JP2001019290A - エレベータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エレベータのリフォームにおいて、機器を更
新する際に巻上機を交換せずに既存のモータのままであ
る巻上機を流用するケースが多くなってきている。この
発明は新設の制御装置に対して制御定数を定める時に前
記既存のモータの定数を把握し、既存のモータに合わせ
た最適な制御定数を備え、エレベータ運転を行うエレベ
ータの制御装置を提供する。 【解決手段】 前記直流モータの巻線抵抗とインダクタ
ンスを測定する機能をエレベータの制御装置に備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、巻上機を駆動す
るエレベータの制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エレベータのシステムアップ時に
エレベータ装置の一部として既設の例えば巻上機のモー
タをそのまま残すモダニゼーションにおいて、モータの
制御定数の最適化検討や据付現場での調整などを自動的
に行う技術を開示した、例えば特開平９−２３５０７９
号の公開特許公報では、一定時間エレベータのブレーキ
を開放し、エレベータをかごと釣り合い錘との不平衡な
重量から生じるアンバランストルクによって動き始めさ
せて、増速しながら走行させ、この時の速度の増加率、
即ち加速度を測定し慣性能率を算出する慣性能率演算手
段とこの慣性能率演算手段により算出された慣性能率を
基にエレベータの速度制御系、及び電流制御系の係数を
算出する手段を備え、この算出された値を基に制御系の
最適化を計りエレベータの速度制御性能を高める技術が
開示されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、今迄の
この様なエレベータの制御装置では、慣性能率が上記方
法にて求められたとしても制御系の定数を決める為のモ
ータの内部抵抗、インダクタンス等のモータ定数が、以
前のまま既存の巻上機モータを流用してエレベータのリ
フォームを行う場合には記録等が残っておらず、不明で
あるケースが多く、この様な場合には前記モータ定数を
推定して制御系補償回路を構成せざるを得ず、最適なモ
ータ制御系を構成することができないといった問題点が
あった。

【０００４】本発明は、この課題を解決するためになさ
れたもので、エレベータのリフォームに伴い既存のモー
タの定数を把握する手段を備えてエレベータの速度制御
性能を高め、既存のモータを使用して、より最適なエレ
ベータの運転制御を行えるようにすることを目的とする
ものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明における
エレベータ装置は、巻上機を駆動する巻上モータと、前
記巻上モータを駆動する駆動制御回路を備え、前記駆動
制御回路を制御最適化モードに切り換えることによっ
て、前記巻上モータの制御に用いるデータを計測するモ
ータ特性計測手段と、前記巻上モータに関する既知デー
タを入力する定数入力手段を備え、前記モータ特性計測
手段で収集したデータと前記定数入力手段で入力された
データとを用いて、前記駆動制御回路が当該巻上モータ
に対して最適な制御定数を演算して修正する制御定数最
適化手段を設けたものである。

【０００６】請求項２の発明におけるエレベータ装置
は、モータ特性計測手段で、巻上モータの抵抗値を求め
る際に、前記駆動制御回路は一定電圧の電圧パターンを
発生させ、当該電圧パターンの電圧値を前記巻上モータ
に印加し、この時前記巻上モータに供給される電流値に
より前記抵抗値を求めるようにしたものである。

【０００７】請求項３の発明におけるエレベータ装置
は、駆動制御回路が一定電圧の電圧パターンを発生させ
る電圧指令発生手段と、当該電圧値を検出する電圧値検
出回路と、当該検出された電圧値を上記電圧パターンで
示される所定の値にする電圧指令補正手段を備えたもの
である。

【０００８】請求項４の発明におけるエレベータ装置
は、駆動制御回路が巻上モータの電流値を検出し、当該
電流値が一定の定常電流であることを検出する定常電流
検出手段を設けたものである。

【０００９】請求項５の発明におけるエレベータ装置
は、モータ特性計測手段で、巻上モータのインダクタン
スを求める際に、前記駆動制御回路は一定電圧の電圧パ
ターンを発生させ、当該電圧パターンの電圧値を前記巻
上モータに印加し、この時前記巻上モータに供給される
電流値が基準電流値になるまでの経過時間と前記抵抗値
とから前記インダクタンスを求めるようにしたものであ
る。

