JPH08169652A - リニアモータエレベーターの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】リニアモータの１次側または２次側が乗りかご
またはカウンタウエイトに設置されたロープ式リニアモ
ータエレベータにおいて、リニアモータから発生する推
力脈動が小さくなるように制御すること。 【構成】カウンタウエイト、または乗りかご、またはプ
ーリーの加速度、または速度を検出し、その振動分から
脈動分を推定し、乗りかごの振動を生じさせないような
推力指令を出し、本来必要な推力指令に重畳させる。 【効果】運転状態によらずリニアモータから発生する推
力脈動を小さくできるので、乗りかごの振動は非常に小
さくなり、乗り心地のよい、安全なエレベーターシステ
ムが提供できる効果がある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リニアモータエレベー
ターの制御方法、特に、ロープ式リニアモータエレベー
ターの制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ロープ式リニアモータエレベーターは、
その１次側がカウンタウエイトに取り付けられ、２次側
が昇降路側に固定される。リニアモータは通常の回転型
モータと比較して、推力の脈動の割合が大いため、カウ
ンタウエイト〜ロープ〜かごで構成される機械系の振動
の影響をうけ、従来のロープ式エレベータより乗りかご
の振動が大きくなる問題がある。特に、推力脈動の周波
数が機械系の共振周波数と等しいと、かごの振動は大き
くなる。

【０００３】これをさけるため、特開平6−183654 号に
記されているように、推力脈動の周波数と共振周波数が
ある範囲内で近づくと、モータの励磁指令を変更し、モ
ータの運転周波数を変更し、推力脈動の周波数を共振周
波数に一致させないように運転する方法が提案されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記方法は、共振周波
数における運転をさける点では有効である。しかし、例
えば、定格推力を出す必要があるときに、励磁指令の変
更をすると定格推力が出なくなるので、運転周波数を変
更するのは困難になる。さらに、共振周波数以外で運転
するとき、推力脈動が問題になる場合にはこの方法では
対応が困難という問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点に
対しなされたもので、その目的とするところは、すべて
の運転領域でモータの推力脈動の影響を受けない制御方
法を提供することにある。

【０００６】乗りかごの加速度や速度を直接、または、
間接的に測定する。すなわち、カウンタウエイト、また
は乗りかご、またはプーリーの加速度、または速度を検
出する。そして、これに基づいて振動成分を抽出また
は、推定する。抽出または、推定した振動分から乗りか
ごの振動を生じさせないような推力指令を出し、本来必
要な推力指令に重畳させる。このようにして、モータの
推力を制御する。

【０００７】

【作用】リニアモータの本来生じる推力脈動を打ち消す
ように推力の制御を行う。このようにすると、どのよう
な状態でも、リニアモータは推力脈動のない運転が行
え、乗りかごの振動は非常に小さくできる。

【０００８】

【実施例】以下、図面により、本発明の実施例を説明す
る。

【０００９】図１は本発明の実施例を示す。

【００１０】図１において、乗りかご１はロープ２によ
り吊り下げられる。ロープ２は昇降路上部に取り付けら
れたプーリー３を介して、カウンタウエイト４に結ばれ
ている。カウンタウエイト４にはリニアモータの１次側
１１が搭載される。一方、昇降路にはリニアモータの２
次側１２が設置される。モータが励磁されると、推力が
出て、カウンタウエイト４が上または下に動き、乗りか
ご１は目的階に移動する。乗りかご１の速度は、速度指
令５１に従って制御される。乗りかご１の速度はカウン
タウエイト４に取り付けられた速度検出器５２で検出さ
れる。速度指令５１の信号と速度検出器５２の信号の偏
差が速度制御装置５３に入力される。速度制御装置５３
はこの偏差に応じて働き、その出力信号はリニアモータ
の推力を指令する信号になる。一方、速度検出器５２の
信号は推力脈動抑制装置５４に入力される。推力脈動抑
制装置５４は速度検出器５２の信号に含まれる脈動分を
抽出し、それに応じて推力脈動だけを抑制する信号を出
力するもので、フィルター，位相器，増幅器などで構成
される。速度制御装置５３の出力信号と推力脈動抑制装
置５４の出力信号の和が加算装置５５でとられる。加算
装置５５の出力はリニアモータの瞬時瞬時の推力指令信
号となる。加算装置５５の出力は電流制御装置５６に入
力される。電流制御装置５６は加算装置５５の出力に応
じて、リニアモータの１次側１１に流れる電流を、指令
値に従って制御するもので、周知のように電流偏差増幅
装置とインバータ５７を動作させるためのＰＷＭ信号発
生装置から構成される。電流制御装置５６からのパルス
信号はインバータ５７に入力され、インバータ５７はこ
の信号に応じて働き、リニアモータの１次側１１に所定
の電流を流す。

