KR100935566B1 - 승강기 차량의 진동 감쇠 장치 - Google Patents

승강기 차량의 진동 감쇠 장치 Download PDF

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Abstract

승강기 차량에 있어서, 능동 진동을 감쇠시키는 것으로는 차량 본체(5)를 갖는 프레임의 구조적인 공진을 감쇠시킬 수 없다. 이러한 감쇠는, 변형 상태의 측정이 충분히 양호하게 이루어진 경우에만 가능하다. 탄성 변형하에서, 안전 플랭크(1)와 크로스헤드(2)는 서로에 대해 평행하게 상대적으로 이동하고, 수직하게 배치된(z 방향으로) 2개의 가속 센서(9a, 9b)는 이동을 포착한다. 센서 신호 사이의 차이로부터, 안전 플랭크(1) 및 크로스헤드(2)의 y 회전이 결정된다. 가속 센서(ac1 또는 ac3, 및 ac5 또는 ac7)의 신호와 함께, 프레임의 전단 이동이 결정될 수 있다.

Description

승강기 차량의 진동 감쇠 장치{DEVICE FOR DAMPING VIBRATIONS OF AN ELEVATOR CAR}
도 1은 차량 본체를 갖는 차량 프레임의 전단 이동을 감쇠시키기 위한 장치의 센서의 배열의 개략도.
도 2는 레이저에 의해 차량 프레임의 전단 운동을 측정하기 위한 측정 장치를 도시하는 도면.
도 2a는 도 2에 따른 측정 장치의 상세도.
도 3은 측방향 이동을 감쇠시키기 위한 피드백 제어 시스템을 도시하는 도면.
도 4는 피드백 제어 시스템의 전기 액추에이터 요소를 도시하는 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1 : 안전 플랭크 2 : 크로스헤드 3 : 제 1 측면 선틀
4 : 제 2 측면 선틀 5 : 차량 본체 6 : 하부 마운트
7 : 상부 마운트 10 : 스트레인 게이지 11a : 레이저
11b : 반사기 프리즘 11c : 감광성 라인 센서
본 발명은, 안내 요소에 의해 가이드레일상에서 안내되고 승강기 차량 본체를 운반하는 프레임의 진동을 감쇠시키기 위한 장치에 관한 것으로서, 승강기 차량의 이동 방향에 수직하게 발생하는 진동을, 프레임에 고정된 가속 센서에 의해 측정하여 프레임과 안내 요소 사이에 배치된 하나 이상의 액추에이터(actuator)를 제어하는데 사용하고, 이 액추에이터는 진동과 동시에 이 진동의 반대 방향으로 작동하는 진동 감쇠 장치에 관한 것이다.
EP 0 731 051 B1 호로부터, 레일상에서 안내되는 승강기 차량의 진동, 즉 승강기 차량의 이동 방향에 수직하게 발생하는 진동을 고주파 범위에서 작용하는 피드백 제어에 의해 감소시켜, 진동이 차량내에서 더이상 느껴지지 않게 하는 방법 및 장치가 공지되었다. 측정값을 포착할 목적으로, 관성 센서가 차량 프레임에 고정되어 있다. 레일에 대해 차량이 한쪽 방향으로 경사지는 경우에는, 저주파 범위에서 작동하는 위치 제어기가 승강기 차량을 자동으로 중심 위치로 되돌아가게 안내하여, 항상 적절한 감쇠 거리가 유지되도록 한다. 위치 센서는 측정값을 위치 제어기에 전달한다. 롤러의 위치를 조정하기 위해 액추에이터에는 리니어 모터가 제공되어 있다. 각 롤러 가이드 상에서, 제 1 리니어 모터는 양측의 롤러를 제어하고, 제 2 리니어 모터는 중간 롤러를 제어한다. 2개의 제어 루프가 공통의 피드백 제어로 결합되어 하나의 액추에이터에 작용하기 때문에, 이 방법을 실시하기 위한 장비는 저렴하다.
