JP6768150B2 - 移動距離計測装置 - Google Patents

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Description

本発明は、移動体の移動距離を計測する移動距離計測装置及び移動距離計測方法に関する。本発明はさらに、移動距離計測装置を備えたエレベーター及び車両に関する。
エレベーターのかご、車両などの移動体に取り付けられ、電波を用いて移動体の移動距離及び／又は速度を計測する移動距離計測装置が、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１は、移動体（車両）から固定面（地面）に電波を送信し、反射波を送信波で直交検波して算出される位相の変化量に基づいて移動距離を算出することを開示している。反射波の振幅情報を用いずに位相の変化量に基づいて移動距離を算出するので、固定面の電波の反射状態が急激に変動した場合でも、正確に移動距離を計測できる。
国際公開第２０１３／１０５３５９号
特許文献１によれば、砂利石及び枕木がある地面、すなわちランダムな凹凸がある固定面に電波を送信し、その反射波の位相の変化量と、反射強度が最大となる角度とを用いて移動距離を算出する。しかしながら、固定面の表面が均一に平坦でない場合には、反射強度が最大となる角度は移動に伴って変化するので、移動距離の算出結果に誤差が生じるという課題がある。また、反射強度が最大となる角度は、アンテナから固定面までの距離を用いて算出するので、アンテナの取り付けずれにより誤差が生じるという課題もある。
本発明の目的は、上記の課題を解決し、従来技術に比較して移動体の移動距離を正確に計測できる移動距離計測装置及び移動距離計測方法を提供することにある。本発明の目的はさらに、移動距離計測装置を備えたエレベーター及び車両を提供することにある。
本発明の一態様に係る移動距離計測装置は、
移動体の移動経路に沿って一定の配置間隔で配置された複数の反射器を含む反射手段に向けて電波を送信し、前記反射手段からの反射波を受信する送受信手段と、
前記送受信手段が受信した反射波の位相を検出する位相検出手段と、
前記位相検出手段により検出された位相に基づいて位相の変化量を算出する位相変化量演算手段と、
前記位相変化量演算手段により算出された位相の変化量と、前記反射器の配置間隔とに基づいて、前記移動体の移動距離を算出する移動距離演算手段とを備えたことを特徴とする。
本発明に係る移動距離計測装置によれば、反射体の配置間隔に基づいて移動距離を算出するので、反射強度が最大となる角度が移動に伴い変化することにより生じる誤差、及び、アンテナの取り付けずれにより生じる誤差を抑制して、従来技術に比較して移動体の移動距離を正確に計測することができる。
本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０が取り付けられたエレベーターの構成を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の内部構成を示す図である。 本発明の実施の形態１におけるかご３の移動に伴って生じる反射波の位相の変化を説明する図である。 本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０により実行される移動距離計測処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る移動距離計測装置１０Ａの内部構成を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る移動距離計測装置１０Ａにより実行される移動距離計測処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３に係る移動距離計測装置１０Ｂの内部構成を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る移動距離計測装置１０Ｂによって使用される補正量テーブルの一例を示す図である。 本発明の実施の形態３に係る移動距離計測装置１０Ｂにより実行される移動距離計測処理を表すフローチャートである。 本発明の実施の形態４に係る移動距離計測装置１０が取り付けられた列車の構成を示す図である。
実施の形態１．
実施の形態１では、移動距離計測装置をエレベーターのかごに取り付けた場合について示す。この場合、エレベーターのかごが移動体であり、移動距離計測装置は昇降路に沿って移動するかごの移動距離を計測する。
図１は、本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０が取り付けられたエレベーターの構成を模式的に示す図である。図１において、昇降路１内には一対のガイドレール２が設置されている。かご３は、ガイドレール２に案内されて昇降路１内を昇降する。かご３は、駆動装置４に掛けられた主ロープ５によって吊り下げられ、主ロープ５の反対側には釣合おもり６が吊り下げられている。かご３の上面には、取付治具７を介して移動距離計測装置１０が取り付けられている。なお、移動距離計測装置１０は、かご３の側面又は底面に取り付けられてもよい。