【００１１】図２は、時間に対する動作波形を示す。
［１］は従来の制御方式、すなわち、推力脈動抑制装置
５４と加算装置５５がないときの動作波形、［２］は本
発明による方式の動作波形を示す。［１］，［２］と
も、（ａ）は電流制御装置５６への瞬時推力指令信号、
（ｂ）はリニアモータから出される推力、（ｃ）は速度
検出器５２で検出される速度信号、［２］（ｄ）は推力
脈動抑制装置５４からの出力信号を示す。

【００１２】次に図２によって、図１の動作を説明す
る。従来の制御方式では、［１］に示すように、速度制
御装置５３からは（ａ）のようなほぼ一定の推力指令が
出される。後述のように、速度検出器５２からの信号に
は振動分が含まれるが、この周波数成分は低周波なので
速度制御装置５３は動作せず、平均的に必要な推力の指
令のみが出力される。このように指令が一定のとき、リ
ニアモータからはその端効果などにより（ｂ）のような
脈動分のある推力が出る。この脈動分が端効果によって
生じる場合、モータの入力周波数の２倍の周波数にな
る。この脈動分のために、カウンタウエイト４は（ｃ）
のように速度に振動が生じる。この振動周波数が機械系
の共振周波数と一致すると速度振動はさらに大きくな
る。カウンタウエイト４に速度振動があるので、乗りか
ご１は振動をおこし、乗り心地が悪くなる。

【００１３】これに対し、本発明を適用した方式は
［２］のように動作する。（ｃ）のように、速度検出器
５２で検出する速度信号にわずかでも振動分が含まれる
と、その振動分は推力脈動抑制装置５４により検出さ
れ、推力脈動抑制装置５４からは（ｄ）のように、振動
分に応じて推力脈動を抑制する信号が出力される。その
結果、電流制御装置５６の入力信号は（ａ）のようにな
り、リニアモータの瞬時瞬時の推力は推力脈動を抑制す
るように制御される。このため、リニアモータから発生
する推力脈動は（ｂ）のように、非常に小さくなる。こ
の結果、カウンタウエイトの振動は（ｄ）のように非常
に小さくなる。こうして、乗りかご１の振動は非常に小
さくなり、乗り心地が向上する。

【００１４】以上のように、本発明によれば簡単な構成
により、乗りかごの振動を小さくすることができる。

【００１５】リニアモータが誘導機のとき、周知のベク
トル制御を適用することにより、瞬時瞬時の電流の大き
さ，周波数，位相を制御すればよい。すなわち、励磁電
流成分を定め（可変でも良い）、この励磁電流に直交す
る電流成分（ここでは推力電流と定める）を推力指令に
比例して定め、この二つの成分に応じてすべり周波数を
定め、電流制御をすれば、前記のように瞬時瞬時の推力
の制御が行える。

【００１６】図３は推力脈動制御装置５４の具体構成例
を示す。［１］は前記のように、フィルター５４１，増
幅器５４２で構成した例を示す。フィルター５４１によ
り速度検出器５２で検出した速度信号から、抑制したい
周波数帯域の振動信号成分を抽出する。それを増幅器５
４２に入力し、所要の大きさの信号に変換する。このよ
うな、簡単な構成により推力脈動抑制の信号が演算でき
る。この例では、フィルター，増幅器のみで構成した
が、位相特性も着目したいときは、位相器を挿入しても
よい。さらに、フィルター，増幅器，位相器はどのよう
な構成のものでもよい。

