CN101228084B - 电梯的减振装置 - Google Patents

Abstract

在电梯的减振装置中，产生针对电梯轿箱的减振力的执行器与将导辊向导轨弹压的弹簧并列设置。执行器通过控制器进行控制。控制器根据来自用于检测轿箱框的水平方向加速度的轿箱框加速度传感器，和用于检测轿箱室的水平方向加速度的轿箱室加速度传感器的信息，求出在执行器产生的减振力。

Description

电梯的减振装置

技术领域

本发明涉及用于降低在行驶中的电梯轿箱上产生的横向振动的电梯的减振装置。

背景技术

近年，由于与大厦的高层化相伴的电梯的高速化，电梯轿箱的减振技术的重要性也提高。作为这样的减振装置，通过加速度传感器检测轿箱框的振动，通过与引导部的弹簧并列地设置的执行器，将方向与振动相反的力施加给电梯轿箱的装置已被公知(例如，参照专利文献1)。

专利文献1：特开2001-122555号公报

在上述那样以往的减振装置中，因为执行器与引导部的弹簧并列设置，所以，虽然轿箱室和轿箱框在同方向振动的振动模式下的减振能力高，但是，轿箱室和轿箱框在相反方向振动的振动模式下的减振能力并没有那么高。特别是，因为相对于由电梯轿箱的质量、防振部件的刚性等所决定的特定的频率附近的干扰输入，轿箱框基本不振动，轿箱室比较大地的振动，所以，在仅在轿箱框设置加速度传感器的以往的装置中，基本不能降低轿箱室的振动。

在这里，作为成为电梯轿箱的横向振动的原因的有代表性的干扰，可以列举出以导轨的加工误差、安装误差为起因的轨道位移振动。根据一根导轨的长度L[m]和电梯轿箱的升降速度[m/s]，经验性地获知在该轨道位移振动干扰中特别多地含有的频率，表示如下。

f＝V/L[Hz]...(1)

在迄今为止的高速电梯中，因为由算式(1)所决定的频率接近轿箱室和轿箱框在同方向振动的振动模式的频率，所以，通过以往的减 振装置，也能降低电梯轿箱的横向振动。但是，若电梯轿箱的升降速度进一步加快，则由算式(1)所决定的频率增高，成为在以往的装置中不能有效地减振的频率的干扰。因此，为了使电梯高速化，需要具有更宽的减振频率区域的减振装置。

本发明就是为了解决上述那样的课题而产生，其目的在于，获得在更宽的频率区域，能够得到足够的减振能力的电梯的减振装置。

发明内容

基于本发明的电梯的减振装置具有轿箱框加速度传感器、轿箱室加速度传感器、执行器以及控制器，所述轿箱框加速度传感器用于检测电梯轿箱的轿箱框的水平方向加速度；所述轿箱室加速度传感器用于检测电梯轿箱的轿箱室的水平方向加速度；所述执行器与被搭载在轿箱框，并将导辊向设置在升降路上的导轨弹压的弹簧并列设置，产生针对电梯轿箱的减振力；所述控制器根据来自轿箱框加速度传感器以及轿箱室加速度传感器的信息，求出在执行器产生的减振力，对执行器进行控制。

