JP5546970B2 - 磁気ガイド制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、例えばエレベータの乗りかごをガイドレールに沿って非接触で走行案内するための磁気ガイド装置の制御装置に関する。

一般に、エレベータの乗りかごは、昇降路内に垂直方向に設置された一対のガイドレールに支持され、巻上機に巻き掛けられたロープを介して昇降動作する。その際、負荷荷重の不均衡や乗客の移動によって生じる乗りかごの揺動は、ガイドレールによって抑制される。

ここで、エレベータの乗りかごに用いられるガイド装置として、ガイドレールに接する車輪とサスペンションとで構成されたローラガイド、もしくは、ガイドレールに対して摺動して案内するガイドシュー等が用いられる。しかし、このような接触型のガイド装置では、ガイドレールの歪みや継ぎ目などで振動や騒音が発生し、また、ローラガイドが回転するときに騒音が発生する。このため、エレベータの快適性が損なわれるといった問題があった。

このような問題点を解決するために、非接触で乗りかごを案内する方法が提案されている。

すなわち、電磁石により構成された磁気ガイド装置を乗りかごに搭載し、鉄製のガイドレールに対して磁力を作用させて、乗りかごを非接触で案内する方法がある（例えば、特許文献１参照）。これは、乗りかごの四隅に配置された電磁石がガイドレールを３方向から囲み、ガイドレールとガイド装置との間の空隙の大きさに応じて電磁石を励磁制御して、乗りかごをガイドレールに対して非接触に案内するものである。

さらに、乗り心地を向上させるための技術として、磁気ガイド装置近傍に設置された加速度センサの信号を用いて、乗りかごとガイドレールとの間の変位量を一定に保持するように制御する方法がある（例えば、特許文献２参照）。

また、上記電磁石を用いた構造で問題となる制御性の低下および消費電力の増大等を解決する手段として、永久磁石を用いる方法がある（例えば、特許文献３参照）。永久磁石と電磁石を併用することにより、消費電力を抑えつつ、低剛性・長ストロークで乗りかごを支持する磁気ガイド装置を実現できる。

特開平５−１７８５６３号公報 特開平８−６７４２７号公報 特開２００１−１９２８６号公報

このように、磁気力を応用し、ガイドレールに対して非接触で乗りかごを支持する磁気ガイド装置では、一般的に電磁石を用いて乗りかごを支える磁力を発生させている。その際、加速度センサを用いて振動を抑制させる場合に、非接触案内の制御系とは別に、加速度信号を処理するための別の制御系を組み込む必要がある。このため、制御アルゴリズムが複雑化すると共に、制御系の安定性を再検討しなければならない。

したがって、制御系の構成を大幅に変更することなく、加速度センサを用いて振動を抑制することのできる磁気ガイド制御装置が求められる。

本実施形態に係る磁気ガイド制御装置は、強磁性体からなるガイドレールに沿って移動する移動体を磁気力の作用により上記ガイドレールから浮上させて非接触で走行案内する磁気ガイド装置を制御する磁気ガイド制御装置において、上記磁気ガイド装置に設置され、上記ガイドレールと上記磁気ガイド装置との間の距離を検出するギャップセンサと、上記移動体に設置され、上記移動体の加速度を検出する加速度センサと、上記ギャップセンサの信号から上記移動体の第１の速度信号を演算する第１の速度演算手段と、上記加速度センサの信号から上記移動体の第２の速度信号を演算する第２の速度演算手段と、上記第１の速度演算手段によって得られた第１の速度信号の高周波領域を減衰させるローパスフィルタと、上記第２の速度演算手段によって得られた第２の速度信号の低周波領域を減衰させるハイパスフィルタと、上記ローパスフィルタを通した上記第１の速度信号と上記ハイパスフィルタを通した上記第２の速度信号とを加算した信号に基づいて上記磁気ガイド装置を制御する制御手段とを具備する。
上記磁気ガイド制御装置において、上記制御手段は、制御開始時および終了時には上記第１の速度信号を用いて上記磁気ガイド装置を制御し、上記移動体が安定して浮上した状態では上記第１の速度信号と上記第２の速度信号とを加算した信号を用いて上記磁気ガイド装置を制御するものであり、上記第１の速度信号に第１の係数を乗じた信号あるいは上記第１の速度信号と上記第２の速度信号とを加算した信号に第２の係数を乗じた信号を上記磁気ガイド装置を制御するための速度信号として導入し、上記第１の係数と上記第２の係数は、０〜１の値を有すると共に、両者の和が１になるように設定されることを特徴とする。
また、他の実施形態に係る磁気ガイド制御装置において、上記制御手段は、上記移動体の変位が所定の範囲内にあるときには上記第１の速度信号と上記第２の速度信号とを加算した信号を用いて上記磁気ガイド装置を制御し、上記移動体の変位が所定の範囲内よりも大きくなった場合に上記第１の速度信号を用いて上記磁気ガイド装置を制御するものであり、上記第１の速度信号に第１の係数を乗じた信号あるいは上記第１の速度信号と上記第２の速度信号とを加算した信号に第２の係数を乗じた信号を上記磁気ガイド装置を制御するための速度信号として導入し、上記第１の係数と上記第２の係数は、０〜１の値を有すると共に、両者の和が１になるように設定されることを特徴とする。

