(57)【要約】【課題】走行方向に対して横方向に発生するエレベータの箱の振動を低減させる。【解決手段】このエレベータの箱は、レールによって案内され、予め定められた運動範囲を有する案内要素を含む。この装置は、エレベータの箱のフレームに取り付けられており、走行方向に対して横方向の振動を測定する複数の慣性センサと、エレベータの箱と案内要素との間に位置決めされており、慣性センサからの出力に従って、振動に等しい方向および振動とは逆の方向への移動をもたらすように駆動される少なくとも一つのアクチュエータとを含む。アクチュエータは、フレームに結合された固定モータ部分と案内要素に結合された可動モータ部分とを含む駆動モータを含む。アクチュエータ用のコマンドは、より高い周波数範囲で動作する加速度フィードバック制御装置およびより低い周波数範囲で動作する位置フィードバック制御装置の出力を組み合わせて力目標値を決定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールによって案内され、予め定められた運動範囲を有する案内要素を含むエレベータの箱の振動を低減させる装置であって、
エレベータの箱のフレームに取り付けられ、走行方向に対して横方向の振動を測定する、複数の慣性センサと、
エレベータの箱と案内要素との間に位置決めされ、前記慣性センサからの出力に従って駆動され、振動に等しい方向および振動とは逆の方向の移動をもたらし、駆動モータを備える、少なくとも一つのアクチュエータとを備え、
前記駆動モータが、フレームに結合された固定モータ部分と案内要素に結合された可動モータ部分とを備える装置。
【請求項２】
前記可動モータ部分が磁石を備える請求項１に記載の装置。
【請求項３】
案内要素がローラレバーを備え、前記可動モータ部分が前記ローラレバーに結合される請求項１に記載の装置。
【請求項４】
案内要素がローラレバーを備え、前記可動モータ部分が張力圧縮部材を介して前記ローラレバーに結合される請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記駆動モータがさらに、前記固定モータ部分と前記可動モータ部分との間にエアギャップを備え、前記エアギャップが低摩擦案内手段によって維持される請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記駆動モータがリニアモータを備える請求項１に記載の装置。
【請求項７】
レールによって案内され、予め定められた運動範囲を有する案内要素を含むエレベータの箱の振動を低減させる装置であって、
エレベータの箱のフレームに取り付けられ、走行方向に対して横方向の振動を測定する、複数の慣性センサと、
エレベータの箱と案内要素との間に位置決めされ、前記慣性センサからの出力に従って駆動され、振動に等しい方向および振動とは逆の方向の移動をもたらし、駆動モータを備える、少なくとも一つのアクチュエータとを備え、
前記駆動モータが回転駆動機構を備える装置。
【請求項８】
前記回転駆動機構が、クランクおよび張力圧縮部材を介して案内要素に結合された可動モータ部分を備える請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記回転駆動機構が、カムプレートを介して案内要素に結合された可動モータ部分を備える請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記回転駆動機構が、可とう性張力手段を介して案内要素に結合された可動モータ部分を備える請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
レールによって案内され、予め定められた運動範囲を有する案内要素を含むエレベータの箱の振動を低減させる方法であって、
走行方向に対して横方向に発生する振動を測定することと、
振動に等しい方向および振動とは逆の方向への移動をもたらすために箱と案内手段との間に位置決めされた少なくとも一つのアクチュエータを制御することとを含み、
少なくとも一つのアクチュエータの制御が、複数の制御装置の出力を組み合わせて力目標値を決定することを含む方法。
【請求項１２】
前記複数の制御装置が、より高い周波数範囲で動作する加速度フィードバック制御装置とより低い周波数範囲で動作する位置フィードバック制御装置とを備える請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
測定された振動に応答して案内要素を移動し、箱の実際の振動を最小限に抑え、
所定の運動範囲内で案内要素用の中央位置を規定することと、
案内要素を低周波数範囲内の変位位置から中央位置へ案内することを更に含む請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第１および第２の制御ループに従ってより高い周波数で動作する加速度フィードバックおよび低周波数で動作する位置フィードバックを行うことを更に含み、
第１の制御ループが、より高い周波数範囲で動作する前記加速度フィードバック制御装置を含み、第２の制御ループが、より低い周波数範囲で動作する前記位置フィードバック制御装置を含み、
