JP2005132541A - 昇降機械駆動用電動機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【目的】カウンタウエートを備えた昇降機械で荷重を昇降させる際に、この荷重の質量に相当するトルクを電気的に求めて加算することにより、トルク不足による異常な動きを抑制する。
【構成】ブレーキ開放時に、荷重とカウンタウエート１０との質量差で回転する際の角加速度を加速度演算器２１で演算し、この角加速度を使って総慣性モーメント演算器２２は昇降機械の総慣性モーメントを演算し、この総慣性モーメントから第２トルクバイアス指令演算器２３は前記質量差に対応するトルクを演算して、これをトルクバイアス指令値とする。加算器１７は速度調節器からのトルク指令値にこのトルクバイアス指令値を加算して、ブレーキ開放時のトルク不足を解消する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、カウンタウエートを備えた昇降機械で荷重を昇降させる際に、この荷重の質量に相当するトルクを電気的に検出することで円滑な運転をするための昇降機械駆動用電動機の制御方法に関する。

カウンタウエートを備えた昇降機械としてエレベータがある。そこで以下ではエレベータを例にして本発明の説明を行う。エレベータは、ワイヤの一端に人や貨物を搭載する籠を吊るし、その他端にはカウンタウエートを吊るす構成であって、このワイヤをシーブに掛けて当該シーブを回転させることにより籠を昇降させるのであるが、搭載物の多少によって籠の合計質量は変動する。そこで以下では、この搭載物と籠とを一括して荷重と称することにする。
図２は昇降装置駆動用電動機を制御する制御回路の第１従来例を示したブロック回路図である。この図２において、交流電源１からの交流電力は、インバータ２により可変電圧・可変周波数の交流電力に変換されて、昇降機械のシーブ４に結合されている誘導電動機３を所望の回転速度で駆動する。このシーブ４に掛けられているワイヤ１２の一端には籠１１が吊り下げられており、その他端にはカウンタウエート１０が吊り下げられている。また誘導電動機３にはパルスエンコーダ５を結合している。なおシーブ４を含む昇降機械と、この昇降機械を停止させたり、これを停止位置に保持するためのブレーキを備えているが、これら昇降機械とブレーキの図示は省略している。

速度指令演算回路７は速度設定器６が設定する速度設定値Ｎ^# を入力し、この入力値を予め定めた変化速度で変化させて最終的には前記速度設定値Ｎ^# と一致した値となる速度指令値Ｎ^* を出力する。この速度指令演算回路７により、速度指令値Ｎ^* が急激に変化するのを防止して、乗り心地に不快感が生じるのを防いでいる。加算器１３はパルスエンコーダ５が検出する速度実際値Ｎと、速度指令演算回路７からの速度指令値Ｎ^* との偏差を演算し、この演算結果を速度調節器８へ入力する。比例積分演算器で構成している速度調節器８は、調節動作によりその入力偏差を零にするトルク指令値τ^**をベクトル制御回路９へ出力し、このベクトル制御回路９からの指令に基づいて、インバータ２は所望の電圧と周波数の交流電力を誘導電動機３へ与える。なお、ベクトル制御回路９の動作は周知であるから、その動作説明は省略する。

エレベータの籠１１が満員になるまで人々が乗り込んだ場合は、籠１１と乗客とでなる荷重の合計質量のほうがカウンタウエート１０の質量よりも大になるが、この人々を上の階へ運ぶ場合を考える。すなわち、人々が乗り込んで籠１１の扉を閉めてブレーキを開放した後に、籠１１を上昇させる方向へ誘導電動機３を回転させようとするのであるが、前述したように速度指令値Ｎ^* が所定値まで上昇するのに時間がかかるし、速度調節器８の積分時間などのために、当該速度調節器８が出力するトルク指令値τ^**が所望の値まで上昇するのには時間がかかる。それ故、ブレーキ開放時点からトルク指令値τ^**が所望値に到達するまでの期間は、前述の質量差に対抗して籠１１を上昇させるだけのトルクを誘導電動機３が出力することができないため、シーブ４は時計方向へ回転し、籠１１は下降することになる。やがてトルク指令値τ^**が上昇して誘導電動機３のトルクが増大することにより、籠１１を上昇させることができるようになる。すなわち籠１１は、ブレーキの開放と共に一旦降下し、しばらくしてから上昇に転じる動作をすることになるので、危険でもあるし、乗り心地が悪くなる欠点もある。

