KR20170025412A - 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치 - Google Patents

엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 회로 동작을 위한 상기 직류 전원을 공급하는 컨버터부와, 상시전원 공급 시 인가되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리를 충전시키는 배터리 충전부 및 비상 시 상기 배터리를 통해 동작하여 로프 브레이크를 해제함으로써 엘리베이터를 비상 운전되게 하는 인버터부를 포함한다.

Description

엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치{INTEGRATED DEVICE OF BATTERY AND INVERTER FOR OPERATING ELEVATOR ROPE BRAKE}
본 발명은 엘리베이터 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치에 관한 것으로, 배터리를 효율적으로 충전함으로써, 배터리 충전전압이 낮아 인버터를 동작시키지 못하는 이상동작을 방지하면서, 동시에 배터리의 수명 유지를 위해 배터리 저전압 상태 시 출력을 차단할 수 있는 통합장치에 관한 것이다.
일반적으로 고층건물을 수직으로 승하강하면서 승객을 이동시키는 엘리베이터는 건물 최상부에 권상기가 설치되고, 그 권상기에는 복수개 이상의 로프가 설치되며 그 권상기에 설치된 복수개 이상의 로프 일단에는 엘리베이터가 설치되고 타단에는 중량체가 설치된다.
이와 같이 설치된 일반적인 엘리베이터는 권상기의 작동방향에 따라 로프가 권상기로부터 풀어주거나 감으면서 엘리베이터를 승강시키거나 하강시키는 것이다. 이것이 엘리베이터 장치의 가장 일반적인 원리이다.
그리고, 엘리베이터 장치에는 엘리베이터가 정지 상태(문이 열린 상태)에서 구동롤러의 마모로 인한 로프의 슬립현상, 조속기의 브레이크 고장 등으로 인한 엘리베이터의 돌발 상승 또는 돌발 하강하는 경우, 로프를 록킹하는 것에 의하여 엘리베이터의 미끄럼이나 돌발 상승이나 돌발 하강 과속을 제어하도록 하는 안전장치로서 제동장치가 설치된다.
기존 엘리베이터 로프 브레이크는 별도의 배터리 충전기를 사용하여 충전하며, 충전된 배터리를 통해 비상 시 작업자의 선택에 의해 인버터를 동작시켜 로프 브레이크를 해제 후 엘리베이터의 비상운전을 시행했다.
연축전지는 완전방전을 하게 되면 재충전을 해도 배터리의 수명이 감소하게 된다. 그렇기 때문에 배터리 충전기는 연축전지의 완전방전을 금지하기 위해 10V 이하로 전압이 떨어질 경우 출력 차단 회로를 내장하고 있다.
로프 브레이크 동작 시 200~400VA 의 전력이 소모되며, 일반적으로 12V/7Ah~ 의 연축전지를 인버터를 통해 전력을 공급한다.
인버터와 배터리 충전기가 별도의 제품으로 되어 있기 때문에 연축전지의 전압이 10V 이하로 떨어질 경우 배터리 충전기의 저전압 보호회로 동작으로 인해 인버터를 동작시키지 못하는 등의 이상동작을 하거나, 반대로 배터리가 저전압 상태에서도 인버터의 동작이 이루어져 배터리의 수명이 감소하는 문제가 발생된다.
대한민국 공개특허 1993-0008465호 대한민국 공개특허 1996-001522호
따라서 본 발명의 목적은 전술된 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 엘리베이터의 배터리를 효율적으로 충전하고, 배터리 충전전압이 낮아 인버터를 동작시키지 못하는 이상동작을 방지하면서, 동시에 배터리의 수명 유지를 위해 배터리 저전압 상태 시 출력을 차단할 수 있는 통합장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 회로 동작을 위한 상기 직류 전원을 공급하는 컨버터부와, 상시전원 공급 시 인가되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리를 충전시키는 배터리 충전부 및 비상 시 상기 배터리를 통해 동작하여 로프 브레이크를 해제함으로써 엘리베이터를 비상 운전되게 하는 인버터부를 포함한다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치는 엘리베이터의 배터리를 상시 전원 공급 시에 충전하여 배터리 방전 상황을 방지함으로써, 배터리 충전전압이 낮아 인버터를 동작시키지 못하는 이상동작을 방지할 수 있다. 또한, 인버터 동작 중 배터리 상태를 체크하여 저전압에 대한 배터리 보호회로 동작 여부를 선택함으로써, 이상동작에 대한 오류를 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치의 구성을 나타낸 블록도이고
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치 회로를 나타내는 회로도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술분야에 익히 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 또한, 실질적으로 동일한 구성과 기능을 가진 구성 요소들에 대해서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 따라서 본 발명은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되어지지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치 회로를 나타내는 회로도이다.
