KR20190000258A - 엘리베이터 회생 전원의 관리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 엘리베이터의 전원 관리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 동작 모드에 따라 정상 동작 모드에서 엘리베이터의 구동 중 발생하는 회생 전원을 배터리의 충전량에 기초하여 배터리에 충전하거나 외부로 공급하며, 비상 동작 모드에서 배터리에 충전된 회생 전원을 엘리베이터의 비상 구동에 사용할 수 있으며, 배터리에 충전된 전원을 직접 엘리베이터의 내부 보조 장치의 구동에 사용하여 외부로부터 내부 보조 장치의 구동 에너지를 공급받는 것보다 에너지 효율을 높일 수 있는 엘리베이터의 전원 관리 장치에 관한 것이다.

Description

엘리베이터 회생 전원의 관리 장치{Apparatus for managing regenerated energy at elevator}

본 발명은 엘리베이터의 전원 관리 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 동작 모드에 따라 정상 동작 모드에서 엘리베이터의 구동 중 발생하는 회생 전원을 배터리의 충전량에 기초하여 배터리에 충전하거나 외부로 공급하며, 비상 동작 모드에서 배터리에 충전된 회생 전원을 엘리베이터의 비상 구동에 사용할 수 있으며, 배터리에 충전된 전원을 직접 엘리베이터의 내부 보조 장치의 구동에 사용하여 외부로부터 내부 보조 장치의 구동 에너지를 공급받는 것보다 에너지 효율을 높일 수 있는 엘리베이터의 전원 관리 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 종래의 엘리베이터 교류전동기의 제어시스템에 있어서는 3상 다이오드 정류회로를 이용하여 전원부로부터의 교류전원을 직류전원으로 변환한 후 인버터를 이용하여 전동기의 모터부(40)를 구동하는 방식을 사용하였다.

이때, 다이오드 정류회로의 특성상 에너지의 회생이 불가능하므로 제동저항을 반드시 필요로 하게 되는 한편, 인버터에서 회생되는 순시 에너지의 흡수를 위해 리액티브(Reactive) 에너지 저장 소자로 직류단(DC Link)에 대용량의 전해 커패시터를 사용하게 된다.

건물의 엘리베이터는 평소 자체 소비전력을 보완할 수 있으며, 특히 비상 시 전원공급이 끊기더라도 별도의 비상전원 없이 구동 가능한 새로운 회생 운전 시스템의 개발이 필요하게 되었다.

엘리베이터의 운행 중 발생하는 전원, 즉 회생 전원을 재이용하고자 하는 기술이 제안되고 있는데, 건물에 설치된 엘리베이터가 고층에서 하층으로 운행될 때 엘리베이터의 고속 하강시 와이어로프와 연결된 발전기를 구동시켜 낙하에너지를 전기에너지로 변환시킨다. 이렇게 생산된 전원은 평시 전력소비가 많은 엘리베이터 내부 비상등과 보조전원, 예비전원으로 사용되며 비상시에는 축전지에 저장된 전원을 활용해 엘리베이터를 구동시킨다.

한국등록특허 제10-0948519호(이하, '종래 특허'라 언급)에는 양방향 정류회로를 이용하여 엘리베이터의 운행 중 발생되는 회생 전원을 재이용하는 엘리베이터 구동용 인버터 시스템이 개시되어 있는데, 종래 특허에서는 엘리베이터의 운행 중 발생되는 회생 전원을 인버터와 양방향 정류회로를 이용하여 외부로 공급하기 때문에 인버터와 양방향 정류회로를 통해 회생 전원을 변환하는 과정에서 에너지 손실이 발생하며 다시 엘리베이터에서 필요한 전원은 전원부로부터만 직접 공급을 받기 때문에 회생 전원을 효율적으로 사용할 수 없다는 문제점을 가진다.

