JP5465251B2

JP5465251B2 - エレベーターのドア装置

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Publication number: JP5465251B2
Application number: JP2011529740A
Authority: JP
Inventors: 健児宇都宮; 正行菅原
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-09-03
Filing date: 2009-09-03
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Description

本発明はエレベーターのドア装置に関するものであり、特に、かご側ドアと乗場側ドアの係合を検出し、係合のタイミングに応じてドアの速度制御を行うエレベーターのドア装置に関するものである。

図４は一般的なエレベーターのドア開速度パターンの一例を示した図である。一般的に、エレベーターのドアは、かご側に設けられた左右２枚のかご側ドアと乗場側に設けられた左右２枚の乗場側ドアとの合計４枚のドアから構成されており、ドアの開閉時にはかご側ドアと乗場側ドアが係合されて、連動して開閉する機構となっている。かご側ドアとドア上部に設けられた駆動ベルトとは連結具によって連結されている。当該駆動ベルトは、無端状で、水平方向に長い略々楕円形をしており、互いに離間してドア上部に設けられている２つの巻掛車の双方に巻き掛けられて張設されている。この構成により、巻掛車の回転により駆動ベルトが回転することにより、ドアが開閉する仕組みになっている。このとき、図４に示すように、ドア開速度パターンとしては、かご側ドアと乗場側ドアは全閉時には接触していないため、ドア開動作開始直後の、それらのドアが係合するまでの間は、低速で動かす必要がある。この理由としては、高速で動かした場合には、係合時に衝突による大きな音が発生したり、振動が発生したりするためである。

また、上記の係合に用いられる１対の部材（係合ベーン及び係合ローラからなる。以下、係合装置とする。）がかご側ドアと乗場側ドアとに設けられているが、それらの部材からなる係合装置はエレベーターのかごが走行している時には互いに接触しないように設置する必要があるため、お互いがギャップ（以下、係合ギャップとする。）を有するように設置されている。ここで、従来のドア制御装置においては、ドア開動作時に、かご側ドアが乗場側ドアを係合したかどうかは検出することはできない構成であるため、係合ギャップがもっとも大きい場合においても、係合が終了しているはずの位置までかご側ドアが動いてから加速動作に移行するように制御する。その結果、図４に示すように、かなり長い時間の低速駆動時間（低速区間）が生じ、結果としてエレベーターの運行効率が低下するという問題点があった。

これに対する従来技術として、係合ギャップを検出する検出器を設け、検出器の出力に応じてドアを制御することで無駄な低速駆動時間を減らす技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

また、別の従来技術として、ドア速度指令値と実際のドア速度との偏差から係合位置を検出し、係合位置に合わせて速度パターンを変更する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。

また、さらに別の従来技術として、電動機のトルク変化から係合位置を検出する技術が開示されている（例えば、特許文献３および４参照。）。

特開平０３−２９３２８３号公報（３頁右上欄４〜７行、図１）特開平０３−１８６５８９号公報（３頁左下欄８〜１８行）特開２００２−３１１６号公報（段落［００４９］〜［００５０］）特開２００７−１５７８７号公報（段落［００２５］）

上記の特許文献１に示される技術を用いると、確かに無駄な低速駆動時間を減らすことができ、エレベーターの運行効率をアップすることができる。しかしながら、新たに係合ギャップを検出するセンサを設ける必要があるため、装置が複雑化・大型化するという問題点があった。また、そのような係合ギャップを検出するセンサは一般に高価であるという問題点もあった。

また、特許文献２に示される技術は、電動機に与えられる速度指令値に対し実速度が係合時には遅れるという特性を利用してドアの係合を判断するものである。また、特許文献３〜４には、係合時の電動機トルクの増加から係合を判断するものである。これらの技術はいずれも、通常の制御にもともと必要な電動機の速度センサや電流センサ（制御電流はトルクにほぼ比例する。）の情報を利用してドアの係合を判断する技術であり、新たなセンサを必要としないため、装置の複雑化・大型化・高価格化を防止できるという利点がある。しかしながら、速度の変動やトルクの変動は、ドアの係合以外の要因、例えばかご側ドアや乗場側ドアの下部で生じる摩擦、ドアと敷居のゴミ詰まり等によっても生じるため、誤検出が生じやすいという問題点があった。

また、係合による速度やトルクの変動度合いも、係合装置（係合ベーンと係合ローラ）の接触の具合、駆動ベルトのばね定数、かご側ドアや乗場側ドアの摩擦、巻掛車を駆動するための電動機の制御アルゴリズムなど種々の要因で変動するため、係合を判定するための閾値をどのように設定すればよいか不明確であるという問題点もあった。

