JP4607083B2 - エレベータのロープ横揺れ検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、地震や強風で生じる建物のゆっくりした横揺れが引き起こす、エレベータロープの横振動を推定して算出するエレベータのロープ横揺れ検出装置に関するものである。

従来のエレベータにおいては、機械室に設けた加速度計に対して、建物の高さに応じて建物横振動の加速度レベルを設定し、設定値を超えると管制運転に移行する方式がとられている。この場合、長周期地震や強風によって、高層の建物が１次の固有振動数でゆっくり揺れ続ける場合に、エレベータ機械室での加速度レベルは小さく、加速度計が動作レベルに達しないものの、ロープが建物の横揺れと共振して大きな振幅となり、昇降路内の機器と接触して機器損傷などを引き起こす可能性がある。この問題を解決する従来技術として、波動エネルギ感知器とエレベータの号機制御装置とからなり、波動エネルギ感知器からは強風を検知したことを示す強風信号と、そのレベルを示す複数の信号が号機制御装置に対して出力され、号機制御装置はそれらの信号をもとに各強風レベルに応じて減速運転、中間階待機又は休止等の管制運転を行うエレベータの強風管制運転方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−３１９７２０号公報

従来のエレベータの強風管制運転方式では、建物のゆっくりした揺れを捉えることができるものの、波動エネルギ感知器の感知レベルの設定に根拠が乏しく、また、エレベータのロープがどれだけ揺れているかを判断することができないという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、建物のゆっくりした横揺れで生じるロープの横振動を推定して算出するエレベータのロープ横揺れ検出装置を提供することを目的とするものである。また、それから得られたロープの横振動を用いて、管制運転を行うことを目的とするものである。

この発明に係るエレベータのロープ横揺れ検出装置においては、長周期地震や強風等による建物のゆっくりした揺れで生じるロープの横揺れ量を検出するエレベータの横揺れ検出装置であって、横揺れ検出装置は、エレベータが最寄階に停止するまでに要する時間として予め設定された時間、昇降路内のロープが昇降路内機器と接触するまでの最小距離である許容振れ量、および建物の１次固有周期を用いて地震加速度の第１加速度レベルを演算する加速度レベル演算部を備えたものである。

この発明によれば、ロープが建物振動と共振する場合に、ロープ振動が成長して昇降路内機器と接触するまでの時間を考慮しているため、ロープ揺れが小さい段階で管制運転に移行し、ロープの揺れ量が増大するのを抑えることができる。

実施の形態１.
図１はこの発明の実施の形態１におけるエレベータのロープ横揺れ検出装置を用いたエレベータの制御装置を示すブロック構成図、図２は一般のエレベータにおける建物変位とロープ横振幅との関係を示す説明図、図３はこの発明の実施の形態１におけるエレベータのロープ横揺れ検出装置の基本原理である建物変位とロープ横振幅との関係を示す説明図、図４はこの発明の実施の形態１におけるエレベータのロープ横揺れ検出装置を用いた管制運転動作を説明するためのフローチャート、図５はこの発明の実施の形態１におけるエレベータの管制運転動作の一例を建物加速度とロープ横振幅との関係で示す説明図である。

図１において、１はエレベータの制御装置で、ＣＰＵ２及び記憶装置３から構成される。ＣＰＵ２は、加速度レベル演算部４、比較器５及び管制運転パターン選択部６から構成される。また、記憶装置３は、最小許容振れ量７、建物固有振動周期８及び最大停止時間９等を記憶している。１０は建物のエレベータ機械室等に設置される加速度計で、建物加速度情報をＣＰＵ２の比較器５に送る。

ロープが建物揺れ（建物変位ｚ）と共振する場合の、ロープ振動挙動を図２に示す。建物が１次固有周期Ｔで一定振幅の正弦波振動をする場合、ロープの横振幅は時間とともに増大する。建物が揺れて、建物に設けた加速度計１０が作動すると、走行中のエレベータは、最寄階まで走行した後、停止する。この場合、最寄階に到達して停止するまでの時間ｔ_０が長いと、ロープの横振動が走行中に増大してしまう。ロープが昇降路内機器と接触するまでの最小距離を許容振れ量Ｖ_０とすると、図２の場合では、最寄階に到達して停止するまでの時間ｔ_０が長いので、最寄階に停止する前に、ロープが許容振れ量Ｖ_０を超えてしまい、ロープが昇降路内機器と接触してしまう。そのため、ロープの引っかかりや機器損傷が発生し、走行に支障をきたすことになる。

