技術探索

機械室レスエレベータ
エレベータ，機械室レスエレベータ，駆動制御，永久磁石電動機，

阿部 茂

ロープ

1．は じ め に（1）

超高速まで広く使われている。
またエレベータは定格速度により，高速エレベータ（120エレベータの技術革新を振り返ると，1980 年代のインm/分以上）と，低速エレベータ（105 m/分以下）に分けバータとマイクロプロセッサの適用，1990 年代後半からられる。乗用エレベータで需要台数が多いのは低速エレベの永久磁石電動機と機械室レスエレベータ技術が重要であータの中の，速度が 45～105 m/分で積載量が 450～1 , 000

り，エレベータの性能や構造を大きく進歩させたことが分kg の標準形エレベータであり，2004 年度では需要台数のかる。

約 79％を占める。またその 96％以上が MRL になっている。

機械室レスエレベータ（MachineRoomLess Elevator，
以下 MRL と略す）という言葉は初耳でも，近ごろは新築

巻上機のビルやマンションの屋上が平らになったことに気づかれた人は多いと思う。これは MRL を採用し，屋上の機械室制御盤がなくなったからである。また駅などでシースルーの調速機

かごMRL を見かけることも多い。

戸開閉装置

本稿では MRL の技術開発と技術動向を紹介する。

かご非常止装置

2．ロープ式エレベータ

乗り場戸
乗り場操作盤

エレベータには多くの種類がある。MRL は低速の標準形エレベータに属する。10 階程度までのマンションや事つり合いおもり

かご用
ガイドレール

務所ビル，商業施設，駅などに広く使われている。MRLが登場する以前は，どのようなエレベータが用いられていかご用緩衝器たのであろうか。
2.1

つり合いおもり用
ガイドレール

図1

エレベータの種類（2）ロープ式エレベータ

エレベータは大きくロープ式と油圧式に分けられ，ロープ式の大部分は図 1（2）のようにかごとつり合いおもりがロ機種

ープでつるべ式に支持されて，巻上機の綱車（プーリ）と高速エレベータ

ロープ間の摩擦力により駆動するトラクション式である。
トラクション式は，油圧ポンプと油圧ジャッキを用いてか低速エレベータ

102

’75

’80

’85

’90

’95

’00

ワード サイリスタ
インバータ
駆動方法
レオナード レオナード
マイクロプロセッサ
リレー回路
制御回路
巻上機 一般 ギヤレス（直流電動機）はすば歯車式（誘電電動機） ギヤレス（電動機）超高速 ギヤレス（直流電動機）ギヤレス（誘電電動機）（永久磁石式同期電動機）（電動機容量）が小さいのが大きな特長であり，低速からあべ・しげる（正員） 1971 年東京大学工学部電子工学科卒業。1976 年同大大学院博士課程修了。同年三菱電機（株）入社。
中央研究所，産業システム研究所で研究開発に従事。1997 年
同社稲沢製作所エレベーター開発部長。2001 年ビルシステム事業本部技師長。2004 年 4 月埼玉大学工学部教授，1985 年電気学会論文賞受賞。工学博士。

’70

消費エネルギー
駆動方法
制御回路
巻上機（電動機）
消費エネルギー100％

95 72％％

ごを昇降させる油圧式に比べ，速度が速くかつ所要動力

年代

62％

57％

交流二段
速度制御 一次電圧制御54％インバータ
マイクロプロセッサ
はすば歯車式 ギヤレス（誘導電動機）（永久磁石式同期電動機）

リレー回路

ウォーム歯車式（誘導電動機）
100％

図2

93％

74％

37％

32％

29％

駆動制御システムの変遷

IEEJ Journal，Vol.１２７，No.２，２００７

技術探索

高速エレベータの中でも速度が 360 m/分以上のエレベ降路天井との間の垂直距離）の小さい油圧式が有利であっータは超高速エレベータと呼ばれている。現在，世界最高たためである。標準形ロープ式 MRL の登場で，価格と省速のエレベータは台湾 TAIPEI101 の 1 , 010 m/分（上昇エネと速度で劣る標準形油圧式がまず姿を消した。また機（3）時）のエレベータである 。
2.2

