JP4584019B2 - エレベータの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、モータの駆動力をギアを介して駆動綱車に伝達するギア式巻上機を備えたエレベータの制御装置に関するものである。

従来のエレベータの制御装置には、かごの重量をかご負荷として計測するかご負荷検出手段と、次回停止階を設定する次回停止階設定手段とを備え、かご負荷検出手段により得られるかご負荷と次回停止階設定手段により得られるかごの移動距離とに応じて、巻上機のモータの許容され得る駆動範囲内でかごの最高速度や加速度を変更することにより、かごの運転時間を短縮してエレベータの運行効率を向上させるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２３８０３７号公報

特許文献１記載のエレベータの制御装置では、登録された次回停止階にかごが最短時間で到着することができるように、巻上機のモータの許容され得る駆動範囲内で、かごの最高速度及び加速度の設定が行われていた。しかし、モータの駆動力をギアを介して駆動綱車に伝達するギア式巻上機がエレベータに備えられている場合、ギアの特性によっては、特に制動運転時にモータ特性の範囲内の制御であっても所望の速度や加速度を得ることができないという問題が発生していた。また、モータの特性のみに基づいた運転制御を継続することにより、ギア式巻上機のギアに過度な負担が作用して逆に運転効率が悪化したり、ギア式巻上機の寿命が低下したりするという問題も生じていた。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、モータの駆動力をギアを介して駆動綱車に伝達するギア式巻上機を備えたエレベータにおいて、モータ特性及びギア特性に応じてかごの最適な運転制御を行うことができるエレベータの制御装置を提供することである。

この発明に係るエレベータの制御装置は、モータの駆動力をギアを介して駆動綱車に伝達するギア式巻上機と、エレベータ昇降路内を昇降するかご及び釣合い重りと、駆動綱車に巻き掛けられるとともに、かご及び釣合い重りを釣瓶式に懸吊する主索とを備えたエレベータの制御装置において、かごに作用する負荷を検出するかご負荷検出手段と、かごの運転方向を検出する運転方向検出手段と、ギア式巻上機のギアの温度を検出して、ギアの温度が所定値を超えたか否かを判定するギア温度判定手段と、かご負荷検出手段及び運転方向検出手段の検出結果並びにギア温度判定手段の判定結果に基づいて、力行運転時はモータ特性に応じたかごの上限速度を決定し、制動運転時はギア式巻上機のギア特性に応じたかごの上限速度を決定する速度決定手段とを備え、速度決定手段は、ギア温度判定手段によりギア式巻上機のギアの温度が所定値を超えたと判定された場合に、制動運転時のかごの上限速度を、制動運転時にギア温度判定手段によりギア式巻上機のギアの温度が所定値を超えていないと判定された場合におけるかごの上限速度以下に抑えるものである。

この発明によれば、モータの駆動力をギアを介して駆動綱車に伝達するギア式巻上機を備えたエレベータにおいて、モータ特性及びギア特性に応じたかごの最適な運転制御を行うことができるようになる。

この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるエレベータの制御装置の構成図である。図１において、１はエレベータ昇降路内を昇降するかご、２はかご１とは逆方向にエレベータ昇降路内を昇降する釣合い重りであり、釣合い重り２全体の重量は、かご１に定員の半分の乗客が乗車した状態、即ち、定格荷重の半分の荷重がかご１に作用した状態でかご１全体の重量とほぼ等しくなるように予め調整されている。また、３はかご１及び釣合い重り２に連結されてかご１及び釣合い重り２を釣瓶式に懸吊する主索、４は外周面に形成された綱溝に主索３が巻き掛けられることにより、その回動に連動してかご１及び釣合い重り２を昇降させるギア式巻上機の駆動綱車、５はインバータ６により電力が供給されて駆動されるモータ、７はモータ５の駆動力を駆動綱車４に伝達するウォームギア等で構成されるギア式巻上機のギアである。即ち、エレベータに備えられたギア式巻上機は、モータ５の駆動力をギア７を介して駆動綱車４に伝達するように構成されている。

