_b1, di_b2)에 대한 흡인력(Fxb 및 Fyb)의 미소 변동분(dF_xb및 dF_yb)은 오일러 전개공식에 따라 수학식 5 를 전개하고 선형식으로 근사시킴으로써 주어진다.

여기에서, xb=x0, yb=0, ib1=0 및 ib2=0이고, 괄호 안의 편미분은 다음과 같다.

상기 수학식에 따르면, 자석 유닛(15b)이 y방향으로 약간 이동한다고 해도 F_xb는 가변되지 않고, 자석 유닛(15b)이 x방향으로 약간 이동한다고 해도 F_yb는 가변되지 않는다. 더욱이, 하기 수학식 8을 만족하기 때문에, F_x는 (i_b1+ i_b2) 이고, F_y는 (i_b1- i_b2) 인 경우, F_x및 F_y는 개별적으로 제어될 수 있다.

모든 편미분항은 영구자석(17 및 17′)의 기자력 계수(H_ml_m)를 포함한다. 결과적으로, 자석 유닛(15b)이 영구자석을 포함하지 않는 경우, 기자력은 0이고, 모든 미분항은 0이 되어, 자석 유닛(15)의 흡인력이 제어되지 않을 수도 있다. 즉, 자석 유닛이 전자석만을 포함하는 경우, 전자석의 여자전류가 거의 0에 가까워지기 때문에 자석 유닛은 제어되지 않을 수도 있다. 영구자석의 주성분으로서 사마륨-코발트 또는 네오디뮴-철-붕소(Nd-Fe-B)를 포함하는 잔류 자속밀도와 보자력이 큰 영구자석을 채용하면, 수학식 6 및 7의 모든 편미분항 값이 충분히 커지기 때문에, 전자석에 대한 여자전류에 의해 흡인력을 제어하는 것이 용이해진다. 하기 설명에서, 정상상태, 즉, x=x₀, y=y₀, i_b1=0, 및 i_b2=0에서는 편의상 편미분에 대한 괄호를 생략한다.

마찬가지로, 자석 유닛(15a, 15c, 및 15d)에 대한 x방향으로의 흡인력은 각각 F_xa,F_xc, 및 F_xd로 하고, 자석 유닛(15a, 15c, 및 15d)에 대한 y방향으로의 흡인력은 각각 F_ya,F_yc, 및 F_yd로 하면, 하기 수학식 9 및 10이 얻어진다.

자석 유닛(15a, 15c, 및 15d)에 대한 상기 각 편미분의 조건은 x_a=x₀, y_a=0, i_a1=0, i_a2=0, x_b1=x₀, y_b=0, i_b1=0, i_b2=0, x_c=x₀, y_c=0, i_c1=0, i_c2=0, x_d=x₀, y_d=0, i_d1=0, 및 i_d2=0 이다.

또한, x, y, i_b1및 i_b2와 관련한 주사속(Φ_b1및 Φ_b2)의 미소변동분은 하기 수학식 11 및 12로 주어진다.

식 중에서 미소변동분은 기호 △로 표시하고, 코일(20 및 20′)에 흐르는 전류(i_b1및 i_b2)는 하기 전압 수학식 13 및 14로 나타낸다.

부호" ' "는 1차 미분을 나타낸다.

흡인력(F_x및 F_y)을 개별적으로 제어하는 경우에 있어서, 여자전류에 대한 전압 방전식은 하기와 같다.

식 중에서 여자전류 조건은 (i_b1+ i_b2)으로 나타낸다.

식 중에서 여자전류 조건은 (i_b1- i_b2)으로 나타낸다.

마찬가지로, 자석 유닛(15a, 15c, 및 15d)에 대하여, (i_a1+ i_a2), (i_c1+ i_c2), 및 (i_d1+ i_d2)의 조건에서 각각의 전압 방정식은 하기와 같이 된다.

식 중에서 여자전류 조건은 각각 (i_a1- i_a2), (i_c1- i_c2), 및 (i_d1- i_d2)로 나타낸다.

자석 유닛(15a~15d)에 대한 각각의 주자속(Φ_a1, Φ_a2, Φ_b1, Φ_b2, Φ_c1, Φ_c2, Φ_d1, 및 Φ_d2)간의 관계되는 하기 수학식 23 및 24로 나타낸다.

안내 유닛(5a~5d)의 흡인력은 도 6에 있는 제어기(30)에 의해서 제어되고, 이동 유닛(4)은 안내 레일(2 및 2′)을 따라 무접촉으로 안내된다.

제어기(30)는 도 1 에 나타낸 바와 같이 분리되어 있지만, 도 6 에 나타낸 바와 같이 기능적으로 하나로 결합되어 있다. 이하 제어기(30)를 설명한다. 도 6에서, 화살표는 신호 경로를 나타내고, 실선은 코일(20a, 20′a ~ 20d, 20′d) 주변의 전력선을 나타낸다. 엘리베이터 차체(4) 상에 장착된 제어기(30)는 자석 유닛(15a ~15d)으로 이루어진 자기회로의 자기저항 또는 기자력의 변화, 또는 이동 유닛(4)의 이동 변화를 검출하는 센서(31), 이동 유닛(4)를 안내 레일(2 및 2′)과 무접촉으로 안내하도록 코일(20a, 20′a ~ 20d, 20′d)에 작용하는 접압을 센서(31)로부터 출력된 신호에 기초하여 계산하는 연산기(32), 연산기(32)의 출력에 기초하여 코일(20a, 20′a ~ 20d, 20′d)에 전력을 공급하는 전력증폭기(33a, 33′a ~ 33d, 33′d)를 포함하며, 자석 유닛(15a ~ 15d)에 대한 x 및 y방향으로의 흡인력이 개별적으로 제어된다.

