JP6994177B2 - モータ制御装置、エレベータ駆動システム、及びモータ制御方法 - Google Patents
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Description
まず、図1を用いて、本実施形態に係るモータ制御装置を備えたエレベータ駆動システム全体のシステムブロック構成について説明する。図1に示すように、エレベータ駆動システム100は、操作盤1と、上位コントローラ2と、モータ制御装置3と、モータ4と、昇降機構5と、乗りかご6とを備えている。
次に、モータ制御装置3の内部構成について、図2に示すブロック構成図を参照しつつ説明する。この図2においてモータ制御装置3は、電力変換部11と、統合制御部12と、電流センサ13と、表示部14と、操作部15と、信号入替部17を備えている。
次に、上記駆動制御部16の内部処理について、図4に示すフィードバックループを参照しつつ説明する。この図4に示すフィードバックループは、駆動制御部16において実行される制御処理を伝達関数形式で表現したものである。本実施形態の例では、上述したように、上位コントローラ2が出力した速度指令に基づいて駆動制御部16が速度制御を行うものとし、それに対応して図示するような速度制御フィードバックループのループ処理を実行する。なお、この図4においてPWM変換部35、信号入替部17、電力変換部11、モータ信号受信部51、補正値設定部20、及び補正値再設定部23のそれぞれは伝達関数形式で記述される処理を実行するものではないが、当該フィードバックループ制御の機能に対する理解を容易にするための参照として記載している。
上述したようなエレベータ駆動システム100などのモータ駆動機構を施工現場で新規に設置し配線した場合には、その後の運転段階で、乗りかご6の昇降方向が操作者の意図する方向と逆方向に移動したり、過電流、過大速度といった保護機能が働き、結果として、モータ4が回転せずに乗りかご6が移動しなかったり等の誤動作の現象が発生する可能性がある。これら各種誤動作現象によるトラブルの発生は、モータ4の回転方向に関係する誤処置に起因している場合が多く、例えば図1中の破線枠で示しているように、モータ制御装置3からモータ4へ駆動電力を給電する給電線24の誤配線や、モータ制御装置3内における内部設定の誤り、エンコーダ7の誤配線、モータ4に対してエンコーダ7を結合する際の結合方向の誤り、又はモータ4自体の設置方向の誤りなどがある。そしてトラブルが発生した原因としては、それら誤りのうちの一つだけに起因している場合もあれば、複数の誤りが複合的に生じたことに起因している場合もある。このようなトラブルが生じたときは、施工現場でいずれの誤りに起因しているか詳細な原因を全て特定すること、さらには特定した原因に応じた対策をとることは、双方とも手間とコストがかかり、迅速な設備立ち上げの支障となることがしばしばである。
上述したように、保護停止トラブルが発生した場合、考えられる要因としては、モータ4とエンコーダ7とを結合させるとき、モータ4の実際の回転方向(正転又は逆転)とエンコーダ7が検出するモータ4の回転方向とが逆方向となるような逆結合状態、もしくはそれと同等のエンコーダ7の誤配線状態、又はモータ主回路の誤配線が考えられる。この場合、上記図4に示したようなフィードバックループ制御において、駆動制御部16に入力されるモータ速度の符号が指令した回転方向と逆向き(例えば正転を指令したのに負の値)になり続けるため算出された速度偏差の絶対値が過剰に大きくなってしまい(図4参照)、その結果、別途の保護機能によりモータ制御装置3がモータ4の回転を止めてしまい保護停止トラブルとなってしまう。つまり、モータ4に過大電流が流れる、あるいはモータ4が過大な速度で回転するといったことが発生することに対して保護機能がはたらき、モータ4の回転が停止するのである。
