(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直な昇降路に沿って伸びる一対のレールガイドに摺動可能にかつ可撓的に連結されたエレベータ用であって該エレベータの横方向の動きを制御するためのアクティブローラガイドのデュアルマグネットコントローラにおいて、前記アクティブローラガイドは、
一対のアクチュエータ、およびアクチュエータによって発生されるべき正味の力の大きさと方向を示す正味力信号Ｆnetを供給する手段を含み、
各アクチュエータはリアクションバーに隣り合うエレベータに取付けられた電磁石を有し、各リアクションバーはレールガイドの異なる一つに摺動可能に取付けられ、各電磁石は隣り合うリアクションバーからエアギャップによって分離された少なくとも１つのポールを有し、対をなす電磁石は、各々が該対の他の電磁石とは反対方向に電磁力を及ぼすように配置され、各アクチュエータは、エアギャップにおける磁束密度を検出する手段を有するとともに、デュアルマグネットコントローラからのマグネット指令Ｃ1，2に応答して、該マグネット指令により磁束密度を変化させるマグネットドライバーを有し、
デュアルマグネットコントローラは、
正味力信号Ｆnetに応答して、各アクチュエータによって発生されるべき力用のアクチュエータ正味力信号Ｆnet1，2を供給する正味力分配器と、
アクチュエータエアギャップの磁束密度を示す磁束密度信号Ｂ1，2に応答し、さらにアクチュエータ正味力信号Ｆnet1，2に応答して、各アクチュエータに対して、該アクチュエータを駆動するためのアクチュエータ指令Ｃ1，2を供給するマグネット制御ループと、
によって構成され、
２つの反対方向のうちのどちらにアクティブローラガイドコントローラがエレベータへ力を加えるかの決定に応じて、デュアルマグネットコントローラは一方のアクチュエータに最小のアイドリング力を生じるように指令するとともに他方のアクチュエータに本質的に正味の力と該最小のアイドリング力との和に大きさが等しい反対方向の力を生じるように指令し、それにより両方のアクチュエータは少なくとも最小のアイドリング力を生じるとともに、エレベータは本質的に正味の力に等しい大きさの合力を受ける、ことを特徴とする、
デュアルマグネットコントローラ。
【請求項２】
各マグネット制御ループが、
アクチュエータエアギャップの磁束密度を示す磁束密度信号Ｂ1，2に応答して、アクチュエータエアギャップの磁束密度に関連する力を示す信号Ｆ1，2を供給する磁束／力変換器と、
アクチュエータエアギャップの磁束密度に関連する力を示す信号Ｆ1，2に応答し、さらにアクチュエータ正味力信号Ｆnet1，2の一つに応答して、アクチュエータ差信号Ｆerror1，2を供給する組合せ器と、
アクチュエータ差信号Ｆerror1，2に応答して、アクチュエータを駆動するためのアクチュエータ指令Ｃ1，2を供給する調節器と、
によって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のデュアルマグネットコントローラ。
【請求項３】
各アクチュエータの磁束／力変換器が次式によりアクチュエータエアギャップの磁束密度Ｂによるエレベータかごに作用する力Ｆを導出し、
Ｆ＝Ｂ2Ａ／２μｏ
ここで、μｏは自由空間の透磁率であり、Ａはアクチュエータ電磁石ポールの断面積に関連する比例定数である、ことを特徴とする、請求項２に記載のデュアルマグネットコントローラ。
【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制御の分野に関する。特に、本発明は、エレベータの横方向の動きを制御するために使用されるアクティブローラガイドコントローラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
アクティブローラガイド（ＡＲＧ）システムは駆動可能なバネ（不平行）および電磁アクチュエータを使用し、電磁アクチュエータは、その電磁石のポールと、レールガイドに摺動可能に取り付けられたリアクションバーとの間にエアギャップを持っている。アクチュエータはエレベータに取り付けられている。電磁石の巻線内の電流はエアギャップ内に伸びる磁束を生じる。エアギャップにおける磁束密度の２乗は、電磁石とリアクションバーとの間すなわちエレベータとレールガイドとの間の吸引力に直接関連する。
【０００３】
これらのアクティブローラガイドは、一対の電磁石を使用し、ローラガイドの位置で制御軸に沿って互いに反対方向の力を発生する。この種の従来技術におけるアクティブローラガイドは各電磁石からの磁束フィードバックを使用する。アナログコンピュータを使用する力制御ループは、エレベータにどちらの方向の力を加えるべきかに応じて、力指令（特定の力を生じるための指令）を適正な磁石に与える。この従来技術においては、力を供給することが求められていない場合でも、ここでアイドリング電流と呼ばれている最小の電流を常に各電磁石に流している。
