JP2005335913A - エレベータ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 信号線における断線検出に要する時間を短縮させ、信頼性を向上させたエレベータ装置を提供する。
【解決手段】 交流モーター４に電力供給を行うインバータ３と、励磁信号１１が供給され、交流モーター４の回転軸における回転角をレゾルバ信号１２として出力するレゾルバ５と、レゾルバ信号１２をデジタル信号に変換し、モーター駆動制御部２へ出力するレゾルバ／デジタル変換器６と、励磁信号１１を生成し、レゾルバ信号１２に基づいて交流モーター４を駆動制御するモーター駆動制御部２とを備えたエレベータ装置１であって、デジタル変換前のレゾルバ信号１２に基づいてレゾルバ５及びモーター駆動制御部２間における断線を検出し、インバータ３に対してゲート遮断する断線検出回路７により構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレベータ装置に係り、さらに詳しくは、回転軸における回転角に基づいて交流モーターの駆動制御を行うエレベータ装置の改良に関する。

エレベータかごを昇降させるのに用いられる交流モーターや、エレベータドアを開閉させるのに用いられる交流モーターでは、円滑に動作させるために、回転軸の回転角や回転速度（角速度）に基づく駆動制御が行われる（例えば、特許文献１）。交流モーターの駆動制御では、回転軸の回転角を検出するのに、例えば、半導体受光素子からなるパルスエンコーダ（ロータリーエンコーダともいう）が用いられる。パルスエンコーダにおける半導体受光素子は、回転軸に取り付けられる円板に設けられたスリットを透過する透過光によりオン／オフし、回転軸の回転角に応じたパルス信号の生成を行っている。このパルス信号をカウントすることにより、交流モーターの回転軸における回転角及び回転速度を判別することができる。

しかし、この様なエレベータ装置では、半導体受光素子の寿命が短くなり、信頼性が低下するという問題があった。すなわち、交流モーターの駆動に伴って生じる熱により周囲の温度が上昇するので、半導体受光素子が劣化してしまうという問題があった。特に、交流モーターの薄型化・小型化に伴って、半導体受光素子がモーター内にビルトインされるものでは、熱による影響が大きくなるので、受光素子の劣化が著しい。

また、信号線が断線した場合、パルス信号を取り込んで回転角や回転速度の判別を行うＣＰＵにおいて、ソフトウェア的な処理で信号線の断線を検出させようとすると、検出処理に要する時間が長くなってしまうので、タイムラグが大きくなるという問題もあった。

そこで、交流モーターの回転軸における回転角を検出するのに、上述したパルスエンコーダに代えてレゾルバを用いることが考えられる（例えば、特許文献２）。レゾルバ（resolver）は、回転軸の回転角を検出するための回転角度センサーであり、巻き線からなるローター及びステータにより構成される。このレゾルバは、使用可能な温度範囲が半導体受光素子よりも広く、熱によって劣化することがないので、信頼性を向上させることができる。しかし、この様なエレベータ装置では、信号線が断線した場合に、ＣＰＵにおいてソフトウェア的な処理で信号線の断線を検出させるのであれば、パルスエンコーダを用いる場合と同様に、タイムラグが大きくなってしまうという問題があった。
特許第３３９１０９９号明細書 特開２０００−２８７４７８号公報

上述した通り、従来のエレベータ装置では、信号線における断線検出に要する時間が長いという問題があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、信号線における断線検出に要する時間を短縮させ、信頼性を向上させたエレベータ装置を提供することを目的としている。

本発明によるエレベータ装置は、交流モーターに電力供給を行うインバータと、励磁信号が供給され、上記交流モーターの回転軸における回転角をレゾルバ信号として出力するレゾルバと、上記励磁信号を生成し、上記レゾルバ信号に基づいて上記交流モーターを駆動制御するモーター駆動制御部とを有するエレベータ装置であって、上記レゾルバ信号に基づいてレゾルバ及びモーター駆動制御部間における断線を検出し、上記インバータに対してゲート遮断する断線検出回路により構成される。

