JP5327836B2 - エレベータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、乗りかごの縦振動を抑制するために、巻上機を能動的な制振装置として機能させる制御器を有するエレベータの制御装置に関する。

一般に、外力の周波数が機械系の固有振動数に近づいてくると、系全体は共振状態となる。エレベータにおいても、走行時の巻上機の回転周波数が機械系の固有振動数近傍となると、共振により縦振動が大きくなり、乗り心地に大きく影響する。この場合、周期的な加振源は主に巻上機のメインシーブの偏芯に起因し、回転速度により依存した周波数の加振力が発生する。

ここで、このような問題を解消するための方法として、以下のようなものがある。

（１）第１の方法として、加振源の周波数と機械系の固有振動数が分かっている場合に、釣合錘を分割して動吸振器を構成し、共振点近傍で最も吸振性が高くなるように、分割した釣合錘の質量とバネ定数、及び減衰係数を設計することで、乗りかごの縦振動を制振する。

（２）第２の方法として、乗りかごの移動情報を検出するセンサを備え、そのセンサから出力される移動情報から乗りかごの上下振動を抑制する制御成分を演算する。この制御成分を速度制御系のメインループの内側に制振信号としてフィードバックすることにより、巻上機を制振装置として機能させて、乗りかごの縦振動を抑制する（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２１１８３０号公報

エレベータにおいて、乗りかごの縦振動は乗り心地を左右する重要な問題である。一般に、２，３Ｈｚ〜１０Ｈｚ前後の振動が体感上、問題として取り扱われている。従って、高い乗り心地性能を得るためには、数Ｈｚ台の縦振動を効果的に抑制することが望ましい。

また、近年、エレベータの構造物は小型化、軽量化、低コスト化が進んでおり、系全体の剛性確保が従来のタイプに比べて困難となりつつある。さらに、機械室のない、所謂「マシンルームレスタイプ」のエレベータの普及により、巻上機やメインシーブと言った駆動装置が小型化され、かつ、乗りかごと釣合錘を連結するロープの引き回しが複雑化し、全長が長くなっていることより、エレベータの機械系の剛性が低くなっており、駆動装置が発生する回転周期と共振しやすくなっている。

これらの背景により、エレベータ系の固有振動数が数Ｈｚ台に存在し、巻上機の回転に起因する加振源によって機械系が共振し、乗りかごの縦振動が発生して乗り心地を損なうケースが増加している。

ここで、上記第１の方法のように、動吸振器を備えた釣合錘を用いて制振する方法は、目標とする周波数の振動を効果的に抑制できる。しかしながら、エレベータでは、物件毎に積載容量や昇降行程が異なるため、その都度、動吸振器の設計が必要となり、その設計のためには目標周波数が既知である必要がある。また、目標周波数から外れた外乱が印加されると、制振効果の低減や、逆に発振の要因になる等の欠点がある。

一方、上記第２の方法では、センサから出力される乗りかごの移動情報を制御信号に変換し、速度負帰還制御のメインループの内側にフィードバックすることで、乗りかごの縦振動を抑制するように巻上機のトルクを制御するものである。

これは、速度制御系のメインループの内側、すなわちマイナーループに乗りかごの振動信号を変換して与えることで、巻上機を乗りかごの縦振動を打ち消すように振動させる「能動的振動抑制装置」として機能させるものである。しかしながら、上述したように、エレベータの機械系の固有振動数は物件毎に異なる昇降行程に依存し、乗りかごの位置により変化する。このため、かご位置によっては共振し、かえって乗り心地を損なう虞れがある。

本発明は上記のようなに鑑みなされたもので、乗りかごの縦振動を吸収するように巻上機を能動的に制御する手法において、かご位置に依存する振動固有値の変化や位相ずれに対してもロバストな制振制御系を構築でき、安定性の高い乗り心地を実現することのできるエレベータの制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るエレベータの制御装置は、巻上機の駆動制御により、乗りかごを所定の速度で運転するエレベータの制御装置において、上記乗りかごの振動成分を検出する振動検出手段と、この振動検出手段によって検出された振動成分を抑制するためのトルク信号を生成し、そのトルク信号を上記巻上機のトルク制御系にフィードバックするトルク制御手段と、このトルク制御手段に加えて、上記振動成分を抑制するための速度信号を生成し、その速度信号を上記巻上機の速度制御系にフィードバックする速度制御手段と、上記振動検出手段によって検出された振動成分が所定レベルを超えた場合に制振制御を中止するためのリミッタとを具備し、上記トルク制御手段および上記速度制御手段により、上記巻上機を能動的な制振装置として用いて上記乗りかごの振動を制振することを特徴とする。

