JP5089622B2

JP5089622B2 - エレベータの昇降体の耐震試験方法

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Publication number: JP5089622B2
Application number: JP2009010119A
Authority: JP
Inventors: 誠治渡辺; 健宮川; 英司安藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-01-20
Filing date: 2009-01-20
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2029-01-20
Also published as: JP2010168133A

Description

この発明は、エレベータの昇降路内に昇降自在に配設されているかごやつり合いおもりの昇降体の耐震試験方法に関するものである。

従来のエレベータにおいては、加振テーブルの上に昇降路の全体を組み上げ、加振テーブルにより昇降路自体を強制変位加振して、かご、あるいはつり合いおもりの振動を評価する耐震試験が実施されていた。しかし、このような耐震試験を実施する装置では、加振テーブルや、加振テーブルを駆動するための加振装置が大型化してしまい、試験実施に多大な準備時間と費用がかかるという問題があった。しかも、装置自体の専有面積が大きいため、継続的な試験評価が困難となるという問題もあった。

このような状況を鑑み、構造物への加振力作用点を調整できる起振機（慣性加振装置）の運転方法が提案されている（例えば、特許文献1参照）。
具体的には、特許文献１に記載の従来の起振機の運転方法では、構造物の上下面のそれぞれに設置した起振機を加振させた場合、構造体に対する加振力作用点は、両起振機の加振力作用点を結ぶ線分を両起振機の加振力の大きさの逆比に内分した位置に一致することを利用して、両起振機の構造物の上下面からの距離、あるいは両起振機の加振力の大きさを調整して、加振力作用点が構造物の重心点となるように設定している。これにより、加振テーブルが不要となり、簡易な構成で構造体への耐震試験を実現することができる。また、２台の起振機を用いることで、各起振機の加振力を小さくでき、各起振機を小型化することができ、耐震試験装置の小型化を実現できる。

特開平１０−９６６７８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来の起振機の運転方法では、２台の起振機を用いる場合についてのみ開示しているので、例えば、起振機のさらなる小型化が望まれ、起振機の台数が３台以上となる場合には、各起振機を構造物に対してどのような位置関係で取り付けるのか、各起振機の加振力をどのように調整するのかについては、何ら記載も示唆もされていない。しかも、特許文献１に記載の従来の起振機の運転方法からは、エレベータの昇降路内を昇降自在に配設されているかごやつり合いおもりを加振する場合に、かごやつり合いおもりに与える加振力をどのように設定するのかの指針も得られない。そのため、複数台、特に３台以上の起振機をかごやつり合いおもりに搭載してエレベータの耐震試験を実施する場合、特許文献１に記載の従来の起振機の運転方法では、適切な加振力を設定できないという問題がある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、加振テーブルにより昇降路自体を強制変位加振して、かご、あるいはつり合いおもりの振動を評価する従来の耐震試験と等価の耐震試験を、より簡便な構成で実施できるエレベータの昇降体の耐震試験方法を得ることを目的とする。

この発明のエレベータの昇降体の耐震試験方法は、エレベータの昇降路内に昇降自在に配設されている昇降体の耐震試験方法であって、起振機を上記昇降体に搭載し、上記昇降体に搭載された上記起振機が該昇降体に与える加振モーメントを、該昇降体に設けた局所座標系原点から該起振機までの距離ベクトルと該起振機が該昇降体に与える３次元の加振力ベクトルとの外積値とし、上記加振モーメントおよび上記加振力ベクトルで構成される一般化力ベクトルが耐震評価の建物振動加速度ベクトルの符号を反転したものに上記昇降体の慣性行列を乗じた値と一致するように設定された加振力で上記起振機を運転するものである。

この発明によれば、昇降体に設けた局所座標系原点から起振機までの距離ベクトルと起振機が昇降体に与える３次元の加振力ベクトルとの外積値とする加振モーメントおよび加振力ベクトルで構成される一般化力ベクトルが、耐震評価の建物振動加速度ベクトルの符号を反転したものに昇降体の慣性行列を乗じた値と一致するように、起振機の加振力を設定している。そこで、昇降体は耐震評価の建物振動加速度ベクトルの符号を反転したものに昇降体の慣性行列を乗じた外力により加振されていることになり、建物を強制変位加振させる耐震試験と等価となる。これにより、加振テーブル上に建物を模擬した昇降路の枠体を組み上げるような大規模な試験設備が不要となるとともに、起振機の小型化が図られる。