ガイドレール２には、反射体８が取り付けられている。反射体８は、一定の配置間隔で配置された複数の反射器９を含む反射手段である。各反射器９は、金属又はセラミックなどの電波反射部材で形成され、同じ形状を有する。反射器９の形状は、柱状又は球状である。電波の入射方向への反射特性を高めるためには、反射面は、送信波に対して滑らかな面ではなく、粗い面すなわち凹凸をもつ面である必要がある。この基準としてレイリー基準が知られている。レイリー基準によれば、電波を反射面の凹部で反射する場合と凸部で反射する場合とで、送信アンテナ１２ａから受信アンテナ１２ｂまでの電波の行路差が送信波の波長の１／４以上であれば、反射面を粗い面として扱うことができる。反射器９の高さは、このような基準に基づき、反射面が粗い面となるように決定される。反射器９の配置間隔の決定方法については詳細後述する。なお、反射体８は、かご３の移動経路に沿って、かご３の移動方向と略平行となるように設置されていればよい。反射体８は、例えば、ガイドレール２以外の構造物又は昇降路の壁に取り付けてもよく、構造物及び壁とは独立に設置してもよく、ガイドレール２と一体に形成されてもよい。
図２は、本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の内部構成を示す図である。移動距離計測装置１０は、かご３の移動距離を計測する。図２において、移動距離計測装置１０は、発振器１１、アンテナ１２、増幅器１３、ＩＱ復調器１４、位相検出回路１５、位相変化量演算回路１６、移動距離演算回路１７、入力端子１８、及び出力端子１９を備えて構成される。
発振器１１は無線周波信号を発生する。ここで、発振器１１は、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）を水晶発振器などの温度特性の優れた基準信号源に同期させることで、無線周波信号を安定的に発生する。発振器１１は、予め設定された無線周波数を有する無線周波信号を発生する。発振器１１によって発生された無線周波信号は、送信信号として送信アンテナ１２ａ及びＩＱ復調器１４に送られる。移動距離を計測するために、発振器１１は、例えば、１０ＧＨｚ帯、２４ＧＨｚ帯、６０ＧＨｚ帯、７７ＧＨｚ帯などのマイクロ波帯の無線周波信号を発生してもよい。
アンテナ１２は、送信アンテナ１２ａと受信アンテナ１２ｂが同一基板上に形成されたパッチアンテナとして構成された送受信手段である。送信アンテナ１２ａは、発振器１１によって発生された送信信号を電波（送信波）として反射体８に向けて放射する。受信アンテナ１２ｂは、送信アンテナ１２ａから放射されて反射体８で反射した電波（反射波）を受信し、送信信号に対応する反射信号として取得する。受信アンテナ１２ｂで取得された反射信号は、増幅器１３に送られる。なお、送信アンテナ１２ａと受信アンテナ１２ｂを別々の部品とし、互いが近傍に配置されるように構成してもよい。また、送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂは、移動距離計測装置１０の別個の位置に設けられてもよい。この場合、送信アンテナ１２ａから反射体８までの電波の伝搬距離と、反射体８から受信アンテナ１２ｂまでの電波の伝搬距離とは異なる可能性がある。以下、本明細書では、反射体８への往復の伝搬距離が互いに等しい場合を例として説明する。
送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂの偏波方向は水平偏波であるとする。すなわち、ガイドレール２の幅方向と平行であり、ガイドレール２の長手方向とは直交する。なお、送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂの偏波方向を垂直偏波としてもよい。
増幅器１３は、受信アンテナ１２ｂから送られた反射信号を所定の振幅レベルまで増幅する。増幅器１３で増幅された反射信号はＩＱ復調器１４に送られる。
ＩＱ復調器１４は、発振器１１によって発生された送信信号を基準信号として用いて、増幅器１３から送られた当該送信信号に対応する反射信号を直交検波（ＩＱ検波）し、ＩＱ平面上における当該反射信号の座標を示すＩＱ信号を取得する。ＩＱ復調器１４で取得されたＩＱ信号は、位相検出回路１５に送られる。
位相検出回路１５は、ＩＱ復調器１４で取得されたＩＱ信号に基づいて、反射波の位相を検出する位相検出手段である。位相検出回路１５で検出された位相を表す信号は位相変化量演算回路１６に送られる。
位相変化量演算回路１６は、位相検出回路１５により検出された位相に基づいて位相変化量を算出する位相変化量演算手段である。位相変化量演算回路１６で算出された位相変化量を表す信号は移動距離演算回路１７に送られる。
移動距離演算回路１７は、位相変化量演算回路１６によって算出された位相変化量と、反射体８における反射器９の配置間隔とに基づいて、かご３の移動距離を算出する移動距離演算手段である。移動距離演算回路１７で算出された移動距離を示す信号は出力端子１９に送られる。なお、移動距離演算回路１７は、入力端子１８を介して外部からリセット信号が入力された場合には、移動距離を０に戻す。