一方、図３に示すように、建物の揺れ（建物変位ｚ）が図２よりも小さい段階（ｚ２＜ｚ１）で地震管制運転を実施すれば、最寄階に到達して停止する時間ｔ_０までは、ロープの揺れ量は小さく、許容振れ量Ｖ_０を上回ることはない。
このように、エレベータを安全に最寄階に停止させるためには、建物の１次固有振動周期Ｔ、最寄階に到達して停止するまでの時間ｔ_０、ロープの許容振れ量Ｖ_０を元にして、管制運転で最寄階停止させるための建物振幅、あるいは建物加速度を決定する必要があることが判る。
なお、ここでは、最悪条件で評価するために、最寄階に到達して停止するまでの時間ｔ_０については、階床間が最も長い、すなわち最寄階に到達して停止するまでに最も時間を要する場合の値である最大停止時間を用いる。さらに、ロープの許容振れ量Ｖ_０については、主ロープ・釣合ロープ・ガバナロープなど、各種のロープについて、最も昇降路内機器と接触するまでの距離が短いもの（最小許容振れ量）を用いる。これにより、いかなる状態においても、安全にエレベータを最寄階まで停止させることが可能となる。

以下、図１および図４を用いて、エレベータの地震管制運転動作を説明する。
図１および図４において、エレベータの制御装置１に設けた記憶装置３では、建物の１次固有振動周期Ｔ、最小許容振れ量Ｖ_０、最大停止時間ｔ_０をデータとして確保している。これらの値を用いて、ＣＰＵ２の加速度レベル演算部４で第１の加速度レベルを計算する（ステップＳ１）。
具体的には、第１の加速度レベルを
ａ ＝ （４ω_０）×（αＶ_０）／ｔ_０
で算出する。
ここで、ω_０は建物の固有振動数であり、ω_０＝２π／Ｔである。また、αは０＜α＜１であり、許容振れ量Ｖ_０までの余裕分を表す。
一方、建物に設置した加速度計１０からの信号は（ステップＳ２）、建物の１次固有振動数付近のみを取り出すように、バンドパスフィルタをかけて（ステップＳ３）、エレベータの制御装置１に出力される。
そして、ステップＳ３で得られた建物の加速度信号を、第１の加速度レベルと比較する第１の比較器５ａを設ける。仮に建物加速度が第１の加速度レベルを超えたとしても、建物振動が単発的な揺れで、すぐに振動が収まることがある。その場合、ロープの横揺れは図２のように増大することはない。そこで、第１の比較器５ａでは、図５に示すように、建物加速度が複数回（回数Ｎで、Ｎは２以上である）、第１の加速度レベルを超えると、建物揺れが長時間に渡って持続すると考えて発報する。そのため、第１の比較器５ａの内部には、カウンタが付加的に設けられている（ステップＳ４）。
一方、単発的な建物揺れであっても、その揺れがある程度大きくなると、ロープ揺れに対して影響を与え、ロープ揺れが大きくなる。そこで、第１の加速度を少なくとも２倍したものを第２の加速度レベルとし（ステップＳ５）、建物加速度と比較する第２の比較器５ｂを設ける。この場合、建物加速度が第２の加速度レベルを超えた瞬間に発報させるため、第２の比較器５ｂにはカウンタを設けない（ステップＳ６）。
第１の比較器５ａと第２の比較器５ｂの出力をＯＲ回路に渡し（ステップＳ７）、いずれかが発報している場合は、長周期振動の管制運転に移行し、エレベータを最寄階に停止させる（ステップＳ８、Ｓ９）。一方、どちらも発報していない場合は、通常運転を継続する（ステップＳ８、Ｓ１０）。
図５の場合、１周期Ｔの間に、３回超えたら発報するとしており、監視時間ｔを周期ＴのＮ倍とすれば、ｔ＝Ｔ×Ｎの時間内に、少なくとも２Ｎ回以上、第１の加速度レベルを超えるとした場合、持続的に建物振動が発生していると考えることができる。
なお、監視時間ｔを長く取り過ぎると、ロープの揺れが成長してしまう可能性がある。そこで、ｔは、最寄階に停止するまでに要する最大の時間以下であることが望ましい。