附图说明

图1是表示基于本发明的实施方式1的电梯装置的主要部分的正视图。

图2是表示图1的辊引导装置的侧视图。

图3是将图1的电梯轿箱和减振装置的关系作为二惯性弹簧质点模型来表示的说明图。

图4是表示图3的简易模型的框线图。

图5是表示图1的轿箱室的质量变动的框线图。

图6是表示图1的防振部件的刚性变动的框线图。

图7是表示从图1的执行器所施加的控制力到轿箱框的加速度的频率传递特性的伯德线图。

图8是表示模型误差的特性和灵敏度函数的特性的伯德线图。

图9是表示高频区域的模型误差的框线图。

图10是表示灵敏度函数的特性的伯德线图。

图11是表示从导轨的加速度干扰到轿箱室的加速度的传递特性的伯德线图。

图12是表示从仅检测轿箱框的加速度的情况下的导轨的加速度干扰到轿箱室的加速度的传递特性的伯德线图。

图13是表示在高速行驶中施加了导轨干扰的情况下的轿箱室的随时间变化的波形的说明图。

图14是表示基于本发明的实施方式2的电梯的减振装置的防振部件的正视图。

具体实施方式

下面，参照附图，说明用于实施本发明的最佳方式。

实施方式1

图1是表示基于本发明的实施方式1的电梯装置的主要部分的正视图。在图中，在升降路1内设置一对导轨2。各导轨2通过将多条轨道部件沿其长度方向接合而构成。另外，导轨2借助多个托架3，与升降路壁1a连接。

电梯轿箱4被导轨2引导，在升降路1内升降。另外，电梯轿箱4具有轿箱框5和被支撑在轿箱框5的内侧的轿箱室6。轿箱框5具有上梁5 a、下梁5b以及一对纵柱5c、5d。多个防振部件7处于轿箱室6和下梁5b之间。即，轿箱室6借助防振部件7被支撑在下梁5b上。另外，用于防止轿箱室6的翻倒的多个防振橡胶8位于轿箱室6的侧面和纵柱5c、5d之间。

在轿箱框5的上下端部的宽度方向两端部，搭载着与导轨2卡合，并对电梯轿箱4的升降进行引导的辊引导装置9。在搭载于下梁5b的辊引导装置9上，设置着产生针对电梯轿箱4的减振力的执行器10。

在下梁5b上安装着产生用于对轿箱框5的水平方向加速度进行检测的信号的轿箱框加速度传感器11。在轿箱室6的下部，安装着产生用于对轿箱室6的水平方向加速度进行检测的信号的轿箱室加速度传感器12。

另外，在下梁5b上设置着对执行器10进行控制的控制器13。控制器13根据来自轿箱框加速度传感器11以及轿箱室加速度传感器12的信息，求出在执行器10所产生的减振力。具体地说，从加速度传感器11、12向控制器13传输加速度信号，根据这些加速度信号，由控制器13计算减振力。然后，通过控制器13，将计算结果转换成电压信号，向执行器10传输。控制器13例如由微电脑构成。实施方式1的减振装置具有执行器10、加速度传感器11、12以及控制器13。

在上梁5a上连接着将电梯轿箱4垂吊在升降路1内的多根主索14。电梯轿箱4借助主索14，通过驱动装置(未图示出)的驱动力，在升降路1内升降。

图2是表示图1的辊引导装置9的侧视图。辊引导装置9具有被固定在下梁5b上的引导座15、借助摆动轴16，可摆动地安装在引导座15上的导杆17、借助旋转轴18，可旋转地安装在导杆17上的导辊19、以及将导辊19向导轨2弹压的弹簧20。导辊19随着电梯轿箱4的升降，在导轨2上转动。

另外，在导杆17上焊接着臂21。执行器10以与弹簧20并列的方式，设置在引导座15和臂21之间，自由地施加将导辊19向导轨2的弹压力。另外，作为执行器10，例如使用电磁执行器。

图3是将图1的电梯轿箱4和减振装置的关系作为二惯性弹簧质点模型来表示的说明图。针对从控制器13的输入到输出的传递特性的计算方法进行说明。控制器13的目的之一是减小轿箱室6的位移x1相对于导轨2的位移干扰x0的反应特性G_x1x0。作为该G_x1x0的大小的比例之一，有H_∞标准。G_x1x0的H_∞标准由下述算式定义。

[数1]

${\left|\right|G_{x1x0}\left|\right|}_{\∞}\≡\underset{0\≤W\≤\∞}{\sup }\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}\left\{G_{x1x0}\left(\mathrm{jw}\right)\right\}......\left(2\right)$

