JP2000191248A

JP2000191248A - エレベ―タ制御装置

Info

Publication number: JP2000191248A
Application number: JP10368972A
Authority: JP
Inventors: Junji Takeda; 順二竹田; Kazuo Shimane; 一夫嶋根
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Elevator Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Elevator and Building Systems Corp
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2000-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】軸直結型の磁極位置センサを装備していなく
ても永久磁石同期電動機の磁極位置を把握でき適切にエ
レベータを運転することのできるエレベータ制御装置を
提供することである。【解決手段】エレベータの起動の際に起動開始手段１
１により磁極軸位置推定制御手段１０を動作させ、所定
の電気角の直流ステップ電流を永久磁石同期電動機３の
端子に印加し、永久磁石同期電動機３の磁極軸位置を所
定の電気角に移動させる。この状態で、速度制御系６
は、永久磁石同期電動機３の実速度とその速度指令値と
の速度偏差信号に基づいて電流指令値を演算すると共に
実速度に基づいてインバータ７の一次周波数角を演算
し、電流制御系８は、インバータ７の出力電流が速度制
御系６からの一次周波数角の電流指令値になるようにイ
ンバータ７にゲート信号を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、巻上機に連結され
た永久磁石同期電動機をインバータで駆動してエレベー
タを制御するエレベータ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】永久磁石同期電動機PMSM（Permanent Ma
gnet Synchronus Motor）は、誘導電動機に比べ、同じ
出力に対し小型に制作できるので近年エレベータシステ
ムの駆動部に使われつつある。そして、この永久磁石同
期電動機はインバータから供給される可変電圧周波数交
流電源で駆動される。

【０００３】永久磁石同期電動機の位置制御あるいは速
度制御には、永久磁石同期電動機の回転数や磁極軸位置
を検出する必要があり、そのために、一般にモータ軸直
結型のパルスジェネレータＰＧを設けるようにしてい
る。これにより、パルス数を検出して速度を計測すると
共に位置を計測するようにしている。

【０００４】一方、近年の機械室レスエレベータの採用
でエレベータシステムに適用されるモータの構造上、モ
ータ軸直結型ＰＧを採用することが難しくなる場合があ
る。その場合には、モータ駆動部にプーリーを介してＰ
Ｇを取り付けるようにしている。

【０００５】

【課題を解決しようとする課題】ところが、モータ駆動
部にプーリーを介したＰＧでは、エレベータ走行中に発
生するプーリー部のすべりの影響により、エレベータ制
御装置の内部で演算している一次周波数角度と実際の永
久磁石同期電動機の磁極軸位置（電気角）との間にずれ
が生じる。

【０００６】従って、永久磁石同期電動機が静止した状
態では磁極軸位置が全くわからない状況が発生し、この
ずれが生じた状態で永久磁石同期電動機を起動すると、
永久磁石同期電動機が一時的に逆転したり、ガタついた
り、あるいはトルク不足となり脱調してしまう可能性が
ある。

【０００７】本発明の目的は、軸直結型の磁極位置セン
サを装備していなくても永久磁石同期電動機の磁極位置
を把握でき適切にエレベータを運転することのできるエ
レベータ制御装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係わる
エレベータ制御装置は、永久磁石同期電動機にインバー
タから可変電圧周波数交流電源を供給し前記永久磁石同
期電動機に連結された巻上機を駆動してエレベータを制
御するエレベータ制御装置において、前記永久磁石同期
電動機の実速度とその速度指令値との速度偏差信号に基
づいて電流指令値を演算すると共に前記実速度に基づい
て前記インバータの一次周波数角を演算する速度制御系
と、前記インバータの出力電流が前記速度制御系からの
一次周波数角の電流指令値になるように前記インバータ
にゲート信号を出力する電流制御系と、前記永久磁石同
期電動機の磁極軸位置が前記インバータの一次周波数角
に一致するように所定の電気角の直流ステップ電流を印
加する始動時磁極軸推定制御を行い推定した磁極軸でエ
レベータの起動を待つ磁極軸位置推定制御手段と、エレ
ベータの起動の際に前記磁極軸位置推定制御手段を動作
させる起動開始手段とを備えたことを特徴とする。

【０００９】請求項１の発明に係わるエレベータ制御装
置では、エレベータの起動の際に起動開始手段により磁
極軸位置推定制御手段を動作させ、所定の電気角の直流
ステップ電流を永久磁石同期電動機の端子に印加し、永
久磁石同期電動機の磁極軸位置を所定の電気角に移動さ
せる。この状態で、速度制御系は、永久磁石同期電動機
の実速度とその速度指令値との速度偏差信号に基づいて
電流指令値を演算すると共に実速度に基づいてインバー
タの一次周波数角を演算し、電流制御系は、インバータ
の出力電流が速度制御系からの一次周波数角の電流指令
値になるようにインバータにゲート信号を出力する。

【００１０】請求項２の発明に係わるエレベータ制御装
置は、請求項１の発明において、前記磁極軸位置推定制
御手段は、印加した直流ステップ電流で固定された前記
永久磁石同期電動機の磁極軸位置を、エレベータ起動時
における前記磁極軸位置推定値とすることを特徴とす
る。

【００１１】請求項２の発明に係わるエレベータ制御装
置では、請求項１の発明の作用に加え、エレベータ起動
時における磁極軸位置推定値は、磁極軸位置推定制御手
段からの直流ステップ電流で移動し固定されたときの永
久磁石同期電動機の磁極軸位置とする。

【００１２】請求項３の発明に係わるエレベータ制御装
置は、請求項２の発明において、前記速度制御系は、前
記インバータの一次周波数角値の初期値として、前記磁
極軸位置推定制御手段で推定された前記磁極軸位置推定
値を用いることを特徴とする。

【００１３】請求項３の発明に係わるエレベータ制御装
置では、請求項２の発明の作用に加え、速度制御系は、
磁極軸位置推定制御手段で推定された前記磁極軸位置推
定値を、インバータの一次周波数角値の初期値として用
い制御を行う。

【００１４】請求項４の発明に係わるエレベータ制御装
置は、請求項１の発明において、前記磁極軸位置推定制
御手段は、前記直流ステップ電流を印加する一定の電気
角として、前回運転終了時における一次周波数角度値を
用いることを特徴とする。