【００１０】請求項６の発明におけるエレベータ装置
は、駆動制御回路が、定常電流検出手段で検出した定常
電流を記憶する定常電流記憶手段と電圧指令発生手段か
ら電圧指令が出力されてからの時間を計測する出力時間
計測手段により巻上モータのインダクタンスを検出する
インダクタンス演算手段を設けたものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、この発明
におけるエレベータ制御装置のブロック構成図である。
図１について、構成と動作を説明する。

【００１２】図１の１は三相の交流電源であり、エレベ
ータの駆動制御に供される商用電源である。２は三相の
交流電源１を直流電源に変換するコンバータ、３はコン
バータ２からの直流電圧出力を平滑化する平滑コンデン
サー、４は直流電源に対して、オン／オフ制御を行い可
変直流電圧を出力するＤＣチョッパー回路、５は直流モ
ータ、６ａは直流モータ５の回転速度を検出するエンコ
ーダ、６ｂはエンコーダ６ａからの回転速度を速度信号
として制御回路にフィードバックする速度検出回路、７
ａはＤＣチョッパー回路４から直流モータ５への出力電
流を検出する変換器、７ｂは変換器７ａの出力から電流
値を求めてその検出された電流信号を制御回路にフィー
ドバックする電流検出回路である。

【００１３】８は直流モータ５に結合し巻上機を形成す
る綱車、９は綱車８に巻きかけたロープの一端に連結さ
れ昇降路を昇降するかご、１０は前記ロープの他端側に
連結された釣り合い錘である。１１は巻上機の回転を停
止させる為に綱車８に対向して設けられたブレーキ装
置。

【００１４】１２はエレベータの各運転状態に基づきか
ご９を昇降させる速度パターンを発生するパターン発生
回路である。１３はパターン発生回路１２と速度検出回
路６ｂと電流検出回路７ｂからの情報を基に速度指令を
演算出力する制御回路、１４は制御回路からの出力信号
に基づきＤＣチョッパー回路４のオン／オフ信号を制御
するパルス幅変調指令回路（以降省略してＰＷＭ回路と
記す）、１５はＰＷＭ回路１４の出力信号に基づきＤＣ
チョッパー回路４を形成するスイッチングトランジスタ
のベースを駆動するベース駆動回路である。１６は、前
記パターン発生回路１２、制御回路１３、パルス幅変調
指令回路１４、ベース駆動回路１５とからなるエレベー
タ制御部である。

【００１５】１７はコンバータ２の出力電圧を検出する
電圧検出回路、１８は制御回路１３に対してエレベータ
の通常運転を行う通常運転モードと、エレベータの制御
系の特性を最適化する特性最適化モードとの、運転モー
ドの切り換えを指示するモード切換装置であり、１９は
直流モータ５等の定数を制御回路１３に入力する定数入
力装置である。

【００１６】一般に、既設の巻上機のリフォームを行う
場合、一般的に巻上機をそのまま流用して、その他の制
御装置を交換している場合が多く、これは特に巻上機の
交換作業に手間とコストがかかるためである。

【００１７】尚、既設のエレベータの巻上機が駆動モー
タとして直流モータ５を使用し、所謂ワードレオナード
方式で制御されていることが多い。しかし、現在のエレ
ベータ制御装置はＤＣチョッパー方式を用いて制御する
ことが多く、その旧制御方式から新制御方式への切替に
伴って既存の古い巻上機をそのまま流用するとモータ制
御のために必要な定数を入手できないケースが発生す
る。

【００１８】図２はこの発明に係わる直流エレベータ制
御装置で、図１のモード切換装置１８によりエレベータ
制御系の特性を最適化する特性最適化モードを選択した
時の図１で記したエレベータ制御部１６内の制御回路１
３の機能を中心に示したブロック構成図である。