図１は第１の実施形態に係る磁気ガイド装置をエレベータの乗りかごに適用した場合の斜視図である。 図２は同実施形態における磁気ガイド装置の構成を示す斜視図である。 図３は同実施形態における磁気ガイド装置に設けられた磁石ユニットの構成を示す斜視図である。 図４は同実施形態における磁気ガイド装置の磁力制御を行うための磁気ガイド制御装置の構成を示すブロック図である。 図５は同実施形態における磁気ガイド制御装置に設けられた制御演算器の構成を示すブロック図である。 図６は同実施形態における制御演算器に設けられたｘモードに関する制御電圧演算器の構成を示すブロック図である。 図７は第２の実施形態に係る制御演算器に設けられたｘモードに関する制御電圧演算器の構成を示すブロック図である。 図８は第３の実施形態に係る制御演算器に設けられたｘモードに関する制御電圧演算器の構成を示すブロック図である。 図９は第４の実施形態に係るエレベータの乗りかごに対する加速度センサの設置例を示す斜視図である。 図１０は第５の実施形態に係る制御演算器に設けられたｘモードに関する制御電圧演算器の構成を示すブロック図である。 図１１は第６の実施形態に係る制御演算器に設けられたｘモードに関する制御電圧演算器の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る磁気ガイド装置をエレベータの乗りかごに適用した場合の斜視図である。

図１に示すように、エレベータの昇降路１内には、鉄製で強磁性体からなる一対のガイドレール２が立設されている。乗りかご４は、図示せぬ巻上機に巻き掛けられたロープ３によって吊り下げられている。この乗りかご４は、上記巻上機の回転駆動に伴い、ガイドレール２に沿って昇降動作する。なお、図中の４ａはかごドアであり、乗りかご４が各階に着床したときに開閉動作する。

ここで、図１において、乗りかご４の左右方向をｘ、前後方向をｙ、上下方向をｚとし、かつ、それらｘ、ｙ、ｚ軸に関する回転方向をξ、θ、ψとする。

乗りかご４のかご枠４ｂの上下左右の四隅の連結部に、ガイドレール２に対向させて磁気ガイド装置５がそれぞれ取り付けられている。後述するように、この磁気ガイド装置５の磁力を制御することで、乗りかご４がガイドレール２から浮上して非接触で走行することができる。

図２は磁気ガイド装置５の構成を示す斜視図である。

磁気ガイド装置５は、磁石ユニット６、磁石ユニット６とガイドレール２との間に形成される磁気回路中の物理量（磁石ユニット６とガイドレール２との間の間隙）を検出するための複数個（ここでは２個）のギャップセンサ７と、それらを支持している台座８とで構成されている。

なお、磁気ガイド装置５は、図１に示したように乗りかご４のかご枠４ｂの上下左右の四隅の連結部に設けられており、それぞれに同様の構成である。

図３は磁気ガイド装置５に設けられた磁石ユニット６の構成を示す斜視図である。

磁石ユニット６は、永久磁石９ａ，９ｂと、ガイドレール２を３方向から囲む形で磁極を対向させる継鉄１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄとからなる。コイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄは、その継鉄１０ａ，１０ｂ，１０ｃを鉄心として磁極部分の磁束を操作することのできる電磁石を構成する。

このような構成により、ギャップセンサ７等によって検出された磁気回路中の状態量をもとにコイル１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄに励磁して、ガイドレール２と磁気ガイド装置５とを接触させることなく安定して支持することができる。

図４は磁気ガイド装置５の磁力制御を行うための磁気ガイド制御装置２１の構成を示すブロック図である。

磁気ガイド制御装置２１は、センサ部２２と、制御演算器２３と、パワーアンプ２４とを備え、乗りかご４の四隅に設置された磁石ユニット８の吸引力を制御する。なお、図４では、便宜的にセンサ部２２を含めて示されているが、実際にはセンサ部２２は磁気ガイド装置５あるいは乗りかご４側に設けられている。

制御演算器２３は、センサ部２２からの信号に基づいて乗りかご４を非接触案内させるべく各コイル１１に印加する電圧を演算する。パワーアンプ２４は、制御演算器２３の出力に基づいて各コイル１１に電力を供給する。

センサ部２２は、磁気ガイド装置５の磁石ユニット６とガイドレール２との間の空隙の大きさを検出するギャップセンサ７と、乗りかご４の加速度を検出する加速度センサ１２と、各コイル１１に流れる電流値を検出する電流センサ２５とで構成されている。後述するように、本実施形態では、ギャップセンサ７と電流センサ２５に加え、さらに加速度センサ１２を用いていることが特徴である。

このような構成において、磁石ユニット６とガイドレール２との間に所定のギャップ長を維持させるべく、各コイル１１に励磁する電流を制御する。また、非接触で乗りかご４を支持した状態で、そのときに各コイル１１に流れる電流値を積分器を介してフィードバックする。これにより、定常状態にあるときには、乗りかご４の重量および不平衡力の大きさに関わらず、永久磁石９だけの磁力で乗りかご４を支持する、いわゆる「ゼロパワー制御」が行われる。

このゼロパワー制御によって、乗りかご４がガイドレール２に対して非接触で安定に支持される。そして、定常状態では、各コイル１１に流れる電流は零に収束し、安定支持に必要となる力は永久磁石９の磁力だけで済むようになる。

これは、乗りかご４の重量やバランスが変化した場合でも同様である。すなわち、乗りかご４に何らかの外力が加えられた場合、磁石ユニット６とガイドレール２との間の空隙を所定の大きさに調整するために、過渡的にコイル１１に電流が流れる。しかし、再度安定状態になった際には、上記制御手法を用いることにより、コイル１１に流れる電流は零に収束する。そして、乗りかご４に加わる荷重と、永久磁石９の磁力によって発生する吸引力とが釣り合う大きさの空隙が形成される。