【００１７】図３［２］は、推力脈動制御装置５４のさ
らに別の構成例を示す。図３［１］の方式は、速度制御
系の応答周波数と振動抑制したい周波数帯域がある程度
離れているときに有効であるが、図３［２］の方法は両
周波数がある程度近い場合にも有効である。速度指令５
１を加算装置５４３に入力する。一方、機械系模擬装置
５４７の出力信号も加算装置５４３に入力する。加算装
置５４３では両信号の偏差をとり、速度偏差制御装置５
４４に入力する。速度偏差制御装置５４４の出力を、推
力系模擬装置５４５に入力する。推力系模擬装置５４５
の出力を機械系模擬装置５４６に入力する。番号５４３
から５４６で速度制御系を構成し、ここでは、リニアモ
ータから推力脈動が発生せず、カウンタウエイト〜ロー
プ〜乗りかごが剛体と考え共振が発生しないときの速度
制御系の特性を模擬する。加算装置５４３と速度偏差制
御装置５４４とは速度制御装置５３と全く同じ構成であ
り、その出力は平均的な推力指令信号となる。推力系模
擬装置５４５は推力を発生するところを模擬するもの
で、推力指令から実際の推力発生までの系の特性を表
す。すなわち、リニアモータに推力脈動が発生しないと
考えたときの推力発生系の特性を模擬し、例えば、１次
遅れ系で構成される。機械系模擬装置５４６はカウンタ
ウエイト，乗りかごを含む機械系の運動特性を模擬する
もので、推力が発生すると、どのような動きをするかを
表す。すなわち、機械系が剛体と考えたときの機械系の
特性を模擬し、例えば、積分系で構成される。機械系模
擬装置546の出力はカウンタウエイト４の速度を示す信
号となる。

【００１８】このように、番号５４３から５４６によ
り、速度制御系を構成すると、速度指令に対し理想的に
応答したときの特性が得られる。すなわち、推力脈動の
影響による振動のない速度信号が得られる。なお、速度
制御系は、図のように番号543から５４６で示すような
要素毎に分割した構成とせず、入力から出力までの閉ル
ープの全体の特性を一括して、入出力の伝達特性として
表すようにしてもよいのは言うまでもない。次に、機械
系模擬装置５４６の出力と速度検出器５２の出力偏差を
加算装置５４７でとる。こうすると、加算装置５４７の
出力はカウンタウエイト４の速度の振動分のみを示す信
号となる。加算装置５４７の出力信号はフィルター５４
８に入力され、フィルター５４８の出力信号が増幅器５
４９に入力される。番号５４８から５４９の構成は図３
［１］の場合と同じである。具体的変形も前記と同じに
行える。このように構成すると、運転速度に関係なくカ
ウンタウエイト４の速度の振動分だけが抽出できるの
で、速度制御系の応答の影響を受けずに振動抑制が行え
る。とくに、速度制御系の応答周波数と推力脈動の抑制
制御を行いたい周波数帯域が近い場合でも抑制効果を発
揮できる。

【００１９】以上の説明では、カウンタウエイト４の速
度を検出したが、それに代わって乗りかご１の速度や、
プーリー３の速度を検出してもよい。また、速度でなく
カウンタウエイト４または、プーリー３または、乗りか
ご１の加速度を検出してもよい。例えば、カウンタウエ
イト４の加速度信号を推力脈動装置５４に入力してもよ
い。推力脈動装置５４の構成も、図３とほぼ同じものが
適用できる。このとき、図３［２］の構成をとるとき、
この中の速度制御系から加速度信号を得るようにするこ
とは言うまでもない。また、加速度信号は加速度計で直
接に、又は、該当部分の速度信号を微分することにより
得ることができる。

