JP5634603B2 - エレベーター装置 - Google Patents

Description

この発明は、エレベーター装置に関わり、特にかごの走行時に生じる駆動力損失を精度よく推定する技術に関するものである。

エレベーター装置には、かごの積載重量を検知するために秤装置が搭載されている。秤装置を補正する技術を扱っている文献として、特許文献１が知られている。ここでは、かごを走行させる際に生じる駆動力損失を特定し、この駆動力損失を除外した駆動力からかご内の積載重量を推定している。

エレベーター装置に生じる駆動力損失（走行ロス）は、レールとガイドの接触状態や積載重量に依存し、物件毎に異なる大きさを呈する。従って、駆動力損失をかご位置や積載重量による影響を考慮せずに推定した場合、または予め一定値に定めた場合には、推定された駆動力損失と実際の駆動力損失との間に誤差が生じる。この誤差があるため、推定した積載重量を走行異常の判定に利用すると、エレベーター装置は、正常状態であるにも拘らず、走行異常であると判断することがある。また、エレベーターの制御に利用するに際しては、推定ばらつきによる誤差を見込むことで運行性能の低下が生じる。

特開６−３２１４４０号公報

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたもので、かご位置に応じて定まる駆動力損失や積載重量に依存する駆動力損失を同定する機能を備えたエレベーター装置を提供することを目的にする。

本願に係るエレベーター装置は、錘とロープで連結されているかごと、ロープを巻き上げる巻上機と、巻上機の駆動を制御する制御装置と、積載重量に依存する第１の駆動力損失を数値モデルとして同定し、数値モデルから駆動力損失を推定する推定装置と、を備えているものである。

本願に係るエレベーター装置は、駆動力損失を高精度に同定して、精度良く積載重量を
推定する事ができる。また、運行中に積載重量を高精度に推定するので、かご走行に必要
な慣性質量や駆動力を判断して制御パラメーターを決定する事で制御性能の向上を図る事
ができる。

本発明にかかるエレベーター装置の構成を示す図である。 駆動力損失の傾向を示す図である。 実施の形態１に係る数値モデルを説明するための図である。 駆動力損失を学習する手順を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る数値モデルを説明するための図である。 実施の形態３に係る数値モデルを説明するための図である。

実施の形態１．
図１は本発明にかかるエレベーター装置の構成を示す。エレベーター装置は、一般的なエレベーター装置の機械システムと同様に、かご１、錘２、ロープ３、プーリ４、巻上機５、逸らせ車６、ガイド７、レール８、ガイド９、レール１０、秤装置１４などを備えている。かご１と錘２はロープ３で連結されている。ロープ３はプーリ４に巻き掛けられている。プーリ４を巻上機５により回転駆動する事で、かご１は上下方向に運行する。かご１の積載重量（Ｌ）は秤装置１４を用いて検出する。かご１に定格の半分の重量が積載された場合、錘２とかご１は釣合う。巻上機５には駆動軸のトルクを検出するトルクセンサが設けられている。

エレベーター装置の運転は、制御装置１２がインバーター１１を制御して巻上機５を駆動する事で行なわれる。制御装置１２は推定装置１３と繋がっている。推定装置１３は、かご１の走行中の駆動力損失（走行ロス）を特定してその特性を保存し、保存した特性から駆動力損失を推定する。以下では、駆動力損失を特定してその特性を保存する事を「同定」、保存した特性から駆動力損失を推定する事を「推定」、という。

推定装置１３は、信号を受け取る入力部２１と、受け取った信号を処理する処理部２２と、制御装置１２にデータ信号を出力する出力部２３と、データを記憶する記憶部２４を備えている。入力部２１には、インバーター１１から駆動力（Ｆiq）を算出するための信号が入力され、制御装置１２からはかご１の位置信号、加減速度パターン信号、現在の積載状態に相当する信号、推定装置１３への指令信号などが入力される。これらの信号を受け取る処理部２２は、制御装置１２からの指令信号に従って動作する。この動作のうちの駆動力損失を同定する処理においては、入力された信号にかかる情報を一時的に記憶し、また、記憶した情報を読み出す必要があるため、処理部２２と記憶部２４は相互に情報の送受ができる構成となっている。

