JP4204872B2 - 重力を利用した液圧式昇降駆動システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立体駐車機や乗用エレベータ等におけるケージを複数同時に昇降させるための重力を利用した液圧駆動システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、乗用エレベータや立体駐車機等における代表的な昇降方式としては、ロープ式のものと油圧式のものが知られている。ロープ式のものとは、特許文献１に示すように、ケージと均衡を保つ為の釣合錘を用い、ケージと釣合錘をワイヤーロープで連結して、いくつかの滑車を介し、例えば電動モータにより昇降させるようにしたものである。また油圧式のものとは、ケージを上昇させるときには電動モータを利用して発生させた油圧をシリンダーに送り、下降時はケージ及びプランジャーの重量により、油がジャッキからタンクに戻ることで、ケージを動かすようにしたものである。その他に、ねじ送り機構を利用したもの等も開発されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２６３７９公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年の高齢化が進む社会においては、階段での昇降が困難となった人のために乗用エレベータを家庭に設置する要望が増加している。また、女性や若年層も運転免許を持つ車社会が益々進む今日、一家に複数台の自家用車があることも珍しくない。そのため、スペースをとらず複数台の自動車を駐車できる簡単な立体駐車機が要望されているのも事実である。
【０００５】
しかしながら、例えば乗用エレベータと立体駐車機とを導入する場合、当然２つの独立した昇降システムが必要となるため、コストやスペースの点において、特に一般家庭への導入に大きな難点を生じることとなる。
【０００６】
さらに、従来の昇降システムは、比較的大きい動力を必要とするだけでなくスムーズな加減速のための複雑な加減速制御装置が必要となることから高価なものとなりがちである。また、エネルギの回収や再利用が図られていないため、エネルギ消費が大きく、発熱や摩耗、騒音等の問題もある。
【０００７】
本発明は上述した問題点に鑑み、複数のケージたる昇降対象物を独立して昇降可能であって、しかもコスト面、スペース面で有利で、なおかつエネルギ損失が原理上０であり、複雑な加減速制御装置をも必要としない液圧式昇降駆動システムを提供することをその主たる課題としたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ロープで吊り下げた釣合錘を、トルクにより重力に抗して昇降可能に支持する釣合錘用ポンプ／モータと、ロープで吊り下げた複数の昇降対象物を、それぞれトルクにより重力に抗して昇降可能に支持する複数の昇降対象物用ポンプ／モータとを備えてなり、前記各ポンプ／モータの高圧ポートを共通高圧配管に接続するとともに、前記釣合錘用ポンプ／モータにおいては、前記共通高圧配管の圧力が一定値となるようにその押しのけ容積を制御する一方、前記昇降対象物用ポンプ／モータにおいては、その押しのけ容積を、トルクにより発生する抗力と昇降対象物の重力とが釣り合う状態から変化させることにより、その変化量に応じた加速度又は減速度で当該昇降対象物を昇降駆動するようにした、重力を利用した液圧式昇降駆動システムである。
【０００９】
このようなものであれば、単独の釣合錘で各昇降対象物を昇降させることができるので、構造の簡単化、低コスト化を図れる。
また、共通高圧配管の圧力が一定値に制御されており、各昇降対象物用ポンプ／モータの押しのけ容積さえそれぞれ設定すればそれらの発生トルクを一意的にかつ全く独立して定めることができるため、一の昇降対象物を他の昇降対象物の挙動に関係なく独立して制御することができる。また、昇降対象物の昇降制御に関する変化パラメータが押しのけ容積のみとなるため、非常に簡単な制御方式の適用が可能となる。
