JP4997097B2 - 引張支持体の強度測定システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、引張支持体の強度評価に関し、より具体的には、引張支持体の電気特性に基づいて引張支持体の強度を監視するシステムおよび方法に関する。

被覆スチールベルトやワイヤロープなど金属コードを有する引張支持体が、エレベータ昇降路内でエレベータかごを上下に移動させるために用いられる。引張支持体の状態はエレベータの安全運転にとって重要であるため、引張支持体の残存強度のレベルを判定し、残存強度のレベルが最低閾値以下になっていないかどうかを検知する必要がある。

引張支持体の強度は、エレベータの通常運転により低下し得る。引張支持体の強度が劣化する主な原因としては、エレベータが昇降路内を上下に移動する際に、滑車の周囲に沿って引張支持体が周期的に曲げられることが挙げられる。引張支持体の劣化は、通常、引張支持体の長さにわたって均一ではなく、曲げの周期（サイクル）が高レベルつまり著しい領域は、曲げのサイクルがより低い領域よりも速く劣化する。

引張支持体内のコードの一部の電気特性（電気抵抗やインピーダンスなど）は、コードの断面積が減少するにしたがって変化する。したがって、コードの電気特性に基づいて支持体の残存強度を判定することは理論的に可能である。

しかし、上述のように、引張支持体の弱い箇所は、通常、エレベータの使用状態（例えば、速度、加速度、加加速度など）、エレベータシステムのレイアウト、コードの材料、製造変数、および他の要因に依存して、支持体にわたって様々に分布しているので、引張支持体が何時、何処で最低残存強度に達したかを正確に判定するのは困難である。引張支持体の電気特性と引張支持体の残存強度とを関係づける定量的な方法なしで、引張支持体の電気的な監視によって明らかになるのは、せいぜい引張支持体が無傷であるか、あるいは破断しているかだけである。

引張支持体内のコードの残存強度のレベルを、コードの電気特性、したがって引張支持体の電気特性に基づいて定量的に示すことのできるシステムおよび方法が求められている。

本発明は、引張支持体の強度劣化を電気抵抗などの電気特性に基づいて判定することのできる方法およびシステムに指向されている。一つの例示的なシステムは、強度劣化と様々な物理的な要因との関係、例えば、所与の負荷に対する劣化速度、引張支持体の作動環境の情報、推定された使用データまたは実際の使用データなどの関係を判定して平均劣化のマップを得る。次いで、この平均劣化のマップは、強度劣化（すなわち、残存強度百分率の形で）と、引張支持体の残存強度の変化に従って変化する抵抗などの電気特性とを関係づける１つまたは複数のマップを作成するように用いられる。これらの電気特性マップに基づいて、電気特性を測定することによって、引張支持体がいつ所与のレベルの強度を失ったかを判定することができる。

一実施例では、電気特性マップを作成するために、引張支持体の劣化速度、電気特性と強度劣化との間の関係、温度および／または電気特性の測定に用いられる電気装置の変動が考慮される。

上述のように、引張支持体の強度は、引張支持体内のコードの断面積、および、引張支持体がエレベータ運転中に１つまたは複数の滑車の周囲で曲げられたり伸ばされたりする際のコードの破壊の集積に関係する。実験的な試験によって、引張支持体の強度の損失と、引張支持体の負荷、滑車の形状（例えば、滑車の直径）、曲げサイクルの回数などのエレベータ運転要因と、を関係づける強度損失モデルを得ることができる。換言すると、このモデルにより、定常負荷と、定常負荷によって生じる強度劣化速度との関係がもたらされる。

引張支持体の異なったセクションでは、強度損失の速度が異なるため、引張支持体のあらゆるセクションの強度劣化の大きさを予測する平均劣化マップを作成することが望ましい。実際問題として、引張支持体の最も弱い箇所を直接的に確認することはほとんど不可能である。しかし、引張支持体の弱くなった部分は使用中の引張支持体の全長にわたって分布しているため、引張支持体全体の抵抗は、引張支持体内の最も弱いセクションを正確に示すことができ、これにより、引張支持体の残存強度が規定される。

図１は、平均劣化マップ１００を作成する一つの方法を図示している。この実施例では、マップ１００は、検討対象のエレベータシステムの強度損失モデル１０２、エレベータの構成１０４、および推定エレベータ輸送量１０６に基づいて作成される。これらの構成要素の各々については、以下で詳細に説明する。