図３は図２の第１従来例の欠点の解消を図った昇降装置駆動用電動機を制御する制御回路の第２従来例を示したブロック回路図であって、図２に図示の第１従来例回路に、荷重検出器１５と第１トルクバイアス指令演算器１６と加算器１７とが付加された構成になっている。
この第２従来例回路は籠１１に荷重検出器１５を設置し、この荷重検出器１５が籠１１と搭載物との合計質量を検出しており、第２トルクバイアス指令演算器１６はこの合計質量とカウンタウエート１０の質量との差に相当するトルクとしてのトルクバイアス指令値τ^*** を演算する。加算器１７は、速度調節器８が出力するトルク指令値τ^**にこのトルクバイアス指令値τ^*** を加算する演算を行って新たなトルク指令値τ^* を得るのであるが、このように速度調節器が出力するトルク指令値だけでは不足するトルクを演算し、これをトルクバイアス指令値τ^*** として加算することで、不足分を補う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

前述により得られた新たなトルク指令値τ^* をベクトル制御に使うことにより、エレベータのブレーキを開放したときに、前述の質量差に対応したトルクを誘導電動機３が出力できないことが原因で、籠１１が意図しない方向へ移動する不具合が発生するのを回避することができる。
特開２００３−２６３７５号公報

籠１１とその搭載物との合計質量は変動するから、この合計質量とカウンタウエート１０の質量との差も変化する。速度調節器８が出力するトルク指令値τ^**の立ち上がりには遅れ時間があるから、この質量差を把握しておかないと、ブレーキが開放してからトルクが必要値に到達するまでの期間は、前述の質量差で籠１１が移動することになる。そこで第２トルクバイアス指令演算器１６が、この質量差に相当するトルクであるトルクバイアス指令値τ^*** を、予めトルク指令値τ^**に加算しておくのであるが、そのためには、籠１１の全質量を検出できる荷重検出器１５を余分に設置しなければならない欠点があるし、この荷重検出器１５の保守や調整に手間がかかる欠点もあった。

そこでこの発明は、ワイヤの両端に荷重とカウンタウエートを別個に吊るし、このワイヤをシーブに掛けた構成の昇降機械を駆動する電動機にパルスエンコーダを設け、このパルスエンコーダが検出する速度実際値と、別途の速度指令値との偏差を調節動作により零にするトルク指令値で前記電動機を運転するのであるが、前記荷重とカウンタウエートとの質量差が原因で、ブレーキを開放したときに当該昇降機械がごく僅かに回転する間に、この回転の角加速度の演算と、当該昇降機械の総慣性モーメントとの演算と、前記質量差に見合ったトルクに相当するトルクバイアス指令値の演算と、を電気回路によって演算し、このトルクバイアス指令値を前記トルク指令値に加算することで、ブレーキを開放したときに、質量差で昇降機械が大きく回転してしまう不具合を解消する。

荷重検出器のような調整や保守に手間がかかる機構部品を使用しないで、ブレーキを開放後に荷重が数ミリメートル乃至１０ミリメートル程度のわずかな移動の間にトルクバイアス指令値の演算を電気回路で行ってしまうので、装置が小形化されるし、調整や保守の手間が不要にになる効果が得られる。このときの荷重の移動距離はごく僅かであって乗り心地に悪影響を与える心配も殆どない。

本発明は、昇降機械のブレーキを開放したときに、質量差により昇降機械が僅かに回転する際に、パルスエンコーダが出力するパルスとその時間からそのときの加速度を演算する。この加速度から当該昇降機械とその荷重の総慣性モーメントを演算し、この総慣性モーメントから前記質量差に対応するトルクを求める。このトルクがトルクバイアス指令値τ^*** であって、速度調節器が出力するトルク指令値τ^**にこのトルクバイアス指令値τ^*** を加算することで、電動機に所要のトルクを発生させる。

