JP5766207B2 - エレベータシステムにおけるかごの横方向の動きを低減するシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、包括的には、エレベータシステムにおける振動を低減することに関し、より詳細には、エレベータかごにおける横振動を低減することに関する。

エレベータシステムは、通常、かごと、かご枠と、ローラーガイドアセンブリと、昇降路内に取り付けられているガイドレールとを含む。かごおよびローラーガイドアセンブリは、かご枠に取り付けられている。かごおよびかご枠は、ローラーガイドアセンブリの移動とともに、ガイドレールに沿って移動する。

エレベータシステムにおける振動は、ガイドレールの変形、空気力および乗客負荷等の多くの原因に起因する。本発明は、特に、ガイドレールの歪み、またはミスアライメントによって誘発される横振動を低減することに関する。エレベータが十分な速さで移動している場合、ガイドレールのレベル変動、または巻き上げが、かご枠とかごとの著しい横方向の動きを誘発する可能性があり、これが乗客にとって不快となる。より良好な乗り心地には、通常、ガイドレールの据え付けに対してより高い要件が課されるため、据え付けおよびメンテナンスのコストが増す。エレベータシステムの設計時に、システムコストと乗り心地との間で折り合いをつける必要がある。

エレベータの従来のパッシブ振動低減システムは、ばねおよびゴムを含み、それらのパラメーター、すなわち、剛性係数および減衰係数は、一定であるとともに、選択した性能指数と意図した動作状況とに従って設計される。パッシブな設計には、望ましくない乗り心地、またはガイドレールの厳密な据え付け精度がつきものである。乗り心地を改善するために、振動に反応する懸架力の多様性を可能にするように、フルアクティブ振動装置が開発されてきた。フルアクティブアクチュエータが、より高水準の乗り心地を満たすように制御装置によってコンピューティングされる基準力を追跡するその性能により、振動をより良好に減衰させることができる。例えば、従来技術では、電磁アクチュエータを用いるアクティブ振動低減装置が開示されている（特許文献１）。このアクティブアクチュエータは、振動減衰に関して所望の性能を提供することができるにもかかわらず、エネルギーを除去するか、またはエレベータシステムに移す可能性があるため、フルアクティブ振動低減システムの耐久性およびコストが主要な懸念事項である。

コストと性能との間でより良好な折り合いをつけるために、セミアクティブ振動低減装置が、従来技術において既知である。粘性減衰係数または剛性等のアクチュエータパラメーターの調整を可能にするセミアクティブアクチュエータを用いて、フルアクティブアクチュエータが達成するような性能の大半を、より低コストで達成するとともに、改善された確実性を達成する。実際に、結果として得られるセミアクティブシステムは、エネルギーを消散する可能性しかないため、確実性がある。

セミアクティブアクチュエータを用いたエレベータの横振動低減に関するものとしては、ソレノイドにおいて可動オリフィスレバーを制御することによって減衰係数が調整される油圧ダンパーが挙げられる（特許文献２）。別のシステムは、制振装置であって、かごとかご枠との間に設置され、その減衰係数をエレベータ速度に従って調整することができる制振装置を用いている。単にエレベータ速度に関して減衰係数をスケジューリングすることは、振動を減衰する効果を制限する（特許文献３）。

ガイドローラーであって、該ローラー内に磁気粘性流体を含むことによって、該ローラーの回転速度に対して、その硬さを変えることができるガイドローラーが存在する。制御機構がないことにより、達成可能な性能が制限される可能性がある（特許文献４）。剛性が可変であるセミアクティブアクチュエータの使用も記載されている（特許文献５および特許文献６）。

米国特許第７００７７７４号 米国特許第５２８９９０２号 米国特許出願公開第２００９／０３０８６９６号 米国特許出願公開第２００９／０２９４２２２号 米国特許出願公開第２００６／０２０７８３５号 米国特許出願公開第２００７／００００７３２号

