JP2006290486A - 機械室レスエレベーター - Google Patents

Abstract

【課題】乗りかごの頂部における昇降路の高さ方向の省スペース化を図ることができ、かつ、高速化も同時に実現できる機械室レスエレベーターを提供する。
【解決手段】少なくとも、昇降路の内部に、乗りかご１と、吊り合いおもり２と、ロープ６と、駆動シーブ４と、前記駆動シーブ４を駆動するモータ３と、転向プーリ５を格納した機械室レスエレベーターにおいて、前記駆動シーブ４の両脇に、この駆動シーブ４を駆動する複数台のモータ３Ａ，３Ｂを配置し、かつ、前記ロープ６の一端を前記乗りかご１に他端を前記釣合い重り２に駆動シーブ４及び転向プーリ５を介して１対１ローピング形態で巻き掛けかけ構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、駆動装置が昇降路内に配置される機械室レスエレベーターに関するものである。

従来の機械室レスエレベーターとしては、トラクションシーブエレベーターなどがあり、機械室レス化による空間利用の点に特徴がある（例えば特許文献１参照）。また、軸方向に対して薄型のモータを使用し、昇降路平面積の小型化を図っているものもある（例えば特許文献２参照）。さらに、乗りかごを１対１ローピングで吊り下げ、吊り合いおもりを２対１ローピングで吊り下げることによりかごの昇降行程よりも吊り合いおもりの昇降行程を短くし、保守スペースを確保しているものもある（例えば特許文献３参照）。
特開平７−１０４３４公報 特開２００２−８０１７８公報 特開２００４−１４２８５３公報

しかしながら、上記特許文献１の構成では、２対１ローピングの構成であるため、低速領域では問題ないが、高速領域では、乗りかごにおいて騒音、振動が発生し易くなり、高速化を図ることが困難である。特許文献２の構成では、軸方向に対して薄型のモータを使用しているため、昇降路平面積の小型化には効果があるが、前記薄型のモータでは径方向の幅が増加するため、高さ方向の省スペース化が困難になる。また、特許文献２の構成は、１対１ローピングの構成ではあるが、駆動シーブにロープを一周(約３６０度)巻きつける構成であり、複数本のロープを架けることを想定した場合には、前記構成ではロープのねじれによるロープ寿命の低下とシーブにおける粘着等を確保するための形状において通常とは異なる検討要素がある。また、特許文献３の構成では、昇降路の上部に駆動シーブと転向プーリを同じ高さで固定し、かつ、全かけ方式(フルラップ方式)で巻きかけた構成であるが、吊り合いおもり側が、２対１ローピングの構成であるため、ロープの長さが長くなり、機械共振による揺れを誘発し易くなるため、高速化が困難になる。さらに、特許文献３の構成では、昇降路の角にシーブを配置している構成であり、１個のモータで駆動させるため、省スペース化と高速化を両立させることは困難である。

本発明の目的は、乗りかごの頂部における昇降路の高さ方向の省スペース化を図ることができ、かつ、高速化も同時に実現できる機械室レスエレベーターを提供することにある。

本発明は上記の目的を解決するため、少なくとも、昇降路の内部に、乗りかごと、吊り合いおもりと、ロープと、駆動シーブと、前記駆動シーブを駆動するモータと、転向プーリを格納した機械室レスエレベーターにおいて、前記駆動シーブの両脇に、この駆動シーブを駆動する複数台のモータを配置し、かつ、前記ロープの一端を前記乗りかごに他端を前記釣合い重りに駆動シーブ及び転向プーリを介して１対１ローピング形態で巻き掛けかけ構成したことを特徴とする。

本発明によると、機械室レスエレベーターにおける乗りかご頂部の省スペース化と、エレベーターの高速化を同時に実現できる。

本発明によれば、機械室レスエレベーターにおける乗りかご頂部の省スペース化と、エレベーターの高速化を同時に実現できる。

以下本発明の実施の形態を図面を基づいて説明する。

図1は本発明の一実施形態になる機械室レスエレベーターの全体構成図、図２は図1における吊り合いおもり後ろ落し形態の場合の平面図、図３は図1における吊り合いおもり横落し形態の場合の平面図、図４は駆動シーブの径とロープ経との関係を示す側面図、図５は図１の駆動シーブ部分の拡大図、図６は電力変換器の一実施形態を示す構成図、図７は図６の制御回路部分のブロック図、図７は磁極位置の位相差が０度の場合のトルクの実測波形を示す測定図、図８は磁極位置の位相差が３０度の場合のトルクの実測波形を示す測定図である。

