(57)【要約】      （修正有）【課題】建物の揺れに伴うロープの揺れ（応答特性）を乗りかごの移動に伴ってロープ長さが変化した直後の運転エネルギーを考慮して正確に求め、そのロープ揺れの状態に応じて乗りかごを適切に管制運転して安全を確保する。【解決手段】エレベータの制御装置２１において、ロープ揺れ演算部４１は、かご位置検出器２３から出力されるかご位置データと、建物の上部と下部に設置された２つの加速度センサ２２ａ，２２ｂから出力される加速度データとに基づいて、建物揺れに伴うエレベータ・ロープの揺れの大きさを演算する。その際、乗りかごの移動に伴うロープ長さの変化前後における運動エネルギーが同じになるように補正を行う。管制運転判定部４３はロープ揺れ演算部４１の演算結果に基づいて乗りかごを管制運転するためのレベルを判定し、管制運転制御部４４はその判定レベルに応じた管制運転を実行する。【選択図】図２
2011051739.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
建物の昇降路内に設置されたロープを介して昇降動作する乗りかごを備えたエレベータの制御装置において、
上記乗りかごの位置を検出する位置検出手段と、
上記建物の上部付近に設置された第１の加速度センサと、
上記建物の下部付近に設置された第２の加速度センサと、
上記位置検出手段によって検出された上記乗りかごの位置データに基づいて、上記第１および第２の加速度センサから出力される各加速度データに上記建物の揺れが上記ロープに与える影響を加味した重み付けを行って上記ロープの揺れ量を演算し、その演算の際に上記乗りかごの移動に伴うロープ長さの変化前後における運動エネルギーが同じになるように補正を行うロープ揺れ演算手段と
を具備したことを特徴とするエレベータの制御装置。
【請求項２】
上記ロープ揺れ演算手段は、上記乗りかごの移動に伴うロープ長さ変化前後における固有振動数の比に比例した補正係数を上記ロープの揺れ速度に掛けて演算することを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
【請求項３】
上記ロープ揺れ演算手段は、上記ロープの共振特性に応じて、上記乗りかごの移動に伴うロープ長さ変化前後における固有振動数の比のべき乗に比例した補正係数を上記ロープの揺れ速度に掛けて演算することを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
【請求項４】
上記補正係数のべき乗は、上記建物の一次の固有振動数と共振する上記ロープの固有振動数の最大の次数に依存することを特徴とする請求項３記載のエレベータの制御装置。
【請求項５】
上記ロープ揺れ演算手段によって得られた上記ロープの揺れ量に基づいて、上記乗りかごを管制運転するためのレベルを選択する管制運転判定手段と、
この管制運転判定手段によって選択されたレベルに対応した管制運転を実行する管制運転制御手段と
をさらに具備したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載のエレベータの制御装置。
【請求項６】
上記管制運転制御手段は、上記乗りかごを管制運転した後に、それまでに得られた上記ロープの揺れ量が所定の値以下であった場合に上記乗りかごの運転を再開することを特徴とする請求項５記載のエレベータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地震や強風によるロープ揺れを検出して管制運転に切り替えるエレベータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
建物が高層化されると、建物の固有振動数が低下するため、地震発生時や強風時に共振現象が起こりやすくなる。共振現象が発生すると、建物は大きく揺れ、その建物内に設置されているエレベータ設備も大きく揺れる。これにより、エレベータの乗りかごが階床間で停止し、いわゆる「閉じ込め事故」が発生する。
【０００３】
このような閉じ込め事故を防止するため、近年のエレベータでは、「管制運転装置」と呼ばれる安全装置を備えている。これは、加速度センサなどの感知器によって所定値を超える加速度（揺れ）が検知された場合に、エレベータの運転を休止したり、あるいは、運転中であれば、乗りかごを自動的に最寄階に移動させ、そこで乗客を降ろしてから運転停止するものである。
【０００４】
このように、一般的な管制運転装置は、加速度を検出し、その検出値が所定値を超える場合に危険であると判断して、管制運転を行うのが基本的な考え方である。しかし、正確に言えば、地震や強風の発生により建物およびエレベータシステムが危険な状態に陥るか否かは、検出した加速度だけに依存しているのではなく、建物やエレベータ設備の固有振動数と地震波の卓越振動数との関係、あるいは建屋やエレベータ設備の振動特性などにも依存している（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、加速度センサにより検出した加速度をもとに、エレベータ・ロープを簡単な１自由度モデルで置き換え、ロープの応答を推定して管制運転を行う技術もある（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、建物の変位データをもとに、エレベータ・ロープを多自由度モデルまたは簡単な１自由度モデルで置き換え、ロープの応答を推定して管制運転を行う技術もある（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平６−３７２６９号公報
