エレベータドアの制御装置
【課題】 エレベータのドアパネルが人体等に接触したときの接触力を軽減する。
【解決手段】 エレベータドアの制御装置において、電動機の電流指令値と電動機の回転角加速度とドア装置の特性パラメータからドアパネルに加えられる接触力を推定する接触力推定手段と、推定した接触力が規定値以上になった場合に通常の速度制御から力制御に切り替える手段とを有し、力制御時の電動機回転速度を判定基準としてドアを反転する構成とした。
【解決手段】 エレベータドアの制御装置において、電動機の電流指令値と電動機の回転角加速度とドア装置の特性パラメータからドアパネルに加えられる接触力を推定する接触力推定手段と、推定した接触力が規定値以上になった場合に通常の速度制御から力制御に切り替える手段とを有し、力制御時の電動機回転速度を判定基準としてドアを反転する構成とした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エレベータドアの開閉を制御する制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１はエレベータのドア装置の正面図を示したものである。
ドアパネル１の上端には吊り手２が設けられている。図示しない出入り口の上縁部には長手が水平方向に配置された桁３が設けられている。桁３には案内レール４が長手水平方向に配置されるように設けられ、吊り手２の水平移動、すなわちドアパネル１の開閉移動を案内する。桁３にはまた、２つの巻掛車５が互いに離れて枢着され、無端状をなすベルト６が２つの巻掛車５の双方に巻き掛けられて張設されている。
連結具７は一端が吊り手２に、他端はベルト６に連結されており、ドアコントローラ８の指令により駆動装置の一例である電動機９が一方の巻掛車５を駆動する。すなわち、電動機９が駆動されると、巻掛車５が回転してベルト６が駆動され、連結具７によってベルト６に連結された吊り手２及びドアパネル１が、ベルト６の移動によって互いに反対方向に動作して出入口を開閉する。
例えば図１中の矢印で示すように電動機９が時計回り方向に回転した場合、ドアパネル１は閉まる方向に水平移動する。
【０００３】
ドアパネル１には、セーフティーシュー１０が設置されており、例えばドアパネル１が閉まる方向に駆動されているときに人の接触でセーフティーシュー１０がドアパネル１側に押し込まれると、ドアコントローラ８は電動機９に反転指令を送りドアパネル１を開く方向に反転し、ドアの開閉に対して障害となるもの（以下「人体等」と呼ぶ）への負荷を軽減するように構成されている。
しかし、ドアパネル１への接触前に必ずセーフティーシュー１０が動作するわけではなく、セーフティーシュー１０が動作する前にドアパネル１に接触することも考えられる。この場合、人体等には大きな接触力が働くことになる。
また、ドアパネル１の進行方向における障害物の有無を図示しない非接触式のセンサを用いて判断しドアパネル１を反転する技術もあるが、非接触式センサの検出領域の死角を完全に無くすことは難しく、やはり人体等に大きな接触力が働く場合があるといった問題や、非接触式のセンサを追加することでコストが増加するといった問題がある。
【０００４】
このようなセーフティーシュー１０や図示しない非接触式センサが動作しない場合の接触力を軽減する先行技術として、電動機トルク指令値を監視し、所定の制限値以上のトルク指令値が所定の時間以上継続するとドアパネルを反転させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ドアパネルを反転する技術として、開閉パターンから電動機トルクを推定するトルク推定器を有し、トルク指令値と推定値との差分が閾値を超えた場合に過負荷を検出するものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
ドアパネルを反転する技術としては、上記以外に、電動機の過負荷を２段階で検出するとともに、軽微な過負荷で警報する手段により注意を促がし、過大な過負荷で反転するものが開示されている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２３８２８６号公報（第３頁）
【特許文献２】特開２００６−１８２４７７号公報（第４頁、図１）
【特許文献３】特開２００７−２５４０７０号公報（第２〜３頁、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や特許文献２に示す技術は、いずれも人体等への接触時における電動機９のトルク増加に着目した技術である。しかし電動機９のトルクは、ドアパネル１の重さや開閉速度パターンなどの事前にある程度知ることのできるパラメータに依存するだけでなく、ドアパネル１の開閉にともなう摩擦抵抗や各種ロスといった、事前に予測することが困難でかつ経年的及び経時的に変動するパラメータにも影響を受ける。
【０００９】
したがって、予め決めたトルク正常値に対するトルク異常判定値を小さく設定するとドアパネル１が人体等に接触しない場合にも摩擦の増加などにより反転し、かごの昇降開始までの時間が長くなるため運行効率が悪化し、乗客に対する運行効率向上などのサービス性が著しく劣化してしまう。このようなサービス性の劣化を防ぐため、異常判定閾値をある程度大きく設定する必要があり、ドアパネル１衝突時の接触力を十分低減することが難しいという問題があった。
【００１０】
特許文献３に示す技術は、このような判定閾値を小さくできない問題に対し、過負荷検出閾値を２段階に分け、軽微な過負荷で警報手段で注意を促がすことで、無駄な反転によるサービス性劣化を防止しようとするものであるが、ドアパネル１が人体等に接触した場合、軽微な過負荷から過大な過負荷に上昇するまでの時間は一瞬であり、警報に反応する前に人体等に大きな接触力が働いてしまい、結果的に人体等への接触力を低減できないという問題があった。