本発明によれば、乗りかごの振動成分を巻上機の速度制御系とトルク制御系にフィードバックして巻上機を能動的に制御することにより、かご位置に依存する振動固有値の変化や位相ずれに対してもロバストな制振制御系を構築でき、安定性の高い乗り心地を実現することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

図１は本発明の一実施形態に係るエレベータの制御装置の全体構成を示す図であり、２：１ローピング方式のエレベータと、その駆動制御系の構成が示されている。

図１に示すように、本実施形態におけるエレベータは、乗りかご１、かご室１ａ、かご荷重検出器１ｂ、カーシーブ２、メインロープ３、メインロープ等価剛性部３ａ、ロープヒッチばね４、巻上機５、メインシーブ５ａ、釣合錘シーブ６、釣合錘７などから構成される。なお、詳しい機構については本発明とは直接関係しないため、その説明を省略するものとする。

メインロープ３は、その両端部がそれぞれロープヒッチばね４を介して建物の最上部に固定されており、カーシーブ２、メインシーブ５ａ、釣合錘シーブ６を介して２：１ローピング方式で乗りかご１と釣合錘７を支持している。

巻上機５が駆動されると、その回転軸に取り付けられたメインシーブ５ａが回転する。このメインシーブ５ａの回転に伴い、乗りかご１がメインシーブ５ａに架設されたメインロープ３を介して釣合錘７とは反対の方向につるべ式に移動する。

この乗りかご１には、かご室１ａの積載荷重を検出するためのかご荷重検出器１ｂと共に、乗りかご１の加速度を検出するための加速度検出器１５が設けられている。このかご荷重検出器１ｂと加速度検出器１５の各信号は、後述するエレベータ制御装置１１に与えられる。

また、このエレベータの駆動制御系として、主回路８、回転パルス発生器９、電流検出器１０、エレベータ制御装置１１が備えられている。

主回路８は、インバータ回路などを備え、三相交流電源である商用電源２０の電力をエレベータの駆動に必要な電力に変換して巻上機５に供給する。回転パルス発生器９は、巻上機５の回転に同期してパルス信号を発生する。この回転パルス発生器９から出力されるパルス信号は、エレベータ制御装置１１に与えられる。電流検出器１０は、主回路８から巻上機５に対して供給される電流を検出し、その検出信号をエレベータ制御装置１１に出力する。

エレベータ制御装置１１は、主回路８を介して巻上機５を駆動制御することにより、乗りかご１を所定の速度で運転制御する。本実施形態において、このエレベータ制御装置１１には、乗りかご１の振動成分を検出する振動検出機能と、上記振動成分を抑制するためのトルク信号を生成し、そのトルク信号を巻上機５のトルク制御系にフィードバックするトルク制御機能と、上記振動成分を抑制するための速度信号を生成し、その速度信号を巻上機５の速度制御系にフィードバックする速度制御機能を備え、上記トルク制御機能および上記速度制御機能により、巻上機５を能動的な制振装置として用いて乗りかご１の振動を制振するように構成されている。

具体的には、図２に示すように、このエレベータ制御装置１１には、速度基準生成部１２、ゲイン乗算器１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｄ，１３ｅ、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）正弦波制御器１４、フィルタ回路１６ａ，１６ｂ，１６ｃ、積分器１７などが設けられている。

速度基準生成部１２は、乗りかご１の目標位置に対する速度基準信号を生成する。ゲイン乗算器１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｄ，１３ｅは、各信号に所定のゲインを乗じる。ＰＷＭ正弦波制御器１４は、主回路８に設けられたインバータをＰＷＭ制御するための信号を生成出力する。フィルタ回路１６ａ，１６ｂ，１６ｃは、乗りかご１に取り付けられた加速度検出器１５の検出遅れと、その加速度信号より換算したトルク信号を巻上機制御に負帰還する処理を行う際の演算遅れを考慮したものである。積分器１７は、加速度検出器１５から出力される加速度信号を時間積分する。

