KR102155627B1 - Elevator wireless power control apparatus - Google Patents
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Abstract
본 발명은 엘리베이터 무선전력 제어 장치에 관한 것으로, 엘리베이터의 부하 변화와 무관하게 일정한 전류원으로 동작하여 상기 엘리베이터에 필요한 무선전력을 공급하는 무선전력 송신부, 각각은 상기 엘리베이터를 포함하고 상기 일정한 전류원을 기초로 인버스 드룹(inverse droop) 제어를 수행하여 상기 엘리베이터에 필요한 전력을 각각 독립적으로 제어하는 적어도 하나의 무선전력 수신부 및 상기 무선전력 송신부 및 상기 적어도 하나의 무선전력 수신부 각각에 연결되고 상기 일정한 전류원의 형성을 위해 라인 임피던스의 크기를 제어하는 보상 네트워크부를 포함한다. 따라서, 본 발명은 무선전력 송수신부 간 통신을 통하지 않고 적어도 하나의 엘리베이터 차량에 일정한 전력 전달을 보장할 수 있다.The present invention relates to an elevator wireless power control device, a wireless power transmission unit that operates as a constant current source and supplies wireless power necessary for the elevator regardless of changes in the load of the elevator, each comprising the elevator and based on the constant current source. At least one wireless power receiving unit that independently controls power required for the elevator by performing inverse droop control, and connected to each of the wireless power transmitting unit and the at least one wireless power receiving unit, and forming the constant current source It includes a compensation network to control the magnitude of the line impedance. Accordingly, the present invention can ensure constant power transfer to at least one elevator vehicle without communication between the wireless power transmission and reception units.
Description
본 발명은 엘리베이터 무선전력 제어 기술에 관한 것으로 보다 상세하게는, 송수신부 간 통신을 통하지 않고 적어도 하나의 엘리베이터 차량에 일정한 전력 전달을 보장하는 엘리베이터 무선전력 제어 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an elevator wireless power control technology, and more particularly, to an elevator wireless power control device that ensures constant power delivery to at least one elevator vehicle without passing through communication between transmission and reception units.
로프리스 엘리베이터 시스템들(ropeless elevator systems)로서도 지칭되는, 자체-추진식 엘리베이터 시스템들은, 로프트 시스템(roped system)을 위한 대부분의 로프가 극단적으로 무겁고 단일 승강로 내에 다수의 엘리베이터가 존재하도록 요구되는 특정한 애플리케이션들(예를 들어, 고층 건물들)에서 유용하다. 엘리베이터 카들은 전형적으로 환기, 조명 시스템들, 제어 유닛들, 통신 유닛들을 위해 그리고 예를 들어, 엘리베이터 카 제어기상에 설치되는 배터리들을 재충전하기 위해 전력을 필요로 한다. 기존 시스템들은 이동 엘리베이터 카를 엘리베이터 승강로를 따라 분산되는 전력선들과 연결하기 위해 이동 케이블들 또는 집전 장치들/슬라이더들을 사용한다.Self-propelled elevator systems, also referred to as ropeless elevator systems, are specific applications where most ropes for a lofted system are extremely heavy and require multiple elevators within a single hoistway. Useful in (for example, high-rise buildings). Elevator cars typically require electric power for ventilation, lighting systems, control units, communication units and to recharge batteries installed on, for example, elevator car controllers. Existing systems use moving cables or current collectors/sliders to connect the mobile elevator car with the power lines distributed along the elevator hoistway.
한국공개특허 제10-2017-0024562 (2017.03.07)호는 승강로에 배치되고 이를 따라 이동하도록 배열되는 엘리베이터 카 및 엘리베이터 카에 장착되고 기전력을 유도하고 전압 또는 전류를 출력하도록 구성되는 이차 공진 코일, 및 승강로를 따라 분산되고 복수의 공진 코일의 일차 공진 코일이 이차 공진 코일에 인접하고 선택적으로 가압될 때 이차 공진 코일에 전력을 전송하도록 구성되는 복수의 일차 공진 코일을 포함하는 무선 전력 전달 시스템을 포함한다. 무선 전력 전달 시스템의 제어 시스템은 복수의 일차 공진 코일을 선택 및 가압하도록 구성되고, 각 스위치가 복수의 일차 공진 코일의 각각의 일차 공진 코일과 관련된 복수의 스위치를 포함할 수 있다. 복수의 스위치는 엘리베이터 카의 위치와 관련된 복수의 일차 공진 코일 중 선택된 일차 공진 코일에 가압하기 위해 선택적으로 폐쇄하도록 구성된다.Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2017-0024562 (2017.03.07) is a secondary resonance coil mounted on an elevator car and an elevator car arranged to move along and arranged on a hoistway and configured to induce an electromotive force and output a voltage or current, And a wireless power transfer system comprising a plurality of primary resonance coils distributed along the hoistway and configured to transmit power to the secondary resonance coil when the primary resonance coil of the plurality of resonance coils is adjacent to the secondary resonance coil and is selectively pressurized. do. The control system of the wireless power transfer system is configured to select and pressurize a plurality of primary resonance coils, and each switch may include a plurality of switches associated with each primary resonance coil of the plurality of primary resonance coils. The plurality of switches are configured to selectively close to pressurize a selected primary resonant coil among a plurality of primary resonant coils associated with the position of the elevator car.