전력선(34)은 전력을 전력 증폭기(33a, 33′a ~ 33d, 33′d)에 공급하고, 또정전압인 전력을 연산기(32), x방향 갭 센서(13a, 13′a ~ 13d, 13′d), 및 y방향 갭 센서(14a, 14′a ~ 14d, 14′d)로 공급하는 정전압 발생기(35)에 전력을 공급한다. 전원(34)은 전력선(도시되지 않음)과 함께 승강로의 외측으로부터 공급되는 교류를 적정한 직류로 변환하고 전류를 전력 증폭기(33a, 33′a ~ 33d, 33′d)에 공급하여 조명 및 도어를 온 및 오프 시킨다.

정전압 발생기(35)는 정전압인 전력을 연산기(32) 및 갭 센서(13 및 14)에 공급하고, 전원(34)의 전압이 과도한 전류 공급으로 인해 변동되는 경우에도, 연산기(32) 및 갭 센서(13 및 14)는 정상적으로 동작한다.

센서(31)는 x 방향 갭 센서(13a, 13′a ~ 13d, 13′d), y방향 갭 센서(14a, 14′a ~ 14d, 14′d), 및 코일(20a, 20′a ~ 20d, 20′d)의 전류값을 검출하는 전류검출기(36a, 36′a ~ 36d, 36′d)를 포함한다.

연산기(32)는 도 1 에 나타낸 모든 운동 좌표계에서 이동 유닛(4)에 대한 자기 안내 제어를 수행한다. 운동 좌표계는 이동 유닛(4)의 중심에서 y축을 따라 좌측 및 우측 운동을 나타내는 y모드(전후 운동모드), x축을 따라 좌측 및 우측 운동을 나타내는 x모드(좌우 운동모드), 이동 유닛(4)의 중심 주위의 롤링(rolling)을 나타내는 θ모드(롤 모드), 이동 유닛(4)의 중심 주위의 피칭(pitching)을 나타내는 ξ모드(피치모드), 이동 유닛(4)의 중심 주위의 요우잉(yawing)을 나타내는 ψ 모드(요우모드)로 이루어진다. 또한, 상기 모드에서, 연산기(32)는 안내 레일 상에 작용하는 자석 유닛(15a ~ 15d)의 모든 흡인력, 프레임(11)상에 작용하는 자석 유닛(15a ~ 15d)에 의해서 생성되는 y축 주위의 비틀림 토크, 및 한쌍의 자석 유닛(15a 및 15d)과 한쌍의 자석 유닛(15b 및 15c)이 프레임(11)상에 작용하는 회전 토크에 의해서 발생되는 대칭적으로 프레임(11)을 스트레이닝(straining)시키는 토크를 제어한다. 요약하면, 연산기(32)는 부가적으로 ζ모드(흡인모드), δ모드(비틀림모드), 및 г모드(스트레인모드)를 제어한다. 따라서, 연산기(32)는 코일(20)의 여자전류를 상술한 8 개의 모드에서 0 수렴하게 하는 방식, 즉 제로 전력 제어로 제어하여, 화물 중량에 관계없이 영구자석(17 및 17′)의 흡인력만으로 이동 유닛(4)를 안정상태로 유지시킨다.

이 제어모드는 일본국 특개평 제6-178409호 공보에 기재되어 있다. 그러나, 본 실시예에서는 4 개의 자석 유닛(15a ~ 15d)이 이동 유닛(4)를 제어하여 안내하기 때문에, 이러한 제어가 어떠한 이론을 기초로 하고 있는가를 설명한다.

성명의 간략화를 위해서, 이동 유닛(4)의 중심은 이동 유닛(4)의 4개의 코너에 배치된 자석 유닛(15a ~ 15d)의 중심 점 사이를 연결하는 대각선의 교차점을 가로지르는 수직선상에 위치된다. 중심은 각 x, y, 및 z 좌표축의 좌표 원점이다. 이동 유닛(4)의 운동에 대한 자기 부상 제어계의 각 모드에서의 운동 방정식, 및 자석 유닛(15a ~ 15d)의 전자석(18 및 18′)에 인가되는 여자 전압의 전압 방정식이 정상상태 근방에서 선형화되면, 하기식 25 내지 29가 얻어진다.

상기 수학식과 관련하여서, M은 이동 유닛(4)의 중량이고, I_θ,I_ξ, I_ψ는 각각 y, x, 및 z 축 주위의 관성모멘트이고, U_y및 U_x는 y모드 및 x모드 각각에서의 외력의 합이고, T_θ, T_ξ, T_ψ는 θ모드, ξ모드, 및 ψ 모드 각각에서의 외란 토크의 합이고, 기호"′"는 1차 시간미분 d/dt을 나타내고 기호"″′"는 2차 시간미분 d²/dt²을 나타내고, △ 는 정상 부상(浮上) 상태 근방의 미소 변화분이고, L_x0는 정상 부상 상태에서 각 코일(20 및 20′)의 자기 인덕턴스이고, M_x0는 정상 부상 상태에서 각 코일(20 및 20′)의 상호 인덕턴스이고, R 은 각 코일(20 및 20′)의 저항이고, N 은 각 코일(20 및 20′)의 권선수이고, i_y, i_x, i_θ,i_ξ, 및 i_ψ는 y, x, θ, ξ, 및 ψ모드 각각에서의 여자전류이고, e_y, e_x, e_θ,e_ξ, 및 e_ψ는 y, x, θ, ξ, 및 ψ모드 각각에서의 여자전압이고, l_θ는 각각 자석 유닛(15a 및 15d) 간의 스팬(span)과 자석 유닛(15b 및 15c) 간의 스팬이고, l_ψ는 각각 자석 유닛(15a 및 15b) 간의 스팬과, 작석유닛(15c 및 15d)간의 스팬을 나타낸다.

