JP4399438B2 - エレベーター装置 - Google Patents

Description

本発明は、地震や強風によって建屋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の長周期地震動時や強風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（請求項１，２，第２図） 特開昭６０−１９７５７６号（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、地震時に建屋の加速度，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揺れの判定では、長尺物揺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。

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、本発明は、昇降路上部又は建物上部に設置された振動計で検出された建物揺れ信号より前記昇降路内の長尺物振れ量を演算し、地震時又は強風時にエレベーターの管制運転を行うエレベーター装置において、前記建物揺れの大きさ及び前記建物の短辺，長辺方向の揺れ方向ごとに異なる前記建物の一次固有周期に基づいて、それぞれ異なる固有周期を持つ長尺物振れ振動モデルを複数定め、前記長尺物振れ振動モデル毎に前記長尺物振れ量を逐次演算するものである。

また、上記のものにおいて、前記建物の一次固有周期に近い固有周期Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃの前記長尺物振れ振動モデルのもとに前記長尺物振れ量が逐次演算されることが望ましい。

本発明によれば、地震時や強風時の長尺物の振れを精度よく感知して管制運転させることのできるエレベーター装置を提供することができる。

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及び振動感知器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感知器５には、互いに直交する水平方向（ｘ，ｙ方向）の加速度検出機能に加え、地震動到達の初期微動の判定や地震か風かの建物揺れの要因を判定するためのｚ方向の加速度検出機能を持たせている。ここで振動感知器５の加速度センサの構成は、ｘ，ｙ方向一体の２軸とｚ方向軸の組み合わせか、ｘ，ｙ，ｚ方向一体の３軸加速度センサ、あるいは、各軸方向の加速度センサを個別に組み合わせたもとする。そして、振動感知器５の格納ケースには演算部３０があり、前記演算部３０は、振動感知器５が検出したｘ，ｙ方向の加速度信号をもとに、長尺物振れを演算し、長尺物振れ量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。

なお、この演算部３０には、従来から行われている地震時のＳ波による建物揺れの水平方向加速度からの建物揺れ管制運転を行う機能も持たせている。

さらに、振動感知器５の上下振動感知機能で、長尺物振れが発生している場合に上下振動が観測されないと長尺物振れ要因は風と判断でき、乗客に的確な管制状況を伝えることができる。

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。振動感知器５のｘ，ｙ，ｚ方向の検出信号から、振動感知器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，ｚ方向：３１Ｚ）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，ｚ方向：３２Ｚ）を設けている。なお、地震動のＰ波による早期到達判定や建物揺れの地震か風かの要因判定が不要の場合は、ｚ方向の加速度センサやフィルタ
３１Ｚ，３２Ｚは必要ない。

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、予め定める固有周期Ｔ_a ，Ｔ_b ，Ｔ_c からなる複数の長尺物振れ振動モデル毎に長尺物振れを経時ごとに計算するｘ方向振れ応答演算部３４Ｘ，３５Ｘ，３６Ｘとｙ方向振れ応答演算部３４Ｙ，３５Ｙ，３６Ｙを構成し、これら長尺物振れ固有周期ごとのｘ，ｙ方向の振れ応答演算結果を合成する振れ合成演算部３７，３８，３９を備え、これらの合成演算の振れに基づいて長尺物の振れ管制運転を判定する振れ判定部４０を備え、振れ判定部４０の信号を信号線４１で制御盤３に送っている。

振れ判定部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、長尺物振れによるエレベーター管制運転の解除が可能となる。

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、地震時のＳ波による水平方向の建物の揺れ加速度を算出する水平方向加速度合成演算部４２、この演算結果から建物揺れの管制運転の判定を建物揺れ判定部４３で行い、その信号を信号線４４で制御盤３に送っている。建物揺れ判定部４３の実施例では建物揺れ判定を非特許文献１に準じて建物揺れ加速度からの判定としているが、特許文献１，特許文献２に示されるように建物揺れの速度や変位状態量からの判定機能を持たせてもよい。

上下の加速度計測にも、重力加速度成分を取り除くハイパスのフィルタ３１Ｚとノイズ成分を取り除くローパスのフィルタ３２Ｚを介した出力信号３３Ｚから上下動算定部４５で地震時のＰ波初期微動を検出し、その信号を建物揺れ判定部４３に取り込んでいる。

地震時のＰ波初期微動検知は、一般には図１で昇降路２０のピット２３に設置されるＰ波感知器２４で行われているが、上下動は建物で増幅するため建物上部設置の振動感知器５のｚ方向加速度センサで初期微動を観測する方が、ピット部２３よりもより感度良く検出でき、また、ピット部で感知しがちな交通ノイズ振動により誤動作を軽減することも可能である。

