KR101279460B1 - 전력이 제한된 엘리베이터 구조 동작에서 중력으로 구동되는 시작 단계 - Google Patents

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Abstract

엘리베이터 시스템(10)으로 공급되는 주 전력이 상실될 때, 백업 전력원(46)으로부터의 전력을 이용하여 자동화 구조 동작이 수행된다. 브레이크(28)를 들어올리고 엘리베이터 차체(12)를 중력에 의해 이동시킴으로써 층들 사이에서 정지된 엘리베이터에 대한 구조 운행이 개시된다. 차체(12)와 평형추(14) 간의 무게 불균형으로 인해 차체(12)가 이동하는 경우, 호이스트 모터(24)의 작동은 차체(12)의 감지된 이동과 동기화되어 전기를 발생시킨다. 차체(12)가 이동하지 않도록 무게가 균형잡힌 경우, 모터 토크를 인가하도록 호이스트 모터(12)에 백업 전력이 공급되어, 구조 운행 시 선택된 방향으로 차체(12)를 구동시킨다.

Description

전력이 제한된 엘리베이터 구조 동작에서 중력으로 구동되는 시작 단계{GRAVITY DRIVEN START PHASE IN POWER LIMITED ELEVATOR RESCUE OPERATION}
엘리베이터 시스템으로 공급되는 주 전력(main power)이 상실될 때, 엘리베이터 호이스트 모터(elevator hoist motor) 및 엘리베이터 차체(elevator car)와 연계된 비상 브레이크(emergency brake)로 공급되는 전력이 중단된다. 이는 호이스트 모터가 차체를 구동시키는 것을 정지하게 하며, [동력이 주어지는(energized) 동안 맞물림-해제되는(disengaged)] 비상 브레이크가 내려져(drop) 구동 샤프트와 맞물리게 된다. 그 결과로, 차체가 거의 즉시 정지된다. 이러한 정지는 엘리베이터 승강구 내의 어느 위치에서든 무작위로 발생할 수 있기 때문에, 층들 사이에서 엘리베이터 차체에 승객들이 갇힐 수 있다. 종래의 시스템들에서는, 유지보수 작업자가 브레이크를 해제(release)하고 캡 이동(cab movement)을 위 또는 아래로 제어하여 엘리베이터 차체를 가장 가까운 층으로 이동시킬 수 있을 때까지, 층들 사이에서 엘리베이터 차체에 갇힌 승객들이 기다려야 할 수도 있다. 이는, 유지보수 작업자가 도착하고 이러한 구조 동작을 수행할 수 있기 전까지 다소 시간이 소요될 수 있다.
자동화 구조 동작(automatic rescue operations: ARO)을 이용하는 엘리베이터 시스템들이 개발되었다. 이러한 엘리베이터 시스템들은 주 전력 장애(main power failure) 후 백업 전력(backup power)을 제공하여 엘리베이터 차체를 다음 층 승강장으로 이동시키도록 제어되는 백업 전력원(backup electrical power source)을 포함한다. 종래의 자동화 구조 동작 시스템들은 통상적으로 백업 비상 전력원으로 배터리를 사용한다. 이러한 시스템들은 구조 운행(rescue run)을 "가벼운(light)" 방향, 즉 승객이 탄 차체와 평형추(counterweight) 간의 무게 차이에 의해 중력이 차체를 이동시키려고 하는 방향으로 지향시키려고 시도한다. 자동화 구조 시스템은 부하 무게 측정 디바이스(load weighing device)를 이용하여 "가벼운" 방향을 판정한다. 부하 무게 측정 디바이스에 의해 감지된 부하 불균형(load imbalance)에 대해 반대 방향으로 토크(torque)를 인가하도록 유지 전류(hold current)가 호이스트 모터에 인가되어, 브레이크가 들어 올려지는 동안 엘리베이터 차체가 이동하지 않을 것이다. 브레이크가 들어 올려지고 나면, 부하 무게 측정 디바이스로부터 발생한 신호들에 의해 나타내어지는 바대로, 상기 시스템은 가벼운 방향으로 차체를 구동시키려고 시도한다. 차체의 최대 부하에 대한 피크 유지 전류(peak hold current)를 전달하도록, 공급 회로뿐만 아니라 배터리가 치수화되어야(dimensioned) 한다.
몇몇 경우들에는, 부하 무게 측정 디바이스들을 이용하여 가벼운 방향의 판정이 어려울 수 있다. 부하 무게 측정이 실패하여 가벼운 방향이 올바르지 않게 판정되거나, 부하 무게 측정 신호들이 잘못 해석된 경우, 무거운 방향으로 차체를 구동시키려는 시도가 행해질 수 있다. 이는 더 큰 피크 전류를 유발할 수 있으며, 에너지 소비를 증가시킬 수 있다.
자동화 구조 동작 시스템은 에너지 비축(energy reserve)을 고려해야 하며, 부하 무게 측정이 실패하고 "무거운" 방향으로 운행이 시도되는 경우 실패 처리 로직(failure handling logic)을 필요로 한다. 시작 단계(start phase)에, 그리고 "무거운" 방향으로 운행이 시도되는 실패 시나리오(failure scenario)에 요구되는 피크 전류 및 에너지 용량은, 시작 단계를 통과한 상태이고 엘리베이터가 "가벼운" 방향으로 이동하는 경우에 균형잡힌 부하(balanced load)를 이동시키거나 엘리베이터를 작동시키기 위한 요건들을 상당히 초과한다.
본 발명은 엘리베이터 구조 운행을 수행하는 방법 및 엘리베이터 시스템을 제공하고자 한다.