한국공개특허 제10-2017-0027311 (2017.03.09)호는 승강로에 배치되고, 이를 따라 이동하도록 배열되는 엘리베이터 카를 포함한다. 엘리베이터 시스템의 선형 추진 시스템은 엘리베이터 카를 추진하도록 구성 및 배열되고, 정지 구조물에 의해 일반적으로 규정되는 승강로에 체결되고 이를 따라 분산되는 복수의 일차 코일을 포함한다. 엘리베이터 시스템의 무선 전력 전달 시스템은 엘리베이터 카에 유도에 의해 전력을 전달하도록 구성된다. 무선 전력 전달 시스템은 엘리베이터 카에 장착되는 이차 코일을 포함하고, 일차 코일들에 의한 기전력으로 유도되며 엘리베이터 카용 전력을 출력하도록 구성된다. 엘리베이터 시스템의 통신 시스템은 통신 데이터 신호를 교환하기 위해 이차 코일 및 복수의 일차코일을 이용하도록 구성된다.Korean Patent Publication No. 10-2017-0027311 (2017.03.09) includes an elevator car disposed on a hoistway and arranged to move along it. The linear propulsion system of an elevator system comprises a plurality of primary coils configured and arranged to propel an elevator car and being fastened to and distributed along a hoistway generally defined by a stationary structure. The wireless power delivery system of the elevator system is configured to deliver power by induction to the elevator car. The wireless power transmission system includes a secondary coil mounted on an elevator car, is induced by electromotive force by the primary coils, and is configured to output power for the elevator car. The communication system of the elevator system is configured to use a secondary coil and a plurality of primary coils to exchange communication data signals.
본 발명의 일 실시예는 송수신부 간 통신을 통하지 않고 적어도 하나의 엘리베이터 차량에 일정한 전력 전달을 보장하는 엘리베이터 무선전력 제어 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an elevator wireless power control device that guarantees constant power delivery to at least one elevator vehicle without communication between the transmitting and receiving units.
본 발명의 일 실시예는 전압 지령의 제어를 통해서 엘리베이터의 부하 변화와 관계없이 무선전력 송신부를 일정한 전류원으로 동작하도록 제어하는 엘리베이터 무선전력 제어 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an elevator wireless power control device that controls a wireless power transmitter to operate as a constant current source regardless of a change in the load of the elevator through the control of a voltage command.
본 발명의 일 실시예는 직렬 커새피터를 연결하여 임피던스를 보상하고 무선전력 송신부를 일정한 전류원으로 동작하게 하는 엘리베이터 무선전력 제어 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an elevator wireless power control device that compensates for impedance by connecting a serial connector and makes the wireless power transmitter operate as a constant current source.
본 발명의 일 실시예는 엘리베이터 각각이 무선전력 송신부와 통신하지 않고 독립적으로 필요한 전력을 제어하는 엘리베이터 무선전력 제어 장치를 제공하고자 한다.An embodiment of the present invention is to provide an elevator wireless power control device that independently controls required power without each elevator communicating with a wireless power transmitter.
실시예들 중에서, 엘리베이터 무선전력 제어 장치는 엘리베이터의 부하 변화와 무관하게 일정한 전류원으로 동작하여 상기 엘리베이터에 필요한 무선전력을 공급하는 무선전력 송신부, 각각은 상기 엘리베이터를 포함하고 상기 일정한 전류원을 기초로 인버스 드룹(inverse droop) 제어를 수행하여 상기 엘리베이터에 필요한 전력을 각각 독립적으로 제어하는 적어도 하나의 무선전력 수신부 및 상기 무선전력 송신부 및 상기 적어도 하나의 무선전력 수신부 각각에 연결되고 상기 일정한 전류원의 형성을 위해 라인 임피던스의 크기를 제어하는 보상 네트워크부를 포함한다.Among the embodiments, the elevator wireless power control device operates as a constant current source irrespective of changes in the load of the elevator, and a wireless power transmission unit that supplies the necessary wireless power to the elevator, each comprising the elevator and inverses based on the constant current source. Connected to each of at least one wireless power receiver and the wireless power transmitter and the at least one wireless power receiver each independently controlling the power required for the elevator by performing inverse droop control, and to form the constant current source It includes a compensation network unit for controlling the magnitude of the line impedance.
상기 무선전력 송신부 및 상기 무선전력 수신부는 엘리베이터 하강 운동 시 발생하는 회생에너지를 활용하기 위해 양방향 무선전력전송이 가능하도록 능동형 전력반도체로 구성될 수 있다.The wireless power transmitter and the wireless power receiver may be configured of an active power semiconductor to enable two-way wireless power transmission in order to utilize regenerative energy generated during an elevator descending motion.
