JP2011111303A

JP2011111303A - エレベータ乗りかご用縦振動抑制装置

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Publication number: JP2011111303A
Application number: JP2009270211A
Authority: JP
Inventors: Osamu Onuki; 修大貫
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-11-27
Filing date: 2009-11-27
Publication date: 2011-06-09
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: JP5285583B2

Abstract

【課題】乗りかごの質量（重量）増加やエレベータ設備全体のコスト高を招くことなく、乗りかごの縦振動を十分抑制し得る簡素な構造のエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置を提供する。
【解決手段】乗りかごの縦振動を制振するための動吸振器をエレベータの頂部プーリである乗りかご側頂部プーリ１１に設け、その取り付け構造として、プーリ軸・モータ締結用ブラケット１９によってプーリ軸１８に締結されて一体的に回転するモータ１４、並びにモータ１４のモータ軸２０に結合されて一体的に回転する回転体１５を設け、モータ１４を駆動制御したときの回転体１５の反力により頂部プーリ１１の回転振動を抑制し、これに伴って頂部プーリ１１と同期して振動している乗りかごの縦振動を抑制する回転式のアクティブ動吸振器の機能を持たせている。
【選択図】図２

Description

本発明は、エレベータ乗りかごの縦振動を抑制した構造に係り、詳しくはエレベータの頂部プーリに対してその回転方向に駆動できるアクティブ方式の動吸振器を用いて乗りかごの縦振動を抑制するエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置に関する。

一般に、エレベータは、巻上機におけるモータで発生したトルクを巻上機のシーブを介して主ロープに伝達し、主ロープに吊り下げられている乗りかごを昇降させる構造になっている。従って、シーブにおいて偏心やアンバランスが存在すると、その回転運動に同期した周波数の振動が外乱となって発生する。

一方、エレベータの主ロープは弾性体であるため、それに乗りかご等の重量物が吊り下がっていると、力学的に特定の固有振動数を有する振動系が形成される。こうした２つの振動数（周波数）が近接した場合、共振を起こして乗りかごに対して体感的にふわふわとした縦振動が発生し、エレベータの乗り心地を著しく悪化させる要因となる。また、近年の建築構造物の高層化に伴い、そこに設置されるエレベータの昇降行程が長くなるにつれて主ロープのばね定数が低下することにより、負荷変動や外乱に対して敏感になり易く、乗りかごに対して低周波数の不快な縦振動が発生し、乗り心地が悪化してしまうことが懸念される。

こうした問題を防止するための技術も開発されており、例えばシーブの加工精度や取り付け精度を高める構造的な基本手法による対策が提案されている他、主ロープから乗りかごへの加振周波数に同調させた動吸振器を乗りかごに取り付けることにより、乗りかごの縦振動を打ち消す手法を提案したエレベーターの吸振装置（特許文献１参照）、巻上機のシーブ近傍に補助モータにより主ロープを摩擦駆動する補助シーブを設けて乗りかごの縦振動を抑制するようにしたエレベータ乗りかごの縦振動抑制装置（特許文献２参照）、変位計により検出した乗りかごの変位検出結果に基づいて主索（主ロープ）の張力変化を検出し、その張力変化を打ち消すような張力制御信号を張力制御装置により演算して張力調整装置に与え、張力調整装置において張力制御信号に応じて主索の一端部を上下方向へ変位させるエレベータの主索振れ抑制装置及び主索振れ抑制方法（特許文献３参照）等が挙げられる。

特許第４２２０３１２号公報特開２００７−８６６８号公報特開２００３−１９２２４２号公報

上述したエレベータの乗りかごの縦振動発生を防止すべく、シーブの加工精度や取り付け精度を高める手法を採用すると、シーブを含む巻上機全体の製作工程における精度向上やその据付作業に精巧さを要求されるため、巻上機の製作コストや据付作業に対して多大な負担をかけることになり、結果としてエレベータ設備全体のコスト高を招く恐れがあるため、余り好ましくない。

また、特許文献１のように、振動系への加振周波数に同調させた動吸振器を乗りかごに取り付け、乗りかごの縦振動を打ち消す手法を採用すると、動吸振器の取り付けによる乗りかごの質量（重量）増加やそれに伴うエレベータ設備全体のコスト高を招きかねないという問題、意匠品等の乗りかごの付加仕様重量が制限されてしまう問題がある他、構造的にパッシブ方式のみを用いた場合には、例えば振動系の物理特性が大きく変動したり、或いは制振しようとする周波数が大きく変動したときには優れた制振性能を得ることが困難であるという問題もある。

