JP2019199362A - エレベータシステムの電動機制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】減速、停止時の位置精度を向上さた誘導電動機制御方法を提供する。【解決手段】減速レベルの指令周波数に対応する出力電圧を誘導電動機に出力するステップと、第１の自己信号発生部の自己信号をレベルセンサーが受信する時点（第１の時点）から第２の自己信号発生部の自己信号を前記レベルセンサーが受信する時点（第２の時点）までの時間（第１の時間）Ｔ１を測定するステップＳ１０と、第１の時間を利用して誘導電動機の実際の速度を算出するステップＳ２０と、実際の速度と予め定めた移動距離を用いて、前記第２の時点からかごが停止する時点（第３の時点）までの時間（第２の時間）Ｔ２を決定するステップＳ２５と、第２の時間を利用してレベリング誤差を調節するステップＳ３０を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、エレベータシステムの電動機制御方法に関する。

通常、インバータは、電気的に直流（ＤＣ）を交流（ＡＣ）に変換する逆変換装置である。このうち、産業界で使用されるインバータは、商用電源から供給された電力の電圧と周波数を可変して電動機に供給することで、電動機の速度を高効率に利用するように制御する一連の装置と定義される。このようなインバータは、可変電圧可変周波数（ｖａｒｉａｂｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ＶＶＶＦ）方式によって制御され、パルス幅変調（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ＰＷＭ）方式に従って電動機に入力される電圧と周波数を可変することができる。

通常、インバータがＶ／ｆ制御モードによって駆動されるということは、電圧の大きさに応じて周波数を制御することを意味し、このようなＶ／ｆ制御には、モータの回転速度を測定する速度センサー（エンコーダ）が使用されない。これによって、Ｖ／ｆ制御モードでエレベータシステムを運用する際、エレベータかごの正確な移動距離が算出されない。

それにもかかわらず、エンコーダのような速度センサーの価格が高くて、安いエレベータシステムでは、速度センサーなしにモータの回転速度を予測して、エレベータかごを運用している。これによって、従来のエレベータシステムは、エレベータの移動距離を正確に算出できない限界により、システム安全性が低いという問題点がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、速度センサーを使用しない電圧／周波数（Ｖ／ｆ）制御方式のエレベータシステムにおいて、エレベータを着床する際、層高のレベル位置誤差の正確性を改善して、エレベータの性能を改善するためのエレベータシステムの電動機制御方法を提供することである。

課題を解決しようとする手段

上記のような技術的課題を解決するため、固定した位置にレベルセンサーが配置されて、かごの上部に第１の自己信号発生部と第２の自己信号発生部が垂直に配置されるエレベータシステムにおいて、前記かごを上方又は下方に移動するために動作する電動機を制御する本発明の一実施形態の方法は、前記第１の自己信号発生部の自己信号をレベルセンサーが受信する場合、減速レベルの指令周波数に対応する出力電圧を前記電動機に出力するステップ；前記第１の自己信号発生部の自己信号をレベルセンサーが受信する時点（第１の時点）から前記第２の自己信号発生部の自己信号を前記レベルセンサーが受信する時点（第２の時点）までの時間（第１の時間）を測定するステップ；前記第１の時間を利用して前記電動機の実際の速度を算出するステップ；前記実際の速度と予め定めた移動距離を用いて、前記第２の時点から前記かごが停止する時点（第３の時点）までの時間（第２の時間）を決定するステップ；及び前記第２の時間を利用してレベリング誤差を調節するステップを含んでいてもよい。

本発明の一実施形態において、前記電動機の実際の速度は、前記第１及び第２の自己信号発生部との距離を第１の時間で割って求めることができる。

本発明の一実施形態において、前記レベリング誤差を調節するステップは、前記第２の時間の間、前記かごを移動して層レベルに到着させることができる。

本発明の一実施形態において、前記第１及び第２の自己信号発生部は、各々その位置が前記かごの上部に固定したインダクタであってもよい。

上記のような本発明は、回生（ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇ）負荷状況とモータリング（ｍｏｔｏｒｉｎｇ）負荷状況に対する判別及び負荷量の計算も別途要することなく、区間別時間を測定することによって、レベリング誤差が生じる原因を解決することができるため、従来に比べて、エレベータの乗り心地を改善することができ、これによって、エレベータの性能を向上させる効果がある。