なお、上記で設定する第１の加速度レベルと第２の加速度レベルは、従来の地震感知器で設定している低感知動作の加速度値よりも低い値である。そのため、低感知が動作する大きな地震の場合には、長周期振動の管制運転ではなく、通常の地震管制運転に移行する。この場合、通常の地震管制運転とは独立して、長周期振動の管制運転機能を動作させ続ける。そうすると、低感知動作の自動リセットや、高感知動作の手動リセット後にも、建物が揺れ続けているのを監視することができ、通常の地震感知器が発報していない状態で、ロープが建物揺れと共振して、ロープ振動が増大するのを防ぐことができる。

また、最寄階停止後に、ロープが建物振れと共振しない退避階に移動する退避運転動作を行う場合は、第１の加速度レベルを決める時間設定ｔ_０として、最寄階到着後の乗客追い出し時間も考慮しておくと良い。そうすると、乗客追い出し後に、ロープの揺れが大きくなってしまい、退避運転ができなくなるのを防ぐことができ、ロープの揺れが大きくなる前に退避運転が可能となる。

さらに、第１の加速度レベルよりも低い第０の加速度レベルを設け、速度を落として運転を継続することも考えられる。具体的には、図５のαを第１の加速度レベルを設定する際の値よりも小さな値とし、例えば半分の値に設定する。この場合、ロープの引っかかりが生じない比較的小さなロープ揺れが発生しているものの、走行速度を落としているため、ロープ揺れによって走行中に不具合が発生した場合にも、速やかにエレベータを停止し、安全を確保することができる。

実施の形態２.
図６はこの発明の実施の形態２におけるエレベータのロープ横揺れ検出装置によるロープが共振するかご位置を示す説明図である。図中、１２は昇降路、１３はかご、１４は巻上機、１５は主ロープ、１６は釣合いロープ、１７はガバナロープ、２５は釣合いおもり、２６は退避階である。また、２７はかご側主ロープが共振するかご位置、２８は釣合いおもり側主ロープが共振するかご位置、２９は釣合いロープが共振するかご位置、３０はガバナロープが共振するかご位置をそれぞれ示す。
昇降路１２内には図６に示すように、主ロープ１５、釣合ロープ１６、ガバナロープ１７などの複数のロープが存在する。それぞれのロープが建物振動と共振する位置は、ロープにかかる張力、ロープ長さ等によって決まるため、図６の斜線部で示すように、異なるかご位置となる。なお、図６（ａ）は、かご側主ロープが共振した場合の模式図、図６（ｂ）は、ガバナロープが共振した場合の模式図である。これより、ロープ毎に、昇降路機器と接触するまでの接触限界距離ｄ、すなわち許容振れ量Ｖ_０が異なることがわかる。
そのため、最も接触距離の短いロープ（例えば図６（ｂ）のガバナロープ）を基準に、かご停止位置によらずに、一律にロープ揺れの許容振れ量Ｖ_０を設定すれば、最も安全な管制運転を実現できる。
しかしながら、この方法では、図６（ａ）の場合に、図６（ｂ）で決まる接触限界距離ｄ（許容振れ量Ｖ_０）に対しては、まだ余裕があるにも関わらず、管制運転に移行することになり、サービスの低下を招く。
そこで、実施の形態２では、各ロープで、許容できるロープの振幅量が異なることに着目し、対象ロープ毎に、許容振れ量Ｖ_０を変更する。すなわち、かごが図６（ｂ）で示す位置に停止する場合は、ガバナロープの接触限界距離ｄを元に、許容振れ量Ｖ_０、最寄階に到達するまでの時間ｔ_０を決める。そのため、建物が揺れ始めた初期の段階から、エレベータは、管制運転を開始する。
一方、図６（ａ）で示す位置にかごが静止する場合は、かご側主ロープの接触限界距離ｄを元に、許容振れ量Ｖ_０、最寄階に到達するまでの時間ｔ_０を決める。そのため、図６（ｂ）のエレベータが管制運転に移行した後も、図６（ａ）のエレベータは、通常運転をしばらく継続した後、管制運転に移行する。
このように、かご位置によって共振するロープの種類が異なることを利用し、共振するするロープの接触限界距離ｄを用いて、管制運転動作の許容振れ量Ｖ_０及び最寄階に到達するまでの時間ｔ_０を決定する。
これにより、かご位置毎に管制運転に移行するタイミングを変更されることになり、運転効率を落とすことなく、安全にエレベータを退避させることができる。

