(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレベータを昇降路レールに対して作動させるための電磁石アクチュエータにおいて、
内側腕と、一対の外側腕と、背骨部と、からなるＥ字型をなし、かつ、上記レールのブレードとの間で磁束を結合させるＥ型電磁石コアと、
このＥ型コア上に巻かれていて磁束を発生させる１対のコイルと、
を有し、かつ、
上記内側腕の先端はレールブレードの先端と対向し、上記１対の外側腕の先端はレールブレードの両側面に対向していることを特徴とする電磁石アクチュエータ。
【請求項２】
１対のコイルは２つの別々の経路内に磁束を発生させ、２つの経路の磁束は、レールの反対の側の間隙を横切り、レール内で互いに合流し、そして上記コアへの第３の間隙を一緒に横切った後に上記２つの別々の経路内へ分流する請求項１記載の電磁石アクチュエータ。
【請求項３】
Ｅ型コアは、外側腕に張り出し部を有するＥ字型を形成している請求項１記載の電磁石アクチュエータ。
【請求項４】
Ｅ型コアは、内側腕には張り出し部を有していないＥ字型を形成している請求項３記載の電磁石アクチュエータ。
【請求項５】
Ｅ型コアは、内側腕には張り出し部を有していないＥ字型を形成している請求項１記載の電磁石アクチュエータ。
【請求項６】
１対のコイルは、上記コアの第１の半分部分及び第２の半分部分にそれぞれ巻かれている第１のコイル及び第２のコイルからなる請求項１に記載の電磁石アクチュエータ。
【請求項７】
Ｅ型コアの背骨部は、第１の外側腕に接続されている第１の半分部分と、第２の外側腕に接続されている第２の半分部分と、を有し、１対のコイルの第１のコイルは背骨部の第１の半分部分と第１の外側腕とに第１の磁束を発生させ、この第１の磁束は第１の間隙を横切ってレールブレード内へ入り、１対のコイルの第２のコイルは背骨部の第２の半分部分と第２の外側腕とに第２の磁束を発生させ、この第２の磁束は第２の間隙を横切ってレールブレード内へ入り、第１及び第２の磁束はレールブレード内において互いに合流し、一緒になって第３の間隙を横切って内側腕内へ入った後に背骨部内で第１及び第２の半分部分へ分流する請求項１記載の電磁石アクチュエータ。
【請求項８】
１対のコイルは、コアの互いに反対側の第１及び第２の半分部分の上に別々に巻かれていてブレードの第１及び第２の反対の側にそれぞれ第１及び第２の磁束を発生させ、またブレードの先端とコアとの間に第１及び第２の両磁束を発生させる請求項１記載の電磁石アクチュエータ。
【請求項９】
第１及び第２の磁束は、ブレードの先端とコアとの間に相加的に供給される請求項８記載の電磁石アクチュエータ。
【請求項１０】
対向する昇降路レールの間にエレベータかごを懸架するエレベータかご水平懸架装置において、
１対の電磁石アクチュエータと、感知手段と、制御装置とを備え、
上記１対の電磁石アクチュエータは、内側腕と、一対の外側腕と、背骨部と、からなるＥ字型をなすＥ型コアを有していて、該Ｅ型コアの該内側腕の先端はレールブレードの先端と対向し、上記１対の外側腕の先端はレールブレードの両側面に対向するように、かごの両側に且つ対応する対のレールに近接して位置決めされ、各アクチュエータは１対のコイル電流信号に応答してコアの反対の側に巻かれている１対のコイル内に磁束を発生させてかごとレールとの間に前後方向及び左右方向の力を加え、
上記感知手段は、かごの運動に応答して１もしくはそれ以上の感知信号を発生し、そして
上記制御装置は、１もしくはそれ以上の感知信号に応答して１対のコイル電流信号を各アクチュエータに供給することを特徴とするエレベータかご水平懸架装置。
【請求項１１】
感知手段は、各アクチュエータ毎に１対の直交位置センサを備えている請求項１０記載の懸架装置。
【請求項１２】
複数のレール及びそれらの間の中心に対して平行な軸を中心とするかごの回転を、各アクチュエータの直交位置センサが発生する感知信号から導出する請求項１０記載の懸架装置。
