JP7347666B2 - エレベーターの異常検出装置 - Google Patents

Description

本開示は、エレベーターの異常検出装置に関する。特に、エレベーターのかごを走行させるために必要な駆動トルクを伝達する伝達機構部である回転体の異常を検出するためのエレベーターの異常検出装置に関する。

特許文献１は、エレベーターの異常検出装置を開示する。当該異常検出装置によれば、エレベーターの異常を判定し得る。

日本特開２０１６－２２２４２０号公報

しかしながら、特許文献１に記載の異常検出装置においては、巻上機の電流偏差の絶対値が予め設定された閾値を所定回数超過したときエレベーター構造物の異常が判定される。このため、巻上機が一定速で電流偏差が大きくなりにくい場合に異常を検知しにくい。

本開示は、上述の課題を解決するためになされた。本開示の目的は、より確実に異常を検出することができるエレベーターの異常検出装置を提供することである。

本開示に係るエレベーターの異常検出装置は、エレベーターの巻上機に流れる電流を検出する電流検出部と、前記エレベーターのかごの駆動トルクを伝達するための伝達機構部である回転体の状態を検出する回転検出部と、前記電流検出部の検出結果と前記回転検出部の角加速度情報とに基づいて前記回転体の非慣性トルクを推定する推定部と、前記推定部により推定された非慣性トルクの増大に基づいて、前記エレベーターの異常を判定する判定部と、を備えた。

本開示によれば、エレベーターの異常検出装置は、非慣性トルクに基づいて回転体の異常を検出する。このため、異常を正確に判定することができる。

実施の形態１におけるエレベーターの異常検出装置が適用されるエレベーターシステムの構成図である。 実施の形態１におけるエレベーターの異常検出装置が適用されるエレベーターシステムの巻上機の制御系を説明するためのブロック図である。 実施の形態１におけるエレベーターの異常検出装置が適用されるエレベーターシステムの巻上機の角加速度と駆動トルクとの時系列データを示す図である。 実施の形態１におけるエレベーターの異常検出装置が適用されるエレベーターシステムの巻上機の電流指令と電流と電流偏差との時系列データを示す図である。 実施の形態１におけるエレベーターの制御装置のハードウェア構成図である。 実施の形態２におけるエレベーターの異常検出装置が適用されるエレベーターシステムの構成図である。 実施の形態３におけるエレベーターの異常検出装置が適用されるエレベーターシステムの構成図である。

実施の形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１は実施の形態１におけるエレベーターの異常検出装置が適用されるエレベーターシステムの構成図である。なお、図１において、複数の×印は、エレベーターのかごを走行させるために必要な駆動トルクが増える異常が起こり得る場所を示す。

図１のエレベーターシステムは、１対１のローピング方式を採用する。図１において、昇降路１は、図示されない建築物の各階を貫く。機械室２は、昇降路１の直上に設けられる。

巻上機４は、機械室２に設けられる。そらせ車５は、機械室２に設けられる。主ロープ６は、巻上機４とそらせ車５とに巻き掛けられる。そのため、主ロープ６は、巻上機４およびそらせ車５のそれぞれの動きと連動する。

かご７は、昇降路１の内部に設けられる。かご７は、主ロープ６の一側に吊るされる。釣合おもり８は、昇降路１の内部に設けられる。釣合おもり８は、主ロープ６の他側に吊るされる。そのため、かご７および釣合おもり８のそれぞれは、主ロープ６の動きと連動する。

複数のかご側ガイドローラ９は、かご７に設けられる。複数のかご側ガイドローラ９は、図示されないかご７側ガイドに案内される。複数のおもり側ガイドローラ１０は、釣合おもり８に設けられる。複数のおもり側ガイドローラ１０は、図示されないおもり側ガイドに案内される。そのため、かご側ガイドローラ９およびおもり側ガイドローラ１０のそれぞれは、かご７および釣合おもり８のそれぞれの動きと連動する。

