JP2014510959A - 加速度計を用いて位置を決定する装置および方法 - Google Patents

Abstract

モータの作動によって移動する構成要素の位置を決定する例示的な装置は、モータの作動に応答して回転する回転部材を備える。少なくとも１つの加速度計が、回転部材に支持される。加速度計は、回転部材の回転方向の接線となる接線方向力と、接線方向力に垂直な半径方向力との表示の少なくとも一方を提供する。制御装置が、加速度計からの力表示に基づいて構成要素の位置を決定する。

Description

本発明は一般に、加速度計を用いて位置を決定する装置および方法に関する。

システム制御のために構成要素の位置が重要になるさまざまな状況がある。そのような場合の１つとしてモータ制御の例が挙げられる。モータ制御技術は既知である。モータ構成要素についての位置情報は、モータそれ自体を制御するのに有用である。

モータについての位置情報は、モータの作動に応答して移動する他の構成要素の位置を決定するのにも有用である。エレベータシステムにおいて、例えば、エレベータかごの位置は、モータについての位置情報を追跡することによって決定される。多くの構成には、位置情報を決定する目的でモータと関連するエンコーダが含まれる。そのような構成は、有用であることは分かっているが、エンコーダに基づく位置決定技術に対する低費用の代替物を有することは利益をもたらすであろう。

モータの作動によって移動する構成要素の位置を決定する例示的な装置は、モータの作動に応答して回転する回転部材を備える。少なくとも１つの加速度計が、回転部材に支持される。加速度計は、回転部材の回転方向の接線となる接線方向力と、接線方向力に垂直な半径方向力との少なくとも一方の表示を提供する。制御装置が、加速度計の力表示に基づいて構成要素の位置を決定する。

モータの作動によって移動する構成要素の位置を決定する例示的な方法は、モータの作動に応答して回転する回転部材に少なくとも１つの加速度計を設けることを含む。回転部材の回転方向の接線となる接線方向力の少なくとも１つの表示と、接線方向力に垂直な半径方向力の表示とが、構成要素の位置を決定するのに使用される。

例示的なエレベータシステムは、エレベータかごを備える。機械が、モータを備える。トラクションシーブが、モータの作動に応答して回転する。トラクション・懸架アッセンブリが、エレベータかごを支持しており、トラクションシーブに沿って移動してエレベータかごの対応する移動を生じさせる。少なくとも１つの加速度計が、モータが作動する時に回転する回転する回転部材に支持される。加速度計は、回転部材の回転方向の接線となる接線方向力と、接線方向力に垂直な半径方向力との少なくとも一方の表示を提供する。制御装置が、加速度計からの力表示に基づいてエレベータかごの位置を決定する。

開示の実施例のさまざまな特徴および利点は、当業者には以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。詳細な説明に付随する図面は、以下のように簡単に説明され得る。

モータの作動に起因して移動する構成要素の位置を決定するのに有用な実施例の装置を示す概略図。 図１の実施例の選択された部分を示す概略図。 図２に示される構成に対する代替の構成を示す概略図。 図１の実施例の選択された部分を示す概略図。 図１に示される装置と同様の装置を組み込んだエレベータシステムの選択された部分を示す概略図。

図１は、関心のある構成要素の位置を決定する装置２０を概略的に示す。関心のある構成要素は、モータ２２の作動に応答して移動する。この実施例では、モータ２２は、出力軸２４の回転を生じさせる回転電気機械である。回転部材２６が、モータ２２の作動に応答して回転するようにモータ２２に関連する。

加速度計構成３０が、関心のある構成要素の位置を決定する制御装置３２に情報を提供するように回転部材２６に支持される。回転部材２６が回転することを仮定すると、非接触結合装置３４が、加速度計構成３０から制御装置３２へ信号を伝達するのを容易にする。非接触結合装置３４は、必要に応じて加速度計構成３０に電力を供給するのを容易にすることもできるであろう。

図２を参照すると、一実施例の加速度計構成３０は、第１の加速度計３６と、第２の加速度計３８とを備える。この実施例では、加速度計３６、３８は、回転部材２６が回転する回転軸心４０の両側に互いに正反対に回転部材２６に支持される。この実施例の回転方向は、矢印４２で概略示される。

第１の加速度計３６は、４４によって概略示される接線方向力の表示を提供する。接線方向力は、回転方向の接線となる方向である。加速度計３６は、４４によって概略示される接線方向力に垂直な径方向力４６の表示も提供する。