処理部２２において同定された駆動力損失や推定された駆動力損失は、出力部２３に伝達され、制御装置１２に入力される。本実施の形態にかかる構成では、制御装置１２にアクセスする事で、同定した駆動力損失や現在の推定駆動力損失を確認する事が可能である。尚、推定装置１３へ前述の信号が入力されるのであれば、インバーター１１や制御装置１２以外からの入力でも駆動力損失の同定に利用できる。巻上機５の駆動力を算出するための信号には、巻上機のトルク電流値信号、トルクセンサの出力信号、インバーター１１のトルク指令信号、トルク電流指令信号などが利用できる。

次に、推定装置１３に入力された信号から駆動力損失を学習（推定）するための数値モデルについて説明する。駆動力損失には、ガイド７とレール８の接触による摩擦損失、ガイド９とレール１０の接触による摩擦損失、巻上機５の回転損失、並びに、逸らせ車６のような滑車類の軸受けの回転損失の全てが含まれている。この内、ガイド（７および９）とレール（８および１０）の接触状態は、かご１の位置で異なるため、その接触に起因する摩擦損失は、かご位置ｘに依存する傾向がある。一方、回転損失は、回転軸にかかる軸力に比例するため、かご１の積載重量Ｌに比例する傾向がある。そのため、数値モデルとしては、積載重量Ｌに比例する数値モデルや、かご位置ｘに依存する数値モデルや、これら２つの数値モデルを組み合わせたモデルなどが考えられる。

駆動力損失がかご位置ｘに依存する傾向と積載重量Ｌに比例する傾向を持つことから、積載重量が異なる場合の駆動力損失は、かご位置ｘに依存する同一のプロファイル形状を維持しながら、積載重量Ｌに依存するロス分が全体に加減されるような傾向を示す。かご位置ごとの駆動力損失を図２に例示する。駆動力損失Ｆａはかごに積載がない場合を示し、駆動力損失Ｆｂはかごに積載がある場合を示している。

推定装置１３は、かご位置ｘに依存する傾向と積載重量Ｌに比例する傾向の両方を的確に捉えるため、図３に示す式１に基づいて駆動力損失を同定して推定する。ここで、駆動力損失Ｆloss（ｘ，Ｌ）は、かご位置ｘと、かごの積載重量Ｌの関数であることを示している。積載重量Ｌは、錘２とかご１が釣合う状態を基準としている。

式１において、右辺の第１項は積載重量に依存する駆動力損失（第１の駆動力損失）、右辺の第２項はかご位置に依存する駆動力損失（第２の駆動力損失）をあらわす。式１における積載重量Ｌへの比例定数ｋ１[loss]と、かご位置ｘに依存する駆動力損失成分ｋ２[loss]を同定すれば、かご位置ｘと積載重量Ｌを引数として、所定状態での駆動力損失Ｆloss（ｘ，Ｌ）を推定する事が可能となる。

巻上機５の駆動力Ｆiq（ｘ，Ｌ）は、かご位置ｘ及び積載重量Ｌの関数で、式２に示す釣合い関係を満足する。式２によれば、駆動力Ｆiq（ｘ，Ｌ）は、かご等に影響するロープ／ケーブル類の重量に起因する力Ｆcab（ｘ）、錘とかごが釣合った状態における、かごや錘の他、ロープ／ケーブル類を含む駆動システム全体の慣性質量Ｍ（ｘ）、重力加速度ｇ、かご位置ｘに対応したかごの加速度α（ｘ）から、推定することができる。ここで、各項の正負符号はかご上側方向を正として示している。駆動力損失Ｆlossは走行方向に対して逆向きに働くため、正負符号で示している。駆動力Ｆiqについて、かごの上方向運行の場合の釣合い関係を式３に、かごの下方向運行の場合の釣合い関係を式４に、それぞれ示している。