【００１０】
さらに釣合錘は、液圧回路を介して各昇降対象物に接続してあるので、その配置位置の自由度が高くなり、スペース的な点で極めて有利なものとなる。また、釣合錘及び昇降対象物は全てロープで吊り下げてあり、シリンダを用いていないため、座屈のおそれがなく、高い圧力での駆動が可能となってポンプ／モータや配管のコンパクト化を図れる。
【００１１】
加えて、各昇降対象物が昇降によって得たあるいは損失した位置エネルギ及び運動エネルギは、原理的に全て釣合錘又は他の昇降対象物に移動するため、昇降対象物の質量に拘わらず、その昇降駆動に係るエネルギ消費を極めて小さくできる。
【００１２】
また、従来高速移動の場合には、衝撃をさけスムーズな加速減速ができるように複雑高価な加減速制御装置が必要であったが、質量による慣性効果により急激な速度の変化は起こりえないので、安定した加減速運動が保証され、それらが不要になる。
【００１３】
要すれば、消費エネルギ、コスト、信頼性等の観点から極めて優れ、一般家庭への導入にも好適な液圧式昇降駆動システムを提供することが可能となる。
【００１４】
＜本発明の原理＞
具体的に本発明の原理を図１を参照して簡単に説明する。
【００１５】
この図において、釣合錘Ｃの質量をＭ（ｋｇ）、各昇降対象物Ｃｎ（ｎ＝１、２、３・・・）の質量をＭｎ（ｋｇ）、ウィンチドラムＷＤ，ＷＤｎの半径をそれぞれＲ、Ｒｎ（ｍ）、釣合錘用可変ポンプ／モータＰＭの押しのけ容積をｄ（ｍ＾３／ｒａｄ）、各昇降対象物用可変ポンプ／モータＰＭｎの押しのけ容積をｄｎ（ｍ＾３／ｒａｄ）、釣合錘Ｃの上下高さ位置をｙ（ｍ）、速度をｙ'（ｍ／ｓ）、加速度をｙ" （ｍ／ｓ＾２）、各昇降対象物Ｃｎの上下高さ位置をｙｎ（ｍ）、速度をｙｎ'（ｍ／ｓ）、加速度をｙｎ" （ｍ／ｓ＾２）、重力の加速度をｇ（ｍ／ｓ＾２）とする。
【００１６】
まず釣合錘用ポンプ／モータＰＭにおいては、共通高圧配管１の圧力Ｐを一定値Ｐｓに保つべく、その押しのけ容積ｄを制御する。以下に具体的に説明する。
釣合錘Ｃを吊っているポンプ／モータＰＭのトルクＴは、
Ｔ＝ｄ＊Ｐ （１）
であり、この式はｙ、y'、ｙ"の如何にかかわらず常に成立するから、
Ｐ＝Ｔ／ｄ （２）
【００１７】
従って、Ｐが一定値Ｐｓより高くなればｄを増やし、Ｐが設定値Ｐｓより低くなればｄを減らすように自己フィードバック制御させることによって、Ｐ、すなわち共通高圧配管１の圧力を一定値Ｐｓに保つようにする。
【００１８】
一方、昇降対象物用ポンプ／モータＰＭｎにおいては、各昇降対象物Ｃｎを所望の挙動で昇降させるべくその押しのけ容積ｄｎを変化させる。以下に具体的に説明する。
【００１９】
共通高圧配管１の圧力は前述したようにＰｓ（Ｐａ）に保たれているから、昇降対象物用ポンプ／モータＰＭｎで発生するトルクをＴｎ（Ｎｍ）とし、昇降対象物Ｃｎの加速度をｙｎ"とすると、
Ｔｎ＝ｄｎ＊Ｐｓ
Ｔｎ／Ｒｎ−Ｍｎ＊ｇ＝Ｍｎ＊ｙｎ"
が成り立つ。これらからＴｎを消去してｙｎ"を求めると、
ｙｎ"＝Ｐｓ＊ｄｎ／（Ｍｎ＊Ｒｎ）−ｇ （３）
【００２０】
したがって押しのけ容積ｄｎさえ設定すれば、上述したように、各昇降対象物Ｃｎの加速度ｙｎ"を一意的にかつ独立して定めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図２は、本実施形態に係る液圧式昇降駆動システムを示した模式図である。
この液圧式昇降駆動システムは、ロープで吊り下げた釣合錘Ｃと、その釣合錘Ｃを、トルクにより重力に抗して昇降可能に支持する釣合錘用ポンプ／モータＰＭと、ワイヤロープで吊り下げた昇降対象物たる乗用ケージＣ１及び駐車ケージＣ２と、それらをそれぞれトルクにより重力に抗して昇降可能に支持する２台の昇降対象物用ポンプ／モータたるケージ用ポンプ／モータＰＭ１、ＰＭ２とを備えてなり、前記釣合錘用ポンプ／モータＰＭと前記各ケージ用ポンプ／モータＰＭ１、ＰＭ２との高圧ポートを共通高圧配管１に接続したものである。