虽然算式(2)的右边表示G_x1x0的奇异值的上限，但是，图3所示那样的一个输入输出系统(表示称为x1的一个输出相对于称为x0的一个输入的关系)的情况下，算式(2)由下面算式表示，与伯德线图的增益的最大值相等。这可以解释为，所谓能量输入时的被标准化的输出能量的最差值。

[数2]

${\left|\right|G_{x1x0}\left|\right|}_{\∞}\≡\underset{0\≤W\≤\∞}{\max }\left|G_{x1x0}\left(\mathrm{jw}\right)\right|......\left(3\right)$

在实际的控制器13的设定中，使用了规定的灵敏度函数W_s的下面的算式作为控制器13的设计目标给出。

[数3]

‖W_s·G_x1x0‖_∞＜1......(4)

另外，在该实施方式这样的主动减振技术中，若不良，则成为发生振动的状态，因此，控制器13必须保证稳定性。首先，乘降轿箱室6的乘客的质量变动大，存在着在无负荷时(乘客为0人时)的轿箱室6和满负荷时(满员时)的轿箱室6中，质量两倍程度地很大变动的问题。象这样，即使是在轿箱室6的质量变动大的情况下，也确保稳定性是控制器13的目的之一。

图4是图3的简易模型的框线图化的说明图。在图4中，导轨2的位移干扰x0作为轨道加速度干扰107(x0”)被给出。在图5中，框101是轿箱室6的质量参数框。框102是轿箱框5的质量参数框。框103a是弹簧20的弹簧刚性参数框。框103b是弹簧20的衰减参数框。框104a是防振部件7的弹簧刚性参数框。框104b是防振部件7的衰减参数框。框113是控制器13的特性框。另外，框120是积分要素，框121是加法器。

轿箱室6的质量m₁由下述算式表示。但是，δ_m1是满足|δ_m1|＜1的扰动要素。

[数4]

$m_1{\≡\hat{m}}_1+{\mathrm{\Δ}}_{m1}{\mathrm{\δ}}_{m1}......\left(5\right)$

：中心值

Δ_m1：变动量

此时，轿箱室6的质量参数框101如图5所示，被置换成反馈的 形式。在图5中，框101a是质量中心值参数框。框101b是变动量参数框。框101c是扰动参数框。框101d是加法器。相对于这样的轿箱室质量的扰动δ_m1，用于使图3-图5所示的系统稳定的充分的条件使用小增益定理，用下面的算式表示。

[数5]

‖G_z1w1δ_m1‖_∞＜1  ......(6)

但是，G_z1w1在图5中表示从将扰动参数框101c的输出端切断时的w1向z1的传递函数。即，满足算式(6)的情况作为控制器13的设计目标被给出。

另外，作为防振部件7的材料，大多使用非线形性比较强的橡胶。因此，相对于这样的防振部件7的刚性参数变动，也保证稳定性是控制器13的目的之一。

防振部件7的刚性k₁，由下述算式表示。但是，δ_k1是满足|δ_k1|＜1的扰动要素。

[数6]

$k_1\≡{\hat{k}}_1+{\mathrm{\Δ}}_{k1}{\mathrm{\δ}}_{k1}......\left(7\right)$

：中心值

Δ_k1 ：变动量

此时，防振部件7的刚性参数框104a如图6所示被置换。在图6中，框104c是防振部件7的刚性中心值参数框。框104d是变动量参数框。框104e是扰动参数框。框104f是加法器。相对于这样的防振部件刚性的扰动δ_k1用于使图3、4、6所示的系统稳定的充分的条件使用小增益定理，用下面的算式表示。

[数7]

‖G_z2w2δ_k1‖_∞＜1......(8)