【００２０】さらにまた、これらの信号のうち一つだけ
でなく、二つ以上の信号を用いても本発明の意図するこ
とは実現できる。例えば、図３［２］の変形例として、
各部の状態信号を用いて振動抑制信号を演算する方法
（状態フィードバックなど）も考えられる。

【００２１】図４は本発明のさらに別の実施例を示す。
リニアモータが誘導機のときに適用できる。速度制御装
置５３の出力は平均的な推力指令をするものなので、推
力と運転周波数に応じて一番推力脈動の小さな状態で運
転をするようにする点に特徴がある。番号１から５７で
示した要素は図１と同じである。速度制御装置５３と速
度検出器５２の出力信号を電流成分指令装置５８に入力
する。電流成分指令装置５８の出力はリニアモータの推
力電流成分，励磁電流成分を指令するもので、それぞ
れ、推力電流成分は加算装置５５，励磁電流成分は電流
制御装置５６に入力される。加算装置５５の出力は瞬時
瞬時の推力を指令する信号となるので、この信号と電流
成分指令装置５８からの電流指令信号とから、電流制御
装置５６において、周知のベクトル制御の演算を行い、
電流の大きさ，周波数，位相を制御することにより、リ
ニアモータの推力を制御する。電流成分指令装置５８は
速度制御装置５３と速度検出器５２の出力に応じて、推
力脈動が小さくなるように電流成分を指令する。このと
きさらに、図１の例と同様に、推力脈動を抑制する。す
なわち、推力脈動抑制装置５４の出力により、推力脈動
を抑制する信号が演算される。電流成分指令装置５８か
らの推力電流成分指令と推力脈動抑制装置５４の出力が
加算装置５５で加算され、瞬時瞬時の推力を指令する信
号となる。こうして、リニアモータの電流成分の制御を
行い、推力の制御をして、推力脈動を抑制する。

【００２２】図５は電流成分指令装置５８の構成例を示
す。速度制御装置５３と速度検出器５２の出力を励磁電
流指令装置５８１に入力する。励磁電流指令装置５８１
において、推力と運転速度に応じて一番推力脈動が小さ
くなるような励磁電流成分を決定する。一例として、推
力指令にほぼ比例するように励磁電流成分の指令を出す
ことができる。比例のさせ方はどのような関数形であっ
てもい。なおこのとき、付帯的に次の効果がある。すな
わち、推力が小さいときモータの励磁電流を低減するの
で、リニアモータの空隙の磁束が低減する。そのため、
モータの１次側と２次側、または１次側を構成する部材
に働く磁気吸引力が小さくなる。モータは常時最大推力
を出している訳ではないので、信頼性の点から、構造を
簡略化でき、１次と２次の間にある空隙保持用のローラ
の寿命を伸ばすことができる。さらに、磁気吸引力が小
さいため、これに起因する損失が小さくなり、全体とし
て効率を向上できる効果もある。

【００２３】もとに戻り、励磁電流指令装置５８１の構
成は次のようにしてもよい。すなわち、リニアモータは
すべり周波数が比較的大きいので、その点を考慮して、
励磁電流指令装置５８１の入力は速度検出器５２に代わ
り、１次周波数を示す信号としてもよい。このようにし
て励磁電流指令装置５８１から励磁電流成分の指令を決
定する。この出力信号を、磁束演算装置５８２に入力す
る。磁束演算装置582は１次遅れ系で構成し、励磁電流
成分に対する磁束の応答特性を示す。磁束演算装置５８
２の出力は割算装置５８３に入力される。推力は磁束と
推力電流の積で表されるので、平均推力に比例する速度
制御装置５３の出力を磁束演算装置582の出力で割る
と、推力電流成分を指令する信号となる。このような演
算を行うと、現在必要な運転条件に応じて、推力脈動の
小さな状態で運転することが可能となる。