積載重量Ｌを同一とした場合、式３と式４の差により、式５が得られる。式５はかご１を牽引する駆動力Ｆiq等に基づいて駆動力損失を推定するために使う。推定するためには、制御装置１２は、２つの積載重量（Ｌ１、Ｌ２）について、同一のかご位置ｘで同一加速度を有する速度変化でかご１を上下運転する。各かご位置での駆動力を記憶してその差分を２で割ると駆動力損失Ｆloss（ｘ，Ｌ）が得られる。

このように得られる２つの積載重量（Ｌ１、Ｌ２）に係る駆動力損失から、式１の比例定数ｋ１[loss]を式６から算出できる。同様に、式１の駆動力損失成分ｋ２[loss]は式７ａのように算出できる。

式５において、同一かご位置で同一加速度を有する速度変化でない場合でも、加速度をふくむ最終項を算出すれば駆動力損失を得ることができるが、加速度を同一とすると、右辺における最終項がゼロになるため、同定の誤差を小さくする事ができる。また、加減速領域を含まない一定速運転での駆動力を取り出しても、最終項がゼロになるため誤差を小さくできるが、同一かご位置で同一加速度を有する速度変化であれば、加減速度が必ず必要となる上下終端階近傍でも誤差なく駆動力損失を同定することができる。

次に、本実施の形態において駆動力損失を推定するための具体的な手順を、図４に基づいて説明する。駆動力損失の学習では、まず積載状態を０％にする（STEP1）。その後、制御装置１２にアクセスして、上下方向に往復走行をおこなう（STEP2）。往復走行により得られた駆動力を記憶部２４に記憶する（STEP3）。次に、積載状態を１００％にして(STEP4)、同様に上下方向に往復走行して（STEP5）、得られた駆動力を記憶部２４に記憶する（STEP6）。最後に式６、式７ａに基づいて、記憶した駆動力から、駆動力損失を推定するのに必要な情報を同定する（STEP7）。

同定の精度を望まない場合には、１つの積載状態でのみ運転する方法を用いてもよい。この場合、錘の積み込み作業が不要となる無積載状態でのみ学習するとすれば、式１においてＬ＝０とおく。積載状態に関わらず、駆動力損失成分ｋ２は駆動力損失Ｆloss（ｘ，０）に等しいとする事で、かごの積載重量Ｌを変更する手間をなくし、また、学習手順STEP4〜6を省略する事ができる。この場合、式７ｂの駆動力損失成分ｋ２[loss]は、比例定数ｋ１[loss]から独立して求めることができる。

以上によれば、駆動力損失を高精度に同定する事が可能であり、同定結果において想定されない異常な大きさの駆動力損失を検出していれば、かごの昇降路内での引っかかりや、レールとの接触異常があると判断する事ができる。

本実施の形態に係るエレベーター装置は、物件ごとにばらつきがある、かご位置に依存する駆動力損失と積載重量に比例する駆動力損失を精度よく特定する事で、過剰な駆動力損失の有無を確認する事ができ、エレベーター装置の正常な運転が可能か否かを判断できる。また、物件ごとにばらつきがある駆動力損失を、昇降路終端階近傍においても精度よく特定する事で、過剰な駆動力損失の有無を確認する事ができ、昇降路位置に関わらずエレベーター装置の正常な運転が可能か否かを判断できる。

実施の形態２．
本発明の実施の形態２にかかるエレベーター装置は、同定した駆動力損失を用いて推定した駆動力と、直接検知した駆動力を比較する事で異常を検出するものである。ここで、直接検知には、巻上機駆動軸に設けたトルクセンサの出力から駆動力を検知する場合と、巻上機５（インバーター１１）のトルク電流から駆動力を推定する場合が含まれる。

走行に必要な駆動力Ｆiqは式２の右辺に基づいて推定できる。この中で、積載重量Ｌ及び加速度α（ｘ）に関する情報は、制御装置１２が有しているため、制御装置１２から推定装置１３に情報伝達される。また、駆動力損失は実施の形態１において開示したように同定できる。他に必要な情報は慣性質量Ｍ（ｘ）及びケーブル類の重量に起因する力Ｆcab（ｘ）であるが、これらは上下方向の運転で記憶部２４に記憶した駆動力から同定する事ができる。

