JP5082942B2 - エレベータのロープ横揺れ検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、エレベータのロープに横揺れが発生した時の振幅（横振幅）を推定して算出するエレベータのロープ横揺れ検出装置に関するものである。

強風或いは揺れの周期が長い長周期地震等によって、高層の建物が１次の固有振動数でゆっくり揺れ続けると、エレベータのロープがこの建物の横揺れに共振して、上記ロープの振幅が大きくなってしまうことがある。エレベータ昇降路内には、種々の機器類が取り付けられているため、横揺れが発生したロープの振幅が大きくなると、ロープが昇降路内の機器に接触して機器損傷を引き起こしたり、昇降路内の突出物（例えば、上記機器を支持する支持部材等）に引っ掛かったりする恐れがあった。

このような課題を解決するための従来技術として、エレベータが備えられた建物に波動エネルギ感知器を設置することにより、この波動エネルギ感知器の出力に応じてエレベータを制御するように構成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。具体的に、特許文献１記載のものでは、波動エネルギ感知器からエレベータの制御装置に対して、強風を検知したことを示す強風信号と強風のレベルを示す複数の信号とが出力される。そして、各信号を受信したエレベータの制御装置では、強風レベルに応じて減速運転、中間階待機、停止等の管制運転を実施する。

特開平５−３１９７２０号公報

特許文献１に記載のものによれば、強風によって建物がゆっくり揺れた場合であっても、建物の揺れ自体を捉えることは可能である。しかし、この建物に備えられたエレベータのロープがどれだけ揺れているかを判断することができないという問題があった。

なお、現在では、エレベータ機械室等に地震計（加速度計）を設置することにより、この地震計によって長周期地震ではない通常の地震による建物の揺れを検出し、エレベータを管制運転に移行させるように構成したものも実現されている。しかし、このようなエレベータでは、地震を検出するために設定された加速度レベルが大きく、強風や長周期地震等によって建物がゆっくり揺れた際に、その揺れを加速度計によって検出することができないという問題があった。

また、高層の建物が強風や長周期地震等によってゆっくり揺れると、地震計が設置されている建物の頂部の振幅は非常に大きなものとなる。即ち、建物の頂部に設置されている地震計の検出軸も大きく傾いてしまう。このため、強風や長周期地震等によって発生する建物の揺れを上記地震計を利用して検出しようとしても、検出軸の傾きに起因する誤差が大きく、その出力値（加速度）から正確なロープの振幅を推定することはできなかった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、加速度計の検出軸の傾きを考慮することにより、強風や長周期地震等によって建物がゆっくり揺れた場合でも、この建物に備えられたエレベータのロープの横振幅を正確に推定することができるエレベータのロープ横揺れ検出装置を提供することである。

この発明に係るエレベータのロープ横揺れ検出装置は、エレベータが備えられた建物に設けられ、複数の検出軸を有する加速度計と、加速度計によって検出された各検出軸方向の加速度に基づいて、エレベータのロープに発生する横振幅を推定して算出するロープ横揺れ検出手段と、を備え、加速度計は、建物に揺れが発生していない状態で水平に配置されたＸ軸及びＹ軸からなる検出軸、並びに、鉛直に配置されたＺ軸からなる検出軸を有し、ロープ横揺れ検出手段は、加速度計によって検出されたＺ軸方向の加速度に基づいて、加速度計のＺ軸の鉛直方向に対する傾きを算出する傾斜角算出部と、加速度計によって検出された各検出軸方向の加速度、及び、傾斜角算出部によって算出された傾きに基づいて、建物に作用する水平方向の加速度を算出するベクトル合成部と、ベクトル合成部によって算出された建物の加速度を時間積分する時間積分部と、時間積分部の算出結果に基づいて、ロープの横振幅を算出するロープ横振幅推定部と、を備えたものである。

この発明によれば、加速度計の検出軸の傾きを考慮することにより、強風や長周期地震等によって建物がゆっくり揺れた場合でも、この建物に備えられたエレベータのロープの横振幅を正確に推定することができるようになる。

