异常检测装置以及异常检测方法与流程

本发明涉及一种电磁制动器的异常检测装置以及异常检测方法。

背景技术：

作为利用电磁制动器的装置例举电梯。电梯是在大厦内将人们在上下方向进行输送的装置，是在都市空间中必要的装置。电梯通过卷扬机驱动与轿厢相连接的缆线来进行升降。为了将轿厢保持静止状态在卷扬机设置了制动器。制动器是在电源切断的状态下制动器有效来输出制动力的结构，从而即使在停电时也能保持轿厢位置。作为制动器的代表性结构，具有电磁制动器。其在静止时通过弹簧力产生制动力，在运行时希望释放制动器的情况下，使电流流过螺线管，产生对抗弹簧力的力来释放制动器。

在电磁制动器中，当动作中产生不良时，制动器不工作，不释放制动力，因此轿厢无法升降。为此，希望通过适当的维护来确认制动器的动作。作为用于检测电磁制动器的异常的装置，例如公开了专利文献1所示的发明。在专利文献1公开的技术中，测量螺线管内的电磁铁的线圈中流过的电流，根据该波形的变动检测异常的动作。另外，在专利文献2公开的发明中，当线圈的温度在预定值以下时进行电磁制动器的诊断。

在上述专利文献1、2中，都是根据线圈中流过的电流波形检测有没有异常。电流波形与线圈的温度相关，因此在专利文献2中，为了进行正确的诊断，在线圈温度为预定值时执行诊断。但是，线圈的温度由电流以怎样的频度流过线圈以及与外部气温之间的平衡来决定，即使在同样地流过电流的情况下，随着时间经过的线圈温度降低由于受到外部气温的影响而并非一样。

另外，电磁制动器的状态受到电磁制动器的设置环境、运行履历、材料、以及结构等个体差异的影响，因此要求考虑了个体差异的异常检测。

由此，不根据电磁制动器的状态来正确地检测异常成为课题。

专利文献

专利文献1：日本特开昭62-91357号公报

专利文献2：日本特开2000-351550号公报

技术实现要素：

为了解决上述课题，一种异常检测装置，其取得表示电磁制动器中流过的电流的信号，根据取得的所述信号来判定所述电磁制动器是否为异常状态，其具备：特性推定器，其推定在所述电磁制动器的异常诊断时反映了所述电磁制动器的状态的特性；规定值保存器，其存储所述电磁制动器的异常检测的规定值；判定器，其根据所述信号、所述特性、所述规定值来判定所述电磁制动器是否为异常状态；输出器，其输出所述判定器的判定结果。

本发明可以提供一种不根据电磁制动器的状态能够正确地检测异常的技术。

附图说明

图1是表示具备作为异常检测对象的电磁制动器的电梯的全体结构图。

图2是表示电磁制动器的概要图。

图3是表示第一实施方式的异常检测装置的全体结构的框图。

图4是表示通过电流测量器测量的电流波形。

图5是表示线圈温度与电流值的关系的图。

图6是表示线圈温度的推定步骤的流程图。

图7是表示第二实施方式的异常检测装置的全体结构的框图。

图8是表示第三实施方式的异常检测装置的全体结构的框图。

图9是表示第四实施方式的异常检测装置的全体结构的框图。

图10是表示第五实施方式的异常检测装置的全体结构的框图。

具体实施方式

以下，对于本发明第一实施方式的异常检测装置进行说明。

首先，对具备作为异常检测对象的电磁制动器10的电梯的结构进行说明。图1是电梯1的全体结构图。如图1所示，电梯1具备用于承载用户的轿厢2、经由缆绳3用于使轿厢2上下运动的驱动装置4、用于取得与轿厢2的平衡的对重5、配置在驱动装置4附近架设缆绳3的反绳轮6。