慣性質量Ｍ（ｘ）と力Ｆcab（ｘ）を同定するにあたり、積載重量を任意の同一条件とし、加減速度パターンを上下運転で同一のα（ｘ）となるように走行して、直接検知した駆動力を得る。この駆動力に基づき式３と式４から、図５に示す式８が得られる。

式８の駆動力Ｆdriveは運転に必要な駆動力Ｆiqから駆動力損失Ｆlossを除外したものである。ロープ／ケーブル類が力Ｆcabに与える影響はかご位置ｘに比例して加減される傾向がある。かごを一定速度で走行した範囲におけるかごの異なる位置をかご位置ｘ１、かご位置ｘ２とすると、その位置依存の比例定数ｋ１[cab]が式９により得られる。また、かご位置ｘ０でロープ／ケーブル類が力Ｆcabに与える影響成分ｋ２[cab]は、式１０のように得られる。

一般に、ロープ／ケーブル類が力Ｆcabに与える影響はかごが中間の位置にある際にゼロとなるように設計されており、かご位置ｘ０はかご中間位置までの距離を示す。かご位置に依存するケーブル類の重量による力Ｆcab（ｘ）は式１１に基づいて定められる。慣性質量Ｍ（ｘ）は式８から式１２により得られることがわかる。

以上のように、式２の右辺に示される各項は、予め制御装置１２が有する情報、及び、上下運転による学習走行により得られた駆動力から推定できる。この推定された駆動力Ｆiqと直接検知した駆動力Ｆiqを比較して、直接検知した駆動力Ｆiqの方が大きい場合にひっかかりやレールとの接触異常が生じていると判断する事で常時異常の監視ができ、迅速に走行異常検出をする事が可能となる。尚、推定された駆動力より直接検知した駆動力の方が大きいと判断する事には、検知や同定による誤差やばらつきを予め一定値として定めて（以下、定めた大きさを規定値とする）、推定された駆動力より直接検知した駆動力の方が規定値以上に大きくなるときや、推定された駆動力より直接検知した駆動力の方が小さいが、推定された駆動力と直接検知した駆動力の差が規定値よりも小さいときに異常と判断することも含まれる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３にかかるエレベーター装置は、走行時の駆動力から駆動力損失を高精度に同定してその影響を除外する事で、精度良く積載重量を推定するものである。積載重量Ｌの推定式は式１を式２に代入して変形する事で図６に示す式１３のように得られる。式１３の右辺には積載重量に関する項はない。

ここで、駆動力Ｆiq（ｘ，Ｌ）は走行中に直接検知した力を表す。右辺の各係数を用いて演算する事で積載重量Ｌを精度良く推定する事ができる。この結果を用いれば、運行中には積載重量を高精度に推定することができ、必要な慣性質量や駆動力を判断して制御パラメーターを決定する事で性能向上を図る事ができる。また、精度良く推定された積載重量を、かご停止中に計測された秤装置１４による積載重量と比較する事で、秤装置１４を高精度に補正する事ができる。

エレベーター装置は、積載重量に基づいて運転負荷を推定し、巻上機５やインバーター１１の能力により許容される限度で運転速度を高くして、運行効率を向上する制御方式を適用している。実施の形態３によれば、エレベーター装置は、積載重量値を高精度に推定できて推定誤差を小さくできるので、運行効率をさらに向上する事ができる。例えば、巻上機５の能力をその定格電流を超えない範囲で利用するように速度を決定するには、式１４と式１５が用いられる。

力行走行時における最大速時の速度Ｖｐは、駆動力損失Ｆloss（ｘ，Ｌ）、巻上機の定格電力Ｈｔ、定格積載量Ｌrated、かご内の積載重量Ｌ、カウンタ率γ、かご積載重量の検出誤差Ｅｒ、電動機やインバーターの力行走行時効率ηｐに依存する。同様に、回生走行時における最大速時の速度Ｖｒは、駆動力損失Ｆloss（ｘ，Ｌ）、巻上機の定格電力Ｈｔ、定格積載量Ｌrated、かご内の積載重量Ｌ、カウンタ率γ、かご積載重量の検出誤差Ｅｒ、電動機やインバーターの回生走行時効率ηｒに依存する。カウンタ率γは定格積載の５０％で錘と釣合う場合に０．５とする。

