JP2002504880A - エレベータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はエレベータの駆動方式に関する。本エレベータは駆動機械(2、4)を含み、これによってエレベータカー(6)は移動し、支持することができる。リニアモータの１次回路(2)を建物の壁に固定的に取り付け、その２次回路は、エレベータカー(6)に関連させて取り付け、エレベータカー(6)とともに移動する。圧搾空気をリラクタンス型リニアモータの１次回路(2)および２次回路(4)の間に供給して、それらの間に空隙(20)を維持する。

Description

【発明の詳細な説明】 エレベータ 本発明は請求の範囲第１項の前段に記載のエレベータに関する。 エレベータ技術では、いくつかの方法を用いてエレベータの駆動力を発生して いる。よく知られている方法に、エレベータカーを昇降させる回転モータにロー プで接続されたトラクションシーブを使用し、トラクションシーブの反対側に位 置するカウンタウエイトで負荷を平衡させるものがある。他の確立した別方式は 油圧式エレベータに見受けられる。これは、エレベータカーを動かす昇降力を油 圧シリンダから直接、またはロープを介して得るものである。最新のエレベータ はこれらの方式に基づいているが、多くの変形方式が開発されている。 上述したタイプのエレベータは、動作も安定し、安全で信頼性が高くなってい るが、これらに使用されている方式は、改良および製品開発の対象となるいくつ かの要因を含んでいる。たとえば、建物空間の更なる有効利用および消費エネル ギーの更なる節減の方法を見出す研究が引き続いて行なわれている。油圧式エレ ベータでは、昇降高は実際上、数階に制限される。これに対して、ロープ懸架エ レベータは、数100メートルの高さの建物に導入されているが、その場合は、ロ ープ長と振動が問題を生ずる。ロープ懸架構成であるがため、１本の昇降路にお けるエレベータの数は、実際上、１基に限られる。 ロープ懸架エレベータおよび油圧式エレベータの他に、エレベータにリニアモ ータを採用したいくつかの方式が提案されている。この場合、電動モータは、完 全に昇降路空間内に配置されている。多くのリニア・エレベータモータは、誘導 電動機原理に基づいているが、永久磁石に基づくリニアモータなどの他のモータ 方式も提示されている。いくつかの異なる方式が提案されているが、これまでに 匹敵するエレベータを作成することは、出来ていない。 本発明は、従来方式で遭遇したいくつかの欠点を解消する新規なエレベータを 達成することを目的とする。これを達成するために、本発明のエレベータは、請 求の範囲第１項の特徴段に記載の構成要件を特徴としている。 本発明は、いわゆるスイッチト・リラクタンス・リニアモータまたはそれから 展開した変形に基づいている。これは、いわゆるマイクロフラックス技術を用い たものである。スイッチト・リラクタンスモータでは、リニアモータの巻線は、 固定１次回路または可動２次回路のいずれかに任意に配置されている。このモー タを使用して、移動方向における力成分と移動方向に垂直な力成分とを発生させ ることによって、エレベータカーを走行させるとともに、これを支持する。巻線 を１次側または２次側に配置することは、各適用例に応じて個別に選択できる。 本発明の好ましい実施例によれば、これはリニアモータおよび空気圧空隙調整 の組合せ効果を用いている。リニアモータを使用して、移動方向における力成分 と移動方向に垂直な力成分とを発生させることによって、エレベータカーを走行 させるとともに、これを支持する。リニアモータの１次回路と２次回路との間の 空隙は、この垂直成分および加圧空気によって維持される。 本発明の好ましい実施例によれば、マイクロフラックスモータと称するマイク ロフラックス技術に基づくモータにおいて、巻線を１次側および２次側の双方に 配置し、これによって漏れ磁束の相当部分が減少し、モータの出力対重量比が改 善される。巻線への電流供給を制御して、磁束がモータのヨーク部を最小距離だ け通過し、隣接する歯を介した最初の位置で磁束ループが完結するようにする。 好ましい実施例によれば、エレベータのトラックの全長に沿って配設された制 御装置を用いて巻線に電力を供給し、各巻線を個別に制御する。または、いくつ かの巻線を組み合わせて共通制御の群を形成することができる。 本発明の他の別な実施形によれば、空気装置は、圧搾空気源と、ノズルを有す る配管系とを含み、これは、実質的にリニアモータの１次回路と２次回路の間の 空隙内に設けられている。圧搾空気によって、空隙が清浄に保たれ、空隙の中心 からその縁部に向かう滑らかな空気流が発生する。 本発明の構造的解決策についての様々な方式は、リニアモータおよび空気装置 をエレベータカーの片側に配置し、またはリニアモータおよび空気装置をエレベ ータカーの２以上の側に配置することである。