호이스트 모터에 유지 토크(holding torque)를 제공하지 않고 브레이크를 들어올림으로써 전력이 제한된 자동화 구조 운행이 수행된다. 차체와 평형추 사이에 상당한 무게 불균형이 존재하는 경우, 중력은 차체가 가벼운 방향으로 이동하게 할 것이다. 차체의 운동(motion) 속도 및 방향이 감지된다. 차체가 이동할 때, 모터가 가동되며, 차체의 진행중인 운동(ongoing motion)과 동기화된다. 차체가 자신의 목표 위치에 도달할 때까지, 모터의 동기화된 작동은 구조 운행을 제어한다. 차체 및 평형추가 균형잡혀 차체가 이동하지 않는 경우, 호이스트 모터에 백업 전력이 공급되어 선택된 방향으로 목표 행선지(target destination)를 향해 차체를 구동시킨다.
도 1은 전력이 제한된 자동화 구조 동작을 위해 중력으로 구동되는 시작 단계를 제공하는 엘리베이터 시스템의 블록도;
도 2는 도 1의 시스템에서의 자동화 구조 동작을 예시하는 흐름도;
도 3은 종래의 자동화 구조 동작 운행에 대한, 그리고 도 2에 예시된 자동화 구조 동작에 따른 구조 운행에 대한 배터리 전류, 모터 전류 및 차체 속력을 예시하는 그래프;
도 4는 구조 운행이 초기에 "무거운" 방향으로 시작되고, 이후 "가벼운" 방향으로 시작이 수행되는 종래의 자동화 구조 동작 시스템에 대한 속력, 모터 전류, 배터리 전류 및 전압 버스 피드백(voltage bus feedback)을 나타내는 그래프이다.
도 1은 중력으로 구동되는 시작 단계를 갖는 자동화 구조 동작 기능을 포함하는 엘리베이터 시스템(10)의 블록도이다. 엘리베이터 시스템(10)은 엘리베이터 차체(12), 평형추(14), 로프(roping: 16), 도르래들(18 및 20), 구동 시브(22), 호이스트 모터(24), 인코더(26), 브레이크(28), 브레이크 스위치들(30), 부하 무게 측정 디바이스(32), 재생 구동기(regenerative drive: 34), 엘리베이터 제어부(36), 전력 관리 시스템(38), 도어 시스템(40), 주 제어 변압기(42), 주 회로 차단기(main circuit breaker: 44), 백업 전력원(46), 릴레이(relay: 48)[릴레이 코일(50) 및 릴레이 접촉부들(52A, 52B 및 52C)을 포함함], 및 DC-대-AC 컨버터(DC-to-AC converter: 54)를 포함한다.
도 1에 도시된 도면에서는, 차체(12) 및 평형추(14)가 2:1 로프 구성으로 로프(16)으로부터 매달린다(suspended). 로프(16)는 고정된 부착부(56)로부터 아래쪽 도르래(18)로, 이후 위쪽 시브(22)를 거쳐, 아래쪽 도르래(20)로, 그리고 위쪽 부하 무게 측정 디바이스(32)로 그리고 고정된 부착부(58)로 연장된다. 1:1, 4:1, 8:1 등을 포함하여, 다른 로프 구성들이 사용될 수 있다.
시브(22)가 어느 한 방향으로 회전할 때, 엘리베이터 차체(12)는 위쪽으로 구동되고, 평형추(14)는 아래쪽으로 구동된다. 시브(22)가 이와 반대 방향으로 회전할 때, 차체(12)는 아래쪽으로 구동되고, 평형추(14)는 위쪽으로 구동된다. 평균 승객수 및 엘리베이터 차체(12)를 합친 무게와 거의 같도록 평형추(14)가 선택된다. 부하 무게 측정 디바이스(32)가 로프(16)에 연결되어, 차체(12)와 차체 승객들의 전체 무게의 표시를 제공된다. 부하 무게 측정 디바이스(32)는 로프(16) 위, 차체(12) 위, 차체(12)의 차체 플랫폼(car platform) 밑 등의 데드 엔드 힌지(dead end hinge)와 같은 다양하고 상이한 위치들에 위치될 수 있다. 부하 무게 측정 디바이스(32)는 재생 구동기(34)에 감지된 부하 무게를 제공한다.
구동 시브(22)는 호이스트 모터(24)에 연결되며, 이는 엘리베이터 차체(12)의 이동 방향 및 속도를 제어한다. 호이스트 모터(24)는, 예를 들어 영구 자석 동기기(permanent magnet synchronous machine)이며, 이는 모터 또는 발전기(generator) 중 어느 하나로서 작동할 수 있다. 모터로서 작동할 때, 호이스트 모터(24)는 재생 구동기(34)로부터 3-상(three-phase) AC 출력 전력을 수용하여 구동 시브(22)의 회전을 유도한다. 호이스트 모터(24)의 회전 방향은 3 개의 AC 전력 상(power phase)들의 상-관계(phase relationship)에 의존한다. 호이스트 모터(24)가 발전기로서 작동할 때, 구동 시브(22)는 호이스트 모터(24)를 회전시키고, 호이스트 모터(24)로부터 재생 구동기(34)로 AC 전력이 전달되게 한다.
또한, 인코더(26) 및 브레이크(28)가 호이스트 모터(24)의 샤프트에 장착된다. 인코더(26)는 재생 구동기(34)에 인코더 신호들을 제공하여, 재생 구동기(34)가 호이스트 모터(24)에 인가되는 펄스들을 동기화시켜, 모터 또는 발전기 중 어느 하나로서 호이스트 모터(24)를 작동시킨다.
브레이크(28)는 구동 시브(22) 및 모터(24)의 회전을 방지한다. 브레이크(28)는, 재생 구동기(34)에 의해 브레이크(28)에 전력이 전달될 때 모터 샤프트와 접촉하지 않게(out of contact) 유지되거나 들어 올려지는, 전기적으로 발동되는 브레이크(electrically actuated brake)이다. 브레이크(28)로부터 전력이 제거될 때, 브레이크가 내려지거나, 호이스트 모터(24)의 샤프트(또는 샤프트의 부착부)와 맞물려 회전을 방지한다. 브레이크 스위치들(30) 또는 다른 감지 디바이스들[예를 들어, 광학, 초음파, 홀-효과(hall-effect), 브레이크 전류 센서들]은 브레이크(28)의 상태를 모니터링하며, 재생 구동기(34)에 입력값들을 제공한다.