【００１５】請求項４の発明に係わるエレベータ制御装
置では、請求項１の発明の作用に加え、エレベータの起
動の際に、磁極軸位置推定制御手段が印加する直流ステ
ップ電流の一定の電気角は、前回運転終了時における一
次周波数角度値を用いる。

【００１６】請求項５の発明に係わるエレベータ制御装
置は、請求項１の発明において、前記磁極軸位置推定制
御手段は、エレベータのかご荷重信号に基づいてかご側
とカウンタウエイト側との不平衡負荷を算出し、その不
平衡負荷分を加味した直流ステップ電流を印加するよう
にしたことを特徴とする。

【００１７】請求項５の発明に係わるエレベータ制御装
置では、請求項１の発明の作用に加え、エレベータの起
動の際に、磁極軸位置推定制御手段は、エレベータのか
ご荷重信号に基づいてかご側とカウンタウエイト側との
不平衡負荷を算出し、その不平衡負荷分を加味した直流
ステップ電流を印加し、永久磁石同期電動機の磁極位置
をインバータの一次周波数角に一致させる。

【００１８】請求項６の発明に係わるエレベータ制御装
置は、請求項２の発明において、前記磁極軸位置推定制
御手段は、エレベータのかご荷重信号に基づいてかご側
とカウンタウエイト側との不平衡負荷を算出し、その不
平衡負荷分を加味した磁極軸位置推定値を推定すること
を特徴とする。

【００１９】請求項６の発明に係わるエレベータ制御装
置では、請求項２の発明の作用に加え、エレベータの起
動の際に、磁極軸位置推定制御手段は、エレベータのか
ご荷重信号に基づいてかご側とカウンタウエイト側との
不平衡負荷を算出し、その不平衡負荷分を加味した磁極
軸位置推定値を推定する。

【００２０】請求項７の発明に係わるエレベータ制御装
置は、請求項１の発明において、前記起動開始手段は、
エレベータの運転中にエレベータの異常検出があったと
き、またはエレベータ制御電源の立上げ後の初起動のと
きに、前記磁極軸位置推定制御手段の始動時磁極軸推定
制御機能を起動させることを特徴とする。

【００２１】請求項７の発明に係わるエレベータ制御装
置では、請求項１の発明の作用に加え、エレベータの運
転中にエレベータの異常検出があったとき、またはエレ
ベータ制御電源の立上げ後の初起動のときに、磁極軸位
置推定制御手段の始動時磁極軸推定制御機能により永久
磁石同期電動機の磁極軸位置を推定する。

【００２２】請求項８の発明に係わるエレベータ制御装
置は、請求項１の発明において、前記起動開始手段は、
前記永久磁石同期電動機の磁極軸位置の変化量が所定値
を超えたときに、前記磁極軸位置推定制御手段の始動時
磁極軸推定制御機能を起動させることを特徴とする。

【００２３】請求項８の発明に係わるエレベータ制御装
置では、請求項１の発明の作用に加え、エレベータの運
転中に永久磁石同期電動機の磁極軸位置の変化量が所定
値を超えたときは、磁極軸位置推定制御手段の始動時磁
極軸推定制御機能により永久磁石同期電動機の磁極軸位
置を推定する。

【００２４】請求項９の発明に係わるエレベータ制御装
置は、請求項１の発明において、前記磁極軸位置推定制
御手段は、その動作中に前記永久磁石同期電動機の実速
度が所定速度を超えたときは前記直流ステップ電流の印
加を中止し、前記巻上機のブレーキをかけて一旦前記永
久磁石同期電動機を停止させた後に、再度前記直流ステ
ップ電流を印加することを特徴とする。

【００２５】請求項９の発明に係わるエレベータ制御装
置では、請求項１の発明において、磁極軸位置推定制御
手段の動作中に、永久磁石同期電動機の実速度が所定速
度を超えたときは、直流ステップ電流の印加を中止し、
巻上機のブレーキをかけて一旦前記永久磁石同期電動機
を停止させた後に、再度直流ステップ電流を印加し、磁
極軸位置推定制御をやり直す。

【００２６】請求項１０の発明に係わるエレベータ制御
装置は、請求項１の発明において、磁極軸位置推定制御
手段の動作中に、永久磁石同期電動機の実速度が所定速
度を超えたときは、所定の電気角に対して１８０゜を加
算した電気角の直流ステップ電流を印加する。

【００２７】請求項１０の発明に係わるエレベータ制御
装置では、請求項１の発明の作用に加え、磁極軸位置推
定制御手段の動作中に永久磁石同期電動機の実速度が所
定速度を超えたときは、所定の電気角に対して１８０゜
を加算した電気角の直流ステップ電流を印加する。これ
により、電機子巻線に発生している起磁力の極性を反転
させる。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は本発明の実施の形態に係わるエレベータ制
御装置の構成図である。

【００２９】エレベータのかご１は主ロープでカウンタ
ウエイト２に連結され、プーリーを介して吊されてい
る。プーリーは永久磁石同期電動機３により駆動され、
かご１の昇降が行われる。プーリーにはパルスジェネレ
ータ４（以下ＰＧ４という）が取り付けられ、永久磁石
同期電動機３の回転数をパルス信号で検出する。つまり
永久磁石同期電動機３の回転数は、プーリーに設けられ
たＰＧ４を介してパルス信号で検出される。また、かご
１には荷重検出器５が設けられ、かご荷重が検出され
る。

【００３０】ＰＧ４で検出されたパルス信号および荷重
検出器５で検出されたかご荷重は、エレベータのかご１
の速度を制御する速度制御系６に入力される。速度制御
系６は、永久磁石同期電動機３の実速度とその速度指令
値との速度偏差信号に、かご荷重を加味して、インバー
タ７へゲート信号を出力する電流制御系８への電流指令
値Ｉｄｃ、Ｉｑｃを演算する。

