(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレベータ・アクティブ・サスペンション用電磁アクチュエータの制御装置であって、該電磁アクチュエータが、前記制御装置からのマグネット指令信号に応答するマグネットドライバーからの駆動電流に応答して動作し、前記制御装置が、力指令信号と、前記電磁アクチュエータのエアギャップにおける磁束を示す検出された磁束信号、および検出された駆動電流信号に応答して前記マグネット指令信号を供給し、
前記電磁アクチュエータによって作用される力を示す大きさを有する力・フィードバック信号に応答し、力・エラー信号を供給するための加減算器と
前記力・エラー信号に応答すると共に自動ゲイン制御信号に応答し、前記マグネット指令信号を供給するための補償器と、
前記力・フィードバック信号又は前記検出された磁束信号に応答すると共に前記検出された駆動電流信号に応答し、前記自動ゲイン制御信号を供給するための自動ゲイン制御装置、および
前記検出された磁束信号に応答し、前記力・フィードバック信号を供給するための磁束−力変換器、
によって構成されていることを特徴とする、エレベータ・アクティブ・サスペンション用電磁アクチュエータの制御装置。
【請求項２】
前記補償器が、前記駆動電流信号の大きさが増すにつれて減少する適応比例ゲインを含むことを特徴とする、請求項１に記載のエレベータ・アクティブ・サスペンション用電磁アクチュエータの制御装置。
【請求項３】
前記自動ゲイン制御装置が、前記力・フィードバック信号又は前記エアギャップの大きさを決めるための前記検出された磁束信号に応答し、前記適用比例ゲインが、前記エアギャップの大きさが増すにつれて増加する、ことを特徴とする、請求項２に記載のエレベータ・アクティブ・サスペンション用電磁アクチュエータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エレベータのアクティブサスペンションに係り、特に電磁アクチュエータの制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブ・サスペンション・システムによって、昇降路レールに沿って垂直方向に案内されるエレベータかごの水平方向運動を制御することは、例えば、米国特許第５，４３９，０７５号から知られている。案内手段では、昇降路の対向する壁の昇降路レールに係合するためにかごのコーナにローラクラスターが設けられている。エレベータかごの水平方向の加速と、かごとレール間の水平方向の変位は、アクティブ・サスペンション・システムのアクチュエータによって、水平方向の運動を制御するために検出される。各ローラクラスターは一つ又はそれ以上のアクチュエータを含んでおり、ローラクラスターアクチュエータは、関連する昇降路レールに対して、エレベータかごを水平方向に作動させるための制御装置に応答する。
【０００３】
上述した米国特許の第２０図に示されている制御装置は、力指令と、力誤差信号を比例積分ゲイン補償器に供給するための力・フィードバック信号に応答する加減算器を含んでいる。補償器は電流指令信号を電流ドライバーに供給し、電流ドライバーはアクティブ・サスペンションのアクチュエータに電流を供給する。コイルの電流は、センサーによって検出され、かつ電磁石と鉄リアクションプレート間のエアギャップの大きさを示す信号を供給するための信号プロセッサに、検出された磁束に沿って供給される。他の信号プロセッサすなわち磁束−力変換器は、力・フィードバック信号（簡単には、磁束の二乗に関連する）を加減算器に供給するための検出された磁束信号に応答する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した米国特許のコラム１７，ライン６３−６６に述べられているような第２０図の補償器４８６の比例ゲインは一定である。不幸にも、電磁アクチュエータの出力特性は、電流とギャップとの二重の非直線関数である。従って、そのような力ループの開ループゲインは、電流とギャップの比例範囲を越えて非常に変り、両端で不安定になる。力ループの性能は最悪のゲイン条件に制限される。