但是，G_z2w2在图6中表示从将扰动参数框104e的输出端切断时的w2向z2的传递函数。即，满足算式(8)的情况作为控制器13的设计目标被给出。

在图3所示的简易模型中，作为弹性要素，仅使用弹簧20和防振 邰件7。但是，在实际的电梯中，还含有其它的弹性要素。例如，存在以下述不足等为起因的振动模式，即，构成轿箱室6的部件的刚性不足、用于将轿箱室加速度传感器12安装在轿箱室6的部件(未图示出)的刚性不足、对部件和轿箱室6进行安装的螺栓的刚性不足、构成轿箱框5的部件的刚性不足、用于将轿箱框加速度传感器11安装到轿箱框5的部件(未图示出)的刚性不足、以及对部件和轿箱框5进行安装的螺栓的刚性不足等。

不可能将这些以及其它的振动模式全部模型化，在实际机器和用于控制设计的模型之间必然存在差异。一般，将其称为模型误差。保证相对于这样的模型误差的稳定性也是控制器13的重要的目的之一。

图7是表示从图1的执行器10所施加的控制力到轿箱框5的加速度的频率传递特性的伯德线图。在图7中，实线表示图3所示的简易模型的传递特性。另外，虚线表示实际的电梯的传递特性。如图7所示，简易模型的传递特性和实际机器的传递特性在低频率区域大致一致，在高频率区域产生误差。该误差以上述那样的不能模型化的众多的振动模式为起因。

将实际机器的传递特性P_r和简易模型的传递特性P_m的误差Δ_s2 表示为P_r＝(I+Δ_s2)P_m。此时，因为Δ_s2表示乘法误差，所以，一般称为乘法误差。乘法误差Δ_s2的频率特性如图8的虚线所示。

另外，若用框线图表示，则在图4的轿箱框加速度x2”和控制器框113之间象图9那样插入。在图9中，框123a是模型误差框。框123b是加法器。相对于这样模型误差Δ_s2稳定的充分条件使用小增益定理，用下面的算式表示。

[数8]

‖G_z3w3δ_s2‖_∞＜1 ......(9)

但是，G_z3w3在图9中表示从将模型误差框123a的输出端切断时的w3向z3的传递函数。但是，由于一般不可能将模型误差Δ_s2正确地模型化，因此，如图8中的实线所示，使用具有覆盖模型误差Δ_s2 的特性的加权函数W_s2将下面的算式作为稳定性的充分条件。但是， δ_s2是满足|δ_s2|＜1的扰动要素。

[数9]

‖W_s2G_z3w3δ_s2‖_∞＜1......(10)

据此，满足算式(10)的情况是控制器13的设计目标之一。

同样，作为相对于轿箱室6的加速度检测部分的模型误差Δ_s1的稳定的充分条件，下述算式被导出。但是，W_s1是具有覆盖模型误差Δ_s1 的特性的加权函数，G_z4w4是由与图9同样地被定义的轿箱室加速度端所定义的传递函数，δ_s1是满足|δ_s1|＜1的扰动要素。

[数10]

‖W_s1G_z4w4δ_s1‖_∞＜1 ......(11)

另外，由于设计目标算式(4)与算式(6)(8)(10)(11)同样地进行处理，所以导入假想的扰动要素δ_v(|δ_v|＜1)，象下述算式那样置换。

[数11]

‖W_sG_x1x0δ_v‖_∞＜1 ......(12)

对上述进行总结，控制器13所求出的规格相对于以参数变动、模式误差等为起因的扰动δ_m1，δ_k1，δ_s1，δ_s2，δ_v，满足设计目标算式(6)(8)(10)(11)(12)。相对于这些扰动，结构奇异值μ象下述的算式那样被定义。

[数12]

${\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\Δ}}\left(M\right)\≡1/\min \{\stackrel{\‾}{\mathrm{\σ}}\left(\mathrm{\Δ}\right):\det (I-\mathrm{M\Δ})=0\}......\left(13\right)$

