JP5297762B2

JP5297762B2 - エレベーターの安全装置

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Publication number: JP5297762B2
Application number: JP2008276770A
Authority: JP
Inventors: 高行萩原; 淳荒川; 富夫早野; 清志岡村; 茂於保; 章彦兵頭
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2028-10-28
Also published as: CN101723217B; CN101723217A; JP2010105754A

Description

本発明は、エレベーターの安全装置に係り、特に、かご上に直接速度センサを備え、検出速度に応じて非常止め装置を動作するエレベーターの安全装置に関する。

従来、エレベーターのかごの速度を検出する方法として、かごにドップラセンサを取付ける方法が挙げられている。そして、走行方向に対し斜め方向に電磁波を照射し、反射面と速度センサの距離を一定にして誤差を小さくする方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、同文献は、調速機綱車とエンコーダ、張り車と調速機ロープを設置し、地上でかごの速度を検出する。そして、かご上に設置した速度センサの速度値と比較して、綱車と調速機ロープの滑りを判定するようになっている。
ＷＯ２００５／１１５９０３（２６項、図３２）

前述した特許文献１に記載されるもののように、ドップラ式の速度センサを斜めに取り付ける方法にあっては、速度センサの反射面がガイドレールや昇降路の壁で良く、昇降路に調速機やロープを取り付ける必要が無いことから、システムを低コストなものとすることができる。しかしながら、ドップラ式の速度センサは取り付け誤差による照射角度の微小なずれが測定誤差を発生させるという問題がある。従来のものはこの影響を考慮していなかったので高精度な速度検出が困難であった。

また、もし、従来の構成で速度センサの取り付け誤差による照射角度のずれを較正するとしたら、綱車に取り付けたエンコーダによるかご速度を基準にして、速度センサの照射角度の値を校正する方法が考えられる。しかしながら、この場合、綱車に対してロープが滑る量を最小限に抑える必要がある。このため、かご内に重りを積んでつり合い重り側とかご側の重量を同じにする必要があるなど、大きな労力および手間を要するという問題が生じる。

本発明は、前述した従来技術における実状からなされたもので、その目的は、ドップラ式の速度センサを用いて容易に高精度な測定を行なうことのできるエレベーターの安全装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、かごから移動面に向けて電磁波を照射するとともにその反射波を受信する速度センサと、前記反射波のドップラシフト量から前記かごの速度を算出する演算装置と、電気信号により動作する非常止め装置と、前記速度センサによる検出速度があらかじめ設定された制限速度を超えたときに前記非常止め装置に動作指令を出す制御装置とを備えたエレベーターの安全装置において、前記速度センサを前記かごに固定されるブロックに上下対称または前後対称に２つ取り付けるとともに、これら２つの速度センサを移動面に対して略同一の照射角度となるように配置し、前記２つの速度センサの検出信号に基づき前記照射角度を校正するようにし、かつ、前記２つの速度センサが、ガイドレールを挟んで前後対称に配置されるとともに、それぞれ前記ガイドレールの前面および背面に向けて略同一の角度で電磁波を照射することを特徴としている。

このように構成した本発明では、略同一の照射角度となるように２つの速度センサをかごに配置し、これらの２つの速度センサの検出信号に基づき、２つの速度センサ自身の照射角度を校正する。すなわち、かご速度、照射方向の速度成分、それぞれの速度センサの交差角度、および垂線と電磁波の成す角度に基づきブロックの傾きを求めるとともに、この値を校正値として２つの速度センサの照射角度を校正する。これによって、ドップラ式の速度センサを用いて容易に高精度な測定を行なうことができる。また、２つの速度センサをガイドレールを挟んで前後対称に配置するとともに、それぞれガイドレールの前面および背面に向けて略同一の角度で電磁波を照射することで、２つの速度センサの検出信号に基づき、２つの速度センサ自身の照射角度を校正することが可能となる。

また、本発明では、前記ブロックが、垂直断面が長方形となる形状を有し、前記２つの速度センサが対角の位置関係で前記ブロックに取り付けられるとともに、ガイドレールを挟んで前後対称に配置され、それぞれ前記ガイドレールの前面および背面に向けて略同一の角度で電磁波を照射することを特徴としている。