また上述したように、モータ4が本来の3相相順(UVWの相順)に対応する方向(つまり操作者の意図する方向、もしくは速度指令の符号に対応する方向)と反対方向に回転する反対方向回転トラブルが発生した場合、考えられる要因としては、エンコーダ7における誤配線や誤結合とモータ4の誤配線の双方が生じている状態などが考えられる。また、他にもモータ4の設置方向の誤り、具体的には昇降機構5に連結させる際の軸方向に対するモータ4の設置向きの誤りも要因として考えられる。つまり、モータ制御装置3の制御自体は正常に行われモータ4が正転方向(又は通常方向)に回転するが、その回転方向とモータ4が駆動する機械の順回転/反対回転方向との対応関係が当初の想定とは反対となる状態である。例えば図1に示すエレベータ駆動システム100においては、操作者が操作盤1により、昇り操作を行ったきに乗りかご6は下降し、下降操作を行ったきに乗りかご6は上昇することとなる。
上述したように本実施形態の例においては、駆動制御部16が、電圧指令信号からインバータブリッジ11cへ出力するスイッチ駆動信号を生成する際の相順を信号入替部17が入れ替えることで、モータ4の回転方向を逆方向回転させることができる。図6は図2に示す信号入替部17に入力するスイッチ駆動信号と出力させるスイッチ駆動信号の対応関係を表す信号入替テーブルを示している。信号入替部17は、上記図6に示すように、駆動制御部16から6つのスイッチ駆動信号U1,U2,V1,V2,W1,W2が入力され、それら入力されたスイッチ駆動信号をインバータブリッジ11cが備える6つの半導体スイッチング素子QUu,QUd,QVu,QVd,QWu,QWdにそれぞれ振り分けて出力する。そしてこの振り分けの対応関係は、図6に示すようにトラブル対処部19からの相順入替信号の入力の有無によって切り替えられる。なお、本実施形態の例では、本来の相順がUVWの相順であり、このうちのU相とW相の相順を入れ替えてWVUの相順とする場合について説明する。
Vsinθ、Vsin(θ―120°)、Vsin(θ―240°)
をどの相に振り分けるかを変更する。例えば相順入替信号の入力がない場合には、
U相:Vsinθ、V相:Vsin(θ―120°)、W相:Vsin(θ―240°)
として三相電圧指令を各出力相に振り分ける。一方、相順入替信号の入力がある場合には、
W相:Vsinθ、V相:Vsin(θ―120°)、U相:Vsin(θ―240°)
として三相電圧指令を各出力相に振り分けて、PWM変換部35に出力すればよい。
上記モータ信号受信部51における処理について図7を参照しつつ説明する。エンコーダ7がインクリメンタル型の場合、モータ4の出力軸に固定されたディスクの周方向上に所定間隔で複数のスリット又は反射板が配置されており、固定子に固定された投光部からの投射光がそれらスリットを透過又は反射板に反射し、同じく固定子に固定された受光部がそれら透過光又は反射光を受光することで周期的なパルス信号を生成する(特に図示せず)。そしてモータ信号受信部51がそのパルス信号のパルスを計数することでモータ4の回転量を検出できる。また、上記のスリット又は反射板の配置周期で90°だけずれた位相配置で上記投光部と受光部をA相、B相の2組設け、各相で生成された2つのパルス信号の間の位相進み関係をモータ信号受信部51が検出することでモータ4の回転方向を検出できる。
上記トラブル対処部19の内部処理について、図8に示すブロック構成図を参照しつつ説明する。この図8において、トラブル対処部19は、トラブル信号識別部54と、回転方向調整部55と、回転方向反転部56とを備えている。
上述したように本実施形態の例では、モータ制御装置3が制御する対象のモータ4が同期モータであるが、このような場合には、エンコーダ7がいわゆるインクリメンタル型と絶対値型のいずれの場合であっても、同期モータの磁極位置をエンコーダ7で検出する必要がある。そのために回転子が機械的に1回転するに当たって1回検出すべき回転位置の検出原点信号(例えばZ相パルス)が入力された時の磁極位置を用いて、磁極位置の検出位置を補正することで、磁極位置の検出精度を高める場合がある。
以上説明したトラブルへの対処手法を実現するために、モータ制御装置3のCPUにおいて実行される制御手順のフローチャートを図11に示す。