さらに、判定閾値が不明確であるがゆえに、係合の判定は、係合時のセンサ情報だけではなく、係合前後における一定期間以上のセンサ情報を含めて評価する必要が生じる。したがって、係合の判定をリアルタイムに行うことはできず、上記の特許文献においても、一通り戸開動作を行ってから係合位置を判定し、その係合位置を各階ごとに記憶しておくことで、以降はその記憶された係合位置を利用してドア速度パターンを変更する技術となっている。しかしながら、エレベーターのかごは乗客の乗り込み位置などによっても傾きが生じるため、同じ階であっても、乗客の有無や乗り込み位置によってかご側ドアと乗場側ドアの位置関係が変化し、係合位置も変化する。したがって通常運転時においては、以前の開閉動作時に得られた係合位置は正しくなくなり、係合前に加速動作に移行したり、係合後も低速期間が継続したりするという問題点もあった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、摩擦やゴミ詰まりなどの外乱があっても信頼性の高い係合検出が可能で、しかもドアの調整具合や制御アルゴリズムの変動によらず、リアルタイムにかご側ドアと乗場側ドアの係合を検出できるエレベーターのドア装置を得ることを目的としている。

本発明は、エレベーターのかごの出入り口を開閉するかご側ドアと、各階床の乗場の出入口を開閉する乗場側ドアと、前記かご側ドアを開閉駆動する駆動装置と、前記かご側ドアと前記乗場側ドアとの間に設けられ、前記駆動装置の開閉駆動による前記かご側ドアの開閉動作に連動して前記乗場側ドアを開閉動作する係合装置とを備えたエレベーターのドア装置であって、前記駆動装置の角加速度または加速度を検出する手段と、前記駆動装置の駆動トルクまたは駆動力を検出する手段と、逐次的にエレベーターのドア重量を推定し、前回のドア重量推定値を推定ドア重量情報として記憶手段に記憶するとともに、前記角加速度または加速度情報と、前記駆動トルクまたは駆動力情報と、前記記憶手段に記憶された前回のドア重量推定値とを入力として、新たなドア重量推定値を出力するドア重量推定手段と、前記駆動装置に指示するための指令速度を生成して出力する速度パターン生成手段とを備え、前記速度パターン生成手段は、前記ドア重量推定手段からのドア重量推定値に基づいて前記かご側ドアと前記乗場側ドアとの係合位置を検出し、検出した前記係合位置からドアを加速動作させるように前記指令速度の値を変更することを特徴とするエレベーターのドア装置である。

本発明は、エレベーターのかごの出入り口を開閉するかご側ドアと、各階床の乗場の出入口を開閉する乗場側ドアと、前記かご側ドアを開閉駆動する駆動装置と、前記かご側ドアと前記乗場側ドアとの間に設けられ、前記駆動装置の開閉駆動による前記かご側ドアの開閉動作に連動して前記乗場側ドアを開閉動作する係合装置とを備えたエレベーターのドア装置であって、前記駆動装置の角加速度または加速度を検出する手段と、前記駆動装置の駆動トルクまたは駆動力を検出する手段と、逐次的にエレベーターのドア重量を推定し、前回のドア重量推定値を推定ドア重量情報として記憶手段に記憶するとともに、前記角加速度または加速度情報と、前記駆動トルクまたは駆動力情報と、前記記憶手段に記憶された前回のドア重量推定値とを入力として、新たなドア重量推定値を出力するドア重量推定手段と、前記駆動装置に指示するための指令速度を生成して出力する速度パターン生成手段とを備え、前記速度パターン生成手段は、前記ドア重量推定手段からのドア重量推定値に基づいて前記かご側ドアと前記乗場側ドアとの係合位置を検出し、検出した前記係合位置からドアを加速動作させるように前記指令速度の値を変更することを特徴とするエレベーターのドア装置であるので、摩擦やゴミ詰まりなどの外乱があっても信頼性の高い係合検出が可能で、しかもドアの調整具合や制御アルゴリズムの変動によらず、リアルタイムにかご側ドアと乗場側ドアの係合を検出できる。

本発明の実施の形態１〜３に係るエレベーターのドア装置の構成を示すためのエレベーターのかご側ドアの正面図である。本発明の実施の形態１〜３に係るエレベーターのドア装置の構成を示すためのエレベーターの乗場側ドアの正面図である。本発明の実施の形態１〜３に係るエレベーターのドア装置の構成を示すためのかご側ドアと乗場側ドアの関係を示す上面図である。一般的なエレベーターのドアの開速度パターンを示す図である。本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア装置に設けられたドアコントローラの内部構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア装置におけるドア重量推定の試験結果をブラフで示す説明図である。本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア装置によるドア速度パターンの改善効果をグラフ示す説明図である。本発明の実施の形態２に係るエレベーターのドア装置に設けられたドアコントローラの内部構成を示すブロック図である。本発明の実施の形態３に係るエレベーターのドア装置に設けられたドアコントローラの内部構成を示すブロック線図である。本発明の実施の形態４に係るエレベーターのドア装置の構成を示すためのエレベーターのかご側ドア正面図である。本発明の実施の形態４に係るエレベーターのドア装置に設けられたドアコントローラの内部構成を示すブロック線図である。