張り車１１は、昇降路１の底部に設けられる。コンベンロープ１２は、張り車１１に巻き掛けられた状態でかご７と釣合おもり８とに接続される。そのため、コンベンロープ１２は、張り車１１の動きと連動する。

調速機１３は、第１滑車１３ａと第２滑車１３ｂと調速ロープ１３ｃとを備える。第１滑車１３ａは、機械室２に設けられる。第２滑車１３ｂは、昇降路１の底部に設けられる。調速ロープ１３ｃは、第１滑車１３ａと第２滑車１３ｂとに巻き掛けられる。そのため、調速ロープ１３ｃは、第１滑車１３ａと第２滑車１３ｂのそれぞれの動きと連動する。

電流検出部１４は、巻上機４の図示されないドライバ部に設けられる。電流検出部１４は、巻上機４に流れる電流を検出する。複数の回転検出部１５は、複数の回転体にそれぞれ設けられる。複数の回転体は、エレベーターのかごの走行に伴って動く主ロープ６、コンベンロープ１２および調速ロープ１３ｃの動きに連動して回転する。複数の回転体は、エレベーターのかごを走行させるために必要な駆動トルクを伝達するための伝達機構部として機能する。具体的には、回転体は、巻上機４、そらせ車５、かご側ガイドローラ９、おもり側ガイドローラ１０、張り車１１、第１滑車１３ａ、第２滑車１３ｂのいずれかを指す。複数の回転検出部１５は、複数の回転体の状態をそれぞれ検出する。

例えば、回転検出部１５は、回転体の状態として巻上機４、調速機１３の角加速度を検出する。例えば、回転検出部１５は、回転体の状態として回転体の角度あるいは角速度を検出する。回転検出部１５が回転体の角度を検出する場合、回転検出部１５の外部の構成において、単位時間あたりの回転体の角度の変化が演算されることで角速度が導出される。さらに演算がなされることで、回転体の角加速度が得られる。回転検出部１５が回転体の角速度を検出する場合、回転検出部１５の外部において、時間あたりの回転体の角速度が演算される。その結果、時間あたりの回転体の角速度に基づいて、回転体の角加速度が得られる。

なお、回転検出部１５として、かご７または釣合おもり８に取り付けられた加速度センサを用いてもよい。この場合、巻上機４の角加速度は、加速度センサの出力である加速度の情報を換算することで得られる。

制御装置１６は、異常検出装置として、トルク演算部１６ａと角加速度演算部１６ｂと推定部１６ｃと判定部１６ｄを備える。

トルク演算部１６ａは、電流検出部１４からの情報に基づいて巻上機４の駆動トルクｔを演算する。角加速度演算部１６ｂは、異常判定の対象である少なくとも１つの回転体に設けられた回転検出部１５からの情報に基づいて当該回転体の角加速度を演算する。推定部１６ｃは、トルク演算部１６ａと角加速度演算部１６ｂとからの情報に基づいて当該回転体の非慣性トルクを推定する。判定部１６ｄは、推定部１６ｃにより推定された非慣性トルクに基づいて、異常判定の対象である少なくとも１つの回転体の異常を判定する。

例えば、判定部１６ｄは、次の（１）式により、巻上機４の駆動トルクｔとエレベーター全系のイナーシャＩと角加速度αの乗算とからある区間ごとの非慣性トルクを評価し続ける。イナーシャＩは、かご７の重さも含む。このため、イナーシャＩは、秤、主ロープ６の端部のセンサ等の値を用いたかご７の重さを同定することで正確に表される。なお、イナーシャＩは、予め設定された一定値としてもよい。また、イナーシャＩは、国際公開第２０１６／１１３７６９号に開示されるように時系列データを用いて同定することで定めてもよい。また、Ｉαは、加速のない一定速時に０となる。一定速時の駆動トルクｔは、非慣性トルクと同じとなる。このため、一定速時の駆動トルクのみを用いて評価してもよい。

