JP2007137586A - ボールねじ式エレベータの制御構造 - Google Patents

Abstract

【課題】自動検知機能を有し、エレベータの伝動部材に軽微な異常が発生したときに、即時に異常を検知でき、且つエレベータの安全性が向上する。
【解決手段】ボールねじ１と電動機２と運動制御ユニット３と電流測定ユニット４と論理回路ユニット５とを含むボールねじ式エレベータの制御構造において、ボールねじは、エレベータの箱体９と連結し、電動機はボールねじを回転させてエレベータの箱体を昇降し、運動制御ユニットは電動機の電力を提供し電動機の運動パラメータを制御し、電流測定ユニットは前記運動制御ユニットにより電動機を作動する電流値を測定し、電流値を論理回路ユニットに転送し、論理回路ユニットは、電流測定ユニットで測定した電流値を分析して設定された電流値と比較し、測定された電流値が異常だと判断した場合に異常状態処理を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレベータの制御構造に係り、特に、より高い安全性を有し、且つボールねじを伝動機構とし、軽微な異常が発生したときに前記異常を快速に検知できるボールねじ式エレベータの制御構造に関するものである。

目下、市販しているエレベータは、電動機でロープを移動することによりエレベータの箱体を昇降するロープ式エレベータと、油圧シリンダーによりエレベータの箱体を駆動して昇降する油圧式エレベータとに分けられる。

ロープ式エレベータは、大半の事故の原因がエレベータを駆動するロープにあり、ロープが断裂するとエレベータの箱体は墜落することになり、なお、ロープの断裂の可能性を検査する方法は、ロープ自体に局部の亀裂の有無をチェックすることであり、又はロープ自体の直径が著しく縮小になったかをチェックすることである。だが、上記検査方法は、エレベータの自動測定システムによって検知することができないので、一定期間ごとに定期安全検査を専門技術者により実施することが必要になる。しかしながら、エレベータのロープにはグリースが付着するので、ロープ自体に局部の亀裂の有無をチェックすることは困難である。したがって定期的に安全検査を実施しても、ロープ自体に局部の亀裂の有無を確実に検出することはできず、エレベータのロープが断裂になる可能性は依然として残る。

また、油圧式エレベータは、大半の事故の原因が油圧シリンダー又はオイル・チューブの破裂にあり、油圧シリンダー又はオイル・チューブが破裂したとエレベータの箱体は墜落することになり、油圧シリンダーおよびオイル・チューブの破裂の有無を判断することは困難である。

一般の検査方式は、油圧システムの油漏れの有無をチェックすることであり、その原因としては、油圧システムの圧力が高いので、油圧シリンダー又はオイル・チューブが破裂するとオイルが漏れるようになる。

しかし、定期検査するときに油圧シリンダーおよびオイル・チューブに亀裂がなくても、次回の定期検査の前に油圧シリンダーおよびオイル・チューブに亀裂が発生しないとは保証できなく、且つ油圧シリンダーに亀裂が発生すると、亀裂に応力集中が発生するので、亀裂は徐々に拡大してエレベータが故障になる。

油圧システムでの小さな亀裂の発生は、エレベータの自動測定システムによって検知することが困難であり、且つ安全検査の周期は年に一回であるので、今回の定期安全検査で油圧システムは問題ないと判断しても、次回の定期安全検査の前に油圧システムは問題ないとは保証できない。

本発明の主な目的は、自動検知機能を有し、エレベータの伝動部材に異常が発生したときに、即時に異常を検知できるボールねじ式エレベータの制御構造を提供することである。

本発明の次の目的は、安全性がより高くなり、エレベータに軽微な異常が発生したときに、即時に異常を検知できるボールねじ式エレベータの制御構造を提供することである。

本発明の他の目的は、エレベータの異常状態処理プロセスにより、エレベータの安全性が向上になるボールねじ式エレベータの制御構造を提供することである。

上記目的を達成するためになされた本願の第１発明は、ボールねじと、電動機と、運動制御ユニットと、電流測定ユニットと、論理回路ユニットとを含むボールねじ式エレベータの制御構造において、前記ボールねじは、エレベータの箱体と連結し、前記電動機は、ボールねじを回転させてエレベータの箱体を昇降し、前記運動制御ユニットは、前記電動機の電力を提供し、前記電動機の運動パラメータを制御し、前記電流測定ユニットは、前記運動制御ユニットの電動機を作動する電流値を測定して、前記電流値を論理回路ユニットに転送し、前記論理回路ユニットは、前記電流測定ユニットで測定した電流値を分析して設定された電流値と比較し、測定された電流値が異常だと判断した場合に異常状態処理を実施することを特徴とする、ボールねじ式エレベータの制御構造（制御方法）であることを要旨としている。