実施の形態１．
図１〜３は、本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア装置の構成を示したものである。図１はエレベーターのかご側ドアを示した正面図、図２はエレベーターの乗場側ドアを示した正面図、図３はかご側ドアと乗場側ドアの関係を示す上面図である。これらの図において、１は、エレベーターのかごの出入口を開閉するためのかご側ドア、２はかご側ドア１を吊っている吊り手、３はかご側ドア１の上に設けられた桁、４は桁３に設けられた案内レール、５は桁３に設けられた１対の巻掛車、６は巻掛車５の双方に巻掛けられた駆動ベルト、７は吊り手２と駆動ベルト６とを連結している連結具、８はドアの開閉動作の制御を行うドアコントローラ、９は巻掛車５を回転させてかご側ドア１を開閉駆動させる駆動装置である電動機、１０は各階床の乗場の出入口を開閉する乗場側ドア、１１はかご側ドア１に設けられた係合ベーン、１２は乗場側ドア１０に設けられ、係合ベーン１１と係合される係合ローラ、１３は連動ロープ、１４はエレベーターのかご、１５は係合ベーン１１と係合ローラ１２との間に設けられた係合ギャップである。

以下、構成について説明する。図１〜図３に示すように、かご側ドア１の上端には吊り手２が設けられている。かご側ドア１が設けられているエレベーターのかご１４の図示しない出入り口の上縁部には、長手が水平方向になるように配置された略々矩形の桁３が設けられている。桁３には案内レール４が長手水平方向に配置され、吊り手２の水平移動、すなわちかご側ドア１の開閉移動を案内する。桁３にはまた、２つの巻掛車５が互いに離れて枢着され、無端状をなす駆動ベルト６が２つの巻掛車５の双方に巻き掛けられて張設されている。

２つの連結具７は、それぞれ、一端が吊り手２を介してかご側ドア１に連結され、他端は駆動ベルト６に連結されている。図１においては、右側のかご側ドア１に吊り手２を介して設けられた連結具７は、楕円形に配置された駆動ベルト６の下側の１辺に連結され、左側のかご側ドア１に吊り手２を介して設けられた連結具７は、楕円形に配置された駆動ベルト６の上側の１辺に連結されている。このとき、ドアコントローラ８の指令により電動機９が一方の巻掛車５を駆動すると、すなわち、電動機９が駆動されると、巻掛車５が回転して、駆動ベルト６が一方向に回転駆動され、連結具７によって駆動ベルト６に連結された２枚のかご側ドア１が、駆動ベルト６の移動に伴って互いに反対方向に動作して出入口を開閉する。

図１および図３に示すように、２枚のかご側ドア１の一方には、乗場側ドア１０を係合するための係合ベーン１１が設置されている。また、それに対応するように、乗場側ドア１０の２枚のうちの一方に係合ローラ１２が設けられている。エレベーターのかご１４がある階で停止すると、かご側ドア１の一方に設置された係合ベーン１１が、乗場側ドア１０の一方に設置された係合ローラ１２を挟み込んで把持する機構となっており、かご側ドア１の開閉動作に連動して、乗場側ドア１０を開閉動作するように構成されている。これらの係合ベーン１１と係合ローラ１２はまとめて係合装置と呼ばれる。

また、２枚の乗場側ドア１０は連動ロープ１３を介して繋がっている。したがって、係合ローラ１２が設置された側の乗場側ドア１０が、電動機９によって係合ベーン１１及び係合ローラ１２を介して動作すると、連動ロープ１３の働きにより、他方の乗場側ドア１０も反対方向に動作して出入り口を開閉する。

このように、エレベーターのドア装置は、かご側ドア１に駆動装置である電動機９が設置されており、各階で乗場側ドア１０を係合し連動して開閉する機構となっている。一方、係合ベーン１１と係合ローラ１２は、エレベーターのかご１４が走行している時には接触しないように設置される必要があるため、図３に示すようにお互いが係合ギャップ１５を有する関係になるように設置される。エレベーターのかご１４は上下（走行）方向だけでなく左右前後方向にも偏荷重や振動により動く構造となっているため、係合ギャップ１５はその振れを吸収できるようにある程度広くとる必要がある。

