JP7276611B2 - 揺れ推定システム - Google Patents

Description

本開示は、揺れ推定システムに関する。

特許文献１は、エレベーター装置の例を開示する。エレベーター装置は、加速度センサと、制御ユニットと、を備える。加速度センサは、釣合い錘などに設けられる。制御ユニットは、加速度センサの検出結果に基づいてエレベーター装置の診断運転の可否を判断する。

日本特開２０１９－１０４５６８号公報

しかしながら、釣合い錘に電力供給などができないエレベーター装置において、特許文献１の加速度センサなどによる建物の揺れの影響の診断ができない。このため、エレベーター装置などを含む建物に設けられる機器に対して、建物の揺れの情報に基づいて揺れの影響の診断を行う場合がある。ここで、建物の揺れの情報を直接計測する場合に、例えば建物の各々の階床にセンサなどを設ける必要がある。

本開示は、このような課題の解決に係るものである。本開示は、センサの数を抑えつつ建物の揺れを精度よく推定できる揺れ推定システムを提供する。

本開示に係る揺れ推定システムは、建物に設けられ、各々が振動を検出する複数の振動センサと、複数の振動センサの各々の検出結果に基づいて建物の揺れを推定する建物揺れ推定部と、を備え、複数の振動センサは、建物の基本振動モードの腹部である第１腹部に設けられる第１振動センサと、基本振動モードより高次の振動モードである建物の高次振動モードの複数の腹部のうち第１腹部から最も遠い腹部である第２腹部に設けられる第２振動センサと、を含み、建物揺れ推定部は、複数の振動センサの各々の検出結果に基づいて建物の複数の振動モードの各々の成分を推定し、推定した成分を用いて建物の揺れを推定する。

本開示に係る揺れ推定システムであれば、センサの数を抑えつつ建物の揺れを精度よく推定できる。

実施の形態１に係る揺れ推定システムが適用される建物の構成図である。 実施の形態１に係る揺れ推定システムの構成図である。 実施の形態１に係る揺れ推定システムが適用される建物の振動モードを示す図である。 実施の形態１に係る揺れ推定システムにおいて検出された振動の例を示す図である。 実施の形態１に係る揺れ推定システムにおいて検出された振動の例を示す図である。 実施の形態１に係る揺れ推定システムにおいて推定された各階の揺れ量の例を示す図である。 実施の形態１に係る揺れ推定システムの動作の例を示すフロー図である。 実施の形態１に係る揺れ推定システムの主要部のハードウェア構成図である。 実施の形態２に係る揺れ推定システムにおいて検出された振動の例を示す図である。 実施の形態３に係る揺れ推定システムの構成図である。 実施の形態３に係る重み係数の例を示す図である。 実施の形態４に係る揺れ推定システムの構成図である。 実施の形態４に係る建物揺れ推定部による建物の揺れの推定の例を示す図である。

本開示を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一または相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化または省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る揺れ推定システム１が適用される建物２の構成図である。

揺れ推定システム１は、建物２に適用される。揺れ推定システム１は、適用される建物２の揺れを推定するシステムである。

建物２は、複数の階床を有する。建物２において、エレベーター３が設けられる。建物２において、エレベーター３の昇降路４が設けられる。昇降路４は、複数の階床にわたる空間である。建物２において、昇降路４の上部にエレベーター３の機械室５が設けられる。

エレベーター３は、巻上機６と、懸架体７と、そらせ車８と、かご９と、釣合い錘１０と、制御装置１１と、を備える。

巻上機６は、機械室５に設けられる。巻上機６は、駆動シーブ１２と、巻上機モータ１３と、巻上機ブレーキ１４と、を備える。駆動シーブ１２は、エレベーター３の滑車である。巻上機モータ１３は、駆動シーブ１２を回転させる機器である。巻上機ブレーキ１４は、駆動シーブ１２の回転を制動する装置である。巻上機ブレーキ１４は、例えば電磁ブレーキである。巻上機ブレーキ１４は、ブレーキ車と、ブレーキシューと、ブレーキばねと、電磁マグネットと、を備える。ブレーキ車は、駆動シーブ１２と同軸に結合されたブレーキドラムまたはブレーキディスクなどである。ブレーキシューは、駆動シーブ１２の回転を制動するときにブレーキ車に接触する部材である。ブレーキバネは、ブレーキシューをブレーキ車に弾性力によって押し付けるバネである。電磁マグネットは、駆動シーブ１２の回転の制動を解除するときにブレーキバネの弾性力に抗してブレーキシューをブレーキ車から引き離す機器である。

懸架体７は、例えば複数本のロープまたは複数本のベルトなどである。懸架体７は、駆動シーブ１２に巻き掛けられる。そらせ車８は、機械室５に設けられる。そらせ車８は、懸架体７が巻き掛けられる滑車である。懸架体７の両端は、機械室５から昇降路４に下げられる。懸架体７の一端は、昇降路４においてかご９に接続される。懸架体７の他端は、昇降路４において釣合い錘１０に接続される。

かご９および釣合い錘１０は、懸架体７によって昇降路４において吊り下げられている。かご９および釣合い錘１０は、巻上機６によって昇降路４を互いに反対方向に昇降する。かご９は、エレベーター３の利用者などを複数の階床の間で輸送する機器である。釣合い錘１０は、懸架体７の両端側に掛かる荷重のバランスをかご９との間でとる機器である。

制御装置１１は、機械室５に設けられる。制御装置１１は、エレベーター３の動作を制御する装置である。制御装置１１は、巻上機６の回転を制御することで、予め設定された速度でかご９を昇降路４において昇降させる。

エレベーター３は、一対のかごガイドレール１５と、一対の釣合い錘ガイドレール１６と、を備える。各々のかごガイドレール１５および各々の釣合い錘ガイドレール１６は、昇降路４に設けられる。一対のかごガイドレール１５は、例えばかご９の左右に配置される。各々のかごガイドレール１５は、かご９の昇降を案内する。一対の釣合い錘ガイドレール１６は、例えば釣合い錘１０の左右に配置される。各々の釣合い錘ガイドレール１６は、釣合い錘１０の昇降を案内する。

