JP4529645B2 - 機械室レスエレベータ装置 - Google Patents

Description

本発明は機械室レスエレベータ装置に係り、特に、昇降路内または狭隘な機械室に設置された薄型同期電動機により、乗りかごを昇降駆動させる機械室レスエレベータ装置に関するものである。

エレベータの駆動用電動機としては、従来より、直流電動機や誘導電動機が用いられている。電動機の出力軸にはパルス発生器が直結され、電動機の回転に伴ってパルス発生器から発生するパルスによって電動機の速度や乗りかごの位置を算出し、その算出結果に基づいてエレベータ装置を制御している。また、実用新案第１８４６８５３号のように、パルス発生器に連結されたローラを電動機の回転部に当接させ、該ローラをフリクション駆動で回転させることによりパルス発生器からパルスを発生させ、そのパルスに基づいてエレベータ装置を制御する方法も提案されている。

また、ハイブリッドカーや一部産業界では、省エネルギの観点からシステムの駆動用電動機に永久磁石を用いた同期電動機が用いられ始め、この傾向はエレベータにも波及し始めている。このような同期電動機の出力軸にはパルス発生器が直結されている。そして、パルス発生器からのパルスに基づいて、電動機の速度や乗りかごの位置の他、電動機の磁極位置も検出できるようにしている。

また近年、日影規制、つまり屋上機械室高さを削減する観点から、昇降路内のすき間空間を巻上機設置スペースとしたり、昇降路のピット床面積と同程度、あるいはそれ以下の狭隘なスペースをミニ機械室とするために、エレベータの駆動装置を軸方向に薄型化して設置する、いわゆる省機械室エレベータが注目を集め始めている。

この同期電動機による省エネルギなシステム駆動と省機械室に代表される省空間システムという２つの新しい流れを融合した省機械室エレベータでは、電動機自体を回転子の軸方向に極薄化することが限られた設置空間への配置・実装の観点から必須要項である。さらに、この駆動電動機自体の薄型化以外にも、同期電動機の制御に必要な磁極位置情報を検出するための磁極位置センサなど制御用機器センサについても軸方向の薄型化・小型化を図る必要がある。

なお、前者である電動機本体の薄型化システムについては特許第２５９３２８８号に円盤状の回転子を有するエレベータシステムが提案され、後者のパルス発生器の薄型化については、一般の電動機応用分野として、平成１０年電気学会全国大会Ｎｏ.８８３等にあるように同期電動機の磁極位置をソフトウェアで演算・推定し、センサ自体を省略する試みが提案されている。

実用新案第１８４６８５３号 特許第２５９３２８８号

しかしながら上記従来技術のうち、前者のエレベータシステムでは厚さが薄い電動機のシステムについての提案が主であり、同期電動機固有の磁極位置センサを含めた巻上機としてのシステム薄型化についてはあまり触れられていない。

また、後者の磁極位置センサレスシステムでは、計測のための回転に関する制約があまり課されていないことを前提にしており、エレベータの様に乗りかごが中間階ゾーンにいる間に計測運転が完了せねばならないような乗りかご位置の制約が存在する用途には適用上の問題も存在する。

