JP2011195279A - エレベータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多巻線モータを備えたエレベータにおいて、運転に支障を与えることなく、消費電力を極力抑えてモータを駆動して省エネ化を実現する。
【解決手段】２巻線型のモータ２０を備えたエレベータにおいて、乗りかご２３とカウンタウェイト２４が釣り合ったバランスロード状態であれば、インバータ１３ａ，１３ｂの一方を使用してモータ２０を駆動する。これにより、乗りかご２３の運転に支障を与えることなく、その間の消費電力を極力抑えて省エネ運転できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、多巻線モータを複数系統のインバータで駆動するエレベータの制御装置に関する。

近年、建物の高層化に伴い、乗客の大量輸送を目的とした高速エレベータやダブルデッキエレベータが利用されることがある。このようなエレベータでは、巻上機に大容量の多巻線モータを用いられる。この多巻線モータとしては、Ａ系とＢ系の２系統の巻線を有する２巻線モータが一般的である。

２巻線モータは、Ａ系とＢ系の２系統のインバータを持つツインドライブシステムによって駆動される（例えば、特許文献１，２，３参照）。このツインドライブシステムでは、エレベータの運転時に２系統のインバータの両方を用いてモータを駆動する。しかし、何らかの原因で一方のインバータが故障した場合には、他方のインバータだけでモータを一時的に駆動し、エレベータの乗りかごを最寄階まで救出運転することがある（例えば、特許文献３参照）。

特開２００７−２５４０９５号公報 特開２００４−３２８４９号公報 特開２００４−２１０５０７号公報

近年、各分野において省エネ化の要求が高く、エレベータでも、できるだけ無駄な電力の消費を抑えて運転している。ところが、上述したような多巻線モータを備えたエレベータでは、複数系統のインバータの駆動を必要とするため、通常のエレベータに比べて消費電力が非常に大きくなる。

なお、上記特許文献３のように、異常時に一部のインバータのみを使用して一時的にモータを駆動することはあるが、通常の運転中は各インバータのすべてを使用してモータ駆動しているため、その間の消費電力は非常に大きい。

本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、多巻線モータを備えたエレベータにおいて、運転に支障を与えることなく、消費電力を極力抑えてモータを駆動して省エネ化を実現するエレベータの制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るエレベータの制御装置は、多巻線型のモータを用いて乗りかごとカウンタウェイトを昇降動作させるエレベータの制御装置において、上記モータを巻線別に駆動するための複数系統のインバータと、上記乗りかごを移動させる際に、上記乗りかごと上記カウンタウェイトとのバランス状態を判断するバランス状態判断手段と、このバランス状態判断手段による判断結果に基づいて、上記各インバータの一部または全部を使用して上記モータを駆動するインバータ切換え手段とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、乗りかごとカウンタウェイトが釣り合ったバランスロード状態にあるとき、各インバータの一部を使用してモータを駆動することで、運転に支障を与えることなく、その間の消費電力を抑えることができる。

図１は本発明の第１の実施形態に係るエレベータの駆動系のシステム構成を示す図である。 図２は同実施形態における主制御装置の機能構成を示すブロック図である。 図３は同実施形態における主制御装置の記憶部に設けられたインバータ管理テーブルＴ１の一例を示す図である。 図４は同実施形態における主制御装置の処理動作を示すフローチャートである。 図５は本発明の第２の実施形態に係る主制御装置の機能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主制御装置の記憶部に設けられたインバータ管理テーブルＴ２の一例を示す図である。 図７は同実施形態における主制御装置の処理動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るエレベータの駆動系のシステム構成を示す図であり、ここではＡ系統とＢ系統の２系統からなるツインドライブシステムの構成が示されている。

図中の１０は商用電源であり、三相の交流電圧を供給する。この商用電源１０にＡ系統のコンバータ１１ａとＢ系統のコンバータ１１ｂが接続されている。Ａ系統のドライブ構成として、コンバータ１１ａと、遮断機１２ａと、インバータ１３ａと、モータ制御マイコン（マイクロコンピュータ）１４ａが設けられている。同様に、Ｂ系統のドライブ構成として、コンバータ１１ｂと、遮断機１２ｂと、インバータ１３ｂと、モータ制御マイコン（マイクロコンピュータ）１４ｂが設けられている。