【特許文献２】特開２００７−３３１９０１号公報
【特許文献３】特開２００７−１３１３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特許文献１では、ロープを含むエレベータ設備の個々の共振周波数を予め設定しておき、これらの共振周波数と一致する振動が検出された場合に管制運転を行うものである。この場合、ロープに関しては、所定の長さ（例えば一番長い状態）での共振周波数しか設定されていないため、乗りかごの位置によってロープ長が変わると、管制運転の判別に狂いが生じる可能性がある。
【０００９】
また、上記特許文献２では、１自由度モデルで簡易的にロープの応答を推定する構成であるため、実際のロープ応答との間に誤差が生じる可能性がある。さらに、かご位置に応じたロープの応答を推定するためには、多数の１自由度モデルを必要とするなどの問題もある。
【００１０】
また、上記特許文献３では、建物の揺れ（変位データ）をもとに、ロープ揺れ量を推定する構成である。しかし、加速度計あるいは速度計の測定データを積分することで変位データを得ており、その積分時に低周波成分（ノイズ）が過大に重畳してしまい、ロープ揺れ量を正しく推定できない可能性がある。
【００１１】
なお、上記特許文献３には、差分法によるロープ揺れ解析と等価な１自由度モデルを開発してロープ揺れ量を推定することが開示されているが、どのようにすれば等価なモデルとなるかについては言及されていない。
【００１２】
また、通常、乗りかごが移動してロープの長さが変化しても、ロープの運動エネルギーがすぐに変化するわけではない。これは、ロープ長さ変化の影響が波の伝播によりロープ全体に伝達されることによる。一般的な１自由度モデルでは、ロープ内の波の伝播まで考慮できない。すなわち、ロープ長さの変化直後に運動エネルギーが変化するため、ロープ揺れの応答特性に誤差が生じる問題がある。
【００１３】
本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、地震や強風等によって建物が揺れた場合に、その建物の揺れに伴うロープの揺れ（応答特性）を乗りかごの移動に伴ってロープ長さが変化した直後の運転エネルギーを考慮して正確に求め、そのロープ揺れの状態に応じて乗りかごを適切に管制運転して安全を確保することのできるエレベータの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係るエレベータの制御装置は、建物の昇降路内に設置されたロープを介して昇降動作する乗りかごを備えたエレベータの制御装置において、上記乗りかごの位置を検出する位置検出手段と、上記建物の上部付近に設置された第１の加速度センサと、上記建物の下部付近に設置された第２の加速度センサと、上記位置検出手段によって検出された上記乗りかごの位置データに基づいて、上記第１および第２の加速度センサから出力される各加速度データに上記建物の揺れが上記ロープに与える影響を加味した重み付けを行って上記ロープの揺れ量を時々刻々に演算し、その演算の際に上記乗りかごの移動に伴うロープ長さの変化前後における運動エネルギーが同じになるように補正を行うロープ揺れ演算手段とを具備したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、地震や強風等によって建物が揺れた場合に、その建物の揺れに伴うロープの揺れ（応答特性）を乗りかごの移動に伴ってロープ長さが変化した直後の運転エネルギーを考慮して正確に求めることができる。これにより、ロープ揺れの状態に応じて乗りかごを適切に管制運転して安全を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るエレベータの全体構成を示す図である。
【図２】図２は同実施形態におけるエレベータの制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図３】図３は同実施形態における建物の振動モードとエレベータ・ロープとの関係を示す図である。
【図４】図４は同実施形態における建物と共振するロープの固有振動数を説明するための図であり、図４（ａ）は１次の振動モード、同図（ｂ）は２次の振動モード、同図（ｃ）は３次の振動モードを示す図である。
【図５】図５は同実施形態における１自由度モデルを用いたロープ揺れの演算方法を説明するための図である。
【図６】図６は同実施形態における地震波のリストの一例を示す図である。
【図７】図７は同実施形態における地震波リストの中のＮｏ．７の地震波の状態を示す図であり、図７（ａ）は加速度と時間との関係、同図（ｂ）は変位と時間との関係を示している。
【図８】図８は同実施形態における地震波リストの中のＮｏ．７の地震波による建物の応答波の状態を示す図であり、図８（ａ）は加速度と時間との関係、同図（ｂ）は変位と時間との関係を示している。
【図９】図９は同実施形態における地震波リストの中のＮｏ．７の地震波を例にした場合の建物頂部と地表面の加速度波形と時間との関係を示す図である。
【図１０】図１０は同実施形態における地震波リストの中のＮｏ．７の地震波を例にした場合のメインロープの最大変位と時間との関係を示す図であり、図１０（ａ）は乗りかごがｕｐ方向に走行した場合、同図（ｂ）は乗りかごがｄｏｗｎ方向に走行した場合を示している。
