JP6452914B1

JP6452914B1 - エレベーター装置

Info

Publication number: JP6452914B1
Application number: JP2018538914A
Authority: JP
Inventors: 力雄近藤; 渡辺　誠治; 誠治渡辺; 盛臣見延
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-02-17
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2038-01-16
Also published as: CN110267895A; US20200002134A1; CN110267895B; WO2018150786A1; JPWO2018150786A1; US11136220B2; DE112018000894T5

Abstract

乗りかご及び釣合オモリを支持する主索と、この主索を巻き掛けて駆動する巻上機と、この巻上機を制御する巻上機制御装置と、乗りかごレールに荷重を負担させて前記乗りかごの昇降を制御するかごブレーキ装置を制御するかごブレーキ制御装置と、乗りかごの振動を検知する振動検知装置を備え、かごブレーキ制御装置は、巻上機制御装置が巻上機を駆動制御している走行状態で、振動検知装置の出力信号に基づいて乗りかごの振動を検知したとき、その振動が設定値内に収まるまでかごブレーキ装置の制動力を発生させる。

Description

本発明は、乗りかごにブレーキ装置を備えたエレベーター装置に関するものである。

トラクション式エレベーター装置は主索により乗りかごを支持して駆動するため、主索の伸縮によって乗りかごが揺れたり主索自体が撓んで横揺れを生じることが知られている。特に、高層ビル等に設置されている昇降行程の長いトラクション式エレベーター装置では主索が長くなることで伸縮や撓みが生じやすく、前述の揺れが起こり易い。

従来技術では、乗りかごや釣合オモリにブレーキ装置を備え、特に非常停止時に巻上機のブレーキや緩衝器が動作することで乗りかごや釣合オモリが跳ね上がって主索が撓むことを防止している。この構成により主索が撓んで昇降路内の機器に衝突したり、主索が撓んだ後に再度主索が張った時に大きな衝撃力が生じることを回避している（例えば特許文献１参照）。

特表２０１２−５１５１２６号公報（段落００２１）

このようなエレベーター装置にあっては、非常停止時以外の状態においては主索の伸縮による揺れを解消できない。その結果、走行中の乗りかごの揺れが大きくなり乗り心地が悪くなったり、地震や強風で建築物が横揺れした際に主索が共振して振れて昇降路内機器に衝突するという問題点があった。

さらに、高層ビル等に設置されている昇降行程の長いエレベーター装置では主索が揺れ易いのに加えて乗りかごと巻上機との間に長い主索が配置されているため、巻上機だけを駆動制御して乗りかごの揺れを抑制することが困難となる問題点もあった。

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、主索の状態に関わらず乗りかごの揺れを解消するエレベーター装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成する為、本発明に係るエレベーター装置は、乗りかごと、釣合オモリと、前記乗りかごと前記釣合オモリを支持する主索と、前記主索を巻き掛けて駆動する巻上機と、前記乗りかごを案内する乗りかごレールと、前記乗りかごレールに荷重を負担させて前記乗りかごを制動するかごブレーキ装置と、前記巻上機を制御する巻上機制御装置と、前記かごブレーキ装置を制御するかごブレーキ制御装置と、前記乗りかごの振動、エレベーター装置を収容する建築物の振動または前記主索の張力の振動である主索張力振動を検知する振動検知装置とを備え、前記かごブレーキ制御装置は、前記主索張力振動を検知したとき、前記かごブレーキ装置の制動力を発生させ、前記巻上機制御装置が前記巻上機を駆動制御し、かつ、前記かごブレーキ制御装置が前記かごブレーキ装置の制動力を発生させている状態で、前記巻上機の駆動制御を継続し、前記かごブレーキ制御装置は、前記振動検知装置により検知した振動の信号に応じて前記かごブレーキ装置が発生する制動力を変更し、前記かごブレーキ制御装置は前記主索の張力が低下するタイミングで乗りかごが下降する方向に前記かごブレーキ装置の制動力を発生させるか、又は前記主索の張力が高くなるタイミングで乗りかごが上昇する方向に前記かごブレーキ装置の制動力を発生させるものである。