この様な構成によれば、断線検出回路によりレゾルバ及びモーター駆動制御部間における断線が検出され、インバータに対してゲート遮断が行われるので、信号線における断線検出に要する時間を短縮することができる。特に、上記レゾルバ信号をデジタル信号に変換し、上記モーター駆動制御部へ出力するレゾルバ／デジタル変換器を備え、上記断線検出回路が、デジタル変換前のレゾルバ信号に基づいて断線検出を行うように構成すれば、デジタル変換前のレゾルバ信号に基づいて断線検出が行われ、インバータを直接にゲート遮断させることができるので、ソフトウェア的な処理により断線検出を行うのに比べて断線検出に要する時間が短縮化され、信頼性を向上させることができる。

具体的には、上記レゾルバが、交流電圧からなるレゾルバ信号を生成し、上記断線検出回路が、レゾルバ信号を整流する整流回路と、整流後のレゾルバ信号を平滑化する平滑化回路と、平滑化後のレゾルバ信号における電圧レベルを所定の閾値と比較するコンパレータとからなり、この比較結果に基づいて断線検出を行うように構成される。

本発明によるエレベータ装置によれば、断線検出回路によりレゾルバ及びモーター駆動制御部間における断線が検出され、インバータに対してゲート遮断が行われるので、信号線における断線検出に要する時間を短縮することができる。特に、デジタル変換前のレゾルバ信号に基づいて断線検出が行われ、インバータを直接にゲート遮断させることができるので、ソフトウェア的な処理により断線検出を行うのに比べて断線検出に要する時間が短縮化され、信頼性を向上させることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるエレベータ装置の概略構成の一例を示したブロック図である。本実施の形態によるエレベータ装置１は、エレベータかごを昇降させたり、エレベータドアを開閉させるための交流モーター４をレゾルバ５からのレゾルバ信号１２に基づいて駆動制御する制御装置である。このエレベータ装置１は、モーター駆動制御部２、インバータ３、交流モーター（Ｍ）４、レゾルバ５、レゾルバ／デジタル変換器６及び断線検出回路７からなる。

インバータ３は、直流電圧を交流電圧に変換する電子回路であり、交流モーター４に電力供給を行っている。レゾルバ（resolver）５は、交流モーター４の回転軸における回転角を検出するための回転角度センサーであり、回転角をレゾルバ信号１２として出力する。レゾルバ５は、巻き線からなるローター及びステータにより構成され、レゾルバ信号１２は、モーター駆動制御部２から供給される励磁信号１１により誘起され、回転角に応じて電圧が変化する信号からなる。

レゾルバ／デジタル変換器（Ｒ／Ｄ変換器）６は、レゾルバ信号１２をデジタル信号に変換し、モーター駆動制御部２へ出力する角度データの変換回路である。モーター駆動制御部２は、励磁信号１１を生成し、レゾルバ５に供給するとともに、デジタル変換後のレゾルバ信号１２に基づいて交流モーター４の駆動制御を行っている。すなわち、モーター駆動制御部２は、レゾルバ５からの角度データに基づいて交流モーター４の回転軸における回転角及び回転速度（角速度）を判別し、エレベータかごやエレベータドアを円滑に動作させている。この様な交流モーター４の駆動制御は、インバータ３を介して行われる。

断線検出回路７は、レゾルバ信号１２に基づいてレゾルバ５及びモーター駆動制御部２間における断線を検出し、インバータ３に対してゲート遮断を行う検出回路である。この断線検出は、デジタル変換前のレゾルバ信号１２に基づいて行われる。これにより、信号線における断線検出に要する時間を短縮することができ、信号線の断線時に交流モーター４を速やかに停止させることができる。

図２は、図１のエレベータ装置における要部詳細の一例を示した回路図であり、励磁側コイル及び出力側コイルを有するステータと、交流モーター４の回転軸に取り付けられるローターとからなるレゾルバ５が示されている。このレゾルバ５は、１相（単相）の交流電圧Ｅ_１からなる励磁信号１１に基づいて、直交する２相の交流電圧Ｅ_２及びＥ_３からなるレゾルバ信号１２の出力を行っている。