이러한 장치의 단점은, 진동 제어에 의해 안락한 승차감이 확보되어야 하기 때문에 승강기 자체가 강성 구조를 가져야 한다는 점이다.
따라서 상술한 단점을 해결하기 위해 본 발명이 제공된다. 청구항 제 1 항에 개시된 바와 같은 본 발명은, 공지된 장치의 단점을 피하기 위한 해결 방법을 제공하고, 또한 차량 본체를 갖는 프레임의 탄성 특성을 고려하는 진동 피드백 제어를 제공하기 위한 해결 방법을 제공한다.
본 발명의 유리한 추가적인 설명은 종속항에 기술되어 있다.
승강기 차량(프레임 및 차량 본체)은, 특히 수평 방향으로 상당한 탄성의 구조를 갖는다. 일반적으로, 이러한 구조의 제 1 공진 주파수는, 최적 강성의 프레임 및 차량 차단기를 갖는 승강기 차량에 대해 10Hz의 영역에 위치하고, 그렇지 않으면 이 구조의 공진 주파수는 더 낮아진다. 능동 진동 감쇠(active vibration damping)가 구조적인 공진 자체를 감쇠시킬 수 없기 때문에, 감쇠되는 주파수로부터의 거리는 매우 작아 능동 진동 감쇠의 효과가 제한된다. 이러한 감쇠는, 차량 변형 상태, 특히 상 위치(phase position)의 측정이 충분히 양호하게 이루어진 경우에만 가능해진다.
원칙적으로, 승강기 차량(프레임 및 차량 본체)이 강성 본체로서 본질적으로 작동하도록, 승강기 차량을 매우 단단히 구성하는 것이 더 좋다. 그렇게 하면, 탄성 변형을 측정할 필요가 없다. 그러나, 이러한 목적은 고층 건물용의 새로운 승강기 차량에 의해서만 달성될 수 있다.
현존하는 승강기 차량(프레임 및 차량 본체)은 나중에 보강되는 수 밖에 없다. 이러한 보강은 적당한 비용의 제한된 범위에서만 가능하다. 그렇지 않으면, 강성 구조를 갖는 새로운 승강기 차량(프레임 및 차량 본체)을 사용하는 것이 더 실용적이다. 변형을 측정함으로써, 오늘날 모든 승강기 차량의 대부분에 해당하는 구조적으로 덜 적절한 승강기 차량에 대한 능동 진동 감쇠의 적용 범위를 확장할 수 있다.
본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 더 자세히 설명할 것이다.
가장 큰 탄성 변형은 차량 본체(5)를 운반하는 차량 프레임의 x 방향으로의 전단이다. 프레임은, 안전 플랭크(safety plank; 1), 크로스헤드(crosshead; 2), 제 1 측면 선틀(stile; 3), 및 제 2 측면 선틀(4)로 구성되어 있다. 크로스헤드(2)는, 예를 들어 견인 도르래를 통해 안내되는 현가 로프(도시되지 않음)에 연결되어 있다. 크로스헤드(2) 및 안전 플랭크(1)상에는, 승강기 승강구에 배치된 가이드레일을 따라 프레임을 안내하는 안내 요소가 배치되어 있다.
