JP4127027B2 - エレベータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、機械室を省スペース化することを目的としたエレベータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエレベータの機械室内には、１台のモータが格納される。ところが、ロープ巻き上げ用のシーブを昇降路の中央部に位置させる場合には、モータの一部が昇降路の投射面内にモータが納まらず機械室が大型化になってしまう。これは、モータ容量が大型化するほど顕著になる。
【０００３】
また、下記従来技術には、ロープ巻上げ用のシーブを２台のモータで挟んだ構造のエレベータが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５１−２０３５１号公報
【特許文献２】
特表２００１−５０８７４４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５１−２０３５１号公報に記載された従来技術では、誘導電動機を使用した構成であるため、装置の大型化は避けられない。また、同期電動機は永久磁石を有しており、制御時にはこの磁石の位置を正確に知る必要がある。このため、通常では同期電動機１台毎に、磁極位置を検出するロータリエンコーダを取り付ける必要がある。一方、誘導電動機は、永久磁石を持たず、導体円筒を回転させる構造であるため、制御上の基準位置を任意に設定できる点は、同期電動機よりも優れる。しかし、同じ出力の誘導電動機と同期電動機を比較した場合には、同期電動機の方がはるかに容積が小さくなり、かつ、効率も良い。このため、この従来技術では機械室の省スペース化を図ることができない。
【０００６】
特表２００１−５０８７４４号公報に記載された従来技術では、同期電動機を用いた例が記載されているが、それに取り付けるロータリエンコーダに関する記載はない。両方の同期電動機にロータリエンコーダを取り付ける場合は、それぞれの磁極の位置が検出できるため制御が容易になるが、ロータリエンコーダの数が増える分、機器が大型化する。また、片側の同期電動機にロータリエンコーダを取り付ける場合においても、その取り付け方向によっては、機械室のフロア面積を大型化させてしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、２台の同期電動機と１個のロータリエンコーダを用いたエレベータの機械室の省スペース化を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の同期電動機と、第２の同期電動機と、これら同期電動機と接続され、これら同期電動機の間に設置されエレベータを駆動するシーブと、第１の同期電動機に接続されたエンコーダと、このエンコーダから出力された信号に基づき第１の同期電動機と第２の同期電動機を制御する制御盤を備える。そして、制御盤は、第１の同期電動機を駆動する第１のインバータと第２の同期電動機を駆動する第２のインバータとを備え、エンコーダによって検出される第１の同期電動機の磁極位置に基づいて第１の同期電動機を駆動して第２の同期電動機を回転し、第２のインバータから出力される電流が零になるように制御されるときに検出される第２のインバータの出力電圧又はその指令値に基づいて、すなわち回転に応じて第２の同期電動機で発生する速度起電力に基づいて第２の同期電動機の磁極位置を演算する。
【０００９】
シーブの両脇に２台の同期電動機があるので、１台でエレベータを駆動するのに比べ、同期電動機の容量を小さくでき、また、同期電動機，シーブの設置バランスも良くなり、昇降路の投射面内に同期電動機が収まりやすくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は本発明の第一実施例のエレベータであり、同期電動機１，シーブ２，ロータリエンコーダ３，接続具４，インバータ５，制御回路６，マイコン７，ロータリエンコーダ付き同期電動機の指示手段７０より構成している。図１では、シーブ（ロープを巻き上げる綱車）２を２台の同期電動機１で挟んだ構成にしており、同期電動機１やシーブ２、或いは、図示していない制御装置等を設置している機械室の省スペース化を図っている。