JP5166673B2 - エレベータケージの振動減衰装置 - Google Patents

Description

本発明は、レールによって案内されるエレベータケージの振動を低減または減衰させる装置および対応する振動減衰の方法に関する。

エレベータシャフト内でのエレベータケージの走行中、さまざまな力が、ケージ本体およびケージ本体を保持するケージフレームからなるケージに作用し、エレベータシステムに振動を引き起こす可能性がある。この場合の振動の原因は、特に、ガイドレールの不均一性およびスリップストリームによって発生する力が考えられる。これ以外に、牽引ケーブルまたは走行中の負荷の急激な位置変化により伝達される横方向牽引力が、横方向振動を発生させる可能性がある。

エレベータを利用する乗客の乗り心地を向上させるために、エレベータケージに作用する力の補償を実現する目的で構成された調整システムが用いられる。例えば、本出願人の欧州特許第０７３１０５１号明細書から、エレベータケージに連結され、かつ２つの末端設定間を移動可能な複数のガイドエレメントを備えるシステムが知られている。走行方向に対し横方向に発生する振動または加速度はケージに取り付けられた複数のセンサにより測定され、これらの信号は、ケージとガイドエレメントとの間に配置される複数のアクチュエータを制御するのに用いられる。この場合、アクチュエータはセンサに接続された調整装置により制御され、アクチュエータは、発生した振動に対して反対に作用して、可能な限り効果的に振動を抑制する。

欧州特許第０７３１０５１号明細書から知られている方法、ならびに最新の技術によるエレベータケージの振動の低減方法の典型的特徴は、これら方法が線形および時間に対して不変の調整器により実行されることである。この理由は、調整器の構成において、非線形作用を考慮に入れることは困難性を伴うだけであり、したがって、調整器の概念の簡単化のために、出発点は発生する擾乱が線形であるとするからである。しかし、この結果、調整器がエレベータ走行の開始および終了時点で作動開始になる場合、望ましくない振動が発生することがある。この原因は、この接続においては、システムの状態の非線形変化が関係しており、調整器の線形および時間に対して一定の動作により制御できないからである。
欧州特許第０７３１０５１号明細書

したがって、本発明の目的は、エレベータの始動および停止における、およびケージへの乗り降りにおけるエレベータケージの振動または衝撃さえも回避する可能性を示すことである。

この目的は、独立請求項による、レールで案内されるエレベータケージの振動を低減する装置および方法によってそれぞれ満たされる。

本発明の中心事項は、振動の抑制に応答する、速度可変および／または時間可変の、調整装置の増幅器を実現することである。この場合においては、本発明の第１態様によれば、エレベータケージの垂直速度に依存する調整装置の増幅器の作製を実現し、これにより、エレベータケージの始動およびブレーキ作動における非線形作用に対するより優れた反応が可能になる。本発明の第２態様によれば、調整装置の作動開始後に増幅係数（ａｍｐｌｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を連続的に増加させ、調整装置をオフに切換え後に増幅係数を連続的に低減させることを実現する。

本発明による方法は、前述の非線形作用に対して、基本的に線形および時間可変に構成された調整装置の動作の適合を可能にする。詳細には、エレベータの始動および停止における、およびケージへの乗り降りにおける、および調整装置の作動開始および停止の切換えに起因する振動、ならびに線形調整器の非線形システムへの変化の不適正な反応に起因する衝撃さえも、比較的簡単に実行できる方法により抑制できる。

本発明の実施形態の好ましい例によれば、調整装置の動作形態の速度可変または時間可変の実現は、調整器に供給される誤差信号または調整偏差、および／またはアクチュエータに対して調整器により生成される設定信号が、時間依存および速度依存パラメータにより重み付けされることにより、実現される。この目的のために、調整装置内に複数の増幅ブロックを設けて、これら増幅ブロックの出力信号により誤差信号または設定信号を重み付けできる。この場合、これらブロックの一部は、調整装置の速度依存動作を実現する役割を果たし、これに反して、いわゆる時間遅延ブロックは調整装置の作動開始および停止の切換に反応する役割を果たす。この解決策は、実現が比較的簡単である事実により特徴付けされる。詳細には、実際の調整器に影響を与えて、調整器に供給される誤差信号をアクチュエータに対する設定信号に変換する必要は必ずしもない。したがって、線形および時間不変の調整器は、従来と同様に使用できる。