エレベーター３は、かご緩衝器１７と、釣合い錘緩衝器１８と、を備える。かご緩衝器１７および釣合い錘緩衝器１８は、昇降路４の底部に設けられる。かご緩衝器１７は、かご９の下方に設けられる。かご緩衝器１７は、かご９が昇降路４の底部に衝突する場合の衝撃を緩和する機器である。釣合い錘緩衝器１８は、釣合い錘１０の下方に設けられる。釣合い錘緩衝器１８は、釣合い錘１０が昇降路４の底部に衝突する場合の衝撃を緩和する機器である。

エレベーター３は、Ｐ波感知器１９（Ｐ波：Ｐｒｉｍａｒｙ ｗａｖｅ）と、Ｓ波感知器２０（Ｓ波：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｗａｖｅ）と、を備える。Ｐ波感知器１９およびＳ波感知器２０は、地震波を感知する機器である。Ｐ波感知器１９は、昇降路４の底部に設けられる。Ｐ波感知器１９は、Ｐ波を感知する。Ｓ波感知器２０は、機械室５に設けられる。Ｓ波感知器２０は、Ｓ波を感知する。

エレベーター３において、制御装置１１は、例えばＰ波感知器１９などにおいて感知された地震波が予め設定された閾値を超える揺れであったときに、エレベーター３の運行を通常運転から地震管制運転に移行する。地震管制運転において、制御装置１１は、走行中のかご９を最寄りの階床に停止させる。その後、かご９に乗車している利用者に対してかご９から降車するように通知が行われる。予め設定された揺れより大きな揺れがＳ波感知器２０において感知されなかった場合に、制御装置１１は、エレベーター３の運行を通常運転に復帰する。

図２は、実施の形態１に係る揺れ推定システム１の構成図である。

揺れ推定システム１は、建物２の揺れを推定するシステムである。ここで、揺れ推定システム１が推定する建物２の揺れは、例えば建物２の高さについての揺れ量の分布などである。揺れ量は、例えば揺れの最大加速度、最大速度、または最大変位などである。揺れ推定システム１は、例えば地震が発生したときに当該地震による建物２の揺れを推定する。揺れ推定システム１は、例えば水平方向における建物２の揺れを推定する。揺れ推定システム１は、複数の振動センサ２１と、揺れ推定装置２２と、を備える。

各々の振動センサ２１は、建物２に設けられる。この例において、各々の振動センサ２１は、建物２に対して固定されている。複数の振動センサ２１の一部または全部は、例えば昇降路４に配置される。各々の振動センサ２１は、振動を検出する機器である。各々の振動センサ２１は、振動の加速度、速度、または変位などを振動の検出値として出力する。各々の振動センサ２１は、建物２において互いに異なる高さに配置される。各々の振動センサ２１は、例えば互いに異なる階床に配置される。

揺れ推定装置２２は、例えば建物２に設けられるサーバコンピュータなどである。あるいは、揺れ推定装置２２は、例えば制御装置１１などのエレベーター３のハードウェアに一体に搭載されていてもよい。あるいは、揺れ推定装置２２は、建物２の外部の拠点などに設けられるサーバコンピュータなどであってもよい。外部の拠点は、例えばエレベーター３の情報を収集する情報センターなどである。あるいは、揺れ推定装置２２は、例えばクラウドサービス上の仮想サーバなどであってもよい。揺れ推定装置２２は、建物揺れ推定部２３と、エレベーター揺れ推定部２４と、を備える。

建物揺れ推定部２３は、各々の振動センサ２１の検出結果に基づいて建物２の揺れを推定する部分である。建物揺れ推定部２３は、推定した建物２の揺れをエレベーター揺れ推定部２４に出力する。

エレベーター揺れ推定部２４は、建物揺れ推定部２３が推定した建物２の揺れに基づいてエレベーター３の機器の揺れを推定する部分である。揺れが推定されるエレベーター３の機器は、例えばかご９または釣合い錘１０などである。エレベーター揺れ推定部２４は、例えば制御装置１１などの移動しない機器の揺れを推定してもよい。ここで、エレベーター揺れ推定部２４が推定するエレベーター３の機器の揺れは、例えばエレベーター３の機器の揺れ量などである。揺れ量は、例えば揺れの最大加速度、最大速度、または最大変位などである。

続いて、図３を用いて、揺れ推定システム１における振動センサ２１の配置の例を説明する。
図３は、実施の形態１に係る揺れ推定システム１が適用される建物２の振動モードを示す図である。

図３において、縦軸は建物２の高さを表す。図３において、横軸は各々の振動モードにおける振動の振幅を表す。図３の左側のグラフは、１次の振動モードを表す。図３の中央のグラフは、２次の振動モードを表す。図３の右側のグラフは、３次の振動モードを表す。

この例において、揺れ推定システム１は、中間階において３つの振動センサ２１を備える。３つの振動センサ２１は、建物２の振動モードを用いて設定された位置に配置される。

建物２が地震によって地表面から強制加振を受けるときに、建物２は、一次元の連続弾性体としてモデル化できる。この例において、建物２の振動モードは、最下階を基準とする相対的な振動を表す。このモデルにおいて、建物２の上端部である最上階は自由端である。また、建物２の下端部である最下階は固定端である。このとき、建物２の揺れは、連続弾性体としてモデル化した建物２の振動モードの重ね合わせによって表される。このため、各々の振動センサ２１は、建物２のいずれかの振動モードの振動の情報を取得しうるように、当該振動モードの腹部のいずれかの位置に配置される。ここで、腹部は、振動モードにおいて振動の振幅が極大となる部分である。腹部は、例えば建物２の上端部であってもよい。ｎを自然数として、ｎ次の振動モードは、例えばｎ個の腹部を有する。また、ｎ次の振動モードは、例えばｎ個の節部を有する。節部は、振動モードにおいて振動の振幅が０となる部分である。節部は、例えば建物２の下端部であってもよい。建物２の下端部は、例えば最下階に対応する。一般に、地震による建物２の揺れは、１次、２次、および３次の３つの振動モードによってよく再現される。このため、３つの振動センサ２１は、３次までの３つの振動モードの腹部のうちのいずれかの位置に配置される。また、揺れ推定システム１は、振動モードの振動の基準となる位置に配置される振動センサ２１をさらに備える。当該振動センサ２１は、例えば建物２の最下階に配置される。

