JP6297942B2 - エレベータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は建築物に備えられるエレベータの乗りかごを制御するエレベータ制御装置に係り、特に永久磁石回転子を用いた同期電動機を巻上機に使用したエレベータのエレベータ制御装置に関するものである。

一般にエレベータは、建築物に形成した昇降路内に配置された乗りかごが主ロープ（巻き上げロープ）によって懸架されており、この主ロープを巻上機で巻き上げることで乗りかごが昇降路内を上下に昇降するように構成されている。ここで、乗りかごには行先表示装置、ドア開閉装置、位置検出器などのセンサ類、空調機等の電力源を必要とする各種電気負荷装置が搭載されている。このため、電力供給用の電力線を備えた移動ケーブルが乗りかごと昇降路内の壁面に架け渡されている。

そして、主ロープを巻き上げる巻上機は一般には永久磁石回転子を用いた同期電動機が使用されている。巻上機のシーブを同期電動機で駆動するようにしたエレベータでは、同期電動機の電力をベクトル制御することで同期電動機の回転速度やトルクを制御している。すなわち、同期電動機の回転軸に回転エンコーダを取り付けて磁極位置を検出すると共に、同期電動機の相電流を電流センサによって検出し、これらの検出値を用いて同期電動機の電力をベクトル制御することにより同期電動機を回転させて乗りかごの走行駆動を行うようにしている。

ところで、同期電動機の回転エンコーダが故障した場合、ベクトル制御が不能となり乗りかごは停止したまま動けなくなる。そして、ベクトル制御ができなくなれば乗りかごは走行できなくなって昇降路の途中で停止し、乗客を乗りかごから救出することができなくなる。また、磁極位置がわからない状態で救出運転を目的として同期電動機に通電した場合には、磁極位置によっては同期電動機が逆転したり、トルクが出せずに乗りかごを意図しない方向に走行させたりする恐れがある。このような回転エンコーダの故障による不具合を解消するため、例えば、特開平１１−６０１０３号公報（特許文献１）、特開２００９−５１６５６号公報（特許文献２）、及び特開２００８−２３０７９７号公報（特許文献３）では以下のような提案がなされている。

特許文献1においては、回転エンコーダの故障による非常停止後の停止中に同期電動機に電圧を印加し、この時の電機子インダクタンスから磁極を推定することが提案されている。また、特許文献２においては、回転エンコーダが故障した時の救出運転を行う場合、位置精度が悪化する低速運転に入る前にブレーキによる制動を行い、惰性走行で目標着床位置に向かわせ、そこに設定された電磁石装置の磁気的吸引力で乗りかごを誘導して着床精度を向上させることが提案されている。更に、特許文献３においては、回転エンコーダが故障した時の救出運転を行う場合、位置精度が悪化する低速運転では釣り合い錘と乗りかごの重量差で乗りかごを自由な状態にして乗りかごを移動させ、ある程度の走行速度に至った時点から磁極推定を始めることが提案されている。

特開平１１−６０１０３号公報 特開２００９−５１６５６号公報 特開２００８−２３０７９７号公報

ところで、特許文献１に記載された技術においては、回転エンコーダの故障によってベクトル制御ができなくなった状態を脱出するため、同期電動機が停止している状態で同期電動機に交番電圧を印加し、この時の電機子インダクタンスから磁極位置を推定する構成としている。また、特許文献２及び特許文献３に記載された技術は、磁極位置の推定精度が安定しない低速域での制御についての記述があるが、乗りかごの停止時の磁極位置推定方法については特許文献１と類似の手法を採用している。

しかしながら、このように同期電動機の電機子コイルに交番電圧を印加すると、電機子コイルに電磁騒音が発生し、乗りかごや昇降路に隣接している居室にこの電磁騒音が伝搬して異音として認識されることになる。このように異音が発生していると、乗りかごの乗客や居室の住人に対して不愉快な影響を与えることになり、この電磁騒音を抑制することが望まれている。