本発明のエレベーター装置では、走行状態において、振動検知装置の出力信号に基づいて乗りかごの振動を検知したとき、その振動が設定値内に収まるまでかごブレーキ装置の制動力を発生させるように構成したので、主索の伸縮による乗りかごの揺れを低減して乗り心地を改善できる効果が得られる。

本発明の実施の形態１によるエレベーター装置の概略構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態１によるエレベーター装置の処理を示すフローチャートである。本発明の実施の形態１によるエレベーター装置の主索張力の時間変化を示したグラフである。本発明の実施の形態１によるエレベーター装置の制動力の時間変化を示したグラフである。本発明の実施の形態２によるエレベーター装置の概略構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態３によるエレベーター装置の概略構成を示したブロック図である。本発明の実施の形態３によるエレベーター装置の処理動作を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るエレベーター装置の種々の実施の形態を、上記の添付図面を参照して詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるエレベーター装置の全体構成図である。本実施の形態で示すエレベーター装置はトラクション式であり、乗りかご１と釣合オモリ２を主索５の両端に吊り下げて支持し、主索５は綱車４に巻き掛けられて駆動される。エレベーター装置は、綱車４を巻上機３により回転させることで、綱車４と主索５との間に作用する摩擦力により主索５を送り出すことで運行する。また、乗りかご１は乗りかごレール６に、釣合オモリ２は釣合オモリレール７にそれぞれ案内されながら上下に昇降する構成となっている。

乗りかご１は、乗りかごレール６に荷重を負担させて乗りかご１を制動するかごブレーキ装置８を備えている。このかごブレーキ装置８は利用者が乗降する際に主索５が伸縮して乗りかご１が上下に位置ズレをしないように乗りかごレール６を保持したり、機器故障等の非常時に動作して乗りかご１を減速停止させたりする。この他、かごブレーキ装置８は、乗りかご１が走行している最中にも利用することができる。ここで、乗りかご１が走行している期間には、乗りかご１が加速している期間、一定速度で走行している期間、及び減速している期間が含まれる。

更に、エレベーター装置は、自身を運行制御するためのエレベーター制御装置９を備えており、このエレベーター制御装置９は、少なくとも巻上機３を駆動制御する巻上機制御装置９ａと、かごブレーキ装置を制御するかごブレーキ制御装置９ｂとを備えている。加えて、本エレベーター装置は、張力検知装置１０を備えている。この張力検知装置１０は主索５の張力を検知するものであり、具体的には荷重により主索５の破断を検出する破断検出装置、又は荷重変化により乗りかご内の重量を検出する秤装置等が挙げられる。

このような構成によれば、かごブレーキ制御装置９ｂは、巻上機制御装置９ａが巻上機３を駆動制御している状態で、張力検知装置１０の出力信号に基づいてかごブレーキ装置８の制動力を発生させるものである。そのため、走行中に、張力検知装置１０が、かご揺れに関係する振動を検知してかごブレーキ装置８に制動力を発生させることにより、主索５の伸縮により生じる乗りかご１の揺れを抑制することができる。すなわち、張力検知装置１０は、かご揺れに関する振動を検知する振動検知装置として機能している。

図２は、本発明の実施の形態１によるエレベーター装置が、走行中にかごブレーキ装置８に制動力を発生させることで生じる主索５の伸縮による乗りかご１の揺れを抑制する際の処理フローを示したものである。エレベーターサービス中におけるエレベーター装置の状態は、走行している状態（（図２における走行モードの場合）と停止している状態（図２における停止モードの場合）とに大きく分類できる。それぞれの状態間は走行開始と着床開始により遷移する。

図２における停止モードでは、利用者の乗降が完了して戸閉（扉が閉められたこと）を判定する（ＳＴＥＰ１ｂ）。戸閉を確認できれば、その時点の主索５の張力（以下、主索張力という。）の値を保存する（ＳＴＥＰ２ｂ）。