【図１１】図１１は同実施形態における地震波リストの中のＮｏ．７の地震波を例にした場合のコンペンロープの最大変位と時間との関係を示す図であり、図１１（ａ）は乗りかごがｕｐ方向に走行した場合、同図（ｂ）は乗りかごがｄｏｗｎ方向に走行した場合を示している。
【図１２】図１２は同実施形態における地震波リストの各地震波について、メインロープを例にして、差分法による解析結果と本方式の１自由度モデルによる解析結果とを比較して示す図である。
【図１３】図１３は同実施形態における地震波リストの各地震波について、コンペンロープを例にして、差分法による解析結果と本方式の１自由度モデルによる解析結果とを比較して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るエレベータの全体構成を示す図である。今、ある建物１０の中に１台のエレベータ１１が設置されている場合を想定する。
【００１９】
建物１０の最上部の機械室１０ａに、エレベータ１１の駆動源である巻上機１２が設置されている。なお、マシンルームレスタイプのエレベータでは、昇降路１０ｂ内の上部に巻上機１２が設置される。
【００２０】
この巻上機１２にメインロープ１３が巻回されている。メインロープ１３の一端側には乗りかご１４、他端側にはカウンタウェイト１５に取り付けられている。また、昇降路１０ｂの最下部にはコンペンシープ１７が配設されており、このコンペンシープ１７を介してコンペンロープ１６の端部がそれぞれ乗りかご１４とカウンタウェイト１５の下部に取り付けられている。
【００２１】
さらに、巻上機１２の近くにガバナ（調速機）１８、コンペンシープ１７の近くにガバナシープ１９が配設されており、これらガバナ１８およびガバナシーブ８にガバナロープ２０が巻回されている。ガバナロープ２０は乗りかご１４に連結されており、ガバナ１８はこのガバナロープ２０を介して乗りかご１４の走行速度に同期して回転する。
【００２２】
一方、建物１０の機械室１０ａあるいはマシンルームレスタイプでは昇降路１０ｂ内に、エレベータ１１を運転制御するための制御装置２１が設置されている。
【００２３】
この制御装置２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を搭載したコンピュータからなり、巻上機１２の駆動制御など、エレベータ１１の運転制御に関わる一連の処理を実行する。また、後述するように、この制御装置２１は、地震や強風等によって建物１０が揺れた場合に、その建物揺れに伴うロープ揺れ量を演算するための機能と、演算結果として得られたロープ揺れ量に応じて乗りかご１４を管制運転するための機能を備える。
【００２４】
なお、「ロープ揺れ」とは、ロープの横揺れのことである。また、ここで言う「ロープ」とは、乗りかご１４の昇降動作に関連したロープのことであり、図１の例ではメインロープ１３の他にコンペンロープ１６も含む。
【００２５】
ここで、建物１０の上部付近（制御装置２１の設置位置付近）には第１の加速度センサ２２ａが設置され、建物１０の下部付近（昇降路１０ｂ）には第２の加速度センサ２２ｂが設置されている。なお、これらの加速度センサ２２ａ，２２ｂは、ｘ方向とｙ方向の加速度を検出可能な２軸加速度センサからなる。
【００２６】
地震あるいは強風等によって建物１０が揺れると、そのときの揺れ量に応じて上記加速度センサ２２ａ，２２ｂから加速度データｘ¨１，ｘ¨２がそれぞれ出力されて、制御装置２１に与えられる。
【００２７】
なお、実際にはｙ方向の加速度も検出されるが、ここでは説明を簡単にするために、ｘ方向の加速度のみに着目する。
【００２８】
また、「ｘ」に付記された「・］の記号は時間に対する１回微分（速度）、「¨」の記号は時間に対する２回微分（加速度）を表す。この「・］や「¨」の記号は、実際には図面に示されているように文字の真上に付記されるものであるが、明細書中では便宜的に文字の右横に付すこともある。
【００２９】
乗りかご１４の底部には、積載荷重を検出するための荷重センサ２４が取り付けられている。この荷重センサ２４から出力された積載荷重データＣＷは制御装置２１に与えられる。
【００３０】
また、巻上機１２の回転軸にかご位置検出器２３が取り付けられている。このかご位置検出器２３は、巻上機１２の回転に同期してパルス信号を発生するパルスジェネレータからなり、そのパルス信号のカウント値から乗りかご１４の位置を検出するように構成されている。このかご位置検出器２３から出力されたかご位置データＣＰは、制御装置２１に与えられる。なお、例えば各階床に図示せぬ位置センサを設置しておき、乗りかご１４がこれらの位置センサを通過したときに出力される信号を用いてかご位置を検出する構成としても良い。
【００３１】
制御装置２１は、これらの検出信号に基づき巻上機１２を駆動制御する。巻上機１２が駆動されると、乗りかご１４がメインロープ１３を介してカウンタウェイト１５と共に昇降路内をつるべ式に移動する。
【００３２】
また、この制御装置２１は、公衆回線網等の通信ネットワーク３０を介して外部の監視センタ３２に接続されている。監視センタ３１は、通信ネットワーク３０を介してエレベータの動作状態を常時監視しており、何らかの異常を検知した場合に保守員を現場に派遣するなどして対処する。
【００３３】
図２は同実施形態におけるエレベータの制御装置２１の機能構成を示すブロック図である。
【００３４】
図２に示すように、制御装置２１は、ロープ揺れ演算部４１、記憶部４２、管制運転判定部４３および管制運転制御部４４からなる。