【００３１】この電流指令値Ｉｄｃ、Ｉｑｃは、永久磁
石同期電動機３をベクトル制御する場合の直交回転座標
系におけるｄ軸電流指令値Ｉｄｃおよびｑ軸電流指令値
Ｉｑｃである。ｄ軸電流指令値Ｉｄｃは磁束を発生させ
る磁束電流指令値であり、ｑ軸電流指令値Ｉｑｃはトル
クを発生させるトルク電流指令値である。永久磁石同期
電動機３の場合には、永久磁石により磁束は発生してい
るので、通常、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃは零である。ま
た、速度制御系６は、ＰＧ４から入力されたパルス信号
により永久磁石同期電動機３の実速度を算出し、その実
速度に基づいてインバータ７の一次周波数角θｅを演算
する。

【００３２】電流制御系８では、速度制御系６から直交
回転座標系におけるｄ軸電流指令値Ｉｄｃ、ｑ軸電流指
令値Ｉｑｃ、および一次周波数角θｅを入力し、電流セ
ンサ９を介して入力されるインバータ７の出力電流Ｉｕ
ｆ、Ｉｗｆが、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃ、ｑ軸電流指令値
Ｉｑｃ、および一次周波数角θｅを満たすように、イン
バータ７にゲート信号を出力する。これにより、永久磁
石同期電動機３は速度制御系６からの電流指令値に基づ
き駆動制御される。

【００３３】次に、磁極軸位置推定制御手段１０は、エ
レベータの起動の際に起動開始手段１１からの動作指令
により起動され、エレベータの起動の際に永久磁石同期
電動機３の磁極軸位置がインバータ７の一次周波数角に
一致するように、所定の電気角の直流ステップ電流を印
加し、始動時の磁極軸位置を制御してその制御した位置
を磁極軸位置推定値とするものである。すなわち、磁極
軸位置推定制御手段１０は、エレベータの起動の際に、
一次周波数角値θｅを一定の電気角θｅｓｔとし、直交
回転座標系のｄ軸電流指令値Ｉｄｃを一定の電流指令値
Ｉｄｃｅｓｔとした直流ステップ電流を、永久磁石同期
電動機３の電機子巻線に印加する。

【００３４】これにより、永久磁石同期電動機３の電機
子巻線に発生する起磁力と磁極軸との間に発生する引張
力により、永久磁石同期電動機３の回転子磁極軸の位置
θｒは一次周波数角θｅの方向に拘束し、これを磁極軸
位置推定値とする。従って、回転子磁極軸の位置θｒと
一次周波数角θｅとは、ほぼ一致することから、エレベ
ータの起動時に永久磁石同期電動機３のガタつきを防止
すると共にトルク不足が解消できる。

【００３５】ここで、磁極軸位置推定制御手段１０で行
う始動時磁極軸推定制御の原理を説明する。図２は、永
久磁石同期電動機３の磁極軸位置θｒと一次周波数角θ
ｅとの関係の説明図である。図２において、インバータ
出力電圧の一次周波数角（電気角）θｅおよび永久磁石
同期電動機３の磁極軸位置θｒは、直交静止座標系での
ｘ軸に対しての電気角である。そして、直交回転座標系
のｄ軸は、一次周波数角（電気角）θｅの位置であり、
図示は省略するが、このｄ軸に直角にｑ軸が位置するこ
とになる。通常、永久磁石同期電動機３の磁極軸位置θ
ｒと一次周波数角（電気角）θｅとは等しい状態（θｒ
＝θｅ）で運転される。

【００３６】いま、エレベータの停止状態において、一
定の電気角θｅ（θｅ＝θｅｓｔ）の直流ステップ電流
を印加したとする。これにより永久磁石同期電動機３の
電機子巻線に発生する起磁力は、ｄ軸方向となる。図２
では、永久磁石同期電動機３の磁極軸位置θｒと一次周
波数角（電気角）θｅ（θｅ＝θｅｓｔ）とがずれた状
態を示している。

【００３７】ここで、永久磁石同期電動機３の特性、印
加する電流ベクトルの大きさにもよるが、磁極軸位置θ
ｒと一次周波数角（電気角）θｅとの関係が、（−１２
０゜＜θｒ−θｅ＜１２０゜）の範囲内である場合に
は、図２の矢印Ａで示すように起磁力と磁極軸との間に
引張力が発生する。この引張力により磁極軸位置θｒは
電流ベクトル方向θｅ（θｅ＝θｅｓｔ）とほぼ一致す
ることとなる。

【００３８】このように、エレベータの起動前に、永久
磁石同期電動機３の静止状態（エレベータ停止時）から
一定の電気角θｅ（θｅ＝θｅｓｔ）の直流ステップ電
流を印加する。これにより、磁極軸位置θｒを一定の電
気角θｅ（θｅ＝θｅｓｔ）に拘束し、その電気角θｅ
（θｅ＝θｅｓｔ）を磁極軸位置推定値とする。

【００３９】図３は、図１に示した電流制御系８のブロ
ック構成図である。インバータ７の出力電流Ｉｕｆ、Ｉ
ｗｆは電流センサ９で検出され、電流制御系８の３相／
２相変換器１２に入力される。この３相／２相変換器１
２は電流センサ９からの静止座標系での３相で示される
電流信号Ｉｕｆ、Ｉｗｆを直交静止座標系の２相で示さ
れる電流信号Ｉｘ、Ｉｙに変換する。

【００４０】３相／２相変換器１２で変換された２相の
電流信号Ｉｘ、Ｉｙは、ｄｑ変換器１３に入力され、直
交回転座標系の電流信号Ｉｄｆ、Ｉｑｆに変換される。
すなわち、ｄｑ変換器１３では、速度制御系６から出力
される一次周波数角（電気角）θｅに基づき、直交静止
座標系の電流信号Ｉｘ、Ｉｙを直交回転座標系の電流信
号Ｉｄｆ、Ｉｑｆに変換し、それぞれ減算器１４ａ、１
４ｂに出力する。

【００４１】一方、速度制御系６からの直交回転座標系
での電流指令値Ｉｄｃ、Ｉｑｃは、減算器１４ａ、１４
ｂに入力され、減算器１４ａによりｄ軸電流信号Ｉｄｆ
とｄ軸電流指令値Ｉｄｃとの電流偏差信号が演算され、
同様に、減算器１４ｂによりｑ軸電流信号Ｉｑｆとｑ軸
電流指令値Ｉｑｃとの電流偏差信号が演算される。これ
ら電流偏差信号は、それぞれＰＩコントローラ１５ａ、
１５ｂに入力され、ＰＩ演算（比例積分演算）されて、
直交回転座標系におけるｄ軸電圧指令値Ｖｄｃおよびｑ
軸電圧指令値Ｖｑｃを発生する。