本発明の実施形態の特定の好ましい例によれば、調整装置は２つの内部調整器、すなわち位置調整器および加速度調整器を含む。この場合においては、位置調整器は、ガイドレールに対するガイドエレメントの設定を調整して、十分に大きい減衰走行が常時可能になるようにする役割を果たす。これは、エレベータケージまたはケージ本体を保持するフレームが、特に、レールの不均一にも対応して、ガイドレールに沿って走行する必要があることを意味する。これに反して、加速度調整器の機能は、ケージフレームで発生し、不均一性によっても発生することがある、振動を抑制することである。次に、アクチュエータの２つの調整器が要求する力の目標値が合計され、共通設定信号としてアクチュエータに供給される。この解決方法は、欧州特許第０７３１０５１号明細書から知られている方法であり、実際には相互に対立する前述の２つの目的を、可能な最適方法で達成できる。

２つの別個の調整器を使用する場合、望ましくは、調整装置の作動開始後、最初は位置調整器の増幅係数を直線的に増加させる。これに反して、加速器調整器は一定の時間遅れて、同様に増幅係数を直線的に増加させて作動させる。これに反して、調整装置をオフにした後は、最初は加速器調整器の増幅係数を直線的にゼロに減少させ、位置調整器もまた、一定の時間遅れて作動停止する。

本発明は添付図面に基づき、以下に詳細に説明される。

本発明による調整装置を詳細に説明する前に、エレベータケージの振動または発振をアクティブに減衰させる全体システムの実現を、まず図１を参照して説明する。

図１において、全体を参照符号１で示されたケージは、この図では、ケージ本体２とケージフレーム３に分割される。ケージ本体２は、固体伝送音の絶縁のために設けられる複数のゴムばね４を利用してフレーム３内に取り付けられる。これらゴムばね４は、低周波数振動の発生を抑制するために、比較的堅く構成される。

ケージ１は、エレベータシャフト（図示なし）内に配置された２つのガイドレール１５の位置にある４つのローラガイド５を利用して案内される。４つのローラガイド５は一般に同一構造であり、ケージフレーム３の底面および上面の側面に取り付けられている。これらはそれぞれ、対応する支柱を有し、この支柱に、各場合に応じて、３つのガイドローラ６が取り付けられている（すなわち、横並びの２つのローラおよび１つの中央ローラ）。この場合、各ガイドローラ６は、それぞれのレバー７を利用して移動可能に取り付けられ、ばね８によりガイドレール１５に押し付けられている。２つの横並びローラ６のレバー７は、さらに、引張り棒９により一体に連結され、ローラ６が相互に同期して動くようになっている。

それぞれのレバー７に対して、関連するばね８に平行に作用する力を与える電気的アクチュエータ１０は、各ローラガイド５に設けられる。この場合、第１アクチュエータ１０は、関連する中央ガイドローラ６と一緒に中央レバー７を動かし、第２アクチュエータ１０は関連する横並びガイドローラ６と一緒に２つの横並びレバー７を動かす。レバー７またはローラ６の設定、したがってガイドレール１５を基準とするエレベータケージ１の位置は、このように、アクチュエータ１０により移動する。

本発明による装置を用いて減衰されるケージの発振または振動は以下の５つの自由度に従って発生する。
−Ｘ方向の変位
−Ｙ方向の変位
−Ｘ軸まわりの回転
−Ｙ軸まわりの回転
−Ｚ軸まわりの回転

５つの自由度における変位または回転が異なるのは、この場合においては、Ｘおよび／またはＹ方向における、４つのローラガイド５へのエレベータケージ１の取り付けがそれぞれ異なることに起因する。