본 발명은 위에서 언급한 종래 엘리베이터의 회생 장치가 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 엘리베이터의 운행 중 발생하는 회생 전원을 재이용할 수 있는 엘리베이터의 회생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 목적은 동작 모드에 따라 정상 동작 모드에서 엘리베이터의 구동 중 발생하는 회생 전원을 배터리의 충전량에 기초하여 배터리에 충전하거나 외부로 공급하며 비상 동작 모드에서 배터리에 충전된 회생 전원을 엘리베이터의 비상 구동에 사용할 수 있는 엘리베이터의 회생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 또 다른 목적은 배터리에 충전된 전원을 직접 엘리베이터의 내부 보조 장치의 구동에 사용하여 외부로부터 내부 보조 장치의 구동 에너지를 공급받는 것보다 에너지 효율을 높이며 회생 전원을 사용할 수 있는 엘리베이터 회생 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 엘리베이터 회생 장치는 양방향 정류부와, 양방향 정류부로부터 입력되는 직류전원으로부터 엘리베이터의 모터를 구동하는데 사용되는 구동 전원을 생성하는 인버터부와, 엘리베이터 모터에서 생성되는 회생 전원을 배터리에 저장하며 정상 동작 모드에서 배터리의 충전량에 따라 배터리를 충전하거나 배터리의 충전 전원을 외부로 공급하며 비상 동작 모드에서 배터리의 충전 전원을 인버터부로 제공하여 엘리베이터의 비상 구동에 사용 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 본 발명에 따른 엘리베이터의 회생 장치에서 제어부는 정상 동작 모드에서 배터리의 충전량이 설정된 제1 임계값을 초과하는 경우 양방향 정류부로 배터리의 충전 전원을 공급 제어하며, 양방향 정류부는 상기 배터리의 충전 전원을 AC로 변환하여 외부로 공급하는 것을 특징으로 한다.

여기서 제어부는 정상 동작 모드에서 배터리의 충전량이 설정된 제2 임계값을 초과하는 경우, 엘리베이터의 내부 보조 장치로 배터리의 충전 전원을 공급 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 엘리베이터의 회생 장치는 동작 모드에 따라 정상 동작 모드에서 엘리베이터의 구동 중 발생하는 회생 전원을 배터리의 충전량에 기초하여 배터리에 충전하거나 외부로 공급하며 비상 동작 모드에서 배터리에 충전된 회생 전원을 엘리베이터의 비상 구동에 사용함으로써, 엘리베이터의 동작 모드와 배터리의 충전량에 따라 구분하여 회생 전원을 사용할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 엘리베이터의 회생 장치는 배터리에 충전된 전원을 직접 엘리베이터의 내부 보조 장치의 구동에 사용함으로써, 외부로부터 엘리베이터의 내부 보조 장치의 구동 에너지를 공급받는 것보다 높은 에너지 효율로 회생 전원을 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 엘리베이터의 회생 장치를 설명하기 위한 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 엘리베이터의 회생 장치를 설명하기 위한 회로도의 일 예를 도시하고 있다.
도 3은 배터리 충전량에 따른 회생 관리부의 동작 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 회생 관리부의 일 예를 설명하기 위한 기능 블록도이다.

본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적 용어는 본 발명에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 발명에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다.

또한, 본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 발명에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계를 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 엘리베이터의 회생 장치를 설명하기 위한 기능 블록도이고, 도 2는 본 발명에 따른 엘리베이터의 회생 장치를 설명하기 위한 회로도의 일 예를 도시하고 있다.

도 1과 도 2를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 전원부(110)는 외부로부터 3상 입력전원을 구동부(130)로 제공하며, 구동부(130)는 3상 입력전원으로부터 엘리베이터를 구동하는 모터부(170)로 구동 전원을 제공한다. 바람직하게, 전원부(110)로부터 구동부(130)로 구동 전원을 제공하기 전, 필터링부(120)는 3상 전원을 필터링하여 3상 전원에 포함되어 있는 고조파 성분을 감쇄 필터링한다.