前記制御装置がコンピュータプログラムを備える請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記コンピュータプログラムがディジタル信号プロセッサによって実行される請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レールによって案内されるエレベータの箱の振動を減衰させる装置および方法に関する。このシステムは二つの端すえ付けの間で移動可能なエレベータに結合されている案内要素を含む。走行方向に対して横方向に発生する振動は、エレベータに取り付けられ、箱と案内要素との間に位置決めされた少なくとも一つのアクチュエータを駆動するために使用される、慣性センサによって測定することができる。少なくとも一つのこのアクチュエータは、振動が発生するのと同時に振動の方向とは逆の方向に動作する。
【背景技術】
【０００２】
エレベータの走行時には、ガイドレールが不均一であることと、スリップストリーム（ｓｌｉｐｓｔｒｅａｍ）、すなわち牽引ケーブルによって伝達される牽引力の横方向成分または走行時の荷重の位置変化の影響と、動的空気力のために、エレベータに横方向の振動が作用する。エレベータまたはその一部でのそのような振動を減衰させる方法は、米国特許第５０２７９２５号で開示されている。この方法では、望ましくない何らかの横方向加速が発生していると判定された後、エレベータとフレームとの間に位置決めされた振動減衰装置によって、エレベータに逆方向の力が加えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、この方法は、エレベータフレームに高価な浮動軸受が必要であり、そのため、装置が高価なものになるだけでなく、かなり大きな空間が必要になる。さらに、この力は、フレームに作用し、この力が低周波数である場合は、フレームがガイド間で急にがたがたと振動することがある。そのようなシステムは、制御に関してはほとんど管理不能である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、振動を減衰させ、常にエレベータに作用するそれぞれの異なる振動を十分に減衰させる方法および装置を簡略化するものである。この特徴は、それぞれのリニアモータを備える少なくとも一つのアクチュエータによって実施され、このモータの固定モータ部分はエレベータのフレームに固定され、可動モータ部分は案内要素に固定される。
【０００５】
各アクチュエータごとのそれぞれのリニアモータがあることは、大きな動的および静的な力がもたらされ、かつエネルギー消費量が少ないので特に有利である。さらに、このようなモータは、重量および可動質量が小さく、制御が比較的簡単である。案内要素上に横方向の加速を加えることができ、エレベータに直接作用する横方向の力を、もはやエレベータ内で知覚できない程度に低減させることができる。非対称荷重を使用するエレベータで振動減衰用の装置を使用することもできる。この場合、この装置は、エレベータが案内レールに対して斜めに位置決めされたことに応答して、両側への適当な減衰走行が可能になるように自動的に再調整する。
【０００６】
本発明による方法を実施する装置のコストは低く、急速に移動する質量は非常に小さい。低コストは、すべての測定信号を共通の制御装置へ送り、各案内要素ごとに一つのアクチュエータを作用させることによって得られる。さらに、構造共振は、全制御システムの周波数応答を適応させることによって抑圧することができる。
【０００７】
本発明の一つの特定の利点は、低周波数でのみ動作する案内要素を中央位置にリセットする位置フィードバックである。
【０００８】
したがって、本発明は、レールによって案内され、予め定められた運動範囲を有する案内要素を含むエレベータの箱の振動を低減させる装置に関するものである。この装置は、エレベータの箱のフレームに取り付けられた複数の慣性センサと、エレベータの箱と案内要素との間に位置決めされた少なくとも一つのアクチュエータとを含む。慣性センサは、走行方向に対して横方向の振動を測定し、少なくとも一つのアクチュエータは、これらのセンサからの出力に従って、振動に等しい方向および振動とは逆の方向へ駆動される。少なくとも一つのアクチュエータは、フレームに結合された固定モータ部分と案内要素に結合された可動モータ部分とを含む駆動モータを含む。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、可動モータ部分は磁石を含む。
【００１０】
本発明の更に他の態様によれば、案内要素はローラレバーを含み、このローラレバーに可動モータ部分が結合される。
【００１１】
本発明のより更に他の態様によれば、案内要素はローラレバーを備え、このローラレバーに張力圧縮部材（ｔｅｎｓｉｏｎ−ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｍｅｍｂｅｒ）を介して可動モータ部分が結合される。
【００１２】
本発明の他の態様によれば、駆動モータはさらに、固定モータ部分と可動モータ部分との間にエアギャップを含む。エアギャップは、低摩擦案内手段（ｌｏｗ  ｆｒｉｃｔｉｏｎ  ｇｕｉｄｅ  ｍｅａｎｓ）によって維持される。
【００１３】
本発明の他の態様によれば、駆動モータはリニアモータを含む。
【００１４】
