JP5201545B2

JP5201545B2 - エレベータのドア制御装置

Info

Publication number: JP5201545B2
Application number: JP2007176498A
Authority: JP
Inventors: 尚央渡辺
Original assignee: Toshiba Elevator Co Ltd
Current assignee: Toshiba Elevator and Building Systems Corp
Priority date: 2007-07-04
Filing date: 2007-07-04
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2027-07-04
Also published as: CN101337637B; CN101337637A; JP2009012928A

Description

本発明は、エレベータのかごドア（乗りかご側のドア）の開閉動作を制御するためのドア制御装置に関する。

エレベータでは、走行中にかごドアが開かないように、戸閉方向に一定の保持トルクかけられている。ところが、悪戯や地震等によって戸開方向に強い力が加わると、上記保持トルクに反してかごドアが開いてしまうことがある。この場合、かごドアが戸閉端の少し手前に設置されたドア全閉検出ＳＷの位置まで開くと、そのＳＷがオフしてエレベータが緊急停止し、乗りかご内に乗客が閉じ込められる事故が発生する。

ここで、かごドアを簡単に開けられないように、保持トルクを上げておくことが考えられるが、その分の電力が増えると共に、モータにも負荷がかかるなどの問題が生じる。

従来、このような問題を解消する技術として、例えば特許文献１が知られている。この特許文献１では、位置検出器によってかごドアが戸開方向に変位したことを検出し、そのときに保持トルクを増加制御することが開示されている。これによれば、必要なときのみモータの保持トルクを上げることで、電力消費が抑えられ、また、モータの負荷も抑えられる。
特開平１１−２９２４３７号公報

しかしながら、上記特許文献１では、かごドアの変位を特定の機器を用いて検出する構成としているため、余分な部品点数が増えてしまい、コストアップする問題がある。また、位置検出器が誤動作する可能性もあり、信頼性に欠けるなどの問題もある。

本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、位置検出用の特別な機器を必要とせずに、かごドアの変位を検出して、そのときの保持トルクを適正に制御することのできるエレベータのドア制御装置を提供することを目的とする。

本発明のエレベータのドア制御装置は、かごドアを開閉動作させるためのドア駆動用モータと、このドア駆動用モータの電流位相を検出する電流位相検出手段と、上記かごドアが定位置で保持されている状態で、上記電流位相検出手段によって検出された電流位相と予め設定された基準値とを比較し、上記電流位相が上記基準値を超えた場合に上記かごドアが変位したものとみなして、上記ドア駆動用モータに対するトルク指令を通常時よりも増加させるトルク指令変更手段と、エレベータの走行中における上記電流位相の変化に基づいて上記基準値を最適な値に設定する電流位相基準変更手段とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、ドア駆動用モータの電流位相を監視することにより、位置検出用の特別な機器を必要とせずに、かごドアの変位を検出して、そのときの保持トルクを適正に制御することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係るエレベータのドア制御装置の構成を示すブロック図である。なお、図中の１は減算器、２は減算器、３は加算器を示している。

エレベータのかごドア（ドアパネル）１０は、ドア駆動用モータ１１の駆動により開閉動作する。このドア駆動用モータ１１に設置されたパルスエンコーダ１２の出力信号は、モータ速度演算部１３にてモータ速度に変換されて、速度制御系へフィードバックされる。

速度指令出力部１４は、予め設定された目標速度に従って速度指令値Ｖｒｅｆを出力する。速度制御部１５は、モータ速度演算部１３から出力されるモータ実速度Ｖｍと、速度指令出力部１４から出力される速度指令値Ｖｒｅｆとの速度偏差信号に基づいて、ドア駆動用モータ１１に対するトルク指令値Ｔｓｐを出力する。トルク出力切換部１６は、このトルク指令値Ｔｓｐに基づいて電流指令値Ｉｒｅｆを出力する。

また、電流制御部１７は、トルク出力切換部１６から出力される電流指令値Ｉｒｅｆと電流検出部１９にて検出されるモータ電流とが一致するように電力変換器１８への指令を制御する。これにより、電力変換器１８からドア駆動用モータ１１に対して所要の電力供給がなされて、かごドア１０が目標速度で戸閉方向または戸開方向に移動することになる。

一方、かごドア１０が戸閉端または戸開端に到達した場合、速度制御を行う必要はなくなるため、トルク出力切換部１６は、速度制御用のトルク指令値Ｔｓｐから保持トルク指令値Ｔｒｅｆに切り換え、Ｉｒｅｆ＝Ｔｒｅｆに設定する。これにより、かごドア１０が全閉位置または全開位置で保持されることになる。

