JP5089695B2 - エレベータ装置 - Google Patents

Description

この発明は、かごを昇降させるための複数の巻上機を有するエレベータ装置に関するものである。

従来のエレベータ装置では、複数の駆動部のうちのいずれかの故障が検出された場合、統合指令部により、正常な駆動部の発生可能駆動力と、かごを昇降させるために必要な必要駆動力との差が演算され、正常な駆動部に対してのみ運転指令が出力される。これにより、発生可能駆動力の範囲内で、低速運転又は通常運転が行われる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１９９３９５号公報

上記のような従来のエレベータ装置では、駆動部が故障した場合には、その故障箇所によらず正常な駆動部のみが駆動されるので、駆動部の中のエンコーダのみが故障し、エンコーダ以外の機器が正常な場合にも、その駆動部は使用されなくなり、駆動力がかなり制限されてしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エンコーダが故障した場合に、故障したエンコーダが設けられた巻上機の駆動を可能とし、十分な駆動力を確保することができるエレベータ装置を得ることを目的とする。

この発明によるエレベータ装置は、かご、電動機と、電動機の回転を検出するためのエンコーダとをそれぞれ有し、かごを昇降させる複数の巻上機、及び巻上機を制御する制御装置を備え、制御装置は、各電動機の回転速度及び回転時磁極位置を推定する回転速度・回転時磁極位置推定部を有し、エンコーダのうちのいずれかが故障した状態でかごを走行させる場合、所定の回転速度以下の低速領域では、正常なエンコーダが設けられた巻上機の電動機のみを駆動し、所定の回転速度よりも高速の低速外領域では、正常なエンコーダが設けられた巻上機の電動機を駆動させるとともに、故障したエンコーダが設けられた巻上機の電動機を、回転速度・回転時磁極位置推定部による推定値に基づいて駆動させる。

この発明の実施の形態１によるエレベータ装置を示す構成図である。 図１の第１及び第２の制御装置本体を示すブロック図である。 図１の第２のエンコーダが故障した場合の第１及び第２の制御装置の動作を示すフローチャートである。 図１の第２のエンコーダが故障した場合のかご速度、第１の電動機の駆動状態、及び第２の電動機の駆動状態の関係を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２によるエレベータ装置を示す構成図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるエレベータ装置を示す構成図である。図において、昇降路の上部には、第１の巻上機１が設けられている。第１の巻上機１は、第１の電動機２、第１の電動機２により回転される第１の駆動シーブ３、第１の駆動シーブ３の回転を制動する第１のブレーキ４、及び第１の駆動シーブ３の回転に応じた信号を発生する第１のエンコーダ５を有している。第１の駆動シーブ３は、第１の電動機２と同軸に設けられている。

昇降路の下部には、第２の巻上機６が設けられている。第２の巻上機６は、第２の電動機７、第２の電動機７により回転される第２の駆動シーブ８、第２の駆動シーブ８の回転を制動する第２のブレーキ９、及び第２の駆動シーブ８の回転に応じた信号を発生する第２のエンコーダ１０を有している。第２の駆動シーブ８は、第２の電動機７と同軸に設けられている。また、第１及び第２の電動機２，７としては、それぞれ同期電動機が用いられている。

第１及び第２の駆動シーブ３，８には、懸架手段である複数本（図では１本のみ示す）の主索１１が巻き掛けられている。かご１２及び釣合おもり１３は、主索１１により昇降路内に吊り下げられ、第１及び第２の巻上機１，６の駆動力により昇降される。かご１２の下部には、主索１１が巻き掛けられた複数のかご吊り車１４ａ，１４ｂが設けられている。釣合おもり１３の上部には、主索１１が巻き掛けられた釣合おもり吊り車１５が設けられている。

昇降路の上部には、主索１１が巻き掛けられた返し車１６が設けられている。主索１１の第１の端部（かご側端部）１１ａは、昇降路の上部に設けられた第１の綱止め部１７に接続されている。主索１１の第２の端部（釣合おもり側端部）１１ｂは、昇降路の上部に設けられた第２の綱止め部１８に接続されている。