本発明の目的は、乗りかごの駆動用電動機として薄型同期電動機を用いた場合に、その薄型同期電動機を含む巻上機を薄型化することのできる機械室レスエレベータ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、昇降路内に昇降自在に設けられた乗りかごと、前記昇降路内に設置された薄型同期電動機と、該薄型同期電動機の回転に伴ってパルスを発生するパルス発生器と、を有し、前記薄型同期電動機の回転駆動力によって前記乗りかごを前記昇降路内で昇降させるとともに、前記パルス発生器からのパルスに基づいて前記乗りかごの昇降を制御するエレベータ装置において、乗りかご又は釣り合い重りの走行案内用のレールに固定された前記薄型同期電動機と、前記薄型同期電動機の出力軸に連結され、外周の周方向に沿って溝が形成され、該溝に前記乗りかごと釣り合い重りとをつり下げるロープが掛けられる綱車と、前記鋼車のロープが掛けられる径よりも大きい径とされた外周面にブレーキが押圧されて制動されるブレーキドラムと、前記外周面において前記ブレーキが押圧される面を共用するようにかつ頂上部から周方向に引き下げた位置に当接され、前記綱車の径よりも小さくされた摩擦駆動輪と、前記摩擦駆動輪の回転軸に連結され、回転に伴ってパルスを発生し、該パルス列より前記薄型同期電動機の磁極位置，電動機速度、および乗りかご位置が算出されるパルス発生器と、前記パルス発生器により算出される前記磁極位置の情報から可変周波数，可変位相，可変電圧の電流を前記薄型同期電動機に流すインバータと、を備え、前記綱車とブレーキドラムとが前記薄型同期電動機によって回転駆動される回転構造体とされ、前記摩擦駆動輪と前記パルス発生器は、前記薄型同期電動機が固定された前記レール面側から前記薄型同期電動機、前記ブレーキドラム、前記綱車の厚み方向の範囲に収納され、昇降路内のすき間空間に前記薄型同期電動機、前記パルス発生器を含めた巻上機全体が格納された機械室レスエレベータとするものである。

また、上記のものにおいて、前記パルス発生器は、前記薄型同期電動機に固定されていることが望ましい。

以上述べたように、本発明によれば、電動機ばかりだけでなく、電動機を制御するための、摩擦駆動輪やパルス発生器からなるセンサを含めた巻上機全体を極限まで薄型化でき、限られた設置空間に大容量の駆動装置を格納できるようになる。その結果、速度の低いエレベータから速度の高いエレベータまで、シリーズ化された機械室レスエレベータを実現することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

図１は本発明に係る機械室レスエレベータ装置の全体構成を示している。なお、ここでは、エレベータ駆動用電動機として、回転軸方向に薄型扁平な同期電動機が用いられ、これに主回路としてＰＷＭコンバータ・ＰＷＭインバータが接続された例を示している。

図１において、交流電源１は、ＩＧＢＴ（絶縁型ゲートバイポーラトランジスタ）等の自己消弧素子を用いて構成したＰＷＭコンバータ２に接続され、さらにＰＷＭコンバータ２はＰＷＭインバータ３に接続されている。ＰＷＭインバータ３にはエレベータを駆動するための薄型同期電動機４が接続され、この薄型同期電動機４の出力軸にはブレーキドラム５と綱車７が固定されている。ブレーキドラム５の外周面側にはブレーキ６が設けられ、ブレーキドラム５はブレーキ６に挟まれて制動される。綱車７にはロープ８が掛け回されており、このロープ８の一端側には乗りかご９が他端側には釣り合い重り１０が取り付けられている。ここでは、ローピングは乗りかご９と釣り合い重り１０が１：１に接続されている例を示しているが、２：１ローピングや乗りかご９の下をロープ８がくぐるアンダースラング方式であってもよい。なお、ブレーキドラム５と綱車７が回転構造体に相当している。

綱車７の外周面には、綱車７よりも径の小さい摩擦駆動輪１１が当接して設けられ、さらに摩擦駆動輪１１はパルス発生器１２に連結されている。そして綱車７が回転すると、摩擦により摩擦駆動輪１１が回転して、綱車７の回転がパルス発生器１２に伝えられる。パルス発生器１２は綱車７の回転に伴ってパルスを発生し、このパルス列は伝送線１３を経由して制御装置１４に入力される。

入力されたパルス列は、かご位置検出部１４１、速度検出部１４２および回転子位置検出部１４３に取り込まれ、それぞれ乗りかご位置、速度、回転子位置に変換処理される。すなわち、かご位置検出部１４１では一定時間ごとにパルスを累積して乗りかご９の位置を算出し、速度検出部１４２はパルスの幅の逆数などから綱車の回転速度ωを算出し、回転子位置検出部１４３は基準信号入力とパルスの積算からパルス発生器の回転角と等価な同期電動機回転子の位置を算出する。なお、かご位置の検出に関しては、かごの移動に伴って、かごの昇降路内の絶対位置を直接的に検出する他のセンサを別置すれば、かご位置検出のためのパルス発生器信号の入力とかご位置検出部１４１も不要になる。さらに、電動機の電流情報などから電動機の回転速度を推定すれば、電動機回転速度検出のためのパルス発生器信号の入力と速度検出部１４２も不要になる。