【００１１】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、無駄なドアパネル反転によるサービス性劣化を生じることなく、かつドアパネル１の人体等への接触力を低減するエレベータドアの制御装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るエレベータドアの制御装置は、乗場を開閉するドアパネルと、
前記ドアパネルを開閉駆動する駆動装置と、
前記駆動装置の回転量または移動量を検出する移動量検出手段と、
ドア装置特性及び許容接触力を記憶するメモリと、
速度指令値と前記移動量検出手段の出力信号から計算される実速度との差から電流指令値を計算する速度制御器と、
前記移動量検出手段の出力信号と、前記電流指令値と、前記ドア装置特性とから前記ドアパネルへの接触力を推定する接触力推定器と、
前記許容接触力と前記接触力推定器で計算された推定接触力の大きさを比較する切替判定器と、
前記許容接触力と前記推定接触力の差から接触力を一定にする速度指令値を計算し出力する第一の速度パターン出力部と、
接触が検知されていない時の通常速度指令値を出力する第二の速度パターン出力部と、
第一の入力部に前記第一の速度パターン出力部の信号を受け、第二の入力部に前記第二の速度パターン出力部の信号を受け、前記切替判定器の出力により第一の入力と第二の入力を切り替え、速度指令値として出力する切替手段と、を有する構成としたものである。
【発明の効果】
【００１３】
接触力を推定し、軽度の過負荷ではすぐに反転することなく、まず力制御に移行する。この動作により、経年的な摩擦変動などによる負荷増加の場合には速度が極端に低下することがないので、ドア開閉を継続することができ運行効率を劣化させることがない。一方、現実に人体等に接触している場合（人体等への接触が発生した場合）には、速度低下により反転動作に移るが、この時も反転動作に移るまでの間は軽度の過負荷状態で接触力を維持しているので、人体等への負荷を軽減することができる効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】エレベータのドア装置を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態１及び２による制御ブロック線図である。
【図３】本発明の実施の形態１による接触力推定器を示すブロック線図である。
【図４】本発明の実施の形態２による接触力推定器を示すブロック線図である。
【図５】本発明の実施の形態２による効果を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態３による制御切替方法を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態４による制御ブロック線図である。
【図８】本発明の実施の形態５におけるエレベータのドア装置正面図である。
【図９】本発明の実施の形態５による制御ブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図２等を用いて以下説明する。
図１に示したエレベータのドア機器の構成は背景技術の説明と同じであるので説明を省略する。図２は実施の形態１における制御ブロック線図を示したものである。ドア装置１０１に設置された駆動装置の一例であるである電動機９には電動機９に通電される電流を検出する電流センサ１１と電動機９の回転を検出する回転センサ１６が移動量検出手段の一例として設置されている。
ドアコントローラ８では、第二の速度パターン出力部である通常速度出力器８０１により、電動機９の通常速度指令値が出力される。切替手段８０８は、後述する切替判定器８１３からの信号により入力信号を第一の入力信号と第二の入力信号とから選択する。接触等が検知されていない通常時には、切替手段８０８は、通常速度出力器８０１からの第二の入力信号を入力として選択している。
【００１６】
切替手段８０８からの出力信号は、回転センサ１６で検出された電動機９の回転速度と減算器８０２で比較され、その差が速度制御器８０３に入力される。速度制御器８０３では減算器８０２の出力である速度差が小さくなるように電流指令値を計算し出力する。なお速度制御器８０３の中身については当業者であれば周知であるＰＩ制御器などでよく、本発明の要点ではないため省略する。
【００１７】
速度制御器８０３から出力される電流指令値は、電流センサ１１で検出された電動機９の電流値と減算器８０４で比較され、その差が電流制御器８０５に入力される。電流制御器８０５では減算器８０４の出力である電流差が小さくなるように電圧指令値を計算し電動機９に出力する。電流制御器８０５の中身については当業者であれば周知であるＰ制御器などでよく、本発明の要点ではないため省略する。
【００１８】
以下では、接触力推定器８０９の動作について説明する。電動機９のトルクτは、電動機９の回転加速度をα、電動機９で駆動する総イナーシャをJ、摩擦等の外乱力をFf、人体等との接触により生じる外乱力をFtとすると式（１）のように表せる。
【００１９】
【数１】
式（１）をFtについて整理すると式（２）が得られる。
【００２０】
【数２】
【００２１】
図３は接触力推定器８０９の動作を示すブロック線図である。速度制御器８０３から出力された電流指令値Icはゲインブロック８０９１でトルク定数Keと巻掛車半径rpに関連する定数Ke/rpを掛けられる。
回転センサ１６で検出された回転角速度ω(t)は、メモリブロック８０９２で記憶されている所定時間Δt前の回転角速度ω(t-Δt)を減算器８０９３で減じられゲインブロック８０９４で1/Δtrpが掛けられる。ゲインブロック８０９４の出力信号には更に乗算器８０９５でメモリ８１４に記憶されているイナーシャパラメータJが掛けられる。
減算器８０９６では、ゲインブロック８０９１の出力信号から、乗算器８０９５の出力と、メモリ８１４に記憶されている摩擦外乱力Ffが減じられる。
【００２２】
