JP5183185B2 - エレベーター装置及びエレベーターの管制運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、地震によって建物が揺れた場合に管制運転を行うエレベーター装置に関するものである。

地震時には震源から伝播速度の早いＰ波（縦波）と伝播速度が遅いが地震の主要動を呈するＳ波（横波）が建物に到達する。下記の非特許文献１によれば建物揺れ検知手段で観測したＳ波の水平方向の加速度レベルを、特低レベル，低レベル，高レベルの閾値レベルで分類し、エレベーターの地震時管制運転が行われている。Ｓ波の主要動による建物の揺れが大きくなるまでに、水平方向の加速度の特低レベルか、Ｓ波よりも数秒でも早く地震到来が感知できる建物の下部でのＰ波初期微動感知でエレベーターを一時停止させる管制運転が行われている。

また、震源の遠い地震が堆積層をもつ平野で発生しがちな長周期地震動時は建物の揺れ加速度が小さいにもかかわらず、建物上部が揺れるモードのため、エレベーターの主ロープ，調速機ロープ，乗りかごへの電力や信号通信用のケーブルなど（以降、これらを総称し「長尺物」と記す）が振れやすく、昇降路内で振れ回り、引っかかる被害が発生する。以降、この種の建物の揺れを単に「建物揺れ」と記述し、建物揺れで長尺物が振れ回る振動を「長尺物振れ」と記述し、また、これらの振れの大きさを指す場合には、「建物揺れ量」，「長尺物振れ量」と記述する。

長周期地震時の建物揺れの加速度レベルは低いため、建物揺れの加速度感知感度を上げると、長尺物振れの直接の要因でないノイズ振動で誤って管制運転に移行する場合がある。そこで、この誤作動を少なくするための従来技術として、少しでも長尺物振れ状態量に近い建物揺れの速度，変位、又は速度と変位の相乗積などの状態量感知での管制運転方式が、下記の特許文献１や特許文献２に示されている。

特開昭６０−１５３８２号公報（請求項１，２，第２図） 特開昭６０−１９７５７６号公報（請求項１，第８図） ２００２年版 国土交通省住宅局建築指導課、財団法人日本建築設備・昇降機センター、社団法人日本エレベーター協会 編集の「昇降機技術基準の解説」の第２部の９４〜１００ページ

上述のように、地震時に建物の加速度，速度，変位又は速度と変位の相乗積の状態量検知で管制運転を行うことは従来から行われているが、長尺物振れの直接の状態量に基づく管制運転は行われていない。

また、高層建物が揺れやすい長周期地震は、遠隔地に震源をもつ地震が関東平野のような堆積層からなる平野部に伝播する過程で発生する地震で、震源が一般に１５０〜２００ｋｍと遠いために、Ｐ波は非常に微弱である。

この結果、Ｐ波初期微動管制が機能せず、長尺物が昇降路内の機器に引っかかりエレベーター走行で二次被害が発生する課題、これを避けるためにＰ波感知感度を上げると、近距離の小規模地震や地震に関係のないノイズ振動で不必要にエレベーターが停止するという課題、また、建物揺れの速度，変位、又は速度と変位の相乗積などの状態量からの間接的な長尺物振れの判定では、長尺物振れに関わる成長度合いや減衰度合いなどの逐一の状態変化が判らないため、１）定格速度を下げての減速運転が許されるのか、２）エレベーターの運転を一時休止させるのか、３）長尺物振れが大きく成長しない位置すなわち建物揺れに長尺物が共振しない位置へのエレベーターの避難運転ができるのか、あるいは、４）長尺物振れの減衰度合いなどからのエレベーターの管制運転解除タイミングなどの適正な判定ができないという課題をかかえている。

例えば、長周期地震動での建物揺れによる長尺物振れの成長度合いや減衰の度合いなどは、建物の揺れ方や揺れの持続の程度によって大きく左右されるため、単に建物の揺れの速度，変位から、又は速度と変位の積などの状態量からでは長尺物振れの成長度合いや減衰の度合いが判らないために、長尺物振れと判定した場合には長尺物振れがおさまるであろう３〜５分間の間はエレベーターを停止させる管制運転が採られている。

