JP5255180B2 - エレベーターの地震管制運転システムおよびエレベーターの地震管制運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、地震、特に長周期地震動の影響を受けないようにしたエレベーターの地震管制運転システムおよび方法に関する。

長周期地震は、人間が感じにくい、周期が数秒から十数秒程度のゆっくりした揺れとなり、周期が長いほど減衰しにくく、数百キロ離れた遠方まで伝わる。この長周期地震は、巨大地震で強く発生するとされ、軟らかい層がたまった平野部で増幅して長時間続きやすく、巨大な建造物ほど長い周期の揺れに共振しやすく、揺れがさらに大きくなって被害を招く恐れがある。例えば２００３年十勝沖地震では、石油タンクが液面揺動を起こし、２基のタンクで火災が発生した。

従来は、例えば下記特許文献１、２に記載のように、所定地域で発生した地震の揺れが来る前にエレベーターを停止又は地震管制運転させるシステムが知られていた。
特開２００４−２２４４６９号公報 特開２００４−２８４７５８号公報

しかしながら、前記特許文献１、２に記載のシステムを含め、従来の地震管制運転システムにおいては、長周期地震の揺れを検知することができない場合が多く、この場合長周期地震動により建物の横揺れ（ビルスウェイ）が発生し、その振動数と、エレベーターのローブ類の固有振動数が一致して（共振して）エレベーター機器が損傷する恐れがある。また前記のように長周期地震を検知できないと、閉じ込め事故に至るケースもある。

また、地震感知器などで前記長周期地震動を検知し、地震管制運転を行う場合でも、地震感知器の検知レベル以下になると自動復帰してしまい、長周期地震動が続いていた場合に２次災害につながるケースもある。

さらに何らかの手段で長周期地震動を検出して地震管制運転を行ったとしても、検出してから地震管制運転を実行するので、地震は既に到達しており、時間的に間に合わず、乗客の安全確保およびエレベーター機器の損傷防止を実現できない場合がある。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものでその目的は、地震、特に長周期地震動の影響を受けることなく、乗客の安全確保およびエレベーター機器の損傷を防止することができるエレベーターの地震管制運転システムおよび方法を提供することにある。

上記課題を解決するための本発明のエレベーターの地震管制運転システムは、緊急地震情報を受信する受信手段と、建物内のエレベーターに関する、積載量、速度、上昇長、１コンペロープの重さ、コンペロープ径、コンペシーブの重さ、１メインロープの重さ、メインロープ径、ガバナーロープの重さ、ガバナー張力、トラベリングケーブルの重さ、かご総重力、かご高さの各データと、建物の揺れ周波数のデータとに基づいて、予め建物毎に解析して求められ、長周期振動時にエレベーターのロープ類の固有振動数と建物の固有振動数が共振しないゾーンのデータが蓄積されたデータベースと、前記緊急地震情報受信時に、前記データベースに蓄積されたデータに基づいて、前記共振しないゾーンへエレベーターを移動する制御手段と、を備えたことを特徴としている。

また前記制御手段は、緊急地震情報受信時にエレベーターに乗客が存在するか否かを判定し、存在する場合は先に戸開可能な最寄階へ移動させることを特徴としている。

また前記エレベーターが設置される建物に設けられた長周期振動検出手段を備え、前記制御手段は、前記長周期振動検出手段の検出信号に基づいて、長周期振動の収束後にエレベーターの運転を復旧させることを特徴としている。

また前記データベースには、コンペロープが揺れている状態からかごが移動する場合のかご速度変更によるロープ挙動変化を予測して得られたデータであって、長周期振動時にエレベーターのロープ類の振動が安全範囲となる運転速度のデータが蓄積され、前記制御手段は、前記運転速度でエレベーターを移動させることを特徴としている。

また本発明のエレベーターの地震管制運転方法は、長周期振動時にエレベーターのロープ類の固有振動数と建物の固有振動数が共振しないゾーンのデータを、建物内のエレベーターに関する、積載量、速度、上昇長、１コンペロープの重さ、コンペロープ径、コンペシーブの重さ、１メインロープの重さ、メインロープ径、ガバナーロープの重さ、ガバナー張力、トラベリングケーブルの重さ、かご総重力、かご高さの各データと、建物の揺れ周波数のデータとに基づいて、予め建物毎に解析して求めておくデータ構築段階と、緊急地震情報を受信したときに、前記データ構築段階で求めておいたデータに基づいて、前記共振しないゾーンへエレベーターを移動させる制御を行う制御段階と、を実行することを特徴としている。