簡単のため、建物２の振動モードの波形が正弦波形で表される例を用いて、中間階における３つの振動センサ２１の配置を説明する。建物２の振動モードの波形が正弦波形で表されない一般の場合においても、同様の手順によって複数の振動センサ２１の配置が設定される。建物２の振動モードの波形は、例えば建物２の構造などに基づいて予め算出されたものが用いられる。

ｎ次の振動モードの波形φ_ｎ（ｘ）は、次の式（１）に示されるように正弦波形で表される。ここで、ｘは建物２の高さを表す変数である。高さｘの原点は、例えば地上の最下階において０となるように設定される。高さｘは、建物２の最上階において１となるように規格化される。

３つの振動センサ２１の配置は、建物２の振動モードを次数の低い順に用いて設定される。

建物２の１次の振動モードの波形φ_１（ｘ）は、次の式（２）に示される。１次の振動モードは、最低次の振動モードである。１次の振動モードは、基本振動モードである。

３つの振動センサ２１のうちの１つ目である第１振動センサ２１ａは、１次の振動モードの腹部に配置される。１次の振動モードの腹部は、ｘ＝１となる上端の部分のみである。このため、第１振動センサ２１ａは、ｘ＝ｘ_１＝１となる上端の腹部に配置される。当該腹部は、第１腹部である。ｘ_１は、第１腹部の位置である。

建物２の２次の振動モードの波形φ_２（ｘ）は、次の式（３）に示される。２次の振動モードは、基本振動モードより高次の高次振動モードの例である。

２つの振動センサ２１のうちの２つ目である第２振動センサ２１ｂは、２次の振動モードの腹部のいずれかに配置される。２次の振動モードの腹部は、ｘ＝１／３となる部分、およびｘ＝１となる上端の部分の２つである。ｘ＝１となる上端の部分において既に第１振動センサ２１ａが配置されているため、第２振動センサ２１ｂは、ｘ＝ｘ_２＝１／３となる腹部に配置される。当該腹部は、第２腹部である。ｘ_２は、第２腹部の位置である。

建物２の３次の振動モードの波形φ_３（ｘ）は、次の式（４）に示される。３次の振動モードは、高次振動モードよりさらに高次の振動モードの例である。

３つの振動センサ２１のうちの３つ目である第３振動センサ２１ｃは、３次の振動モードの腹部のいずれかに配置される。３次の振動モードの腹部は、ｘ＝１／５となる部分、ｘ＝３／５となる部分、およびｘ＝１となる上端の部分の３つである。ｘ＝１となる上端の部分において既に第１振動センサ２１ａが配置されているため、第３振動センサ２１ｃは、ｘ＝１／５となる部分、またはｘ＝３／５となる部分のいずれか一方に配置される。

ここで、振動センサ２１が設けられていない位置における建物２の揺れの推定の精度の低下を抑えうるように、各々の振動センサ２１は、建物２の高さの全域にわたって配置されることが好ましい。このため、各々の振動センサ２１は、できるだけ互いに離れた位置に配置される。この例において、第３振動センサ２１ｃは、第１腹部および第２腹部の近い方からの遠さが最も大きい腹部に配置される。２つの腹部の間の遠さは、例えば２つの腹部の間の高さの差である。

この例において、ｘ＝１となる第１腹部からのｘ＝１／５となる部分の遠さΔｘは、Δｘ＝４／５である。ｘ＝１／３となる第２腹部からのｘ＝１／５となる部分の遠さΔｘは、Δｘ＝２／１５である。このため、第１腹部および第２腹部の近い方からのｘ＝１／５となる部分の遠さは、２／１５である。同様に、第１腹部および第２腹部の近い方からのｘ＝３／５となる部分の遠さは、４／１５である。このため、第１腹部および第２腹部の近い方からの遠さが最も大きい３次の振動モードの腹部は、ｘ＝３／５となる部分である。したがって、第３振動センサ２１ｃは、ｘ＝ｘ_３＝３／５となる腹部に配置される。当該腹部は、第３腹部である。ｘ_３は、第３腹部の位置である。

揺れ推定システム１が４つ以上の振動センサ２１を含む場合においても、同様の手順によって振動センサ２１の配置が設定される。ｎ次の振動モードの腹部のいずれかに配置される振動センサ２１は、ｎ次の振動モードの腹部のうち、例えばｎ次より低次の振動モードを用いて振動センサ２１が配置された腹部のうち最も近い腹部からの遠さが最も大きい腹部に配置される。

続いて、図４を用いて、揺れ推定システム１における建物２の揺れの推定の例を説明する。
図４は、実施の形態１に係る揺れ推定システム１において検出された振動の例を示す図である。

図４において、横軸は時間を表す。図４において、縦軸は建物２において振動センサ２１が設けられる位置の振動を表す。図４の上段のグラフは、第１腹部における振動を表す。図４の下段のグラフは、第２腹部における振動を表す。図４の中段のグラフは、第３腹部における振動を表す。図４の上段から下段までの３つのグラフにおいて、各々のグラフに対応する腹部に配置された振動センサ２１の振動の検出値から、地表の最下階に設けられた基準の振動センサ２１の振動の検出値を差し引いた相対値が示される。この例において、振動の検出値は、振動の加速度である。なお、各々の振動センサ２１において振動の検出値が速度または変位である場合においても、同様の処理によって建物２の揺れが推定される。

例えば地震などが発生している間、各々の振動センサ２１が設けられる位置の振動の検出値である変位、速度、または加速度などは、時間とともに変化する。このため、揺れ推定システム１は、揺れ量として振動の変位、速度、または加速度などの最大値を推定しうるように、振動の検出値の最大値を取得する。ここで取得される最大値は、例えば地震が発生している間の全時間領域における最大値である。揺れ推定システム１において、建物２の振動モードに基づいて建物２の揺れを推定しうるように、同一の時刻における各々の振動センサ２１の検出値が取得される。このため、各々の振動センサ２１における時刻は、例えば互いに同期されている。