また、８はかご１の運転方向を検出する運転方向検出手段、９はかご１の床部等に設けられ、かご１内の積載荷重等からかご１に作用する負荷を検出するかご負荷検出手段、１０は運転方向検出手段８の検出結果及びかご負荷検出手段９の検出結果に基づいて、モータ５に作用する負荷を演算するモータ負荷演算手段である。なお、モータ負荷演算手段１０は、かご負荷検出手段９から入力されるかご１の積載荷重情報と予め登録されているかご１の定格荷重情報とに基づいてかご１の負荷比率を演算し、この負荷比率と運転方向検出手段８から入力される運転方向情報とに基づいて、モータ５に作用する負荷を演算する。ここで、上記負荷比率とは、かご１に作用する積載荷重の定格荷重に対する割合をいい、かご１に何も積載されていない状態を０％、かご１に定格荷重が作用している状態を１００％としたものである。

また、１１はモータ負荷演算手段１０から入力されるモータ負荷情報に基づいて、力行運転時はモータ５の特性に応じたかご１の上限速度を決定し、制動運転時はギア式巻上機のギア７の特性に応じたかご１の上限速度を決定する速度決定手段である。ここで、上記力行運転とは、電源から供給されるエネルギーが電源側からインバータ６及びモータ５等を介してかご１側に供給される場合をいい、具体的には、かご１の重量が釣合い重り２の重量よりも重い場合におけるかご１の上昇運転、及び、かご１の重量が釣合い重り２の重量よりも軽い場合におけるかご１の下降運転が該当する。また、上記制動運転とは、かご１の昇降により発生するエネルギーがかご１側からモータ５及びインバータ６等を介して電源側に供給される場合をいい、具体的には、かご１の重量が釣合い重り２の重量よりも重い場合におけるかご１の下降運転、及び、かご１の重量が釣合い重り２の重量よりも軽い場合におけるかご１の上昇運転が該当する。

図２はこの発明の実施の形態１における上記速度決定手段１１の動作を説明するための図である。図２において、力行運転時のかご１の上限速度はモータ５の特性、例えば、モータ５の電気的に許容され得る駆動範囲に基づいて、また、制動運転時のかご１の上限速度はギア式巻上機のギア７の特性、例えば、ギア７の熱的に許容され得る動作範囲に基づいて設定されている。なお、図２においては、かご１に定格荷重が作用した場合のかご１の上限速度が、力行運転時及び制動運転時共、６０ｍ／ｍｉｎに設定されている場合が示されている。かかるかご１の上限速度の設定に関しては後述する。

例えば、モータ負荷演算手段１０から入力されるかご１の負荷比率が８０％、運転方向情報が上昇運転（ＵＰ）である場合、即ち、負荷比率８０％の力行運転の場合（負荷比率５０％の時にバランス状態とする）には、速度決定手段１１によりかご１の上限速度は７５ｍ／ｍｉｎと決定されて、かご１の速度情報として出力される。また、モータ負荷演算手段１０から入力されるかご１の負荷比率が９５％、運転方向情報が下降運転（ＤＮ）である場合、即ち、負荷比率９５％の制動運転の場合には、かご１の上限速度は６０ｍ／ｍｉｎと決定されて、かご１の速度情報として出力される。

また、図１における１２は速度決定手段１１から入力されるかご１の速度情報等に基づいて、インバータ６を制御するための速度パターンを発生させる速度パターン発生手段である。なお、この速度パターン発生手段１２の構成は、速度決定手段１１から入力される速度情報毎に適切な速度パターンを発生させることができれば如何なるものでも構わない。例えば、速度決定手段１１から入力される速度情報、モータ負荷演算手段１０から入力される負荷比率情報、図示しない行先階登録装置から入力される行先階情報、並びに、かご１の現在位置を示すかご位置情報等に基づいてかご１の加速度及び最高昇降速度を決定し、かご１が登録された行先階に最短時間で到着するように速度パターンを作成するものでも良い。

なお、図３は、図２に示すかご１の上限速度に基づいて作成される速度パターンの一例を示したものである。図３において、Ｐ１からＰ３は、同一経路を昇降する際に作成される負荷比率別の速度パターンである。なお、図３に示す速度パターンＰ１からＰ３では、図示簡略化のため、加速度及び減速度が一定値に設定されている。