このようにすることで減算器８０９６の出力として式（２）に示すFtが得られる。さらにこの信号に高周波ノイズ処理がローパスフィルタ８０９７で施され、接触力推定値Ftとして出力される。
【００２３】
切替判定器８１３では、この接触力推定器８０９からの出力である接触力推定値Ftと定数ブロック８１０から出力される許容接触力Fmaxとが比較されFmaxの方が大きい場合は第二の入力信号を選択するように切替手段８０８に指令を送り、接触力FtがFmax以上になった場合には第一の入力信号を選択するように入力切替手段８０８に指令を送る。
減算器８１１では定数ブロック８１０の出力である許容接触力Fmaxから接触力推定器８０９の出力である接触力推定値Ftが減じられる。減算器８１１の出力である接触力誤差値が小さくなるように第一の速度パターン出力部である力制御器８１２では速度指令値が計算され出力される。この力制御器８１２の中身については速度制御器８０３と同様に、当業者であれば周知であるＰＩ制御器などでよい。
【００２４】
このように制御されることで、接触力推定器８０９で計算される接触力推定値Ftが許容接触力Fmaxより小さい場合は通常の速度追従制御が実施され、人体等のドアパネル１への接触により接触推定値FtがFmax以上になった場合には接触力が一定となるような制御に移行する。これにより速度追従制御をし続けることによる接触力の増加が防止できる。
【００２５】
このようにドアパネル１の接触力が過大になることを防止しつつ、接触力一定制御を行っている間では、反転指令手段８０７によって通常時の速度指令値と切替手段８０８の出力である速度指令値とが比較される。切替手段８０８の出力である速度指令値が通常時の速度指令値に対して所定の閾値以上小さくなった場合には、接触が発生したものと判断し反転指令を出す。
接触力一定制御に移行後も速度指令値が通常時の速度パターンに対して極端に遅れないような場合は、摩擦力などがゴミの挿入などで一時的に増加したものと判断し、接触力がFmax以上にならないようにしつつ戸開閉動作を継続する。
【００２６】
以上により、ゴミなどの挿入により一時的に摩擦力が増加した場合などにおいても無駄な反転動作を行うことがないので、運行効率が劣化することがない。かつ接触時には接触力を許容値Fmax以上にならないように制御するので、人体等への負荷を従来より軽減できるという効果を持つ。
【００２７】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図４等を用いて以下説明する。図１に示したエレベータのドア機器の構成、図２に示した基本制御ブロック線図は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。本実施の形態２では、接触力推定器８０９の中身のみ実施の形態１と異なる。
実施の形態１では、接触力を推定するにあたり、簡易化のためドア機器１０１を総イナーシャJの剛体としていた。この方法は非常に簡易的で実装に向いているが、実際のドア機器１０１には特有の振動特性があり、その特性を考慮した方が、より正確に接触力を推定することができる。以下、この特性を考慮した場合について説明する。
【００２８】
ドア機器１０１を電動機９側のイナーシャJmとドアパネル１側のイナーシャJdが剛性kのばねで接続された二慣性系であると仮定すると、接触力Ftを求める式は式（２）に置き換わり式（３）のように求められる。
【００２９】
【数３】
ただしωp2=k/Jdで、ｓはラプラス演算子である。式（３）でばね剛性kを∞としドア機器１０１がイナーシャJ=Jm+Jdの剛体であると仮定すると式（２）に一致することは明らかである。
【００３０】
ここで、JmJds2/k×αは電動機９の回転角θを２階微分して得られる回転角加速度αをさらに２階微分することを示しており、理論上は問題ないが、実装上では大きな計算誤差を生む要因となる。そこで本項については無視し、式（４）に示す推定式を用いる。
【００３１】
【数４】
【００３２】
図４は本実施の形態２における接触推定器８０９の動作を示すブロック線図である。図４の動作は式（２）と式（４）が似ていることからも分かるように図３に追加の動作を加えたものとなる。共通部分は実施の形態１で示した図３と同じであるので、追加部分について説明する。
【００３３】
２階微分ブロック８０９８では、ゲインブロック８０９１からの出力が入力され、２階微分が実施される。実際には図３で説明したメモリブロック８０９２と減算器８０９３のようなブロックにより微分動作が２回実施されるが、ここでは簡略化して２階微分ブロック８０９８として示した。
メモリ８１４には、図３で示した総イナーシャJと摩擦外乱Ffに加え、1/ωp2が記憶されている。ここでωpはドア機器１０１の１次固有振動数であるので、予め定数として記憶しておいてもよいが、学習によって得ても良い。
乗算ブロック８０９９で２階微分ブロック８０９８の出力と1/ωp2が掛け算され、その出力が加算器８０９０で減算器８０９６の出力と加えられる。このようにすることで式（４）に示す接触力推定値が得られる。
【００３４】
図５は簡易シミュレーションにより、本実施の形態２の効果を検証した結果を示すグラフである。接触力として図５破線で示すステップ外乱を加えたとき、接触力推定器８０９が実施の形態１に示した式（２）を用いた場合、接触力推定値は図５中の一点鎖線のようになる。実施の形態２における式（４）を用いた場合、接触力推定値は図５中の実線のようになる。
【００３５】
図５から明らかなように、推定式として式（４）を用いた場合には、より正確に接触力を推定できていることが確認できる。このように本実施の形態２に示す技術を用いた場合、実施の形態１よりも多くのパラメータを必要とはするが、より正確に接触力を推定できるので接触力を高精度に制御することができ、結果として人体等への負荷を軽減することができるという利点を有する。
【００３６】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について、図６を用いて以下説明する。
