(57)【要約】【課題】エレベーターの乗りかごに発生する振動を抑制する。【解決手段】エレベーター装置１００は、乗りかご２と、この乗りかごの加速度を検出する検出手段１１とを備える。検出手段が検出した加速度から位置演算部１３が乗りかごの位置を演算する。位置演算部が求めた乗りかごの位置に基づいて、乗りかごの振動を制御する複数の制御器１４ａ〜１４ｎのゲインを変化させる。【選択図】図１
2004010345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗りかごと、この乗りかごの移動速度または加速度の少なくともいずれかを求める手段とを備えたエレベーター装置において、前記乗りかごの移動速度または加速度から乗りかごの位置を演算する演算手段と、乗りかごの振動を制御する複数の制御器とを備え、この演算手段が求めた乗りかごの位置に基づいて複数の制御器のゲインを変化させる手段を有すること特徴とするエレベーター装置。
【請求項２】
乗りかごと、この乗りかごの加速度を求める手段とを備えたエレベーター装置において、前記乗りかごの加速度から乗りかごの位置を演算する演算手段と、乗りかごの振動を制御する複数の制御器とを備え、この演算手段が求めた乗りかごの位置に基づいて前記複数の制御器を切り換える切換手段を有すること特徴とするエレベーター装置。
【請求項３】
乗りかごの加速度を防止するガバナ装置を設け、このガバナ装置に速度検出手段を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のエレベーター装置。
【請求項４】
前記乗りかごにこの乗りかごの移動をガイドするガイドローラを設けるとともに、ガイドローラに速度検出手段を設け、この速度検出手段が検出した速度に基づき前記演算手段が乗りかごの位置を求めることを特徴とする請求項１または２に記載のエレベーター装置。
【請求項５】
前記乗りかごの加速度を検出する手段が、予め定めた力以上の力を検出したら、前記制御器の出力を零と判断する判断部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のエレベーター装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエレベーター装置に係り、特に高速で運行されるエレベーター装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエレベーターの振動を抑制する方法が、特開平７−２５７８３０号公報に開示されている。この公報では、エレベーター乗りかごの機械系振動を抑制するために、乗りかごやロープなどの機械系を完全剛体とみなした慣性系と駆動系や制御系などの電気系を含むエレベーター剛体モデルを、エレベーターの速度制御装置内に有している。エレベーター剛体モデルには、実際の駆動装置と同じ速度指令値が入力され、完全剛体モデルの速度が出力される。乗りかごの速度は、ガバナロープにより駆動される速度検出器により検出される。エレベーター剛体モデルから推定される速度と実測値との差から抽出した乗りかご振動成分を制御回路にフィードバックし、乗りかご振動を抑制する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に記載のエレベーター装置において、乗りかご振動成分は電動機から見ると位相遅れが生じており、そのまま直接フィードバックしても必ずしも振動を抑制できるとは限らない。そのため、位相補償要素である信号変換器を設け、対象とする振動成分に合わせて信号変換器を調整している。しかし、エレベーターがビルの最下階から最上階へ移動するときなどは、エレベーターの振動特性が大きく変化する。その結果、下層階をエレベーターが移動しているときは、信号変換器の制御で振動を抑制できるものの、上層階を移動しているときは信号変換器の制御だけでは十分には振動を抑制できない。
【０００４】