【００４２】このＰＩコントローラ１５ａ、１５ｂから
のｄ軸電圧指令値Ｖｄｃおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑｃ
は、逆ｄｑ変換器１６に入力される。逆ｄｑ変換器１６
では、ｄ軸電圧指令値Ｖｄｃおよびｑ軸電圧指令値Ｖｑ
ｃを、直交静止座標系の電圧指令値Ｖｘ、Ｖｙに変換す
る。すなわち、速度制御系６からの一次周波数角（電気
角）θｅに基づき、直交回転座標系の電圧指令値Ｖｄ
ｃ、Ｖｑｃを直交静止座標系の電圧指令値Ｖｘ、Ｖｙに
変換し、２相／３相変換器１７に出力する。２相／３相
変換器１７は、２相で示される直交静止座標系の電圧指
令値Ｖｘ、Ｖｙを３相で示される直交静止座標系の電圧
指令値Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに変換する。そして、ＰＷＭ回
路１８では、電圧指令信号Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗをパルス幅
変調によりインバータ７へのゲート信号を作成し出力す
る。

【００４３】図４は、図１に示した速度制御系６を示す
ブロック構成図である。永久磁石同期電動機３に対して
プーリーを介して回転し永久磁石同期電動機３の回転数
を検出するＰＧ４からのパルス信号は、速度制御系６の
モータ実速度演算器１９に入力される。モータ実速度演
算器１９では、パルス信号に基づいてモータ実速度Ｆｒ
を求める演算を行い、そのモータ実速度Ｆｒを減算器１
４ｃに出力する。

【００４４】減算器１４ｃには、速度指令発生器２０か
らの速度指令値Ｆrrefも入力されており、この減算器１
４ｃにおいて速度指令値Ｆrrefとモータ実速度Ｆｒとの
速度偏差信号が演算され、ＰＩコントローラ１５ｃでＰ
Ｉ演算されてトルク指令値Ｔｍが求められる。そして、
このトルク指令値Ｔｍは加算器２１に入力される。

【００４５】一方、かご１に取付けられた荷重検出器５
からのかご荷重は、速度制御系６の信号変換器２２でか
ご荷重に対応したアナログ電圧値に変換され、さらにＡ
／Ｄ変換器２３にて荷重ディジタル値ＷｔＡＤに変換さ
れる。Ａ／Ｄ変換器２３で得られた荷重ディジタル値Ｗ
ｔＡＤは荷重制御器２４に入力され、荷重ディジタル値
ＷｔＡＤに基づいてかご１とカウンタウエイト２との不
平衡荷重トルクＷｔＴｑを演算する。この不平衡荷重ト
ルクＷｔＴｑは加算器２１に入力され、ＰＩコントロー
ラ１５ｃからのトルク指令値Ｔｍと加算され、ｑ軸電流
指令値Ｉｑｃとして電流制御系８に出力される。

【００４６】また、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃは、ｄ軸電流
指令発生器２５から出力される。通常のエレベータ運転
中はｄ軸電流指令値Ｉｄｃは零であるが、エレベータの
起動の際には、磁極軸位置推定制御手段１０からの直流
ステップ電流の印加により一定の電流値Ｉｄｃｅｓｔが
設定される。

【００４７】一次周波数角演算器２６は、通常のエレベ
ータ運転中には、モータ実速度演算器１９で得られたモ
ータ速度Ｆｒに基づき一次周波数角（電気角）θｅの演
算を行う。エレベータの起動の際には、磁極軸位置推定
制御手段１０からの直流ステップ電流の印加により一定
の電気角θｅｓｔが設定される。

【００４８】すなわち、エレベータの起動の際には、起
動開始手段１１により磁極軸位置推定制御手段１０が起
動され、エレベータの起動に先立ち、一次周波数角値θ
ｅを一定の電気角θｅｓｔ、ｄ軸電流指令値Ｉｄｃを一
定の電流指令値Ｉｄｃｅｓｔとする直流ステップ電流
を、永久磁石同期電動機３の電機子巻線に印加する。

【００４９】これにより、永久磁石同期電動機３の電機
子巻線に発生する起磁力と磁極軸間に発生する引張力と
により、永久磁石同期電動機３の回転子磁極軸は、一定
の電気角の方向に拘束される。この場合の電気角をエレ
ベータの停止時の磁極軸位置推定値とし、また、エレベ
ータ起動時におけるインバータの一次周波数角値の初期
値とする。

【００５０】図５は、本発明の実施の形態における磁極
軸位置推定制御手段１０の処理内容を示すフローチャー
トである。まず、起動開始手段１１がエレベータ運転シ
ーケンスを起動し、インバータ起動指令が出力されたか
どうか判断する（Ｓ１）。インバータ起動開始指令が出
力されているときは、永久磁石同期電動機３に連結され
た巻上機のブレーキコイル間に電圧を印加しブレーキを
開放させる処理を行う（Ｓ２）。そして、ブレーキ間電
圧値を検出しブレーキが実際に開放されたか否かを判断
する（Ｓ３）。ブレーキが開放されていないときは、ス
テップＳ２に戻りブレーキが開放されるまで待つ。

【００５１】ブレーキが開放されると始動時磁極軸推定
制御を行う（Ｓ４）。すなわち、所定の直流ステップ電
流を印加する。これにより、速度制御系６のｄ軸電流指
令発生器２５に対しｄ軸電流指令値ＩｄｃとしてＩｄｃ
ｅｓｔを設定し、一次角周波数演算器２６に対し一次周
波数角θｅとしてθｅｓｔが設定される。このθｅｓｔ
としては、前回運転終了時の一次周波数角度値θｅを用
いる。

【００５２】次に、永久磁石同期電動機３の回転子磁極
軸が拘束されたか否かを判定する（Ｓ５）。すなわち、
ステップＳ４の処理にて出力された直流ステップ電流に
て、永久磁石同期電動機３の電機子巻線に発生した起磁
力と磁極軸との間に発生する引張力により、永久磁石同
期電動機３の回転子磁極軸が拘束される時間をカウント
して、回転子磁極軸が拘束されたか否かを判定する。