먼저, 도 1을 참조하여 로프 브레이크 동작 회로의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.
DA 컨버터(11)로부터 생성된 DC 전원은 로프 브레이크 동작지령 접점(12)에 공급된다. 이때, 로프 브레이크 동작지령 접점(12)은 엘리베이터 제어반으로부터 과속, 개문 발차 및 기타 이상신호를 수신하여(정상일 경우에는 ON, 이상신호 수신 시에는 OFF 접점을 유지) ON/OFF 동작한다.
로프 브레이크 동작지령 접점(12)이 ON 상태(정상상태)일 때, 로프 브레이크의 모터작동릴레이(Relay,13) 및 솔레노이드(SOL,14)에 전원이 공급된다. 솔레노이드(SOL,14)는 전원을 입력 받아 엘리베이터의 정상운전을 제어할 수 있게 된다.
반대로, 엘리베이터로부터 과속 및 개문 발차 등의 이상신호가 발생하여 로프 브레이크 동작지령 접점(12)이 OFF 되면, 모터작동릴레이(Relay,13) 및 솔레노이드(SOL,14)에 전원이 차단되면서 로프 브레이크가 닫힘 동작되어 로프 브레이크 는 제동상태가 된다.
만약, 정전이 발생되었을 때에도 로프 브레이크에 전원이 차단되어 모터작동릴레이(Relay,13) 및 솔레노이드(SOL,14)에 전원이 차단되면서 로프 브레이크가 닫힘 동작을 행한다.
로프 브레이크가 닫힘 동작된 후 로프 브레이크 동작지령 접점(12)이 엘리베이터에서 정상신호(로프 브레이크 개방지령)를 수신하면, 로프 브레이크 동작지령 접점(12)이 ON되고, 전원(11)은 모터작동릴레이(Relay,13) 및 솔레노이드(SOL,14)에 공급되며, 모터작동릴레이 접점(15)이 ON상태가 된다.
이때, 로프 브레이크 개방용 모터(MOTOR,17)는 직렬로 연결된 모터작동 릴레이 접점(15) 및 로프 브레이크 개방 검출 스위치(16)에 의하여 동작이 제어된다.
상기의 동작에 이어 살펴보면, 모터작동릴레이(Relay,13)에 의하여, ON된 모터작동릴레이 접점(15)과 직렬로 연결된 로프 브레이크 개방검출 스위치(16)는 로프 브레이크가 개방 시에는 단락(OFF)되어 있고, 로프 브레이크 동작지령 접점(12)에 로프 브레이크 닫힘 동작지령이 수신되어, 로프 브레이크가 닫힘 동작을 실시하면 ON상태를 유지한다.
그러면, 로프 브레이크는 닫힘 동작 중이므로 로프 브레이크 개방검출 스위치(22)는 ON상태에 있다.
이에, 개방검출 스위치(16)를 통한 전원은 로프 브레이크 개방용 모터(MOTOR, 17)에 공급되어 모터를 동작시키고 로프 브레이크 개방을 완료한다.
이때 로프 브레이크가 개방을 완료하면 로프 브레이크 개방검출 스위치(16)는 OFF상태가 되고, 로프 브레이크 개방용 모터(MOTOR,17)로 흐르는 전류를 차단한다.
로프 브레이크 개방용 모터(MOTOR,17)는 작동이 멈춘 상태에서 대기하게 되고, 전원이 인가된 솔레노이드(SOL,14)는 로프 브레이크가 개방상태를 유지하도록 한다. 이후로 엘리베이터는 정상운행 할 수 있는 상태를 유지한다.
엘리베이터에서 과속 및 개문 발차 등의 이상신호가 발생되어, 로프 브레이크 동작지령접점(12)이 OFF 상태로 되거나, 정전 등으로 전원이 차단되는 경우를 제외하고 로프 브레이크는 개방상태를 지속하고 엘리베이터의 정상운행이 가능해 진다.
여기서 구체적으로, D/A 컨버터(11)는 3상 교류 전력(AC)를 정류하는 AC/DC변환기를 구비하며, 이 AC/DC변환기 자체는 공지된 구조로 되어 있다. 잘 알려진 바와 같이, AC/DC변환기는 전원에 연결되어, 전원으로부터 3상 교류전류(R. S. T)를 받고 이 3상 교류 전류를 직류 전류(DC)로 정류 또는 변환시킨다.