ここで、反射波の位相の変化量に基づいてかご３の移動距離を算出する方法と、そのときに生じる課題について説明する。
図３は、本発明の実施の形態１におけるかご３の移動に伴って生じる反射波の位相の変化を説明する図である。図３において、破線２１は、ガイドレール２の面に対する平行線である。また、破線２２は、かご３の進行方向の上斜め方向に破線２１から角度θｅだけ傾いた線である。角度θｅは、例えば４５度とする。図３に示すように、アンテナ１２は、送信波の放射方向が破線２２に一致するように配置されている。送信アンテナ１２ａから送信波は広がり（ビーム幅）をもって放射される。受信アンテナ１２ｂが受信する反射波は、その放射範囲２３内の各反射器９からの反射波の合成波となる。ここで、放射範囲２３は送信アンテナ１２ａの半値角（半値幅）の範囲とする。放射範囲２３のうち、破線２２とガイドレール２の面が交わる点、もしくはその点よりやや手前（移動距離計測装置１０に近い側）での反射が最も強くなる。これは、手前のほうがアンテナ１２に対する距離が短いためである。
図３において、複数の反射器９のうち、破線２２とガイドレール２の面が交わる点における反射器９を「反射器９Ａ」として示す。ベクトルΔｓは、反射器９Ａが微小単位時間当りに見かけ上進む方向と大きさを示している。実際には、かご３の移動に伴って移動距離計測装置１０が移動するが、ここでは移動距離計測装置１０を基準に考える。また、微小単位時間は、かご３が最高速度のときに進む距離が送信波の波長より十分に小さい値（例えば１／１０以下）となる時間長を有するように設定される。角度θｒは反射強度が最大となる角度を示している。この角度θｒの方向から到来した反射波に基づいて、かご３の移動距離を算出する。ここでは、角度θｒが角度θｅと同じ場合について説明するが、角度θｒと角度θｅは必ずしも同じにはならない。
このとき、アンテナ１２から反射器９Ａまでの距離の変化量ΔＬは次式（１）で表される。
ΔＬ＝Δｓ・ｃｏｓθｒ ・・・（１）
また、送信波の波長をλとすると、微小単位時間での反射信号の位相変化量Δφは次式（２）で表される。
Δφ＝２（２π／λ）・ΔＬ ・・・（２）
この位相変化量ΔφがＩＱ復調器１４の出力信号の変化として現れる。この際、ＩＱ復調器１４は、反射信号と送信信号との直交検波により、Ｉ成分（同相成分）及びＱ成分（直交成分）の２つの成分を有するＩＱ信号を出力する。そして、位相検出回路１５は、ａｒｃｔａｎ（Ｑ／Ｉ）を求めることで、当該ＩＱ信号の位相を得ることができる。ａｒｃｔａｎは逆正接関数である。そして、位相変化量演算回路１６は、現在の位相と、微小単位時間だけ前の位相との差分を求めることで、位相変化量Δφを得ることができる。そして、移動距離演算回路１７は、式（１）及び式（２）を用いて、位相変化量Δφから微小単位時間当りの移動距離Δｓを算出して積分することで、その積分時間でかご３が移動した距離（積算移動距離）を求めることができる。
以上の説明では、微小単位時間当りの移動距離Δｓを求めて積分することでかご３の積算移動距離ｓを算出する方法を示した。一方、微小単位時間当りの位相変化量Δφを積算した積算位相φを求めて、積算位相φから直接的に積算移動距離ｓを求めることもできる。式（１）及び式（２）において、微小単位時間当りの移動距離Δｓを積算移動距離ｓに置き換え、微小単位時間当りの位相変化量Δφを積算位相φに置き換えて整理すると、次式（３）が得られる。
ｓ＝φ・λ／（４π・ｃｏｓθｒ） ・・・（３）
ここで、位相は、０から２πまで変化したとき、２πから０に戻って再び２πまで進むのではなく、そのまま２πから４πまで進むものとして計算する。このように位相の不連続点を生じさせることなく連続に積み上げることはフェーズアンラップとして知られ、ここではその方法を用いる。すなわち、位相変化量を２π以上にわたって積算し、その積算位相から積算移動距離を求める。
なお、移動距離演算回路１７は、入力端子１８を介して外部からリセット信号が入力された場合には、積算位相を０に戻す。
上記の方法でかご３の移動距離を求めるとき、角度θｒがずれた場合又は正確に分からない場合は、位相変化量及び積算位相を正確に求められず、移動距離の算出結果に誤差が生じるという課題がある。
上述のとおり、電波の入射方向への反射特性を高めるためには、反射面が、送信波に対して滑らかな面ではなく、粗い面すなわち凹凸をもつ面とする必要がある。凹凸をもつ面では、反射強度の高い箇所と低い箇所が存在する。また、送信アンテナ１２ａから電波は広がり（ビーム幅）をもって放射されるので、受信アンテナ１２ｂが受信する反射波は、その放射範囲内の各点からの反射波の合成波となる。そのため、送信アンテナ１２ａ及び受信アンテナ１２ｂと反射面との位置関係に応じて、受信アンテナ１２ｂが受信する反射波の強度が最大となる角度が変化する。よって、反射強度が最大となる角度はかご３の移動に伴って変化するので、逐次その角度を検出して用いなければ、移動距離の算出結果に誤差が生じる。反射強度が最大となる角度を逐次正確に検出することは困難である。