本発明の目的は、回転エンコーダが故障した時に同期電動機の再起動を行う場合、電磁騒音の発生を抑制して同期電動機の再起動を円滑に行うことができるエレベータ制御装置を提供することにある。

本発明の特徴は、回転エンコーダの異常を検出して同期電動機にダイナミックブレーキをかけて同期電動機が停止するまでの電機子コイルに流れるモータ電流を取得し、このモータ電流を用いて同期電動機が停止した時点の磁極位置を推定演算し、この推定演算された磁極位置を用いて同期電動機を再起動する、ところにある。

本発明によれば、同期電動機に電圧を印加することなく磁極位置を推定演算することができるので、同期電動機の再起動時の電磁騒音の発生を無くすことができる。

本発明の一実施例になる制御装置を組み込んだエレベータの概略構成を示す構成図である。 図１に示した制御装置の機能ブロックの構成を示すブロック図である。 図２に示した制御装置の処理動作を示すフローチャートである。 図２に示したモータ電流と磁極データの関係を示す波形図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例をもその範囲に含むものである。

図１はエレベータの構成を示すものであり、主ロープ１を巻回したシーブ２は永久磁石回転子を用いた同期電動機３によって回転され、主ロープ１を介してエレベータの乗りかご４と釣り合い錘５とを相互に逆方向に昇降駆動するように構成されている。同期電動機３の電源として利用する三相交流電源６は、インバータ装置７を介してその出力側のモータ出力線が同期電動機３の電機子コイルに接続されている。

インバータ装置７の出力側には、インバータ装置７から同期電動機３へ電力を供給するモータ出力線の三相を短絡させ、ダイナミックブレーキ(発電ブレーキ)を作用させて同期電動機３の停止までに要する時間を短縮させる、ダイナミックブレーキ装置９が設けられている。また、同期電動機３には同期電動機３の回転位置や回転速度を検出する回転エンコーダ８が設けられ、更にモータ出力線には、このモータ出力線に流れる電流を検出する電流検出器１０が設けられている。尚、ダイナミックブレーキ装置９の作動時に同期電動機３の逆起電力によって生じる電力を抵抗によって消費する以外に、逆起電力によって生じる電力を蓄電池に蓄電することが可能である。

制御装置１１には、同期電動機３の回転速度や磁極位置を検出する回転エンコーダ８からの回転信号や、インバータ装置７から出力された電流を検出する電流検出器１０からの電流信号が取り込まれており、制御装置１１は乗りかご４を昇降制御するための指令値に基づいて同期電動機３を制御、駆動するようにインバータ装置７を制御している。尚、制御装置１１には回転エンコーダ８や電流検出器１０以外のその他の検出センサや指示ボタンの信号が入力されて乗りかご４を適切に運行制御するようにしている。

図２は、図1に示した制御装置１１の概略の構成を示す機能ブロック図である。制御装置１１を構成する非常時制動部１３には、回転エンコーダ８、電流検出器１０、及びその他の検出器１２の信号が入力されている。非常時制動部1３はこれらの信号を回転エンコーダ故障検出部１４に転送し、回転エンコーダ故障検出部１４は回転エンコーダ８の動作を監視している。回転エンコーダ故障検出部１４によって回転エンコーダ８の異常が検出されると、この異常検出信号は非常時制動部１３に送られ、非常時制動部1３はダイナミックブレーキ装置９を作動させて同期電動機３を制動する。これによって、乗りかご４は安全に停止することができる。尚、ダイナミックブレーキ装置９とは別に巻上機に設けたドラムブレーキを併用して乗りかご４の移動を停止することも可能である。