따라서, AC/DC변환기는 DC/AC변환기의 DC단자에 연결된 한 쌍의 DC단자를 가지고 있다. 잘 알려진 바와 같이, DC/AC변환기는 인버터 회로를 구비하며, AC/DC변환기로부터 받은 직류 전류를, 유도 전동기와 같은 전동기에 공급되는 3상 교류 전류로 변환시키도록 구성되어 있다. 평활 회로(smoothing circuit)는 AC/DC변환기의 DC단자를 교차하여 연결되어 있다. 평활 회로는 평활 커패시터를 구비한다.
특히, 본 발명의 실시 예에 따른 D/A 컨버터(11)는 기존의 인버터에 사용되는 배터리와 인버터를 하나로 통합하여 제어한다. 여기서 배터리는 배터리 보호회로를 포함하는 배터리 충전기를 포함한다.
기존 엘리베이터의 로프 브레이크는 별도의 배터리 충전기를 사용하여 배터리를 충전하고, 충전된 배터리를 통해 비상 시 작업자의 선택에 의해 인버터를 동작시켜 로프 브레이크를 해제 후 엘리베이터의 비상운전을 시행했고 배터리는 연축전지를 이용했는데, 연축전지의 경우 완전 방전될 시 배터리의 수명이 감소하게 되기 때문에 10V 이하로 전압이 떨어질 경우, 출력을 차단하는 저전압 보호회로를 동작시켰기 때문에, 이로 인해 인버터는 비상 시 적기에 작동하지 못하고, 따라서 엘리베이터의 비상운전을 시행할 수 없는 위험한 상황이 발생할 수 있었다.
본 발명은 이와 같은 종래의 배터리 충전기와 인버터의 연결 구조를 개선시킴으로써, 비상 시에 인버터가 배터리의 낮은 충전전압으로 인해 오동작하는 현상을 가급적 방지할 수 있는 방안을 개시한다.
이를 위한 본 발명의 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치의 D/A 컨버터(11)는 도 2에 도시된 바와 같이 인버터부(110), 배터리 충전부(120) 및 컨버터부(130)를 포함하여 구성된다.
인버터부(110)는 엘리베이터의 동작을 특정 속도, 특정 토크 및 특정 슬립(slip)이 유지되도록 제어하기 위해 출력을 발생한다.
특히, 인버터부(110)는 비상 시(또는 정전시) 상기 배터리를 통해 동작하여 로프 브레이크를 해제함으로써 엘리베이터를 비상 운전되게 하는데, 본 발명의 인버터부(130)는 상시전원(AC 입력) 공급 시 인가되는 전원으로 배터리를 충전시키기 때문에 배터리가 방전될 위험을 훨씬 방지할 수 있다.
즉, 엘리베이터의 정상 동작시 동작을 위해 공급되는 전원을 이용하여 차후 인버터에 전원을 공급할 배터리를 상시 충전해둘 수 있다.
도 2를 참조하면, AC_IN_S, AC_IN_R와 같은 AC 입력전원이 배터리 충전부(120)로 공급되는 연결 구조를 확인할 수 있다.
이와 같은 연결 구조에 의해 본 발명의 실시 예에 따른 로프 브레이크 구동장치는 별도의 배터리 충전기를 이용하지 않고도, 상시전원(AC 전원) 공급 시 인가되는 전원으로 배터리를 통해 인버터를 동작시키므로, 배터리 방전에 의한 인버터의 이상동작 현상을 방지할 수 있다.
또한, 인버터 동작 스위치를 통해 AC 입력과 상관없이 배터리를 통한 인버터 동작을 수행할 수 있으며, 인버터 동작 중 배터리 상태를 체크하여 저전압일 경우, 배터리에 대한 보호회로를 동작시켜 출력을 제한하도록 한다.
배터리 충전부(120)는 상시전원 공급 시 인가되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리를 충전시킨다.
한편, AC 전원을 인가받아 충전되는 배터리 충전부(120)와 AC 전원 선로 사이에는 과도한 전류가 흐르지 못하도록 과전류를 자동적으로 차단하는 퓨즈 및 과전류 보호회로를 구비할 수 있다.
컨버터부(130)는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 회로 동작을 위한 상기 직류 전원을 공급한다.