但是，Δ是在对角成分具有扰动要素δ_m1，δ_k1，δ_s1，δ_s2，δ_v的行列，M是在设计目标算式(6)(8)(10)(11)(12)的左边，全部具有除去了扰动要素的量的输入以及输出(例如，在算式10中，W_s2G_z3w3 的输入以及输出)的行列。另外，det表示行列式。若使用算式(13)，则用于完全满足设计目标算式(6)(8)(10)(11)(12)的充分条件用下述算式表示。

μ_Δ(M)＜1 ......(14)

即，通过以满足算式(14)的方式决定控制器13，即使存在轿箱室质量变动、防振部件7的刚性变动以及高频区域的模型误差，也能够提供稳定、横向振动小的电梯。

另外，在实际的控制器13的设计中，由于为了满足数学可解条件等的理由，也可以在设计目标算式(6)(8)(10)(11)(12)的基础上，作为条件增加其它的目标算式。另外，作为参数变动的条件，除在轿箱室6的质量变动、防振部件7的刚性变动之外，例如，还可以考虑轿箱框5的质量变动、弹簧20的刚性变动、防振部件7或弹簧20的衰减变动等。在该情况下的考虑方法也与上述相同，可在结构奇异值的框组中处理。

下面，使用实际的计算结果，对相对于图3以及图4所示的模型采用了本技术的情况下的效果进行表示。另外，在这里，作为高速行驶的电梯的参数的例子，使m1＝2000-4000[kg]、m2＝4000[kg]、k1＝1.0e6-2.0e6[N/m]、k2＝4.0e5[N/m]、c1＝c2＝2.0e4[Ns/m]。另外，敏感度函数W_s象图10的实线那样给出，加权函数W_s1W_s2象图10的虚线那样给出。观察加权函数W_s1W_s2可知，例如在50-60Hz附近允许大约10倍的模型误差。

图11表示从导轨2的加速度干扰x0”到轿箱室的加速度x1”的传递特性，实线是应用了以满足算式(14)的方式设计的控制器13的情况下的特性(与算式(12)的G_x1x0相等)，虚线表示没有使用控制器13的情况下的特性。另外，在图11中，针对使防振部件7的刚性在设想内的从最小值到最大值五个阶段变化的情况进行了表示。如图11所示，通过应用控制器13，即使防振部件7的刚性变动，也能实现稳定且高的抗干扰性能。

图12表示与以往同样地仅检测轿箱框5的加速度的情况下的传递特性。在图12中，实线表示没有控制的情况，虚线表示有控制的情况。因为在二次振动模式的附近存在不可观测的频率，所以，虽然可以很好地抑制一次振动，但基本不能抑制二次振动。另外，在仅在轿箱框5上设置加速度传感器11的情况下，若进行基于上述结构奇异值的设 计，则能够得到更好的振动抑制性能。但是，这是在不存在防振部件7的刚性变动、轿箱室6的质量变动的情况，在考虑了这些的参数变动的情况下，若没有在轿箱室6设置加速度传感器12，则振动抑制性能极端地下降。

即，通过在轿箱室6上也设置加速度传感器12，进行基于结构奇异值的设计，可以得到相对于参数变动，稳定且振动抑制性能高的电梯的减振装置。

图13是表示在最高速度1000[m/min]以上的行驶中，在实际施加了导轨干扰的情况下的轿箱室6的随时间变化的波形。在图13的上段表示没有控制的情况下的轿箱室6的加速度波形。另外，在图13的中段，表示进行仅使用了轿箱框5的加速度的以往的控制的情况下的轿箱室6的加速度波形。然后，在图13的下段，表示进行基于实施方式1的控制的情况下的轿箱室6的加速度波形。

因为在从行驶开始不久的期间，由算式(1)所决定的导轨干扰的振动频率低，所以，即使是以往的控制，也能得到较好的减振性能。但是，若行驶速度提高，则导轨干扰的振动频率提高，所以，以往的控制不能充分地降低振动。与此相对，在基于实施方式1的控制中，从行驶开始到停止，都能实现持续的优异的减振性能。