また前記制御段階は、緊急地震情報受信時にエレベーターに乗客が存在するか否かを判定し、存在する場合は先に戸開可能な最寄階へ移動させることを特徴としている。

また前記制御段階は、長周期振動の収束後にエレベーターの運転を復旧させることを特徴としている。

また前記データ構築段階は、コンペロープが揺れている状態からかごが移動する場合のかご速度変更によるロープ挙動変化を予測することによって、長周期振動時にエレベーターのロープ類の振動が安全範囲となる運転速度のデータを求めておき、前記制御段階は、前記運転速度でエレベーターを移動させることを特徴としている。

（１）請求項１〜８に記載の発明によれば、緊急地震情報を受信した時点でエレベーターを、エレベーターのロープ類の固有振動数と建物の固有振動数が共振しないゾーンへ移動させるので、地震が到達する前にエレベーターを前記ゾーンで待機させることができ、エレベーター機器の損傷を未然に防止することができる。
（２）また請求項２、６に記載の発明によれば、緊急地震情報を受信した時点でエレベーターを戸開可能な最寄階へ移動させるので、地震が到達する前に乗客を避難させることができる。
（３）また請求項３、７に記載の発明によれば、長周期地震動の収束を確実に把握し、エレベーターの運転を速やかに復旧させることができる。
（４）また請求項４、８に記載の発明によれば、エレベーターの移動中や移動を停止したときに、エレベーターのロープ類の振動が安全範囲を超えて危険な状況に陥ることは確実に防止される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。

図１は本発明の一実施形態例を示す地震管制運転システムの構成図である。図１において、１は緊急地震速報（気象庁のナウキャスト地震情報、Ｈｉ−ｎｅｔ）やリアルタイム地震情報利用協議会のリアルタイム地震情報が発信される緊急地震情報発信部である。

２は、エレベーター３が設置される建物４に設けられ、前記緊急地震情報を受信する緊急地震情報受信部（本発明の受信手段）である。

５は建物４内に設置された各種センサー部であり、Ｐ波、Ｓ波、波動センサーや、長周期振動検出手段としての、後述するペンヂュラム（振り子式）センサー、風センサー等を有している。

３１はエレベーター３の制御部（本発明の制御手段）であり、緊急地震情報受信部２の受信信号、各種センサー部５のセンサー信号等を入力とし、かご３２の運転制御、かご表示部３３および乗場表示部３４の表示制御を行う。

また制御部３１内には、エレベーター３を長周期振動の影響を受けないゾーンへ移動させることに関する各種データが格納されたデータベース３５が設けられている。

このため制御部３１は、緊急地震情報受信部２が緊急地震情報を受信したときに、データベース３５内のデータに基づいてエレベーター３を長周期振動の影響を受けないゾーンへ移動させて停止したり、各種センサー部５の検出信号に基づいて、長周期振動が収束したことを検知したときに、エレベーター３の運転を復旧させる制御等を行う。

さらに制御部３１は、前記緊急地震情報受信時にエレベーターに乗客が存在するか否かを判定し、存在する場合は先に戸開可能な最寄階へ移動させる制御や、通常運転時の各種制御を行う。上記制御は制御部３１内のコンピュータおよびその周辺機器によってなされるものである。

次に地震発生時に制御部３１が行う処理の流れの概略を図２とともに説明する。まず建物４から所定距離離れた地域で地震が発生すると、緊急地震情報発信部１から緊急地震速報が発せられる。

このときステップＳ１において、緊急地震情報を受信したか否かが判定され、受信した場合はステップＳ２において例えばロードセル等のセンサー信号に基づいてかご３２内に乗客が存在するか否かが判定される。