탄성 변형이 발생하는 경우, 안전 플랭크(1) 및 크로스헤드(2)는 서로에 대해 평행하게 상대적으로 이동한다. y 축을 중심으로 한 차량 본체(5)의 회전과 x 방향으로의 프레임의 전단 이동 사이에 어떠한 차이가 없기 때문에, 이러한 탄성변형은, 차량 프레임 및 차량 본체(5)를 포함하는 승강기 차량의 이동 방향에 수직하는 방향의 변형을 측정하는, 명세서의 서두에서 기술했던 종래 기술에 따른 가속 센서(ac1 - ac8)로는 측정될 수 없다. 이러한 관점에서, 추가적인 측정 장치가 필요하다. 변형을 측정하기 위한 가능한 실시형태는 이하와 같다:
1. x 축과 y 축 사이에서 큰 거리로 수직하게(z 방향으로) 배치된 2개의 가속 센서(9a, 9b)(또는 9b 대신에 9c). 센서 신호 사이의 차이로부터, 안전 플랭크(1) 및 크로스헤드(2)의 y 회전이 결정된다. 가속 센서(ac1 또는 ac3, 및 ac5 또는 ac7)로부터의 신호와 함께, 프레임의 전단 이동이 결정될 수 있다. 수직하게 배치된 가속 센서(9a, 9b, 9c) 대신에, 예를 들어 광섬유 자이로(fiber optic gyro)와 같이 비틀림율을 충분히 정확하게 측정하는 센서, 또는 x 축과 y 축 사이에 충분한 거리를 갖고 안전 플랭크(1) 또는 크로스헤드(2)상에 고정된 수평 배열 가속 센서가 또한 사용될 수 있다.
2. 상업적으로 입수가능한 광섬유 자이로는, 그 광선이 광섬유로 방사되는 광원으로 구성되어 있다. 광선은, 광섬유에 의해 형성된 코일을 통해 양 방향으로 통과하는 2개의 부분 광선으로 분리된다. 그리고 나서 상기 2개의 부분 광선은 다시 하나의 광선으로 합쳐져서, 결과적으로 그 사이에서 간섭이 발생한다. 광섬유의 코일이 회전하는 경우, 광선의 일부분은 다른 부분보다 약간 더 긴 거리를 이동해야 하고, 이에 의해 상변화가 발생하고, 따라서 간섭량이 변한다.
3. 와이어 스트레인 게이지(10)에 의한 프레임의 변형 측정. 이 와이어 스트레인 게이지는, 제 1 측면 선틀(3), 또는 제 2 측면 선틀(4)상의 가장 큰 굴곡 변형이 발생하는 지점에 고정되어 있다. 상기 굴곡 변형의 행태는 프레임의 전단 이동에 비례한다.
4. 레이저(11a), 반사기 프리즘(11b), 및 감광성 라인 센서(11c)에 의한 프레임의 전단 이동의 측정. 반사기 프리즘이 없는 배치도 가능하다. 반사기 프리즘이 있는 배치의 장점은, 정확한 정렬이 필요하지 않고, 모든 부재가 일측면에 위치되고, 측정 분해능이 2배라는 점이다.
거리에 대한 정보를 제공하기 위해, 가속 센서의 신호는 2회를 평균해야 하는데, 이것은 편차 및/또는 측정 오류 때문이다. 거리에 대한 정보를 제공하기 위해, 광섬유 자이로의 신호는 1회만 평균되어야 하는데, 이것 또한 편차 및/또는 측정 오류 때문이다. 광학 측정 장치(레이저)는 매우 정교하다. 게다가, 광학 측정 장치를 방해받지 않게 공간적으로 배치하는 것도 어렵다. 최신의 와이어 스트레인 게이지로 매우 작은 신장 (extension) 을 측정할 수 있다. 추가적인 센서의 도움 없이, 전단을 직접 측정한다. 전단의 측정을 위해 와이어 스트레인 게이지 기술을 사용하는 것이 유망하다.
프레임이 전단되면, 안전 플랭크(1) 및 크로스헤드(2)는 서로에 대해 평행하게 상대적으로 x 량 만큼 이동한다. 바람직하게는 적외선 광을 발생시키고 날카로운 다발형 광선(11d)을 수직 하부방향으로 방사하는 레이저(11a)가 크로스헤드에 고정되어 있다. 상기 광선(11d)을 측면으로 변위시켜 평행하게 상부방향으로 반사시키는 광학 프리즘(11b)은 안전 플랭크(1)상에 고정되어 있다. 변위량은 프레임의 전단량(x)의 2배 만큼 변한다. 감광성 라인 센서 또는 라인 카메라(11c)는 검출기로서 크로스헤드(2)상에 고정되어 있다. 이러한 라인 카메라에 의해, 반사된 광선(11d)의 수평 변위가 측정된다. 라인 카메라(11c)는, 프레임의 전단(x)에 비례하고, 프레임의 전단을 감소시키기 위해 피드백 제어 시스템에서 사용될 수 있는 신호를 발생시킨다.