以上説明したように、本実施形態のエレベータ駆動システム100は、動作トラブルの内容が何であるかを操作者が操作部15から入力可能である。そして、操作者が、「モータに過大電流が流れるもしくは過大速度で回転する旨」を操作部15に入力することで、対応する第1トラブル信号が操作部15からモータ制御装置3のトラブル信号受信部18に入力される。すると、トラブル対処部19の回転方向調整部55によって、駆動制御部16から駆動信号を生成するときのモータ4に対する相順とモータ回転信号に含まれる回転方向情報を一致させる回転方向調整処理を行う。これにより、モータ4に対する相順と回転方向情報とを一致させることができる。
以上、添付図面を参照しながら一実施の形態について詳細に説明した。しかしながら、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範囲は、ここで説明した実施の形態に限定されるものではない。本実施形態の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、技術的思想の範囲内において、様々な変更や修正、組み合わせなどを行うことに想到できることは明らかである。従って、これらの変更や修正、組み合わせなどが行われた後の技術も、当然に技術的思想の範囲に属するものである。
上記実施形態では、操作者が操作部15を介してトラブルの種類まで選択入力していたが、例えばモータ4の回転方向に関して何らかのトラブルが発生した場合に、操作者がその具体的な内容や原因までは指定せずともトラブルが発生した旨だけをモータ制御装置3に入力操作するだけで自動的に解決させることも可能である。
上記実施形態では、モータ4の相順入替を、駆動制御部16から出力される駆動信号の信号相順の入れ替えによって行っていたが、これに限らない。他にも、電力変換部11のインバータブリッジ11cからモータ4へ3相駆動電力を給電する給電線24の配線相順を入れ替えることで相順の入替処理を行ってもよい。
上記実施形態では、電力変換部として商用電源からの交流電力を直流電力に変換する整流ブリッジ11a及び平滑コンデンサ11bと、直流電力を交流電力に変換するインバータブリッジ11cとを備えた構成であったが、これに限らない。他にも、上記図2に対応する図17に示すように、上記電力変換部として、いわゆるマトリクスコンバータ部65を備える構成としてもよい。
次に、図18を参照しつつ、上記で説明したCPU901が実行するプログラムにより実装された駆動制御部16、信号入替部17、トラブル信号受信部18、トラブル対処部19、モータ信号受信部51、補正値設定部20補正値再設定部23等による処理を実現するモータ制御装置3のハードウェア構成例について説明する。
2 上位コントローラ
3 モータ制御装置
4 モータ(同期モータ)
5 昇降機構
6 乗りかご
7 エンコーダ(回転検出器)
11 電力変換部
11c インバータブリッジ(インバータ部)
12 統合制御部
13 電流センサ
14 表示部
15 操作部
16 駆動制御部(制御部)
17 信号入替部
18 トラブル信号受信部(第1信号受信部、第2信号受信部、第3信号受信部)
19 トラブル対処部
20 補正部
21 位置決定部
22 補正値設定部
23 補正値再設定部
36 符号入替部
37 配線入替部
51 モータ信号受信部(回転信号受信部)
54 トラブル信号識別部
55 回転方向調整部
56 回転方向反転部
61 確認運転指令部
62 確認運転結果判定部
63 トラブル是正部
64 判定結果判別部
65 マトリクスコンバータ部
100 エレベータ駆動システム
Q 半導体スイッチング素子
Sm 半導体双方向スイッチング素子
Claims (26)
- モータの回転量を検出する回転検出器から出力されたモータ回転信号に基づき駆動指令信号を生成し、前記モータに対する所定の相順に従って前記駆動指令信号を出力し前記モータの駆動を制御する制御部を有するモータ制御装置であって、