【０００４】
アクチュエータの電磁石の巻線は導電率が有限であるので、全てのアクチュエータにおいて電流制限されると共に力が制限される。巻線に最大の電流を流せば、アクチュエータは最大の力を生じる。電磁石によって得られる力は、巻線電流とエアギャップの両方の非直線関数であり、電流の２乗に比例して増加すると共に、エアギャップの２乗に反比例する。
【０００５】
エレベータが制御軸上の所望の位置から離されると、一方のアクチュエータのエアギャップは増し、他方のアクチュエータのエアギャップは減少する。エアギャップが動作範囲の大きな端、代表的には約１２ｍｍであると、代表的には１０Ａの電流制限に達する前に、最大の力は代表的には約２５０Ｎになる。反対の端で、エアギャップが動作範囲の小さな端、例えば約２．０ｍｍである時、アクチュエータのマグネットが１．０Ａの最小のアイドリング電流であれば、アイドリング電流によって発生する力は２５０Ｎよりも大きい。システムがこの状態に入ると、制御装置はそれから逃れることが出来ない。このロックはマグネットスティクション（ｍａｇｎｅｔ  ｓｔｉｃｔｉｏｎ）と呼ばれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本質的に、制御システムに基づく最小アイドリング電流は双方のレールガイドから離れた制御軸上のいかなる位置でもエレベータを保持することに関して不安定であるので、小さすぎるエアギャップは存在せず、従来技術ではスティクションが発生しがちである。力は変化するエアギャップに依存するので、最小のアイドリング電流により力は可変アイドリング力に達し、エアギャップが減少すれば、同じ電流に対して、マグネットによって生じる力は増加する。この増加する力はマグネットスティクションを示し、対向するマグネットにおける大きな電流によって解決されなければならない。しかし、対向するマグネットは、第１のマグネットの小さなエアギャップに対応する大きなエアギャップを持っており、第１のマグネットの力に等しい大きさの対向する力を生じさせるためには、非常に大きな電流が必要である。かくして、制御が電流制限されるので、システムに基づく最小のアイドリング電流は不安定になる。
【０００７】
マグネットスティクションは、２つの理由によって、アイドリング電流を減少させることによって簡単に解決できない。第１に、アイドリング電流が低いほど、マグネットが指令に応答してあるレベルの力を生じる前の遅れが大きくなる。第２に、アクティブローラガイドの他の構成要素、すなわちセンタリングコントローラは、電流フィードバックを使用し、エレベータの横方向位置を計算する。もし、あまりにも小さいアイドリング電流が使用されると、大きなエアギャップで磁束フィードバックは信頼できる位置計算のためにはあまりにも小さい。
【０００８】
必要とされることは、各マグネットに対する最小のアイドリング電流を使用することによって引き起こされるこの不安定な行動を避ける制御システムである。
【０００９】
本発明の目的は、従来技術によるアクティブローラガイドを修正し、最小アイドリング電流に基づく動作の不安定な行動を減らし、乗客に対して円滑な乗り心地を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、アクチュエータの電磁石において低電流の使用を可能にすることによって、リアクションバーと電磁石との間のエアギャップの広い範囲を可能にすることである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、上記目的は、垂直な昇降路に沿って伸びる一対のレールガイドに摺動可能にかつ可撓的に結合されたエレベータのアクティブローラガイドにおけるデュアルマグネットコントローラによって達成される。アクティブローラガイドは、エレベータの横方向の動きを制御するもので、