호이스트 모터(24)를 구동시키는데 요구되는 전력은 엘리베이터 차체(12)의 부하뿐만 아니라 엘리베이터 차체(12)의 이동 방향과 가속도에 따라 달라진다. 예를 들어, 엘리베이터 차체(12)가 가속되는 경우, 또는 평형추(14)의 무게보다 무거운 부하로 인해 위쪽으로 운행되거나, 평형추(14)의 무게보다 가벼운 부하로 인해 아래쪽으로 운행되는 경우, 재생 구동기(34)로부터 발생한 전력이 호이스트 모터(24)를 구동하는데 요구되며, 이는 구동 시브(22)를 회전시킨다. 엘리베이터 차체(12)가 레벨링(leveling)되거나 균형잡힌 부하로 인해 고정된 속도로 운행하는 경우, 재생 구동기(34)로부터 보다 적은 양의 전력이 호이스트 모터(24)에 의해 요구될 수 있다. 엘리베이터 차체(12)가 감속되는 경우, 또는 평형추(14)보다 무거운 부하로 인해 아래쪽으로 운행되거나, 평형추(14)보다 가벼운 부하로 인해 위쪽으로 운행되는 경우, 엘리베이터 차체(12)는 시브(22) 및 호이스트 모터(24)를 구동시킨다. 그 경우, 호이스트 모터(24)는 재생 구동기(34)로 공급되는 3-상 AC 전력을 발생시키는 발전기로서 작동한다.
정상 작동 조건들 하에서, 재생 구동기(34)는 전력 유틸리티 그리드(power utility grid)와 같은 주 전원장치(main power supply: MP)으로부터 3-상 AC 전력을 수용한다. 3-상 AC 전력은 주 회로 차단기(44)의 주 접촉부들(44A)을 통해 그리고 릴레이 접촉부들(52B)을 통해 재생 구동기(34)로 공급된다.
재생 구동기(34)는 3-상 전력 입력부(60), 스위치-모드 전원장치(switched-mode power supply: SMPS)(62), DC-대-DC 컨버터(64), 인터페이스(66), 브레이크 공급부(68)를 포함한다. 주 전원장치(MP)로부터의 3-상 전력은 3-상 전력 입력부(60)에 의해 수용되고, SMPS(62)로 전달된다. 3-상 입력 전력은 DC 버스에 DC 전력을 제공하도록 정류된다(rectified). DC 전력은 호이스트 모터(24)를 구동하는 AC 전력을 생성하도록 인버팅된다(inverted). 3-상 전력의 상실 시, DC 컨버터(64)는 SMPS(62)의 DC 버스에 백업 DC 전력을 제공하도록 작동한다. 구조 동작이 수행되어야 할 때, DC-대-DC 컨버터(64)는 릴레이 접촉부들(52)을 통해 백업 전력원(46)으로부터 전력을 수용하고, 백업 전원장치(46)로부터의 전압을 SMPS(62)의 DC 버스에 요구되는 전압 레벨로 변환한다.
재생 구동기(34)의 브레이크 공급부(68)는 주 제어 변압기(42)로부터[또는 대안적으로 SMPS(62)와 같은 다른 소스로부터] 전력을 수용하여, 브레이크(28)의 작동을 제어한다. 재생 구동기(34)는 인터페이스(66)를 통해 전력 관리 시스템(38) 및 엘리베이터 제어부(36)와 통신한다. 엘리베이터 제어부(36)는 재생 구동기(34)에 제어 입력값들을 제공하여, 승강로 내의 엘리베이터 차체(12)의 이동을 제어한다. 제어 입력값들은, 브레이크(28)를 언제 들어올려 차체(12)의 이동을 허용할 것인지, 그리고 브레이크(28)를 언제 내려 엘리베이터 차체(12)의 이동을 멈추게 할 것인지를 나타내는 명령들뿐만 아니라, 엘리베이터(12)를 언제 그리고 어느 방향으로 구동시킬 것인지에 관해 재생 구동기(34)에게 명령하는 명령들을 포함할 수 있다. 재생 구동기(34)는 전력 관리 시스템(38)으로부터 제어 입력값들을 수용하여, 백업 전원장치(46)로부터의 전력을 이용하여 자동화 구조 동작을 조정한다(coordinate).
엘리베이터 제어부(36)는 승강로 내에서의 엘리베이터 차체(12)의 이동을 제어한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 엘리베이터 제어부(36)는 인터페이스(70) 및 안전 체인(72)을 포함한다. 엘리베이터 제어부(36)는 인터페이스(70)를 통해 재생 구동기(34) 및 전력 관리 시스템(38)과 통신한다. 안전 체인(72)은 잠재적으로 불안전한 상태들(potentially unsafe conditions) 동안 승강로에서 차체(12)의 이동을 방지하는데 사용된다. 안전 체인(72)은 승강로 도어들의 작동과 연계된 스위치 접촉부들과, 엘리베이터 차체(12)가 이동되지 않아야 하는 상태들을 나타내는 다른 센서들을 포함할 수 있다. 감지 접촉부들 중 어느 것이 개방될 때, 안전 체인(72)이 끊어지며, 안전 체인(72)이 다시 닫힐 때까지 엘리베이터 제어부(36)는 작동을 억제한다. 엘리베이터 제어부(36)는 안전 체인(72)의 끊어짐(break)의 일부로서 재생 구동기(34)에 제어 입력값을 제공하여, 브레이크(28)를 내릴 수 있게 한다.
또한, 홀 호출 버튼(hall call button)들을 통해, 또는 엘리베이터 차체(12) 내의 제어 패널의 입력 디바이스들을 통해 수신된 사용자 명령들에 기초하여, 엘리베이터 제어부(36)는 입력값들을 수신한다. 엘리베이터 제어부(36)[또는 재생 구동기(34)]는 엘리베이터 차체(12)가 이동해야 하는 방향, 그리고 엘리베이터 차체(12)가 정지해야 하는 층을 판정한다.