例えば、励磁周波数をｆとして、次式（１）により表される交流電圧Ｅ_１が励磁側コイルに印加される。
Ｅ_１＝Ｅ_１０ｓｉｎ２πｆｔ・・（１）

このとき、出力側コイルには、変圧比をＫとして、次式（２）及び（３）により表される交流電圧Ｅ_２及びＥ_３がローターの回転角θに応じて誘起される。
Ｅ_２＝ＫＥ_１０ｓｉｎ２πｆｔ×ｃｏｓθ・・（２）
Ｅ_３＝ＫＥ_１０ｓｉｎ２πｆｔ×ｓｉｎθ・・（３）

励磁信号１１に対し出力電圧が回転角θに応じて変化するので、レゾルバ信号１２からある時刻における出力電圧を求めることにより、上式（２）及び（３）に基づいて、当該時刻における回転角θを算出することができる。

図３（ａ）及び（ｂ）は、図２のレゾルバにおける励磁信号及び出力電圧の一例を示した図であり、図３（ａ）には、励磁信号１１による交流電圧Ｅ_１の時間変化の様子が示され、図３（ｂ）には、直交する交流電圧Ｅ_２及びＥ_３の変化の様子が回転角θごとに示されている。交流電圧Ｅ_３は、回転角θに関して交流電圧Ｅ_２と位相がπ／２（９０°）だけ異なっている。ここでは、交流電圧Ｅ_２に対応するレゾルバ信号１２をｃｏｓ（コサイン）信号とし、交流電圧Ｅ_３に対応するレゾルバ信号１２をｓｉｎ（サイン）信号とする。

図４は、図１のエレベータ装置における要部詳細の一例を示した回路図であり、直交する各レゾルバ信号１２に基づいて断線検出を行う断線検出回路７が示されている。この断線検出回路７は、レゾルバ信号１２ごとに設けられた全波整流回路２１、平滑化回路２２、直流電圧回路２３及びコンパレータ２４と、各コンパレータ２４による比較結果の論理和を出力するＯＲ回路２５とからなる。

全波整流回路２１は、ダイオードからなる電子回路であり、レゾルバ信号１２について全波整流を行っている。平滑化回路２２は、コンデンサーからなり、全波整流回路２１による全波整流後のレゾルバ信号１２について平滑化を行っている。

コンパレータ（comparator）２４は、比較器であり、平滑化後のレゾルバ信号１２における電圧レベルと、直流電圧回路２３により生成される所定の電圧レベル（閾値）との比較を行っている。つまり、直流電圧回路２３は、比較の基準となる直流電圧の生成を行っている。コンパレータ２４によるレゾルバ信号１２ごとの比較結果は、ＯＲ回路２５へ出力され、その論理和がインバータ３へ出力される。

例えば、周波数が１０ｋＨｚであり、全波整流回路２１に対する入力電圧が３．５Ｖ（振幅＝１．７５Ｖ）であるレゾルバ信号１２の場合、平滑化後のレゾルバ信号１２は、１．２５Ｖの基準電圧（断線検出のための閾値）と比較される。正常時（非断線時）には、平滑化によって一定となった信号電圧は基準電圧よりも高いので、電圧レベルが低いＬｏｗ信号がコンパレータ２４により出力される。異常時（断線時）には、信号電圧における電圧レベルがゼロとなり、基準電圧よりも低くなるので、電圧レベルが高いＨｉｇｈ信号が出力される。

レゾルバ信号１２ごとの比較結果として各コンパレータ２４からＬｏｗ信号が出力された場合、ＯＲ回路２５の出力における電圧レベルはＬｏｗレベルとなり、インバータ３に対するゲート遮断は行われない。各コンパレータ２４の出力のうち、いずれか一方、または、両方がＨｉｇｈ信号となると、ＯＲ回路２５の出力もＨｉｇｈレベルとなり、インバータ３に対してゲート遮断が行われる。

レゾルバ信号１２ごとの比較結果に基づいて断線検出が行われるので、レゾルバ５及びレゾルバ／デジタル変換器６間におけるレゾルバ信号１２ごとの信号線のうち、いずれか一方、及び、両方が断線した場合に、適切にゲート遮断することができる。また、各コンパレータ２４からの出力を監視することにより、断線した信号線を特定することができる。

