JP6190631B2 - エレベーターの閉じ込め防止装置及びエレベーターの閉じ込め防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、エレベーターの閉じ込め防止装置及びエレベーターの閉じ込め防止方法に関し、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ故障時においてエレベーターの閉じ込めを防止するエレベーターの閉じ込め防止装置及びエレベーターの閉じ込め防止方法に適用して好適なるものである。

従来から、エレベーターが故障した場合に、乗りかごを運転して、乗りかご内の乗客を救出することが行われている。

例えば、特許文献１では、エレベーターの故障により乗客が乗りかご内に閉じ込められた場合に、機械式ブレーキを解放して、乗りかごを最寄り階の階床まで移動させて乗客を救出することが開示されている。具体的に、特許文献１に開示されているエレベーターは、モータにヘリカルギヤ及びギアレス方式を用いて、機械式ブレーキを開放すると、エレベーターの乗りかご側と釣り合い重り側の僅かな重量差によってエレベーターの乗りかごは重量の重い側へ引かれて動く。

これを利用して、技術保守員がスイッチをオンオフ操作することにより、ブレーキを吸引したり、釈放したりすることでエレベーターの乗りかごを救出可能な位置まで移動させる。また、永久磁石式同期電動機の三相出力インピーダンスを介して短絡する方法によって、乗りかごを救出可能な位置まで移動させる。

特開２０００−１４３１１５号公報

しかし、上記特許文献１では、技術保守員がスイッチ操作のオンオフをすることにより、ブレーキを吸引したり釈放させたりしたり、あるいは永久磁石式同期電動機を使用したものでは一律のインピーダンスを介して出力を短絡している。これらの方式では、エレベーターの乗りかご側と釣り合い重り側の重量差が小さい場合、乗りかごの移動速度が遅くなり乗客の救出に時間がかかるという問題があった。更に、乗りかごと釣り合い重りの重量差が走行抵抗より小さく乗りかごが動かない状態では、適当な速度を得るために何等かの方法で重量差を増加させる装置が必要となる。また技術保守員による救出を行うには、技術保守員が現場に到着し安全を確認するまで待たなければならず、エレベーター内の乗客を救出するまでに時間を要するという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、エレベーター故障時に永久磁石式同期電動機の磁極位置を推定し、エレベーターを安全かつ迅速に最寄り階の階床に移動させることが可能なエレベーターの閉じ込め防止装置及びエレベーターの閉じ込め防止方法を提案しようとするものである。

かかる課題を解決するために本発明においては、永久磁石式同期電動機と、調速機と、前記永久磁石式同期電動機に連結され、三相の磁極位置に応じた第１のパルス列を出力する第１のロータリーエンコーダと、前記調速機に連結され、回転角度に応じた第２のパルス列を出力する第２のロータリーエンコーダと、速度指令と速度帰還信号との偏差に応じたトルク指令と、前記第１のパルス列に基づく位相角とを演算する制御部と、前記トルク指令に基づく電圧及び前記第１のパルス列に基づく位相を有する三相交流を前記永久磁石式同期電動機に供給する電力変換器と、を備え、前記制御部は、前記第１のロータリーエンコーダから出力された前記第１のパルス列をもとに前記永久磁石式同期電動機の位相角を演算する磁極位置演算部と、前記速度指令と前記速度帰還信号との偏差に応じて前記トルク指令を出力する速度制御部と、前記トルク指令に対して、電流帰還信号及び前記位相角に応じた電圧指令を出力する電力制御部と、を備え、前記磁極位置演算部は、前記第１のロータリーエンコーダの正常起動時に、前記第１のパルス列の三相の相互関係から、前記第１のパルス列を所定数の磁極位置モードに分解し、前記磁極位置モードと前記第２のパルス列とを対応付けて、前記第１のロータリーエンコーダの故障時に、前記第２のパルス列をもとに前記磁極位置モードを推定して、前記永久磁石式同期電動機を駆動することを特徴とする、エレベーターの閉じ込め防止装置が提供される。