【００３５】
ロープ揺れ演算部４１は、少なくとも、かご位置検出器２３から出力されるかご位置データＣＰと２つの加速度センサ２２ａ，２２ｂから出力される加速度データｘ¨１，ｘ¨２とに基づいて、建物揺れに伴うエレベータ・ロープの揺れの大きさを演算する。
【００３６】
エレベータ・ロープとは、乗りかご１４の昇降動作に関係するロープのことであり、具体的にはメインロープ１３とコンペンロープ１６のことである。本実施形態では、図３に示すように、かご側メインロープ１３ａ、カウンタウェイト側メインロープ１３ｂ、かご側コンペンロープ１６ａ、カウンタウェイト側のコンペンロープ１６ｂの４本に分けて、それぞれの最大変位量δｘ１，δｘ２，δｘ３，δｘ４を演算するものとする。
【００３７】
記憶部４２には、予め設定されたロープ揺れの許容変位量Ｄｃｒ１，Ｄｃｒ２，Ｄｃｒ３，Ｄｃｒ４や、管制運転時の待避階に関する情報が記憶されている。また、この記憶部４２には、ロープ揺れ演算部４１から得られるロープの揺れ量が時系列的に記憶される。
【００３８】
管制運転判定部４３は、ロープ揺れ演算部４１によって演算された各ロープ部分の最大変位量δｘ１，δｘ２，δｘ３，δｘ４と記憶部４２に記憶された許容変位量Ｄｃｒ１，Ｄｃｒ２，Ｄｃｒ３，Ｄｃｒ４とを比較して、乗りかご１４を管制運転するためのレベル（表示のみ、減速運転、サービス階の制限、待避階へ移動して休止、緊急停止など）を判定する。
【００３９】
管制運転制御部４４は、管制運転判定部４３によって判定されたレベルに応じた管制運転を実行する。また、この管制運転制御部４４は、管制運転によって乗りかご１４の運転を停止させたときに、所定時間経過するまでの間に得られたロープの揺れ量が予め設定された値以下であった場合に自動復旧を行う機能を有する。
【００４０】
次に、同実施形態の動作を説明する。  
地震あるいは強風等によって建物１０が揺れると、加速度センサ２２ａ，２２ｂによって建物１０および地表面の揺れが検知され、その揺れ量に応じた加速度データｘ¨１，ｘ¨２がロープ揺れ演算部４１に出力される。なお、ここではｘ方向だけに着目して説明するが、ｙ方向についても同様である。
【００４１】
ここで、かご位置検出器２３によって検出された乗りかご１４の現在位置を示すかご位置データＣＰをロープ揺れ演算部４１に入力することで、メインロープ１３ａ，１３ｂの長さとコンペンロープ１６ａ，１６ｂの長さが定まる。なお、メインロープ１３については、荷重センサ２４によって得られる積載荷重データＣＷを用いることで、ロープ張力を正確に求めることができる。
【００４２】
ロープ揺れ演算部４１は、加速度センサ２２ａ，２２ｂによって検出された加速度データｘ¨１，ｘ¨２を用いて、メインロープ１３ａ，１３ｂとコンペンロープ１６ａ，１６ｂのそれぞれの最大変位量δｘ１，δｘ２，δｘ３，δｘ４を求め、これらの値を管制運転判定部４３に出力する。
【００４３】
今、かご側メインロープ１３ａを例にして説明する。  
図３は建物１０における振動モードとエレベータ・ロープとの関係を示す図である。
【００４４】
高さ２４０ｍの建物１０の中の高さをｈとすると、建物１０の振動モードｗ（ｈ）は、次のような３次曲線で近似される。
【数１】
2011051739.tif 000003
【００４５】
なお、ａ１，ａ２，ａ３は建物ごとに定まる係数である。これらの係数ａ１，ａ２，ａ３は建物をモデル化して数値解析によって求めることもでき、また、建設後であれば実測することも可能である。
【００４６】
ロープ揺れ演算部４１は、建物１０の上部付近で検出された加速度データｘ¨１と、建物１０の下部付近で検出された加速度データｘ¨２を用いて、メインロープ１３ａの上端付近に建物揺れが作用する加速度データｘ¨ａと下端付近に建物揺れが作用する加速度データｘ¨ｂを求める。
【００４７】
この場合、第１の加速度センサ２２ａの設置位置における振動モードｗ（ｈ）の値を「１．０」とすると、図３に示した乗りかご１４とメインロープ１３ａとの位置関係から加速度データｘ¨ａ，ｘ¨ｂを次式で近似することができる。
【数２】
2011051739.tif 000004
【００４８】
【数３】
2011051739.tif 000005
【００４９】
なお、ｈａはかご側メインロープ１３ａの上端の高さ、ｈｂはかご側メインロープ１３ａの下端の高さである。メインロープ１３ａの上端に作用する加速度データｘ¨ａ、下端に作用する加速度データｘ¨ｂは、乗りかご１４が走行していれば、そのときの乗りかご１４の位置に応じて変化する。
【００５０】
ここで、図１の例のように、第１の加速度センサ２２ａが建物１０の上部（例えば機械室）に設置され、第２の加速度センサ２２ｂが建物１０の下部（例えば１Ｆのフロアあるいは昇降路のピット部）に設置されていたとすると、ｗ（ｈａ）＝１である。これにより、上記（２），（３）式のｘ¨ａとｘ¨ｂは、下記のようになる。
【数４】
2011051739.tif 000006
【００５１】
【数５】
2011051739.tif 000007
【００５２】
次に、具体的な演算例について説明する。
【００５３】
乗りかご１４が移動すると、そのときの乗りかご１４の位置に応じてロープ長が変化するため、ロープ揺れの大きさも変わってくる。本実施形態では、このような乗りかご１４の変位に対するロープ揺れの応答特性を正確に求めるものである。
【００５４】
１自由度モデルの運動方程式は次式で表される。
