CN102482058B - 电梯门控制装置 - Google Patents

Abstract

能够得到一种电梯门控制装置，其能够降低门板对人体的接触力，且不会产生无为的门板反转所导致的运行效率变差的情况。该电梯门控制装置构成为，设置有等效刚性计算单元，该等效刚性计算单元根据作为既定时间内驱动装置的移动量的旋转量增量以及驱动装置的驱动转矩或驱动力与转矩或力基准值的差值的增量，计算接触物的等效刚性，该电梯门控制装置将计算出的等效刚性作为判定基准，使门反转。

Description

电梯门控制装置

技术领域

本发明涉及控制电梯门的开闭的控制装置。

背景技术

图1表示电梯的门装置的主视图。

在门板1的上端设有吊钩2。在未图示的出入口的上缘部设有长度方向沿水平方向配置的横梁3。在横梁3以长度方向沿水平方向配置的方式设有导轨4，该导轨4对吊钩2的水平移动、即门板1的开闭移动进行引导。在横梁3还以彼此分开的方式枢轴支撑有2个绳轮5，呈环状的皮带6卷绕并张设在2个绳轮5的双方上。

连结件7的一端与吊钩2连结，另一端与皮带6连结，作为驱动装置的一例的电动机9根据门控制器8的指令而驱动一个绳轮5。即，当电动机9被驱动时，绳轮5旋转而使得皮带6被驱动，凭借连结件7与皮带6连结的吊钩2和门板1借助于皮带6的移动而彼此向反方向进行动作，由此开闭出入口。例如图1中的箭头所示，当电动机9向顺时针方向旋转的情况下，门板1向关闭方向水平移动。

门板1设置有安全靴10，构成为例如当门板1被向关闭方向驱动时，若通过人的接触使得安全靴10被推向门板1侧，则门控制器8向电动机9发送反转指令而使得门板1向打开方向反转，由此减轻对于妨碍门开闭的物体(以下称之为人体等)的负载。

但是，并不是说在接触门板1之前安全靴10一定会进行动作，也能考虑到安全靴10进行动作之前就接触到门板1的情况。这种情况下将会在人体等作用较大的接触力。

另外，还有使用未图示的非接触式传感器判断在门板1的行进方向上是否存在障碍物而反转门板1的现有技术，然而难以完全消除非接触式传感器的检测区域的死角，还是存在有时对人体等作用较大的接触力的问题以及追加非接触式传感器导致成本上升等问题。

作为当这种安全靴10和未图示的非接触式传感器不进行工作的情况下减轻接触力的现有技术，可举出监视电动机转矩指令值，当处于既定限制值以上的转矩指令值持续了既定时间以上时使门板反转的技术(例如参见专利文献1)。

另外，作为反转门板的技术，已知具有根据开闭模式估计电动机转矩的转矩估计器，当转矩指令值与估计值的差值超过阈值的情况下检测过负载的技术(例如参见专利文献2)。

作为使门板反转的技术，除了上述内容之外，还公开了以2个阶段检测电动机的过负载，并且以发出警报的手段对于轻微的过负载提请注意，对于过大的过负载使门板反转的技术(例如参见专利文献3)。

专利文献1：日本特开平3-238286号公报(第3页)

专利文献2：日本特开2006-182477号公报(第4页、图1)

专利文献3：日本特开平2007-254070号公报(第2～3页、图3)

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1和2所示的现有技术都是着眼于接触人体等时电动机9的转矩增加的技术。然而电动机9的转矩不仅依赖于门板1的重量和开闭速度模式等事先能某种程度获悉的参数，还会受到伴随门板1开闭产生的摩擦阻力和各种损耗等事先难以预测且随时间发生变动的参数带来的影响。