コンバータ１１ａ，１１ｂは、商用電源１０から供給される交流電圧を直流電圧に変換するものである。遮断機１２ａ，１２ｂは、コンバータ１１ａ，１１ｂからインバータ１３ａ，１３ｂへの電力供給を遮断する。インバータ１３ａ，１３ｂは、コンバータ１１ａ，１１ｂから遮断機１２ａ，１２ｂを介して与えられた直流電圧をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により任意の周波数、電圧値の交流電圧に変換し、これを駆動電力としてモータ２０に供給する。

また、モータ制御マイコン１４ａは、Ａ系統のインバータ１３ａの動作制御と共に、後述する主制御装置１５からの指示により、遮断機１２ａを作動させてインバータ１３ａに対する電力供給を遮断制御する。同様に、モータ制御マイコン１４ｂは、Ｂ系統のインバータ１３ｂの動作制御と共に、後述する主制御装置１５からの指示により、遮断機１２ｂを作動させてインバータ１３ｂに対する電力供給を遮断制御する。

モータ２０は、永久磁石同期導電機からなる。このモータ２０は、インバータ１３ａに接続された図示せぬ巻線Ａと、インバータ１３ｂに接続された図示せぬ巻線Ｂとを有する２巻線型のモータであり、インバータ１３ａ，１３ｂからの電力供給を受けて回転駆動する。

モータ２０の回転軸に巻上機２１が連結されている。この巻上機２１には、ロープ２２が巻回されており、そのロープ２２の一端には乗りかご２３、他端にはカウンタウェイト２４が連結されている。これにより、モータ２０の回転に伴い、巻上機２１に巻回されたロープ２２を介して乗りかご２３とカウンタウェイト２４がつるべ式に昇降動作する。

また、乗りかご２４の底部には、積載荷重を検知するための荷重センサ２５が設置されている。この荷重センサ２５によって検知された積載荷重を示す信号は、モータ制御マイコン１４ａとモータ制御マイコン１４ｂの両方に入力される。

ここで、本実施形態では、Ａ系統に主制御装置１５が設けられている。この主制御装置１５は、モータ制御マイコン１４ａ，１４ｂの上位装置であり、乗りかご２３とカウンタウェイト２４の状態に応じてＡ系統またはＢ系統のモータ駆動に切り換えるための制御を行う。

図２は主制御装置１５の機能構成を示すブロック図である。

主制御装置１５は、バランス状態判断部１５ａ、インバータ切換え部１５ｂ、起動回数計測部１５ｃを備える。

バランス状態判断部１５ａは、乗りかご２３を移動させる際に、乗りかご２３とカウンタウェイト２４とのバランス状態を判断する。詳しくは、荷重センサ２５によって検出された積載荷重が予め設定された範囲内にあれば、乗りかご２３とカウンタウェイト２４が釣り合ったバランスロード状態にあると判断し、その積載荷重が予め設定された範囲内になければ、乗りかご２３とカウンタウェイト２４がバランスロード状態にないと判断する。

インバータ切換え部１５ｂは、バランス状態判断部１５ａによる判断結果に基づいて、インバータ１３ａ，１３ｂの一部または全部を使用してモータ２０を駆動する。詳しくは、乗りかご２３とカウンタウェイト２４が釣り合ったバランスロード状態にあるとき、インバータ１３ａ，１３ｂの一部（つまり、どちらか一方）を使用してモータ２０を駆動し、乗りかご２３とカウンタウェイト２４がバランスロード状態にないとき、インバータ１３ａ，１３ｂの全部（つまり、両方）を使用してモータ２０を駆動する。

また、起動回数計測部１５ｃは、Ａ系統のインバータ１３ａとＢ系統のインバータ１３ｂの起動回数を計測する。

図３は主制御装置１５の記憶部１６に設けられたインバータ管理テーブルＴ１の一例を示す図である。

主制御装置１５の記憶部１６には、インバータ管理テーブルＴ１が設けられている。このインバータ管理テーブルＴ１は、上記起動回数計測部１５ｃによって計測されるＡ系統のインバータ１３ａとＢ系統のインバータ１３ｂの起動回数を記憶しておくためのテーブルである。

次に、第１の実施形態の動作を説明する。

図４は第１の実施形態における主制御装置１５の処理動作を示すフローチャートである。なお、このフローチャートで示される処理は、コンピュータである主制御装置１５が所定のプログラムを読み込むことにより実行される。

今、任意の階床から乗りかご２３が乗客を乗せて移動する場合を想定する。
乗りかご２３に乗客が乗車すると、乗りかご２３の底部に設置された荷重センサ２５によって現在の積載荷重が検知され、その積載荷重を示す信号がモータ制御マイコン１４ａ，１４ｂの両方に入力される（ステップＳ１１）。