【００２２】
各部を詳述すると、釣合錘Ｃは、例えば鋳鉄製のおもり要素を適当に積み重ね、昇降中におもりが移動しないように貫通ボルトなどで固定したもので、本実施形態では敷地に掘った縦壕内にワイヤロープで吊り下げてある。
【００２３】
釣合錘用ポンプ／モータＰＭは可変容量式のもので、その出力軸にはウィンチドラムＷＤが連結してある。前記ワイヤロープの端部はこのウィンチドラムＷＤに巻き付けてあり、この釣合錘用ポンプ／モータＰＭのトルクでウィンチドラムＷＤを、前記釣合錘Ｃの重量に抗して回転させ当該釣合錘Ｃを昇降させるように構成している。
【００２４】
乗用ケージＣ１及び駐車ケージＣ２も、釣合錘Ｃ同様それぞれ対応するケージ用ポンプ／モータＰＭ１、ＰＭ２の出力軸に連結したウィンチドラムＷＤ１、ＷＤ２に巻き付けたワイヤロープで吊り下げてある。
【００２５】
さらに本実施形態では、共通高圧配管１に逆止弁２を介して小型電動ポンプ３を接続している。この小型電動ポンプ３は小電力の太陽電池や無停電電源装置等で駆動可能なもので、この小型電動ポンプ３から随時共通高圧配管１に作動液を注入し、昇降の繰り返しによる配管抵抗、機械摩擦、その他のエネルギロスによる釣合錘Ｃの低下分を随時回復させるようにしている。
【００２６】
次に本装置の作動例を挙げる。
まずケージＣ１、Ｃ２に作用している力が釣り合っている状態、すなわち、ケージ用ポンプ／モータＰＭ１、ＰＭ２のトルクにより発生する抗力と昇降対象物の重力とが釣り合っている状態（静止状態又は等速運動状態）における押しのけ容積ｄ１、ｄ２を、図示しない記憶装置等に例えば都度記憶させておく。
なお、このときのｄ１、ｄ２をそれぞれｄ１ｓｔ、ｄ２ｓｔとすれば、力の釣合から
ｄ１ｓｔ＝ｇ＊Ｍ１＊Ｒ１／Ｐｓ （４）
ｄ２ｓｔ＝ｇ＊Ｍ２＊Ｒ２／Ｐｓ （５）
が成り立つ。
【００２７】
一方、乗用ケージＣ１又は駐車ケージＣ２を所望の加速度で上昇又は下降させる場合には、対応するケージ用ポンプ／モータＰＭ１、ＰＭ２の押しのけ容積を、ｄ１ｓｔ又はｄ２ｓｔから変化させる。
例えば乗用ケージ用ポンプ／モータＰＭ１の押しのけ容積ｄ１をｄ１ｓｔから２割増、すなわちｄ１＝１．２＊ｄ１ｓｔにすると、式（３）より、
ｙ１"＝Ｐｓ＊ｄ１／（Ｍ１＊Ｒ１）−ｇ
∴ｙ１"＝１．２＊Ｐｓ＊ｄ１ｓｔ／（Ｍ１＊Ｒ１）−ｇ
ここで式（４）より
Ｐｓ＝ｇ＊Ｍ１＊Ｒ１／ｄ１ｓｔだからこれを前式に代入して
ｙ１"＝０．２＊ｇ
となる。
【００２８】
つまり乗用ケージＣ１は、対応するポンプ／モータＰＭ１の押しのけ容積をｄ１ｓｔから増加させた割合に、重力の加速度を掛けたものと等しい上向きの加速度、すなわち０．２ｇの上向き加速度で動くこととなる。また逆にポンプ／モータＰＭ１の押しのけ容積をｄ１ｓｔから減少させると、その減少させた割合に重力の加速度を掛けたものと等しい下向きの加速度で動くこととなる。
駐車ケージＣ２においても同様で、対応するポンプ／モータＰＭ２の押しのけ容積をｄ２ｓｔから増減変化させた割合に応じた加速度で動くこととなる。
【００２９】
このように、各ケージ用ポンプ／モータＰＭ１、ＰＭ２の押しのけ容積ｄ１、ｄ２を、初期値ｄ１ｓｔ、ｄ２ｓｔから変化させることで、各ケージＣ１、Ｃ２の昇降に係る加速度の制御を直接的にかつ互いに干渉することなく独立に行うことができる。
【００３０】
一方、例えば前記のように各ケージＣ１、Ｃ２を昇降させるべく各ポンプ／モータＰＭ１、ＰＭ２の押しのけ容積を増減させると、釣合錘用ポンプ／モータＰＭの押しのけ容積も変動するが、これらの制御はエネルギロスを伴わないので、各ケージＣ１、Ｃ２及び釣合錘Ｃ間で位置エネルギ及び運動エネルギが移動するだけとなる。
【００３１】
すなわち本実施形態によれば、単独の釣合錘Ｃで複数のケージＣ１、Ｃ２を独立して昇降させることができるので、構造の簡単化、低コスト化を図れ、特に一般家庭への導入に好適なものとなる。
【００３２】
