JP3628356B2

JP3628356B2 - エレベータかご位置検出装置

Info

Publication number: JP3628356B2
Application number: JP20963294A
Authority: JP
Inventors: スティーガールドルフ; ジェイスラビンスキーチェスター; ガーフィンケルマイケル
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 1993-09-29
Filing date: 1994-09-02
Publication date: 2005-03-09
Anticipated expiration: 2020-03-09
Also published as: JPH07187539A; US5509505A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はセンサ配列に関し、具体的には静止位置（例えばエレベータ階床もしくは乗降場）に対する可動ユニット（例えばエレベータかご）の位置を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ドアゾーン検出（即ち、階床に対するエレベータかごの位置の検出）には、典型的に、かごが床と同じ高さになったこと、もしくは再床合わせ動作が必要であることを指示するために３個の２進センサが必要である。基準板（もしくはベーン）／スイッチ配列の典型的な構成では、基準板が昇降路内に配置され、３個のスイッチがかごに取り付けられている。スイッチは間隔をおいて配置され、基準板は上側スイッチと下側スイッチとの間の間隙よりも短くしてある。中央スイッチが活動し、上側スイッチ及び下側スイッチが非活動である場合には、かごは床と同じ高さにあるものと見做される。もしかごが移動すれば、上側スイッチもしくは下側スイッチの何れかが、かごを再床合わせする必要があること、及びその方向の両方を指示する。ドアゾーン検出のための従来技術の装置は、鋼製の基準板と電気機械式スイッチとの組合せか、磁石とホール効果センサとの組合せか、もしくは不透明または反射性基準板と光遮断もしくは光反射装置との組合せを含んでいた。これらの従来装置は、検出によって３つの２進信号（ドアゾーン、かご床上げ、かご床下げ）を発生する。また、典型的にはこれらの装置では、かごの精密な位置は入手することはできない。ドアゾーン精度及び床合わせゾーンの許容差は、基準板及びスイッチの機械的調整によって固定される。
【０００３】
最上階及び最下階に到着する際には、かごを適切に減速させるための付加的な手段として終端ゾーン検出が必要である。この場合も、通常のかご位置システム（エンコーダ）とは無関係に、かごが終端階床から固定距離に到着したことを指示するために（前述した配列と類似の）基準板及びスイッチ配列を使用する。またこれらの各配列は、終端階床からの固定距離に対応する離散した信号のみを生成する。
図１に、エレベータかごが機械室内に配置されている制御装置によって制御されて上昇及び下降方向（矢印Ａ）に運動するようになっている昇降路Ｈを示す。図２は、従来の装置に含まれる、昇降路の長さに沿って走っている浮動鋼製テープに取り付けられている鋼製のバーもしくは基準板と、かご上に取り付けられていて、かご位置を監視するために使用される昇降路位置読み取り箱とを示す。テープは、読み取り箱の面上の１対の案内間を走る。基準板は、それぞれ対応するエレベータ階床（乗降場）に対して精密に配置され、階床及びドア／床合わせゾーンからの停止距離をマークするようになっている。読み取り箱は、かごが昇降路を上下に走行する際に、各基準板もしくは鋼製バーの位置を感知するスイッチを含む。
【０００４】
図３は、最上及び最下終端階においてかご案内レールに固定されているブラケット上に取り付けられている従来装置のリミットスイッチを示す。これらのリミットスイッチは、かごが天井構造内へ走行してしまわないように、もしくは緩衝装置を圧縮してしまわないように、かごに載っているカム（図示してない）によって作動され（開かれ）る。典型的には、各終端階床には４個のリミットスイッチが配置されている。最初の２個は、かごがその階床に到達する前に作動する減速リミットスイッチである。階床には方向リミットスイッチが配置されていて、その点以遠への全てのさらなる走行を阻止する。最終リミットスイッチは、かごが終端階床を通過すると作動して何れの方向に対しても全てのさらなる走行を阻止する。もしかごが最終リミットスイッチに当たれば電力が遮断され、巻上げ機にブレーキがかかる。