전력 관리 시스템(38)은 인터페이스(80), 충전 제어부(82), 릴레이 제어부(84), 컨버터 전력 제어부(86), 구조 관리부(88), 그리고 충전 및 전력 관리 입력부(90)를 포함한다. 인터페이스(80)는 전력 관리 시스템(38)이 엘리베이터 제어부(36) 및 재생 구동기(34) 둘 모두와 통신하게 한다. 전력 관리 시스템(38)의 기능은, 재생 구동기(34) 및 엘리베이터 제어부(34)와 연계하여, 주 전원장치로부터의 3-상 전력이 상실되었을 때 백업 전력원(46)으로부터의 전력을 이용하여 엘리베이터 시스템(10)의 자동화 구조 동작을 제공하는 것이다.
전력 관리 시스템(38)의 충전 제어 입력부(82)는 백업 전원장치(46)의 전압을 모니터링한다. 구조 관리 입력부(88)는 보조 접촉부들(44B)의 상태를 모니터링함으로써 주 회로 차단기(44)의 상태를 모니터링한다. 충전 및 전력 관리 입력부(90)는 전력 관리 시스템(38)이 주 제어 변압기(42)로부터의 전력을 모니터링하게 하며, 이는 릴레이 접촉부들(52A)을 통해 도어 시스템(40) 및 주 제어 변압기(42)로 전력이 전달되고 있는지에 관한 표시를 제공한다.
전력 관리 시스템(38)이 자동화 구조 동작이 수행되어야 하는지를 판정할 때, 전력 관리 시스템(38)의 인터페이스(80)는 재생 구동기(34)의 인터페이스(66)에 제어 입력값을 제공한다. 제어 입력값은 재생 구동기(34)로 하여금 DC-대-DC 컨버터(64)를 이용하여 백업 전력원(46)으로부터의 전력을 변환하게 한다.
릴레이 제어부(84)는 릴레이 코일(50)에 전력을 선택적으로 제공함으로써 릴레이(48)의 상태를 제어한다. 릴레이 코일(50)이 릴레이 제어부(84)에 의해 동력이 주어질 때, 릴레이 접촉부들(52A, 52B 및 52C)은 엘리베이터 시스템(10)의 정상 작동 시 사용되는 제 1 상태로부터 자동화 구조 동작을 위해 사용되는 제 2 상태로 변화한다. 도 1에서, 릴레이 접촉부들(52A 내지 52C)은 엘리베이터 시스템(10)의 정상 작동과 연계된 제 1 상태로 도시되어 있다.
자동화 구조 동작 시, 전력 관리 시스템(38)의 컨버터 전력 및 제어 출력부(86)는 DC-대-AC 컨버터(54)를 가동시킨다. 백업 전력원(46)으로부터 충전 제어 입력부(82) 및 컨버터 전력 및 제어 출력부(86)를 통해 DC-대-AC 컨버터(54)의 DC 입력부로 전력이 공급된다.
전방 도어 시스템(92) 및 후방 도어 시스템(94)을 포함할 수 있는 도어 시스템(40)은 엘리베이터 차체(12)가 승강장에 있을 때 엘리베이터 및 승강로 도어들을 열고 닫는다. 도어 시스템(40)은 정상 작동 시 주 전원장치(MP)로부터 또는 자동화 구조 동작 시 DC-대-AC 컨버터(54)로부터 수용되는 단상 AC 전력(single phase AC power)을 사용한다.
주 제어 변압기(42)는 안전 체인(72)을 통해 엘리베이터 제어부(36)에 전력을 제공한다. 또한, 이는 충전 및 전력 관리 입력부(90)를 통해 전력 관리 시스템(38)에 전력을 제공한다. 이는 전력을 제공하여 충전 및 전력 관리 입력부(90) 및 충전 제어부(82)를 통해 백업 전원장치(46)를 충전한다. 재생 구동기(34)는 정상 주요 작동(normal mains operation) 시 접촉부들(52B) 및 입력부(60)를 통해, 그리고 백업 전력원(46)에 의해 접촉부들(52C)을 통해 전력 입력부(60) 및 DC-대-DC 컨버터(64)로 공급받는다. 주 제어 변압기(42)는 정상 작동 시 주 전원장치(MP)로부터 제공된 전력의 3 개의 상(three phases) 중 2 개를 이용한다. 자동화 구조 동작 시, 주 제어 변압기(42)는 AC-대-DC 컨버터(54)로부터 AC 전력의 2 개의 상들을 수용한다.
정상 작동 시, 엘리베이터 시스템(10)을 작동시키기 위한 전력은 주 전원장치(MP)에 의해 제공된다. 주 접촉부들(44A)이 닫히기 때문에, 3-상 AC 전력은 주 회로 차단기(44)를 통해 흐른다. 릴레이 접촉부들(52A)을 통해 도어 시스템(40) 및 주 제어 변압기(42)로 전력이 공급된다. 또한, 릴레이 접촉부들(52B)을 통해 재생 구동기(34)의 3-상 전력 입력부(60)로 3-상 전력이 전달된다. 엘리베이터 제어부(36), 전력 관리부(38) 및 재생 구동기(34)의 브레이크 시스템을 작동시키기 위한 전력은 릴레이 접촉부들(52A)을 통해 수용되는 전력에 기초하여 주 제어 변압기(42)에 의해 생성된다. 엘리베이터 제어부(36)에 의해 수신된 입력값들에 기초하여, 재생 구동기(34)는 승객들을 구조하기 위해 승강로 내에서 엘리베이터 차체(12)를 이동시키도록 작동된다.
정상 작동 시, 전력 관리 시스템(38)은 보조 접촉부들(44B)을 통해 주 회로 차단기(44)의 상태를 모니터링한다. 보조 접촉부들(44B)은 전력 관리 시스템(38)으로 하여금 주 회로 차단기(44A)가 닫힌 것인지를 검증하게 한다. 또한, 주 제어 변압기(42)로부터의 전력이 존재하는 경우, 전력 관리 시스템(38)은 정상 작동이 일어나고 있는지, 그리고 백업 전력원(46)이 요구되지 않는지를 판정한다.
