JP5791645B2 - エレベータ装置及びそのロープ揺れ抑制方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば地震や強風などで生じる建物の揺れによって、ロープの横振動が発生した場合に、そのロープの張力を適切に制御することによってロープの横振動を抑制するエレベータ装置及びそのロープ揺れ抑制方法に関するものである。

近年、高層建物では、長周期地震動又は強風によって低周期の揺れが継続することが知られている。そして、このような高層建物に設置されたエレベータ装置では、主ロープ、調速機ロープ、及びコンペンロープ等のロープが、建物揺れに共振して大きく揺れ、昇降路機器に接触し損傷したり引っ掛かったりする事象が発生している。このような状態のままエレベータ装置を運行すると、機器が破損して、乗客の閉じ込めが発生したり、復旧までに長時間を要したりするという事態が生じる恐れがある。

このため、従来のエレベータ装置では、コンペンロープの横振動（横揺れ）が予め設定された限度を超えた場合、又は建物の揺れが所定の基準を超えた場合に、張力機構によってコンペンロープの張力が選択的に変更され、共振状態が回避される（例えば、特許文献１参照）。

しかし、単にロープの張力を増加させる方法では、張力を増加させることによって逆にロープの固有振動数が建物の固有振動数と接近し、ロープの横振動が大きくなることがあるという問題があった。

また、従来の他のエレベータ装置では、ロープに与える張力をかごの位置に応じて変化される（例えば、特許文献２参照）。

しかし、この方法では、ロープの固有振動数と建物の固有振動数とが接近する領域を小さくすることはできても、ロープと建物とが共振する領域をなくすことはできないため、依然としてロープ共振により機器損傷及びロープの絡まりなどが発生する可能性があった。また、このようにロープの固有振動数を変えてロープの横振動を抑えるためには、比較的大きな張力増減をさせなければならず、容量の大きな張力機構が必要になるという問題もあった。

これに対して、従来のさらに他のエレベータ装置では、ロープの横振動の位相情報を用いて、ロープに張力変動を与えることで、通常よりも大きな減衰効果を得ることができ、建物の固有振動数に接近した場合及び一致した場合の両方において、ロープの横振動を低減することができる（例えば、特許文献３参照）。

特開平１０−２７９２２４号公報 特開２００３−１０４６５６号公報 国際公開第２０１０／０１３５９７

通常のエレベータ装置では、かごを吊り下げるために複数本の主ロープが用いられており、これらの主ロープの張力は互いに微小に異なっている。このように、並べて配置されたロープの張力が互いに異なっている場合、特にロープの横振動が成長過程にある段階で、ロープがそれぞれ異なる位相で横振動する。

このため、位相情報を用いてロープに張力変動を与える従来のロープ揺れ抑制方法では、ロープの横振動の成長過程で位相情報が正確に取得できず、ロープの揺れを十分に抑制することができないという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ロープの横振動をより効果的に抑制することができるエレベータ装置及びそのロープ揺れ抑制方法を得ることを目的とする。

この発明に係るエレベータ装置は、横振動を抑制するための張力をロープに与える駆動装置、及びロープの横振動情報を入力として駆動装置を制御する演算制御装置を備え、演算制御装置は、ロープの横振動の位相情報によらずロープに張力を与える第１の駆動指令と、位相情報に基づいて横振動を減衰させるための張力変動をロープに与える第２の駆動指令とを含む複数の駆動指令を選択的に駆動装置に出力する。

この発明のエレベータ装置は、演算制御装置が、ロープの横振動の位相情報によらずロープに張力を与える第１の駆動指令と、位相情報に基づいて横振動を減衰させるための張力変動をロープに与える第２の駆動指令とを含む複数の駆動指令を選択的に駆動装置に出力するので、ロープの横振動の過程に応じて、ロープの横振動をより効果的に抑制することができる。

この発明の実施の形態１によるエレベータ装置を示す構成図である。 図１のエレベータ装置の要部を示すブロック図である。 図１の主ロープ又はコンペンロープの横振動の時間変化の一例、及び演算制御装置による駆動指令の時間変化の一例を示すグラフである。 図１の第１のロープ横振動センサの第１の例を示す平面図である。 図１の第１のロープ横振動センサの第２の例を示す平面図である。 図４の第１のロープ横振動センサからの検出信号の第１の例を示すグラフである。 図４の第１のロープ横振動センサからの検出信号の第２の例を示すグラフである。 図１の第１のロープ横振動センサの第３の例を示す平面図である。 図８の第１のロープ横振動センサからの検出信号の一例を示すグラフである。 図８の第１のロープ横振動センサからの検出信号により求めた主ロープの横振動波形の周波数応答を示すグラフである。 この発明の実施の形態２によるエレベータ装置の要部を示すブロック図である。