前者の解決策は、建物における エレベータの配置、および既存のエレベータ昇降路の独立性について自由度が増 す。後者の解決策によれば、エレベータ毎のモータの物理的寸法の変化の自由度 が増す。 とくにリニアモータの構造に関する本発明の実施例において、１次回路および ２次回路の歯のピッチは、バーニア方式を適用することによって実現される。そ こで、モータ出力は、モータの活性部分、すなわち可動２次側の全長にわたって 均一に分布させることができる。 更なる実施例によれば、１次回路および／または２次回路には、空隙に面する 表面がプラスチック膜で覆われている。そこで、リニアモータの有効空隙は、空 気調整された空隙を同時に拡大することなく、調整することができる。 本発明の新規なタイプのモータ方式は、エレベータ技術においていくつかの利 点を提供する。モータがエレベータに直接、上昇力を加える際、巻上げロープの 必要がなくなり、これは、通常保守および改装の目的である。ロープの延びに起 因する再調整は、もちろん不要となる。したがって、トラクションシーブも転向 プーリも配設する必要がない。カウンタウエイトおよび、カウンタウエイト案内 レールなどの付帯昇降路装置は、不要となる。個別の機械室は不要であるが、制 御および操作装置は、エレベータ内、または各階にある装置に関連して配置する ことができる。エレベータ昇降路におけるエレベータカーの走行は、空気支持方 式で制御する。そこで、従来のエレベータカーガイド、およびそれ用の案内レー ルは配設されない。現在の技術で使用されるような安全装置も無い。エレベータ 昇降路の全体利用度は高くなり、これは、エレベータ昇降路内に配設されるエレ ベータカー以外の唯一の装置は、モータの非常に扁平な磁気回路であるからであ る。昇降高は、高さに応じて必要となる何らかの特別な付加装置または装具を用 いることなく、制限されない。 本エレベータは、エレベータが建物の外壁に沿って上昇する外部構築物として 実現することができ、したがって、建物の内部の更なる空間を節減することがで きる。本発明によるエレベータ方式ではさらに、軽量のエレベータカー構体を使 用することができる。これは、トラクションシーブエレベータの場合のように摩 擦の大きさで最小カー重量が制限されることがないためである。本発明のエレ ベータの自由度および従来のエレベータの制限事項に基づいて、この新規な方式 では、とくに非常に高層および非常に低層のエレベータ昇降路の場合に利点があ る。さらに、本発明のエレベータ方式では、複数基のエレベータ昇降路や、また 垂直および水平走行を組み合わせた移送システムも開発することができる。 このスイッチト・リラクタンスモータは、従来のモータ方式よりかなり高い出 力対重量比を有する。マイクロフラックスモータでは、出力対重量比は、リラク タンスモータと比較してさえ、さらに改善される。 次に、添付図面を参照して本発明の実施例のいくつかを挙げて本発明を詳細に 説明する。 第１図は本発明のエレベータの原理を示し、 第2a図および第2b図は、スイッチト・リラクタンスモータを側面および空隙側 から見た同モータの原理を示し、 第3a図および第3b図は、マイクロフラックス・モータを横方向および空隙側か ら見た同モータの原理を示し、 第４図はモータの出力状態を示し、 第５図は本発明のモータの制御原理を示す。 本発明のエレベータ（第１図）は、１次回路、すなわち建物に設けられたエレ ベータ昇降路の壁１に取り付けられたリニアモータのステータ２の表面に沿って 移動する。第１図ではエレベータは壁１、３および５で画成された昇降路内を走 行するものとして示されているが、本発明の実現形態は、昇降路に限定されず、 エレベータは、そのモータで支持されているが、側壁なしにそのステータに沿っ て移動できるものであり、ステータは、壁１に取り付けられているか、さもなく ば建物に十分に固定されている。２次回路を備えた可動摺動体４、すなわちそれ に取り付けられたリニアモータのロータがエレベータカー６に取り付けられてい て、それとは空隙で離隔されているステータ２の側方で移動する。これは後に詳 細に説明する。 第2a図および第2b図に示すように、ステータ２は、ステータの支持構体７に取 り付けられた複数の要素ステータ８を含み、これは、ロータの方を向いた歯12を 有する磁気回路10と、その歯を接続するヨーク部14とを含む。鉄心構体は、歯お よびヨークの両方の領域におけるのと実質的に同じオーダの厚さである。ステー タ歯12にはコイル16が巻回され、コイルを流れる電流は磁束18を発生し、これは 、歯およびヨーク部を通過し、さらに空隙20を越えて摺動体に固定されているロ ータの磁気回路22にはいる。ロータの磁気回路22は、ロータ歯24と、隣接のロー タ歯24を接続するヨーク部26とからなる。