このように構成した本発明では、垂直断面が長方形となる形状のブロックに、２つの速度センサを対角の位置関係となるように取り付けるとともに、ガイドレールを挟んで前後対称に配置する。これによって、確実に２つの速度センサを移動面に対して略同一の照射角度となるように配置することができる。

本発明によれば、速度センサの照射角度を校正することで、ドップラ式の速度センサを用いて高精度な測定を行なうことができ、これによって、信頼性の高いエレベーターの安全装置を実現することができる。また、２つの速度センサをかごに配置し、これらの２つの速度センサの検出信号に基づき、２つの速度センサ自身の照射角度を校正するものであることから、従来のように労力や手間を要することなく、容易に速度センサの照射角度の校正を行なうことができる。さらに、いずれか一方の速度センサが故障しても、他方の速度センサにより同等の精度で高精度に速度を検出できるため、信頼性の高い安全装置を構築できる。

以下、本発明に係るエレベーターの安全装置の実施の形態を図に基づいて説明する。

図１は本発明に係るエレベーターの安全装置の第１の実施形態を示す概略構成図、図２は速度センサの構成と電磁波の形状および照射角度を示す正面図、図３はかごと速度センサの傾き角度の関係を示す立面図、図４は傾き角度の較正方法を示す正面図、図５は照射角度の測定方法を示す正面図、図６は可動反射面の構造を示す説明図、図７は演算装置の概略を示す構成図、図８は較正時の演算装置の処理を示すＰＡＤ図、図９は運転時の演算装置の処理を示すＰＡＤ図、図１０は制御装置の処理を示すＰＡＤ図、図１１は制限速度の設定例を示す説明図である。

第１の実施形態のエレべーターの安全装置は、図１に示すように、昇降路１の上下にわたってガイドレール２を設置し、かご３の上下に取り付けたガイドローラ４を案内する。ロープ５を昇降路１上部のシーブ６とそらせ車７に巻きかけて両端を下に垂らし、一端をかご３に固定し、他端をつり合い重り８に固定する。シーブ６をモータ９で駆動することにより、かご３はガイドレール２に沿って上下に移動する。

そして、かご３の側面に、ブロック１０を介して速度センサ１１Ａ、１１Ｂが取り付けられる。速度センサ１１Ａ、１１Ｂは、かご３の側面から一定の距離にある反射面１２に電磁波を照射する。なお、反射面１２は昇降路１の壁でも良いし、ガイドレール２でも良い。

また、速度センサ１１Ａ、１１Ｂを取り付けているブロック１０は、垂直断面の頂角が鋭角となる略２等辺三角形の形状を有する三角柱である。なお、第１の実施形態では、三角形の頂点を面取りしているため多角形になっている。このような形状のブロック１０を用いて、略２等辺三角形の長辺に相等する傾斜面に速度センサ１１Ａ、１１Ｂを取り付ける。また、略２等辺三角形の底辺に相当する垂直平面をかご３に取り付ける。

さらに、かご３には、速度センサ１１Ａ、１１Ｂの検出信号よりかご３の速度を算出する演算装置１３と、かご３の速度があらかじめ設定した所定の速度（例えば定格速度の１．４倍）を超えた場合に非常止め装置１４に動作指令信号を出力する制御装置１５が設けられるとともに、かご３の下部側面には、前述の動作指令信号の入力に応じて動作しガイドレール２を把持してかご３を制動する非常止め装置１４が設置される。

安全装置は前述のような構成であり、何らかの故障によってかご３が異常に増速すると、非常止め装置１４が動作してかご３を非常停止する。

ここで、センサ単体の構造と測定原理を図２に基づき説明する。なお、図２では便宜上、速度センサ１１Ａのみを記載しているが、速度センサ１１Ｂについても同様の構造である。

速度センサ１１Ａは、送受信アンテナ１７から放出される電磁波１６を１次レンズ１８と２次レンズ１９によって指向性を持たせて、反射面１２に対して一様な照射角度θＡで照射する。