現在、機械室を省スペース化し、建物のフロア面積を有効利用することに対する需要が高く、特に、昇降路の投射面内に機械室を納める、いわゆる“オントップ型”のエレベータシステムに対する要求が高まっている。この場合には、機械室内での作業スペースを確保することなども考慮する必要があり、機器配置の最適化や機器自体の小型化を図る必要がある。図１３は、従来エレベータにおける昇降路の投射面から見たモータ１２，シーブ２，ロータリエンコーダ３の配置図である。モータ１２は、直流電動機，誘導電動機，同期電動機等である。一般的な従来構成では、１台のエレベータに対し、モータ１２を１台で構成している。このため、図１３のようにシーブ２を昇降路の中央部に位置させる場合には、モータ１２及びロータリエンコーダ３を昇降路の投射面内に納めにくく、特に、モータ容量が増加する場合には、ますます困難になる。
【００１２】
図２は、図１の第一実施例の同期電動機１，シーブ２，ロータリエンコーダ３部分の詳細図であり、図１４は、図２を昇降路の投射面から見た配置図である。図２のように、シーブ２を２台の同期電動機１で挟んだ構成にすることにより、図１４より明らかなように、“オントップ”化を実現し易くなる効果がある。また、図１では、各同期電動機の非シーブ側の側面と機械室壁面との各距離（Ｌ１，Ｌ２）のうち、長い側（Ｌ２）の同期電動機にロータリエンコーダを接続する。これにより、作業スペースを取れる上、機械室の省スペース化も可能になる。各同期電動機の非シーブ側の側面と機械室壁面との各距離（Ｌ１，Ｌ２）は、図１の例では、
Ｌ１＜Ｌ２
であるが、通常は建物ごとによって異なる。このため、各同期電動機の軸端は、ロータリエンコーダが接続可能な構造にしておくことにより、様々なビル形態に対応できる効果がある。さらに、両方の各同期電動機のロータリエンコーダ接続部を同じ構造にすることによって、量産効果によるコストの低減が図れる別の効果もある。
【００１３】
図２では、モータに同期電動機１を使用している。同期電動機１を良好に制御するためには内部磁石の磁極位置を正確に把握する必要があるが、同出力の誘導電動機等に比べ容積を小さくでき、省スペース化に適している。また、同期電動機は効率の面でも優れている。
【００１４】
図１の第一実施例では、２台の同期電動機１の制御を１個のロータリエンコーダで行っている。同期電動機は、効率の低下或いは同期はずれを防ぐために磁極位置を正確に把握する必要があり、通常であれば、図３に示すように個々の同期電動機１にロータリエンコーダ３を取り付ける。しかし、この場合には、ロータリエンコーダ３の配置スペースを少なからず必要とするため、省スペース化を阻害することになる。また、エレベータでは、詳細な位置制御を行うため、ロータリエンコーダには高パルス数のものを使用する必要がある。このため、ロータリエンコーダの増加は、コストの増加や故障率の増加につながる。
【００１５】
第一実施例のように１個のロータリエンコーダ３のみを用いて制御するには、２台の同期電動機１のそれぞれの磁極位置の位相関係が予め把握できればよい。例えば、２台の同期電動機１の磁極位置の位相差が、Ａラジアンである場合、一方の同期電動機１はロータリエンコーダ３で磁極位置を検出し、他方の同期電動機１はロータリエンコーダ３の検出値にＡラジアン加算したものを検出値とすればよい。しかし、エレベータの場合には、現地で同期電動機１やシーブ２を据えつけるため、磁極位置の位相関係を正確に把握することは困難である。しかも、シーブの調整や定期交換の度に同期電動機を脱着するため、磁極位置が変動する可能性も高い。
【００１６】
この課題を解決する方法として、図４に示すように同期電動機１の軸に磁極位置を把握可能な持具１１を取り付ける。また、接続具４の軸穴４２にも鍵穴を設けることにより、２台の同期電動機１の磁極位置の関係を把握することができる。或いは、磁極位置を把握可能な持具１１を使用しない場合でも、接続具のネジ穴４１位置を工夫し、かつ、磁極位置とネジ穴４１位置が対応するように搬入前に構成してもよい。つまり、シーブ２の両側に、上記のような同期電動機の磁極位置把握手段を設けることにより、２台の同期電動機１の磁極位置の関係を把握することが可能になる。エレベータに使用する同期電動機は、一般に極数が多いため、機械角のずれが微小であっても、電気角では極数倍だけ大きくずれることになる。このため、納入前に行う磁極位置を把握可能な持具１１の取り付けには十分な精度が必要になる。しかし、現地で組立作業をする場合において、容易に組み立てることが可能になる効果がある。