【００５３】拘束されていない場合には、ステップＳ４
に戻り磁極軸が拘束されるまで待つ。この拘束に要する
拘束時間は永久磁石同期電動機のモータ特性に依存する
ため、経験値によりその都度設定を行う。

【００５４】磁極軸が拘束されたときは、磁極軸位置は
印加した直流ステップ電流の一定の電気角θｅｓｔに拘
束され、磁極軸位置θｒはθｅｓｔとほぼ一致し、エレ
ベータ始動時におけるモータ回転子磁極軸位置が得られ
ている。この状態で、ブレーキを釈放する操作（巻上機
のブレーキコイル間に印加されていた電圧を遮断する操
作）を行い（Ｓ６）、ブレーキが釈放されたか否かを判
断する（Ｓ７）。すなわち、ブレーキがかけられたか否
かを判定し、ブレーキがかけられていないときはステッ
プＳ６に戻り、ブレーキがかけられるまで待つ。

【００５５】ブレーキがかけられると、速度制御系６の
ｄ軸電流指令値発生器２５に出力したｄ軸電流指令値Ｉ
ｄｃｅｓｔのクリアを行い、エレベータの始動に備える
（Ｓ８）。

【００５６】なお、ステップＳ１の判定で、インバータ
起動指令が出力されていないときは、ブレーキを釈放す
る操作を行い（Ｓ９）、速度制御系６のｄ軸電流指令値
発生器２５のｄ軸電流指令値Ｉｄｃおよびｑ軸電流指令
値Ｉｑｃのクリアを行い、一次角周波数演算器２６に対
し一次周波数角θｅとしてθｅｓｔを設定し処理を終了
する（Ｓ１０）。

【００５７】このように、永久磁石同期電動機３を駆動
元とするエレベータシステムにおいて、モータ軸直結型
の磁極軸位置センサを装備していなくても、永久磁石同
期電動機３の磁極軸位置を推定することが可能となり、
エレベータ起動時の永久磁石同期電動機３の逆転やガタ
つきがなく、また、脱調によるトルク不足等のない範囲
で、インバータ起動後もスムーズにかご１を始動するこ
とができる。

【００５８】図６は、本発明の実施の形態における速度
制御系６の他の一例を示すブロック構成図である。図４
に示したものに対し、荷重制御器２４はＡ／Ｄ変換器２
３からの荷重ディジタル値ＷｔＡＤのオフセットやゲイ
ン調整を行い荷重データＷｔｄａｔａを算出し、荷重制
御器２４で算出された荷重データＷｔｄａｔａを磁極軸
位置推定制御手段１０に入力するようにしている。そし
て、磁極軸位置推定制御手段１０は、エレベータの荷重
データＷｔｄａｔａに基づいてかご１側とカウンタウエ
イト２側との不平衡負荷を算出し、その不平衡負荷分を
加味した直流ステップ電流を印加するようにしている。

【００５９】これは、磁極軸を拘束するための直流ステ
ップ電流は一定値であることから、その直流ステップ電
流値は、かご１側とカウンタウエイト２側との不平衡負
荷が大きな場合を想定して定めることになる。そうした
場合には、不平衡負荷分がほとんどない付近では必要以
上の直流ステップ電流を印加することとなり、騒音や機
械振動が発生してしまう。そこで、不平衡負荷分を考慮
し、それに対応したｄ軸電流指令値Ｉｄｃｅｓｔを演算
し磁極軸推定制御時に用いることとする。

【００６０】図７は、荷重制御器２４がかご１の積載に
応じて出力する荷重データＷｔｄａｔａを示している。
図７中のＮＬはかご１の積載が０ｋｇのときを示してお
り、ＦＬはかご１の定格積載を示している。そして、Ｂ
ＬはＮＬとＦＬとの中間値を示しており、かご１とカウ
ンタウエイト２とがほぼ釣り合い不平衡負荷分がほぼ０
となるかご１の積載を示している。

【００６１】また、図８は、磁極軸位置推定制御手段１
０により不平衡負荷に応じてｄ軸電流指令発生器２５に
設定する直流ステップ電流の値Ｉｄｃｅｓｔを示してい
る。この直流ステップ電流値Ｉｄｃｅｓｔは、下記の
（１）式のにより求められる。

【００６２】Ｉｄｃｅｓｔ＝Ｉｄｃ＿Ｂｉａｓ＋Ｋ１×｜Ｗｔｄａｔａ｜ …（１）ただし、Ｋ１はスケールゲインである。

【００６３】これにより、磁極軸推定制御時に、かご１
の積載状況を考慮した適切な直流ステップ電流値Ｉｄｃ
ｅｓｔを印加できることになるので、永久磁石同期電動
機３の磁極位置を一次周波数角に一致させる際に、騒音
や機械振動が発生することを防止できる。

【００６４】また、かご１側とカウンタウエイト２側と
の不平衡負荷分を、一次周波数角演算器２６に設定する
一定の電気角θｅｓｔに加味するようにしても良い。す
なわち、磁極軸位置推定制御手段１０は、エレベータの
かご荷重信号に基づいてかご側とカウンタウエイト側と
の不平衡負荷を算出し、その不平衡負荷分を加味した磁
極軸位置推定値を算出する。

【００６５】かご１側とカウンタウエイト２側との不平
衡負荷分を加味せずに求めた磁極軸推定値θｅｓｔを、
インバータ７の一次周波数角度値の初期値とした場合に
は、永久磁石同期電動機３の回転子に不平衡負荷分がか
かった状態にて磁極軸を拘束することになる。その場合
には、磁極軸位置θｒはθｅｓｔから不平衡負荷トルク
分の内部位相差角θｗｔを持った状態で拘束されること
となる。

【００６６】図９は、このときの不平衡負荷トルクＴｗ
ｔ（縦軸）と内部位相差角θｗｔ（横軸）を示す特性図
である。不平衡負荷がある状態でインバータ７の一次周
波数角の初期値をθｅｓｔとしてしまうと、内部位相差
角θｗｔの影響によりスムーズにかご１を始動すること
が困難となる。