通常のエレベータシステムの構成図である。 図１のエレベータが目標層を設定して、下又は上方に移動し始める際、インバータの目標速度（周波数指令）による電動機速度の軌跡を時間に応じて示したものである。 エレベータの層高システムを説明するための例示図である。 レベリング区間で指令周波数と実際の電動機速度との関係を示す例示図である。 本発明の一実施形態の電動機制御方法を説明するためのフロー図である。 モータリング負荷でレベリング誤差を改善することを説明するための一例示図である。 回生負荷でレベリング誤差を改善することを説明するための一例示図である。

本発明の構成及び効果を十分に理解するため、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発明は、以下に開示する実施形態に限定されるものではなく、様々な形態に具現することができ、種々の変更を加えることができる。但し、本実施形態に対する説明は、本発明の開示を完全にして、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。添付の図面における構成要素は、説明の便宜のためその大きさを実際より拡大して示したものであり、各構成要素の割合は、誇張するか縮小してもよい。

「第１」、「第２」等の用語は、多様な構成要素を説明するために使われるが、前記構成要素は、前記用語によって限定されてはならない。前記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的にのみ使われる。例えば、本発明の権利範囲を脱しないながら、「第１の構成要素」は「第２の構成要素」に命名されてもよいし、同様、「第２の構成要素」も「第１の構成要素」に命名されてもよい。また、単数の表現は、文脈上明白に別に表現しない限り、複数の表現を含む。本発明の実施形態において使われる用語は、別に定義されない限り、該技術分野で通常の知識を有する者に通常知られた意味に解釈される。

以下では、図１〜図４を参照して、従来のエレベータシステムにおけるレベリングを説明して、図５〜図７を参照して、本発明の一実施形態によるエレベータシステムの電動機制御方法を説明する。

図１は、通常のエレベータシステムの構成図である。

図面に示したように、通常のエレベータシステムは、巻上機１、釣合おもり２及びかご３で構成されており、インバータ５は、電動機４に電源を供給して、電動機４によって巻上機１が正方向又は逆方向に駆動しながらかご３を移動させる。人又は貨物は、かご３に乗り、重さの均衡を合わせる釣合おもり２は、かご３の反対方向に位置することになる。

エレベータにおいて層高の間を移動する際、かご３の位置は、正確に層高の高さに合わせて着床すべきである。仮にレベリング誤差が生じて、層高の高さに合わせて着床しない場合、かご３に乗った人々が乗降するときにとても不便であり、さらには負傷が発生するおそれもある。

このように、レベリングを改善するための技術は、エレベータシステムにおいて最も重要な部分の一つであり、エレベータの性能に直接連関する。

図２は、図１のエレベータが目標層を設定して、下又は上方に移動し始める際、インバータの目標速度（周波数指令）による電動機速度の軌跡を時間に応じて示したものであり、図３は、エレベータの層高システムを説明するための例示図である。

図２に示したように、運転指令が上位制御部（未図示）から受信されると、電動機は、初期起動によって加速することになり、目標速度に到逹して定速運転することになる（定速区間）。電動機の定速運転中に上部インダクタ７１の自己信号によって減速指令（減速スイッチ信号）が下され、減速の後、レベリング区間に入ると、電動機は、目標速度（低い速度、レベリング速度と言う）でさらに定速運転することになる。

図３を参照すれば、レベリング区間での定速運転後、遮蔽板６に位置するレベルセンサー６１が下部インダクタ７２の自己信号を感知すれば、インバータ５は、停止命令を受けて、電動機は、減速停止することになる。減速停止するということは、着床時点に行って層高に到逹することを意味し、このとき、層高のレベリング誤差を決定することは、かご３の移動距離である。レベリング区間で最も重要な区間は、停止指令を受けた後のかごの移動距離である。

移動距離を算出しにくいＶ／ｆ制御モードでのエレベータシステムは、インバータ５の目標速度を調節して、インダクタ７の位置と層レベルとの距離を合わせることになる（これを「レベリングを合わせる」と称したりする）。

減速停止指令の後、かご３の移動距離が外部条件に関係なく一定した場合には、レベリング誤差は、ほぼ発生せず、これは問題にならない。しかし、エレベータに使用される電動機４が誘導電動機である場合、スリップ（ｓｌｉｐ）が存在する。