本発明の実施の形態は、制御可能な流体、例えば、磁気粘性（ＭＲ）流体または電気粘性（ＥＲ）流体を収容する減衰装置を用いて、エレベータシステムにおける横振動を低減する手段を提供する。従来のパッシブ技術に比べて、本発明は、中間範囲周波数にわたる防振性能を損なわずに、低周波数にピーク共振を抑えるシステムおよび方法を開示する。したがって、従来のパッシブアーキテクチャーに課せられる根本的な制限が緩和され、乗り心地が改善される。

この改善は、振動情報とエレベータシステムの状態の推定値とに従って、セミアクティブアクチュエータの減衰係数を調整することによって達成される。本発明は、ガイドレールの据え付けまたは位置合わせの精度の要件を低減するシステムおよび方法を提供する。したがって、据え付けコストおよびメンテナンスコストを減らすことができる。外部電源の要件をなくすことによって、システムコストが減り、フルアクティブシステムに関連する確実性の問題が解決される。

本発明は、エレベータシステムの横振動を減衰させるシステムおよび方法を提供する。本システムは、ローラーガイドアセンブリと、エレベータシステムにおいて用いられる制御システムとを含むことができる。ローラーガイドアセンブリは、セミアクティブアクチュエータとローラーガイドアセンブリとを含むことができる。制御システムは、セミアクティブアクチュエータを動作させるように、制御装置と、フィルターと、センサーと、増幅器とを含むことができる。

セミアクティブアクチュエータは、レオロジー流体を収容するハウジングと、電界／磁界を発生させるコイルとを含む。かごの横振動は、振動信号に応じてセミアクティブアクチュエータの減衰を調整することによって低減される。

線形、非線形、時不変もしくは時変またはそれらの組み合わせのいずれかであるフィルターを用いて、測定した振動信号を処理し、特定のエレベータ状態の推定値を提供する。フィードバックまたはフィードフォワードのいずれかである制御装置が、エレベータシステムの状態と振動レベルと示す入力値を処理する。これらの入力信号を用いて減衰係数を求めることができる。制御装置は、所望の減衰係数、すなわち、フィードバック信号をセミアクティブアクチュエータに出力する。セミアクティブアクチュエータの減衰は、磁気信号または電気信号をオンまたはオフにすることによって制御される。

振動低減システムは、エレベータかごの横振動を低減して乗り心地を改善するように設計されている。このシステムは、セミアクティブアクチュエータと、振動検出器と、制御機構とを含む。検出器は、エレベータの横振動信号を測定する。制御システムは、測定した振動情報を処理し、それに従ってコマンドを生成し、増幅した電気信号をセミアクティブアクチュエータに出力する。セミアクティブアクチュエータの減衰係数は、エレベータの横振動を減衰させるように、制御システムによって調整される。

本発明の実施の形態によるエレベータシステムの一部の概略図である。 本発明の実施の形態によるセミアクティブリニアアクチュエータを伴ったローラーガイドアセンブリの概略図である。 本発明の実施の形態によるセミアクティブ振動低減システムのブロック図である。 本発明の実施の形態による制御方法のブロック図である。 本発明の実施の形態によるセミアクティブ振動低減システムのブロック図である。 エレベータ用の従来技術のパッシブ振動低減システムの周波数の関数としての振動の大きさのグラフである。 本発明の実施の形態によるセミアクティブ振動低減システムの周波数の関数としての振動の大きさのグラフである。

図１は、本発明の実施の形態によるエレベータシステムの一部を示す。本システムは、エレベータ昇降路１内に上下方向（Ｚ軸）に据え付けられているガイドレール２を含む。かご枠３が防振ゴム６を介してかご４を支持する。かご枠およびかごは、昇降路内を上下方向に移動することができる。

図２に示されているように、ローラーガイドアセンブリ７は、ガイドレールに沿ってかご枠の移動をガイドする。ローラーガイドアセンブリは、ガイドレールと接触している１つまたは複数のローラー１１を含む。ローラーは、かご枠のベース１２に取り付けられており、軸が左右方向または前後方向にあるピボット１０回りに回転することができる。回転アーム８が、ローラーと同じ速度で回転する。