この様子を、図５ないし図８により説明する。乗りかご位置が最下階から最上階に変化するときの、電動機入力からかご加速度への伝達特性の変化を示したものである。図５はゲイン特性を示す図であり、図６は位相特性を示す図である。
【０００５】
１次モードの振動成分には、図６の位相特性より最上階で１００°近くの位相進みがあるのに対して、最下階では１００°近くの位相遅れが生じている。シーブやプーリの回転周波数が１次モード振動周波数に近くなると、最下階から最上階にわたって乗りかご振動が励起されやすくなる。このため、シーブやプーリ回転に起因する乗りかご振動を信号変換器だけを用いて、エレベーターの乗りかごの最下階から最上階までの移動のすべてのタイミングにおいて、抑制することは困難である。
【０００６】
図８に乗りかごが最下階にあるときのエレベーター振動特性に合わせて設計した制御器を用いて、振動抑制を図ったときの計算結果を示す。比較のために、図７に従来の制御器を用いて制御した場合の計算結果を示す。これらの図は、乗りかごが最下階から最上階へ定速走行する時の乗りかごの加速度を示したものである。図７と比較すると図８では、乗りかごが下層階付近を移動しているときは振動を抑制できるが、上層階を移動しているときは振動が抑制されていない。
【０００７】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものでありその目的は、エレベーター装置において、乗客に与える不快なかご振動を抑制することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の特徴は、乗りかごと、この乗りかごの移動速度または加速度の少なくともいずれかを求める手段とを備えたエレベーター装置において、前記乗りかごの移動速度または加速度から乗りかごの位置を演算する演算手段と、乗りかごの振動を制御する複数の制御器とを備え、この演算手段が求めた乗りかごの位置に基づいて複数の制御器のゲインを変化させる手段を有することにある。
【０００９】
上記目的を達成するための本発明の他の特徴は、乗りかごと、この乗りかごの加速度を求める手段とを備えたエレベーター装置において、前記乗りかごの加速度から乗りかごの位置を演算する演算手段と、乗りかごの振動を制御する複数の制御器とを備え、この演算手段が求めた乗りかごの位置に基づいて複数の制御器を切換える切換手段を有することにある。
【００１０】
そしてこれらの特徴において、乗りかごの加速度を防止するガバナ装置を設け、このガバナ装置に速度検出手段を設ける；乗りかごにこの乗りかごの移動をガイドするガイドローラを設けるとともに、ガイドローラに速度検出手段を設け、この速度検出手段が検出した速度に基づき演算手段が乗りかごの位置を求める；乗りかごの加速度を検出する手段が、予め定めた力以上の力を検出したら、制御器の出力を零と判断する判断部を有するようにしてもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を、図１から図４を用いて以下に説明する。図１は、本発明に係るエレベーター振動制御装置を適用したエレベーターシステムの構成図である。乗りかご２の上方に配置されたシーブ１と乗りかご２の下方に配置されたプーリ４との間に、釣合い錘３を介装したロープ２ａが装架されている。ロープ２ａの一端は乗りかご２の下部に、他端は乗りかご２の上部に固定されている。シーブ１を取付けた電動機９の回転軸には、速度検出器５が取付けられている。乗りかごの上面には、加速度検出器１１が取付けられている。シーブ１が回転すると、乗りかご２は乗りかご２の周囲に設けたガイド装置４０にガイドされて上下に移動し、釣合い錘５は乗りかご２と真反対方向に移動する。
【００１２】
シーブ１の回転速度を制御する制御装置９０は、以下の構成になっている。シーブ１を駆動する電動機９の速度指令６が、ＰＩ制御機を有する制御演算部７に入力される。この制御演算部７の出力はインバータやコンバータを有する電力変換部８に入力され、電力変換されて電動機９を駆動する。第１のフィルタ１０は、速度検出器５の検出信号に含まれるノイズを除去し、回転速度成分を取り出して入力指令６にフィードバックする。