【００１９】図２において、先ず、直流モータ５の巻線
抵抗を把握するために、巻上機に対しブレーキ１１を作
動させたまま、一定電圧を直流モータ５に印加して、一
定値に安定化した時の電流値を検出し、直流モータ５の
巻線抵抗値を求めるものである。２１は所定電圧値のモ
ータ電圧指令を発生する電圧指令発生手段、２２は電圧
検出回路１７で検出したコンバータ２の出力電圧を基に
電圧指令発生手段２１の出力を補正する電圧指令補正手
段、２３は電流検出回路７ｂからの電流出力を検出する
定常電流検出手段である。２４は電圧指令発生手段２１
から出力した電圧と定常電流検出手段２３の出力を基に
直流モータ５の巻線抵抗値を検出する抵抗演算手段であ
る。

【００２０】次に、直流モータ５のインダクタンスを把
握するために、巻上機に対しブレーキを作動させたまま
で、電圧指令として所定の一定電圧値をステップ状のパ
ターンで直流モータ５に電圧印加する。その際電流は徐
々に増加し、所定の電流値に至るまでにかかる時間を計
測し、その値をもとにインダクタンスを求めるものであ
る。２５は定常電流検出手段２３で検出した定常電流を
記憶する定常電流記憶手段、２６は電圧指令発生手段２
１から電圧指令が出力されてからの時間を計測する出力
時間計測手段、２７は電流検出回路７ｂにて検出された
電流と定常電流記憶手段２５に記憶された定常電流値と
出力時間計測手段２６で計測された経過時間を基に直流
モータ５のインダクタンスを検出するインダクタンス演
算手段である。

【００２１】１９は既知の制御データ、例えば直流モー
タ５の定格電圧、定格電流、定格回転数等を制御回路１
３の外部から入力することができる定数入力装置、２９
は例えば、従来の技術で述べたようにエレベータをブレ
ーキ開放状態とし、かご９と釣り合い錘１０との機械的
なアンバランス重量を利用し直流モータ５を電気的に駆
動することなしにフリーな状態としてエレベータを走行
させて、慣性能率を算出する慣性能率演算手段である。

【００２２】３０は抵抗演算手段２４で演算した直流モ
ータ５の抵抗値とインダクタンス演算手段２７で演算し
た直流モータ５のインダクタンス、及び定数入力装置１
９から入力された定数と慣性能率演算手段２９で演算し
たエレベータの慣性能率より、エレベータの速度制御及
び電流制御回路の各制御定数を最適化演算し、定数を修
正する制御系特性補償回路定数演算手段である。

【００２３】図３はこの発明に係わるエレベータ制御装
置の動作を示すフローチャートである。図１〜図３を用
いて、本発明のエレベータ制御装置の動作を説明する。
先ず、図３のＳ４０で、図１のエレベータ制御装置１６
は図１のモード切換装置１８がエレベータ制御系の特性
を最適化する制御系最適化モードを選択しているかどう
かを判定する。

【００２４】尚、このモード切換装置１８は外部からの
モード切換えを可能としたもので、例えば、エレベータ
制御盤（図示しない）の中に設けられたスイッチ等で実
現され、例えばオン／オフ方式の所謂トグルスイッチ等
でも良い。又、この制御系最適化モードはエレベータリ
フォームにより新しい制御装置を据付け後には初期設定
として必ず一度は実行の必要があるとしてプログラムさ
れ、最適化モードの指令が出される様にしても良い。
又、保守点検時に経年変化等を反映させ、制御系の最適
化を実行の為に実施しても良い。

【００２５】Ｓ４０でモード切換装置１８が制御系最適
化モードを選択していない場合には、図１のエレベータ
制御部１６はＳ４１へと動作を移し、エレベータの通常
運転を行う。又、Ｓ４０でモード切換装置１８が制御系
最適化モードの場合には、エレベータ制御部１６は次の
Ｓ４２へと動作を移す。

【００２６】Ｓ４２でエレベータの保守、据付け等を行
う保守調整員は制御系の特性に対する既知の情報、即ち
例えば定格電圧、定格電流、定格回転数の値を定数入力
装置１９からエレベータ制御部１６へ入力する。尚、こ
れらの値はエレベータの保守調整員等が、例えば直流モ
ータ５の銘板上に記された値を参考にして入力すること
ができる。