次に、制御演算器２３について詳細に説明する。
図５は磁気ガイド制御装置２１に設けられた制御演算器２３の構成を示すブロック図である。

制御演算器２３は、図１に示したｘ，ｙ，θ，ξ，ψの５つの運動軸に関する演算処理を行うものである。図５に示すように、この制御演算器２３は、変位変換器３１、加速度変換器３２、電流変換器３３、制御電圧演算器３４、制御電圧変換器３５から構成されている。

変位変換器３１は、各ギャップセンサ７から得られたギャップ長と予め設定された基準値との差であるギャップ長偏差信号から乗りかご４のｘ方向の変位Δｘ，ｙ方向の変位Δｙ，θ方向（ロール方向）の回転角Δθ，ξ方向（ピッチ方向）の回転角Δξ，ψ方向（ヨー方向）の回転角Δψを演算する。

電流変換器３３は、電流センサ２５から得られた各コイル１１の電流値と予め設定された基準値との差である電流偏差信号から乗りかご４のｘ方向の運動にかかわる電流偏差Δｉｘ、ｙ方向の運動にかかわる電流偏差Δｉｙ、θ方向の回転にかかわる電流偏差Δｉθ、ξ方向の回転にかかわる電流偏差Δｉξ、ψ方向の回転にかかわる電流偏差Δｉψを演算する。

ここで、通常の制御系では、上述した変位の信号と電流の信号から制御電圧を演算するように構成されている。本実施形態では、さらに、その制御系に加える形で、乗りかご４に設置された加速度センサ１２の信号を制御演算器２３に導入している。

加速度センサ１２は、乗りかご４の各運動モードに関する挙動を検出できるように、少なくとも５方向に関して設置される。本実施形態では、図１に示すように、乗りかご４の上方のかご枠４ｂの中央部（ロープ取り付け部付近）に加速度センサ１２ａ、乗りかご４の下方のかご４ｂの両端部に加速度センサ１２ｂ，１２ｃが設置されている。これらの加速度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、それぞれにｘ方向とｙ方向の２方向の加速度を検出可能な２軸加速度センサからなる。

なお、加速度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃの配置は、図１の例に限らず、例えば乗りかご４の上方のかご枠４ｂに２個、下方のかご枠４ｂに１個としても良い。要は、加速度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃが一直線上になければ、どのような配置であっても良い。

なお、本実施形態の場合、２軸加速度センサを３個用いているので、検出可能な方向としては、２×３＝６方向となり、１つ冗長となる。したがって、５方向を検出するだけであれば、２軸加速度センサを２個、１軸加速度センサを１個用いることでも良い。

また、３方向検出可能な３軸加速度センサを用いれば、５方向を検出するに２個の加速度センサで済む。しかし、一般に３軸加速度センサは、電子カメラや携帯電話機などの小型の電子機器に用いられるものであり、検出精度が低く、エレベータのような大型機器には適用できない。

加速度変換器３２は、上述した各加速度センサ１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）の信号から上記５つの方向に対応した加速度Δａｘ，Δａｙ，Δａθ，Δａξ、Δａψを演算する。

制御電圧演算器３４は、変換器３１，３２，３３から得られた各運動モードに関する変位情報と加速度情報と電流情報をもとに、乗りかご４を安定に非接触案内させるためのモード別電磁石制御電圧ｅｘ，ｅｙ，ｅθ，ｅξ，ｅψを演算する。

制御電圧換器３５は、制御電圧演算器３４の出力ｅｘ，ｅｙ，ｅθ，ｅξ，ｅψより各磁石ユニット６のそれぞれのコイル励磁電圧を演算し、この結果をもとにパワーアンプ２４を駆動させる。

ここで、上記制御電圧演算器３４は、さらに左右モード（ｘモード）制御電圧演算器３４ａ、前後モード（ｙモード）制御電圧演算器３４ｂ、ロールモード（θモード）制御電圧演算器３４ｃ、ピッチモード（ξモード）制御電圧演算器３４ｄ、ヨーモード（ψモード）制御電圧演算器３４ｅから構成されている。

以下に、制御電圧演算器３４ａ〜３４ｅの構成について、ｘモードに関する制御電圧演算器３４ａを例にして説明する。

図６は制御演算器２３に設けられたｘモードに関する制御電圧演算器３４ａの構成を示すブロック図である。なお、回転モードに関する演算器では、変位は角度、速度は角速度、加速度は角加速度に相当する。

制御電圧演算器３４ａは、速度演算器４１と、ゲイン補償器４２ａ，４２ｂ，４２ｃと、積分補償器４３とからなり、これらの補償器４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４３の出力を合成して電磁石励磁電圧ｅｘを出力する。

速度演算器４１は、ｘ方向の変位信号Δｘとｘ方向の加速度信号Δａｘからｘ方向の速度信号Δｖを演算する。ゲイン補償器４２ａ，４２ｂ，４２ｃは、それぞれに変位信号Δｘ、速度信号Δｖ、電流信号Δｉｘに対して適当なフィードバックゲインを乗じる。積分補償器４３は、電流目標値と電流信号Δｉｘとの差分を積分して適当なフィードバックゲインを乗じる。