前述の５つの自由度のすべてにおけるケージ１の振動を検出可能にするために、最初に、各ローラガイド５につき２つの位置センサ１１、すなわち、中央レバー７および関連するガイドローラ６の位置を検出する第１センサと、２つの横並びのレバー７および関連する横並びのガイドローラ６の位置を検出する第２センサとを備える。これ以外に、各ローラガイド５は２つの水平方向に向く加速器センサ１２を備え、これらセンサの一方は、中央のガイドローラ６の変位方向の加速度を検出し、他方のセンサは、第１センサの検出加速度に垂直な方向の、２つの横並びガイドローラ６の変位方向の加速度を検出する。センサ１１および１２の測定信号は、２つのガイドレール１５に対するエレベータケージ１の現在の位置に関する情報を与え、さらに、ケージ本体１が現在受けている加速度が、振動を発生する原因となるかどうかの情報を与える。

ケージ本体２の屋根部分に固定された制御装置１４は、センサ１１および１２から伝送される信号を処理し、これらのセンサ信号を評価後、電源ユニットから電力供給を受けて、４つのローラガイド５の電気的アクチュエータ１０を制御することにより、適正な方法で加速度および振動を打ち消すように作用する。

制御装置１４、詳細には、制御装置内に置かれた調整装置の構成を詳細に説明する前に、図１に示すエレベータケージにおいては、特殊な形態としては、回転運動センサ１３がローラガイド５（ここでは、右上のローラガイド）に設けられていることであり、このセンサは関連するガイドローラ６の回転角度を測定する、ということを指摘する。この回転運動センサ１３により得られる測定値はケージの走行経路に関する情報と、ケージの鉛直方向、したがってＺ方向の現在の速度に関する情報とを与える。これにより、以下に述べるとおり、本発明による速度可変調整が可能になる。

図２および３は、本発明によるアクティブな振動減衰システムの信号フローチャートを示す。この場合においては、図２の基本構成は、欧州特許第０７３１０５１号明細書で用いられた方法とほぼ同一である。したがって、図示された信号は、同種の複数の信号を備えるベクトル信号と理解されるべきである。調整装置はいわゆるＭＩＭＯ（多入力多出力）調整器として構成されており、この調整器は、複数の入力信号に基づいて、ローラガイドに配置されたアクチュエータに対する複数の設定信号を決定する。

図１に示すシステムでは、ケージ１に作用する外部擾乱は、レール１５からの間接的擾乱と、ケージ１に直接的に係合する、ケージ負荷、ケーブル力および風力の形態の擾乱力１６とからなる。ケージの現在の状態は、位置センサ１１および加速度センサ１２を利用して確認され、最初に加算ブロック１７において、位置センサ１１により測定される位置を、レール１５に対するケージ１の基準設定を再現する基準値と比較される。加算の結果は誤差信号すなわち調整偏差ｅ_ｐであり、このｅ_ｐは基準設定に対するローラガイドの位置の偏差を示す。これに反して、加算ブロック１８では、加速度センサ１２の加速度値は無効にされ、すなわち、理論または基準値０（加速なし）から減算され、この結果、第２誤差信号ｅ_ａが生成される。

前述のとおり、調整装置１９は２つの調整器、すなわち位置調整器（Ｋ_ｐ）２０と加速度調整器（Ｋ_ａ）２１とからなる。２つの別個の調整器を用いる理由は、調整装置１９の目的が高い周波数範囲（０．９から１５Ｈｚ、好ましくは、０．９から５Ｈｚ）のケージ振動を抑制し、調整されたエレベータが調整されないエレベータに比べてこの周波数範囲外で作動の不具合を発生しないようにすることであるためである。もう一方で、調整装置１９は、ガイドレール１５に対するケージフレーム３の設定を確実にすることにより、レールに沿って十分な減衰走行を常時可能にする必要がある。ケージ１が非対称負荷である場合には、これは特に重要である。

第１の調整目的については、加速度または慣性センサを用いる速度フィードバックで十分である。これに反して、第２の調整目的については、位置フィードバックが必要となる。この２つのフィードバックは２つの反対の目的を有し、これらは２つの別個の調整器２０および２１を用いて達成される。図２に示されるように、位置調整器２０は位置センサ１１の測定値だけを考慮に入れ、したがって、ケージ１の案内機能を維持する役割を果たす。これに反して、加速度調整器２１は、加速度センサ１２の測定値を処理し、振動の抑制のために必要とされるものである。２つの調整器２０および２１の目標または設定値は、加算ブロックで加算され、共通設定信号としてアクチュエータ１０に供給される。