一方、図２における走行モードでは、走行を開始すると、張力検知装置１０の信号に基づいて主索張力の振動変化から乗りかご１の振動の有無を判定する（ＳＴＥＰ１ａ）。次に、張力検知装置１０の出力信号に基づいて乗りかご１の振動が検知されると、巻上機制御装置９ａが巻上機３を駆動制御している走行状態で、かごブレーキ装置８を作動させてその振動を抑制する（ＳＴＥＰ２ａ）。すなわち、かごブレーキ装置８を作動させて主索張力の大きさにより主索５の共振周波数を変化させることで、既に励起されている振動の周波数を共振周波数からずらすことで共振を抑制して解消することができる。

その後、主索張力の振動が設定値内に収まったか否かを判定する（ＳＴＥＰ３ａ）。主索張力の振動が設定値内に収まった場合、かごブレーキ装置８を開放して再度ＳＴＥＰ１ａの主索張力の振動発生の確認に移行する（ＳＴＥＰ１ａ）。かごブレーキ装置８の制動力の大きさは、一定でも良いし、後述するように周期的に変化させても良い。また、乗りかご１を加速させている期間、又は一定速度で走行させている期間は、通常、かごブレーキ装置８を制動させないが、特にこの期間中に乗りかご１の振動を検知した場合には、かごブレーキ装置８の制動力を発生させることで、従来に無い振動抑制の効果が得られる。これは、主索５の両側から主索５の張力を直接制御できるからである。

図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の実施の形態１によるエレベーター装置が、走行中にかごブレーキ装置８に制動力を発生させることで主索５の伸縮により生じる乗りかご１の揺れを効率良く抑制する際の主索張力及び制動力の時間変化を示したものである。

ここで、図３Ｂにおける制動力は乗りかご１が下降している状態では乗りかご１の上昇方向に作用し、乗りかご１が上昇している状態では乗りかご１の下降方向に作用することとなる。図３Ｂの制動力及び図３Ａの主索張力はそれぞれ乗りかごに対して上方向に働く力を正の方向として例示している。図３Ａの主索張力の時間変化のグラフ下部には、対応するモード及び処理ＳＴＥＰが示されている。各ＳＴＥＰでの具体的な判定内容を以下に説明する。

図２の停止モードでは利用者の戸閉後、基本的に図３Ａの主索張力は一定値に落ち着く状態となる。この状態の主索張力（以下、Ｔとする。）を主索張力値として保存する（ＳＴＥＰ２ｂ）。その後、走行を開始すると図２の走行モードに入った後、本例では主索張力振動が大きくなるケースを想定している。主索張力振動は、乗りかご１内で利用者が徒に乗りかご１を上下に揺すったり、レール６の歪みによる外乱、又はシステムの共振等により生じる。

図２の走行モードに入った後、初めは主索張力振動の検知、すなわち、設定値以上の主索張力振動が発生していることを判定する（ＳＴＥＰ１ａ）。具体的には、保存した主索張力値Ｔ（ＳＴＥＰ２ｂ）から、予め許容しない張力振幅として定めていたΔｔ１以上の大きさの張力が生じたか否かにより、主索張力振動の発生の有無を判定することができる。

主索張力振動が発生したことを判定すると、かごブレーキ装置８を作動させ（ＳＴＥＰ２ａ）、さらに主索張力の振動が設定値内に収まったか否か、すなわち、設定値以上の主索張力振動が発生していないか否かを判定する（ＳＴＥＰ３ａ）。

具体的には、保存した主索張力値Ｔ（ＳＴＥＰ２ｂ）から、予め許容する範囲の張力振幅として定めたΔｔ２以上の大きさの張力が一定の時間生じていないか否かを判断し、判定結果がＹＥＳの場合、主索張力振動が収束したと判定し、かごブレーキ装置８を開放する（ＳＴＥＰ４ａ）。ここで、一定時間は任意に定めることができるが、例えば、主索張力振動の１周期ｗを基準にすることが考えられる。この１周期ｗは、図３Ａに示すように検知している主索張力が張力値Ｔと交差するタイミングの時間間隔とすることができる。

