Elevator Journal No.46 2023 年 10 月号

技術講座

SEA と FEM のハイブリッドモデルによるエレベーターかご内の騒音予測技術

SEAとFEMのハイブリッドモデルによる河村 陽右 (Yosuke Kawamura)
エレベーターかご内の騒音予測技術
株式会社 日立ビルシステム

河 村
野澤勇貴 陽(Yuki右Nozawa)(Yosuke Kawamura)

株式会社

日立ビルシステム株式会社 日立製作所

野 澤 勇 貴 (Yuki Nozawa)

しましたので紹介します。

１．はじめにエレベーターを快適に利用いただくためには、か株式会社

日立製作所

2．エレベーターのかご内騒音伝搬経路

ご内の静粛性は重要な要素であり、それを実現する

エレベーターの全体構成図及び、今回対象とする

１．はじめにためには、かご内騒音の性能を開発初期段階で高精２．エレベーターのかご内騒音伝搬経路
かごの構成を図 1 に示します。かご内騒音を推定す度に評価することが求められています。

エレベーターを快適に利用いただくためには、かご内の静エレベーターの全体構成図及び、今回対象とするかごの構るにあたり、騒音源からかご内への固体伝搬と空気粛性は重要な要素であり、それを実現するためには、かご内成を図1に示します。かご内騒音を推定するにあたり、騒音騒音の性能を開発初期段階で高精度に評価することが求めら

振動がかご床や側板などの板材に伝搬し、かごの板源からかご内への固体伝搬と空気伝搬の伝達経路を図2に示れています。

材からかご内に放射される固体伝搬音と、モーターエレベーターのかご内騒音は、ガイド装置などの振動がかします。図2の実線矢印が固体伝搬、破線矢印が空気伝搬を今回の解析では、音源はかご枠に設置されたガイド示しています。今回の解析では、音源はかご枠に設置されたなどから発生した放射音がかご側板を透過してかごご床や側板などの板材に伝搬し、かごの板材からかご内に放装置、かごプーリ、昇降路内の巻上機の３つの音源ガイド装置、かごプーリ、昇降路内の巻上機の３つの音源要射される固体伝搬音と、モーターなどから発生した放射音が内に伝わる空気伝搬音に分類することができます。

素としました。
要素としました。

エレベーターのかご内騒音は、ガイド装置などの伝搬の伝達経路を図 2 に示します。図 2 の実線矢印が固体伝搬、破線矢印が空気伝搬を示しています。

かご側板を透過してかご内に伝わる空気伝搬音に分類するここれらの騒音を精度良く予測するためには、昇降とができます。

路を含むかご内外の空気とかごの側板などの構造体

これらの騒音を精度良く予測するためには、昇降路を含むを伝搬経路として考慮する必要があります。固体伝

かご内外の空気とかごの側板などの構造体を伝搬経路として搬から騒音を求める際に、FEM（有限要素法）を用考慮する必要があります。固体伝搬から騒音を求める際に、いることがありますが、かごの構造体や昇降路の空FEM（有限要素法）を用いることがありますが、かごの構造気層を要素分割すると、要素数が増大し計算に長時体や昇降路の空気層を要素分割すると、要素数が増大し計算に長時間を要してしまいます。別の手法として、SEA（統計間を要してしまいます。別の手法として、SEA（統計的エネルギー分析法）があり、SEA は FEM より的エネルギー分析法）があり、SEAはFEMよりモデルの規模が小さく短時間で計算できる特徴がありますが、音場や構造のモデルの規模が小さく短時間で計算できる特徴があ固有モードが考慮できないため、解析結果に誤差が発生する

りますが、音場や構造の固有モードが考慮できない可能性があります。

ため、解析結果に誤差が発生する可能性があります。
そのため、SEAが不得意とする固有モードは、FEMを用いて

図 1 エレベーター全体構成、かごの構成図
図1

エレベーター全体構成、かごの構成図

そのため、SEA が不得意とする固有モードは、構造の固有モードによる損失を求め、SEAのパラメータを適正化することで、かご内騒音を設計段階で高精度に推定でき
FEM を用いて構造の固有モードによる損失を求め、る解析モデルを構築しましたので紹介します。
SEA のパラメータを適正化することで、かご内騒音を設計段階で高精度に推定できる解析モデルを構築

