JP6157924B2 - 安全装置付きエレベータ - Google Patents

Description

本発明は、エレベータの安全装置に係り、特にブレーキが作用したまま走行することを防止するものに好適である。

従来、ブレーキが作用したまま、つまりブレーキを引き摺ったまま走行することを防止するため、かご内の荷重を検出し、乗りかご駆動用の電動機に対する電流指令値と比較してブレーキの異常を検出することが知られ、例えば、特許文献１に記載されている。
また、シーブ空転、ロープすべり、ブレーキ制動力低下等のかごロック異常を早期に、かつ確実に検出するため、乗りかごが無負荷状態にあるときに、予め乗りかごを一定距離昇降させ、このときのトルク指令値、又は電流指令値を判定値として記憶部に記憶し、無負荷状態における現在のトルク指令値、又は現在の電流指令値と判定値とを比較することが知られ、例えば、特許文献２に記載されている。

特開２００４−３４５７５１号公報 特開２０１１−１１８６１号公報

上記従来技術である特許文献１に記載のものでは、単に、乗りかご内の荷重と電流指令値とを比較するだけなので、ブレーキを引き摺ったことによる抵抗トルクが小さい場合は極めて困難であり、走行に伴い電流指令値も変化するので、判定値も、乗りかご起動時、定速走行時、停止直前時でそれぞれ定めなくてはならない。また、エレベータの制御パラメータとしてバランスポイント、かご定格積載量、走行抵抗、綱車径、ローピングによって定まる定数、電動機の定格トルク、ブレーキ種類による想定されるブレーキ引き摺り量、などが機種によって異なる場合、その都度、判定値を変えなくてはならず、据付の現場で測定、あるいは調整を繰り返さざるを得ない。

さらに、特許文献２に記載のものも同様であり、異常を検出するためには、予め制御用マイコン等に記憶させる異常検出値を算出したのと同じ条件（例えば、かご内無負荷運転）でエレベータを運転する必要があり、ブレーキ引き摺りを検出する場合には、通常のサービス運転とは別にブレーキ引き摺り検出のための専用運転を実施しなければならない。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、ブレーキ引き摺りを確実に検出すると共に、判定値の設定を容易にし、エレベータの安全性の向上を図ることにある。
また、他の目的としては、特別な検出装置を設けること無く、検出用の運転を不要とすると共に、既設のエレベータへの対応も容易にすることにある。
なお、本発明は上記目的の少なくとも一つを達成するものである。

上記目的を達成するため、本発明は、一端に乗りかごが他端に釣合い錘が結合された主索と、該主索が巻掛けられた綱車を駆動する電動機を備えた巻上機と、該電動機に対してトルク指令値を与える制御装置と、前記巻上機に備えられ前記綱車の駆動を拘束するブレーキ装置と、を有し、前記ブレーキ装置の異常を検出する安全装置付きエレベータにおいて、運転開始時にかご内積載荷重をかご定格積載量に対する割合として検出し、検出されたかご内積載荷重、かご定格積載量Ｌ、かご定格積載量に対する釣合い錘の割合を示すバランスポイントＢＰ、綱車径Ｄ、ローピングによって定まる定数Ｋ、電動機の定格トルクＴｍに関連してブレーキ引き摺り判定値を定め、定常走行中の前記トルク指令値を前記ブレーキ引き摺り判定値と比較することにより、前記ブレーキ装置の異常としてブレーキ引き摺りを検出するものである。

検出されたかご内積載荷重、かご定格積載量Ｌ、かご定格積載量に対する釣合い錘の割合を示すバランスポイントＢＰ、綱車径Ｄ、ローピングによって定まる定数Ｋ、電動機の定格トルクＴｍに関連してブレーキ引き摺り判定値を定め、定常走行中のトルク指令値をブレーキ引き摺り判定値と比較するので、ブレーキ引き摺りを確実に検出でき、エレベータの安全性の向上を図ることができる。

本発明の一実施形態によるエレベータの全体システム構成図。 一実施形態による制御装置のブロック図。 一実施形態による走行時の速度・トルク指令値の変化量およびブレーキ引き摺り判定値を示した特性図。 一実施形態によるブレーキ引き摺りが発生した場合の速度・トルク指令値の変化およびブレーキ引き摺り判定値の関係を示した特性図。 一実施形態によるブレーキ引き摺り検出時のフローチャート。

