JP2009220995A - エレベータの管制運転装置 - Google Patents

Abstract

【課題】地震や強風等によって建物が揺れた場合に、正確なロープ応答を求めて管制運転を実行する。
【解決手段】建屋変位演算部４１は、加速度センサ２２ａ，２２ｂの出力信号ａｘ，ａｙに基づいて建物の変位量δ_ｘ、δ_ｙを演算する。管制運転選択判定部４３は、建屋の変位量δ_ｘ、δ_ｙに対するかご位置ｈとロープの最大相対変位との関係にさらに上記乗りかごの積載荷重を加味してロープ応答を分析して、そのロープ応答に基づいて危険レベルを判別して管制運転制御部４４に与える。管制運転制御部４４は、この判別された危険レベルに応じた管制運転を実行する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、地震や強風によって建物が大きく揺れた場合に管制運転に切り替えるエレベータの管制運転装置に関する。

建物が高層化されると、建物の固有振動数が低下するため、地震発生時や強風時に共振現象が起こりやすくなる。共振現象が発生すると、建物は大きく揺れ、その建物内に設置されているエレベータ設備も大きく揺れる。これにより、エレベータの乗りかごが階床間で停止し、いわゆる「閉じ込め事故」が発生する。

このような閉じ込め事故を防止するため、近年のエレベータでは、「地震管制運転装置」と呼ばれる安全装置を備えている。これは、地震感知器によって所定値を超える加速度（揺れ）が検知された場合に、乗りかごを自動的に最寄階に移動させ、そこで乗客を降ろしてから運転停止するものである。

このように、一般的な地震管制運転装置は、地震発生時の加速度を検出し、所定値を超える場合に危険であると判断して、管制運転を行うのが基本的な考え方である。しかし、正確に言えば、地震発生により建物およびエレベータシステムが危険な状態に陥るか否かは、検出した加速度だけに依存しているのではなく、建物やエレベータ設備の固有振動数と地震波の卓越振動数との関係、あるいは建屋やエレベータ設備の振動特性などにも依存している（例えば、特許文献１参照）。

また、加速度センサにより検出した加速度をもとに、エレベータ・ロープを簡単な１自由度系モデルで置き換え、ロープの応答を推定して管制運転を行う技術もある（例えば、公開文献２参照）。
特公平６−３７２６９号公報 特開２００７−３３１９０１号公報

上記特許文献１では、ロープを含むエレベータ設備の個々の共振周波数を予め設定しておき、これらの共振周波数と一致する振動が検出された場合に管制運転を行うものである。この場合、ロープに関しては、所定の長さ（例えば一番長い状態）での共振周波数しか設定されていないため、乗りかごの位置によってロープ長が変わると、管制運転の判別に狂いが生じる可能性がある。

また、上記特許献２では、１自由度系モデルで簡易的にロープの応答を推定する構成であるため、実際のロープ応答との間に誤差が生じる可能性がある。さらに、かご位置に応じたロープの応答を推定するためには、多数の１自由度系モデルを必要とするなどの問題もある。

本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、地震や強風等によって建物が揺れた場合に、正確なロープ応答を求めて管制運転を実行することのできるエレベータの管制運転装置を提供することを目的とする。

本発明に係るエレベータの管制運転装置は、巻上機に巻回されたロープを介して昇降路内を移動する乗りかごを備えたエレベータの管制運転装置において、建物の所定位置に設置された加速度センサと、この加速度センサの出力信号を用いて上記建物の変位量を演算する建屋変位演算手段と、この建屋変位演算手段によって求められた建屋の変位量に対する上記乗りかごの位置と上記ロープの最大相対変位との関係に基づいてロープ応答を分析し、そのロープ応答に基づいて危険レベルを判定する判定手段と、この判定手段によって判定された危険レベルに応じた管制運転を実行する管制運転制御手段とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、地震や強風等によって建物が揺れた場合に、正確なロープ応答を求めて管制運転を実行することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るエレベータの全体構成を示す図である。今、ある建物１０の中に１台のエレベータ１１が設置されている場合を想定する。

建物１０の最上部の機械室１０ａに、エレベータ１１の駆動源である巻上機１２が設置されている。なお、機械室が設置されていないマシンルームレスタイプのエレベータでは、昇降路内の上部に巻上機１２が設置される。

