JP4413505B2 - エレベータケージの振動を減衰させるための装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレームの振動を減衰させるための装置に関し、そのフレームは、ガイド部材によってガイドレール上を案内され、かつ、エレベータケージ本体を支持し、走行方向に垂直に発生する振動は、フレームに取り付けられた加速度センサによって測定され、フレームとガイド部材との間に配置された少なくとも１つのアクチュエータを制御するのに使用され、そのアクチュエータは、振動の発生と同時に、かつ、反対方向に作用する。
【０００２】
【従来の技術】
欧州特許第０７３１０５１号明細書から、レール上を案内されるエレベータケージの走行方向に垂直に発生するそのエレベータケージの振動を、高い周波数領域で作用するフィードバック制御によって減衰させ、ケージ内では、もはや振動は、感じられないようにする方法および装置が、知られている。測定値を得るために、慣性センサが、ケージフレームに取り付けられる。ケージが、レールに対して一方の側に傾斜すると、低い周波数領域で作用する位置コントローラが、自動的に、中央位置に戻すようにケージを案内し、そのために、常に、十分な減衰周波数範囲が、得られる。位置センサは、測定値を位置コントローラに送る。アクチュエータは、ローラの位置を調整するために、リニアモータを備える。それぞれのローラガイド上で、第１のリニアモータが、両側のローラを制御し、第２のリニアモータが、中間ローラを制御する。２つの制御ループが、共通のフィードバック制御に統合され、１つのアクチュエータに作用するので、この方法を実施するための装置にかかる経費は少ない。
【０００３】
【特許文献１】
欧州特許第０７３１０５１号明細書
【特許文献２】
米国特許第４６９９３４８号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この装置の欠点は、振動制御によって乗り心地のよさを保証するために、エレベータ自体が、頑丈な構造を有していなければならないことである。
【０００５】
したがって、本発明は、この欠点を改善することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された特徴を有する本発明は、従来技術による装置の欠点を回避するための解決手段を提供し、ケージ本体を備えたフレームの弾性を考慮に入れた振動フィードバック制御を提案するものである。
【０００７】
本発明のさらなる好都合な発展形態が、従属項に記載される。
【０００８】
エレベータケージ（フレームおよびケージ本体）は、きわめて弾性のある構造を有し、とりわけ、水平方向に変形する。典型的には、その構造の第１の共振周波数は、フレームおよびケージ絶縁体の剛性が最適化されたエレベータケージの場合、１０Ｈｚの領域に存在し、最適化されないエレベータケージの場合には、その構造の共振周波数は、それよりもさらに低い。減衰させるべき周波数からの隔たりは、きわめて小さく、また、能動振動減衰は、構造上の共振そのものを減衰させることはできないので、能動振動減衰の効果を減少させる。能動振動減衰は、ケージの変形状態に関する十分に良好な測定値とりわけ位相位置が得られる場合にしか可能ではない。
【０００９】
原理的には、エレベータケージ（フレームおよびケージ本体）を変形しないようにきわめて頑丈に構成するほうがよく、それによって、エレベータケージは、本質的に、剛体として振る舞う。したがって、弾性変形を測定する必要はない。しかしながら、そのようなことは、高層ビルのための新しいエレベータケージにしか実施することができない。
【００１０】
既存のエレベータケージ（フレームおよびケージ本体）は、その後に、頑丈にすることしかできない。これは、それ相応の経費で限られた範囲でしか実施することができない。さもなければ、頑丈な構成形態による新しいエレベータケージ（フレームおよびケージ本体）を使用したほうがより現実的である。変形を測定することによって、能動振動減衰の利用範囲が、今日のエレベータケージのほとんどすべての割合を占める、構造的にあまり適切なものではないエレベータケージにまで広がる。
【００１１】
以下、添付の図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