建物揺れ推定部２３は、例えば地震が発生するときに建物２の揺れを推定する。揺れ推定システム１において、地震の発生および終了は、例えばＰ波感知器１９またはＳ波感知器２０などによって感知されてもよい。あるいは、地震の発生および終了は、いずれかの振動センサ２１の検出値に基づいて感知されてもよい。

いずれかの振動モードの腹部に配置される振動センサ２１の振動の検出値について、地震が発生してからの振動の最大値が更新されるときに、建物揺れ推定部２３は、当該振動センサ２１の最大値を記憶する。ここで、振動の最大値は、例えば基準の振動センサ２１による検出値を差し引いた相対値における最大値である。当該最大値は、図４において丸記号によって示される。このとき、建物揺れ推定部２３は、同一の時刻における他の全ての振動センサ２１の振動の検出値をあわせて記憶する。ここで記憶される検出値は、例えば基準の振動センサ２１による検出値を差し引いた相対値である。当該相対値は、図４において四角記号によって示される。この例において、腹部に配置される振動センサ２１は３つあるので、各々の振動センサ２１の検出値の相対値が最大となる３つの時刻ｔ_１、ｔ_２、およびｔ_３における各々の振動センサ２１の検出値が記憶される。

建物２の揺れは振動モードの重ね合わせで表現されるため、時刻ｔ_１における各々の振動センサ２１の検出値の相対値は、次の式（５）によって表される。ここで、ａ_１１は、時刻ｔ_１において検出された第１振動センサ２１ａの検出値についての基準の振動センサ２１に対する相対値を表す。ａ_２１は、時刻ｔ_１において検出された第２振動センサ２１ｂの検出値についての基準の振動センサ２１に対する相対値を表す。ａ_３１は、時刻ｔ_１において検出された第３振動センサ２１ｃの検出値についての基準の振動センサ２１に対する相対値を表す。また、ｑ_１（ｔ）は、時刻ｔにおける１次の振動モードのモード振幅を表す。ｑ_２（ｔ）は、時刻ｔにおける２次の振動モードのモード振幅を表す。ｑ_３（ｔ）は、時刻ｔにおける３次の振動モードのモード振幅を表す。ここで、モード振幅は、各々の振動モードの成分の例である。

既知の各々の振動モードの波形φ_１、φ_２、およびφ_３を用いて、建物揺れ推定部２３は、式（５）に基づいて時刻ｔ_１におけるモード振幅ｑ_１（ｔ_１）、ｑ_２（ｔ_１）、およびｑ_３（ｔ_１）を算出する。建物揺れ推定部２３は、算出したモード振幅に基づいて、振動センサ２１が設けられていない位置を含む建物２の任意の位置ｘについての時刻ｔ_１における建物２の揺れ量を算出できる。この例において、建物揺れ推定部２３は、各々の階床に対応する位置について揺れ量を算出する。同様にして、建物揺れ推定部２３は、各々の階床に対応する位置について、時刻ｔ_２およびｔ_３における建物２の揺れ量を算出する。

続いて、図５および図６を用いて、揺れ推定システム１における建物２の揺れの推定結果の例を説明する。
図５は、実施の形態１に係る揺れ推定システム１において検出された振動の例を示す図である。
図６は、実施の形態１に係る揺れ推定システム１において推定された各階の揺れ量の例を示す図である。

図５において、横軸は時間を表す。図５において、縦軸は建物２において振動センサ２１が設けられる位置の振動の加速度を表す。図５の実線のグラフは、第１腹部における振動を表す。図５の破線のグラフは、第２腹部における振動を表す。図５の一点鎖線のグラフは、第３腹部における振動を表す。この例において、建物２は２０階建てである。また、第１腹部、第２腹部、および第３腹部は、建物２の２０階、７階、および１２階である。第１振動センサ２１ａは、第１腹部である２０階に配置される。第２振動センサ２１ｂは、第２腹部である７階に配置される。第３振動センサ２１ｃは、第３腹部である１２階に配置される。第１振動センサ２１ａの検出値は、１２．５秒付近の時刻において最大となる。

図６において、図５に示される振動の検出結果に基づいて、第１振動センサ２１ａの検出値が最大となる時刻について建物揺れ推定部２３に推定された建物２の揺れが示される。図６において、横軸は建物２の階床を表す。図６において、縦軸は、建物２の揺れ量としての加速度を示す。図６において、実線のグラフは揺れ推定部による推定値を示す。図６において、四角記号は第１振動センサ２１ａの検出値が最大となる時刻における建物２の各階の揺れ量を示す。

図６に示されるように、揺れ推定部による推定値は建物２の各階の揺れ量にほぼ対応している。このように、少ない数の振動センサ２１によって建物２全体の揺れ量が高い精度で推定される。このため、建物２に設けられた機器についての揺れの影響は、建物２の揺れ量に基づいて診断できる。

続いて、図７を用いて、揺れ推定システム１におけるエレベーター３の機器の揺れの推定の例を説明する。
図７は、実施の形態１に係る揺れ推定システム１の動作の例を示すフロー図である。

地震が発生するときに、制御装置１１は、エレベーター３の運行を通常運転から地震管制運転に移行する。エレベーター３において、予め設定された揺れより大きな揺れが例えばＳ波感知器２０などにおいて感知された場合に、診断運転の可否が判定される。診断運転は、エレベーター３において異常の有無を点検することで揺れの影響を診断する運転である。

診断運転の可否は、例えば各々の振動センサ２１の検出結果に基づいて揺れ推定システム１が推定した建物２の揺れに基づいて判定される。建物揺れ推定部２３は、建物２の揺れの推定結果をエレベーター揺れ推定部２４に出力する。