轿厢2和对重5设置在在建筑构造物内形成的井道17内，驱动装置4和反绳轮6设置在在建筑构造物内形成的机械室18内。驱动装置4具备驱动电动机7和电磁制动器10。另外，在机械室18内设置有在后述的螺线管11的表面安装的表面温度测量器8和在螺线管11附近测定外部气温(机械室18内的温度)的外部气温测量器9。

然后，参考图2对作为异常检测对象的电磁制动器10的结构进行说明。图2是表示电磁制动器10的概要图。

电磁制动器10具有螺线管11、制动弹簧12、杠杆13、制动片14、制动鼓15。螺线管11具有铁芯11A、线圈11B、拉杆11C。拉杆11C与铁芯11A相连接，将力传递给杠杆13。制动弹簧12经由杠杆13向制动鼓15按压制动片14。制动片14安装在杠杆13上。制动鼓15与卷绕缆绳3的未图示的绳轮相连接。

在电流没有流过线圈11B时，铁芯11A不进行动作，因此通过制动弹簧12的作用力经由杠杆13将制动片14按压在制动鼓15上。由此，制动鼓15不旋转(静止)，因此轿厢2也处于静止状态。另一方面，在轿厢2进行升降时，电流流过线圈11B，铁芯11A进行运转，经由拉杆11C推动杠杆13。当此时的力大于制动弹簧12的作用力时，杠杆13转动使得制动片14从制动鼓15脱离。由此，对于制动鼓15的制动力被释放，轿厢2能够升降。

然后，参考图3对本实施方式的异常检测装置进行详细说明。图3是表示本实施方式的异常检测装置20的全体结构的框图。

异常检测装置20具备基准时刻设定器21、动作履历保存器22、热量推定器23、表面温度测量器8、外部气温测量器9、放热量推定器24、内部温度推定器25。

基准时刻设定器21判断由表面温度测量器8测量到的表面温度以及由外部气温测量器9测量到的外部气温是否相等，在相等时将该时刻设定为基准时刻。动作履历保存器22从电梯1的控制盘16取得并保存基准时刻以后的电梯1的动作履历。热量推定器23根据在动作履历保存器22中保存的动作履历来推定电磁制动器10的运转履历，并根据该运转履历来推定在线圈11B中积蓄的热量。表面温度测量器8测量螺线管11的表面温度。外部气温测量器9测量外部空气(机械室18内)的温度。放热量推定器24根据表面温度测量器8测量到的表面温度以及外部气温测量器9测量到的外部气温，来推定每单位时间的放热量。内部温度推定器25根据热量推定器23推定出的热量以及放热量推定器24推定出的放热量来推定线圈11B的内部温度。

异常检测系统20还具备：正常数据保存器26、特性推定器27、电流测量器28、信号取得器29、滤波处理器30、特征量运算器31、规定值保存器32、判定器33、输出器34。

正常数据保存器26将正常时的电磁制动器10的线圈11B中流过的电流的数据作为正常数据进行保存。在正常数据保存器26中还保存测定了正常数据时的温度。特性推定器27在异常诊断时，根据在正常数据保存器26保存的正常数据和通过内部温度推定器25推定出的内部温度来推定电磁制动器10的电路的特性值。即，特性推定器27推定异常诊断时反映了电磁制动器10的状态的电气特性。电磁制动器10的状态是指每个个体的气温、运转履历、以及制造上的材料/结构的偏差。此外，特性推定器27例如推定电路的电阻、电感以及电源电压。

电流测量器28测量电磁制动器10动作时线圈11B中流过的电流。信号取得器29取得电流测量器28测量到的电流的信号。滤波处理器30对信号取得器29取得的信号进行滤波处理，并将滤波处理后的信号输入到特征量运算器31。通过滤波处理，从信号中除去噪声或异常检测中不需要的频率成分。作为滤波处理，例如可以是低通滤波处理。