상기 무선전력 송신부는 출력 전압의 크기 및 위상의 제어를 통해 라인 전류를 상기 일정한 전류원으로 제어하는 전류 제어 모듈을 포함할 수 있다.The wireless power transmitter may include a current control module for controlling a line current to the constant current source through control of the magnitude and phase of the output voltage.
상기 전류 제어 모듈은 실제 전류를 산출하는 전류 산출부, 지령 전류의 크기 및 위상과 상기 실제 전류의 크기 및 위상의 가감을 각각 제어하는 오차 제어부 및 상기 오차에 대한 PI 제어를 수행하고 상기 출력 전압의 크기 및 위상을 각각 결정하는 PI 제어부를 포함할 수 있다.The current control module includes a current calculation unit that calculates an actual current, an error control unit that controls the magnitude and phase of the command current, and the difference between the magnitude and phase of the actual current, and PI control for the error, and It may include a PI control unit that determines the magnitude and phase, respectively.
상기 무선전력 수신부는 유무효 전력(유효 전력 및 무효 전력)의 제어를 통해 상기 인버스 드룹 제어를 수행하는 전력 제어 모듈을 포함할 수 있다.The wireless power receiver may include a power control module that performs the inverse droop control through control of active and reactive power (active power and reactive power).
상기 전력 제어 모듈은 전압의 크기를 통해 유효 전력을 제어하고, 전압의 위상을 통해 무효 전력을 제어하되, 실제 유무효 전력을 계산하여 산출하는 유무효 전력 산출부, 지령 유무효 전력과 상기 실제 유무효 전력의 가감을 제어하여 오차를 산출하는 오차 제어부, 상기 오차에 대한 PI 제어를 수행하고 각각 출력 전압 크기 및 위상을 결정하는 PI 제어부 및 상기 출력 전압의 위상의 부호를 통해 전력의 전송 방향을 제어하는 전송 방향 제어부를 포함할 수 있다.The power control module controls the active power through the magnitude of the voltage, controls the reactive power through the phase of the voltage, and calculates and calculates the actual active and reactive power, the command active power and the actual active power. An error control unit that calculates an error by controlling the addition or reduction of reactive power, a PI control unit that performs PI control on the error and determines the magnitude and phase of the output voltage, respectively, and the direction of power transmission through the sign of the phase of the output voltage It may include a transmission direction control unit.
상기 보상 네트워크부는 상기 무선전력 송신부 및 상기 적어도 하나의 무선전력 수신부 각각에 직렬로 연결되는 보상 커패시터로 구현될 수 있다.The compensation network unit may be implemented as a compensation capacitor connected in series to each of the wireless power transmitter and the at least one wireless power receiver.
개시된 기술은 다음의 효과를 가질 수 있다. 다만, 특정 실시예가 다음의 효과를 전부 포함하여야 한다거나 다음의 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.The disclosed technology can have the following effects. However, since it does not mean that a specific embodiment should include all of the following effects or only the following effects, it should not be understood that the scope of the rights of the disclosed technology is limited thereby.
본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 무선전력 제어 장치는 송수신부 간 통신을 통하지 않고 적어도 하나의 엘리베이터 차량에 일정한 전력 전달을 보장할 수 있다. 이를 통해, 통신 라인을 제거하고 뭔가 절감 및 유지 보수 비용의 저감을 이룰 수 있다. 또한, 추후 엘리베이터 차량을 2대 이상으로 확장도 간편하게 할 수 있다.The elevator wireless power control apparatus according to an embodiment of the present invention may ensure constant power delivery to at least one elevator vehicle without communication between the transceivers. Through this, it is possible to eliminate the communication line and achieve some savings and lower maintenance costs. In addition, it is possible to conveniently expand the number of elevator vehicles to two or more in the future.
본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 무선전력 제어 장치는 전압 지령의 제어를 통해서 엘리베이터의 부하 변화와 관계없이 무선전력 송신부를 일정한 전류원으로 동작하도록 제어할 수 있다.The elevator wireless power control apparatus according to an embodiment of the present invention may control the wireless power transmitter to operate as a constant current source regardless of a change in the load of the elevator through the control of a voltage command.
본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 무선전력 제어 장치는 직렬 커새피터를 연결하여 임피던스를 보상하고 무선전력 송신부를 일정한 전류원으로 동작하게 할 수 있다.The elevator wireless power control apparatus according to an embodiment of the present invention may compensate for impedance by connecting a serial connector and cause the wireless power transmitter to operate as a constant current source.
본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 무선전력 제어 장치는 엘리베이터 각각이 무선전력 송신부와 통신하지 않고 독립적으로 필요한 전력을 제어하도록 할 수 있다.The elevator wireless power control apparatus according to an embodiment of the present invention may allow each elevator to independently control required power without communicating with the wireless power transmitter.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 무선전력 제어 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 있는 엘리베이터 무선전력 제어 장치의 무선전력 송신부의 전류 제어 모듈의 블록도이다.
도 3a는 일정한 전류원으로 동작하는 무선전력 송신부로부터 무선전력 수신부로 전달되는 전력의 산출과정을 보여주는 회로도이다.