非慣性トルク＝ｔ－Ｉα （１）

判定部１６ｄは、非慣性トルクが予め設定された閾値を超えた際に当該回転体が異常であると判定する。この際の閾値は、非慣性トルクのばらつきを考慮して設定される。例えば、当該ばらつきは、標準偏差を用いて±３σのように定められる。例えば、当該ばらつきの上限値または下限値は、巻上機４の電流検出部１４の温度特性、巻上機４の摩擦に起因する変化を想定して定められる。

次に、図２を用いて、巻上機４の制御系を説明する。
図２は実施の形態１におけるエレベーターの異常検出装置が適用されるエレベーターシステムの巻上機の制御系を説明するためのブロック図である。

図２に示されるように、制御装置１６は、角速度パターン生成部１６ｅと角速度制御部１６ｆと電流制御部１６ｇとを備える。

角速度パターン生成部１６ｅは、巻上機４の角速度指令を生成する。角速度制御部１６ｆは、角速度パターン生成部１６ｅからの角速度指令値と回転検出部１５からの角速度実測値との偏差に基づいて電流指令を生成する。電流制御部１６ｇは、角速度制御部１６ｆからの電流指令値と電流検出部１４からの電流実測値との偏差に基づいて巻上機４に流れる電流を制御する。

次に、図３と図４とを用いて、異常検出方法を説明する。
図３は実施の形態１におけるエレベーターの異常検出装置が適用されるエレベーターシステムの巻上機の角加速度と駆動トルクとの時系列データを示す図である。図４は実施の形態１におけるエレベーターの異常検出装置が適用されるエレベーターシステムの巻上機の電流指令と電流と電流偏差との時系列データを示す図である。

図３は、巻上機４が加速開始から一定速となり一定速の途中に引っ掛かった場合の角加速度と駆動トルクとの関係を示す。

図３に示されるように、加速開始時の駆動トルクと異常時の駆動トルクとは区別しにくい。このため、駆動トルクの閾値による単純な判定は、異常の検出に適さない。

図４に示されるように、異常が生じた初期において、電流指令と電流検出部１４から検出される電流との偏差は大きくなる。このため、異常が生じた初期において、当該偏差は、異常検出に利用し得る。これに対し、摩擦等により一定の電流となる異常が生じたり、電流指令に対して高応答したりする状態において、当該偏差は、小さくなる。このため、摩擦などにより一定の電流となる異常が生じたり、電流指令に対して高応答したりする状態において、当該偏差は、異常の検出に適さない。なお、ここでの電流は、駆動トルクと比例する。当該電流は、トルク電流と同じである。

これに対し、制御装置１６は、非慣性トルクに基づいて異常を判定する。その結果、異常の誤検知が抑制される。

以上で説明した実施の形態１によれば、制御装置１６は、非慣性トルクに基づいて巻上機４等の回転体の異常を判定する。このため、巻上機４等の回転体の異常を正確に判定することができる。

なお、回転体の異常は、回転体自体が故障している場合も含む。回転体の異常は、回転体に接触するロープの異常も含む。

また、制御装置１６は、非慣性トルクのばらつきを考慮して閾値に基づいて巻上機４等の回転体の異常を正確に判定することができる。このため、巻上機４等の回転体の異常を正確に判定することができる。