【００６７】そこで、始動時の磁極軸推定制御の際に
は、下記（２）式に示すように、荷重データＷｔｄａｔ
ａに対応する位置補正データθｗｔｃｍｐを演算し、下
記（３）式に示すように磁極軸位置推定値θｅｓｔに加
算を行う。

【００６８】 θｗｔｃｍｐ＝Ｋ２×Ｗｔｄａｔａ …（２） θｅｓｔｃｍｐ＝θｅｓｔ＋θｗｔｃｍｐ …（３）ただし、Ｋ２はスケールゲインである。

【００６９】図１０は、このときのかご１の積載（縦
軸）と補正後の磁極軸位置θｅｓｔｃｍｐとの関係を示
している。つまり、補正後の電気角θｅｓｔｃｍｐは、
かご１の積載が０ｋｇ〜定格積載量までの間で変化す
る。

【００７０】このように、インバータ７の一次周波数角
度値の初期値は、補正後の電気角θｅｓｔｃｍｐを用い
るものとする。これにより、スムーズにかご１を始動す
ることが可能となる。

【００７１】次に、図１１は本発明の実施の形態におけ
る起動開始手段１１の演算処理内容の一例を示すフロー
チャートである。すなわち、起動開始手段１１はエレベ
ータの起動前だけでなく、エレベータの運転中において
も、エレベータの異常検出があったとき、またはエレベ
ータ制御電源の立上げ後の初起動のときに、磁極軸位置
推定制御手段１０の始動時磁極軸推定制御機能を起動さ
せる場合の起動開始手段１１の演算処理内容を示すフロ
ーチャートである。

【００７２】まず、インバータ起動指令が出力されてい
るかどうか判断する（Ｓ１）。インバータ起動指令が出
力されている場合には、エレベータの制御電源確立後の
初起動であるか否かを判定する（Ｓ２）。このステップ
Ｓ２の処理は、エレベータの制御電源確立時にのみ実行
されるイニシャルルーチンの指標にて判断が行われる。
エレベータの制御電源の初起動であるときは、図５に示
したステップＳ４の始動時磁極軸推定制御の処理を行う
（Ｓ３）。

【００７３】一方、ステップＳ２の判定でエレベータの
制御電源の初起動であると判定されたときは、エレベー
タの保護動作が作動した後の初起動であるか否かが判定
される（Ｓ４）。すなわち、エレベータの異常検出があ
り、その異常に対してエレベータ保護動作シーケンスが
応答したときの保護動作モード時に出力される指標が成
立しているか否かを判定する。エレベータの保護動作が
作動した後の初起動であるときは、始動時磁極軸推定制
御の処理を行う（Ｓ３）。

【００７４】ステップＳ４でエレベータの制御電源の初
起動でないと判定されたとき、またはステップＳ３で始
動時磁極軸推定制御の処理が行われたときは、通常の運
転モードでエレベータを運転する（Ｓ５）。これによ
り、エレベータの運転状況に応じて推定制御を行うこと
により快適なサービスを乗客に提供できる。

【００７５】図１２は本発明の実施の形態における起動
開始手段１１の演算処理内容の他の一例を示すフローチ
ャートである。これは、エレベータの運転中において、
永久磁石同期電動機３の磁極軸位置の変化量が所定値を
超えたときに、磁極軸位置推定制御手段１０の始動時磁
極軸推定制御機能を起動させる場合の起動開始手段１１
の演算処理内容を示すフローチャートである。

【００７６】図１２において、インバータ起動指令が出
力されているかどうか判断する（Ｓ１）。インバータ起
動指令が出力されている場合には、モータ実速度演算器
１９から出力されるモータ実速度Ｆｒに基づいて一次周
波数角演算器２６で演算された磁極軸位置θｒを最新の
磁極軸位置θｒ＿ｎｅｗとして読み込む（Ｓ２）。そし
て、最新の磁極軸位置θｒ＿ｎｅｗと１サンプル前の磁
極軸位置θｒ＿ｏｌｄとの最新の変化量θｃｈｋ＿ｎｅ
ｗを演算する（Ｓ３）。その後に、読み込んだ最新の磁
極軸位置θｒ＿ｎｅｗを１サンプル前の磁極軸位置θｒ
＿ｏｌｄとする（Ｓ４）。

【００７７】次に、ステップＳ３で求めた最新の変化量
θｃｈｋ＿ｎｅｗと１サンプル前の変化量θｃｈｋ＿ｏ
ｌｄとを加算し、磁極軸位置θｒの変化量の積算値θｃ
ｈｋを求める（Ｓ５）。その後に、積算した変化量積算
値θｃｈｋを１サンプル前の変化量積算値θｃｈｋ＿ｏ
ｌｄとする（Ｓ６）。

【００７８】そして、ステップＳ５で求めた変化量積算
値θｃｈｋが所定値｜θｃｈｋ＿ＬＭＴ｜を超えている
か否かを判定する（Ｓ７）。この所定値｜θｃｈｋ＿Ｌ
ＭＴ｜は、エレベータ停止時における磁極軸位置θｒの
積算変化量の許可限界値を定めた値である。

【００７９】ステップＳ７での判定で、変化量積算値θ
ｃｈｋが所定値｜θｃｈｋ＿ＬＭＴ｜を超えているとき
は、磁極軸位置の推定制御を行うべく、インバータ起動
指令が出力されているかどうか判断し（Ｓ８）、インバ
ータ起動指令が出力されている場合には、始動時磁極軸
推定制御を行う（Ｓ９）。そして、その後に通常運転に
入る（Ｓ１０）。

【００８０】これにより、通常運転モードにおいて、エ
レベータ停止時にノイズ等の影響でＰＧ４から出力され
るパルス信号が間違っている状況にも対応できる。すな
わち、常時、ＰＧ４からのパルスカウント値を監視する
ことにより、エレベータの通常サービス時のかご１が停
止している状態において、パルス信号の変化量の異常
で、始動時磁極軸推定制御に移行できる。