次に、上記速度決定手段１１に設定されるかご１の上減速度について詳細に説明する。

図１において、かご１の速度をＶ、かご１の重量をＭ、釣合い重り２の重量をｍとすると、かご１の昇降に伴うエネルギーＰｍは、以下の式により算出される。（以下の計算式では係数を省略する。）

（数１）
Ｐｍ＝Ｖ・（Ｍ−ｍ）
力行運転時、かご１には、電源側からＰｍのエネルギーが供給される。なお、電源からインバータ６までの電線、インバータ６、モータ５及びギア７等では、かご１に供給されるエネルギーＰｍに比例するエネルギー損失が発生する。ここで、かご１の積載荷重が減少してかご１の重量Ｍが定格荷重作用時の重量Ｍ_０からＭ´に減少した場合、かご１の速度Ｖが定格速度Ｖ_０のままであれば、上記Ｐｍの値は当然に小さくなる。即ち、上記電線、インバータ６、モータ５及びギア７等に供給されるエネルギーも減少する。このため、モータ５等の各電気装置の電気的性能、即ち、動作能力に余裕が生じることとなり、かご１の速度Ｖを、上記Ｐｍの値が定格荷重作用時のかご１の重量Ｍ_０及び定格速度Ｖ_０の際に算出される値と同等になるまで上げることが可能となる。この時のかご１の速度をＶ´とすると、以下の式が成立する。

（数２）
Ｐｍ_０＝Ｖ_０・（Ｍ_０−ｍ）＝Ｖ´・（Ｍ´−ｍ）
なお、図４は上式の関係を示したものであり、力行運転時のモータ５の電気的特性に応じたかご１の上限速度を示している。

また、制動運転時、エネルギーはかご１側からギア７及びモータ５、インバータ６等を経由して電源側に供給されるが、ギア７、モータ５、インバータ６等では、力行運転の際と同様にエネルギー損失が発生する。なお、ギア７で発生するエネルギー損失は、モータ５等の電気装置で発生するエネルギー損失と比較して大きく、特にギア７がウォームギアで構成される場合にはこの傾向は顕著なものとなる。このため、力行運転時に電源側から供給されるエネルギーと同量のエネルギーが制動運転時にかご１側で発生しても、モータ５等の電気装置に供給されるエネルギーは、エネルギー損失の大きいギア７を経由する分、力行運転時よりも制動運転時の方が小さくなる。即ち、制動運転時では、かご１に定格荷重が作用した場合でも、モータ５等の電気装置には電気的動作能力に余裕が生じることとなる。したがって、モータ５等の電気装置だけに着目すると、かご１に定格荷重が作用している場合の制動運転時においても、かご１の速度を上げることは可能である。

一方、制動運転時にギア７で発生するエネルギー損失は、力行運転時にギア７で発生するエネルギー損失とほぼ同等の値を示す。例えば、ギア比が６７：１であるギア７について計算すると、かご１側のエネルギーをＰｍとした場合、力行運転時のギア７のエネルギー損失Ｌｍ、及び、制動運転時のギア７のエネルギー損失Ｌｂは、それぞれ以下の式により算出される。

（数３）
Ｌｍ＝Ｐｍ／η−Ｐｍ・（１−η）／η
Ｌｂ＝Ｐｍ−γＰｍ＝Ｐｍ・（１−γ）
ここで、ηは力行運転時のギア７の効率（力行時効率）、γは制動運転時のギア７の効率（制動時効率）を示している。なお、上記力行時効率ηと制動時効率γとに関しては、ギア比６７：１の場合に、η＝０．６３に対してγ＝０．３９というデータがある。そこで、上記値を式２に代入すると、力行運転時のエネルギー損失Ｌｍ＝０．５９Ｐｍに対し、制動運転時のエネルギー損失Ｌｂ＝０．６１Ｐｍという結果を得る。

このように、ギア７で発生するエネルギー損失は力行運転時と制動運転時とでほぼ同等の値を示すため、エネルギー損失に伴う発熱も力行運転時と制動運転時とでほぼ同等に発生する。通常、ギア７の動作能力は、ギア７を構成する各歯車の機械的強度よりもその温度特性により制限される。したがって、制動運転時では、モータ５等の電気装置の電気的な動作能力に余裕が生じていても、ギア７の動作能力がエネルギー損失に伴う発熱によって制限されることにより、ギア７の動作能力以上にかご１の速度を上げることはできない。