特征量运算器31根据由特性推定器27推定出的特性值和滤波处理后的信号来运算特征量。

规定值保存器32保存有规定值，该规定值用于判断通过特征量运算器31运算出的特征量是否为异常值。根据电磁制动器10的种类，保存多个该规定值，操作者选择与电磁制动器10的种类对应的规定值，并使用选择的规定值。规定值的选择不限于此，可根据电流测量器28测量到的电流波形判定种类来进行选择，也可以在控制盘16中登录该电磁制动器10的种类，取得并选择已登录的电磁制动器10的种类。另外，可以在规定值保存器32中只保存与电梯1具备的电磁制动器10相对应的规定值。

判定器33根据选择的规定值来判定通过特征量运算器31运算出的特征量是否为异常值。输出器34输出判定器33的判定结果。

然后，使用图4对通过电流测量器28测量到的电流波形进行说明。图4的横轴表示时间，纵轴表示电流。如图4所示，在对交流电源进行整流来进行使用时，得到以预定频率振动的电流波形。线圈11B中流过的电流与向线圈11B的通电一起开始上升。伴随着电流值的上升螺线管11内部的吸引力上升，在吸引力胜过制动力的定时铁芯11A运动。当铁芯11A运动时，螺线管11内部的磁场被扰乱，因此在线圈11B中产生反电动势，电压下降，结果电流下降。此后，电流上升，并且当铁芯11A的运转结束时达到预定值。在图3中，时刻t1是铁芯11A开始运动的时刻，电流I1是时刻t1的电流值，电流I2是时刻t2的电流值。

根据图4所示的电流波形，在电流波形产生原有的振动振幅以外的下降现象时，可知铁芯11A进行了运转。即，当与制动器正常动作时的波形进行比较时，在制动器的举动中发现异常的情况下，下降现象的呈现方法不同。另外，经过一定时间后的电流值由电源的电压和电路所具有的电阻来决定。其响应是作为电路的响应，所以例如当电阻变化时，全体波形的大小发生变化。例如，在电阻增大，并且电源电压没有发生变化时，电流值降低。电流值的变动由于受到电路特性的影响，即使是相同的磁场混乱，在电路特性不同时电流波形变动的大小也不同。因此，考虑由于电路的特性值的不同导致的电流波形的变动，在特性推定器27中根据电流波形的变化来推定电磁制动器10的电路的特性值(电阻值、电感以及电源电压)。

线圈11B随着通电而发热。由于线圈11B被封闭在壳体内，因此随着通电时间增大内部温度上升。如果线圈11B的温度上升则电阻也增大，因此电流值随着线圈11B的温度上升而降低。由此，在将用于检测异常的判定值设为恒定值的情况下，会受到该温度上升的影响。

图5是表示线圈温度与电流值的关系的图。如图5所示，当线圈温度上升时，因为电阻增大所以电流值降低。因此，在图4中的时刻t2，也随着线圈11B的温度上升而电流值降低。如此，与温度相关地产生电流波形，因此通过预先掌握温度可以加入电流波形的变化来进行判定。关于线圈11B的温度上升，事前通过以何种程度流过电流而变化。线圈11B的发热量由电流值和电压和时间的乘积来表示。因此，如果知道线圈11B中积蓄的热量以何种程度向外部放热，则可以推定当前的线圈温度。由内部温度和外部气温的差来决定从螺线管11向外部以怎样的程度放热。此时，在将螺线管11壳体的热传导的热阻抗设为h1，将从壳体向大气的热传导的热阻抗设为h2，将线圈温度设为T1，将壳体表面温度设为t2，将外部气温设为t3时，当设热流量为Q时，成为以下的关系：

Q＝(T1－T2)/h1…(1)

Q＝(T2－T3)/h2…(2)

在从式(1)、式(2)删除Q时，成为：

(T1－T2)/h1＝(T2－T3)/h2…(3)