주 회로 차단기(44)가 개방된 경우, 보조 접촉부들(44B)의 상태 변화가 일어난다. 이는 전력 관리 시스템(38)에 주 회로 차단기(44)가 개방되었다는 신호를 보낸다(signal). 통상적으로, 이는 서비스 기술자가 엘리베이터 시스템(10)을 작동중지한 상태임을 나타낸다. 이러한 상황들 하에서는, AC 전력이 더 이상 재생 구동기(34)에 이용될 수 없더라도, 자동화 구조 동작이 요구되지 않는다.
주 회로 차단기(44)가 닫혀 있지만, 주 제어 변압기(42)로부터 더 이상 전력이 이용될 수 없는 경우, 전력 관리 시스템(38)은 자동화 구조 동작을 개시한다(initiate). 릴레이 제어부(84)는 릴레이 코일(50)에 동력을 주며, 이는 접촉부들(52A, 52B 및 52C)이 상태를 변화시키게 한다. 자동화 구조 동작 시, 접촉부들(52A)은 도어 시스템(40) 및 주 제어 변압기(42)로부터 주 전원장치(MP)를 단절시킨다(disconnect). 대신, DC-대-AC 컨버터(54)는 릴레이 접촉부들(52A)을 통해 도어 시스템(40) 및 주 제어 변압기(42)로 연결된다.
릴레이 접촉부들(52B)은 주 전원장치(MP)가 재생 구동기(34)의 3-상 전력 입력부(60)로부터 단절되도록 상태를 변화시킨다. 자동화 구조 동작 시 접촉부들(52C)이 닫히므로, 백업 전원장치(46)는 DC-대-DC 컨버터(64)의 입력부 및 3-상 전력 입력부(60)에 연결된다.
자동화 구조 동작 시, 백업 전원장치(46)는 재생 구동기(34)에 의해 사용되는 전력을 제공하여, 승객들이 엘리베이터 차체(12)에서 빠져나올 수 있는 승강장으로 엘리베이터 차체(12)를 이동시킨다. 또한, 백업 전원장치(46)로부터의 전력은 DC-대-AC 컨버터(54)에 의해 AC 전력으로 변환되며, 도어 시스템(40) 및 주 전력 제어 변압기(42)에 전력을 제공하는데 사용된다. 자동화 구조 동작 시 주 제어 변압기(42)로부터의 전력은 엘리베이터 제어부(36)에 전력을 공급하고(power), 브레이크(28)의 작동을 제어하는데 사용하기 위해 브레이크 공급부(68)에 전력을 제공하는데 사용된다.
엘리베이터 시스템(10)으로 공급되는 주 전력이 상실될 때, 재생 구동기(34)로 공급되는 전력이 중단된다. 이는 호이스트 모터(24)가 엘리베이터 차체(12)를 구동시키는 것을 정지하게 한다. 또한, 전력의 상실은 브레이크(28)가 내려지게 하여, 엘리베이터 차체(12)의 이동이 거의 즉시 정지하게 한다. 전력의 상실이 무작위로 일어나기 때문에, 차체(12)는 층들 사이에서 정지될 수 있으며, 승객들이 차체(12) 내에 갇히게 된다.
엘리베이터 시스템(10)에 의해 제공되는 자동화 구조 동작은, 승객이 빠져나올 수 있도록 차체(12)가 인근 층으로 이동되게 한다. 유지보수 작업자가 브레이크를 해제하고 차체(12)의 이동을 인근 층으로 제어하는 것을 기다릴 필요없이, 자동화 구조 동작이 달성될 수 있다. 자동화 구조 동작을 위한 전력은 백업 전원장치(46)에 의해 제공되며, 이는 통상적으로 배터리이다. 예를 들어, 백업 전원장치(46)는 48 볼트 배터리일 수 있다. 자동화 구조 동작을 수행하는데 소모되는 전력량은 백업 전원장치(46)에 사용되는 배터리의 크기 및 비용에 영향을 준다. 여러 인자들은, 자동화 구조 동작 시 배터리의 최대 전류 수요뿐만 아니라, 배터리에 저장되는 요구되는 충전량을 포함한다. 요구되는 총 충전량을 줄이고 배터리의 최대 전류 요건들을 감소시키는 것은 배터리의 크기와 비용 둘 모두를 상당히 감소시킨다.
주 전력이 상실되고 차체(12)가 층들 사이에 갇힌 대부분의 경우들에서, 총 차체 무게[차체(12)의 무게와 차체 승객의 무게의 합]와 평형추(14) 간에 부하 불균형이 존재할 것이다. 평형추(14)가 더 무거운 경우, 위쪽으로의 차체(12)의 이동이 적은 전력을 요구할 "가벼운" 방향이고, 아래쪽은 더 많은 양의 전력을 요구하는 무거운 방향일 것이다. 반대로, 총 차체 무게가 평형추(14)보다 무거운 경우, 아래쪽으로의 차체(12)의 이동이 가벼운 방향이고, 위쪽으로의 이동이 무거운 방향이다.
전력이 제한된(즉, 배터리 공급의) 자동화 구조 동작은 호이스트 모터(24)에 유지 토크를 제공하지 않고 브레이크(28)를 들어올림으로써 시작된다. 차체(12)와 평형추(14) 사이에 상당한 부하 불균형이 존재하는 경우, 중력은 차체(12)를 가벼운 방향으로 이동시킬 것이다. 운동 방향 및 속도는 인코더(26)로부터의 신호들을 이용하여 식별될 수 있다. 호이스트 모터(24)가 발전기 모드로 작동할 수 있는 바람직하면서 여전히 낮은 속도 레벨에 도달할 때, SMPS(62)의 모터 구동 회로가 가동된다. 호이스트 모터(24)의 구동은 인코더 신호들에 기초하여 진행중인 운동과 동기화되며, 이는 모터 속도 및 회전자 위치 정보를 제공한다. 호이스트 모터(24)의 작동은 차체(12)의 진행중인 운동과 동기화되며, 차체(12)가 목표 위치에 도달할 때까지 구조 운행을 제어한다. 감속 전류를 절감하기 위해, 브레이크(28)가 사용되어, 목표 위치로 차체(12)를 느리게 이동하다 정지시킬 수 있다.