エレベーター揺れ推定部２４は、建物２の揺れの推定結果を建物揺れ推定部２３から取得する。エレベーター揺れ推定部２４は、エレベーター３の機器の位置を例えば制御装置１１などから取得する。エレベーター３の機器の位置は、例えばかご９または釣合い錘１０などの位置である。エレベーター揺れ推定部２４は、建物２の揺れの推定結果およびエレベーター３の機器の位置に基づいて、エレベーター３の機器の揺れを推定する。エレベーター揺れ推定部２４は、例えば、取得した機器の位置における建物２の揺れを当該機器の揺れとして推定する。

その後、エレベーター揺れ推定部２４は、推定したエレベーター３の機器の揺れ量を予め設定された閾値と比較する。ここで、当該閾値は、エレベーター３の診断運転の可否を判定する基準として例えばエレベーター揺れ推定部２４などが予め記憶している値である。エレベーター揺れ推定部２４は、推定した揺れ量が閾値を下回るときに、診断運転が可能であると判定する。一方、エレベーター揺れ推定部２４は、推定した揺れ量が閾値以上であるときに、診断運転が不可であると判定する。エレベーター揺れ推定部２４は、診断運転の可否の判定結果を制御装置１１に出力する。

診断運転を可とする判定結果をエレベーター揺れ推定部２４から受け付けた場合に、制御装置１１は、エレベーター３の診断運転を開始する。診断運転において異常が検知されない場合に、制御装置１１は、エレベーター３の運行を通常運転に復帰する。

一方、診断運転を不可とする判定結果をエレベーター揺れ推定部２４から受け付けた場合に、制御装置１１は、エレベーター３の運行を休止させて保守員による点検まで待機させる。

なお、揺れ推定システム１は、振動モードの腹部に設けられる振動センサ２１を４つ以上備えていてもよい。また、揺れ推定システム１は、振動モードの腹部に設けられる振動センサ２１を２つのみ備えていてもよい。このとき、建物揺れ推定部２３は、例えば１次の振動モードおよび２次の振動モードに基づいて建物２の揺れを推定する。

また、Ｐ波感知器１９またはＳ波感知器２０が振動の波形を出力する機能を有する場合などに、揺れ推定システム１において、Ｐ波感知器１９またはＳ波感知器２０は振動センサ２１の機能を兼ねていてもよい。例えば昇降路４の底部に配置されるＰ波感知器１９は、建物２の最下階に配置される基準の振動センサ２１として機能してもよい。また、機械室５に配置されるＳ波感知器２０は、基本振動モードの腹部に配置される振動センサ２１として機能してもよい。

また、建物２において、昇降路４の上部などに機械室５が設けられていなくてもよい。このとき、建物２に設けられるエレベーター３は、機械室レスエレベーターであってもよい。建物２に設けられるエレベーター３は、ここで例示した種類に限定されない。建物２に設けられるエレベーター３は、巻上機を有する２：１ローピングのエレベーター、または巻上機を有しない自走式のエレベーターなどの種類のエレベーターであってもよい。また、建物２において、複数のエレベーター３が設けられていてもよい。このとき、各々のエレベーター３の運行は、例えば群管理装置などによって管理されていてもよい。

また、揺れ推定システム１は、エレベーター揺れ推定部２４を有していなくてもよい。揺れ推定システム１は、推定した建物２の揺れの情報を、例えばエレベーター３の揺れの影響を診断する外部のシステムなどに出力してもよい。

以上に説明したように、実施の形態１に係る揺れ推定システム１は、複数の振動センサ２１と、建物揺れ推定部２３と、を備える。各々の振動センサ２１は、建物２に設けられる。各々の振動センサ２１は、振動を検出する。建物揺れ推定部２３は、各々の振動センサ２１の検出結果に基づいて建物２の揺れを推定する。複数の振動センサ２１は、第１振動センサ２１ａと、第２振動センサ２１ｂと、を含む。第１振動センサ２１ａは、第１腹部に設けられる。第１腹部は、建物２の基本振動モードの腹部である。第２振動センサ２１ｂは、第２腹部に設けられる。第２腹部は、建物２の高次振動モードの複数の腹部のうち第１腹部から最も遠い腹部である。高次振動モードは、基本振動モードより高次の振動モードである。

当該構成において、複数の振動センサ２１は、第１腹部および第２腹部を含む建物２の位置に配置される。第１腹部の振動は、基本振動モードによる振動をよく表す。第２腹部の振動は、高次振動モードによる振動をよく表す。建物２の揺れは基本振動モードおよび高次振動モードなどの振動モードの重ね合わせによって表されるため、少ない数の振動センサ２１によって建物２の揺れを特徴づける情報が検出される。これにより、建物揺れ推定部２３は、振動センサ２１の数を抑えつつ建物２の揺れを精度よく推定できる。また、建物２の揺れが精度よく推定されるので、揺れの影響を診断する機器が建物２に多数設けられていても、当該機器の各々に振動を検出するセンサを設ける必要がない。このため、揺れの影響の診断に用いられる振動センサ２１などのセンサの数の増大が抑えられる。

また、建物揺れ推定部２３は、各々の振動センサ２１の検出結果に基づいて建物２の各々の振動モードの成分を推定する。建物揺れ推定部２３は、推定した振動モードの成分を用いて建物２の揺れを推定する。

当該構成により、建物揺れ推定部２３は、振動モードの波形に基づいて、振動センサ２１が設けられていない位置においても揺れ量を精度よく推定できる。

また、建物揺れ推定部２３は、少なくともいずれかの振動センサ２１によって振動の最大値が検出された時刻における複数の振動センサ２１の各々による振動の検出値に基づいて建物２の揺れを推定する。

当該構成において、同時刻における各々の腹部の振動の検出値が取得される。このため、建物揺れ推定部２３は、振動モードの成分を一意に精度よく推定できる。また、推定される揺れは、振動が最大となった腹部に対応する振動モードをよく反映した揺れとなる。このため、揺れ推定システム１によって、各々の振動モードによる揺れの影響が精度よく診断できる。