第2a図に示す実施例では、要素ステー タのスロットピッチは、ロータのスロットピッチと同じであり、ある要素ロータ の各歯は、その要素ロータに向かい合う各ステータ歯と整列している。隣接する 各要素ステータは、摺動体の移動方向に距離ｘだけ除去されている。これは、第 2a図に示す例では、ロータスロットピッチの1/8に相当する。ロータとステータ の間には、適切な制御によりコイルに電流が流れると、摺動体のヨークの方向、 すなわち移動方向に作用する力成分Fxと、移動方向に垂直な方向に作用しステー タおよびロータを互いに吸引する力成分Fyとを有する力が生ずる。これについて 、以下に詳述する。摺動体には空気路27が設けられている。一端では、空気路は 、モータの空隙20内のノズル21で終端し、他端では、配管系23に接続され、空気 圧源25がそれに接続されている。この空気装置全体をエレベータカーに装着する ことができ、その場合、その駆動モータは、カーケーブルまたは給電レールを介 して給電される。または、空気圧源を建物内に固定的に装着することもでき、そ の場合、配管系23は、エレベータのトラックの下／脇にカーケーブルと同じよう に設ける。空気装置を使用して、圧搾空気をモータの空隙20内に供給し、ステー タとロータとの間の吸引力を相殺し、一定の空隙を維持する。空隙に面するステ ータ面およびロータ面は滑らかな形状を有し、確実に圧搾空気が空隙内に十分均 一に分配されて一定の空隙の大きさを維持するようにする。各ステータ巻線およ び各スロットの間の空間は、樹脂または何らかの他の公知の材料で充填されてい る。こうして、磁気回路は、ステータ歯およびロータ歯、ならびに各歯を接続す るヨーク部と、ステータおよびロータ間の空隙とからなる。 スイッチト・リラクタンスモータについての本質的要因は、磁束を制御してこ れが２つの歯とそれらをステータ側およびロータ側の両方に接続するヨーク部と を通過させなければならないことである。これによって確実に、磁束の経路が短 くなり、何ら、かさばる鉄心フレームを必要としない。第２図に示すロータで は、ステータ巻線が空隙近くに配置されて、漂遊磁束を実質的に減じている。し かし、いくらかの漂遊磁束がロータ歯の側に現れる。漂遊磁束を減らすために、 第３図に示す別な方式では、コイル28をロータ歯24にも巻回しておく。該当する 場合、同様の部分には第２図におけるのと同じ参照番号を第３図で使用する。第 ３図に示す実施例によるマイクロフラックス・モータにおいて、『マイクロフラ ックス』は、この文脈ではこの方式を示すものとして用いるが、ステータの各要 素ステータの変位ｘは、ロータスロットピッチの1/21である。したがって、ロー タ全体の21個分の歯の長さについて20個のステータ歯がある。このようにして、 バーニア方式を適用し、上昇力の滑らかさを達成している。これは、後節で第４ 図を参照して説明する。第３図に示すマイクロフラックス・モータにおけるステ ータの磁気回路は、スロットピッチで歯が設けられた連続ヨークを含む。このよ うに、第２図および第３図に示す実施例は、構造的に互いに異なり、それらの制 御原理も同様に、ある細部が互いに異なる。しかし各実施例では、各ステータ巻 線で発生する主磁束がその巻線に隣接する歯を経由してそのループを完結するが 、さらにヨークを通過することのないようにステータ巻線に電力が供給される。 第３図に示す場合では、ロータ巻線に供給された電力は、漂遊磁束を減らす機能 を有する。 簡単のために、第３図は、ステータ巻線16およびロータ巻線28の一部のみを示 している。電流の方向（＋または−）は、スロット毎に示し、これらのループを 歯12および24、ヨーク部14および26、ならびに空隙20を経由して完結する磁束は 、それぞれ実線および破線で示す。 ステータ巻線によって移動方向に生ずる力は、ロータ歯がステータ歯Taを通過 して移動するにつれて、曲線Fxaで示すように変化する。これが歯Tbを通過する と、曲線Fxbで示すような力の状態が生成される。各巻線は、対応するタイミン グ差に一致した位相でスイッチングされる。ステータ歯およびロータ歯がバーニ ア方式で更に除去されると、移動方向における均一な全体の力Fxが得られる。破 線Fyaはステータ歯とロータ歯との間の移動方向に垂直な相互吸引力を示してい る。ある数値例の場合に、図示の大きさの力成分が縦軸に形成され、FyはFxの４ 倍の大きさであった。 エレベータ駆動装置におけるマイクロフラックス・モータおよびその制御部の 基本的回路構成は、第５図に示す。エレベータ昇降路にその全長にわたって装着 されているのはステータであり、これは、ステータ巻線、すなわち、上述のよう に各ステータ歯の間の各スロットに設けられた昇降路コイルL1、L2、....LN、LN +1、LN+2、....、LMを含み、これらは、ロータ歯に対して位相がずれている。コ イルL1、....LNは直列に接続され、それらには、単一の定電流電源30から電力が 供給される。