【００２７】ここで、エレベータの巻上機定数データ収
集手段について記す。Ｓ４３〜Ｓ４５で制御系の特性を
調査する一例を示す。先ず、Ｓ４３でエレベータ制御部
１６が直流モータ５の巻線の抵抗値を測定する場合につ
いて示す。但し、この時直流モータ５はブレーキを作動
させたままの停止状態で測定を行う。尚、この時のこの
巻線の抵抗値を求める算式は、Ｒ＝Ｅ／Ｉである。電圧
指令発生手段２１は予め設定された所定の一定電圧値Ｅ
を電圧指令補正手段２２へと出力する。

【００２８】この時、コンバータ２の出力電圧の変動に
より、ＤＣチョッパー回路４の出力電圧が変動すること
を考慮して、コンバータ２の出力電圧を検出する電圧検
出回路１７により検出されたコンバータ出力電圧値を利
用して、電圧指令補正手段２２は電圧指令発生手段２１
に対して所定の電圧値となる様に電圧出力値を補正し
て、パターン発生回路１２へと電圧指令出力を行う。こ
れにより、常に所定の電圧を停止状態の直流モータ５へ
出力することができるようになる。

【００２９】この時、エレベータ制御部１６は電流検出
回路７ｂの電流値を定常電流検出手段２３へと取り込む
ことにより、電流検出回路７ｂからの電流出力がやがて
一定の電流値となり最終的に安定化されたことを判定し
て、この時のその電流値Ｉを取り出す。これにより、定
まった電圧値Ｅと電流値Ｉとから抵抗演算手段２４にて
直流モータ５の巻線の抵抗値Ｒを下記の演算式により求
めることができる。その演算式は、Ｒ＝Ｅ／Ｉである。

【００３０】次に、Ｓ４４で直流モータ５の巻線インダ
クタンスを測定する。但し、この時直流モータ５はブレ
ーキを作動させたままの停止状態で測定する。このイン
ダクタンスの算出は直流モータ５に流れる過渡的な電流
を測定することにより行うことができる。即ち、直流モ
ータ５の巻線にステップ状に立ち上がる電圧を印加した
時に、そのインダクタンスＬにより過渡的に、電流Ｉが
流れる迄の立ち上がり時間ｔがかかるようになってお
り、一般的にこの時間ｔと電流ｉの関係は、 ｉ（ｔ）＝Ｉ×｛１−ｅｘｐ（−Ｒｔ／Ｌ）｝である。

【００３１】従って、この様な過渡的な指数関数による
変化は、一般にその値が最終値の６３％の値に達する時
間が、その時定数と言えることから、その時の立ち上が
り時間は、１＝Ｒｔ／Ｌより、立ち上がり時間として、
ｔ＝Ｌ／Ｒに相当する値となる。そこで、エレベータ制
御部１６は、先ず前記の定常電流検出手段２３で検出し
た電流値を定常電流記憶手段２５により記憶させてお
き、その電流値に０．６３を掛けた値、即ち６３％値を
比較レベルの電流基準値とする。

【００３２】そこでエレベータ制御部１６は電圧指令発
生手段２１によって、電圧指令値を電圧値０から所定の
一定電圧値Ｅ迄いっきに立ち上げるステップ状パターン
の電圧指令を出力し、併せて出力時間計測手段２６でこ
のステップパターンが出力されてからの時間をカウント
する。

【００３３】これにより、比較レベルの基準値迄電流が
立ち上がった時の出力時間計測手段２６の出力値がｔで
あったとすると、Ｌ＝Ｒ×ｔとなるので、この式に計測
された時間ｔと、先程求めた抵抗値Ｒを代入することに
よりインダクタンスＬが算出できることとなる。

【００３４】次に、Ｓ４５で慣性能率を測定する。先
ず、エレベータの保守員はかご９を中間階に停止させ、
直流モータ５のブレーキを開放状態として前述したアン
バランストルクを駆動源として、そのトルクでかご９を
走行させる。