前述の、２つの調整器２０および２１の間の矛盾点を回避する解決方法は、ケージ１の位置の傾き（ケージの非対称な負荷、大きい横方向のケーブル力等）を引き起こす力が、ケージ振動を発生させる他の擾乱源に比べてかなり低速で変化する状況に基づく。これらは主に、レールの不均一性または空気擾乱力である。この周波数範囲の増幅係数変化は常に連続的であり、すなわち、固定された制限値が無い。特定の周波数において、２つの調整器２０および２１はほぼ同一の効果を有する。この特定周波数以上では、加速度調整器２１がより強く作用し、上記特定周波数以下では、位置調整器２０がより強く作用する。

前述の２つの調整目的は、調整装置１９を位置調整回路および加速度調整回路に分割することにより実行できる。この分割の別の利点は、調整器２０および２１が非線形特性を含まないことである。そうでなければ、安定性の解析、したがって２つの調整器の該当する構成を実現するには、困難を伴う。

しかしながら、位置調整器２０および加速度調整器２１を線形調整器として構成することは、例えば、エレベータケージの始動およびブレーキ作動において、または調整装置の作動開始および停止において発生する、非線形作用に対して適正な方法で動作しない結果となる。これらの作用を考慮することを可能にするために、２つの調整器２０および２１の機能を、本発明に従って構成して、図３を参照して以下に説明するとおり、時間可変および速度可変とする。

この場合の図３は、本発明による方法の拡張された信号フローチャートを示しており、拡張された調整装置１９だけが示されている。これはシステムの他の部分、すなわちケージ、アクチュエータおよびセンサは変更がないためである。

本発明による調整装置の時間可変および速度可変構成は、加算点１７から位置調整器２０に出力される誤差信号ｅ_ｐが最初に、特定の係数で重み付けまたは乗算され、その後、位置調整器２０に供給されることによって達成される。これに反して、加速度調整ループの可変動作は、このループに供給される誤差信号ｅ_ｐに基づいて加速度調整器２１により決定される設定信号が、複数の増幅係数により重み付されることにより実現する。どちらの場合においても、調整器２０または２１の増幅係数は、最終的に変化する。これは時間およびケージの鉛直速度の場合に関して生じる。

２つの調整器２０および２１の時間可変動作は、２つのいわゆる時間遅延ブロック２３および２４により生成され、これら遅延ブロックは値「１」または「０」を有する共通の「オン」または「オフ」信号で制御される。最初に調整装置を作動開始後、位置調整器２０に対する増幅係数ｋ_ｐｔが連続的に、詳細には０から１まで直線勾配で増加される。これに反して、加速度調整器２１に対する増幅係数ｋ_ａｔは、一定時間遅れて、同様に０から１まで直線勾配で増加される。調整装置を作動停止後、最初に、加速度調整器２１に対する増幅係数ｋ_ａｔが、１から０まで直線勾配で減少され、これに反して、位置調整器２０に対する増幅係数ｋ_ｐｔは、時間的に遅れて減少される。この方法で達成される２つの調整器２０、２１の作動および停止状態への交互切換により、調整装置の作動開始および停止における、非線形作用への優れた反応が可能になる。

さらに、時間遅延ブロック２３および２４により出力される増幅係数ｋ_ｐｔおよびｋ_ａｖも、ブロック２７および２８において、それぞれ速度依存係数ｋ_ｐｖおよびｋ_ａｖと乗算され、位置調整器２０に対する増幅係数ｋ_ｐｖｔおよび加速度調整器２１に対する増幅係数ｋ_ａｖｔが得られる。速度係数ｋ_ｐｖおよびｋ_ａｖは２つのブロック２５および２６により生成され、上記速度係数は速度値ｖに依存する２つの重み付け係数が、回転速度センサ１３により決定されていることを確認する。この場合、速度依存増幅値は表に整理され、直線的には作表されない。速度値ｖの絶対量に依存する２つの増幅係数速度係数ｋ_ｐｖおよびｋ_ａｖはゼロにはならず、これにより、ケージが停止しているときにも、調整が依然として確実に実行されることは重要である。