【００１７】
図５は上記課題を解決する方法の別の例の流れ図である。図５では、図１におけるロータリエンコーダ３と直結している同機電動機１をＡ系同期電動機（磁極位置はロータリエンコーダで検出可能）とし、他方の同期電動機（磁極位置は不明）をＢ系同期電動機としている。また、図６は、検出対象のＢ系同期電動機１とそれを駆動するＢ系インバータ５の簡易図である。まず、図５の流れ図の101において、Ａ系同期電動機を駆動する。Ａ系同期電動機は、ロータリエンコーダにより、磁極位置を把握できているので正常に駆動できる。この時、Ｂ系同期電動機は、Ａ系同期電動機により回されることになり、回転数に応じた速度起電力ＶｍがＢ系同期電動機内で発生する。Ａ系同期電動機の回転数を一定にした場合には、Ｂ系同期電動機で発生する速度起電力Ｖｍは磁極位置に応じて正弦波状に変化する。正弦波の振幅は回転数に比例して大きくなる。ここで、Ｂ系インバータ５から出力される電流Ｉinv を零になるように制御すると、図６より明らかなように、Ｂ系インバータ５が発生する電圧Ｖinv は速度起電力Ｖｍと等しくなる。つまり、この条件でＶinv を観測すれば、Ｂ系同期電動機の磁極位置を正確に把握できる。図５の流れ図の１０２では、Ｂ系インバータの出力電圧Ｖinv 、或いは、出力電圧Ｖinv を出力する指令値Ｖinv^*を検出しており、図５の流れ図の１０３でＢ系同期電動機の磁極位置をマイコン７で演算している。（図６では、インバータ出力指令値Ｖinv^*をマイコン７に取り込む形になっているが、マイコン７の内部で演算しても良いことは言うまでもない。）この動作は、エレベータの起動時に行うことにより、顧客に迷惑を与えることなく調整できる。この調整時における同期電動機の回転方向について、図７を用いて説明する。図７は、エレベータかご８及びおもり９の簡略図であり、かご８内に人はおらず、かご８の重量Ｍｃはおもりの重量Ｍｗよりも軽いとする。この場合には、矢印方向（かご８が上部に、おもり９が下部に動く）に回転させることにより、重力に対して順方向に駆動することになるため、軽トルクで運転できる。図５の手段では、トルク源はＡ系同期電動機のみであるため、図７のように重力に逆らわない方向に運転することにより、良好に磁極位置を検出できる。
【００１８】
次に、図１の第一実施例の制御回路部分６について説明する。通常のインバータシステムでは、１台のインバータ主回路につき１個のマイコンを使用する。しかし、２台のモータを同時に同速度で駆動させる場合には、互いのマイコン間で情報通信を行う必要があり、高速な応答性を阻害する恐れがある。特にエレベータでは、停止時に高精度な着床精度が要求されるため、高速な応答性が要求される。そこで、図１の例では、２台のインバータ５を駆動するための演算を１個のマイコン７で行っている。これにより、マイコン間での情報通信が不要になり、高速化が実現できる効果がある。
【００１９】
制御回路部分６は、ロータリエンコーダ付き同期電動機の指示手段７０を有する。これは、図１の構成で２台の同期電動機のうち、どちらの同期電動機にロータリエンコーダ３を取り付けているかという情報をマイコン７に伝達するものである。例えば、左側の同期電動機から見てシーブ２が時計回りに回転する場合には、右側の同期電動機は反時計回りに回転していることになる。つまり、２台の同期電動機の回転方向は互いに逆になる。このため、マイコン７で同期電動機を良好に制御できるように、ロータリエンコーダ付き同期電動機の指示手段７０を用いて、どちらの同期電動機にロータリエンコーダが取り付けられているかを把握する。ロータリエンコーダ付き同期電動機の指示手段７０には、例えば、手動のディップスイッチを使用し、ＯＮの場合にはロータリエンコーダの信号をそのまま使用し、ＯＦＦの場合にはロータリエンコーダの信号の一部を反転させる。これによって、ロータリエンコーダがいずれの同期電動機に取り付けられている場合においても良好な駆動が可能になる。
【００２０】