この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の前提となるエレベータのロープ横揺れ検出装置を示す構成図である。先ず、図１に基づいて、この発明の前提となるエレベータのロープ横揺れ検出装置の構成について説明する。
図１において、長周期振動感知装置は、横揺れが発生したエレベータのロープの振幅を推定するために必要な部品、具体的には、加速度計１及びロープ横揺れ検出手段２のみで構成される。この長周期振動感知装置は、ロープ横揺れ検出装置の要部を構成する。

加速度計１は、エレベータが据え付けられた建物の頂部、例えば、エレベータ昇降路の上方にあるエレベータ機械室に設置されている。なお、加速度計１は、建物の何れの場所に設置されていても構わない。しかし、建物の揺れの検出レンジを広げる（検出精度を上げる）ためには、加速度計１を建物の頂部付近に設置するのが望ましい。

加速度計１は、直交する２つの検出軸（Ｘ軸及びＹ軸）を有し、各検出軸が地表に対して平行な平面上に配置されている。即ち、加速度計１の各検出軸は、水平に配置されている。そして、加速度計１からは、検出された一方の検出軸方向の加速度（以下、「Ｘ軸加速度１ａ」という）と、他方の検出軸方向の加速度（以下、「Ｙ軸加速度１ｂ」という）とが出力される。

上記ロープ横揺れ検出手段２は、加速度計１によって検出された各検出軸方向の加速度に基づいて、エレベータのロープに横揺れが発生した時のロープの振幅（横振幅）を推定（算出）する機能を有する。また、ロープ横揺れ検出手段２は、推定されたロープの横振幅に基づいて、エレベータに適切な管制運転を行わせる機能も有している。

具体的に、ロープ横揺れ検出手段２に入力されたＸ軸加速度１ａとＹ軸加速度１ｂとは、バンドパスフィルター（ＢＰＦ）３ａ及び３ｂにおいて高周波成分のノイズが除去された後、増幅器４ａ及び４ｂにおいて所定倍の信号増幅が行われ、ＡＤＣ５に入力される。そして、ロープ横振幅演算回路６において、ロープの横振幅の推定（算出）等が行われる。

上記ロープ横振幅演算回路６には、例えば、加速度データ取得部７、ベクトル合成部８、時間積分部９、ロープ横振幅推定部１０、レベル判定部１１が備えられる。
具体的に、ロープ横振幅演算回路６では、加速度データ取得部７により、ＡＤＣ５から２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）の加速度データ（ａ_ｘ，ａ_ｙ）を取得し、この取得した２軸の加速度データをベクトル合成部８において合成する。即ち、ベクトル合成部８により、上記加速度データ（ａ_ｘ，ａ_ｙ）を合成したベクトル合成値（ａ）が算出される。

そして、時間積分部９においてベクトル合成値（ａ）を時間積分することにより、時間積分値（ａ（ｔ））を取得し、この時間積分値（ａ（ｔ））に基づき、ロープ横振幅推定部１０においてロープの横振幅を推定（算出）する。即ち、ロープ横振幅推定部１０により、横揺れが発生したロープの振幅の推定値（Ｌ_ｖ（ｔ））が求められる。
なお、上記ベクトル合成値（ａ）及びロープの横振幅の推定値（Ｌ_ｖ（ｔ））を得るために、例えば、次式が用いられる。

変数の定義は、以下の通りである。
ｔ：時間
ζ：ロープ減衰率

Ｌ：ロープ長さ
Ｔ：ロープ張力
ρ：ロープ線密度
なお、Ｋ（ｘ，ｔ）は、ロープの固有振動数ω_０を含む、エレベータのかご位置ｘとロープの揺れの継続時間ｔで決まる時変の係数項である。

ロープ横振幅演算回路６では、このようにして得られたロープの横振幅の推定値（Ｌ_ｖ（ｔ））に基づき、レベル判定部１１において、上記推定値（Ｌ_ｖ（ｔ））が所定のレベル（例えば、ＬＥＶＥＬ０乃至ＬＥＶＥＬ３）に達したか否かを判定する。そして、上記推定値（Ｌ_ｖ（ｔ））が所定のレベルに達したと判定された場合は、そのレベルに応じたエレベータの管制運転を行うため、レベル判定部１１からリレー出力部１２に対して、リレー出力を行うための指令が出力される。