以下では、かごドア１０が全閉位置で保持された状態を想定して説明する。
通常は、保持用のトルク指令値Ｔｒｅｆとして、一定のトルクＴ０が用いられている。このため、悪戯や地震等の大きな揺れによってトルクＴ０以上の大きな力が戸開方向に加わると、かごドア１０が開いてしまう可能性がある。

ここで、ドア駆動用モータ１１が交流モータの場合、かごドア１０の動きに合わせてドア駆動用モータ１１の電流位相が変化する。本実施形態では、この電流位相を監視することにより、かごドア１０の戸開方向への変位を検出して、保持トルク指令値Ｔｒｅｆを通常時よりも増加させる構成としている。

具体的には、トルク出力切換部１６の前段に電流位相検出部２０とトルク指令変更部２１が設けられる。電流位相検出部２０は、電流検出部１９にて検出されるモータ電流の位相θを検出するものである。なお、電流位相θの検出方法として、パルスエンコーダ１２を用いる方法がある。

すなわち、ドア駆動用モータ１１が回転すると、電流位相θは極対数Ｐに応じて変化する。この場合、モータ１回転に対して、電流位相θはＰ×３６０°変化する。つまり、Ｐ＝１であれば、図２に示すように、ドア駆動用モータ１１が１回転したときに、電流位相θは３６０°変化することになる。したがって、パルスエンコーダ１２等の位置検出器を用いてドア駆動用モータ１１の回転位置を検出すれば、そのときの回転位置から電流位相θを算出することができる。

トルク指令変更部２１は、電流位相検出部２０によって検出された電流位相θを監視し、電流位相θが戸開方向に変化した場合に、ドア駆動用モータ１１に対するトルク指令を制御する。このトルク指令変更部２１は、図３に示すように、電流位相θと予め位相変化検出用として設定された基準値θｒｅｆとを比較するための比較器３１を備える。

なお、かごドア１０が全閉位置で閉じていても、かごドア１０の揺れがドア駆動用モータ１１に伝わって機構的に微小変動することがある。このようなドア駆動用モータ１１の機構的な変動を考慮して、上記基準値θｒｅｆが全閉位置よりも大きめに設定されている。

電流位相θが戸開方向に変化して、基準値θｒｅｆを超えると、かごドア１０が戸開方向に変位したものと見なされ、比較器３１から所定の値を有する増加トルクＴ１が出力される。また、電流位相θが基準値θｒｅｆ以下であれば、増加トルクＴ１＝０である。トルク出力切換部１６に与えられる保持トルク指令値Ｔｒｅｆは、この増加トルクＴ１と通常時の保持トルクＴ０との加算値になる。

以下に、図４を参照して第１の実施形態の動作について説明する。
図４は第１の実施形態における電流位相θと保持トルク指令値Ｔｒｅｆとの関係を示す図である。

かごドア１０が全閉位置にあるとき、ドア駆動用モータ１１の電流位相θに変化はなく、増加トルクＴ１＝０である。したがって、保持トルク指令値Ｔｒｅｆとして通常時の保持トルクＴ０がトルク出力切換部１６に与えられ、かごドア１０の戸閉状態はその保持トルクＴ０によって保持される。

ここで、電流位相θが変化して、予め設定された基準値θｒｅｆを超えると、かごドア１０が戸開方向に変位したと見なされて、トルク指令変更部２１から増加トルクＴ１が出力される。加算器２では、通常時の保持トルクＴ０と増加トルクＴ１とを加算し、その加算値を最終的な保持トルク指令値Ｔｒｅｆとしてトルク出力切換部１６に出力する。これにより、通常時よりも強い力でドア駆動用モータ１１が駆動制御されて、かごドア１０が戸開方向に押し戻されることになる。

また、保持トルク指令値Ｔｒｅｆの増加によりかごドア１０が全閉位置に戻り、電流位相θが基準値θｒｅｆ以下になれば、増加トルクＴ１＝０となり、保持トルク指令値Ｔｒｅｆは通常時の保持トルクＴ０に戻る。これにより、通常時の力でかごドア１０の戸閉状態が保持されることになる。

このように、ドア駆動用モータ１１の電流位相を監視することで、位置検出用の特別な機器を必要とせずに、かごドア１０の変位を検出でき、その際に保持トルクを通常時よりも増加させることにより、悪戯等によってかごドア１０が開くことを防いで、エレベータの安全性を確保することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