図１２は１個のマイコンで制御する方式を別の用途に用いた例であり、整流用のコンバータ１０とインバータ５を制御回路６に搭載した１個のマイコン７で駆動している。ここで、整流用のコンバータ１０のキャリア周波数とインバータ５のキャリア周波数の同期をとり、同位相で駆動させることにより、システムが発生する電圧リプルが低減できる効果がある。インバータ５と整流用のコンバータ１０で個別にマイコンを有する場合は、キャリア周波数の同期を取るためには極めて複雑な処理を行う必要がある。しかし、図１２の例では、１個のマイコンで演算しているため、情報通信等を行う必要がなく、極めて簡単な構成でキャリア周波数の同期をとる構成が実現できる。
【００２１】
図８は、図１の第一実施例において、容量の異なる同期電動機を使用した場合の例である。ロープの巻き上げに必要なトルクは、２台の同期電動機の出力トルクの和で決定するため、図８のように、容量の異なる同期電動機を使用しても構わない。この場合には、図示していない制御回路から出力される駆動指令は、容量比に応じた指令となるようにマイコン等で演算する必要がある。また、同期電動機の容量をシリーズ化し、その組み合わせによってシステム全体の容量を変えることにより、単一の同期電動機の種類は少数であっても、組み合わせ方によって多数の容量の種類を実現できる。特に、エレベータの場合は、低速高トルクの条件で高精度な駆動が要求されるため、一般産業用の同期電動機よりも極数の多い特殊な同期電動機が使用される。このため、シリーズ化により、コストの低減に効果がある。また、一方の同期電動機を主電動機とし、他方の同期電動機をトルク不足のときのみに駆動させる“トルクアシスト”の手段として使用してもよい。この場合には、トルクアシスト用のインバータ主回路は、必要時のみしかスイッチングを行わないため、損失が低減し効率がよくなる効果がある。図８は、同期電動機１の軸方向の厚さを変えて電動機の容量を変化させている例であるが、図９のように同期電動機１の径方向の大きさを変えて容量を変化させてもよいことは言うまでもない。
【００２２】
次に、２台の同期電動機駆動系のうち、片側系統が異常時の場合の運転動作について説明する。第一実施例では、通常運転の状態の場合、両方の系の同期電動機が駆動するため、それぞれの同期電動機の出力トルクの和がシステムの出力トルクになる。この時、片方の系に異常が発生したことを検出した場合には、残りの系のみで駆動する必要がある。この場合には、通常よりも出力トルクが低下するため、最高速度の抑制，加減速率の低減など、速度パターンを変更する必要がある。図１０は、図１の第一実施例において、片側系統が異常時の場合の運転の流れ図であり、一方の系（Ａ系）が故障し、他方の系（Ｂ系）のみで駆動させる例である。図１０の流れ図の処理は、制御回路上のマイコンの内部で行われる。まず、図１０の流れ図の条件分岐１１１においてＡ系システムの異常を検知した場合には、図１０の流れ図１１２によりＡ系インバータを停止させる。（電圧は印加されていてもよいが、少なくともスイッチングは行わないようにする。）次に、図１０の流れ図１１３において、Ｂ系のみで駆動できるように、マイコン内の演算定数を書き換える。さらに、図１０の流れ図１１４において、Ｂ系のみで出力可能な範囲の最高速度や加減速率を考慮した運転パターンに書き換える。そして、この運転パターンにしたがって、図１０の流れ図１１５，１１６によって制御演算および指令値出力を行う。特に、エレベータでは、少なくとも最寄の階まで運転し、利用客をかご内に閉じ込めた状態にしないように運行する必要がある。第一実施例の構成では、モータが１台故障した場合でも、利用客に不安感を与えないような効果がある。
【００２３】
次に、図１の第一実施例において、エレベータの駆動時に発生するトルク脈動の抑制方法について説明する。図１１は、トルク脈動低減制御の流れ図であり、この処理は制御回路上のマイコンの内部で行われる。トルク脈動は、かごやロープ等の重量とロープなど合成で決定する機械系の共振点とモータの回転周波数の高調波（主に６次高調波成分）が一致する場合に発生する。このため、加速時／減速時において、回転周波数或いはその高調波が共振点付近の周波数になったときに、かご振動が発生する。６次高調波は、２台の同期電動機の磁極位置の位相差が、
３０°＋６０°×Ｎ（Ｎ＝１，２，３，…）（電気角） …（１）
