JP2009292569A

JP2009292569A - 昇降システムのモータ制御装置

Info

Publication number: JP2009292569A
Application number: JP2008146544A
Authority: JP
Inventors: Yumeki Ono; 夢樹小野
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-06-04
Filing date: 2008-06-04
Publication date: 2009-12-17
Anticipated expiration: 2028-06-04
Also published as: JP5476681B2

Abstract

【課題】エレベータカゴ内の荷重分やクレーン荷物の荷重分で昇降用モータが誤って回転してしまうのを防止する。
【解決手段】昇降用モータ１にはその軸を固定できる機械ブレーキ３を設け、制御装置にはエレベータカゴ内の荷重を検出する荷重センサ１３を設け、このセンサで検出する荷重に相当する荷重分トルクを速度制御部６からのトルク指令に加算して昇降用モータのトルクを制御するエレベータシステムのモータ制御装置において、エレベータカゴ内の荷重分トルク指令値に対して、機械ブレーキの開放直前の昇降用モータのトルク分電流検出値が所定範囲内にあるか否かを一致比較器１９で判別し、所定範囲内から外れたときに昇降用モータの停止制御や警報指令を出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレベータカゴやクレーン荷物を昇降用モータで駆動する昇降システムのモータ制御装置に係り、特に機械ブレーキの開放とリンクさせた昇降用モータの起動制御に関する。

図３は、エレベータシステムに適用される昇降用モータの典型的な制御ブロック図であり、エレベータカゴ内の荷重分をモータのトルク制御量に加える荷重分補償手段を追加することで、滑らかな昇降制御を得ている（例えば、特許文献１参照）。この制御方式はクレーン荷物の滑らかな昇降制御にも応用できる。

図３において、エレベータカゴを昇降駆動するためのモータ１は、位置・速度検出器２が結合され、さらにモータ軸を固定できる機械ブレーキ３が設備される。また、エレベータカゴ内の荷重を検出する荷重センサ（図示省く）が設けられる。

位相（位置）検出部４は、位置・速度検出器２の検出信号（パルス信号）からモータ１のロータ回転位相を演算で求める。速度検出演算部５は、単位時間あたりに位置検出部４から得る位相差からモータ１の速度検出値を演算で求める。速度制御部６は、速度指令と速度検出値の偏差をＰＩ（比例積分）演算し、この演算結果をトルク指令として出力する。なお、位置・速度検出器２に代えて、モータ電流等からロータ回転位置や速度を推定する位置センサレス方式とする場合もある。

加算器７は、速度制御部６からのトルク指令と、後述の荷重分トルク指令を加算してトルク指令値とする。トルクリミッタ８は、加算器７の出力であるトルク指令値が異常な程大きくならないように制限する。電流指令値演算部９は、トルクリミッタ８を経た最終的なトルク指令値をトルク電流指令値に変換する。この変換は、通常は、磁束制御電流指令値とトルク電流指令値の２成分に変換する。

電流制御部１０は、電流指令値演算部９からのトルク電流指令値とモータ電流検出値との偏差をＰＩ演算し、演算結果を電力変換器（インバータ本体）１１の電圧指令値として出力する。電流検出器１２は電力変換器１１からモータ１に供給する駆動電流を検出し、電流制御部１０へのモータ電流検出値としてフィードバックする。

変換器１３は、エレベータのカゴに取り付けられている荷重センサで検出する荷重センサ信号をインバータのトルク指令に相当する値に変換する。荷重センサ信号は、例えば、エレベータカゴ内に人がいなければ０Ｖ、エレベータカゴ内の荷重が定格積載量なら１０Ｖの信号を得る。切換器１４は、モータ１の運転停止中は変換器１３のトルク指令出力を選択し、モータの運転中は保持器１５の出力を選択する。保持器１５は、モータが運転開始される直前の変換器１３の出力を保持し続ける。つまり、切換器１４の出力は、エレベータの運転中はカゴ内の荷重分を保持し続ける。

切換器１６は、モータの運転停止中は値「０」の信号を選択し、モータの運転中は切換器１４の出力を選択する。つまり、切換器１６は、モータの運転中はそれが運転される直前のカゴ内荷重分を出力し、モータの運転停止中はそれが停止する直前に値「０」を出力する。クッション制御部１７は、ステップ的に変化する切換器１６の出力をクッション特性をもたせて荷重分トルク指令値として出力する。クッション制御部１７の出力は加算器７の加算入力にされ、エレベータカゴ内の荷重分に応じてモータ１のトルク出力を補償する。