図５は、本発明の実施の形態１に係るエレベーターのドア装置に設けられたドアコントローラ８の内部構成を示したブロック図である。図５に示すように、ドアコントローラ８には、速度パターン生成器１９と、減算器２０と、速度制御器２１と、減算器２２と、電流制御器２３と、微分器２４，２５と、ゲイン２６と、既知トルク変換器２７と、減算器２８と、ハイパスフィルタ２９，３０と、ドア重量推定器３１と、記憶手段３２とが設けられている。

また、図５において、１６は、ドアコントローラ８が接続されている本発明のドア装置であり、電動機９が設けられている。１８および１７は、それぞれ、ドア装置１６に接続された、電流センサおよびレゾルバである。

ドア装置１６の電動機９には、電動機９の回転を検出するレゾルバ（回転センサ）１７が接続されている。また、電動機９に流れる電流を検出する電流センサ１８が接続されている。

ドアコントローラ８では、速度パターン生成器１９により、電動機９への指令角速度値が出力される。出力された角速度指令値から、レゾルバ１７で検出された回転角度を微分器２４で微分処理して得られる回転角速度の値を、減算器２０で引き算し、角速度偏差を計算する。この角速度偏差に基づき、実角速度が指令角速度に追従するような電流指令値が速度制御器２１で計算される。計算された電流指令値は電流センサ１８で検出された実電流値と減算器２２で比較され、減算器２２からはその偏差が出力される。次に、その偏差に基づいて、電流制御器２３によって駆動電圧が決められ、この駆動電圧によりドア装置１６の電動機９が駆動される。

本発明の特徴であるドア重量推定アルゴリズムについて説明する前の準備として、ドア重量と電動機トルクと電動機回転角速度の関係について説明する。

電動機９の検出トルクをτ_o（ｋ）、電動機９の検出回転角加速度をａ_o（ｋ）とすると、式（１）が成立する。

τ_o（ｋ）＝Ｊａ_o（ｋ）＋Ｔ_f＋Ｔ_w・・・式（１）

式（１）において、Ｊは電動機９の回転軸換算のドア重量分イナーシャ、Ｔ_fは摩擦などによる外乱トルク、Ｔ_wは図示しないクローザ錘やベーンリンクによる既知トルク、ｋはセンサによる検出値のｋ番目のサンプリング値であることを示している。

ここで、既知トルクＴ_wはドア位置によって既知であるから、検出トルクτ_o（ｋ）から取り除くことができる。また、外乱トルクＴ_fの原因は摩擦などで、値は未知であるが、ほぼ一定値となることが経験的に分かっている。したがって、検出トルクτ_o（ｋ）から既知トルクＴ_wを減算し、外乱トルクＴ_fに相当する低周波成分を取り除いた値をτ（ｋ）とし、検出回転角速度ａ_o（ｋ）から低周波成分を取り除いた値をａ（ｋ）とすると、式（１）は式（２）のように簡易化される。

τ（ｋ）≒Ｊａ（ｋ）・・・式（２）

このとき、逐次最小２乗法の考え方（例えば、ＭＡＴＬＡＢによる制御のためのシステム同定、東京電機大学出版、参照）により、ドアイナーシャ推定値Ｊ（ｋ）を求めると、式（３）及び（４）のようになる。

ここで、Ｐ（ｋ）は共分散行列と呼ばれる変数、λは忘却要素と呼ばれる１以下の正定数である。図５に示すドア重量推定器３１は、式（３）〜（４）の計算によりドアイナーシャ推定値Ｊ（ｋ）を更新していく。

図５の下側部分に示す構成による本発明特有のドア重量推定アルゴリズムは以上の理論に基づいて設定されている。つまり、回転角速度は、微分器２５により微分処理されて、回転角加速度に変換される。さらに、回転角加速度は、低周波成分を取り除くハイパスフィルタ３０によって変動回転角加速度ａ（ｋ）（角加速度情報）となる。

一方、電流センサ１８によって検出された電流値に、トルク定数Ｋｅがゲイン２６によって乗算され、電動機トルクが計算される。図示しないクローザ錘やベーンリンクによるトルクは、ドア位置の関数となるので、レゾルバ１７によって検出された回転角度（位置情報）を基に、電動機８に付加される位置依存のトルクである、既知トルクＴ_wが、既知トルク変換器２７によって計算される。ゲイン２６の出力（電流センサ１８から得られるトルク情報）から既知トルクＴ_wを減算器２８によって引いた値から、ハイパスフィルタ２９によって低周波成分を取り除くことにより、変動トルクτ（ｋ）（トルク情報）が計算される。