本願の第２発明では、前記電動機は、ボールねじのねじ軸と連結し、前記ねじ軸を回転させてボールねじのナットを昇降することを特徴とする、本願の第１発明に記載のボールねじ式エレベータの制御構造（制御方法）であることを要旨としている。

本願の第３発明では、前記電動機は、ボールねじのナットと連結し、前記ナットを回転させて、前記ナットがボールねじのねじ軸に沿って昇降することを特徴とする、本願の第１発明に記載のボールねじ式エレベータの制御構造（制御方法）であることを要旨としている。

本願の第４発明では、前記異常状態処理は、現在の階層位置の信号を待って、エレベータの箱体を最も寄りの階層で停止した後に故障警報を発生することを含むことを特徴とする、本願の第１発明に記載のボールねじ式エレベータの制御構造（制御方法）であることを要旨としている。

本願の第５発明では、前記異常状態処理は、ボールねじの温度異常上昇を回避するために、ボールねじの速度を落とすことを含むことを特徴とする、本願の第１発明に記載のボールねじ式エレベータの制御構造（制御方法）であることを要旨としている。

本発明に係るボールねじ式エレベータの制御構造によれば、次のような効果がある。
（１）自動検知機能を有し、エレベータの伝動部材に異常が発生したときに、即時に異常を検知できる。

（２）安全性がより高くなり、エレベータに軽微な異常が発生したときに、即時に異常を検知できる。

（３）エレベータの異常状態処理プロセスにより、エレベータの安全性が向上する。

以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、図１を参照する。本発明に係るボールねじ式エレベータの制御構造は、一つのボールねじ１と、一つの電動機２と、一つの運動制御ユニット３と、一つの電流測定ユニット４と、一つの論理回路ユニット５と、一つの警報装置６と、一つの電源７と、一つの位置測定ユニット８とを含む。前記電源７は、運動制御ユニット３と連接し、運動制御ユニット３に電力を供給する。前記電源７は、直流電源でもいいし、単相交流電源でもいいし、三相交流電源でもいい。各種類の電子部品も電力を必要するので、電源７は、運動制御ユニット３に電力を供給すると共に、他の電子部品にも電力を供給する。

前記運動制御ユニット３は、前記電動機２の電力を提供し、前記電動機２の運動パラメータを制御し、前記運動パラメータは、エレベータの箱体９が上昇し又は降下することを制御する電動機の回転方向を含む。また、前記電動機２の運動パラメータは、電動機２の回転速度を含み、これにより、エレベータの箱体９の昇降速度が制御される。

前記電動機２は、直流モータでもいいし、交流モータでもいいが、一般的には三相交流誘導式モータであり、ボールねじ１を回転させ、これにより、エレベータの箱体９はボールねじ１の軸方向に沿って昇降する。

前記電流測定ユニット４は、運動制御ユニット３と電動機２との間に設置され、前記運動制御ユニット３の電動機２を作動する電流値を測定して、前記電流値を論理回路ユニット５に転送する。図１に示すように、電流測定ユニット４は、運動制御ユニット３と電動機２との間に設置され、電動機２の使用電流値を直接に測定する。鋭敏性の要求が高くない場合には、電流測定ユニット４を電源７と運動制御ユニット３との間に設置してシステム全体の総電流量をモニタしても、同じなモニタ効果を有する。

エレベータ・システムにおいて、電動機２の消耗電力はもっとも多いので、エレベータ・システムの全体の総電流量は電動機２の消耗電力に接近し、したがってエレベータ・システムの各ユニットが正常（電流漏れや短絡が酷くない）である場合には、システム全体の総電流量をモニタすることは効果がある。だが、エレベータ・システムにおける若干のユニットが異常である場合には、システム全体の総電流量をモニタすることは若干の誤差が発生する。