エレベータの安全性の向上として、ブレーキ引き摺りを確実に検出すると共に、判定値の設定を容易にするため、新たなブレーキの引き摺り検出装置を追加することなく、エレベータの制御用マイコンにブレーキ引き摺り判定値をかご内積載荷重と、トルク指令値に関連したエレベータの制御パラメータと、に基づいて設定し、エレベータ定常走行中のトルク指令値と比較してブレーキ引き摺りの有無を検出する。エレベータの制御パラメータは、バランスポイント、かご定格積載量、走行抵抗、綱車径、主索のローピングによって定まる定数、電動機の定格トルク、ブレーキ種類による想定されるブレーキ引き摺り量、などであり、機種によって異なるが、マイコンには汎用性を持たせるため、ゲイン値とオフセット値とする。

以下、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、システム全体を示す構成図である。図１において、１は乗りかご、２は巻上機の負荷を軽減するための釣合い錘、３は綱車４に巻掛けられた主索（ロープ）であり、その一端には乗りかご１が、他端には釣合い錘２が結合されている。５は綱車４を駆動する電動機であり、電動機５、綱車４、綱車４の駆動を拘束するブレーキ装置、で巻上機を構成している。

６は電動機５に流れる電流を検出する検出器、７は電流検出器６から出力される検出データやその他各種データを取り込んでエレベータを制御する制御装置、８は三相交流電源、９は三相交流をエレベータの動作に適する電力に変換する電力変換装置であり、この電力変換器９に制御装置７からの指令信号を与えることにより、電動機５のトルク、回転数を制御する。トルクに関する指令信号がトルク指令値である。かご内積載荷重は乗りかご１に設けた荷重検出器、あるいは乗車人数より検出する。

図２は、図１において、制御装置７のブロック図である。図２において、６は電動機５に流れる電流を検出する電流検出器、１０はアナログ−ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、１１はブレーキ引き摺り検出処理をはじめとする全体的な動作の制御を行うマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、１２は、ＣＰＵ１１の動作プログラムを格納したプログラム格納用メモリ（ＲＯＭ）、１３は、処理したデータを一時的に書き込む処理データ書き込み用メモリ（ＲＡＭ）、１４は、エレベータの運転を操作する操作部、１５は、外部回路とインターフェースする入出力インターフェース、１６は共通制御バス、１７は、外部接続された操作器、１８はブレーキ引き摺り検出を含むエレベータの各種情報を外部に発報する外部発報器である。

電流検出器６はＡ／Ｄ変換器１０の入力に接続され、Ａ／Ｄ変換器１０の出力は共通制御バス１６に統合される。同様に、ＲＯＭ１２は共通制御バス１６に統合され、ＲＡＭ１３も共通制御バス１６に統合される。ＣＰＵ１１の制御端子も共通制御バス１６に統合される。入出力インターフェース１５には外部接続の操作器１７と発報器１８が接続されるように構成されている。操作器１４は、ブレーキ引き摺りを検出するための判定値をＲＯＭ１２に記憶させるなどのエレベータの運転を操作するものであり、外部接続の操作器１７は、操作器１４が操作できない場合、使用する外部操作器である。

外部接続の操作器１７は、機械室内はもとより操作しやすい場所であれば任意の場所に接続して良い。外部発報器１８はブレーキ引き摺り検出を初めとしたエレベータの各種情報を外部に発報する機器である。外部発報器１８も外部接続の操作器１７と同様に任意の場所に接続すれば良い。

図３は、エレベータにおける走行時の速度・トルク指令値の変化量およびブレーキ引き摺り判定値を示した特性であり、横軸が時間で縦軸が速度及び対応してトルク指令値を示している。図は、かご重負荷時の上昇運転の場合を示したものであり、上図のエレベータの加速・定常・減速に応じて、トルク指令値が変化するが、定常走行中のトルク指令値はほぼ一定であり、このトルク指令値に対してブレーキ引き摺り判定値２１を設定する。
同様に、図４は、ブレーキ引き摺りが発生した場合の速度・トルク指令値の変化およびブレーキ引き摺り判定値２１の関係を示した特性である。

図５は図１ないし４において主にＣＰＵ１１で行われる処理動作を示すフローチャートであり、ブレーキ引き摺り検出処理時のエレベータ動作を示す。以下、処理動作を図１ないし５を参照して説明する。
マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１２は、プログラム格納用メモリ（ＲＯＭ）、１３に格納された制御用パラメータにより電動機５のトルク、回転数を適宜制御する。エレベータの定常走行に必要なトルク指令値τ_mは、制御用パラメータから（１）式となる。