図５（ａ）〜（ｃ）は、図４の断線検出回路における断線検出の動作例を示した図であり、図５（ａ）には、レゾルバ５から出力されるレゾルバ信号１２の様子が示され、図５（ｂ）には、全波整流回路２１による全波整流後のレゾルバ信号１２の様子が示され、図５（ｃ）には、平滑化回路２２による平滑化後のレゾルバ信号１２の様子が示されている。

正常時には、平滑化後の信号電圧が一定の電圧レベル（Ｅ_０＝１．７５Ｖ）となり、断線検出の閾値（Ａ１＝１．２５Ｖ）よりも高くなる。一方、断線時には、信号電圧がゼロとなるので、閾値よりも低くなる。

本実施の形態によれば、断線検出回路７によりレゾルバ５及びレゾルバ／デジタル変換器６間における断線が検出され、インバータ３に対してゲート遮断が行われるので、信号線における断線検出に要する時間を短縮することができる。特に、デジタル変換前のレゾルバ信号１２に基づいて断線検出が行われ、インバータ３を直接にゲート遮断させることができるので、ソフトウェア的な処理により断線検出を行うのに比べて断線検出に要する時間が短縮化され、信頼性を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、レゾルバ信号１２ごとに断線検出が行われる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、一方のレゾルバ信号１２についてのみ断線検出を行うようなものであっても良い。

また、本実施の形態では、断線検出回路７においてレゾルバ信号１２が全波整流される場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、レゾルバ信号１２を半波整流し、半波整流後のレゾルバ信号１２を平滑化するようなものであっても良い。

また、本実施の形態では、１相の励磁信号１１に対し２相のレゾルバ信号１２を生成するレゾルバ５が用いられる場合の例について説明したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、２相の交流電圧からなる励磁信号に対して１相（単相）の交流電圧からなるレゾルバ信号を生成するようなものであっても良い。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２によるエレベータ装置における断線検出回路の一例を示した回路図である。本実施の形態による断線検出回路３０は、レゾルバ信号１２ごとに設けられた全波整流回路３１，３２、平滑化回路３３及び３４と、平滑化後の各レゾルバ信号１２を加算する加算回路３５と、加算後の信号における電圧レベルを直流電圧回路３６により生成される所定の電圧レベル（閾値）と比較するコンパレータ３７とからなる。

例えば、周波数が１０ｋＨｚであり、全波整流回路３１及び３２に対する入力電圧が３．５Ｖ（振幅＝１．７５Ｖ）であるレゾルバ信号１２の場合、加算回路３５による加算後の信号は、２．５Ｖの基準電圧（断線検出のための閾値）と比較される。正常時（非断線時）には、平滑化後の加算処理によって一定となった信号電圧（３．５Ｖ）は基準電圧よりも高いので、電圧レベルが低いＬｏｗ信号がコンパレータ３７により出力される。異常時（断線時）には、信号電圧における電圧レベルが１．７５Ｖまたはゼロとなり、基準電圧よりも低くなるので、電圧レベルが高いＨｉｇｈ信号が出力される。

比較結果としてコンパレータ３７からＬｏｗ信号が出力された場合、インバータ３に対するゲート遮断は行われない。コンパレータ３７の出力がＨｉｇｈ信号となると、インバータ３に対してゲート遮断が行われる。

図７（ａ）及び（ｂ）は、図６の断線検出回路における断線検出の動作例を示した図であり、図７（ａ）には、レゾルバ５から出力される各レゾルバ信号１２の様子が示され、図７（ｂ）には、加算回路３５による加算後の信号の様子が示されている。

正常時には、加算後の信号電圧が一定の電圧レベル（２Ｅ_０＝３．５Ｖ）となり、断線検出の閾値（Ａ２＝２．５Ｖ）よりも高くなる。一方、断線時（時刻ｔ_１からｔ_２、及び、ｔ_３からｔ_４の間）には、信号電圧が閾値よりも低くなる。この様な構成によっても、断線検出を効果的に行うことができる。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３によるエレベータ装置における断線検出回路の一例を示した回路図である。本実施の形態による断線検出回路４０は、一方のレゾルバ信号１２について位相をシフトさせ、他方のレゾルバ信号１２と同位相とする移相回路４１と、移相後のレゾルバ信号１２を他方のレゾルバ信号と加算する加算回路４２と、加算後の信号における電圧レベルを交流電圧回路４３により生成される所定の交流電圧と比較するコンパレータ４４とからなる。