진동의 감쇠를 향상시키기 위해, y 방향으로의 프레임의 변형을 추가적으로 측정할 수도 있다. 일반적으로, 프레임이 y 방향으로 매우 단단하기 때문에, y 방향으로의 측정은 필요하지 않지만, 필요한 경우도 있다. 게다가, 현존하는 가속 센서(ac2, ac4, ac6, ac8)에 의해, 수직축(z 축) 중심의 프레임의 비틀림의 측정이 이미 가능하다.
차량 본체(5)의 하부 마운트(mount; 6) 및/또는 상부 마운트(7)의 변형이 또한 측정될 수 있다. 측정은 1개의 축, 2개의 축, 또는 모든 3개의 축을 따라 이루어질 수 있다. 이러한 목적을 위해, 자기장 측정, 또는 유도성 또는 용량성 측정 원리를 이용하는 거리 또는 위치 센서가 적절하다.
차량 본체(5)의 마운트(6, 7)의 변형 측정의 대안으로서, 차량 본체(5)상에 추가적인 가속 센서를 설치하는 것이 가능하다. 필요한 가속 센서의 개수는, 제어될 필요가 있는 추가적인 자유도의 개수와 동일하다.
충분히 우수한 측정이 가능하다 하더라도, 안내 요소상에 작용하는 액추에이터에 의해, 차량 본체상에서 발생하는 모든 구조적인 공진이 감쇠될 수 있는 것은 아니다. 필요한 경우, 추가적인 액추에이터가 사용될 수 있다. 액추에이터를 배치하는데 매우 적절한 위치는 마운트(6, 7)이다. 액추에이터는, 진동 차단기의 형태를 갖는 탄성 마운트(6, 7)와 평행하게, 또는 직렬로 배치되거나, 또는 이 탄성 마운트(6, 7)를 완전히 대신할 수 있는데, 이들 액추에이터는 1개의 축, 2개의 축, 또는 모든 3개의 축을 따라 작동할 수 있다. 이러한 목적에 매우 적절한 것은, 엔진을 지지하기 위해 전동차에 사용되는 이른바 능동 엔진 마운트이다.
예를 들어, 미국특허 제 4,699,348 호에는 수동 고무 스프링 및 전자기 액추에이터로 구성되는 능동 엔진 마운트가 개시되어 있다. 이 액추에이터는 주로 저주파 공진 진동을 감쇠시키는 한편, 더 적은 감쇠능을 갖는 연질 고무 스프링은 더 높은 주파수 범위에서 우수한 진동 차단기로서 작용한다.
도 3에 도시된 프레임의 전단 이동을 감쇠시키기 위한 피드백 제어 시스템은 주 요소 제어기 및 피제어 시스템을 포함하고, 상기 피제어 시스템은 하나 이상의 액추에이터, 차량 본체를 갖는 프레임, 및 센서 또는 가속 센서로 구성되어 있다.
차량 본체상에 작용하고 프레임 가이드, 상대 바람, 및 로프에 의해 발생되는 간섭력(z)은, 특히 차량 프레임의 전단(x)을 발생시킨다. 센서 신호(y)는 프레임의 전단에 비례하여 반응한다. 합계 모듈에 있어서, 센서 신호(y)는 요구값(u)으로부터 빼지며, 이 요구값은 정상의 경우에는 0이다. 뺄셈의 결과치가 제어 편차(e)이다. 이러한 제어 편차는 제어기로 보내지고, 작용 신호(m)가 발생된다. 가장 간단한 경우에 있어서, 제어기는 비례 제어기지만, 훨씬 복잡한 제어기 기능도 가능하다. 액추에이터는, 예를 들어, 전술한 바와 같은 4개의 능동 액추에이터로 구성되어 있다. 이들 능동 액추에이터는 안내 롤러, 더 명확하게 가이드레일과 차량 프레임의 사이에서 조정력을 발생시킨다.