上記第１の実施形態では、増加トルクＴ１が一定の値であったが、第２の実施形態では、電流位相θの変化量に応じて増加トルクＴ１の値を可変制御する構成としている。なお、装置全体の構成は、上記第１の実施形態における図１と同様であるため、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

図５は本発明の第２の実施形態におけるエレベータのドア制御装置の構成を部分的に示すブロック図である。第２の実施形態において、トルク指令変更部２１は、減算器３２と、保持トルク制御部３３と、トルクリミッタ３４とで構成される。

減算器３２は、基準値θｒｅｆと電流位相θとの偏差信号を出力する。保持トルク制御部３３は、減算器３２から出力される基準値θｒｅｆと電流位相θとの偏差信号に基づいて保持トルクＴｏｕｔの値を制御する。この保持トルクＴｏｕｔの制御方式として、フィードバック制御方式として一般的なＰＩ制御を用いることができる。保持トルクＴｏｕｔは、トルクリミッタ３４を介して増加トルクＴ１として出力される。トルクリミッタ３４は、保持トルク制御部３３から出力された保持トルクＴｏｕｔが予め設定されたリミット値Ｔｌｉｍを超えないように抑制する機能を持つ。

以下に、図６を参照して第２の実施形態の動作について説明する。
図６は第２の実施形態における電流位相θと保持トルク指令値Ｔｒｅｆとの関係を示す図である。

上記第１の実施形態と同様に、かごドア１０が全閉位置で保持されているときに、ドア駆動用モータ１１の電流位相θが戸開方向に変化して基準値θｒｅｆを超えると、かごドア１０が戸開方向に変位したものと見なされる。

このとき、トルク指令変更部２１に設けられた保持トルク制御部３３は、基準値θｒｅｆと電流位相θとの偏差信号に基づいて保持トルクＴｏｕｔの値を可変制御する。この場合、電流位相θの変化量が大きくほど、保持トルクＴｏｕｔの値を上げるように制御する。なお、トルクリミッタ３４によって保持トルクＴｏｕｔに対するリミット値Ｔｌｉｍが設定されているので、そのリミット値Ｔｌｉｍを超えて出力されることはない。

保持トルク制御部３３から出力された保持トルクＴｏｕｔは、増加トルクＴ１として加算器２に与えられる。加算器２では、通常時の保持トルクＴ０と増加トルクＴ１とを加算し、その加算値を最終的な保持トルク指令値Ｔｒｅｆとしてトルク出力切換部１６に出力する。これにより、通常時よりも強い力でドア駆動用モータ１１が駆動制御されて、かごドア１０が戸開方向に押し戻されることになる。この場合、電流位相θの変化量が大きいほど、つまり、かごドア１０の開きが大きいほど、保持トルク指令値Ｔｒｅｆが増加するので、かごドア１０がより強い力で押し戻されることになる。

このように、電流位相θの変化量に応じて増加トルクＴ１の値を可変制御することで、そのときのかごドア１０の開きに応じた適正な保持トルク指令値Ｔｒｅｆを設定でき、かごドア１０の戸開方向の変位をより確実に抑えることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態では、電流位相θの微小変動に合わせて電流位相の基準値θｒｅｆを可変制御することを特徴としている。なお、装置全体の構成は、上記第１の実施形態における図１と同様であるため、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

図７は本発明の第３の実施形態におけるエレベータのドア制御装置の構成を部分的に示すブロック図である。上記第１の実施形態における図１の構成と異なる点は、電流位相基準変更部３５が追加されていることである。

この電流位相基準変更部３５は、着床ゾーン外でオンするドアゾーン外信号ＯＤＺと、電流位相検出部２０から出力される電流位相θを入力とし、エレベータ（乗りかご）の走行中における電流位相θの変化量のピークに基づいて基準値θｒｅｆを適正な値に制御する。

以下に、図８および図９を参照して第３の実施形態の動作について説明する。
図８および図９は第３の実施形態における電流位相θと基準値θｒｅｆとの関係を示す図である。図８は基準値θｒｅｆを上げた状態、図９は基準値θｒｅｆを下げた状態を示している。

エレベータの乗りかごの走行時に水平方向の振動が発生する。このため、かごドア１０のドアパネルも水平方向に加振され、その振動がドア駆動用モータ１１に伝わって微小変位し、電流位相θも変化する。なお、このとき、ドア駆動用モータ１１が機械的に微小変位しているためであり、ドアパネルは揺れているだけで、実際に開いているわけではない。