【０００５】
本発明の目的は、高システムゲインを達成するとともに、アクティブサスペンションの電磁アクチュエータ用制御ループの最良な性能を達成することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、動作磁気ギャップ範囲を広げ、システム動作の不安定さを避けることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のアクティブ・サスペンション用電磁アクチュエータの制御装置は、電磁アクチュエータ制御装置からのマグネット指令信号に応答して、マグネットドライバーからの駆動電流に応答し、前記制御装置が、力指令信号と、前記電磁アクチュエータのエアギャップにおける磁束を示す検出された磁束信号と、および前記マグネット指令信号を供給するための検出された駆動電流に応答し、エレベータ・アクティブ・サスペンション用のマグネットを制御するための制御装置であって、  前記電磁アクチュエータによって作用される力を示す大きさを有する力・フィードバック信号に応答し、力・エラー信号を供給するための加減算器と前記エラー信号に応答すると共に自動ゲイン制御信号に応答し、前記マグネット指令信号を供給するための補償器と、前記力・フィードバック信号又は前記検出された磁束信号に応答すると共に前記検出された駆動電流信号に応答し、前記自動ゲイン制御信号を供給するための自動ゲイン制御装置、および前記検出された磁束信号に応答し、前記力・フィードバック信号を供給するための磁束−力変換機、によって構成されていることを特徴とする。
【０００８】
さらに、本発明によれば、前記補償器が、前記駆動電流信号の大きさが増すにつれて減少する適応した比例ゲインを含むことを特徴とする。
【０００９】
さらにまた、本発明によれば、前記自動ゲイン制御手段が、前記前記力・フィードバック信号又は前記エアギャップの大きさを決めるための前記検出された磁束信号に応答し、前記適用する比例ゲインが、前記エアギャップの大きさが増すにつれて増加することを特徴とする。
【００１０】
本発明のこれらのおよび他の目的、特徴および利点は、添付図面に示されている最良の形態の実施例の詳細な説明によって、より明白になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、一対の対向するアクティブ・ローラ・ガイド１２，１４によって、両側の軸において水平方向に吊り下げられたエレベータかご枠１０を示す。左側の前から後の制御軸と右側の前から後の制御軸は、図示されておらず、同じハードウエアである（制御の観点から）。各アクティブ・ローラ・ガイドは、関連する昇降路レールに係合するためのローラを含み、ディジタル・リニア・マグネット・アクチュエータ（ＤＬＭＡ）に直列にして、請求項１の「電磁アクチュエータ」に相当する振動制御電磁石すなわち振動マグネットと並列になるように、バネに取り付けられている。アクティブ・ローラ・ガイドとしては、他の構造のものが周知であるから、図１に示されているアクティブ・ローラ・ガイドの構造に限定されるものではなく、本発明では図１に示す構造のアクティブ・ローラ・ガイド以外の他の構造のものも使用できる。アクティブ・ローラ・ガイド・サスペンションの機能は、かご枠を昇降路に水平方向にセンタリングすることと、かごの水平方向の振動を制御することである。
【００１２】
図７は、従来の、エレベータ水平方向サスペンション用のアクティブ・ローラ・ガイド（ＡＲＧ）において使用される、電磁石の非直線特性を示す。図示されているように、電磁石の出力特性は、電流とギャップの非直線関数である。従って、アクティブ・ローラ・ガイドを制御するためのいかなる力制御ループの開ループゲインは、電磁石の動作条件に依存し、力電流特性の“スロープ”はギャップと電流によって変る。
【００１３】
いかなるそのような磁気力制御手段は、電磁石コイルに、有効な制御電圧を供給しなければならない。制御電圧による電磁石コイル電流は、電磁石のインダクタンスと抵抗との関数である。図７の曲線は、８５０ターン、２インチ平方コア断面、マグネットの特性を示すもので、次式によって計算される。