最大弾性変形は、ケージ本体５を支持するケージフレームのｘ方向における剪断変形である。フレームは、安全プランク１、クロスヘッド２、第１のサイドスタイル３、および、第２のサイドスタイル４からなる。クロスヘッド２は、例えば、吊りロープ（図示しない）に接続され、その吊りロープは、例えば、駆動綱車上に案内される。クロスヘッド２および安全プランク１に配置されるのは、エレベータ通路に配置されたガイドレールに沿ってフレームを案内するガイド部材である。
【００１３】
弾性変形が、発生すると、安全プランク１およびクロスヘッド２が、お互いに対して平行に相対移動する。この変形は、ケージフレームおよびケージ本体５からなるエレベータケージの走行方向に垂直な加速度を測定するこの明細書の最初に述べた従来技術による加速度センサａｃ１からａｃ８によって、測定することはできない。なぜなら、ｙ軸を中心にしたケージ本体５の回転と、ｘ方向におけるフレームの剪断変形移動とを区別できないからである。この点から、さらなる測定が、必要となる。変形を測定するための考えられる実施形態としては、次のものがある。
【００１４】
１．垂直に（ｚ方向に）配置され、かつ、それらの軸の間隔を大きくあけて配置された２つの加速度センサ９ａおよび９ｂ（または、９ｂの代わりに９ｃ）。センサ信号間の差分から、安全プランク１およびクロスヘッド２のｙ軸を中心にした回転が、測定される。加速度センサａｃ１またはａｃ３、および、ａｃ５またはａｃ７からの信号と組み合わせて、フレームの剪断変形移動を測定することができる。垂直に配置された加速度センサ９ａ、９ｂ、９ｃの代わりに、例えば光ファイバージャイロスコープや、水平に配置され、かつ、それらの軸の間隔を大きくあけて、安全プランク１上かまたはクロスヘッド２上に取り付けられた、加速度センサのような、捩じれ率を十分正確に測定するセンサが、使用されてもよい。
【００１５】
２．市販の光ファイバージャイロスコープは、光源を備え、その光源からの光線が、光ファイバー内へ放射される。その光線が、２つの光線に分光され、それらの２つの光線は、それぞれ、光ファイバーから構成されたコイルを反対方向へ進む。そして、それらの２つに分光された光線が、再結合され、それらの間で干渉を発生させる。光ファイバーからなるコイルが、回転すると、分光された光線の一方は、他方よりもわずかに長い距離を進まなければならず、それが、位相のずれを発生させ、その結果として、干渉量を変化させる。
【００１６】
３．抵抗線ひずみゲージ１０によるフレームの変形の測定。これらの抵抗線ひずみゲージは、第１のサイドスタイル３または第２のサイドスタイル４上の最大曲げ変形をともなう位置に取り付けられる。その位置の変動は、フレームの剪断変形移動に比例する。
【００１７】
４．レーザ１１ａ、反射プリズム１１ｂ、および、感光性線センサ１１ｃによるフレームの剪断変形移動の測定。反射プリズムを備えない構成も可能である。反射プリズムを備えた構成の利点は、正確な位置合わせを必要とせず、すべての能動的な構成要素は、一方の側に存在し、測定の解像度は、２倍となることである。
【００１８】
距離に関する情報を提供するためには、いくつかの加速度センサからの信号は、２回、集計されなければならず、それは、ドリフトおよび／または測定誤差に関係したものである。距離に関する情報を提供するためには、光ファイバージャイロスコープからの信号は、１回、集計されるだけでよく、これもまたドリフトおよび／または測定誤差に関係したものである。光学測定装置（レーザ）は、きわめて精密である。さらにまた、光学測定装置をそれが妨害を受けないように空間的に配置するのは困難なことである。最近の抵抗線ひずみゲージによれば、きわめて小さい伸びを測定することができる。剪断変形の測定は、さらなるセンサの助けなしに、直接になされる。剪断変形の測定に抵抗線ひずみゲージ技術を使用するのは、有望なことである。
【００１９】
フレームが、剪断変形すると、安全プランク１およびクロスヘッド２は、お互いに対して平行に量ｘだけ相対移動する。クロスヘッドに取り付けられているのは、レーザ１１ａであり、そのレーザ１１ａは、好ましくは、赤外線を発生し、鋭い光束にされた光線１１ｄを垂直に下方へ放射する。安全プランク１上に取り付けられているのは、光学プリズム１１ｂであり、その光学プリズム１１ｂは、光線１１ｄを横にずらして平行に上方へ反射する。変位量は、フレームの剪断変形量ｘの２倍だけ変化する。クロスヘッド２上に検出器として取り付けられているのは、感光性線センサまたは線カメラ１１ｃである。この方法によって、反射された光線１１ｄの水平方向の変位が、測定される。線カメラ１１ｃは、フレームの剪断変形ｘに比例した信号を生成し、その信号は、フレームの剪断変形を減少させるために、フィードバック制御システムにおいて使用することができる。