구동부(130)는 양방향 정류부와 인버터를 구비하는데, 양방향 정류부는 필터링된 3상 전원을 정류하여 직류 전원으로 변환하며, 인버터는 정류된 직류 전원으로부터 모터부(170)를 구동하기 위한 주파수의 구동 전원을 생성한다.

일반적으로 엘리베이터는 승객을 태우고 위로 이동하거나 승객을 태우지 않고 아래로 이동하는 경우 에너지를 소비하는 소비 구동 동작을 수행하며, 승객을 태우지 않고 위로 이동하거나 승객을 태우고 아래로 이동하는 경우 에너지를 소비하지 않고 에너지를 생성하는 생성 구동 동작을 수행한다. 즉, 모터부(170)는 엘리베이터가 소비 구동 동작을 수행하는 경우 모터링(Motoring) 동작이 이루어져 구동부(130)의 구동 전원을 소비하며, 엘리베이터가 생성 구동 동작을 수행하는 경우 제너레이팅(Generating) 동작이 이루어져 회생 전원을 생성한다.

구동부(130)는 모터부(150)에서 생성 구동 동작이 이루어지는 경우, 구동부(130)의 인터버는 생성된 회생 전원을 회생 관리부(150)로 제공하여 회생 전원으로 회생 관리부(150)의 배터리를 충전하거나 회생 전원을 양방향 정류부를 통해 외부로 공급하도록 한다.

회생 관리부(150)는 모터부(170)가 소비 구동 동작 또는 생성 구동 동작을 하는지를 모니터링하며, 생성 구동 동작을 하는 경우 생성된 회생 전원을 외부로 공급 제어하거나 배터리를 충전 제어하거나 배터리에 충전된 전원을 엘리베이터의 내부 보조 장치로 제공 제어한다.

도 3을 참고로 회생 관리부의 동작을 보다 구체적으로 살펴보면, 회생 관리부(150)는 모터부(170)가 생성 구동 동작을 수행하는 경우, 회생 관리부(150)에 구비되어 있는 배터리의 충전량을 모니터링한다. 배터리의 충전량이 제1 임계값(TH₁)을 초과하지 않는 경우, 생성된 회생 전원을 배터리에 충전하여 배터리의 충전량이 제1 임계값(TH₁)을 초과할 때까지 배터리를 충전한다. 여기서 제1 임계값(TH₁)의 전원은 정전 등의 비상시 엘리베이터를 비상 제동하는데 소요되는 전원 크기를 의미한다.

한편, 회생 관리부(150)는 모터부(170)가 생성 구동 동작을 수행하는 경우 배터리의 충전량이 제1 임계값(TH₁)을 초과하는 경우 엘리베이터의 내부 보조 장치, 예를 들어 전등, 공기순환기, 스피커 등의 구동 전원을 배터리로부터 공급되도록 제어한다.

한편, 회생 관리부(150)는 모터부(170)가 생성 구동 동작을 수행하는 경우 배터리의 충전량이 제2 임계값(TH₂)을 초과하는 경우 모터부(170)가 생성한 회생 전원을 양방향 정류부를 통해 외부로 공급되도록 제어한다. 이러한 경우 회생 관리부(150)는 배터리의 충전량을 계속해서 모니터링하며, 배터리의 충전량이 제2 임계값(TH₂) 이하인 경우 외부로 공급되는 회생 전원을 차단 제어하고, 다시 배터리를 충전하도록 제어한다.

도 4는 본 발명에 따른 회생 관리부의 일 예를 설명하기 위한 기능 블록도이다.

도 4를 참고로 보다 구체적으로 살펴보면, 모니터링부(151)는 배터리(153)의 충전량을 실시간으로 모니터링하며, 모니터링한 배터리(153)의 충전량에 대한 정보를 제어부(155)로 제공한다.