以下、この発明を実施するための形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるエレベータ装置を示す構成図である。図において、昇降路１の上部には、機械室２が設けられている。機械室２には、巻上機３が設置されている。巻上機３は、駆動シーブ４と、駆動シーブ４を回転させる巻上機モータ（図示せず）と、駆動シーブ４の回転を制動する巻上機ブレーキ（図示せず）とを有している。巻上機３の近傍には、そらせ車５が設けられている。

駆動シーブ４及びそらせ車５には、複数本（図１では１本のみ示す）の主ロープ（懸架体）６が巻き掛けられている。主ロープ６は、互いに間隔をおいて並べて配置されている。主ロープ６の第１の端部には、かご７が接続されている。主ロープ６の第２の端部には、釣合おもり８が接続されている。かご７及び釣合おもり８は、主ロープ６により１：１ローピングで昇降路１内に吊り下げられており、巻上機３により昇降される。

昇降路１内には、かご７の昇降を案内する一対のかごガイドレール（図示せず）と、釣合おもり８の昇降を案内する一対の釣合おもりガイドレール（図示せず）とが設置されている。かご７及び釣合おもり８の間には、複数本（図１では１本のみ示す）のコンペンロープ９が吊り下げられている。コンペンロープ９は、互いに間隔をおいて並べて配置されている。

昇降路１の底部には、コンペンロープ９が巻き掛けられた張り車１０が設けられている。張り車１０には、張り車１０を上下方向へ変位させることにより主ロープ６及びコンペンロープ９の張力を調整する駆動装置（外力付加装置）１１が設けられている。駆動装置１１としては、例えば油圧ジャッキ又は電動モータ等が用いられている。また、駆動装置１１は、主ロープ６及びコンペンロープ９に横振動が生じた際に、横振動を抑制するための張力を主ロープ６及びコンペンロープ９に与える。

昇降路１内の上部には、主ロープ６の横振動を検出する第１のロープ横振動センサ１２が設置されている。昇降路１内の下部には、コンペンロープ９の横振動を検出する第２のロープ横振動センサ１３が設置されている。ロープ横振動センサ１２，１３としては、非接触変位センサが用いられている。

ロープ横振動センサ１２，１３からの検出信号（横振動情報）は、演算制御装置１４に入力される。演算制御装置１４は、ロープ横振動センサ１２，１３からの検出信号に応じて駆動装置１１を制御する。

また、演算制御装置１４は、ロープ（主ロープ６又はコンペンロープ９）の横振動の状態に応じて、異なる制御方法で駆動装置１１を制御する。即ち、演算制御装置１４は、第１の駆動指令と第２の駆動指令とを含む複数の駆動指令を選択的に駆動装置１１に出力する。第１の駆動指令は、ロープの横振動の位相情報によらず、ロープに張力を与える指令である。また、第２の駆動指令は、ロープの横振動の位相情報に基づいて、横振動を減衰させるための張力変動をロープに与える指令である。

さらに、第２の駆動指令は、例えば、ロープの横振動の変位と、変位もしくは速度の少なくとも１つ以上を乗じたもので構成される関数の係数倍（例えば、ロープの横振動の変位と速度とを乗じたものの係数倍、又はロープの横振動の変位の自乗の係数倍）である。

図２は図１のエレベータ装置の要部を示すブロック図である。演算制御装置１４は、ロープ振動演算部１５、制御方法切替部１６、駆動指令演算部１７及び駆動制御部１８を有している。ロープ振動演算部１５は、ロープ横振動センサ１２，１３からの検出信号に基づいて、主ロープ６及びコンペンロープ９の横振動を演算する。

制御方法切替部１６は、主ロープ６及びコンペンロープ９の振動状態に応じて、駆動装置１１に出力する駆動指令を切り替える。駆動指令演算部１７は、制御方法切替部１６で選択された駆動指令を演算する。駆動制御部１８は、駆動指令演算部１７で求められた駆動指令に基づいて駆動装置１１を制御する。このような演算制御装置１４の機能は、例えばマイクロコンピュータにより実現することができる。

ここで、制御方法切替部１６は、ロープ（主ロープ６又はコンペンロープ９）の横振動の振幅が予め設定された第１の振幅閾値以上で第２の振幅閾値（第１の振幅閾値＜第２の振幅閾値）よりも小さいときには、横振動の成長過程であり、ロープがばらばらに振動していると判断し、第１の駆動指令を選択する。そして、振幅が第２の振幅閾値以上になると、全てのロープが同期して振動していると判断し、第２の駆動指令を選択する。