【００８１】図１３は、磁極軸位置推定制御手段１０の
始動時磁極軸推定制御により磁極軸が一次周波数角に固
定できなかった場合の演算処理内容の一例を示すフロー
チャートである。図５に示すステップＳ５の処理で、所
定の時間が経過しても磁極軸が一次周波数角に固定でき
なかった場合には、永久磁石同期電動機３の回転を阻止
し、再度、始動時磁極軸推定制御をやり直すようにした
ものである。

【００８２】すなわち、磁極軸位置推定制御手段１０の
始動時磁極軸推定制御中に、磁極軸が一次周波数角に固
定できず、永久磁石同期電動機３の実速度が所定速度を
超えたときは、直流ステップ電流の印加を中止し、巻上
機のブレーキをかけて一旦永久磁石同期電動機３を停止
させた後に、再度直流ステップ電流を印加する。

【００８３】図１３において、磁極軸位置推定制御手段
１０のモードが始動時磁極軸推定制御モードであるか否
かを判定し（Ｓ１）、始動時磁極軸推定制御モードであ
る場合には、永久磁石同期電動機３の実速度Ｆｒが所定
速度ＳＤＲＭを超えたか否かを監視する（Ｓ２）。

【００８４】永久磁石同期電動機３の実速度Ｆｒが所定
速度ＳＤＲＭを超えた場合には、電流制御系８に出力し
ていたｄ軸電流指令値Ｉｄｃのデータクリアを行い、永
久磁石同期電動機３の電機子巻線に印加していた電流を
打ち切る（Ｓ３）。そして、巻上機のブレーキを釈放し
（Ｓ４）、巻上機のブレーキが実際に釈放されたか否か
を判定し（Ｓ５）、巻上機のブレーキが実際にかけられ
るまでステップＳ３、Ｓ４の処理を継続する。これによ
り、永久磁石同期電動機３の回転子磁極軸を拘束させ
る。そして、巻上機のブレーキが釈放され永久磁石同期
電動機３の回転子磁極軸が拘束されたことことを確認
後、再度、磁極磁極軸推定制御を行う（Ｓ６）。

【００８５】これにより、永久磁石同期電動機３の電機
子巻線に発生する起磁力と磁極軸との間に発生する引張
力が電流ベクトル方向と磁極軸方向の関係により弱くな
ってしまうような状況にも対応できる。例えば、永久磁
石同期電動機３の回転子磁極軸にかかるかご１側とカウ
ンタウエイト２側の不平衡負荷の影響で、回転子磁極軸
位置が電流ベクトル方向に拘束することができかったと
きは、永久磁石同期電動機３の実速度Ｆｒが所定速度Ｓ
ＤＲＭより大きくなるので、一旦、始動時磁極推定制御
を中断し、再度、推定制御を行う。

【００８６】従って、回転子磁極軸を電流ベクトル方向
へ拘束できなかった場合においても、かご１が発振して
しまうことを防止でき、エレベータ始動時においても不
快な振動を起こさず、快適なサービスを乗客に提供でき
る。

【００８７】図１４は、磁極軸位置推定制御手段１０の
始動時磁極軸推定制御により磁極軸が一次周波数角に固
定できなかった場合の演算処理内容の他の一例を示すフ
ローチャートである。図５に示すステップＳ５の処理
で、所定の時間が経過しても磁極軸が一次周波数角に固
定できなかった場合には、印加している直流ステップ電
流の方向を反転させ起磁力の極性を反転させるようにし
たものである。

【００８８】すなわち、磁極軸位置推定制御手段１０の
始動時磁極軸推定制御中に、磁極軸が一次周波数角に固
定できず、永久磁石同期電動機３の実速度が所定速度を
超えたときは、直流ステップ電流の所定の電気角に対し
て１８０゜を加算した電気角の直流ステップ電流を印加
する。

【００８９】図１４において、磁極軸位置推定制御手段
１０のモードが始動時磁極軸推定制御モードであるか否
かを判定し（Ｓ１）、始動時磁極軸推定制御モードであ
る場合には、永久磁石同期電動機３の実速度Ｆｒが所定
速度ＳＤＲＭを超えたか否かを監視する（Ｓ２）。永久
磁石同期電動機３の実速度Ｆｒが所定速度ＳＤＲＭを超
えた場合には、電流制御系８に出力していた直流ステッ
プ電流の電流ベクトル方向を反転させる（Ｓ３）。つま
り、今まで出力していた一次周波数角θｅｓｔに１８０
゜を加算する。

【００９０】これにより、永久磁石同期電動機３の電機
子巻線に発生する起磁力と磁極軸との間に発生する力が
想定された引張力ではなく反発力である場合にも対応で
きる。つまり、印加した直流ステップ電流によりかご１
を加速してしまい、所定速度ＳＤＲＦを超えてしまう状
況が発生した場合であっても、印加する直流ステップ電
流の電流ベクトル方向を逆転させて電機子巻線に発生す
る起磁力の極性を反転させるので、起磁力と磁極軸との
間に発生していた反発力を強力なブレーキ力に変更する
ことができる。従って、かご１の加速を抑制することが
可能となる。

【００９１】

【発明の効果】以上の説明のように、本発明によれば、
エレベータの起動前に、エレベータを駆動する永久磁石
同期電動機の磁極軸位置をインバータの一次周波数角に
一致させるので、脱調やガタつきのないエレベータの始
動が可能となる。また、モータ直結型の位置センサに限
定する必要がなくなるため、巻上磯の設置環境が限定さ
れた場合においても、自由度の高い巻上機を選定するこ
とが可能となる。

【００９２】また、エレベータの運転中においても、計
測した磁極軸位置と実際の磁極軸位置とのずれを補正で
きるので、インバータ起動後もスムーズにかごを始動す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の実施の形態に係わるエレベー
タ制御装置のブロック構成図である。

