KR19990070350A - 로플리스 엘리베이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 로플리스 엘리베이터(Ropeless Elevator)에 관한 것으로, 육각기둥 형상의 공간부(11)를 형성하는 승강통로(10)와, 이 승강통로(10)의 양쪽 삼각공간부(12) 내측면에 수직방향으로 설치된 다수의 1차 전기자코일(13)과, 상기 승강통로(10) 내에 수용되어 승강이동하는 케이지(20)와, 상기 삼각공간부(12) 내측면과 일정 간극을 유지할 수 있도록 상기 케이지(20)의 양쪽 측면에 수직방향으로 고정 설치된 삼각지지대(22)와, 상기 승강통로(10)의 1차 전기자코일(13)과 마주보도록 상기 케이지(20)의 삼각지지대(22) 외부에 고정 설치하여 그 자력이 분산 유도되는 2차 영구자석(23)으로 구성된 것으로서, 케이지(20)의 양측면에 삼각지지대(22)를 설치하고 그 외측에 2차 영구자석(23)을 배치하여 상기 케이지(20)의 측면으로부터 격리된 상태를 유지할 수 있도록 개선하므로써 인체에 자력이 미치지 않게 되고, 각종 제어장치를 상기 삼각지지대(22)의 내측에 설치하여 공간활용을 극대화할 수 있으며, 2차 영구자석(23)의 자력이 분산 유도되어 하중 위치의 변화에 안정적이고, 케이지(20)의 변형을 방지할 수 있게 될 뿐만 아니라 경량화가 가능하며, 타일 형상의 자석편(24)을 조립하여 2차 영구자석(23)을 형성하게 되므로써 그 취부 및 상기 1차 전기자코일(13)의 보수 관리를 용이하게 수행할 수 있으며, 복수대의 케이지(20)를 동시에 운용할 수 있게 되는 로플리스 엘리베이터에 관한 것이다.

Description

로플리스 엘리베이터

본 발명은 로플리스 엘리베이터(Ropeless Elevator)에 관한 것으로, 특히 2차 영구자석을 설치하기 위한 케이지의 구조를 개선하여 자력을 분산 유도하므로써 상기 케이지의 강성을 현저히 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 2차 영구자석을 쉽게 취부할 수 있게 되어 엘리베이터의 용량변화에 따른 보수 관리를 용이하게 수행할 수 있게 한 로플리스 엘리베이터에 관한 것이다.

최근에 들어서는 축조되는 건물의 효용성을 증대시키고자 그 구조가 초고층화되어 가고 있으며, 이러한 건물의 초고층화 추세에 부응하여 그 내부 구조를 설계하고자 하는 경우에 가장 큰 난제로 지적되고 있는 것이 인력 등을 수송하기 위한 운송 시스템의 구성으로서, 이와 같은 운송 시스템에 해당하는 엘리베이터에 관한 기술적인 연구가 현재 활발히 진행되고 있다.

상기한 바와 같은 1000m 이상 높이의 초고층 건물에 적합한 엘리베이터 시스템을 운용하기 위해서는 기존의 로프 구동방식에 있어서의 한계성을 극복할 수 있어야 한다. 현재 사용되고 있는 엘리베이터는 로프의 견인에 의한 승강 구동방식을 주로 채택하고 있으므로, 설계시 층수에 비례한 케이지의 하중 및 진동 특성을 고려하여야 할 뿐만 아니라, 상기 케이지의 수직/수평 방향전환이 불가능하다는 단점을 갖고 있는 것이다.

즉, 상기의 로프 구동식 엘리베이터는 승강행정이 클 경우에 총 현수하중에 있어서 로프가 차지하는 중량 비율이 현격히 증가하게 되고, 현행 엘리베이터의 구조 및 재료를 적용한다고 가정할 때 안전 기준설계상 상기 로프가 10배의 파단강도를 유지하기 위해서는 700~800m 정도의 최대승강행정 높이를 벗어날 수 없게 되므로, 그 실용적인 한계성이 노출된다.