図３は図１の主ロープ６又はコンペンロープ９の横振動の時間変化の一例、及び演算制御装置１４による駆動指令の時間変化の一例を示すグラフである。この例では、ロープの振幅が第１の振幅閾値Ｙａに達すると、第１の駆動指令が駆動装置１１に出力され、ロープに一定張力が付加される。そして、ロープの振幅が第２の振幅閾値Ｙｂに達すると、位相情報を用いた第２の駆動指令が駆動装置１１に出力され、横振動を減衰させるための張力変動がロープに与えられる。

このようなエレベータ装置では、演算制御装置１４が、ロープの横振動の位相情報によらない第１の駆動指令と、位相情報を用いた第２の駆動指令とを駆動装置１１に選択的に出力するので、ロープの横振動の過程に応じて、ロープの横振動をより効果的に抑制することができる。

図４は図１の第１のロープ横振動センサ１２の第１の例を示す平面図である。この例では、第１のロープ横振動センサ１２は、検出光２０を投光する投光器２１と、検出光２０を受光する受光器２２とを有している。投光器２１及び受光器２２は、真上から見てかご７の幅方向（図のＹ軸方向）の両側に配置されている。検出光２０は、かご７の幅方向に平行かつ水平に投光されている。

かご７の前後方向（図のＸ軸方向）への主ロープ６の横振動の振幅が予め設定された振幅閾値に達すると、検出光２０が遮断される。即ち、この例では、主ロープ６の横振動に応じて断続的なＯＮ／ＯＦＦ信号が出力される。上記のように２つの振幅閾値を設定する場合には、主ロープ６から検出光２０までの距離が異なるように、２組の投光器２１及び受光器２２が配置される。

図５は図１の第１のロープ横振動センサ１２の第２の例を示す平面図である。第２の例では、かご７の幅方向への主ロープ６の横振動を検出するように、真上から見てかご７の前後方向の両側に２個の投光器２１と２個の受光器２２とが配置されている。複数の主ロープ６が横並びで配置されている場合、それぞれの主ロープ６と第１のロープ横振動センサ１２との距離が異なるため、主ロープ６の横振動振幅によっては全ての主ロープ６の横振動状態を検出することができない。しかし、両端に配置された第１のロープ横振動センサ１２により主ロープ６を検出することで、検出できる主ロープ６の本数を増やすことができる。

これにより、主ロープ６の横振動情報量を増やすことができ、複数の主ロープ６の振動状態を精度良く判定することができる。

ここでは、両端に配置された主ロープ６に対して第１のロープ横振動センサ１２を配置する例を示したが、一端に配置された主ロープ６に対してのみ第１のロープ横振動センサ１２を配置してもよい。また、中央付近に配置された主ロープ６に対しても第１のロープ横振動センサ１２を配置することで、第１のロープ横振動センサ１２を増やし、横振動情報量をさらに増やすような構成としてもよい。

図５のような場合も、２つの振幅閾値を設定する場合には、４組の投光器２１及び受光器２２を配置すればよい。また、図４及び図５を組み合わせることで、かご７の幅方向及び前後方向の両方への横振動を検出することができる。また、第２のロープ横振動センサ１３も第１のロープ横振動センサ１２と同様に構成することができる。

図６は図４の第１のロープ横振動センサ１２からの検出信号の第１の例を示すグラフ、図７は図４の第１のロープ横振動センサ１２からの検出信号の第２の例を示すグラフである。主ロープ６により検出光２０が遮断されたとき、検出信号がＬ１に立ち上がる。即ち、主ロープ６の横振動情報は、主ロープ６の横振動に応じて出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号である。

第１のロープ横振動センサ１２として、図４に示したような単純なＯＮ／ＯＦＦセンサを用いた場合、個々の主ロープ６の横振動が同期していないと、図６に示すように、横振動を検出したことを示す信号の出力タイミングがばらばらで出力間隔の時間差ｔ１と周期の相関がなくなる。

これに対して、全ての主ロープ６の横振動が同期していると、図７に示すように、センサ出力が固まりで現れ、次の出力までの時間差ｔ２が周期に相当する。従って、横振動を検出したことを示す信号の時間差によって主ロープ６の横振動の同期を判定し、駆動指令を切り替えることもできる。

図８は図１の第１のロープ横振動センサ１２の第３の例を示す平面図である。第３の例では、第１のロープ横振動センサ１２としてレーザセンサが用いられている。この場合、第１のロープ横振動センサ１２は、所定の幅のレーザ光をかご７の幅方向に平行かつ水平に出射する。このような第１のロープ横振動センサ１２によれば、主ロープ６の横振動を連続的に測定することができる。