また、複数の振動センサ２１は、第３振動センサ２１ｃを含む。第３振動センサ２１ｃは、第３腹部に設けられる。第３腹部は、第２腹部に対応する高次振動モードよりさらに高次の振動モードの複数の腹部のうち、第１腹部および第２腹部の近い方からの遠さが最も大きい腹部である。

当該構成により、建物揺れ推定部２３は、建物２の揺れをより高い精度で推定できる。また、各々の振動センサ２１が建物２の全体にわたって互いに離れて配置される。このため、建物揺れ推定部２３は、建物２全体の揺れをより高い精度で推定できる。

また、揺れ推定システム１は、エレベーター揺れ推定部２４を備える。エレベーター揺れ推定部２４は、建物揺れ推定部２３が推定した建物２の揺れに基づいて、建物２に設けられるエレベーター３の機器の揺れを推定する。

当該構成により、エレベーター３の機器における揺れの影響の診断が精度よく行われるようになる。また、釣合い錘１０などの建物２において移動するエレベーター３の機器に振動センサ２１を設ける必要がない。このため、釣合い錘１０などに電力供給または信号通信などの配線を行う必要がない。したがって、釣合い錘１０などにおいて当該配線の引っ掛かりなどへの対策を行う必要がない。また、建物２に複数のエレベーター３が設けられている場合においても、エレベーター３ごとに振動センサ２１を設ける必要がない。このため、揺れの影響の診断に用いられる振動センサ２１などのセンサの数の増大が抑えられる。また、エレベーター揺れ推定部２４によって、エレベーター３の診断運転の可否が精度よく判定される。診断運転が可能な場合に診断運転がより確実に行われるようになるので、地震発生時において通常運転に復旧するエレベーター３を増やすことができる。また、診断運転が不可な場合に診断運転が行われることが抑えられるので、診断運転におけるエレベーター３の機器の破損などの二次被害の発生が抑えられる。

続いて、図８を用いて、揺れ推定システム１のハードウェア構成の例について説明する。
図８は、実施の形態１に係る揺れ推定システム１の主要部のハードウェア構成図である。

揺れ推定システム１の各機能は、処理回路により実現し得る。処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ１００ａと少なくとも１つのメモリ１００ｂとを備える。処理回路は、プロセッサ１００ａおよびメモリ１００ｂと共に、あるいはそれらの代用として、少なくとも１つの専用ハードウェア２００を備えてもよい。

処理回路がプロセッサ１００ａとメモリ１００ｂとを備える場合、揺れ推定システム１の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。そのプログラムはメモリ１００ｂに格納される。プロセッサ１００ａは、メモリ１００ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、揺れ推定システム１の各機能を実現する。

プロセッサ１００ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。メモリ１００ｂは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの、不揮発性または揮発性の半導体メモリなどにより構成される。

処理回路が専用ハードウェア２００を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらの組み合わせで実現される。

揺れ推定システム１の各機能は、それぞれ処理回路で実現することができる。あるいは、揺れ推定システム１の各機能は、まとめて処理回路で実現することもできる。揺れ推定システム１の各機能について、一部を専用ハードウェア２００で実現し、他部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。このように、処理回路は、専用ハードウェア２００、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせで揺れ推定システム１の各機能を実現する。

実施の形態２．
実施の形態２において、実施の形態１で開示される例と相違する点について特に詳しく説明する。実施の形態２で説明しない特徴については、実施の形態１で開示される例のいずれの特徴が採用されてもよい。

図９は、実施の形態２に係る揺れ推定システム１において検出された振動の例を示す図である。

図９において、横軸は時間を表す。図９において、縦軸は建物２において振動センサ２１が設けられる位置の振動を表す。図９のグラフは、第１腹部における振動を表す。

建物揺れ推定部２３は、建物２の揺れが発生している期間を複数の時間幅に分割する。建物２の揺れが発生している期間は、例えば建物２を強制加振する地震が発生してから終了するまでの期間である。各々の時間幅の長さは、例えば一定の時間Ｔである。建物揺れ推定部２３は、各々の時間幅に対して建物２の揺れを推定する。図９において、各々の時間幅が点線の枠で示される。

建物揺れ推定部２３は、各々の時間幅について建物２の揺れを推定する。建物揺れ推定部２３は、各々の時間幅において、振動モードの腹部に配置された振動センサ２１の各々の最大値を記憶する。建物揺れ推定部２３は、いずれかの振動センサ２１において最大値が検出された時刻における他の全ての振動センサ２１の検出値を記憶する。建物揺れ推定部２３は、検出値を記憶した時刻の各々について、例えば各々の振動モードのモード振幅の算出などによって揺れ量を推定する。揺れ推定システム１が腹部に配置される振動センサ２１を３つ備える場合に、建物揺れ推定部２３は、各々の時間幅について３つの時刻におけるモード振幅を算出する。

以上に説明したように、実施の形態２に係る揺れ推定システム１の建物揺れ推定部２３は、建物２の揺れが発生している期間を分割した複数の時間幅の各々に対して建物２の揺れを推定する。

当該構成において、より多くの時刻における建物２の揺れが推定される。このため、建物２の振動センサ２１が設けられていない位置において揺れ量が大きくなる場合の見落としが抑制される。

なお、地震の持続時間が長い場合などに、振動センサ２１の検出値のデータ容量を抑制しうるように、建物揺れ推定部２３は、検出値が既に記憶されている時間幅のデータを最大値が小さい時間幅のデータから順に上書きして記憶してもよい。

実施の形態３．
実施の形態３において、実施の形態１または実施の形態２で開示される例と相違する点について特に詳しく説明する。実施の形態３で説明しない特徴については、実施の形態１または実施の形態２で開示される例のいずれの特徴が採用されてもよい。