更に、長尺物振れの直接の状態量に基づく管制運転を行ったとしても、実際には建物揺れも発生しており、長尺物と昇降路内の機器との引っ掛かり可能性を判定する精度が高いとはいえない。

本発明の目的は、これらの課題を解消する精度の高い管制運転を行うことのできるエレベーター装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、地震時又は強風時に管制運転を行うエレベーター装置において、昇降路の変位に対する長尺物の相対変位を、建物又は昇降路に設置した振動計で検出した信号から演算するとともに、この長尺物の相対変位に基づいて前記管制運転を行うことを特徴とする。

本発明によれば、地震時又は強風時において、長尺物と昇降路内の機器との引っ掛かりを確実に防止し、不必要な管制運転を抑制し得るエレベーター装置を提供できる。

以下、本発明の実施例について、図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施例に基づくエレベーター装置を示す構成例図である。本実施例のエレベーター装置は、乗りかご１や釣合いおもり２がガイドレール（図示なし）に沿って昇降するように構成されている。また、乗りかご１と釣合いおもり２は、昇降路２０上部の機械室２１の巻上機４を介して主ロープ７でつるべ式に懸垂され、駆動される。また、機械室２１内には、制御盤３，調速機６及び振動計５が配置されており、調速機６には調速機ロープ８が巻き掛けられている。更に、巻上機側から見て、乗りかご１側と釣合いおもり２側の主ロープ７の重量差を補償するコンペンロープ９が設置されている。また、乗りかご１への給電を行うためにテールコード１０も敷設されている。このように、昇降路２０内には、主ロープ７，調速機ロープ８，コンペンロープ９及びテールコード１０などの長尺物が設けられている。そして、昇降路２０内には、ガイドレールやエレベーターの昇降路内機器などを支持するブラケット２２が設置されている。

建物の揺れ検出する振動計５には、互いに直交する水平方向（ｘ，ｙ方向）の加速度検出機能があり、振動計５の格納ケースには演算部３０がある。また、前記演算部３０は、振動計５が検出したｘ，ｙ方向の加速度信号をもとに、建物側から見た長尺物の変位、すなわち、昇降路２０の変位に対する長尺物の相対変位を演算する。そして、この長尺物の相対変位と予め定める閾値との比較のもとに、制御盤３でエレベーターを制御し管制運転するための管制運転判定機能を持っている。ここで、演算部３０は状況に応じ、制御盤３に格納してもよい。

前記演算部３０での演算処理は、処理の安定性や予め設定するパラメータの変更の容易性からデジタル処理としているが、アナログ処理でも可能である。

図２で、演算部３０の構成を説明する。振動計５のｘ，ｙ方向の検出信号から、振動計５の水平度据付誤差による重力加速度成分や加速度センサ本体が持つ直流ドリフト成分を除去するハイパスのフィルタ３１（ｘ方向：３１Ｘ，ｙ方向：３１Ｙ）とノイズ振動成分を除去するローパスのフィルタ３２（ｘ方向：３２Ｘ，ｙ方向：３２Ｙ）を設けている。

フィルタ３２Ｘの出力信号３３Ｘ，フィルタ３２Ｙの出力信号３３Ｙを用いて、予め定める複数の固有周期Ｔ_a，Ｔ_b，Ｔ_c・・・・からなる複数の長尺物相対変位振動モデルについて時間経過ごとに計算するｘ方向相対変位応答演算部３４Ｘ，３５Ｘ，３６Ｘとｙ方向相対変位応答演算部３４Ｙ，３５Ｙ，３６Ｙを構成し、これら長尺物相対変位の固有周期ごとにｘ，ｙ方向の相対変位応答演算結果を合成する相対変位合成演算部３７，３８，３９を備え、これらの合成演算の相対変位に基づいて管制運転を判定する相対変位判定部４０を備え、相対変位判定部４０の信号を信号線４１で制御盤３に送っている。

相対変位判定部４０では、閾値を複数段階に設け、そのレベルに応じて、運転速度の制限，運転の一時停止，保守員の安全点検後の復帰判定、あるいは、長尺物振れの減衰レベル判定から、長尺物相対変位によるエレベーター管制運転の解除が可能となる。