本発明は、レールによって案内され、予め定められた運動範囲を有する案内要素を含むエレベータの箱の振動を低減させる装置に関するものである。この装置は、エレベータの箱のフレームに取り付けられた複数の慣性センサと、エレベータの箱と案内要素との間に位置決めされた少なくとも一つのアクチュエータとを含む。慣性センサは、走行方向に対して横方向の振動を測定し、少なくとも一つのアクチュエータは、これらの慣性センサからの出力に従って、振動に等しい方向および振動とは逆の方向への移動をもたらすように駆動される。少なくとも一つのアクチュエータは、回転駆動機構を含む駆動モータを含む。
【００１５】
本発明の他の態様によれば、回転駆動機構は、クランクおよび張力圧縮部材を介して案内要素に結合された可動モータ部分を含む。
【００１６】
本発明の更に他の態様によれば、回転駆動機構は、カムプレートを介して案内要素に結合された可動モータ部分を含む。
【００１７】
本発明の更に他の態様によれば、回転駆動機構は、可とう性張力手段（ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｔｅｎｓｉｏｎ  ｍｅａｎｓ）を介して案内要素に結合された可動モータ部分を含む。
【００１８】
本発明は、レールによって案内され、予め定められた運動範囲を有する案内要素を含むエレベータの箱の振動を低減させる方法にも関する。この方法は、走行方向に対して横方向に発生する振動を測定することと、振動に等しい方向および振動とは逆の方向への移動をもたらすために箱と案内手段との間に位置決めされた少なくとも一つのアクチュエータを駆動することとを含む。アクチュエータは駆動モータを含む。少なくとも一つのアクチュエータ用のコマンドは、複数の制御装置の出力を組み合わせて力目標値（ｆｏｒｃｅ  ｔａｒｇｅｔ  ｖａｌｕｅ）を決定する。
【００１９】
本発明のより更に他の態様によれば、複数の制御装置は、より高い周波数範囲で動作する加速度フィードバック制御装置とより低い周波数範囲で動作する位置フィードバック制御装置とを含む。
【００２０】
本発明のより更に他の態様によれば、この方法はさらに、測定された振動に応答して案内要素を移動し、箱の実際の振動を最小限に抑えることと、案内要素を低周波数範囲内の変位位置から中央位置へ案内することとを含む。この移動ステップは、所定の運動範囲内で案内要素用の中央位置を規定することを含む。
【００２１】
本発明のなお別の態様によれば、この方法はさらに、第１および第２の制御ループに従ってより高い周波数の加速度フィードバックおよび低周波数の位置フィードバックを行うことを含む。第１の制御ループは、より高い周波数範囲で動作する加速度フィードバック制御装置を含み、第２の制御ループは、より低い周波数範囲で動作する位置フィードバック制御装置を含む。制御装置は、ディジタル信号プロセッサによって実行されるコンピュータプログラムを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本明細書に示した詳細は、一例であり、本発明の好ましい実施の形態の例示的な検討のためのものに過ぎず、本発明の原則および概念的態様の最も有用で、かつ容易に理解される説明であると考えられるものを提供するために提示されている。なお、本発明を基本的に理解するうえで必要とされるよりも詳しく本発明の構造的細部を示そうとはしていない。当業者には、この説明を図面と共に検討することによって、本発明のいくつかの形態をどのように実施できるかが明らかになろう。
【００２３】
図１は、本発明によるエレベータ装置の概略図である。エレベータの箱１は、レール３上のローラガイド２によって案内され、軸（図示せず）に取り付けられる。箱１は、振動を受動的に減衰させるために箱フレーム４で弾性的に保持される。受動的な振動の減衰は、ｙ軸の周りの低周波数回転振動の発生を抑圧するために比較的剛性に設計されたゴム製バネ４．１によって行われる。ローラガイド２は、ポスト５、アクチュエータ６、二つの横方向ローラ８の形の案内要素、横方向ローラ８から９０°の位置に位置決めされた中央ローラ９によって箱フレーム４の上下に横方向に取り付けられる。
【００２４】
レール３が不均一であることと、牽引ケーブルから発生する牽引力の横方向成分または走行時の荷重の位置変化と、動的空気力によって、箱フレーム４および箱１が振動し、したがって走行の快適さが損なわれる。箱１のそのような振動は低減すべきである。ローラガイド２に対して二つの位置センサ１０は、箱１のレール３からのそれぞれの間隔を測定する。三つまたは五つの慣性センサ１１は、箱１に作用する横方向の振動または加速度を測定する。慣性センサ１１は好ましくは、ｚ軸の周りの回転を検出するために、一つのセンサがフレーム４の質量の中心を通じて軸上に位置決めされ、他のセンサが（五つのセンサを使用する場合は対として）互いに大きな間隔を置いて位置決めされるように構成される。さらに、風およびケーブルの力によって発生する衝撃を検出することもできる。
【００２５】