제어기는, 차량 본체를 갖는 프레임의 제 1 자연 주파수, 예를 들어 10Hz에서 가장 큰 증폭이 발생하도록 설계되어 있다. 제어기는 극저주파수 및 극고주파수에서의 증폭이 0에 접근하는 통과주파수대역(bandpass) 특징을 가지므로, 프레임 및 차량 본체를 회전시키는 정적인 힘이 발생되지 않는다.
도 4에 따르면, 프레임의 전단에 대항하여 작용하는 작용력(F1, F3, F5, F7)을 발생시키도록, 능동 액추에이터는 작용 신호(m)에 의해 구동된다. 작용 신호(m)는 먼저 각 능동 액추에이터(A1, A3, A5, A7)를 위해 각각 제공되는 전류 증폭기(V1, V3, V5, V7)로 수신되고, 그리고 나서 전류 증폭기는 작용 신호를 작동 액추에이터(A1, A3, A5, A7)에 공급한다. 개개의 전류 함수(I(m))는 도 4에 도시된 신호 플로우 차트에 따라 선택되어야 하고, 또한 작동 액추에이터내의 전류(I1, I3, I5, I7)는 일반적으로 전류에 비례하는 작용력(F1, F3, F5, F7)을 발생시킨다.
본 발명에 따라, 오늘날 사용되는 승강기 차량의 대부분에 해당하는 구조적으로 덜 적절한 승강기 차량에 대한 능동 진동이 감쇠될 수 있다.

Claims (7)

  1. 차량 본체(5)를 운반하고 가이드레일 상에서 안내 요소에 의해 안내되는 프레임(1, 2, 3, 4)의 진동을 감쇠시키기 위한 장치로서,
    이동 방향에 수직하게 발생하는 진동에 대응하여 가속 신호를 측정하고 발생시키는 상기 프레임(1, 2, 3, 4) 에 고정된 가속 센서들(ac1 - ac8);
    상기 프레임(1, 2, 3, 4) 과 상기 안내 요소 사이에 배치된 하나 이상의 엑추에이터;
    상기 프레임에 고정되고, 상기 프레임(1, 2, 3, 4) 의 탄성 변형을 측정하기 위하여 사용되는 센서 신호를 발생시키는 하나 이상의 추가적인 센서(9a, 9b, 9c, 10, 11a, 11b, 11c); 및
    상기 센서 신호 또는 상기 센서 신호 및 상기 가속 신호에 따라서, 상기 엑추에이터에 작용 신호(m) 를 발생시킴으로서 상기 프레임(1, 2, 3, 4) 의 전단 이동을 제어하는 제어 장치를 포함하고,
    상기 가속 신호는 피드백되어 상기 진동에 대해 반대 방향으로 작용하는 상기 엑추에이터를 제어하는, 진동 감쇠 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가적인 센서는 가속 센서(9a, 9b, 9c) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가적인 센서는 와이어 스트레인 게이지를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가적인 센서는 광섬유 자이로를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 추가적인 센서는 레이저(11a), 레이저 광선을 반사하는 프리즘(11b), 및 라인 센서(11c) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
  7. 제 1 항 또는 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작용 신호(m) 는 각 엑추에이터(A1, A3, A5, A7) 에 대한 전류 증폭기(V1, V3, V5, V7) 에 제공되고, 전류 함수(I(m)) 에 따라서, 결과 전류(I1, I3, I5, I7) 가 상기 엑추에이터(A1, A3, A5, A7) 내에서 작용력(F1, F3, F5, F7) 을 발생시키는 것을 특징으로 하는 진동 감쇠 장치.
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