乗客が存在する場合は、ステップＳ３において、エレベーターを戸開可能な最寄階に移動させて戸開し乗客を降ろす。

その後はステップＳ４において、データベース３５に格納されている長周期地震動の影響を受けないゾーンにエレベーターを移動させて運転を休止し処理を終了する。

尚ステップＳ２において、乗客が存在しないと判定された場合はステップＳ４の処理を行うものである。

このように本実施形態例によれば、緊急地震速報を受信した時点で、エレベーター内に乗客が居る場合は最寄階にて戸開した後、また乗客が居ない場合は即座にエレベーターを、長周期地震動の影響を受けないゾーンに移動させる制御を行っているので、発生した地震が建物４に到達する前に、又は長周期振動が起こる前に乗客を避難させることができるとともに、エレベーター機器が損傷することを防止できる。

また制御部３１が、長周期地震動の収束時に行う復旧処理の流れの概略は図３のとおりである。まずステップＳ１において、各種センサー部５の長周期振動センサーの検知信号に基づいて、長周期地震動が収束したか否かを判定し、収束した場合はステップＳ２においてエレベーターの運転休止を解除し、安全確認、テスト運転等を行う。その後ステップＳ３において通常運転を再開し処理を終了する。

このようにエレベーター運転の復旧を、長周期振動センサーの検知信号に基づいて行っているので、通常の地震感知センサーでは検知が難しい長周期地震動の収束を確実に把握し、エレベーターの運転を速やかに復旧させることができる。

前記データベース３５内に格納される、長周期振動の影響を受けないゾーンへエレベーターを移動させることに関するデータは、例えばシミュレーション解析により求めておくものであり、以下にその具体例を説明する。

まず長周期地震動の伝搬のようすを図４に示す。この図において、震源地からの地震は、横波の場合、硬い岩盤の中では約１０００ｍ／ｈの速度で伝わる。平野部の堆積層に入ると、速度は１／２〜１／７に急減する。エネルギー保存の法則で、揺れの強さは逆に２〜７倍に強められる。この増幅が「飛び地」につながる。

地震は地下の堆積層の中で反射を繰り返し、ある周期の波は打ち消しあって弱まり、特定の周期の波は逆に重なり合って増幅される。平野のふちでは、「表面波」という揺れも発生させる。

増幅される周期は平野の堆積層の厚み、軟らかさで異なる。例えば堆積層２５００ｍ前後の東京２３区では５〜１２秒が、堆積層１０００ｍ前後の大阪や名古屋では３〜５秒が増幅されやすい。

また図５は、超高層ビルにおいて、長周期地震や強風により建物１０が一定の低周波で揺れるようすを示しており、１１ｃはコンペセーションロープ（以下、コンペロープ）、１２はシーブ、１３はコンペシーブ、１４は重り、３２はかごである。

このように建物１０が低周波で揺れる（長周期振動）と、建物の揺れ周波数とロープ１１の固有振動数とが一致する共振現象が起こり、図示Ｘのようにコンペロープ１１ｃが昇降路の壁に衝突したり、図示Ｙのようにコンペシーブ１３から外れたりする。

図５のような超高層ビルの建物の揺れ特性を次の表１のような条件で解析した。尚解析は、曲げモードで振幅の大きいモード１（周波数０．１４０Ｈ_Z）とモード２（周波数０．１７１Ｈ_Z）について行っており、その結果を図６に示す。

図６において、白丸印はサービス階、黒丸印は安全階、太い実線のハッチで示すエリアはコンペロープ共振階（±１０％）、破線のハッチで示すエリアはメインロープ共振階（±１０％）、細い実線のハッチで示すエリアはガバナーロープ共振階（±１０％）、×印の階はロープの固有振動数にちょうど一致する停止階を各々示している。

図６の解析結果によれば、危険階は１〜７、１０、５７〜８８階、安全階は５２、５４〜５６階であることが予測できる。

次に、強風時におけるかご危険階停止時のロープ挙動予測結果を図７、図８に示す。図７、図８において、（ａ）はロープ長対時間対振幅の３軸特性を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ矢印方向に見た特性、すなわち振幅対時間の２軸特性を示し、（ｃ）は（ａ）のＢ矢印方向に見た特性、すなわちロープ長対振幅の２軸特性を示している。

図７はコンペロープについての特性であり、かご３２が、図６に示す危険階（ロープ共振階）である８７階に停止している場合の特性を示している。図８はメインロープについての特性であり、かご３２が、図６に示す危険階である１階に停止している場合の特性を示している。