アクチュエータ６は、各ローラガイド２ごとに位置決めされ、振動の発生に応答して振動とは逆の方向へ動作することができ、測定された振動または加速度を処理することによって制御される。それによって、箱１に作用する振動が減衰する。振動は、エレベータの乗客に知覚できない程度に低減される。各ローラガイド２は、二つのアクチュエータ６を備える。それによって、箱１の軸の５つの自由度、すなわちｘ方向およびｙ方向の変位ならびにｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の周りの回転を制御することができる。
【００２６】
また、二つの下方ローラガイド２のみがそれぞれのアクチュエータ６を備えることができる。したがって、一つの平面または三つの軸での３つの自由度、すなわち（図１の座標系による）ｘ方向およびｙ方向の変位ならびにｚ軸の周りの回転を制御することができる。
【００２７】
図２は、本発明によるアクチュエータ６のリニアモータ７を示す。リニアモータ７は、可動磁石の原則に基づくものであり、積層固定子１６と、巻き線１５と、磁石として構成された可動モータ部分１７とを備える。可動モータ部分１７に磁石１８が取り付けられる。リニアモータ７は、制御が簡単であり、重量および可動質量が小さく、動的および静的な力が大きく、エネルギー消費量が少ないという利点を有する。
【００２８】
図３および図４は、本発明によるローラガイドを示す。ポスト５は、固定要素１９によって箱フレーム４に固定される。各ローラガイド２は、二つのアクチュエータ６を備え、各アクチュエータは、それぞれのリニアモータ７を備える。一方のリニアモータ７は、中央のローラ９を駆動し、他方のリニアモータ７は、両方の横方向ローラ８を駆動する。ローラ８および９は、アクスルピン２０によってローラレバー２１に固定される。両方の横方向ローラ８のローラレバー２１は、タイロッド２２を介して接続される。アクチュエータ６から発生する運動を伝達するために、ローラレバー２１が、低摩擦継手を介しアクスルピン２３によってポスト５に接続され、あるいは、両方の横方向ローラ８のローラレバー２１が低摩擦継手を介しアクスルピン２４によってタイロッドに接続２２される。接点圧力バネ２６を含むガイドロッド２５がポスト５に取り付けられる。接点圧力バネ２６は毎回、ガイドロッド２５の外端２７に固定される。ガイドロッド２５は、接点圧力バネ２６がローラレバー２１の外面２９に接触しローラ８および９をガイドレール３に押し付けるようにローラレバー２１中の通路２８内を延びる。
【００２９】
ネジなどの固定要素３１によってポスト５に固定プレート３０が取り付けられる。アクチュエータ６の固定子１６は、固定要素３２によって固定プレート３０に螺着される。可動モータ部分１７は、ネジ３３によってローラレバー２１に接続され、したがってローラ８および９に接続される。この場合も、リニアモータ７のエアギャップ３４が維持されたままにするために横方向ガイドが必要である。横方向ガイドは、ほとんど摩擦のない軸受ローラ３５を備える。二つのブラケット３６によって玉軸受ローラ３５を取り付けることができ、これらのブラケットは、可動モータ部分１７の横方向境界を形成する。アクチュエータ６が生成する力を正確に制御できるようにするには低摩擦軸受が必要である。リニアモータ７の固定子１６の長さによって、中央設定部３７から始まる最大内端設定および外端設定が決定される。走行の制限は、弾性当接部３８および３９によって行われる。
【００３０】
可動モータ部分１７を張力圧縮部材を介してローラレバー２１に接続することもできる。その場合、ローラレバー２１とは独立に可動モータ部分１７が支持される。
【００３１】
接点圧力バネ２６がアクチュエータ７に並列接続されるため、接点圧力バネ２６がアクチュエータ６とは独立にローラ８および９をガイドレール３に押し付けるので、ローラガイド２は、振動の減衰が部分的に、あるいは完全に失敗した後でもそのまま動作することができる。
【００３２】
図５ａ、図５ｂ、図５ｃは、リニアモータ７ではなく、回転駆動機構４３を使用する代替駆動機構を示す。この駆動機構は、旋回角度約９０°を含み、クランク４４および張力圧縮部材４５（図５ａ）または可とう性牽引手段４６（図５ｂ）あるいはカムディスク（図５ｃ）によってローラレバー２１を駆動する。
【００３３】
図６ａおよび図６ｂは、本発明の装置によるｘｋ方向またはｙｋ方向にアクチュエータとセンサとを含むエレベータの箱１を示す。図を簡単にするために、ｘｋ方向およびｙｋ方向をそれぞれ、別々に示す。
【００３４】
箱の振動を抑圧し、二つのガイドレール３に対する箱１の位置決めを補正する制御は、システムの動的モデルに基づくものである。このモデルは、システムに関するすべての現在の実際的および理論的な経験を組み合わせる数学的な記述である。この装置によって減衰すべき箱の振動は下記の移動度で発生する。
−  ｘｋ方向の変位ｘｋ
−  ｙｋ軸の周りの回転φｋｙ
−  ｙｋ方向の変位ｙｋ
−  ｘｋ軸の周りの回転φｋｘ
−  ｚｋ軸の周りの回転φｋｚ
【００３５】
システムモデルは、前述のすべての自由度におけるエレベータシステムのダイナミクスを記述したものである。このモデルは、それぞれの異なる質量間の弾性のために発生し、箱フレーム４内で発生するすべての相対的構造共振も考慮に入れている。
【００３６】