これらのパラメーターのうち駆動力損失以外は推定装置１３の記憶部２４に格納されており、速度Ｖの演算時に該当するパラメーターは記憶部２４から読み出される。かご負荷の検出誤差Ｅｒや駆動力損失Ｆloss（ｘ，Ｌ）にはばらつきがあるものの、想定される最大値を当てはめて速度を求めれば、定格電流を超えることなく運転することが可能である。特に、本実施の形態にかかる推定装置１３により精度良く推定された積載重量Ｌを用いれば検出誤差Ｅｒを小さくできる。また実施の形態１にかかる駆動力損失の同定により駆動力損失Ｆlossを精度良く推定すれば、そのばらつきを小さく見積る事ができ、速度を上げて運行効率を向上する事ができる。

本発明にかかる積載重量の推定では、加減速するかご位置での駆動力損失、及び、加速度の影響が考慮されているため、最大速度に至る前の加減速中でも精度よく推定できる。また積載重量を精度よく特定でき、秤装置の代替とする事ができる。また積載重量を精度よく特定でき、必要以上の誤差を見込まずに最大限大きな速度で運転することができる。

１ かご、５ 巻上機、１１ インバーター、１２ 制御装置、１３ 推定装置。

Claims (10)

1. 錘とロープで連結されているかごと、
   前記ロープを巻き上げる巻上機と、
   前記巻上機の駆動を制御する制御装置と、
   前記かごの積載重量に依存する第１の駆動力損失を数値モデルに基づいて同定し、前記数値モデルから駆動力損失を推定する推定装置と
   を備えたことを特徴とするエレベーター装置。
2. 前記数値モデルは、前記第１の駆動力損失が前記積載重量に比例することを特徴とする請求項１に記載のエレベーター装置。
3. 前記推定装置は、かご位置に依存する第２の駆動力損失を前記数値モデルに基づいて同定することを特徴とする請求項１に記載のエレベーター装置。
4. 前記推定装置は、かご位置に依存する第２の駆動力損失を前記数値モデルに基づいて同定することを特徴とする請求項２に記載のエレベーター装置。
5. 前記制御装置は、所定のかご位置における加速度を同じにして前記かごを上下方向に運行し、
   前記推定装置は、上方向の運行で直接検出された第１の駆動力と下方向の運行で検出された第２の駆動力から前記第１の駆動力損失および前記第２の駆動力損失を同定することを特徴とする請求項３に記載のエレベーター装置。
6. 前記制御装置は、所定のかご位置における加速度を同じにして前記かごを上下方向に運行し、
   前記推定装置は、上方向の運行で直接検出された第１の駆動力と下方向の運行で検出された第２の駆動力から前記第１の駆動力損失および前記第２の駆動力損失を同定することを特徴とする請求項４に記載のエレベーター装置。
7. 前記制御装置は、前記数値モデルから推定した駆動力と直接検知した駆動力を比較し、前記直接検知した駆動力の方が前記数値モデルから推定した駆動力よりも大きい場合、走行異常であると判断することを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１項に記載のエレベーター装置。
8. 錘とロープで連結されているかごと、
   前記ロープを巻き上げる巻上機と、
   前記巻上機の駆動を制御する制御装置と、
   前記かごの積載重量に依存する第１の駆動力損失およびかご位置に依存する第２の駆動力損失を数値モデルとして同定し、同定した前記数値モデルと、直接検知した駆動力と、駆動システムの慣性質量と、前記かごの加速度と、ケーブル重量により加わる力とに基づいて、前記かごの積載重量を推定する推定装置と
   を備えたことを特徴とするエレベーター装置。
9. 推定された前記積載重量と前記巻上機の定格電力とに基づいて、前記かごの最大運転速度を決定することを特徴とする請求項８に記載のエレベーター装置。
10. 推定された前記積載重量に基づいて、前記かごの積載重量を検出する秤装置を補正することを特徴とする請求項８に記載のエレベーター装置。

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