図７、図８から、かご３２が危険階に存在する場合は、時間の経過に伴ってロープ振幅が増大し、危険な状態になることが予測される。

また図９、図１０は、強風時における、かご安全階停止時のロープ挙動予測の結果を表しており、図９はコンペロープについての特性であり、かご３２が図６に示す安全階５２階に停止している場合の特性を示し、図１０はメインロープについての特性であり、かご３２が図６に示す安全階５２階に停止している場合の特性を示している。尚図９、図１０の各（ａ），（ｂ），（ｃ）も、前記図７、図８、の（ａ），（ｂ），（ｃ）と同様に３軸特性、２軸特性を示している。

図９、図１０によれば、ロープは共振せず時間が経過しても振幅は増幅しないことが予測される。

次にかご運転時のコンペロープの挙動を以下のように解析した。図１１、図１２は、かご３２が危険階である８８階に存在しコンペロープが低周波（０．１４０Ｈ_Z；周期７．１４２８６ｓｅｃ）で揺れている状態から、最下階（１階）へ移動する場合のかご速度変更によるロープ挙動変化の予測結果を示している。

これらの図において、（ａ）はロープ長対時間対振幅の３軸特性を示し、（ｂ）は（ａ）のＡ１矢印方向に見た特性、すなわちロープ長対時間の２軸特性を示し、（ｃ）は（ａ）のＢ１矢印方向に見た特性、すなわち振幅対時間の２軸特性を示し、（ｄ）は（ｃ）のｃ１エリアを拡大して見た振幅対時間の２軸特性を示している。

図１１は５ｍ／ｓｅｃの速度でかごを移動させた場合の特性を表し、７５秒後に１階に到着した際、コンペロープが高周波で激しく振動していることがわかる。このためコンペロープがコンペシーブから外れる可能性がある。

これに対して図１２は、図１１よりも遅い２．５／ｓｅｃの速度でかごを移動させた場合の特性を表し、１３０秒後に１階に到着した際、コンペロープの振動が低減していることがわかる。

したがってかごの移動速度を低下させることで、かごが最下階に到着したときのコンペロープ振動を低減させることができると予測される。

さらに図１１（ｃ）と図１２（ｃ）を比較すると、かごが１階に近づきロープ長が短くなるにつれて速度の遅い図１２（ｃ）のほうが振幅が小さいことがわかる。したがってかごの移動速度を低下させることで、かごの移動中においてもコンペロープ振動を低減させることが予測される。

以上のことから、図６で述べたように、長周期振動時にエレベーターロープ類の固有振動数と建物の固有振動数が共振しない安全階を、建物毎に予め解析して求め、その解析結果データを図１のデータベース３５に格納しておき、図２のステップＳ４において、該解析結果データが示す安全階へエレベーターを移動し待機させれば良い。

また図１２のように、かご移動中およびかごが１階に到着する際にロープ振動が低減されるかご速度を予め解析して求め、その解析結果データを図１のデータベース３５に格納しておき、図２のステップＳ３、Ｓ４において、該解析結果データが示す速度でかごを移動させれば良い。

次に図１の各種センサー部５に設けられる、長周期振動センサーの具体例について説明する。本実施形態例では、長周期振動センサーとして例えば図１３に示すペンデュラムセンサー２０を用いた。

このペンデュラムセンサー２０は、下部の絶縁材２１上に載置され上端部にフランジ２２を有した円筒形のシリンダ２３と、ワイヤ２４を介して上部の絶縁材２５に吊るされ、フランジ２２の内周側空間に配設された錘（振り子）２６とで構成されている。尚フランジ２２、シリンダ２３、錘２６は例えばステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）で構成されている。

このように構成されるペンデュラムセンサー２０は、例えばエレベーターが設けられる建物の上方階の機械室に設置され、図１４に示すように、ワイヤ２４の上部絶縁材２５側の部位と、シリンダ２３との間に所定電圧を印加しておき、長周期振動により錘２６が揺れてシリンダ２３に接触したとき、通電により前記電圧が下がることをエレベーターの制御部３１で検出することによって長周期地震動の有無を検知するようになっている。