도 2는 자동화 구조 동작의 작동을 나타내는 흐름도이다. 전력 관리 시스템(38)이 [예를 들어, 주 제어 변압기(42)로부터의 전력의 상실을 검출함으로써] AC 전력이 상실된 상태이고, 주 회로 차단기(44)가 여전히 닫혀 있다고 판정할 때, ARO 작동(100)이 시작된다. 전력 관리 시스템(38)은 재생 구동기(34)에 제공되는 ARO 요구를 수신한다. 또한, 전력 관리 시스템(38)은 릴레이(48)를 제어하여, 주 전원장치(MP)가 아닌 백업 전력원(46)으로부터 전력이 공급된다.
ARO 요구에 응답하여, 재생 구동기(34)는 브레이크(28)를 들어 올린다(단계 104). 브레이크(28)를 들어올리기 위한 전력은 주 제어 변압기(42)에 의해 재생 구동기(34)에 제공되며, 이제 DC-대-AC 컨버터(54)로부터 AC 전력을 수용한다.
재생 구동기(34)는 인코더(34)로부터 인코더 신호들을 모니터링하여, 차체(12)가 이동하는지 여부를 판정한다(단계 106). 인코더 신호들이 차체가 이동하는 것을 나타내는 경우, 재생 구동기(38)는 인코더 신호들로부터 차체 이동 속도를 판정하고, 그 속도를 임계 속도와 비교한다(단계 108). 감지된 속도가 모터(24)를 발전기로서 작동시키는 임계값보다 낮은 경우, 재생 구동기(34)는 모터 토크를 생성하도록 호이스트 모터(24)에 전류를 인가하지 않는다. 대신, 그 속도가 임계값을 초과할 때까지, 재생 구동기(34)는 그 속도를 계속 모니터링하고, 이를 계속 임계값과 비교하며, 그 임계값에서 호이스트 모터(24)는, 호이스트 모터(24)로 공급되거나 호이스트 모터(24)에 의해 발생되는 전력이 충분히 낮은 작동 모드에 있을 것이다.
인코더(26)에 의해 감지되는 차체의 속도가 발전 임계값(generation threshold)을 초과할 때, 재생 구동기(34)는 호이스트 모터(24)와 고정자 구동 펄스(stator drive pulse)들을 동기화함으로써 모터 토크를 인가한다. 동기화는 인코더(26)로부터의 인코더 신호들을 이용하여 달성되며, 이는 호이스트 모터(24)의 회전자의 속도 및 위치를 나타낸다. 재생 구동기(34)는 제어 루프를 폐쇄하여, 자동화 구조 동작 시 원하는 범위 내로 차체(12)의 속도를 유지한다(단계 110).
브레이크(lift brake: 28)가 들어 올려진 후(단계 104), 단계 106에서 차 이동이 감지되지 않는 경우, 재생 구동기(34)는 타임아웃 기간(timeout period)이 경과했는지를 판정한다(단계 112). 타임아웃 기간이 경과할 때까지, 재생 구동기(34)는 차체 이동을 계속 모니터링한다. 그 속도가 임계값에 도달하지 않고 타임아웃 기간이 경과했으면, 재생 구동기(34)는 균형잡힌 부하 상태가 존재한다고 판정한다(단계 114). 그 후, 엘리베이터 제어부(36)에 의해 나타난 바와 같이 바람직한 방향으로 자동화 구조 동작 운행이 행해지도록, 재생 구동기(34)는 모터 토크를 인가한다. 바람직한 방향은, 예를 들어 가장 가까운 층을 향할 수 있거나, 비상 출구로 접근할 수 있는 층을 향할 수 있다. 단계 114에서 재생 구동기(34)가 모터 토크를 인가하기 시작하면, 이는 자동화 구조 동작 시 차체(12)의 속도(speed car 12)가 유지되는 단계 110으로 진행한다.
엘리베이터 제어부(36)는 도어 구역 센서(door zone sensor)들을 모니터링하여, 도어 구역에 도달했는지를 판정한다(단계 116). 도어 구역에 도달했을 때, 엘리베이터 제어부(36)는 재생 구동기(34)에 신호를 보내, 호이스트 모터(24)를 통해 감속 토크를 인가한다. 감속 토크는 백업 전원장치(46)에 대해 정의된 배터리 제한치들 내에서 인가된다(단계 118).
재생 구동기(34)는 인코더 신호들을 모니터링하여 차체(12)가 정지했는지를 판정하고, 엘리베이터 제어부(36)는 도어 구역 센서들을 모니터링하여 중간 도어 구역(mid door zone)이 차체(12)에 도달되었는지를 판정한다(단계 120). 차체(12)가 정지했거나 중간 도어 구역이 도달되었으면, 재생 구동기(34)는 브레이크(28)를 내린다(단계 122).
중력으로 구동되는 시작 단계[또는 "자유롭게-회전하는 시작(free-rolling start)"]에서의 자동화 구조 동작은 백업 전원장치(46)와 연계된 공간 및 비용을 절약한다. 이는 백업 공급부(46)에 대한 에너지 저장 요건들뿐만 아니라, 피크 공급 전류 요건들을 감소시킨다. ARO 회로[예를 들어, 릴레이(48) 및 DC-대-AC 컨버터(54)]뿐만 아니라, 백업 전원장치(46) 둘 모두로부터 절약이 달성될 수 있다. 부하 무게 측정 디바이스(32)가 고장 또는 오작동인 경우, 자유롭게-회전하는 시작의 이용은 무거운 방향으로 운행하는 잘못된 시도들을 회피한다.