主索１１は、第１の端部１１ａ側から順に、かご吊り車１４ａ，１４ｂ、第１の駆動シーブ３、第２の駆動シーブ８、返し車１６及び釣合おもり吊り車１５に巻き掛けられている。即ち、かご１２及び釣合おもり１３は、２：１ローピング方式で昇降路内に吊り下げられている。

第１の巻上機１は、第１の制御装置１９により制御される。第１の制御装置１９は、第１の電動機２に電力を供給する第１の電力変換器２０、及び第１の電力変換器２０を制御する第１の制御装置本体（第１の制御ブロック）２１を有している。

第２の巻上機６は、第２の制御装置２２により制御される。第２の制御装置２２は、第２の電動機７に電力を供給する第２の電力変換器２３、及び第２の電力変換器２３を制御する第２の制御装置本体（第２の制御ブロック）２４を有している。第１及び第２の巻上機１，６は、通常は互いに同期して駆動、即ち揃速制御される。

第１及び第２の制御装置本体２１，２４は、それぞれマイクロコンピュータを有している。即ち、第１及び第２の制御装置本体２１，２４の機能は、例えばマイクロコンピュータによる演算処理により実現することができる。実施の形態１の制御装置は、第１及び第２の制御装置１９，２２を有している。

図２は図１の第１及び第２の制御装置本体２１，２４を示すブロック図である。なお、図２では、第１のエンコーダ５が正常で、第２のエンコーダ１０が故障した場合の第１及び第２の制御装置本体２１，２４の機能構成を示している。

第１の制御装置本体２１は、第１の回転速度・磁極位置検出部２５、かご位置演算部２６、かご負荷検出部２７、速度パターン生成部２８、第１の速度制御器２９及び第１の電流制御器３０を有している。

第１の回転速度・磁極位置検出部２５は、第１のエンコーダ５からの信号に基づいて、第１の電動機２の回転速度及び磁極位置を演算する。かご位置演算部２６は、第１のエンコーダ５からの信号に基づいて、かご１２の位置を演算する。かご負荷検出部２７は、秤装置からの信号に基づいて、乗客の重量を含むかご１２の重量をかご負荷として計測する。

速度パターン生成部２８は、かご負荷、かご位置及び次回停止位置の情報に基づいて、かご１２の速度パターンを生成し、速度パターンに応じた速度指令を出力する。第１の速度制御器２９は、速度パターン生成部２８から得た速度指令と、第１の回転速度・磁極位置検出部２５から得た回転速度の情報とに基づいて、電流指令を演算する。

第１の電流制御器３０は、第１の速度制御器２９から得た電流指令と、第１の電動機２に流れ込む電流の値とを比較し、第１の回転速度・磁極位置検出部２５から得た磁極位置検出値を使用して、適切な電圧指令を演算する。また、第１の電流制御器３０で演算された電圧指令は第１の電力変換器２０に供給され、これにより第１の巻上機１が最適に運転される。

第２の制御装置本体２４は、第２の回転速度・磁極位置検出部３１、回転速度・回転時磁極位置推定部３２、第２の速度制御器３３、第２の電流制御器３４及び巻上機駆動条件演算部３５を有している。

第２の回転速度・磁極位置検出部３１は、第２のエンコーダ１０からの信号に基づいて、第２の電動機７の回転速度及び磁極位置を演算する。但し、第２のエンコーダ１０からの信号が故障した場合、第２の回転速度・磁極位置検出部３１からの情報は使用できなくなるため、回転速度・回転時磁極位置推定部３２からの情報が代わりに使用される。

回転速度・回転時磁極位置推定部３２は、第２の電動機７の誘起電圧を利用して、第２の電動機７の回転速度及び回転時磁極位置を推定する（例えば「電気学会技術報告第７１９号」ｐｐ．１８〜１９「ＰＭＳＭセンサレス駆動法（２）モデル追従方式」参照）。なお、回転速度及び回転時磁極位置は、第２の電動機７に流れ込む電流の実測値と電機子電流指令値との差分に基づいて推定することもできる。

第２の速度制御器３３は、第２のエンコーダ１０の正常時には、第１の制御装置本体２１の速度パターン生成部２８から得た速度指令と、第２の回転速度・磁極位置検出部３１から得た回転速度の情報とに基づいて、電流指令を演算する。