図１０は、実施の形態３に係る揺れ推定システム１の構成図である。

揺れ推定装置２２は、重み係数記憶部２５を備える。重み係数記憶部２５は、予め算出された重み係数を記憶する部分である。重み係数は、エレベーター３の機器の揺れの推定に用いられる係数である。重み係数は、建物２の各々の振動モードに対応して予め設定される。重み係数は、例えばエレベーター３の機器の固有振動数と建物２の各々の振動モードの固有振動数との関係を通じて建物２の振動モードに対応する。例えばエレベーター３の機器がかご９である場合に、かご９の固有振動数は、かご９およびかごガイドレール１５の間の機械的な連動をバネなどによる結合としてモデル化することなどによって算出される。同様に、エレベーター３の機器が釣合い錘１０である場合に、釣合い錘１０の固有振動数は、釣合い錘１０および釣合い錘ガイドレール１６の間の機械的な連動をモデル化することなどによって算出される。

図１１は、実施の形態３に係る重み係数の例を示す図である。

図１１において、横軸は振動数を表す。図１１において、縦軸は重み係数を表す。図１１のグラフは、重み係数と建物２の振動モードの固有振動数との関係を表す。

この例において、建物２の１次、２次、および３次の振動モードの固有振動数は、ω_１、ω_２、およびω_３であるとする。また、エレベーター３の機器の固有振動数はω_０であるとする。重み係数は、例えば建物２の振動モードの固有振動数がω_０に近いほど大きい値になる関数によって設定される。

例えばエレベーター３の機器の固有振動数ω_０から十分離れた固有振動数ω_１を持つ１次の振動モードについて、重み係数記憶部２５は、重み係数α_１＝１を記憶する。また、エレベーター３の機器の固有振動数ω_０に近い固有振動数ω_２を持つ２次の振動モードについて、重み係数記憶部２５は、重み係数α_２＝２を記憶する。また、エレベーター３の機器の固有振動数ω_０に中程度に近い固有振動数ω_３を持つ３次の振動モードについて、重み係数記憶部２５は、重み係数α_３を記憶する。この例において、１＜α_３＜２である。

エレベーター揺れ推定部２４は、建物揺れ推定部２３が推定した建物２の各々の振動モードのモード振幅に重み係数を乗じた値を算出する。エレベーター揺れ推定部２４は、算出した値を用いて、時刻ｔ_１において位置ｘにあるエレベーター３の機器の揺れｙ（ｔ_１，ｘ）を次の式（６）によって推定する。

以上に説明したように、実施の形態３に係る揺れ推定システム１は、重み係数記憶部２５と、エレベーター揺れ推定部２４と、を備える。重み係数記憶部２５は、建物２の各々の振動モードに対して予め設定された重み係数を記憶する。エレベーター揺れ推定部２４は、建物揺れ推定部２３が推定した建物２の各々の振動モードの成分に重み係数記憶部２５が記憶している重み係数を乗じた結果を用いて、建物２に設けられるエレベーター３の機器の揺れを推定する。

当該構成により、エレベーター３の機器の揺れがより高い精度で推定される。これにより、診断運転によるエレベーター３の復旧がより確実に行われる。また、診断運転による二次被害の発生がより確実に抑えられる。

実施の形態４．
実施の形態４において、実施の形態１から実施の形態３で開示される例と相違する点について特に詳しく説明する。実施の形態４で説明しない特徴については、実施の形態１から実施の形態３で開示される例のいずれの特徴が採用されてもよい。

図１２は、実施の形態４に係る揺れ推定システム１の構成図である。

揺れ推定装置２２は、フロアレスポンス記憶部２６を備える。フロアレスポンス記憶部２６は、予め算出された建物２のフロアレスポンスを記憶する部分である。ここで、建物２のフロアレスポンスは、建物２の振動モデルに対して最大値で正規化した複数の地震波を与えることで、各階の揺れ量に対する最大値を保存したデータである。この例において、建物２のフロアレスポンスは、振動センサ２１が配置される振動モードの腹部を含む建物２の位置に対応して記憶されている。

図１３は、実施の形態４に係る建物揺れ推定部２３による建物２の揺れの推定の例を示す図である。

図１３において、縦軸は建物２の高さｘを表す。図１３において、横軸は建物２の揺れ量を表す。図１３において、実線のグラフはフロアレスポンス記憶部２６が記憶している建物２のフロアレスポンスを表す。図１３において、四角記号は、各々の振動センサ２１による振動の検出値を表す。ここで、振動の検出値は、例えば地表の最下階に設けられた基準の振動センサ２１の振動の検出値を差し引いた相対値である。あるいは、振動の検出値は、各々の振動センサ２１による検出値自体であってもよい。図１３において、破線のグラフは、建物揺れ推定部２３が推定した建物２の揺れを表す。

建物揺れ推定部２３は、各々の振動センサ２１について、地震が発生している時間にわたる検出値の最大値を取得する。図１３において、第１振動センサ２１ａ、第２振動センサ２１ｂ、および第３振動センサ２１ｃについて取得された最大値が四角記号によって示されている。建物揺れ推定部２３は、取得した最大値と当該最大値に対応する振動センサ２１の位置についてフロアレスポンス記憶部２６が記憶している建物２のフロアレスポンスとの間の差異を算出する。ここで算出される差異は、例えば差分または比率などであってもよい。

建物揺れ推定部２３は、算出した差異に基づいて、建物２のフロアレスポンスに対する補正係数を算出する。振動センサ２１が配置される腹部における補正係数は、例えば建物２のフロアレスポンスに対する当該振動センサ２１について取得された最大値の比率である。ここで、補正係数β_１は、位置ｘ_１における補正係数である。補正係数β_２は、位置ｘ_２における補正係数である。補正係数β_３は、位置ｘ_３における補正係数である。建物揺れ推定部２３は、振動センサ２１が配置される腹部における補正係数を補間することによって、建物２の高さ全体についての補正係数を算出する。建物揺れ推定部２３は、補正係数の算出に例えば線形補間を用いる。例えば高さｘの区間（０，ｘ_２）について、建物揺れ推定部２３は、区間の両端の補正係数の値１およびβ_２を用いて線形補間を行う。また、高さｘの区間（ｘ_２，ｘ_３）について、建物揺れ推定部２３は、区間の両端の補正係数の値β_２およびβ_３を用いて線形補間を行う。また、高さｘの区間（ｘ_３，ｘ_１）について、建物揺れ推定部２３は、区間の両端の補正係数の値β_３およびβ_１を用いて線形補間を行う。