一方、効率的に主索張力振動を抑制するためには、主索振動の伸縮を抑制する方向にかごブレーキ装置８の制動力を発生させることが好ましい。そのため、制動力は、張力が低下するタイミングで乗りかごが下降する方向に作用させるか、又は張力が高くなるタイミングで乗りかご１が上昇する方向に作用させるのが好ましい。また、このようなタイミングでかごブレーキ装置８を動作させる場合、主索張力振動と同一周期で、主索張力が弱まるタイミングでかご１の上方向に制動力を掛けることとなる。すなわち、図３Ａに示すように主索張力の振動と同一周期かつ逆位相となるタイミングで制動力を掛けることにより、主索５の張力変動周期を打ち消し、以て振動を抑制することができる。

また、図３Ｂに示すように制動力の大きさは任意に定めることができるが、検出した主索張力と同じ大きさとすることで効率良く主索張力振動を抑制できる。主索張力を検出しながら、検出した主索張力と同じ制動力を発生させるだけの制御応答性をかごブレーキ装置８が備えていない場合、半周期前のロープ張力の最大振幅を検出して同じ大きさの制動力を発生させる方法でも効率良く振動を抑制することができる。

また、図３Ｂに示すように、時点ｐ１〜ｐ３で検知した主索張力振動の大きさに応じて制動力の振幅レベルを変えることで、かごブレーキ装置８に必要以上の大きな制動力を発生させて意図しない揺れを生じさせる可能性を低減させることができる。

本実施の形態におけるエレベーター装置では、乗りかご１の外側上部に配置された張力検知装置１０で主索５の主索張力振動を検知するが、この主索張力が確認できれば、他の位置部分に配置された張力検知装置を利用することもできる。

以上のように、本発明の実施の形態１によるエレベーター装置では、走行中の乗りかごの揺れをかごブレーキ制御装置により制御することで、主索の伸縮による乗りかごの揺れを低減して乗り心地を改善できる効果が得られる。特に、かごを加速若しくは減速する区間と、等速に維持して運行する区間の切替りにおける加速度でかごの揺れが大きくなる事があるが、この揺れを直接感度良く検知して抑制するように制御する事ができる。
また、従来、加速又は等速に駆動制御しているときは、かご側でブレーキ制動力を発生しないため、主索の伸縮による揺れを巻上機側から抑制するのは困難であった。本実施の形態によって、主索の両端で張力を直接制御できるため容易に揺れを抑制できる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２によるエレベーター装置の全体構成図である。このエレベーター装置は、図１の構成における張力検知装置の代わりに、乗りかご１内の床位置で乗りかご１内の積載重量負荷を検知する荷重検知装置１１を備えている。

この実施の形態では、主索張力の振動を直接検出することができない。しかしながら、主索５の張力変動が生じて乗りかご１が揺れている状態では、乗りかご１内の荷重検知装置１１から出力される荷重値も振動するため、その荷重値に対応する制動力をかごブレーキ装置８に発生させることで揺れを抑制することができる。

特に、利用者が乗りかご１を内部から揺することにより生じる主索張力変動に対しては、かご１内からの外力を乗りかご１の位置で直接検出でき、かごブレーキ装置８で外力を打ち消す方向に乗りかご１を直接制振することができる。このため、乗りかご１の揺れを効率的に精度良く低減することができる。

なお、本実施の形態においても荷重検知装置１１は、乗りかご１の振動を検知する振動検知装置として機能している。さらに、検知した振動を抑制するために行うかごブレーキ装置８の制御は、実施の形態１と同様の方法を用いることができる。

以上のように、本発明の実施の形態２によるエレベーター装置では、走行中の乗りかごの揺れ、特にかご内からの外力を効率良く相殺するようにかごブレーキ制御装置がかごブレーキ装置を制御し、制動力を発生させることで、主索の伸縮による乗りかごの揺れを低減して乗り心地を改善できる効果が得られる。