例えば、周波数が１０ｋＨｚであり、入力電圧が３．５Ｖ（振幅＝１．７５Ｖ）であるレゾルバ信号１２の場合、一方のレゾルバ信号（ｓｉｎ信号）は、移相回路４１により時間軸方向に３π／２（２７０°）だけ位相がシフトされる。そして、この移相後のレゾルバ信号と、他方のレゾルバ信号（ｃｏｓ信号）とが加算される。

加算回路４２による加算後の信号は、周波数が１０ｋＨｚであり、振幅が２．５Ｖである交流電圧（基準電圧）と比較される。正常時（非断線時）には、加算後の信号電圧の最大値（３．５Ｖ）は基準電圧の最大値よりも高いので、電圧レベルが低いＬｏｗ信号がコンパレータ４４により出力される。異常時（断線時）には、信号電圧における電圧レベルが基準電圧よりも低くなるので、電圧レベルが高いＨｉｇｈ信号が出力される。

比較結果としてコンパレータ４４からＬｏｗ信号が出力された場合、インバータ３に対するゲート遮断は行われない。コンパレータ４４の出力がＨｉｇｈ信号となると、インバータ３に対してゲート遮断が行われる。

図９（ａ）及び（ｂ）は、図８の断線検出回路における断線検出の動作例を示した図であり、図９（ａ）には、レゾルバ５から出力される各レゾルバ信号１２及び移相後のレゾルバ信号の様子が示され、図９（ｂ）には、加算回路４２による加算後の信号の様子が示されている。

正常時には、加算後の信号電圧における最大値が２Ｅ_０＝３．５Ｖとなり、断線検出の閾値（Ａ３＝２．５Ｖ）よりも高くなる。一方、断線時（時刻ｔ_５からｔ_６、及び、ｔ_３からｔ_４の間）には、信号電圧の最大値が閾値よりも低くなる。この様な構成によっても、断線検出を効果的に行うことができる。

実施の形態４．
図１０は、本発明の実施の形態４によるエレベータ装置における断線検出回路の一例を示した回路図であり、励磁信号１１に基づいて断線検出を行う断線検出回路５０が示されている。本実施の形態による断線検出回路５０は、励磁信号１１を全波整流する全波整流回路５１と、全波整流後の励磁信号１１を平滑化する平滑化回路５２と、平滑化後の励磁信号１１における電圧レベルを直流電圧回路５３により生成される所定の直流電圧（閾値）と比較するコンパレータ５４とからなる。

例えば、周波数が１０ｋＨｚであり、全波整流回路５１に対する入力電圧が７．０Ｖ（振幅＝３．５Ｖ）である励磁信号１１の場合、平滑化回路５２による平滑化後の励磁信号１１は、２．５Ｖの基準電圧（断線検出のための閾値）と比較される。正常時（非断線時）には、平滑化によって一定となった信号電圧（３．５Ｖ）は基準電圧よりも高いので、電圧レベルが低いＬｏｗ信号がコンパレータ５４により出力される。異常時（断線時）には、信号電圧における電圧レベルがゼロとなり、基準電圧よりも低くなるので、電圧レベルが高いＨｉｇｈ信号が出力される。

比較結果としてコンパレータ５４からＬｏｗ信号が出力された場合、インバータ３に対するゲート遮断は行われない。コンパレータ５４の出力がＨｉｇｈ信号となると、インバータ３に対してゲート遮断が行われる。この様な構成によれば、レゾルバ５及びモーター駆動制御部２間における励磁信号１１の信号線について断線を検出することができる。

本発明の実施の形態１によるエレベータ装置の概略構成の一例を示したブロック図である。 図１のエレベータ装置における要部詳細の一例を示した回路図である。 図２のレゾルバにおける励磁信号及び出力電圧の一例を示した図である。 図１のエレベータ装置における要部詳細の一例を示した回路図である。 図４の断線検出回路における断線検出の動作例を示した図である。 本発明の実施の形態２によるエレベータ装置における断線検出回路の一例を示した回路図である。 図６の断線検出回路における断線検出の動作例を示した図である。 本発明の実施の形態３によるエレベータ装置における断線検出回路の一例を示した回路図である。 図８の断線検出回路における断線検出の動作例を示した図である。 本発明の実施の形態４によるエレベータ装置における断線検出回路の一例を示した回路図である。