尚図１４のシリンダ２３ａの内径は比較的小さく形成され、これは揺れ幅の小さい長周期振動を検出するために用い、シリンダ２３ｂの内径は比較的大きく形成され、これは揺れ幅の大きい長周期振動を検出するために用いられる。

したがって、前記錘２６がシリンダ２３に接触しなくなったときのペンデュラムセンサー２０の検出信号に基づいて、長周期振動が収束したか否かを判定（図３のステップＳ１）すれば良い。

次に、制御部３１が行う図２、図３の制御について、より具体的な処理の流れを図１５に示す。まずステップＳ１は平常運転を行っている段階である。ステップＳ２において、緊急地震速報を受信したか否かを判定し、受信した場合はステップＳ３において地震管制運転を開始する。

すなわち例えば、ホール呼び、かご呼びを無効とし、かご表示部３３、乗場表示部３４において、例えば「地震管制運転 ドアが開いたらエレベーターから降りて下さい」等の表示を行い、また「地震です。ドアが開いたらエレベーターから降りて下さい」等のアナウンスを流し、ブザーのフリッカー鳴動を開始させる。

次にステップＳ４において、かごが走行中か否かを判定し、走行中の場合はステップＳ５においてかごを最寄階で停止させた後、戸開可能か否かを判定する（ステップＳ６）。

その判定後、戸開可能でなければステップＳ７において戸開可能階へ走行させた後ステップＳ８において戸開し、例えば１５秒経過したか否かを判定する（ステップＳ９）。これは戸開後に乗客がかごから停止階床側に出て行く（避難する）のに要する時間である。

すなわちこのステップＳ８における最寄階においては、例えばかご表示部３３で「ドアが開いたら降りて下さい」の表示をフリッカー表示し、戸閉時にその表示を消灯する。

次にステップＳ１０において戸閉した後、ステップＳ１１において全てのデッキのドアを戸開閉したか否かを判定し、否の場合はステップＳ７〜Ｓ１０の処理を繰り返す。尚このステップＳ１１は、エレベーターが、２つの階に同時に停止するダブルデッキエレベーターで構成されている場合に実行するものであり、そうでない場合はこの処理は行わない。

次にステップＳ１２において、データベース３５に格納されている安全階および安全走行できる速度のデータが示す階へ低速走行し、戸開閉後休止する。

次にステップＳ１３において、各種センサー部５の例えば図１３、図１４で述べたペンデュラムセンサー２０の検知信号に基づいて、長周期地震動が収束したか否かを判定し、収束した場合はステップＳ１４において各エレベーター機器に異常がないか等の安全確認を行った後テスト走行を行う（ステップＳ１５）。

このテスト走行は、例えば一旦低速で下方向へ走行させ、最下階から反転して低速で最上階まで走行させるといった走行がなされ、その後ステップＳ１６において自動復帰を行って処理を終了する。

この自動復帰は、例えばかご表示部３３では通常の表示、スピーチを開始し、乗場表示部３４では乗場の停止可能階表示灯のサービス可能階を表示するものである。

尚エレベーター運転の復旧は、手動復帰によるものであってもかまわない。

本発明の一実施形態例の構成図。 本発明の一実施形態例における地震発生時の要部処理を示すフローチャート。 本発明の一実施形態例におけるエレベーター復旧時の要部処理を示すフローチャート。 長周期地震動伝搬状況を表す説明図。 超高層ビルにおけるビルスウェイの概略図。 長周期振動による建物とロープの共振を解析した結果を表す説明図。 エレベーターかごが危険階に停止しているときのコンペロープ挙動を予測した結果の特性図。 エレベーターかごが危険階に停止しているときのメインロープ挙動を予測した結果の特性図。 エレベーターかごが安全階に停止しているときのコンペロープ挙動を予測した結果の特性図。 エレベーターかごが安全階に停止しているときのメインロープ挙動を予測した結果の特性図。 エレベーターかごを上方の危険階から最下階へ５ｍ／ｓｅｃの速度で移動する場合のコンペロープの挙動を予測した結果の特性図。 エレベーターかごを上方の危険階から最下階へ２．５ｍ／ｓｅｃの速度で移動する場合のコンペロープの挙動を予測した結果の特性図。 本発明の一実施形態例におけるペンデュラムセンサーの一例を表し、（ａ）は正面構成図、（ｂ）は斜視図。 本発明の一実施形態例におけるペンデュラムセンサーの動作原理を表す説明図。 本発明の一実施形態例における詳細な処理を示すフローチャート。