また、制御装置１１には回転エンコーダ故障検出部１４による異常検出があった時に、ダイナミックブレーキ装置９が作動して同期電動機３が停止するまでの間のモータ電流を電流検出器１０から継続して取得するモータ電流取得部１５が設けられている。更に、このモータ電流取得部１５で取得したモータ電流を記憶するモータ電流記憶部１６が設けられている。また、このモータ電流記憶部１６に記憶したモータ電流から、同期電動機３が停止した時点の同期電動機３の磁極位置を演算する磁極位置演算部１７が設けられている。そして、この磁極位置演算部１７により演算した磁極位置を用いて非常停止後の同期電動機３を再起動し、乗りかご４を最寄階まで移動する乗りかご駆動部１８も設けられている。

更に、これらの機能ブロックを動作させるための制御プログラムを格納した記憶部１９と、この制御プログラムに基づいて各機能ブロックを動作させる制御部２０とを有している。これらの構成は一般的にはマイクロコンピュータ及びこれと接続された入出回路等より構成されている。

このようなエレベータ制御装置において、次に回転エンコーダ８に異常を生じた時の具体的な処理動作を図３に示した制御フローチャートに基づいて説明する。尚、この制御フローチャートは所定の時間間隔の割り込みタイミングで起動されている。

≪ステップＳ１≫
ステップＳ１では、エレベータの通常運転を実行している間に回転エンコーダ故障検出部１４によって、回転エンコーダ８、電流検出器１０等の信号を利用して回転エンコーダ８の動作が監視されている。尚、この監視動作は別の時間間隔で起動される制御フローで監視しても良いもので、この場合は、異常検出されたことを示すフラグをチェックすることで異常検出を行うことができる。

≪ステップＳ２≫
ステップＳ２では、回転エンコーダ故障検出部１４によって回転エンコーダ８の動作に異常が生じたかどうかを判断している。回転エンコーダ８に異常が発生していない場合はステップＳ１に戻り、再び回転エンコーダ８の異常を監視する。一方、ステップＳ２で異常が発生したと判断されるとステップＳ３に進むことになる。

≪ステップＳ３≫
ステップＳ２で回転エンコーダ８に異常が発生したと判断されると、このステップＳ３が実行される。回転エンコーダ８が異常になると、回転エンコーダ８の信号が信頼できないものとなるので、乗りかご４の安全を考慮して同期電動機３の駆動を停止する必要がある。

そこで、ステップＳ３では非常時制動部１３によってダイナミックブレーキ装置９を作動させて同期電動機３にダイナミックブレーキをかける。これによって乗りかご４は走行を停止されることになる。この時、同期電動機３には逆起電力による誘起電圧が発生し、これは図示しない抵抗に流されて熱として消費される。そして、この時に流れるモータ電流の挙動を評価すれば磁極位置を推定できることになる。

≪ステップＳ４≫
ステップＳ３でダイナミックブレーキ装置９が作動されると、ダイナミックブレーキの作用によってモータ電流が生成されるので、モータ電流取得部１５は回転エンコーダ故障検出部１４による異常検出時点から同期電動機３が停止する停止時点まで、電流検出器１０から継続的にモータ電流を取得してモータ電流記憶部１６に記憶させる。

尚、電流検出器１０からモータ電流を取得するモータ電流記憶部１６は、回転エンコーダ故障検出部１４による異常検出の直前の異常直前モータ電流が記憶される構成となっている。これは、所定の数のモータ電流を時系列に更新、記憶しておくことで実現できる。この異常直前モータ電流は回転エンコーダ８の異常検出を行う前のモータ電流なので、この異常直前モータ電流を基準として磁極位置の推定が可能となる。

図４に示す波形は、回転エンコーダ故障検出部１４による異常検出時点から同期電動機３が停止する停止時点までの間の、モータ電流記憶部１６に記憶されたモータ電流２１と磁極位置２２の関係を概念的に示している。図４にあるように、異常検出時点ｔ１以前は回転エンコーダ８による磁極位置２２を得ることができる。しかしながら、異常検出時点ｔ１以降は回転エンコーダ８による磁極位置２２を得ることができない。したがって、異常検出時点ｔ１から同期電動機３の回転が停止する停止時点ｔ２まで電流検出器１０からモータ電流を取得し、異常検出時点ｔ１以降の磁極位置２３を推定するものである。