또한, 상기의 로프 구동식 엘리베이터는 하나의 승강통로에 대해서 한 대의 케이지만이 운행 가능하므로 고층건물의 경우에 사용자의 대기시간을 단축하기 위해서는 엘리베이터를 증설할 수 밖에 없으며, 이와 같이 건물 층수에 비례하여 엘리베이터 공간이 차지하는 면적이 증가하게 됨에 따라, 건물 전체의 수평투영 바닥면적에 대한 면적 비율이 50%를 초과하게 되어 비효율적인 건물 구조를 이루게 되므로, 상기의 초고층 건물 구조에 적합한 운송 효율성 및 공간 활용성을 극대화할 수 있는 새로운 형태의 엘리베이터가 필연적으로 요구되고 있는 것이다.

따라서, 상기의 조건들을 감안해 볼 때, 초고층 건물에 적용할 수 있는 엘리베이터는 단일 승강통로 내에서 복수대의 케이지를 동시에 운행할 수 있고, 상기 케이지가 건물 내부의 승강통로를 따라 자유롭게 이동할 수 있으며, 인근 건물 및 지하도 등에도 연계되어 활용할 수 있는 종합 운송 시스템으로서의 기능을 발휘할 수 있는 것이라야 한다.

최근에는 상기의 로프 구동식 엘리베이터의 문제점을 해결하기 위하여 리니어 모우터에 의해 구동되는 로플리스 엘리베이터가 제안된 바 있다.

상기 로플리스 엘리베이터는 도 1 내지 도 4에 도시한 예에서와 같이, 양쪽 내측면에 수직방향으로 1차 전기자코일(113)을 설치한 승강통로(110)와, 이 승강통로(110)의 내부에 수용되어 상기 1차 전기자코일(113)에 대응하는 양쪽면에 2차 영구자석(123)을 설치한 케이지(120)로 구성된 구조를 갖는 것이다. 도면중 미설명 부호 121은 상기 케이지(120) 전면측의 도어를 나타낸다.

상기의 로플리스 엘리베이터는 상기 승강통로(110) 측의 1차 전기자코일(113)에 상하방향으로 추력이 발생할 수 있도록 전류를 여자하면, 이와 마주보는 상기 2차 영구자석(123)에도 추력이 발생하여 상기 케이지(120)가 수직방향으로 승강할 수 있게 된다.

상기 도면중 도 1 및 도 2는 종래의 일실시예에 따른 로플리스 엘리베이터의 구조를 도시한 것으로서, 케이지(110)의 양측면에 상기 2차 영구자석(123)을 직접 설치한 형태로 이루어져 있고, 도 3 및 도 4는 다른 실시예에 따른 로플리스 엘리베이터의 구조를 도시한 것으로서, 상기 케이지(110)의 양측면 중앙에 직각을 이루도록 지지판(122)을 각각 고정하여 그 양면에 상기 2차 영구자석(123)을 각각 설치하고 상기 승강통로(110)의 양쪽 내측면에는 ㄷ자 형상의 1차 전기자코일(113)을 설치한 형태로 이루어져 있으며, 상기 실시예들에 설치되는 상기 2차 영구자석(123)은 도 5에 도시한 바와 같이 서로다른 극성 간에 교번되게 배열되어 있다.

그러나, 상기 도 1의 로플리스 엘리베이터는 2차 영구자석(123)이 케이지(120)의 양쪽 외벽면 상에 직접 고정되어 있으므로 상기 케이지(120)의 내부에 승차한 탑승자에게 강한 자력을 발생하여 인체에 악영향을 미치게 될 뿐만 아니라, 이러한 문제점을 감안한 별도의 자기 차폐수단이 구비되어야만 하고, 상기 케이지(120)에는 Z축방향의 추력 이외에도 Y축방향의 흡인력이 작용하므로 상기 케이지(120)의 변형을 방지하기 위한 고강성 설계에 따른 자체 중량 및 이를 구동하기 위한 리니어 모우터, 전원 변환공급부 등과 같은 주변장치의 대형화에 따른 중량의 증가 요인이 필연적으로 발생하게 되며, 따라서 운행중 과다한 전력 소모 및 운행비용을 유발하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 상기의 문제점들을 해소하기 위하여 제안된 도 2의 로플리스 엘리베이터는 상기 1차 전기자코일(113)이 상기 2차 영구자석(123)을 삽입 수용하는 구조로 되어 있으므로 상기 1차측 전기자코일(113)의 보수 관리가 어려울 뿐만 아니라, 상기 지지판(122)이 변형되지 않도록 고강도 제작되어야 한다는 설계상의 난점이 있었다.