제어부(155)는 엘리베이터가 정상 동작 모드로 운행하는지 아니면 비상 동작 모드로 운행하는지 판단하며, 엘리베이터의 동작 모드와 배터리의 충전량에 따라 스위칭부(159)의 동작을 제어한다. 제어부(155)의 동작을 보다 구체적으로 살펴보면, 정상 동작 모드로 엘리베이터가 운행하는 경우 모니터링한 배터리(153)의 충전량에 따라 엘리베이터의 운행 중 생성되는 회생 전원을 배터리(153)에 충전하거나 엘리베이터의 내부 보조 장치로 제공하거나 외부로 공급 제어한다. 즉, 정상 동작 모드로 엘리베이터가 운행하며 모니터링한 배터리(153)의 충전량이 제1 임계값 이하인 경우, 엘리베이터의 운행 중 생성되는 회생 전원이 배터리(153)를 충전하도록 스위칭부(159)를 제어한다. 정상 동작 모드로 엘리베이터가 운행하며 모니터링한 배터리(153)의 충전량이 제1 임계값을 초과하고 제2 임계값 이하인 경우 엘리베이터의 운행 중 생성되는 회생 전원으로 배터리(153)를 충전하는 대신 회생 전원이 엘리베이터의 내부 보조 장치를 구동하는 전원으로 이용되도록 스위칭부(159)를 제어한다. 정상 동작 모드로 엘리베이터가 운행하며 모니터링한 배터리(153)의 충전량이 제2 임계값을 초과하는 경우 엘리베이터의 운행 중 생성되는 회생 전원을 엘리베이터의 내부 보조 장치의 구동 전원으로 제공함과 동시에 외부로 제공되도록 스위칭부(159)를 제어한다.

한편, 제어부(155)는 엘리베이터가 비상 동작 모드로 운행하는 경우, 즉 외부로부터 엘리베이터로 공급되는 전원이 차단되는 정전 상태인 경우, 스위칭부(159)를 제어하여 배터리(153)에 충전되어 있는 충전 전원이 엘리베이터의 모터부로 공급되도록 한다. 따라서 엘리베이터는 비상 동작 모드에서 배터리(153)에 충전되어 있는 충전 전원을 이용하여 비상 동작이 가능하다.

바람직하게, 제1 임계값은 고정된 값인 반면 제2 임계값은 인터페이스부(157)를 통해 입력된 사용자 명령에 따라 설정될 수 있는데, 사용자는 외부에서 공급되는 상용 전원의 비용에 기초하여 제2 임계값을 조절하여 선택적으로 생성된 회생 전원을 엘리베이터의 내부 보조 장치의 구동 전원으로 사용하거나 외부로 공급하여 생성된 회생 전원을 재판매할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

110: 전원부 120: 필터링부
130: 구동부 150: 회생 관리부
170: 모터부 190: 내부 보조 장치
151: 모니터링부 153: 배터리부
155: 제어부 157: 인터페이스부
159: 스위칭부

Claims (3)

1. 양방향 정류부;
   상기 양방향 정류부로부터 입력되는 직류전원으로부터 엘리베이터의 모터를 구동하는데 사용되는 구동 전원을 생성하는 인버터부; 및
   상기 엘리베이터 모터에서 생성되는 회생 전원을 배터리에 저장하며, 정상 동작 모드에서 배터리의 충전량에 따라 배터리를 충전하거나 배터리의 충전 전원을 외부로 공급하며 비상 동작 모드에서 배터리의 충전 전원을 상기 인버터부로 제공하여 엘리베이터의 비상 구동에 사용 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 전원 관리 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 정상 동작 모드에서 상기 배터리의 충전량이 설정된 제1 임계값을 초과하는 경우 상기 양방향 정류부로 상기 배터리의 충전 전원을 공급 제어하며,
   상기 양방향 정류부는 상기 배터리의 충전 전원을 AC로 변환하여 외부로 공급하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 전원 관리 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제어부는
   상기 정상 동작 모드에서 상기 배터리의 충전량이 설정된 제2 임계값을 초과하는 경우, 엘리베이터의 내부 보조 장치로 상기 배터리의 충전 전원을 공급 제어하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터의 전원 관리 장치.

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