そして、速度センサ１１Ａは反射面１２に対して所定の照射角度θＡで電磁波１６を照射するとともに、速度センサ１１Ｂは反射面１２に対して所定の照射角度θＢで電磁波１６を照射し、反射波を受信することで速度ｖを検出する。送信周波数をｆ０とすると、ドップラ効果により反射波は式１で示す周波数ｆｄだけ周波数がシフトする。

ここで、式１のcは光速である。よって、反射波にＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）等の信号処理を施すことでドップラシフト周波数ｆｄを算出し、さらに式１を変形した式２を用いて速度ｖを算出することができる。

なお、式１から分かるように、照射角度θの大小によってドップラ効果によりシフトする周波数の大きさが変化するので、速度センサ１１Ａ、１１Ｂの速度分解能に影響する。よって、２つの速度センサ１１Ａ、１１Ｂにあって同等の精度で速度を検出したい場合には、照射角度θＡ、θＢを同一にすることが望ましい。また、２つの速度センサ１１Ａ、１１Ｂを上下対称に配置するとともに、照射角度θＡ、θＢを略同一とすることで、速度センサ１１Ａ、１１Ｂどちらか一方が故障しても、他方が同等の精度で速度を検出できるようにすることで、安全装置としての信頼性の向上を図るようにもなっている。

また、式２から分かるように、高精度にかご速度を計算するには照射角度θの誤差を小さくする必要がある。しかしながら、精度良く速度センサ１１Ａ、１１Ｂを取り付けても微量のずれが生じる。そこで、本発明では、速度センサ１１Ａ、１１Ｂの照射角度θＡ、θＢを較正し、取り付け誤差等の影響を除去する。

ここで、速度センサ１１Ａ、１１Ｂの傾きを、ロール角度α、ヨー角度β、ピッチ角度γで表現し、測定誤差への影響を図３に基づき説明する。

エレベーターのかご３は精度良く据え付けられたガイドレール２上を走行するので、走行中の各軸の傾きの変動幅は±１度弱で、これによって生じる測定誤差は0.01m/s程度で許容範囲である。

これに対し、速度センサ１１Ａ、１１Ｂの取り付け誤差は比較的大きいため以下に詳細な説明をする。まず、ヨー角度βとピッチ角度γは、照射角度θＡ、θＢに影響しないため測定に影響は無い。唯一、ロール角度αは、直接照射角度θＡ、θＢに影響するため、測定に影響する。よって、高精度にかご速度を検出するには、速度センサ１１Ａ、１１Ｂをかご３に取り付けた後に、照射角度θＡ、θＢの設定値を校正する必要がある。

以下に、図４を用いて速度センサ１１Ａ、１１Ｂの照射角度θＡ、θＢを較正する方法を説明する。

先に述べたとおり、２つの速度センサ１１Ａ、１１Ｂは上下対称にブロック１０に取り付けてあり、ブロック１０の傾きψが０度のとき、それぞれの照射角度はθＡ、θＢである。ここで、照射角度θＡ、θＢは、２つの速度センサ１１Ａ、１１Ｂの分解能を同程度にするため、ほぼ同じ角度とする。また、２つの電磁波の軸が交差する角度はθＣで（以下、交差角度θＣとする）、反射面１２への垂線と電磁波の成す角度はθＣＡ、θＣＢ（以下、垂線・電磁波角度θＣＡ、θＣＢとする）である。これらの角度は後で説明する方法により事前に高精度に測定しておく。

ブロック１０をかご３に取り付けると、ブロック１０と速度センサ１１Ａ、１１Ｂは取り付け誤差等によりψだけ傾く。この影響を取り除くため、照射角度θＡ、θＢの校正値ψを求める方法を以下に説明する。

まず、上下の各照射方向の速度成分を式３、式４で計算する。

次に、各照射方向の速度成分ｖＡ、ｖＢとこれら速度ベクトルの交差角度θＣより、速度ｖを式５により算出する。

次に、速度ｖ、速度成分ｖＡ、交差角度θＣ、垂線・電磁波角度θＣＡより、ブロック１０の傾きψを式６で計算する。

そして、式６により求めたブロック１０の傾きψを校正値として設定し、式２における照射角度θを校正する。すなわち、速度ｖを求める式２において、速度センサ１１Ａの照射角度θを次の式７のθＡ’として与える。