この発明の実施の形態１に係るエレベータの昇降体の耐震試験方法を模式的に示す全体構成図である。この発明の実施の形態１に係るエレベータの昇降体の耐震試験方法を説明するためのかご周りの斜視図である。この発明の実施の形態２に係るエレベータの昇降体の耐震試験方法を説明するためのかご周りの斜視図である。この発明の実施の形態３に係るエレベータの昇降体の耐震試験方法を説明するためのかご周りの斜視図である。従来のエレベータの昇降体の耐震試験方法を模式的に示す全体構成図である。

まず、本願のエレベータの昇降体の耐震試験方法を説明するに先だって、本願の特徴を明確にするために、従来のエレベータの耐震試験方法について、図５を参照しつつ説明する。

従来のエレベータの耐震試験方法では、建物を模擬した昇降路２の枠体１を加振テーブル１３上に組み上げ、例えば油圧駆動の加振器１４により加振テーブル１３を加振して、かご３やつり合いおもり７の地震時の挙動を評価している。

ここで、一対のかご用ガイドレール４がレールブラケット５を用いて昇降路２の内壁面に固定されて昇降路２の上下方向に延設され、一対のおもり用ガイドレール８がレールブラケット９を用いて昇降路２の内壁面に固定されて昇降路２の上下方向に延設されている。また、巻き上げ機１１が昇降路２の上部に設置されている。そして、かご３が、ガイド装置６を一対のかご用ガイドレール４に係合させて昇降路２内にかご用ガイドレール４に案内されて昇降自在に配設されている。また、つり合いおもり７が、ガイド装置１０を一対のおもり用ガイドレール８に係合させて昇降路２内におもり用ガイドレール８に案内されて昇降自在に配設されている。さらに、かご３およびつり合いおもり７が巻き上げ機１１の駆動綱車１１ａおよびそらせ車１１ｂに掛け渡されて昇降路２内に垂下されたロープ１２の両端に連結されている。なお、かご３およびつり合いおもり７が昇降体である。

従来のエレベータの耐震試験方法では、地震波形の加速度データ或いは変位データが加振テーブル１３に与えられるよう加振器１４が運転される。そこで、枠体１の揺れがレールブラケット５を介してかご用ガイドレール４に伝播する。そして、かご用ガイドレール４の揺れがガイド装置６を介してかご３に伝播する。同様に、枠体１の揺れがレールブラケット９を介しておもり用ガイドレール８に伝播する。そして、おもり用ガイドレール８の揺れがガイド装置１０を介してつり合いおもり７に伝播する。このように、地震時におけるかご３或いはつり合いおもり７の振動を評価するには、建物振動を考慮した耐震試験が必要となり、建物を模擬した昇降路２の枠体１を加振テーブル１３上に組み上げ、加振器１４により加振テーブル１３を加振する極めて大掛かりな設備が必要となっていた。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るエレベータの昇降体の耐震試験方法を模式的に示す全体構成図、図２はこの発明の実施の形態１に係るエレベータの昇降体の耐震試験方法を説明するためのかご周りの斜視図である。

図１および図２において、建物２０には、図５に示された加振テーブル１３上に組み上げられたエレベータと同等のエレベータが据え付けられている。そして、１台の起振機１２１が昇降体であるかご３のかご床に設置され、２台の起振機１２２，１２３がかご３の天井に設置されている。

以下、かご３の耐震試験について説明する。そして、説明の便宜上、かご３は剛体として取り扱う。
まず、かご３の運動方程式は、建物２０からの強制変位加振として式（１）で与えることができる。

ここで、Ｍはかご３の質量と慣性モーメントで構成される慣性行列であり、Ｃはかご用ガイドレール４とガイド装置６とにより構成される減衰行列であり、Ｋはかご用ガイドレール４とガイド装置６とにより構成される剛性行列である。Ｘはかご３の運動を表す状態変数ベクトルであり、Ｘ_ｂは建物２０の運動を表す状態変数ベクトルである。Ｘ（ドット）はＸの頭部にドットを付したものを便宜的に表し、Ｘの一階時間微分を意味する。Ｘ（ドットドット）はＸの頭部に２つのドットを付したものを便宜的に表し、Ｘの二階時間微分を意味する。Ｘ_ｂについても、同様である。