또한, 나머지 ξ, δ, 및 г모드의 전압 방정식은 다음과 같이 주어진다.

상기 수학식과 관련하여, y 는 y 축방향으로의 이동 유닛(4)의 중심 변화이고, x 는 x 축방향으로의 이동 유닛(4)의 중심 변화이고, θ는 y축 주위의 회전각도이고, ξ는 x축 주위의 피칭 가도이고, ψ 는 z축 주위의 요우잉 각도이고, 각 모드에서 기호 y, x, θ, ξ, 및 ψ 는 각각 여자전류 i 및 여자전압 e에 첨부된다. 또한, 자석 유닛(15a ~ 15d)에서 기호 a ~ d 는 각각 여자전류 i 및 여자전압 e 에 첨부된다. 자석 유닛(15a ~15d)에 대한 부상 갭(x_a~ x_d및 y_a~ y_d)은 하기 수학식 33 에 의해서 y, x, θ, ξ, 및 ψ로의 좌표변환에 의해서 얻어진다.

자석 유닛(15a ~ 15d)에 대한 여자전류(i_a1, i_a2~ i_d1, i_d1)는 하기 수학식 34에 의해서 각 모드의 여자전류 i_y, i_x, i_θ,i_ξ, i_ψ, i_ζ, i_δ, 및 i_??로의 좌표변환에 의해서 얻어진다.

각 모드의 자기부상계에 대한 제어 입력 신호, 즉, 연산기(32)로부터 출력되는 여자전압 e_y, e_x, e_θ,e_ξ, 및 e_ψ은 하기 수학식 35에 의해서 자석 유닛(15a ~ 15d)의 코일(20 및 20′)의 여자전압으로 역변환함으로써 얻어진다.

y, x, θ, ξ, 및 ψ모드와 관련하여, 이동 유닛(4)의 운동 방정식이 그 전압 방정식과 쌍을 이루기 때문에, 수학식 25 내지 29는 하기 수학식 36에 나타낸 상태 방정식으로 간추려진다.

수학식 36에서, 벡터 x₃, A₃, b₃, d₃및 u₃은 하기와 같이 정의된다.

또한, e₃은 각 모드를 안정화하기 위한 제어 전압이다.

수학식 30 내지 32 는 하기 수학식 39 와 같은 상태 변수를 정의함으로써 하기 수학식 40 에 나타낸 상태 방정식으로 간추려진다.

각 모드에서 제어기(32)의 오프셋 전압은 v_ζ, v_δ, 및 v_г로 표시되고, 각모드에서 변수 A₁, b₁, d₁및 u₁은 하기와 같이 표시된다.

(ζ모드)

(δ모드)

(γ모드)

e₁항은 각 모드의 제어 전압이다.

수학식 36 은 하기 수학식 43의 피드백에 의해서 제로 전력 제어를 성취할 수 있다.

비례 이득을 F_a, F_b, F_c로 하고, 적분 이득을 k_c로 하는 경우, 수학식 44는 하기와 같이 주어진다.

마찬가지로, 수학식 40은 하기 수학식 45의 피드백에 의해서 제로 전력 제어를 성취할 수 있다.

F₁은 비례 이득이고, k₁은 적분 이득이다.

도 6 에 나타낸 바와 같이, 상기 제로 전력 제어를 성취할 수 있는 연산기(32)는 감산기(41a ∼ 41h, 42a ∼ 42h, 43a ∼ 43h), 평균 연산기(44x 및 44y), 갭 편차 좌표변환회로(45), 젼류편차 좌표변환회로(46), 제어전압 연산기(47), 및 제어전압 좌표역변환회로(48)를 포함한다. 이하 설명에서는, 갭 편차 좌표변환회로(45), 전류편차 좌표변환회로(46), 제어 전압연산기(47), 및 제어전압 좌표역변환회로(48)를 안내 제어기(50)로 취급한다.

감산기(41a ∼ 41h)는 x 방향 갭 센서(13a, 13′a ∼ 13d, 13′d)에서 출력된 갭 신호(g_xa1,g_xa2∼ g_xd1,g_xd2)로부터 각 기준값(x_a01,x_a02∼ x_d01,x_d02)을 감산함으로써 x 방향 갭 편차신호(△g_xa1,△g_xa2∼ △g_xd1,△g_xd2)를 연산한다. 감산기(42a ∼ 42h)는 y 방향 갭 센서(14a, 14′a ∼ 14d, 14′d)에서 출력된 갭 신호(g_ya1,g_ya2∼ g_yd1,g_yd2)로부터 각 기준값(y_a01,y_a02∼ y_d01,y_d02)을 감산함으로써 y 방향 갭 편차신호(△g_ya1,△g_ya2∼ △g_yd1,△g_yd2)를 연산한다. 감산기(43a ∼ 43h)는 전류 검출기(36a, 36′a ∼ 36d, 36′d)에서 출력된 여자전류 신호(i_a1, i_a2∼ i_d1, i_d2)로부터 각 기준값(i_a01,i_a02∼ i_d01,i_d02)을 감산함으로써 전류 편차신호(△i_a1,△i_a2∼ △i_d1,△i_d2)를 연산한다.