ドア重量推定器３１は、変動回転角加速度ａ（ｋ）、変動トルクτ（ｋ）、及び、記憶手段３２に記憶されているドアイナーシャ推定値Ｊ（ｋ）の１ステップ前の値であるＪ（ｋ−１）を入力として、式（３）〜（４）に従い、ドアイナーシャ推定値Ｊ（ｋ）（ドア重量推定値）を計算して、記憶手段３２に記憶する。このとき、共分散行列Ｐ（ｋ）は、ドア重量推定器３１の内部変数であり、零以外の初期値によって与えられ随時更新されていく。また、忘却変数λは０．９７〜０．９９５程度の範囲で設定される定数である。

図６に、本発明を用いた場合のドア重量推定結果の一例（実験結果）を示す。図６に示す試験では、かご側ドア１及び乗場側ドア１０の重さを変更した数パターンについて推定を行った結果について示している。

図６において、グラフ３３はかご側ドア１の総重量が６０ｋｇで乗場側ドア１０の総重量が８０ｋｇの場合、グラフ３４はかご側ドア１の総重量が６０ｋｇで乗場側ドア１０の総重量が１３０ｋｇの場合、グラフ３５はかご側ドア１の総重量が１１０ｋｇで乗場側ドア１０の総重量が１３０ｋｇの場合、グラフ３６はかご側ドア１の総重量が１１０ｋｇで乗場側ドア１０の総重量が１８０ｋｇの場合、グラフ３７はかご側ドア１の総重量が１６０ｋｇで乗場側ドア１０の総重量が１８０ｋｇの場合である。図６に示されるように、係合前のドア側ドア１のみの重量と、係合後のかご側ドア１と乗場側ドア１０の総重量とを精度良く検出できていることが確認できる。本発明においては、電動機９が負担するドア重量を高精度かつリアルタイムに検出できるので、各階ごとで異なるドア重量、各階およびかご偏荷重で異なる係合タイミングの違いなどに応じて、決め細やかな制御が可能となる。

このように、ドア重量推定器３１により、電動機９にかかるドア重量を精度良くリアルタイムに検出できるので、速度パターン生成器１９により、乗場側ドア１０の係合位置を、階床やエレベーターのかご１４への乗客の乗り込み具合に関わらず毎回検出できる。
この係合検出位置に応じて、全開位置までの残戸開距離及び速度パターンが速度パターン生成器１９によって再計算される。例えば、係合検出位置が早く検出されれば、図７の速度パターン３８に示すように加速開始時間が早められ、最高速での駆動時間を少し延ばすように調整される。逆に、走行検出位置が遅ければ、加速開始時間はそれに合わせて遅くなり、最高速での駆動時間も短縮される。この時、速度パターンの下部分の面積が走行距離に相当するので、最高速の延長あるいは短縮時間は速度パターン下部の面積が同じになるように調整される。このようにして調整された速度パターンは速度指令値として減算器２０に送られる。
このように、本発明においては、ドア重量推定器から、かご側ドア１と乗場側ドア１０の係合を判定し、係合位置に応じて、速度パターン生成器１９の出力を適宜変更することができる。これにより、その都度の条件で異なる係合位置を高精度に判定し、係合後すぐに加速動作に移行することができるので、低速での係合による低騒音・低振動性能を保持したまま、無駄な低速駆動時間を省くことができるので、エレベーターの運行効率が大幅にアップする。

この一連の動作により、本実施の形態においては、図７の速度波形３８に示すように、各階で係合後すぐにドアを加速動作させることができるので、係合時に大きな音や振動を発生させることなく、かつ、従来の速度波形３９と比較して無駄な低速駆動時間を省くことができる。したがって、快適なドア開閉を維持したままエレベーターの運行効率を大幅に改善することができる。

なお、本実施の形態では、電動機９の回転を検出するセンサとしてレゾルバを用いたが、エンコーダでも良く、電動機９の回転を検出できるものであれば良い。また、電動機９の電流を検出して電動機９のトルクを求めたが、トルクセンサを用いてトルクを直接求めてもよい。

以上のように、本実施の形態においては、エレベーターのかご１４の出入口を開閉するかご側ドア１と、各階床の乗場の出入口を開閉する乗場側ドア１０と、かご側ドア１を開閉駆動する電動機９と、かご側ドア１と乗場側ドア１０との間に設けられ、電動機９の開閉駆動によるかご側ドア１の開閉動作に連動して乗場側ドア１０を開閉動作する係合装置を有するエレベーターのドア装置において、電動機９の回転を検出するレゾルバ１７と、電動機９の電流を検出する電流センサ１８と、レゾルバ１７の出力から得られる角加速度情報と電流センサ１８から得られるトルク情報と自らの出力である推定ドア重量情報とを入力として逐次的にドア重量を推定するドア重量推定器３１とを有するようにしたので、電動機９が負担するドア重量を高精度かつリアルタイムに検出できるので、各階ごとで異なるドア重量、各階及びかご偏荷重で異なる係合タイミングの違いなどに応じて、決め細やかな制御が可能となるという効果が得られる。