建物揺れ推定部２３は、建物２の高さ全体にわたって算出した補正係数をフロアレスポンス記憶部２６が記憶している建物２のフロアレスポンスに重畳して乗じた値を算出する。図１３において、算出された値が破線で示される。建物揺れ推定部２３は、算出した値に基づいて建物２の揺れを推定する。

以上に説明したように、実施の形態４に係る揺れ推定システム１は、フロアレスポンス記憶部２６を備える。フロアレスポンス記憶部２６は、予め設定された建物２のフロアレスポンスを記憶する。建物揺れ推定部２３は、フロアレスポンス記憶部２６が記憶している建物２のフロアレスポンス、ならびに第１振動センサ２１ａおよび第２振動センサ２１ｂの検出値のうちの各々の最大値に基づいて建物２の揺れを推定する。

当該構成において、各々の振動センサ２１の検出値の最大値の情報を用いて建物２の揺れが推定される。このため、各々の振動センサ２１において時刻が同期されていない場合においても建物２の揺れを精度よく推定できる。また、同時刻における各々の振動センサ２１の検出値が必要とされないので、振動センサ２１の検出結果のデータ容量を節約できる。このため、揺れ推定システム１の記憶容量に制限がある場合においても、建物２の揺れを精度よく推定できる。

また、建物揺れ推定部２３は、各々の振動センサ２１が設けられる位置についてフロアレスポンス記憶部２６が記憶している建物２のフロアレスポンス、および当該位置に設けられる振動センサ２１の検出値のうちの最大値の差異を算出する。建物揺れ推定部２３は、各々の振動センサ２１が設けられる位置について算出した差異を建物２の位置について補間した補正係数を算出する。建物揺れ推定部２３は、算出した補正係数をフロアレスポンス記憶部２６が記憶している建物２のフロアレスポンスに乗じた結果を用いて建物２の揺れを推定する。

当該構成において、建物揺れ推定部２３は、補間した補正係数によって振動センサ２１が設けられていない位置における揺れ量についても、既知のフロアレスポンスに基づいて推定できる。また、建物揺れ推定部２３は、線形補間などの簡易でロバストな方法を用いて建物２の揺れを推定できる。

本開示に係る揺れ推定システムは、複数の階床を有する建物に適用できる。

１ 揺れ推定システム、 ２ 建物、 ３ エレベーター、 ４ 昇降路、 ５ 機械室、 ６ 巻上機、 ７ 懸架体、 ８ そらせ車、 ９ かご、 １０ 釣合い錘、 １１ 制御装置、 １２ 駆動シーブ、 １３ 巻上機モータ、 １４ 巻上機ブレーキ、 １５ かごガイドレール、 １６ 釣合い錘ガイドレール、 １７ かご緩衝器、 １８ 釣合い錘緩衝器、 １９ Ｐ波感知器、 ２０ Ｓ波感知器、 ２１ 振動センサ、 ２１ａ 第１振動センサ、 ２１ｂ 第２振動センサ、 ２１ｃ 第３振動センサ、 ２２ 揺れ推定装置、 ２３ 建物揺れ推定部、 ２４ エレベーター揺れ推定部、 ２５ 重み係数記憶部、 ２６ フロアレスポンス記憶部、 １００ａ プロセッサ、 １００ｂ メモリ、 ２００ 専用ハードウェア

Claims (6)

1. 建物に設けられ、各々が振動を検出する複数の振動センサと、
   前記複数の振動センサの各々の検出結果に基づいて前記建物の揺れを推定する建物揺れ推定部と、
   を備え、
   前記複数の振動センサは、
   前記建物の基本振動モードの腹部である第１腹部に設けられる第１振動センサと、
   前記基本振動モードより高次の振動モードである前記建物の高次振動モードの複数の腹部のうち前記第１腹部から最も遠い腹部である第２腹部に設けられる第２振動センサと、
   を含み、前記建物揺れ推定部は、前記複数の振動センサの各々の検出結果に基づいて前記建物の複数の振動モードの各々の成分を推定し、推定した成分を用いて前記建物の揺れを推定する揺れ推定システム。
2. 前記建物揺れ推定部は、前記複数の振動センサの少なくともいずれかによって振動の最大値が検出された時刻における前記複数の振動センサの各々による振動の検出値に基づいて前記建物の揺れを推定する
   請求項１に記載の揺れ推定システム。
3. 前記建物揺れ推定部は、前記建物の揺れが発生している期間を分割した複数の時間幅の各々に対して前記建物の揺れを推定する
   請求項１または請求項２に記載の揺れ推定システム。
4. 予め算出された前記建物のフロアレスポンスを記憶するフロアレスポンス記憶部
   を備え、
   前記建物揺れ推定部は、前記フロアレスポンス記憶部が記憶している前記建物のフロアレスポンス、ならびに前記第１振動センサおよび前記第２振動センサの検出値のうちの各々の最大値に基づいて前記建物の揺れを推定する
   請求項１に記載の揺れ推定システム。
5. 前記建物揺れ推定部は、前記複数の振動センサの各々が設けられる位置について前記フロアレスポンス記憶部が記憶している前記建物のフロアレスポンスおよび前記複数の振動センサのうち当該位置に設けられる振動センサの検出値のうちの最大値の差異を算出し、前記複数の振動センサの各々が設けられる位置について算出した差異を前記建物の位置について補間した補正係数を算出し、算出した補正係数を前記フロアレスポンス記憶部が記憶している前記建物のフロアレスポンスに乗じた結果を用いて前記建物の揺れを推定する
   請求項４に記載の揺れ推定システム。
6. 前記建物の複数の振動モードの各々に対応して予め設定された重み係数を記憶する重み係数記憶部と、
   前記建物揺れ推定部が推定した前記建物の複数の振動モードの各々の成分に前記重み係数記憶部が記憶している重み係数を乗じた結果を用いて前記建物に設けられるエレベーターの機器の揺れを推定するエレベーター揺れ推定部と、
   を備える請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の揺れ推定システム。

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