도 3b는 도 1에 있는 엘리베이터 무선전력 제어 장치의 무선전력 수신부의 전력 제어 모듈의 블록도이다.
도 4(a)는 도 1에 있는 엘리베이터 무선전력 제어 장치의 전력 전달 코일의 구성을 보여주는 도면이고, 도 4(b)는 일 실시예에 따른 엘리베이터 무선전력 제어 장치의 시물레이션 결과를 보여주는 도면이다.1 is a view showing an elevator wireless power control apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram of a current control module of a wireless power transmission unit of the elevator wireless power control device of FIG. 1.
3A is a circuit diagram illustrating a process of calculating power transmitted from a wireless power transmitter operating as a constant current source to a wireless power receiver.
3B is a block diagram of a power control module of a wireless power receiver of the elevator wireless power control device of FIG. 1.
FIG. 4(a) is a diagram showing the configuration of a power transmission coil of the elevator wireless power control device of FIG. 1, and FIG. 4(b) is a view showing a simulation result of the elevator wireless power control device according to an embodiment.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiments can be modified in various ways and have various forms, the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only those effects, the scope of the present invention should not be understood as being limited thereto.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of terms described in the present application should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from other components, and the scope of rights is not limited by these terms. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" to another component, it should be understood that although it may be directly connected to the other component, another component may exist in the middle. On the other hand, when it is mentioned that a certain component is "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. On the other hand, other expressions describing the relationship between the constituent elements, that is, "between" and "just between" or "neighboring to" and "directly neighboring to" should be interpreted as well.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions are to be understood as including plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as “comprise” or “have” refer to implemented features, numbers, steps, actions, components, parts, or It is to be understood that it is intended to designate that a combination exists and does not preclude the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (for example, a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of each step, and each step has a specific sequence clearly in context. Unless otherwise stated, it may occur differently from the stated order. That is, each of the steps may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
본 발명은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현될 수 있고, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광 데이터 저장 장치 등이 있다. 또한, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.The present invention can be embodied as computer-readable codes on a computer-readable recording medium, and the computer-readable recording medium includes all types of recording devices storing data that can be read by a computer system. . Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, and optical data storage devices. Further, the computer-readable recording medium is distributed over a computer system connected by a network, so that the computer-readable code can be stored and executed in a distributed manner.