一対のアクチュエータ、およびアクチュエータによって発生されるべき正味の力の大きさと方向を示す正味力信号Ｆnetを供給する手段を含み、各アクチュエータはリアクションバーに隣り合うエレベータに取付けられた電磁石を有し、各リアクションバーはレールガイドの異なる一つに摺動可能に取付けられ、各電磁石は隣り合うリアクションバーからエアギャップによって分離された少なくとも１つのポールを有し、対をなす電磁石は、各々が該対の他の電磁石とは反対方向に電磁力を及ぼすように配置され、各アクチュエータは、エアギャップにおける磁束密度を検出する手段を有するとともに、デュアルマグネットコントローラからのマグネット指令Ｃ1，2に応答して、該マグネット指令により磁束密度を変化させるマグネットドライバーを有し、デュアルマグネットコントローラは、正味力信号Ｆnetに応答して、各アクチュエータによって発生されるべき力用のアクチュエータ正味信号Ｆnet1，2を供給する正味力分配器と、アクチュエータエアギャップの磁束密度を示す磁束密度信号Ｂ1，2に応答し、さらにアクチュエータ正味力信号Ｆnet1，2に応答して、各アクチュエータに対して、該アクチュエータを駆動するためのアクチュエータ指令Ｃ1，2を供給するマグネット制御ループと、によって構成され、２つの反対方向のうちのどちらにアクティブローラガイドコントローラがエレベータへ力を加えるかの決定に応じて、デュアルマグネットコントローラは一方のアクチュエータに最小のアイドリング力を生じるように指令するとともに他方のアクチュエータに本質的に正味の力と該最小のアイドリング力との差に大きさが等しい反対方向の力を生じるように指令し、それにより両方のアクチュエータは少なくとも最小のアイドリング力を生じるとともに、エレベータは本質的に正味の力に等しい大きさの合力を受ける、ことを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、エレベータかご２８はローラ２１ａ，２１ｂとバネ２２ａ，２２ｂを介してレールガイド２５ａ，２５ｂの対向する側に摺動可能にかつ可撓的に結合されている。バネ２２ａ，２２ｂは、レールガイド２５ａ，２５ｂに対してエレベータかご２８を最初にセンタリングするために、ディジタルリニアマグネットアクチュエータ（ＤＬＭＡ）２７ａ，２７ｂを使用してバイアスされる。
【００１３】
また、本発明によるデュアルマグネットコントローラを有するアクティブローラガイドの種々な構成要素が図１に示されている。デュアルマグネットコントローラ１０は一対のアクチュエータ１８ａ，１８ｂからの磁束情報に応答し、各アクチュエータはそれぞれ各レールガイド２５ａ，２５ｂに隣り合っている。アクチュエータからの入力に応答して、かつ組合せ器１４からの正味の力信号に応答して、デュアルマグネットコントローラは各アクチュエータへ出すべき力指令を決める。指令は、各アクチュエータ１８ａ，１８ｂが少なくとも最小のアイドリング力となる大きさの力を生じることを要求すると共に、アクチュエータが組合されて本質的に正味の力を発生することを要求する。正味の力は、センタリングコントローラ１３と加速度フィードバック調節器１６からの入力の差として、組合せ器１４によって供給される。組合せ器１４へのセンタリングコントローラの入力は、エレベータかご２８をレールガイド間のほぼ中央位置に戻す力に対する指令である。センタリングコントローラ１３は、この指令を、各アクチュエータの電磁石の電流について各アクチュエータから受ける入力に基づくと共に、各アクチュエータによって発生する力についてデュアルマグネットコントローラから受ける入力に基づいて決める。
【００１４】
加速度フィードバック調節器１６は、エレベータかご２８に取り付けられた加速度計１５からの入力を使用して、エレベータかご２８に作用する撹乱力を相殺する力を決める。撹乱力は、風やレールガイド２５ａ，２５ｂの偏差によって生じる力を含んでいる。組合せ器１４は、加速度フィードバック調節器の出力をセンタリングコントローラの出力に加える前に、加速度フィードバック調節器の出力を反転させる。その理由は、必要とされるのが、撹乱力によるエレベータかごの加速度に対抗する力に対する指令であるからである。各アクチュエータ１８ａ，１８ｂは、それぞれ、磁束センサ１１ａ，１１ｂと、巻線１２ａ，１２ｂを有する電磁石２３ａ，２３ｂを、含んでいる。また、各アクチュエータはデュアルマグネットコントローラに連結するマグネットドライバー１７ａ，１７ｂを含んでいる。デュアルマグネットコントローラからの指令に基づいて、各アクチュエータは、その巻線１２ａ，１２ｂの電流を変化させ、デュアルマグネットコントローラによって指令された力を生じる。
【００１５】
各電磁石２３ａ，２３ｂは、リアクションバー２４ａ，２４ｂに隣り合っており、リアクションバー２４ａ，２４ｂは、ローラ２１ａ，２１ｂを介してレールガイド２５ａ，２５ｂに摺動可能に取り付けられている。リアクションバー２４ａ，２４ｂと電磁石２３ａ，２３ｂとの間のエアギャップ２６ａ，２６ｂが所定の巻線電流に対して変わるので、エアギャップの磁束密度が変わる。電磁石をリアクションバーに引き寄せる力はエアギャップの磁束密度の２乗に比例する。
【００１６】
図２を参照すると、本発明によるデュアルマグネットコントローラを有するアクティブローラガイドがブロック図で示されており、このブロック図は素子間の信号の流れを示す。