【００２４】以上説明したように、図５の実施例を用い
ても推力脈動を低減できる。特に、本実施例によれば、
電流成分指令装置５８を用いて、運転条件に応じて推力
脈動が小さくなるように電流成分を指令するので図１の
例の場合より、さらに推力脈動を低減することが可能で
ある。この結果、乗りかごの振動が非常に小さくするこ
とができ、乗り心地が向上する。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、運
転状態によらずリニアモータから発生する推力脈動を小
さくできるので、乗りかごの振動は非常に小さくなり、
乗り心地のよい、安全なエレベーターシステムが提供で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】図１の動作説明図。

【図３】図１に示す要素の構成例を示す図。

【図４】本発明の別の実施例を示す構成図。

【図５】図４に示す要素の構成例を示す図。

【符号の説明】

１…乗りかご、４…カウンタウエイト、１１…リニアモ
ータ１次側、１２…リニアモータ２次側、５２…速度検
出器、５４…推力脈動抑制制御装置、５６…電流制御装
置、５７…インバータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 二瓶 秀樹 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 中村 清 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 軒田 昭浩 東京都千代田区神田錦町一丁目６番地 株 式会社日立ビルシステムサービス内 (72)発明者 黒沢 俊明 東京都千代田区神田錦町一丁目６番地 株 式会社日立ビルシステムサービス内 (72)発明者 安藤 武喜 東京都千代田区神田錦町一丁目６番地 株 式会社日立ビルシステムサービス内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】リニアモータを駆動源にもち、カウンタウ
   エイトと乗りかごがロープによって連結され、つるべ式
   の運動をするロープ式エレベーターシステムにおいて、
   カウンタウエイト、または、乗りかご、または、プーリ
   ーの加速度、または、速度の信号を少なくとも一つ以上
   を検出し、その振動成分から、乗りかごの振動を小さく
   するように推力指令を出し、リニアモータの推力を制御
   することを特徴とするリニアモータの制御方法。
2. 【請求項２】請求項１において、カウンタウエイトにリ
   ニアモータの１次側を搭載することを特徴とするリニア
   モータの制御方法。
3. 【請求項３】請求項１において、カウンタウエイト、ま
   たは、乗りかご、または、プーリーの加速度、または、
   速度の信号を少なくとも一つ以上を検出し、その振動成
   分から、乗りかごの振動を小さくするように推力指令を
   出し、リニアモータの１次側に流す電流の周波数，大き
   さと位相（電流の成分）を制御することを特徴とするリ
   ニアモータの制御方法。
4. 【請求項４】請求項１、または請求項３において、乗り
   かごの振動を小さくする推力指令を検出した信号から演
   算し、従来からの速度制御系の推力指令に加算すること
   を特徴とするリニアモータの制御方法。
5. 【請求項５】請求項１、または請求項３において、乗り
   かごの振動を小さくする推力指令を、速度指令と検出し
   た信号から演算し、従来からの速度制御系の推力指令に
   加算することを特徴とするリニアモータの制御方法。
6. 【請求項６】請求項５において、乗りかごの振動を小さ
   くする推力指令を、速度指令から得られる推力脈動によ
   る振動のない理想的な応答をした状態を示す信号と、振
   動がある推力脈動による検出した信号との差から演算す
   ることを特徴とするリニアモータの制御方法。
7. 【請求項７】請求項１、または請求項３ないし請求項６
   において、乗りかごの振動を小さくする推力指令は、特
   定の周波数帯域で動作させるようにすることを特徴とす
   るリニアモータの制御方法。
8. 【請求項８】請求項１ないし請求項７において、リニア
   モータは誘導型であることを特徴とするリニアモータの
   制御方法。
9. 【請求項９】請求項８において、運転条件に応じてリニ
   アモータの推力脈動が小さくなる状態で、運転すること
   を特徴とするリニアモータの制御方法。
10. 【請求項１０】請求項８において、運転条件に応じてリ
    ニアモータの推力脈動が小さくなるように、励磁電流成
    分、推力電流成分の指令を出し、電流制御することを特
    徴とするリニアモータの制御方法。
11. 【請求項１１】請求項９、または請求項１０において、
    運転条件は推力指令、または運転速度、または運転周波
    数のいずれか一つ以上であることを特徴とするリニアモ
    ータの制御方法。