평균 연산기(44x 및 44y)는 x 방향 갭 편차신호(△g_xa1,△g_xa2∼ △g_xd1,△g_xd2), 및 y 방향 갭 편차신호(△g_ya1,△g_ya2∼ △g_yd1,△g_yd2)를 각각 평균을 연산하고, 계산된 x 방향 갭 편차신호(△x_a∼ △x_d), 및 계산된 y 방향 갭 편차신호(△y_a∼ △y_d)를 출력한다.

갭 편차좌표변환회로(45)는 수학식 33을 이용하여, y 방향 갭 편차신호(△y_a∼ △y_d)에 기초하여 자석 유닛(4)의 중심의 y 방향 변화분(△y)을, x 방향 갭 편차신호(△x_a∼ △x_d)에 기초하여 자석 유닛(4)의 중심의 x 방향 변화분(△x)을 연산하고, 이동 유닛(4) 중심의 θ방향(롤링 방향)의 회전각도(△θ), 이동 유닛(4)의 ξ방향(피칭방향)의 회전각도(△ξ), 및 이동 유닛(4)의 ψ방향(요우잉 방향)의 회전각도(△ψ)를 연산한다.

전류편차 좌표변환회로(46)는 수학식 34를 이용하여, 이동 유닛(4) 중심의 y 방향 이동과 관련한 전류 편차(△i_y), 이동 유닛(4) 중심의 x 방향 이동과 관련한 전류 편차(△i_x), 이동 유닛(4) 중심 주위의 롤링과 관련하는 전류편차(△i_θ), 이동 유닛(4) 중심 주위의 피칭과 관련하는 전류편차(△i_ξ), 이동 유닛(4) 중심 주위의 요우잉과 관련하는 전류편차(△i_ψ), 이동 유닛(4)에 스트레스를 주는 ζ, δ, 및 γ와 관련하는 전류 편차(△i_ζ, △i_δ, 및 △i_γ)를 연산한다.

제어전압연산기(47)는 y, x, θ, ξ, ψ, ζ, δ 및 γ모드 각각에서 이동 유닛(4)를 안정하게 자기부상 시키기 위한 제어 전압(e_y, e_x, e_θ, e_ξ, e_ψ, e_ζ, e_δ, 및 e_γ)을 갭 편차 좌표변환회로(45) 및 전류 편차 좌표변환회로(46)의 출력(△y, △x, △θ, △ξ, △ψ, △ζ, △δ, △γ, △i_y, △i_x, △i_θ, △i_ξ, △i_ψ, △i_ζ, △i_δ, 및 △i_γ)에 기초하여 연산한다. 제어 전압 좌표역변환회로(48)는 수학식 35를 이용함으로써, 자석 유닛(15a ∼ 15d)의 각각 여자전압(e_a1,e_a2∼e_d1,e_d2)을 출력(e_y, e_x, e_θ, e_ξ, e_ψ, e_ζ, e_δ, 및 e_γ)에 기초하여 연산하고, 연산된 결과를 전력 증폭기(33a, 33′a ∼ 33d, 33′d)로 피드백시킨다.

제어 전압 연산기(47)는 전후모드 연산기(47a), 좌우모드 연산기(47b), 롤 모드 연산기(47c), 피치모드 연산기(47d), 요우모드 연산기(47e), 흡인모드 연산기(47f), 비틀림모드 연산기(47g), 및 스트레인모드 연산기(47h)를 포함한다.

전후모드 연산기(47a)는 입력(△y 및 △i_y)을 이용함으로써 수학식 43에 기초하여 y 모드에서의 여자전압(e_y)을 연산한다. 좌우모드 연산기(47b)는 입력(△x 및 △i_x)을 이용함으로써 수학식 43에 기초하여 x 모드에서의 여자전압(e_y)을 연산한다. 회전모드 연산기(47c)는 입력(△θ 및 △i_θ)을 이용함으로써 수학식 43에 기초하여 θ 모드에서의 여자전압(e_θ)을 연산한다. 피치모드 연산기(47d)는 입력(△ξ 및 △i_ξ)을 이용함으로써 수학식 43에 기초하여 ξ 모드에서의 여자전압(e_ξ)을 연산한다. 요우모드 연산기(47e)는 입력(△ψ 및 △i_ψ)을 이용함으로써 수학식 43에 기초하여 ψ 모드에서의 여자전압(e_ψ)을 연산한다. 흡인모드 연산기(47f)는 입력(△i_ζ)을 이용함으로써 수학식 45에 기초하여 ζ 모드에서의 여자전압(e_ζ)을 연산한다. 비틀림모드 연산기(47g)는 입력(△i_δ)을 이용함으로써 수학식 45에 기초하여 δ 모드에서의 여자전압(e_δ)을 연산한다. 스트레인모드 연산기(47h)는 입력(△i_γ)을 이용함으로써 수학식 45에 기초하여 γ 모드에서의 여자전압(e_γ)을 연산한다.