また、図２に示す建物揺れ判定部４３の信号による建物揺れ加速度による管制も行っている。本実施例では、相対変位判定部４０による長尺物相対変位管制が行えるため、建物揺れ判定部４３の加速度閾値がエレベーターの構造や機構の許容レベルに準じた閾値（１００〜１５０Ｇａｌ程度）まで大きくすることができ、長周期成分の少ない近距離で規模の小さい地震での不必要な加速度による管制が避けられる。

図３では、演算部３０内のフィルタ３２の出力信号３３Ｘ，３３Ｙからの長尺物相対変位演算の処理の流れを説明する。

フィルタ３２の出力信号３３Ｘ，３３Ｙを用いて、固有周期Ｔ_aでのｘ方向応答計算部が３４Ｘ、ｙ方向応答計算部が３４Ｙ、固有周期Ｔ_bでのｘ方向応答計算部が３５Ｘ、ｙ方向応答計算部が３５Ｙ、固有周期Ｔ_cでのｘ方向応答計算部が３６Ｘ，ｙ方向応答計算部が３６Ｙである。これら固有周期ごとのｘ，ｙ方向の相対変位を合成する相対変位合成演算部が３７，３８，３９で、演算信号波形例をそれぞれの部位に示している。

次に、演算部３０が併せ持つ演算機能と管制運転判定機能を、主ロープ７を例にとり図４を用いて説明する。図４に示す通り、（主ロープ７の相対変位Ｅ）＝（主ロープ７の絶対変位Ｄ）−（昇降路２０の絶対変位Ｃ）で表される。そして、主ロープ７がブラケット２２などに引っかかる振れ限界寸法Ｌに対する、主ロープ７の相対変位Ｅの割合α％，β％，γ％，δ％（α＜β＜γ＜δ）を相対変位判定部４０の閾値とし、長尺物相対変位による振れ管制の実施例について説明する。

長尺物相対変位管制運転は長尺物相対変位率がβ％超えて減速運転や最上階手前強制呼び管制運転（主ロープが振れている状態で、乗りかごが最上階に直行走行すると、乗りかごに異常振動が発生する場合があるため、最上階手前の階に運転ソフトで仮想呼びを発生させて一旦停止させる運転）などの運行走行管制運転，γ％超えで運転一時休止，β％以下への減衰で運行走行管制運転再開，α％以下への減衰で管制運転解除，δ％超えで昇降路内点検後の運転再開などの管制運転パターンを取り込む管制運転判定機能を相対変位判定部４０に持たせる。このように、本実施例では、複数のレベルの閾値を設定し、それぞれのレベルに応じて異なる内容の管制運転を行っているので、地震発生時などにおいてもエレベーターを的確に運行させることが可能である。

以上の説明では、相対変位判定部４０の閾値の設定は、単にスカラー量としているが、図５に示す判定エリア５２を設けて、ｘ，ｙ方向の応答座標値がそのエリアを越えるか否かで判定してもよい。

次に、長尺物相対変位応答演算について説明する。振動モデルを用いて長尺物相対変位応答を演算するには、まず、長尺物の固有周期が必要となる。しかしながら、この長尺物の固有周期は、長尺物の長さや張力、すなわち、乗りかごや釣合いおもりの位置や質量等によって異なるため、時間経過ごとに長尺物の固有周期を設定するには、上記乗りかごの位置などの情報を受信して計算する処理を随時行わなければならない。そこで、演算部３０における処理の迅速化及び装置の複雑化回避のため、上記乗りかごの位置などの情報を用いずに、長尺物が振れやすい固有周期を設定し、長尺物の相対変位応答を演算する方法について、以下説明する。