また同様に、速度センサ１１Ｂの照射角度θも次の式８のθＢ’として与える。

次に、照射角度θＡ、θＢと、２つの速度センサ１１Ａ、１１Ｂの電磁波の軸１６Ａ、１６Ｂが交差する交差角度θＣを求める方法を図５に基づき説明する。

まず、ブロック１０の底面を、精密加工した治具２０に取り付けるとともに、水平な可動反射面２１と治具２０が並行になるように水平面２２に固定する。なお、水平な可動反射面２１の構造は後で説明する。この状態で可動反射面２１を既知の基準速度ｖ０で動かし、速度センサ１１Ａ、１１Ｂにより周波数ｆ０の電磁波を照射して反射波を測定する。反射波のドップラシフト周波数をｆｄとすると、照射角度θは式１を変形した式９で算出できる。

この式９を用いて上下２つの速度センサ１１Ａ、１１Ｂの照射角度θＡ、θＢを算出し、可動反射面２１への垂線と成す垂線・電磁波角度θＣＡ、θＣＢを求め、最終的に２つの電磁波の軸１６Ａ、１６Ｂが交差する交差角度θＣを求める。

以上の方法により求めた角度の値、すなわち、照射角度θＡ、θＢ、交差角度θＣは、先に説明したとおり式２における照射角度θの値を校正するときに用いる。そのため、速度センサ１１Ａ、１１Ｂおよびブロック１０に識別番号を付けて角度情報を管理する。すなわち、組み合わせた速度センサ１１Ａ、１１Ｂの番号とブロック１０の番号を記録し、角度情報を参照できるようにする。なお、一度求めた角度の値は、速度センサ１１Ａ、１１Ｂをブロック１０から外すと変わってしまうので、ブロック１０に取り付けたままかご３の組み立て現場に持って行き、そのままかご３に取り付ける必要がある。

ここで、水平な可動反射面２１の構造を図６に基づき説明する。

可動反射面２１として、十分な大きさを有する水平盤２１Ａが用いられる。この水平盤２１Ａは、水平な台２２に取り付けたボール２３により図中、奥行き方向に可動可能に支持されるとともに、高精度に速度制御される。そして、速度センサ１１Ａ、１１Ｂが取り付けられるブロック１０を所定位置に固定して、既知の速度を測定する。

次に、演算装置１３の構成の詳細を図７に基づき説明する。

演算装置１３には、図７に示すように、それぞれが独立した信号処理装置２７Ａ、２７Ｂが設けられるとともに、２つの速度センサ１１Ａ、１１Ｂを、切り替え手段、例えば２連スイッチ２８を介してそれぞれ２つの信号処理装置２７Ａ、２７Ｂに接続する。信号処理装置２７Ａ、２７Ｂは、先に説明した計算方法でかご速度を算出し、制御装置１５に速度の値を出力する。また、正常に速度計算が終了した旨およびエラー情報を制御装置１５に出力する。演算装置１３の概略は以上の通りで、２連スイッチ２８の切り替えにより２通りの処理をする。

ここで、１つめの処理として、較正時の演算装置１３の処理を図８に基づき説明する。

較正は、演算装置１３の２連スイッチ２８を入れた状態にして行う（ＳＴＥＰ１）。このようにして、演算装置１３は速度センサ１１Ａと速度センサ１１Ｂの両方の出力信号を入力する（ＳＴＥＰ２）。先に説明した方法により、まず、速度ｖを計算する（ＳＴＥＰ３）。速度センサ１１Ａ、１１Ｂの故障等で速度の計算結果が非数値ＮＵＬＬの場合（ＳＴＥＰ４）、エラー情報の内容を「偽'Ｆ'」に設定する（ＳＴＥＰ５）。一方、数値が得られ、正常な場合は「真'Ｔ'」に設定し（ＳＴＥＰ６）、さらに照射角度の校正値ψを計算する（ＳＴＥＰ７）。計算した校正値ψは演算装置１３自身のメモリに格納し記憶する（ＳＴＥＰ８）。そして、測定した速度ｖとエラーメッセージを制御装置１５に出力し（ＳＴＥＰ９）、較正時の運転であっても異常な速度を検出した時は安全装置が働くようにする。