도 7 은 각각의 연산기(47a ∼ 47e)를 상세히 나타낸다.

각각의 연산기(47a ∼ 47e)는 각 변화분(△y, △x, △θ, △ξ, 및 △ψ)에 기초하여 시간 변화율(△y′, △x′, △θ′, △ξ′, 또는 △ψ′)을 연산하는 미분기(60), 각 변화분(△y ∼ △ψ), 각 시간 변화율(△y′ ∼ △ψ′), 및 각 전류편차(△i_y∼△i_ψ)를 적절한 피드백 이득과 각각 승산하는 이득 보상기(62), 전류편차 세터(setter)(63), 전류편차 세터(63)에서 출력하는 기준값으로부터 각 전류편차(△i_y∼△i_ψ)를 감산하는 감산기(64), 감산기(64)의 출력을 적분하고 적분된 값을 적절한 피드백 이득과 승산하는 적분 보상기(65), 이득 보상기(62)의 출력을 합산하는 가산기(66), 및 적분 보상기(65)의 출력으로부터 가산기(66)의 출력을 감산하고 Y, X, θ, ξ, 및 ψ 모드 각각의 여자전압(e_y, e_x, e_θ, e_ξ, 또는 e_ψ)을 출력하는 감산기(67)를 포함한다.

도 8 은 연산기(47f ∼47h) 중에서 공통인 구성요소를 나타낸다.

각 연산기(47f ∼47h)는 전류편차(△i_ζ, △i_δ, 또는 △i_γ)를 적절한 피드백 이득을 승산하는 이득 보상기(71), 전류 편차 세터(72), 전류 편차 세터(72)에서 출력되는 기준값으로부터 전류 편차(△i_ζ, △i_δ, 또는 △i_γ)를 감산하는 감산기(73), 감산기(73)의 출력을 적분하고 그 적분 결과와 적절한 피드백 이득을 승산하는 적분 보상기(74), 및 적분 보상기(74)의 출력으로부터 이득 보상기(71)의 출력을 감산하고 ζ, δ 및 γ 모드 각각의 여자전압(e_ζ, e_δ, 또는 e_γ)을 출력하는감산기(75)로 이루어진다.

이하, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 상술한 엘리베이터 자기 안내 유닛의 동작을 설명한다.

자석 유닛(15a ∼ 15d)의 중앙 코어(16)의 임의의 선단부, 또는 자석 유닛(15a ∼ 15d)의 전자석(18 및 18′)의 선단부는 자석 안내 시스템의 정지 상태에서 고체 윤할부재(22)를 통해 안내 레일(2 및 2′)의 대향하는 면에 흡착된다. 이때, 이동 유닛(4)의 상하운동은 고체 윤할 부재의 영향에 의해 방해되지 않는다.

한번 안내 시스템이 정지상태에서 동작하면, 영구자석(17 및 17′)에 의해서 발생되는 자속과 동일 방향 또는 반대 방향인 전자석(18 및 18′)의 자속은 제어기(30)의 안내 제어기(50)에 의해서 제어된다. 안내 제어기(50)는 코일(20 및 20′)에 대한 여자전류를 제어하여 자석 유닛(15a ∼ 15d)과 안내 레일(2 및 2′)사이를 소정의 갭으로 유지시킨다. 결과적으로, 도 4 및 도 5 에 나타낸 바와 같이, 자기회로(Mcb)는 영구자석(17) ∼ L자형 코어(19) ∼ 코어 플레이트(21) ∼ 갭(Gb) ∼ 안내 레일(2′) ∼ 갭(Gb″) ∼ 중앙 코어(16) ∼ 영구자석(17)의 경로로 형성되고, 자기회로(Mcb′)는 영구자석(17′) ∼ L자형 코어(19′) ∼ 코어 플레이트(21′) ∼ 갭(Gb′) ∼ 안내 레일(2′) ∼ 갭(Gb″) ∼ 중앙 코어(16) ∼ 영구자석(17′)의 경로로 형성된다. 자석 유닛(15a, 15c, 및 15d)으로 형성된 갭(Gb, Gb′, Gb″) 또는 다른 갭이 소정의 거리로 설정되어 이동 유닛(4)의 중심상에 작용하는 y 방향(전후방향)으로의 힘, x 방향(좌우방향)으로의 힘, 및 이동 유닛(4)의 중심을 통과하는 x축과 x, y 주변에 작용하는 토크를 밸런스시킨다. 이동유닛(4)에 일부 외력이 작용하는 경우, 제어기(30)는 각각의 자석 유닛(15a∼15d)의 전자석(18 및 18′)으로 흐르는 여자전류를 제어하여 이 밸런스를 유지시키기 때문에 소위 제로 전력 제어가 성취된다.

이동 유닛(4)의 흔들림이 승객의 움직임 또는 안내 레일(2 및 2′)상의 불균일 때문에 발생하는 경우에도, 제로 전력 제어에 의해서 무접촉으로 안내되도록 제어되는 이동 유닛(4)이 승강기(도시되지 않음)에 의해서 상부 방향으로 움직이는 동안, 전자석(18 및 18′)의 여기에 의해서 자석 유닛(15a ∼ 15d)에 의해서 발생되는 흡인력을 즉시 제어하여 흔들림이 억제될 수 있다. 그 이유는 자석 유닛(15a ∼ 15d)에는 전자석(18 및 18′)과 함께 갭(Gb, Gb′, Gb″)내에 공통 자로를 갖는 영구자석(17 및 17′)이 포함되어 있기 때문이다.