更に、特許文献２に係る技術では、主ロープに対して摩擦駆動するための基本構造となる巻上機が備えるモータの駆動制御の他、別体として設置される補助シーブとそれに備えられる補助モータを駆動制御するための電気回路系部品が必要になってしまうため、構成的に大規模で複雑になってコスト高が避けられないという問題、設置スペースが限定される条件下では適用し難いという問題、新たに設置する補助モータを含む補助シーブの取り付けが容易でないという問題等があり、結果として、簡素な構造で乗りかごの縦振動を抑制できないという弱点がある。

加えて、特許文献３に係る技術においても、乗りかごの変位を検出するために要する各装置、その変位検出結果による張力変位を打ち消すための張力制御信号を演算する張力制御装置、並びに張力制御信号に基づいて主索の一端部を変位させる張力調整装置が必要であるため、特許文献２の場合と同様に、構成的に大規模で複雑になってコスト高が避けられないという問題、設置スペースが限定される条件下では適用し難いという問題、新たに設置する各構成部分の取り付けが容易でないという問題等があり、結果として、簡素な構造で乗りかごの縦振動を抑制できないという弱点がある。

本発明は、このような問題点を解決すべくなされたもので、その技術的課題は、乗りかごの質量（重量）増加やエレベータ設備全体のコスト高を招くことなく、乗りかごの縦振動を十分抑制し得る簡素な構造のエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置を提供することにある。

上記技術的課題を解決するため、本発明は、エレベータにおける乗りかごの縦振動系への加振周波数に同調させて当該乗りかごの縦振動を抑制するための動吸振器を備えたエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置において、動吸振器は、エレベータの頂部プーリに対する取り付け構造として設けられると共に、当該頂部プーリのプーリ軸に締結されて一体的に回転するモータと、モータのモータ軸と結合されて一体的に回転する回転体と、を含み、当該モータを駆動制御したときの当該回転体の反力により当該頂部プーリの回転振動を抑制し、且つ当該頂部プーリと同期して振動している乗りかごの縦振動を抑制する回転式のアクティブ動吸振器であることを特徴とする。

上記エレベータ乗りかご用縦振動抑制装置の一実施態様は、回転式のアクティブ動吸振器は、エレベータの運転時における頂部プーリの回転に追従して回転体が回転するように、モータのモータ軸と当該回転体の回転体軸との間に取り付けたねじりばねを含み、回転体及びねじりばねは、パッシブ動吸振器として機能することを特徴とする。

また、上記何れかのエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置の他の実施態様は、回転式のアクティブ動吸振器は、巻上機のシーブとの間で主ロープが張架される乗りかご側頂部プーリに設けられたことを特徴とする。

更に、上記エレベータ乗りかご用縦振動抑制装置の別の実施態様は、回転式のアクティブ動吸振器は、巻上機のシーブとの間で主ロープが張架される釣合い錘側頂部プーリに設けられたことを特徴とする。

本発明によれば、乗りかごの縦振動を制振するための動吸振器をエレベータの頂部プーリに設け、その取り付け構造として、頂部プーリのプーリ軸に締結されて一体的に回転するモータ、並びにモータのモータ軸に結合されて一体的に回転する回転体を設け、モータを駆動制御したときの回転体の反力により頂部プーリの回転振動を抑制し、これに伴って頂部プーリと同期して振動している乗りかごの縦振動を抑制する回転式のアクティブ動吸振器の機能を持たせているため、乗りかごの質量（重量）増加やエレベータ設備全体のコスト高を招くことなく、簡素な構造で容易に乗りかごの縦振動を十分抑制してエレベータの乗り心地を従来に無く改善することができる。また、モータのモータ軸と回転体の回転体軸との間にねじりばねを取り付け、回転体及びねじりばねをパッシブ動吸振器として機能させ、モータの駆動制御によるパッシブ動吸振器の質量に相当する回転体の質量を軽くすることが可能であるため、エレベータ頂部の梁部材に重い質量の回転体を設置する必要もなく、余分な強度部材を使用しなくて済むという効果も奏する。