ここで、全閉位置の電流位相θに対して基準値θｒｅｆが小さ過ぎると、エレベータの通常走行時に不必要に保持トルクを増加してしまう可能性がある。逆に、基準値θｒｅｆを大きくし過ぎると、かごドア１０が強制的に開方向に変位した際に、保持トルク指令値Ｔｒｅｆの増加動作が間に合わず、図示せぬドア全閉検出ＳＷがオフし、エレベータ故障にいたる可能性がある。

これを回避するため、基準値θｒｅｆを適正値に更新する電流位相基準変更部３５が設けられる。この電流位相基準変更部３５は、ドアゾーン外信号ＯＤＺがオンしているとき、所定の期間ｔａ毎に電流位相θの戸開方向の変化量のピーク値を検出し、その平均値を基準値θｒｅｆとして設定する機能を持つ。

すなわち、今、図８に示すように、所定の期間ｔａ内にθ１、θ２、θ３の３つのピーク値が検出されたとすると、（θ１＋θ２＋θ３）／３の値が基準値θｒｅｆとして設定されることになる。なお、基準値θｒｅｆの設定方法としては、電流位相θのピーク値の平均を取る方法の他に、例えば所定の期間ｔａの中で最も高いピーク値に合わせて基準値θｒｅｆを設定することでも良い。

図８の例では、基準値θｒｅｆが以前よりも増加した場合が示されている。一方、かごドア１０の振動が小さくなり、電流位相θの変化量も小さくなると、図９のように基準値θｒｅｆが減少することになる。

このようにして設定された基準値θｒｅｆはトルク指令変更部２１に与えられる。トルク指令変更部２１では、この基準値θｒｅｆを用いて保持トルク指令値Ｔｒｅｆの可変制御を行う。

このように、エレベータ走行中の定常的な電流位相θの変化に応じて基準値θｒｅｆが適正な値に設定されるので、その基準値θｒｅｆを用いて保持トルク指令値Ｔｒｅｆを制御することで、かごドア１０の戸開方向の変位をより確実に抑えることができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。

第４の実施形態では、保持トルクの増加が繰り返された場合での発熱に対する保護機能を備えたものである。なお、装置全体の構成は、上記第１の実施形態における図１と同様であるため、ここでは異なる部分についてのみ説明する。

図１０は本発明の第４の実施形態におけるエレベータのドア制御装置の構成を部分的に示すブロック図である。上記第１の実施形態における図１の構成と異なる点は、二乗積分部３６と異常発熱保護部３７が追加されていることである。

二乗積分部３６は、保持トルク指令値Ｔｒｅｆまたは電流指令値Ｉｒｅｆを入力し、以下のような式に従って、電力変換器１８の温度上昇を推定する。

Ｊ＝∫（Ｔ１^２）ｄｔまたは∫（Ｉｒｅｆ^２）ｄｔ …（１）
上記（１）式において、Ｔ１は増加トルク値、Ｉｒｅｆは電流指令値である。

また、異常発熱保護部３７は、二乗積分部３６の算出値Ｊと設定値Ｊ０とを比較し、算出値Ｊが設定値Ｊ０を超えた場合に増加トルクＴ１を０にリセットする。

以下に、図１１を参照して第４の実施形態の動作について説明する。
図１１は異常発熱保護部３７の動作を説明するための図である。悪戯等によりかごドア１０の戸閉作が繰り返された場合、あるいは、電流位相基準値θｒｅｆが適正値に設定されず、保持トルク指令Ｔｒｅｆが過剰に増加されるなどした場合、電力変換器１８には通常よりも過大な電流が流れるため、温度が異常に上昇して内部の半導体素子等が破損する可能性がある。これを回避するため、二乗積分部３６と異常発熱保護部３７が設けられる。

二乗積分部３６は、上記（１）式に従って消費電力値を算出する。この算出値Ｊは電力変換器１８の温度上昇にほぼ比例する。

ここで、異常発熱保護部３７では、電力変換器１８の温度上昇に対して余裕度を加味した設定値をＪ０とし、二乗積分部３６の算出値Ｊと設定値Ｊ０とを比較する。そして、図１１に示すように、算出値Ｊが設定値Ｊ０を超えた場合に、増加トルクＴ１を０にリセットすると共に、算出値Ｊ＝０になるまで、増加トルクＴ１の出力動作を禁止する。この間、以下のような式に従ってＪの値が減少していく。