図１に示されているように、ガイドレールのレベル変動により、ローラーがピボット回りに回転する。ローラーの回転は、かご枠の横方向の動きを誘発する。すなわち、かごは前後（ｙ軸）方向および／または左右（ｘ軸）方向に動く。ローラーとかご枠との相対移動、またはかご枠とかごとの相対移動を減衰させることにより、かごの振動を制御することができる。

回転アームの一端とベースとの間にセミアクティブアクチュエータが設置されている。セミアクティブアクチュエータは、回転アームとかご枠との間の横方向の相対移動に基づいて力を発生させる。この力は、かご枠に伝達されるエネルギーを形成し、したがって、かご枠の振動を減衰させることができる。その結果、かごの振動も低減する。

１つの実施の形態では、ローラーガイドアセンブリは、図２に示されているように、かごのベースと回転アームとの間に配置されているリニア式レオロジーダンパー９を含む。レオロジーダンパーは、磁気粘性（ＭＲ）流体または電気粘性（ＥＲ）流体を収容することができる。一般的に、レオロジー流体の流れ特性は、磁気信号または電気信号によって発動させることができる。例えば、それらの特性は、自由な流動流体から半固体に瞬時に変化することができる。

かご枠と回転アームの端点との相対線速に起因して、フィードバック信号に従ってリニアＭＲダンパーの減衰係数を選択的に調整することによって、かご枠の振動が低減する。

ＭＲダンパーは、ＭＲ流体を収容しており、これらのＭＲ流体としては、一般的に、鉱物油またはシリコーン油等の、ミクロンサイズの磁気分極性粒子が挙げられる。ＭＲ流体のレオロジー挙動は、磁気信号、したがって減衰係数を受けると変化する。磁気信号は、ＭＲダンパーの内部のコイルに電気信号を供給することによって確立される。電気信号がない場合、ＭＲ流体は、ニュートン流動挙動を示す。

代替的に、電気粘性（ＥＲ）ダンパーを用いることができる。ＥＲ流体は、本質的に、ＭＲ流体の電気的な類似体である。これらの２つのタイプのダンパーの挙動は、電気信号が一方の場合に適用されて、磁気信号が他方の場合に適用されること以外、非常に類似している。

図３は、本発明の実施の形態によるセミアクティブ振動低減システムの動作を示す。振動源３０１が、かご４に振動を伝達する。かごの振動は、振動検出器３１０によって検知され、振動検出器３１０は、検知した振動レベル信号を制御装置３２０に供給する。制御装置は、セミアクティブアクチュエータ３３０の所望の減衰係数をフィードバック信号３３１の形態で求める。このアクチュエータも、振動を受ける。

図４は、制御装置をより詳細に示す。振動検出器３１０は、振動信号３１１を推定器４２０に供給する。推定器は、振動信号における高周波数ノイズおよび低周波数バイアスをフィルタリングするフィルター４２１（線形、非線形、時不変もしくは時変、またはそれらの組み合わせ）と、特定のエレベータ状態の推定を行う推定器とを含むことができる。推定器は、フィルタリングした振動信号とエレベータ状態４２２の推定値とを、本発明による制御アルゴリズム４１０に供給する。このアルゴリズムは、セミアクティブダンパーの所望の減衰係数を求める制御法則を実施する。制御アルゴリズムの出力は、フィードバック信号３３１に増幅され（４３０）、フィードバック信号３３１は、次いで、セミアクティブアクチュエータ３３０に供給される。

振動検出器は、振動レベルを検知するように、かご枠またはかごに取り付けることができる。１つの実施の形態では、検出器は、加速度計である。推定器は、振動レベルの周波数をフィルタリングし、エレベータシステムのモデルと、入力と、出力とに基づいて、エレベータシステムの状態を求める。例えば、信号がかごの加速度である場合、推定器は、かごの加速度、かごの速度等の推定を出力することができ、制御装置がこれらを用いてセミアクティブアクチュエータの所望の減衰係数を求めることができる。