符号の説明

１…緊急地震情報発信部
２…緊急地震情報受信部
３…エレベーター
４、１０…建物
５…各種センサー
１１…ロープ
１１ｃ…コンペロープ
１２…マシンシーブ
１３…コンペシーブ
２０…ペンデュラムセンサー
２１，２５…絶縁材
２２…フランジ
２３，２３ａ，２３ｂ…シリンダ
２４…ワイヤ
２６…錘
３１…制御部
３２…かご
３３…かご表示部
３４…乗場表示部。

Claims (8)

1. 緊急地震情報を受信する受信手段と、
   建物内のエレベーターに関する、積載量、速度、上昇長、１コンペロープの重さ、コンペロープ径、コンペシーブの重さ、１メインロープの重さ、メインロープ径、ガバナーロープの重さ、ガバナー張力、トラベリングケーブルの重さ、かご総重力、かご高さの各データと、建物の揺れ周波数のデータとに基づいて、予め建物毎に解析して求められ、長周期振動時にエレベーターのロープ類の固有振動数と建物の固有振動数が共振しないゾーンのデータが蓄積されたデータベースと、
   前記緊急地震情報受信時に、前記データベースに蓄積されたデータに基づいて、前記共振しないゾーンへエレベーターを移動する制御手段と、
   を備えたことを特徴とするエレベーターの地震管制運転システム。
2. 前記制御手段は、緊急地震情報受信時にエレベーターに乗客が存在するか否かを判定し、存在する場合は先に戸開可能な最寄階へ移動させることを特徴とする請求項１に記載のエレベーターの地震管制運転システム。
3. 前記エレベーターが設置される建物に設けられた長周期振動検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記長周期振動検出手段の検出信号に基づいて、長周期振動の収束後にエレベーターの運転を復旧させることを特徴とする請求項１又は２に記載のエレベーターの地震管制運転システム。
4. 前記データベースには、コンペロープが揺れている状態からかごが移動する場合のかご速度変更によるロープ挙動変化を予測して得られたデータであって、長周期振動時にエレベーターのロープ類の振動が安全範囲となる運転速度のデータが蓄積され、前記制御手段は、前記運転速度でエレベーターを移動させることを特徴とする請求項１又は２又は３に記載のエレベーターの地震管制運転システム。
5. 長周期振動時にエレベーターのロープ類の固有振動数と建物の固有振動数が共振しないゾーンのデータを、建物内のエレベーターに関する、積載量、速度、上昇長、１コンペロープの重さ、コンペロープ径、コンペシーブの重さ、１メインロープの重さ、メインロープ径、ガバナーロープの重さ、ガバナー張力、トラベリングケーブルの重さ、かご総重力、かご高さの各データと、建物の揺れ周波数のデータとに基づいて、予め建物毎に解析して求めておくデータ構築段階と、
   緊急地震情報を受信したときに、前記データ構築段階で求めておいたデータに基づいて、前記共振しないゾーンへエレベーターを移動させる制御を行う制御段階と、
   を実行することを特徴とするエレベーターの地震管制運転方法。
6. 前記制御段階は、緊急地震情報受信時にエレベーターに乗客が存在するか否かを判定し、存在する場合は先に戸開可能な最寄階へ移動させることを特徴とする請求項５に記載のエレベーターの地震管制運転方法。
7. 前記制御段階は、長周期振動の収束後にエレベーターの運転を復旧させることを特徴とする請求項５又は６に記載のエレベーターの地震管制運転方法。
8. 前記データ構築段階は、コンペロープが揺れている状態からかごが移動する場合のかご速度変更によるロープ挙動変化を予測することによって、長周期振動時にエレベーターのロープ類の振動が安全範囲となる運転速度のデータを求めておき、前記制御段階は、前記運転速度でエレベーターを移動させることを特徴とする請求項５又は６又は７に記載のエレベーターの地震管制運転方法。