この課題を解決するために、実施の形態１に係る移動距離計測装置１０は、一定の配置間隔で配置された複数の反射器９を含む反射体８からの反射波の位相の変化量と、反射器９の配置間隔とに基づいて、かご３の移動距離を算出する移動距離演算回路１７を備えて構成される。この構成により、反射強度が最大となる角度が移動に伴い変化することにより生じる誤差、及び、アンテナの取り付けずれにより生じる誤差を抑制して、従来技術に比較してかご３の移動距離を正確に計測することが可能となる。
次に、反射体８を構成する反射器９の配置間隔の決定方法について説明する。
図３において、反射器９は一定の配置間隔ｄで配置されている。反射器９が等間隔に配置されている場合、かご３がある位置から移動を開始して配置間隔分の距離ｄを移動したとき、アンテナ１２と各反射器９との位置関係は、移動前から反射器１個分ずれて同じ状態となる。よって、受信アンテナ１２ｂが受信する反射波の位相もまた、移動前と同じ位相に戻る。このとき、位相が１周するので位相変化量は２πとなる。
式（２）より、アンテナ１２から反射器９Ａまでの距離の変化量ΔＬが、０から半波長分すなわちλ／２まで変化する間に、位相変化量Δφは０から２πまで連続的に変化する。言い換えると、移動前の反射波の位相をφ０としたとき、反射波の位相がφ０からφ０＋２πまで連続的に変化する。
よって、かご３が距離ｄを移動したときのアンテナ１２から反射器９Ａまでの距離の変化量ΔＬがλ／２以下である場合、距離ｄを移動する間の位相変化量Δφは０から２πまで連続的に変化し、移動距離Δｓと位相変化量Δφは一意に対応付けられる。そして、距離ｄを移動したとき、すなわちΔｓ＝ｄのときにΔφ＝２πとなる。したがって、かご３が配置間隔ｄの距離を移動する毎に反射波の位相が２π変化するので、かご３の移動距離は、位相変化量Δφと反射器９の配置間隔ｄを用いて次式（４）で表される。
Δｓ＝（Δφ／２π）・ｄ ・・・（４）
式（４）により、反射強度が最大となる角度を用いずにかご３の移動距離を算出することができる。また、この方法によれば、アンテナ１２から反射体８までの距離も用いずにかご３の移動距離を算出することができる。従って、この方法によれば、アンテナ１２の取り付けずれにより生じる誤差を抑制することもできる。
一方、かご３が距離ｄを移動したときのアンテナ１２から反射器９Ａまでの距離の変化量ΔＬがλ／２を超える場合は、距離ｄを移動する途中で位相変化量Δφが２πに達するので、移動距離Δｓと位相変化量Δφを一意に対応付けできなくなる。そのため、式（４）によってかご３の移動距離を正しく算出できない場合がある。
なお、上述のとおり、受信アンテナ１２ｂが受信する反射波の強度が最大となる角度は必ずしも角度θｒ（反射器９Ａの方向）とはならず、それより手前となる場合もある。このことを踏まえると、配置間隔ｄは、かご３が距離ｄを移動するとき、送信波の放射範囲に含まれる反射器９のうちでアンテナ１２に最も近接した反射器９に対するアンテナ１２からの距離の変化量ΔＬが、最大でも、λ／２以下となるように決定することが好適である。このように反射器９の配置間隔を決定することで、かご３の移動距離をより正確に算出することができる。
上述のとおり、移動距離Δｓは、受信アンテナ１２ｂによって受信される反射波の位相が、アンテナ１２と各反射器９との位置関係に応じて連続的かつ周期的に変化することを利用して、位相変化量Δφに基づいて算出される。従って、各反射器９は、送信波の放射範囲内に少なくとも１つの反射器９が常に存在するように配置される。
実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の動作について以下に説明する。
図４は、本発明の実施の形態１に係る移動距離計測装置１０により実行される移動距離計測処理を示すフローチャートである。移動距離計測装置１０は、移動距離計測処理を、かご３が最高速度のときに進む距離が送信信号の波長より十分に小さい値（例えば１／１０以下）となる時間間隔で実行する。
まず、ステップＳ１０１において、発振器１１は、予め設定された周波数を有する送信信号を発生し、送信アンテナ１２ａは、発振器１１によって発生された送信信号を電波として反射体８に向けて放射する。次いで、ステップＳ１０２において、受信アンテナ１２ｂは、送信アンテナ１２ａから放射されて反射体８で反射された電波を受信して反射信号として取得し、増幅器１３は、この反射信号を所定の振幅レベルまで増幅する。次いで、ステップＳ１０３において、ＩＱ復調器１４は、増幅器１３から送られた反射信号を、発振器１１によって発生された送信信号を基準信号として用いて直交検波（ＩＱ検波）し、ＩＱ信号を取得する。次いで、ステップＳ１０４において、位相検出回路１５は、ＩＱ復調器１４で取得されたＩＱ信号に基づいて、反射波の位相を検出する。次いで、ステップＳ１０５において、位相変化量演算回路１６は、位相検出回路１５により検出された位相に基づいて位相変化量を算出する。次いで、ステップＳ１０６において、移動距離演算回路１７は、位相変化量演算回路１６によって算出された位相変化量と、反射体８における反射器９の配置間隔とに基づいて、かご３の移動距離を算出する。かご３の移動距離を算出する方法の詳細は前述のとおりである。次いで、ステップＳ１０７において、移動距離演算回路１７は、算出された移動距離を示す信号を出力端子１９に出力する。