エレベータの駆動制御システムの変遷（1）

ロープ式エレベータの駆動制御システムの変遷と省エネ（4）の進展を図 2 に示す。高速エレベータでは減速機のない械室建築コストで劣る機械室付きの標準形ロープ式もMRL にとって代わられた。
以下，年代順に代表的な MRL を紹介し，それらの開発のねらいと特徴を見てみよう。

ギヤレス巻上機が主に用いられてきた。低速エレベータで3.1

はウォーム歯車減速機（効率 60～70％），次にはすば（ヘMRL の萌芽は，ホームエレベータとリニアモータエレリカル）歯車減速機（効率 95％）のギヤード巻上機が主

ホームエレベータとリニアモータエレベータ

ベータである。

流であったが，MRL になり巻上機の小型化／薄型化，低日本では 1980 年からホームエレベータの開発が進めら

騒音化のために，永久磁石同期電動機を用いたギヤレス巻れ，1988 年に小型，低速に限り規制が緩和され，駆動装上機に変わった。

置を昇降路内に設置することが認められた。1988 年より

高速エレベータは古くは MG（Motor Generator）セッ

さまざまな方式の機械室のないホームエレベータが実用化

トを必要とするワードレオナード方式，次に MG セットされた。なかには現在の MRL に近い構造のものもある。

が不要のサイリスタレオナード方式が用いられた。低速エ1989 年にリニアモータエレベータが開発され，日本市

レベータは誘導電動機の極数変換による交流二段制御方場に投入された（5）。図 3 にその構造を示す。円筒形のリニ式，次にサイリスタにより誘導電動機の一次電圧を制御すア誘導電動機（LIM）がつり合い重りの中に設置されておる交流帰還一次電圧制御方式が用いられた。サイリスタ制

り，2 次導体は円柱形で昇降路の頂部と下部で固定されて御の時代に制御回路もリレー回路からマイクロプロセッサいる。巻上機のための屋上機械室は必要ない。LIM は回に置き換えられた。

転形誘導電動機に比べエアギャップが大きくなり，一般に1983 年にパワートランジスタを用いた交流可変電圧可力率，効率が悪くなる。リニアモータエレベータは油圧式変周波数（VVVF）制御方式，すなわちインバータ制御方エレベータに比べて，速度，消費電力，電源設備容量で勝式が高速エレベータで実用化され，翌年には低速エレベーっていたが，MRL の登場でこれらの優位性がなくなっタにもインバータ制御方式が導入された。低速エレベータ

た。

では一次電圧制御方式に比べ約 50％もの省エネになり，3.2

薄型巻上機を用いる MRL

乗り心地も高級エレベータ並みとなった。

1996 年ヨーロッパで，円盤形電動機の薄型ギヤレス巻

1996 年，高速エレベータで誘導電動機に代わり，より上機を昇降路頂側部に設置する MRL が開発され，ヨーロ小形で高効率な永久磁石同期電動機が実用化された。低速ッパ市場に投入された（6）。図 4（a）にその構造を示す。開エレベータも MRL の登場に伴い，永久磁石同期電動機に発者 Harri Hakala はリニアモータエレベータの検討から，なった。

3．機械室レスエレベータ（MRL）

そらせ車

MRL はヨーロッパで 1996 年に，日本では 1998 年に発ロープ表され，市場投入された。MRL が登場する前は，ロープかご用レール式エレベータの構造には長い間変化がなく，どのメーカもリニアモーター

図 1 の機械室のあるエレベータを作っていた。法規で機械つり合いおもり室の設置が義務づけられていたからである。しかし規制緩制動機

和により MRL が認められると，知的財産権のため各社独自の MRL を開発し，市場投入するようになった。
日本では MRL が登場する以前は，標準形エレベータのかご

カラム
つり合いおもり用レール

約 30％が油圧式エレベータであり，残りが図 1 に示す機械室付きのロープ式エレベータであった。油圧式が多かった理由は，日影規制でビルの高さが制限される場合，屋上機械室が不要で，オーバーヘッド（最上階ホール床面と昇電学誌，１２７ 巻 ２ 号，２００７ 年

図3

リニアモータエレベータ

103

技術探索

薄型回転式モータをつり合い重りに設置することを考え，巻上機すなわち永久磁石電動機を廉価にするには，高価永久磁石を用いることでモータを薄くできること，またつな磁石の使用量削減と巻き線の自動化（機械化）が不可欠