この巻上機１２にメインロープ１３が巻回されている。メインロープ１３の一端側には乗りかご１４、他端側にはカウンタウェイト１５に取り付けられている。また、昇降路最下部にはコンペンシープ１７が配設されており、このコンペンシープ１７を介してコンペンロープ１６の端部がそれぞれ乗りかご１４とカウンタウェイト１５の下部に取り付けられている。

さらに、巻上機１２の近くにガバナ（調速機）１８、コンペンシープ１７の近くにガバナシープ１９が配設されており、これらガバナ１８およびガバナシーブ８にガバナロープ２０が巻回されている。ガバナロープ２０は乗りかご１４に連結されており、ガバナ１８はこのガバナロープ２０を介して乗りかご１４の走行速度に同期して回転する。

一方、建物１０の機械室１０ａあるいはマシンルームレスタイプでは昇降路内に、エレベータ１１を運転制御するための制御装置２１が設置されている。この制御装置２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を搭載したコンピュータからなり、巻上機１２の駆動制御など、エレベータ１１の運転制御に関わる一連の処理を実行する。また、後述するように、この制御装置２１は、地震や強風等によって建物１０が揺れた場合に管制運転を実行するための管制運転装置としての機能を備える。

この制御装置２１の設置位置付近には、ｘ方向の加速度を検出するための加速度センサ２２ａと、ｙ方向の加速度を検出するための加速度センサ２２ｂが設置されており、これらの加速度信号ａｘ，ａｙが制御装置２１に出力されるようになっている。

また、乗りかご１４の底部には、荷重センサ２４が取り付けられており、その荷重センサ２４によって検出された乗りかご１４の積載ｗのデータが制御装置２１に出力されるようになっている。

また、巻上機１２の回転軸にかご位置検出器２３が取り付けられている。このかご位置検出器２３は、巻上機１２の回転に同期してパルス信号を発生するパルスジェネレータからなり、そのパルス信号のカウント値から乗りかご１４の位置を検出するように構成されている。このかご位置検出器２３によって検出されたかご位置ｈのデータは、制御装置２１に出力される。なお、例えば各階床に図示せぬ位置センサを設置しておき、乗りかご１４がこれらの位置センサを通過したときに出力される信号を用いてかご位置を検出する構成としても良い。

制御装置２１は、これらの検出信号に基づき巻上機１２を駆動制御する。巻上機１２が駆動されると、乗りかご１４がメインロープ１３を介してカウンタウェイト１５と共に昇降路内をつるべ式に移動する。

また、この制御装置２１は、公衆回線網等の通信ネットワーク３０を介して外部の監視センタ３２に接続されている。監視センタ３１は、通信ネットワーク３０を介してエレベータの動作状態を常時監視しており、何らかの異常を検知した場合に保守員を現場に派遣するなどして対処する。

図２は同実施形態における制御装置２１に備えられた管制運転機能の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、制御装置２１は、建屋変位演算部４１、記憶部４２、管制運転選択判定部４３および管制運転制御部４４を含んで構成される。

建屋変位演算部４１は、建物１０に設置された加速度センサ２２ａ，２２ｂから出力されるｘ方向とｙ方向の加速度信号ａｘ，ａｙに基づいて建物１０の変位量（揺れ量）を求める。

記憶部４２は、管制運転に必要な各種データを記憶している。この記憶部４２には、データベース４２ａ、判定結果記録部４２ｂが設けられている。データベース４２ａには、管制運転の判定基準となる危険レベルＤ１〜Ｄ４に関するデータが予め記憶されている。なお、この危険レベルＤ１〜Ｄ４については後に詳しく説明する。判定結果記録部４２ｂには、管制運転の判定結果が履歴として記録される。

管制運転選択判定部４３は、建屋変位演算部４１によって演算された建物１０の変位量δ_ｘ、δ_ｙに対するかご位置ｈとメインロープ１３の最大相対変位との関係にさらに乗りかご１４の積載ｗを加味した変位特性データ（図５参照）を用いてロープ応答を分析し、そのロープ応答に基づいて危険レベルを判定する。管制運転制御部４４は、管制運転選択判定部４３によって判定された危険レベルに応じた管制運転を実行する。