Ｊ＝Ｊ１−∫（Ｔ１^２）ｄｔ …（２）
上記（２）式において、Ｊ１は算出開始時の値、Ｔ１は増加トルクの値である。

J＝０になると、電力変換器１８の温度は通常の保持トルク出力時の温度に戻る。これにより、異常発熱保護部３７では、増加トルクＴ１の出力動作を許可する。

このように、保持トルク指令Ｔｒｅｆの増加動作が繰り返されている場合に、保持トルク指令Ｔｒｅｆまたは電流指令値Ｉｒｅｆから電力変換器１８の温度上昇を推定し、所定の値に達した場合に、通常温度に戻るまでの間、保持トルク指令Ｔｒｅｆの増加動作を一時的に停止することで、異常発熱による機器の破損を防ぐことができる。

なお、上記各実施形態では、かごドア１０が戸閉された状態を想定した説明したが、かごドア１０が戸開された状態で同様である。すなわち、悪戯等によってかごドア１０が閉じられないように、電流位相に基づいてかごドア１０の戸閉方向への変位を検出し、そのときの保持トルクを増加させることで対応できる。

要するに、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の形態を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は本発明の第１の実施形態に係るエレベータのドア制御装置の構成を示すブロック図である。図２は同実施形態におけるドア制御装置に設けられたドア駆動用モータの電流位相を説明するための図である。図３は同実施形態におけるドア制御装置に設けられたトルク指令変更部の構成を示す図である。図４は同実施形態におけるドア制御装置の電流位相と保持トルク指令値との関係を示す図である。図５は本発明の第２の実施形態におけるエレベータのドア制御装置の構成を部分的に示すブロック図である。図６は同実施形態におけるドア制御装置の電流位相保持トルク指令値との関係を示す図である。図７は本発明の第３の実施形態におけるエレベータのドア制御装置の構成を部分的に示すブロック図である。図８は同実施形態におけるドア制御装置の電流位相と基準値との関係を示す図であり、基準値を上げた状態を示す図である。図９は同実施形態におけるドア制御装置の電流位相と基準値との関係を示す図であり、基準値を下げた状態を示す図である。図１０は本発明の第４の実施形態におけるエレベータのドア制御装置の構成を部分的に示すブロック図である。図１１は同実施形態におけるドア制御装置に設けられた異常発熱保護部の動作を説明するための図である。

符号の説明

１…減算器、２…減算器、３…加算器、１０…かごドア、１１…ドア駆動用モータ、１２…パルスエンコーダ、１３…モータ速度演算部、１４…速度指令出力部、１５…速度制御部、１６…トルク出力切換部、１７…電流制御部、１８…電力変換器、１９…電流検出部、２０…電流位相検出部、２１…トルク指令変更部、３１…比較器、３２…減算器、３３…保持トルク制御部、３４…トルクリミッタ、３５…電流位相基準変更部、３６…二乗積分部、３７…異常発熱保護部、Ｖｒｅｆ…速度指令値、Ｖｍ…モータ実速度、Ｔｓｐ…トルク指令値、Ｉｒｅｆ…電流指令値、Ｔ１…増加トルク、Ｔ０…通常時の保持トルク、Ｔｒｅｆ…保持トルク指令値。

Claims

かごドアを開閉動作させるためのドア駆動用モータと、
このドア駆動用モータの電流位相を検出する電流位相検出手段と、
上記かごドアが定位置で保持されている状態で、上記電流位相検出手段によって検出された電流位相と予め設定された基準値とを比較し、上記電流位相が上記基準値を超えた場合に上記かごドアが変位したものとみなして、上記ドア駆動用モータに対するトルク指令を通常時よりも増加させるトルク指令変更手段と、
エレベータの走行中における上記電流位相の変化に基づいて上記基準値を最適な値に設定する電流位相基準変更手段と
を具備したことを特徴とするエレベータのドア制御装置。
上記トルク指令変更手段は、上記電流位相と上記基準値との偏差量に応じて、上記ドア駆動用モータに対するトルク指令の増加量を制御することを特徴とする請求項１記載のエレベータのドア制御装置。
上記ドア駆動用モータに電力を供給する電力変換器の温度上昇を推定し、所定の値に達した場合に上記トルク指令変更手段によるトルク指令の増加動作を一時的に停止させる異常発熱保護手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載のエレベータのドア制御装置。