次に、変形例として、より高度な異常検知を実現する方法を説明する。

さらに高度な異常検出を実現するために、非慣性トルクを導出する式として、（１）式の代わりに（２）式が用いられる。

非慣性トルク＝ｔ－Ｉα－（Ｍ_ｃ－Ｍ_ｗ）ｇ×Ｄ／２－（Ｍ_ｌｃ（ｚ）－Ｍ_ｌｗ（ｚ））ｇ×Ｄ／２－Ｍ_ｔｃ（ｚ）ｇ×Ｄ／２ （２）

（２）式において、ｔは、巻上機４の駆動トルクである。Ｉは、エレベーター全系のイナーシャである。αは、巻上機４の角加速度である。Ｍ_ｃは、かご７の質量である。Ｍ_ｗは、釣合おもり８の質量である。Ｄは、巻上機４の回転直径である。Ｍ_ｌｃ（ｚ）は、かご位置ｚに応じて変わるかご７の側の主ロープの質量である。Ｍ_ｌｗ（ｚ）は、かご位置ｚに応じて変わる釣合おもり８の側の主ロープの質量である。Ｍ_ｔｃ（ｚ）は、かご位置ｚに応じて変わる制御ケーブルの質量のうちのかご７にかかる質量である。ｇは、重力加度である。

また、かご７、釣合おもり８等で生じる力を巻上機４でのトルクの釣り合いで考えるために、巻上機４の回転直径Ｄの半分が係数とされる。具体的には、各質量は、Ｄ／２倍にされる。

（Ｍ_ｃ－Ｍ_ｗ）ｇは、かご７と釣合おもり８との質量差に起因する。かご７の質量は、乗客により増減する。これに対し、釣合おもり８の質量は、変わらない。このため、かご７の質量が図示されない秤、主ロープ６端部のセンサ等の値から得られることで、（Ｍ_ｃ－Ｍ_ｗ）ｇは、正確に同定される。

なお、（Ｍ_ｌｃ（ｚ）－Ｍ_ｌｗ（ｚ））については、かご７の側と釣合おもり８の側との主ロープ６の重さが変動することを示す。低層のエレベーターにおいては、主ロープ６の重さの寄与は無視できる。これに対し、高層のエレベーターにおいては、主ロープ６の重さの寄与は無視できない。この場合、かご７の位置に応じて、かご７の側と釣合おもり８の側との主ロープ６の重さの偏差を考慮することで、非慣性トルクを正確に推定することができる。

Ｍ_ｔｃ（ｚ）ｇは、かご位置ｚに応じて変わる制御ケーブルの重さのうち、かご７へかかる重さを示す。低層のエレベーターにおいては、制御ケーブルの重さの寄与は無視できる。これに対し、高層のエレベーターにおいては、制御ケーブルの重さの寄与は無視できない。

さらに、（Ｍ_ｃ－Ｍ_ｗ）ｇと（Ｍ_ｌｃ（ｚ）－Ｍ_ｌｗ（ｚ））との影響を考慮して非慣性トルクの平均値および標準偏差を計算し続ければ、経年変化による回転体の非慣性トルクの増大を検出することができる。例えば、非慣性トルクの平均±３標準偏差を閾値とすれば、回転体が通常とは違うことを確率的に評価することができ、異常検出の指標としても利用できる。ここで、推定部１６ｃにおいて（２）式の非慣性トルクを用いることで、判定部１６ｄは、回転体の異常を判定することができる。

なお、図１に示されるように、回転体に対しては、主ロープ６等と外れ止め（図示されず）との干渉、ローラガイドの故障、ベアリングの故障などが様々な要件が考えられる。この際、異常が発生した回転体に対して、回転検出部１５が当該回転体の近くに配置されていれば、異常をより早く検出することができる。この場合、力の伝達の減衰が少ない。このため、異常をより正確に判定することができる。

また、実際の駆動時に非慣性トルクの導出式において各定数に補正を行うことでも、異常の検出精度を向上させることができる。具体的には、駆動初期の電流検出部１４と回転検出部１５の情報からエレベーター全系のイナーシャＩ、かご７の質量等を同定し、その際の非慣性トルクの導出結果とその後の実際の駆動時のある区間に区切って導出した非慣性トルクとを比較し続ければよい。この場合、異常の検出精度を向上させることができる。特に、かご７の質量は乗客により増減する。このため、駆動初期において同定が行われることで、かご７の質量の同定精度をより向上させることができる。そこで、推定部１６ｃは、一例として、巻上機４が駆動し始めた際の電流検出部１４の検出結果と回転検出部１５の検出結果とに基づいて非慣性トルクを推定し、判定部１６ｄは、回転体の異常を判定することができる。