【請求項１３】
上記制御装置は、
２つの並進参照信号及び１つの回転参照信号に応答し、且つ対応する感知信号に応答して、対応する１もしくはそれ以上の差信号を発生する加算手段と、
対応する差信号に応答して力及びモーメント命令信号を発生する運動制御利得手段と、
力及びモーメント命令信号に応答して磁束命令信号を供給する第１の減結合手段と、
磁束命令信号と、並進及び回転感知信号とに応答して電流命令信号を供給する磁束制御装置と、
電流命令信号に応答してコイル電流命令信号を供給する第２の減結合手段と、
コイル電流命令信号に応答して各アクチュエータ毎に１対のコイル電流信号を供給するドライバと、
を有する請求項１０記載の懸架装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はエレベータに関し、特にエレベータのための能動水平懸架装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エレベータかごは、かごを昇降路内で横方向に位置決めし、荷重の不平衡及び乗客の移動に起因するかごの動揺を吸収するために、懸架装置を必要とする。現在の技術は、図１及び２に示すように昇降路の側壁にブラケット１２によって取り付けられているＴ型鋼製案内レール１０と、図４に示すように弾力的な取り付け具上でかごに固定されている図３に示すようなころがり輪案内装置１４とを使用している。ころがり輪は案内レール上をころがって、かごの横方向位置を維持し、またかごに加わる動揺力を吸収する。
かごに加わる力は２つの成分、即ち前後方向成分と左右方向成分とに分解される。これらの各方向に力が作用するように別々の輪が使用される。左右方向の力はころがり輪１６がレールの先端の狭い内側表面を押すことによって発生し、前後方向の力は別の輪１８がレールの広い側面を押すことによって発生する。
従来の受動ころがり案内懸架装置の限界は、レールの凹凸がかご枠に伝わって乗客に望ましくない雑音及び振動をもたらすことである。
かごの横方向懸架に対する代替アプローチは、かごに固定されていて能動的に制御される電磁石を使用してアクチュエータと案内レールとの間に引き付け力を発生させることである。磁石の能動制御は、荷重の不平衡に起因する静的な力を打ち消し、また動揺を吸収する動的な力を与えるために使用される。例えば、公開ヨーロッパ特許出願 0 467 673 A2 を参照されたい。能動磁気懸架装置は非接触横方向懸架装置であり、従来のころがり案内技術より滑らか且つ静粛で、エレベータの乗り心地を改善する。このような電磁石アクチュエータは先行技術に示されているが、使用するジオメトリ、特に左右方向の動作に対して最適化されてはいない。
【０００３】
Ｔ型レールによってエレベータかごを磁気的に案内する従来の技術は、前後方向及び左右方向の運動に対して別個のアクチュエータを使用しており、これらはエレベータかごの底の２つの隅に設けられるか、もしくは天井及び底の４隅に設けられていることさえあった。例えば合衆国特許 4,754,849号では、エレベータかごの４隅のそれぞれに別々の３つのコア及びコイルが設けてある。
【０００４】
【発明の概要】
本発明の目的は、エレベータを水平に懸架するための電磁石アクチュエータを提供することである。
本発明の別の目的は、エレベータのための能動水平懸架装置を提供することである。
本発明によれば、エレベータを昇降路に対して作動させる電磁石アクチュエータは、レールのブレードとの間で磁束を結合するＥ型電磁石コアと、このＥ型コアの上に巻かれていて磁束を供給する１対のコイルとを備えている。
更に本発明によれば、１対のコイルは２つの別々の経路に磁束を発生させ、これらの磁束は２つの経路からレールの両側の間隙を横切り、レール内において合流し、そして第３の間隙を横切ってコア内へ入った後に再び２つの別々の経路へ分流する。