同様に、第２の加速度計３８は、４８によって概略示される接線方向力の表示と、４８によって示される接線方向力に垂直な、５０によって概略示される径方向力の表示とを提供する。加速度計３６、３８からの表示は、回転部材２６の回転と重力に由来する。この実施例では、回転軸心４０は、加速度計３６、３８に対する重力の影響が何も補償を必要としないように水平方向に配置される。回転軸心４０が水平方向以外に配置された場合、特定の状況の必要に応じて位置を決定するために、制御装置３２による追加の処理が必要となり得る。回転軸心４０が水平方向から測定された角度（Φ）で配置されている実施例では、加速度計に作用する重力による加速度は、通常は垂直方向であるｃｏｓ（Φ）の係数で減少することになる。回転軸心４０が全く垂直であった場合、図示された実施例では、重力の影響が常にゼロとなるので、所望の位置情報は提供されないことになる。

図２に示される構成を仮定すると、加速度計３６、３８からの表示は、以下の式によって記述することができる。

上述の式によって示される加速度計からの表示によって、例えば基準位置５４に対して５２で概略示される角度で記述可能な回転部材２６の位置を決定することができる。角度は、以下の

から決定できる。

例えば、角度情報を得るために正弦および余弦信号を直接用いることができる。代替として、正弦および余弦信号から正接信号を求めることができ、角度情報は、一般的な正弦−余弦エンコーダで使用される既知のアルゴリズム方法によって入手できる。

一実施例では、５４で概略示される基準などの、そこから角度を測定するための選択された基準を仮定すると、角度情報は、絶対的なものである。加速度計３６、３８からの表示によって、回転部材２６の現在位置を提供する角度を決定することができる。

いくつかの実施例では、回転部材２６が、関心のある構成要素である。そのような場合、回転部材についての位置情報が、所望の位置情報である。他のいくつかの実施例では、関心のある構成要素の位置は、回転部材２６の位置に関連する。いくつかの実施例では、それは、別の回転構成要素またはモータ２２の一部である。エレベータシステムでは、例えば、モータ構成要素またはトラクションシーブ（すなわち回転部材）の回転位置を追跡することによって、そのような回転部材とエレベータかごの間の関係が既知であることから、エレベータかごの垂直方向の位置を決定することができる。この説明を考慮すれば、当業者は、彼らの特定の状況において、選択された回転部材についての位置情報をどのように取得するか、そしてその情報から関心のある構成要素についての位置情報をどのように求めるかを理解するであろう。

いくつかの実施例では、モータ２２は、静止構造に対して固定した位置に留まっているので、加速度計構成３０からの表示に影響を及ぼすであろう唯一の動きは、上述した回転移動である。いくつかの場合、モータ２２は、（例えば軸心４０周りの）回転方向に少なくともわずかばかり移動可能であるかもしれず、この移動は、回転部材２６の監視された回転とは別のものである。例えば、モータ２２は、モータ位置をある程度変更することができるような仕方で取り付けることができる。図１の実施例は、そのようなモータ２２の動きを検出するセンサ５６を備える。そのような一実施例では制御装置３２は、加速度計構成３０から得られる位置情報の正確さを維持するように加速度計構成３０からの表示に対してそのような付加的な回転の動きが有するであろう影響を補償するために、センサ５６からの情報を使用するようにプログラムされる。一実施例では、センサ５６は、別の加速度計を備える。別の実施例は、特定の状況の必要を満たすように移動の表示を与える異なる既知のセンサを備える。

図２の実施例は、加速度計それぞれからの２つの力表示を含む。そのような実施例の具体化の特徴の１つは、現在の位置情報を決定するための基準として開始位置を使用する必要がないことである。いくつかの実施例では、各加速度計は、接線方向力または半径方向力の表示のうちの一方だけを提供するであろう。そのような実施例では、開始位置基準が、実際の位置を決定するために使用される。一実施例では、既知のロックロータ試験が、開始位置（例えば、開始電気角）を決定するために使用される。エレベータシステムの実施例では、開始位置は、すでに利用可能なエレベータシステム位置情報に基づいて決定することができる。この説明を考慮すれば、当業者は、所望の位置情報を得るために加速度計からの１つの力表示だけを利用することを可能とするように開始位置情報を得る適切な仕方を選択することができるであろう。

図２の実施例は、回転部材２６に支持された複数の加速度計を備える。図３には、単一の加速度計６０が回転部材２６に支持されている別の実施例が示される。加速度計６０は、回転軸心４０を中心としている。加速度計６０は、矢印６６で概略示されるような回転部材２６の回転に応答する、６２、６４によって概略示される半径方向力表示を提供する。複数軸加速度計６０がそのような一実施例で使用される。矢印の方向が加速度計６０の正の方向であると仮定すれば、加速度計６０は、負の半径方向力を測定している。