以上のような実施の形態１に係る移動距離計測装置１０によれば、反射体８における反射器９の配置間隔に基づいて移動距離を算出するので、反射強度が最大となる角度が移動に伴い変化することにより生じる誤差、及び、アンテナ１２の取り付けずれにより生じる誤差を抑制して、従来技術に比較してかご３の移動距離を正確に計測することができる。
また、実施の形態１に係る移動距離計測装置１０によれば、反射波の位相変化特性を考慮し、送信アンテナ１２ａによる送信波の波長に基づいて反射器９の配置間隔を決定するので、かご３の移動距離を計測する精度を向上することができる。
また、実施の形態１に係る移動距離計測装置１０によれば、エレベーター分野において、電波を用いて非接触でかご３の移動距離及び速度を正確に計測することができるので、エンコーダと昇降路全長にわたるロープとで構成された従来の調速機を撤廃することができ、設置コスト及びメンテナンスコストを抑えることができる。
実施の形態２．
実施の形態２では、位相検出回路１５により検出された反射波の位相を補正したうえで、かご３の移動距離を算出する構成をさらに備える場合について示す。
図５は、本発明の実施の形態２に係る移動距離計測装置１０Ａの内部構成を示す図である。図５の移動距離計測装置１０Ａは、図２に示す実施の形態１に係る移動距離計測装置１０に比較して、位相補正回路２０をさらに備えたことを特徴とする。
位相補正回路２０は、位相検出回路１５により検出された位相をその値に基づいて補正する位相補正手段である。位相変化量演算回路１６は、位相検出回路１５により検出された位相の代わりに、位相補正回路２０により補正された位相に基づいて位相の変化量を算出する。
図６は、本発明の実施の形態２に係る移動距離計測装置１０Ａにより実行される移動距離計測処理を示すフローチャートである。
図６において、ステップＳ２０１〜Ｓ２０４の処理は、図４に示すフローチャートのステップＳ１０１〜Ｓ１０４の処理と同一であるので、それらの各処理の説明は省略する。
ステップＳ２０５において、位相補正回路２０は、位相検出回路１５により検出された位相をその値に基づいて補正する。次いで、ステップＳ２０６において、位相変化量演算回路１６は、位相補正回路２０により補正された位相に基づいて位相変化量を算出する。
図６において、ステップＳ２０７〜Ｓ２０８の処理は、図４に示すフローチャートのステップＳ１０６〜Ｓ１０７の処理と同一であるので、それらの各処理の説明は省略する。
位相検出回路１５により検出された位相の補正方法について以下に説明する。
前述のとおり、かご３がある位置から移動を開始して反射器９の配置間隔ｄの距離を移動するとき、受信アンテナ１２ｂが受信する反射波の位相変化量Δφは０から２πまで連続的に変化する。しかしながら、位相変化量Δφは移動距離に対して線形に変化するとは限らない。これは、受信アンテナ１２ｂが受信する反射波は、送信波の放射範囲内の各点からの反射波の合成波であるためである。そのため、移動距離が配置間隔ｄの整数倍以外の場合は、式（４）によって算出した移動距離に誤差が生じる場合がある。
前述のとおり、かご３が距離ｄを移動したとき、アンテナ１２と各反射器９の位置関係は、移動前から反射器１個分ずれて同じ状態となるので、距離ｄの移動毎にその間の反射波の位相の変化の推移は同じとなる。よって、上記の方法によって算出した移動距離の誤差も、距離ｄの移動毎に同じ推移となる。言い換えると、反射波の位相（０〜２π）に応じて決まった誤差が生じる。
そこで、検出される位相に応じた補正量として、かご３の移動距離に対して線形に変化する位相を生成するように予め決められた周期的に変化する補正量を予め定めておく。位相補正回路２０は、位相検出回路１５により検出された位相に対応する補正量を求め、検出された位相を補正量によって補正する。補正量は、固定値であってもよく、もしくは学習して更新される値としてもよい。なお、ここでの位相は、０から２πまで変化したとき、２πから０に戻って再び２πまで進むものとして計算する。
以上のような実施の形態２に係る移動距離計測装置１０Ａによれば、位相検出回路１５が検出した反射波の位相をその値に基づいて補正したうえで位相変化量を算出するので、かご３の移動距離が反射器９の配置間隔の整数倍以外の場合に生じる誤差を抑制して、かご３の移動距離の計測精度を向上できる。
実施の形態３．
実施の形態２では、位相検出回路１５により検出された反射波の位相をその値に基づいて補正したうえで、かご３の移動距離を算出する場合を説明した。これに対して、実施の形態３では、アンテナ１２から反射体８までの距離を検出し、その検出結果をさらに参照して反射波の位相を補正する場合について説明する。