種々の従来技術の装置が、例えば米国特許第４，５２０，９０４号明細書、同第４，２５６，２０３号明細書、同第４，２４５，７２１号明細書、同第３，７８５，４６３号明細書、同第３，７７９，３４６号明細書、及び同第３，７４７，７１０号明細書に開示されているので参照されたい。
【０００５】
これらの従来技術の装置が満足すべきものであることは実証されているが、本願発明者らは、階床に対するエレベータかごの位置を感知もしくは検出する配列のさらなる改良が達成できるものと確信し、光ファイバ技術の使用が、これらのゾーン内のエレベータかごの位置を検出もしくは感知する配列に実質的な改善をもたらし得るものと確信する。
【０００６】
【発明の概要】
本発明によれば、かご位置を検出する配列は、第１の方向及び第１の方向とは反対の第２の方向に運動可能なかごと、光送信器ユニットと、光受信器ユニットとを含む。光送信器ユニットもしくは光受信器ユニットの何れかが運動可能なかごに取り付けられ（例えば固定され）ており、可動ユニットが静止ユニットに対して上記かごと共に線形に運動するようになっている。受信器ユニットは、第１のセンサと、第２のセンサと、第１のセンサ及び第２のセンサの間に配置されている光ケーブルとを含み、両センサはこのケーブルによって互いに光学的に結合されている。ケーブルはエレベータかごの運動の方向（即ち、上昇／下降方向）に平行な方向に配向されている。
受信器ユニットの光ケーブルは、例えば、赤光によって照射された時に赤外スペクトルで蛍光発光する蛍光光ファイバ（ＦＯＦ）ケーブルであることが好ましい。さらなる好ましい実施例では、エレベータシステムの昇降路内の受信器ユニットに影響する周囲光の効果を減少させるために、放出器は特定の周波数で脈動させられる。本発明のさらなる面においては、受信器ユニットは電子計算機（例えば、マイクロプロセッサ）を含む。この電子計算機は１またはそれ以上の適当なバスによって非揮発性メモリに接続され、このメモリは光センサからのデータ（もしくは情報）信号を記憶させるための、及び階床に対するエレベータかごの位置を確認もしくは計算させるための計算機命令を含む。
【０００７】
本発明の主目的は、かご位置を信頼できるように、且つ効率的に検出することである。
本発明の別の目的は、階床に対するかごの精密な位置を連続的に測定することである。
本発明の更に別の目的は、かご位置測定配列の送信器ユニットと受信器ユニットとの間に何等の機械的結合を必要とすることなく、かご位置を検出することである。
本発明のさらなる目的は、添付図面に基づく以下の説明から一層容易に明白になるであろう。
【０００８】
【実施例】
図４は、本発明の送信器ユニット及び受信器ユニットに使用される光ポテンショメータの動作原理を説明する図である。光源ＯＳは滑りとして動作し、ポテンショメータトラックは蛍光ファイバ（ＦＯＦ）ケーブルを含む。ＦＯＦケーブルは、例えばマサチュセッツ州レインハム、パラマウントドライブ３７５のＯＰＴＥＣＴＲＯＮ，ＩＮＣ．製ＰＬＡＳＴＩＦＯ光ファイバとして入手可能な型である。
光ポテンショメータ自体は公知であるが、参考までに、１９８９年１２月１日付けＡｐｐｌｉｅｄＯｐｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．２８，Ｎｏ．２３の５１４４−５１４８頁に所載のＭ_．Ｆ．Ｌａｇｕｅｓｓｅの論文“ ＯｐｔｉｃａｌＰｏｔｅｎｔｉｏｍｅｔｅｒｕｓｉｎｇＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔＯｐｔｉｃａｌＦｉｂｅｒｆｏｒＰｏｓｉｔｉｏｎＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ”に記載されている光ポテンショメータの動作原理の概要を以下に示す。
図４において源からの光をビームに集束させるものとする。光検出器ＰＤ１及びＰＤ２がそれぞれ出力する信号Ｒ_１、Ｒ_２は以下のように近似される。
Ｒ_１＝Ｃ_１η_ａη_ｂＩｅｘｐ（−αｘ）（１）
Ｒ_２＝Ｃ_２η_ａη_ｂＩｅｘｐ｛−α（Ｌ−ｘ）｝（２）
但し、
Ｉ：源強度、
η_ａ：励起光エネルギに対する蛍光光エネルギの比、
η_ｂ：合計蛍光エネルギに対するファイバ受け入れ円錐内に放出されＰＤ１及びＰＤ２に向けて案内されるエネルギの比、