この実施例の半径方向力表示は、以下の式を用いて記述することができる。

一方の信号を他方の信号から引くと、

が得られる。関係式

を用いると、式（１）は、

となる。式（２）から、以下の角度位置情報が入手できる。

回転部材２６の構成および性質に応じて、図３または図２の構成が、特定の状況の必要を満たすように使用可能である。また、複数軸加速度計の代わりに、何らかの基準位置または開始位置情報を用いる単一軸加速度計を使用することができる。位置情報表示を提供するために少なくとも１つの加速度計から接線方向力または半径方向力の表示の少なくとも一方。

図４は、非接触結合装置３４の実施例の構成を概略的に示す。この実施例では、加速度計３６、３８からの出力または表示は、利得回路７０および周波数エンコーダ７２によって提供される。回転変圧器などの誘導結合装置７４によって、周波数エンコーダ７２と周波数デコーダ７６の間の通信が可能となる。一実施例では、制御装置３２（図１）は、周波数デコーダ７６と結合される。別の実施例では、周波数デコーダ７６は、制御装置３２の一部である。回転変圧器７４によって、位置決定を行うために加速度計からの表示または出力を制御装置３２に通信することができる。

図４の実施例において提供される符号化および復号によって、高周波数データ信号伝達が可能となる。いくつかの実施例は、電圧−周波数変換を備える。他のいくつかの実施例は、周波数変調またはパルス符号変調を備える。一実施例は、周波数エンコーダ７２と周波数デコーダ７６の間の信号伝達のために２つのチャンネルを備える。一方のチャンネルは、余弦情報を通信するために使用可能であり、他方のチャンネルは、正弦表示を通信するために使用可能であろう。別の実施例では、加速度計３６、３８からの正接表示を制御装置３２に通信するためにエンコーダ７２とデコーダ７６の間に１つのチャネルだけが使用される。

他の非接触結合装置３４は、例えば既知のブルートゥース技術を用いる無線送信技術を備える。

図４の実施例は、例えば加速度計３６、３８に電力を供給するための別の回転変圧器８０を備える。ＤＣ／ＡＣ変換器８２が回転変圧器８０の制御装置側に配置され、ＡＣ／ＤＣ変換器８４が加速度計側に配置される。このような構成によって、加速度計構成３０の加速度計との非接触電力結合装置が可能となる。

図５は、位置決定装置２０が有用となるエレベータシステム９０の選択された部分を概略的に示す。本発明に関連しないエレベータシステム９０の他の構成要素（例えば、ガイドレール、安全装置、その他）は、ここでは説明しない。エレベータシステム９０のエレベータ機械９２は、モータおよびブレーキを備える。機械９２のモータの出力軸９４によってトラクションシーブ９６の回転が生じる。いくつかの実施例では、トラクションシーブ９６は、機械９２のモータの出力軸である。この実施例では、加速度計構成３０は、トラクションシーブ９６に支持される。すなわち、トラクションシーブ９６は、位置情報を決定するために使用される回転部材である。トラクション・懸架アッセンブリ９８が、エレベータかご１００を支持しており、トラクションシーブ９６に沿って移動してエレベータかご１００の対応する移動を生じさせる。位置決定装置２０を用いることで、例えば昇降路内のエレベータかご１００の垂直方向の位置を決定することが容易になる。当業者は、エレベータかご１００の対応する垂直方向の位置を決定する目的でトラクションシーブ９６の回転位置についての位置情報をどのように用いるかを理解するであろう。

別のエレベータシステム用途では、関心のあるモータが、開位置と閉位置の間でエレベータかごドアを移動させるのに使用される。モータ構成要素位置情報（または関連する回転構成要素の位置情報）は、例えばドアが完全に閉にされたかを判断するのに有用である。図２または図３の加速度計構成は、そのような判断をするのに有用である。

開示の実施例は、モータの作動に応答して回転する回転部材の回転に基づいて位置情報を決定する仕方を提供する。加速度計構成は、例えば比較的高価なエンコーダを必要とせずに位置を決定する情報を提供する。開示の実施例の位置決定装置は、さまざまな状況で有用であり、この説明の恩恵を受ける当業者は、彼らの特定の必要を満たすためにそれをどのように実施するかを理解するであろう。

上記の説明は、本質的に限定ではなく例示である。本発明の本質から必ずしも逸脱しない、開示の実施例に対する変更および修正が、当業者には明らかとなり得る。本発明に与えられる法的保護範囲は、添付の特許請求の範囲を検討することでのみ決定可能である。

Claims (23)