前記論理回路ユニット５は、前記電流測定ユニット４で測定した電流値を分析して設定された電流値と比較し、測定された電流値が異常だと判断した場合に異常状態処理を実施するものである。

前記電動機２は、ボールねじ１を回転させてエレベータの箱体９をボールねじ１の軸方向に沿って昇降するものである。ボールねじ１は、ねじ軸１１と、ナット１２とから構成されたものである。

ねじ軸１１とナット１２との相対運動の媒質はスチール玉を使用し、且つスチール玉の摩擦抵抗は極めて小さく、機械伝動効率は極めて高いので、ねじ軸１１を回転することによりナット１２を移動し、またはナット１２を回転することによりナット１２をねじ軸１１の軸方向に沿って移動する方法は、両者の実用性が高い。

図１に示すエレベータの制御構造において、電動機２は、ボールねじ１のねじ軸１１と連結し、前記ねじ軸１１を回転させてボールねじ１のナット１２をねじ軸１１の軸方向に沿って昇降してもよく、または、前記電動機２は、ボールねじ１のナット１２と連結し、前記ナット１２を回転させて、前記ナット１２がボールねじ１のねじ軸１１に沿って昇降してもいい。

図１に示すように、論理制御ユニット５は警報装置６と連結してある。前記論理制御ユニット５は、電流値が異常だと判断した場合に、警報装置６を即時に作動し、関連のメンバーに異常状態を知らせる。このとき、位置測定ユニット８は、エレベータの箱体９がある特殊ポイントに着いたか又はを通過したかを検知し、これにより、電動機２は、適当な処置を取って、エレベータの箱体９を最も寄りの階層に停止する。

図２に示すように、説明を便利にするために、Ｓでフローチャートの各ステップを表示する。論理フローチャートの第一ステップＳ１は、開始であり、論理フローチャートの始点である。

論理フローチャートの第二ステップＳ２は、判断論理であり、予定ポイントに到達したかどうかを判断するステップである。電動機２が速度を加減するときに、電流値が高くなり、その電力はエレベータの箱体９および重り（図示せず）の動的エネルギーを変更し、ボールねじ１の摩擦抵抗との関係が少ないので、ボールねじ１の摩擦抵抗が上昇したかの正確な信号を取るために、電動機２の電流値の比較は電動機２が安定に回転することになった際に実施した方がよいので、論理フローチャートの第二ステップＳ２は予定ポイントに到達したかどうかを判断する。予定ポイントに到達したと判断した場合には、第三ステップＳ３に入り、予定ポイントに到達しないと判断した場合には、Ｓ２を持続に実施する。

Ｓ２における予定ポイントは、下記の二つの方式で定義し、一つは電動機２の加減速度の時間で定義し、論理制御ユニット５は電動機２の運動信号を運動制御ユニット３に転送した後、論理制御ユニット５にあるタイマーは時間の計数を開始し、計数した時間がある特定値になったと予定ポイントが到達したと表示し、二つは位置測定ユニット８（図１参照）を使用し、エレベータの箱体９が等速度に移動することになった区域に前記位置測定ユニット８を設置し、前記位置測定ユニット８が作動した場合には箱体９が等速度移動状態になったと表示し、このとき、電動機２も等速度に回転するので、論理制御ユニット５は位置測定ユニット８から転送する信号を接収したときに、論理フローチャートの第二ステップＳ２は予定ポイントに到達したと判断する。

論理フローチャートの第三ステップＳ３は電動機の電流値を読み取ることであり、このステップは論理制御ユニット５により電流測定ユニット４で測定した電流値を読み取る。電動機２は交流三相誘導式モータである場合には、電動機２に接続した各ケーブルの電流値はそれぞれ異なる可能性があり、保守的なやり方は各ケーブルの電流値を測定するが、電動機２が正常に運転する場合には、電動機２の各ケーブルの電流値の異なりが小さいので、電動機２の３本のケーブルのうちの何れか一本の電流値を測定しても経済的なやり方である。