【数６】
2011051739.tif 000008
【００５５】
ｚ：建物とロープとの相対変位、ζ：減衰比、ｘ：強制変位、ω０：ロープの固有円振動数である。なお、ロープの固有円振動ω０は、下記のようにして求められる。
【数７】
2011051739.tif 000009
【００５６】
Ｔ：ロープ張力、ρＡ：ロープの単位長さ当りの質量、Ｌ：ロープ長さである。
【００５７】
ここで、Newmarkβ法を用いて、乗りかごの変位に対するロープ揺れの応答解析を行う場合には、上記（７）式を次式のように変形する。これにより、時々刻々の相対変位を演算することができる。
【数８】
2011051739.tif 000010
【００５８】
β：数値積分パラメータ、Δｔ：演算の刻み時間である。添字ｎ，ｎ＋１はそれぞれ時刻ｔ、ｔ＋Δｔでの変位、速度、加速度である。
【００５９】
ただし、上記（８）式で示される通常のNewmarkβ法では、ロープの応答と１自由度モデルの応答を等価にすることはできない。これは、ロープ長さが変化した直後におけるロープ中の運動エネルギーを考慮していないことによる。
【００６０】
すなわち、乗りかご１４が移動すると、それに伴いロープ長さが変化するが、ロープの揺れの運動エネルギーは乗りかご１４の移動よりも遅れてロープ全体に伝わるため、ロープ長さが変化しても、その直後の運動エネルギー自体はほとんど変わらない。通常の１自由度モデルでは、この点が考慮されておらず、瞬間的に運動エネルギーも変化することになるため、実際のロープ揺れの応答特性との間に誤差が生じることになる。
【００６１】
そこで、下記の（９）式のように、ロープ長さが変化した直後の速度（Ｚ・ｎ＋１）に、ロープ長さ変化前後における固有振動数（ωｎ／ωｎ＋１）の比のべき乗（α）に比例した補正係数を掛ける必要がある。
【数９】
2011051739.tif 000011
【００６２】
α：建物の一次の固有振動数と共振するロープの固有振動数の最大の次数に依存するパラメータである。このαの値はシミュレーションおよび実験等によって最適な値が定められている。建物の高さやロープ長さ等の環境条件によっても違うが、ロープが１次まで共振する場合にはα＝１．０、２次まで共振する場合にはα＝１．５、３次まで共振する場合にはα＝２．３として定められる。
【００６３】
なお、メインロープ１２は通常１次の固有振動数でしか建物１０と共振しないが、コンペンロープ１６は張力が低く、３次の固有振動数まで建物１０と共振する可能性があるため、３次モードまで考慮する必要がある。図４にコンペンロープ１６の振動モードを示す。図４（ａ）は１次の振動モード、同図（ｂ）は２次の振動モード、同図（ｃ）は３次の振動モードである。
【００６４】
ここで、本発明のポイントとなる（９）式の補正係数について、詳しく説明する。  
ロープ長さ変化前後のロープの固有円振動数ωｎ，ωｎ＋１は、次式で表される。
【数１０】
2011051739.tif 000012
【００６５】
【数１１】
2011051739.tif 000013
【００６６】
ωｎはロープ長さでの固有円振動数、ωｎ＋１はΔｔ時刻後のロープ長さＬ−ΔＬでの固有円振動数、Ｔはロープの平均張力、ρＡはロープの単位長さ当りの質量である。
【００６７】
上記（１０）式、（１１）式を１自由度モデルの固有円振動数で表すと、次式のようになる。
【数１２】
2011051739.tif 000014
【００６８】
【数１３】
2011051739.tif 000015
【００６９】
ｋ，ｍはそれぞれ１自由度モデルの等価ばね定数、等価質量である。  
上記（１０）式、（１１）式より、ロープ長さ変化による固有円振動数の変化は、下記のように求められる。
【数１４】
2011051739.tif 000016
【００７０】
これを１自由度モデルで表わすと、次のようになる。
【数１５】
2011051739.tif 000017
【００７１】
ただし、実際にはロープ長さが変化した直後のロープ中の運動エネルギー、ポテンシャルエネルギーは瞬間的には変化しない。すなわち、運動エネルギーをＥ、ポテンシャルエネルギーをＵとすると、次式で表される。
【数１６】
2011051739.tif 000018
【００７２】
【数１７】
2011051739.tif 000019
【００７３】
上記（１６）式、（１７）式から、ポテンシャルエネルギーは瞬間的には変化していないことが分かる。また、運動エネルギーも瞬間的には変化しないようにするためには、
【数１８】
2011051739.tif 000020
【００７４】
として、次のステップの演算を行う必要があることが分かる。
【００７５】
具体的には、上記（８）式で求まる速度データＺ・ｎ＋１を次のステップ（つまり、Δｔ時間後）で求める際に、当該速度データＺ・ｎ＋１に補正係数（ωｎ／ωｎ＋１）を乗じることで、ロープ長さが変化した直後の運動エネルギーを同等に扱うことができる。
【００７６】
それが上記（９）式である。ここではロープ長さの変化前後における固有振動数の比のべき乗に比例した補正係数を乗じている。これにより、メインロープ１２については１次まで、コンペンロープ１６については１次〜３次までの固有振動数を持つ１自由度モデルを用い、それらの応答から各振動モードを考慮してロープの最大変位を得ることができる。
【００７７】
次に、１自由度モデルを用いた演算手順について、図５を用いて説明する。
【００７８】