強度損失モデル１０２を得るために、所与の定常負荷における引張支持体の劣化速度は、実験的に求められる。一実施例においては、複数の引張支持体のサンプルに対して、該支持体サンプルが破壊するまで曲げサイクルが繰り返し加えられる。これは、周知の疲労試験機械を用いて実施可能である。このように得られた情報により、所与の引張支持体が周知の定常負荷で破断するまでに要する曲げサイクルの回数の統計的分布を判定することができる。

また、引張支持体の残存強度は、エレベータシステム内の滑車の数、滑車周囲の引張支持体の経路選択、滑車間の距離、滑車の形態などエレベータの構成１０４によって決定される。また、平均劣化マップを作成する際に、使用頻度、平均乗客重量など推定エレベータ輸送量１０６が考慮される。特定の階と階との間におけるエレベータの移動回数などの詳細な使用状態によって、引張支持体の劣化の大きさや劣化箇所に直接影響が及ぶ。推定エレベータ輸送量１０６およびエレベータ構成１０４を考慮に入れることにより、引張支持体の特定のセクションに滑車が接触する回数およびその際の張力が追跡、把握される。この追跡は、滑車接触および負荷追跡アルゴリズム１０８によって行われる。この情報から、引張支持体の所与のセクションの磨耗状態を予測することができ、したがって、引張支持体全体の残存強度を予測することができる。

所与のエレベータ構成１０４についての平均劣化マップ１００は、推定エレベータ輸送量データ１０６と、劣化速度データ１０２と、異なった負荷および輸送状況で滑車が引張支持体と接触する領域における負荷の影響を監視するためのデータ１０８と、を変化させることによって、統計的に分析することができる。結果得られる平均劣化マップ１００により、所与の定常負荷に対する特定のエレベータシステムの強度劣化の統計的な分布がもたらされる。換言すれば、平均劣化マップ１００は、ある形式のエレベータシステムにおいて引張支持体が破断すると予測される曲げサイクルの範囲を示す。

電気抵抗などの電気特性に基づいて引張支持体の残存強度を検知するには、平均劣化マップ１００の情報と、引張支持体の電気特性とを、好ましくは電気特性マップの形で関係づける必要がある。図２のブロック線図は、本発明の一実施例によるプロセス２００を示しており、このプロセス２００により、電気抵抗と残存強度との関係が決定される。

本実施例において電気抵抗マップを作成するために、劣化マップ１００は、第1に、該マップ１００により反映された劣化速度の不確かさを反映する劣化速度の変動２０２と共に考慮される。平均劣化マップ１００により、生じ得る値の範囲がもたらされるが、マップ１００に反映される前記範囲もまた変化し得る。これは、抵抗マップを決定する際に、劣化速度の変動２０２によって考慮される。変動の大きさを実験的に判定してもよい。

劣化マップ１００を劣化速度の変動２０２を考慮しながら評価することによって、引張支持体の使用パターンおよび磨耗速度の範囲が得られるとともに、引張支持体の最低強度および／または最大のブレーキング強度損失（ＬＢＳ：Ｌｏｓｓ ｉｎ ｂｒａｋｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｈｔ）２０４の範囲が与えられ、これは引張支持体が劣化し得る最大量を反映するものである。より具体的には、劣化速度の変動２０２を考慮に入れた上で劣化マップにおける引張支持体の強度が最小となる点を検出し、次いで、この点を最大ＬＢＳ値２０４として用いることによって、最大ＬＢＳを判定することができる。最大ＬＢＳ２０４は、極度の負荷がかけられた際に引張支持体が破壊する点を示す。

この最大ＬＢＳ値２０４は、見掛け抵抗値２０５と関係づけられる。これについては、後により詳細に説明する。前記の関係から、見掛け抵抗値２０５が最大ＬＢＳ２０４に相当する値に達したときに、引張支持体の状態が弱くなっていることが運転者に警告される。

多数の引張支持体について抵抗とＬＢＳとの関係を関連づけることは、可能な抵抗値の範囲を最大ＬＢＳ値にもたらすに過ぎないことに留意されたい。抵抗値と、ＬＢＳ以外の強度特性との間の関係を得るには、追加の分析が必要であり、これについては、以下に説明する。