制御装置１４内には、かご位置検出部１４１、速度検出部１４２、回転子位置検出部１４３以外に、速度指令発生部１４４、かご呼び検出部１４５、速度制御部１４６、電流制御部１４７および搬送波発生部１４８が設けられている。速度指令発生部１４４では、かご呼び検出部１４５の出力である停止予定階の位置データからかご位置検出部１４１の出力データを減算することによって現在の乗りかご位置から停止予定階までの残距離を算出し、更にこの残距離と所定減速度との積の平方根をとることによって減速速度指令ω＊を算出する。速度制御部１４６では速度指令ω＊に検出した電動機速度ωを一致させるように負帰還制御が行われ、ベクトル演算の結果、インバータのためのＰＷＭ信号の材料であるトルク指令τ＊が出力される。このとき、電流制御部１４７へは駆動電動機が直流電動機や誘導電動機の場合にはこれ以上の情報は不要であるが、省エネルギと電動機の薄型化を指向して同期電動機を使用した機械室レスエレベータの場合には、電動機の回転子の磁極位置情報が制御上必要であり、この磁極位置情報も電流制御部１４７に取り込まれる。電流制御部１４７ではＰＷＭ信号作成のための変調波ei*を発生し、インバータ用ＰＷＭパルス作成部１５に入力する。

一方、搬送波発生部１４８はインバータのスイッチング周波数を決定するための搬送波eti* を発生し、変調波ei*とともにインバータ用ＰＷＭパルス作成部１５に入力する。これにより、インバータ用ＰＷＭパルス作成部１５は同期電動機の回転子位置に応じ、乗りかごが所定の速度となるような可変周波、可変位相、可変電圧の出力が得られるようなＰＷＭ制御信号をＰＷＭインバータ３に与える。なお、ここでは本発明と直接関係しないので省略したが、ＰＷＭコンバータ２は出力コンデンサの電圧が所定値となるようにコンデンサ電圧の負帰還制御がなされ、同様にＰＷＭ制御される。

このように、同期電動機では、電動機の回転に伴って変化する回転子の位置を把握することが、電動機の速度検出や乗りかごの位置検出と同等以上に制御上重要である。

（実施の形態１）
次に、同期電動機の回転子４、ブレーキドラム５、ブレーキ６、綱車７、摩擦駆動輪１１、パルス発生器１２と昇降路空間との関係について説明する。図２は本発明の実施の形態１を示しており、（ａ）は巻上機付近の側面図、（ｂ）は正面図である。

図２に示すように、昇降路壁面１７には固定用金具１８が取り付けられ、この固定用金具１８に薄型同期電動機４１が固定されている。固定用金具１８は電動機取り付け専用の金具でも良いし、乗りかごや釣り合い重りの走行案内用のレールで代用しても良い。図２では薄型同期電動機４１は固定子のみが示されている。図には示してないが、固定子の内側には回転子が設けられている。そして、前記回転子に出力軸１９が連結され、この出力軸１９には、昇降路壁面１７から離れる方向に沿って、ブレーキドラム５、綱車７が固定されている。

ブレーキドラム５の外周面にはブレーキ６が配置されている。このブレーキ６はブレーキドラム５の外周面を押圧することによって、エレベータ停止時の保持力や非常停止時の制動力を発生する。また、綱車７の外面には周方向に沿って複数の溝が形成され、これらの溝に乗りかごと釣り合い重りをつるべ式につり下げるロープ８が複数本掛けられている。綱車７の一側には、図に示すようにロープ８が掛けられた面よりも一段径方向に高い鍔部７Ａが形成され、この鍔部７Ａの周縁端部に摩擦駆動輪１１が当接しており、この摩擦駆動輪１１は綱車７の回転に伴って回転する。なお、摩擦駆動輪１１の直径は鍔部７Ａの直径よりも小さく設定されている。