なお、制動運転時にかご１の積載荷重が減少してかご１の重量Ｍが定格荷重作用時の重量Ｍ_０からＭ´に減少した場合には、かご１の速度Ｖが定格速度Ｖ_０のままであれば、ギア７で発生する発熱量は当然に小さくなり、かご１の速度Ｖを、上記Ｐｍの値が定格荷重作用時のかご１の重量Ｍ_０及び定格速度Ｖ_０の際に算出される値と同等になるまで上げることが可能となる。この時のかご１の速度をＶ´とすると、以下の式が成立する。

（数４）
Ｐｍ_０＝Ｖ_０・（Ｍ_０−ｍ）＝Ｖ´・（Ｍ´−ｍ）
図５は上式の関係を示したものであり、制動運転時のギア７の温度特性に応じたかご１の上限速度を示している。

図４及び図５では、モータ５の特性及びギア７の特性に応じたかご１の上限速度は、かご１の重量Ｍと釣合い重り２の重量ｍとが等しいバランス状態（Ｍ＝ｍ）で無制限に大きくすることができるように示されているが、実際の運転では、安全装置等の他の制約により所定の上限速度が存在する。図６は上記安全装置等の制約も考慮した力行運転時及び制動運転時のかご１の上限速度を示す図である。図６において、力行運転時、電気装置、その中でも特にモータ５の電気的特性に基づく上限速度は、ギア７の熱的特性に基づく上限速度よりも低い。このため、速度決定手段１１に設定されるかご１の上限速度は、主にモータ５の電気的特性により決定される。なお、力行運転時においてもＭ＝ｍのバランス状態近傍では、安全装置等の制約に基づいて上限速度が決定される。一方、制動運転時、ギア７の熱的特性に基づく上限速度は、モータ５の電気的特性に基づく上限速度よりも大幅に低い。このため、速度決定手段１１に設定されるかご１の上限速度は、主にギア７の熱的特性により決定される。なお、制動運転時においてもＭ＝ｍのバランス状態近傍では、安全装置等の制約に基づいて上限速度が決定される。

この発明の実施の形態１によれば、速度パターンを形成する際のかご１の上限速度を、力行運転時にはモータ５の特性に応じて、また、制動運転時にはギア７の特性に応じてそれぞれ決定しているため、かご１の最適な運転制御を行い、エレベータの運転効率を向上させることが可能となる。即ち、エレベータの運転中にギア７に過度な負担が作用して運転効率が悪化したり、ギア７に発生する過度な熱によりギア式巻上機の寿命が低下したりすることを防止することが可能となる。

実施の形態２．
図７はこの発明の実施の形態２におけるエレベータの制御装置の構成図である。図７において、１３はギア式巻上機のギア７の温度を検出するギア温度検出手段、１４はギア温度検出手段１３により検出されたギア７の温度が所定値を超えたか否かを判定するギア温度判定手段である。なお、上記ギア温度検出手段１３は、ギア７の温度を直接検出するものであっても、ギア７に使用されるギアオイル等の温度に基づいて間接的にギア７の温度を検出するものであっても良い。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

次に、上記構成を有するエレベータの制御装置の動作について説明する。
実施の形態１と同様に、モータ負荷演算手段１０は、運転方向検出手段８の検出結果及びかご負荷検出手段９の検出結果に基づいて、モータ５に作用する負荷を検出する。また、速度決定手段１１は、モータ負荷演算手段１０から入力されるモータ負荷情報、及び、ギア温度判定手段１４の判定結果に基づいて、力行運転時はモータ５の特性に応じたかご１の上限速度を決定し、制動運転時はギア式巻上機のギア７の特性に応じたかご１の上限速度を決定する。

図８はこの発明の実施の形態２における上記速度決定手段１１の動作を説明するための図である。図８において、力行運転時のかご１の上限速度は、実施の形態１と同様に、モータ負荷演算手段１０の演算結果に基づいてモータ５の特性に応じて設定されている。一方、制動運転時のかご１の上限速度は、ギア温度判定手段１４の判定手段及びモータ負荷演算手段１０の演算結果に基づいてギア７の特性に応じて設定されている。即ち、制動運転時にギア温度判定手段１４によりギア式巻上機のギア７の温度が所定値を超えていないと判定された場合には、実施の形態１と同様に、速度決定手段１１は、ギア７の熱的に許容され得る動作範囲に基づいて設定されたかご１の上限速度を決定する。