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms defined in commonly used dictionaries should be construed as having meanings in the context of related technologies, and cannot be construed as having an ideal or excessive formal meaning unless explicitly defined in the present application.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 엘리베이터 무선전력 제어 장치를 나타내는 도면이다. 도 1a는 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)를, 도 1b는 도 1a의 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)의 보상 네트워크부(130)를 단일의 보상 커패시터로 구현한 도면이다.1 is a view showing an elevator wireless power control apparatus according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a diagram illustrating an elevator wireless
도 1을 참조하면, 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)는 무선전력 송신부(110), 무선전력 수신부(120) 및 보상 네트워크부(130)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the elevator wireless
엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)는 엘리베이터의 구동 시 필요한 전력을 무선으로 전달할 수 있다. 보다 구체적으로, 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)는 무선전력 송신부(110)와 무선전력 수신부(120) 간의 자기 결합을 통해 무선 전력 전송을 구현할 수 있다. 일 실시예에서, 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)는 무선전력 송신부(110)와 무선전력 수신부(120) 간의 통신을 수행하지 않고, 하나의 무선전력 송신부(110)에서 적어도 하나의 무선전력 수신부(120)에 무선으로 전력을 공급하고, 복수의 무선전력 수신부(120)들은 직렬로 연결되며, 수동 소자의 최소화를 위해 스위칭 주파수로 전력을 전달하되 양방향 전력 전달이 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)는 엘리베이터 하강 운동시 발생하는 회생에너지를 활용하기 위해 무선전력 송신부 및 무선전력 수신부를 양방향 무선전력전송이 가능하도록 능동형 전력반도체로 구성할 수 있다. 여기에서, 전력반도체는 엘리베이터가 필요한 최소한의 전력으로 구동될 수 있도록 전력을 제어, 유지해주는 역할을 하는 것으로서, IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 SiC(탄화규소)반도체 등으로 구현될 수 있다. 일 실시예에서, 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)는 무선전력 송신부(110)와 무선전력 수신부(120)를 모두 풀브릿지 회로(H-Bridge)로 구성할 수 있다. 여기에서 H-Bridge 회로는 전동기의 순방향과 역방향을 제어하는 정역제어를 위해 하드웨어적으로 구성된 회로에 해당할 수 있다. 보다 구체적으로, 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)는 무선전력 송신부(110)의 라인 전류를 제어하기 위한 H-브리지와 보상 네트워크부(130a), 무선전력 수신부(120)의 전력 제어를 위한 H-브리지와 보상 네트워크부(130b, 13c) 및 엘리베이터(부하1 또는 부하2, 10)로 구성될 수 있다.The elevator wireless
일 실시예에서, 무선전력 송신부(110)는 엘리베이터(10)의 부하 변화와 무관하게 일정한 전류원으로 동작하여 엘리베이터(10)에 필요한 무선전력을 공급할 수 있다. 무선전력 송신부(110)는 위상과 듀티를 제어함으로써 일정한 전류원으로 동작할 수 있다. 보다 구체적으로 무선전력 송신부(110)는 그림1과 같이 라인 전류를 일정한 전류원으로 제어할 수 있다.In one embodiment, the wireless
[그림1][Picture 1]
무선전력 송신부(110)는 직류 전압원으로 이루어질 수 있으며, 운전 조건에 따라 하나 또는 두개 이상의 무선전력 수신부(120)와 연결될 수 있다. 여기에서, 무선전력 수신부(120)는 엘리베이터(10)를 포함하여 무선전력 송신부(110)에서 바라보았을 때 직렬로 연결된 가변 부하로 나타나므로 적어도 하나의 무선전력 수신부(120)를 독립적으로 운전하도록 하기 위해서 무선전력 송신부(110)는 일정한 전류원과 같이 동작해야 한다. 일 실시예에서, 무선전력 송신부(110)는 출력 전압의 크기 및 위상을 제어하여 일정한 전류원으로 동작할 수 있다. 보다 구체적으로, 무선전력 송신부(110)는 출력전압의 크기와 위상의 제어를 통해 라인 전류를 일정하게 제어하여 무선전력 수신부(120)를 독립적으로 운전하도록 할 수 있다. 무선전력 송신부(110)는 전류 제어 모듈(112)을 통해 일정한 전류원으로 동작할 수 있다. 전류 제어 모듈(112)에 관한 자세한 설명은 도 2를 참조한다.The
무선전력 수신부(120)는 각각의 직류단 전압을 합성하며 각각의 엘리베이터(10) 부하를 갖고 있다. 무선전력 수신부(120)는 전압의 크기 및 위상 가변을 통해 전달받는 파워를 제어하여 각각의 직류단 전압을 제어한다. 즉, 적어도 하나로 구성되는 무선전력 수신부(120)는 각각 엘리베이터(10)를 포함하고 일정한 전류원을 기초로 인버스 드룹(inverse droop)제어를 수행하여 엘리베이터(10)에 필요한 전력을 독립적으로 제어할 수 있다. 여기에서, 인버스 드룹 제어는 드룹 제어의 변형 형태에 해당할 수 있다. 드룹(droop) 제어는 마이크로 그리드와 같은 분산형 계통에서 주로 쓰이는 제어 방법이다. 분산형 전원에서는 중심이 되는 큰 계통에서 분리된 시스템이기 때문에 기준이 되는 전압과 주파수를 갖는 계통이 보이지 않게 되고, 따라서 이 때는 기준에 의존하지 않고 각자의 전원에서 P(유효전력)과 Q(무효전력)을 제어하게 된다. 이때 사용되는 것이 드룹 제어에 해당한다. 본 발명에 따른 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)는 별도의 통신을 수행하지 않아 무선전력 수신부(120)에서 무선전력 송신부(110)의 전압 정보를 알 수 없기 때문에 기존의 드룹 제어를 사용할 수 없다. 따라서, 무선전력 수신부(120)는 무선전력 수신부(120)측의 전압과 전력을 제어하는 인버스 드룹 제어을 이용할 수 있다.The