また、本実施の形態においては、電動機９の回転速度を指示する速度パターン生成器１９を有し、ドア重量推定器３１の出力からかご側ドア１と乗場側ドア１０との係合を判定し、速度パターン生成器１９の出力を変更するようにしたので、その都度の条件で異なる係合位置を高精度に判定し、係合後すぐに加速動作に移行することができるので、低速での係合による低騒音・低振動性能を保持したまま、無駄な低速駆動時間を省くことができるので、エレベーターの運行効率が大幅にアップするという効果が得られる。

また、本実施の形態においては、ドア重量推定器３１が、角加速度情報とトルク情報とから、それぞれ、ハイパスフィルタ３０，２９により、低周波成分を取り除いたものを入力とするようにしたので、各入力信号から低周波成分を取り除くことで、各階ごとで異なるドア摩擦の影響を取り除くことができるので、より高精度な推定が可能となる。

また、本実施の形態においては、レゾルバ１７の出力から得られる位置情報により電動機９に付加される位置依存のトルクを計算する既知トルク変換器２７を有し、ドア重量推定器３１が、電流センサ１８から得られるトルク情報から既知トルク変換器２７の出力を減じたものを入力とするようにしたので、ドア位置によって決まる既知のトルクを予め取り除くことができるので、高精度な推定が可能となる。

実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係るエレベーターのドア装置に設けられたドアコントローラ８の内部構成を示したブロック図である。図８において、８，９，１６〜１８，１９〜２０および２２〜３２については、図５と同じであるため、同一符号を付して示し、ここではそれらの説明を省略する。図５と図８の構成の違いとしては、図８においては、図５の速度制御器２１の代わりに、速度制御器４０が設けられていることと、電流制御器２３とドア装置１６との間に、過負荷検出器４１が追加されていることである。

実施の形態２では、速度制御器４０の出力がドア重量推定器３１の出力によって変更される。なお、本実施の形態においても、速度パターン生成器１９により、電動機９への指令角速度値が出力され、出力された角速度指令値から、レゾルバ１７で検出された回転角度を微分器２４で微分処理して得られる回転角速度を、減算器２０で減算し、角速度偏差を計算し、速度制御器４０が、この角速度偏差に基づき、実角速度が指令角速度に追従するような電流指令値を計算する。このとき、本実施の形態においては、当該電流指令値が、ドア重量推定器３１の出力によって適宜変更される。速度制御器４０の一例としては、式（５）に示すようなＰＩ速度制御器Ｇ（ｓ）がある。本実施の形態では、式（５）のＰＩ速度制御器が用いられる場合を例として説明するが、本発明の適用がＰＩ制御器に限られるものではなく、同等の動作を行うものであれば、他の速度制御器を用いてもよい。

一般的に、電流制御器２３の指令値に対する追従性は、速度制御器４０よりも高く設定される。この条件下で速度制御器４０が式（５）のようなＰＩ速度制御器であると仮定すると、速度制御器４０の追従性を示す指標である交差周波数ωｃは式（６）のようになる。

式（６）より制御系の追従性を一定に保ちたい場合は、イナーシャＪに合わせて比例ゲインＫ_spを変更するのが望ましいことが分かる。本発明によれば、ドア重量推定器３１によりイナーシャＪを推定できるので、各階のドア重量の違い、また、乗場側ドア１０の係合の有無によって制御比例ゲインＫ_spを変更することができる。これにより、各階のドア重量の違い、乗場ドア１０の係合の有無に関わらず、制御系の追従性を一定に保つことができ、よりきめ細かい制御が可能となる。

積分比例ゲインＫ_siは、例えば、「ＡＣサーボシステムの理論と設計の実際」（総合電子出版社）等によれば、式（７）を満たすように設定される。

また、本実施の形態２は、過負荷検出器４１の設定がドア重量推定器３１の出力によって変更される。過負荷検出器４１は、トルクが予め設定された所定の異常判定閾値より大きくなると、かご側ドア１もしくは乗場側ドア１０に人体が接触あるいは挟まれたなどと判断し、ドアの動きを反転させるための手段である。これにより、人体に大きな負荷がかかることを防止することができる。本実施の形態においては、ドア重量推定器３１の出力に応じて、過負荷検出器４１の異常判定閾値の値を変更させる。

