エレベータの昇降に使用する電動機の出力 \(P\) を求めるためには、昇降する実質の質量を \(M\) [kg]、一定の昇降速度を \(v\) [m/min]、機械効率を \(\eta\) [%] とすると、
\[ P = 9.8 \times M \times \frac{v}{60} \times (\text{ア}) \times 10^{-3} \]
となる。ただし、出力 \(P\) の単位は〔 (イ) 〕であり、加速に要する動力及びロープの質量は無視している。
昇降する実質の質量 \(M\) [kg] は、かご質量 \(M_C\) [kg] と積載質量 \(M_L\) [kg] のかご側合計質量と、釣合いおもり質量 \(M_B\) [kg] との (ウ) から決まる。
定格積載質量を \(M_n\) [kg] とすると、平均的に電動機の必要トルクが (エ) なるように、釣合いおもり質量 \(M_B\) [kg] は、
\[ M_B = M_C + \alpha \times M_n \]
とする。ただし、\(\alpha\) は \(\dfrac{1}{3} \sim \dfrac{1}{2}\) 程度に設計されることが多い。
電動機は、負荷となる質量 \(M\) [kg] を上昇させるときは力行運転、下降させるときは回生運転となる。したがって、乗客がいない(積載質量がない)かごを上昇させるときは (オ) 運転となる。
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要点
正解は(3)。(ア)(イ)。仕事率は \(P = Fv\) です。\(F = 9.8M\) [N]、\(v\) [m/s] \(= v/60\) [m/min]。電動機出力 \(P\) は損失分を含めて大きくなる必要があるため、効率 \(\eta\) [%] で割ります(\(\times 100/\eta\))。
詳細解説
正解は(3)です。
・(ア)(イ): 仕事率は \(P = Fv\) です。\(F = 9.8M\) [N]、\(v\) [m/s] \(= v/60\) [m/min]。
電動機出力 \(P\) は損失分を含めて大きくなる必要があるため、効率 \(\eta\) [%] で割ります(\(\times 100/\eta\))。
\(10^{-3}\) が付いているので単位は kW です。
・(ウ): 電動機にかかる負荷は、かごと釣合いおもりの質量の差(アンバランス分)です。
・(エ): 釣合いおもりを使う目的は、電動機の必要トルクを小さくするためです。
・(オ): 空のかごを上昇させる場合、通常 \(M_B > M_C\) となるよう設計されているため、重い釣合いおもりが下がり、軽いかごが引き上げられます。電動機はブレーキ役(発電機)として働くため、回生運転となります。
以上より、選択肢(3)が正解です。