になるように、予め設定しておくことにより抑制可能である。しかし、エレベータでは前述のとおり、現地で据付を行ったり、同期電動機の脱着を行ったりするため、（１）式の角度に正確に設定することは困難である。そこで、まず図１１の流れ図１２１により、予め共振が発生する速度或いは位置を学習する。この学習は、図１１の流れ図１２２のエレベータ運転中に逐次学習し、制御回路内に設けた記憶手段に記憶する。エレベータ運転中は、通常状態では、図１１の流れ図１２３のように通常運転を行うが、共振点の速度或いは位置になる前に、図１１の流れ図１２４のように２台のインバータの出力電圧の位相差が（１）式の角度と等しくなるような電圧指令を出力する。この場合、実際の磁極位置と入力指令の磁極位置が異なるため、若干、効率低下が生じる。しかし、エレベータの運転時間に対して僅かな時間であるため、ほとんど問題にならない。そして、共振点を通過すると、図１１の流れ図１２３のように再び通常運転を行う。このような制御により、６次高調波を低減することができ、かごの振動を抑制できる効果がある。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で様々変形して実施できることは言うまでもない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、昇降路の投射面内に同期電動機が納まりやすくなり、機械室の省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の同期電動機及びシーブ部分の詳細図である。
【図３】２個のロータリエンコーダを使用した例である。
【図４】本発明の接続具部分の詳細図である。
【図５】磁極位置検出の流れ図である。
【図６】磁極位置検出の説明図である。
【図７】磁極位置検出の説明図である。
【図８】容量の異なる同期電動機を使用した場合の例１である。
【図９】容量の異なる同期電動機を使用した場合の例２である。
【図１０】片側系統異常時の運転の流れ図である。
【図１１】トルク脈動低減制御の流れ図である。
【図１２】本発明の第二の実施例を示す構成図である。
【図１３】本発明の第一実施例における配置図である。
【符号の説明】
１…同期電動機、２…シーブ、３…ロータリエンコーダ、４…接続具、５…インバータ、６…制御回路、７…マイコン、８…エレベータかご、９…おもり、１０…コンバータ、１１…磁極位置を把握可能な持具、１２…モータ、４１…接続具のネジ穴、４２…接続具の軸穴、７０…ロータリエンコーダ付き同期電動機の指示手段。

Claims (4)

1. 第１の同期電動機と、第２の同期電動機と、これら同期電動機と接続され、これら同期電動機の間に設置されエレベータを駆動するシーブと、前記第１の同期電動機に接続されたエンコーダと、このエンコーダから出力された信号に基づき前記第１の同期電動機と前記第２の同期電動機を制御する制御盤を備え、
   前記制御盤は、前記第１の同期電動機を駆動する第１のインバータと前記第２の同期電動機を駆動する第２のインバータとを備え、前記エンコーダによって検出される前記第１の同期電動機の磁極位置に基づいて前記第１の同期電動機を駆動して前記第２の同期電動機を回転し、前記第２のインバータから出力される電流が零になるように制御されるときに検出される前記第２のインバータの出力電圧又はその指令値に基づいて前記第２の同期電動機の磁極位置を演算することを特徴とするエレベータ。
2. 請求項１において、前記第１の同期電動機，前記第２の同期電動機及び前記シーブを格納する機械室を備え、前記第１の同期電動機は、非シーブ側の機械室壁面までの距離が前記第２の同期電動機よりも大きく、前記エンコーダは前記第１の同期電動機にのみ接続されることを特徴とするエレベータ。
3. 請求項１または請求項２において、前記制御盤は、前記第１の同期電動機を駆動する前記第１のインバータと、前記第２の同期電動機を駆動する前記第２のインバータと、前記エンコーダから出力された信号に基づいて、これらインバータを１つの制御回路で一括制御する制御装置を備えたことを特徴とするエレベータ。
4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、前記第１および第２の同期電動機の異常を検知する検知手段と、この検知手段により一方の同期電動機に異常が発生したと判断された場合、最高速度，加速率又は減速率の速度パターンを異常以前とは異なる速度パターンに設定する手段とを備えたことを特徴とするエレベータ。

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