また更に本発明によれば、Ｅ型コアは、Ｅ字型を形成する外側の腕が張り出し部（もしくはセリフ）を有している。内側の腕には張り出し部は形成されていない。
更に本発明によれば、電磁石の１対のコイルは、コアの第１及び第２の半分部分にそれぞれ巻かれている第１のコイル及び第２のコイルからなる。１対のコイルをコアの第１及び第２の反対の側の半分部分の上に別々に巻くことによって、これらのコイルがそれぞれコアの第１及び第２の互いに反対となる半分部分と、レールブレードの互いに反対側の第１及び第２の側との間に第１及び第２の磁束を導くことができ、それにより第１及び第２の両磁束がレールブレード内で合流し、レールブレードの先端とコアとの間に導かれるようになる。換言すれば、このようにすると、第１及び第２の磁束をレールブレードの先端とコアとの間に相加的に供給することができるのである。Ｅ型コアの内側腕の先端はその面をレールブレードの先端の面に対向させることができ、またＥ型コアの１対の外側腕の先端はそれらの面がレールブレードの両側面に対向している。
【０００５】
更に本発明によれば、エレベータの少なくとも２つの隅の各々に単一のアクチュエータが使用され、各アクチュエータは２つのコイルが巻かれた単一のコアからなっている。コイルを別々に制御して励磁することにより、各アクチュエータに前後方向の及び左右方向の力が発生する。この配列は部品数を減らし、必要な電力用電子回路の数を最小にし、機械的設備を簡易化し、そして各隅に複数のコアを使用する方式に対して信頼性を改善する。
更に本発明によれば、対向する昇降路レール間にかごを懸架するためのエレベータかご水平懸架装置は、１対の電磁石アクチュエータと、感知手段と、制御装置とを備え、１対の電磁石アクチュエータは、Ｅ型コアを有し且つ対応する１対のレールに近接してかごの両側に位置決めされ、各アクチュエータは１対のコイル電流信号に応答してコアの反対の側に巻かれた１対のコイル内に磁束を発生させてかごとレールとの間に前後方向及び左右方向の力を加え、感知手段は、かごの運動に応答して１もしくはそれ以上の感知信号を発生し、そして制御装置は、１もしくはそれ以上の感知信号に応答して各アクチュエータに１対のコイル電流信号を供給する。
【０００６】
本発明のこれら及び他の目的、特色及び長所は以下の添付図面に基づく実施例の詳細な説明から明白になるであろう。
【０００７】
【実施例】
先に示唆したように、本発明は、かごの両側に対になって取り付けられている磁気アクチュエータを使用し、かごを横方向に懸架するのに必要な前後方向及び左右方向の力を発生する。アクチュエータ自体はＥ型コアを使用してレールの狭い先端表面に高磁束密度を発生させ、左右方向動作にとって必要な大きい力を発生させている。
単一のアクチュエータ２０の概要を図５に示す。Ａ及びＢで示す２つのコイル２２、２４がコア２１の上に巻かれており、間隙ｇa 及びｇb をそれぞれ横切ってレール２６に入る磁束が発生するように励磁される。合計磁束は、レール２６の狭い先端２７の前の間隙ｇ1 を横切って共通磁束戻り路内に入る。レール２６の狭い先端２７の高磁束は、レール２６を引き付けて間隙ｇ1 を減少させるような力を発生する。間隙ｇa 及びｇb に作用する磁力は逆方向であり、レール２６がコア２１に対して中心に位置し且つコイル２２、２４の励磁が等しい場合には互いに打ち消し合う。
コイル電流が同一で且つ間隙ｇa 及びｇb が等しくない場合には不平衡な前後方向の力が発生する。この不平衡な力は不安定であり、小さい方の間隙を更に小さくしようとする。即ち、アクチュエータが前後方向に離心して移動した場合には、この不平衡な力が離心を助長するようにアクチュエータを移動させる。この不平衡な力は、個々のコイルの励磁を適切に制御することによって排除することができる。間隙ｇa が間隙ｇb より大きい場合、コイルＡの電流を増加させ、コイルＢの電流を減少させる。これは間隙ｇa 内の磁束密度を、従って力を増加させ、間隙ｇb 内の力を減少させて前後方向の正味の力を平衡させる。従ってかごの両側に取り付けられた磁気アクチュエータを対で動作させると、かごとレールとを物理的に接触させることなく、また前後方向に不要な力を導入することなくかごを横方向に懸架するのに必要な左右方向の力が発生する。