ついで、式（１）に対して、建物２０を基準座標とする相対座標系での運動方程式を求めると式（２）となる。

式（２）は、建物２０の動きを拘束して、かご３を外力−ＭＸ_ｂ（ドットドット）で加振していることと等価である。そこで、加振力−ＭＸ_ｂ（ドットドット）をかご３に与えるように各起振機１２１，１２２，１２３を運転すれば、図５に示される従来の耐震試験と同一の評価を行っていることになる。本耐震試験方法では、建物２０は拘束されており、従来必要であった加振テーブル１３および加振器１４が不要となり、加振テーブル１３上に建物を模擬した昇降路２の枠体１を組み立てる必要もない。

つぎに、起振機１２１，１２２，１２３によりかご３に与える加振力ベクトルｆ_ｅについて説明する。なお、かご３に局所座標系を設定し、その座標系原点を１８とする。また、かご３の局所座標系から見た各起振機１２１，１２２，１２３の位置ベクトルを、それぞれＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３とする。さらに、各起振機１２１，１２２，１２３は、３軸方向に加振力ｆ_ｉをかご３に与えることができるものとする。該加振力ｆ_ｉは式（３）で表される。

ここで、Ｔはベクトルの転置を表す。
かご３の局所座標系原点１８において、全起振機によってかご３が受ける一般化力ベクトルＦ_ｅは、式（３）で構成された全起振機の加振力ベクトルｆ_ｅを用いて式（４）で表される。

ここで、Ｉは３×３の単位行列を表し、Ｐ_ｉ（〜）^ＴはベクトルＰ_ｉに対するベクトル積を意味し、式（５）で表される。なお、Ｐ_ｉ（〜）はＰ_ｉの頭部に〜を付したものを便宜的に表している。なお、一般化力ベクトルとは、並進方向に与える力と回転方向に与えるモーメントで構成されるベクトルである。

ここで、従来の耐震試験と等価の耐震試験となるには、式（２）の右辺と式（４）とが一致するように、各起振機１２１，１２２，１２３を運転すればよい。すなわち、起振機１２１，１２２，１２３の加振によりかご３に与えられる一般化力ベクトルＦ_ｅが建物２０からの強制変位加振によってかご３に作用する外力−ＭＸ_ｂ（ドットドット）と等しくなるように、各起振機１２１，１２２，１２３を運転する。そこで、各起振機１２１，１２２，１２３の加振力ｆ_ｉを求めるためには、式（６）を用いる。

かご３は剛体と仮定しているので、式（２）で示したかご３の運動方程式は、並進・回転の６自由度の状態変数ベクトルで表現される。式（６）から、各起振機１２１，１２２，１２３に設定すべき加振力ベクトルｆ_ｅを求めるのは、式（６）の変換行列Ｄに対し、逆行列Ｄ^−１を求める必要がある。しかし、式（２）の行数（かご３の運動の自由度）は６になるのに対し、起振機でかご３に与える力は、式（４）から、９成分（＝３台×３自由度）となるため、加振力ベクトルｆ_ｅを一意に決定することができない。
そこで、変換行列Ｄに対し擬似逆行列Ｄ^＋を求めれば、加振力ベクトルｆ_ｅのノルムが最小となるため、最も効率的に各起振機に加振力を分配することができる。なお、加振力ベクトルｆ_ｅは式（７）で表される。

このように、この実施の形態１によれば、かご３に搭載された起振機１２１，１２２，１２３によりかご３に与えられる一般化力ベクトルＦ_ｅが、耐震評価の建物振動加速度ベクトルＸ_ｂ（ドットドット）の符号を反転したものにかご３の慣性行列Ｍを乗じた値と一致するように設定された加振力で起振機１２１，１２２，１２３を運転しているので、既設の昇降路設備をそのまま用いて、従来の建物強制変位加振による耐震試験と同等の耐震試験を実施することができる。そこで、従来必要であった加振テーブル１３および加振器１４が不要となり、加振テーブル１３上に建物を模擬した昇降路２の枠体１を組み立てる必要もなく、簡易な構成で耐震試験を実現できるとともに、起振機１２１，１２２，１２３自体の小型化が図られる。