高速走行時の人体等への接触などのケースでは、接触力が急激に変動するため、実施の形態１〜２に示した接触力一定制御技術を適用した場合、電動機９に高いトルクと高い応答特性を要求する可能性も考えられる。
【００３７】
そこで、図６に示すように、速度で接触力軽減制御方法を切り替える技術が有効になる。つまり速度の絶対値が所定値Vc以下の時には、実施の形態１〜２に示した接触力一定制御技術による接触力軽減制御Ｉを行う。Vc以上の時には別の接触力軽減制御IIを行う。このようにすることで、より信頼性の高い接触力軽減効果を得ることができる。
【００３８】
実施の形態４．
さらに、本発明の実施の形態４について、図７を用いて以下説明する。本実施の形態では、エレベータのドア機器の構成は図１と同じであるため省略する。図７は本実施の形態４における制御ブロック線図を示したものである。図７において、１１、８１、１０１及び８０１〜８１４の説明は図２と同じであるため、同一符号を付して示し、ここではそれらの説明を省略する。図２と図７の構成の違いとしては、図７においては、移動量検出手段として、回転センサ１６のかわりに速度推定器８１５が設けられていることである。
【００３９】
近年、回転センサを持たないセンサレス駆動技術が盛んに研究されている。例えば、特開２０００−７８８７８号公報には、電動機９の回転位置を誘起電圧の位置依存性より推定する技術が公開されている。また特開２００４−５１４３９２号公報には電動機９のインダクタンスの突極性を利用し電動機９の回転位置を推定する技術が公開されている。
【００４０】
本発明はこのようなセンサレス駆動技術を用いたエレベータドアの制御装置にも適用可能である。すなわち、電流制御器８０５から出力される電圧指令値と電流センサ１１から出力される実測電流値を用いて速度推定器８１５によって電動機９の回転速度を推定する。速度推定器８１５の詳細については本発明の本質ではないため省略する。このように回転センサ１６の出力信号の代わりに、速度推定器８１５によって推定された推定回転速度を用いてもよい。
このように構成することで、回転センサ１６が無い場合にも実施の形態１とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００４１】
実施の形態５．
最後に、本発明の実施の形態５について図８、図９を用いて以下説明する。図８は、実施の形態５に係るエレベータのドア機器構成を示した図である。図８における１〜８については図１と同じであるため同一符号について示し、ここではそれらの説明を省略する。図１と図８の構成の違いとしては、図８では、かご側ドア１の駆動装置として、電動機９の代わりに、可動コイル１８と永久磁石１７とで構成されるリニアモータ２０が用いられていること、移動量検出手段として、回転センサの代わりに位置センサ１９が用いられていることである。
【００４２】
本発明はこのようなリニアモータ２０を用いたエレベータドアの制御装置にも適用可能である。リニアモータ２０では可動コイル１８に電流を流すことで、永久磁石１７に対して、駆動力が図８の紙面に対して左右方向に働く。この時のかご側ドア１の位置を位置センサ１９で検出する。
【００４３】
図９は本実施の形態５に係る制御ブロック線図を示したものである。図９において、１１、１０１及び８０１〜８１４の説明は図２と同じであるため、同一符号を付して示し、ここではそれらの説明を省略する。図２と図９の構成の違いとしては、図９においては、電動機９の代わりにリニアモータ２０が、回転センサ１６の代わりに位置センサ１９が設けられている点である。位置センサ１９の出力を微分ブロック８１６で微分することで速度を計算しており、その他については実施の形態１と同じである。
したがって、本実施の形態５のようにリニアモータ２０を用いた場合においても、実施の形態１と同様な制御を行うことができ、人体等への負荷を軽減できるという効果を持つ。
【符号の説明】
【００４４】
１ ドアパネル、９、２０ 駆動装置、１６、１９、８１５ 移動量検出手段、
８０１ 第二の速度パターン出力部、８０３ 速度制御器、８０７ 反転指令手段、
８０８ 切替手段、８０９ 接触力推定器、８１２ 第一の速度パターン出力部、
８１３ 切替判定器、８１４ メモリ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エレベータドアの開閉を制御する制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１はエレベータのドア装置の正面図を示したものである。
ドアパネル１の上端には吊り手２が設けられている。図示しない出入り口の上縁部には長手が水平方向に配置された桁３が設けられている。桁３には案内レール４が長手水平方向に配置されるように設けられ、吊り手２の水平移動、すなわちドアパネル１の開閉移動を案内する。桁３にはまた、２つの巻掛車５が互いに離れて枢着され、無端状をなすベルト６が２つの巻掛車５の双方に巻き掛けられて張設されている。
連結具７は一端が吊り手２に、他端はベルト６に連結されており、ドアコントローラ８の指令により駆動装置の一例である電動機９が一方の巻掛車５を駆動する。すなわち、電動機９が駆動されると、巻掛車５が回転してベルト６が駆動され、連結具７によってベルト６に連結された吊り手２及びドアパネル１が、ベルト６の移動によって互いに反対方向に動作して出入口を開閉する。
例えば図１中の矢印で示すように電動機９が時計回り方向に回転した場合、ドアパネル１は閉まる方向に水平移動する。
【０００３】
ドアパネル１には、セーフティーシュー１０が設置されており、例えばドアパネル１が閉まる方向に駆動されているときに人の接触でセーフティーシュー１０がドアパネル１側に押し込まれると、ドアコントローラ８は電動機９に反転指令を送りドアパネル１を開く方向に反転し、ドアの開閉に対して障害となるもの（以下「人体等」と呼ぶ）への負荷を軽減するように構成されている。