誘導電動機の回転子は、固定子が作る回転磁界に引き寄せられて回転する。このとき、固定子の回転磁界と同じ速度で回転子が回転するとしたら、磁束が鎖交しないため起電力が発生しないし、これによって回転子にはトルクが発生しない。すなわち、トルクの発生のために、回転子は、回転磁界より低い速度で回転しなければならず、回転磁界の速度より回転子の回転速度が下がる程度を「スリップ」を用いて表示する。

スリップは、負荷によって差があるため、誤差が発生し、結局、かご３に乗る人の数、すなわち、負荷量によってレベリングに誤差が発生して、かかる誤差は、かご３の移動方向と負荷量、すなわち、モータリングであるか回生であるかによって、あるいは負荷量によって異なって示される。一方、モータリングは、負荷の方向が電動機４の方向と反対方向にトルクが印加されることであり、回生は、同じ方向にトルクが印加されることである。

レベリングの誤差が発生する理由は、図４を参照すれば分かる。図４は、レベリング区間で指令周波数と実際の電動機速度との関係を示す例示図である。

モータリング時の電動機４速度（４Ｂ）と、回生時の電動機４速度（４Ｃ）は、それぞれ指令周波数であるレベリング速度（４Ａ）と矢印（４Ｄ、４Ｅ）だけ差が出て、この矢印（４Ｄ、４Ｅ）の大きさは、負荷量によって異なる。すなわち、負荷量によって指令周波数と実際の電動機速度との差が異なる。これは、誘導電動機においてスリップによって表れる現象であり、負荷が大きくなるほどスリップは大きくなる。

かかる差によって、着床レベルが少しずつ異なり、これを改善するためにスリップ補償が行われた。しかし、スリップ補償のアルゴリズムを用いる場合、正確な補償量を算出するまでの演算量が多くなり、回生とモータリングとの区分が難しいため、正確に補償量を算出しにくく、正確に補償量を算出しても、着床時にショックが発生する余地が多いため、乗り心地に影響を与えることになる。

これは、スリップ補償量に対応する電圧をさらに電動機４に印加することであるため、着床時にスリップ補償量による追加補償量だけのショックが発生する余地があるからである。結局、エレベータの性能向上を大いに改善させない結果をもたらす。

レベリング区間において最も重要な区間は、停止指令が発生した後であり、これは、図４において陰影処理した部分である。この部分が重要である理由は、インダクタ７が感知された後、エレベータが着床する時までのエレベータの移動距離がレベリングの層高のレベル誤差を決定するからである。以下では、図面を参照して、本発明の一実施形態の電動機制御方法について説明する。

図５は、本発明の一実施形態の電動機制御方法を説明するためのフロー図であって、図１のエレベータシステムにおいてインバータ５が電動機４を制御することを示したものである。本発明の一実施形態のインバータ５は、商用電力を受信して、これを指令周波数及び指令電圧に変換して電動機４に提供することで、電動機４を制御することができる。

また、図６は、モータリング負荷でレベリング誤差を改善することを説明するための一例示図であり、図７は、回生負荷でレベリング誤差を改善することを説明するための一例示図であって、それぞれモータリングと回生負荷による指令周波数（目標速度）に比べて実際の電動機４速度の差を確認することができる。

図６において、モータリング負荷状況で、上部インダクタ７１（又は下部インダクタ７２）の自己信号によって減速スイッチ信号が受信された後、下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）の自己信号が感知されるレベリング区間において、６Ａは、指令周波数を示して、６Ｂは、実際の電動機４速度を示す。

指令周波数によって運転される場合、下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）を感知する時点（６Ｄ）と、実際の電動機４速度によって運転される場合、下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）の自己信号を感知する時点（６Ｅ）には差が発生する。これによって、指令周波数によって運転される場合、停止時点（６Ｆ）と実際の電動機４速度によって運転される場合、停止時点（６Ｇ）にも差が発生することになる。

また、図７では、回生負荷状況で、上部インダクタ７１（又は下部インダクタ７２）の自己信号によって減速スイッチ信号が受信された後、下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）の自己信号が感知されるレベリング区間において、７Ａは、指令周波数を示して、７Ｂは、実際の電動機４速度を示す。

指令周波数によって運転される場合、下部インダクタ２（又は上部インダクタ７１）を感知する時点（７Ｄ）と実際の電動機４速度によって運転される場合、下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）の自己信号を感知する時点（７Ｅ）には差が発生する。これによって、指令周波数によって運転される場合、停止時点（７Ｆ）と実際の電動機４速度によって運転される場合、停止時点（７Ｇ）にも差が発生することになる。