操作部から出力された、前記モータの電流過大もしくは速度過大に起因する第1トラブル信号に応じて、前記制御部が前記駆動指令信号を出力するときの前記モータに対する所定の相順と前記モータ回転信号に含まれる回転方向情報を一致させる回転方向調整処理を行う回転方向調整部と、
を有することを特徴とするモータ制御装置。 - 前記回転方向調整部は、前記回転方向調整処理として、前記回転方向情報の反転を行う
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記モータ回転信号は位相が90°異なるA相,B相パルス信号であり、
A相パルス信号がB相パルス信号に対して進んでいる場合を正回転方向とし遅れている場合を逆回転方向とする設定を第1の条件とし、A相パルス信号がB相パルス信号に対して進んでいる場合を逆回転方向とし遅れている場合を正回転方向とする設定を第2の条件としたとき、前記回転方向調整部は、第1の条件と第2の条件の設定を切り換えることにより、前記回転方向情報の反転を行う
ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記回転方向調整部は、前記回転方向調整処理として、前記モータに対する所定の相順の入れ替えを行う
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記モータは同期モータであって、前記制御部は、前記回転信号に基づく前記同期モータの磁極位置信号に基づき前記駆動指令信号を生成し、前記第1トラブル信号に応じて、初期磁極位置の検出を行う
ことを特徴とする請求項4に記載のモータ制御装置。 - 所定の期間における前記回転検出器の検出原点信号発生時の前記磁極位置に基づき、前記磁極位置に対する補正値を設定する補正値設定部と、
前記第1トラブル信号に応じて、前記補正値設定部により設定された補正値に対し、所定の再設定処理を行う補正値再設定部と、
をさらに有する
ことを特徴とする請求項5に記載のモータ制御装置。 - 前記補正値再設定部は、前記補正値再設定処理として、
前記磁極位置信号が、前記回転方向調整処理により入れ替えられた相を基準として算出されている場合は、前記補正値設定部により設定された前記補正値の正負の符号を入れ替えたものと、前記回転方向調整処理により入れ替えられた二つの相の間の位相差とに基づき、前記補正値を再設定し、
前記磁極位置が、前記回転方向調整処理により入れ替えられた相を基準として設定されていない場合は、前記補正値設定部により設定された前記補正値の正負の符号を入れ替えることにより、前記補正値を再設定する
ことを特徴とする請求項6に記載のモータ制御装置。 - 前記操作部から出力された、前記モータの回転方向誤りに起因する第2トラブル信号に応じて、前記駆動指令信号に対する前記モータの回転方向を反転させる回転方向反転処理を行う回転方向反転部と、
を有することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 前記回転方向反転部は、前記回転方向反転処理として、前記モータ回転信号に含まれる回転方向情報の反転及び前記モータに対する所定の相順の入れ替えを行う
ことを特徴とする請求項8に記載のモータ制御装置。 - 前記モータ回転信号は位相が90°異なるA相,B相パルス信号であり、
A相パルス信号がB相パルス信号に対して進んでいる場合を正回転方向とし遅れている場合を逆回転方向とする設定を第1の条件とし、A相パルス信号がB相パルス信号に対して進んでいる場合を逆回転方向とし遅れている場合を正回転方向とする設定を第2の条件としたとき、
前記回転方向反転部は、第1の条件と第2の条件の設定を切り換えることにより、前記回転方向情報の反転を行う
ことを特徴とする請求項9に記載のモータ制御装置。 - 前記モータは同期モータであって、前記制御部は、前記回転信号に基づく前記同期モータの磁極位置信号に基づき前記駆動指令信号を生成し、所定の期間における前記回転検出器の検出原点信号発生時の前記磁極位置信号に基づき、前記磁極位置信号に対する補正値を設定する補正値設定部と、