図 2 かご内への騒音伝達経路
図211

かご内への騒音伝達経路

Elevator Journal No.46 2023 年 10 月号

3．SEA 及び FEM のモデル化手法
3．SEA 及び FEM のモデル化手法
3.1技術講座
SEA 解析モデル
3.1 SEA 解析モデル
SEA の解析モデルを図 3 に示します。
３．SEA及びFEMのモデル化手法
3．Sの解析モデルを図EA 及び FEM のモ3デル化手法
SEAに示します。
振動入力は、かごプーリ２か所、かご上下のガイド
3.1 SEA解析モデル
3.1 SEA 解析モデル
振動入力は、かごプーリ２か所、かご上下のガイドSEAの解析モデルを図3に示します。
装置４か所としており、音響入力はかごプーリ２かSEA の解析モデルを図 3 に示します。
装置４か所としており、音響入力はかごプーリ２か振動入力は、かごプーリ２か所、かご上下のガイド装置４か所、かご上下のガイド装置およびかご上方の巻上機
振動入力は、かごプーリ２か所、かご上下のガイド所、かご上下のガイド装置およびかご上方の巻上機所としており、音響入力はかごプーリ２か所、かご上下のガとしております。かごプーリ及びガイド装置の振動装置４か所としており、音響入力はかごプーリ２かイド装置およびかご上方の巻上機としております。かごプーとしております。かごプーリ及びガイド装置の振動入力は、図 4 に示す 1/3 オクターブバンド周波数でリ及びガイド装置の振動入力は、図4に示す1/3オクターブバ
所、かご上下のガイド装置およびかご上方の巻上機入力は、図4 に示す 1/3 オクターブバンド周波数での実測値を用いています。また、かごプーリ、ガインド周波数での実測値を用いています。また、かごプーリ、としております。かごプーリ及びガイド装置の振動の実測値を用いています。また、かごプーリ、ガイド装置、巻上機の音響入力は、図5 に示す実測値をガイド装置、巻上機の音響入力は、図5に示す実測値を用い入力は、図 4 に示す 1/3 オクターブバンド周波数でド装置、巻上機の音響入力は、図5 に示す実測値をています。
用いています。の実測値を用いています。また、かごプーリ、ガイ用いています。

図 5 音響入力の周波数特性
図 5 音響入力の周波数特性

図5 音響入力の周波数特性
図5
音響入力の周波数特性
3.2 SEA と FEM のハイブリッドモデル
ド装置、巻上機の音響入力は、図 5 に示す実測値を 3.2 SEA と FEM のハイブリッドモデル
SEA が不得意とするかご内音場の固有モードを用いています。
SEA が不得意とするかご内音場の固有モードを考慮するため、かご内空気を FEM でモデル化した
3.2 SEAと FEM のハイブリッドモデル
3.2
SEAとFEMのハイブリッドモデル考慮するため、かご内空気をFEM でモデル化した
SEA とFEMのハイブリッドモデルを図 6 に示しまSEAが不得意とするかご内音場の固有モードを考慮するた
SEAが不得意とするかご内音場の固有モードをSEA とFEMのハイブリッドモデルを図 6 に示します。かご内空気のFEM の要素数は、評価対象としめ、かご内空気をFEMでモデル化したSEAとFEMのハイブリッ考慮するため、かご内空気をFEM でモデル化した
す。かご内空気の FEM の要素数は、評価対象とした ドモデルを図6に示します。かご内空気のFEMの要素数は、評
125～1250Hz のモードの分析が可能となる必要と FEM のハイブリッドモデルを図6 に示しまた SEA
125～1250Hzのモードの分析が可能となる必要
価対象とした125～1250Hzのモードの分析が可能となる必要最小限とすることで、計算時間の短縮を図りました。
す。かご内空気の 計算時間の短縮を図りました。
FEM の要素数は、評価対象とし最小限とすることで、最小限とすることで、計算時間の短縮を図りました。
た 125～1250Hz のモードの分析が可能となる必要最小限とすることで、計算時間の短縮を図りました。

SEA解析モデル
図 図3
3 SEA
解析モデル
図 3 SEA 解析モデル

図 3 SEA 解析モデル測域センサーは、エレベーターのかごの位置によらず常にロープを監視できるよう昇降路内2か所に設置します。
図4のように、片方のセンサーと同じ高さにかごがあってロープを検出できない場合にも、もう片方のセンサーがロープを検出することができるため、常に地震のゆれの大きさに応じた運転が可能です。

SEAとFEMでモデル化したかご断面図
図 6 SEA図6と FEMでモデル化したかご断面図
図 6 SEA と FEM でモデル化したかご断面図
図4

図 6 SEA と FEM でモデル化したかご断面図

振動入力の周波数特性

図 4 振動入力の周波数特性
図 4 振動入力の周波数特性
図 4 振動入力の周波数特性12Elevator Journal No.46 2023 年 10 月号

本解析モデルによるかご内音場の固有モードの解技術講座
析結果を図 7 に示します。上下方向の 2 次モードは
本解析モデルによるかご内音場の固有モードの解析結果を150Hz、上下と前後で２つの節をもつ２次モードは本解析モデルによるかご内音場の固有モードの解

図7に示します。上下方向の2次モードは150Hz、上下と前後240Hz となっています。解析結果は、式 3.2 で求め析結果を図 7 に示します。上下方向の 2 次モードはで２つの節をもつ２次モードは240Hzとなっています。解析られる理論値と周波数及びモード形状が一致してお150Hz、上下と前後で２つの節をもつ２次モードは