ここで、モータ制御マイコン１４ａ，１４ｂの上位装置である主制御装置１５は、モータ制御マイコン１４ａまたは１４ｂから現在の積載荷重を取得することにより、その積載荷重が一定の範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ１２）。

上記一定の範囲は、乗りかご２３の最大荷重の約半分前後に定められる。すなわち、例えば乗りかご２３の最大荷重が１ｔであったとすると、通常、カウンタウェイト２４の重量はその半分の５００ｋｇ程度に調整されている。したがって、乗りかご２３の現在の積載荷重が５００ｋｇ前後（例えば４８０〜５２０ｋｇの範囲）であれば、乗りかご２３がどこにいても、カウンタウェイト２４と吊り合いが取れた状態つまりバランスロード状態である。

バランスロード状態であれば、乗りかご２３の移動に動力をあまり必要としないため、モータ２０を１系統で駆動しても問題ない。逆に、バランスロード状態にないときには、乗りかご２３の移動に動力を必要とするため、通常通り、モータ２０を２系統で駆動する必要がある。

そこで、現在の積載荷重が上記一定の範囲内になく、乗りかご２３とカウンタウェイト２４とがバランスロード状態にない場合には（ステップＳ１２のＮｏ）、主制御装置１５は、通常通りインバータ１３ａ，１３ｂの両方を用いてエレベータを動作させるべく、モータ制御マイコン１４ａ，１４ｂの両方に起動指令を出す（ステップＳ１３）。

これにより、モータ制御マイコン１４ａ，１４ｂを通じてインバータ１３ａ，１３ｂの両方が起動され、このインバータ１３ａ，１３ｂからの電力を受けてモータ２０が回転し、巻上機２１に巻回されたロープ２２を介して乗りかご２３が所定の速度で移動する。

一方、現在の積載荷重が上記一定の範囲内にあって、乗りかご２３とカウンタウェイト２４とがバランスロード状態にある場合には（ステップＳ１２のＮｏ）、主制御装置１５は、記憶部１６に設けられたインバータ管理テーブルＴ１を参照して、インバータ１３ａ，１３ｂのうちの起動回数の少ない方のインバータを選択する（ステップＳ１４）。そして、主制御装置１５は、その選択したインバータに対応したモータ制御マイコン１４ａまたは１４ｂに起動指令を出して当該インバータのみを起動する（ステップＳ１５）。

例えば、Ａ系統のインバータ１３ａの起動回数が１０回、Ｂ系統のインバータ１３ａの起動回数が１５回であれば、インバータ１３ａが起動対象として選択される。このとき、モータ制御マイコン１４ｂからの指令により遮断機１２ｂが作動し、インバータ１３ｂに対する電力供給が遮断された状態にある。これにより、モータ２０はインバータ１３ａのみから電力を受けて回転することになる。

この場合、インバータ１３ａ，１３ｂの２系統で運転しているときに比べてモータ出力は下がるが、そのときにはバランスロード状態にあるため、乗りかご２３の運転に支障を与えることはない。

また、起動回数の少ないインバータを選択するのは、インバータ１３ａ，１３ｂの寿命を平準化するためである。そのため、主制御装置１５は、今回起動したインバータの起動回数を＋１更新して（ステップＳ１６）、インバータ管理テーブルＴ１に記憶する（ステップＳ１７）。

乗りかご２３が目的階まで到着すると（ステップＳ１８）、主制御装置１５は、今回使用されたインバータの運転を停止する（ステップＳ１９）。

このように、乗りかご２３を移動させる際に、乗りかご２３とカウンタウェイト２４がバランスロード状態であれば、インバータ１３ａ，１３ｂの一方のみを使用してモータ２０を駆動することで、乗りかご２３の運転に支障なく、その間の消費電力を抑えて省エネ運転を行うことができる。

また、インバータ１３ａ，１３ｂの一方を使用する場合に起動回数の少ない方を選ぶことで、インバータ１３ａ，１３ｂの劣化の偏りを防いで寿命を平準化することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

上記第１の実施形態では、インバータ１３ａ，１３ｂの一方を使用する場合に起動回数の少ない方を起動対象として選択したが、第２の実施形態では、運転時間を条件にして起動対象とするインバータを選択する。

図５は本発明の第２の実施形態に係る主制御装置１５の機能構成を示すブロック図、図６はその主制御装置１５の記憶部１６に設けられたインバータ管理テーブルＴ２の一例を示す図である。