実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３によるエレベーター装置の全体構成図である。この実施の形態を上記の実施の形態１を示す図１と比較すると、張力検知装置１０の代わりに、本エレベーター装置を収容する建築物２０の揺れを検知する揺れ検知装置１２を備えている。一般のエレベーター装置は揺れ検知装置に相当するものとして地震感知器を備えており、これによってエレベーター制御装置が建築物２０の揺れの大きさを検知できる。なお、揺れ検知装置１２は、乗りかご１の振動を検知する振動検知装置の一種である。

エレベーター制御装置９が設定値以上の建築物の揺れを検知した場合、地震や強風で建築物が横揺れした際に主索５が共振により振れて昇降路内の機器に衝突して損傷させている可能性もある。このため、一旦サービスを停止して点検後に再度サービスを開始するのが一般的である。

一方、本発明に係るエレベーター装置は、かごブレーキ制御装置９ｂを備えており、巻上機制御装置９ａが巻上機３を駆動制御している走行状態で、かごブレーキ装置８の制動力を発生させることができ、特に地震や強風による建築物の揺れに対応して巻上機３を駆動制御できる。そのため、地震や強風により主索５が振動するのを抑制するように巻上機３を駆動制御することで主索５の揺れを抑制し、主索５が共振により振れて昇降路内機器に衝突するのを回避することができる。

図６は、本発明の実施の形態３によるエレベーター装置が、建築物２０の揺れに対応して巻上機３を駆動制御することで主索５の揺れを抑制する際の処理フローを示したものである。ここでの状態は、事象をサービス中の状態（図６におけるサービスモードの場合）と休止中の状態（図６における休止モードの場合）に大きく分類できる。それぞれの状態間はサービス開始と休止により遷移する。

図６における休止モードでは、特にエレベーター装置が駆動しないため何ら動作しない。サービスを開始して図６におけるサービスモードに入ると、建築物２０の揺れが設定値を超えたか否かを揺れ検知装置１２の出力信号からエレベーター制御装置９が判定する（ＳＴＥＰ１ｃ）。建築物２０の揺れが設定値以上になったことが判ると（ＹＥＳ）、走行中であるか否かを判定する（ＳＴＥＰ２ｃ）。その結果、走行中であれば乗りかご１を最寄階に停止させる（ＳＴＥＰ３ｃ）。その後、乗りかご１が停止した状態で、かごブレーキ装置８を作動させて乗りかご１を停止位置に保持する（ＳＴＥＰ４ｃ）。そして、乗りかご１が保持されている状態で、巻上機３の駆動制御を開始して主索５の揺れを制振する（ＳＴＥＰ５ｃ）。その後、建築物２０の揺れが設定値内になったことを確認して駆動制御を終了する（ＳＴＥＰ６ｃ，７ｃ）。

次に、本実施の形態における、乗りかご１の揺れ、すなわち主索５の揺れを制振する具体的な制御方法を説明する。主索５の横揺れが大きくなるのは建築物２０の揺れと主索５の横揺れの固有振動数が一致するためであり、固有振動数が一致しないように制御することで乗りかご１の振動を抑制できる。主索５の横揺れの固有振動数は、単純な弦振動で事象を捉えることができ、次式により算出される。

ここで、νは主索５の横揺れの固有振動数、ｌは振動する主索５の長さ、ρは主索５の線密度、Ｔは主索５に掛かる張力である。

これにより、張力を制御することで固有振動数を自在に変更できることが判る。従って、図６におけるサービスモードに示すように、かごブレーキ装置８により乗りかご１を停止保持している状態で巻上機３を駆動制御すれば、乗りかご１から綱車４までの主索５の張力を制御できる。そして、検知した建築物２０の揺れと主索５の固有振動数とが離れるように主索張力Ｔを変化させることにより、建築物２０の揺れにより主索５の固有振動が励起されるのを回避することができる。