또한, 상기의 로플리스 엘리베이터는 복수대의 케이지(120)를 동시에 운행할 수 없는 구조로 되어 있고, 상기 케이지(120)의 중력방향 평형을 유지하기 위해서는 별도의 자세보정용 구동원 및 이를 구동하기 위한 전원을 분할공급해 주어야 하므로 상기 케이지(120)의 전원이 불안정하게 되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 케이지의 측면으로부터 격리된 위치에 2차 영구자석을 설치할 수 있도록 그 구조를 개선하여 자력을 분산 유도하므로써 상기 케이지의 강성을 현저히 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 별도의 차폐수단이 없이도 인체에 자력이 미치지 않게 되고, 상기 2차 영구자석의 취부 및 1차 전기자코일의 보수 관리를 용이하게 수행할 수 있으며, 복수대의 케이지를 동시에 운용할 수 있도록 된 로플리스 엘리베이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 일실시예에 따른 로플리스 엘리베이터의 구조를 개략적으로 도시한 사시도,

도 2는 도 1의 로플리스 엘리베이터에 대한 평면도,

도 3은 종래의 다른 실시예에 따른 로플리스 엘리베이터의 구조를 개략적으로 도시한 사시도,

도 4는 도 2의 로플리스 엘리베이터에 대한 평면도,

도 5는 종래 기술에 따른 엘리베이터의 케이지 측면에 부착되는 2차 영구자석의 배열 구조를 도시한 정면도,

도 6은 본 발명에 따른 로플리스 엘리베이터의 구조를 개략적으로 도시한 평면도,

도 7은 본 발명에 따른 로플리스 엘리베이터의 2차 영구자석에 작용하는 추력 상태를 벡터로 표시한 역학관계도,

도 8은 본 발명에 따른 엘리베이터의 케이지에 부착되는 2차 영구자석의 구조를 도시한 정면도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10, 110 ; 승강통로 11 ; 공간부

12 ; 삼각공간부 13, 113 ; 1차 전기자코일

15 ; 수직 안내홈 16 ; 지지로울러

20, 120 ; 케이지 21, 121 ; 도어

22 ; 삼각지지대 23, 123 ; 2차 영구자석

24 ; 자석편 122 ; 지지판

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 로플리스 엘리베이터는 육각기둥 형상의 공간부를 형성하는 승강통로와, 이 승강통로의 양쪽 삼각공간부 내측면에 수직방향으로 설치된 다수의 1차 전기자코일과, 상기 승강통로 내에 수용되어 승강이동하는 케이지와, 상기 삼각공간부 내측면과 일정 간극을 유지할 수 있도록 상기 케이지의 양쪽 측면에 수직방향으로 고정 설치된 삼각지지대와, 상기 승강통로의 1차 전기자코일과 마주보도록 상기 케이지의 삼각지지대 외부에 고정 설치하여 그 자력이 분산 유도되는 2차 영구자석으로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 로플리스 엘리베이터는 육각기둥 형상의 공간부(11)를 형성하는 승강통로(10)와, 이 승강통로(10)의 양쪽 삼각공간부(12) 내측면에 수직방향으로 설치된 다수의 1차 전기자코일(13)과, 상기 승강통로(10) 내에 수용되어 승강이동하는 케이지(20)와, 상기 삼각공간부(12) 내측면과 일정 간극을 유지할 수 있도록 상기 케이지(20)의 양쪽 측면에 수직방향으로 고정 설치된 삼각지지대(22)와, 상기 승강통로(10)의 1차 전기자코일(13)과 마주보도록 상기 케이지(20)의 삼각지지대(22) 외부에 고정 설치하여 그 자력이 분산 유도되는 2차 영구자석(23)으로 구성되어 있다.