도 3은 브레이크를 들어올릴 때 유지 전류를 인가하는 것을 수반하는 ARO 운행의 "종래의 시작"과 ARO 운행의 "자유롭게-회전하는 시작"의 작동을 비교한 그래프이다. 종래의 시작은 배터리 전류(IB1), 모터 전류(IM1) 및 속력(V1)에 의해 예시된다. 자유롭게-회전하는 시작 ARO 운행은 배터리 전류(IB2) 및 속력(V2)에 의해 예시된다.
ARO 운행에 대한 종래의 시작에서, 부하가 부하 무게 측정 디바이스로부터의 신호들에 기초할 것인지에 관한 추정(estimate)이 행해진다. 그 정보에 기초하여, 브레이크가 여전히 내려져 있는 동안, 부하 모터가 사전-토크된다(pretorqued). 모터 전류(IM1)는 음인 한편, 배터리 전류(IB1)는 양이다. 브레이크가 이 시간 주기에 여전히 내려져 있기 때문에, 속력(V1)은 0이다.
시간 t1과 시간 t2 사이에, 브레이크가 들어 올려졌다. 속력(V1)은 대략 시간 t2에서 0으로부터 증가하기 시작한다. 이와 동시에, 배터리 전류(IB1)가 감소하기 시작하며, 전류(IM1)의 크기 또한 감소한다[더 적은 값의 음이 된다(less negative)]. 호이스트 모터가 발전기로서 구동되기 시작함에 따라, 배터리 전류(IB1)는 0으로 감소한다.
본 발명의 자유롭게-회전하는 시작을 이용하면, 유지 토크를 인가하기 위해 배터리 전류 및 모터 전류가 사용되지 않는다. 대신, 차체(12)와 평형추(14) 사이에 부하 불균형이 존재하면, 브레이크(28)가 들어 올려지고, 차체(12)가 가벼운 방향으로 이동하기 시작한다. 속력(V2)이 대략 시간 t2에서 증가하기 시작하며, 이는 브레이크(28)가 들어 올려지고 차체(12)가 자유롭게 이동하는 시점이다. 차체(12)가 이동하고 임계 속력에 도달한다고 가정하면, 호이스트 모터(24)를 발전기로서 작동시키기 위해 배터리 전류(IB2)가 공급된다. 하지만, IB2의 피크 전류는 IB1의 피크 전류보다 상당히 낮다. 또한, SMPS(62)의 DC 버스로 다시 재생된 에너지를 제공하도록 호이스트 모터(24)가 발전기로서 작용함에 따라, 전류(IB2)가 감소하기 시작한다.
도 3에서 빗금친 영역(S)은 본 발명의 자유롭게-회전하는 시작 ARO 시스템을 이용하여 모은(sheaves) 배터리 용량 절약을 나타낸다. 빗금친 영역은 종래 시작에서 배터리에 의해 전달되는 충전량 대(versus) 자유롭게-회전하는 시작에서 배터리에 의해 전달되는 충전량의 차이를 나타낸다.
피크 전류(IB1p)와 피크 전류(IB2p) 간의 차이는 본 발명으로 달성되는 배터리 전류 피크 감소를 나타낸다. 요구되는 배터리 용량과 요구되는 피크 전류를 모두 감소시킴으로써, 백업 전원장치(46)의 등급(class) 및 크기의 절약이 달성될 수 있다.
도 4는 시스템이 가벼운 방향이 아닌 무거운 방향으로 구조 운행을 잘못 시도할 때 자동화 구조화 작업의 종래의 시작의 효과를 나타낸다. 도 4에서, 시스템은 초기에 무거운 방향으로 운행을 시도한 후, 가벼운 방향으로 시작을 시도한다. 무거운 방향으로의 시작을 위한 속력(VH), 모터 전류(IMH) 및 배터리 전류(IBH)는 시간 t1과 시간 t2 사이의 시간 구간에 나타나 있다. 가벼운 방향으로의 후속한 시작은 시간 t3에서 시작한다. 속력(VL), 모터 전류(IML) 및 배터리 전류(IBL)가 나타나 있다. 무거운 방향으로의 시작을 위한 배터리 전류(IBH)와 가벼운 방향으로의 시작을 위한 배터리 전류(IBL)의 비교는 ARO 운행이 무거운 방향으로 잘못 시도되는 경우에 발생할 수 있는 에너지의 상당한 낭비를 나타낸다. 이는, 예를 들어 부하 무게 측정 디바이스의 오작동의 결과로, 또는 부하 무게 측정 디바이스로부터의 모호한 판독(ambiguous readings)의 결과로, 종래의 시작 ARO 시스템에서 발생할 수 있다.
자유롭게-회전하는 시작 ARO는 무거운 방향으로 시작이 시도되는 상황들을 회피한다. 브레이크를 해제하고, 차체(12) 및 평형추(14)를 중력의 결과로 이동시킨 후, 이동 방향 및 속도를 감지함으로써, 본 발명의 ARO 시스템은 부하 무게 측정 디바이스(32)의 적절한 기능성(functioning)에 의존하지 않고 이동 방향을 판정한다. 그 결과, 무거운 방향으로 차체(12)를 구동하는 잘못된 시도들이 회피된다.
앞서 설명된 실시예에서는, 차체(12)의 이동을 감지하기 위해, 그리고 차체(12)의 이동과 호이스트 모터(24)의 작동을 동기화하는데 사용되는 신호들을 제공하기 위해, 인코더(26)가 사용된다. 다른 실시예들에서는, 호이스트 모터(24) 자체로부터의 간접적인 방법에 의해[예를 들어, 회전자 위치를 판정하기 위해 백(back) EMF 또는 인덕턴스 변동들(inductance variations)을 관찰함으로써], 또는 (기계, 초음파, 레이저 또는 다른 광학 기반 센서들과 같은) 모터(24)와 독립적인 차체 위치의 센서들을 이용함으로써, 차체(12)의 운동이 감지될 수 있다. 이러한 감지는 신호(또는 신호들)를 생성하여 시스템이 차체(12)의 운동을 관찰할 수 있게 한다.