電動機９のトルクは、かご側ドア１の重量や乗場側ドア１０の重量によって変わるので、過負荷を検出するための異常判定閾値も変更させることが望ましい。本発明を用いれば、電動機９が動かすドアの重量が推定できるので、推定ドア重量が大きい場合には過負荷検出閾値を大きくし、推定ドア重量が小さい場合には過負荷検出閾値を小さくすることができる。これにより、信頼性の高い過負荷検出が可能となる。

以上のように、本実施の形態２においては、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに以下の効果を得ることができる。

本実施の形態においては、速度パターン生成器１９の出力とレゾルバ１７から得られる回転速度との差から電動機９を制御する速度制御器４０を有し、当該速度制御器４０の比例ゲインをドア重量推定器３１の出力に基づいてドア重量推定値に対応して変更するようにしたので、各階や係合前後で異なるドア重量に応じて速度制御系を最適に変更できるので、ドア重量によらず均一的な性能を得ることができる。

また、本実施の形態においては、電動機９のトルクが所定の判定閾値以上になった場合に異常であると判定する過負荷検出器４１を有し、ドア重量推定器３１の出力から過負荷検出器４１の異常判定閾値を変更するようにしたので、各階や係合前後で異なるドア重量に応じて過負荷検出の閾値を設定できるので、精度の高い過負荷検出が可能となる。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係るエレベーターのドア装置に設けられたドアコントローラ８の内部構成を示したブロック図である。図９において、８，９，１６，１８，１９〜２３および２５〜３２については、図５と同じであるため、同一符号を付して示し、ここではそれらの説明を省略する。図５と図９の構成の違いとしては、図９においては、速度推定器４２が設けられていることと、電動機９にレゾルバ１７および微分器２４が設けられていないことである。

近年レゾルバなどの回転センサを持たないセンサレス駆動技術が盛んに研究されている。例えば、特開２０００−７８８７８号公報には、電動機９の回転位置を誘起電圧の位置依存性より推定する技術が公開されている。また、特開２００４−５１４３９２号公報には電動機９のインダクタンスの突極性を利用し電動機９の回転位置を推定する技術が公開されている。

本発明は、このようなセンサレス駆動技術を用いたエレベーターのドア装置にも適用可能である。すなわち、電流制御器２３から出力される電圧指令値と電流センサ１８から出力される実測電流値を用いて速度推定器４２によって電動機９の回転速度を推定する。速度推定器４２の詳細については本発明の本質ではないため説明を省略するが、電圧指令値と実測電流値とから電動機の回転速度を求めることができるものであれば、任意の種々の速度推定器を用いることができる。このようにレゾルバ１７の出力信号の代わりに、速度推定器４２によって推定された推定回転速度を用い、その値を微分することで回転角加速度を計算し、実施の形態１と同様にして電動機９が負担するドア重量を高精度かつリアルタイムに検出できる。

本実施の形態３においては、電動機９の回転を検出するレゾルバ１７を省くことができるので、安価かつレゾルバ故障の心配が無くなるという点で信頼性を向上することができるという効果を有する。

実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係るエレベーターのかご側ドアを示した正面図、図１１は実施の形態４に係るドアコントローラ８の内部構成を示したブロック図である。図１０における１〜８および１１、並びに、図１１における８，１６，１８，１９〜３２については、図１及び／または図５と同じであるため同一符号について示し、ここではそれらの説明を省略する。なお、図１０および図１１において、４３は永久磁石、４４は可動コイル、４５は位置センサ、４６はリニアモータである。実施の形態１と実施の形態４の構成の違いとしては、実施の形態４では、かご側ドア１の駆動装置として電動機９の代わりに可動コイル４４と永久磁石４３とで構成されるリニアモータ４６が用いられていることと、レゾルバ１７の代わりに位置センサ４５が用いられていることである。

なお、乗場側ドアの構成は実施の形態１と同じであるため、ここでは説明を省略する。

本発明は、このようなリニアモータを用いたエレベーターのドア装置にも適用可能である。リニアモータ４６では可動コイル４４に電流を流すことで永久磁石４３に対して駆動力が図１０の紙面に対して左右方向に働く。この時のかご側ドア１の位置を位置センサ４５で検出する。したがって図１１に示すように電流センサ１８からリニアモータ４６の駆動力Ｆ（ｋ）を計算でき、位置センサ４５の出力を２階微分することで、かご側ドア１及び可動コイル４４の加速度α(k)を計算することができる。