上記構成を有するエレベータのロープ横揺れ検出装置では、強風や長周期地震によって建物がゆっくり揺れると、エレベータ機械室等に設置された加速度計１の検出軸が建物とともに傾いてしまうため、上記推定値（Ｌ_ｖ（ｔ））の誤差が大きくなってしまう。
本願の発明に係るエレベータのロープ横揺れ検出装置は、上述のような問題を解決するためになされたものである。以下に、その具体的な構成について説明する。

図２は建物にゆっくりとした横揺れが発生した状態を示す模式図、図３は加速度計に作用する加速度成分を示す模式図、図４はこの発明の実施の形態１におけるエレベータのロープ横揺れ検出装置を示す構成図である。
図２乃至図４において、長周期振動感知装置は、横揺れが発生したエレベータのロープの振幅を推定するために必要な部品、具体的には、加速度計１３及びロープ横揺れ検出手段１４のみで構成される。この長周期振動感知装置は、ロープ横揺れ検出装置の要部を構成する。

加速度計１３は、エレベータが備えられた建物の頂部（例えば、エレベータ機械室）に設置される。なお、加速度計１３は、加速度計１と同様に、建物の何れの場所に設置されていても構わない。しかし、建物の揺れの検出レンジを広げるためには、上述のように、加速度計１３を建物の頂部付近に設置するのが望ましい。

加速度計１３は、各軸が互いに直交する３つの検出軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を有している。即ち、Ｘ軸及びＹ軸は、建物に揺れが発生していない状態で、地表に対して平行な平面上（水平）に配置され、Ｚ軸は同じ状態で鉛直に配置されている。そして、加速度計１３からは、各検出軸方向の加速度（Ｘ軸加速度１３ａ、Ｙ軸加速度１３ｂ、Ｚ軸加速度１３ｃ）が出力される。

上記ロープ横揺れ検出手段１４は、加速度計１３によって検出された各検出軸方向の加速度に基づいて、エレベータのロープに横揺れが発生した時のロープの振幅（横振幅）を推定（算出）する機能を有する。また、ロープ横揺れ検出手段１４は、推定されたロープの横振幅に基づいて、エレベータに適切な管制運転を行わせる機能も有している。

具体的に、ロープ横揺れ検出手段１４に入力されたＸ軸加速度１３ａ、Ｙ軸加速度１３ｂ、Ｚ軸加速度１３ｃは、バンドパスフィルター（ＢＰＦ）３ａ乃至３ｃにおいて高周波成分のノイズが除去された後、増幅器４ａ乃至４ｃにおいて所定倍の信号増幅が行われ、ＡＤＣ５に入力される。そして、ロープ横振幅演算回路１５において、ロープの横振幅の推定（算出）等が行われる。

上記ロープ横振幅演算回路１５には、例えば、加速度データ取得部１６及び１７、傾斜角算出部１８、ベクトル合成部１９、時間積分部２０、ロープ横振幅推定部２１、レベル判定部２２が備えられる。
具体的に、ロープ横振幅演算回路１５では、加速度データ取得部１６により、ＡＤＣ５からＸ軸及びＹ軸の加速度データ（ａ_ｘ，ａ_ｙ）を、また、加速度データ取得部１７により、ＡＤＣ５からＺ軸の加速度データ（ａ_ｚ）を取得する。

また、加速度データ取得部１７によって取得されたＺ軸方向の加速度データ（ａ_ｚ）に基づき、傾斜角算出部１８において、上記Ｚ軸の鉛直方向に対する傾きを算出する。なお、図３は加速度計１３のＺ軸が、鉛直方向に対して角度θだけ傾いた状態を示している。そして、加速度データ取得部１６及び１７によって取得された各加速度データ（ａ_ｘ，ａ_ｙ，ａ_ｚ）と傾斜角算出部１８によって算出された加速度計１３の検出軸の傾きとに基づき、ベクトル合成部１９において、建物に作用する鉛直方向の加速度である重力加速度（ａ_ｖ）と、水平方向の加速度である建物振動加速度（ａ_ｈ）とを算出する。