본 발명은 바람직한 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 범위 및 기술적 사상을 벗어나지 않고 형태 및 세부사항들의 변형이 행해질 수 있음을 알 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 주 전력이 중단될 때 백업 전력원(backup power source)으로부터의 전력을 이용하여 엘리베이터 구조 운행을 수행하는 방법에 있어서,
    브레이크로 엘리베이터 차체를 제 자리에(in position) 유지하는 단계;
    중력에 의해 상기 차체를 이동시키도록 상기 브레이크를 들어올림으로써 구조 운행을 개시하는 단계;
    상기 차체의 이동을 감지하는 단계;
    상기 차체가 이동하지 않는 경우, 모터 토크(motor torque)를 인가하도록 모터에 백업 전력(backup power)을 공급하여, 상기 구조 운행 시 선택된 방향으로 상기 차체를 구동시키는 단계; 및
    상기 차체가 이동하는 경우, 상기 모터에 백업 전력을 공급하여, 감지된 이동 방향으로 상기 구조 운행 시 상기 차체의 감지된 이동과 상기 모터의 작동을 동기화함으로써 모터 토크를 생성하는 단계를 포함하는 엘리베이터 구조 운행 수행 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차체가, 상기 모터가 상기 모터로 공급되거나 상기 모터에 의해 생성되는 전력이 낮은 작동 상태에 있을 속도에 도달할 때, 상기 차체의 감지된 이동과 상기 모터의 작동을 동기화함으로써 상기 모터 토크가 공급되는 엘리베이터 구조 운행 수행 방법.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 엘리베이터 시스템에 있어서,
    엘리베이터 차체;
    평형추;
    시브(sheave);
    상기 차체 및 상기 평형추를 매달고(suspending) 상기 시브를 거쳐 연장된 로프(roping);
    샤프트가 상기 시브에 연결된 호이스트 모터;
    상기 엘리베이터 차체의 운동(motion)을 나타내는 신호를 제공하는 센서;
    상기 샤프트의 회전을 방지하는 브레이크;
    주 전력이 상실될 때를 검출하고 백업 전력을 제공하는 전력 관리 시스템;
    상기 호이스트 모터의 작동을 제어하는 구동기를 포함하고, 상기 구동기는, 주 전력의 상실에 반응하여, 상기 엘리베이터 차체를 중력에 의해 이동시키도록 상기 브레이크를 들어올림으로써 자동화 구조 운행을 개시하고, 상기 구조 운행 시 상기 엘리베이터 차체가 중력에 의해 이동하는 동안 상기 호이스트 모터를 발전기로서 작동시키도록 모터 토크를 인가하며, 상기 구조 운행 시 상기 엘리베이터 차체가 중력에 의해 이동될 수 없는 경우, 상기 호이스트 모터를 모터로서 작동시키도록 모터 토크를 인가하여 상기 엘리베이터 차체를 구동시키는 엘리베이터 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 구조 운행 시 상기 차체가 중력에 의해 이동함에 따라, 상기 구동기는 상기 차체의 감지된 운동과 상기 호이스트 모터의 작동을 동기화함으로써 상기 모터 토크를 인가하는 엘리베이터 시스템.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 엘리베이터 차체가 도어 구역에 도달할 때, 상기 구동기는 감속 모터 토크를 인가하여, 상기 엘리베이터 차체의 이동을 느리게 하는 엘리베이터 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 차체가 정지하거나 중간 도어 구역 위치에 도달할 때, 상기 구동기는 상기 브레이크를 내리는 엘리베이터 시스템.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 구동기는 상기 구조 운행 시 속도를 원하는 범위 내로 유지하도록 상기 모터 토크를 제어하는 엘리베이터 시스템.
  14. 엘리베이터 구조 운행을 수행하는 방법에 있어서,
    브레이크로 엘리베이터 차체를 제자리에 멈추게 한(held in position) 주 전력의 중단을 감지하는 단계;
    상기 차체를 중력에 의해 이동시키도록 상기 브레이크를 들어올림으로써 구조 운행을 개시하는 단계;
    상기 차체의 이동을 감지하는 단계;
    상기 차체가 중력에 의해 이동하지 않는 경우, 모터 토크를 인가하도록 백업 전력원으로부터 모터로 백업 전력을 공급하여, 상기 구조 운행 시 상기 차체를 선택된 방향으로 구동시키는 단계; 및
    상기 차체가 중력에 의해 이동하는 경우, 상기 모터에 백업 전력을 공급하여, 감지된 이동 방향으로 상기 구조 운행 시 상기 차체의 감지된 이동과 상기 모터의 작동을 동기화함으로써 모터 토크를 생성하는 단계를 포함하는 엘리베이터 구조 운행 수행 방법.
  15. 제 1 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 차체의 이동을 감지하는 단계는 호이스트 모터의 회전자의 회전의 함수로서 신호들을 발생시키는 단계를 포함하는 엘리베이터 구조 운행 수행 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 모터 토크를 생성하는 단계는 상기 모터를 발전기로서 작동시키도록 상기 호이스트 모터에 고정자 구동 펄스들을 인가하는 단계를 포함하는 엘리베이터 구조 운행 수행 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 고정자 구동 펄스들을 인가하는 단계는 상기 회전자의 회전과 동기화되는 엘리베이터 구조 운행 수행 방법.
  18. 제 1항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 차체가 도어 구역에 도달할 때를 판정하는 단계; 및
    감속 모터 토크를 인가하여 상기 차체의 이동을 느리게 하는 단계를 더 포함하는 엘리베이터 구조 운행 수행 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 차체가 정지하거나 중간 도어 구역 위치에 도달할 때, 상기 브레이크를 내리는 단계를 더 포함하는 엘리베이터 구조 운행 수행 방법.
  20. 제 1 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 구조 운행 시 속도를 원하는 범위 내로 유지하도록 상기 모터 토크를 제어하는 단계를 더 포함하는 엘리베이터 구조 운행 수행 방법.
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