ＭＲダンパーの場合、制御アルゴリズムは、振動情報およびエレベータ状態に応じてＭＲダンパーをオン（１）またはオフ（０）にするとともに、対応する信号を増幅器に出力することを決定することができる。ＭＲダンパーをオンにするには、増幅器が電流をＭＲダンパーのコイルに出力する。コイル電流が所要の磁界を確立することで、ＭＲダンパーのハウジングの内部のＭＲ流体の粘度が増加し、したがって、ＭＲダンパーの減衰係数が変化する。ＭＲダンパーをオフにするには、増幅器が電流を出力せず、したがって、ＭＲダンパーの減衰係数が最小となる。（正規化した）フィードバック信号は、０〜１の連続的な範囲とすることができることに留意すべきである。

オン／オフ制御アルゴリズム、すなわち「制御法則」の好ましい実施態様においては、

であり、式中、ｕは、減衰係数であり、ｂ_ｍａｘおよびｂ_ｍｉｎは、それぞれ最大減衰係数および最小減衰係数であり、

は、かごとローラーガイドアセンブリとの相対速度の推定値であり、

は、エレベータシステムの状態の推定値であり、ｙは、振動信号であり、

は、振動信号および状態の関数である。

振動検出器がかごの速度を測定する場合、関数

の式は、

であり、式中、ｃ_１、ｃ_２は、定数であり、

は、推定されたかご加速度であり、

は、推定されたかご枠加速度であり、

は、推定された速度である。

関数

の別の式は、ｃ_１およびｃ_２をある測定値または状態の関数にするものである。

関数

の上記式は、エレベータシステムの検知された振動信号の一次関数である。しかしながら、この関数は、より良好な性能を達成するために、より一般的な式に拡張することができる。

図６は、振動の大きさを周波数の関数として示す。パッシブ振動低減システムは、低周波数におけるピーク共振６０１を抑え、中間範囲周波数６０２において良好な振動レベルを維持する。

図７は、

の好ましい式の１つを用いて達成されたセミアクティブ振動低減システムの近似の周波数応答を示す。中間範囲周波数７０２の振動レベルを増加させることなく、ピーク共振７０１が効果的に抑えられた。重要でない高周波数振動７０３は、影響を受けていない。

制御装置は、上述したオン／オフ式の代わりに、ＭＲダンパーの磁界を連続的に調整するように設計することができる。

１つの例では、各制御装置は、１つのローラーガイドアセンブリの全てのセミアクティブアクチュエータを制御するように、または、左右（ｘ軸）もしくは前後（ｙ軸）のいずれかの一方向に振動を減衰させるアクチュエータを制御するように、設計することができる。また、制御装置は、アクチュエータ全てを集中的に動作させるように設計することができる。

図５に示されているように、制御装置の構造は、階層的であるものとすることができ、そのため、階層のより高いレベルにある制御装置が、より低いレベルの制御装置を監視するとともに協調させる。この構造は、荷重検出器５０１と監視制御部５０２と含む。荷重検出器は、エレベータの荷重を測定し、その荷重を監視制御部に出力する。監視制御部は、推定器のパラメーターとより低いレベルの制御装置のパラメーターとを調整して、振動低減性能が荷重によって劣化するのを防ぐ。階層的な制御構造では、監視制御部は、必ずしも荷重信号にだけ左右されるものではない。監視制御部は、エレベータ速度、かご枠とローラーとの相対速度の推定値等の、他の測定値または推定値にも左右され得る。

ローラーガイドアセンブリへのＭＲダンパーの設置、制御アーキテクチャーおよび制御アルゴリズム、様々な形態のＭＲダンパーの使用、ＭＲダンパーのようなセミアクティブアクチュエータの選択等の、本発明の特定の実施の形態を記載してきたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されないことが理解される。例えば、ＭＲダンパーを用いる代わりに、ＥＲダンパーを用いることができる。