일 실시예에서, 무선전력 수신부(120)는 무선전력 송신부(110)와 별도의 통신을 하지 않기 때문에 초기 동작시 위상을 검출(detection)하기 위한 계산 과정을 수행할 수 있다. 이후, 무선전력 수신부(120)는 유효전력 및 무효전력의 제어를 통해 일정한 전류원에 해당하는 무선전력 송신부(110)의 동작에 맞춰서 필요한 전력을 제어할 수 있다. 즉, 적어도 하나의 무선전력 수신부(120)는 각각의 엘리베이터를 무선전력 송신부(110)와 통신없이 전달되는 전력을 독립적으로 제어할 수 있다. 무선전력 수신부(120)는 엘리베이터 운전의 효율을 높이기 위해 무효전력(Q)을 0에 가깝게 제어할 수 있다. 무선전력 수신부(120)는 결과적으로 무선전력 송신부(110)의 전력 공급을 기초로 스스로 필요한 전력을 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 무선전력 수신부(120)는 전력 제어 모듈(122)을 통해 엘리베이터(10)에 필요한 전력을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 전력 제어 모듈(122)은 유효 전력(P) 및 무효 전력(Q)의 제어를 통해 인버스 드룹 제어를 수행할 수 있다. 자세한 설명은 도3을 참조한다.In an embodiment, since the
보상 네트워크부(130)는 무선전력 송신부(110) 및 적어도 하나의 무선전력 수신부(120) 각각에 연결되고 일정한 전류원의 형성을 위해 라인 임피던스의 크기를 제어할 수 있다. 여기에서, 무선전력 송신부(110)의 H 브릿지의 출력 전압의 기본파 크기는 수학식1과 같다. 즉, 출력 전압의 최대 크기는 DC-Link 전압에 의해서 결정될 수 있다.The
[수학식1][Equation 1]
예를 들어, 보상 네트워크부(130)는, 엘리베이터(10)에 12.5kW의 전력을 전송하기 위해 무선전력 송신부(110)의 전류의 크기가 70A 이상이 되어야 하는데, 현재 라인 임피던스의 크기가 일정 전류원을 만들기 너무 큰 경우 라인 임피던스를 줄이는 제어를 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 필요한 무선전력 송신부(110)의 라인 전류의 크기가 70A이고 입력 DC-Link 전압이 600V이라고 가정하면 최대 출력 가능 전압은 764V이다. 그리고, 엘리베이터 차량 2대 중 1대가 동작하고 있다고 가정하면 임피던스는 j9.35+j9+j(9/2.26)=j20.15에 해당할 수 있다. 그런데, 70A를 제어하기 위해서 필요한 전압은 1410.5V이다. 따라서, 보상 네트워크부(130)는 라인 임피던스를 줄여주어야 한다. 도 1b에서, 보상 네트워크부(130)는 무선전력 송신부(110) 및 무선전력 수신부(120) 각각에 직렬로 연결되는 보상 커패시터(132)로 구현될 수 있다. 예를 들어, 보상 네트워크부(130)는 아래 그림2와 같이 직렬 커패시터를 추가적으로 연결하여 라인 임피던스를 감소시킬 수 있다.For example, in order to transmit 12.5kW of power to the
[그림2][Picture 2]
도 2는 도 1에 있는 엘리베이터 무선전력 제어 장치의 무선전력 송신부의 전류 제어 모듈의 블록도이다.2 is a block diagram of a current control module of a wireless power transmission unit of the elevator wireless power control device of FIG. 1.
도 2를 참조하면, 전류 제어 모듈(112)은 전류 산출부(210), 오차 제어부(220) 및 PI 제어부(230)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the
전류 제어 모듈(112)은 엘리베이터(10)의 부하의 변화에 따라 달라지는 임피던스와 무관하게 일정한 전류원을 제어하기 위해 출력 전압의 크기와 위상을 제어할 수 있다. 전류 산출부(210)는 실제 전류를 산출할 수 있다. 여기에서, 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)의 스위칭 주파수는 20kHz에 해당할 수 있다. 한편, 한 주기 동안 전류 센싱은 DSP(Digital Signal Processing)) 연산 속도에 의해서 최대 80kHz 정도로 제한되고, sin파 전류를 복원 하기위해서 별도의 계산이 필요하다. 이론적으로 sin파를 복원하기 위해서는 π/2 간격의 두 지점을 샘플링 하면 되지만 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)의 경우 전류의 고조파 영향을 최소화하기 위해서 아래의 그림 3과 같이 네 지점을 샘플링 하고 크기와 위상에 대해서 평균 값을 취할 수 있다. 즉, 그림 3과 같이 스위칭 주기마다 화살표 표시된 네 지점에서 전류를 샘플링 할 수 있다. π/2 간격으로 샘플링 된 전류는 아래의 수학식2를 이용하여 전류의 크기(A)와 위상 (θx)를 구할 수 있다.The
[그림3][Picture 3]
[수학식2][Equation 2]
오차 제어부(220)는 지령 전류의 크기 및 위상과 산출된 실제 전류의 크기 및 위상의 가감을 각각 제어할 수 있다. 일 실시예에서, 오차 제어부(220)는 일정한 전류원으로 제어하기 위해 고정된 지령 전류 및 위상 각각에 대해서 실제 전류 및 위상의 오차를 검출할 수 있다.The
PI 제어부(230)는 오차에 대한 PI(Proportional-Integral) 제어를 수행하고 출력 전압의 크기 및 위상을 각각 결정할 수 있다. 보다 구체적으로, PI 제어부는 전류의 크기에 대한 오차의 PI 제어를 통해 출력 전압의 크기를 결정하고, 전류의 위상에 대한 오차의 PI 제어를 통해 출력 전압의 위상을 결정할 수 있다. 여기에서, 출력 전압은 무선전력 수신부(120)의 지령 전압에 해당할 수 있다. 지령 전압의 듀티(duty)값은 아래의 수학식3을 통해 산출할 수 있다.The
[수학식3][Equation 3]
보다 구체적으로, 전류 제어 모듈(112)은 출력 전압의 크기의 변화를 통해 전류의 크기를 제어하고, 출력 전압의 위상을 변화시켜 전류의 위상을 제어할 수 있다. More specifically, the
도 3a는 일정한 전류원으로 동작하는 무선전력 송신부로부터 무선전력 수신부로 전달되는 전력의 산출과정을 보여주는 회로도이고, 도 3b는 도 1에 있는 엘리베이터 무선전력 제어 장치의 무선전력 수신부의 전력 제어 모듈의 블록도이다.FIG. 3A is a circuit diagram showing the calculation process of power transmitted from the wireless power transmitter operating as a constant current source to the wireless power receiver, and FIG. 3B is a block diagram of the power control module of the wireless power receiver of the elevator wireless power control device in FIG. to be.