ここで、速度演算器４１は、変位信号Δｘを微分して第１の速度信号を生成する微分器４４に加え、加速度変換器３２から出力される加速度信号Δａｘを積分して第２の速度信号を生成する積分器４６を備える。

さらに、この速度演算器４１において、微分器４４に対してローパスフィルタ４５、積分器４６に対してハイパスフィルタ４７が設けられている。ローパスフィルタ４５は、微分器４４から出力された第１の速度信号の所定の周波数以上の高周波領域を減衰させる。ハイパスフィルタ４７は、積分器４６から出力された第２の速度信号の所定の周波数以下の低周波領域を減衰させる。これらのフィルタ４５，４７によって処理された２つの速度信号を加算することにより、乗りかご４のｘ方向の運動モードに関する速度信号Δｖを生成し、その速度信号Δｖをもとにフィードバック制御を行う。

制御演算器２３に含まれる他の制御電圧演算器３４ｂ〜３４ｅについても同様の構成であり、それぞれに各方向の加速度信号を速度演算器４１に直接取り込み、変位信号を微分して得られる速度信号に上記加速度信号を積分して得られる速度信号を加えて最終的な速度信号を生成してフィードバック制御を行う構成になっている。

磁気ガイド制御装置２１は、このような構成の制御電圧演算器３４（３４ａ〜３４ｅ）を含む制御演算器２３から出力される励磁電圧信号に基づいて、永久磁石９が発生する磁束と同方向または逆方向の磁束を各コイル１１に発生させると共に、磁石ユニット６とガイドレール２との間に隙間を維持した状態でコイル電流を零に収束させるように制御する。

これにより、定常状態において各磁石ユニット６におけるギャップ長は、永久磁石９の起磁力による各磁石ユニット６の磁気吸引力が乗りかご４の重心に作用する各運動モードの力やトルクとつり合うような長さになる。また、乗りかご４に外力が作用すると、磁気ガイド制御装置２１は、各磁石ユニット６のコイル１１の励磁電圧を制御して、定常的にコイル１１に流れる電流を０に収束させる、所謂「ゼロパワー制御」を行う。

このゼロパワー制御を適用した場合、磁石ユニット６とガイドレール２の間の距離を所定の長さに保つ制御がなされるのではなく、乗りかご４に加わる力に応じて、案内位置を変えながら、コイルｌｌに流れる電流を零に収束させるような制御がなされる。

以上のように、乗りかごに加速度センサ１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を設置し、その信号を用いて磁気ガイド装置５の磁力を制御することにより、乗りかご４の振動を抑制して非接触案内を行うことができる。

ここで、通常、加速度センサ１２の信号を用いる場合には、その信号を処理するために別の制御系を設け、その別の制御系から得られる信号と既存の制御系から得られる信号とを合成処理するような複雑な構成が必要となる。このため、制御系の大幅な変更と信号処理の調整が必要となるが、本実施形態では、図６に示したように、加速度センサ１２の信号を速度演算器４１に直接取り込み、変位信号と合わせて速度信号を内部的に生成しているので、制御系の大幅な変更や信号処理の調整を必要とせずに実現できる。

また、ガイドレール２の表面に段差や不連続面があった場合、その部分を磁石ユニット６が通過したときに、ギャップセンサ７の信号が瞬時的に変動する。このギャップセンサ７の信号をもとに得た変位信号を微分すると、上記信号変動が高周波のノイズとして顕著に表れ、乗りかご４を不要に揺らす要因となる。これに対し、本実施形態では、図６に示したように、変位信号を微分器４４にて微分して得た速度信号をローパスフィルタ４５を介して出力する構成としているので、上記信号変動に伴う高周波ノイズを除去することができる。

一方、加速度信号を積分器４６にて積分して生成した速度信号は、積分器４６を介することで高周波成分は減衰するため、上記のようなノイズを含むことはない。しかし、加速度信号を積分しているために、ギャップセンサ７の信号に含まれる定常的な低周波ノイズが蓄積されることがある。これに対し、本実施形態では、図６に示したように、加速度信号を積分器４６にて積分して得た速度信号をハイパスフィルタ４７を介して出力する構成としているので、上記定常的な低周波ノイズを除去することができる。

このように、低周波領域においては変位信号を基準とした速度成分を抽出し、高周波領域においては加速度信号を基準とした速度成分を抽出して、各周波数領域において分離した信号を加算することによって、低周波領域から高周波領域まで、滑らかな速度信号Δｖを得ることができる。この速度信号Δｖを用いてフィードバック制御を行うことにより、揺れが少なく、乗り心地のいいエレベータを実現できる。

なお、変位信号から算出された速度信号を処理するローパスフィルタ４５と、加速度信号から算出された速度信号を処理するハイパスフィルタ４７のカットオフ周波数を一致させることで、全周波数領域においてフラットな特性が得られる。したがって、互いのカットオフ周波数の差が±３０％以内の範囲に収まっていることが望ましい。その範囲であれば、ローパスフィルタ４５およびハイパスフィルタ４７の特性の和が最大で２０％以下のずれとなるため、制御系に大きな影響を与えることなく設計することができる。

また、本実施形態では、磁気ガイド装置５の磁石ユニット６に永久磁石９ａ，９ｂを用いて、ゼロパワー制御により定常電流を零としているため、加速度信号により検出された乗りかご４の揺れに対する振動抑制に電力の大半を割り当てることができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。