前記第2トラブル信号に応じて、前記補正値設定部により設定された補正値に対し、所定の再設定処理を行う補正値再設定部と、
をさらに有することを特徴とする請求項10に記載のモータ制御装置。 - 前記補正値再設定部は、前記補正値再設定処理として、前記磁極位置信号が、前記回転方向反転処理により入れ替えられた相を基準として算出されている場合は、前記補正値設定部により設定された前記補正値の正負の符号を入れ替えたものと、前記回転方向反転処理により入れ替えられた二つの相の間の位相差とに基づき、前記補正値を再設定し、前記磁極位置信号が、前記回転方向反転処理により入れ替えられた相を基準として算出されていない場合は、前記補正値設定部により設定された前記補正値の正負の符号を入れ替えることにより、前記補正値を再設定する
ことを特徴とする請求項11に記載のモータ制御装置。 - モータの回転量を検出する回転検出器から出力されたモータ回転信号に基づき駆動指令信号を生成し、前記モータに対する所定の相順に従って前記駆動指令信号を出力し、前記モータの駆動を制御する制御部と、を有するモータ制御装置であって、
前記モータの電流過大もしくは速度過大に起因し、または、前記モータの回転方向誤りに起因する第3トラブル信号に応じて、前記制御部に前記モータを起動後停止する確認運転を行うことを指令する確認運転指令部と、
前記確認運転中に、前記モータが電流過大もしくは速度過大の状態にあったかどうかを判定する確認運転結果判定部と、
前記確認運転結果判定部の判定結果に基づき、前記第3トラブル信号に対応するトラブルの解決手段を実行するトラブル是正部と、
を有し、
前記トラブル是正部は、
前記確認運転結果判定部が、前記モータが電流過大もしくは速度過大の状態にあったと判定した場合、前記制御部が前記駆動指令信号を出力するときの前記モータに対する所定の相順と前記モータ回転信号に含まれる回転方向情報とを一致させる回転方向調整処理を行い、前記モータが電流過大、速度過大のいずれでもなかったと判定した場合、前記駆動指令信号に対する前記モータの回転方向を反転させる回転方向反転処理を行うことにより、前記トラブルの解決手段を実行する
ことを特徴とするモータ制御装置。 - 前記トラブル是正部は、前記回転方向調整処理として、前記回転方向情報の反転を行うことを特徴とする請求項13に記載のモータ制御装置。
- 前記トラブル是正部は、前記回転方向調整処理として、前記モータに対する所定の相順の入れ替えを行う
ことを特徴とする請求項13に記載のモータ制御装置。 - 前記トラブル是正部は、前記回転方向反転処理として、前記モータ回転信号に含まれる回転方向情報の反転及び前記モータに対する所定の相順の入れ替えを行う
ことを特徴とする請求項13に記載のモータ制御装置。 - 前記モータ回転信号は位相が90°異なるA相,B相パルス信号であり、
A相パルス信号がB相パルス信号に対して進んでいる場合を正回転方向とし遅れている場合を逆回転方向とする設定を第1の条件とし、A相パルス信号がB相パルス信号に対して進んでいる場合を逆回転方向とし遅れている場合を正回転方向とする設定を第2の条件としたとき、
前記トラブル是正部は、第1の条件と第2の条件の設定を切り換えることにより、前記回転方向情報の反転を行う
ことを特徴とする請求項14または請求項16に記載のモータ制御装置。 - 前記モータは同期モータであって、
前記制御部は、前記回転信号に基づく前記同期モータの磁極位置信号に基づき前記駆動指令信号を生成し、
前記制御部は、前記確認運転結果判定部が、前記確認運転中に前記モータが電流過大もしくは速度過大の状態にあったと判定した場合、初期磁極位置の検出を行う
ことを特徴とする請求項13に記載のモータ制御装置。 - 所定の期間における前記回転検出器の検出原点信号発生時の前記磁極位置に基づき、前記磁極位置に対する補正値を設定する補正値設定部と、
前記トラブル是正部が、前記回転方向調整処理として、前記モータに対する所定の相順の入れ替えを行った場合、もしくは前記回転方向反転処理を行った場合、前記補正値設定部により設定された補正値に対し、所定の再設定処理を行う補正値再設定部と、