これに対して、第２のエンコーダ１０の故障時には、第２の速度制御器３３は、速度パターン生成部２８から得た速度指令と、回転速度・回転時磁極位置推定部３２から得た回転速度推定値とに基づいて、電流指令を演算する。

第２の電流制御器３４は、第２のエンコーダ１０の正常時には、第２の速度制御器３３から得た電流指令と、第２の電動機７に流れ込む電流の値とを比較し、第２の回転速度・磁極位置検出部３１から得た磁極位置検出値を使用して、適切な電圧指令を演算する。また、第２の電流制御器３４で演算された電圧指令は第２の電力変換器２３に供給され、これにより第２の巻上機６が最適に運転される。

これに対して、第２のエンコーダ１０の故障時には、第２の電流制御器３４は、第２の速度制御器３３から得た電流指令と、第２の電動機７に流れ込む電流の値とを比較し、回転速度・回転時磁極位置推定部３２から得た回転時磁極位置推定値を使用して、適切な電圧指令を演算する。

巻上機駆動条件演算部３５は、駆動・停止指令を第２の電力変換器２３に出力し、故障した第２のエンコーダ１０を有する第２の巻上機６の駆動・停止を切り替える。具体的には、巻上機駆動条件演算部３５は、回転速度・回転時磁極位置推定部３２による回転速度推定値から求めた回転角速度ωと、第２の電動機７に流れ込む電流の検出値Ｉと、第２の電動機７の電機子巻線抵抗Ｒと、第２の電動機７の電機子巻線鎖交磁束数最大値（一定値）Φとから、第２の電動機７の回転中の誘起電圧ωΦと電機子巻線抵抗の電圧降下ＲＩとを演算し、ωΦ＞ＲＩの条件で第２の電動機７を駆動させ、それ以外の条件では第２の電動機７を停止させる。

ここで、第２の電動機７の高速領域では、回転速度とともに誘起電圧が大きくなるため、回転速度・回転時磁極位置推定部３２による磁極位置の推定精度も高くなる。これに対して、第２の電動機７の低速領域（ωΦ≦ＲＩ）では、誘起電圧が抵抗（Ｒ）による電圧降下よりも小さく、磁極位置検出情報となる誘起電圧が埋もれ、磁極位置推定値に誤差が生じる。

このように、第２の電動機７の低速領域では、回転速度・回転時磁極位置推定部３２による磁極位置推定が不安定であるため、速度指令や電流指令が振動的になったり発振したりする可能性がある。このため、巻上機駆動条件演算部３５では、低速領域による第２の電動機７の駆動を停止し、第２の電動機７の不安定な駆動を回避する。

また、電機子電流の指令値と実測値との差分を利用した磁極位置推定方法では、低速運転時の電流差分情報が小さくなるため、低速領域における磁極位置推定値の誤差が生じることになる。

図３は図１の第２のエンコーダ１０が故障した場合の第１及び第２の制御装置１９，２２の動作を示すフローチャートである。第１及び第２の制御装置本体２１，２４は、かご１２の走行中に第１及び第２のエンコーダ５，１０から適正なパルス信号が出力されているかどうかを監視している。そして、例えば第２のエンコーダ１０からの信号に異常が検出されると、第２のエンコーダ１０に故障が発生したと判定する。

第２のエンコーダ１０の故障が検出されると、かご１２が緊急停止される（ステップＳ１）。緊急停止後、第１及び第２の制御装置本体２１，２４が監視している機器のうち、第２のエンコーダ１０以外の機器に異常がないかどうかが確認（安全チェック）される（ステップＳ２）。

第２のエンコーダ１０以外が正常であれば、かご負荷検出部２７によりかご負荷が検出されるとともに、かご位置演算部２６により現在停止中のかご１２の位置が検出される（ステップＳ３）。そして、速度パターン生成部２８により、最寄階又は緊急停止前に指定された階までかご１２を走行（救出運転）させるための速度パターンが生成される（ステップＳ４）。

速度パターンが決定されると、第１及び第２のブレーキ４，９の両方が開放され、第１及び第２の駆動シーブ３，８が回転可能な状態にされる（ステップＳ５）。そして、第１の電動機２のみが駆動され、かご１２の走行が開始される（ステップＳ６）。このとき、第２の電動機７は駆動されていないが、第２の駆動シーブ８及び第２の電動機７の回転子は主索１１の移動により回転される。