基本的な構成は上記第１の実施形態における図１と同様である。ただし、主制御装置１５の機能構成として、図５に示すように、起動回数計測部１５ｃに代えて、インバータ１３ａ，１３ｂの運転時間を計測するための運転時間計測部１５ｄが設けられる。

また、主制御装置１５の記憶部１６には、図６に示すように、インバータ管理テーブルＴ１に代わってインバータ管理テーブルＴ２が設けられる。このインバータ管理テーブルＴ２は、運転時間計測部１５ｄによって計測されたインバータ１３ａ，１３ｂの運転時間を記憶しておくためのテーブルである。

次に、第２の実施形態の動作を説明する。

図７は第２の実施形態における主制御装置１５の処理動作を示すフローチャートである。なお、このフローチャートで示される処理は、コンピュータである主制御装置１５が所定のプログラムを読み込むことにより実行される。

今、任意の階床から乗りかご２３が乗客を乗せて移動する場合を想定する。
乗りかご２３に乗客が乗車すると、乗りかご２３の底部に設置された荷重センサ２５によって現在の積載荷重が検知され、その積載荷重を示す信号がモータ制御マイコン１４ａ，１４ｂの両方に入力される（ステップＳ２１）。

ここで、モータ制御マイコン１４ａ，１４ｂの上位装置である主制御装置１５は、モータ制御マイコン１４ａまたは１４ｂから現在の積載荷重を取得することにより、その積載荷重が一定の範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ２２）。

上記第１の実施形態で説明したように、上記一定の範囲は、乗りかご２３の最大荷重の約半分前後に定められ、カウンタウェイト２４と吊り合いが取れた状態つまりバランスロード状態に対応している。

現在の積載荷重が上記一定の範囲内になく、乗りかご２３とカウンタウェイト２４とがバランスロード状態にない場合には（ステップＳ２２のＮｏ）、主制御装置１５は、通常通りインバータ１３ａ，１３ｂの両方を用いてエレベータを動作させるべく、モータ制御マイコン１４ａ，１４ｂの両方に起動指令を出す（ステップＳ２３）。

これにより、モータ制御マイコン１４ａ，１４ｂを通じてインバータ１３ａ，１３ｂの両方が起動され、このインバータ１３ａ，１３ｂからの電力を受けてモータ２０が回転し、巻上機２１に巻回されたロープ２２を介して乗りかご２３が所定の速度で移動する。

一方、現在の積載荷重が上記一定の範囲内にあって、乗りかご２３とカウンタウェイト２４とがバランスロード状態にある場合には（ステップＳ２２のＮｏ）、主制御装置１５は、インバータ１３ａ，１３ｂのうちの一方を用いてエレベータを動作させる。

その際、第２の実施形態では、主制御装置１５は、記憶部１６に設けられたインバータ管理テーブルＴ２を参照して、インバータ１３ａ，１３ｂのうちの運転時間の短いインバータを選択する（ステップＳ２４）。そして、主制御装置１５は、その選択したインバータに対応したモータ制御マイコン１４ａまたは１４ｂに起動指令を出して当該インバータのみを起動する（ステップＳ２５）。

例えば、Ａ系統のインバータ１３ａの運転時間が５００時間、Ｂ系統のインバータ１３ａの運転時間が５５０時間であれば、インバータ１３ａが起動対象として選択される。このとき、モータ制御マイコン１４ｂからの指令により遮断機１２ｂが作動し、インバータ１３ｂに対する電力供給が遮断された状態にある。これにより、モータ２０はインバータ１３ａのみから電力を受けて回転することになる。

この場合、インバータ１３ａ，１３ｂの２系統で運転しているときに比べてモータ出力は下がるが、そのときにはバランスロード状態にあるため、乗りかご２３の運転に支障を与えることはない。

また、運転時間が短いインバータを選択するのは、インバータ１３ａ，１３ｂの寿命を平準化するためである。そのため、主制御装置１５は、今回起動したインバータの運転時間の計測を開始する（ステップＳ２６）。

乗りかご２３が目的階まで到着すると（ステップＳ２７）、主制御装置１５は、今回使用されたインバータの運転を停止すると共に（ステップＳ２８）、当該インバータの運転時間をインバータ管理テーブルＴ２に記憶する（ステップＳ２９）。