次に、同実施形態の動作を説明する。
地震あるいは強風等によって建物１０が揺れると、加速度センサ２２ａ，２２ｂによって建物１０の揺れが検知され、２方向（ｘ方向とｙ方向）の加速度信号ａｘ，ａｙが建屋変位演算部４１に対して出力される。建屋変位演算部４１では、加速度信号ａｘ，ａｙを積分することにより、この建物１０の変位量δ_ｘ、δ_ｙを演算し、その結果を管制運転選択判定部４３に出力する。

なお、図３に示すように、建屋変位演算部４１において、上記変位量δ_ｘ、δ_ｙからｘ方向とｙ方向を合成した合成変位量ｄを下記のように演算し、その結果を管制運転選択判定部４３に出力する構成であっても良い。

ｄ＝√（δ_ｘ ^２＋δ_ｙ ^２） …（１）
なお、上記（１）式において、√の記号は（δ_ｘ ^２＋δ_ｙ ^２）の全体に掛かるものとする。

以下では、この合成変位量ｄを用いた図３の構成を例にして説明する。
図４は建物の揺れに対するロープの応答解析の一例を示す図であり、乗りかご１４側のメインロープ１３つまり乗りかご１４と巻上機１２との間のメインロープ１３の応答特性を表している。

今、乗りかご１４が所定の位置（例えば最下階）で停止しているものとする。このとき、建物１０が図４（ａ）のように揺れたとすると、メインロープ１３の各部分では、図４（ｂ），（ｃ），（ｄ）のように揺れる。図４（ｂ）はロープの上から１／４の部分、（ｃ）はロープ中央部分、（ｄ）はロープの上から３／４の部分の揺れ方を表している。これらの図から、建物１０が揺れた場合にロープ中央部分が最も大きく揺れることが分かる。

なお、エレベータ１１に用いられているロープには、メインロープ１３の他に、図１に示すようにコンペンロープ１６やガバナロープ２０がある。これらのロープについても同様の応答解析を行い、それぞれのロープの最大変位（建屋との最大相対変位）を求めて、図５のような変位特性を分析しておくことが好ましい。メインロープ１３については、乗りかご１４の積載荷重を加味することで、より正確な変位特性を得ることができる。

図５はかご位置とロープの最大相対変位との関係を示す図であり、建屋変位量ｄの最大値が所定の値（例えば５０ｍｍとする）のときの状態を表している。

図５の例では、ノーロード（ＮＬ）のときの乗りかご１４側のメインロープ１３の変位特性（図中の実線）と、フルロード（ＦＬ）のときの乗りかご１４側のメインロープ１３の変位特性（図中の一点鎖線）、さらに、カウンタウェイト１５側のメインロープ１３の変位特性（図中の点線）の３つが示されている。

なお、ノーロード（ＮＬ）とは、乗りかご１４の積載荷重がゼロの状態、つまり、乗りかご１４に乗客が乗っていない状態のことである。また、フルロード（ＦＬ）とは、乗りかご１４の積載荷重がフルの状態、つまり、乗りかご１４に定員分の乗客が乗っている状態のことである。

これらの変位特性から建物１０の変位量ｄに対するロープ応答を解析して、最も危険な状態、つまり、メインロープ１３が昇降路内の機器に引っ掛かる可能性が高い状態を危険レベルＤ４として定める。

また、上記危険レベルＤ４を基準にして、以下のようにして他の危険度レベルＤ３，Ｄ２，Ｄ１を段階的に低く設定する。

Ｄ３＝Ｄ４×０．８
Ｄ２＝Ｄ４×０．５
Ｄ１＝Ｄ４×０．２。

危険度レベルＤ３は、危険レベルＤ４でのメインロープ１３の揺れの８０％相当の状態である。この危険度レベルＤ３では、乗りかご１４を退避階つまり最寄階へ移動させて運転を停止させる（管制運転レベルＬ３）
危険度レベルＤ２は、危険レベルＤ４でのメインロープ１３の揺れの５０％相当の状態である。この危険度レベルＤ２では、乗りかご１４を減速運転し、サービス階を制限するものとする（管制運転レベルＬ２）。