また、両端に配置された主ロープ６に向けてかご７の前後方向に平行なレーザ光を出射する一対のレーザセンサと組み合わせることで、かご７の幅方向及び前後方向の両方への横振動を連続的に測定することができる。また、第２のロープ横振動センサ１３も第１のロープ横振動センサ１２と同様に構成することができる。

図９は図８の第１のロープ横振動センサ１２からの検出信号の一例を示すグラフである。横振動情報が主ロープ６の横振動を連続的に測定した信号である場合、全ての主ロープ６の横振動が同期していると、センサ出力がほぼ１つの波形（正弦波）として測定される。この場合、最大振幅間の時間ｔ３が１周期となり、最大振幅と最小振幅との時間差ｔ４はその半分となる。

一方、個々の主ロープ６の横振動が同期していないと、波形が位相の異なる主ロープ６の最大振幅に追従するので、全体としての波形が歪んだものとなる。この場合、最大振幅と最小振幅との時間差ｔ５は、ｔ４とずれた値となるため、この値から同期、非同期を判定し、駆動指令を切り替えることもできる。

図１０は図８の第１のロープ横振動センサ１２からの検出信号により求めた主ロープ６の横振動波形の周波数応答を示すグラフである。図８に示したように、主ロープ６の横振動を連続で測定する場合、主ロープ６の横振動波形の周波数応答を演算し、ピークの高さから同期、非同期を判定してもよい。

即ち、全ての主ロープ６の横振動が同期していると、単一周期に近い特性となるため、周波数ｆａで高いピークを示す。このため、ピーク値が予め設定されたピーク閾値Ｄａよりも高い場合は、全ての主ロープ６の横振動が同期していると判定することができる。周波数ｆａは、事前に計算した値であっても、上記の時間ｔ３から決定した値であってもよい。

一方、個々の主ロープ６の横振動が同期していないと、周波数特性が広い帯域を持つことになるため、非同期と判定することができる。

上記のような同期判定の結果に基づいて第１の駆動指令と第２の駆動指令とを切り替えても、ロープの横振動の過程に応じて、ロープの横振動をより効果的に抑制することができる。

実施の形態２．
次に、図１１はこの発明の実施の形態２によるエレベータ装置の要部を示すブロック図である。演算制御装置１４は、少なくとも１つの建物揺れセンサ１９からの信号を入力とし、予め設定された建物揺れ閾値以上の建物の揺れが検出されたときに、第１の駆動指令を駆動装置１１に出力する。また、演算制御装置１４は、ロープ（主ロープ６又はコンペンロープ９）の横振動の振幅が予め設定された振幅閾値以上になると第２の駆動指令を駆動装置１１に出力する。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このように、ロープの横振動情報だけでなく、建物揺れの情報を加えて、第１の駆動指令と第２の駆動指令とを切り替えても、ロープの横振動をより効果的に抑制することができる。

なお、ロープ横振動センサの数や位置は上記の例に限定されるものではなく、例えば昇降路の中間でかご側と釣合おもり側とに配置してもよい。
また、第１の駆動指令は、一定張力を付加する指令に限定されるものではなく、例えば最大振幅等の振動情報、又はかごの位置情報などに応じて付加する張力を変化させてもよい。
さらに、ロープは、断面円形の通常のロープであっても、断面が偏平形状のロープ、即ちベルトであってもよい。
さらにまた、この発明は、例えば調速機ロープなど、主ロープ及びコンペンロープ以外のロープにも適用できる。また、かごから吊り下げられている電力供給用の制御ケーブルにもこの発明を適用できる。即ち、制御ケーブルもこの発明におけるロープに含まれる。
また、図１では１：１ローピングのエレベータ装置を示したが、ローピング方式は特に限定されず、例えば２：１ローピングであってもよい。
さらに、機器のレイアウトも図１に限定されるものではなく、例えば巻上機の個数及び位置は特に限定されない。
さらにまた、この発明は、機械室レスエレベータ、ダブルデッキエレベータ、及びワンシャフトマルチカー方式のエレベータなど、あらゆるタイプのエレベータ装置に適用できる。

６ 主ロープ、９ コンペンロープ、１１ 駆動装置、１２ 第１のロープ横振動センサ、１３ 第２のロープ横振動センサ、１４ 演算制御装置、１９ 建物揺れセンサ。

Claims (9)