상기 승강통로(10)는 그 양쪽 삼각공간부(12)의 내측모서리에 수직 안내홈(15)이 형성되어 있고, 이 수직 안내홈(15) 내에는 상기 케이지(20) 내에 불평형 하중이 발생하여 편재되었을 때 승강통로(10)의 내측면과 일정 간극을 유지할 수 있도록 상기 수직 안내홈(15)을 따라 전후 및 좌우방향으로 각각 접촉 회전하는 지지로울러(16)가 각각 설치된다.

또한, 상기 2차 영구자석(23)은 도 8에 도시한 바와 같이, 보수 유지가 용이하도록 일정 크기의 타일 형상으로 된 다수의 자석편(24)을 각소에 짜맞춤식으로 조립하여 고정할 수 있도록 되어 있으며, 도면중 미설명 부호 21은 상기 케이지(20) 전면측의 도어를 나타낸다.

상기한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명의 동작 원리를 첨부된 도면에 의거하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 로플리스 엘리베이터는 도 7에 도시한 바와 같이, 케이지(20)의 양측에 설치된 삼각지지대(22)의 경사면 상에 2차 영구자석(23)을 취부하게 되므로, 상기 2차 영구자석(23)의 방향성에 의해 그 흡인력이 도면상 X, Y방향으로 발생하는 분력 성분을 갖게 된다. 상기의 각 분력 성분에 의한 흡인력의 크기를 고려하여 케이지(20)의 강도 설계를 해야 하므로, 이들 성분의 분석은 엘리베이터 설계 상의 중요한 인자로 작용하며, 상기 로플리스 엘리베이터는 1차 전기자코일(13) 및 2차 영구자석(23) 간에 발생하는 Z방향 추력에 의해 승강이동이 이루어지게 되는 것이다.

상기의 X방향 분력은 상기 케이지(20)의 양측을 외부로 잡아 당기게 되는 힘으로서, 상기 케이지(20) 좌측의 각 2차 영구자석(23)으로부터 F1x 분력 성분 및 F3x 분력 성분의 합성에 의해 발생하는 좌측 X방향 합력과, 상기 케이지(20) 우측의 각 2차 영구자석(23)으로부터 F2x 분력 성분 및 F4x 분력 성분의 합성에 의해 발생하는 우측 X방향 합력이 각각 반대방향으로 작용하면서 균형을 이루게 된다.

이때, 상기 케이지(20)의 내부에 불균형 하중이 발생하여 한쪽으로 기울어지는 경우에는 상기 수직 안내홈(15) 내에 설치된 지지로울러(16)에 의해 지지되므로써 상기 1차 전기자코일(13) 및 2차 영구자석(23) 간에 일정 간극이 유지되어 안정적인 주행을 유도하게 된다. 상기 지지로울러(16)는 X방향 및 Y방향으로 각각 배치되어 수직 안내홈(15)의 내측 3면에 각각 접촉하면서 상기 수직 안내홈(15)을 따라 회전하게 되므로써 마찰없이 원활한 지지 성능을 발휘하게 되는 것이다.

또한, 상기의 Y방향 분력은 상기 케이지(20)의 양측면을 따라 작용하는 힘으로서, 상기 케이지(20) 좌측의 각 2차 영구자석(23)으로부터 F1_Y분력 성분 및 F3_Y분력 성분이 각각 반대방향으로 작용하면서 서로 상쇄되고, 상기 케이지(20) 우측의 각 2차 영구자석(23)으로부터 F2_Y분력 성분 및 F4_Y분력 성분이 각각 반대방향으로 작용하면서 서로 상쇄되어 그 합력이 0을 이루므로써 상기 케이지(20)가 안정된 상태로 주행할 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 동작 원리에 의하면, 상기 케이지(20)에 X방향의 분력만이 작용하게 되어 상기 케이지(20)의 중량 및 변형 발생을 최소화할 수 있고, 그 자력이 상기 케이지(20)로부터 격리된 위치에서 발생하므로 탑승자의 인체에 영향을 미치지 않게 되는 것이다.