ここで、Ｌmaxはかご内積載荷重＝かご定格積載量に対する割合（％）、ＢＰはかご定格積載量に対する釣合い錘の割合を示すバランスポイント（％）であり、通常は乗りかごの定員に対して半分が乗車したとしてかご定格積載量の５０％とする、Ｌはかご定格積載量（ｋｇ）、Ｌｏｓｓは走行抵抗（ｋｇ）、Ｄは綱車径（ｍ）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ²）、Ｔ_umbはロープアンバランストルク（Ｎｍ）、Ｋはローピングによって定まる定数、Ｔｍは電動機の定格トルク（Ｎｍ）である。（１）式から算出されるトルク指令値は、定格トルクＴｍに対する割合（％）で示され、図３の定常走行時の本来のトルク指令値２０に相当する。

一方、ブレーキ引き摺りによるブレーキトルクτ_bは（２）式のようになる。

ここで、Ｂｒはブレーキ引き摺り量（ｋｇ）、例えば、ダブルブレーキの半吸引状態を想定する場合は、片側ブレーキの静止保持力（ｋｇ）を代入する。Ｒｕはロープアンバランス量（ｋｇ）である。（２）式から算出されるブレーキトルクτ_bは、かご定格積載量Ｌに対する割合（％）で示される。

ブレーキ引き摺り状態において、電動機５への定常走行時のトルク指令値τ_nは、（１）式のＬmaxに対してＬmax+τ_bだけ余分に必要となるので、（３）式となる。

図３のトルク指令値に対するブレーキ引き摺り判定値２１は、（３）式、（２）式より、ブレーキ引き摺り量Ｂｒを設定することに相当する。したがって、ブレーキ引き摺り判定値２１は、Ｂｒ、Ｌ、Ｌｏｓｓ、Ｒｕ、ＢＰ、Ｄ、Ｋ、Ｔ_umb、Ｔｍに基づいて（３）式より、算出しても良いし、Ｌ、Ｌｏｓｓ、Ｒｕ、ＢＰ、Ｄ、Ｋ、Ｔ_umb、Ｔｍに関連してデータベース化して定めたり、Ｌｏｓｓ、Ｒｕ、Ｔ_umb、は所定値としてＬ、ＢＰ、Ｄ、Ｋ、Ｔｍに関連してデータベース化して定めたりすれば良く、制御装置７がデータベースを参照してブレーキ引き摺り判定値を取得する。なお、データベースは、制御装置７に記憶させることで良い。ただし、制御装置７と相互に通信可能に接続され、複数のエレベータシステムを管理するサーバ、あるいはクラウドとなる管理用制御装置にデータベースを設けて、管理用制御装置からブレーキ引き摺り判定値を制御装置７に送信すれば、複数のエレベータシステムで統合的にブレーキ引き摺り判定値を決定することで、信頼性のより向上を図ることができる。

ここでは、ブレーキ引き摺り判定値をエレベータの制御用マイコンに設定するために（４）式のように汎用性を持たせる。
ブレーキ引き摺り判定値＝（（かご内積載荷重−ＢＰ）×ゲイン値）±オフセット （４）
ここで、かご内積載荷重（％）は、かご定格積載量に対して、運転開始時、エレベータ起動時に検出された割合である。かご内積載荷重−ＢＰは、かご内積載荷重のバランスポイントとの差分である。

（４）式のゲイン値とオフセットは、（３）式を用いて、かご内積載荷重Ｌｍａｘをトルク指令値が最小となるバランスポイントの５０％と最大となる１００％の場合とでトルク指令値を算出することで定める。かご内積載荷重がバランスポイントの５０％である場合は（１）式で分かるようにトルク指令値はかご内積載荷重に関係無く、走行抵抗に依存する。トルク指令値が最大となる１００％の場合は、乗りかご内に定員が乗車した場合であり、かご定格積載量となる。ブレーキ引き摺り量Ｂｒはダブルブレーキの半吸引状態を想定するなどで良い。

仮に、かご内積載荷重Ｌｍａｘが５０％と１００％で算出されたトルク指令値を各々、Ａ、Ｂとすると、Ａがオフセット値となり、（４）式の＋オフセット値は上昇運転の場合、−オフセット値は下降運転の場合となる。Ｂはかご内積載荷重が１００％の場合なので、これらの値を（４）式に代入し、ゲイン値は（５）式とすれ良い。
ゲイン値＝（Ｂ±Ａ）／ＢＰ （５）
これにより、通常の場合、ＢＰ＝５０として、ブレーキ引き摺り判定値は、エレベータ起動時に検出したかご内積載量とオフセット値、ゲイン値から（６）式で算出すれば良い。