モータリング負荷状況と回生負荷状況とも、実際の電動機４速度で運転する場合、減速スイッチ作動時点（６Ｃ、７Ｃ）とインダクタ感知時点（６Ｅ、７Ｅ）の間の区間をＴ１と言い、インダクタ感知時点（６Ｅ、７Ｅ）と停止時点（６Ｇ、７Ｇ）の間の区間をＴ２と言う。また、指令周波数で運転する場合、減速スイッチ作動時点（６Ｃ、７Ｃ）とインダクタ感知時点（６Ｄ、７Ｄ）の間の区間をＴ３と言い、インダクタ感知時点（６Ｄ、７Ｄ）と停止時点（６Ｆ、７Ｆ）の間の区間をＴ４と言う。

従来のスリップ補償のアルゴリズムによれば、モータリング負荷状況と回生負荷状況をそれぞれ判別して、それぞれスリップ補償量を異にしてレベリングしたが、本発明の一実施形態によれば、モータリング負荷状況と回生負荷状況を別途判別する必要がない。

図３のエレベータシステムをより詳説する。

上部インダクタ７１と下部インダクタ７２で構成されるインダクタ７は、かご３の上部に配置されてもよい。このとき、上部インダクタ７１と下部インダクタ７２は、互いに垂直に配置されてもよい。

一方、上部インダクタ７１及び下部インダクタ７２は、自己信号を発生させる自己信号発生部への機能を担当する。より具体的には、上部インダクタ７１は、第１の自己信号発生部の機能を担当して、下部インダクタ７２は、第２の自己信号発生部の機能を担当してもよい。これとは逆に、上部インダクタ７１は、第２の自己信号発生部の機能を担当して、下部インダクタ７２は、第１の自己信号発生部の機能を担当してもよい。

遮蔽板６には、自己センサーの入力を受信するレベルセンサー６１が配置されてもよい。例えば、遮蔽板６の中央部にレベルセンサー６１が配置されてもよいが、これに限定されるものではなく、遮蔽板６の多様な位置にレベルセンサー６１が配置されてもよい。

上部インダクタ７１が遮蔽板６のレベルセンサー６１に対応する位置に到逹すると、レベルセンサー６１は、上部インダクタ７１の自己信号を受信して、これをインバータ５の制御部に提供することができる。上部インダクタ７１の自己信号を受信したインバータ５の制御部は、指令周波数を減速レベルに減らして、減速レベルの指令周波数を電動機４に提供することができる。

また、下部インダクタ７２が遮蔽板６のレベルセンサー６１に対応する位置に到逹すると、レベルセンサー６１は、下部インダクタ７２の自己信号を受信して、これを制御部に提供することができる。下部インダクタ７２の自己信号を受信した制御部は、電動機４に停止信号を出力（又は、どの信号も出力しない）することができる。

但し、これは、かご３が上方に移動する場合の例を示したものであり、かご３が下方に移動する場合、上部及び下部インダクタ７１、７２の順序が変更されることは自明である。

本発明の一実施形態の電動機制御方法は、指令周波数によってかご３が移動する場合、実際の移動距離は定めているため、指令周波数によって電動機４が駆動する場合、電動機４の作動時間が分かる。従って、実際の指令周波数より高いか低い電動機４速度によってかご３が移動する場合、移動距離を調節するための時間を決定することができる。

図５の本発明の一実施形態の電動機制御方法を説明する。

図５に示したように、本発明の制御方法におけるインバータ５は、実際の電動機４が正常レベルの指令周波数に対応する出力電圧で運転して、かご３が上方又は下方に移動する場合、上部インダクタ７１（又は下部インダクタ７２）からレベルセンサー６１が自己信号を受信すると、減速スイッチを作動して、減速レベルの指令周波数に相当する出力電圧を電動機４に出力することができる。

その後、インバータ５は、減速スイッチ作動時点（６Ｃ、７Ｃ）から下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）の自己信号をレベルセンサー６１が感知する時点（６Ｅ、７Ｅ）までの時間Ｔ１を測定することができる（Ｓ１０）。このため、インバータ５の内部には、時間測定のための手段を備えてもよい。

その後、インバータ５は、電動機４が指令周波数に対応する出力電圧で運転する場合、上部インダクタ７１（又は下部インダクタ７２）の自己信号による減速スイッチ作動時点（６Ｃ、７Ｃ）から下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）の自己信号の感知時点（６Ｄ、７Ｄ）までの時間Ｔ３を計算することができる（Ｓ１５）。