【０００８】
単一のアクチュエータにおけるコイルの不平衡な励磁は、レールの前側もしくは後側へ磁束を“かじ取り”して前後方向の正味の力を発生させるために使用される。１対のアクチュエータの力を、前後方向の力、左右方向の力、及び偏揺れモーメントに分離（デカップル）するような制御戦略が実現されている。
単一アクチュエータの動作
図６は単一アクチュエータのより詳細な概要図であって、主空隙及び磁極の寸法、幾何座標、磁束、並びに力、磁束、電流及びコイルの極性を示してある。空隙ｇa 及びｇb は、それぞれレールの前方及び後方にあるものと定義する。各空隙における実効磁極幅はｗ2 である。空隙ｇ1 は、レールの狭い表面上で左右方向に定義されている。この空隙の実効磁極幅はｗ1 である。２つのコイル‘ａ’及び‘ｂ’が巻かれており、正電流が発生する磁束φa 及びφb が前後方向の空隙からレール内へ入るように励磁される。これらの磁束は、レールの狭い表面の空隙ｇ1 を横切り、共通戻り路内のφ1 として合流する。
磁束及び起磁力
図７は、空隙磁気抵抗が優勢な単一アクチュエータの簡易磁気回路モデルである。Ｎ巻回のコイル‘ａ’及び‘ｂ’はそれぞれ起磁力（ＭＭＦ）Ｎｉa 及びＮｉb を発生する。空隙磁束はコイルのＭＭＦと次のような関係にある。
【０００９】
Ｎｉa ＝Ｒ1 φ1 ＋Ｒa φa
Ｎｉb ＝Ｒ1 φ1 ＋Ｒb φb
但し、磁気抵抗は以下によって与えられる。
Ｒa ＝ｇa ／（μ0 ｗ2 ｈ）
Ｒb ＝ｇb ／（μ0 ｗ2 ｈ）
Ｒ1 ＝ｇ1 ／（μ0 ｗ1 ｈ）
ここに、ｈは図６の面に直角な方向におけるコアの高さである。
空隙及びコイル電流に関して以下のように定義する。
ｇa ＝ｇ0 ＋ｄ
ｇb ＝ｇ0 −ｄ
ｉa ＝Ｉ0 ＋Δｉ
ｉb ＝Ｉ0 −Δｉ
ここに、ｇ0 は前後方向における平均空隙であり、ｄは前方向へのアクチュエータの変位であり、Ｉ0 はコイル電流の和であり、そしてΔｉはコイル電流の差である。
【００１０】
上記定義を使用して磁束を解くと、ある簡易化を行った後に、
φ1 ＝（２Ｎμ0 ）・（ｗ2/ｇ0 ）・〔｛Ｉ0 −（ｄ/ ｇ0 ）Δｉ｝〕        ／〔１＋｛２（ｇ1 ｗ2 ／ｇ0 ｗ1 ）｝−（ｄ／ｇ0 ）2 〕
φa ＝（φ1 ／２）＋（Ｎμ0 ）・（ｗ2/ｇ0 ）・        〔１＋｛２（ｇ1 ｗ2 ／ｇ0 ｗ1 ）｝Δｉ−（ｄ/ ｇ0 ）Ｉ0 〕        ／〔１＋｛２（ｇ1 ｗ2 ／ｇ0 ｗ1 ）｝−（ｄ／ｇ0 ）2 〕
φb ＝（φ1 ／２）−（Ｎμ0 ）・（ｗ2/ｇ0 ）・        〔１＋｛２（ｇ1 ｗ2 ／ｇ0 ｗ1 ）｝Δｉ−（ｄ/ ｇ0 ）Ｉ0 〕        ／〔１＋｛２（ｇ1 ｗ2 ／ｇ0 ｗ1 ）｝−（ｄ／ｇ0 ）2 〕が求められる。
これらの関係は、Ｉ0 及びΔｉを適切に選択することによって３つの空隙内の磁束を所望の関係に維持することができる分離制御戦略を記述している。
力及び磁束
レールと各磁極面との間の間隙ｇa 、ｇb 及びｇ1 に磁気的な引き付け力が存在する。これらの力は間隙磁束φの自乗に比例し、次のように与えられる。
【００１１】
Ｆ1 ＝（１／２）・（１／μ0 ）・（φ12／ｗ1 ｈ）
Ｆa ＝（１／２）・（１／μ0 ）・（φa 2 ／ｗ2 ｈ）
Ｆb ＝（１／２）・（１／μ0 ）・（φb 2 ／ｗ2 ｈ）
前方向における正味の力は、
0003639625.tif 000002
これらの関係によって、単一のアクチュエータの場合に左右方向の力Ｆ1 及び前後方向の力Ｆy を部分的に分離するように制御することができる。力Ｆy を発生させるためには磁束φ1 が、従って力Ｆ1 が必要であるが、力Ｆy が変化しても力Ｆ1 を一定に維持することは可能であり、その逆もまた可能である。