도 3은 본 발명의 컨버터부의 상세한 회로를 도시한 회로도이다. 도 3을 참조하면, 컨버터부(130)는 DC+1/DC-1의 배터리 전압을 통해 T1에 전원을 공급한다. 그리고 컨버터부(130)는 U3??TL494를 이용하여 스위칭 동작을 수행한다. 스위칭 주파수는 U3의 CT, RTDP 의해 결정되고, IN1, IN2에 의한 비교기를 통해 출력 듀티(Duty)를 제어하며, 부스트 아웃(BOOST_OUT) 출력 전압을 결정한다. 결정된 BOOST_OUT 출력 전압은 인버터부(110)로 인가된다. 저항 RD11은 전류 검출 저항이며, TL494에 입력되어 과전류 발생 시 출력을 차단한다.
도 4는 본 발명의 배터리 충전부의 상세한 회로를 도시한 회로도이다. 도 4를 참조하면, 배터리 충전부(120)는 AC to DC Battery 전압공급회로로서, 플라이백 컨버터(FLY-BACK-Converter) 방식으로 출력 전압을 공급한다. 플라이백은 1차가 오프될 때 2차측 전류가 흐르면서 충전이 되는 방식으로, 간단하고 저렴한 방식이라 하겠다. 회로를 간단히 설명하자면, TC1의 2차측 전압을 피드백 귀환회로(A)를 통해 기준전압을 발생하여 BAP 출력에 정전압을 공급한다. 출력 전압은 RC9와 VR3+RC19에 의해 결정되어진다. Vout=Vref*(1+(RC9/(VR3+RC19))) (여기서, TL431 Vref는 2.5V) 이와 같은 전압공식에 의해 출력 전압이 정의된다.
도 5는 본 발명의 인버터부의 상세한 회로를 도시한 회로도이다. 도 5를 참조하면, 인버터부(110)는 컨버터부(130)에서 BOOST_OUT으로 승압된 DC 전압을 U1 SG3525 칩에서 TL494 회로와 마찬가지로 DC 전압을 스위칭 동작을 통해 모디파이 사인 웨이프(Modify Sine Wave) 파형으로 AC 전원을 공급하는 구조로 구성된다. 즉, 인버터(110)는 유사정현파(Modify Sine Wave)를 임의로 만들어 공급한다. U2 PIC16F616은 마이크로칩 MCU로 내부 동작 제어 및 출력 제어용으로 적용된다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치는 엘리베이터의 배터리를 상시 전원 공급 시에 충전하여 배터리 방전 상황을 방지함으로써, 배터리 충전전압이 낮아 인버터를 동작시키지 못하는 이상동작을 방지할 수 있다. 또한, 인버터 동작 중 배터리 상태를 체크하여 저전압에 대한 배터리 보호회로 동작 여부를 선택함으로써, 이상동작에 대한 오류를 줄일 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 설명하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 발명된 실시 예외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
110: 인버터부 120: 배터리 충전부
130: 컨버터부

Claims (7)

  1. 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 회로 동작을 위한 상기 직류 전원을 공급하는 컨버터부;
    상시전원 공급 시 인가되는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 배터리를 충전시키는 배터리 충전부; 및
    비상 시 상기 배터리를 통해 동작하여 로프 브레이크를 해제함으로써 엘리베이터를 비상 운전되게 하는 인버터부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인버터부는,
    인버터 동작 스위치를 통해 AC 입력과 상관없이 상기 배터리를 통한 인버터 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는, 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인버터부는,
    상기 인버터 동작 중 상기 배터리 상태를 체크하여 저전압에 대한 상기 배터리 보호회로 동작 여부를 선택하는 것을 특징으로 하는, 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 컨버터부는,
    인가된 배터리 전압을 비교기에 의한 출력 듀티 제어를 통해 전압이 승압된 부스트 아웃(BOOST_OUT) 출력 전압으로 상기 인버터부로 인가하는 것을 특징으로 하는, 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 컨버터부는,
    전류 검출 저항을 구비하여, 과전류 발생 시 상기 출력 전압을 차단하는 것을 특징으로 하는, 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 배터리 충전부는,
    1차가 오프될 때 2차측 전류가 흐르면서 충전이 되는 플라이백 컨버터 방식으로 출력전압을 공급하는 것을 특징으로 하는, 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 인버터부는,
    상기 컨버터부에서 부스트 아웃(BOOST_OUT)으로 승압된 DC 전압을 스위칭 동작을 통해 유사 정현파 파형(Modify Sine Wave)의 AC 전원으로 공급하는 것을 특징으로 하는, 엘리베이터의 로프 브레이크 동작용 배터리 및 인버터 통합장치.
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