かかる構成によれば、第１のロータリーエンコーダの正常起動時に第１のパルス列と第２のパルス列とを対応付けて、第１のロータリーエンコーダの故障時に、前記第２のパルス列をもとに前記永久磁石式同期電動機の磁極位置を演算する。すなわち、磁極位置検出用のロータリーエンコーダが故障した場合に、調速機に設けられたかご位置検出用のロータリーエンコーダの信号から磁極位置を割り出して位相角を算出する。これにより、磁極位置検出用のロータリーエンコーダの故障時において、かご位置検出用のロータリーエンコーダをバックアップとして使用し、永久磁石式同期電動機の磁極位置を推定し、永久磁石式同期電動機を駆動させて、エレベーターを最寄り階の階床まで移動させて、乗客を閉じ込めることなく安全に救出することができる。

本発明によれば、エレベーター故障時に永久磁石式同期電動機の磁極位置を推定し、エレベーターを安全かつ迅速に最寄り階の階床に移動させて乗りかご内の乗客を救出することができる。

本発明の一実施形態に係るエレベーターの閉じ込め防止装置の構成を示すブロック図である。 同実施形態にかかる出力パルスと線間誘起電圧の一例を示す説明図である。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）エレベーターの閉じ込め防止装置
まず、図１を参照して、エレベーターの閉じ込め防止装置の構成について説明する。以下では、エレベーターの磁極位置検出用ロータリーエンコーダ（Rotary Encoder）が故障した際のエレベーターの閉じ込め防止について説明する。本実施の形態では、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０と、かご位置検出用ロータリーエンコーダ９とを利用して、エレベーターの閉じ込めを防止している。

図１に示すように、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０は、エレベーターのモータである永久磁石式同期電動機１１の磁極位置を把握するために、永久磁石式同期電動機１１の回転軸に備えられている。また、かご位置検出用ロータリーエンコーダ９は、かご位置、速度を検出するために、調速機８の回転軸に備えられている。

調速機８は、エレベーターの安全装置に利用され、乗りかごが予め設定された所定の速度以上の場合に動作し、強制的にエレベーターを停止する。例えば、エレベーターのロープが切断された場合など、非常時に調速機ロープをロックさせることにより非常止め装置が動作し、乗りかごを非常停止させる。また、調速機８は、エレベーターの終端階強制減速装置として利用される場合もある。この場合には、調速機８に取り付けられた終端階減速装置速度検出用ロータリーエンコーダからエレベーターの速度を求め、乗りかごが昇降路の終端から所定の距離以内の位置にあるときの乗りかごの速度が、予め設定された所定の速度以上となった場合に、調速機８により乗りかごを停止させる。

永久磁石式同期電動機１１の起動は、後述する磁極位置演算部１２、速度制御部１３及び電流制御部を含むマイコン１５により制御される。マイコン１５は、本発明の制御部の一例である。

本実施の形態では、調速機８に設けられたかご位置検出用ロータリーエンコーダ９により、エレベーターの位置、速度だけでなく、永久磁石式同期電動機１１の磁極位置を推定する。そして、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０が故障した場合でも、かご位置検出用ロータリーエンコーダ９を用いて推定された磁極位置をもとに、永久磁石式同期電動機を起動させるための三相交流電圧波形を出力して、永久磁石式同期電動機を起動させる。

（２）永久磁石式同期電動機の起動
続いて、通常時のエレベーターにおける永久磁石式同期電動機の起動について説明する。図１に示すように、永久磁石式同期電動機１１は、エレベーターのモータである。永久磁石式同期電動機１１は、永久磁石を用いた同期式の電動機であり、交流電流が作る回転磁界と電機子電流の作る磁界との回転速度差に同期して回転する。永久磁石式同期電動機１１を制御するためには、永久磁石の磁極位置を正確に把握する必要がある。このため、永久磁石式同期電動機１１の回転軸に磁極位置を把握するための磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０が設けられている。

磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０により検出された磁極位置信号は、磁極位置演算部１２に入力される。また、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０により検出された速度帰還信号は、速度制御部１３に入力される。

磁極位置演算部１２は、入力された磁極位置信号をもとに永久磁石式同期電動機１１の位相角を演算して、当該位相角を電流制御部１４に出力する。また、速度制御部１３は、速度指令と速度帰還信号との偏差に応じたトルク指令を出力する。具体的に、速度制御部１３は、速度指令に対して速度帰還信号を追従させるトルクを演算し、演算したトルクをトルク指令として電流制御部１４に出力する。

電流制御部１４は、速度制御部１３からのトルク指令に対して、電流検出器２から検出された電流帰還信号と磁極位置演算部１２で演算した位相角に合わせて電圧指令を生成し、当該電圧指令を電力変換器１に出力する。電力変換器１は、永久磁石式同期電動機１１を制御するための三相交流電圧波形を出力して、永久磁石式同期電動機１１を駆動させる。