≪ステップＳ５≫
ステップＳ４でダイナミックブレーキ装置９の作動によって生成されるモータ電流が記憶されると、ステップＳ５では磁極位置演算部１７によってモータ電流記憶部１６に記憶させたモータ電流を使用して現在の磁極位置を推定演算する。この場合、異常検出時点ｔ1の直前の磁極位置が基準となるものである。このような推定演算方法は多くの方法があるが、本実施例では次のようにして推定している。

すなわち、異常時点t１の直前は回転エンコーダ８の出力は正常であるのでこの時の磁極位置を基準磁極位置とする。次に所定時間毎のモータ電流の変化分を位相に変換し、変換された位相を基準となる磁極位置に足し込んでいき、同期電動機３が停止するまでこの推定演算を実行する。これによって、磁極位置が順次推定されて更新されていくものである。ここで所定時間はこの制御フローの実行周期であっても良く、また、別に定めた周期に基づいて検出されたモータ電流を使用しても良いものである。尚、この方法は一例であって、要はダイナミックブレーキ装置９が作動した時の逆起電力に基づいたモータ電流を使用して位相を推定演算すれば良いものである。

≪ステップＳ６≫
ステップＳ５で磁極位置の推定演算を実行した後、ステップＳ６で同期電動機３が停止したかどうかを判断する。同期電動機３がまだ停止していないとステップＳ５に戻り、再び磁極位置の推定演算を実行する。一方、同期電動機３が停止したと判断されると、その時の磁極位置を停止位置と見做して確定する。この確定された磁極位置は、例えばマイクロコンピュータの記憶領域であるＲＡＭに格納されるか、或いはフラッシュメモリの記憶領域に格納されて再起動時のベクトル制御の演算に使用される。

≪ステップＳ７≫
ステップＳ６で同期電動機３が停止して磁極位置が確定された後に、非常停止後の同期電動機３の再起動が実行される。このように、ダイナミックブレーキ装置９の作動時に推定演算した磁極位置を使用して再起動を行うため、同期電動機３の反転や脱調等の不安定動作が生じることがないものである。また、特許文献１のように、再起動時に磁極位置を求めるために電機子コイルに交番電圧を印加することがないので、これに基づく電磁騒音の発生が抑制されるものである。したがって、電磁騒音が発生して乗りかごや昇降路に隣接している居室に伝搬して異音として認識されることが無くなるものである。

≪ステップＳ８≫
ステップＳ７で同期電動機７の再起動が行われ、ステップＳ８で現在の状況をチェックして、乗りかご４を走行させて良いかどうかを判断する。この場合、通常の異常時運転の対応と同様に、再起動による乗りかご４の動作状況を監視して異常動作がないかどうかを判定する。判定の結果、異常がなければステップＳ９に進み、異常があるとステップＳ１０に進むことになる。

≪ステップS９≫
ステップＳ８の判定の結果で異常がないと判定されると、同期電動機３を更に駆動して乗りかご４を最寄階に移動させ、乗客を最寄階で救出することになる。そして、回転エンコーダ８が故障しているので、これ以上のエレベータの運行を休止して回転エンコーダ８の修理や交換等の保守を行うものである。

≪ステップS１０≫
ステップＳ８の判定の結果で異常があると判定されると、この状態で同期電動機３を駆動して乗りかご４を最寄階に移動させることは危険と見做し、同期電動機３を停止してその場で休止状態として待機する。その後は作業員による乗客の救出を待つことになる。