1. モータの作動によって移動する構成要素の位置を決定する装置であって、
   モータの作動に応答して回転する回転部材と、
   回転部材に支持された少なくとも１つの加速度計であって、回転部材の回転方向の接線となる接線方向力と、接線方向力に垂直な半径方向力との少なくとも一方の表示を提供する少なくとも１つの加速度計と、
   少なくとも１つの加速度計からの少なくとも１つの力表示に基づいて構成要素の位置を決定する制御装置と、
   を備えることを特徴とする装置。
2. 回転部材に支持された２つの加速度計があり、２つの加速度計は、互いに離れて配置されており、回転部材の回転軸心の両側に互いに正反対に配置されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 少なくとも１つの力表示を提供する単一の加速度計があり、単一の加速度計は、回転部材の回転軸心に配置されていることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 回転部材は、エレベータシステムのシーブから成ることを特徴とする請求項１記載の装置。
5. シーブは、モータの作動に応答して回転して、関連するエレベータかごを移動させるトラクションシーブを含むことを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 構成要素は、トラクションシーブの回転移動に応答して垂直方向に移動可能なエレベータかごであり、装置は、エレベータかごの垂直方向の位置の表示を提供することを特徴とする請求項４記載の装置。
7. モータは、回転部材の回転とは別の回転方向に回転可能であり、
   装置は、回転方向のモータの移動量の表示を提供するセンサを備え、
   制御装置は、モータの移動量の表示を用いて、構成要素の位置の決定に対するモータ移動の影響を相殺することを特徴とする請求項１記載の装置。
8. 回転部材は、水平方向である回転軸心周りに回転することを特徴とする請求項１記載の装置。
9. 回転部材は、モータの一部であることを特徴とする請求項１記載の装置。
10. 少なくとも１つの加速度計は、接線方向力および半径方向力の表示を提供することを特徴とする請求項１記載の装置。
11. エレベータかごと、
    モータを備える機械と、
    モータの作動に応答して回転するトラクションシーブと、
    エレベータかごを支持するトラクション・懸架アッセンブリであって、モータが作動してトラクションシーブを移動させるときに、エレベータかごの対応する移動を生じさせるトラクション・懸架アッセンブリと、
    モータの作動に応答して回転する回転部材に支持された少なくとも１つの加速度計であって、回転部材の回転方向の接線となる接線方向力と、接線方向力に垂直な半径方向力との少なくとも一方の表示を提供する少なくとも１つの加速度計と、
    少なくとも１つの加速度計からの少なくとも１つの力表示に基づいてエレベータかごの位置を決定する制御装置と、
    を備えることを特徴とするエレベータシステム。
12. 回転部材に支持された２つの加速度計があり、２つの加速度計は、互いに離れて配置されており、回転部材の回転軸心の両側に互いに正反対に配置されていることを特徴とする請求項１１記載のエレベータシステム。
13. 少なくとも１つの力表示を提供する単一の加速度計があり、単一の加速度計は、回転部材の回転軸心に配置されていることを特徴とする請求項１１記載のエレベータシステム。
14. 回転部材は、トラクションシーブから成ることを特徴とする請求項１１記載のエレベータシステム。
15. 回転部材は、水平方向である回転軸心周りに回転することを特徴とする請求項１１記載のエレベータシステム。
16. 少なくとも１つの加速度計は、接線方向力および半径方向力の表示を提供することを特徴とする請求項１１記載のエレベータシステム。
17. モータの作動によって移動する構成要素の位置を決定する方法であって、
    モータの作動に応答して回転する回転部材に少なくとも１つの加速度計を設け、
    少なくとも１つの加速度計によって、回転部材の回転方向の接線となる接線方向力と、接線方向力に垂直な半径方向力との少なくとも一方の表示を提供し、
    力表示に基づいて構成要素の位置を決定する、
    ことを含むことを特徴とする方法。
18. 回転部材に支持された２つの加速度計があり、２つの加速度計は、互いに離れて配置されており、回転部材の回転軸心の両側に互いに正反対に配置されていることを特徴とする請求項１７記載の方法。
19. 力表示を提供する単一の加速度計があり、単一の加速度計は、回転部材の回転軸心に配置されていることを特徴とする請求項１７記載の方法。
20. モータの作動に応答して回転して、関連するエレベータかごを移動させるトラクションシーブに少なくとも１つの加速度計を設けることを含むことを特徴とする請求項１７記載の方法。
21. エレベータかごの垂直方向の位置を決定することを含むことを特徴とする請求項２０記載の方法。
22. 回転部材は、モータの一部であることを特徴とする請求項１７記載の方法。
23. 少なくとも１つの加速度計は、接線方向力および半径方向力の表示を提供することを特徴とする請求項１７記載の方法。

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