図５は１自由度モデルを用いたロープ揺れの演算手順を示す図である。この例では、ｘ¨１成分とｘ¨２成分に分けて、１自由度モデル５１，５２によりロープ揺れ量を演算する場合の例が示されている。
【００７９】
図中の５１は第１の１自由度モデル、５２は第２の１自由度モデルを示す。ｍはロープの等価質量、Ｃは等価減衰係数、ｋはロープの等価ばね定数を表す。ｘ１，ｘ２はそれぞれ機械室の変位、地表面の変位（ここではｘ方向）、ｚ１，ｚ２はそれぞれ機械室変位、地表面変位に起因するロープ揺れ量を表す。
【００８０】
１自由度モデル５１，５２は、予めロープ揺れ演算部４１に建物とロープとの相対変位ｚを求めるための演算式として組み込まれている（（７）式，（８）式参照）。この１自由度モデル５１，５２の演算式には、乗りかご１４の移動に伴うロープ長さの変化前後における運動エネルギーを同等とするための補正係数を有する（式（９）参照）。
【００８１】
また、「１＋ｗ（ｈｂ）」「（１−ｗ（ｈｂ）」は、建物１０の揺れがメインロープ１３ａに与える影響を加味した重み付け係数であり、上述した（４）式のｘ¨ａと（５）式のｘ¨ｂを加えることで算出される。
【００８２】
ロープ揺れ演算部４１は、第１の加速度センサ２２ａから得られる加速度データｘ¨１に重み付け係数（１＋ｗ（ｈｂ））を乗じたデータを第１の１自由度モデル５１に入力する。これにより、建物１０の上部での揺れ成分を含んだメインロープ１３ａの応答変位ｚ１（ｔ）が得られる。
【００８３】
続いて、ロープ揺れ演算部４１は、第２の加速度センサ２２ｂから得られる加速度データｘ¨２に重み付け係数（１−ｗ（ｈｂ））を第２の１自由度モデル５２に入力する。これにより、建物１０の下部での揺れ成分を含んだメインロープ１３ａの応答変位ｚ２（ｔ）が得られる。
【００８４】
次に、ロープ揺れ演算部４１は、応答変位ｚ１（ｔ）とｚ２（ｔ）を加算してロープ全体の応答変位を求める（ｚ１（ｔ）＋ｚ２（ｔ））。これを所定時間ｔ毎に繰り返し行い、図４に示したような振動モードを考慮してロープの高さ方向の変位分布を計算し、その中の最大変位δｘ１を演算結果として管制運転判定部４３に出力する。
【００８５】
このように、２つの加速度センサ２２ａ，２２ｂから得られる加速度データｘ¨１，ｘ¨２にそれぞれに所定の重み付けを行うことで、建物揺れの成分を反映させた後、１自由度モデル５１，５２に代入してメインロープ１３ａの最大変位δｘ１を求める。上述したように、この１自由度モデル５１，５２の演算式には、乗りかご１４の移動に伴うロープ長さの変化前後における運動エネルギーを同等とするための補正係数を有する。
【００８６】
また、ロープ揺れ演算部４１は、他のロープ部分であるカウンタウェイト側メインロープ１３ｂ、かご側コンペンロープ１６ａ、カウンタウェイト側のコンペンロープ１６ｂについても同様の演算処理を行い、それぞれの最大変位量δｘ１，δｘ２，δｘ３，δｘ４を求めて管制運転判定部４３に出力する。
【００８７】
なお、コンペンロープ１６ａ，１６ｂの場合には、第１の１自由度モデル５１と第２の１自由度モデル５２をロープの１次，２次，３次の固有振動数それぞれについて用いる。この場合、ロープの共振特性に応じて、１次まで共振する場合にはα＝１．０、２次まで共振する場合にはα＝１．５、３次まで共振する場合にはα＝２．３として、乗りかごの移動に伴うロープ長さ変化前後における固有振動数の比のべき乗に比例した補正係数をロープの速度に掛けて演算する。
【００８８】
ここで、本方式による演算結果について、具体例を挙げて検証してみる。
【００８９】
図６は応答解析に用いた地震波のリストの一例を示す図である。図中のＮｏ．１〜Ｎｏ．４の地震波は日本建築センタより入手したものである。このうち、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３は実地震波、Ｎｏ．４は模擬地震動である。Ｎｏ．５〜Ｎｏ．１１の波は、強震観測網Ｋ−ｎｅｔより入手した実地震波である。
【００９０】
図７は上記地震波リストの中のＮｏ．７の地震波の状態を示す図であり、図７（ａ）は加速度と時間との関係、同図（ｂ）は変位と時間との関係を示している。
【００９１】
図８は上記地震波リストの中のＮｏ．７の地震波による建物１０の応答波の状態を示す図であり、図８（ａ）は加速度と時間との関係、同図（ｂ）は変位と時間との関係を示している。なお、ここでは、建物１０の高さＨ＝２４０ｍの例を示しているが、例えば建物１０の高さＨが３２ｍ、６０ｍ、８０ｍ、１００ｍ、１２０ｍ、１８０ｍといったように、異なる高さについても同様に調べておく。
【００９２】
ここで、一例として、図６の地震波リストの中のＮｏ．７の地震波について、差分法による高精度な解析結果（ＦＤＭ−ａ）と、本方式の１自由度モデルによる解析結果（ＳＤＯＦ−ａ）とを比較した結果を図９乃至図１１に示す。
【００９３】
建物の高さ１８０ｍ、エレベータ（乗りかご１４）の走行速度３００ｍ／分での計算結果であり、図９は地震波リストの中のＮｏ．７の地震波を例にした場合の建物頂部と地表面の加速度波形と時間との関係を示す図、図１０はメインロープ１３の最大変位と時間との関係を示す図、図１１はコンペンロープ１６の最大変位と時間との関係を示す図である。
【００９４】
なお、１自由度モデルの解析結果にはモードの違いによる係数（２／π）を掛けてグラフ化している。差分法による解析結果と１自由度モデルによる解析結果とはよく一致していることが分かる。これは、本方式を用いた場合に差分法と同等の精度でロープ揺れ量を正確に演算できることを意味する。