実施の形態２で述べたとおり、反射波の位相（０〜２π）に応じて決まった誤差が生じる場合、かご３の移動距離に対して線形に変化する位相を生成するための適切な補正量を、反射波の位相に応じて一意に定めることができる。しかし、これは、アンテナ１２から反射体８までの距離が一定であることが前提であり、アンテナ１２から反射体８までの距離が変化すると、反射波の位相に応じた誤差も変化するので、適切な補正量も異なる。
エレベーターのかご３、列車の車両３１などでは、走行中に生じる振動などによってアンテナ１２から反射体８までの距離が変化する場合がある。そこで、実施の形態３に係る移動距離計測装置１０Ｂは、アンテナ１２から反射体８までの距離を検出し、その検出結果と反射波の位相とに基づいて反射波の位相を補正したうえで、かご３の移動距離を算出するように構成される。
図７は、本発明の実施の形態３に係る移動距離計測装置１０Ｂの内部構成を示す図である。図７の移動距離計測装置１０Ｂは、図５に示す実施の形態２に係る移動距離計測装置１０Ａに比較して、距離検出器４１をさらに備えたことを特徴とする。
距離検出器４１は、アンテナ１２から反射体８までの距離を検出する距離検出手段であり、例えばレーザ距離センサなどを備える。位相補正回路２０は、位相検出回路１５により検出された位相を、その値と、距離検出器４１により検出された距離とに基づいて、かご３の移動距離に対して線形に変化するように補正する。詳細には、位相補正回路２０は、反射波の位相と、アンテナ１２から反射体８までの距離とに応じて予め決められた補正量からなる補正量テーブルを、内部又は外部の記憶装置に格納する。位相補正回路２０は、補正量テーブルを参照することにより、位相検出回路１５により検出された位相と、距離検出器４１により検出された距離とに対応する補正量を決定し、検出された位相を決定された補正量で補正する。これにより、かご３の移動距離に対して線形に変化するように位相を生成することができる。
図８は、本発明の実施の形態３に係る移動距離計測装置１０Ｂによって使用される補正量テーブルの一例を示す図である。補正量テーブルは、反射波の位相と、アンテナ１２から反射体８までの距離とに応じて予め決められたさまざまな補正量を含む。補正量テーブルの各補正量は、固定値であってもよく、学習して更新される値としてもよい。
なお、距離検出器４１は、アンテナ１２から反射体８までの距離に代えて、その距離に一意に対応付けられる距離、例えば、移動距離計測装置１０Ｂの筐体の表面から、反射体８が取り付けられているガイドレール２の表面までの垂直距離、などを検出してもよい。この場合、補正量テーブルは、反射波の位相と垂直距離とに応じて予め決められたさまざまな補正量を含む。位相補正回路２０は、このような補正量テーブルを参照することにより、アンテナ１２から反射体８までの距離に一意に対応付けられる距離を検出する場合にも、かご３の移動距離に対して線形に変化する位相を生成するように適切な補正量を決定することができる。
図９は、本発明の実施の形態３に係る移動距離計測装置１０Ｂにより実行される移動距離計測処理を表すフローチャートである。
ステップＳ３０１において、距離検出器４１は、アンテナ１２から反射体８までの距離を検出する。
ステップＳ３０２〜Ｓ３０５の処理は、図６に示すフローチャートのＳ２０１〜Ｓ２０４の処理と同一であるので、それらの各処理の説明は省略する。
ステップＳ３０６において、位相補正回路２０は、位相検出回路１５により検出された位相を、その値と、距離検出器４１により検出された距離とに基づいて補正する。
ステップＳ３０７〜Ｓ３０９の処理は、図６に示すフローチャートのＳ２０６〜Ｓ２０８の処理と同一であるので、それらの各処理の説明は省略する。
以上のような実施の形態３に係る移動距離計測装置１０Ｂによれば、アンテナ１２から反射体８までの距離を検出し、その検出結果と、位相検出回路１５により検出された位相とに基づいて、当該検出された位相を補正したうえで位相変化量を算出するので、かご３の振動などによりアンテナ１２から反射体８までの距離が変化した場合に生じる誤差を抑制して、かご３の移動距離の計測精度を向上できる。
実施の形態４．
実施の形態４では、移動距離計測装置を列車の車両に取り付けた場合について示す。この場合、列車の車両が移動体であり、移動距離計測装置は軌道に沿って移動する車両の移動距離を計測する。
図１０は、本発明の実施の形態４に係る移動距離計測装置１０が取り付けられた列車の構成を模式的に示す図である。図１０において、車両３１が走行する軌道には、レール３２が敷かれ、その下にレール３２を支える枕木３３が所定の間隔で敷かれている。また、枕木３３の間には砂利石（バラスト）３４が敷き詰められている。一方、車両３１の底面の前後には、接続軸３５を介して台車３６が接続され、台車３６には車輪３７が取り付けられている。また、車両３１の底面の略中央には、艤装治具３８を介して移動距離計測装置１０が取り付けられている。
レール３２には、一定の配置間隔で配置された複数の反射器９を含む反射体８が取り付けられている。なお、反射体８は、車両３１の移動経路に沿って、車両３１の移動方向と略平行となるように設置されていればよい。反射体８は、例えば、レール３２とは独立に設置されてもよく、レール３２と一体に形成されてもよい。