ここでは、制御演算器２３を構成する制御電圧演算器３４ａ〜３４ｅについて、ｘモードに関する制御電圧演算器３４ａを例にして説明する。なお、他の制御電圧演算器３４ｂ〜３４ｅについても同様である。

図７は第２の実施形態に係る制御演算器２３に設けられたｘモードに関する制御電圧演算器３４ａの構成を示すブロック図である。なお、上記第１の実施形態における図６の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。

上記第１の実施形態では、速度演算器４１において、ｘ方向の変位信号Δｘから第１の速度信号を生成する際に、微分器４４にて変位信号Δｘを微分していた。しかし、ギャップセンサ７の信号は定常的にノイズ成分を含むと共に、ガイドレール２の段差などにおいては急峻な信号変動を検出してしまう。このような信号を微分処理すると、ノイズ成分を増幅することになり、高精度な制御が困難になる可能性がある。

そこで、第２の実施形態では、微分器４４に代えて、オブザーバ（状態推定器）４８を用いるものとする。オブザーバ４８は、変位信号Δｘおよび電流信号Δｉｘを入力とし、これらの値から第１の速度信号を推定するものであり、微分器４４のように演算によってノイズ成分を増幅することが少ない。

このオブザーバ４８によって得られた第１の速度信号に対し、上記第１の実施形態と同様にローパスフィルタ４５を用いて高周波領域を減衰させることで、よりノイズの少ない滑らかな信号を得ることができる。

このような構成によれば、オブザーバ４８によって変位信号Δｘおよび電流信号Δｉｘから第１の速度信号が求められ、その一方で積分器４６によって加速度信号Δａｘから第２の速度信号が求められる。オブザーバ４８によって得られた第１の速度信号はローパスフィルタ４５にて高周波ノイズが低減され、積分器４６によって得られた第２の速度信号はハイパスフィルタ４７にて低周波ノイズが低減される。その両者の速度信号を加算することで、ノイズを含まない滑らかな速度信号Δｖを得ることができ、その速度信号Δｖに基づいてフィードバック制御を行うことで、より安定した非接触案内制御を実現することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。

ここでは、制御演算器２３を構成する制御電圧演算器３４ａ〜３４ｅについて、ｘモードに関する制御電圧演算器３４ａを例にして説明する。なお、他の制御電圧演算器３４ｂ〜３４ｅについても同様である。

図８は第３の実施形態に係る制御演算器２３に設けられたｘモードに関する制御電圧演算器３４ａの構成を示すブロック図である。なお、上記第１の実施形態における図６の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。

第３の実施形態では、速度演算器４１において、微分器４４に代えて、オブザーバ（状態推定器）４８が用いられていると共に、ハイパスフィルタ４７の後段にゲイン補償器４９と位相補償器５０が設けられている。

オブザーバ４８は、上記第２の実施形態で説明したように、変位信号Δｘおよび電流信号Δｉｘを入力とし、これらの値から第１の速度信号を推定する。また、ゲイン補償器４９は、ｘ方向の加速度信号Δａｘから得られた第２の速度信号に対し、所定のゲインを乗じる。位相補償器５０は、ゲイン補償器４９から出力された第２の速度信号の位相を調整する。

このような構成によれば、オブザーバ４８によって変位信号Δｘおよび電流信号Δｉｘを元に第１の速度信号が求められ、その一方で積分器４６によって加速度信号Δａｘを元に第２の速度信号が求められる。

ここで、加速度信号Δａｘを積分器４６に通した場合に、その積分器４６の特性に応じて第２の速度信号に位相遅れが生じることがあり、その位相遅れを位相補償器５０によって補償するものとする。また、位相補償を行うと、ゲインが変動することがあるため、その変動分をゲイン補償器４９にて補償する。これにより、上記オブザーバ４８およびローパスフィルタ４５を通じて得られる第１の速度信号と合成した際に、時間的なずれを防いで、正しい速度信号Δｖを得ることができる。このような速度信号Δｖに基づいてフィードバック制御を行うことで、より安定した非接触案内制御を実現することができる。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態について説明する。
第４の実施形態では、乗りかごに対する加速度センサの設置箇所と個数を変えている。

図９は第４の実施形態に係るエレベータの乗りかごに対する加速度センサの設置例を示す斜視図である。なお、上記第１の実施形態における図１の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。

上記第１の実施形態では、図１に示すように、３つの加速度センサ１２ａ，１２ｂ，１２ｃを用いて、少なくとも５方向の検出できるように配置していた。これに対し、第４の実施形態では、図９に示すように、乗りかご４の上方のかご枠４ｂのロープ取り付け箇所の中心近傍に加速度センサ１２ａを設置し、乗りかご４の下方のかご枠４ｂの中心近傍に加速度センサ１２ａと垂直に並ぶようにして加速度センサ１２ｄを設置している。これらの加速度センサ１２ａ，１２ｄは、それぞれにｘ方向とｙ方向の２方向の加速度を検出可能な２軸加速度センサからなる。

通常、エレベータ走行中の振動は併進運動と倒れに関する回転運動（ｘ、ｙ、θ、ξ）の運動軸に関する揺れの比率が高い。それらの動きを検出するために、上下方向周りの回転運動（ψ）を除く、主要４方向の回転運動（ｘ、ｙ、θ、ξ）の加速度信号を検出するべく、２つの加速度センサ１２ａ，１２ｄを乗りかご４の上方と下方のかご枠４ｂの中心位置近傍に設置する。