図１において、１０は昇降路で、この昇降路１０の内部において、少なくとも、乗りかご用レール７に沿って昇降する乗りかご１、おもり用レール８に沿って昇降する吊り合いおもり２、モータ３Ａ、モータ３Ｂ、駆動シーブ４、転向プーリ５より構成している。前記駆動シーブ４の両脇に配置した前記２台のモータ３Ａ、３Ｂは、図示していない駆動装置の出力に基づいて、前記駆動シーブを駆動する。さらに、ロープ６は、１対１ローピング方式で、かつ、トルク伝達能力が向上するようにフルラップ方式の形態で駆動シーブと転向プーリに巻きかけており、一端を乗りかごに他端を吊り合いおもりに連結している。また、乗りかご用レール７、および、おもり用レール８の上部において梁９を取り付け、前記梁９に前記モータ３Ａ、３Ｂ、駆動シーブ４、転向プーリ５がほぼ同一の高さになるように固定している。

図１では、図示の如く２台のモータ３Ａ、３Ｂを用いて駆動シーブ４を駆動する。この場合には、１台当たりのモータの容量は半分でよいため、１方のモータに着目した場合の高さ方向・幅方向を小型化が可能になる。特に高さ方向の小型化を重視し、軸方向に長いモータを使用した場合においても、乗りかご１の吊り芯が乗りかご１の中央であることから、駆動シーブ４を中央に据え、駆動シーブ４を中心に対称にモータ３Ａ、３Ｂを設置することにより、駆動シーブ４の一方に軸方向の長いモータが配置されることはなく、駆動シーブ４の両側のスペースを有効に活用できる。

この場合の一方のモータの軸方向の長さは、1個にした場合のほぼ１/２となる。また、駆動シーブ４の両側にモータ３Ａ、３Ｂを設置する構成により、梁９の一部分に荷重が集中することが避けられるため、安定性も向上する効果もある。また、上記については、２台のモータにほぼ同容量のモータを使用することにより、一方のモータの高さや幅が大きくなることを避けることができる。また、図１では、駆動シーブ４、転向プーリ５がほぼ同じ高さになるように梁９に設置することにより、頂部の大きさを小さくすることができ、頂部空間（乗りかご１と昇降路１０の上端との間）を小さくすることができる。

次に、モータ３Ａ、３Ｂ、駆動シーブ４、転向プーリ５の実装について図２、図３を用いて説明する。図２は、エレベーターを上部から見た平面図であり、特に乗りかご1のかご扉側の面に対し、吊り合いおもり２が反対側(後側)の面を昇降する形態(おもり後ろ落し形態)の場合の平面図である。梁９Ａは乗りかご用レール７に固定し、梁９Ｂはおもり用レール８に固定している。また、梁９Ｃは、梁９Ａと梁９Ｂ或いは乗りかご用レール７と梁９Ｂ或いは梁９Ａと梁９Ｂはおもり用レールに固定する。梁９Ａには、乗りかご１の吊り芯が乗りかご１のほぼ中央になるように、駆動シーブ４を中心として対称にモータ３Ａ、３Ｂを固定する。また、梁９Ｂには、吊り合いおもり2の吊り芯が吊り合いおもり2のほぼ中央になるように転向プーリ５を固定する。図２の構成の場合には、エレベーターを上面から投射した場合に、梁９Ａと梁９Ｂはほぼ平行な位置関係にあり、かつ、ロープ６と梁９Ａ、或いは、ロープ６と梁９Ｂは垂直な位置関係にある特徴がある。