実施の形態４に係る移動距離計測装置１０の内部構成は、図２に示す実施の形態１に係る移動距離計測装置１０の内部構成と同様であるので説明を省略する。
実施の形態４に係る移動距離計測装置１０により実行される移動距離計測処理は、図４に示すフローチャートと同様であるので説明を省略する。
以上のような実施の形態４に係る移動距離計測装置１０によれば、実施の形態１における効果と同様の効果が得られる。
また、実施の形態４に係る移動距離計測装置１０によれば、鉄道分野において、電波を用いて非接触で車両３１の移動距離を正確に計測することができるので、移動距離を補正するために設置する地上子の個数を削減又は全廃することができ、設置コスト及びメンテナンスコストを抑えることができる。
実施の形態４に係る列車は、実施の形態１に係る移動距離計測装置１０に代えて、実施の形態２に係る移動距離計測装置１０Ａ又は実施の形態３に係る移動距離計測装置１０Ｂを備えてもよい。
なお、移動距離計測装置は、エレベーター及び列車に限らず、固定面に沿って移動する移動体、例えば自動車の車両に取り付けられてもよい。
本発明の態様に係る移動距離計測装置、移動距離計測方法、エレベーター、及び車両は、以下の構成を備える。
本発明の第１の態様に係る移動距離計測装置は、
移動体の移動経路に沿って一定の配置間隔で配置された複数の反射器を含む反射手段に向けて電波を送信し、前記反射手段からの反射波を受信する送受信手段と、
前記送受信手段が受信した反射波の位相を検出する位相検出手段と、
前記位相検出手段により検出された位相に基づいて位相の変化量を算出する位相変化量演算手段と、
前記位相変化量演算手段により算出された位相の変化量と、前記反射器の配置間隔とに基づいて、前記移動体の移動距離を算出する移動距離演算手段とを備えたことを特徴とする。
これにより、反射体の配置間隔に基づいて移動距離を算出するので、反射強度が最大となる角度が移動に伴い変化することにより生じる誤差、及び、アンテナの取り付けずれにより生じる誤差を抑制して、従来技術に比較して移動体の移動距離を正確に計測することができる。
本発明の第２の態様に係る移動距離計測装置は、第１の態様に係る移動距離計測装置において、
前記反射器の配置間隔は、前記送受信手段による送信波の波長に基づいて決定されることを特徴とする。
これにより、反射波の位相変化特性を考慮し、送受信手段による送信波の波長に基づいて反射器の配置間隔を決定するので、移動体の移動距離を計測する精度を向上することができる。
本発明の第３の態様に係る移動距離計測装置は、第２の態様に係る移動距離計測装置において、
前記反射器の配置間隔は、前記移動体が前記配置間隔分の距離を移動するとき、前記送信波の放射範囲に含まれる１つ又は複数の反射器のうちで前記送受信手段に最も近接した反射器に対する前記送受信手段からの距離の変化量が、前記送信波の波長の１／２以下となるように決定されることを特徴とする。
これにより、反射波の位相変化特性を考慮し、送受信手段による送信波の波長に基づいて反射器の配置間隔を決定するので、移動体の移動距離を計測する精度を向上することができる。
本発明の第４の態様に係る移動距離計測装置は、第１〜第３のうちの１つの態様に係る移動距離計測装置において、
前記位相検出手段により検出された位相をその値に基づいて補正する位相補正手段をさらに備え、
前記位相変化量演算手段は、前記位相検出手段により検出された位相の代わりに前記位相補正手段により補正された位相に基づいて、前記位相の変化量を算出することを特徴とする。
これにより、位相検出手段が検出した反射波の位相をその値に基づいて補正したうえで位相変化量を算出するので、移動距離が反射器の配置間隔の整数倍以外の場合に生じる誤差を抑制して、移動体の移動距離の計測精度を向上できる。
本発明の第５の態様に係る移動距離計測装置は、第４の態様に係る移動距離計測装置において、
前記位相補正手段は、前記移動体の移動距離に対して線形に変化する位相を生成するように予め決められた周期的に変化する補正量により、前記位相検出手段により検出された位相を補正する。
これにより、位相検出手段が検出した反射波の位相をその値に基づいて補正したうえで位相変化量を算出するので、移動距離が反射器の配置間隔の整数倍以外の場合に生じる誤差を抑制して、移動体の移動距離の計測精度を向上できる。
本発明の第６の態様に係る移動距離計測装置は、第５の態様に係る移動距離計測装置において、
前記送受信手段から前記反射手段までの距離に一意に対応付けられる距離を検出する距離検出手段をさらに備え、
前記位相補正手段は、前記位相検出手段により検出された位相と、前記距離検出手段により検出された距離とに基づいて、前記補正量を決定する。
これにより、送受信手段から反射手段までの距離を検出し、その検出結果と、位相検出手段により検出された位相とに基づいて、当該検出された位相を補正したうえで位相変化量を算出するので、移動体の振動などにより送受信手段から反射手段までの距離が変化した場合に生じる誤差を抑制して、移動体の移動距離の計測精度を向上できる。