このような構成において、乗りかご１に定常的に印加される外力が機械振動系の固有振動数近傍にある場合を例にして説明する。

図３はメインシーブ５ａの偏芯による回転周速度変動を示した図であり、図３（ａ）はメインシーブ５ａの偏芯状態、同図（ｂ）は偏芯したメインシーブ５ａによる回転周速度の波形を示している。図中の点Ｏはメインシーブ５ａの回転中心、点Ｏ′はメインシーブ５ａの偏芯時の回転中心である。また、ｔは１回転当たりの振動周期である。

走行中の乗りかご１の振動モードには、乗りかご１と釣合錘７が交互に上下に引っ張り合う「逆位相モード」と、乗りかご１と釣合錘７が同時に上下に振動する「同位相モード」が考えられる。

定常的に印加される外力は、例えばメインシーブ５ａの偏芯により、メインシーブ５ａが一回転することに発生する変位量により発生する加振力である。乗りかご１と釣合錘７との位置関係にも関係するが、巻上機５に取り付けられたメインシーブ５ａの偏芯による加振力を要因として発生する乗りかご１の縦振動は、「逆位相モード」の振動が支配的である。したがって、乗りかご１の縦振動を加速度検出器１５にて検出し、その加速度検出器１５から出力される振動性成分を含んだ加速度信号を時間積分して速度信号を生成し、速度制御系にフィードバックすることで、乗りかご１の縦振動を抑制することができる。

図４は乗りかご１の速度とトルクに関する基準とフィードバックとの関係を示した図である。図４（ａ）は速度基準信号のパターン、同図（ｂ）は正常時のトルク波形、同図（ｃ）は振動時のトルク波形、同図（ｄ）は振動時の速度パターン、同図（ｅ）は振動時のトルク波形に制振制御によって逆位相のトルクを印加する場合の状態、同図（ｆ）は逆位相のトルクを印加した後の速度基準信号のパターンを示している。

すなわち、図２に示したエレベータ制御装置１１において、加速度検出器１５によって検出された乗りかご１の縦振動成分を含む加速度信号は、予め与えられている乗りかご１の自重とかご荷重検出器１ｂによって検出された積載加重の和と、メインシーブ５ａの半径を乗算することにより、巻上機５に必要なトルク信号に換算される。

一方、上記加速度信号は、エレベータ制御装置１１内の積分器１７にて時間積分されることにより、乗りかご１の速度信号に変換される。この乗りかご１の速度信号は、速度基準生成部１２の速度基準信号に対し、制御遅れ、位相等を考慮したフィルタ回路１６ｃ、ゲイン１３ｅを介してフィードバック（負帰還）される。これにより、振動成分の速度負帰還信号を含んだ速度基準信号が新たに生成されることになる。

同時に、乗りかご１の振動成分を抑制するためのトルク信号は、巻上機５の電流制御フィードバック信号にフィルタ回路１６ａ、ゲイン１３ｃを介してフィードバック（負帰還）される。これにより、上記振動成分の速度帰還信号を含んだ速度基準に追従する制御が実現される。このような制御を行うことで、周期的な加振源に起因する乗りかご１の縦振動を安定して効果的に抑制することが可能となる。

ところで、図１に示したように、乗りかご１と釣合錘７はメインロープ４によって懸架されているが、メインロープ４は機械的特性より剛性を有するばねとして機能する。この場合、上述した周期的な加振源に起因する乗りかご１の縦振動については、巻上機５を能動的に制御することによって効果的に抑制できる。しかし、突発的な外力による加振により位相がずれて、能動的制振制御の周波数が系の固有値と一致した場合に逆に発振してしまう虞がある。

そこで、図５に示すように、エレベータ制御装置１１にリミッタ１８を備え、乗りかご１の縦振動成分から演算したトルク信号が上記リミッタ１８に設定されたリミット値を超えた場合、つまり、所定レベル以上の振動が検出されている場合に、巻上機５を能動的制振装置とした用いた制振制御を中止する。これにより、突発的な外力によって大きく振動した場合に、制振制御による発振動作を防止することができる。