次に、加速度調整器２１に対する前述の方法で生成される増幅係数ｋ_ａｖｔは、ブロック２９において、加速器センサ２１の出力信号すなわち設定信号と乗算される。これに反して、位置調整器２１に対する増幅係数ｋ_ｐｖｔは、乗算ブロック２８において、修正された誤差信号ｅ_Ｐ１ｑと乗算され、位置調整器２０に供給される。

加算ブロック１７から出力される誤差信号ｅ_ｐは、ケージの停止時（例えば、乗客の乗り入れ）に発生するような、位置に比較的大きいずれがある場合、高速修正を有効にする必要があることを考慮して、それ自身修正される。この状況を考慮に入れるために、ブロック３０において位置誤差ｅ_ｐを同一符号で２乗して、一方で、位置誤差ｅ_ｐが線形形式となり、他方で、２乗形式となるようにする。ずれが比較的大きい場合には、２乗誤差信号を用いて、位置の十分に高速な補正を達成する。しかし、ケージの走行中は、大きい増幅は振動および不安定性を引き起こすことがあり、この理由のため、走行速度に応じて、２乗位置誤差から線形位置誤差に切り換える必要がある。

ただし、別の不安定性を発生させないために、切換えそれ自身は急激に実行してはならない。結果的に望ましい連続的な移行は、ブロック３０から３７により形成される誤差信号修正デバイスを用いて達成される。この場合、（方向に無関係に）走行速度ｖがしきい値ｖ_ｓｗを超える時に、ブロック３１は最初に、出力信号を０から１に切り換える。ブロック３２はローパスフィルタであり、ブロック３１で受け取る入力信号が急激に変化すると、出力信号に時間遅延された連続変化を発生させる。ローパスフィルタの出力はブロック３５において、線形位置誤差と乗算される。これに反して、基準値１とローパスフィルタ３２から出力される出力値との差は、加算ブロック３４で生成される。したがって、一方では、線形誤差について乗算ブロック３５に供給される増幅値と、他方では、２乗誤差について乗算ブロック３６に供給される増幅値との和は常に１となり、すなわち、限界速度ｖ_ｓｗを超えた後に、２乗誤差成分は連続的に減少する。これに反して、線形誤差の成分は増加する。このようにして重み付けされた線形および２乗位置誤差は、加算ブロック３７で加算され、最後にブロック３８において、時間依存および速度依存増幅係数ｋ_Ｐｖｔと乗算される。この方法で重み付けされた値は、最終的に、位置調整器２０に入力信号として供給される。

この方法で実現される、位置および加速度調整ループの重み付けおよび増幅は、調整器の動作開始および停止、ならびにエレベータケージの始動およびブレーキ作動における非線形作用に対して、調整装置の動作を適合させることができる。本発明による解決方法の明らかな利点は、既に述べたとおり、位置および加速度調整器を線形および時間不変として構成し、これにより、調整装置を構成するコストを全体にわずかな増加に留めることができる点である。この場合、時間依存および速度依存要素を考慮に入れることは、コスト上昇なく実行でき、したがって、本発明による装置の全体調整動作を、簡単な方法で、大幅に改良できる。さらに、ガイドエレメントの位置についての線形および２乗誤差信号の切換えにより、エレベータケージの停止時において、位置の変化に対する可能な最速の調整を達成できる。

レールに沿って案内されるエレベータケージの概略図である。 アクティブ方式の振動減衰におけるシステムの信号フローチャートである。 本発明により構成された調整装置の信号フローチャートである。

符号の説明

１ ケージ
２ ケージ本体
３ ケージフレーム
４ ゴムばね
５ ローラガイド
６ 横並びローラ
７ レバー
８ ばね
９ 引張り棒
１０ 電気的アクチュエータ
１１ 位置センサ
１２ 加速器センサ
１３ 回転運動センサ
１４ 制御装置
１５ ガイドレール
１７、１８、３４、３７ 加算ブロック
１９ 調整装置
２０ 位置調整器
２１ 加速度調整器
２３、２４ 時間遅延ブロック
２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３ ブロック
３５、３６、３８ 乗算ブロック

Claims (9)