しかし、ドアパネル１への接触前に必ずセーフティーシュー１０が動作するわけではなく、セーフティーシュー１０が動作する前にドアパネル１に接触することも考えられる。この場合、人体等には大きな接触力が働くことになる。
また、ドアパネル１の進行方向における障害物の有無を図示しない非接触式のセンサを用いて判断しドアパネル１を反転する技術もあるが、非接触式センサの検出領域の死角を完全に無くすことは難しく、やはり人体等に大きな接触力が働く場合があるといった問題や、非接触式のセンサを追加することでコストが増加するといった問題がある。
【０００４】
このようなセーフティーシュー１０や図示しない非接触式センサが動作しない場合の接触力を軽減する先行技術として、電動機トルク指令値を監視し、所定の制限値以上のトルク指令値が所定の時間以上継続するとドアパネルを反転させるものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、ドアパネルを反転する技術として、開閉パターンから電動機トルクを推定するトルク推定器を有し、トルク指令値と推定値との差分が閾値を超えた場合に過負荷を検出するものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００６】
ドアパネルを反転する技術としては、上記以外に、電動機の過負荷を２段階で検出するとともに、軽微な過負荷で警報する手段により注意を促がし、過大な過負荷で反転するものが開示されている（例えば特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平３−２３８２８６号公報（第３頁）
【特許文献２】特開２００６−１８２４７７号公報（第４頁、図１）
【特許文献３】特開２００７−２５４０７０号公報（第２〜３頁、図３）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１や特許文献２に示す技術は、いずれも人体等への接触時における電動機９のトルク増加に着目した技術である。しかし電動機９のトルクは、ドアパネル１の重さや開閉速度パターンなどの事前にある程度知ることのできるパラメータに依存するだけでなく、ドアパネル１の開閉にともなう摩擦抵抗や各種ロスといった、事前に予測することが困難でかつ経年的及び経時的に変動するパラメータにも影響を受ける。
【０００９】
したがって、予め決めたトルク正常値に対するトルク異常判定値を小さく設定するとドアパネル１が人体等に接触しない場合にも摩擦の増加などにより反転し、かごの昇降開始までの時間が長くなるため運行効率が悪化し、乗客に対する運行効率向上などのサービス性が著しく劣化してしまう。このようなサービス性の劣化を防ぐため、異常判定閾値をある程度大きく設定する必要があり、ドアパネル１衝突時の接触力を十分低減することが難しいという問題があった。
【００１０】
特許文献３に示す技術は、このような判定閾値を小さくできない問題に対し、過負荷検出閾値を２段階に分け、軽微な過負荷で警報手段で注意を促がすことで、無駄な反転によるサービス性劣化を防止しようとするものであるが、ドアパネル１が人体等に接触した場合、軽微な過負荷から過大な過負荷に上昇するまでの時間は一瞬であり、警報に反応する前に人体等に大きな接触力が働いてしまい、結果的に人体等への接触力を低減できないという問題があった。
【００１１】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、無駄なドアパネル反転によるサービス性劣化を生じることなく、かつドアパネル１の人体等への接触力を低減するエレベータドアの制御装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るエレベータドアの制御装置は、乗場を開閉するドアパネルと、
前記ドアパネルを開閉駆動する駆動装置と、
前記駆動装置の回転量または移動量を検出する移動量検出手段と、
ドア装置特性及び許容接触力を記憶するメモリと、
速度指令値と前記移動量検出手段の出力信号から計算される実速度との差から電流指令値を計算する速度制御器と、
前記移動量検出手段の出力信号と、前記電流指令値と、前記ドア装置特性とから前記ドアパネルへの接触力を推定する接触力推定器と、
前記許容接触力と前記接触力推定器で計算された推定接触力の大きさを比較する切替判定器と、
前記許容接触力と前記推定接触力の差から接触力を一定にする速度指令値を計算し出力する第一の速度パターン出力部と、
接触が検知されていない時の通常速度指令値を出力する第二の速度パターン出力部と、
第一の入力部に前記第一の速度パターン出力部の信号を受け、第二の入力部に前記第二の速度パターン出力部の信号を受け、前記切替判定器の出力により第一の入力と第二の入力を切り替え、速度指令値として出力する切替手段と、を有する構成としたものである。
【発明の効果】
【００１３】
接触力を推定し、軽度の過負荷ではすぐに反転することなく、まず力制御に移行する。この動作により、経年的な摩擦変動などによる負荷増加の場合には速度が極端に低下することがないので、ドア開閉を継続することができ運行効率を劣化させることがない。一方、現実に人体等に接触している場合（人体等への接触が発生した場合）には、速度低下により反転動作に移るが、この時も反転動作に移るまでの間は軽度の過負荷状態で接触力を維持しているので、人体等への負荷を軽減することができる効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】エレベータのドア装置を示す正面図である。
【図２】本発明の実施の形態１及び２による制御ブロック線図である。
【図３】本発明の実施の形態１による接触力推定器を示すブロック線図である。
【図４】本発明の実施の形態２による接触力推定器を示すブロック線図である。
【図５】本発明の実施の形態２による効果を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態３による制御切替方法を示すグラフである。
【図７】本発明の実施の形態４による制御ブロック線図である。