危険度レベルＤ１は、危険レベルＤ４でのメインロープ１３の揺れの２０％相当の状態である。この危険度レベルＤ１では、かご室や乗場などに建屋揺れの状態表示を行うものとする（管制運転レベルＬ１）。

危険度レベルＤ１未満では、管制運転をせずに、通常の運転を継続するものとする。

なお、これらの危険度レベルＤ４，Ｄ３，Ｄ２，Ｄ１とメインロープ１３の揺れとの関係を分かりやすくするために、図５の変位特性図の横にＤ４，Ｄ３，Ｄ２，Ｄ１を便宜的に付記しておく。

また、図５の例では、ｄ＝５０（ｍｍ）のときのメインロープ１３の各部の変位特性を表しているが、ｄ＝５０以外のときの変位特性については、この図５の変位特性を基準にして線形的に簡単に求めることができる。

図３に示すデータベース４２ａには、このような危険レベルＤ４，Ｄ３，Ｄ２，Ｄ１に関するデータが建屋変位量ｄ、かご位置ｈ、積載ｗからなる変位特性データと関連付けて記憶されている。管制運転選択判定部４３は、このデータベース４２ａから現在の建屋変位量ｄに対応した危険レベルを取得し、その危険レベルに応じた管制運転を管制運転制御部４４に実行させる。

図６にそのときの処理動作を示す。
管制運転選択判定部４３には、上記建屋変位演算部４１にて演算された建物１０の合成変位量ｄの他に、かご位置検出器２３にて検出されたかご位置ｈと、荷重センサ２４にて検出された積載ｗが与えられる。

管制運転選択判定部４３は、これらの建屋変位量ｄ、かご位置ｈおよび積載ｗを上記データベース４２ａに記憶された危険レベル（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）に関するデータと照合する（ステップＳ１１）。

その結果、建屋変位量ｄが危険度レベルＤ１以下であった場合、つまり、建屋変位量ｄ、かご位置ｈおよび積載ｗから求められるメインロープ１３の最大相対変位が危険度レベルＤ１未満であった場合には（ステップＳ１２のＹｅｓ）、管制運転選択判定部４３は、管制運転レベルとしてゼロを選択して管制運転制御部４４に与える。これにより、管制運転制御部４４は、管制運転を実行せずに通常の運転を継続することになる（ステップＳ１３）。

一方、建屋変位量ｄが危険度レベルＤ１以下、Ｄ２未満であった場合、つまり、建屋変位量ｄ、かご位置ｈおよび積載ｗから求められるメインロープ１３の最大相対変位が危険度レベルＤ１以上、Ｄ２未満であった場合には（ステップＳ１４のＹｅｓ）、管制運転選択判定部４３は、管制運転レベルＬ１を選択して管制運転制御部４４に与える。これにより、管制運転制御部４４は、かご室や乗場などに建屋揺れの状態表示を行う（ステップＳ１５）。

また、建屋変位量ｄが危険度レベルＤ２以上、Ｄ３未満であった場合、つまり、建屋変位量ｄ、かご位置ｈおよび積載ｗから求められるメインロープ１３の最大相対変位が危険度レベルＤ２以上、Ｄ３未満であった場合には（ステップＳ１６のＹｅｓ）、管制運転選択判定部４３は、管制運転レベルＬ２を選択して管制運転制御部４４に与える。これにより、管制運転制御部４４は、乗りかご１４を減速運転すると共にサービス階を制限して運転する（ステップＳ１７）。

また、建屋変位量ｄが危険度レベルＤ３以上の場合、つまり、建屋変位量ｄ、かご位置ｈおよび積載ｗから求められるメインロープ１３の最大相対変位が危険度レベルＤ３以上であった場合には（ステップＳ１６のＮｏ）、管制運転選択判定部４３は、管制運転レベルＬ３を選択して管制運転制御部４４に与える。これにより、管制運転制御部４４は、乗りかご１４が退避階（最寄階）まで移動させ、その運転を停止制御する（ステップＳ１８）。