システムモデルに基づいて、モデルに記述されたすべての自由度を同時に監視する制御装置が使用される。このために、ロバスト多変数制御方法（ｒｏｂｕｓｔ  ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ  ｃｏｎｔｒｏｌ）が使用される（多入力、多出力、またはＭＩＭＯロバスト設計）。このような方法では、存在するシステムモデルを使用して、オブザーバに基づく制御装置が設計される。オブザーバとは、利用可能な測定値（たとえば、それぞれの異なる測定点での加速度）に基づいて、直接には測定されないすべての移動状態（たとえば、それぞれの異なる質量の速度および位置）をリアルタイムに算出する責任を有する制御装置の動的部分である。したがって、制御装置は、それが使用できるシステムに関する最大の情報データを有する。制御装置は、すべての移動状態（測定された移動状態と計算された移動状態の両方）に基づいて、各自由度ごとに最良のコマンドを供給し、そのため、制御の質が大幅に向上する。モデル（およびモデルに基づくオブザーバ）は、関連するすべての構造共振を考慮に入れたものなので、制御装置はこのような共振を励起しない。モデルベースのこの制御装置設計では、システムの必要な安定性が確保される。制御装置の設計においてシステムダイナミクスが考慮されない場合にはそうならない。
【００３７】
ロバスト制御装置は、周波数に依存する望ましくないシステムダイナミクスおよび外乱に応答しないようにある所定の周波数範囲でしか有効にならないように設計される。本発明は、制御装置に追加フィルタを接続する必要なしでこの態様を達成する。
【００３８】
追加フィルタは、制御装置の効果を制限し、不安定さをもたらす可能性がある。追加フィルタはまた、制御アルゴリズムの計算作業を大幅に増加させる。ロバスト設計方法の他の利点は、モデルの不正確さが設計時に考慮されることである。モデルの不正確さは、周波数に依存する大きさとして量化され、制御装置の設計時に考慮される。したがって、この結果得られる制御装置は、可能な外乱およびモデル化誤差に対して十分に頑丈である。
【００３９】
制御装置の第１の目的は、制御されたエレベータの性能に悪影響を与えずに、０．９〜１５Ｈｚの周波数範囲の箱の振動を抑圧することである。この範囲外では、エレベータは、制御されないエレベータと同然になる。一方、制御装置は、ガイドレール３に対する箱フレーム４の設定が、各ローラ８および９で十分な減衰走行を与えるものとなるように制御しなければならない。このことは、箱１が非対称的な荷重を与えられるときに特に重要である。制御の第１の目的に関しては、慣性センサ１１による加速度フィードバックまたは速度フィードバックで十分であろう。制御の第２の目的には位置フィードバックが必要である。箱１の絶対位置を制御のために測定しフィードバックすることができる場合、第２のフィードバックが第１のフィードバックと衝突することはない。この場合、ローラ９と箱フレーム４との間の相対位置の測定値しか得られないので、箱１の絶対位置を測定することはできず、測定することができるのはガイドレール３に対するフレーム４の位置だけである。しかし、位置フィードバックでは、フレーム４とローラレバー２１との間の遊びを一定に維持する必要があり、これは、レールの不均一さに従うことに過ぎない。このため、この二つのフィードバックは互いに矛盾する目的を有する。加速度（または速度）フィードバックと位置フィードバックとの間の衝突を回避するには、下記の方式に従う。
【００４０】
二つの制御装置を使用して、共通の出力信号を生成する。第１の制御装置は、慣性センサ１１からの測定値に関するものであり、したがって振動の抑圧に責任を負う。第２の制御装置は、位置の測定に関するものであり、箱１の案内遊びに責任を負う。第１の制御装置がアクチュエータ６に要求する力の目標値が、第２の制御装置の対応する大きさに加えられる。二つの制御装置間の衝突を回避するための解決策は、箱１の斜め位置に対して責任を負う力（箱の非対称荷重、ケーブルの大きな横方向の力など）が、箱の振動を発生させる他の外乱源（主としてレールの不均一さや外乱力）よりもずっと低速で変化するという状況に基づくものである。このため、位置制御は、振動の抑圧に対して悪影響を及ぼす可能性がより高く、０〜０．７Ｈｚに制限される。したがって、０．９Ｈｚを超える外乱が抑圧されるので振動の抑圧に対する悪影響は存在しない。慣性センサ１１からの信号のフィードバックは、０．９Ｈｚよりも低い周波数範囲で有効であってはならない。したがって、センサ零点誤差、および加速度センサの場合は重力の測定部分（傾斜運動のために一定ではない）は、位置制御に対して影響を及ぼさない。それによって、アクチュエータ６が飽和する可能性も低減する。このため、ロバスト設計方法による各フィードバックループの限られた帯域幅が特に重要である。
【００４１】
本発明の他の利点は、制御装置が非線形性を含まないことにある。非線形性が存在する場合、安定性分析は、可能ではあるにしても、非常に困難になる。二つのフィードバックが同時に設計されるので、この方法では、安定性分析時に両方の制御ループが考慮される。
【００４２】
慣性センサ１１を箱本体１上でもローラガイド２上でもなく箱フレーム４上に取り付けることは、効果的な制御を得るうえで特に有利である。センサを箱本体１上に取り付けた場合、箱１の弾性支持のために測定値にかなりの位相損失が示される。ローラガイドではより高い振動振幅が発生し、重力の影響を補償する必要がある。
【００４３】