上述のように、引張支持体のコードの断面積の損失、およびコード破壊の集積は、抵抗値の増加など引張支持体の電気特性に影響を及ぼす可能性がある。図２に示した実施例においては、Ｒ対ＬＢＳマップ２０６をもたらすように、電気抵抗ＲとＬＢＳとの間の関係を実験的および分析的に形成される。電気抵抗ＲとＬＢＳとの間の関係は、製造上の変数や異なる材料特性など制御不能な要因によって引張支持体ごとに不規則に変化し得るため、プロセス２００は、これらの不規則な変動を変動マップ２０８においてシミュレートして、これをＲ対ＬＢＳマップ２０６に加える。

修正された劣化マップ１００、２０２と、修正されたＲ対ＬＢＳマップ２０６、２０８とは、電気抵抗マップ２１０をもたらすように組み合わされる。電気抵抗マップ２１０は、引張支持体の所与のセクションにおける抵抗値を反映するものである。図に示されるように、修正された劣化マップ１００、１０２および修正されたＲ対ＬＢＳマップ２０６、２０８中の対応するマップの点が、掛け合わされて抵抗マップ２１０が得られる。所与の時間における引張支持体の合計抵抗は、引張支持体の各セクションの抵抗を合計すること２１２によって計算することができる。

エレベータシステムの電子装置における温度変化および変動により、引張支持体の見掛け抵抗が変化する場合がある。一般的に、温度に起因する変動２１４および電子装置の変動２１６の効果は、実験的および／または分析的に判定することができる。例えば、引張支持体の抵抗への温度変化の影響は、計算または実験的に測定され、電子装置間の変動は、試験により実験的に判定され得る。プロセス２００は、見掛け抵抗２０５の可能な値を反映する抵抗マップを作成するように、温度に起因する変動２１４および電子装置の変動２１６の抵抗値に対する影響を組み込む。あるいは、引張支持体にわたる温度が既知であるか、シミュレートされる場合には、合計すること２１２が実施される前に、温度の変動を、抵抗マップ２１０の各々の値に適用してもよい。

したがって、図１および図２に示した分析により、引張支持体の最低残存強度の推定値の分布、および該強度推定値に対応する見掛け抵抗の分布がもたらされる。これらの分布は、選択された電気抵抗に対する引張支持体の残存強度の確率推定値をもたらすように、統計的に分析される。

図３は、見掛けの全引張支持体抵抗と、引張支持体の残存強度の確率的推定値との間に生じ得る関係を示したグラフである。図示されているように、見掛け抵抗の百分率増加（図３に「ＤＲ」として図示）が大きいほど、引張支持体の残存強度が低くなる。図３に示した分布は、残存強度の所与の百分率を有する引張支持体の百分率を、見掛け抵抗の所与の百分率増加について示したものである。このグラフから、引張支持体の残存強度の大きさを抵抗の増加量に基づいて推定することは容易である。

他の実施例においては、見掛け抵抗を計算し、強度確率マップを決定するために用いられる平均劣化マップ１００は、シミュレートされたデータまたは記録上のデータではなく、実際のエレベータ使用データに基づいている。この実施例を得るには、図１における推定エレベータ輸送量１０６を実際のエレベータ使用データで置き換えればよい。

実際のエレベータ使用データは、滑車接触および負荷の追跡アルゴリズム１０８に断続的に供給されてよく、かくしてエレベータの使用に関する新たなデータが得られるにつれて平均劣化マップ１００、したがって見掛け抵抗値２０５および対応する抵抗マップが、断続的にアップデートされる。引張支持体の劣化を推定するために用いられるエレベータ使用の要因に加えて、本実施例は、エレベータが実際にどのように使用されたかを考慮し、乗客負荷、および引張支持体の任意のセクションにおける曲げサイクルの回数および厳しさの度合いを考慮に入れる。強度の確率推定値は実際のエレベータ使用に基づいているため、本実施例において得られる残存強度レベル推定値の範囲は、広い範囲の潜在的なエレベータ使用を包含する第一の実施例に比べて狭くなる。

図４は、推定のエレベータ使用に基づく引張支持体の残存強度推定値と、実際のエレベータ使用に基づく引張支持体の残存強度推定値とを比較したものである。実際のエレベータ使用データにより、所与のエレベータシステムの引張支持体の残存強度推定値を高くする電気抵抗値がもたらされ、これにより、エレベータシステムの安全監視システムにおいて、監視される特定のエレベータシステムに関する行動閾値を設定することが可能となる。