本発明の実施例１に係るエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置の基本構成を示した外観図である。図１に示すエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置の要部となる回転式のアクティブ動吸振器が設けられた乗りかご側頂部プーリの細部構造を示したもので、（ａ）は一部を透視した正面図に関するもの、（ｂ）は側面図に関するものである。図１に示すエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置のローピング種別に応じた回転式のアクティブ動吸振器の第１の適用例についての概略構成を示した図である。図１に示すエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置のローピング種別に応じた回転式のアクティブ動吸振器の第２の適用例についての概略構成を示した図である。図１に示すエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置のローピング種別に応じた回転式のアクティブ動吸振器の第３の適用例についての概略構成を示した図である。図１に示すエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置のローピング種別に応じた回転式のアクティブ動吸振器の第４の適用例についての概略構成を示した図である。図２で説明した回転式のアクティブ動吸振器が備えるモータに対する制御系駆動回路の概略構成を示したブロック図である。

以下、本発明のエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例１に係るエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置の基本構成を示した外観図である。

このエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置は、図１に示される外観を参照すれば、通常のエレベータ機構と変わりなく、巻上機９に備えられるモータの動力によりシーブ８を介して主ロープ７が摩擦駆動され、主ロープ７に吊り下げられた状態の乗りかご１が昇降するようになっている。

乗りかご１の昇降について、構造面で具体的に説明すれば、乗りかご１は、その側壁に設けられた乗りかごガイド装置２と、乗りかご１の外側底壁に取り付けられた乗りかご取付プーリ１０とを介して主ロープ７により吊り下げられた状態となっており、主ロープ７の摩擦駆動時に乗りかごガイド装置２が乗りかご側ガイドレール３に係合してその延在方向（鉛直方向）に沿って移動することにより、乗りかご１が昇降する。

また、図１に示すエレベータ機構の全体構造では、主ロープ７が乗りかご１の側壁に設けられた乗りかごガイド装置２のガイド溝、乗りかご１の外側底壁に取り付けられた乗りかご取付プーリ１０のガイド溝、乗りかご側頂部プーリ１１のガイド溝、巻上機９のシーブ８のガイド溝に張架される他、巻上機９に対する乗りかご１側とは反対側に主ロープ７により釣合い錘４を吊り下げる機構となっている。このため、主ロープ７は、更に釣合い錘側頂部プーリ１２のガイド溝、釣合い錘４に取り付けられた釣合い錘取付プーリ１３のガイド溝に張架され、乗りかご１の昇降に伴って主ロープ７に吊り下げられた状態の釣合い錘４が乗りかご１の昇降に伴って移動するようになっている。

釣合い錘４の移動については、その側壁に設けられた釣合い錘ガイド装置５が釣合い錘側ガイドレール６に係合してその延在方向（鉛直方向）に沿って移動するもので、具体的には乗りかご１の上昇時には釣合い錘４が下降し、乗りかご１の下降時には釣合い錘４が上昇するようになっている。

因みに、乗りかご側頂部プーリ１１、釣合い錘側頂部プーリ１２は、乗りかご１の昇降時に主ロープ７の巻き掛けの向きを変える働きをする。また、ここでの巻上機９のシーブ８との間で主ロープ７が張架される乗りかご側頂部プーリ１１には、後述するような回転式のアクティブ動吸振器が設けられる。

図２は、上述したエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置の要部となる回転式のアクティブ動吸振器が設けられた乗りかご側頂部プーリ１１の細部構造を示したもので、同図（ａ）は一部を透視した正面図に関するもの、同図（ｂ）は側面図に関するものである。

主ロープ７が巻き掛けられている乗りかご側頂部プーリ１１は、その取り付け構造として、プーリ軸１８と共にプーリ軸用軸受２２で支持されて回転するようになっており、プーリ軸１８とモータ１４とはプーリ軸・モータ締結用ブラケット１９によって締結されており、互いに結合された状態で一体的に回転する。

一方、モータ１４のモータ軸２０は回転体１５の回転体軸２１と結合され、回転体軸用軸受２３で支持されて一体的になって回転する。

この乗りかご側頂部プーリ１１では、モータ１４を駆動制御して回転体１５を回転させたときの反力により乗りかご側頂部プーリ１１の回転振動が抑制され、これに伴って同期して振動している乗りかご１の縦振動を抑制することができるもので、モータ１４及び回転体１５が回転式のアクティブ動吸振器として機能する。

また、モータ１４のモータ軸２０と回転体１５の回転体軸２１との間にはねじりばね２４が取り付けられている。モータ１４と回転体１５とは、ねじりばね２４のばね力によって、それらの相対的な回転運動による復元力が働くようになっている。ここでの回転体１５及びねじりばね２４は、パッシブ動吸振器として機能する。