制御装置は、箱の座標系におけるシステム向けに設計される。測定値は、それぞれの異なる変換の助けを得て、各センサの座標系から箱本体の座標系に表示される。力目標値を出力するには、箱の座標系からアクチュエータの座標系への他の変換が必要である。
【００４４】
箱の振動を減衰させ箱１の設定を５自由度（ｘｋ、φｋｙ、ｙｋ、φｋｘ、φｋｚ）で補正する活動システムは、下記の要素からなる。
−  八つのリニアモータ７または回転駆動機構４３
−  リニアモータ７または回転駆動機構４３用の八つの増幅器および力制御装置５０
−  五つの慣性センサ１１（加速度ピックアップまたは速度ピックアップ）
−  慣性センサ１１の出力用の五つの電圧／電流変換器５１
−  八つの位置センサ１０
【００４５】
活動システムの代替例では、箱の３自由度しか制御されない（ｘｋ、ｙｋ、φｚ）。そのため、リニアモータ７ならびにモータ１０および１１は箱の下方にしか取り付けられない。計算作業が大幅に削減され、そのため、低速リアルタイムコンピュータを適用することができ、アクチュエータおよびセンサの数が削減されるだけでなく、コスト上の利益がある程度もたらされる。図７は、本発明による活動システムの制御装置部分を示す。センサとアナログディジタル変換器装置５５との間の間隔が比較的長いので、測定値信号は、電圧信号ではなく電流信号として送らなければならない。位置センサ１０はすでに、出力信号を電流として送っている。これに対して、慣性センサ１１は出力を電圧信号の形で送る。したがって、各慣性センサ１１（図６ａおよび図６ｂ参照）の出力用に電圧電流変換器５１が必要になる。アナログディジタル変換器５５が電圧信号をサンプリングできるので、リアルタイムコンピュータ５７側で、各測定値信号ごとに一つのチャネルを有するアナログ信号処理装置５６が使用される。各チャネルは、電流電圧変換器５８と、サンプリングに必要なアンチエリアシングローパスフィルタ５９と、信号範囲を一致させる従来型の電圧増幅器６０とを備える。
【００４６】
リアルタイムコンピュータ５７の中心は、すべての数学的計算に責任を負うディジタル信号プロセッサ６１によって表わされる。マルチチャネルアナログディジタル変換器装置５５を使用して、ハードウェアからの必要な測定値を検出することができる。力目的値をリニアモータ７へ送るためにマルチチャネルディジタルアナログ変換器装置６３が使用される。すべての必要なプログラムを含む制御装置アルゴリズム全体がＥＥＰＲＯＭ６４に記憶される。このアルゴリズムおよびプログラムは、活動システムの始動時にホストコンピュータ６５から供給され、制御すべき箱１に整合される。始動後、ホストコンピュータ６５が切断され、同時に、アルゴリズムおよびプログラムが、再較正時にホストコンピュータ６５によって修正または置換されるまでＥＥＰＲＯＭ６４に記憶される。ＲＡＭ６６は、計算時の中間値用の記憶装置としてディジタル信号プロセッサ６１によって使用される。ディジタル信号プロセッサ６１と他のすべての構成要素との間の通信用にデータバス６７が使用される。ホストコンピュータとの接続に責任を負うモジュール、たとえば通信ポート６８もデータバス６７に接続される。
【００４７】
単一の信号プロセッサ６１では問題を迅速に解くことができない場合には、同じデータバス６７に接続された二つのディジタル信号プロセッサ６１間で計算作業を分割することが可能である。
【００４８】
図８は、本発明によるシステム全体のブロック図である。リアルタイムコンピュータ５７は、制御アルゴリズムをある周波数でリアルタイムに実行するようにプログラムされる。
【００４９】
このアルゴリズムは下記のステップからなっているが、これらのステップは必ずしも記載された順序で実行する必要のないものである。
【００５０】
１．慣性センサ
−箱フレーム４上のｘｋ方向およびｙｋ方向にある五つの慣性センサ１１からの測定値を処理する。測定された信号を電圧電流変換器５１で変換し、変換済み信号をアナログ信号処理装置５６を介して送り、アナログディジタル変換器チャネル５５によって処理済み信号をサンプリングする。このような前述の測定値は、慣性センサ１１の座標系に存在し、制御が箱の座標系で行われるため、この測定値を箱の座標系に変換しなければならない。このため、アルゴリズムは線形変換ＴｋＴを使用する。この変換の出力は下記のとおりである。
−  箱１のｘｋ方向への並進加速度（または並進速度）
【数１】
2008297127.tif 000003
−  箱１のｙｋ軸の周りの回転加速度（または回転速度）
【数２】
2008297127.tif 000004
−  箱１のｙｋ方向への並進加速度（または並進速度）
【数３】
2008297127.tif 000005
−  箱１のｘｋ軸の周りの回転加速度（または回転速度）
【数４】
2008297127.tif 000006
−  箱１のｚｋ軸の周りの回転加速度（または回転速度）
【数５】
2008297127.tif 000007
【００５１】
これらの加速度（または速度）のそれぞれの目標値（大きさ）は零である。したがって、五つの変換済み信号は、ロバスト多変数制御装置Ｉに入力される前に零から減じられる。この制御装置Ｉは、前述の概念に従って五つの変換済み信号に同時に応答し、出力で下記の信号を供給する。
−  ｘｋ方向の力の目標値ＦＴｘｓ