次に、図５を用いて、制御装置１６の例を説明する。
図５は実施の形態１におけるエレベーターの制御装置のハードウェア構成図である。

制御装置１６の各機能は、処理回路により実現し得る。例えば、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。例えば、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア２００を備える。

処理回路が少なくとも１つのプロセッサ１００ａと少なくとも１つのメモリ１００ｂとを備える場合、制御装置１６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。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、少なくとも１つのメモリ１００ｂに格納される。少なくとも１つのプロセッサ１００ａは、少なくとも１つのメモリ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、制御装置１６の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ１００ａは、中央処理装置、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。例えば、少なくとも１つのメモリ１００ｂは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。

処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア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。例えば、制御装置１６の各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、制御装置１６の各機能は、まとめて処理回路で実現される。

制御装置１６の各機能について、一部を専用のハードウェア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。例えば、推定部１６ｃの機能については専用のハードウェア２００としての処理回路で実現し、推定部１６ｃの機能以外の機能については少なくとも１つのプロセッサ１００ａが少なくとも１つのメモリ１００ｂに格納されたプログラムを読み出して実行することにより実現してもよい。

このように、処理回路は、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制御装置１６の各機能を実現する。

実施の形態２．
図６は実施の形態２におけるエレベーターの異常検出装置が適用されるエレベーターシステムの構成図である。なお、実施の形態１の部分と同一又は相当部分には同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。また、図６において、複数の×印は、エレベーターのかごを走行させるために必要な駆動トルクが増える異常が起こり得る場所を示す。

図６のエレベーターシステムは、図１のエレベーターシステムと異なるローピング方式を採用する。具体的には、図６のエレベーターシステムは、２対１のローピング方式を採用する。一方、図６のエレベーターシステムの動作と図１のエレベーターシステムの動作とは基本的に同じであることも明らかである。この場合、実施の形態２の制御装置１６は、実施の形態１の制御装置１６と同様に動作する。

したがって、実施の形態２によれば、実施の形態１および実施の形態１の変形例と同様に、巻上機４等の回転体の異常を正確に判定することができることは明らかである。

実施の形態３．
図７は実施の形態３におけるエレベーターの異常検出装置が適用されるエレベーターシステムの構成図である。なお、実施の形態１の部分と同一又は相当部分には同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。

図７のエレベーターシステムは、絶対位置検出システム１７を採用する。絶対位置検出システム１７は、目盛体１７ａと計測装置１７ｂとを備える。

目盛体１７ａは、長手方向を鉛直方向として昇降路１の内部に設けられる。計測装置１７ｂは、かご７の天井に設けられる。計測装置１７ｂは、目盛体１７ａを読み込むことでかご７の絶対位置を検出する。回転検出部１５は、かご７の絶対位置の情報に基づいて回転体の角加速度を算出する。

制御装置１６は、巻上機４等の回転体の異常を検出する。また、制御装置１６は、かご７の絶対位置の検出結果も組み合わせて、巻上機４、かご側ガイドローラ９等の回転体の異常を検出してもよい。絶対位置検出システム１７は、回転検出部１５に比べてかご７の位置に近い。このため、かご７の付近の回転体の異常をより早く正確に検出することができる。

以上で説明した実施の形態３によれば、制御装置１６は、かご７の絶対位置の検出結果に基づいて回転体の角加速度を検出する。このため、巻上機４、かご側ガイドローラ９等の回転体の異常をより正確に検出することができる。

なお、機械室２がなくて昇降路１の上部または下部に巻上機４、制御装置１６が設けられるエレベーターにおいて、実施の形態１から実施の形態３の制御装置１６を適用してもよい。