上部インダクタ７１（又は下部インダクタ７２）と下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）の距離は、エレベータシステムが適用された建物において同様に維持される。これによって、実際の指令周波数に対応する出力電圧で電動機４が駆動される場合、上部インダクタ７１（又は下部インダクタ７２）と下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）の距離が分かるため、時間Ｔ３は、計算によって決定されてもよい。

時間Ｔ３は、実際の電動機速度ではなく、指令速度を基準として計算された値であって、例えば、５０Ｈｚの電動機指令速度で１ｍに相当する距離を移動するにかかる時間がＴ３となり、Ｔ１は、実際の測定値であって、電動機４速度は、移動距離を時間Ｔ１で割って算出することができる。

このように、測定された時間Ｔ１を利用すれば、この区間での実際の電動機４速度を算出することができる（Ｓ２０）。

このように算出した速度を用いて、区間Ｔ２での移動距離による時間を求めることができる（Ｓ２５）。

すなわち、下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）の自己信号をレベルセンサー６１が感知する時点（６Ｅ、７Ｅ）から電動機が停止する時点（６Ｇ、７Ｇ）までの時間Ｔ２の移動距離は、予め定めていてもよい。すなわち、下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）がレベルセンサー６１を通して、かご３が停止した後、下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）の位置は、予め設定されるものであるため、距離と速度が分かり、時間Ｔ２を決定することができる。速度を時間に対して積分すれば、移動距離となるため、図６及び図７において陰影処理した部分の面積が移動距離となる。

この時間は、インバータ５の減速時間に該当し、この時間を調節してレベリング誤差を調節することができる（Ｓ３０）。すなわち、かご３を移動する時間をＴ２に調整して、かご３を層レベル（３Ａ）に正確に到着させることができる。

本発明の一実施形態の制御方法は、測定された時間Ｔ１を基準としてＴ１区間での速度を決定し、下部インダクタ７２（又は上部インダクタ７１）の自己信号をレベルセンサー６１が感知する時点（６Ｅ、７Ｅ）後の減速時間Ｔ２を決定して、正確にかご３が停止位置に停止するように制御することができる。

このような本発明の一実施形態の制御方法によれば、回生負荷状況とモータリング負荷状況に対する判別及び負荷量の計算も別途要することなく、区間別時間を測定することによって、レベリング誤差が生じる原因を解決することができるため、従来に比べて、エレベータの乗り心地を改善することができ、これによって、エレベータの性能を向上させることができる。

以上では、本発明による実施形態を説明したが、これは、例示的なものに過ぎないし、当該分野で通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な範囲の実施形態が可能である点を理解することができる。従って、本発明の真の技術的保護の範囲は、次の請求範囲によって定めるべきである。

Claims (4)

1. 固定した位置にレベルセンサーが配置されて、かごの上部に第１の自己信号発生部と第２の自己信号発生部が垂直に配置されるエレベータシステムにおいて、前記かごを上方又は下方に移動するために動作する電動機を制御する方法において、
   前記第１の自己信号発生部の自己信号をレベルセンサーが受信する場合、減速レベルの指令周波数に対応する出力電圧を前記電動機に出力するステップ；
   前記第１の自己信号発生部の自己信号をレベルセンサーが受信する時点（第１の時点）から前記第２の自己信号発生部の自己信号を前記レベルセンサーが受信する時点（第２の時点）までの時間（第１の時間）を測定するステップ；
   前記第１の時間を利用して前記電動機の実際の速度を算出するステップ；
   前記実際の速度と予め定めた移動距離を用いて、前記第２の時点から前記かごが停止する時点（第３の時点）までの時間（第２の時間）を決定するステップ；及び、
   前記第２の時間を利用してレベリング誤差を調節するステップを含む電動機制御方法。
2. 前記電動機の実際の速度は、
   前記第１及び第２の自己信号発生部の間の距離を第１の時間で割って求める、請求項１に記載の電動機制御方法。
3. 前記レベリング誤差を調節するステップは、
   前記第２の時間の間、前記かごを移動して層レベルに到着させる、請求項１又は請求項２に記載の電動機制御方法。
4. 前記第１及び第２の自己信号発生部は、
   各々その位置が前記かごの上部に固定したインダクタである、請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の電動機制御方法。