２つのアクチュエータによる３軸制御
図８は、かご枠の両側に取り付けられた２つの上述したような磁気アクチュエータの概要図である。この配列によれば、３つの自由度、即ち前後方向の並進運動、左右方向の並進運動、及び垂直軸を中心とするねじりモーメントの制御が可能になる。座標方向は、＋Ｘ（図８において右）方向が左右方向の正であり、＋Ｙ（図８において前）方向が前後方向の正であり、そしてＺ軸を中心とするモーメントの正は図８を下に見た時の反時計方向である。
【００１２】
かごに加わる前方向の正味の力は、右及び左のアクチュエータからの力の和であり、
Ｆy ＝ＦyR＋ＦyL
で表すことができる。同様に、左右方向の正味の力は
Ｆx ＝Ｆ1R＋Ｆ1L
で表すことができる。垂直軸を中心とするねじりモーメントは
Ｍ＝ｒ・（ＦyR−ＦyL）
で表される。ここにｒは実効モーメントアームである。
図９は、２つの磁気アクチュエータを使用するエレベータかごの横方向案内の３軸制御装置の高レベル回路図である。２つの並進運動変数ｘ、ｙ、及び角変数θが測定され、基準値ｘ* 、ｙ* 、θ* と比較される。当分野においては明白なように、角変数θは各アクチュエータにおける２つの並進測定から導出することができる。測定された誤差を使用して力及びモーメント命令を発生する。これらの命令は上式を実現している分離アルゴリズムを通して供給され、磁束命令が形成される。磁束命令は測定された磁束及び空隙情報と比較され、各アクチュエータ毎の電流命令Ｉ0 及びΔｉが作られる。これらは、個々のコイル電流命令に分離される。電力増幅器は、電流命令に従ってコイルに電流を供給する。結果として生じた制御された磁束は、かごに制御された力を加えて３つの自由度で位置を制御する。
【００１３】
以上に本発明の最良モード実施例を説明したが、この実施例は本発明の範囲から逸脱することなくその形状及び細部に、上述した及び他の種々の変更、省略、及び追加を行い得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  レールブラケットによって昇降路壁に取り付けられている案内レールを有する従来のエレベータ昇降路を示す斜視図である。
【図２】  図１のレールの１つと、それに取り付けられているブラケットとを示す上面図である。
【図３】  従来技術の受動ころがり案内装置を示す斜視図である。
【図４】  各隅に受動ころがり案内装置を有する従来技術のエレベータを示す斜視図である。
【図５】  本発明による電磁石アクチュエータの概要図である。
【図６】  本発明によるＥ型コア磁気アクチュエータを、主要寸法、幾何座標、磁束及び磁極の定義と共に示す図である。
【図７】  本発明によるＥ型コアアクチュエータの磁気回路モデルである。
【図８】  本発明に従ってかご枠に堅固に取り付けられた、各々が図６に示すアクチュエータと同一の１対のアクチュエータを示す図である。
【図９】  本発明によるエレベータかご磁気案内装置の制御装置のブロック線図である。
【符号の説明】
１０  案内レール
１２  ブラケット
１４  ころがり輪案内装置
１６  ころがり輪
１８  別のころがり輪
２０  アクチュエータ
２１  コア
２２、２４  コイル
２６  レール
２７  レールの先端
【図１】
0003639625.tif 000003
【図２】
0003639625.tif 000004
【図３】
0003639625.tif 000005
【図４】
0003639625.tif 000006
【図５】
0003639625.tif 000007
【図６】
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【図７】
0003639625.tif 000009
【図８】
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【図９】
0003639625.tif 000011