摩擦駆動輪１１の回転軸はパルス発生器１２に連結されており、パルス発生器１２は摩擦駆動輪１１の回転に伴ってパルスを発生する。パルス発生器１２はブレーキドラム５に並列に配置され、また取付金具２０を介して薄型同期電動機４１に取り付けられている。

上記構成によれば、薄型同期電動機４１の回転子位置、つまり磁極の位置を綱車７の回転を介して間接的に測定することができ、磁極位置に見合った可変周波数、可変位相、可変電圧の電流をインバータから薄型同期電動機４１に流すことができる。その結果、高効率ゆえに小型、薄型で昇降路内に実装可能な同期電動機４１をエレベータ駆動用電動機として制御できるようになる。

そして特に注目すべきは、磁極位置検出用のパルス発生器１２が、従来のように電動機の出力軸の延長線上ではなく、ブレーキドラム５に並列に配置されていることである。これにより、摩擦駆動輪１１とパルス発生器１２は、エレベータを駆動するための必須装置である薄型同期電動機４１とブレーキドラム５と綱車７よりなる巻上機の厚み方向の範囲内（図２（ａ）において、薄型同期電動機４１の左端面から綱車７の右端面の間）に収まり、昇降路壁面１７側や、乗りかごや釣り合い重りの昇降する側には全くはみ出さない。
特に、巻上機を昇降路内に設置するには、パルス発生器１２が乗りかごや釣り合い重りの昇降する側には全くはみ出さないことが重要な条件であり、本実施の形態では、このような条件を十分に満たすことができる。

また、ロープ８やその接触部からは潤滑用の油が飛散する可能性あり、その油が摩擦駆動輪１１に付着するとスリップ現象を起こす恐れがあるが、本実施の形態では綱車７の鍔部７Ａに摩擦駆動輪１１が当接しているので、万一、潤滑用の油が飛散しても、ロープ８から離れた位置にある摩擦駆動輪１１に付着することはなく、摩擦駆動輪１１がスリップするのを防ぐことができる。

また、摩擦駆動輪１１は、その直径が鍔部７Ａの直径よりも小さく設定されているので、綱車７の回転検出に関する増速効果があり、その結果、一回転あたりに発生するパルス数がそれほど多くない安価な仕様なパルス発生器１２を使用できる。

なお、ブレーキドラム５と綱車７が左右に入れ替わった構造のエレベータ装置の場合は、摩擦駆動輪１１が昇降路壁面１７側に接近するので取付金具２０の長さが短くなり、摩擦駆動輪１１の回転に伴って生じるパルス発生器１２の振動を抑制できる効果がある。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２を示している。本実施の形態では、摩擦駆動輪１１の当接先を、綱車７ではなく、ブレーキドラム５としている。すなわち、ブレーキドラム５には鍔部５Ａが形成され、この鍔部５Ａに摩擦駆動輪１１が当接している。

ブレーキドラム５は綱車７よりも油などの飛散が少ないので、摩擦駆動輪１１への油の付着も少なくなり、摩擦駆動輪１１のスリップなど異常現象が発生しにくくなるという効果が期待できる。

なお、ブレーキドラム５に鍔部５Ａを形成しないで、ブレーキドラム５の外周面にそのまま摩擦駆動輪１１を当接させるようにしても良い。このようにすると、ブレーキドラム５の加工が容易となる。

（実施の形態３）
図４は本発明の実施の形態３を示している。本実施の形態では、摩擦駆動輪１１の当接先をブレーキドラム５とし、さらに当接位置をブレーキドラム５の頂上部ではなく、ブレーキドラム５の周方向に約４５度に引き下げた位置としている。そして、この引き下げた位置でパルス発生器１２は薄型同期電動機４１の固定子に固定されている。