【００１３】
かご振動を抑制する制御装置９１の詳細を、以下に示す。加速度検出器１１が検出した検出信号から、第２のフィルタ１２により乗りかご２の振動成分が抽出される。この振動成分は、乗りかご２の振動を抑制する指令値を生成する複数の制御器１４ａ、１４ｂ、…、１４ｎに送られる。一方、加速度検出器１１が検出した信号は、乗りかご２の位置を演算する乗りかご位置演算部１３にも送られる。
【００１４】
複数の制御器１４ａ〜１４ｎの出力は、各制御器１４ａ〜１４ｎ毎に設けられたゲイン調整器１５ａ、１５ｂ、…、１５ｎに送られる。ゲイン調整器１５ａ〜１５ｎでは、乗りかご位置演算部１３で求められた乗りかご２の位置に応じて乗りかご２の振動成分を調整する。調整された振動成分は加算器１６ａを経て判断部１６に送られ、で異常に大きな制御量が電力変換部８に入るのが防止される。
【００１５】
以上のように構成した本実施例の動作を、以下に説明する。速度検出器５の出力は第１のフィルタ１０を経た後、制御演算部７に入力される。一般に、速度検出器５の出力には雑音などが含まれる恐れがあり、直接制御演算部７に入力すると悪影響がでるので、第１のフィルタ１０を通して速度検出器５の出力に含まれる雑音を除去する。制御演算部７には、速度指令６と第１のフィルタ１０を通過した速度検出器５の出力が入力される。制御演算部７の出力は電力変換部８に入力され、電動機９へのトルク指令が電力変換部８から出力される。制御演算部７では電動機９が速度指令６に追従して動くように、例えばＰＩ制御法が用いられる。
【００１６】
乗りかご２には、乗りかご２の振動状態を観測するために、加速度検出器１１が設置されている。加速度検出器１１の出力は第２のフィルタ１２を経て制御器１４に入力される。加速度検出器１１の出力には、乗りかご２の振動成分だけではなく、乗りかご２の運転パターンや雑音などの情報も含まれている。加速度検出器１１の出力を制御器１４へ入力する前に第２のフィルタ１２を通して、乗りかご２の振動成分だけを抽出する。制御器には、第１の制御器１４ａ、第２の制御器１４ｂ、…、第ｎの制御器１４ｎの、ｎ個の制御器がある。
【００１７】
これら複数の制御器１４ａ〜１４ｎは、乗りかご２の位置に対応したエレベーター装置の振動特性に基づいて、外乱源から乗りかご２への加速度の伝達特性が改善されるように設定されている。これらの制御器１４ａ〜１４ｎは、例えばＨ∞制御法に基づいて設計される。つまり、乗りかご２の振動が小さくなるように設計されている。例えば第１の制御器１４ａを、乗りかご２が最下階にあるときの振動特性に基づいて設計し、第２の制御器１４ｂを乗りかご２が中間階にあるときの振動特性に基づいて設計し、第ｎの制御器１４ｎを乗りかご２が最上階にあるときの振動特性に基づいて設計する。
【００１８】
制御器１４を３個用いたときの、制御器１４のゲイン特性を図９ないし図１１に示す。図９は、乗りかご２が下階を移動するときを主な制御対象とする制御器１４ｃの場合であり、図９は乗りかご２が中間階付近を移動するときを主な対象とする制御器１４ｂの場合であり、図１１は乗りかご２が上階を移動するときを主な対象とする制御器１４ａの場合である。これら３個のゲイン特性から、１つの制御器のパラメータだけを乗りかごの移動階に応じて変更するだけでは、乗りかごの振動低減を図るのが困難であることが分かる。
【００１９】
第１の制御器１４ａ、第２の制御器１４ｂ、第ｎの制御器１４ｎのそれぞれの出力を、それぞれ第１のゲイン調整部１５ａ、第２のゲイン調整部１５ｂ、第ｎのゲイン調整部１５ｎに入力する。第１のゲイン調節部１５ａ、第２のゲイン調節部１５ｂ、第ｎのゲイン調節部１５ｎは乗りかご位置に応じて、その大きさが変化する。例えば、乗りかご２が最下階から中間階に動いているとき、第１のゲイン調節部１５ａのゲインをａ、第２のゲイン調節部１５ｂのゲインｂとし、最下階から中間階までの距離をｌｂ、最下階から現在の乗りかご２の位置までの距離をｌとする。ここで、ａ、ｂを次式のように定める。