【００１７】
エレベータかご２８は、昇降路の風に関連する撹乱力Ｆwindとガイドレール２５ａ，２５ｂ（図１）の偏差に関連する撹乱力Ｆrailの作用を受ける。エレベータかごに取付けられた加速度計１５は、正味加速度を加速度フィードバック調節器１６に報告し、加速度フィードバック調節器１６は、前の時間に報告された信号を平滑にすると共に、時間平均化され、平滑化された加速度に比例する信号Ｆaccelを定期的に生じる。同時に、センタリングコントローラ１３は、各アクチュエータ１８ａ，１８ｂの電磁石における電流Ｉ1，2と、各アクチュエータが供給すべきデュアルマグネットコントローラ１３によって指令されている力Ｆ1，2とに関する情報を受ける。センタリングコントローラ１３は、エレベータをセンタリングするためのアクチュエータによって印加されるべき力を決めるためにこの情報を使用し、その力に対応する指令Ｃoffsetを決める。
【００１８】
組合せ器１４は、センタリングコントローラの信号と加速度フィードバック調節器からの反転された信号とを加えて、正味の力信号Ｆnetを生じる。デュアルマグネットコントローラ１０は、正味力信号Ｆnetに応答すると共に、各アクチュエータにおける磁束密度を示す磁束密度信号Ｂ1，2に応答して、各アクチュエータに少なくとも最小のアイドリング力を発生させることに基づく指令Ｃ1，2を各アクチュエータに対して供給する。各アクチュエータに対する指令Ｃ1，2は、アクチュエータの電流を調節して、力を少なくとも最小のアイドリング力にするとともに、両方のアクチュエータによって発生される力の差が、時間平均化され、平滑化された測定における正味の力に等しくなるようにする。
【００１９】
図３を参照すると、本発明によるデュアルマグネットコントローラが拡大して詳細に示されている。組合せ器１４（図２参照）からの正味の力は正味力分配器３１に供給される。正味力分配器３１は、正味の力に応じて各アクチュエータが発生すべき力に対応する信号Ｆnet1，2を決める。
【００２０】
これらの正味力信号Ｆnet1，2は組合せ器３２ａ，３２ｂに供給される。組合せ器は、個々の正味力信号を、アクチュエータによって発生された力を示す反転された信号Ｆ1，2に加える。各組合せ器の出力は、アクチュエータによって供給されている力とアクチュエータが供給すべき力の差を示す信号Ｆerror1，2である。各差信号は調節器３４ａ，３４ｂに加えられ、調節器３４ａ，３４ｂは、信号をアクチュエータ用の指令Ｃ1，2に変換する。
【００２１】
アクチュエータによって発生されている力は、アクチュエータのエアギャップにおける磁束密度を示すアクチュエータ１８ａ，１８ｂからの磁束密度信号Ｂ1，2を受けることに応答して、磁束／力変換器３３ａ，３３ｂによって決められる。アクチュエータマグネットのポールと、隣り合うリアクションバーとの間のエアギャップにおいて検出された磁束密度に関連する力を決めるために、磁束／力変換器は代表的に簡単な関係式（１）を使用する。
【００２２】
【数１】
Ｆ＝（Ｂ2／２μｏ）Ａ  ………（１）
ここで、μｏは自由空間の透磁率であり、Ａはアクチュエータマグネットの極の有効断面積である。
【００２３】
図４はデュアルマグネット力コントローラ１０（図３参照）によって各秒に２５０回実行される処理に対する処理フロー図である。ステップ４１において、コントローラは、電磁石の各々における磁束およびアクチュエータが供給しなければならない正味の力を示すＢ1，Ｂ2、およびＦnetに応答する。コントローラは、１２５Ｈｚローパスフィルタを使用して磁束密度の高周波数をフィルタにかけ、新しい平滑化された値を生成する（ステップ４２）。磁束密度信号Ｂ1，2を力信号Ｆ1，2に変換（ステップ４３）した後、コントローラは、正味の力の極性すなわちエレベータかごの位置から正味の力が向くべき方向を決めることによって、各アクチュエータの力信号Ｆnet1，2を決める（ステップ４４）。
【００２４】
正味の力が正であり、正の正味の力がエレベータをアクチュエータＮｏ．１の方向に進めることに対応していれば、アクチュエータＮｏ．１によって供給されるべき力は正味の力と最小のアイドリング力とを加えたものにセットされ、アクチュエータＮｏ．２によって供給されるべき力は単に最小の力にセットされる（ステップ４５ａ）。正味の力が負であり、負の正味の力がアクチュエータＮｏ．２にエレベータを進めることに対応していれば、アクチュエータＮｏ．２によって供給されるべき力は正味の力と最小のアイドリング力とを加えたものにセットされ、アクチュエータＮｏ．１によって供給されるべき力は単に最小の力に設定される（ステップ４５ｃ）。正味の力がゼロであれば、アクチュエータＮｏ．１と２によって供給されるべき力は双方とも最小のアイドリング力にセットされる（ステップ４５ｂ）。