（３）閉じ込めの発生
次に、上記した永久磁石式同期電動機１１を備えたエレベーターにおいて、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０が故障して、閉じ込めが発生する場合について説明する。

例えば、図１に示すように、１階の乗場７から２階の乗場６までエレベーターを利用する場合について説明する。１階の乗場７から２階の乗場６までエレベーターを起動させるために、永久磁石式同期電動機１１の磁極位置演算部１２によって演算された位相角で適切な電流を流すように電力変換器に指令が出される。そして、その指令をもとに永久磁石式同期電動機１１が回転することにより、ロープ４、乗りかご５、釣り合い重り３が同時に動作して、乗りかご５が昇降して、２階乗場６に乗りかご５が到着する。

ここで、乗りかご５が目的階の２階に到着する前に磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０が故障したとする。この場合、磁極位置信号が磁極位置演算部１２に入力されず、位相角が出力されず、永久磁石式同期電動機１１に電流指令を与えることができない。このため、永久磁石式同期電動機１１が起動せずにエレベーターが非常停止し、閉じ込めが発生する。

（４）磁極位置の推定
次に、図２を参照して、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０が故障した場合に、調速機８のかご位置検出用ロータリーエンコーダ９による磁極位置の推定方法について説明する。図２は、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０の出力である磁極位置パルス、かご位置検出用ロータリーエンコーダ９の出力であるかご位置パルス及び線間（Ｕ−Ｖ間、Ｖ−Ｗ間、Ｗ−Ｕ間）誘起電圧の一例を示す説明図である。

永久磁石式同期電動機１１の磁極位置は、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０の磁極位置パルスφＵ、φＶ、φＷの相互関係から、電気角６０°ごとに６つのモードに分解することができる。

図２に示すように、永久磁石式同期電動機の磁極位置モードのモード１はＵ−Ｖ間誘起電圧とφＵ相が一致、モード３はＶ−Ｗ間誘起電圧とφＶ相が一致、モード５はＷ−Ｕ間誘起電圧とφＷ相が一致するときであり、φＵの一波形を６分割したものが磁極位置モードの一つ分に相当することがわかる。

また、モータ電流を流す位相を制御するマイコン１５内での磁極位置モード(モード１’〜モード６’)と、永久磁石式同期電動機１１の磁極位置のモード(モード１〜モード６)が同一であれば脱調せず、永久磁石式同期電動機１１を駆動して、乗りかご内４にいる乗客を最寄り階の階床まで移動することができる。

そのため、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０が故障した場合に、マイコン１５内での磁極位置モードと永久磁石式同期電動機１１の磁極位置のモードとを同一にするためには、かご位置検出用ロータリーエンコーダ９から磁極位置モードを推定する必要がある。磁極位置モードを推定するためには、かご位置検出用ロータリーエンコーダ９のかご位置パルスから磁極位置パルスの位置を算出する必要がある。

まず、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０の正常時にφＵの立ち上がりの位置を記録し、そこからのかご位置パルス数を記録する。かご位置パルスをＸ［ｐ／ｒ］、磁極位置パルスをＹ［ｐ／ｒ］、永久磁石式同期電動機１１の直径Ｄ、調速機８の直径Ｄ’をマイコン１５内に記録して、以下の数式（１）により磁極位置検出用ロータリーエンコーダのφＵの１パルスを演算することができる。

そして、以下の数式（２）により、磁極位置検出用ロータリーエンコーダのφＵの１パルスを６で除算して、磁極位置モード１つ分のパルス数を演算することができる。

そして、正常時に記録したφＵの立ち上がり位置からのパルス数ｂを、上記数式（２）により算出されたパルス数で除算することにより、磁極位置モード１〜磁極位置モード６を推定することができる。また、除算した結果の端数はより詳細な磁極位置であるので、この値を使うことで、より精度よく電動機を駆動させることができる。

上記演算により、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０が故障した場合に、かご位置検出用ロータリーエンコーダ９のかご位置パルスから磁極位置モードを推定して、永久磁石式同期電動機１１を駆動して、エレベーターを安全かつ迅速に最寄り階の階床に移動させて、乗りかご内の乗客を救出することができる。