【００９５】
また、差分法によるロープ揺れの解析方法については、下記のように周知であるため、ここではその説明を省略するものとする。
【００９６】
「木村弘之，伊東弘晃，中川俊明，エレベータ・ロープの横振動解析（時間とともに長さの変わるロープの強制振動），日本機械学会論文集（Ｃ編），７１−７０６（２００５−６），ｐｐ．１８７１−１８７６」。
【００９７】
図９では、Ｎｏ．７の地震波が発生して場合に高さ１８０ｍの建物と地面が揺れているときの加速度の時刻歴波形を表している。図中の実線は建物頂部の加速度波形、点線は地表面の加速度波形である。
【００９８】
この地震波が発生後に、乗りかご１４が３００ｍ／分（５ｍ／ｓｅｃ）で走行したときの場合のロープ揺れを時間毎に解析した結果が図１０及び図１１である。
【００９９】
図１０は、横軸を乗りかご１４の走行開始時刻、縦軸を地震発生後のかご停止中および乗りかご１４の走行開始から停止するまでの間に得られたメインロープ１３の最大変位を示している。図１０（ａ）は乗りかご１４がｕｐ方向に走行した場合、同図（ｂ）は乗りかご１４がｄｏｗｎ方向に走行した場合である。
【０１００】
図１１は、横軸を乗りかご１４の走行開始時刻、縦軸を地震発生後のかご停止中および乗りかご１４の走行開始から停止するまでの間に得られたコンペンロープ１６の最大変位を示している。図１１（ａ）は乗りかご１４がｕｐ方向に走行した場合、同図（ｂ）は乗りかご１４がｄｏｗｎ方向に走行した場合である
乗りかご１４の走行開始時刻を横軸にとっているため、最後の方のデータでは、地震が発生してから１１５ｓｅｃ後に乗りかご１４が走行を開始し、１５０ｓｅｃでかごが停止したときに、地震発生後からかご停止までの間のロープ最大変位を示している。なお、走行開始前やかご停止状態でもロープ揺れの解析を行っている。
【０１０１】
図１０（ａ）に示すように、ｕｐ時において、メインロープ１３の応答が後半の部分（つまり、走行開始時刻が遅いとき）で大きくなっているのは、走行を開始するまでの間のロープ揺れの影響のためである（かご停止中にも地震によりロープが揺れているため）。
【０１０２】
すなわち、ｕｐ時の乗りかご１４は、走行開始までは最下階に停止している。このとき、メインロープ１３は長く、コンペンロープ１６は短い。メインロープ１３は共振点に近いため、乗りかご１４が最下階付近に停止していると、揺れが大きくなる。
【０１０３】
一方、ｄｏｗｎ時の乗りかご１４は、走行開始までは最上階に停止している。このとき、メインロープ１３は短く、コンペンロープ１６は長い。
【０１０４】
建物の１次の固有振動数と一致するのは、メインロープ１３では１次のみであるが、コンペンロープ１６は１次、２次、３次まで共振する。このため、コンペンロープ１６の方が、かご走行中に共振点を通過する回数（ロープの固有振動数が建物の固有振動数と一致する回数）が増える。よって、現象が複雑になり、計算誤差が大きくなる傾向がある。
【０１０５】
次に、図６の地震波リストのＮｏ．１〜Ｎｏ．１１のすべての地震波について、差分法の解析結果と１自由度モデルの解析結果（ロープ最大変位）との関係を図１２、図１３に示す。図１２はメインロープ１３の最大変位、図１３はコンペンロープ１６の最大変位を示している。
【０１０６】
なお、各ロープの最大変位は、機械室最大変位ｕ０ｍａｘで割って無次元化している。これらの図から実際のロープ最大変位ｕｍａｘ（ＦＤＭ−ａ）は、１自由度モデルでの解析結果ｕｍａｘ（ＳＤＯＦ）に係数（２／π）を掛けることで得られることが分かる。これは、本方式を用いた場合に差分法と同等の精度でロープ揺れ量を正確に演算できることを意味する。
【０１０７】
このようにして、ロープ揺れ演算部４１は、各ロープ１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂについてロープ揺れの最大変位量δｘ１，δｘ２，δｘ３，δｘ４を求めていく。管制運転判定部４３では、これらの最大変位量δｘ１，δｘ２，δｘ３，δｘ４と記憶部４２に記憶された許容変位量Ｄｃｒ１，Ｄｃｒ２，Ｄｃｒ３，Ｄｃｒ４とを比較し、その裕度に応じて管制運転のレベルを選択する。
【０１０８】
管制運転のレベルは、次の５段階に分けられる。  
・レベル１：警告表示のみ  
・レベル２：減速運転  
・レベル３：サービス階の制限
・レベル４：待避階へ移動して休止
・レベル５：緊急停止。
【０１０９】
各ロープ１３ａ，１３ｂ，１６ａ，１６ｂの中のいずれかの最大変位量が当該ロープの許容変位量を超えた場合に、その最大変位量と許容変位量の差が大きいほど、レベル数の高い管制運転が選択される。
【０１１０】
具体的には、最大変位量と許容変位量の差をｄ、レベル１〜５に対する閾値をｔｈ１〜ｔｈ４とすると、管制運転判定部４３は、以下のようにして管制運転のレベルを選択し、その選択したレベルの管制運転を管制運転制御部４４に実行される。
【０１１１】
・ｄ＜ｔｈ１        ：レベル１
・ｔｈ１≦ｄ＜ｔｈ２：レベル２
・ｔｈ２≦ｄ＜ｔｈ３：レベル３
・ｔｈ３≦ｄ＜ｔｈ４：レベル４
・ｔｈ４≦ｄ        ：レベル５。
【０１１２】
また、管制運転によって乗りかご１４の運転が停止した後も引き続きロープ揺れ量を演算し、その演算結果を記憶部４２に記憶しておく。そして、地震が治まったときに、管制運転制御部４４は、その時点までに記憶されたロープ揺れ量が予め設定された値以下であった場合に、自動復旧しても安全であると判断し、乗りかご１４の運転を開始する。これにより、地震の揺れが比較的小さかった場合には、保守員による復旧作業を待たずに、直ぐに運転を再開することができる。