【００３５】そこで、エレベータ制御部１６はかご９を
アンバランストルクで一定時間走行させた時の速度と、
アンバランストルクそのものを測定し、慣性能率を測定
する。この時の慣性能率Ｊは、以下の算式で求めること
ができる。慣性能率Ｊは、Ｊ＝ＴＵＢ／（ｄω／ｄｔ）
である。尚、ＴＵＢは走行時に生じるアンバランストル
クであり、ωは角速度であり、ωと速度Ｖとの関係は、
速度Ｖ＝ｒωであり、ｒはシーブ半径である。

【００３６】最後にＳ４６で、エレベータ制御部１６は
モータ制御系の最適化を行う。モータ制御系の最適化
は、一例として演算した上記定数とその他の各種制御回
路の定数値と慣性能率等とを制御回路１３内の制御系特
性補償回路係数演算手段３０にデータ入力し、予め設定
したシステムの目標ゲイン交差角周波数と目標ゲイン余
裕と目標位相余裕とで、それらの目標値を満たすように
例えば比例器等で比較しながら演算して各種の係数を最
適化していく。

【００３７】上記実施の形態においては、巻上機は既設
のものを使用し、制御装置を新たなものに交換するリフ
ォームに関して有効であることを述べてきたが、全く新
設のエレベータにおいて、巻上機と制御装置のマッチン
グの調整を現地に組み付けてから行う時にも有効である
ことは明らかである。又、上記実施例は、直流モータを
ＤＣチョッパー回路で制御するもので述べたが、これに
限らず、交流モータを使用するもの、ＤＣチョッパー回
路以外の駆動制御においても同様にして、制御定数の最
適化を実施できる。

【００３８】

【発明の効果】この発明は、上記にて説明したように構
成されているので、次に示すような効果を奏する。請求
項１の発明におけるエレベータ装置は、巻上機を駆動す
る巻上モータと、前記巻上モータを駆動する駆動制御回
路を備え、前記駆動制御回路を制御最適化モードに切り
換えることによって、前記巻上モータの制御に用いるデ
ータを計測するモータ特性計測手段と、前記巻上モータ
に関する既知データを入力する定数入力手段を備え、前
記モータ特性計測手段で収集したデータと前記定数入力
手段で入力されたデータとを用いて、前記駆動制御回路
が当該巻上モータに対して最適な制御定数を演算し修正
する制御定数最適化手段を備えたので、リフォーム等で
既存の直流モータを流用した場合であっても、その直流
モータを最適に制御することができるようになった。

【００３９】請求項２の発明におけるエレベータ装置
は、モータ特性計測手段で、巻上モータの抵抗値を求め
る際に、前記駆動制御回路は一定電圧の電圧パターンを
発生させ、当該電圧パターンの電圧値を前記巻上モータ
に印加し、この時前記巻上モータに供給される電流値に
より前記抵抗値を求めるようにしたので、既存の直流モ
ータの抵抗値が簡単に測定できるようになった。

【００４０】請求項３の発明におけるエレベータ装置
は、駆動制御回路が一定電圧の電圧パターンを発生させ
る電圧指令発生手段と当該電圧値を検出する電圧値検出
回路と当該検出された電圧値を上記電圧パターンで示さ
れる所定の値にする電圧指令補正手段を備える様にした
ので、既存の直流モータの抵抗値を簡単に精度良く測定
できるようになった。

【００４１】請求項４の発明におけるエレベータ装置
は、駆動制御回路が巻上モータの電流値を検出し、当該
電流値が一定の定常電流であることを検出する定常電流
検出手段を備える様にしたので、既存の直流モータの抵
抗値を簡単に測定できるようになった。

【００４２】請求項５の発明におけるエレベータ装置
は、モータ特性計測手段で、巻上モータのインダクタン
スを求める際に、前記駆動制御回路は一定電圧の電圧パ
ターンを発生させ、当該電圧パターンの電圧値を前記巻
上モータに印加し、この時前記巻上モータに供給される
電流値が基準電流値になるまでの経過時間と前記抵抗値
とから前記インダクタンスを求める様にしたので、既存
の直流モータのインダクタンスが簡単に測定できるよう
になった。