（５）本実施の形態の効果
以上のように、本実施の形態によれば、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０が正常なときに、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０で検出される磁極位置と、かご位置検出用ロータリーエンコーダ９の出力信号とを同一マイコン内に取り込み、互いの位置を算出できるように関連付ける。これにより、磁極位置検出用ロータリーエンコーダ１０が故障した場合に、かご位置検出用ロータリーエンコーダ９の出力信号から磁極位置を割り出し、位相角を算出し、永久磁石式同期電動機を駆動させ最寄り階まで着床させて、乗りかご内の乗客を安全に救出することができる。

１ 電力変換器
２ 電流検出器
３ 釣り合い重り
４ ロープ
５ 乗りかご
８ 調速機
９ かご位置検出用ロータリーエンコーダ
１０ 磁極位置検出用ロータリーエンコーダ
１１ 永久磁石式同期電動機
１２ 磁極位置演算部
１３ 速度制御部
１４ 電流制御部
１５ マイコン

Claims (3)

1. 永久磁石式同期電動機と、
   調速機と、
   前記永久磁石式同期電動機に連結され、三相の磁極位置に応じた第１のパルス列を出力する第１のロータリーエンコーダと、
   前記調速機に連結され、回転角度に応じた第２のパルス列を出力する第２のロータリーエンコーダと、
   速度指令と速度帰還信号との偏差に応じたトルク指令と、前記第１のパルス列に基づく位相角とを演算する制御部と、
   前記トルク指令に基づく電圧及び前記第１のパルス列に基づく位相を有する三相交流を前記永久磁石式同期電動機に供給する電力変換器と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第１のロータリーエンコーダから出力された前記第１のパルス列をもとに前記永久磁石式同期電動機の位相角を演算する磁極位置演算部と、
   前記速度指令と前記速度帰還信号との偏差に応じて前記トルク指令を出力する速度制御部と、
   前記トルク指令に対して、電流帰還信号及び前記位相角に応じた電圧指令を出力する電力制御部と、
   を備え、
   前記磁極位置演算部は、
   前記第１のロータリーエンコーダの正常起動時に、前記第１のパルス列の三相の相互関係から、前記第１のパルス列を所定数の磁極位置モードに分解し、前記磁極位置モードと前記第２のパルス列とを対応付けて、前記第１のロータリーエンコーダの故障時に、前記第２のパルス列をもとに前記磁極位置モードを推定する
   ことを特徴とするエレベーターの閉じ込め防止装置。
2. 前記磁極位置演算部は、
   前記第１のロータリーエンコーダの正常起動時に、前記第１のパルス列の三相の相互関係から、前記第１のパルス列を６つの磁極位置モードに分解し、前記６つの磁極位置モードと前記第２のパルス列とを対応付けて、前記第１のロータリーエンコーダの故障時に、前記第２のパルス列の所定期間のパルス数を、前記分解した１つの磁極位置モードのパルス数で除算して、前記磁極位置モードを推定する
   ことを特徴とする、請求項１に記載のエレベーターの閉じ込め防止装置。
3. 永久磁石式同期電動機と、調速機と、前記永久磁石式同期電動機に連結され、三相の磁極位置に応じた第１のパルス列を出力する第１のロータリーエンコーダと、前記調速機に連結され、回転角度に応じた第２のパルス列を出力する第２のロータリーエンコーダと、速度指令と速度帰還信号との偏差に応じたトルク指令と、前記第１のパルス列に基づく位相角を演算する制御部と、前記トルク指令に基づく電圧及び前記第１のパルス列に基づく位相を有する三相交流を前記永久磁石式同期電動機に供給する電力変換器と、を備えたエレベーターの閉じ込め防止装置におけるエレベーターの閉じ込め防止方法であって、
   前記第１のロータリーエンコーダから出力された前記第１のパルス列をもとに前記永久磁石式同期電動機の位相角を演算する磁極位置演算部が、前記第１のロータリーエンコーダの正常起動時に、前記第１のパルス列の三相の相互関係から、前記第１のパルス列を所定数の磁極位置モードに分解し、前記磁極位置モードと前記第２のパルス列とを対応付ける第１のステップと、
   前記磁極位置演算部が、前記第１のロータリーエンコーダの故障時に、前記第２のパルス列をもとに前記磁極位置モードを推定する第２のステップと
   を含むことを特徴とする、エレベーターの閉じ込め防止方法。