また、本実施の形態においては、建築物２０の揺れを検知することと、乗りかご１の振動を検知することとを対応させたが、図１の実施の形態１において、主索５の張力を張力検知装置１０により検知し、その主索張力の変化から建築物２０の揺れの振動数を検知した後、主索５の張力を、巻上機３を駆動制御することにより変化させ、主索５の固有振動数を、検知した建築物２０の揺れの振動数から離すことによっても、同様の効果が得られる。

この際、主索５の横揺れによる振動数は、主索５の縦揺れによる振動数の１／２として検知されることに注目して、主索５の張力を制御する必要がある。すなわち、検知する主索５の振動数の１／２の周期で建築物２０が横揺れしているものとして、主索張力を調整して横揺れの固有振動数を制御する必要がある。

以上のように、本発明の実施の形態３によるエレベーター装置では、主索の固有振動数を制御することで、地震や強風等により建築物が揺れた場合にも主索が共振するのを抑制し、主索が昇降路内機器に衝突して損傷させるのを防止する効果が得られる。

１乗りかご、２釣合オモリ、３巻上機、４綱車、５主索、６乗りかごレール、７釣合オモリレール、８かごブレーキ装置、９エレベーター制御装置、９ａ巻上機制御装置、９ｂかごブレーキ制御装置、１０張力検知装置、１１荷重検知装置、１２揺れ検知装置、２０建築物。

Claims

乗りかごと、
釣合オモリと、
前記乗りかごと前記釣合オモリを支持する主索と、
前記主索を巻き掛けて駆動する巻上機と、
前記乗りかごを案内する乗りかごレールと、
前記乗りかごレールに荷重を負担させて前記乗りかごを制動するかごブレーキ装置と、
前記巻上機を制御する巻上機制御装置と、
前記かごブレーキ装置を制御するかごブレーキ制御装置と、
前記乗りかごの振動、エレベーター装置を収容する建築物の振動または前記主索の張力の振動である主索張力振動を検知する振動検知装置とを備え、
前記かごブレーキ制御装置は、前記主索張力振動を検知したとき、前記かごブレーキ装置の制動力を発生させ、
前記巻上機制御装置が前記巻上機を駆動制御し、かつ、前記かごブレーキ制御装置が前記かごブレーキ装置の制動力を発生させている状態で、前記巻上機の駆動制御を継続し、
前記かごブレーキ制御装置は、前記振動検知装置により検知した振動の信号に応じて前記かごブレーキ装置が発生する制動力を変更し、
前記かごブレーキ制御装置は前記主索の張力が低下するタイミングで乗りかごが下降する方向に前記かごブレーキ装置の制動力を発生させるか、又は前記主索の張力が高くなるタイミングで乗りかごが上昇する方向に前記かごブレーキ装置の制動力を発生させる
エレベーター装置。
前記振動検知装置は、前記乗りかごの振動として、前記乗りかご内の床と前記かごブレーキ装置との間に作用する荷重を検知する荷重検知装置である
請求項１に記載のエレベーター装置。
前記振動検知装置は、前記建築物の横揺れを検知する揺れ検知装置である
請求項１に記載のエレベーター装置。
前記振動検知装置は、前記主索の張力変動により前記建築物の横揺れを検知するものである
請求項３に記載のエレベーター装置。
前記かごブレーキ制御装置は、前記建築物の横揺れの大きさが設定値以上のとき、前記かごブレーキ装置に制動力を発生させる
請求項３又は４に記載のエレベーター装置。
前記巻上機制御装置が前記巻上機を駆動制御している状態は、加速駆動制御状態又は等速駆動制御状態である
請求項１から５のいずれか１項に記載のエレベーター装置。
前記振動検知装置の出力信号に基づいて前記乗りかごの振動を検知したとき、前記振動が設定値内に収まるまで前記かごブレーキ装置の制動力を発生させる
請求項１から６のいずれか１項に記載のエレベーター装置。