次に、運転時の演算装置１３の処理を図９に基づき説明する。

通常の運転時は２連スイッチ２８を切った状態にする（ＳＴＥＰ１）。これにより、エレベーターの安全装置は独立した２つの速度センサ１１Ａ、１１Ｂを備えた状態になる。このとき、前述した較正時と異なり、運転時はそれぞれの信号処理装置２７Ａ、２７Ｂが対応する１つの速度センサ、例えば速度センサ１１Ａの信号のみ入力する（ＳＴＥＰ２）。そして、先に説明した通り、式２により速度ｖを算出する。このとき、照射角度θは校正値ψで校正した値を用いる（ＳＴＥＰ３）。速度の計算結果に応じて、エラー情報に「真'T'」または「偽'F'」を設定する（ＳＴＥＰ５）、（ＳＴＥＰ６）。最後に、速度ｖとエラーメッセージを制御装置に出力する（ＳＴＥＰ７）。

ここで、制御装置１５の処理を図１０に基づき説明する。

制御装置１５は、演算装置１３の２つの信号処理装置２７Ａ、２７Ｂから速度ｖとエラーメッセージを入力する。なお、図１０では、速度センサ１１Ａによる検出速度をｖＡ、エラーメッセージを「ｅｒｒ＿ｍｓｇＡ」で示し、速度センサ１１Ｂによる検出速度をｖＢ、エラーメッセージを「ｅｒｒ＿ｍｓｇＢ」で示す（ＳＴＥＰ１）、（ＳＴＥＰ２）。そして、エラーメッセージが共に「真'T'」の場合は、いずれか一方の速度センサの検出値を採用する（ＳＴＥＰ３）、（ＳＴＥＰ４）。また、一方のエラーメッセージが「偽'F'」のときは、エラーメッセージが「真'T'」の方の検出速度を採用し、他方は無効にする。このとき、制御装置１５は遠隔の監視室に片側センサの異常を通報しても良い（ＳＴＥＰ３）、（ＳＴＥＰ５）、（ＳＴＥＰ６）。一方、エラーメッセージが共に「偽'F'」の場合、制御装置１５はモータ停止命令を出すなどして非常停止する（ＳＴＥＰ３）、（ＳＴＥＰ７）。また、制御装置１５は、後で説明するように、エレベーターの位置に応じて制限速度を設定する（ＳＴＥＰ８）。そして、速度センサ１１Ａ、１１Ｂにより求めた速度ｖが制限速度ｖｌｉｍよりも大きい場合に、異常な増速と判断し、非常止め装置１４に動作指令を出力し、かご３を非常停止させる（ＳＴＥＰ９）、（ＳＴＥＰ１０）。

次に、制限速度の設定例を図１１に基づき説明する。

図１１に示すように、かご３の位置に応じて制限速度ｖｌｉｍが設定される。図において横軸はかご３の高さ位置を示し、縦軸は運転速度ｖｃと制限速度ｖｌｉｍを示す。最下階Ｂおよび最上階Ｐに近い位置では、運転速度ｖｃは徐々に小さくなり、中間階の領域では定格速度ｖｒで運転する例を示す。制御装置１５は、中間階における制限速度ｖｌｉｍを、例えば定格速度ｖｒの１．４倍に設定し、終端階Ｂ、Ｐに近い位置にあるときほど、制限速度ｖｌｉｍを低い値に設定する。

第１の実施形態によれば、速度センサ１１Ａ、１１Ｂの照射角度を校正することで、ドップラ式の速度センサを用いて高精度な測定を行なうことができ、これによって、信頼性の高いエレベーターの安全装置を実現することができる。また、２つの速度センサ１１Ａ、１１Ｂをかご３に配置し、これらの２つの速度センサ１１Ａ、１１Ｂの検出信号に基づき、２つの速度センサ自身の照射角度を校正するものであることから、従来のように労力や手間を要することなく、容易に速度センサの照射角度の校正を行なうことができる。さらに、運転中も随時較正ができるため、固定部の緩みや微小変形など経年変化による照射角度の変化にも対処できる。さらにまた、いずれか一方の速度センサが故障しても、他方の速度センサにより同等の精度で高精度に速度を検出できるため、信頼性の高い安全装置を構築できる。