因此，若将关于预先确定的转矩正常值的转矩异常判定值设定得较小，则在门板1不接触人体等的情况下也会由于摩擦的增加而导致门板1反转，轿厢开始升降所需时间变长，因此运行效率会变差。为了防止这种运行效率的变差，就需要将异常判定阈值某种程度设定得较大，存在难以充分降低门板1冲突时的接触力的问题。

专利文献3所示的现有技术针对这种无法减小判定阈值的问题，将过负载检测阈值分为2个阶段，利用警报单元对轻微的过负载提请注意，从而防止无为的反转导致的运行效率变差，然而当门板1与人体等接触的情况下，从轻微的过负载上升至过大的过负载的时间就在一瞬间，在反应到警报之前就在人体等作用了较大的接触力，其结果存在无法降低对人体等的接触力的问题。

本发明就是为了解决上述问题点而完成的，其目的在于导入等效刚性这一思维方式，使用对其进行计算的手段等，获得一种能够在不产生无为的门板反转导致的运行效率变差的情况下，降低门板1对于人体等的接触力的电梯门控制装置。并且，关于上述“等效刚性”的意义在如下所示的实施方式的说明中加以阐述。

用于解决问题的手段

本发明涉及的电梯门控制装置构成为具有：门板，其对层站进行开闭；驱动装置，其对上述门板进行开闭驱动；移动量检测单元，其检测上述驱动装置的旋转量或移动量；驱动力检测单元，其检测上述驱动装置的驱动转矩或驱动力，或者计算针对上述驱动装置的驱动转矩指令值或驱动力指令值；力基准值估计单元，其估计正常开闭时的驱动装置的转矩基准值或力基准值；以及等效刚性计算单元，其根据上述移动量检测单元的输出信号、上述驱动力检测单元的输出信号和上述力基准值估计单元的输出，估计接触物的等效刚性，该电梯门控制装置将估计出的接触物的等效刚性作为接触判定参数与阈值进行比较，由此使门板反转或停止。

发明效果

当摩擦等增加的情况下，电动机9的转矩也会增加，而基于速度追随控制的效果，使得门速度和移动量的减少较小。根据本发明，不仅对于转矩增加，还将移动量的减少作为以转矩/移动量所示的接触物的等效刚性，对人体等与门板1的接触进行评价，因此不易受到摩擦等环境干扰的影响。因此无需将用于门板1反转的判定阈值取得较大，因此具有能够减小人体等与门板1冲突时的接触力的效果。

附图说明

图1是表示电梯的门装置的主视图。

图2是本发明第1和第2实施方式的控制框线图。

图3是表示本发明第1实施方式的等效刚性计算单元的框线图。

图4是表示本发明第2实施方式的等效刚性计算单元的框线图。

图5是表示本发明第1实施方式的另一个等效刚性计算单元的框线图。

图6是表示本发明第1实施方式的效果的曲线图。

图7是表示本发明第3实施方式的控制切换方法的曲线图。

图8是表示本发明第4实施方式的控制框线图。

图9是表示本发明第4实施方式的等效刚性计算单元的框线图。

图10是本发明第5实施方式的电梯门装置的主视图。

图11是本发明第5实施方式的控制框线图。

图12是表示本发明第6实施方式的等效刚性计算单元的框线图。

图13是说明本发明第6实施方式的冲突判定区域的图。

图14是表示本发明第6实施方式的冲突判定流程的图。

标号说明

1门板；9、32驱动装置；11、26、27驱动力检测单元；16、31、808移动量检测单元；18、25力基准值估计单元；806等效刚性计算单元

具体实施方式

第1实施方式

电梯的门设备的构成与背景技术部分使用图1所说明的内容相同，因此在此省略。图2表示本发明第1实施方式的控制框线图。在设置于门装置101的作为驱动装置的一例的电动机9，设置有检测对电动机9通电的电流的作为驱动力检测单元的一例的电流传感器11、以及检测电动机9的旋转的旋转传感器16。