即，如果遵照上式预先掌握热阻抗，则通过测量表面温度和外部气温来求出热流量和内部温度。在运转频度少时，或者在从上次运转经过足够的时间时，可以遵照上式推定温度。

但是，上式只是内部温度一定时的假设，实际上根据向线圈的通电时间，内部积蓄的热量发生变化。为此，在本实施方式中如下那样推定温度。

然后，参考图6对本实施方式的推定线圈11B的温度的步骤进行具体说明。

图6是表示本实施方式中的线圈温度的推定步骤的流程图。如图6所示，基准时刻设定器21判断通过表面温度测量器8测量到的表面温度以及通过外部气温测量器9测量到的外部气温是否相等(S1)。在判断为表面温度与外部气温相等时(S1：是)，基准时刻设定器21将该时刻设定为基准时刻。在基准时刻热流量为0。此外，在设定了以前的基准时刻时，对基准时刻进行更新。另外，如果表面温度与外部气温之间的差在预定值(例如±0.5℃)以下，也可以将该时刻设定为基准时刻。在表面温度与外部气温不相等时(S1：否)，基准时刻设定器21重复执行步骤S1。

动作履历保存器22取得并保存基准时刻以后的电梯1的动作履历(S3)。例如，将设定了基准时刻后的电梯1的动作履历保存到动作履历保存器22中。热量推定器23根据在动作履历保存器21中保存的动作履历，计算从基准时刻开始在线圈11B中积蓄的热量Q_in(Q_in＝∫E·Idt)(S4)。

放热量推定器24根据上述式(2)求出的热容量Q，计算从基准时刻开始的放热量Q_out(Q_out＝∫Qdt)(S5)。内部温度推定器25根据线圈11B得到的热量Q_in和来自线圈11B的放热量Q_out，计算剩余热量Q_r(S6)，并根据预先求出的剩余热量Q_r和线圈11B的温度T之间的关系(计算式或者表)，根据该关系计算线圈温度T(S7)。然后，根据计算出的线圈温度T，在特性推定器27中，根据预先求出的线圈温度和线圈电阻的关系(计算式或者表)来推定线圈11B的当前的电阻值。

然后，对特性推定器27的特性值(例如，电阻、电感以及电源电压)的推定进行说明。

在特性推定器27中，作为数据库保存了螺线管11的电路设计上的理想电流波形以及针对理想波形能假定的偏差范围内的电流波形所相关的数据(电阻、电感以及电源电压)。此外，在电流波形中，经过一定时间后的电流值受到电路具有的电阻和电源电压的影响，电流的上升速度受到电路具有的电阻和电感的影响。

通过将正常数据保存器26中保存的正常数据与数据库进行对照来推定电磁制动器10的电阻、电感以及电源电压。由此，推定不仅包含温度变化导致的线圈11B的电阻偏差，还包含电磁制动器10的材料、系统的偏差的电阻等。作为由材料、系统导致的特性偏差，例如有线圈11B自身的电阻以及电感的偏差、电路中包含的其他电阻的偏差、电源电压的绝对值的偏差等。

特性推定器27根据从推定出的线圈温度推定出的线圈11B的电阻和从正常数据推定出的电阻、电感以及电源电压，基于预先求出的关系(计算式或者表)来推定特性值(例如电阻、电感以及电源电压)。

然后，对特征量运算器31运算出的特征量进行说明。特征量运算器31根据由特性推定器27推定出的特性值(电阻、电感以及电源电压)和滤波处理后的信号运算特征量。例如，根据由特性推定器27推定出的特性值来修正滤波处理后的信号，并根据修正后的信号运算铁芯11A开始驱动的时刻即时刻t1来作为特征量。作为特征量，不限于时刻t1，也可以根据推定出的特性值来适当设定。

然后，在判定器33中，判定运算出的特征量是否在根据电磁制动器10的种类而选择出的规定值的上限以及下限的范围内，将判定结果通过输出器34进行输出。作为输出器34的输出，例如可以输出到终端的显示部，也可以经由通信线路输出到监视中心。