【図８】本発明の実施の形態５におけるエレベータのドア装置正面図である。
【図９】本発明の実施の形態５による制御ブロック線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図２等を用いて以下説明する。
図１に示したエレベータのドア機器の構成は背景技術の説明と同じであるので説明を省略する。図２は実施の形態１における制御ブロック線図を示したものである。ドア装置１０１に設置された駆動装置の一例であるである電動機９には電動機９に通電される電流を検出する電流センサ１１と電動機９の回転を検出する回転センサ１６が移動量検出手段の一例として設置されている。
ドアコントローラ８では、第二の速度パターン出力部である通常速度出力器８０１により、電動機９の通常速度指令値が出力される。切替手段８０８は、後述する切替判定器８１３からの信号により入力信号を第一の入力信号と第二の入力信号とから選択する。接触等が検知されていない通常時には、切替手段８０８は、通常速度出力器８０１からの第二の入力信号を入力として選択している。
【００１６】
切替手段８０８からの出力信号は、回転センサ１６で検出された電動機９の回転速度と減算器８０２で比較され、その差が速度制御器８０３に入力される。速度制御器８０３では減算器８０２の出力である速度差が小さくなるように電流指令値を計算し出力する。なお速度制御器８０３の中身については当業者であれば周知であるＰＩ制御器などでよく、本発明の要点ではないため省略する。
【００１７】
速度制御器８０３から出力される電流指令値は、電流センサ１１で検出された電動機９の電流値と減算器８０４で比較され、その差が電流制御器８０５に入力される。電流制御器８０５では減算器８０４の出力である電流差が小さくなるように電圧指令値を計算し電動機９に出力する。電流制御器８０５の中身については当業者であれば周知であるＰ制御器などでよく、本発明の要点ではないため省略する。
【００１８】
以下では、接触力推定器８０９の動作について説明する。電動機９のトルクτは、電動機９の回転加速度をα、電動機９で駆動する総イナーシャをJ、摩擦等の外乱力をFf、人体等との接触により生じる外乱力をFtとすると式（１）のように表せる。
【００１９】
【数１】
式（１）をFtについて整理すると式（２）が得られる。
【００２０】
【数２】
【００２１】
図３は接触力推定器８０９の動作を示すブロック線図である。速度制御器８０３から出力された電流指令値Icはゲインブロック８０９１でトルク定数Keと巻掛車半径rpに関連する定数Ke/rpを掛けられる。
回転センサ１６で検出された回転角速度ω(t)は、メモリブロック８０９２で記憶されている所定時間Δt前の回転角速度ω(t-Δt)を減算器８０９３で減じられゲインブロック８０９４で1/Δtrpが掛けられる。ゲインブロック８０９４の出力信号には更に乗算器８０９５でメモリ８１４に記憶されているイナーシャパラメータJが掛けられる。
減算器８０９６では、ゲインブロック８０９１の出力信号から、乗算器８０９５の出力と、メモリ８１４に記憶されている摩擦外乱力Ffが減じられる。
【００２２】
このようにすることで減算器８０９６の出力として式（２）に示すFtが得られる。さらにこの信号に高周波ノイズ処理がローパスフィルタ８０９７で施され、接触力推定値Ftとして出力される。
【００２３】
切替判定器８１３では、この接触力推定器８０９からの出力である接触力推定値Ftと定数ブロック８１０から出力される許容接触力Fmaxとが比較されFmaxの方が大きい場合は第二の入力信号を選択するように切替手段８０８に指令を送り、接触力FtがFmax以上になった場合には第一の入力信号を選択するように入力切替手段８０８に指令を送る。
減算器８１１では定数ブロック８１０の出力である許容接触力Fmaxから接触力推定器８０９の出力である接触力推定値Ftが減じられる。減算器８１１の出力である接触力誤差値が小さくなるように第一の速度パターン出力部である力制御器８１２では速度指令値が計算され出力される。この力制御器８１２の中身については速度制御器８０３と同様に、当業者であれば周知であるＰＩ制御器などでよい。
【００２４】
このように制御されることで、接触力推定器８０９で計算される接触力推定値Ftが許容接触力Fmaxより小さい場合は通常の速度追従制御が実施され、人体等のドアパネル１への接触により接触推定値FtがFmax以上になった場合には接触力が一定となるような制御に移行する。これにより速度追従制御をし続けることによる接触力の増加が防止できる。
【００２５】
このようにドアパネル１の接触力が過大になることを防止しつつ、接触力一定制御を行っている間では、反転指令手段８０７によって通常時の速度指令値と切替手段８０８の出力である速度指令値とが比較される。切替手段８０８の出力である速度指令値が通常時の速度指令値に対して所定の閾値以上小さくなった場合には、接触が発生したものと判断し反転指令を出す。
接触力一定制御に移行後も速度指令値が通常時の速度パターンに対して極端に遅れないような場合は、摩擦力などがゴミの挿入などで一時的に増加したものと判断し、接触力がFmax以上にならないようにしつつ戸開閉動作を継続する。
【００２６】
以上により、ゴミなどの挿入により一時的に摩擦力が増加した場合などにおいても無駄な反転動作を行うことがないので、運行効率が劣化することがない。かつ接触時には接触力を許容値Fmax以上にならないように制御するので、人体等への負荷を従来より軽減できるという効果を持つ。
【００２７】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図４等を用いて以下説明する。図１に示したエレベータのドア機器の構成、図２に示した基本制御ブロック線図は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。本実施の形態２では、接触力推定器８０９の中身のみ実施の形態１と異なる。