한편, 본 발명에 적용된 2차 영구자석(23)은 도 8에서와 같은 타일 형상의 자석편(24)으로 구성하여 짜맞춤식 조립에 의해 임의의 개수만큼 설치가 가능하도록 하므로써, 상기 케이지(20)의 용량변화에 따라 자석편(24)의 수를 증감시켜 부착할 수 있게 되어 원하는 자력의 크기를 용이하게 구현할 수 있으며, 바람직하게는, 상기 삼각지지대(22) 내부에 리니어 모우터, 전원 변환공급부 등과 같은 엘리베이터 구동용 주변제어장치들을 수용하여 공간활용을 극대화할 수도 있다.

상기와 같은 구성및 작용에 의해 기대할 수 있는 본 발명의 효과는 다음과 같다.

본 발명에 따른 로플리스 엘리베이터는 케이지(20)의 양측면에 삼각지지대(22)를 설치하고 그 외측에 2차 영구자석(23)을 배치하여 상기 케이지(20)의 측면으로부터 격리된 상태를 유지할 수 있도록 개선하므로써 별도의 차폐수단이 없이도 인체에 자력이 미치지 않게 되고, 상기 삼각지지대(22)의 내측에는 각종 제어장치를 설치하여 공간활용을 극대화할 수 있으며, 2차 영구자석(23)의 자력이 분산 유도되어 하중 위치의 변화에 안정적일 뿐만 아니라 케이지(20)의 변형을 방지할 수 있고, 이에 따라 상기 케이지(20)의 두께를 최소화하여 경량화를 이룰 수 있으며, 타일 형상으로 된 다수의 자석편(24)을 조립하여 2차 영구자석(23)을 형성하게 되므로써 상기 2차 영구자석(23)을 제작하기 위한 분말성형 금형의 크기를 줄일 수 있고, 상기 자석편(24)의 수를 증감하여 자력의 크기를 용이하게 조절할 수 있게 됨과 아울러, 그 취부 및 상기 1차 전기자코일(13)의 보수 관리를 용이하게 수행할 수 있으며, 복수대의 케이지(20)를 동시에 운용할 수 있다는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 육각기둥 형상의 공간부를 형성하는 승강통로와, 이 승강통로의 양쪽 삼각공간부 내측면에 수직방향으로 설치된 다수의 1차 전기자코일과, 상기 승강통로 내에 수용되어 승강이동하는 케이지와, 상기 삼각공간부 내측면과 일정 간극을 유지할 수 있도록 상기 케이지의 양쪽 측면에 수직방향으로 고정 설치된 삼각지지대와, 상기 승강통로의 1차 전기자코일과 마주보도록 상기 케이지의 삼각지지대 외부에 고정 설치하여 그 자력이 분산 유도되는 2차 영구자석으로 구성된 로플리스 엘리베이터.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 승강통로는 그 양쪽 삼각공간부의 내측모서리에 수직 안내홈이 형성되어 있고, 이 수직 안내홈 내에는 상기 케이지 내에 불평형 하중이 발생하여 편재되었을 때 승강통로의 내측면과 일정 간극을 유지할 수 있도록 상기 수직 안내홈을 따라 전후 및 좌우방향으로 각각 접촉 회전하는 지지로울러가 각각 설치된 것을 특징으로 하는 로플리스 엘리베이터.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 2차 영구자석은 보수 유지가 용이하도록 일정 크기의 타일 형상으로 된 다수의 자석편을 각소에 짜맞춤식으로 조립하여 고정할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 로플리스 엘리베이터.