これらの加速度センサ１２ａ，１２ｄの加速度信号を制御電圧演算器３４に入力し、上記第１乃至第４の実施形態と同様の処理において速度信号を生成する。これにより、加速度センサ１２の設置個数を減じても、比較的良好な速度信号を得て、安定した非接触案内制御を行うことができる。

（第５の実施形態）
次に、第５の実施形態について説明する。

ここでは、制御演算器２３を構成する制御電圧演算器３４ａ〜３４ｅについて、ｘモードに関する制御電圧演算器３４ａを例にして説明する。なお、他の制御電圧演算器３４ｂ〜３４ｅについても同様である。

図１０は第５の実施形態に係る制御演算器２３に設けられたｘモードに関する制御電圧演算器３４ａの構成を示すブロック図である。なお、上記第１の実施形態における図６の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。

第５の実施形態では、速度演算器４１において、第１の係数乗算器５１と第２の係数乗算器５２、係数調整器５３が設けられている。第１の係数乗算器５１は、微分器４４から出力される第１の速度信号に対して所定の係数αを乗じる。第２の係数乗算器５１は、微分器４４およびローパスフィルタ４５を通じて得られた第１の速度信号と積分器４６およびハイパスフィルタ４７を通じて得られた第２の速度信号とを加算した信号に対して所定の係数βを乗じる。係数調整器５３は、第１の係数乗算器５１の係数αの値と第２の係数乗算器５２の係数βの値をα＋β＝１．０の範囲内で調整する。第１の係数乗算器５１の出力と第２の係数乗算器５２の出力とを加算した信号を最終的な速度信号Δｖとしてでゲイン補償器４２ｂに与える。

このような構成において、非接触案内制御を開始するときや終了するときには、乗りかご４（磁気ガイド装置５）をガイドレール２から離間させたり接触させたりする必要がある。その際、乗りかご４とガイドレール２とが接触あるいは離間する瞬間に発生する衝撃を加速度センサ１２が検出すると、速度演算器４１による速度信号の生成に影響が出て、不要な揺れを乗りかご４に与えてしまう可能性がある。

そこで、速度演算器４１において、変位信号Δｘから導出された第１の速度信号には、第１の係数乗算器５１によって係数αを乗じ、変位信号Δｘから導出された第１の速度信号と加速度信号Δａｘから導出された第２の速度信号とを加算した信号には第２の係数乗算器５２により係数βを乗じる構成とする。

係数αと係数βは連動して変化するものであり、それぞれが０〜１の値を有すると共に、互いの総和が１とするように変化する。したがって、係数αが１のときに係数βは０となり、速度演算器４１から出力される速度信号Δｖは、変位信号Δｘから導出された第１の速度信号となる。一方、係数αが０となると、係数βは１となり、速度演算器４１から出力される速度信号Δｖは、変位信号Δｘから導出された第１の速度信号と加速度信号Δａｘから導出された第２の速度信号とを加算した信号となる。係数αと係数βが０〜１の値を有している場合には、その比率に応じた速度信号Δｖが出力される。

ここで、非接触案内制御をしていないとき、すなわち、乗りかご４がガイドレール２に接触して停止している状態では、係数αを１、係数βを０とする。非接触案内制御を開始すると、しばらくの間はその状態で制御を実行し、乗りかご４をガイドレール２から離間させて非接触案内状態とする。その後、徐々に係数αを１から０に変化させると共に、係数βを０から１に変化させ、最終的に係数αを０、係数βを１とする。

このように、係数αと係数βを操作することによって、制御開始時には、乗りかご４がガイドレール２から離れるときに生じる衝撃に対する加速度信号Δａｘの応答を排除して、変位信号Δｘから導出された第１の速度信号のみを用いて制御を行うことができる。

また、乗りかご４の非接触状態が安定したときに、変位信号Δｘから導出された第１の速度信号と加速度信号Δａｘから導出された第２の速度信号とを加算した信号を用いることで、上記第１乃至第３の実施形態で説明したように、振動抑制効果の高い制御を行うことができる。

また、その制御の切り替えを係数α，βの調整によってスムーズに行うことで、制御切り替え時に不用意に揺れを生じさせることもない。

一方、非接触案内制御を終了する場合には、係数αを０から１に徐々に変化させると共に、係数βを１から０に変化させる。こうすることにより、制御停止時に乗りかご４がガイドレール２に接触した瞬間に生じる衝撃的な加速度応答をフィードバック系に導入することがなくなり、乗りかご４をスムーズにガイドレール２に接触させて制御を停止させることができる。

なお、上述した係数α，βの操作は、係数調整器５３によって行われる。
すなわち、係数調整器５３は、磁気ガイド装置５の動作を制御するための制御信号ＣＮＴに基づいて、制御開始時に係数αを１から０まで徐々に減少させると共に係数βを０から１まで徐々に増加させ、制御終了時に係数αを０から１まで徐々に増加させると共に係数βを１から０まで徐々に減少させるように第１の係数乗算器５１と第２の係数乗算器５２を調整する。

また、この第５の実施形態は、上記第２の実施形態のように、速度演算器４１の微分器４４をオブザーバ４８に代えた構成であって適用可能である。

また、図１０の例では、微分器４４の出力に第１の係数を乗じる構成とした。しかし、微分器４４の出力にローパスフィルタ４５をかけた後の信号でも磁気浮上が実現できる場合には、ローパスフィルタ処理後の信号を第１の速度信号として扱うこともできる。その場合には、ローパスフィルタ４５の出力に第１の係数を乗じる構成であっても良い。