일 실시예에서, 무선전력 송신부(110)는 일정한 전류원(ip)으로 제어되고, 무선전력 수신부(120)로 전달되는 무선전력은 도 3a의 회로도로부터 산출될 수 있다. 도 3a를 참조하면, (a)에서, 무선전력 송신부(110)가 일정한 전류원(ip)으로 동작하고 있을 때 이를 무선전력 수신부(120)로 등가변환하면 (b)와 같고 최종적으로 (c)와 같이 간략화 될 수 있다. 여기에서, N은 변압기의 턴 수, Wsw는 스위칭 주파수, Lm은 상호 인덕턴스, Lik는 무선전력 수신부의 누설 인덕턴스에 해당할 수 있다.In one embodiment, the
이를 통해 전체 전달되는 유효 전력(P)과 무효 전력(Q)은 아래 수학식4를 통해 산출할 수 있다.Through this, the total active power P and reactive power Q can be calculated through Equation 4 below.
[수학식4][Equation 4]
여기에서, S2는 무선전력 수신부(120)의 전력을 V1은 무선전력 송신부 전압 V2는 무선전력 수신부 전압에 해당할 수 있다. 전력 제어 모듈(122)은 전압의 크기의 제어를 통해 유효 전력을 제어하고 위상의 제어를 통해 무효 전력을 제어할 수 있다.Here, S2 may correspond to the power of the
도 3b를 참조하면, 전력 제어 모듈(122)은 유무효 전력 산출부(310), 오차 제어부(320), PI 제어부(330) 및 전송 방향 제어부(340)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3B, the
유무효 전력 산출부(310)는 무선전력 수신부(120)에서 센싱된 라인 전류(i2)를 수신하여 실제 유효 전력(P) 및 실제 무효 전력(Q)을 산출할 수 있다. 유무효 전력 산출부(310)는 수학식4을 통해 실제 유무효 전력을 산출할 수 있다.The effective and reactive
오차 제어부(320)는 지령 유무효 전력(P*, Q*)과 산출된 실제 유무효 전력(P, Q)의 가감을 각각 제어하여 오차를 산출할 수 있다.The
PI 제어부(330)는 오차에 대한 PI 제어를 수행하고, 각각 출력 전압 크기(v*) 및 위상(Wsw)을 결정할 수 있다. 일 실시예에서, 유효 전력의 제어를 통해 결정된 출력 전압의 크기는 수학식3을 통해 듀티값으로 산출될 수 있다. 일 실시예에서 PI 제어를 통해 산출된 무효 전력의 제어값은 주파수값으로 Wsw,ff의 피드포워드 값(20kHz)과 가감하여 위상Wsw를 결정할 수 있다. The
전송 방향 제어부(340)는 출력 전압의 위상의 부호(sign)를 통해 전력의 전송 방향을 제어할 수 있다. 예를 들어, 위상θ가 일 때에는 무선전력 송신부(110)에서 무선전력 수신부(120) 로 전력이 전송되며 일 때는 무선전력 수신부(120)에서 무선전력 송신부(110)로 전력이 전송될 수 있다. 따라서, 전송 방향 제어부(340)는 전력 전송 방향에 따라 무선전력 수신부(120)의 전압의 부호를 바꿔 줄 수 있다.The transmission
도 4(a)는 도 1에 있는 엘리베이터 무선전력 제어 장치의 전력 전달 코일의 구성을 보여주는 도면이고, 도 4(b)는 일 실시예에 따른 엘리베이터 무선전력 제어 장치의 시물레이션 결과를 보여주는 도면이다.FIG. 4(a) is a diagram showing the configuration of a power transmission coil of the elevator wireless power control device in FIG. 1, and FIG. 4(b) is a view showing a simulation result of the elevator wireless power control device according to an embodiment.
도 4(a)에서, 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)의 무선전력 송신부(110)의 코일은 무선전력 수신부(120)가 움직이는 xy-모터 레일과 평행하게 설치되고, 무선전력 수신부(120)는 E형 코일을 통해 무선전력을 무선전력 송신부(110)로부터 전달받을 수 있다.In FIG. 4(a), the coil of the wireless
일 실시예에서, 도 4(b)는 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)의 정격이 12.5 kW인 엘리베이터를 포함하는 무선전력 수신부(120)의 전력 제어 성능을 나타낼 수 있다. 도 4(b)에서, 엘리베이터 무선전력 제어 장치(100)는 무효전력은 0으로 유지한 채로 유효 전력을 0%~100%까지 일정한 기울기로 변화시킬 수 있고, 이때의 성능을 보여준다.In an embodiment, FIG. 4B may show the power control performance of the
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will variously modify and change the present invention within the scope not departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can do it.