り合い重りにモータを設置すると故障時にアクセスの問題である。これらを可能にしたラジアルギャップの円筒型薄があることなどに気づき，最終的に図 4（b）のような薄型型電動機（定格 3 . 7 kW，93 rpm）を図 5（b）に示す（10）。

巻上機を昇降路頂部のかご移動空間と昇降路壁との間に置磁束密度が同じであれば，電動機のトルクは回転子径と磁（7）く MRL を開発したと述べている 。

石面積の積におよそ比例するため，電動機を大口径薄型にそれまで世界的にエレベータは，主に保守と故障時の乗し磁石の使用量を削減している。また巻き線を自動化する

客救出のために機械室が必要との規制があった。しかし，ために，固定子鉄心に関節形連結鉄心方式（図 5（c））を規制緩和の流れの中，ヨーロッパ，日本ともに MRL が認採用し，固定子巻き線は集中巻でスキューなしとしていめられるようになり，世界は MRL の時代に入った。したる。磁極集中巻きは分布巻に比べコイルエンド部の巻き線がって MRL では機械室を無くすために，まず安全な保守が重ならず軸方向の薄型化に有利である。関節形連結鉄心方式や故障時の閉じ込め救出方式などが開発された。

は従来の一体形鉄心に比べ，スロット内の巻き線密度を上1998 年に日本で円筒形電動機のギヤレス巻上機を昇降（8）げることが可能で，これも軸方向の薄型化に効果がある。

路ピットに設置した MRL が，2001 年には円筒形電動機

トルクリップル低減のために，最適な極数・スロット数のの薄型巻上機を昇降路下側部に配置する新機種（9）（図 5選択，固定子ティース形状及び永久磁石形状の最適化を行（a））が実用化された。新機種は関節形連結鉄心（図 5っている。

（c））を用いた永久磁石電動機を用いている。
巻上機を昇降路内に設置するには小型化／薄型化と騒音

永久磁石電動機を廉価かつ小型にするもう一つの方法
は，電動機の回転数を上げ，トルクを下げる方法である。

低減が不可欠で，巻上機は誘導電動機を用いたギヤード方3.4式から，希土類永久磁石電動機を用いたギヤレス方式に変電動機の回転数を上げ，トルクを下げるには，巻上機のわった。しかしギヤレス方式のためギヤード方式に比べ，綱車（プーリ）の径を小さくする必要がある。現在の鋼製電動機トルク，ブレーキトルクが大幅に増大し，2：1 ロ

ロープに代わる新しいロープを開発し，ギヤレス巻上機をーピング（かごが動滑車でつるされるため，図 1 の 1：1小型化しようという動きが出てきた。ロープ式エレベータ

ローピングに比べ電動機の回転数は 2 倍となるが，トルクは，つるべ式になっていて，かごとつり合い重りとは，定は 1/2 となる方式）を用いても巻上機が高価になった。

員の 40～50％の乗客が乗った時にバランスし，巻上機の3.3MRL 用永久磁石電動機

綱車の摩擦力でロープを駆動する。この摩擦力の確保とロヨーロッパで開発された円盤型薄型永久磁石電動機（図（6）
（7）

4（b））

長軸小径巻上機を用いる MRL

ープ寿命から，鋼製ロープでは綱車の径はロープ径の 40はアキシャルギャップである。高速大容量エレ倍以上と決められてきた。綱車の径を小さくできれば電動ベータ用では固定子と回転子間の吸引力が大きいため，電機トルクを下げ，電動機およびブレーキを小型化・低廉化

動機 2 台の間に綱車を入れた巻上機とし，吸引力を相殺すできる。この場合綱車での摩擦力の確保が安全上重要となる構造にしている。

図5（c） 関節形連結鉄心

図4（b） 薄型巻上機
図5（b） 薄型巻上機
図4（a） 巻上機頂部配置 MRL
図5（a） 巻上機下部配置 MRL

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IEEJ Journal，Vol.１２７，No.２，２００７

技術探索

ヤーロープを用いて巻上機を小型化した新しい MRL が開（14）発され，市場投入された（13）（図 7）。巻上機の綱車直径も約半分の小径になり，巻上機の重量は従来の薄型大径巻長軸巻上機上機に比べ 35～40％軽量化されている。高強度 5 mm ロープの強度は従来の 10 mm ロープの 55％あり，ロープ本数は増加するが，増加量の抑制に効果があると考えられる。