【０１１３】
このように本実施形態によれば、２つの加速度センサ２２ａ，２２ｂを用いて建物１０の揺れを２箇所で検出し、その検出結果として出力される加速度データｘ¨１，ｘ¨２に当該建物１０の揺れがエレベータ・ロープに与える影響を加味した重み付けを行ってロープ揺れ量を演算し、その演算の際に乗りかご１４の移動に伴うロープ長さの変化前後における運動エネルギーが同じになるように補正を行うことで、かご位置に応じたロープ揺れの応答特性をより正確に求めることができる。
【０１１４】
また、その演算結果をもとに管制運転を行うことで、ロープの昇降路内機器への衝突・絡まり、さらには、かご内の閉じ込め事故を防止することができる。
【０１１５】
なお、上記実施形態では、２つの加速度センサ２２ａ，２２ｂの両方のデータを用いてロープ揺れ量を演算したが、建物１０の下部に設置された第２の加速度センサ２２ｂは「地震による揺れ」と「強風による揺れ」を判別するために用い、建物１０の上部に設置された第１の加速度センサ２２ａのみを用いてロープ揺れの演算を行うような構成であっても良い。
【０１１６】
すなわち、強風によって建物１０が揺れている場合には、建物１０の下部に設置された第２の加速度センサ２２ｂでは揺れを検知しない。したがって、ロープ揺れ演算部４１では、第１の加速度センサ２２ａのみが揺れを検知している場合に「強風による揺れ」と判定し、両方の加速度センサ２２ａ，２２ｂが揺れを検知している場合に「地震による揺れ」と判定する。
【０１１７】
「地震による揺れ」と判定した場合には、ロープ揺れ演算部４１では、第１の加速度センサ２２ａから出力される加速度データｘ¨１を用いてロープ揺れ量を演算する。具体的には、上記（４）式，（５）式において、ｘ¨２成分を０にして、図４の第１の１自由度モデル５１を用いてロープ揺れ量を求めることになる。
【０１１８】
このように、第１の加速度センサ２２ａのみを使ってロープ揺れ量を演算する構成とすれば、第２の加速度センサ２２ｂについては既存のＰ波感知器で代用することができるため、加速度センサの数を削減することができる。
【０１１９】
また、第２の加速度センサ２２ｂを用いて地震による揺れか強風による揺れかを判別し、地震による揺れであった場合に、その第２の加速度センサ２２ｂで得られた加速度データをもとに、建物１０の揺れ量を演算した後、その建物１０の揺れ量からロープ揺れ量を演算するような構成にしても良い。
【０１２０】
また、第１の加速度センサ２２ａで得られた加速度データを用いて建物１０の揺れ量を演算した結果と第２の加速度センサ２２ｂで得られた加速度データを用いて建物１０の揺れ量とを比較することで、建物１０の健全性を確認することも可能である。この場合、両者の演算結果が略同じであれば、建物１０が健全であると判定でき、両者の演算結果に大きな違いがあれば、建物１０が構造的な異常が発生しているものと判定できる。
【０１２１】
また、第２の加速度センサ２２ｂで得られた加速度データを地震による揺れか強風による揺れかを判別するのに用い、その判別結果に応じて「地震管制運転」と「強風管制運転」を選択的に実行するようにしても良い。これにより、管制運転判定部４３の負荷を軽減することができる。
【０１２２】
なお、「強風管制運転」は、「地震管制運転」と同様にロープ揺れの大きさに応じて乗りかご１４を最寄階に停止させるなどの運転制御を行うものであるが、強風が原因の場合にはすぐに風が止むことがないため、乗りかご１４を停止させておく時間が「地震管制運転」より長く設定されているなどの違いがある。
【０１２３】
なお、上記各実施形態では、コンペンロープ１６を有するエレベータを例にして説明したが、コンペンロープ１６のないエレベータであっても適用可能である。また、メインロープ１３、コンペンロープ１６の他に、ガバナロープ２０の揺れを求める場合にも適用可能である。
【０１２４】
要するに、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の形態を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【０１２５】
１０…建物、１０ａ…機械室、１１…エレベータ、１２…巻上機、１３…メインロープ、１３ａ…かご側メインロープ、１３ｂ…カウンタウェイト側メインロープ、１４…乗りかご、１５…カウンタウェイト、１６…コンペンロープ、１６ａ…かご側コンペンロープ、１６ｂ…カウンタウェイト側のコンペンロープ、１７…コンペンシープ、１８…ガバナ、１９…ガバナシープ、２０…ガバナロープ、２１…制御装置、２２ａ…第１の加速度センサ、２２ｂ…第２の加速度センサ、２３…かご位置検出器、２４…荷重センサ、３０…通信ネットワーク、３１…監視センタ、４１…ロープ揺れ演算部、４２…記憶部、４３…管制運転判定部、４４…管制運転制御部、５１…第１の１自由度モデル、５２…第２の１自由度モデル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2011051739.tif 000031
【図１２】
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【図１３】
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