また各ポンプ／モータＰＭ、ＰＭ１、ＰＭ２毎に独立して押しのけ容積の制御を行えばよく、しかも各制御を単一のパラメータで行えるため、複雑な制御装置が不要となり、簡単かつ信頼性の高いシステムを構築することができる。また上述したように直接的に加速度の制御を行っているため、非常にスムーズなケージＣ１、Ｃ２の動きを容易に実現できる。もちろんこの加速度制御によって速度制御や位置制御ができるのは言うまでもない。
【００３３】
さらに、釣合錘Ｃ及び各ケージＣ１、Ｃ２は全てロープで吊り下げてあり、シリンダを用いていないため、座屈のおそれがなく、高い圧力での駆動が可能となってポンプ／モータＰＭ、ＰＭ１、ＰＭ２や配管のコンパクト化を図れる。
【００３４】
また釣合錘Ｃは、液圧回路を介して各ケージＣ１、Ｃ２に接続されているので、その設置位置の自由度が大きく、スペース的な点で極めて有利なものとなる。特に本実施形態では、井戸等の縦壕を利用し、地中で釣合錘Ｃを昇降させているため、大きな位置エネルギを蓄積していながら、安全性の高いものとなる。
【００３５】
加えて、各ケージＣ１、Ｃ２が昇降によって得たあるいは損失した位置エネルギ及び運動エネルギは、原理的には、全て釣合錘Ｃ又は他のケージＣ１、Ｃ２に移動するため、ケージＣ１、Ｃ２の質量に拘わらず、その昇降駆動に係るエネルギ消費が全くない。このことはランニングコストの面で有利であるほかに、災害等による停電時でも太陽電池等による小電力で作動できることにつながり、動作信頼性の点で有利なものとなる。
【００３６】
また、この釣合錘Ｃは鉄等の素材そのものであるため、不要となった後も廃棄せず、そのまま他の用途に転用（リユーズ）でき、環境にも大変優しいものとなる。
【００３７】
なお、位置センサ等を設け、これらからの検出信号に基づいて位置又は速度を補正すべく、補助的に押しのけ容積を制御しても構わない。
【００３８】
その他本発明は、上記図示例に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上に詳述したように、本発明によれば、単独の釣合錘で各昇降対象物を独立して昇降させることができるうえ、原理的にはエネルギロスが全くなく、しかも各ポンプ／モータを独立分散制御すればよいので、制御機構を極めて簡単かつ信頼性の高いものにできる。さらに、釣合錘の配置位置の自由度も高く、高圧力駆動によるポンプ／モータや配管のコンパクト化をも図れる。
【００４０】
要すれば、消費エネルギ、、コスト、信頼性、構造簡単等の観点から極めて優れ、一般家庭への導入にも好適な液圧式昇降駆動システムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の原理を説明する原理説明図。
【図２】本発明の一実施形態における液圧式昇降駆動システムの全体を示す概略構成図。
【符号の説明】
Ｃ・・・釣合錘
Ｃ１・・・昇降対象物（乗用ケージ）
Ｃ２・・・昇降対象物（駐車用ケージ）
ＰＭ・・・釣合錘用ポンプ／モータ
ＰＭ１・・・昇降対象物用ポンプ／モータ（乗用ケージ用ポンプ／モータ）
ＰＭ２・・・昇降対象物用ポンプ／モータ（駐車用ケージ用ポンプ／モータ）
１・・・共通高圧配管

Claims (1)

1. ロープで吊り下げた釣合錘を、トルクにより重力に抗して昇降可能に支持する釣合錘用ポンプ／モータと、ロープで吊り下げた複数の昇降対象物を、それぞれトルクにより重力に抗して昇降可能に支持する複数の昇降対象物用ポンプ／モータとを備えてなり、前記各ポンプ／モータの高圧ポートを共通高圧配管に接続するとともに、前記釣合錘用ポンプ／モータにおいては、前記共通高圧配管の圧力が一定値となるようにその押しのけ容積を制御する一方、前記昇降対象物用ポンプ／モータにおいては、その押しのけ容積を、トルクにより発生する抗力と昇降対象物の重力とが釣り合う状態から変化させることにより、その変化量に応じた加速度又は減速度で昇降対象物を昇降駆動するようにした、重力を利用した液圧式昇降駆動システム。

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