【００１４】
Ｆｍａｇ＝Ｋf・ｉ2／ｇ2
ここで、ｉはマグネット電流（アンペア）、ｇはマグネットギャップ（メートル）である。定数“Ｋf”は、ギャップ変換係数であり、マグネット設計の一定の関数である。
【００１５】
図７の曲線で示すように、末端の動作ギャップで、大きなギャップにおいて発生する最大の力は、１０Ａ電流制限値に達する前に、約２５０Ｎである。反対側の末端では、マグネットが１Ａ（定数ＡＲＧ値）でアイドリングであると仮定すると、アイドリングの力は２５０Ｎ以上になる。このことは、互に対向するマグネット（それらは単極の力発生機である）であるので、悪い動作状態である。すなわち、これは分けることができなかった“ロックアップ”構造である。
【００１６】
この“ロックアップ”状態は、この理由で、単にマグネット電流を減少させることによっては、解決されるものではない。第１に、電流は、大きな力が発生する前に、公称ギャップで数アンペアまで上げなければならないので、マグネットが動作される時に、マグネットのアイドリング電流を減らすことによって、遅れが生じる。
【００１７】
第２に、“センタリング”制御に使用するかごの横方向位置を計算するために、制御は、電流フィードバックと共に磁束フィードバックを使用する。従って、一定の低アイドリングは、信頼性のある位置決算を行うためには小さすぎることになる。
【００１８】
それ故に、アイドリング電流の概念は放棄され、アイドリング力の概念が制御に導入される。図２に示すように、この概念は、各マグネットに対して、２つの制御用のループ１６，１８の使用を必要とする。ライン２０の請求項１の「力指令信号」に相当する“Ｎｅｔ  Ｆｏｒｃｅ”（“正味−力”）命令信号は、“最小の力Ｃｍｄ”又はａｂｓ（“Ｎｅｔ−Ｆｏｒｃｅ”）＋“最小の力Ｃｍｄ”のいずれかに設定される。従って、両方のマグネット２６，２８の出力による正味の力は、二つの力ループの閉ループゲインを１とすると、“Ｎｅｔ−Ｆｏｒｃｅ”である。
【００１９】
力は制御されゲインは制御されないので、この試みの一つの結果は、マグネットにおける実際のアイドリング電流が制御されないということである。アイドリング力をあまりにも高く設定すれば、過度のアイドリング電流が大きなギャップで発生し、アイドリング力をあまりにも低く設定すれば、アイドリング電流は小さなギャップで非常に低くなり、マグネットを高い力まで上げるための時間が増すここになる。上述した本発明の実施例によれば、２０Ｎと５０Ｎとの間のアイドリング力が、交差ひずみから明らかなように、実験によって、過度のアイドリング電流と破壊の問題との間の最良な妥協点であるということがわかっている。再び  図１を参照すると、磁束センサ３０，３２は図示されていないが、これらはマグネット２６と２８の磁気エアギャップの内側に取り付けられている。磁束センサ３０，３２は、振動マグネットのエアギャップ内の磁束強度を検出するために使用されるホール効果素子である。そのリアクションバー上のマグネットによって作用される力は、磁束センサによって検出される磁束密度の二乗に比例する。従って、ソフトウェア・力・制御ループの磁束検出は、調整され、かつ二つの制御ループの磁力フィードバックとして使用される。図１に示すように、かご枠はバネによって、レールに対して横方向に懸架される。制御装置は、バネをバイアスして、レールに対して上述したかごの“センタリング”を行うためにＤＬＭＡ（ディジタル・リニア・マグネチック・アクチュエータ）を使用する。この制御装置は、作用ストロークを最大にするために設けられている。
【００２０】
センタリング制御の必要性を合理的に説明する他の方法は、かごが完全に安定化されることであり、かご枠に不均衡な荷重があっても、センタリング制御は最大レール偏差を許容する。位置情報は、マグネットの電流，マグネットの磁束，および上述の式によるマグネットのギャップを求めることによって導出される。ここで、磁束力はＦｍａｇすなわちＦｍａｇ〜Ｂ2に等しい。比例定数はマグネット設計の関数である。すなわち、
Ｆｍａｇ＝（Ｂ2／２Ｍｏ）Ａ