【００２５】
各アクチュエータが供給すべき力の決定に基づいて、その力と、アクチュエータによって生成されている力との差を示す信号が決定される（ステップ４６）。最後に、各アクチュエータ用の調節器は、アクチュエータ力信号Ｆnet1，2に関連する力を生じるアクチュエータによるマグネット指令Ｃ1，2を計算する（ステップ４７）。
【００２６】
マグネット指令Ｃ1，2は正味アクチュエータ力信号Ｆnet1，2には正確に対応しない。その代りに、デュアルマグネットコントローラによる制御を改良するために、指令Ｃ1，2はある遅れ補償を含めて計算される。例えば、デュアルマグネットコントローラにおいて、マグネットＮｏ．１の調節器は次の（２）式によって計算されたアクチュエータ指令を発する。
【００２７】
【数２】
Ｃ1＝ｇ（Ｙ1Ｃ1，old＋Ｙ2Ｆerror，1＋Ｙ3Ｆerror，1，old） …（２）
ここで、ｇはシステムゲイン、Ｙ1，2，3は遅れフィルタブレーク周波数のサンプル率に基づいて決められる係数である。
【００２８】
上述の装置は本発明の原理の単なる例示であることは理解されるべきである。多くの変更および他の装置は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、当業者によって考案できるものであり、かつ特許請求の範囲はそのような変更と他の装置をカバーするものである。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、対をなすアクチュエータが正味の力を供給することを要求されない時でも、各電磁石に最小のアイドリング電流ではなく、少なくとも最小のアイドリング力を発生するように指令するデュアルマグネットコントローラを使用することによって、従来技術によるアクティブローラガイドを修正する。この装置において、一方のアクチュエータにおいてエアギャップが減少すると、最小のアイドリング力にセットされている力を保つために電流が減少し、他方のアクチュエータでのエアギャップは増加しており、第１のアクチュエータによって発生される力と等しい大きさで反対方向の力を発生するためにより多くの電流が必要とされる。しかしながら、第２のアクチュエータにおいて等しくかつ反対方向の最小アイドリング力を生じるのに必要とされる電流は、第１のアクチュエータにおける電流を減少させなかったために必要とされていたであろうものよりも小さい。
【００３０】
本発明は、各マグネット用の制御ループを含むデュアルマグネットコントローラを使用する。組合せで作用するアクチュエータの必要な正味の力の極性に応じて、各マグネット制御ループはアクチュエータ力を指令し、このアクチュエータ力はアイドリング力又はこのアイドリング力に加えられる正味の力のどちらかである。従って、２つのマグネットは組合されて、常に、基本的に正味の力を発生し、一方各マグネットは少なくともアイドリング力に等しい大きさの力を発生する。
【００３１】
発明の上記および他の目的、特徴および利点は、上述の詳細な説明および添付図面から明白になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】レールガイドに摺動可能にかつ可撓的に取付けられたエレベータかごと本発明によるアクティブローラガイドのブロック図。
【図２】本発明によるデュアルマグネットコントローラを有するアクティブローラガイドの制御ループのブロック図。
【図３】本発明によるデュアルマグネットコントローラの制御ループの拡大ブロック図。
【図４】本発明によるデュアルマグネットコントローラの処理図。
【符号の説明】
１０…デュアルマグネットコントローラ
１１ａ，１１ｂ…磁束センサ
１２ａ，１２ｂ…巻線
１３…センタリングコントローラ
１４…組合せ器
１５…加速度計
１６…加速度フィードバック調節器
１７ａ，１７ｂ…マグネットドライバー
１８ａ，１８ｂ…アクチュエータ
２１ａ，２１ｂ…ローラ
２２ａ，２２ｂ…バネ
２３ａ，２３ｂ…電磁石
２４ａ，２４ｂ…リアクションバー
２５ａ，２５ｂ…ガイドレール
２６ａ，２６ｂ…エアギャップ
２７ａ，２７ｂ…デジタルリニアマグネットアクチュエータ（ＤＬＭＡ）
２８…エレベータかご
３１…正味力分配器
３２ａ，３２ｂ…組合せ器
３３ａ，３３ｂ…磁束／力変換器
３４ａ，３４ｂ…調節器
【図１】
0004107711.tif 000002
【図２】
0004107711.tif 000003
【図３】
0004107711.tif 000004
【図４】
0004107711.tif 000005