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は、非特許文献１に示されている従来方式と基本的に変わるものではないが、非特許文献１では長尺物振れ量に基づく直接の管制ができないため、建物揺れ判定部４３の加速度閾値をエレベーターの構造強度上から許容される加速度レベルよりも建物の高さが高くなるに従い小さく設定し被害の軽減を図っている。一方、本実施例では振れ判定部４０による長尺物振れ管制が行えるため、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からの長尺物振れ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方向の振れを合成する振れ合成演算部が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。

図４で、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を例にとり長尺物振れ回りの三次元模式図で説明する。

３次元的に振れ回る主ロープ７の振幅の大きい中ほどの位置での水平平面５０内の２次元面上の振れ軌跡５１を呈し、固有周期Ｔ_a ，Ｔ_b ，Ｔ_c ごとの振れ軌跡５１のＸ軸への投影成分が長尺物のｘ方向振れ応答演算部３４Ｘ，３５Ｘ，３６Ｘ、であり、Ｙ軸への投影成分が長尺物のｙ方向振れ応答演算部３４Ｙ，３５Ｙ，３６Ｙである。これらより水平平面５０内のｘ，ｙ方向成分の合成演算が、周期毎の長尺物振れの振れ合成演算部３７，３８，３９で行われる。

次に、本実施例の長尺物振れ演算に基づく振れ管制の一例について説明する。図４で示す長尺物振れ量と主ロープ７のブラケット２２などに引っかかる振れ限界寸法Ｌに対する割合α％，β％，γ％，δ％（α＜β＜γ＜δ）を振れ判定部４０の閾値とし、長尺物振れ量による振れ管制の実施例について説明する。

長尺物振れ管制運転は長尺物振れ率がβ％超えで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、かごが最上階に直行走行すると、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振れ判定部４０に持たせる。

次に、地震時のエレベーター管制運転で、本実施例に示す長尺物振れ管制と従来から採用されている建物揺れ管制との併用効果について説明する。長尺物振れ管制と建物揺れ管制とを併用し、予め定めるＰ波閾値，Ｓ波閾値のもとでのＰ波初期感知管制とＳ波初期感知管制を取り込むことにより、長周期地震動での微弱なＰ波初期微動を見逃してもＳ波初期感知で長尺物振れ管制に備えることができる。すなわち、長尺物振れはＳ波到達後に
３０〜６０秒程度かけて成長するため、長尺物振れ管制に早い段階から対処が可能となり、状況に応じて長尺物が総じて振れにくいかご位置に避難することが可能となる。ここで、Ｓ波初期管制を取り入れると、小規模の地震で最寄階一時停止管制の頻度が増すが、Ｓ波感知後の一定時間後には建物揺れ判定部４３で、Ｓ波の加速度の大きさの判定から建物揺れ加速度による管制の解除が判定できるため、長尺物が振れていなければすみやかに通常運転への復帰が可能である。すなわち、Ｓ波感知後の水平方向加速度合成演算部の大きさがエレベーターの構造・機構上の許される建物揺れレベルに達していなければ建物揺れ管制を解除しても、本発明に関わる長尺物振れ管制は機能しているから、エレベーター管制運転の狙いとする機能に支障をきたさない。

以上の説明では、振れ判定部４０の閾値の設定は、単にスカラー量としているが、図４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、長尺物振れ応答計算について説明する。長尺物は長周期地震時や強風時の建物に揺らされて振れ、建物揺れに現れる周期成分は、発生した長周期地震動や風の息に含まれるそれぞれ固有の周期帯域とその大きさにも依存するが、建物揺れ周期の主な成分は建物上部が最も揺れるモードの１次固有周期である。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Ｔ₀ （秒）に接近した場合には建物揺れに共振し、その振れが大きくなる。

例えば、それぞれの長尺物が建物揺れに共振するかごの位置は、かご側の主ロープの場合は建物の下層階附近で、また、張力が主ロープ７よりは小さい調速機ロープ８やコンペンロープ９の場合には建物の中間の階寄りで発生しやすい。このように長尺物振れはかごの位置の影響を受けるが、長尺物の振れによる被害発生の度合いは長尺物の振れ量に関わる。したがって、長尺物の１次固有周期が建物の１次固有周期に近い状態の複数の固有周期をもつ振動モデルで振れ量を算出すれば、エレベーターの管制運転の目的は達成できる。

ここで、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。強風時や長周期地震時の建物揺れ加速度３０Ｇａｌ程度のときの建物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、固有周期の設計値は必ずしも強風時や長周期地震動時の値を与えるものでない。また、建物の短辺，長辺方向の揺れ方向ごとに建物の固有周期は異なる。そこで、建物固有周期の短辺と長辺方向の周期の幅や建物揺れの大きさに依存する周期の変動によって生じる長尺物振れの予測不良を避けるために、固有周期Ｔ_a ，Ｔ_b ，Ｔ_c からなる複数の長尺物振れ振動モデルのもとに振れ予測の確度増しを図り、これらモデル毎の振れ応答から長尺物振れ量を予測して管制運転を行う。なお、観測された地震時の応答データから建物の固有周期の値を学習し、学習した固有周期を用いて、長尺物振れ振動モデルの固有周期Ｔ_a ，Ｔ_b ，Ｔ_c の値を調整すると、長尺物横振れ量の予測精度が向上する。