図３は、エレベーターを上部から見た図であり、特に乗りかご1のかご扉側の面に対し、吊り合いおもり2が横側の面を昇降する形態(おもり横落し形態)の場合の平面図である。梁９Ａは乗りかご用レール７に固定し、梁９Ｂはおもり用レール８に固定している。梁９Ｃは、梁９Ａと梁９Ｂ或いは乗りかご用レール７と梁９Ｂ或いは梁９Ａと梁９Ｂはおもり用レールに固定する。さらに、梁９Ｄは、梁９Ａ或いは梁９Ｃに固定し、かつ、梁９Ｄには、乗りかご１の吊り芯が乗りかご１のほぼ中央になるように、駆動シーブ４を中心として対称にモータ３Ａ、３Ｂを固定する。また、梁９Ｅは、梁９Ａ或いは梁９Ｂ或いは梁９Ｃに固定し、かつ、梁９Ｅには、吊り合いおもり2の吊り芯が吊り合いおもり2のほぼ中央になるように転向プーリ５を固定する。

図３の構成の場合には、エレベーターを上面から投射した場合に、梁９Ｄと梁９Ｅはほぼ平行な位置関係にあり、かつ、ロープ６と梁９Ｄ、或いは、ロープ６と梁９Ｅは垂直な位置関係にある特徴がある。また、図２、図３では、乗りかご１側に駆動シーブ４、吊り合いおもり２側に転向プーリ５を配置した構成であるが、乗りかご１側に転向プーリ５、吊り合いおもり２側に駆動シーブ４を配置した構成であっても良いことは言うまでもない。特に、図３のおもり横落し形態の場合で、吊り合いおもり２側に駆動シーブ４を配置する場合には、１台の大容量モータでは、その容積のため据付が困難になる恐れがあるが、図1のように、２台のモータに容量を分割することにより、据付も容易になる効果がある。さらに、乗りかご１側と吊り合いおもり２側の両方に駆動シーブ４を配置し、４台のモータで駆動する構成にしても良い。この場合には、個々のモータの容積、容量を小さくできる効果がある。

次に、エレベーターシステムにおける駆動シーブ４の径とロープ６の径の関係について図４を用いて説明する。図４では、駆動シーブ４の径をＤ、ロープ３の径をdとしている。図９において、駆動シーブ４の径Ｄが小さくなるほど、ロープ６の曲げ半径が小さくなり、曲げが急になる。しかしながら、ロープ６の径dが大きくなるほど、ロープは曲がりにくく、無理に曲げると、ロープ伸びや部分切断など原因となり、ロープ寿命を低下させる。このため、現状では、駆動シーブ４の径Ｄとロープ６の径dの比が、
Ｄ/d ≧ 40 (1)
となるように規定されている。さらに、従来のロープの径dは、12 mm、14mm、20mmのものが使用されていることから、従来の駆動シーブの径Ｄも概ね400mmよりも大きいものが使用されている。しかし、従来のロープよりも径dが小さく、かつ、高い張力特性を有するロープを使用する場合には、(1)式の関係からシーブ４cの径を従来の400mmよりも小さくすることが可能になり、モータと昇降路上端との間隔を小さくすることが可能になる。

径の小さいロープを使用する場合には、張力を増やす方法としてロープの本数を増やす手段がある。図５では、駆動シーブ４の径をＤ、駆動シーブ４の軸方向の長さをＬｓとしている。図１のように、フルラップ方式の形態で、かつ、径の小さいロープを使用しロープ本数が増加する場合には、図５のように、径Ｄよりも軸方向の長さＬｓの方が大きい駆動シーブ４を使用することにより、乗りかご１の頂部空間の削減を実現することができる。また、この場合には、図示していない転向プーリも、径よりも軸方向の長さの方が大きくなる。また、図５のように、駆動シーブ４の軸を駆動シーブ４を固定する梁９と平行に配置することにより、駆動シーブ４の軸方向の長さＬｓが長い場合でも、駆動シーブ４の両側に配置される図示していないモータ３Ａ、３Ｂを梁９に安定して設置することができる。

次に、図１の機械室レスエレベーターに用いる電力変換器の一実施形態について図６を用いて説明する。この図６では、電源１２から供給される電力を、２台の電力変換器１３Ａ、１３Ｂにより電圧値や周波数を変換してモータ３Ａ、３Ｂを駆動する。制御回路１４は、電力変換器１３Ａ、１３Ｂの出力電流情報ia、ib、および、モータ３Ａ、３Ｂのうち少なくとも一方に取り付けたロータリエンコーダ等のセンサから得られる速度情報v1を入力として演算を実施し、電力変換器１３Ａ、１３Ｂを駆動させるための指令sa、sbを出力する。