このように、乗りかご２３を移動させる際に、乗りかご２３とカウンタウェイト２４がバランスロード状態であれば、インバータ１３ａ，１３ｂの一方のみを使用してモータ２０を駆動することで、乗りかご２３の運転に支障なく、その間の消費電力を抑えた省エネ運転を行うことができる。

また、インバータ１３ａ，１３ｂの一方を使用する場合に運転時間の短い方を選ぶことでも、上記第１の実施形態と同様にインバータ１３ａ，１３ｂの劣化の偏りを防いで寿命を平準化することができる。

また、上記各実施形態では、モータ制御マイコン１４ａ，１４ｂの上位装置である制御装置１５を設け、この主制御装置１５にてインバータ１３ａ，１３ｂを切り換える構成としたが、主制御装置１５の機能をモータ制御マイコン１４ａ，１４ｂに持たせることでも良い。

この場合、モータ制御マイコン１４ａ，１４ｂのどちらか一方で乗りかご２３とカウンタウェイト２４のバランス状態を判断して、Ａ系統のインバータ１３ａを使用する場合にはモータ制御マイコン１４ａがその運転制御を行い、Ｂ系統のインバータ１３ｂを使用する場合にはモータ制御マイコン１４ｂがその運転制御を行うようにする。

また、ここでは２巻線モータを備えたエレベータを想定して説明したが、さらに多数の巻線を有する多巻性モータを駆動する場合でも、本発明は同様に適用可能である。その際、例えば３系統のドライブシステムであれば、バランスロード状態の場合に１系統、バランスロードに近い状態の場合に２系統、バランスロードでない場合には３系統といったように、バランス状態に応じて各インバータを段階的に切り換えるような構成にしても良い。

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。

１０…商用電源、１１ａ，１１ｂ…コンバータ、１２ａ，１２ｂ…遮断機、１３ａ，１３ｂ…インバータ、１４ａ，１４ｂ…モータ制御マイコン、１５…主制御装置、１５ａ…バランス状態判断部、１５ｂ…インバータ切換え部、１５ｃ…起動回数計測部、１５ｄ…運転時間計測部、１６…記憶部、Ｔ１，Ｔ２…インバータ管理テーブル、２０…モータ、２１…巻上機、２２…ロープ、２３…乗りかご、２４…カウンタウェイト、２５…荷重センサ。

Claims (5)

1. 多巻線型のモータを用いて乗りかごとカウンタウェイトを昇降動作させるエレベータの制御装置において、
   上記モータを巻線別に駆動するための複数系統のインバータと、
   上記乗りかごを移動させる際に、上記乗りかごと上記カウンタウェイトとのバランス状態を判断するバランス状態判断手段と、
   このバランス状態判断手段による判断結果に基づいて、上記各インバータの一部または全部を使用して上記モータを駆動するインバータ切換え手段と
   を具備したことを特徴とするエレベータの制御装置。
2. 上記乗りかごの積載荷重を検出する荷重検出手段を備え、
   上記バランス状態判断手段は、
   上記荷重検出手段によって検出された積載荷重が予め設定された範囲内にあれば、上記乗りかごと上記カウンタウェイトが釣り合ったバランスロード状態にあると判断し、上記積載荷重が予め設定された範囲内になければ、上記乗りかごと上記カウンタウェイトがバランスロード状態にないと判断す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. 上記インバータ切換え手段は、
   上記乗りかごと上記カウンタウェイトが釣り合ったバランスロード状態にあるとき、上記各インバータの一部を使用して上記モータを駆動し、上記乗りかごと上記カウンタウェイトがバランスロード状態にないとき、上記各インバータの全部を使用して上記モータを駆動する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. 上記各インバータの起動回数を計測する計測手段を備え、
   上記インバータ切換え手段は、
   上記乗りかごと上記カウンタウェイトが釣り合ったバランスロード状態にあるとき、上記計測手段によって計測された上記各インバータの起動回数に基づいて、上記各インバータの中で起動回数の少ないインバータを起動対象として選択し、その選択されたインバータを使用して上記モータを駆動することを特徴とする請求項３記載のエレベータの制御装置。
5. 上記各インバータの起動時間を計測する計測手段を備え、
   上記インバータ切換え手段は、
   上記乗りかごと上記カウンタウェイトが釣り合ったバランスロード状態にあるとき、上記計測手段によって計測された上記各インバータの運転時間に基づいて、上記各インバータの中で運転時間の短いインバータを起動対象として選択し、その選択されたインバータを使用して上記モータを駆動することを特徴とする請求項３記載のエレベータの制御装置。

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