エレベータ昇降路の全長に沿って、直列接続されたいつくかの組の 昇降路コイルが次々と装着され、各組は、それ用の定電流源によって給電される 。各昇降路コイルを適切なタイミングでスイッチングさせるために、エレベータ 昇降路には、昇降路における摺動体の位置を検出する検出器32が設けられ、これ を用いて昇降路巻線の適切な部分に電力を投入する。昇降路コイルの制御に関し て何らかの余分な条件を課する必要はなく、これは、摺動体がロータ巻線の上に あるときにそれを励磁させれば十分であるからである。昇降路コイルの定電流源 には、動力電源線から昇降路内に装着されたケーブル36を通して幹線ブリッジ34 によって給電する。定電流源30の電流はまた、昇降路内に装着されたケーブル40 を通して電流調整装置38によって制御される。定電流源の、したがってコイルの 制御は、それ自体公知の方法で行なうことができ、ここで詳細に説明する必要は なく、当業者は、本発明で教示の原理に従って本発明に必要な装置の細部を設計 し、構成することができる。 エレベータカーに装着されているのは摺動体４であり、これは、第３図に示す ように歯を設けた磁気パックからなり、このパックは、たとえば10個のロータ巻 線28を含む。各ロータ巻線は、それ用のコイル制御部42によって制御され、これ には、幹線ブリッジ34からカーケーブル44を通して給電される。コイル制御部は 、エレベータの速度基準値および実速度値を用いて制御される。速度基準値46は 、エレベータ制御論理回路48によって発生され、実速度値50は、エレベータカー または摺動体の動きから速度検出器または位置検出器を用いて発生される。コイ ル制御部の制御信号は、エレベータカーに制御ケーブル52を通して取り込まれる 。コイル制御部は、エレベータカーに作用する力が移動方向およびカー荷重に応 ずるように制御される。 ロータ巻線は、位置検出器および速度検出器を使っても制御できる。この場合 、エレベータカーには、エレベータカーの位置に応じた位置信号を発生する位置 検出器と、加速度制御用の加速度計とを設ける。コイル制御部は、位置検出器お よび加速度制御部によって提供されるデータで制御する。そのため、位置検出器 は、十分に正確な位置データを出力して巻線を適切なタイミングでスイッチング できなければならない。 エレベータが上昇方向に走行中、モータ巻線は、ステータとロータとの間の昇 降路内でエレベータカーを支持する垂直力の他に、エレベータカーの重量および 走行速度に応じた力が生ずるように励磁しなければならない。エレベータカーが 下降方向に走行中は、抵抗器に、または給電線に、または蓄電池などのエネルギ ー貯蔵設備に電力を回生することによって、カーを電気的に制動することができ る。しかし、巻線は、エレベータカーを昇降路壁にしっかりと接触させる力をス テータとロータとの間に生じなければならない。 スイッチト・リラクタンスモータの制御は、同様の方法で行なうことができる が、技術的実現方法は、上述したものとかなり相違する。それは、モータ半体の 一方だけに巻線が設けられ、この巻線のみを制御するからである。 昇降路への電力の供給は分割方法で行なうことができ、数メートルの距離から なる各区分内でのコイル制御部は、給電線に接続された個別の電源を有する。 エレベータカーおよび摺動体に走行方向に垂直な方向に作用する力Fyは補償さ れ、ステータとロータとの間の一定の空隙は、配管系27を介してこの空隙に圧搾 空気を供給することによって維持する。この方法は空気支持技術で公知であり、 それによれば、圧力差によって空気が配管におけるノズルからモータの縁部に流 れる。 このエレベータの上昇移動に要するエネルギーは、カウンタウエイトを用いる エレベータ方式より大きい。給電線から取り込む電力を減らすために、下降移動 中のエレベータカーによって生じたエネルギーを導入するエネルギー貯蔵装置を 用いる。 エレベータカーとともに移動するロータに必要なエネルギーは、エレベータカ ーケーブル以外の手段を用いてカーに供給することもできる。昇降路に導体 レールを設けて、これから電気をカー給電ケーブルへ集電子を介して流すことが できる。または、エネルギーを誘導的に、放射によって、またはエレベータカー に装着され停止中に充電される蓄積装置から供給することもできる。 本発明をその実施例のひとつを挙げて上述した。しかし、この説明は、発明の 保護の範囲の限定を構成するものとして解すべきでなく、そのいくつかの実施例 は、以下の請求の範囲によって定義される限度内において変形してもよい。例と して挙げた実施例の他に、給電、エレベータ制御、モータ構成、制動エネルギー の回生、および安全装置について数多くの他の方式がある。モータが単一の空隙 を含むものとして説明したが、いくつかの空隙と、これらの空隙を画成しエレベ ータカーの片側に、エレベータカーの両側に、または互いに垂直な２つ以上の側 に配置された対応した数のステータ・ロータ対を備えたモータを使用することが できる。