【図２】図２は、永久磁石同期電動機の磁極軸位置と一
次周波数角との関係の説明図である。

【図３】図３は、図１に示した電流制御系のブロック構
成図である。

【図４】図４は、図１に示した速度制御系のブロック構
成図である。

【図５】図５は、本発明の実施の形態における磁極軸位
置推定制御手段の処理内容を示すフローチャートであ
る。

【図６】図６は、本発明の実施の形態における速度制御
系の他の一例を示すブロック構成図である。

【図７】図７は、本発明の実施の形態における荷重制御
器がかごの積載に応じて出力する荷重データＷｔｄａｔ
ａの説明図である。

【図８】図８は、本発明の実施の形態における磁極軸位
置推定制御手段により不平衡負荷に応じて変化する直流
ステップ電流値Ｉｄｃｅｓｔの説明図である。

【図９】図９は、かごとカウンタウエイトとが不平衡で
あるときの不平衡負荷トルクＴｗｔと内部位相差角θｗ
ｔとの関係を示す特性図である。

【図１０】図１０は、かごとカウンタウエイトとが不平
衡であるときのかごの積載と補正後の磁極軸位置θｅｓ
ｔｃｍｐとの関係の説明図である。

【図１１】図１１は、本発明の実施の形態における起動
開始手段の演算処理内容の一例を示すフローチャートで
ある。

【図１２】図１２は、本発明の実施の形態における起動
開始手段の演算処理内容の他の一例を示すフローチャー
トである。

【図１３】図１３は、本発明の実施の形態における磁極
軸位置推定制御手段の始動時磁極軸推定制御により磁極
軸が一次周波数角に固定できなかった場合の磁極軸位置
推定制御手段の演算処理内容の一例を示すフローチャー
トである。

【図１４】図１４は、本発明の実施の形態における磁極
軸位置推定制御手段の始動時磁極軸推定制御により磁極
軸が一次周波数角に固定できなかった場合の磁極軸位置
推定制御手段の演算処理内容の他の一例を示すフローチ
ャートである。

【符号の説明】

１かご２カウンタウエイト３永久磁石同期電動機４パルスジェネレータ５荷重検出器６速度制御系７インバータ８電流制御系９電流センサ１０磁極軸位置推定制御手段１１起動開始手段１２３相／２相変換器１３ｄｑ変換器１４減算器１５ＰＩコントローラ１６逆ｄｑ変換器１７２相／３相変換器１８ＰＷＭ回路１９モータ実速度演算器２０速度基準発生器２１加算器２２信号変換器２３Ａ／Ｄ変換器２４荷重制御器２５ｄ軸電流指令値発生器２６一次周波数角演算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者嶋根一夫東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内Ｆターム(参考） 3F002 CA04 CA06 DA02 DA08 EA05 EA08 5H576 AA07 BB04 BB10 DD02 DD07 EE01 EE11 EE30 FF01 GG02 GG04 HB01 JJ03 JJ04 JJ12 JJ16 JJ24 LL07 LL22 LL41 LL52

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石同期電動機にインバータから可
変電圧周波数交流電源を供給し前記永久磁石同期電動機
に連結された巻上機を駆動してエレベータを制御するエ
レベータ制御装置において、前記永久磁石同期電動機の
実速度とその速度指令値との速度偏差信号に基づいて電
流指令値を演算すると共に前記実速度に基づいて前記イ
ンバータの一次周波数角を演算する速度制御系と、前記
インバータの出力電流が前記速度制御系からの一次周波
数角の電流指令値になるように前記インバータにゲート
信号を出力する電流制御系と、前記永久磁石同期電動機
の磁極軸位置が前記インバータの一次周波数角に一致す
るように所定の電気角の直流ステップ電流を印加する始
動時磁極軸推定制御を行い推定した磁極軸でエレベータ
の起動を待つ磁極軸位置推定制御手段と、エレベータの
起動の際に前記磁極軸位置推定制御手段を動作させる起
動開始手段とを備えたことを特徴とするエレベータ制御
装置。
【請求項２】前記磁極軸位置推定制御手段は、印加し
た直流ステップ電流で固定された前記永久磁石同期電動
機の磁極軸位置を、エレベータ起動時における前記磁極
軸位置推定値とすることを特徴とする請求項１に記載の
エレベータ制御装置。
【請求項３】前記速度制御系は、前記インバータの一
次周波数角値の初期値として、前記磁極軸位置推定制御
手段で推定された前記磁極軸位置推定値を用いることを
特徴とする請求項２に記載のエレベータ制御装置。
【請求項４】前記磁極軸位置推定制御手段は、前記直
流ステップ電流を印加する一定の電気角として、前回運
転終了時における一次周波数角度値を用いることを特徴
とする請求項１に記載のエレベータ制御装置。
【請求項５】前記磁極軸位置推定制御手段は、エレベ
ータのかご荷重信号に基づいてかご側とカウンタウエイ
ト側との不平衡負荷を算出し、その不平衡負荷分を加味
した直流ステップ電流を印加するようにしたことを特徴
とする請求項１に記載のエレベータ制御装置。
【請求項６】前記磁極軸位置推定制御手段は、エレベ
ータのかご荷重信号に基づいてかご側とカウンタウエイ
ト側との不平衡負荷を算出し、その不平衡負荷分を加味
した磁極軸位置推定値を推定することを特徴とする請求
項２に記載のエレベータ制御装置。
【請求項７】前記起動開始手段は、エレベータの運転
中にエレベータの異常検出があったとき、またはエレベ
ータ制御電源の立上げ後の初起動のときに、前記磁極軸
位置推定制御手段の始動時磁極軸推定制御機能を起動さ
せることを特徴とする請求項１に記載のエレベータ制御
装置。
【請求項８】前記起動開始手段は、前記永久磁石同期
電動機の磁極軸位置の変化量が所定値を超えたときに、
前記磁極軸位置推定制御手段の始動時磁極軸推定制御機
能を起動させることを特徴とする請求項１に記載のエレ
ベータ制御装置。
【請求項９】前記磁極軸位置推定制御手段は、その動
作中に前記永久磁石同期電動機の実速度が所定速度を超
えたときは前記直流ステップ電流の印加を中止し、前記
巻上機のブレーキをかけて一旦前記永久磁石同期電動機
を停止させた後に、再度前記直流ステップ電流を印加す
ることを特徴とする請求項１に記載のエレベータ制御装
置。
【請求項１０】前記磁極軸位置推定制御手段は、その
動作中に前記永久磁石同期電動機の実速度が所定速度を
超えたときは、所定の電気角に対して１８０゜を加算し
た電気角の直流ステップ電流を印加することを特徴とす
る請求項１に記載のエレベータ制御装置。