論理フローチャートの第四ステップＳ４は読取った電流値が正常値よりも大きいかどうかを比較するステップであり、読取った電流値が正常値よりも大きくない場合には、これはボールねじ１が正常に作動していると表示し、エレベータシステムは安全である。このとき、論理判断はステップ１０に跳んで終了する。Ｓ３で読取った電流値が正常値よりも大きい場合には、これはエレベータシステムが異常だと表示し、Ｓ５乃至Ｓ９の異常状態処理を継続する。

論理フローチャートの第五ステップＳ５は警報装置６を起動するステップであり、このステップにより、エレベータが異常になったとユーザに知らせ、エレベータ管理者は速めにエレベータを修理する。ここで、警報装置６は、ブザーでもいいし、警報ランプでもいいし、又は上記両者の組合でもいい。なお、警報装置６は、エレベータの各階層の入り口、又は（および）建物の管理センターに設置される。

論理フローチャートの第六ステップＳ６は運動制御ユニット３に連絡して電動機２の速度を落とすステップである。ボールねじ１に異常が発生して摩擦抵抗が向上する場合には、摩擦力が大きいので、発生された熱エネルギーも多い。
これにより、ボールねじ１の温度が異常に上昇し、酷い場合には一部の金属が溶融する可能性もあり、且つ一部の金属が溶融するメカニズムは摩擦接合のメカニズムによく似る。

したがって、システムの損壊を停止するために、電動機の速度を落とすことによりボールねじ１の回転速度を落とすことは異常処理の一番目の取りすべき対策であり、その原因は、ボールねじ１の回転速度が遅くなると、一定時間内に発生する熱エネルギーも少なくなり、一部の金属の溶融を回避することができ、だから、Ｓ６の設定は運動制御ユニット３に連絡して電動機２の速度を落とす。

電動機２の速度を落とした後の最も重要な仕事は、利用者を安全な所へ運送することである。すなわち、エレベータの箱体を最も寄りの階層に停止して箱体のドアを開けること、又はエレベータ・システムを動き過ぎないようにすることにより、システムのもう一歩の損壊を停止してもいい。

エレベータの箱体を最も寄りの階層に停止して箱体のドアを開けることは最高の選択であるので、論理フローチャートの第七ステップＳ７は最も寄りの階層に着いたかを判断するステップであり、最も寄りの階層に着いてない場合には、箱体のドアが開けられなく、危険性は逆に高いので、条件が成立までに判断を持続する。Ｓ７の条件が成立した後、第八ステップＳ８を継続に実施する。

論理フローチャートの第八ステップＳ８は運動制御ユニット３に連絡して電動機２を停止するステップであり、あれは、エレベータの箱体９を最も寄りの階層に停止して箱体９のドアを開けた後に利用者が箱体９から脱出することである。

エレベータの箱体９を最も寄りの階層に停止して箱体９のドアを開けた後に、論理フローチャートの第九ステップＳ９を実施し、Ｓ９はエレベータ・システムを異常状態に設定するステップである。エレベータに検査および修理を実施する前に、エレベータの操作を不能にするステップであり、これにより、不適当な操作による危険性を回避することができる。

論理フローチャートの第十ステップＳ１０は終了するステップであり、すなわち、論理制御ユニットの論理判断を終了するステップである。

論理制御ユニット５は、電動機２を起動した後に図２の制御フローチャートを実施すると共に、他のモニタ仕事を実施してもよく、例えばエレベータの箱体９がオーバーロードであるか、箱体９が目標階層に間もなく着くかなどをモニタし、だから、論理制御ユニット５は、一般的にはより複雑な回路構造であり、論理コントローラー（ＰＬＣ）を採用することは一般であり、そうすると、回路設計の複雑度を低減することができる。

電動機の作動負荷は、主に、エレベータの箱体および重りの加減速度の慣性力と、箱体および重りの重力と、各種の摩擦抵抗とを含み、安定に運行する状態では、エレベータの箱体および重りの加減速度の慣性力が殆どない。電動機は、箱体および重りの重力と、各種の摩擦抵抗とを受け、その内に、摩擦抵抗は最も重要な作動負荷であるので、ボールねじが磨耗によって損壊になったと摩擦係数が向上し機械効率が低下する。このとき、エレベータ・システムの摩擦抵抗が向上し、電動機の作動電流も増加になり、したがった、電動機の電流値によりエレベータ・システムの運転状態は異常だかどうかを判断することができる。