をさらに有する
ことを特徴とする請求項18に記載のモータ制御装置。 - 前記補正値再設定部は、前記補正値再設定処理として、
前記磁極位置信号が、前記回転方向反転処理により入れ替えられた相を基準として算出されている場合は、前記補正値設定部により設定された前記補正値の正負の符合を入れ替えたものと、前記回転方向反転処理により入れ替えられた二つの相の間の位相差とに基づき、前記補正値を再設定し、前記磁極位置信号が、前記回転方向反転処理により入れ替えられた相を基準として算出されていない場合は、前記補正値設定部により設定された前記補正値の正負の符号を入れ替えることにより、前記補正値を再設定する
ことを特徴とする請求項19に記載のモータ制御装置。 - 半導体スイッチング素子を備え、直流電力を交流電力に変換し、前記モータに交流電力を供給するインバータ部をさらに有し、
前記制御部は、
前記駆動指令信号に基づき、前記半導体スイッチング素子のオンオフ信号を出力して前記半導体スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項20のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 半導体双方向スイッチを備え、入力交流電力を出力交流電力に変換し、前記モータに出力交流電力を供給するマトリクスコンバータ部をさらに有し、
前記制御部は、
前記駆動指令信号に基づき、前記半導体双方向スイッチのオンオフ信号を出力して前記半導体双方向スイッチを制御する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項20のいずれか1項に記載のモータ制御装置。 - 乗りかごと、
前記乗りかごを昇降動作させる昇降機構と、
前記昇降機構を駆動するモータと、
前記モータの駆動を制御する請求項1乃至22のいずれか1項に記載のモータ制御装置と、
を備えるエレベータ駆動システム。 - モータの駆動を制御するモータ制御方法であって、
モータの回転量を検出する回転検出器から出力されたモータ回転信号に基づき駆動指令信号を生成し、前記モータに対する所定の相順に従って前記駆動指令信号を出力し、前記モータの駆動を制御することと、
前記モータの電流過大もしくは速度過大に起因する第1トラブル信号に応じて、前記駆動指令信号を出力するときの前記モータに対する所定の相順と前記モータ回転信号に含まれる回転方向情報を一致させる回転方向調整処理を行うことと、
を有することを特徴とするモータ制御方法。 - 前記モータの回転方向誤りに起因する第2トラブル信号に応じて、前記駆動指令信号に対する前記モータの回転方向を反転させる回転方向反転処理を行うことと、
を有することを特徴とする請求項24に記載のモータ制御方法。 - モータの駆動を制御するモータ制御方法であって、
モータの回転量を検出する回転検出器から出力されたモータ回転信号に基づき駆動指令信号を生成し、前記モータに対する所定の相順に従って前記駆動指令信号を出力し、前記モータの駆動を制御することと、
前記モータの電流過大もしくは速度過大に起因し、または、前記モータの回転方向誤りに起因する第3トラブル信号に応じて、前記モータを起動後停止する確認運転を行うことを指令することと、
前記確認運転中に、前記モータが電流過大もしくは速度過大の状態にあったかどうかを判定することと、
前記確認運転中に前記モータが電流過大もしくは速度過大の状態にあったと判定した場合、前記駆動指令信号を出力するときの前記モータに対する所定の相順と前記モータ回転信号に含まれる回転方向情報を一致させる回転方向調整処理を行い、前記モータが電流過大、速度過大のいずれでもなかったと判定した場合、前記駆動指令信号に対する前記モータの回転方向を反転させる回転方向反転処理を行うことにより、前記第3トラブル信号に対応するトラブルの解決手段を実行することと、
を有することを特徴とするモータ制御方法。
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