ここで、Ｂはマグネットのギャップにおける磁束密度であり、Ｍｏは自由空間の透磁率（４π×１０-7Ｈ／ｍ）であり、Ａはマグネットの極面の全面積である。一定のマグネット設計に対して、定数（Ａ／２Ｍｏ）を“磁束−力係数”と呼ぶ。磁束は、収集され、力（Ｆｍａｇ）に変換されるとともに、ギャップｇを求めるために第１の式、
Ｆｍａｇ＝Ｋf・ｉ2／ｇ2
に代入される。
【００２１】
図２を参照すると、二重の自動ゲイン制御（ＡＧＣ）力・ループの制御ブロック図が示されている。ライン２０の“Ｎｅｔ−Ｆｏｒｃｅ”指令信号は、“正味の力アルゲブラ”ブロック３４で、ライン２２の“正味−力−１”とライン２４の“正味−力−２”に分割される。ライン３６の“磁束−力−１”フィードバック信号と、ライン３８の“磁束−力−２”フィードバック信号は、それぞれ請求項１の「力・フィードバック信号」に相当し、磁束センサ３０からの検出された磁束信号４４から、磁束−力変換ブロック４０によって導出されると共に、磁束センサ３２からの検出されたフィードバック信号４６から、磁束−力変換ブロック４２によって導出される。ライン３６，３８の信号は、二つの加減算器４８，５０に負帰還として供給される。加減算器４８，５０の、ライン５２，５４上のエラー出力信号“力−エラー１”および“力−エラー２”は、それぞれ積分器を含むフィルタ５６，５８に入力として供給される。各補償器５６，５８のライン６０，６２上の各出力（フィルタされた力・エラー）信号は、比例ゲインによって、それぞれのブロック６４，６６において増幅される。比例ゲインは、本発明によって、問題とする（以下に、さらに詳述する）マグネットの電流とギャップの条件の関数として可変である。ライン６８，７０上の請求項１の「マグネット指令信号」に相当する各磁気指令信号は、力・ループ調節器の出力であり、請求項１の「マグネットドライバー」に相当する各マグネット・ドライバー電子装置７２，７４に、ＰＷＭ信号として、供給される。請求項１の「マグネットドライバーからの駆動電流」に相当するライン７６，７８のマグネットコイルの合成電流は、検出され、かつライン８０，８２上の請求項１の「検出された駆動電流信号」に相当する検出されたコイル電流信号としてフィードバックされる。請求項１の「自動ゲイン制御装置」に相当する各“電流とギャップＡＧＣ”ブロック８４，８６は、ライン８８，９０上の請求項１の「自動ゲイン制御信号」に相当するＡＧＣ（自動ゲイン制御：比例）ゲイン調節信号を、検出されたコイル電流レベル信号８０，８２と、検出された磁束信号４４，４６に基づいて、ブロック６４，６６に供給するために使用される。ＡＧＣゲイン調節信号によって、ブロック８４，８６は、各検出された駆動電流信号の大きさが増すにつれて、比例ゲインを減少させる。これらのブロックは、もちろん、検出された電流および力信号に応答して、各マグネットにおけるエアギャップの大きさ（例えば最後の式における“ｇ”を求めることによって）決めると共に、各エアギャップの大きさが増すにつれて各比例ゲインを増加させる。前述したように、マグネット電流は、磁束センサ３０，３２によって検出されるマグネットエアギャップにおいて磁束を生成させると共に、磁束−力変換器４０，４２のソフトウェア制御装置にフィードバックされる。ブロック８４，８６における各エアギャップの大きさの決定が、示されているように、フィードバック信号３６，３８の代わりに、ライン４４，４６上の検出された磁束密度に基づいて行なわれ得ることは、認識されるべきである。
【００２２】
ＡＧＣ利得（自動ゲイン制御利得）の計算は、力・ループの開ループゲインを実際に直線化するのではなくて、電流ギャップの広範囲にわたってループを安定化させるのに役立つ。第１に、各力・ループにおいて使用される比例ゲイン期間は、動作電流の直線関数として下げられる。電流がその最小値から増加するにつれて、ゲインは減少される。第２に使用されている比例ゲイン期間は、マグネットギャップが８ｍｍ以下又はそれ以上に下がるにつれて、マグネットギャップの直線関数として下がられ又は上げられる。８ｍｍは、この例に対して経験的に決められた単なる計画要素にすぎない。ＡＧＣゲイン・レベリング計算は、次の式によって、各力・ループに対して行われる。すなわち、