図１は本発明の第１実施例を表したブロック回路図であるが、この第１実施例回路は、図２で既述の第２従来例における荷重検出器１５と第１トルクバイアス指令演算器１６の代わりに、加速度演算器２１と総慣性モーメント演算器２２と第２トルクバイアス指令演算器２３を備える構成であるから、図２の第２従来例と同じ部分の説明は省略する。
パルスエンコーダ５が１回転する間に出力するパルス数をＰとする。エレベータのブレーキを開放したときの質量差でパルスエンコーダ５が回転するときのバルスカウント値が１番目のパルスから次のパルスまでの時間をｔ₁ とすると、このときの誘導電動機３の第１角速度ω₁ は下記の数式１となる。

(数１)
ω₁ ＝（２π／Ｐ）×（ｄθ／ｄｔ）＝（２π／Ｐ）×｛（２−１）／ｔ₁ ｝
＝２π／Ｐ／ｔ₁
同様にバルスカウント値が（ｎ−１）番目のパルスから次のパルス（すなわちｎ番目パルス）までの時間をｔ₂ とすると、このときの誘導電動機３の第２角速度ω₂ は下記の数式２となる。

(数２)
ω₂ ＝（２π／Ｐ）×〔｛（ｎ−１）−ｎ｝／ｔ₂ 〕＝２π／Ｐ／ｔ₂
よってパルスエンコーダ５のパルスカウント値が１からｎまでの時間をｔ₃ とすると、誘導電動機３の角加速度ｄω／ｄｔは、下記の数式３となる。

(数３)
ｄω／ｄｔ＝（ω₂ −ω₁ ）／ｔ₃
加速度演算器２１はパルスエンコーダ５から入力したパルス信号に基づいて上記の演算を行うことで、角加速度ｄω／ｄｔを得る。
籠１１の質量をＷ₁ ，積載物の質量をＷ₂ ，カウンタウエート１０の質量をＷ₃ とし、シーブ４の半径をｒ，重力の加速度をｇとするとき、エレベータの負荷（籠と積載物とカウンタウエート）の慣性モーメントをＪ₁ とし、エレベータ機械部（誘導電動機３を含む）の慣性モーメントをＪ₂ とすると、エレベータの電動機軸での総慣性モーメントＪは下記の数式４で示される。

(数４)
Ｊ＝Ｊ₁ ＋Ｊ₂ ＝（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ＋Ｗ₃ ）×ｒ² ＋Ｊ₂
エレベータの負荷を走行させるためのトルクτ₀ は下記の数式５である。

(数５)
τ₀ ＝（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ −Ｗ₃ ）×ｇ×ｒ
＝｛（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）×ｒ² −Ｗ₃ ×ｒ² ｝×ｇ／ｒ
＝｛（Ｗ₁ ＋Ｗ₂ ）×ｒ² ＋（Ｗ₃ ×ｒ² ）＋Ｊ₂
−（Ｗ₃ ×ｒ² ）−（Ｗ₃ ×ｒ² ）−Ｊ₂ ｝×ｇ／ｒ
この数式５へ数式４を代入すると下記の数式６が得られる。

(数６)
τ₀ ＝｛Ｊ−（Ｗ₃ ×ｒ² ）−（Ｗ₃ ×ｒ² ）−Ｊ₂ ｝×ｇ／ｒ
籠１１の質量と搭載物の質量との和がカウンタウエート１０の質量に等しい場合の等質量総慣性モーメントＪ_B は下記の数式７で表される。

(数７)
Ｊ_B ＝（Ｗ₃ ×ｒ² ）＋（Ｗ₃ ×ｒ² ）＋Ｊ₂
この数式７と数式６から、負荷の走行トルクτ₀ は下記の数式８となる。

(数８)
τ₀ ＝（Ｊ−Ｊ_B ）×ｇ／ｒ
数式４に示している電動機軸での総慣性モーメントＪから、エレベータの加速に必要な加速分トルクτ₁ は数式９となる。

(数９)
τ₁ ＝Ｊ×ｄω／ｄｔ
よってエレベータ駆動トルクτは下記の数式１０に示すように、τ₁ とτ₀ との和となる。

(数１０)
τ＝τ₀ ＋τ₁ ＝（Ｊ−Ｊ_B ）×ｇ／ｒ＋Ｊ×ｄω／ｄｔ
この数式１０を変形することで、下記の数式１１に示すように電動機軸での総慣性モーメントＪを求めることができる。