即ち、ここでのねじりばね２４と回転体１５との慣性モーメントから成るねじり振動系の周波数を、抑制したい特定の周波数に合わせることによって、パッシブでの振動抑制効果も持たせることができる。

更に、プーリ軸用軸受２２の外方側には乗りかご側頂部プーリ１１の角変位を検出するためのプーリ回転角度検出用ロータリーエンコーダ１６が設けられ、回転体軸用軸受２３の外方側には回転体１５の角変位を検出するための回転体回転角度検出用ロータリーエンコーダ１７が設けられている。

このように、モータ１１及び回転体１５による回転式のアクティブ動吸振器を乗りかご側頂部プーリ１１に設けた構成とすれば、乗りかご１に対する質量（重量）増加や、意匠品等の乗りかご１の付加仕様重量が制限されてしまう問題が解決され、動作機能上ではアクチュエータが発生する力により乗りかご側頂部プーリ１１に対して回転振動を抑制するエネルギーを加えることができることになるため、乗りかご１の質量を増やすことなく、しかも制振手段である動吸振器を構成するのに必要な慣性力分を減らし、小さて軽い質量の動吸振器を用いて優れた制振性能を得ることができる。また、回転体１５及びねじりばね２４をパッシブ動吸振器として構成しているため、モータ１４の駆動制御によるアクティブ方式におけるパッシブ動吸振器の質量に相当する回転体１５の質量を軽くすることを可能にしているため、エレベータ頂部の梁部材に重い質量の回転体１５を設置する必要もなく、余分な強度部材を使用しなくて済む。

本発明のエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置では、動吸振器を乗りかご１に直接取り付けないため、乗りかご１にできるだけ近い位置にある乗りかご側頂部プーリ１１に対して設けることを基本とするが、エレベータ機構の全体機構で考慮すれば、乗りかご１は釣合い錘４と共に特定の振動モードで振動するため、釣合い錘４にも振動の抑制効果を上げられる場所に取り付ける必要がある。

このような観点からすれば、回転式のアクティブ動吸振器の設置適用を行う場合には、エレベータ乗りかご用縦振動抑制装置のローピング種別に応じて行うのが好ましい。

図３は、エレベータ乗りかご用縦振動抑制装置のローピング種別に応じた回転式のアクティブ動吸振器の第１の適用例についての概略構成を示した図である。

ここでは、図１に示した構成の場合と同様な２：１ローピングの場合を示しており、巻上機９のシーブ８との間で主ロープ７が張架される乗りかご側頂部プーリ１１にのみ、回転式のアクティブ動吸振器を設けた構成を例示している。

図４は、エレベータ乗りかご用縦振動抑制装置のローピング種別に応じた回転式のアクティブ動吸振器の第２の適用例についての概略構成を示した図である。

ここでも、図１に示した構成の場合と同様な２：１ローピングの場合を示しているが、
回転式のアクティブ動吸振器の取り付けについては、巻上機９のシーブ８との間で主ロープ７が張架される乗りかご側頂部プーリ１１に加えて、釣合い錘側頂部プーリ１２にも設けた構成を例示している。因みに、乗りかご側頂部プーリ１１、釣合い錘側頂部プーリ１２の両方に回転式のアクティブ動吸振器を設ける構成は、後述する３：１ローピングの場合や４：１ローピングの場合にも同様に適用できる。

図５は、エレベータ乗りかご用縦振動抑制装置のローピング種別に応じた回転式のアクティブ動吸振器の第３の適用例についての概略構成を示した図である。

ここでは、３：１ローピングの場合を示しており、巻上機９のシーブ８との間で主ロープ７が張架される乗りかご側頂部プーリ１１、釣合い錘側頂部プーリ１２の両方に回転式のアクティブ動吸振器を設けた構成を例示している。

図６は、エレベータ乗りかご用縦振動抑制装置のローピング種別に応じた回転式のアクティブ動吸振器の第４の適用例についての概略構成を示した図である。

ここでは、４：１ローピングの場合を示しており、巻上機９のシーブ８との間で主ロープ７が張架される乗りかご側頂部プーリ１１、釣合い錘側頂部プーリ１２の両方に回転式のアクティブ動吸振器を設けた構成を例示している。