以上のように、本開示のエレベーターの異常検出装置は、エレベーターシステムに利用できる。

１ 昇降路、 ２ 機械室、 ４ 巻上機、 ５ そらせ車、 ６ 主ロープ、 ７ かご、 ８ 釣合おもり、 ９ かご側ガイドローラ、 １０ おもり側ガイドローラ、 １１ 張り車、 １２ コンベンロープ、 １３ 調速機、 １３ａ 第１滑車、 １３ｂ 第２滑車、 １３ｃ 調速ロープ、 １４ 電流検出部、 １５ 回転検出部、 １６ 制御装置、 １６ａ トルク演算部、 １６ｂ 角加速度演算部、 １６ｃ 推定部、 １６ｄ 判定部、 １６ｅ 角速度パターン生成部、 １６ｆ 角速度制御部、 １６ｇ 電流制御部、 １７ 絶対位置検出システム、 １７ａ 目盛体、 １７ｂ 計測装置、 １００ａ プロセッサ、 １００ｂ メモリ、 ２００ ハードウェア

Claims (7)

1. エレベーターの巻上機に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記エレベーターのかごの駆動トルクを伝達するための伝達機構部である回転体の状態を検出する回転検出部と、
   前記電流検出部の検出結果と前記回転検出部の角加速度情報とに基づいて前記回転体の非慣性トルクを推定する推定部と、
   前記推定部により推定された非慣性トルクの増大に基づいて、前記エレベーターの異常を判定する判定部と、
   を備えたエレベーターの異常検出装置。
2. 前記推定部は、前記巻上機を駆動し始めた際の、前記電流検出部の検出結果と前記回転検出部の角加速度情報に基づいて非慣性トルクを推定する請求項１に記載のエレベーターの異常検出装置。
3. 前記推定部は、前記かごの重さに基づいて非慣性トルクを推定する請求項１または２に記載のエレベーターの異常検出装置。
4. 前記推定部は、ｔが前記巻上機の駆動トルクであり、Ｉがエレベーター全系のイナーシャであり、αが前記巻上機の角加速度である場合に、ｔ－Ｉαで示される式に基づいて非慣性トルクを推定する請求項３に記載のエレベーターの異常検出装置。
5. 前記推定部は、前記かごの重さと前記エレベーターの釣合おもりの重さの差とに基づいて非慣性トルクを推定する請求項３に記載のエレベーターの異常検出装置。
6. 前記推定部は、ｔが前記巻上機の駆動トルクであり、Ｉがエレベーター全系のイナーシャであり、αが前記巻上機の角加速度であり、Ｍ_ｃが前記かごの質量であり、Ｍ_ｗが前記釣合おもりの質量であり、Ｄが前記巻上機の回転直径であり、Ｍ_ｌｃ（ｚ）が前記かごの位置ｚに応じて変わる前記かごの側の前記エレベーターの主ロープの質量であり、Ｍ_ｌｗ（ｚ）が前記かごの位置ｚに応じて変わる前記釣合おもりの側の前記主ロープの質量であり、Ｍ_ｔｃ（ｚ）が前記かごの位置ｚに応じて変わる前記エレベーターの制御ケーブルの質量のうちの前記かごにかかる質量であり、ｇが重力加度である場合に、ｔ－Ｉα－（Ｍ_ｃ－Ｍ_ｗ）ｇ×Ｄ／２－（Ｍ_ｌｃ（ｚ）－Ｍ_ｌｗ（ｚ））ｇ×Ｄ／２－Ｍ_ｔｃ（ｚ）ｇ×Ｄ／２で示される式に基づいて非慣性トルクを推定する請求項５に記載のエレベーターの異常検出装置。
7. 前記回転検出部は、少なくとも一つの回転体の状態を検出する請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のエレベーターの異常検出装置。

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