100: 엘리베이터 무선전력 제어 장치
110: 무선전력 송신부 112: 전류 제어 모듈
120: 무선전력 수신부 122: 전력 제어 모듈
130: 보상 네트워크부
210: 전류 산출부
220: 오차 제어부
230: PI 제어부
310: 유무효 전력 산출부
320: 오차 제어부
330: PI 제어부
340: 전송 방향 제어부100: elevator wireless power control device
110: wireless power transmitter 112: current control module
120: wireless power receiver 122: power control module
130: reward network unit
210: current calculation unit
220: error control unit
230: PI control unit
310: Active and reactive power calculation unit
320: error control unit
330: PI control unit
340: transmission direction control unit
Claims (6)
각각은 상기 엘리베이터를 포함하고 상기 일정한 전류원을 기초로 인버스 드룹(inverse droop) 제어를 수행하여 상기 엘리베이터에 필요한 전력을 각각 독립적으로 제어하는 적어도 하나의 무선전력 수신부; 및
상기 무선전력 송신부 및 상기 적어도 하나의 무선전력 수신부 각각에 연결되고 상기 일정한 전류원의 형성을 위해 라인 임피던스의 크기를 제어하는 보상 네트워크부를 포함하고,
상기 무선전력 송신부 및 상기 무선전력 수신부는 상기 엘리베이터의 하강 운동 시 발생하는 회생에너지를 활용하기 위해 양방향 무선전력전송이 가능하도록 풀브리지 회로 형상의 능동형 전력반도체로 구성되고,
상기 무선전력 수신부는
유무효 전력(유효 전력 및 무효 전력)의 제어를 통해 상기 인버스 드룹 제어를 수행하는 전력 제어 모듈을 포함하고,
상기 전력 제어 모듈은
아래 [수학식 1]에 따라 상기 무선전력 수신부의 유무효 전력을 제어하되,
실제 유무효 전력을 계산하여 산출하는 유무효 전력 산출부;
지령 유무효 전력과 상기 실제 유무효 전력의 가감을 제어하여 오차를 산출하는 오차 제어부;
상기 오차에 대한 PI 제어를 수행하고 각각 출력 전압 크기 및 위상을 결정하는 PI 제어부; 및
출력 전압의 위상 부호를 통해 상기 무선전력 송신부 및 무선전력 수신부의 전력 전송 방향을 제어하는 전송 방향 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 무선전력 제어장치.
[수학식1]
(여기에서, S2는 무선전력 수신부의 전력, V1은 무선전력 송신부의 전압, V2는 무선전력 수신부의 전압, 는 위상, Leq는 상호리엑턴스 그리고 는 스위칭 주파수이다.)
A wireless power transmitter for supplying wireless power required to the elevator by operating as a constant current source irrespective of changes in the load of the elevator;
At least one wireless power receiver each including the elevator and independently controlling power required for the elevator by performing inverse droop control based on the constant current source; And
And a compensation network unit connected to each of the wireless power transmission unit and the at least one wireless power receiving unit and controlling a size of a line impedance to form the constant current source,
The wireless power transmitter and the wireless power receiver are composed of an active power semiconductor in the form of a full-bridge circuit to enable two-way wireless power transmission in order to utilize regenerative energy generated during the descending motion of the elevator,
The wireless power receiver
Including a power control module for performing the inverse droop control through the control of active and reactive power (active power and reactive power),
The power control module
Control the active and reactive power of the wireless power receiver according to the following [Equation 1],
An active and reactive power calculation unit that calculates and calculates the actual active and reactive power;
An error control unit for calculating an error by controlling the addition or subtraction of the command valid and reactive power and the actual active and reactive power;
A PI control unit for performing PI control on the error and determining an output voltage level and a phase, respectively; And
And a transmission direction control unit for controlling a power transmission direction of the wireless power transmitter and the wireless power receiver through a phase code of an output voltage.
[Equation 1]
(Where, S2 is the power of the wireless power receiver, V1 is the voltage of the wireless power transmitter, V2 is the voltage of the wireless power receiver, Is the phase, Leq is the mutual reactance, and Is the switching frequency.)
상기 출력 전압의 크기 및 위상의 제어를 통해 라인 전류를 상기 일정한 전류원으로 제어하는 전류 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 무선전력 제어 장치.
The method of claim 1, wherein the wireless power transmitter
And a current control module for controlling a line current to the constant current source through control of the magnitude and phase of the output voltage.
실제 전류를 산출하는 전류 산출부;
지령 전류의 크기 및 위상과 상기 실제 전류의 크기 및 위상의 가감을 각각 제어하는 오차 제어부; 및
상기 오차에 대한 PI 제어를 수행하고 상기 출력 전압의 크기 및 위상을 각각 결정하는 PI 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 무선전력 제어 장치.
The method of claim 2, wherein the current control module
A current calculation unit that calculates an actual current;
An error controller for controlling the magnitude and phase of the command current and the magnitude and phase of the actual current, respectively; And
And a PI control unit configured to perform PI control on the error and determine the magnitude and phase of the output voltage, respectively.
상기 무선전력 송신부 및 상기 적어도 하나의 무선전력 수신부 각각에 직렬로 연결되는 보상 커패시터로 구현되는 것을 특징으로 하는 엘리베이터 무선전력 제어 장치.The method of claim 1, wherein the compensation network unit
Elevator wireless power control device, characterized in that implemented as a compensation capacitor connected in series to each of the wireless power transmitter and the at least one wireless power receiver.
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