図６では、一方の電力変換器・モータの系統(例えば、電力変換器１３Ａ，モータ３Ａの系統)では、速度情報v1を利用して速度制御系(ASR:Auto Speed Regulator)の演算をした後、電流制御系(ACR:Auto Current Regulator)の演算を実施し、駆動を行う。さらに、他方の電力変換器・モータの系統(例えば、電力変換器１３Ｂ，モータ３Ｂの系統)は、前記の速度制御系の演算結果を基にして電流制御系のみの演算をし、駆動を行う。つまり、一方の系統は速度制御で駆動し、他方の系統は速度制御系の演算結果に基づくトルク制御で駆動させる。理想的な条件下では、両方の系統において速度制御で駆動させることができるが、現実には、装置のパラメータ誤差や検出装置の誤差により、２系統間で微小な速度差が発生し、互いのモータ同士が干渉することになる。図６のように、一方の系統を速度制御で、他方の系統をトルク制御で駆動させることにより、互いのモータへの悪影響を防止できる。この制御ブロックについて図７を用いて詳しく説明する。

図７は図６における制御回路１４のブロック図である。まず、速度指令１５において、エレベーターの速度パターンに基づく速度指令値v*を演算する。次に、モータの速度情報v1との差分をとり速度制御系１６に入力する。この速度制御系１６は、速度指令値v*と速度情報v１の差分量に基づいて、電流指令値i*を演算する。次に、２台のモータを同時に駆動させるために、それぞれのモータ駆動用に電流指令値i*を分配する必要がある。この分配はゲイン部１７a、１７bで実施する。ゲイン部１７a、１７bのゲインは、和が常に1となるように設定する。つまり、２台のモータが同一容量である場合には、演算されるゲイン部１７a、１７bのゲインはともに0.5となる。

ゲイン部１７a、１７bでは設定されたゲインを積算し、各系統の電流指令値ia*、ib*を演算する。次に、電流指令値ia*、ib*と電力変換器の出力電流情報ia、ibの差分を演算し、電流制御系１８a、１８bに入力する。電流制御系１８a、１８bでは、ia*、ib*とia、ibの差分量に基づいて、指令電圧va*、vb*を演算し、これをブロック１９a、１９bのＰＷＭ変調部で変調することにより、電力変換器を駆動させるための指令sa、sbを生成する。また、２台のモータのうち１方のモータが故障した場合には、ゲイン部１７a、１７bの値を変更し、故障をしていない１系統のモータのみで駆動させても良い。この場合は、出力可能なトルクが低減するが、故障モードとして、低速運転を行うことにより対応できる。

次に、図１の機械室レスエレベーターにおいて、２台のモータが同期モータである場合において、エレベーターの駆動時に発生するトルク脈動の抑制方法について説明する。トルク脈動は、乗りかごやロープ等の重量とロープな等のバネ系により決定する機械系の共振点と同期モータの回転周波数の高調波（主に６次高調波成分）が一致する場合に発生する。つまり、加速時／減速時において、回転周波数或いはその高調波が共振点付近の周波数になったときに発生し、乗りかごが振動する。これを抑制するために、２台のモータのそれぞれの磁極位置の位相差を
３０°＋６０°×Ｎ（Ｎ＝０，１，２，３，…）（電気角） …（１）
とする。

図８は、磁極位置の位相差が０度の場合のトルクの実測波形を示す測定図である。２系統のモータはそれぞれ高調波を含んだ約2.5Ｎ・ｍのトルクを発生しており、トルクの総和も高調波成分で振動していることがわかる。通常は、複雑な制御を実施し、この振動を抑制している。

図９は、(1)式に基づき、磁極位置の位相差が３０度の場合のトルクの実測波形を示す測定図である。２系統のモータは位相が半周期分ずれた高調波を含んだ約2.5Ｎ・ｍのトルクを発生しており、トルクの総和は高調波成分が相殺されていることが判る。つまり、２台の同期モータを使用する場合には、(1)式を満たすように各モータの磁極位置の位相差を設定することによってトルク脈動の抑制できる。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で様々変形して実施できることは言うまでもない。また、２台のモータを例に説明したが、２台以上の複数台であっても良いことは言うまでもない。