1. レール（１５）に沿ってエレベータケージ（１）を案内する複数のガイドエレメント（５、６、７）と、
   エレベータケージ（１）の位置変化またはエレベータケージ（１）で発生する加速度を検出するセンサ（１１、１２）と、
   エレベータケージ（１）とガイドエレメント（５、６、７）との間に配置されたアクチュエータ（１０）と、
   センサ（１１、１２）から送られた値に基づいてアクチュエータ（１０）を制御して、レール（１５）に対するケージ（１）の位置を変更する調整装置（１９）と、を備える、
   レール（１５）に沿って案内されるエレベータケージ（１）の振動を低減する装置であって、
   調整装置（１９）はエレベータケージ（１）の垂直速度（ｖ）の増大に伴い増大する増幅変数を有し、
   調整装置（１９）は誤差信号修正デバイス（３１から３７）を備え、この修正デバイスを介して、エレベータケージ（１）に配置された位置センサ（１１）により確認された誤差信号（ｅ _ｐ ）を、修正された誤差信号として位置調整器（２０）に供給するものであり、この修正された位置信号の形式が、
   ケージ（１）が所定の限界速度（ｖ _ｓｗ ）より低速であれば、２乗形式で、
   ケージ（１）が限界速度（ｖ _ｓｗ ）より高速であれば、線形形式であることを特徴とする、装置。
2. エレベータケージ（１）は垂直速度を検出する速度センサ（１３）を備え、このセンサの測定値は、調整装置（１９）によって速度依存増幅係数（ｋ_Ｐｖ 、ｋ_ａｖ）に変換され、これら増幅係数は調整器（２０、２１）に対する入力信号、および調整器（２０、２１）により検出される、アクチュエータ（１０）を制御する設定信号と乗算されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. ２乗誤差信号から線形誤差信号への変更およびそれの逆が、限界速度（ｖ_ｓｗ）を超えるかまたはこの速度より低下した場合に連続的に実行されることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
4. 調整装置は、
   エレベータケージ（１）に配置された位置センサ（１１）からの信号に応じてアクチュエータ（１０）を制御し、ガイドエレメント（５、６、７）が所定の位置を選定するようにする位置調整器（２０）と、
   エレベータケージ（１）に配置された加速度センサ（１２）からの信号に応じてアクチュエータ（１０）を制御し、リフトケージ（１）に生じる振動が抑制されるようにする加速度調整器（２１）と、を備え、
   位置調整器（２０）および加速度調整器（２１）の設定信号を加算して、加算信号としてアクチュエータ（１０）に供給することを特徴とする、請求項１および２のいずれか一項に記載の装置。
5. 調整装置（１９）は、調整装置（１９）の作動開始後に調整装置（１９）の増幅係数を連続的に増加させ、調整装置の作動停止後に増幅係数を連続的に減少させる、時間遅延デバイス（２３、２４）を備えることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 第１時間遅延ブロック（２３）により生成される、位置調整器（２０）に対する増幅係数（ｋ_ｐｔ）は、調整装置（１９）の作動後に直線的に増加し、調整装置（１９）の作動停止後に直線的に０まで低下することを特徴とする、請求項５に記載の装置。
7. 位置調整器（２０）に対する増幅係数（ｋ_ｐｔ）の低下は、調整装置（１９）の作動停止後、時間について遅れて実行されることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
8. 第２時間遅延ブロック（２４）により生成される、加速度調整器（２１）に対する増幅係数（ｋ_ａｔ）は、調整装置（１９）の作動後に時間について遅れて直線的に増加し、調整装置（１９）の作動停止後に直線的に０まで低下することを特徴とする、請求項５から７のいずれか一項に記載の装置。
9. 加速度調整器（２１）に対する増幅係数（ｋ_ａｔ）は、調整装置（１９）の作動後に、位置調整器（２０）に対する増幅係数（ｋ_ｐｔ）と比較することにより時間について遅れて増加し、加速度調整器（２１）に対する増幅係数（ｋ_ａｔ）の低下は、調整装置（１９）の作動停止後に直ちに開始されるが、位置調整器（２０）に対する増幅係数（ｋ_ｐｔ）の低下は、時間的に遅れて実行されることを特徴とする、請求項８に記載の装置。

Images