そもそも長尺物の振れは、長周期地震時や強風時等の建物揺れに伴って発生するものであり、この建物揺れに含まれる主な周期成分は、建物上部が最も揺れる周期すなわち建物の１次固有周期Ｔ₀（秒）である。したがって、長尺物は、その振れの固有周期が建物の１次固有周期に接近した場合に、建物揺れと共振し、その振れが最も大きくなると考えられる。例えば、乗りかご側の主ロープ７の固有周期が建物の１次固有周期に接近しやすいのは、乗りかごが建物の下層階付近に位置する場合であり、張力が主ロープ７より小さい調速機ロープ８やコンペンロープ９の固有周期が建物の１次固有周期に接近しやすいのは、乗りかごが建物の中間階付近に位置する場合である。そこで、建物の１次固有周期或いはそれに近い値を長尺物の固有周期とした振動モデルを想定し、振動計５で検出された建物揺れ信号に基づいて長尺物の相対変位を算出すれば、発生し得る最大の相対変位を考慮した安全性の高いエレベーター管制運転が可能となる。

尚、建物の１次固有周期は一般に建物の揺れの大きさに依存し、揺れが増すとその周期が長くなる特性を持っている。長周期地震時の建物揺れ加速度３０Ｇａｌ程度のときの建物の１次固有周期は、揺れ加速度２００Ｇａｌ以上の揺れを想定している建物耐震設計時の固有周期よりは短めの値となり、建物の固有周期の設計値は必ずしも実際の固有周期の値を与えるものでない。また、建物の短辺方向と長辺方向の揺れ方向ごとに建物の固有周期は異なる。

つまり、建物揺れの方向や大きさによって建物の固有周期の値が変わってくるので、その変動に起因する長尺物相対変位の予測不良を避けるため、様々な精度増しを行うのが望ましい。例えば、建物の固有周期の設計値とその前後の複数の値を長尺物の固有周期とし、複数の振動モデルにより長尺物の相対変位応答を演算し、そのうち応答が最大のものと所定の閾値とを比較して管制運転の要否を判定すれば、安全性が向上する。また、過去の地震又は強風の際に観測した建物の応答データを用いて建物の固有周期を演算する学習機能を持たせることにより、長尺物相対変位の予測精度を高めることもできる。

更に、建物揺れに含まれる周期成分としては、発生した長周期地震動や風の息に起因する周期帯域も存在するので、長尺物の相対変位の固有周期がこれらの周期帯域と一致して共振する場合も考慮するものが良い。特に、高層建物の場合は、長周期地震動の周期帯域に建物の固有周期が含まれる可能性もある。そこで、長周期地震動の周期帯域（例えば、２秒〜２０秒程度）において所定の間隔で設定された固有周期Ｔ_a，Ｔ_b，Ｔ_c・・・からなる複数の長尺物相対変位振動モデルのもとに相対変位予測の精度増しを図り、これらモデル毎の応答から長尺物相対変位を予測して管制運転を行うこともできる。

また、長周期地震動だけでなくＰ波やＳ波をも含む地震動全体の周期帯域（例えば０.２秒〜２０秒程度）内から、複数の値を長尺物の固有周期として設定し、それぞれの固有周期における長尺物の相対変位応答を演算する方法も考えられる。更に、乗りかご等の昇降により変化し得る長尺物長さ（ストローク）に対応する固有周期の範囲内において、複数の値を長尺物の固有周期として設定し、長尺物相対変位を予測しても良い。

尚、長尺物相対変位振動系の減衰性能は、長尺物の構成要素毎に多少は異なるが、長尺物相対変位が安定して計算できる共通の値とし、相対変位算出の実時間処理性能を確保している。

演算部３０のデジタル演算処理の速さは、加速度アナログ信号のデジタル変換のサンプリング周期（秒）内に、全ての振動応答計算が終了する速さとし、求まった応答値を次の計算ステップでの初期値として逐次応答計算を進める実時間処理速度としている。なお、サンプリング周期（秒）は、例えば予め定め複数組の固有周期の内の最も短い固有周期（秒）にも依存するが、概ね０.０１〜０.０３秒程度であれば、応答計算の精度は維持できる。

以上の構成により、建物揺れによる長尺物相対変位の状態が時間経過のたびに判断できるため、震源が遠い地震が堆積層を持つ平野部に伝播してきたときに発生しやすい長周期地震動での建物の揺れ方や揺れの持続の程度によって長尺物振れの成長度合いや減衰度合いが逐次演算でき、地震時や強風時の長尺物相対変位の特徴を考慮した高度なエレベーター管制運転を行うこともできる。