このように構成すれば、摩擦駆動輪１１やパルス発生器１２を含む巻上機全体を小型化できる。すなわち、摩擦駆動輪１１やパルス発生器１２はブレーキドラム５の周方向に約４５度に引き下げた位置にあるので、昇降路壁面に沿った鉛直方向および水平方向への出っ張りを最小化でき、巻上機全体の小型化を図ることが可能となる。

なお、摩擦駆動輪１１やパルス発生器１２の自重により押圧して摩擦駆動輪１１をブレーキドラム５に当接させる場合、本実施の形態では実施の形態２に比べて押圧力が不足する恐れがある。このような場合は、摩擦駆動輪１１をばねなどでブレーキドラム５に押し付けるようにすれば良い。

また、本実施の形態では、ブレーキドラム５には、実施の形態２の場合のように鍔部が設けられておらず、摩擦駆動輪１１とブレーキ６がブレーキドラム６の同一の外周面をオーバーラップして共用する形となっている。このようにすれば、ブレーキドラム６の外周面がブレーキ動作時に適度に研磨されるので、ブレーキドラム６外周面の錆などにより生じるパルス発生器１２の回転脈動を防止できるという効果がある。

（実施の形態４）
図５は本発明の実施の形態４を示している。本実施の形態では、電動機として、回転子が外周側に、固定子が内周側にそれぞれ設けられた、いわゆる外転型の薄型同期電動機４２が用いられている。また回転子の回転外周面上にはロープ８のための溝が形成され、この回転子の回転外周面は綱車７Ｂとしての機能を兼ね備えている。そして、この綱車７Ｂの端部に摩擦駆動輪１１が当接している。摩擦駆動輪１１は、当接位置が綱車７Ｂの頂上部ではなく、綱車７Ｂの周方向に約４５度に引き下げた位置となっている。摩擦駆動輪１１にはパルス発生器１２が連結され、このパルス発生器１２は取付金具２０を介して固定用金具１８に固定されている。

また、薄型同期電動機４２の回転子、つまり綱車７Ｂにはその周方向４ヶ所に設けられた取付金具２３を介してブレーキドラム５が取り付けられている。ブレーキドラム５にはその外周面に対向してブレーキ６が設置されている。

本実施の形態によれば、薄型同期電動機４２の回転子が綱車７Ｂとして機能し、電動機と綱車を軸方向で重ね合わせた構成となるので、その分、巻上機全体の軸方向の長さが短くなり、巻上機をより一層薄型化することが可能となる。

なお、本実施の形態では、摩擦駆動輪１１の綱車７Ｂへの当接位置を、綱車７Ｂの周方向に約４５度に引き下げた位置としていたが、綱車７Ｂの頂上部でも良い。ただ、綱車７Ｂの周方向に約４５度に引き下げた位置であれば、実施の形態３の場合と同様に、昇降路壁面に沿った鉛直方向および水平方向への出っ張りを最小化でき、巻上機全体の小型化を図ることが可能となる。

（実施の形態５）
図６は本発明の実施の形態５を示している。本実施の形態では、摩擦駆動輪１１がブレーキドラム５の外周面ではなく内周面に当接している。すなわち、ブレーキドラム５は円筒形状をなしており、その内部には空間が存在しているので、この内部空間に摩擦駆動輪１１とパルス発生器１２が配置されている。ブレーキ６もブレーキドラム５の内部空間に配置されており、ブレーキ６はブレーキドラム５の内周面を押圧して制動するようになっている。また、パルス発生器１２は取付金具２０を介して薄型同期電動機４１に取り付けられている。

本実施の形態によれば、摩擦駆動輪１１とパルス発生器１２とを巻上機の内部に隠すことができるために、ゴミや水滴、油等による悪影響を防ぐことができる。すなわち、機械室レスエレベータシステムにおいては、雰囲気の悪い昇降路内に巻上機が露出して設置されるため、ゴミや水滴、油等が摩擦駆動輪１１やパルス発生器１２に飛散して悪影響を及ぼすことが懸念されるが、摩擦駆動輪１１とパルス発生器１２とが巻上機の内部に隠されていれば、摩擦駆動輪１１やパルス発生器１２にゴミや水滴、油等が飛散するのを防ぐことができる。