Ｃ_１：（１）蛍光ファイバの一端をＰＤ１に接続するために使用する古典的なファイバによって導入される減衰と、（２）このファイバとＰＤ１との間の結合損失と、（３）光検出器放射感度とを表す係数、
Ｃ_２：チャネル２に関してＣ_１と同一の効果を表す別の係数、
ｘ：蛍光ファイバに沿う滑りの位置、
Ｌ：このファイバの長さ、及び
α ：ファイバ減衰係数
である。係数αはｘの値の如何に関わらず一定であるとし、蛍光ファイバは均質であるものとする。
【０００９】
先ず、滑りをファイバの中央に配置して２つの測定を行うことによって比Ｃ_１／Ｃ_２を排除することができる。
Ｒ_１’＝Ｃ_１η_ａ’η_ｂＩ’ ｅｘｐ（−αＬ／２）（３）
Ｒ_２’＝Ｃ_２η_ａ’η_ｂＩ’ ｅｘｐ（−αＬ／２）（４）
源強度が時間と共にドリフトするから係数Ｉ’はＩとは異なることがあり、またη_ａ’は（この係数が、就中、滑りの運動中の滑りとファイバとの間の距離に依存することから）η_ａとは異なることがあり得る。
式（１）−（４）をｘについて解くと、

この式から、４つの量Ｒ_１、Ｒ_１’、Ｒ_２及びＲ_２’を測定することによって滑りの位置ｘを求めることができる。結果は、（１）源強度、（２）源と蛍光ファイバとの間の結合、（３）局部的な蛍光効率、（４）源と検出器との間の結合、及び（５）検出器放射感度の何れの変動にも無関係である。しかしながら、もし差分検出器感度にドリフトが発生すれば、測定が影響される恐れがある。
【００１０】
本願発明者らはこの技術をエレベータ分野に採用すれば、かご位置測定配列に実質的な改良がもたらされるものと確信する。
図５に示す本発明の好ましい実施例によれば、全長を通して光エネルギを送信することができる標準光ファイバの束（即ち標準光ファイバケーブル、例えば、コネチカット州ポンフレットのＦｉｂｅｒｏｐｔｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄから市販されている標準ファイバ束）が光源に接続されている。例えば、束の外径は
３／１６”であり、各ファイバの直径は０．００２”である。各ファイバは、その長さに沿う独自の位置において束から引き出され、そのファイバ端が各階床における光源（放出器）として使用される。源は赤光、もしくはスペクトルの実質的にその部分（例えば赤、もしくは赤外付近）内のエネルギを有する何等かの高強度光である。各放出器は、昇降路の全長にわたってエレベータ階床に近接したそれぞれの位置に配置されている。可動エレベータかご上には、検出器ユニット（図７）に電気的に接続されている感知ユニットが取り付けられていて、放出器に対する感知ユニットの位置を確認するようになっている。放出器を感知ユニットのＦＯＦから約２”の距離（ＳＤ）だけ離間させ、エレベータかごが適切に床合わせされた時（即ち、エレベータ階床に適切に位置した時）、感知ユニットの中心に放出器が位置するようにすることが好ましい。何等かの適切な手段（放出器ケーブル内の光に対して光学的な効果を殆どもたらさないような、例えばＵ字形の釘（即ちステープル）を使用して放出器ケーブルを昇降路内に位置決めする。感知ユニットをエレベータかごに取り付けるために、他の手段（例えばかごに結合した適当なハウジング）が使用される。感知ユニットの光ケーブルは、送信器の光ファイバケーブルと対面する側を昇降路の周囲雰囲気に曝すことが好ましい。
【００１１】
放出器からの光が感知ユニットの光ケーブルの中心に衝突すると、各光検出器（フォトダイオード、ＰＤ１、ＰＤ２）が読み取る光強度（もしくはエネルギ密度）は等しく、即ち前記Ｌａｇｕｅｓｓｅの論文におけるＲ_１がＲ_２と等しくなる。動作中に、放出器からの光がＰＤ２よりもＰＤ１に近い位置において蛍光光ファイバ（ＦＯＦ）に衝突すると、センサＰＤ１に衝突する光エネルギの強度（従ってエネルギ密度）の方が、センサＰＤ２に衝突する光エネルギの強度よりも大きくなる。従って、この場合、センサＰＤ１からの電気（エネルギ密度）信号Ｒ_１出力はＰＤ２からのＲ_２出力よりも大きくなる。センサＰＤ１及びＰＤ２からの差信号Ｒ_０＝Ｒ_１−Ｒ_２と、エレベータ階床Ｌからのエレベータかごの垂直距離との間には線形の関係が存在することが分かっている。