【００４３】請求項６の発明におけるエレベータ装置
は、駆動制御回路が定常電流検出手段で検出した定常電
流を記憶する定常電流記憶手段と電圧指令発生手段から
電圧指令が出力されてからの時間を計測する出力時間計
測手段により巻上モータのインダクタンスを検出するイ
ンダクタンス演算手段を備える様にしたので、既存の直
流モータのインダクタンスを簡単に測定できるようにな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の１実施例を示す直流エレベータ制
御装置の構成図。

【図２】 この発明の１実施例を示すエレベータ制御部
のブロック構成図。

【図３】 この発明の１実施例を示す直流エレベータ制
御装置の動作フローチャート。

【符号の説明】

１ 三相交流電源、２ コンバータ、４ ＤＣチョッパ
ー回路、５ 直流モータ、６ａ エンコーダ、６ｂ 速
度検出回路、７ａ 電流検出変換器、７ｂ 電流検出回
路、１１ ブレーキ装置、１２ パターン発生回路、１
３ 制御回路、１４ ＰＷＭ回路、１５ ベース駆動回
路、１６ エレベータ制御部、１７ 電圧検出回路、１
８ モード切換装置、１９ 定数入力装置、２１ 電圧
指令発生手段、２２ 電圧指令補正手段、２３ 定常電
流検出手段、２４ 抵抗演算手段、２５ 定常電流記憶
手段、２６ 出力時間計測手段、２７ インダクタンス
演算手段、２８ 定数入力手段、２９ 慣性能率演算手
段、３０ 制御系特性補償回路係数演算手段。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 巻上機を駆動する巻上モータと、前記巻
   上モータを駆動する駆動制御回路を備え、前記駆動制御
   回路を制御最適化モードに切り換えることによって、前
   記巻上モータの制御に用いるデータを計測するモータ特
   性計測手段と、前記巻上モータに関する既知データを入
   力する定数入力手段を備え、前記モータ特性計測手段で
   収集したデータと前記定数入力手段で入力されたデータ
   とを用いて、前記駆動制御回路が当該巻上モータに対し
   て最適な制御定数を演算して修正する制御定数最適化手
   段を備えたことを特徴とするエレベータの制御装置。
2. 【請求項２】 モータ特性計測手段で、巻上モータの抵
   抗値を求める際に、前記駆動制御回路は一定電圧の電圧
   パターンを発生させ、当該電圧パターンの電圧値を前記
   巻上モータに印加し、この時前記巻上モータに供給され
   る電流値により前記抵抗値を求めることを特徴とする請
   求項１記載のエレベータの制御装置。
3. 【請求項３】 駆動制御回路が一定電圧の電圧パターン
   を発生させる電圧指令発生手段と、当該電圧値を検出す
   る電圧値検出回路と、当該検出された電圧値を上記電圧
   パターンで示される所定の値にする電圧指令補正手段を
   備えたことを特徴とする請求項２記載のエレベータの制
   御装置。
4. 【請求項４】 駆動制御回路が巻上モータの電流値を検
   出し、当該電流値が一定の定常電流であることを検出す
   る定常電流検出手段を備えたことを特徴とする請求項２
   記載のエレベータの制御装置。
5. 【請求項５】 モータ特性計測手段で、巻上モータのイ
   ンダクタンスを求める際に、前記駆動制御回路は一定電
   圧の電圧パターンを発生させ、当該電圧パターンの電圧
   値を前記巻上モータに印加し、この時前記巻上モータに
   供給される電流値が所定の電流値になるまでの経過時間
   と前記抵抗値とから前記インダクタンスを求めることを
   特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
6. 【請求項６】 駆動制御回路が、定常電流検出手段で検
   出した定常電流を記憶する定常電流記憶手段と電圧指令
   発生手段から電圧指令が出力されてからの時間を計測す
   る出力時間計測手段により巻上モータのインダクタンス
   を検出するインダクタンス演算手段を備えたことを特徴
   とする請求項５記載のエレベータの制御装置。