如上所述，在本实施方式的异常检测装置20中，特性推定器27推定反映了异常诊断时电磁制动器10的状态的电磁制动器10的电气特性。判定器33根据表示电磁制动器中流过的电流的信号、推定出的电气特性、规定值来判定电磁制动器10是否处于异常状态。

具体来说，特征量运算器31根据表示电磁制动器中流过的电流的信号和推定出的电气特性，来运算考虑了电磁制动器10的电气特性的特征量，并且判定器33判定特征量是否在规定值的范围内。

通过该结构，在进行电磁制动器10的异常检测时，可以加入电磁制动器10的状态(电磁制动器10自身的特性以及设置环境)来进行异常检测。由此，能够不根据电磁制动器10的状态正确地检测异常，检测精度提高，能够检测异常的预兆。由此，可以在适当的定时来执行电磁制动器10的维护，降低维修造成的不运转时间，并提高用户的便利性。

另外，特性推定器27推定电磁制动器10的电路的电阻、提供给电磁制动器10的电压。在进行电磁制动器10的异常检测时，可以加入电磁制动器10的当前状态来进行异常检测。

另外，特性推定器27根据电磁制动器10为正常状态时的正常数据来推定电磁制动器10的电气特性。由此，可以加入电磁制动器10的正常状态来进行异常检测，所以检测精度提高，能够检测异常的预兆。

另外，热量推定器23根据动作履历保存器22中保存的动作履历，推定在电磁制动器10的内部积蓄的热量。放热量推定器24根据表面温度测量器8测量到的表面温度和外部气温测量器9测量到的外部气温，推定从电磁制动器10放热的放热量。内部温度推定器25根据热量推定器23推定出的热量和放热量推定器24推定出的放热量，推定电磁制动器10的线圈11B的温度。特性推定器27根据内部温度推定器25测量出的推定温度来推定线圈11B的电阻。

由此，推定的电阻为反映了电磁制动器10的温度的电阻，因此加入了电磁制动器10的状态来进行异常检测，检测精度提高，能够检测出异常的预兆。将表面温度测量器8以及外部气温测量器9设置在处于环境稳定的状态下的械室18内。由此，放热量推定器24根据表面温度以及外部气温，可以提高放热量的推定精度。并且，可以提高内部温度的推定精度，可以提高线圈11B的电阻的推定精度。

然后，对本发明的第二实施方式的异常检测装置进行说明。此外，对于与第一实施方式相同的部件赋予相同的参考编号并省略说明，并对不同的部分进行说明。

图7是表示第二实施方式的异常检测装置120的全体结构的框图。

异常检测装置120具备固有规定值设定器35。固有规定值设定器35根据特性推定器27推定出的特性值和固定值保存器32中保存的规定值来计算加入了特性值的固有规定值。即，计算电磁制动器10固有的规定值(固有规定值)。

在本实施方式的特征量运算器31中，只根据滤波处理后的信号运算特征量。例如，特征量运算器31根据滤波处理后的信号运算电流I2，固有规定值设定器35从特性值计算出电流I2，然后根据规定值和来自特性值的电流I2计算出固有规定值。在判定器33中，判定通过特征量运算器31运算出的电流I2是否在固有规定值的范围内。

然后，对本发明的第三实施方式的异常检测装置进行说明。此外，对于与第一实施方式相同的部件赋予相同的参考编号并省略说明，对不同的部分进行说明。

图8是表示第三实施方式的异常检测装置220的全体结构的框图。

异常检测装置220具备直接测量线圈11B的温度的线圈温度测量器36。不是根据螺线管11的表面温度和外部气温等推定线圈11B的温度，而是通过线圈温度测量器36来直接测量线圈11B的温度。