(数１１)
Ｊ＝（τ×ｒ＋Ｊ_B ×ｇ）／（ｇ＋ｄω／ｄｔ×ｒ）
図１の第１実施例回路において、加速度演算器２１で得られる角加速度ｄω／ｄｔを使い、総慣性モーメント演算器２２は数式１０の演算を行って総慣性モーメントＪを得る。更に第２トルクバイアス指令演算器２３ではこの総慣性モーメントＪを使って、数式８により負荷の走行トルクτ₀ を得る。この走行トルクτ₀ をトルクバイアス指令値τ^*** として加算器１７へ与える。加算器１７は速度調節器８からのトルク指令値τ^**とこのトルクバイアス指令値τ^*** を加算することで得られる新たなトルク指令値τ^* をベクトル制御回路９へ与える。

本発明の第１実施例を表したブロック回路図 昇降装置駆動用電動機を制御する制御回路の第１従来例を示したブロック回路図 図２の第１従来例の欠点の解消を図った昇降装置駆動用電動機を制御する制御回路の第２従来例を示したブロック回路図

符号の説明

３ 誘導電動機
４ シーブ
５ パルスエンコーダ
６ 速度設定器
７ 速度指令演算器
８ 速度調節器
１０ カウンタウエート
１１ 籠
１２ ワイヤ
１３，１７ 加算器
１５ 荷重検出器
１６ 第１トルクバイアス指令演算器
２１ 加速度演算器
２２ 総慣性モーメント演算器
２３ 第２トルクバイアス指令演算器

Claims (5)

1. パルスエンコーダが検出する速度実際値と、別途に設定する速度指令値との偏差を調節動作により零にするトルク指令値に従って運転する電動機で、シーブに掛けたワイヤの両端に荷重とカウンタウエートを別個に吊るした昇降機械を駆動している昇降機械駆動用電動機の制御方法において、
   停止中の前記昇降機械のブレーキを開放したときに、前記荷重とカウンタウエートとの質量差で当該昇降機械が回転する際の角加速度を検出し、
   この角加速度から荷重とカウンタウエートを含んだ昇降機械の総慣性モーメントを演算し、
   前記質量差に見合ったトルクを前記総慣性モーメントを使って演算し、
   この質量差に見合ったトルクをトルクバイアス指令値として、前記トルク指令値に加算することを特徴とする昇降機械駆動用電動機の制御方法。
2. 請求項１に記載の昇降機械駆動用電動機の制御方法において、
   前記昇降機械が質量差で回転する際の角加速度は、
   前記ブレーキを開放した時点で前記パルスエンコーダが出力する第１番目パルスからの１パルス分に要する時間から求めた第１角速度と、
   前記ブレーキを開放した時点から第（ｎ−１）番目に出力するパルスからの１パルス分に要する時間から求めた第２角速度と、
   これら第２角速度と第１角速度との差分と、第１番目パルスから第ｎ番目パルスまでの時間と、から求めることを特徴とする昇降機械駆動用電動機の制御方法。
3. 請求項１乃至請求項２に記載の昇降機械駆動用電動機の制御方法において、
   前記荷重とカウンタウエートを含む昇降機械の総慣性モーメントは、
   前記荷重とカウンタウエートが同じ質量の場合の荷重とカウンタウエートを含む昇降機械の総慣性モーメントである等質量総慣性モーメントを求め、
   この等質量総慣性モーメントと、荷重とカウンタウエートを含む当該昇降機械の駆動トルクと、回転加速度と、前記シーブの半径と、から求めることを特徴とする昇降機械駆動用電動機の制御方法。
4. 請求項１乃至請求項３に記載の昇降機械駆動用電動機の制御方法において、
   前記等質量総慣性モーメントは、
   前記カウンタウエートの質量と、昇降機械のみの慣性モーメントと、前記シーブの半径と、から求めることを特徴とする昇降機械駆動用電動機の制御方法。
5. 請求項１乃至請求項４に記載の昇降機械駆動用電動機の制御方法において、
   前記トルクバイアス指令値は、
   前記総慣性モーメントと、前記等質量総慣性モーメントと、前記シーブの半径と、から求めることを特徴とする昇降機械駆動用電動機の制御方法。

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