図５は、上述のように引張支持体強度を推定するシステムの代表的なブロック線図である。一般的にシステム３００は、抵抗計３０２など引張支持体を監視する少なくとも１つの電気特性測定装置、および引張支持体の環境を監視する温度測定装置３０３を備えることが望ましい。また、システム３００は、測定された電気および温度特性から上述のマップを作成し、引張支持体の残存強度を判定するプロセッサ３０４を備える。システム３００に用いられる特定の部品は、当業者によって選択され得る。

電気抵抗などの電気特性に基づいて引張支持体の強度を測定することによって、本発明は、引張支持体の残存強度のレベルを監視し、最低残存強度レベルを検知し、かつ、所望であれば前記残存強度レベルに基づく行動を促す。上述の実施例は、エレベータの用途に用いられるコーティングされたスチールベルトなどの引張支持体に向けられているが、本発明を、引張支持体の強度に基づいて変化する電気特性を有する任意の構造体の強度を監視するために用いてもよい。さらに、上述の実施例は、残存強度と相互に関連している抵抗に向けられているが、他の電気的特性をモニターして、用いてもよい。本発明は、所望の部品を用いて公知の方法で実施されてもよい。当業者であれば、電気特性データを取得し、シミュレーションデータを取得し、例えばプロセッサ内で本発明を実施することのできるプログラムを作成するために必要な装置を理解することができるであろう。例えば、一例では、エレベータの引張支持体の状態を判定するのに有用な制御装置は、選択された負荷に対する引張支持体の劣化速度を判定するためにプログラムを作成することと、少なくとも１つの選択されたエレベータシステムの構成をモデル化することと、エレベータの輸送パターンを推定することと、判定された劣化速度、モデル化された構成、および推定された輸送パターンを用いて滑車接触および負荷の情報を判定することと、判定された滑車接触および負荷の情報から引張支持体の平均劣化を判定することと、を含む。さらに、前記制御装置は、モデル化された構成または推定されたエレベータ輸送パターンのうち少なくとも一方を変化させることによって複数の平均劣化値を判定するためにプログラムを作成することを含んでいてもよい。また、一例では、制御装置は、電気特性と選択された引張支持体状態との関係を判定し、選択された引張支持体状態に対応する見掛け電気特性値を判定するように、判定された関係および判定された平均劣化を用いるためにプログラムを作成することを含む。また、前記制御装置は、複数の見掛け電気特性値を判定し、対応する測定された電気特性と引張支持体の状態との関係を判定するように見掛け電気特性値を用いるためにプログラムを作成することを含んでいてもよい。

説明された本発明の実施例に対する様々な代替案が、本発明を実施するために用いられることは自明である。添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲を規定するとともに、請求項の範囲内の方法および装置を包含するように意図されている。

本発明の一実施例による平均劣化マップを作成するプロセスのブロック線図である。 本発明の一実施例による見掛け抵抗を判定するプロセスのブロック線図である。 本発明の一実施例による確率残存強度を見掛け抵抗の所与の増加に対してプロットしたものである。 本発明の他の実施例による確率残存強度を推定された使用および実際の使用についてプロットしたものである。 本発明の一つの実施例を示すブロック線図である。

Claims (19)