図６に示す本発明のさらなる好ましい実施例では、図５に示す単一の光源を独立した送信器ユニット２０によって置換してある。各ユニット２０は、発振器に接続されたドライバに電気的に結合された発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えている。発振器は、ＬＥＤを特定の周波数（例えば３２ｋＨｚ）で脈動させ、ＬＥＤは６６００オングストローム（赤）、もしくは代替として、ほぼ６６００オングストローム（±５％）の波長を有する光を放出する。
【００１２】
好ましい受信器ユニット１０を図７に示す。ユニット１０はエレベータかごに固定されている。例えば、ユニット１０はかごに固定されたハウジング（図示してない）内に取り付けられる。ユニット１０は、マサチュセッツ州レインハムのＯＰＴＥＣＴＲＯＮ，ＩＮＣ．製ＰＬＡＳＴＩＦＯ蛍光プラスチック光ファイバのような光ファイバケーブルを備えているが、ケーブルが内部的に蛍光発光し赤外スペクトル内の光を送信するようにドープされている。ＥａｓｔｍａｎＬａｂｏｒａｔｏｒｙＣｈｅｍｉｃａｌｓから市販されているＩＲ−１４４レーザ等級Ｃ_５６Ｈ_７３Ｎ_８Ｏ_８Ｓ_２のようなドーパントが蛍光光ファイバケーブルのドーパントとして使用されている。
ケーブルの両端には、ＦＯＦケーブルが送信した光エネルギを受けるフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２が配置されている。検出器即ちフォトダイオードＰＤ１及びＰＤ２は、当分野においては普通の手法でＦＯＦケーブルに接続されている。各フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２は、それぞれ増幅器／フィルタ及びアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換器に接続されている。両Ａ／Ｄ変換器は単一の制御ユニットに接続されている。各増幅器／フィルタは電気信号を増幅し、例えば３２ｋＨｚのような所望の周波数信号だけをＡ／Ｄ変換器へ供給する。Ａ／Ｄ変換器は図７に示すように制御ユニットへ出力を印加する。制御ユニットはＣＰＵを含み、ＣＰＵは適当なアドレス、データ及び制御バス（図示してない）を通して非揮発性メモリと、任意選択的ではあるが揮発性メモリ（ＲＡＭのような）とに接続されている。
【００１３】
コンピュータ命令がメモリＭ内に記憶されており、ＣＰＵによってアクセスされ、実行される。ＣＰＵは、エレベータが階床に接近すると図１０に示す高レベル論理流れ段階を周期的に（例えば１０ｍｓ置きに）遂行する。この接近は、例えば機械室（図１）内の１つのかご制御装置によって感知され、制御される。本発明の種々の面を達成するように回路を構成すること、及び図１０の諸段階を符号化して記憶することは、当業者ならば容易になし得るであろう。
図８は図６の送信器ユニット２０のための好ましい脈動回路を示し、一方図９は図７の受信器ユニット１０の１センサ及び１検出器回路（制御ユニットを除く）を示す。
図８に示す放出器ＬＥＤはＡＮＤＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されているＡＮＤ１８０ＣＲＰであり、３２ｋＨｚ発振器ＣＴＳ製部品番号ＣＸＯ−６５ＨＧ−２Ｃ−３２．７６８ＫＨＺである。代替として、適当な非安定マルチバイブレータを適切に接続してＬＥＤを指定された周波数で脈動させることができる。ＮＰＮトランジスタのベースは、図示のように発振器に接続されている。
図９に示す受信器ユニット１０のフォトダイオードＰＤ１はＳｉｅｍｅｎｓＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製ＳＦＨ２１７であり、インピーダンス変換増幅器はＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製ＬＦ３４７演算増幅器である。フォトダイオードＰＤ２は、ＰＤ１と同一である。濾波演算は、例えば図９に示すように接続された３段帯域通過フィルタ（ＬＦ３４７）によって遂行される。Ｍｏｔｏｒｏｌａ，Ｉｎｃ．製電圧調整器ＬＭ３１７Ｌが演算増幅器に適当なバイアス電圧Ｖ_ｂｉａｓ＝８Ｖ_ＤＣを供給する。
【００１４】
制御ユニットは、ＮａｔｉｏｎａｌＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ製の２つの８ビットＡ／Ｄ変換器（部品番号ＡＤＣ０８００）に接続されている２入力ポートを有するマイクロントローラチップＩＮＴＥＬ製８７５１ＢＨであってよい。任意選択的であるが、ピーク検出器もしくはピーク保持回路をＡ／Ｄ変換器と制御ユニットとの間に挿入することができる。