在门控制器8中，由速度模式输出部801输出电动机9的速度指令值。利用减法器802对速度指令值与由旋转传感器16检测出的电动机9的旋转速度进行比较，该差值被输入到速度控制器803。速度控制器803计算并输出电流指令值，以使得作为减法器802的输出的速度差变小。并且，关于速度控制器803的构成而言，可以是本领域普通技术人员熟知的PI控制器等，因其不属于本发明的重点因而省略说明。

利用减法器804对从速度控制器803输出的电流指令值与由电流传感器11检测出的电动机9的电流值进行比较，该差值被输入电流控制器805。电流控制器805计算电压指令值并输出给电动机9，以使得作为减法器804的输出的电流差变小。关于电流控制器805的构成而言，可以是本领域普通技术人员熟知的P控制器等，因其不属于本发明的重点因而省略说明。

如上，门控制器8对于由电流传感器11和旋转传感器16检测出的值进行反馈，控制成使得电动机9追随由速度模式输出部801生成的速度指令值，因此即使从外部施加了干扰力，也能保证某种程度的速度追随性。

在此，考虑人体等与门板1发生了接触的情况，由于门板1的动作受到妨碍，因此旋转传感器16检测出的电动机9的旋转量变小，而且电流传感器11检测出的对电动机9的通电量会由于速度控制器803的作用而变大。计算等效刚性的等效刚性计算单元806输入作为驱动力检测单元的一例的电流传感器11和作为移动量检测单元的一例的旋转传感器16的信号，计算与门板1发生接触的物体的等效刚性。当该等效刚性达到规定值时，将冲突检测信号发送给反转指令单元807。反转指令单元807在收到冲突检测信号时，发出使门板1进行反转动作的指令。

图3是表示等效刚性计算单元806的详细情况的框线图。在增益块12中，使由旋转传感器16检测出的电动机9的旋转角度θ乘以设置于电动机9的绳轮5的半径r_p，计算出门板1的移动量x(t)＝θr_p。在存储器13中，存储移动量x(t)在既定时间Δt之前的值x(t-Δt)。在减法器14中，作为当前的移动量x与从存储器13输出的既定时间前的移动量x(t-Δt)之差，将移动量差值Δx作为Δx＝x(t)-x(t-Δt)进行计算。在增益块15中，对移动量差值Δx乘以接触判定刚性阈值K_lim后输出。

在增益块17中，对由电流传感器11检测出的电流值I乘以转矩常数K_e，计算出当前的驱动转矩τ(t)。作为力基准值估计单元的一例的学习转矩数据块18相对于移动量x存储通常时电动机9的转矩数据。学习转矩数据块18被输入当前的移动量x(t)，输出没有接触时的转矩基准值τ₀(t)。

在减法器19中，作为当前的实际转矩τ(t)与当前的转矩基准值τ₀(t)之差，计算当前的过负载转矩τ_e(t)＝τ(t)-τ₀(t)。在增益块20中，对过负载转矩τ_e(t)乘以1/r_p，作为当前的过负载力f(t)＝τ_e(t)/r_p。在存储器21存储有过负载力f(t)的既定时间Δt之前的值f(t-Δt)，在减法器22中计算出增加力Δf＝f(t)-f(t-Δt)。

其中，若门板1与人体等接触时的接触物的等效刚性为K，则可通过K＝Δf/Δx估计出K。接触物的刚性可通过变形量与产生变形所需的力之比来表示。严格来说，移动量差值Δx明显还包括接触物的纯粹的变形量之外的成分。基于这种意义，将估计刚性值K称为等效刚性。当等效刚性K大于等于接触判定阈值K_lim时，若向门板1发出反转指令，则接触判定式如式(1)所示。

【数式1】

K＝Δf/Δx≥K_lim    ...式(1)

通常在CPU进行的计算中进行除法时都会产生除零等问题，因此可将式(1)转换为式(2)进行使用。

【数2】

Δf-K_limΔx≥0    ...式(2)