図７は、上述した回転式のアクティブ動吸振器が備えるモータ１４に対する制御系駆動回路の概略構成を示したブロック図である。

この制御系駆動回路は、略図するエレベータの速度指令を生成する速度指令生成回路からの速度指令パターンに基づいて、乗りかご側頂部プーリ１１、釣合い錘側頂部プーリ１２に付設されるプーリ回転角度検出用ロータリエンコーダ１６からのプーリ回転角度検出値に対する目標角速度ωｒを示す目標角速度パターン２５を取得し、それを積分して得られる目標回転角度θｒを示す目標角度パターン２６を制御系の目標値とする。

具体的には、プーリ回転角度検出用ロータリーエンコーダ１６で検出される乗りかご側頂部プーリ１１、釣合い錘側頂部プーリ１２の回転角度θｐが目標回転角度θｒに追従するようにモータ１４を駆動制御する。即ち、乗りかご１の縦振動発生時に同時に生じる乗りかご側頂部プーリ１１、釣合い錘側頂部プーリ１２の回転振動により回転角度θｐが目標回転角度θｒに対して偏差（θｒ−θｐ）を生じた場合、その偏差（θｒ−θｐ）をゼロにするようにモータ１４を駆動制御する。また、同時に回転体回転角度検出用ロータリーエンコーダ１７で検出される回転体１５の回転角度θｗと乗りかご側頂部プーリ１１、釣合い錘側頂部プーリ１２の回転角度θｐの偏差（θｗ−θｐ）が収束するようにモータ１４を駆動制御する。

このため、モータ１４を駆動制御する回路系には、図７に示されるように、モータ１４からの回転角度θｐ、θｗに対する指令出力値を加減算するための演算器を要するものとし、演算器から上述した偏差（θｒ−θｐ）、（θｗ−θｐ）を入力する制御器として、比例、積分、微分の制御効果を持たせるためにＰＩＤ制御器２７を用いて得られた制御指令ｕをアンプ（増幅器）２８によって増幅し、モータ１４を駆動制御できるような電流ｉを得てからモータ１４に供給入力させる場合を例示できる。

１乗りかご
２乗りかごガイド装置
３乗りかご側ガイドレール
４釣合い錘
５釣合い錘ガイド装置
６釣合い錘側ガイドレール
７主ロープ
８シーブ
９巻上機
１０乗りかご取付プーリ
１１乗りかご側頂部プーリ
１２釣合い錘側頂部プーリ
１３釣合い錘取付プーリ
１４モータ
１５回転体
１６プーリ回転角度検出用ロータリーエンコーダ
１７回転体回転角度検出用ロータリーエンコーダ
１８プーリ軸
１９プーリ軸・モータ締結用ブラケット
２０モータ軸
２１回転体軸
２２プーリ軸用軸受
２３回転体軸用軸受
２４ねじりばね
２５目標角速度パターン
２６目標角度パターン
２７ＰＩＤ制御器
２８アンプ

Claims

エレベータにおける乗りかごの縦振動系への加振周波数に同調させて当該乗りかごの縦振動を抑制するための動吸振器を備えたエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置において、前記動吸振器は、前記エレベータの頂部プーリに対する取り付け構造として設けられると共に、当該頂部プーリのプーリ軸に締結されて一体的に回転するモータと、前記モータのモータ軸と結合されて一体的に回転する回転体と、を含み、当該モータを駆動制御したときの当該回転体の反力により当該頂部プーリの回転振動を抑制し、且つ当該頂部プーリと同期して振動している前記乗りかごの縦振動を抑制する回転式のアクティブ動吸振器であることを特徴とするエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置。
請求項１記載のエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置において、前記回転式のアクティブ動吸振器は、前記エレベータの運転時における前記頂部プーリの回転に追従して前記回転体が回転するように、前記モータのモータ軸と当該回転体の回転体軸との間に取り付けたねじりばねを含み、前記回転体及び前記ねじりばねは、パッシブ動吸振器として機能することを特徴とするエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置。
請求項１又は２記載のエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置において、前記回転式のアクティブ動吸振器は、巻上機のシーブとの間で主ロープが張架される乗りかご側頂部プーリに設けられたことを特徴とするエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置。
請求項３記載のエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置において、前記回転式のアクティブ動吸振器は、前記巻上機の前記シーブとの間で前記主ロープが張架される釣合い錘側頂部プーリに設けられたことを特徴とするエレベータ乗りかご用縦振動抑制装置。