또한, 갭(Gb, Gb′, Gb″)이 크게 설정되는 경우에도, 잔류 자속밀도 및 보자력이 큰 영구자속을 채용했기 때문에, 무접촉 안내 제어의 성능은 열화되지 않는다. 결과적으로 안내 시스템은 안내 제어에 대한 강성이 낮고 스트로크가 커질 수도 있어 승차감이 좋아진다.

또한, 각각의 자석 유닛(15a ∼ 15d)은 안내 레일(2 및 2′)을 자극사이에 놓이도록 배치되기 때문에, 안내 레일(2 또는 2′)상에 작용하며 자극에 의해서 발생되는 흡인력이 전적으로 또는 부분적으로 상쇄되어 큰 흡인력이 안내 레일(2 및 2′)상에 작용하지 않는다. 따라서, 자석 유닛에 의해서 발생되는 큰 흡인력이 한방향만으로 안내 레일(2 및 2′)상에 작용하지 않기 때문에, 자기 레일(2 또는 2′)의 설치위치는 거의 변동되지 않으며, 안내 레일(2 또는 2′)의 접합부(80)에서의 단차도 거의 변동되지 않아 안내 레일(2 또는 2′)의 직선 성능은 악화되지 않는다. 결과적으로, 안내 레일(2 및 2′)의 설치 강도를 저감시킬 수 있어 엘리베이터 시스템에 대한 비용이 감소된다.

자석 유닛 시스템이 작동을 멈추는 경우, y 모드 및 x 모드에 대한 전류 편차 세터(62)는 기준값을 0 으로부터 마이너스 값으로 점차적으로 설정함으로써, 이동 유닛(4)은 y 및 x 방향으로 점차적으로 이동한다. 결국, 자석 유닛(15a ∼15d)의 중앙 코어(16)의 임의의 선단부, 또는 자석 유닛(15a ∼15d)의 전자석(18 및 18′)의 단부는 고체 활성 부재(22)를 통하여 안내 레일(2 및 2′)의 대향하는 면에 흡착된다. 자기 안내 시스템이 이 상태에서 멈추어진 경우, 전류 편차 세터(62)의 기준값은 0 으로 리셋되고, 이동 유닛(4)는 안내 레일(2 및 2′)에 흡착된다.

제 1 실시예에서, 정상상태에서 전자석에 대한 여자전류를 0으로 설정하도록 제어하는 제로 전력 제어가 무접촉 안내 제어에 채용되더라도, 자석 유닛(15a ∼15d)의 흡인력을 제어하는 각종 다른 제어모드가 이용될 수도 있다. 예를 들면, 자석 유닛이 안내 레일(2 및 2′)을 추종하는 추종성을 더욱 높이려면, 갭을 일정하게 유지하도록 제어하는 제어 모드가 채용될 수 있다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 자기 안내 시스템을 도 9 및 도 10 을 참조하여 설명한다.

제 1 실시예에서, 안내 유닛(5a~5d)으로써 E자형 자석 유닛(15a~15d)을 채용함으로써 비접촉 안내제어가 달성되지만, 전술한 시스템에 한정되지는 않는다. 도 9 및 도 10 에 도시된 바와 같이, 복합자석(141 및 141')의 자극들이 부분적으로안내 레일(2 및 2')을 향하고 복합자석(141 및 141')의 동일 자극들이 자극들 사이에 안내 레일(2 및 2')을 두면서 서로를 향하도록 두개의 U자형 복합자석(141 및 141')이 배치된다. U자형 복합자석(141)은 두개의 영구자석(117-1 및 117-2)과 하나의 전자석(118)을 구비한다. 마찬가지로, U자형 복합자석(141')은 두개의 영구자석(117-2' 및 117-2')과 하나의 전자석(118')을 구비한다. U자형 복합자석(141 및 141')은 각각의 자석 유닛(115a~115d)을 구성한다. 이하의 설명에서, 편의상 제 1 실시예와 공통의 구성요소에는 동일한 부호를 붙인다.

도 9 및 도 10 에 도시된 자석 유닛(115b)은, 한 쌍의 복합자석(141 및 141')과, 코일(20 및 20')이 베이스(12)와 간섭하지 않도록 및 복합자석(141)의 동일 자극들이 서로를 향하지 않게 배치되도록 베이스(12) 상에 복합자석(141 및 141')을 설치하기 위한 H자 형태의 비자성 물질로 이루어진 베이스(142)를 구비한다.

복합자석(141)은 코일(20)을 사이에 둔 두개의 대칭 L자형 코어(143-1 및 143-2)가 형성된 U자형 전자석(118), 및 상기 전자석(118)의 각 자극의 반대 단부에 부착된 영구자석(117-1 및 117-2)을 구비한다. 마찬가지로, 복합자석(141')은 코일(20')을 사이에 둔 두개의 대칭 L자형 코어(143-1' 및 143-2')가 형성된 U자형 전자석(118'), 및 상기 전자석(118')의 각 자극의 반대 단부에 부착된 영구자석(117-1' 및 117-2')을 구비한다. 복합자석(141)의 자극들 중 하나가 서로 다른 자극이 되도록 영구자석(117-1 및 117-2)은 전자석(118)의 각 자극의 반대 단부에 부착된다. 제 1 실시예와 동일한 방식으로, 자석 유닛(115b)의 단부, 즉 영구자석(117-1 및 117-2)의 단부는 고체 윤활 부재(22)를 포함한다. 자석 유닛(115b)은 x 방향의 안내력으로서 안내 레일(2) 상에서 작용하는 자기결합력을 이용한다.