−  ｙｋ軸の周りのトルク目標値ＭＴｙｓ
−  ｙｋ方向の力目標値ＦＴｙｓ
−  ｘｋ軸の周りのトルク目標値ＭＴｘｓ
−  ｚｋ軸の周りのトルク目標値ＭＴｚｓ
【００５２】
制御装置Ｉからの目標値は、線形変換ＴＴＡｋの助けでアクチュエータの座標系に変換される。
【００５３】
２．位置センサ
−ｘｋ方向およびｙｋ方向にある位置センサ１０からの測定値を読み取る。測定された信号がアナログ信号処理装置５６を介して送られ、処理済み信号がアナログディジタル変換器チャネル５５によってサンプリングされる。前述の測定値は、位置センサの座標系に存在するので、線形変換ＴｋＰに変換しなければならない。この変換によって、五つの位置出力信号が供給される。位置誤差信号を得るために、各信号が零から減じられる。したがって、二つの並進位置誤差信号（ＸＥｋおよびｙＥｋ）ならびに三つの回転位置誤差信号（φＥｋｘ、φＥｘｙ、φＥｋｚ）が得られる。
【００５４】
前述の設計によるロバスト多変数制御装置ＩＩは、５種類の位置誤差に応答し、下記の出力目標値を供給してエレベータの位置を補正する。
−  ｘｋ方向の変位に関する力目標値ＦＰｘｓ
−  ｙｋ軸の周りの回転に関するトルク目標値ＭＰｙｓ
−  ｙｋ方向の変位に関する力目標値ＦＰｙｓ
−  ｘｋ軸の周りの回転に関するトルク目標値ＭＰｘｓ
−  ｚｋ軸の周りの回転に関するトルク目標値ＭＰｚｓ
【００５５】
制御装置ＩＩからの目標値は、線形変換ＴＰＡｋの助けでアクチュエータの座標系に変換される。線形変換ＴＴＡｋと線形変換ＴＰＡｋとの間の違いは、リニアモータ７のＴＰＡｋ変換からの力目標値がレール３に対してｘｋ方向の圧縮力を加えるものに過ぎないことである。この圧縮は、制御装置ＩＩが箱の下方にある一つのアクチュエータをｘｋ方向へ始動し、同時に、箱の上方にある別のアクチュエータをｘｋ方向へ始動することによって行われる。したがって、四つのローラ９がガイドレール３とのｘｋ方向の接触を失うことはない。このことはＴＴＡｋ変換後にはあり得なかった。なぜなら、ＴＴＡｋ変換は、ＴＰＡｋ変換よりもずっと小さな力を必要とするからである。
【００５６】
３．変換後
２種類の変換ＴＴＡｋおよびＴＰＡｋの対応する出力どうしが加算され、八つのリニアモータ７のそれぞれの力目標値が算出される。
【００５７】
力目標値は、ディジタルアナログ変換器チャネル６３によってアナログ信号に変換される。変換済み信号は、対応する電力増幅器および力制御装置５０を駆動する。力制御装置５０は、アナログフィードバックによってリニアモータ７の電流を制御する。電力増幅器５０は、パルス幅変調される。箱フレーム４は、結果的に得られる力によって、制御の二つの目的が満たされるように制御される。それぞれの力目標値が零になった場合（障害のない走行の場合）、関連するアクチュエータは力を加えない。
【００５８】
すべての線形変換の実行と、制御アルゴリズムの計算は、各サンプリング周期にディジタル信号プロセッサ６１によって実行される。
【００５９】
前述の例が、説明のために与えたものに過ぎず、本発明を制限するものと解釈すべきものではないことに留意されたい。本発明を好ましい実施の形態に関して説明したが、本明細書で使用した文言が、限定の文言ではなく説明および例示の文言であることを理解されたい。本発明の態様の範囲および趣旨から逸脱せずに、現在の所明記され改正されている添付の特許請求の範囲の範囲内で変更を加えることができる。本明細書では本発明を特定の手段、材料、実施例に関して説明したが、本発明は、本明細書で開示した詳細に限るものではなく、特許請求の範囲の範囲内の構造、方法、使用法など、機能的に等価のすべての構造、方法、使用法に拡張される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】レールによって案内されるエレベータの箱の概略図である。
【図２】リニアモータとして構築されたアクチュエータを示す図である。
【図３】ローラガイドの前面立面図である。
【図４】ローラガイドの側面立面図である。
【図５ａ】アクチュエータ用の回転駆動機構の第１の変形例を示す図である。
【図５ｂ】アクチュエータ用の回転駆動機構の第２の変形例を示す図である。
【図５ｃ】アクチュエータ用の回転駆動機構の第３の変形例を示す図である。
【図６ａ】ｘｋ方向にアクチュエータとセンサとを含むエレベータの概略図である。
【図６ｂ】ｙｋ方向にアクチュエータとセンサとを含むエレベータの概略図である。
【図７】活動システムの制御装置部分を示す図である。
【図８】システム全体のブロック図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  箱
２  ローラガイド
３  レール
４  箱フレーム
５  ポスト
６  アクチュエータ
８  横方向ローラ
９  中央ローラ
１０  位置センサ
１１  慣性センサ
【図１】
2008297127.tif 000008
【図２】
2008297127.tif 000009
【図３】
2008297127.tif 000010
【図４】
2008297127.tif 000011
【図５ａ】
2008297127.tif 000012
【図５ｂ】
2008297127.tif 000013
【図５ｃ】
2008297127.tif 000014