【００２０】
振動の減衰を改善するために、さらに、ｙ方向におけるフレームの変形を測定してもよい。フレームは、ｙ方向においてはきわめて頑丈であるので、一般的には、これらの測定は必要ではないが、常にそうとは限らない。さらに、既存の加速度センサａｃ２、ａｃ４、ａｃ６、および、ａｃ８によって、すでに、垂直軸（ｚ軸）を中心にしたフレームの捩じれを測定することができる。
【００２１】
また、ケージ本体５の下部マウント６および／または上部マウント７の変形を測定することができる。この測定は、１つの軸方向、２つの軸方向、または、３つの軸方向すべてにおいてなされてもよい。このためには、磁界測定原理、または、誘導性または容量性の測定原理を用いた距離センサまたは位置センサが、都合がよい。
【００２２】
ケージ本体５のマウント６、７の変形を測定する代わりに、ケージ本体５におけるさらなる加速度センサを使用することもできる。必要な加速度センサの数は、制御されなければならないさらなる自由度の数と同じである。
【００２３】
たとえ十分に良好な測定値が得られたとしても、ガイド部材に作用するアクチュエータによっては、ケージ本体に発生する構造上の共振をすべて減衰させることはできない。必要であれば、さらなるアクチュエータを使用してもよい。アクチュエータを配置するのにもっとも適した位置は、マウント６、７である。アクチュエータは、振動絶縁体の役割をなす弾性マウント６、７に対して、並列に、または直列に、または、その弾性マウント６、７と完全に置き替えて、配置されてもよく、これらのアクチュエータは、１つの軸方向、２つの軸方向、または、３つの軸方向すべてに作用することができる。この目的にきわめて適したものは、自動車においてエンジンを支持するのに使用されるような、いわゆる能動エンジンマウントである。
【００２４】
例えば、米国特許明細書第４６９９３４８号は、受動ゴムばねと、電磁アクチュエータとからなる能動エンジンマウントを開示している。そのアクチュエータは、主に、低周波共振振動を減衰させる役割をなし、低周波共振振動をあまり減衰させない軟質ゴムばねは、より高い周波数領域において良好な振動絶縁体の役割をなす。
【００２５】
フレームの剪断変形移動を減衰させるための図３に示されるフィードバック制御システムは、主構成要素であるコントローラと、制御されるシステムとからなり、その制御されるシステムは、１つのアクチュエータまたは複数のアクチュエータと、ケージ本体を備えたフレームと、１つのセンサまたは複数の加速度センサとからなる。
【００２６】
ケージ本体に作用し、かつ、フレームガイドと、相対風と、ロープとによって発生する妨害力ｚは、とりわけ、ケージフレームの剪断変形ｘを発生させる。センサ信号ｙは、フレームの剪断変形に比例して変動する。加算モジュールにおいて、センサ信号ｙが、通常の場合には０である目標値ｕから引き算される。引き算の結果が、制御偏差ｅである。これが、コントローラで処理され、駆動信号ｍが、生成される。もっとも単純な場合においては、コントローラは、比例制御器であるが、それよりもはるかに複雑なコントローラ機能も考えられる。アクチュエータは、例えば、上述したような４つの能動アクチュエータからなる。これらのアクチュエータは、ガイドローラと、より詳細には、ガイドレールと、ケージフレームとの間に調整力を発生させる。コントローラは、ケージ本体を備えたフレームの第１の固有周波数、例えば、１０Ｈｚにおいて、最大増幅率が発生するように設計される。コントローラは、きわめて低い周波数およびきわめて高い周波数において増幅率が０に近づき、それによって、フレームおよびケージ本体を回転させる静的力がまったく増大することのないバンドパス特性を有する。
【００２７】
図４によれば、能動アクチュエータは、フレームの剪断変形に逆らうように作用する駆動力Ｆ１、Ｆ３、Ｆ５、および、Ｆ７が発生するように、駆動信号ｍによって駆動される。駆動信号ｍは、まず最初に、能動アクチュエータＡ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７ごとに提供された電流増幅器Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７に供給され、そして、その電流増幅器は、能動アクチュエータＡ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７に電流を供給する。個々の電流関数Ｉ（ｍ）は、図４に示される信号フローチャートに基づいて選択されなければならず、ここで、能動アクチュエータにおける電流Ｉ１、Ｉ３、Ｉ５、Ｉ７は、その電流に通常は比例する駆動力Ｆ１、Ｆ３、Ｆ５、Ｆ７を生成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】ケージ本体を備えたケージフレームの剪断変形移動を減衰させるための装置のセンサの配置を示す概略図である。