제 2 실시예의 자석 유닛(115b)에 대하여, 승강로로부터의 안내 레일(2)의 이탈에 작용하는 x 방향의 자기 흡인력은 E자형 자석 유닛(15b)보다 작다. 또한, 제 1 실시예와 마찬가지로, 복합자석(141 및 141')의 자극들이 안내 레일(2 또는 2')을 통하여 서로 대향하기 때문에, 안내 레일(2 또는 2') 상에서 작용하는 자극들에 의해 발생된 흡인력은 완전히 또는 부분적으로 상쇄되며, 이에 따라 큰 흡인력이 안내 레일(2 및 2')에 작용하지는 않는다. 따라서, 자석 유닛에 의해 초래된 한 방향만의 큰 흡인력이 안내 레일(2 및 2') 상에서 작용하지 않기 때문에, 안내 레일(2 또는 2')의 설치위치는 시프트되기 어렵고, 안내 레일(2 및 2')의 접합부(80)에서의 레벨의 차이 및 안내 레일(2 또는 2')의 직선성이 악화되지 않는다. 그 결과, 안내 레일(2 및 2')의 설치 강도가 감소할 수도 있으며, 이에 따라 엘리베이터 시스템의 비용을 감소시킨다.

본 발명의 제 3 실시예의 자기 안내 시스템을 도 11 에 기초하여 설명한다.

제 1 및 제 2 실시예에서, 안내 레일(2 또는 2')의 수평 단면 형태는 I자형으로 형성되는 한편, 안내 레일(202 및 202') 각각은 자석 유닛(215a~215d)(215b 만이 도 11 에 도시됨) 중 하나와 대향하는 H자형 수평 단면 형태를 갖는 부분을 포함하고, 이 부분에 도 11 에 도시된 제 3 실시예에서 자석 유닛(215a~215b)의 자극들과 대향하는 돌출부들이 형성된다.

안내 레일(202')에 의해 안내되는 자석 유닛(215b)은 비자성 물질로 이루어지고 U자형으로 형성된 베이스(242)에 고정된다. U자형 복합자석(241)의 자극들은 각 자극들 사이의 안내 레일(2)의 돌출부를 통하여 U자형 복합자석(241')의 각 동일 자극들과 대향한다. 복합자석(241 또는 241')의 자극들의 각 중앙은, x 방향으로의 흡인력을 얻기 위하여, 안내 레일(2 또는 2')의 돌출부의 각 중앙에서 벗어나 있다.

복합자석(241)은 두개의 전자석(218-1 및 218-2)과 이 전자석(218-1 및 218-2) 사이에 배치된 영구자석(217)을 구비한다. 마찬가지로, 복합자석(241')은 두개의 전자석(218-1' 및 218-2')과 이 전자석(218-1' 및 218-2') 사이에 배치된 영구자석(217')을 구비한다. 전자석(218-1, 218-2, 218-1' 및 218-2')은 코일(220-1, 220-2, 220-1' 및 220-2')을 각각 구비한다. 복합자석(241 및 241')의 각각의 두개의 코일(220-1 및 220-2, 또는 220-1' 및 220-2')은 여자에 의해 영구자석(217 및 217')이 발생한 자속을 증가시키거나 감소시키도록 회로를 구성한다.

제 3 실시예의 자석 유닛(215a~215d)은 도 9 및 도 10 에 도시된 제 2 실시예의 자석 유닛(115a~115d)에 비하여 x 방향의 강한 안내력을 갖는다.

자석 유닛의 구조는 상기한 실시예들에 한정되지는 않는다. 안내 레일을 통하여 서로 대향하는 자극을 적어도 갖는 자석 유닛이 채용될 수도 있다. 또한, 안내 레일의 단면 형태는 전술한 실시예들에 한정되는 것은 아니다. 둥근 형태, 타원 형태 및 직각 형태 중 어느 하나의 수평 단면 형태를 갖는 안내 레일이 채용될 수도 있다.

전술한 실시예에서, 갭 센서의 출력의 평균에 의해 계산된 갭과 전류검출기에 의해 검출된 여자전류를 측정함으로써 자석 유닛 및 안내 레일이 형성된 자기회로의 상태가 검출되지만, 갭을 측정하는 방법, 갭 센서의 사용 및 전류 검출기의 사용은 제한적인 것은 아니다. 자석 유닛 및 안내 레일이 형성된 자기회로의 상태를 검출할 수 있는 다른 방법들이 채용될 수도 있다.

또한, 상기 실시예에서, 자기 부상 제어용 제어기가 아날로그 제어로서 기재되었지만, 아날로그 제어나 디지털 제어 어느 쪽도 채용될 수 있다. 또한, 전력 증폭 시스템도 마찬가지로 제한되지는 않으며, 전류형 시스템이나 PWM형 시스템이 채용될 수도 있다.

전술한 개시 내용에 비추어 다양한 수정 및 변경이 가능하다. 그러므로, 첨부된 청구범위 내에서 여기에 특정하여 기재된 바와는 달리 본 발명이 실시될 수도 있다는 것을 이해하여야 한다.