実施の形態１では、接触力を推定するにあたり、簡易化のためドア機器１０１を総イナーシャJの剛体としていた。この方法は非常に簡易的で実装に向いているが、実際のドア機器１０１には特有の振動特性があり、その特性を考慮した方が、より正確に接触力を推定することができる。以下、この特性を考慮した場合について説明する。
【００２８】
ドア機器１０１を電動機９側のイナーシャJmとドアパネル１側のイナーシャJdが剛性kのばねで接続された二慣性系であると仮定すると、接触力Ftを求める式は式（２）に置き換わり式（３）のように求められる。
【００２９】
【数３】
ただしωp2=k/Jdで、ｓはラプラス演算子である。式（３）でばね剛性kを∞としドア機器１０１がイナーシャJ=Jm+Jdの剛体であると仮定すると式（２）に一致することは明らかである。
【００３０】
ここで、JmJds2/k×αは電動機９の回転角θを２階微分して得られる回転角加速度αをさらに２階微分することを示しており、理論上は問題ないが、実装上では大きな計算誤差を生む要因となる。そこで本項については無視し、式（４）に示す推定式を用いる。
【００３１】
【数４】
【００３２】
図４は本実施の形態２における接触推定器８０９の動作を示すブロック線図である。図４の動作は式（２）と式（４）が似ていることからも分かるように図３に追加の動作を加えたものとなる。共通部分は実施の形態１で示した図３と同じであるので、追加部分について説明する。
【００３３】
２階微分ブロック８０９８では、ゲインブロック８０９１からの出力が入力され、２階微分が実施される。実際には図３で説明したメモリブロック８０９２と減算器８０９３のようなブロックにより微分動作が２回実施されるが、ここでは簡略化して２階微分ブロック８０９８として示した。
メモリ８１４には、図３で示した総イナーシャJと摩擦外乱Ffに加え、1/ωp2が記憶されている。ここでωpはドア機器１０１の１次固有振動数であるので、予め定数として記憶しておいてもよいが、学習によって得ても良い。
乗算ブロック８０９９で２階微分ブロック８０９８の出力と1/ωp2が掛け算され、その出力が加算器８０９０で減算器８０９６の出力と加えられる。このようにすることで式（４）に示す接触力推定値が得られる。
【００３４】
図５は簡易シミュレーションにより、本実施の形態２の効果を検証した結果を示すグラフである。接触力として図５破線で示すステップ外乱を加えたとき、接触力推定器８０９が実施の形態１に示した式（２）を用いた場合、接触力推定値は図５中の一点鎖線のようになる。実施の形態２における式（４）を用いた場合、接触力推定値は図５中の実線のようになる。
【００３５】
図５から明らかなように、推定式として式（４）を用いた場合には、より正確に接触力を推定できていることが確認できる。このように本実施の形態２に示す技術を用いた場合、実施の形態１よりも多くのパラメータを必要とはするが、より正確に接触力を推定できるので接触力を高精度に制御することができ、結果として人体等への負荷を軽減することができるという利点を有する。
【００３６】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について、図６を用いて以下説明する。
高速走行時の人体等への接触などのケースでは、接触力が急激に変動するため、実施の形態１〜２に示した接触力一定制御技術を適用した場合、電動機９に高いトルクと高い応答特性を要求する可能性も考えられる。
【００３７】
そこで、図６に示すように、速度で接触力軽減制御方法を切り替える技術が有効になる。つまり速度の絶対値が所定値Vc以下の時には、実施の形態１〜２に示した接触力一定制御技術による接触力軽減制御Ｉを行う。Vc以上の時には別の接触力軽減制御IIを行う。このようにすることで、より信頼性の高い接触力軽減効果を得ることができる。
【００３８】
実施の形態４．
さらに、本発明の実施の形態４について、図７を用いて以下説明する。本実施の形態では、エレベータのドア機器の構成は図１と同じであるため省略する。図７は本実施の形態４における制御ブロック線図を示したものである。図７において、１１、８１、１０１及び８０１〜８１４の説明は図２と同じであるため、同一符号を付して示し、ここではそれらの説明を省略する。図２と図７の構成の違いとしては、図７においては、移動量検出手段として、回転センサ１６のかわりに速度推定器８１５が設けられていることである。
【００３９】
近年、回転センサを持たないセンサレス駆動技術が盛んに研究されている。例えば、特開２０００−７８８７８号公報には、電動機９の回転位置を誘起電圧の位置依存性より推定する技術が公開されている。また特開２００４−５１４３９２号公報には電動機９のインダクタンスの突極性を利用し電動機９の回転位置を推定する技術が公開されている。
【００４０】
本発明はこのようなセンサレス駆動技術を用いたエレベータドアの制御装置にも適用可能である。すなわち、電流制御器８０５から出力される電圧指令値と電流センサ１１から出力される実測電流値を用いて速度推定器８１５によって電動機９の回転速度を推定する。速度推定器８１５の詳細については本発明の本質ではないため省略する。このように回転センサ１６の出力信号の代わりに、速度推定器８１５によって推定された推定回転速度を用いてもよい。
このように構成することで、回転センサ１６が無い場合にも実施の形態１とほぼ同様な効果を得ることができる。
【００４１】
実施の形態５．
最後に、本発明の実施の形態５について図８、図９を用いて以下説明する。図８は、実施の形態５に係るエレベータのドア機器構成を示した図である。図８における１〜８については図１と同じであるため同一符号について示し、ここではそれらの説明を省略する。図１と図８の構成の違いとしては、図８では、かご側ドア１の駆動装置として、電動機９の代わりに、可動コイル１８と永久磁石１７とで構成されるリニアモータ２０が用いられていること、移動量検出手段として、回転センサの代わりに位置センサ１９が用いられていることである。
【００４２】