4．お わ り にベルト

1990 年ごろには技術的に成熟したと見られていた標準形エレベータが，規制緩和と永久磁石式電動機などの技術革新によって，さまざまな方式の機械室レスエレベータに

図6

ベルトを用いた MRL生まれ変わった。この背景に世界的な規制緩和があり，知的財産権を重視する開発競争がある。機械室をなくすた
め，また新しいロープを採用するために，さまざまな安全対策や試験，技術審査が行われたことは言うまでもない。
（平成 18 年 7 月 27 日受付）
文

長軸巻上機

図7

小径ロープを用いた MRLる。また従来ロープと同等以上の寿命も要求される。
2000 年，アメリカでポリウレタン被覆鋼心ベルトを用（12）いる MRL が開発され，市場投入された（11）
（図 6）
。この

ベルトは幅 30 mm 厚さ 3 mm の鋼心入りのポリウレタンベルトである。このベルトの採用で，巻上機の綱車直径は100 mm となり，通常の 10 mm 径鋼製ロープを用いた綱車の 1/4 を実現し，それに応じて電動機を含む巻上機の寸法は大幅に小さくなっている。ポリウレタンを用いることで摩擦係数を高め摩擦力を確保している。
ベルトを用いる方式は，巻上機が安価になる反面，ロープが高価になると言われている。また摩擦係数を高くとる
ためベルトに油などがつかないよう注意する必要がある。

献（１）阿部茂・渡辺英紀 :「エレベータの歴史と今後の課題」, 電学論 A,
124, 8, pp. 679─687（2004）（２）国土交通省住宅局建築指導課・（財）日本建築設備・昇降機センター・（社）日本エレベータ協会編 : 昇降機技術基準の解説（2002 年版）（2002）（３）岡本正勝・中川俊明・海田勇一郎・関本陽一・藤田善昭 :「世界最高速エレベーター」, 日本機械学会昇降機・遊戯施設等の最近の技術と進歩技術講演会講演論文集, No. 02─56, pp. 17─20（2003）（４）久保田猛彦・小松孝教・荒木博司 :「エレベーターの省エネルギー技術」, 三菱電機技報, 76, 5, pp. 10─13（2002）（５）中井恵一郎・藤澤紀彦 :「リニアモータエレベーター」, 日本エレベータ協会 40 周年記念講演論文集, pp. 88─97（1990）（６）小田恭志・Marko Karppinen・Thomas Hietto :「省スペース, 省エネルギータイプエレベーター」, 日本機械学会講演会講演論文集,
No. 97─76, pp25─28（1997）（７）Johannes de Jong and Harri Hakala : “The Advantage of PMSM Elevator Technology in High Rise Building”, Elevator Technology
10, pp. 284─289（2000）（８）杉田和彦・本田武信・安藤英司・山川茂樹・安江正徳 :「三菱機械室レスエレベーター �ELEPAQ�」, 三菱電機技報, 72, 10, pp.
13─16（1998）（９）林 美克・山川茂樹・湯村 敬 :「三菱機械室レスエレベーター
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薄 型 モ ー タ の 開 発 」, 電 学 回 転 機 研 資, RM─01─113, pp. 37─42（2001）（11）Hugh J O’Donnell : “New Lift Rope Technology-Coated SteelBelts”, Elevator Technology 11, pp. 104─112（2001）（12）小野田立志・笠原直紀・石毛謙三・吉原誠 :「新駆動方式機械室無しエレベータ」, 日本機械学会昇降機・遊戯施設等の最近の技術と進歩技術講演会講演論文集, No. 04─57, pp. 39─42（2005）（13）石井隆史・松岡寛晃・染谷誠一 :「革新を続けるエレベーター」,東芝レビュー, 58, 12, pp. 28─31（2003）（14）Kazuhiko Izumi, Hiroaki Matsuoka, Hiroshi Sano and Akira
Osada : “The New Type Machine Room-Less Elevator”, Elevator
Technology 15, pp. 90─97（2005）

2003 年，日本で従来の半分の径 5 mm の高強度のワイ

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