【００２０】
ａ＝（１ｂ−ｌ）／ｌｂ、　ｂ＝ｌ／ｌｂ
乗りかご２が最下階から中間階に移動するあいだにおいて、乗りかご２が最下階にあるときは最下階の振動特性に基づいて設計された第１の制御器１４ａが支配的に振動制御に関わり、乗りかご２が中間階に近づくに従い、中間階の振動特性に基づいて設計された第２の制御器１４ｂが振動制御に大きく関わる。中間階から高階に乗りかご２が動いていくときも同様である。つまり、高階の振動特性に基づいて設計された第ｎの制御器１４ｎに接続された第ｎのゲイン調整部１５ｎのゲインと、第２の制御器１４ｂに接続された第２のゲイン調整部１５ｂのゲインとの比率を、乗りかご位置に応じて変化させる。これにより、乗りかご２が高階に行くにしたがい、第ｎの制御器１４ｎが支配的に振動制御に関わるようにすることができる。つまり、エレベーター機構系の振動特性の変化に同調して制御器１４の特性が変化し、乗りかご２の振動を効果的に抑制できる。
【００２１】
本実施例では、乗りかご２の振動抑制用の制御器１４を含む振動制御ループを、従来通りの電動機９駆動用の制御演算部７を含む駆動制御ループに並列に設けている。したがって、振動制御ループを無効にすれば、従来と同じ制御系が構成され、従来通りの制御が可能になる。
【００２２】
判断部１６は、過大な制御信号が電力変換部８に入力されるのを防止する。この判断部を設けたのは、以下の理由による。乗りかご２の振動情報を得るために、乗りかご２に加速度検出器１１を取付けている。しかし、乗客が乗りかご２内で飛び跳ねて乗りかご２が大きく揺れると、加速度検出器１１はその振動信号を検出して制御器１４に入力する。この信号が制御器１４に入力されると、制御系に悪影響を及ぼすおそれが生じる。そこで、判断部１６は、乗りかご２内での乗客の飛び跳ねなどにより発生する大きな外乱に対して、出力を零にする。これにより、振動制御系の安全性が確保される。
【００２３】
図２に、本発明に係るエレベーター装置１００ａの他の実施例のシステム構成図を示す。本実施例が上記実施例と異なるのは、乗りかご２の位置に応じて使用する制御器２２ａ、２２ｂ、…、２２ｎ切換える切換器２１を設けたことにある。切換器２１と乗りかご位置演算部１３との間には、乗りかご２の位置に応じて制御器を切換える切換判断部２０を設けている。
【００２４】
本実施例においては、乗りかご２に取付けた加速度検出器１１の出力を乗りかご位置演算部１３に入力し、この乗りかご位置演算部１３で求めた乗りかご２の位置に基づいて、制御器２２を構成する第１の制御器２２ａ、第２の制御器２２ｂ、…、第ｎの制御器２２ｎを切換える。ここで各制御器２２ａ〜２２ｎは、図１に示した各制御器１４ａ〜１４ｎと同様に設定されている。切換判断部２０は、乗りかご２が最下階付近を移動しているときには第１の制御器２２ａを選択し、乗りかご２が中間階付近を移動しているときには第２の制御器２２ｂを選択し、最上階付近を移動しているときには第ｎの制御器２２ｃを選択する。切換判断部２０は、制御に用いる制御器１４を切換えるべき乗りかご位置を記憶させる記憶手段を有する。そして、予めこの記憶手段に記憶した情報が、乗りかご位置演算部１３から出力されると、切換判断部２０は制御に用いる制御器１４を切換える。これにより、乗りかご２の位置に応じた振動制御が可能になる。
【００２５】
図３に、本発明に係るエレベーター装置１００ｂのさらに他の実施例のシステム構成を示す。本実施例が図１に示した実施例と異なるのは、加速度検出器の代わりにガバナを設けたことにある。乗りかご２の過速度防止用の図示しないガバナの回転軸に、プーリ３１が取付けられている。プーリ３１には速度検出用の速度検出器３５が取付けられており、この速度検出器３５で検出された速度信号は、乗りかご位置演算部３４および第２のフィルタ１２に入力される。プーリ３１は乗りかご２の上方に位置しており、ロープ３２が装架されている。乗りかご２の下方にもプーリ３６が設けられており、ロープ３２が装架されている。ロープ３２の一端は乗りかご２の上部に、他端は乗りかご２の下端に接続されている。