同様に、複数のモータを、エレベータカーの片側でも両側でも互いに異 なる角度で配設することもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ， ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，Ｌ Ｓ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ， ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，Ｅ Ｅ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＧＷ，ＨＵ ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ， ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，Ｍ Ｄ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ， ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，Ｕ Ｚ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者 カッリオニエミ、アンッティ フィンランド共和国 エフアイエヌ― 00100 ヘルシンキ、メシェリニンカトゥ 19 エー ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．エレベータカー(6)および駆動機械(2、4)を含み、該駆動機械は、実質的に 垂直な壁に固定的に取り付けられたリニアモータ１次回路(2)と、前記エレベー タカー(6)に関連して取り付けられ該エレベータカー(6)とともに移動するリニア モータ２次回路とを含むエレベータにおいて、前記駆動機械によって前記エレベ ータカー(6)は移動可能および支持可能であり、前記リニアモータの１次回路(2) および２次回路(4)は、該エレベータの移動方向に間にスロットを介在させて一 連に配置された歯(12、24)を含み、前記リニアモータの巻線(16、28)は、少なく とも前記１次回路または２次回路におけるスロット内に設けられ、該巻線によっ て誘起される磁束(18)は、実質的に前記１次回路(2)および２次回路(4)の両方に おける２つの隣接する歯(12、24)およびそれらの間のヨーク部(14、26)を通って そのループを完結することを特徴とするエレベータ。 ２．請求の範囲第１項記載のエレベータにおいて、該エレベータは空気装置を含 み、これによって、圧搾空気を前記リニアモータの１次回路(2)および２次回路( 4)の間の空間に供給することができ、前記１次回路(2)および２次回路(4)の空隙 (20)は、前記圧搾空気によって調整可能であることを特徴とするエレベータ。 ３．請求の範囲第１項または第２項に記載のエレベータにおいて、該エレベータ は、前記１次回路(2)および２次回路(4)の両方におけるスロットに巻線(16、18) が設けられていることを特徴とするエレベータ。 ４．請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載のエレベータにおいて、該 エレベータは制御装置を含み、これによって、前記リニアモータの巻線(16、18) に所要電力を供給可能であり、前記１次回路(2)の制御装置は、エレベータのト ラックの長さに沿って分布し、各巻線(16)が個別に制御されることを特徴とする エレベータ。 ５．請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載のエレベータにおいて、前 記空気装置は、空気圧源(25)およびノズル(21)を備えた配管系(23、25)を含み、 該ノズルは、実質的に前記リニアモータの１次回路(2)および２次回路(4)の間 の空隙(20)内に設けられていることを特徴とするエレベータ。 ６．請求の範囲第１項ないし第５項のいずれかに記載のエレベータにおいて、前 記リニアモータおよび前記空気装置は、前記エレベータカーの２以上の側に配設 されていることを特徴とするエレベータ。 ７．請求の範囲第１項ないし第６項のいずれかに記載のエレベータにおいて、前 記１次回路(2)の歯のピッチおよび２次回路(4)の歯のピッチは、バーニア方式で 実現されていることを特徴とするエレベータ。 ８．請求の範囲第１項ないし第７項のいずれかに記載のエレベータにおいて、前 記１次回路および／または２次回路には、前記空隙に面する表面がプラスチック 膜で覆われていることを特徴とするエレベータ。