エレベータ・システムにおいて、摩擦抵抗の変化の他に、箱体内の利用者の重量も箱体の総重量および各種の摩擦抵抗を影響し、本発明に係るモニタ方式が箱体内の利用者の重量に影響されないことを確保するために、電動機の電流値に対する箱体内にある重量の影響をもう一度確認することが必要である。

図３に示すように、そのデータは許容利用者数が三人であるエレベータに対してテストを実施するので、箱体内の重量は１５０Kgまでテストし、テスト用のエレベータはボールねじで駆動するエレベータの箱体であり、且つ電流値の測定ポイントは電動機が等速度回転になったときに測定する。図面における横軸はエレベータの箱体内にある重量を表示し、ユニットはKgfであり、縦軸は電動機が等速度回転になった際の電流値であり、ユニットはＡであり、正方形状のデータポイントは箱体が上昇しているときの測定値であり、丸形状のデータポイントは箱体が降下しているときの測定値である。

測定結果によれば、エレベータの箱体内にある重量がゼロKgfである場合の電流値と、箱体内にある重量が１５０Kgfである場合の電流値との差は僅か0.3Ａであり、平均電流値の1/10にも達しないので、電動機の電流値が１０％以上に上昇したときに、異常状態だと見られることができ、エレベータを速めに修理することができる。

判断方法が鋭敏すぎることにより、電流のノイズをエレベータ・システムの異常信号に誤判断することを回避するために、論理制御ユニット５の判断基準を電流値に修正すると、保守的な結果が得られる。その原因は、ナット内にある転がり玉システムが異常になった、又は関連の転がり部品が磨耗になったときに、ボールねじの摩擦抵抗は1〜20倍に上昇するので、電流値が正常電流値よりも３０％アップになったことを判断基準とすることは極めて保守的な判断方式である。

本発明に係るボールねじ式エレベータの制御構造を示すブロック図である。 本発明に係る論理制御ユニットの論理フローチャートである。 箱体内にある負荷に対応する電動機の電流値を示す関係図である。

符号の説明

１ ボールねじ １１ ねじ軸
１２ ナット ２ 電動機
３ 運動制御ユニット ４ 電流測定ユニット
５ 論理制御ユニット ６ 警報装置
７ 電源 ８ 位置測定ユニット
９ 箱体

Claims (5)

1. ボールねじと、電動機と、運動制御ユニットと、電流測定ユニットと、論理回路ユニットとを含むボールねじ式エレベータの制御構造において、
   前記ボールねじは、エレベータの箱体と連結し、
   前記電動機は、ボールねじを回転させてエレベータの箱体を昇降し、
   前記運動制御ユニットは、前記電動機の電力を提供し、前記電動機の運動パラメータを制御し、
   前記電流測定ユニットは、前記運動制御ユニットの電動機を作動する電流値を測定して、前記電流値を論理回路ユニットに転送し、
   前記論理回路ユニットは、前記電流測定ユニットで測定した電流値を分析して設定された電流値と比較し、測定された電流値が異常だと判断した場合に異常状態処理を実施することを特徴とする、
   ボールねじ式エレベータの制御構造。
2. 前記電動機は、ボールねじのねじ軸と連結し、前記ねじ軸を回転させてボールねじのナットを昇降することを特徴とする、請求項１に記載のボールねじ式エレベータの制御構造。
3. 前記電動機は、ボールねじのナットと連結し、前記ナットを回転させて、前記ナットがボールねじのねじ軸に沿って昇降することを特徴とする、請求項１に記載のボールねじ式エレベータの制御構造。
4. 前記異常状態処理は、現在の階層位置の信号を待って、エレベータの箱体を最も寄りの階層で停止した後に故障警報を発生することを含むことを特徴とする、請求項１に記載のボールねじ式エレベータの制御構造。
5. 前記異常状態処理は、ボールねじの温度異常上昇を回避するために、ボールねじの速度を落とすことを含むことを特徴とする、請求項１に記載のボールねじ式エレベータの制御構造。

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