本発明の第７の態様に係るエレベーターは、
第１〜第６のうちの１つの態様に係る移動距離計測装置を備えたことを特徴とする。
これにより、エレベーター分野において、電波を用いて非接触でかごの移動距離及び速度を正確に計測することができるので、エンコーダと昇降路全長にわたるロープとで構成された従来の調速機を撤廃することができ、設置コスト及びメンテナンスコストを抑えることができる。
本発明の第８の態様に係る車両は、
第１〜第６のうちの１つの態様に係る移動距離計測装置を備えたことを特徴とする。
これにより、鉄道分野において、電波を用いて非接触で車両の移動距離を正確に計測することができるので、移動距離を補正するために設置する地上子の個数を削減又は全廃することができ、設置コスト及びメンテナンスコストを抑えることができる。
本発明の第９の態様に係る移動距離計測方法は、
移動体の移動経路に沿って一定の配置間隔で配置された複数の反射器を含む反射体に向けて電波を送信し、前記反射体からの反射波を受信するステップと、
前記反射波の位相を検出するステップと、
検出された位相に基づいて位相の変化量を算出するステップと、
算出された位相の変化量と、前記反射器の配置間隔とに基づいて、前記移動体の移動距離を算出するステップとを含むことを特徴とする。
これにより、反射体の配置間隔に基づいて移動距離を算出するので、反射強度が最大となる角度が移動に伴い変化することにより生じる誤差、及び、アンテナの取り付けずれにより生じる誤差を抑制して、従来技術に比較して移動体の移動距離を正確に計測することができる。
１ 昇降路、２ ガイドレール、３ かご、４ 駆動装置、５ 主ロープ、６ 釣合おもり、７ 取付治具、８ 反射体、９ 反射器、１０，１０Ａ，１０Ｂ 移動距離計測装置、１１ 発振器、１２ アンテナ、１２ａ 送信アンテナ、１２ｂ 受信アンテナ、１３ 増幅器、１４ ＩＱ復調器、１５ 位相検出回路、１６ 位相変化量演算回路、１７ 移動距離演算回路、１８ 入力端子、１９ 出力端子、２０ 位相補正回路、３１ 車両、３２ レール、３３ 枕木、３４ 砂利石（バラスト）、３５ 接続軸、３６ 台車、３７ 車輪、３８ 艤装治具、４１ 距離検出器

Claims (9)

  1. 移動体の移動経路に沿って一定の配置間隔で配置された複数の反射器を含む反射手段に向けて電波を送信し、前記反射手段からの反射波を受信する送受信手段と、
    前記送受信手段が受信した反射波の位相を検出する位相検出手段と、
    前記位相検出手段により検出された位相に基づいて位相の変化量を算出する位相変化量演算手段と、
    前記位相変化量演算手段により算出された位相の変化量と、前記反射器の配置間隔とに基づいて、前記移動体の移動距離を算出する移動距離演算手段とを備えたことを特徴とする移動距離計測装置。
  2. 前記反射器の配置間隔は、前記送受信手段による送信波の波長に基づいて決定されることを特徴とする請求項１記載の移動距離計測装置。
  3. 前記反射器の配置間隔は、前記移動体が前記配置間隔分の距離を移動するとき、前記送信波の放射範囲に含まれる１つ又は複数の反射器のうちで前記送受信手段に最も近接した反射器に対する前記送受信手段からの距離の変化量が、前記送信波の波長の１／２以下となるように決定されることを特徴とする請求項２記載の移動距離計測装置。
  4. 前記位相検出手段により検出された位相をその値に基づいて補正する位相補正手段をさらに備え、
    前記位相変化量演算手段は、前記位相検出手段により検出された位相の代わりに前記位相補正手段により補正された位相に基づいて、前記位相の変化量を算出することを特徴とする請求項１から３のうちの１つに記載の移動距離計測装置。
  5. 前記位相補正手段は、前記移動体の移動距離に対して線形に変化する位相を生成するように予め決められた周期的に変化する補正量により、前記位相検出手段により検出された位相を補正する請求項４記載の移動距離計測装置。
  6. 前記送受信手段から前記反射手段までの距離に一意に対応付けられる距離を検出する距離検出手段をさらに備え、
    前記位相補正手段は、前記位相検出手段により検出された位相と、前記距離検出手段により検出された距離とに基づいて、前記補正量を決定することを特徴とする請求項５記載の移動距離計測装置。
  7. 請求項１から６のうちの１つに記載の移動距離計測装置を備えたことを特徴とするエレベーター。
  8. 請求項１から６のうちの１つに記載の移動距離計測装置を備えたことを特徴とする車両。
  9. 移動体の移動経路に沿って一定の配置間隔で配置された複数の反射器を含む反射体に向けて電波を送信し、前記反射体からの反射波を受信するステップと、
    前記反射波の位相を検出するステップと、
    検出された位相に基づいて位相の変化量を算出するステップと、
    算出された位相の変化量と、前記反射器の配置間隔とに基づいて、前記移動体の移動距離を算出するステップとを含むことを特徴とする移動距離計測方法。
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