第１の電動機２の駆動後は、ωΦ＞ＲＩの条件が満たされるかどうかが監視される（ステップＳ７）。かご１２の走行速度が上がり、第２の電動機７におけるωΦ＞ＲＩの条件が満たされると、回転速度・回転時磁極位置推定部３２による推定値の信頼性が確保されたと考えられるため、第２の電動機７の駆動が開始される（ステップＳ８）。第２の電動機７は、回転速度・回転時磁極位置推定部３２から得られる回転速度推定値及び磁極位置推定値を用いて制御され、かご１２は、第１及び第２の電動機２，７の両方の駆動力により通常運転と同等に走行される。

この後、目的階が近付いてかご１２の速度が下がり、第２の電動機７における誘起電圧がωΦ≦ＲＩとなると（ステップＳ９）、巻上機駆動条件演算部３５により第２の電動機７が停止される（ステップＳ１０）。そして、第１の電動機２のみによりかご１２が着床される（ステップＳ１１）。

かご１２が目的階に着床されると、第１及び第２のブレーキ４，９が制動動作され、かごドア及び乗場ドアが戸開される（ステップＳ１２）。これにより、かご１２内の乗客の乗場への移動が可能となる。

図４は図１の第２のエンコーダ１０が故障した場合のかご速度、第１の電動機２の駆動状態、及び第２の電動機７の駆動状態の関係を示すタイミングチャートである。図４において、時間領域ｔ１は、救出運転前処理モード区間であり、図３のステップＳ１〜ステップＳ４に相当する。また、時間領域ｔ２は、始動モード区間であり、図３のステップＳ５〜ステップＳ７に相当する。この始動モード区間では、第２の電動機７の回転速度が低速であるため、第１の電動機２のみが駆動されている。

さらに、時間領域ｔ３は、低速外モード区間であり、図３のステップＳ８〜ステップＳ９に相当する。この低速外モード区間では、ωΦ＞ＲＩの条件が満たされているため、第１及び第２の電動機２，７の両方が駆動されている。さらにまた、時間領域ｔ４は、停止モード区間であり、図３のステップＳ１０〜ステップＳ１２に相当する。この停止モード区間では、第２の電動機７が停止され、第１の電動機２のみにより、速度パターンに従ってかご１２が減速停止される。

なお、ここでは第２のエンコーダ１０が故障した場合についてのみ説明したが、第１のエンコーダ５の故障にも対応するため、第１の制御装置本体２１にも回転速度・回転時磁極位置推定部３２及び巻上機駆動条件演算部３５が設けられているのは勿論である。また、第１のエンコーダ５が故障した場合にも速度パターンを生成するため、第２の制御装置本体２４にもかご位置演算部２６が設けられている。

このようなエレベータ装置では、電動機２，７の回転速度及び回転時磁極位置を推定する回転速度・回転時磁極位置推定部３２を制御装置本体２１，２４に設け、例えば第２のエンコーダ１０の故障が検出された場合、所定の回転速度以下の低速領域では、第１の巻上機１のみによりかご１２を走行させ、所定の回転速度よりも高速の低速外領域（ωΦ＞ＲＩ）では、第１及び第２の巻上機１，６の両方によりかご１２を走行させるので、第２のエンコーダ１０が故障した場合にも、第２の巻上機６の駆動を可能とし、十分な駆動力を確保することができる。また、第１のエンコーダ５が故障した場合にも、同様に第１の巻上機１の駆動を可能とし、十分な駆動力を確保することができる。

また、制御装置本体２１，２４は、巻上機駆動条件演算部３５により、ωΦ＞ＲＩのときに低速外領域であると判定するので、簡単な構成により、巻上機１，６の回転速度が低速外領域に達したことを検出することができる。

実施の形態２．
次に、図５はこの発明の実施の形態２によるエレベータ装置を示す構成図である。実施の形態１では、２：１ローピング方式のエレベータ装置を示したが、実施の形態２では、１：１ローピング方式のエレベータ装置について説明する。