1. 横振動を抑制するための張力をロープに与える駆動装置、及び
   前記ロープの横振動情報を入力として前記駆動装置を制御する演算制御装置を備え、
   前記演算制御装置は、前記ロープの横振動の位相情報によらず前記ロープに張力を与える第１の駆動指令と、前記位相情報に基づいて横振動を減衰させるための張力変動を前記ロープに与える第２の駆動指令とを含む複数の駆動指令を選択的に前記駆動装置に出力し、かつ、前記ロープの横振動の振幅が予め設定された振幅閾値よりも小さいときに前記第１の駆動指令を前記駆動装置に出力し、振幅が前記振幅閾値以上になると前記第２の駆動指令を前記駆動装置に出力するエレベータ装置。
2. 横振動を抑制するための張力をロープに与える駆動装置、及び
   前記ロープの横振動情報を入力として前記駆動装置を制御する演算制御装置を備え、
   ２本以上の前記ロープが並べて配置されており、
   前記演算制御装置は、前記ロープの横振動の位相情報によらず前記ロープに張力を与える第１の駆動指令と、前記位相情報に基づいて横振動を減衰させるための張力変動を前記ロープに与える第２の駆動指令とを含む複数の駆動指令を選択的に前記駆動装置に出力し、かつ、前記ロープの横振動が同期しているかどうかを判定し、非同期であれば前記第１の駆動指令を前記駆動装置に出力し、同期していれば前記第２の駆動指令を前記駆動装置に出力するエレベータ装置。
3. 前記ロープの横振動情報は、前記ロープの横振動に応じて出力されるＯＮ／ＯＦＦ信号であり、
   前記演算制御装置は、前記ロープの横振動を検出したことを示す信号の時間差に基づいて、前記ロープの横振動が同期しているかどうかを判定する請求項２記載のエレベータ装置。
4. 前記ロープの横振動情報は、前記ロープの横振動を連続的に測定した信号であり、
   前記演算制御装置は、前記ロープの横振動の最大振幅間の時間と、最大振幅と最小振幅との時間差とに基づいて、前記ロープの横振動が同期しているかどうかを判定する請求項２記載のエレベータ装置。
5. 前記ロープの横振動情報は、前記ロープの横振動を連続的に測定した信号であり、
   前記演算制御装置は、前記ロープの横振動波形の周波数応答を演算し、ピークの高さに基づいて、前記ロープの横振動が同期しているかどうかを判定する請求項２記載のエレベータ装置。
6. 横振動を抑制するための張力をロープに与える駆動装置、及び
   前記ロープの横振動情報を入力として前記駆動装置を制御する演算制御装置を備え、
   前記演算制御装置は、前記ロープの横振動の位相情報によらず前記ロープに張力を与える第１の駆動指令と、前記位相情報に基づいて横振動を減衰させるための張力変動を前記ロープに与える第２の駆動指令とを含む複数の駆動指令を選択的に前記駆動装置に出力し、かつ、建物揺れセンサからの信号を入力とし、予め設定された建物揺れ閾値以上の建物の揺れが検出されたときに前記第１の駆動指令を前記駆動装置に出力し、前記ロープの横振動の振幅が予め設定された振幅閾値以上になると前記第２の駆動指令を前記駆動装置に出力するエレベータ装置。
7. 駆動装置によりロープに張力を与えることで前記ロープの横振動を抑制するエレベータ装置のロープ揺れ抑制方法であって、
   前記ロープの横振動の振幅が予め設定された振幅閾値よりも小さいときには、前記ロープの横振動の位相情報によらず前記ロープに張力を与え、
   振幅が前記振幅閾値以上になると、前記位相情報に基づいて、横振動を減衰させるための張力変動を前記ロープに与えるエレベータ装置のロープ揺れ抑制方法。
8. 並べて配置された複数本のロープに駆動装置により張力を与えることで前記ロープの横振動を抑制するエレベータ装置のロープ揺れ抑制方法であって、
   前記ロープの横振動が同期しているかどうかを判定し、非同期であれば、前記ロープの横振動の位相情報によらず前記ロープに張力を与え、同期していれば、前記位相情報に基づいて、横振動を減衰させるための張力変動を前記ロープに与えるエレベータ装置のロープ揺れ抑制方法。
9. 駆動装置によりロープに張力を与えることで前記ロープの横振動を抑制するエレベータ装置のロープ揺れ抑制方法であって、
   予め設定された建物揺れ閾値以上の建物の揺れが検出されたときに、前記ロープの横振動の位相情報によらず前記ロープに張力を与え、
   前記ロープの横振動の振幅が予め設定された振幅閾値以上になると、前記位相情報に基づいて、横振動を減衰させるための張力変動を前記ロープに与えるエレベータ装置のロープ揺れ抑制方法。

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