ブレーキ引き摺り判定値＝（（かご内積載荷重−５０）×（Ｂ±Ａ）／５０）±Ａ （６）
オフセット値とゲイン値は図１の制御装置７に含まれるプログラム格納用メモリ（ＲＯＭ）に格納して記憶し、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１２でエレベータの定常走行に必要なトルク指令値τ_m、つまり、（１）式でエレベータの制御用パラメータＬ、Ｌｏｓｓ、ＢＰ、Ｄ、Ｋ、Ｔ_umb、Ｔｍに関連してデータベース化して設定することが望ましい。これにより、エレベータ起動時にデータベースを参照することで、エレベータの定常走行時のブレーキ引き摺り判定値が自動的に算出される。その後は、算出されたブレーキ引き摺り判定値と実際の定常走行時のトルク指令値を比較してブレーキ引き摺りを検出する。

また、外部接続の操作器１７などを用いて、制御パラメータの設定を切替えることで異なるブレーキと制御装置と組み合わせてブレーキの引き摺りを検出しても良い。さらに、同様に、ブレーキ引き摺り量Ｂｒを設定することで、検出したいブレーキ引き摺り状態を程度に応じて組み合わせ毎、あるいは重要度に応じて複数段階、等のように個々に設定することが望ましい。
以上、いずれにしてもブレーキ引き摺り判定値は、少なくともかご内積載荷重と、制御パラメータに基づいて定めれば良く、制御パラメータの設定を切替えることで、異なるブレーキと制御装置との組み合わせにおいても汎用的にブレーキの引き摺りを検出することができる。

図４は、ブレーキ引き摺りが発生した場合の速度・トルク特性の一例である。ブレーキ引き摺りを生じると、加速時に通常よりも大きなトルクを必要とし、実際のトルク指令値２３が制御装置のトルク制限値２４に達している。そのため、電動機はトルク制限値２４以上のトルクを出力出来ず、実際の速度２２が所定時間で本来の速度１９の水平部である定格速度に達しない状態となっている。

したがって、定常走行に移行する際に本来のトルク指令値２０に対して実際のトルク指令値２３がブレーキ引き摺り判定値を超過２５している。このことをマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）１２が検出した場合、乗りかご１を最寄階へ運転し、エレベータを休止とする。ただし、乗りかご１が所定時間内に最寄階へ到着しない場合、非常停止とし、エレベータを起動不可とする。これにより、不安全な状態で運転が継続されることを回避出来る。

図５は、ブレーキ引き摺り検出時のエレベータ動作をフローチャートに示したものである。
S1:運転が開始されると、制御パラメータより、走行に必要なトルク指令値が演算される。
S2:定常走行に移行したことを確認する。
S3:トルク指令値がブレーキ引き摺り判定値より大きいか判定する。
トルク指令値がブレーキ引き摺り判定値より大きい場合は、ブレーキ引き摺りを検出したとする。この場合、少なくとも最寄階へ運転し、エレベータを休止する。Ｓ６
S4: トルク指令値がブレーキ引き摺り判定値より大きい状態が所定時間継続したか判定する。
S5: トルク指令値がブレーキ引き摺り判定値より大きい状態が所定時間継続した場合は非常停止とする。
ここで、S3、S6で制限時間内に最寄階へ到達しない場合は、トルク指令値がブレーキ引き摺り判定値より大きい状態が所定時間継続することになり、非常停止とし起動不可とする。

また、保守運転時にブレーキ引き摺りを検出した場合は、作業者が直接不安全な状況に陥る危険性があることから、トルク指令値がブレーキ引き摺り判定値よりも大きい状態となった場合、直ちにエレベータは非常停止とし、起動不可とする。

また、ブレーキ引き摺り判定値とトルク指令値とをエレベータの運転に毎に記憶し、その差分の経年変化を監視すれば、差分が一定値以上となることでブレーキ引き摺りの予兆を捉えて警告をすることが望ましい。

以上の様なエレベータのブレーキ引き摺り検出により、エレベータの通常運転を中止してブレーキの点検を行うこと無く、ブレーキ引き摺りの有無を確認するための通常運転とは別の運転を行う必要も無く、更に、別個に検出装置を設けること無い。また、元々エレベータの制御用マイコンに登録されている制御パラメータからブレーキ引き摺り時のトルク指令値を算出しているので、既設のエレベータにも容易に設定出来る。