Claims (13)

1. エレベータシステムにおけるかごの横方向の動きを低減するシステムであって、
   前記かごの振動を振動信号として検知するように構成されている検出器と、
   前記エレベータシステムの状態を推定するように構成されている推定器と、
   前記振動信号および前記状態に従ってフィードバック信号の減衰係数を求めるように構成されている制御装置と、
   前記かごとローラーガイドアセンブリとの間に配置されているセミアクティブアクチュエーターであって、該セミアクティブアクチュエーターは、レオロジー流体を含み、該レオロジー流体の流れ特性は、前記かごの前記横方向の動きを低減するように前記フィードバック信号に従って発動される、セミアクティブアクチュエーターと
   を備え、
   前記フィードバック信号は制御法則
   

   

   に従って求められ、式中、ｕは、減衰係数であり、ｂ _ｍａｘ およびｂ _ｍｉｎ は、それぞれ最大減衰係数および最小減衰係数であり、
   

   

   は、かごとローラーガイドアセンブリとの相対速度の推定値であり、
   

   

   は、前記エレベータシステムの状態の推定値であり、ｙは、前記振動信号であり、
   

   

   は、前記振動信号および前記状態の関数である
   エレベータシステムにおけるかごの横方向の動きを低減するシステム。
2. 前記レオロジー流体は、磁気粘性であり、前記フィードバック信号は、磁気的である請求項１に記載のシステム。
3. 前記レオロジー流体は、電気粘性であり、前記フィードバック信号は、電気的である請求項１に記載のシステム。
4. 前記推定器は、前記振動信号から高周波数ノイズおよび低周波数バイアスを除去するように構成されているフィルターをさらに備える請求項１に記載のシステム。
5. 前記フィルターは、線形、非線形、時不変、時変またはそれらの組み合わせである請求項４に記載のシステム。
6. 前記フィードバック信号は、増幅される請求項１に記載のシステム。
7. 中央制御される複数のセミアクティブアクチュエーターをさらに備える請求項１に記載のシステム。
8. 階層的に制御される複数のセミアクティブアクチュエーターをさらに備える請求項１に記載のシステム。
9. 前記かごに接続される荷重検出器をさらに備える請求項１に記載のシステム。
10. エレベータシステムにおけるかごの横方向の動きを低減する方法であって、
    前記かごの振動を振動信号として検知するステップと、
    前記エレベータシステムの状態を推定するステップと、
    前記フィルタリングされた振動信号および前記状態に従ってフィードバック信号の減衰係数を求めるステップと、
    前記かごとローラーガイドアセンブリとの間に配置されているセミアクティブアクチュエーターを作動させるステップであって、該セミアクティブアクチュエーターは、レオロジー流体を含み、該レオロジー流体の流れ特性は、前記かごの前記横方向の動きを低減するように前記フィードバック信号に従って発動される、セミアクティブアクチュエーターを作動させるステップと
    を含み、
    前記フィードバック信号は制御法則
    

    

    に従って求められ、式中、ｕは、減衰係数であり、ｂ _ｍａｘ およびｂ _ｍｉｎ は、それぞれ最大減衰係数および最小減衰係数であり、
    

    

    は、かごとローラーガイドアセンブリとの相対速度の推定値であり、
    

    

    は、前記エレベータシステムの状態の推定値であり、ｙは、前記振動信号であり、
    

    

    は、前記振動信号および前記状態の関数である
    エレベータシステムにおけるかごの横方向の動きを低減する方法。
11. 前記レオロジー流体は、磁気粘性であり、前記フィードバック信号は、磁気的である請求項１０に記載の方法。
12. 前記レオロジー流体は、電気粘性であり、前記フィードバック信号は、電気的である請求項１０に記載の方法。
13. 前記推定するステップは、前記振動信号から高周波数ノイズおよび低周波数バイアスをフィルタリングすることをさらに含む請求項１０に記載の方法。

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