在图3的减法器23中，计算式(2)的左边所示的Δf-K_limΔx。当该值在零以上的情况下，冲突检测器24输出冲突信号，控制为使得门板1反转。

当门板1与某物体冲突时，表示电动机9的驱动转矩的电流值会增加，并且电动机9的旋转量也会大幅减少。另一方面，电流值虽然会由于估计冲突时作为干扰的摩擦而增加，然而由于速度控制器803的效果，旋转量不会减小得那么多。在第1实施方式所示的发明中，不仅着眼于与电动机9的驱动转矩相当的电流值，还着眼于电动机9的旋转量来判定接触，因此能够减轻摩擦等随时间变化的干扰的影响。因此能够在不受摩擦等干扰影响的情况下，将等效刚性的判定阈值设定得较小，所以能更快地检测出门板1的冲突，其结果具有能降低对人体等的接触力的显著效果。

图6表示接触时门反转仿真结果的一例，虚线是使用现有的仅基于电动机转矩的冲突检测时的接触力，实线是使用本发明时的接触力。在本发明中能确认到相比现有技术能减轻大约30％左右的接触力。

第2实施方式

图1所示的电梯的门设备的构成、图2所示的基本控制框线图与第1实施方式相同，因此省略说明。在第2实施方式中，仅等效刚性计算单元806的内部结构与第1实施方式不同。图4是表示第2实施方式的等效刚性计算单元806的内部结构的框线图。图4与图3的不同之处在于当前的转矩基准值τ₀(t)的计算方法。

若设电动机9的旋转加速度为α、由电动机9驱动的总惯量为J、摩擦等干扰力为F_f，则电动机9的驱动转矩τ可表示为式(3)。

【数3】

τ＝Jα+F_fr_p   ...式(3)

在图4中的存储器24中存储有总惯量J、干扰转矩F_fr_p。其中，总惯量J和干扰转矩F_fr_p既可以是事先输入的常数(例如在不使用存储器等的情况下也可以为零)，也可以是通过学习而获得的学习参数。

从速度模式块23输入指令速度模式，根据该微分值获得旋转加速度α。作为力基准值估计单元的一例的转矩估计器25按照式(3)输出无接触情况下的转矩基准值τ₀(t)。

当如上所述使用转矩估计器25导出转矩基准值时，无需存储关于位置的基准转矩数据，因此具有能节约门控制器8所需的存储器数量的效果。

并且，在第1和第2实施方式中，使用电流传感器11作为驱动力检测单元的一例，求出当前的转矩τ(t)，但是，例如如图5所示，使用电流指令值26作为驱动力检测单元的一例也能获得大致相同的效果。图5是在第1实施方式中代替电流传感器11而使用电流指令值26作为驱动力检测单元的一例的实施方式。虽然没有图示出来，但是在第2实施方式中也可以使用电流指令值26代替电流传感器11作为驱动力检测单元的一例，这是不言自明的。

第3实施方式

下面使用图7说明本发明的第3实施方式。

第1～第2实施方式所示的基于接触物的等效刚性而进行的接触判定技术在人体等会对门的开闭带来影响的障碍物被门夹住的情况下等、门板1的动作被大幅限制的情况下尤为有效。

如图7所示，可以在存在产生人体等被夹住的可能性的关门时，进行第1～第2实施方式所示的基于等效刚性的接触力减轻控制I，在开门时通过其他方法II进行接触力减轻控制。这样就能获得可靠性更高的接触力减轻效果。

第4实施方式

下面使用图8说明本发明的第4实施方式。

本发明第4实施方式的电梯的门设备的构成与图1相同，因此省略此处的说明。图8表示本第4实施方式的控制框线图。在图8中，8、9、11和801～807的说明与图2相同，因此赋予同一标号表示，在此省略对它们的说明。图2与图8的结构差异在于，图8中取代旋转传感器16、设置了速度估计器808作为移动量检测单元的一例，而且设有转矩传感器27作为驱动力检测单元的一例。