このように、建物１０の変位量δ_ｘ、δ_ｙに対するかご位置ｈとメインロープ１３の最大相対変位との関係にさらに乗りかご１４の積載ｗを加味した変位特性データを用いることで、正確なロープ応答を求めることができ、そのときのロープ応答に応じた危険レベルを適切に判別して管制運転を行うことができる。

なお、上記実施形態では、メインロープ１３を例にして説明したが、コンペンロープ１６やガバナロープ２０などの他のロープの応答についても同様に適用できる。

また、建物１０の変位量を直接積分するのではなく、建物１０の固有振動数付近の成分のみを積分することで、積分に要する計算時間を短縮させても良い。

また、建物の揺れ量や管制運転の判定結果についての情報を記憶部４２の判定結果記録部４２ｂに記録しておき、通信ネットワーク３０を介して監視センタ３１に転送することも可能である。

また、上述した危険レベル（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４）は建物１０の特性やそこに設置されるエレベータ１１の特性に依存するため、運用開始後のデータを利用して危険レベルを監視センタ３１から遠隔操作により修正すれば、管制運転を実施すべきか否かをより正確に判別することができる。

要するに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の形態を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は本発明の一実施形態に係るエレベータの管制運転装置の全体構成を示す図である。 図２は同実施形態における制御装置に備えられた管制運転機能の構成を示すブロック図である。 図３は同実施形態における制御装置に備えられた管制運転機能の他の構成を示すブロック図である。 図４は同実施形態における建物の揺れに対するロープの応答解析の一例を示す図である。 図５は同実施形態におけるかご位置とロープの最大相対変位との関係を示す図である。 図５は同実施形態における制御装置の処理動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１０…建物、１０ａ…機械室、１１…エレベータ、１２…巻上機、１３…メインロープ、１４…乗りかご、１５…カウンタウェイト、１６…コンペンロープ、１７…コンペンシープ、１８…ガバナ、１９…ガバナシープ、２０…ガバナロープ、２１…制御装置、２２ａ…ｘ方向の加速度センサ、２２ｂ…ｙ方向の加速度センサ、２３…かご位置検出器、２４…荷重センサ、３０…通信ネットワーク、３１…監視センタ、４１…建屋変位演算部、４２…記憶部、４２ａ…データベース、４２ｂ…判定結果記録部。

Claims (7)

1. 巻上機に巻回されたロープを介して昇降路内を移動する乗りかごを備えたエレベータの管制運転装置において、
   建物の所定位置に設置された加速度センサと、
   この加速度センサの出力信号を用いて上記建物の変位量を演算する建屋変位演算手段と、
   この建屋変位演算手段によって求められた建屋の変位量に対する上記乗りかごの位置と上記ロープの最大相対変位との関係に基づいてロープ応答を分析し、そのロープ応答に基づいて危険レベルを判定する判定手段と、
   この判定手段によって判定された危険レベルに応じた管制運転を実行する管制運転制御手段と
   を具備したことを特徴とするエレベータの管制運転装置。
2. 上記判定手段は、上記建屋の変位量に対する上記乗りかごの位置と上記ロープの最大相対変位との関係にさらに上記乗りかごの積載荷重を加味してロープ応答を分析することを特徴とする請求項１記載のエレベータの管制運転装置。
3. 上記危険レベルとして、上記昇降路内の機器に上記ロープが引っかかる可能性の高い状態を示す第４のレベルと、その第４のレベルを基準にして段階的に低く設定された第３〜第１のレベルを有することを特徴とする請求項１または２記載のエレベータの管制運転装置。
4. 上記管制運転制御手段は、上記第４のレベルの場合に上記乗りかごを最寄階まで移動させて運転を停止することを特徴とする請求項３記載のエレベータの管制運転装置。
5. 上記管制運転制御手段は、上記第３のレベルの場合に上記乗りかごを減速運転して、サービス階を制限することを特徴とする請求項３記載のエレベータの管制運転装置。
6. 上記管制運転制御手段は、上記第２のレベルの場合に上記建物が揺れた状況を所定の場所に表示することを特徴とする請求項３記載のエレベータの管制運転装置。
7. 上記判定手段の結果を記録する記録手段を備え、
   この記録手段に記録された判別結果を外部の監視センタに転送することを特徴とする請求項１記載のエレベータの管制運転装置。

Images