図４は、荷重分補償手段になる変換器１３、切換器１４、切換器１６およびクッション制御部１７の各出力のタイミングチャートを示す。変換器１３は、荷重センサ信号の値をトルク単位に変換するだけなので、入出力波形としては比例する。この変換器１３の荷重分出力は、モータ停止中はエレベータカゴのドアが開いて人の乗り降りや荷物の積み下ろしがあるため大きく変動するが、運転中はドアが閉まっていて荷重分が大きく変化することは無いためその値はほとんど変化しない。

切換器１４の出力は、モータ運転中は、運転開始直前の値を保持する保持期５の出力を選択するため、一定になる。モータの運転開始では、切換器１６の出力がステップ的に上昇し、これに対してクッション制御部１７の出力が一定の傾斜をもって上昇する。また、モータを減速制御してその停止させるとき、切換器の出力が値「０」になり、これに対してクッション制御部１７の出力が一定の傾斜をもって「０」になる。

図４中の時間Ｔ１は運転指令開始後からモータの軸を固定しているブレーキを開くまでの時間であり、時間Ｔ２はブレーキを閉めてからモータを停止させるまでの時間であり、これらの時間はインバータのシーケンス制御におけるパラメータとして設定される。また、クッション制御部１７は、ブレーキが閉じている時間Ｔ１、Ｔ２内に応答することで、ブレーキが閉じている状態でトルク指令が急変することを防ぎ、ショックを与えないようにする。
特開平８−２４５０９６号公報

エレベータカゴの昇降制御において、図４の時刻ｔ１で機械ブレーキが開放されるとき、実際の荷重に相当する（つまり荷重センサ信号に相当する）荷重分トルク指令値が確立している必要がある。この荷重分トルク指令値が確立していない場合、時刻ｔ１で機械ブレーキが開いた瞬間に荷重に相当する負荷がモータの軸にかかって負荷の急変が起き、モータが回転してしまう。

また、インバータ１１や、インバータとモータを接続する電力ケーブルに異常があって、モータがトルクを出力できない状態でブレーキが開放されてしまった場合、モータが回転してエレベータのカゴが制御不能なまま動いてしまう、という問題がある。

このような状態に陥ったとき、通常はインバータ１１が速度検出値の監視によって異常を検出し、機械ブレーキを閉じる指令を出したり、エレベータのカゴに備えられている非常停止装置によりエレベータのカゴの暴走を防止するが、通常はこれらの防止装置が働くまでにエレベータのカゴはかなり動いてしまい、カゴ内の人に不安を感じさせてしまう。

上記までの課題は、荷物をモータ駆動で昇降させるクレーンの制御においても同様になり、昇降用モータの誤った回転で荷崩れなどを起こすおそれがある。

本発明の目的は、エレベータカゴ内の荷重分やクレーン荷物の荷重分で昇降用モータが誤って回転してしまうのを防止できる昇降システムのモータ制御装置を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、エレベータカゴ内の荷重またはクレーン荷物の荷重に相当する荷重分トルク指令値に対して、機械ブレーキの開放直前の昇降用モータのトルク分電流検出値が所定範囲内にあるか否かを判別し、所定範囲内から外れたときに昇降用モータの停止制御や警報指令を出力するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）エレベータカゴまたはクレーン荷物を昇降駆動する昇降用モータを速度制御する速度制御手段と、この速度制御部からのトルク指令に従って電流制御部とインバータにより昇降用モータをトルク制御するトルク制御手段と、昇降用モータの軸を固定できる機械ブレーキと、エレベータカゴ内の荷重またはクレーン荷物の荷重を検出する荷重センサと、前記荷重センサで検出する荷重に相当する荷重分トルク指令値を求めて前記トルク指令に加算する荷重分補償手段を備えた昇降システムのモータ制御装置において、
前記荷重分トルク指令値に対して、前記機械ブレーキの開放直前の昇降用モータのトルク分電流検出値が所定範囲内にあるか否かを判別し、所定範囲内から外れたときに昇降用モータの停止制御や警報指令を出力する手段を備えたことを特徴とする。

（２）前記停止制御は、前記インバータのゲート信号を遮断、または前記機械ブレーキが開放されるのをロックすることを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、エレベータカゴ内の荷重またはクレーン荷物の荷重に相当する荷重分トルク指令値に対して、機械ブレーキの開放直前の昇降用モータのトルク分電流検出値が所定範囲内にあるか否かを判別し、所定範囲内から外れたときに昇降用モータの停止制御や警報指令を出力するようにしたため、エレベータカゴ内の荷重分やクレーン荷物の荷重分で昇降用モータが誤って回転してしまうのを防止でき、エレベータカゴやクレーン荷物の暴走を未然に防ぐことができる。