近些年来，正在积极展开不具备旋转传感器的无传感器驱动技术的研究。例如在日本特开2000-78878号公报中公开了基于感应电压的位置依赖性来估计电动机9的旋转位置的技术。另外，在日本特开2004-514392号公报中，公开了使用电动机9的电感的凸极性来估计电动机9的旋转位置的技术。

本发明还可以应用于使用这种无传感器驱动技术的电梯门控制装置。即，使用从电流控制器805输出的电压指令值与从电流传感器11输出的实测电流值，由速度估计器808估计电动机9的旋转速度。并且，速度估计器808的详细情况并非本发明的本质性内容，因而在此省略说明。如上，使用速度估计器808估计出的估计旋转速度代替旋转传感器16的输出信号。另外，在本实施方式中，通过设置于电动机9的转矩传感器27直接检测电动机9的驱动转矩，以取代根据电流传感器11的电流值计算出电动机9的驱动转矩。

图9是包含本第4实施方式的等效刚性计算单元806的详细情况的框线图。基本与第1和第3实施方式所示的等效刚性计算单元相同，但不同之处在于，在图9中，在积分块28对作为速度估计器808的输出的估计角速度ω和绳轮5的半径r_p的积ωr_p进行积分，从而计算出门板1的位置x(t)，电动机9的转矩使用转矩传感器27的检测信号。其他动作和说明都与图3以及第1实施方式相同，因此省略说明。

当门板1与某物冲突时，电动机9的转矩增加，而且由速度估计器808估计出的电动机9的旋转量也大幅减少。另一方面，转矩由于估计冲突时作为干扰的摩擦而增加，然而由于速度控制器803的效果，旋转量不会减小那么多。

在本第4实施方式所示的发明中，着眼于电动机9的转矩和速度估计器808估计的电动机9的旋转量判定接触，因此能够减轻摩擦等随时间变化的干扰的影响。因此能够在不受摩擦等干扰影响的情况下，将等效的刚性判定阈值设定得较小，因此能更快地检测出门板1的冲突，其结果具有能够降低对人体等的接触力的显著效果。

第5实施方式

下面使用图10、图11说明本发明的第5实施方式。

图10是表示第5实施方式涉及的电梯的门设备结构的图。图10的1～8与图1相同，因此以相同标号进行表示，在此省略对它们的说明。图1与图10的结构差异在于，在图10中使用由可动线圈30和永磁铁29构成的线性电动机32代替电动机9作为轿厢侧门1的驱动装置的一例、以及使用位置传感器31代替旋转传感器作为移动量检测单元的一例。

本发明还可以应用于使用这种线性电动机32的电梯门控制装置。在线性电动机32中，电流流过可动线圈30，从而驱动力在图10(纸面的面内方向)的左右方向对永磁铁29产生作用。由位置传感器31检测此时轿厢侧门1的位置。

图11表示本第5实施方式涉及的控制框线图。图11中，8、11和801～807的说明与图2相同，因此以相同标号进行表示，在此省略对它们的说明。图2与图11的结构差异在于，图11中设置线性电动机32代替电动机9，设置位置传感器31代替旋转传感器16。

在上述第1～第4实施方式中，根据电动机9的相当于驱动转矩的量与相当于旋转量的量之比的关系导出了接触物的等效刚性，而在使用了本第5实施方式所示的线性电动机32的结构中，根据线性电动机32的相当于驱动力的量与相当于移动量的量之比的关系，同样能够导出接触物的等效刚性，这是不言自明的。

因此，如本第5实施方式那样使用线性电动机32的情况下，不仅使用相当于线性电动机32的驱动力的电流值，还着眼于线性电动机32的移动量来判定接触，因此能减轻摩擦等随时间变化的干扰的影响。因此，能够在不受摩擦等干扰影响的情况下，将等效的刚性判定阈值设定得较小，因此能更快地检测出门板1的冲突，其结果具有能够降低对人体等的接触力的显著效果。