（第６の実施形態）
次に、第６の実施形態について説明する。

ここでは、制御演算器２３を構成する制御電圧演算器３４ａ〜３４ｅについて、ｘモードに関する制御電圧演算器３４ａを例にして説明する。なお、他の制御電圧演算器３４ｂ〜３４ｅについても同様である。

図１１は第６の実施形態に係る制御演算器２３に設けられたｘモードに関する制御電圧演算器３４ａの構成を示すブロック図である。なお、上記第１の実施形態における図６の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。

第６の実施形態では、上記第５の実施形態と同様に、速度演算器４１において、第１の係数乗算器５１と第２の係数乗算器５２、係数調整器５３が設けられている。第１の係数乗算器５１は、微分器４４から出力される第１の速度信号に対して所定の係数αを乗じる。第２の係数乗算器５１は、微分器４４およびローパスフィルタ４５を通じて得られた第１の速度信号と積分器４６およびハイパスフィルタ４７を通じて得られた第２の速度信号とを加算した第３の速度信号に対して所定の係数βを乗じる。係数調整器５３は、第１の係数乗算器５１の係数αの値と第２の係数乗算器５２の係数βの値をα＋β＝１．０の範囲内で調整する。第１の係数乗算器５１の出力と第２の係数乗算器５２の出力とを加算した信号を最終的な速度信号Δｖとしてでゲイン補償器４２ｂに与える。

ここで、上記第５の実施形態と異なる点は、係数調整器５３が変位信号Δｘに基づいて第１の係数乗算器５１と第２の係数乗算器５２を調整していることである。

すなわち、上述したように、非接触案内を開始するときや終了するときには、乗りかご４（磁気ガイド装置５）をガイドレール２から離間させたり接触させたりする必要がある。その際、乗りかご４とガイドレール２とが接触あるいは離間する瞬間に発生する衝撃を加速度センサ１２が検出すると、速度演算器４１による速度信号の生成に影響が出て、不要な揺れを乗りかご４に与えてしまう可能性がある。

そこで、第６の実施形態では、乗りかご４の案内位置が所定の範囲内にあるときには、変位信号Δｘと加速度信号Δａｘから導出した速度信号Δｖを用いてフィードバック制御を行うように係数αを０とすると共に係数βを１とする。一方、乗りかご４の案内位置が所定の範囲よりも大きくなった場合には、変位信号Δｘから導出した速度信号Δｖを用いてフィードバック制御を行うように係数αを０から１まで徐々に増加させると共に係数βを１から０まで徐々に減少させる。

これにより、走行中に何らかの要因で乗りかご４（磁気ガイド装置５）がガイドレール２と接触してしまった場合でも、衝突時の加速度信号によって乗りかご４が揺さぶられることなく、滑らかに走行させることができる。

なお、この第６の実施形態は、上記第２の実施形態のように、速度演算器４１の微分器４４をオブザーバ４８に代えた構成であって適用可能である。

また、図１１の例では、微分器４４の出力に第１の係数を乗じる構成とした。しかし、微分器４４の出力にローパスフィルタ４５をかけた後の信号でも磁気浮上が実現できる場合には、ローパスフィルタ処理後の信号を第１の速度信号として扱うこともできる。その場合には、ローパスフィルタ４５の出力に第１の係数を乗じる構成であっても良い。

また、上記各実施形態では、エレベータの乗りかごに設けられた磁気ガイド装置を例にして説明したが、本発明はエレベータに限られるものではなく、磁力を利用して非接触案内を行う移動体であれば、その全てに適用可能である。

要するに、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…昇降路、２…ガイドレール、３…ロープ、４…乗りかご、４ａ…かごドア、４ｂ…かご枠、５…磁気ガイド装置、６…磁石ユニット、７…ギャップセンサ、８…台座、９ａ，９ｂ…永久磁石、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ…継鉄、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１１ｄ…コイル、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ…加速度センサ、２１…磁気ガイド制御装置、２２…センサ部、２３…制御演算器、２４…パワーアンプ、２５…電流センサ、３１…変位変換器、３２…加速度変換器、３３…電流変換器、３４…制御電圧演算器、３４ａ〜３４ｅ…各モードの制御電圧演算器、３５…制御電圧変換器、４１…速度演算器、４２ａ，４２ｂ，４２ｃ…ゲイン補償器、４３…積分補償器、４４…微分器、４５…ローパスフィルタ、４６…積分器、４７…ハイパスフィルタ、４８…オブザーバ、４９…ゲイン補償器、５０…位相補償器、５１…第１の係数乗算器、５２…第２の係数乗算器、５３…係数調整器。

Claims (12)