实施方式2

接着，说明本发明的实施方式2。象实施方式1中所说明的那样，因为在实际的电梯中，在高频区域存在没能被完全模型化的振动模式，所以，在10Hz以上的高频率区域，难以充分提高振动抑制性能。与此相对，弹簧20、防振部件7成为振动的波腹的振动模式想要确实地降低。

但是，因为弹簧20、防振部件7的刚性不仅由降低振动的观点，还由对轿箱框5、轿箱室6进行支撑的支撑机构的观点来决定，所以，不能过于柔软。特别是防振部件7必须相对于乘客的升降，在上下方向支撑轿箱室6，所以，上下方向的刚性必须在某种程度。

一般，在作为防振部件7的材料例如使用橡胶的情况下，若提高 防振部件7的上下方向的刚性，则水平方向的刚性也提高，防振部件7成为振动的波腹的模式的频率升高，接近存在模型误差的频率区域。若这样，即使在轿箱室6设置加速度传感器12，进行实施方式1那样的控制，也难以得到高的振动抑制性能。

因此，在该实施方式2中，如图14所示，将多个橡胶部41和多个钢板部42交互叠层的叠层橡胶作为防振部件7使用。通过这样的构成，虽然防振部件7的刚性在压缩方向高，但在剪切方向比较低。因此，防振部件7上下方向的刚性高，水平方向的刚性低，防振部件7成为振动的波腹的模式的频率没有达到模型误差区域。据此，通过实施方式1所示的控制方法，可以得到高的振动抑制性能。

另外，在上述的例子中，仅表示了电梯轿箱4的左右方向的振动的降低，就前后方向的振动而言，也可以同样地降低。

另外，在上述的例子中，仅在轿箱框5的下部设置执行器10，但执行器也可以设置在轿箱框的上部以及下部的辊引导装置上，还可以仅设置在上部的辊引导装置上。

再有，在实施方式2中，作为防振部件7的材料，是将橡胶部41和钢板部42组合，但并不限定于橡胶以及钢板，也可以以防振部件的水平方向的刚性比上下方向的刚性小的方式，恰当地选择刚性不同的其他的两种以上的材料进行叠层。

Claims (4)

1.一种电梯的减振装置，其特征在于，具有轿箱框加速度传感器、轿箱室加速度传感器、执行器以及控制器，

所述轿箱框加速度传感器用于检测电梯轿箱的轿箱框的水平方向加速度；

所述轿箱室加速度传感器用于检测上述电梯轿箱的轿箱室的水平方向加速度；

所述执行器与弹簧并列设置，该弹簧被搭载在上述轿箱框、并将导辊向设置在升降路上的导轨弹压，所述执行器产生针对上述电梯轿箱的减振力；

所述控制器，相对于来自上述导轨的干扰输入，在上述轿箱框基本不振动的频率附近，根据用上述轿箱室加速度传感器的检测信号修改上述轿箱框加速度传感器的检测信号的信息，求出在上述执行器产生的减振力，对上述执行器进行控制。

2.如权利要求1所述的电梯的减振装置，其特征在于，上述轿箱室借助防振部件而支撑在上述轿箱框，

决定从上述轿箱框加速度传感器以及上述轿箱室加速度传感器的输出直至上述执行器的减振力的传递特性，以便相对于结构扰动的结构奇异值在整个频率区域不足1，所述结构扰动包括相对于上述轿箱室的质量变动的扰动和相对于上述防振部件的刚性变动的扰动中的至少任意一个，以及以上述轿箱室的刚性不足为起因的高频率区域扰动，还有以上述轿箱框的刚性不足为起因的高频率区域扰动。

3.如权利要求2所述的电梯的减振装置，其特征在于，上述防振部件的水平方向的刚性比上述防振部件的上下方向的刚性小。

4.如权利要求3所述的电梯的减振装置，其特征在于，上述防振部件由叠层橡胶构成，该叠层橡胶是将多个橡胶部和多个钢板部交互地叠层的叠层橡胶。

Images