第6实施方式

下面使用图12～14说明本发明的第6实施方式。

图12是表示使用与第1实施方式不同的方法的等效刚性计算单元806的详细情况的框线图。到由减法器14计算移动量差值Δx、由减法器22计算增加力Δf为止的内容都与第1实施方式所示的图3相同。

但是，在第6实施方式中，如图13所示，在Δx-Δf平面内划分为冲突判定区域和非冲突判定区域，根据输入到冲突检测器24的Δx和Δf检测冲突。在图13所示的Δx-Δf平面内，左上区域为等效刚性较大的区域(冲突判定区域)，右下区域(施加了阴影的区域)为等效刚性较小的区域(非冲突判定区域)，因此，在输入到冲突检测器24的(Δx、Δf)点处于冲突判定区域的情况下，冲突检测器24输出冲突信号，控制为使得门板1反转。

图14示出基于图13的更具体的冲突判定流程。根据所输入的Δx的大小来区分情况。在Δx小于x1时，若Δf大于f1则判定为冲突，在Δx在x1和x2之间时，若Δf大于f2则判定为冲突，当Δx大于x2时，若Δf大于f3则判定为冲突。

在本实施例中，将Δx-Δf平面分割为由5个分割参数x1、x2、f1、f2、f3规定的区域，然而也可以使用更多的分割参数细化分割，或者也可以以较少的分割参数粗略分割。

通过如上所述的使用多个分割参数，虽然需要存储分割参数的存储容量，然而能获得一并考虑到判定冲突的等效刚性的复杂的非线性特性的效果。

并且，第1、第2实施例和第6实施例示出了计算接触物的等效刚性的具体例子，然而计算等效刚性的方法无需与这些例子严格相同，只要是计算与作为驱动装置的一例的电动机9或线性电动机32的驱动转矩或驱动力与旋转量或移动量之比相关联的值的方法即可。

Claims (6)

1.一种电梯门控制装置，其特征在于，该电梯门控制装置具有：

门板，其对层站进行开闭；

驱动装置，其对上述门板进行开闭驱动；

移动量检测单元，其检测上述驱动装置的旋转量或移动量；

驱动力检测单元，其检测上述驱动装置的驱动转矩或驱动力，或者计算针对上述驱动装置的驱动转矩指令值或驱动力指令值；以及

等效刚性计算单元，其根据上述移动量检测单元的输出信号、上述驱动力检测单元的输出信号，估计接触物的等效刚性，

该电梯门控制装置将估计出的接触物的等效刚性作为接触判定参数与阈值进行比较，由此使门板反转或停止。

2.根据权利要求1所述的电梯门控制装置，其特征在于，

该电梯门控制装置还具有力基准值估计单元，该力基准值估计单元估计正常开闭时的驱动装置的转矩基准值或力基准值，

上述等效刚性计算单元根据上述移动量检测单元的输出信号、上述驱动力检测单元的输出信号和上述力基准值估计单元的输出，估计接触物的等效刚性。

3.根据权利要求2所述的电梯门控制装置，其特征在于，

上述力基准值估计单元根据以往门板开闭时的学习转矩数据或学习力数据估计基准值。

4.根据权利要求2所述的电梯门控制装置，其特征在于，

上述力基准值估计单元根据门板的开闭速度指令模式、门板的重量参数以及通常时的干扰参数，估计转矩基准值或力基准值。

5.根据权利要求1所述的电梯门控制装置，其特征在于，

其仅用于向关闭上述门板的方向进行控制时。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的电梯门控制装置，其特征在于，

上述驱动装置是电动机，上述移动量检测单元是安装于上述电动机的旋转传感器，上述驱动力检测单元是检测流过上述电动机的电流的电流传感器。