このように本実施例によれば、回転エンコーダ故障検出部により回転エンコーダの故障を検知した時、ダイナミックブレーキ装置によって同期電動機が停止するまでの間、電流検出器によってダイナミックブレーキに基づくモータ電流の検出を行い、このモータ電流に基づいて磁極位置の推定演算を行うことで、同期電動機の停止状態における磁極位置を推定することができる。このため、特許文献１のように、回転エンコーダの故障による同期電動機の停止状態から再起動する時に、同期電動機の電機子コイルに交番電圧を印加する必要がなくなり電磁騒音が発生することがない。また、乗りかごの非常停止後に推定した磁極位置を用いて同期電動機を再起動して最寄階まで走行することができるので、エンコーダの故障に起因する乗りかご閉じ込め事故を低減できるものである。

以上述べた通り、本発明によれば、回転エンコーダの異常を検出して同期電動機にダイナミックブレーキをかけて同期電動機が停止するまでの電機子コイルに流れるモータ電流を取得し、このモータ電流を用いて同期電動機が停止した時点の磁極位置を推定演算し、この磁極位置を用いて前記同期電動機を再起動する構成とした。

これによれば、同期電動機の電機子コイルに交番電圧を印加することなく磁極位置を演算することができるので、同期電動機の再起動時の電磁騒音の発生をなくすことができる。その結果、電磁騒音が発生して乗りかごや昇降路に隣接している居室に伝搬して異音として認識されることがなくなるものである。

１…主ロープ、２…シーブ、３…同期電動機、４…乗りかご、５…釣り合い錘、７…インバータ装置、８…回転エンコーダ、９…ダイナミックブレーキ装置、１０…電流検出器、１４…回転エンコーダ故障検出部、１５…モータ電流取得部、１６…モータ電流記憶部、１７…磁極位置演算部。１８…乗りかご駆動部。

Claims (3)

1. 乗りかごを昇降させる永久磁石回転子を用いた同期電動機の磁極位置を検出する回転エンコーダと、前記同期電動機とインバータ装置の間のモータ出力線に流れる電流を検出する電流検出器と、前記モータ出力線の相互を短絡して前記同期電動機にダイナミックブレーキをかけるダイナミックブレーキ装置と、少なくとも前記回転エンコーダと前記電流検出器の検出信号に基づいて前記同期電動機への電圧指令を演算して前記同期電動機を駆動する制御装置を備えたエレベータ制御装置において、
   前記制御装置は、前記回転エンコーダの異常を検出して前記同期電動機に前記ダイナミックブレーキ装置によるダイナミックブレーキをかけてから前記同期電動機が停止するまでの前記モータ出力線に流れるモータ電流を取得し、前記モータ電流を用いて前記同期電動機が停止した時点の磁極位置を推定演算し、この推定演算された磁極位置を用いて前記同期電動機を再起動すると共に、
   前記制御装置は、前記回転エンコーダの異常を検出して前記同期電動機が停止するまでの前記モータ出力線に流れるモータ電流を前記電流検出器から継続して取得するモータ電流取得部と、前記モータ電流取得部で取得したモータ電流を用いて前記同期電動機が停止した時点の磁極位置を推定演算する磁極位置演算部とを備え、
   更に、前記モータ電流取得部は前記回転エンコーダが異常と判断される直前の異常直前モータ電流を記憶しており、前記磁極位置演算部は前記異常直前モータ電流を基準にして磁極位置を推定演算することを特徴とするエレベータ制御装置。
2. 請求項１に記載のエレベータ制御装置において、
   前記制御装置は、前記磁極位置演算部で推定演算した磁極位置を用いて前記同期電動機を再起動して前記乗りかごを最寄階まで移動する乗りかご駆動部を備えていることを特徴とするエレベータ制御装置。
3. 請求項２に記載のエレベータ制御装置において、
   前記磁極位置演算部は、前記モータ電流取得部に記憶された前記異常直前モータ電流の検出時の磁極位置を基準磁極位置とし、所定時間毎の前記モータ電流の変化分を位相に変換して前記基準磁極位置に足し込み、前記同期電動機が停止した時点の磁極位置を再起動時の磁極位置として確定することを特徴とするエレベータ制御装置。

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