JP3402615B2 - エレベータ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 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
わせた移相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Fx
a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量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供給される
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、ステータとローラとの間の
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ラに必要なエネ
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 (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 (56)参考文献 特開 平４−39285（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−45088（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−19959（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−324924（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−39132（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−104835（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B66B 9/02 B66B 11/04 H02K 41/02 H02K 41/03

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、前記１次回
   路および２次回路の両方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. 【請求項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. 【請求項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。
4. 【請求項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、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。
5. 【請求項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。
6. 【請求項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。
7. 【請求項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。