図１０に示すように、かごが階床に接近すると、段階１００において制御ユニットは２つの信号値Ｒ_１、Ｒ_２を読み取って記憶する。段階１０２では、２つの信号値Ｒ_１、Ｒ_２の大きさの変化を比較することによってエレベータかごの運動の方向が決定される。段階１０４では床レベルに対応する所定信号（例えば０Ｗ／ｃｍ^２）と、２つの信号の差Ｒ_０＝Ｒ_１−Ｒ_２とを比較することによって床レベルからの距離が決定もしくは測定される。段階１０６においては、必要に応じてかご床上げ、もしくはかご床下げ信号がかご制御装置へ伝送される。
図１１は、送信器ユニットがエレベータかごに取り付けられ、受信器ユニットが昇降路内に固定されている本発明による別の実施例の概要を示す図であるが、その動作原理は上述したものと全く同一であるので説明は省略する。
【００１５】
本発明の配列を使用することによって、エレベータシステム全体から一次位置変換器（光エンコーダ）の必要性を排除することができる。
以上に、現在では好ましいものと考えられる実施例を説明したが、当業者ならば本発明の思想及び範囲から逸脱することなく種々の変化及び変更を考案することは容易であろう。従って、本発明は特許請求の範囲によってのみ限定されることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】エレベータかごを昇降路Ｈ内で上昇及び下降方向（矢印Ａ）に運動可能ならしめる従来のエレベータシステムの斜視図である。
【図２】従来のドアゾーン床合わせ配列の側面図である。
【図３】従来の最上及び最下終端階床リミットスイッチ組立体の斜視図である。
【図４】本発明が使用する光ポテンショメータの動作を説明するための概要図である。
【図５】図４の光ポテンショメータを使用する本発明による一配列の概要図である。
【図６】本発明の好ましい送信器ユニットの回路を示すブロック線図である。
【図７】本発明の好ましい受信器ユニットの回路を示すブロック線図である。
【図８】発光ダイオードを指定された周波数で脈動させる好ましい送信器回路の詳細回路図である。
【図９】図７の受信器回路と共に使用される好ましい増幅器／フィルタの詳細回路図である。
【図１０】制御ユニットのメモリＭ内に記憶されている、階床に対してエレベータかごの床を合わせるための諸段階の高レベル論理流れ図である。
【図１１】送信器ユニットが昇降路内を運動できるようにした本発明による別の配列の概要図である。
【符号の説明】
１０受信器ユニット
２０送信器ユニット

Claims

複数の階床を通して配設されたエレベータ昇降路内で各階床に対するエレベータかごの位置を検出する装置であって、
第１の方向とこの第１の方向とは反対の第２の方向とに運動可能なエレベータかごと、
複数の静止光送信器ユニットと、
上記静止光送信器ユニットからの光を受ける可動光受信器ユニットと、
を具備し、
上記光受信器ユニットは、この光受信器ユニットが上記エレベータかごと共に上記第１の方向及び上記第２の方向に運動可能なように上記エレベータかごに取り付けられ、上記可動光受信器ユニットは、第１の光センサと、第２の光センサと、上記第１の光センサと上記第２の光センサとを光学的に接続する所定の長さの光ケーブルとを含み、上記光ケーブルは、上記第１及び上記第２の方向と平行な方向に配向され、
上記複数の静止光送信器ユニットは、各階床に独立して取り付けられ、
上記光受信器ユニットは、電子計算機に電子的に接続され、
上記電子計算機は、ある階床に対する上記エレベータかごの位置を確認するための命令を含むメモリを備え、
上記命令は、第１の電気信号と第２の電気信号とを比較することを含み、上記第１の電気信号は、上記第１の光センサが検出した光エネルギの強さに対応し、上記第２の電気信号は、上記第２の光センサが検出した光エネルギの強さに対応し、
上記静止光送信器ユニットは特定波長を有する光を放出する光放出器を含み、上記光放出器は該光放出器からの上記光を特定の周波数で脈動せしめる手段に接続されている、
ことを特徴とするかご位置検出装置。
上記光ケーブルは蛍光光ファイバケーブルである請求項１記載のかご位置検出装置。
上記波長は約６６００オングストロームである請求項１記載のかご位置検出装置。
上記特定の周波数は約３２ｋＨｚである請求項１記載のかご位置検出装置。
上記光ファイバケーブルは、その内部で赤外スペクトルの光を送信することができる請求項１記載のかご位置検出装置。