図において、昇降路の上部には、第１及び第２の巻上機１，６が設置されている。第１の駆動シーブ３には、懸架手段である複数本（図では１本のみ示す）の第１の主索４１が巻き掛けられている。第２の駆動シーブ８には、懸架手段である複数本（図では１本のみ示す）の第２の主索４２が巻き掛けられている。第１の主索４１の一端部及び第２の主索４２の一端部には、かご１２が接続されている。即ち、かご１２は、第１及び第２の主索４１，４２により吊り下げられている。

第１の主索４１の他端部には、第１の釣合おもり４３が接続されている。第２の主索４２の他端部には、第２の釣合おもり４４が接続されている。第１の巻上機１の近傍には、第１の主索４１が巻き掛けられた第１のそらせ車４５が配置されている。第２の巻上機６の近傍には、第２の主索４２が巻き掛けられた第２のそらせ車４６が配置されている。

かご１２と第１の釣合おもり４３との間には、第１の補償ロープ４７が吊り下げられている。第１の補償ロープ４７の下端部は、昇降路の下部に設けられた第１の張り車４８に巻き掛けられている。かご１２と第２の釣合おもり４４との間には、第２の補償ロープ４９が吊り下げられている。第２の補償ロープ４９の下端部は、昇降路の下部に設けられた第２の張り車５０に巻き掛けられている。他の構成及び巻上機１，６の駆動方法は、実施の形態１と同様である。

このような１：１ローピング方式のエレベータ装置であっても、エンコーダ５，１０の故障時に実施の形態１と同様の運転方式を適用することができ、十分な駆動力を確保することができる。

なお、上記の例では、故障したエンコーダを有する巻上機の駆動条件をωΦ＞ＲＩとしたが、低速外領域の判定基準はこれに限定されるものではなく、例えば故障したエンコーダを有する巻上機の回転速度の推定値が所定値Ｖ以上であることを駆動条件としてもよい。巻上機１，６の容量や定格速度等の条件によっては、ωΦ＞ＲＩの条件を満たしても磁極位置推定値に誤差が含まれることがあるが、回転速度の推定値がＶ以上という条件設定にすれば、推定誤差が含まれる速度領域をより確実に除外することができる。

また、上記の例では、緊急停止後の救出運転について説明したが、救出運転後の本復旧（エンコーダ交換）するまでの仮復旧運転に上記の運転方式を継続的に適用することもできる。

さらに、上記の例ではトラクション式のエレベータ装置を示したが、巻胴式のエレベータ装置にもこの発明は適用できる。
さらにまた、上記の例では、２台の巻上機１，６を用いる場合を示したが、３台以上の巻上機を用いるエレベータ装置にもこの発明は適用できる。
また、上記の例では巻上機１，６毎に制御装置本体２１，２４を設けたが、複数の巻上機の制御を共通の制御装置本体により処理してもよい。
さらに、上記の例では、電動機２，７として同期電動機を用いたが、誘導電動機を用いてもこの発明は適用できる。

Claims (2)

1. かご、
   電動機と、上記電動機の回転を検出するためのエンコーダとをそれぞれ有し、上記かごを昇降させる複数の巻上機、及び
   上記巻上機を制御する制御装置
   を備え、
   上記制御装置は、
   上記各電動機の回転速度及び回転時磁極位置を推定する回転速度・回転時磁極位置推定部を有し、
   上記エンコーダのうちのいずれかが故障した状態で上記かごを走行させる場合、所定の回転速度以下の低速領域では、正常な上記エンコーダが設けられた上記巻上機の上記電動機のみを駆動し、所定の回転速度よりも高速の低速外領域では、正常な上記エンコーダが設けられた上記巻上機の電動機を駆動させるとともに、故障した上記エンコーダが設けられた上記巻上機の電動機を、上記回転速度・回転時磁極位置推定部による推定値に基づいて駆動させるエレベータ装置。
2. 上記各制御装置は、上記回転速度・回転時磁極位置推定部による回転速度推定値から求めた回転角速度ωと、上記電動機に流れ込む電流の検出値Ｉと、上記電動機の電機子巻線抵抗Ｒと、上記電動機の電機子巻線鎖交磁束数最大値Φとから、故障した上記エンコーダが設けられた上記電動機の回転中の誘起電圧ωΦと上記電機子巻線抵抗の電圧降下ＲＩとを演算し、ωΦ＞ＲＩのときに低速外領域であると判定する請求項１記載のエレベータ装置。

Images