この発明の実施の形態１におけるエレベータのロープ横揺れ検出装置を用いたエレベータの制御装置を示すブロック構成図である。 一般のエレベータにおける建物変位とロープ横振幅との関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１におけるエレベータのロープ横揺れ検出装置の基本原理である建物変位とロープ横振幅との関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１におけるエレベータのロープ横揺れ検出装置を用いた管制運転動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態１におけるエレベータの管制運転動作の一例を建物加速度とロープ横振幅との関係で示す説明図である。 この発明の実施の形態２におけるエレベータのロープ横揺れ検出装置によるロープが共振するかご位置を示す説明図である。

１ エレベータの制御装置
２ ＣＰＵ
３ 記憶装置
４ 加速度レベル演算部
５ 比較器
５ａ 第１の比較器
５ｂ 第２の比較器
６ 管制運転パターン選択部
７ 最小許容振れ量
８ 建物固有周期
９ 最大停止時間
１０ 加速度計
１２ 昇降路
１３ エレベータのかご
１４ 巻上機
１５ 主ロープ
１６ 釣合いロープ
１７ ガバナロープ
２５ 釣合いおもり
２６ 退避階
２７ かご側主ロープが共振するかご位置
２８ 釣合いおもり側主ロープが共振するかご位置
２９ 釣合いロープが共振するかご位置
３０ ガバナロープが共振するかご位置

Claims (10)

1. 長周期地震や強風等による建物のゆっくりした揺れで生じるロープの横揺れ量を検出するエレベータの横揺れ検出装置であって、
   前記横揺れ検出装置は、エレベータが最寄階に停止するまでに要する時間として予め設定された時間、昇降路内のロープが昇降路内機器と接触するまでの最小距離である許容振れ量、および建物の１次固有周期を用いて地震加速度の第１加速度レベルを演算する加速度レベル演算部を備えたことを特徴とするエレベータのロープ横揺れ検出装置。
2. 横揺れ検出装置は、建物の固有振動数付近のみを取り出すバンドパスフィルタを建物の振動波形に適用して得られた建物の加速度信号を、第１加速度レベルと比較することを特徴とする請求項１に記載のエレベータのロープ横揺れ検出装置。
3. 建物の１次固有周期ＴのＮ倍の時間（ｔ＝Ｔ×Ｎ）内で、第１の加速度レベルを超える回数が、２Ｎ回以上の場合、管制運転動作を開始することを特徴とする請求項２記載のエレベータのロープ横揺れ検出装置。
4. ｔは、前記予め設定された時間以下であることを特徴とする請求項３記載のエレベータのロープ横揺れ検出装置。
5. 第１の加速度レベルの少なくとも２倍の値を、第２の加速度レベルとし、建物の揺れが第２の加速度レベルを超えると、管制運転に移行することを特徴とする請求項１記載のエレベータのロープ横揺れ検出装置。
6. 第１および第２の加速度レベルは、高感知又は低感知用の地震加速度の設定値よりも低い値であることを特徴とする請求項５記載のエレベータのロープ横揺れ検出装置。
7. 通常の地震管制運転とは独立して、長周期振動の管制運転機能は動作し続けることを特徴とする請求項１記載のエレベータのロープ横揺れ検出装置。
8. 第１および第２の加速度レベルは、停止階毎に異なることを特徴とする請求項５または６記載のエレベータのロープ横揺れ検出装置。
9. 前記予め設定された時間は、さらにエレベータが最寄階に到着してから退避運転を開始するまでの乗客追い出し時間を考慮して設定されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか記載のエレベータのロープ横揺れ検出装置。
10. 長周期地震や強風等による建物のゆっくりした揺れで生じるロープの横揺れ量を検出するエレベータの横揺れ検出方法であって、
    昇降路内のロープが昇降路内機器と接触するまでの最小距離である許容振れ量、建物の固有周期及びエレベータが最寄階に停止するまでに要する時間として予め設定された時間に基づいて第１加速度レベルを演算するステップを備えたことを特徴とするエレベータのロープ横揺れ検出方法。

Images