ここで、上記重力加速度（ａ_ｖ）と建物振動加速度（ａ_ｈ）とは、図３に示すように、次式によって示される。

また、加速度計１３に生じたＺ軸の鉛直方向に対する傾きは、次式によって求めることができる。

上記ａ_ｚ０は、建物の揺れがない時のＺ軸の初期加速度であり、鉛直方向の重力加速度と一致する。

時間積分部２０では、ベクトル合成部１９によって算出された建物振動加速度（ａ_ｈ）を時間積分することにより、時間積分値（ａ_ｈ（ｔ））を算出する。そして、この時間積分値（ａ_ｈ（ｔ））に基づいて、ロープ横振幅推定部２１により、加速度計１３の検出軸の傾きを補正した状態のロープ横振幅の推定値（Ｌ_ｖａ（ｔ））が求められる。なお、ロープ横振幅の推定値（Ｌ_ｖａ（ｔ））は、次式で表される。

ロープ横振幅演算回路１５では、このようにして得られたロープ横振幅の推定値（Ｌ_ｖａ（ｔ））に基づき、レベル判定部２２において、上記推定値（Ｌ_ｖａ（ｔ））が所定のレベルに達しているか否かを判定する。なお、レベル判定部２２の機能は、上記レベル判定部１１の機能と同様である。

この発明の実施の形態１によれば、強風や長周期地震等によって建物がゆっくり揺れた場合でも、この建物に備えられたエレベータのロープの横振幅を正確に推定することができるようになる。
即ち、建物の揺れに伴い発生する加速度計１３の検出軸の傾きを重力加速度の変動分から補正することにより、建物に作用する水平方向の加速度（建物振動加速度（ａ_ｈ））を正確に求めることができる。そして、この建物振動加速度（ａ_ｈ）を時間積分してロープの横振幅の推定値（Ｌ_ｖａ（ｔ））を算出することにより、その精度を大幅に向上させることが可能となる。

この発明の前提となるエレベータのロープ横揺れ検出装置を示す構成図である。 建物にゆっくりとした横揺れが発生した状態を示す模式図である。 加速度計に作用する加速度成分を示す模式図である。 この発明の実施の形態１におけるエレベータのロープ横揺れ検出装置を示す構成図である。

符号の説明

１、１３ 加速度計
１ａ、１３ａ Ｘ軸加速度
１ｂ、１３ｂ Ｙ軸加速度
２、１４ ロープ横揺れ検出手段
３ａ、３ｂ、３ｃ バンドパスフィルター（ＢＰＦ）
４ａ、４ｂ、４ｃ 増幅器
５ ＡＤＣ
６、１５ ロープ横振幅演算回路
７、１６、１７ 加速度データ取得部
８、１９ ベクトル合成部
９、２０ 時間積分部
１０、２１ ロープ横振幅推定部
１１、２２ レベル判定部
１２ リレー出力部
１３ｃ Ｚ軸加速度
１８ 傾斜角算出部

Claims (3)

1. エレベータが備えられた建物に設けられ、複数の検出軸を有する加速度計と、
   前記加速度計によって検出された各検出軸方向の加速度に基づいて、エレベータのロープに発生する横振幅を推定して算出するロープ横揺れ検出手段と、
   を備え、
   前記加速度計は、前記建物に揺れが発生していない状態で水平に配置されたＸ軸及びＹ軸からなる検出軸、並びに、鉛直に配置されたＺ軸からなる検出軸を有し、
   前記ロープ横揺れ検出手段は、
   前記加速度計によって検出されたＺ軸方向の加速度に基づいて、前記加速度計のＺ軸の鉛直方向に対する傾きを算出する傾斜角算出部と、
   前記加速度計によって検出された各検出軸方向の加速度、及び、前記傾斜角算出部によって算出された傾きに基づいて、前記建物に作用する水平方向の加速度を算出するベクトル合成部と、
   前記ベクトル合成部によって算出された前記建物の加速度を時間積分する時間積分部と、
   前記時間積分部の算出結果に基づいて、前記ロープの横振幅を算出するロープ横振幅推定部と、
   を備えたことを特徴とするエレベータのロープ横揺れ検出装置。
2. 加速度計は、互いに直交する３つの検出軸を有することを特徴とする請求項１に記載のエレベータのロープ横揺れ検出装置。
3. 加速度計は、エレベータが備えられた建物の頂部に設置されたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレベータのロープ横揺れ検出装置。

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