ＡＧＣ−ゲイン１＝ゲイン１（Ａ）／Ｉｍａｇ、および
ＡＧＣ−ゲイン２＝ＡＧＣ−ゲイン１（ギャップ（ｍｍ））／８ｍｍ
図５はギャップを変えるためのゲイン調整係数を示す。図６は電流を変えるためのゲイン調節係数を示す。同じ結果を達成するための他の方法が実行でき、これは一つの例にすぎないことは、理解されるべきである。
【００２３】
図３は、二重力・ループ用の制御装置のハードウェアのブロック図を示す。μＰは、入力をサンプルし、かつＥＰＲＯＭからの実行指令によって入力サンプルをＲＡＭに蓄える。フィルタパラメータは、補償器フィルタとＡＧＣロジックで使用するために、ＥＥＰＲＯＭ又はＥＰＲＯＭに格納される。合成マグネットＰＷＭ指令はマグネットドライバー回路に送られる。
【００２４】
図４は、二重力・ループ制御装置用の簡略化されたソフトウェアフロー図を示す。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、本質的に、電磁アクチュエータ制御装置からのマグネット指令信号に応答して、マグネットドライバーからの駆動電流に応答し、前記制御装置が、力指令信号と、前記電磁アクチュエータのエアギャップにおけるマグネット磁束を示す検出された磁束信号、および前記マグネット指令信号を供給するための検出された駆動電流に応答し、エレベータ・アクティブ・サスペンション用のマグネットを制御するための制御装置であって、前記電磁アクチュエータによって作用される力を示す大きさを有する力・フィードバック信号に応答し、力・エラー信号を供給するための加減算器と、前記エラー信号に応答すると共に自動ゲイン制御信号に応答し、前記マグネット指令信号を供給するための補償器と、前記力・フィードバック信号又は前記検出された磁束信号に応答すると共に前記検出された駆動電流信号に応答し、前記自動ゲイン制御信号を供給するための自動ゲイン制御装置、および前記検出された磁束信号に応答し、前記力・フィードバック信号を供給するための磁束−力変換機、によって構成されていることを特徴とするとするものであるから、高システムゲインを達成するとともに、アクティブサスペンションの電磁アクチュエータ用制御ループの最良な性能を達成することが出来ると共に、動作磁気ギャップ範囲を広げ、システム動作の不安定さを避けるすることが出来る。
発明は好ましい実施例について開示されているけれども、前述および種々な他の変更、省略および詳細が、この発明の精神と範囲を逸脱することなく、可能であることは、当業者によって理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】アクティブ・ローラ・ガイド水平サスペンション用のシングル側面軸から側面軸までの機械的なブロック図。
【図２】本発明による、図１のサスペンションを制御するための二重力制御ループの概略ブロック図。
【図３】図４に示されているような、図３のソフトウェア制御ループのある又は全ての機能を、実行するために使用される信号プロセッサ。
【図４】図３の信号プロセッサにおいて実行される一連のステップを示すフローチャート。
【図５】本発明による、ギャップに対するゲイン調節係数を示す。
【図６】本発明による、ギャップ→電磁石コイル電流に対するゲイン調節係数を示す。
【図７】アクティブ・ローラ・ガイド水平サスペンション用の、エアギャップの１ｍｍ増加での力に対する電磁石電流の一群の特性曲線。
【符号の説明】
１０…かご枠
１２，１４…アクティブ・ローラ・ガイド
１６，１８…力・ループ
２６，２８…マグネット
３０，３２…磁束センサー
４８，５０…加減算器
５６，５８…補償器
７２，７４…マグネットドライバー
【図１】
0004456695.tif 000002
【図２】
0004456695.tif 000003
【図３】
0004456695.tif 000004
【図４】
0004456695.tif 000005
【図５】
0004456695.tif 000006
【図６】
0004456695.tif 000007
【図７】
0004456695.tif 000008