結果は、式3.2で求められる理論値と周波数及びモード形状り、かご内に発生する固有モードの影響を考慮でき240Hz となっています。解析結果は、式 3.2 で求めが一致しており、かご内に発生する固有モードの影響を考慮

図 8 かご内騒音解析結果ていることを確認しました。式 3.2 は直方体の閉空られる理論値と周波数及びモード形状が一致しておできていることを確認しました。式3.2は直方体の閉空間に間に生じる固有振動数の理論値を示しており、音速生じる固有振動数の理論値を示しており、音速c(m/s)、直り、かご内に発生する固有モードの影響を考慮でき

方体内の長さをLx、Ly、Lz(m) Lx、Ly、Lz、モード次数をnx、ny、nzc(m/s)、直方体内の長さを(m) 、モーていることを確認しました。式
3.2 は直方体の閉空としています。
ド次数を nx、ny、nz としています。

間に生じる固有振動数の理論値を示しており、音速c(m/s)、直方体内の長さを Lx、Ly、Lz (m) 、モード次数を nx、ny、nz としています。

4．おわりに

図図8
8 かご内騒音解析結果
かご内騒音解析結果

エレベーターを快適にご利用頂くために、走行時の静粛性は必要であり、そのために当社としては、4．おわりに
４．おわりにかご内騒音の評価技術は今後より一層重要になるとエレベーターを快適にご利用頂くために、走行時エレベーターを快適にご利用頂くために、走行時の静粛性考えております。当社は、これからも新しい技術をの静粛性は必要であり、そのために当社としては、は必要であり、そのために当社としては、かご内騒音の評価用いた安全、安心、快適な製品、サービスを提供しかご内騒音の評価技術は今後より一層重要になると技術は今後より一層重要になると考えております。当社は、ていきます。
これからも新しい技術を用いた安全、安心、快適な製品、考えております。当社は、これからも新しい技術をサービスを提供していきます。
用いた安全、安心、快適な製品、サービスを提供していきます。
固有モード解析結果
図図7
7 固有モード解析結果

図 7 固有モード解析結果
2

𝑛𝑛𝑛𝑛

2

𝑐𝑐𝑐𝑐
𝑛𝑛𝑛𝑛
𝑛𝑛𝑛𝑛
𝑓𝑓𝑓𝑓𝑛𝑛𝑛𝑛 = �� 𝑥𝑥𝑥𝑥� + � 𝑦𝑦𝑦𝑦 � + � 𝑧𝑧𝑧𝑧�
𝐿𝐿𝐿𝐿𝑥𝑥𝑥𝑥

2

𝐿𝐿𝐿𝐿𝑦𝑦𝑦𝑦

2

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2𝐿𝐿𝐿𝐿𝑧𝑧𝑧𝑧

2

𝑐𝑐𝑐𝑐
𝑛𝑛𝑛𝑛
𝑛𝑛𝑛𝑛
𝑓𝑓𝑓𝑓𝑛𝑛𝑛𝑛 = �� 𝑥𝑥𝑥𝑥� + � 𝑦𝑦𝑦𝑦 � + � 𝑧𝑧𝑧𝑧�
2𝐿𝐿𝐿𝐿𝑥𝑥𝑥𝑥

𝐿𝐿𝐿𝐿𝑦𝑦𝑦𝑦

𝐿𝐿𝐿𝐿𝑧𝑧𝑧𝑧

・・・(式 3.2)
2・・・(式 3.2)

3.3 解析結果
3.3 解析結果
かご内騒音の解析結果を図 8 に示します。横軸にかご内騒音の解析結果を図8に示します。横軸に1/3オ
1/33.3オクターブバンド周波数、縦軸に騒音レベルのクターブバンド周波数、縦軸に騒音レベルの実測値、SEA
解析結果

単体の解析モデルの結果、SEAとFEMのハイブリッドモデル
実測値、
SEA 単体の解析モデルの結果、
SEA と FEM
かご内騒音の解析結果を図8 に示します。横軸に（SEA+FEMと記載）の結果を示します。SEA単体では実測値にのハイブリッドモデル（SEA+FEM と記載）の結果

1/3 オクターブバンド周波数、縦軸に騒音レベルの対する誤差が大きくなりますが、SEAとFEMのハイブリッドモを示します。SEA
単体では実測値に対する誤差が大実測値、SEA 単体の解析モデルの結果、
SEA と FEM

デルとすることで、各周波数帯における誤差を低減し高い精きくなりますが、SEAと FEM のハイブリッドモデのハイブリッドモデル（SEA+FEMと記載）の結果度でかご内騒音を予測できることを確認しました。

ルとすることで、各周波数帯における誤差を低減しを示します。SEA 単体では実測値に対する誤差が大高い精度でかご内騒音を予測できることを確認しま
きくなりますが、SEA と FEM のハイブリッドモデした。
ルとすることで、各周波数帯における誤差を低減し高い精度でかご内騒音を予測できることを確認しました。

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