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엘리베이터 도어 고장분석과 개발방향에 관한 연구
엘리베이터 도어 고장분석과 개발방향에 관한 연구 A Study on Analysis About Failure In Elevator Doors and Development Direction 기고 : 김중현(동강대학교 안경광학과)·김재열(조선대학교 기계시스템공학과)·장무선((주)대명엘리베이터) 요약 최근 사회적으로 지구 환경에 대한 위기의식이 높아졌다. 지구 환경 변화의 주범인 전력 사용량은 대부분 전동기 운전에 소비되고 있으며, 전동기의 소비전력을 억제하는 것은 에너지 절약화를 강력히 추진하는 하나의 방법 뿐이다. 그 중에서 종래의 농형 유도 전동기보다 효율 높은 영구자석형 동기전동기(Permanent Magnet Type Synchronous Motor : 이하 PM 모터)가 관심을 모으고 있다. 본 연구에서는 엘리베이터 고장 데이터 분석과 PM모터 개발, 제품화 추진과 동시에 이를 통해 대용량화나 성능향상을 도모, 그 적용범위를 확대할 것이다. 1. 서론 승강기는 현대사회의 필수시설로 고층건물에서 수직이동을 위한 교통수단 뿐만 아니라 장애인, 노약자 등 교통약자의 이동편의를 위해 우리 생활에서 없어서는 안 될 생활의 필수장치가 됐다. 현재 국내에는 약 48만대의 승강기가 운행 중이며 이는 세계 8위 규모의 물량이다. 승강기는 1만여 개의 기계, 전기, 전자 부품들로 구성돼 하루에 수백 번 이상 운행됨으로써 부품 마모가 발생하고, 관리와 점검 및 보수 등이 부실하게 되면 안전사고와 직결될 수 있는 시설이기도 하다. 이에 따른 사고로 인한 119 출동이 연간 5,000건 이상 발생할 정도로 심각한 수준이다. 본 연구에서는 승강기 안전의 위해요소를 개선하고 동일 유형의 사고재발 방지를 위해 전체 고장 종류 데이터를 분석하고, 특히 도어와 제동기 관련한 동일유형 사고에 대한 사례와 원인 및 개선방안들을 연구하고 안전대책을 제시한다. 2. 개발방향 효율과 정숙성이 우수하고 소형화가 가능한 동기모터인 PM 모터는 영구자석을 회전자의 철심 내부에 매입한 구조이며 회전자에 자기적으로 종축과 교차하는 횡축이 서로 극성을 가지고 있다. 또한 자력으로 인해 유도전류를 발생해 사용되는 에너지가 필요 없어 효율을 극대화시킬 수 있다. 2.1 고효율 영구자석 동기전동기(PM모터)와 그 특징 최근에는 에너지법 개정 등을 배경으로 한층 더 에너지 절약이 요구되고 있다. 이에 따라 전동기 회전자에 영구자석을 사용한 고효율 영구자석 동기전동기(PM모터)가 주목받고 있는데, PM모터는 전동기의 회전자 도체 대신 영구자석을 사용한 모터이다. 일례로 도시바(東芝)의 경우 드라이브 장치로 고기능형의 표준 인버터 VF －A7에 PM 드라이브용 애드온 카세트를 부착해 대응하며 전용 드라이버는 불필요하다. (1) 종류 PM모터에는 SPM(Surface Permanent Magnet)과 IPM(Interior Permanent Magnet) 이 있다. SPM 은 회전자 표면에 자석을 붙이며 구조상 소용량용이다. 이에 비해 IPM 은 회전자 내부에 자석을 매입하는 구조로 되어 있으므로, 중대용량 제작도 가능하고 고회전에서도 대응이 가능하다. (2) 특징 IPM은 회전자에 자석이 매입되어 있는 구조이기 때문에 SPM에 비해 고회전시 영구자석의 유지가 용이하다. 또한 특성 면으로는 자석 토크와 릴럭턴스 토크의 병용, 회전자 표면의 와전류 손실 저감 등의 특징에 의해 고토크화, 고효율화를 실현시키고 있다. 이와 같이 PM모터는 표준전동기와 비교할 때 아래와 같은 특징이 있다. ▶에너지 절약 : 손실 35%의 저감에 의해 효율 3∼5% 향상. 고효율, 고역률이기 때문에 전동기 입력의 저감이 가능해지고 드라이브 장치의 소형화가 가능하다. ▶경량·스페이스 절감 : 전동기 질량은 약 40%, 용적은 약 35% 저감된다. ▶저관성 로터 : 로터의 관성 질량이 약 50% 저감되고 우수한 가속특성이 얻어진다. ▶메인터넌스 저감 : 로터 손실의 저감으로 로터베어링 온도가 저감돼 베어링 수명이 2배 이상 연장된다. 3. 결론 본 연구를 통해 실제 엘리베이터 고장이유에 대한 분석과 안전향상을 위한 도어 시스템 개발 방향에 대해 연구했다. 또한 (주)대명엘리베이터의 고장 데이터를 비교·분석했다. 그 결과 아래와 같은 결론을 얻을 수 있었다. 모터 드라이브에 대해서도 용도, 운전상태, 설치상태와 함께 모터의 고효율화, 모터의 인버터 드라이브 또는 PM모터를 선정해 효과적인 에너지 절약을 도모해야 할 것이다. 특히 PM모터는 에너지 절약이라는 관점에서 가장 효과가 기대되는 전동기이며 앞으로 보급이 기대된다. |
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