符号の説明

１ エレベータ装置、２ モーター駆動制御部、３ インバータ、４ 交流モーター、
５ レゾルバ、６ レゾルバ／デジタル変換器、７，３０，４０，５０ 断線検出回路、１１ 励磁信号、１２ レゾルバ信号、２１，３１，３２，５１ 全波整流回路、
２２，３３，３４，５２ 平滑化回路、２３，３６，５３ 直流電圧回路、
２４，３７，４４，５４ コンパレータ、２５ ＯＲ回路、３５，４２ 加算回路、
４１ 移相回路、４３ 交流電圧回路

Claims (7)

1. 交流モーターに電力供給を行うインバータと、励磁信号が供給され、上記交流モーターの回転軸における回転角をレゾルバ信号として出力するレゾルバと、上記励磁信号を生成し、上記レゾルバ信号に基づいて上記交流モーターを駆動制御するモーター駆動制御部とを有するエレベータ装置において、
   上記レゾルバ信号に基づいてレゾルバ及びモーター駆動制御部間における断線を検出し、上記インバータに対してゲート遮断する断線検出回路を備えたことを特徴とするエレベータ装置。
2. 上記レゾルバ信号をデジタル信号に変換し、上記モーター駆動制御部へ出力するレゾルバ／デジタル変換器を備え、
   上記断線検出回路は、デジタル変換前のレゾルバ信号に基づいて断線検出を行うことを特徴とする請求項１に記載のエレベータ装置。
3. 上記レゾルバは、交流電圧からなるレゾルバ信号を生成し、
   上記断線検出回路は、レゾルバ信号を整流する整流回路と、
   整流後のレゾルバ信号を平滑化する平滑化回路と、
   平滑化後のレゾルバ信号における電圧レベルを所定の閾値と比較するコンパレータとからなり、この比較結果に基づいて断線検出を行うことを特徴とする請求項２に記載のエレベータ装置。
4. 上記レゾルバは、１相の交流電圧からなる励磁信号に基づいて、直交する２相の交流電圧からなるレゾルバ信号を生成し、
   上記断線検出回路は、各レゾルバ信号をそれぞれ整流する整流回路と、
   整流後の各レゾルバ信号をそれぞれ平滑化する平滑化回路と、
   平滑化後の各レゾルバ信号における電圧レベルをそれぞれ所定の閾値と比較するコンパレータとからなり、これらの比較結果に基づいて断線検出を行うことを特徴とする請求項２に記載のエレベータ装置。
5. 上記レゾルバは、１相の交流電圧からなる励磁信号に基づいて、直交する２相の交流電圧からなるレゾルバ信号を生成し、
   上記断線検出回路は、各レゾルバ信号をそれぞれ整流する整流回路と、
   整流後の各レゾルバ信号をそれぞれ平滑化する平滑化回路と、
   平滑化後の各レゾルバ信号を加算する加算回路と、
   加算後の信号における電圧レベルを所定の閾値と比較するコンパレータとからなり、この比較結果に基づいて断線検出を行うことを特徴とする請求項２に記載のエレベータ装置。
6. 上記レゾルバは、１相の交流電圧からなる励磁信号に基づいて、直交する２相の交流電圧からなるレゾルバ信号を生成し、
   上記断線検出回路は、一方のレゾルバ信号について位相をシフトさせ他方のレゾルバ信号と同位相とする移相回路と、
   移相後のレゾルバ信号を上記他方のレゾルバ信号と加算する加算回路と、
   加算後の信号における電圧レベルを所定の交流電圧と比較するコンパレータとからなり、この比較結果に基づいて断線検出を行うことを特徴とする請求項２に記載のエレベータ装置。
7. 上記断線検出回路は、上記励磁信号を整流する整流回路と、
   整流後の励磁信号を平滑化する平滑化回路と、
   平滑化後の励磁信号における電圧レベルを所定の閾値と比較するコンパレータとからなり、この比較結果に基づいて断線検出を行うことを特徴とする請求項１に記載のエレベータ装置。

Images