そして特に、本実施の形態によれば、上記のようにゴミや水滴、油等による悪影響を防ぐことができるため、薄型同期電動機４１の回転子の位置を、直結ではなく、粗結合で等価的に検出しているのにもかかわらず、信頼性の高い検出結果を得ることができる。

なお、この方式の場合は、回転むらが発生しないようにブレーキドラム５の内周面を高精度に加工する必要があるが、本実施の形態では、ブレーキドラム面をブレーキドラム５の内周面側としているので、ブレーキドラム５の外周面側は加工する必要が無く、加工の手間は他の実施の形態の場合と殆ど変わらない。

本発明の機械室レスエレベータ装置の全体構成図である。 本発明の実施の形態１による巻上機の構成を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 本発明の実施の形態２による巻上機の構成を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 本発明の実施の形態３による巻上機の構成を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 本発明の実施の形態４による巻上機の構成を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。 本発明の実施の形態５による巻上機の構成を示しており、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。

符号の説明

１…電源、２…ＰＷＭコンバータ、３…ＰＷＭインバータ、４…薄型同期電動機、５…ブレーキドラム、５Ａ…鍔部、６…ブレーキ、７，７Ｂ…綱車、７Ａ…鍔部、８…ロープ、９…乗りかご、１０…つり合い重り、１１…摩擦駆動輪、１２…パルス発生器、１３…伝送線、１４…制御装置、１５…インバータ用ＰＷＭパルス生成部、１６…コンバータ用ＰＷＭパルス生成部、１７…昇降路壁面、１８…固定用金具、１９…出力軸、２０…取付金具、４１…薄型同期電動機、４２…外転型の薄型同期電動機、１４１…かご位置検出部、１４２…速度検出部、１４３…回転子位置検出部、１４４…速度指令発生部、１４５…かご呼び検出部、１４６…速度制御部、１４７…電流制御部、１４８…搬送波発生部。

Claims (2)

1. 昇降路内に昇降自在に設けられた乗りかごと、前記昇降路内に設置された薄型同期電動機と、該薄型同期電動機の回転に伴ってパルスを発生するパルス発生器と、を有し、前記薄型同期電動機の回転駆動力によって前記乗りかごを前記昇降路内で昇降させるとともに、前記パルス発生器からのパルスに基づいて前記乗りかごの昇降を制御するエレベータ装置において、
   乗りかご又は釣り合い重りの走行案内用のレールに固定された前記薄型同期電動機と、
   前記薄型同期電動機の出力軸に連結され、外周の周方向に沿って溝が形成され、該溝に前記乗りかごと釣り合い重りとをつり下げるロープが掛けられる綱車と、
   前記鋼車のロープが掛けられる径よりも大きい径とされた外周面にブレーキが押圧されて制動されるブレーキドラムと、
   前記外周面において前記ブレーキが押圧される面を共用するようにかつ頂上部から周方向に引き下げた位置に当接され、前記綱車の径よりも小さくされた摩擦駆動輪と、
   前記摩擦駆動輪の回転軸に連結され、回転に伴ってパルスを発生し、該パルス列より前記薄型同期電動機の磁極位置，電動機速度、および乗りかご位置が算出されるパルス発生器と、
   前記パルス発生器により算出される前記磁極位置の情報から可変周波数，可変位相，可変電圧の電流を前記薄型同期電動機に流すインバータと、
   を備え、前記綱車とブレーキドラムとが前記薄型同期電動機によって回転駆動される回転構造体とされ、前記摩擦駆動輪と前記パルス発生器は、前記薄型同期電動機が固定された前記レール面側から前記薄型同期電動機、前記ブレーキドラム、前記綱車の厚み方向の範囲に収納され、昇降路内のすき間空間に前記薄型同期電動機、前記パルス発生器を含めた巻上機全体が格納された機械室レスエレベータとされたことを特徴とするエレベータ装置。
2. 請求項１に記載のものにおいて、前記パルス発生器は、前記薄型同期電動機に固定されていることを特徴とするエレベータ装置。

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