また、このとき、F（ｋ）、α（ｋ）に対して実施の形態１の式（１）と同様に式（８）が成立する。

Ｆ（ｋ）＝Ｍα（ｋ）＋Ｆ_f＋Ｆ_w・・・式（８）

式（８）において、Ｍはドア重量、Ｆ_fは摩擦などによる外乱力、Ｆ_wは図示しないクローザ錘やベーンリンクによる既知外乱力、ｋはセンサによる検出値のｋ番目のサンプリング値であることを示している。

式（１）と式（８）は本質的に同じであり、実施の形態１のドア重量分イナーシャＪと同様にして、本実施の形態４ではドア重量Ｍを逐次的に計算できることは明らかである。

したがって、本実施の形態４のように、リニアモータ４６を用いた場合においても、実施の形態１と同様に、各階ごとで異なるドア重量、各階及びかご偏荷重で異なる係合タイミングの違いなどに応じて決め細やかな制御が可能になるという効果が得られる。
また、その都度の条件で異なる係合位置を高精度に判定し、係合後すぐに加速動作に移行することができるので、低速での係合による低騒音・低振動性能を保持したまま、無駄な低速駆動時間を省くことができるので、エレベーターの運行効率が大幅にアップするという効果が得られる。

１かご側ドア、２吊り手、３桁、４案内レール、５巻掛車、６駆動ベルト、７連結具、８ドアコントローラ、９電動機、１０乗場側ドア、１１係合ベーン、１２係合ローラ、１３連動ロープ、１４エレベーターのかご、１５係合ギャップ、１６ドア装置、１７レゾルバ（回転センサ）、１８電流センサ、１９速度パターン生成器、２０減算器、２１速度制御器、２２減算器、２３電流制御器、２４，２５微分器、２６ゲイン、２７既知トルク変換器、２８減算器、２９，３０ハイパスフィルタ、３１ドア重量推定器、３２記憶手段、４０速度制御器、４１過負荷検出器、４２速度推定器、４３永久磁石、４４可動コイル、４５位置センサ、４６リニアモータ。

Claims

エレベーターのかごの出入り口を開閉するかご側ドアと、各階床の乗場の出入口を開閉する乗場側ドアと、前記かご側ドアを開閉駆動する駆動装置と、前記かご側ドアと前記乗場側ドアとの間に設けられ、前記駆動装置の開閉駆動による前記かご側ドアの開閉動作に連動して前記乗場側ドアを開閉動作する係合装置とを備えたエレベーターのドア装置であって、
前記駆動装置の角加速度または加速度を検出する手段と、
前記駆動装置の駆動トルクまたは駆動力を検出する手段と、
逐次的にエレベーターのドア重量を推定し、前回のドア重量推定値を推定ドア重量情報として記憶手段に記憶するとともに、前記角加速度または加速度情報と、前記駆動トルクまたは駆動力情報と、前記記憶手段に記憶された前回のドア重量推定値とを入力として、新たなドア重量推定値を出力するドア重量推定手段と、
前記駆動装置に指示するための指令速度を生成して出力する速度パターン生成手段と
を備え、
前記速度パターン生成手段は、前記ドア重量推定手段からのドア重量推定値に基づいて前記かご側ドアと前記乗場側ドアとの係合位置を検出し、検出した前記係合位置からドアを加速動作させるように前記指令速度の値を変更する
ことを特徴とするエレベーターのドア装置。
前記速度パターン生成手段からの前記指令速度と実速度との差に基づいて、前記実速度が前記指令速度に追従するような電流指令値を演算する速度制御手段をさらに備え、
前記ドア重量推定手段からのドア重量推定値に基づいて前記速度制御手段における制御則を変更することを特徴とする請求項１に記載のエレベーターのドア装置。
前記駆動装置の駆動トルクまたは駆動力が所定の異常判定閾値以上になった場合に異常であると判定する過負荷検出器をさらに備え、
前記過負荷検出器は、前記ドア重量推定手段からのドア重量推定値に基づいて前記異常判定閾値を変更することを特徴とする請求項１または２に記載のエレベーターのドア装置。
前記ドア重量推定手段が、前記角加速度または加速度情報と前記トルクまたは駆動力情報とからそれぞれ低周波成分を取り除いたものを入力とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエレベーターのドア装置。
前記駆動装置の位置情報に基づいて、前記駆動装置に付加される位置依存の既知トルクまたは既知の力を計算する既知外乱力変換手段をさらに備え、
前記ドア重量推定手段が、前記駆動トルクまたは駆動力情報から前記既知外乱力変換手段から得られる既知トルクまたは既知の力を減じたものを入力とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエレベーターのドア装置。
前記駆動装置が電動機、前記角加速度または加速度を検出する手段が前記電動機に取り付けられた回転センサ、前記駆動トルクまたは駆動力を検出する手段が前記電動機に流れる電流を検出する電流センサであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエレベーターのドア装置。