1. エレベータの引張支持体の状態をモデル化する方法であって、
   少なくとも１つの引張支持体のサンプルを疲労試験機械により繰り返し曲げることにより引張支持体が所与の定常負荷で破損するまでに要する曲げサイクルの回数の統計的分布を判定するように所与の負荷に対する引張支持体の劣化速度を判定することと、
   少なくとも１つの選択されたエレベータシステムの構成をモデル化することと、
   エレベータの輸送パターンを推定することと、
   判定された引張支持体の劣化速度、モデル化されたエレベータシステムの構成、および推定されたエレベータの輸送パターンを用いて滑車接触および負荷の情報を判定することと、
   所与の定常負荷に対するエレベータシステムの強度劣化の統計的な分布をもたらす平均劣化マップを作成するように前記判定された滑車接触および負荷の情報から前記引張支持体の平均劣化を判定することと、
   を含むエレベータの引張支持体の状態をモデル化する方法。
2. 前記モデル化された構成および前記推定されたエレベータ輸送パターンの少なくとも一方を変化させることによって複数の平均劣化値を判定することを含む請求項１記載の方法。
3. 前記引張支持体の電気特性と、引張支持体の強度状態の関係を判定することと、
   判定された前記関係および前記判定された引張支持体の平均劣化を用いて、前記引張支持体の前記引張支持体の強度状態に対応する見掛け電気特性値を判定することと、
   を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 複数の前記見掛け電気特性値を判定するように請求項３のステップを繰り返し実行することと、
   前記複数の見掛け電気特性値を用いて、対応する測定された電気特性と引張支持体の状態の関係を判定することと、
   を含む請求項３記載の方法。
5. 前記電気特性が抵抗であることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. その後引張支持体の抵抗を測定することと、
   前記抵抗と前記引張支持体の強度状態との判定された関係を用いて、前記引張支持体の現在の状態を判定することと、
   を含む請求項５記載の方法。
7. 前記判定された平均劣化を示す第一のマップを作成することと、
   電気特性と選択された強度劣化程度とを関係づけた第二のマップを作成することと、
   作成された第一および第二のマップを組み合わせて、前記電気特性と前記引張支持体の残存強度とを関係づけた第三のマップを作成することと、
   を含む請求項１記載の方法。
8. 前記第一のマップを作成するステップが、少なくとも１つの引張支持体の作動要因と前記判定された劣化速度とを組み込むことを含む請求項７記載の方法。
9. 前記少なくとも１つの引張支持体の作動要因が、エレベータシステム構成、推定エレベータ輸送量、実際のエレベータ使用状態、および滑車接触からなる群から選択されることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 前記少なくとも１つの引張支持体の作動要因が、前記実際のエレベータ使用状態であり、
    前記第一のマップを作成するステップが、アップデートされた実際のエレベータ使用状態を用いることをさらに含むことを特徴とする請求項９記載の方法。
11. 前記組み合わせるステップが、
    前記電気特性と前記引張支持体の１つのセグメントの残存強度とを関係づける中間的なマップを作成することであって、前記引張支持体が複数のセグメントからなる中間的なマップを作成することと、
    前記複数のセグメントの残存強度を合計して前記第三のマップを作成することと、
    を含むことを特徴とする請求項７記載の方法。
12. 前記第一のマップに劣化速度の変動要因を組み込むことを含む請求項７記載の方法。
13. 前記第二のマップに電気特性の変動要因を組み込むことを含む請求項７記載の方法。
14. 温度に起因する変動の要因および電子装置の変動の要因の少なくとも一方を組み込んで前記第三のマップを作成することを含む請求項７記載の方法。
15. 前記電気特性が抵抗であることを特徴とする請求項７記載の方法。
16. エレベータの引張支持体の状態を判定するためのシステムであって、
    前記引張支持体の少なくとも１つの部分の電気特性を測定する装置と、
    制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、
    少なくとも１つの引張支持体のサンプルを疲労試験機械により繰り返し曲げることにより引張支持体が所与の定常負荷で破損するまでに要する曲げサイクルの回数の統計的分布を判定するように所与の負荷に対する引張支持体の劣化速度を判定し、
    少なくとも１つの選択されたエレベータシステムの構成をモデル化し、
    エレベータの輸送パターンを推定し、
    判定された引張支持体の劣化速度、モデル化されたエレベータシステムの構成、および推定されたエレベータの輸送パターンを用いて滑車接触および負荷の情報を判定し、
    所与の定常負荷に対するエレベータシステムの強度劣化の統計的な分布をもたらす平均劣化マップを作成するように前記判定された滑車接触および負荷の情報から引張支持体の平均劣化を判定し、
    前記測定された電気特性を、対応する見掛け特性値と前記引張支持体の状態の関係を示す所定のデータセットと関連させることにより前記引張支持体の現在の状態を判定し、
    前記関係が、選択した所与の負荷に対する前記引張支持体の判定された劣化速度、エレベータシステムのモデル化された構成、推定された輸送パターン、滑車接触および負荷の情報、または判定された滑車接触および負荷の情報に基づいた前記引張支持体の平均劣化の少なくとも１つに基づくことを特徴とするエレベータの引張支持体の状態を判定するためのシステム。
17. 前記制御装置が、電気特性と、引張支持体の強度状態の関係を判定し、この判定された関係および判定された平均劣化を用いて、前記引張支持体の強度状態に対応する見掛け電気特性値を判定することを特徴とする請求項１６記載のシステム。
18. 前記制御装置が、複数の前記見掛け電気特性値を判定し、この複数の見掛け電気特性値を用いて、対応する測定された電気特性と引張支持体の状態の関係を判定することを特徴とする請求項１７記載のシステム。
19. 前記電気特性が抵抗であることを特徴とする請求項１６記載のシステム。

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