本発明はこのようなリニアモータ２０を用いたエレベータドアの制御装置にも適用可能である。リニアモータ２０では可動コイル１８に電流を流すことで、永久磁石１７に対して、駆動力が図８の紙面に対して左右方向に働く。この時のかご側ドア１の位置を位置センサ１９で検出する。
【００４３】
図９は本実施の形態５に係る制御ブロック線図を示したものである。図９において、１１、１０１及び８０１〜８１４の説明は図２と同じであるため、同一符号を付して示し、ここではそれらの説明を省略する。図２と図９の構成の違いとしては、図９においては、電動機９の代わりにリニアモータ２０が、回転センサ１６の代わりに位置センサ１９が設けられている点である。位置センサ１９の出力を微分ブロック８１６で微分することで速度を計算しており、その他については実施の形態１と同じである。
したがって、本実施の形態５のようにリニアモータ２０を用いた場合においても、実施の形態１と同様な制御を行うことができ、人体等への負荷を軽減できるという効果を持つ。
【符号の説明】
【００４４】
１ ドアパネル、９、２０ 駆動装置、１６、１９、８１５ 移動量検出手段、
８０１ 第二の速度パターン出力部、８０３ 速度制御器、８０７ 反転指令手段、
８０８ 切替手段、８０９ 接触力推定器、８１２ 第一の速度パターン出力部、
８１３ 切替判定器、８１４ メモリ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗場を開閉するドアパネルと、
前記ドアパネルを開閉駆動する駆動装置と、
前記駆動装置の回転量または移動量を検出する移動量検出手段と、
ドア装置特性及び許容接触力を記憶するメモリと、
速度指令値と前記移動量検出手段の出力信号から計算される実速度との差から電流指令値を計算する速度制御器と、
前記移動量検出手段の出力信号と、前記電流指令値と、前記ドア装置特性とから前記ドアパネルへの接触力を推定する接触力推定器と、
前記許容接触力と前記接触力推定器で計算された推定接触力の大きさを比較する切替判定器と、
前記許容接触力と前記推定接触力の差から接触力を一定にする速度指令値を計算し出力する第一の速度パターン出力部と、
接触が検知されていない時の通常速度指令値を出力する第二の速度パターン出力部と、
第一の入力部に前記第一の速度パターン出力部の信号を受け、第二の入力部に前記第二の速度パターン出力部の信号を受け、前記切替判定器の出力により第一の入力と第二の入力を切り替え、速度指令値として出力する切替手段と、
を有することを特徴とするエレベータドアの制御装置。
【請求項２】
前記切替手段からの出力信号と前記第二の速度パターン出力部からの出力信号を比較し、前記切替手段からの出力信号が前記第二の速度パターン出力部に対し所定の閾値以上遅れた場合に、前期ドアパネルを停止または反転させる反転指令手段を備えることを特徴とする請求項１記載のエレベータドアの制御装置。
【請求項３】
前記ドア装置特性がドアの各階毎の総イナーシャと摩擦力であることを特徴とする請求項１記載のエレベータドアの制御装置。
【請求項４】
前記ドア装置特性がドアの各階毎の総イナーシャと摩擦力とドアの固有振動数であることを特徴とする請求項１記載のエレベータドアの制御装置。
【請求項５】
前記ドアパネルの開閉速度が所定値以下のときに用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエレベータドアの制御装置。
【請求項１】
乗場を開閉するドアパネルと、
前記ドアパネルを開閉駆動する駆動装置と、
前記駆動装置の回転量または移動量を検出する移動量検出手段と、
ドア装置特性及び許容接触力を記憶するメモリと、
速度指令値と前記移動量検出手段の出力信号から計算される実速度との差から電流指令値を計算する速度制御器と、
前記移動量検出手段の出力信号と、前記電流指令値と、前記ドア装置特性とから前記ドアパネルへの接触力を推定する接触力推定器と、
前記許容接触力と前記接触力推定器で計算された推定接触力の大きさを比較する切替判定器と、
前記許容接触力と前記推定接触力の差から接触力を一定にする速度指令値を計算し出力する第一の速度パターン出力部と、
接触が検知されていない時の通常速度指令値を出力する第二の速度パターン出力部と、
第一の入力部に前記第一の速度パターン出力部の信号を受け、第二の入力部に前記第二の速度パターン出力部の信号を受け、前記切替判定器の出力により第一の入力と第二の入力を切り替え、速度指令値として出力する切替手段と、
を有することを特徴とするエレベータドアの制御装置。
【請求項２】
前記切替手段からの出力信号と前記第二の速度パターン出力部からの出力信号を比較し、前記切替手段からの出力信号が前記第二の速度パターン出力部に対し所定の閾値以上遅れた場合に、前期ドアパネルを停止または反転させる反転指令手段を備えることを特徴とする請求項１記載のエレベータドアの制御装置。
【請求項３】
前記ドア装置特性がドアの各階毎の総イナーシャと摩擦力であることを特徴とする請求項１記載のエレベータドアの制御装置。
【請求項４】
前記ドア装置特性がドアの各階毎の総イナーシャと摩擦力とドアの固有振動数であることを特徴とする請求項１記載のエレベータドアの制御装置。
【請求項５】
前記ドアパネルの開閉速度が所定値以下のときに用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のエレベータドアの制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−５７３８８（Ｐ２０１１−５７３８８Ａ）
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２０９３３４（Ｐ２００９−２０９３３４）
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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