１…乗りかご
２…釣合い錘
３…主索
４…綱車
５…電動機
６…電流検出器
７…制御装置
８…三相交流電源
９…電力変換装置
１０…A/D変換器
１１…制御用マイコン（ＣＰＵ）
１２…プログラム格納用メモリ（ＲＯＭ）
１３…データ書き込み用メモリ（ＲＡＭ）
１４…エレベータの運転を操作する操作部
１５…入出力インターフェース
１６…共通制御バス
１７…外部操作器
１８…外部発報器
１９…本来の速度
２０…本来のトルク指令値
２１…ブレーキ引き摺り判定値
２２…実際の速度
２３…実際のトルク指令値
２４…トルク指令制限値
２５…異常検出

Claims (8)

1. 一端に乗りかごが他端に釣合い錘が結合された主索と、該主索が巻掛けられた綱車を駆動する電動機を備えた巻上機と、該電動機に対してトルク指令値を与える制御装置と、前記巻上機に備えられ前記綱車の駆動を拘束するブレーキ装置と、を有し、前記ブレーキ装置の異常を検出する安全装置付きエレベータにおいて、
   運転開始時にかご内積載荷重をかご定格積載量に対する割合として検出し、検出されたかご内積載荷重、かご定格積載量Ｌ、かご定格積載量に対する釣合い錘の割合を示すバランスポイントＢＰ、綱車径Ｄ、ローピングによって定まる定数Ｋ、電動機の定格トルクＴｍに関連してブレーキ引き摺り判定値を定め、定常走行中の前記トルク指令値を前記ブレーキ引き摺り判定値と比較することにより、前記ブレーキ装置の異常としてブレーキ引き摺りを検出し、
   前記ブレーキ引き摺り判定値は、かご内積載荷重が前記バランスポイントである場合のトルク指令値Ａと、かご内積載荷重がかご定格積載量である場合のトルク指令値Ｂと、に基づいてブレーキ引き摺り判定値を算出することを特徴とする安全装置付きエレベータ。
2. 請求項１に記載の安全装置付きエレベータにおいて、前記ブレーキ引き摺り判定値は、かご内積載荷重のバランスポイントＢＰとの差分にゲイン値として（Ｂ±Ａ）／ＢＰを積算し、
   上昇運転の場合、＋Ａ、下降運転の場合、−Ａとして算出することを特徴とする安全装置付きエレベータ。
3. 請求項１に記載の安全装置付きエレベータにおいて、前記ブレーキ引き摺りを検出した場合、少なくとも最寄階へ運転し、エレベータを休止することとし、制限時間内に最寄階へ到着しない場合、非常停止とし起動不可とすることを特徴とする安全装置付きエレベータ。
4. 請求項１に記載の安全装置付きエレベータにおいて、前記ブレーキ引き摺り判定値を、制御パラメータであるかご内積載荷重、かご定格積載量Ｌ、かご定格積載量に対する釣合い錘の割合を示すバランスポイントＢＰ、綱車径Ｄ、ローピングによって定まる定数Ｋ、電動機の定格トルクＴｍに関連して定めたデータベースを備え、前記制御装置は前記データベースを参照してブレーキ引き摺り判定値を取得することを特徴とする安全装置付きエレベータ。
5. 請求項４に記載の安全装置付きエレベータにおいて、前記制御装置と通信可能に接続された管理用制御装置を有し、前記データベースは前記管理用制御装置に設けられたことを特徴とする安全装置付きエレベータ。
6. 請求項１に記載の安全装置付きエレベータにおいて、かご定格積載量Ｌ、かご定格積載
   量に対する釣合い錘の割合を示すバランスポイントＢＰ、綱車径Ｄ、ローピングによって定まる定数Ｋ、電動機の定格トルクＴｍを設定する操作器を備えたことを特徴とする安全装置付きエレベータ。
7. 請求項１に記載の安全装置付きエレベータにおいて、前記ブレーキ引き摺り判定値は、さらにブレーキ引き摺り量Ｂｒに関連して定められ、前記ブレーキ引き摺り量Ｂｒを複数設定可能としたことを特徴とする安全装置付きエレベータ。
8. 請求項１に記載の安全装置付きエレベータにおいて、ブレーキ引き摺り判定値とトルク指令値とをエレベータの運転に毎に記憶し、その差分の経年変化を監視することを特徴とする安全装置付きエレベータ。