在特性推定器27中，根据通过线圈温度测量器36测量出的线圈11B的温度来推定电磁制动器10的电气特性。在本实施方式的异常检测装置220中可起到与第一实施方式的异常检测装置20相同的效果。

然后，对本发明的第四实施方式的异常检测装置进行说明。对于与第一实施方式相同的部件赋予相同的参考编号并省略说明，对不同的部分进行说明。

图9是表示第四实施方式的异常检测装置320的全体结构的框图。

异常检测装置320具备在直接测量螺线管11的线圈11B的电阻等参数时保存该参数的电路参数保存器37。在特性推定器27中，根据在电路参数保存器37中保存的电阻来推定特性值。在本实施方式的异常检测装置220中也可起到与第一实施方式的异常检测装置20相同的效果。

然后，对本发明的第五实施方式的异常检测装置进行说明。对于与第一实施方式相同的部件赋予相同的参考编号并省略说明，对不同的部分进行说明。

图10是表示第五实施方式的异常检测装置420的全体结构的框图。

在本实施方式中，根据铁芯11A的位移执行异常检测。异常检测装置420具备位移检测器38、波形影响量推定器39以及静止时波形推定器40，来代替特征量运算器31以及规定值保存器32。

位移测量器38测量铁芯11A的位移。波形影响量推定器39推定测量出的铁芯11A的位移对电流波形的影响。静止时波形推定器40根据特性推定器27推定出的特性值来推定铁芯11A不动时的电流波形。

在判定器31中，根据由波形影响量推定器39推定出的对电流波形的影响量和静止时波形推定器40推定出的电流波形，推定铁芯11A行进了位移时的正常波形。另外，在判定器31中，将推定出的正常波形与滤波处理后的信号进行比较，来判定滤波处理后的信号相对于推定出的正常波形是否收纳在预定范围内。

通过该结构，在进行电磁制动器10的异常检测时，可以加入电磁制动器10的状态来进行异常检测，因此检测精度提高，可检测出异常的预兆。

在上述的实施方式中，基准时刻设定器21、热量推定器23、放热量推定器24、内部温度推定器25、特性推定器27、信号取得器29、滤波处理器30、特征量运算器31、判定器33、输出器34、固有规定值设定器35、波形影响量推定器39、静止时波形推定器40例如通过CPU(Central Processing Unit中央处理单元)来实现。动作履历保存器22、正常数据保存器26、规定值保存器32、电路参数保存器37例如通过存储器来实现。

本发明并不限于上述实施例，在不脱离宗旨的范围内，可变更为其他各种方式。

例如，在上述实施方式中，作为电磁制动器10，表示了以图2所示的鼓式制动器为对象的例子，但只要是使用螺线管通过电磁力进行动作的制动器即可，也可以是盘式制动器。

另外，表示了在电梯1中使用电磁制动器10的实施方式，但是作为使用电磁制动器10的对象，可以是扶梯，也可以是汽车。另外，异常检测装置20可以只由特性推定器27、特征量推定器31、规定值保存器32、判定器33以及输出器34构成。此时，可以构成为特性推定器27从内部温度推定器25取得内部温度、从正常数据保存器26取得正常数据，特征量运算器31从滤波处理器30取得滤波处理后的信号。并且，异常检测装置20根据需要可以具备特性推定器27、特征量推定器31、规定值保存器32、判定器33以及输出器34以外的结构。另外，内部温度推定器25可以根据表面温度测量器8测量到的表面温度和电磁制动器10的结构来推定线圈11B的温度。

符号说明

8：表面温度测量器

9：外部气温测量器

20、120、220、320、420：异常检测装置

22：动作履历保存器

23：热量推定器

24：放热量推定器

25：内部温度推定器

26：正常数据保存器

27：特性推定器

31：特征量运算器

32：规定值保存器

33：判定器

34：输出器

35：固有规定值设定器

36：线圈温度测量器

38：位移测量器

39：波形影响推定器

40：静止时波形推定器。