また、本実施例では、長尺物の絶対変位ではなく、昇降路２０の変位に対する長尺物の相対変位を演算したので、以下のようか効果も期待できる。例えば、長尺物の絶対変位としては小さくて閾値を超えないが、昇降路２０の変位に対する長尺物の相対変位が閾値を超えるような場合に、管制運転を開始させることが可能となる。つまり、昇降路２０内の機器と長尺物との引っ掛かりを確実に防止できる。一方、長尺物の絶対変位としては大きくて閾値を超えるが、昇降路２０の変位に対する長尺物の相対変位が閾値を超えないような場合は、昇降路２０内の機器と長尺物との引っ掛かり可能性は少ない。つまり、長尺物の引っ掛かり可能性を精度良く判定し、不必要な管制運転を抑制することも可能となる。

尚、上述の実施例では、振動計５を機械室に設置したが、地震による振れが観測できる位置ならば、建物や昇降路のどの位置に設置しても構わない。昇降路下部等に設置した場合で直接長尺物上端の振れを検出できない場合でも、その位置での揺れを検出し、その揺れから長尺物上端の振れを予測することで、長尺物の相対変位を予測することができる。さらに、長尺物相対変位演算に加速度センサ信号で説明したが、速度センサ信号であっても、演算部の算法を変えるだけで、長尺物相対変位の演算はできる。

本発明の実施例におけるエレベーターの概略を示す構成図である。 本発明の実施例における長尺物相対変位の演算部の構成を示す図である。 本発明の実施例における演算部内の信号処理の流れを示す図である。 本発明の実施例における長尺物相対変位の説明図である。 長尺物の振れ説明図のもとに、本発明の実施例における閾値の設定方法を示す図である。

符号の説明

１ 乗りかご
２ 釣合いおもり
３ 制御盤
４ 巻上機
５ 振動計
６ 調速機
７ 主ロープ
８ 調速機ロープ
９ コンペンロープ
１０ テールコード
２０ 昇降路
２１ 機械室
２２ ブラケット
２３ ピット
３０ 演算部
３１，３２ フィルタ
３３Ｘ，３３Ｙ フィルタの出力信号
３４Ｘ，３４Ｙ，３５Ｘ，３５Ｙ，３６Ｘ，３６Ｙ 相対変位応答演算部
３７，３８，３９ 相対変位合成演算部
４０ 相対変位判定部
４１，４４ 信号線
４２ 水平方向加速度合成演算部
４３ 建物揺れ判定部
５０ 水平平面
５１ 振れ軌跡
５２ 判定エリア

Claims (6)

1. 地震時又は強風時に管制運転を行うエレベーター装置において、昇降路の変位に対する長尺物の相対変位を、建物又は昇降路に設置した振動計で検出した信号から演算するとともに、この長尺物の相対変位に基づいて前記管制運転を行うことを特徴とするエレベーター装置。
2. 請求項１において、前記振動計を前記建物上部又は前記昇降路上部に設置したことを特徴とするエレベーター装置。
3. 請求項１又は２のいずれかにおいて、前記長尺物の固有周期を複数設定し、それぞれの固有周期における前記長尺物の相対変位を演算し、これら相対変位のうち最大のものと所定の閾値とを比較して管制運転の要否を判定することを特徴とするエレベーター装置。
4. 請求項３において、前記長尺物の固有周期として、前記建物の固有周期の設計値及びその前後の複数の値を設定することを特徴とするエレベーター装置。
5. 昇降路内に設置された長尺物の固有周期を複数設定し、それぞれの固有周期について前記昇降路の変位に対する長尺物の相対変位を、建物又は前記昇降路に設置された振動計で検出した信号から演算し、この演算結果と所定の閾値とを比較して管制運転の要否を判定することを特徴とするエレベーターの管制運転方法。
6. 昇降路の変位に対する長尺物の相対変位を、建物又は前記昇降路に設置された振動計で検出した信号から演算し、この演算結果と所定の閾値とを比較して管制運転の要否を判定することを特徴とするエレベーターの管制運転方法。

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