1. 強磁性体からなるガイドレールに沿って移動する移動体を磁気力の作用により上記ガイドレールから浮上させて非接触で走行案内する磁気ガイド装置を制御する磁気ガイド制御装置において、
   上記磁気ガイド装置に設置され、上記ガイドレールと上記磁気ガイド装置との間の距離を検出するギャップセンサと、
   上記移動体に設置され、上記移動体の加速度を検出する加速度センサと、
   上記ギャップセンサの信号から上記移動体の第１の速度信号を演算する第１の速度演算手段と、
   上記加速度センサの信号から上記移動体の第２の速度信号を演算する第２の速度演算手段と、
   上記第１の速度演算手段によって得られた第１の速度信号の高周波領域を減衰させるローパスフィルタと、
   上記第２の速度演算手段によって得られた第２の速度信号の低周波領域を減衰させるハイパスフィルタと、
   上記ローパスフィルタを通した上記第１の速度信号と上記ハイパスフィルタを通した上記第２の速度信号とを加算した信号に基づいて上記磁気ガイド装置を制御する制御手段とを具備し、
   上記制御手段は、制御開始時および終了時には上記第１の速度信号を用いて上記磁気ガイド装置を制御し、上記移動体が安定して浮上した状態では上記第１の速度信号と上記第２の速度信号とを加算した信号を用いて上記磁気ガイド装置を制御するものであり、
   上記第１の速度信号に第１の係数を乗じた信号あるいは上記第１の速度信号と上記第２の速度信号とを加算した信号に第２の係数を乗じた信号を上記磁気ガイド装置を制御するための速度信号として導入し、
   上記第１の係数と上記第２の係数は、０〜１の値を有すると共に、両者の和が１になるように設定されることを特徴とする磁気ガイド制御装置。
2. 強磁性体からなるガイドレールに沿って移動する移動体を磁気力の作用により上記ガイドレールから浮上させて非接触で走行案内する磁気ガイド装置を制御する磁気ガイド制御装置において、
   上記磁気ガイド装置に設置され、上記ガイドレールと上記磁気ガイド装置との間の距離を検出するギャップセンサと、
   上記移動体に設置され、上記移動体の加速度を検出する加速度センサと、
   上記ギャップセンサの信号から上記移動体の第１の速度信号を演算する第１の速度演算手段と、
   上記加速度センサの信号から上記移動体の第２の速度信号を演算する第２の速度演算手段と、
   上記第１の速度演算手段によって得られた第１の速度信号の高周波領域を減衰させるローパスフィルタと、
   上記第２の速度演算手段によって得られた第２の速度信号の低周波領域を減衰させるハイパスフィルタと、
   上記ローパスフィルタを通した上記第１の速度信号と上記ハイパスフィルタを通した上記第２の速度信号とを加算した信号に基づいて上記磁気ガイド装置を制御する制御手段とを具備し、
   上記制御手段は、上記移動体の変位が所定の範囲内にあるときには上記第１の速度信号と上記第２の速度信号とを加算した信号を用いて上記磁気ガイド装置を制御し、上記移動体の変位が所定の範囲内よりも大きくなった場合に上記第１の速度信号を用いて上記磁気ガイド装置を制御するものであり、
   上記第１の速度信号に第１の係数を乗じた信号あるいは上記第１の速度信号と上記第２の速度信号とを加算した信号に第２の係数を乗じた信号を上記磁気ガイド装置を制御するための速度信号として導入し、
   上記第１の係数と上記第２の係数は、０〜１の値を有すると共に、両者の和が１になるように設定されることを特徴とする磁気ガイド制御装置。
3. 上記ローパスフィルタの設定カットオフ周波数と上記ハイパスフィルタの設定カットオフ周波数の差が３０％以下であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ガイド制御装置。
4. 上記第１の速度演算手段は、上記ギャップセンサの信号を微分処理することにより、上記第１の速度信号を算出することを特徴とする請求項１または２記載の磁気ガイド制御装置。
5. 上記第１の速度演算手段は、少なくとも上記ギャップセンサの信号に基づいて上記第１の速度信号を推定するオブザーバによって構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ガイド制御装置。
6. 上記第２の速度演算手段は、上記加速度センサの信号を積分処理することにより、上記第２の速度信号を算出することを特徴とする請求項１または２記載の磁気ガイド制御装置。
7. 上記第２の速度信号に上記第２の速度演算手段の積分処理による位相遅れを補償するための処理を施す位相補償手段をさらに具備したことを特徴とする請求項６記載の磁気ガイド制御装置。
8. 上記磁気ガイド装置の動作を制御するための制御信号に基づいて、制御開始時に上記第１の係数を１から０まで徐々に減少させると共に上記第２の係数を０から１まで徐々に増加させ、制御終了時に上記第１の係数を０から１まで徐々に増加させると共に上記第２の係数を１から０まで徐々に減少させるように調整する係数調整手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１または２記載の磁気ガイド制御装置。
9. 上記ギャップセンサによって得られる変位信号に基づいて、上記移動体の案内位置が所定の範囲内にあるときには上記第１の係数を０とすると共に上記第２の係数を１とし、上記移動体の案内位置が所定の範囲よりも大きくなった場合に上記第１の係数を０から１まで徐々に増加させると共に上記第２の係数を１から０まで徐々に減少させるように調整する係数調整手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１または２記載の磁気ガイド制御装置。
10. 上記加速度センサは、上記移動体の少なくとも３箇所に設置された少なくとも３つのセンサからなり、これらのセンサは一直線上に配置されず、かつ、そのうちの２つは直交する２方向の加速度を検出可能な構成であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ガイド制御装置。
11. 上記加速度センサは、上記移動体の上方と下方の中央部に設置された２つのセンサからなり、これらのセンサは直交する２方向の加速度を検出可能な構成であることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ガイド制御装置。
12. 上記磁気ガイド装置は、電磁石および永久磁石を有する磁石ユニットを有し、
    上記制御装置は、上記電磁石に励磁する電流を制御することで、上記移動体を上記ガイドレールに接触させることなく走行案内すると共に、上記移動体に作用する外力の有無に関わらず、上記電磁石に励磁する電流の定常値を零に収束させることを特徴とする請求項１または２記載の磁気ガイド制御装置。

Images