なお、上記実施の形態１では、３台の起振機をかごに搭載するものとしているが、起振機の台数は３台に限定されるものではなく、例えば２台でもよい。この場合、加振力ベクトルｆ_ｅは６成分となるため、Ｄ^−１＝Ｄ^＋となり、加振力ベクトルｆ_ｅを一意に決定することができる。また、起振機の台数を４台以上としても、同様の手続で加振力ベクトルｆ_ｅを求めることができる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係るエレベータの昇降体の耐震試験方法を説明するためのかご周りの斜視図である。

図３において、２台の起振機２２１，２２２がかご３のかご床に設置され、２台の起振機２２３，２２４がかご３の天井に設置されている。そして、かご３の局所座標系から見た各起振機２２１，２２２，２２３，２２４の位置ベクトルを、それぞれＰ_１，Ｐ_２，Ｐ_３，Ｐ_４とする。さらに、各起振機２２１，２２２，２２３，２２４は、ｘ軸方向のみに加振力ｆ_ｉをかご３に与えることができる１軸起振機とする。つまり、建物からの強制変位がｘ軸変位のみとなる。そのため、該加振力ｆ_ｉを表す式（３）は式（８）となる。

かご３の局所座標系原点１８において、全起振機によってかご３が受ける一般化力ベクトルＦ_ｅは、式（８）で構成された全起振機の加振力ベクトルｆ_ｅを用いて式（９）で表される。

式（８）では、１列目（ｘ軸方向）のみに値を持つため、式(９)で定義される加振力ベクトルｆ_ｅの成分は、４成分だけが非ゼロで、残りの８成分の値が０となる。そこで、ｆ_ｅの４つの非ゼロ成分だけで構成されるように式（９）を変換し，式(１０)を得る。

ここで、Ｕはベクトルｆ_ｅのｘ成分だけを取出すための４×１２の変換行列である。また、Ｄ（＾）＝ＤＵ^Ｔは、変換行列Ｄに対して、ｆ_ｅ（＾）に対応する列だけを取出した行列となる。なお、Ｄ（＾）はＤの頭部に＾を付したものを便宜的に表し、ｆ_ｅ（＾）はｆ_ｅの頭部に＾を付したものを便宜的に表している。

ついで、式(１０)を用いて式（６）を書き直すと、式（１１）が得られる。

本実施の形態２においては、加振方向が全てｘ軸の並進変位となるため、かご３に発生する振動は、ｘ軸の並進変位と、ｙ軸およびｚ軸まわりの回転変位のみとなる。そのため、式（１１）において、ｙ軸とｚ軸の並進変位、およびｘ軸回りの回転に関する行は、全て０となる。そこで、０となる行を除去するための変換行列Ｖを式（１１）にかけ、式(１２)を得る。

式(１２)を用いて、起振機２２１，２２２，２２３，２２４によりかご３に与える加振力ベクトルｆ_ｅ（＾）は式（１３）で求められる。

したがって、この実施の形態２によれば、かご３に搭載された起振機２２１，２２２，２２３，２２４によりかご３に与えられる一般化力ベクトルＦ_ｅが、耐震評価の建物振動加速度ベクトルＸ_ｂ（ドットドット）の符号を反転したものにかご３の慣性行列Ｍを乗じた値と一致するように設定された加振力で起振機２２１，２２２，２２３，２２４を運転しているので、既設の昇降路設備をそのまま用いて、従来の建物強制変位加振による耐震試験と同等の耐震試験を実施することができる。

このように、複数台の１軸駆動の起振機をかごに搭載し、式（１３）から求められた加振力ｆ_ｉで各起振機を運転すれば、既設の昇降路設備をそのまま用いて、従来の建物強制変位加振による耐震試験と同等の耐震試験を実施することができる。

実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３に係るエレベータの昇降体の耐震試験方法を説明するためのかご周りの斜視図である。
図４において、符号１９はかご３の重心点を示している。

式（２）の右辺に含まれる建物の変位ベクトルＸ_ｂは、一般に並進変位のみを考えればよいため、式（１４）となる。

また、式（２）の右辺に含まれるかご３の慣性行列Ｍは、図４に示される関係から、式（１５）で与えられる。

ここで、ｍはかご３の質量、Ｊはかご３の慣性モーメント、Ｒはかご３の局所座標系の原点１８からかご３の重心点１９までの距離ベクトルである。したがって、式（２）の右辺は式（１６）で与えられる。