なお、乗りかご１の縦振動性分から演算するトルク信号の代わりに、乗りかご１の加速度信号を直接監視することでも良く、その場合のリミッタ値は乗りかご１の縦振動加速度に対して設定されることになる。

以上のように本実施形態によれば、乗りかご１の振動成分を含んだ加速度信号を速度信号に変換して速度制御系に負帰還すると共に、振動抑制に必要なトルクを演算してトルク制御系に負帰還する。これにより、例えば高昇降行程で乗りかご１の位置により縦振動の固有値が異なる場合や位相ずれが生じる場合においても、ロバストな制振制御系を実現でき、安定した高い乗り心地を提供することが可能となる。

また、リミッタを備えることで、巻上機５による能動的制振制御と機械系の固有振動が共振して、乗りかご１の縦振動が大きく発振する前に制振制御を打ち切ることができる。

なお、上記実施形態では、乗りかご１に設置された加速度検出器１５を用いて乗りかご１の縦振動を検出する構成としたが、乗りかご１のかご室１ａの床下あるいはロープヒッチ部に設置されたかご荷重検出器１ｂを用いて乗りかご１の縦振動を検出する構成としても良い。この場合には、かご荷重検出器１ｂから出力される荷重信号から加速度成分を演算し、フィルタを用いて乗りかご１の振動成分に相当する加速度信号を演算する。

このように、乗りかご１に設置された加速度検出器１５に代えて、乗りかご１に通常備えられているかご荷重検出器１ｂを用いて加速度信号を求めれば、制振のための新たな機器を設置することなく、既設のエレベータにおいて能動的制振制御を実現することができる。

要するに、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は本発明の一実施形態に係るエレベータの制御装置の全体構成を示す図である。 図２は同実施形態におけるエレベータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図３は同実施形態におけるメインシーブの偏芯による回転周速度変動を示す図である。 図４は同実施形態における乗りかごの速度とトルクに関する基準とフィードバックとの関係を示す図である。 図５は本発明の他の実施形態としてエレベータ制御装置にリミッタを備えた場合の構成を示す図である。

符号の説明

１…乗りかご、１ａ…かご室、１ｂ…かご荷重検出器、２…カーシーブ、３…メインロープ、３ａ…メインロープ等価剛性部、４…ロープヒッチばね、５…巻上機、５ａ…メインシーブ、６…釣合錘シーブ、７…釣合錘、８…主回路、９…回転パルス発生器、１０…電流検出器、１１…エレベータ制御装置、１２…速度基準生成部、１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｄ，１３ｅ…ゲイン乗算器、１４…ＰＷＭ正弦波制御器、１５…加速度検出器、１６ａ，１６ｂ，１６ｃ…フィルタ回路、１７…積分器、１８…リミッタ、２０…商用電源。

Claims (3)

1. 巻上機の駆動制御により、乗りかごを所定の速度で運転するエレベータの制御装置において、
   上記乗りかごの振動成分を検出する振動検出手段と、
   この振動検出手段によって検出された振動成分を抑制するためのトルク信号を生成し、そのトルク信号を上記巻上機のトルク制御系にフィードバックするトルク制御手段と、
   このトルク制御手段に加えて、上記振動成分を抑制するための速度信号を生成し、その速度信号を上記巻上機の速度制御系にフィードバックする速度制御手段と、
   上記振動検出手段によって検出された振動成分が所定レベルを超えた場合に制振制御を中止するためのリミッタとを具備し、
   上記トルク制御手段および上記速度制御手段により、上記巻上機を能動的な制振装置として用いて上記乗りかごの振動を制振することを特徴とするエレベータの制御装置。
2. 上記乗りかごに設置された加速度検出器を備え、
   上記振動検出手段は、上記加速度検出器から出力される加速度信号に基づいて、上記乗りかごの振動成分を検出することを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
3. 上記乗りかごに設置されたかご荷重検出器を備え、
   上記振動検出手段は、上記かご荷重検出器から出力される積載荷重信号に基づいて、上記乗りかごの振動成分を検出することを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。

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