本発明の一実施形態になる機械室レスエレベーターの全体構成図である。 図1における吊り合いおもり後ろ落し形態の場合の平面図である。 図1における吊り合いおもり横落し形態の場合の平面図である。 図1における駆動シーブの径とロープ径との関係を示す側面図である。 図１の駆動シーブ部分の拡大図である。 電力変換器の一実施形態を示す構成図である。 図６の制御回路部分のブロック図である。 磁極位置の位相差が０度の場合のトルクの実測波形を示す測定図である。 磁極位置の位相差が３０度の場合のトルクの実測波形を示す測定図である。

符号の説明

１ 乗りかご
２ 吊り合いおもり
３Ａ、３Ｂ モータ
４ 駆動シーブ
５ 転向プーリ
６ ロープ
７ 乗りかご用レール
８ おもり用レール
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ、９Ｄ 梁
１０ 昇降路
１１ 乗りかごプーリ
１２ 電源
１３ 電力変換装置
１４ 制御回路
１５ 速度指令部
１６ 速度制御系
１７a、１７b ゲイン部
１８a、１８b 速度制御系
１９a、１９b ＰＷＭ変調部

Claims (10)

1. 少なくとも、昇降路の内部に、乗りかごと、吊り合いおもりと、ロープと、駆動シーブと、前記駆動シーブを駆動するモータと、転向プーリを格納した機械室レスエレベーターにおいて、
   前記駆動シーブの両脇に、この駆動シーブを駆動する複数台のモータを配置し、かつ、前記ロープの一端を前記乗りかごに他端を前記釣合い重りに駆動シーブ及び転向プーリを介して１対１ローピング形態で巻き掛けかけ構成したことを特徴とする機械室レスエレベーター。
2. 前記駆動シーブと前記複数台のモータと前記転向プーリは、ほぼ同一の高さになるように固定したことを特徴とする請求項１記載の機械室レスエレベーター。
3. 前記駆動シーブと前記複数台のモータと前記転向プーリは、乗りかご用のレール或いは吊り合いおもり用のレールの上部でほぼ同一の高さの位置に接続した梁に固定したことを特徴とする請求項１記載の機械室レスエレベーター。
4. 前記複数台のモータは、ほぼ同容量の２台のモータであることを特徴とする請求項１記載の機械室レスエレベーター。
5. 前記複数台のモータは、径方向よりも軸方向の方が長いモータであることを特徴とする請求項１または４記載の機械室レスエレベーター。
6. 前記昇降路上部に、エレベーターを上面から投射した場合ほぼ平行な位置関係にあるように第一の梁と第二の梁を設け、前記第一の梁に、吊り芯が乗りかご或いは吊り合いおもりのほぼ中央になるように設置した駆動シーブと、この駆動シーブを中心としてほぼ対称な位置になるように２台のモータを固定し、かつ、前記第二の梁に、転向プーリを固定し、かつ、前記駆動シーブ或いは転向プーリに掛かるロープと第一の梁、或いは、前記駆動シーブ或いは転向プーリに掛かるロープと第二の梁をほぼ垂直な位置関係になるように設けたことを特徴とする請求項１記載の機械室レスエレベーター。
7. 前記複数台のモータは２台のモータであり、かつ、前記２台のモータは、それぞれ別系統の電力変換器で駆動され、かつ、前記２台のモータのうち少なくとも１台にモータの回転速度を検知できうるセンサを設け、かつ、一方のモータは速度制御で駆動し、他方のモータはトルク制御で駆動することを特徴とする請求項１記載の機械室レスエレベーター。
8. 前記駆動シーブの径を、４００ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載の機械室レスエレベーター。
9. 前記駆動シーブの軸方向の長さは、駆動シーブの径の長さよりも大きく、かつ、前記駆動シーブの軸と前記駆動シーブを固定する梁をほぼ平行な位置関係としたことを特徴とする請求項１記載の機械室レスエレベーター。
10. 前記複数台のモータは２台の同期モータであり、それぞれのモータの磁極位置は、電気角でほぼ
    ３０°＋６０°×Ｎ（Ｎ＝０，１，２，３，…）
    の位相差で設置していることを特徴とする請求項１記載の機械室レスエレベーター。

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