본 발명의 자기 안내 시스템에 따르면, 자석 유닛에는 자석 유닛과 안내 레일이 형성된 갭에서 전자석과 함께 공통 자로를 갖는 영구자석이 설치되기 때문에, 이동 유닛의 정상 상태에서 안내력이 불필요한 경우 여자전류가 0이 되더라도, 편미분 항f/x 및f/i는 0이 되지는 않으므로 선형 제어 시스템을 설계할 수 있게 되고, 여기서 f는 자석 유닛의 흡인력이고 x는 갭이며 i는 여자전류이다.

영구자석과 전자석의 공통 자로가 갭에 형성되기 때문에, 높은 제어성능과 낮은 강성을 갖는 안내 시스템이 달성될 수 있다.

또한, 자석 유닛의 자극들이 안내 레일을 통하여 서로 대향하기 때문에, 안내 레일 상에서 작용하는 자극들에 의해 발생된 흡인력이 완전히 또는 부분적으로 상쇄되고, 이에 따라 큰 흡인력이 안내 레일 상에 작용하지 않는다. 따라서, 자석 유닛에 의해 초래된 한 방향만으로의 큰 흡인력이 안내 레일 상에 작용하지 않기 때문에, 안내 레일의 설치 위치가 시프트되기 어렵고, 안내 레일에서의 접속부의 단차 및 안내 레일의 직선성이 악화되지 않는다. 그 결과, 안내 레일의 설치 강도가 감소될 수 있고, 이에 따라 엘리베이터 시스템의 비용이 감소된다.

Claims

상하 방향으로 부설된 안내 레일;

상기 안내 레일을 따라 이동하도록 구성된 이동 유닛;

상기 이동 유닛에 탑재되고, 상기 안내 레일과 갭을 사이에 두고 대향하는 자극들을 가지는 동시에 상기 자극들 중 적어도 2개의 자극에 의해 상기 안내 레일에 작용하는 흡인력이 서로 반대 방향이 되도록 구성 또는 배치된 전자석 및 상기 갭에서 상기 전자석과 자로를 공유하도록 배치되고, 상기 이동 유닛을 안내하는데 필요한 기자력을 제공하는 영구자석을 구비하는 자석 유닛;

상기 전자석이 상기 갭 및 안내 레일과 형성하는 자기회로의 상기 갭에서의 상태를 검출하는 센서부; 및

상기 센서부의 출력에 따라 상기 전자석의 여자 전류를 제어하여 상기 자기회로를 안정화시키고, 상기 이동 유닛의 운동의 자유도 중 적어도 하나의 자유도에 있어서 상기 자유도의 운동에 기여하는 상기 복수의 전자석의 여자전류의 총합을 0으로 수렴시키고, 상기 이동 유닛을 상기 안내 레일에 대하여 비접촉으로 안내하는 안내 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 자기 안내 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 안내 제어기는 상기 자기회로를 안정화시켜서 상기 이동 유닛이 안정된 상태로 유지되는 경우 상기 여자 전류가 0으로 수렴하게 하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 자기 안내 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 자극들 중 적어도 두개는, 서로 다른 극을 가지며,상기 안내 레일 상에서 작용하며 서로 직각으로 교차하는 자속을 발생시키는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 자기 안내 시스템.
제 3 항에 있어서, 상기 자석 유닛에서, 상기 자극들 중, 동일한 극을 갖는 적어도 두개의 자극들이 상기 안내 레일을 사이에 두고 서로 대향하며,

상기 자극들 중 적어도 하나는 상기 두개의 자극들의 중앙에 배치되고 상기 두개의 자극들과는 다른 극을 갖고,

상기 자석 유닛은 전체적으로 E자형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 안내 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 자석 유닛은, 상기 자극들 중, 상기 안내 레일을 통하여 서로 대향하는 적어도 두개의 자극들을 구비하고, 상기 대향하는 방향 및 상기 대향하는 방향과 직각인 방향으로 상기 안내 레일 상에서 흡인력을 작용시키는 것을 특징으로 하는 자기 안내 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 자석 유닛은 상기 전자석 및 상기 영구자석으로 각각 형성된 한 쌍의 U자형 복합자석을 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 안내 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 안내 레일에는 상기 자극들과 대향하는 돌출부가 형성된 것을 특징으로 하는 자기 안내 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 센서는 상기 자석 유닛 및 상기 안내 레일 사이의 수평면 상에서의 위치 관계를 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 안내 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 센서는 상기 전자석으로의 여자 전류를 검출하는 것을 특징으로 하는 자기 안내 시스템.
안내 레일을 따라 이동하도록 구성된 이동 유닛;

상기 이동 유닛에 결합되고, 갭을 가지며 상기 안내 레일을 향하여 배향된 자극들을 갖는 복수의 전자석, 및 상기 이동 유닛을 안내하기 위하여 자계를 제공하도록 배향된 영구자석을 구비하며, 상기 자극들 중 적어도 두개는 상기 안내 레일과는 반대 방향으로 흡인력을 제공하도록 배치되며, 상기 복수의 전자석 중 적어도 하나와 상기 영구자석이 상기 갭에서 자기회로를 구성하는 자석 유닛;

상기 자기회로에 결합되어 상기 갭의 상태를 검출하는 센서; 및

상기 전자석에 결합되며, 상기 갭의 검출 상태에 응답하여 여자전류를 제공함으로써 상기 적어도 두개의 자극들의 흡인력을 바꾸어 상기 이동 유닛의 안정된 상태 조건을 유지하는 제어기를 구비하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터용 자기 안내 시스템.