長尺物振れ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、長尺物振れ量が安定して計算できる共通の値とし、振れ量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振れ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揺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振れ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。

以上の実施例では、演算部３０に、長尺物振れ管制機能をもたせているが、台風時や強い季節風などで長時間にわたって建物が揺れることが気象予報等で予知される場合などには、乗客の不安を避けるために、エレベーターの管制運転を振れ判定部４０の管制から切り離し、長尺物振れ演算部の演算結果を建物設備の監視室内のエレベーター監視盤などに表示させ、長尺物振れ管制機能をエレベーター監視室の判断に委ねる運転方式とすることもできる。

地震時の初期の上下動は建物で増幅するためピット部２３よりもより建物上部で観測するほうが感度良く検出できると説明したが、建物上部に設ける第一の加速度センサによる地震時初期微動感知方式では、エレベーター設備や空調設備で代表されるビル設備機器のノイズ振動の影響をより受け易い。そこで、建物上部でのノイズ振動との従属性が避けられる他の建物の部位に別途の第二の加速度センサを取り付け、これら第一，第二の加速度センサによる地震時初期微動検出の論理和で地震動の初期微動到達を判定するならば、ノイズ振動に影響されることなく初期微動検出が的確にできるようになる。なお、建物上部でのノイズ振動との従属性が避けられるなら、ピット２３に設置されるＰ波感知器２４でもよい。

長尺物振れ管制と建物揺れ管制とを併用し、予め定めるＰ波閾値，Ｓ波閾値のもとでのＰ波初期感知管制とＳ波初期感知管制を同時に取り込むことを考慮すると、初期微動判定には、図５に示すように、ｘ，ｙ，ｚの各方向の加速度信号の合成演算、例えば

とする３軸加速度合成演算部４６の信号で建物揺れ判定部４３の閾値と比較することにより、Ｐ波，Ｓ波混合の初期微動の感知ができ、また、Ｐ波初期微動の主成分は上下動であるが、長周期地震の場合には震源地が遠いために水平方向の加速度成分も含まれる。そこで、Ｐ波初期微動判定を３軸加速度合成信号で行うことより、初期微動感知感度を高めることが可能となる。

上述の実施例では、振動感知器５を機械室２１に設置したが、建物の揺れが観測できる位置ならば特に設置位置を限定しない。さらに、長尺物振れ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、長尺物振れの演算はできる。

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振れ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。 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と設定方法を示す図である。 Ｐ波，Ｓ波の合成による初期微動判定を示す図である。

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…振動感知器、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、２４…Ｐ波感知器、
３０…演算部、３１，３２…フィルタ、３３Ｘ，３３Ｙ，３３Ｚ…フィルタの出力信号、３４Ｘ，３４Ｙ，３５Ｘ，３５Ｙ，３６Ｘ，３６Ｙ…振れ応答演算部、３７，３８，３９…振れ合成演算部、４０…振れ判定部、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、４５…上下動算定部、４６…３軸加速度合成演算部、
５０…水平平面、５１…振れ軌跡、５２…判定エリア。

Claims (5)

1. 昇降路上部又は建物上部に設置された振動計で検出された建物揺れ信号より前記昇降路内の長尺物振れ量を演算し、地震時又は強風時にエレベーターの管制運転を行うエレベーター装置において、
   前記建物揺れの大きさ及び前記建物の短辺，長辺方向の揺れ方向ごとに異なる前記建物の一次固有周期に基づいて、それぞれ異なる固有周期を持つ長尺物振れ振動モデルを複数定め、
   前記長尺物振れ振動モデル毎に前記長尺物振れ量を逐次演算することを特徴とするエレベーター装置。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記建物の一次固有周期に近い固有周期Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃの前記長尺物振れ振動モデルのもとに前記長尺物振れ量が逐次演算されることを特徴とするエレベーター装置。
3. 請求項１に記載のものにおいて、複数の前記長尺物振れ振動モデルの固有周期は、前記建物の一次固有周期に近い状態のそれぞれ異なる値として定められることを特徴とするエレベーター装置。
4. 請求項１に記載のものにおいて、前記長尺物振れ振動モデルの固有周期は、前記建物の耐震設計時の一次固有周期より短めの値として定められたものを含むことを特徴とするエレベーター装置。
5. 請求項１に記載のものにおいて、前記長尺物振れ振動モデルの固有周期は、前記建物の一次固有周期より長い値として定められたものを含むことを特徴とするエレベーター装置。

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