【図２ａ】レーザによってケージフレームの剪断変形移動を測定する測定装置を示す図である。
【図２ｂ】図２ａに示される測定装置の詳細図である。
【図３】横方向移動を減衰させるフィードバック制御システムを示す図である。
【図４】フィードバック制御システムの電気的アクチュエータ要素を示す図である。
【符号の説明】
１ 安全プランク
２ クロスヘッド
３ 第１のサイドスタイル
４ 第２のサイドスタイル
５ ケージ本体
６ 下部マウント
７ 上部マウント
９ａ、９ｂ、９ｃ、ａｃ１、ａｃ２、ａｃ３、ａｃ４、ａｃ５、ａｃ６、ａｃ７、ａｃ８ 加速度センサ
１０ 抵抗線ひずみゲージ
１１ａ レーザ
１１ｂ プリズム
１１ｃ 線センサ
１１ｄ 光線
Ａ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７ 能動アクチュエータ
Ｆ１、Ｆ３、Ｆ５、Ｆ７ 駆動力
Ｉ１、Ｉ３、Ｉ５、Ｉ７ 電流
Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７ 電流増幅器
ｅ 制御偏差
ｍ 駆動信号
ｕ 目標値
ｘ 剪断変形量
ｙ センサ信号

Claims (6)

1. ケージ本体（５）を支持し、かつ、ガイド部材によってガイドレール上を案内されるフレーム（１、２、３、４）の振動を減衰させるための装置であって、
   走行方向に垂直に発生する振動を測定し、かつ該振動に対応する加速度信号を発するために、前記フレーム（１、２、３、４）に取り付けられた加速度センサ（ａｃ１からａｃ８）と、
   前記フレーム（１、２、３、４）とガイド部材との間に配置される少なくとも１つのアクチュエータとを備え、加速度信号が、振動に対して反対方向に作用するアクチュエータを制御するためにフィードバックされ、さらに、
   前記フレームに取り付けられ、かつ前記フレーム（１、２、３、４）の剪断変形を測定する目的で使用されるセンサ信号を発する少なくとも１つの追加のセンサ（９ａ、９ｂ、９ｃ、１０、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）と、
   制御装置とを備え、該制御装置が、センサ信号に応じて、またはセンサ信号および加速度信号に応じて、アクチュエータに対する駆動信号（ｍ）を生成することによって、前記フレーム（１、２、３、４）の剪断変形移動を制御することを特徴とする、装置。
2. 少なくとも１つの追加のセンサが、加速度センサ（９ａ、９ｂ、９ｃ）からなることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 少なくとも１つの追加のセンサが、抵抗線ひずみゲージからなることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 少なくとも１つの追加のセンサが、光ファイバージャイロスコープからなることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
5. 少なくとも１つの追加のセンサが、レーザ（１１ａ）、レーザ光線を反射するプリズム（１１ｂ）、および線センサ（１１ｃ）からなることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
6. 駆動信号（ｍ）が、アクチュエータ（Ａ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７）ごとに電流増幅器（Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７）に供給され、電流関数Ｉ（ｍ）に基づいて、結果としての電流（Ｉ１、Ｉ３、Ｉ５、Ｉ７）が、前記アクチュエータ（Ａ１、Ａ３、Ａ５、Ａ７）において駆動力（Ｆ１、Ｆ３、Ｆ５、Ｆ７）を生成することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の装置。

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