【００２６】
このように構成した本実施例では、乗りかご２の移動に比例してガバナ用プーリ３１が回転する。ガバナ用プーリ３１の回転軸に取付けた速度検出器３２が乗りかご２の速度を検出し、この速度から乗りかご２の加速度を求める。第２のフィルタ３３は微分特性を有しており、乗りかご２の速度を乗りかご２の加速度に変換する。
【００２７】
図１に示した実施例では、乗りかご２に加速度計１１を取付けていたので、振動制御装置を取付けた機械室まで加速度計１１のケーブルを長く引き出す必要があり、加速度計１１の出力にノイズ成分が含まれやすい。本実施例によれば、ガバナ用プーリを機械室に設置しているので、速度検出器３２を振動制御装置の近くに配置できるのでケーブル長が短くてすみ、ノイズの影響を軽減できる。
【００２８】
図４に、本発明に係るエレベーター装置のさらに他の実施例のシステム構成図を示す。本実施例が図１に示した実施例と異なるのは、乗りかご２上部に加速度検出器１１の他に速度検出器４１をも設けたことにある。加速度検出器１１の出力を、図１の実施例と同様に第２のフィルタ１２に入力する。一方、ガイド装置４０に取付けた速度検出器４１の出力を、乗りかご位置演算部４２に入力する。図１に示した実施例では、乗りかご２に取付けた加速度検出器１１の信号を２回積分して乗りかご２の位置を求めているが、本実施例ではガイド装置４０のローラの回転速度とローラ径の積から乗りかご２の位置を求めているので、位置精度が向上する。
【００２９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、エレベーター装置の乗りかご位置に応じて振動制御法を変化させているので、定常外乱により発生する乗りかごの振動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るエレベーター装置の一実施例のシステム構成図である。
【図２】本発明に係るエレベーター装置の他の実施例のシステム構成図である。
【図３】本発明に係るエレベーター装置のさらに他の実施例のシステム構成図である。
【図４】本発明に係るエレベーター装置のさらに他の実施例のシステム構成図である。
【図５】エレベーター装置の乗りかご振動の伝達特性ゲインを説明する図である。
【図６】エレベーター装置の乗りかご振動の伝達特性位相を説明する図である。
【図７】従来のエレベーター装置の乗りかごの加速度特性を説明する図である。
【図８】エレベーター装置の乗りかごの加速度特性を説明する図である。
【図９】本発明に係る振動抑制制御器の特性を説明する図である。
【図１０】本発明に係る振動抑制制御器の特性を説明する図である。
【図１１】本発明に係る振動抑制制御器の特性を説明する図である。
【図１２】エレベーター装置の乗りかごの加速度特性を説明する図である。
【符号の説明】
１…シーブ、２…乗りかご、３…釣合い錘、４…プーリ、５…速度検出器、６…速度指令、７…制御演算部、８…電力変換部、９…電動機、１０…第１のフィルタ、１１…加速度検出器、１２…第２のフィルタ、１３…乗りかご位置演算部、１４ａ〜１４ｎ…制御器、１５ａ〜１５ｎ…ゲイン調整部、１６…判断部、２０…切換判断部、２１…切換器、２２…制御器、３１…ガバナ用プーリ、３２…ガバナ用ロープ、３３…フィルタ２、３４…乗りかご位置演算部、４０…ガイド装置、４１…速度検出器、４２…乗りかご位置演算部、１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ…エレベーター装置。
【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】
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【図１２】
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