また、装置構成としては。従来の制御装置に一致比較器とモータ電流からトルク分電流を検出する手段を追加するだけの簡単な構成で、モータがトルクを出せない状態をブレーキ開放前に判別することができる。

図１は、本発明の実施形態を示す昇降用モータの制御ブロック図である。同図が図３と異なる部分は、機械ブレーキの開放直前に、昇降用モータがエレベータカゴ内の荷重分に相当するトルクを出力しているかを判別し、昇降用モータの誤った回転を防止する点にある。

すなわち、前記図４の時間Ｔ１の間（つまり、モータの運転指令がＯＮしてから、モータの機械ブレーキが開くまでの時間）に、クッション制御部１７からの荷重分トルク指令値と、電流検出器１２の電流検出値から求めたトルク分電流を比較することによって、機械ブレーキが開く直前にトルクが発生しているか判別する。

この機能は、図１中の座標変換器１８と一致比較器１９によって実現する。電流検出器１２から得られる情報はＵＶＷ座標系上の各相電流検出値であり、この電流検出値を座標変換器１８がモータの磁束軸とそれに直交する座標系（ｄｑ座標系）の値に変換する。この座標系は図２に示し、ｑ軸電流成分Ｉｑがトルク分電流に相当し、磁極位相はモータが誘導機の場合は励磁電流（Ｉｄ分電流）を流す位相、同期電動機の場合は位置・速度検出器２の検出信号を用いて容易に検出可能である。

座標変換器１８からはｑ軸電流になるトルク分電流を出力し、一致比較器１９はクッション制御部１７からの荷重分トルク指令と、座標変換器１８からのトルク分電流の値を比較し、両者の値が一定範囲内にあるか否かを比較し、範囲内から外れた場合には異常と判別し、インバータ１１にモータ運転の停止制御や警報指令を出力する。なお、一定範囲内にあるか否かは、電流検出値にはある程度の誤差が含まれるので、完全には一致しなくてもよい。例えば、定格トルクを１００％とすると、両トルク信号の差は１０％程度まで許容しても実用上問題ない（この程度の差であれば、両者に差があってもブレーキ開放時にエレベータのカゴが暴走してしまうことは無い）。この一致幅はエレベータの運転管理者が設定できるようにしてもよい。

一致比較器１９は、荷重分トルク指令とトルク分電流の差が一定範囲内から外れたと判別した場合の停止制御は、インバータ１１のゲート信号遮断（故障停止）とするが、この信号を用いて機械ブレーキが開放されるのをロックする等の安全確保に利用することもできる。

なお、実施形態では、エレベータシステムに適用した場合を示すが、機械ブレーキを設備したクレーンの駆動用モータに適用して同等の作用効果を得ることができる。

本発明の実施形態を示す昇降用モータの制御ブロック図。ＵＶＷ座標系とｄｑ座標系の関係図。昇降用モータの従来の制御ブロック図。図３における各出力のタイミングチャート。

符号の説明

１昇降用モータ
２位置・速度検出器
３機械ブレーキ
６速度制御部
１０電流制御部
１１電力変換器（インバータ）
１８座標変換器
１９一致比較器

Claims

エレベータカゴまたはクレーン荷物を昇降駆動する昇降用モータを速度制御する速度制御手段と、この速度制御部からのトルク指令に従って電流制御部とインバータにより昇降用モータをトルク制御するトルク制御手段と、昇降用モータの軸を固定できる機械ブレーキと、エレベータカゴ内の荷重またはクレーン荷物の荷重を検出する荷重センサと、前記荷重センサで検出する荷重に相当する荷重分トルク指令値を求めて前記トルク指令に加算する荷重分補償手段を備えた昇降システムのモータ制御装置において、
前記荷重分トルク指令値に対して、前記機械ブレーキの開放直前の昇降用モータのトルク分電流検出値が所定範囲内にあるか否かを判別し、所定範囲内から外れたときに昇降用モータの停止制御や警報指令を出力する手段を備えたことを特徴とする昇降システムのモータ制御装置。
前記停止制御は、前記インバータのゲート信号を遮断、または前記機械ブレーキが開放されるのをロックすることを特徴とする請求項１に記載の昇降システムのモータ制御装置。