図１２は本発明に係るエレベーターの安全装置の第２の実施形態を示す構成図である。なお、前述したものと同等のものには同一符号が付してある。

図１２に示す第２の実施形態のエレベーターの安全装置は、速度センサ１１Ａ、１１Ｂを前後対称に配置したものである。この場合、反射面１２は両面必要である。第２の実施形態では、速度センサ１１Ａ、１１Ｂをかご３の前後に対称に配置して、ガイドレール２の裏表をそれぞれ反射面にしている。なお、照射角度θＡ、θＢと、反射面１２への垂線と成す垂線・電磁波角度θＣＡ、θＣＢ、および電磁波の交差角度θＣは、前述した上下対称に配置したものと同様に定義ができる。よって、測定方法はまったく同じである。

図１３は本発明に係るエレベーターの安全装置の第３の実施形態を示す構成図である。なお、前述したものと同等のものには同一符号が付してある。

図１３に示す第３の実施形態のエレベーターの安全装置は、垂直断面が長方形のブロック１０を用いたものである。このブロック１０に２つの速度センサ１１Ａ、１１Ｂを対角な位置関係に取り付ける。そして、ブロック１０を傾けることにより、速度センサ１１Ａ、１１Ｂをガイドレール２を挟んで前後対称に配置する。なお、照射角度θＡ、θＢと、反射面１２への垂線と成す垂線・電磁波角度θＣＡ、θＣＢ、および電磁波の交差角度θＣは、前述した上下対称に配置したものと同様に定義ができる。よって、測定方法はまったく同じである。

本発明に係るエレベーターの安全装置の第１の実施形態を示す概略構成図である。速度センサの構成と電磁波の形状および照射角度を示す正面図である。かごと速度センサの傾き角度の関係を示す立面図である。傾き角度の較正方法を示す正面図である。照射角度の測定方法を示す正面図である。可動反射面の構造を示す説明図である。演算装置の概略を示す構成図である。較正時の演算装置の処理を示すＰＡＤ図である。運転時の演算装置の処理を示すＰＡＤ図である。制御装置の処理を示すＰＡＤ図である。制限速度の設定例を示す説明図である。本発明に係るエレベーターの安全装置の第２の実施形態を示す構成図である。本発明に係るエレベーターの安全装置の第３の実施形態を示す構成図である。

符号の説明

１昇降路
２ガイドレール
３かご
１０ブロック
１１Ａ、１１Ｂ速度センサ
１２反射面
１３演算装置
１４非常止め装置
１５制御装置
２７Ａ、２７Ｂ信号処理装置
２８２連スイッチ（切り替え手段）

Claims

かごから移動面に向けて電磁波を照射するとともにその反射波を受信する速度センサと、前記反射波のドップラシフト量から前記かごの速度を算出する演算装置と、電気信号により動作する非常止め装置と、前記速度センサによる検出速度があらかじめ設定された制限速度を超えたときに前記非常止め装置に動作指令を出す制御装置とを備えたエレベーターの安全装置において、
前記速度センサを前記かごに固定されるブロックに上下対称または前後対称に２つ取り付けるとともに、これら２つの速度センサを移動面に対して略同一の照射角度となるように配置し、前記２つの速度センサの検出信号に基づき前記照射角度を校正するようにし、かつ、前記２つの速度センサが、ガイドレールを挟んで前後対称に配置されるとともに、それぞれ前記ガイドレールの前面および背面に向けて略同一の角度で電磁波を照射することを特徴とするエレベーターの安全装置。
前記ブロックが、垂直断面が長方形となる形状を有し、前記２つの速度センサが対角の位置関係で前記ブロックに取り付けられるとともに、ガイドレールを挟んで前後対称に配置され、それぞれ前記ガイドレールの前面および背面に向けて略同一の角度で電磁波を照射することを特徴とする請求項１記載のエレベーターの安全装置。