【図６ａ】
2008297127.tif 000015
【図６ｂ】
2008297127.tif 000016
【図７】
2008297127.tif 000017
【図８】
2008297127.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成20年8月18日(2008.8.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レールによって案内され、予め定められた運動範囲を有する案内要素を含むエレベータの箱の振動を低減させる装置であって、
エレベータの箱と案内要素の間に位置するアクチュエータと、
エレベータの箱に取り付けられた複数の位置センサおよび慣性センサと、
慣性センサからの信号を受け取り、これらの加速度信号を第１の力目標値に変換するように構成された制御装置とを備えており、
前記制御装置が、位置センサから信号を受け取り、これらの位置信号を第２の力目標値に変換するように更に構成されており、
前記制御装置が、第１の力目標値および第２の力目標値を加算し且つアクチュエータのための第３の力目標値を計算するように更に構成されており、
前記アクチュエータが、前記制御装置からの出力に従って駆動され、従って、振動の制御された低減および適切な減衰走行が可能となるようなガイドレールに対する箱の位置の再調整をもたらすことを特徴とする、装置。
【請求項２】
前記制御装置が、慣性センサから信号を受け取るように構成された、より高い周波数で動作する加速度フィードバック制御装置と、位置センサから信号を受け取るように構成された、より低い周波数で動作する位置フィードバック制御装置とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記２つの制御装置が、アクチュエータを制御するための力目標値を決定するために共通出力信号の生成に使用されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記加速度フィードバック制御装置が、０．９から１５Ｈｚのより高い周波数範囲の振動の抑制を担当することを特徴とする、請求項２または３に記載の装置。
【請求項５】
前記位置フィードバック制御装置が、０から０．７Ｈｚのより低い周波数範囲の箱の案内遊びを担当することを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記加速度フィードバック制御装置が、第１の制御ループに接続され、前記位置フィードバック制御装置が、第２の制御ループに接続されていることを特徴とする、請求項２から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記慣性センサが、走行方向に対して横方向に生じる振動を測定し、エレベータの箱のフレームに取付けられていることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記アクチュエータが、駆動モータを備えており、該駆動モータが、箱のフレームに固定された固定モータ部分と案内要素に固定された可動モータ部分とを備えることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
案内要素が、ローラレバーからなり、前記可動モータ部分が前記ローラレバーに固定されていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記駆動モータが、前記固定モータ部分と前記可動モータ部分との間に、エアギャップを更に有しており、前記エアギャップが低摩擦案内手段によって維持されていることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記駆動モータが、リニアモータであることを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
箱の実際の振動を最小限にするために、測定された振動に応じてアクチュエータによって動かされる案内要素を更に備えており、
前記アクチュエータが前記案内要素を動かすことが、予め定められた運動範囲内で中央位置を定めることを含み、
前記アクチュエータが、低周波数範囲の変位位置から中央位置に案内されることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の装置を備えるエレベータ。
【請求項１４】
請求項１に記載の装置を備えるエレベータの箱。
【請求項１５】
レールによって案内され、予め定められた運動範囲を有する案内要素を含むエレベータの箱の振動を低減させる方法であって、
エレベータの箱に取り付けられた複数の慣性センサからの加速度信号を第１の力目標値に変換し、
エレベータの箱に取り付けられた複数の位置センサからの位置信号を第２の力目標値に変換し、
第１の力目標値および第２の力目標値を加算し且つエレベータの箱と案内要素の間に位置するアクチュエータのための第３の力目標値を計算し、
前記アクチュエータを、前記第３の力目標値に従って駆動し、従って、振動の制御された低減および適切な減衰走行が可能となるようなガイドレールに対する箱の位置の再調整をもたらすことを特徴とする、方法。