式（１６）は、局所座標系の原点１８に起振機を設置し、３軸の並進加振力−ｍｒ_ｂ（ドットドット）と、３軸回りの加振モーメント−ｍＲ（〜）^Ｔｒ_ｂ（ドットドット）とをかご３に与えることを意味している。なお、加振モーメントは、３軸の並進加振力を表すベクトル−ｍｒ_ｂ（ドットドット）と、起振機の位置（局所座標系原点）からかご３の重心点１９までの距離ベクトルＲとのベクトル積（外積）として与えられる。

このように、並進・回転の６自由度加振が可能な起振機を、かご３に設定された局所座標系の原点１８に設置し、耐震評価の建物振動加速度ベクトルＸ_ｂ（ドットドット）の符号を反転したものにかご３の慣性行列Ｍを乗じた値と一致する３軸の並進加振力と３軸回りの加振モーメントで起振機を運転すればよい。これにより、既設の昇降路設備をそのまま用いて、従来の建物強制変位加振による耐震試験と同等の耐震試験を実施することができる。

ここで、かご３に設定された局所座標系の原点１８をかご３の重心点１９に一致させると、Ｒ＝０となり、式（１５）の慣性行列は、式（１７）となる。

したがって、式（１６）は簡素化され、式（１８）となる。

このように、加振モーメントをかご３に与える必要がなくなる。
これにより、かご３の重心点１９に起振機を設置し、耐震評価の建物振動加速度ベクトルＸ_ｂ（ドットドット）の符号を反転したものにかご３の質量ｍを乗じた値と一致する３軸の並進加振力が発生するように起振機を運転すればよい。これにより、既設の昇降路設備をそのまま用いて、従来の建物強制変位加振による耐震試験と同等の耐震試験を実施することができる。
なお、かご３の重心点１９に起振機を設置した場合は、式（４）で起振機が１台のみ（ｆ_ｅ＝ｆ_１）でＰ_１＝Ｒとした場合に相当する。したがって、式（６）と式（１６）の関係から式（１９）が導き出される。

式（１９）は、かご３の重心点１９に設置した起振機に対し、耐震評価の３次元建物加速度ベクトルｒ_ｂ（ドットドット）の符号を反転したものに、かご３の質量ｍを乗じた値で起振機を運転することを意味する。このように、本実施の形態は、上記実施の形態１の特殊な場合と考えることもできる。

なお、上記各実施の形態では、起振機をかごに搭載してかごの耐震試験を行う場合について説明しているが、つり合いおもりの耐震試験においても、起振機をつり合いおもりに搭載し、同様にして設定された加振力で起振機を運転すればよい。
また、上記各実施の形態では、起振機の構成について具体的に説明していないが、起振機は、所定の加振力を発生させることができればよく、その構成は限定されない。例えば、偏芯したマスをつけたモータを回転し、その遠心力によって振動を発生させるアンバランスマス型、ピストンを油圧によって駆動して振動を発生させる油圧型、磁界中に電流を流すことによって起きる力を利用して振動を発生させる動電型などの起振機を用いることができる。

１建物、２昇降路、３かご（昇降体）、７つり合いおもり（昇降体）、１９重心点、１２１〜１２３，２２１〜２２４起振機。

Claims

エレベータの昇降路内に昇降自在に配設されている昇降体の耐震試験方法であって、
起振機を上記昇降体に搭載し、
上記昇降体に搭載された上記起振機が該昇降体に与える加振モーメントを、該昇降体に設けた局所座標系原点から該起振機までの距離ベクトルと該起振機が該昇降体に与える３次元の加振力ベクトルとの外積値とし、
上記加振モーメントおよび上記加振力ベクトルで構成される一般化力ベクトルが耐震評価の建物振動加速度ベクトルの符号を反転したものに上記昇降体の慣性行列を乗じた値と一致するように設定された加振力で上記起振機を運転することを特徴とするエレベータの昇降体の耐震試験方法。
上記起振機は複数台で構成され、それぞれが分担する加振力が、上記昇降体に設けた局所座標系から見た各起振機の距離ベクトルで構成される変換行列の擬似逆行列を、上記一般化力ベクトルにかけることにより設定されることを特徴とする請求項１記載のエレベータの昇降体の耐震試験方法。
上記起振機を上記昇降体の重心点に搭載し、
耐震評価の建物振動加速度ベクトルの符号を反転したものに上記昇降体の質量を乗じた値と一致するように設定された加振力で上記起振機を運転することを特徴とする請求項１記載のエレベータの昇降体の耐震試験方法。