これに対し、制動運転時にギア温度判定手段１４によりギア式巻上機のギア７の温度が所定値を超えていると判定された場合には、速度決定手段１１は、ギア温度判定手段１４によりギア巻上機のギア７の温度が所定値を超えていないと判定された場合におけるかご１の上限速度以下に抑えた上限速度を決定する。即ち、制動運転時にギア７の温度が所定値を超えた場合には、かご１の上限速度を通常運転時の上限速度よりも抑えることにより、ギア７に発生する熱を抑制して、エレベータ運転効率の悪化及びギア式巻上機の寿命低下を未然に防止するように構成されている。なお、その他は、実施の形態１と同様の動作及び効果を奏する。

この発明の実施の形態１におけるエレベータの制御装置の構成図である。 この発明の実施の形態１における速度決定手段の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態１におけるかごの速度パターンを示す図である。 力行運転における電気装置に起因するかごの上限速度を示す図である。 制動運転におけるギアの熱特性に起因するかごの上限速度を示す図である。 力行運転及び制動運転におけるかごの上限速度を示す図である。 この発明の実施の形態２におけるエレベータの制御装置の構成図である。 この発明の実施の形態２におけるかごの速度を示す図である。

符号の説明

１ かご
２ 釣合い重り
３ 主索
４ 駆動綱車
５ モータ
６ インバータ
７ ギア
８ 運転方向検出手段
９ かご負荷検出手段
１０ モータ負荷演算手段
１１ 速度決定手段
１２ 速度パターン発生手段
１３ ギア温度検出手段
１４ ギア温度判定手段

Claims (5)

1. モータの駆動力をギアを介して駆動綱車に伝達するギア式巻上機と、
   エレベータ昇降路内を昇降するかご及び釣合い重りと、
   前記駆動綱車に巻き掛けられるとともに、前記かご及び前記釣合い重りを釣瓶式に懸吊する主索と
   を備えたエレベータの制御装置において、
   前記かごに作用する負荷を検出するかご負荷検出手段と、
   前記かごの運転方向を検出する運転方向検出手段と、
   前記ギア式巻上機の前記ギアの温度を検出して、前記ギアの温度が所定値を超えたか否かを判定するギア温度判定手段と、
   前記かご負荷検出手段及び前記運転方向検出手段の検出結果並びに前記ギア温度判定手段の判定結果に基づいて、力行運転時は前記モータ特性に応じた前記かごの上限速度を決定し、制動運転時は前記ギア式巻上機の前記ギア特性に応じた前記かごの上限速度を決定する速度決定手段と
   を備え、
   前記速度決定手段は、前記ギア温度判定手段により前記ギア式巻上機の前記ギアの温度が所定値を超えたと判定された場合に、制動運転時の前記かごの上限速度を、制動運転時に前記ギア温度判定手段により前記ギア式巻上機の前記ギアの温度が所定値を超えていないと判定された場合における前記かごの上限速度以下に抑えることを特徴とするエレベータの制御装置。
2. 速度決定手段は、力行運転時は、かご負荷検出手段及び運転方向検出手段の検出結果に基づいてモータ特性に応じたかごの上限速度を決定し、制動運転時は、前記かご負荷検出手段及び前記運転方向検出手段の検出結果並びにギア温度判定手段の判定結果に基づいて、ギア式巻上機のギア特性に応じた前記かごの上限速度を決定することを特徴とする請求項１に記載のエレベータの制御装置。
3. ギア温度判定手段は、ギア式巻上機のギアに使用されるギアオイルの温度に基づいて前記ギアの温度を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレベータの制御装置。
4. 速度決定手段により決定される制動運転時の上限速度は、ギア式巻上機のギアの温度特性に基づいて設定されたことを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のエレベータの制御装置。
5. ギア式巻上機のギアは、ウォームギアで構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載のエレベータの制御装置。

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