JPH09272677A - リニアモータエレベーターの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リニアモータ駆動のエレベーターでは、界磁
用永久磁石が電機子鉄心の継目を通過するときコギング
力が発生して乗心地を悪化させる。 【解決手段】 電機子鉄心４Ａ，４Ｂの継目４ｘと、電
機子鉄心５Ａ，５Ｂの継目５ｘを同一高さに設定する。
一方、永久磁石７，８の相対位置を磁極ピッチ分だけず
らせて設置する。これで、永久磁石７側に発生するコギ
ング力と、永久磁石８側に発生するコギング力は１８０
度ずれることになって相殺される。 【効果】 コギング力が低減して、安定した速度制御が
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、リニアモータで
駆動されるエレベーター、特にその駆動装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】エレベーターは、通常かごとつり合おも
りが主索によって結合され、この主索を駆動綱車に巻き
掛け、これを電動機で駆動して、かご及びつり合おもり
を昇降させるものであることは周知である。しかし、こ
のようなロープ式のエレベーターでは、例えば１０００
ｍ以上の超々高層ビル等では、主索の重量等が問題とな
り、実用的ではない。そこで、回転式の電動機に代え
て、リニアモータを用いた主索なしエレベーターが提案
されている。

【０００３】図８及び図９は例えば特開平３−２３１７
１号公報に示された従来の主索なしのリニアモータエレ
ベーターを示す図で、図８は斜視図、図９はコギング力
発生状態説明図である。図８において、１はエレベータ
ーの昇降路、２，３は昇降路１に沿って立設された横断
面コ字状のガイドレール、４，５はガイドレール２，３
の内側に複数個配列されたリニア同期モータの電機子鉄
心で、それぞれ電機子巻線１１，１２が巻回されてい
る。

【０００４】６はエレベーターのかご、７（図示しな
い），８はかご６の側面に固定され永久磁石、超電動コ
イル等により構成され、電機子鉄心４，５と対向するリ
ニア同期モータの界磁用磁石（以下永久磁石という）で
ある。ただし、永久磁石７は、図示されていないが、永
久磁石８と同様のものである。

【０００５】従来の主索なしのリニアモータエレベータ
ーは上記のように構成され、三相交流電力を電機子巻線
１１，１２に供給する（給電方式及び制御方式は後述）
と、電機子鉄心４，５と永久磁石７，８間に移動磁界が
発生し、推力が発生してかご６が駆動される。さて、主
索なしのリニアモータエレベーターでは、昇降路１の下
部から上部に至る全域に電機子鉄心４，５及び電機子巻
線１１，１２が配置されている。

【０００６】また、電機子鉄心４，５は、それぞれ適当
な長さのものが下方から順次接続されているが、その継
目は熱膨張を考慮して、多少のすき間が開けられてい
る。一方、かご６に設置されている永久磁石７，８は、
かご６の全体を上昇させるための大きな推力を得るため
に磁力の非常に強力なものを使用している。

【０００７】永久磁石７，８が電機子鉄心４，５上にあ
るとき、電機子鉄心４，５の継目により電機子鉄心４，
５内を通過する磁束の磁気抵抗が変化するのでコギング
力が発生する。コギング力は永久磁石７，８の形状、電
機子鉄心４，５のスロット形状等により異なり、また永
久磁石７，８と電機子鉄心４，５の位置関係により異な
るもので、推力変動の要因となる力である。

【０００８】次に、図９によりコギング力の発生状態を
説明する。ただし、上下方向を左右方向に置換して示し
てある。図９（ａ）〜（ｅ）は電機子鉄心４の継目４ｘ
に対して、永久磁石７の位置を変えたときの状態を、図
９（ｆ）はコギング力の変化を示す。図９（ａ）では、
磁束Φはすべて電機子鉄心４を通りコギング力Ｆｃは発
生しない。今、永久磁石７の進行方向を右方向とする
と、図９（ｂ）では磁束Φは通りにくい継目４ｘを避
け、磁束Φが偏るため、永久磁石７にはその進行を妨げ
る負の最大のコギング力Ｆｃが発生する。

【０００９】図９（ｃ）では磁束Φの流れは均等とな
り、コギング力Ｆｃは発生しない。図９（ｄ）では、図
９（ｂ）と逆方向となり、永久磁石７にはその進行を助
ける正のコギング力Ｆｃが発生する。図９（ｅ）では再
びコギング力Ｆｃは発生しない。電機子鉄心５と永久磁
石８間についても同様である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の主
索なしのリニアモータエレベーターでは、界磁用の永久
磁石７，８が電機子鉄心４，５の継目を通過するため、
コギング力Ｆｃが発生し、エレベーターの制御にとって
は外乱として作用し、推力変動及び乗心地の悪化の要因
となるという問題点がある。

【００１１】この発明は上記問題点を解消するためにな
されたもので、コギング力を低減して、推力変動が少な
く円滑に走行することができるようにしたリニアモータ
エレベーターの駆動装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明の第１発明に係
るリニアモータエレベーターの駆動装置は、昇降路に沿
って敷設された２列の電機子鉄心の継目位置、又はかご
に固定された２組の界磁用磁石の相対位置をかごの経路
方向へ磁極ピッチ分だけずらせて設置したものである。

【００１３】この発明の第２発明に係るリニアモータエ
レベーターの駆動装置は、第１発明のものにおいて、昇
降路に沿って敷設された２列の電機子鉄心の継目位置を
同一高さに設定し、かごに固定された２組の界磁用磁石
の相対位置をかごの経路方向へ磁極ピッチ分だけずらせ
て配置したものである。

【００１４】また、第３発明に係るリニアモータエレベ
ーターの駆動装置は、第１発明のものにおいて、かごに
固定された２組の界磁用磁石の相対位置を同一に設定
し、昇降路に沿って敷設された２列の電機子鉄心の継目
位置の内、一方の継目位置を他方の継目位置からかごの
経路方向へ磁極ピッチ分だけずらせて設置したものであ
る。

【００１５】また、第４発明に係るリニアモータエレベ
ーターの駆動装置は、電機子鉄心の継目で発生する推力
変動分を位置に関する推力補正量として演算して、電機
子巻線が制御される推力指令値に加算するようにしたも
のである。

【００１６】また、第５発明に係るリニアモータエレベ
ーターの駆動装置は、第４発明のものにおいて、推力補
正量のパターンをメモリに記憶して出力するようにした
ものである。

【００１７】また、第６発明に係るリニアモータエレベ
ーターの駆動装置は、第４又は第５発明のものにおい
て、推力補正量のパターンを正弦波状にしたものであ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１〜図３はこの発明の第１及び第２発
明の一実施の形態を示す図で、図１は要部構成図で、図
１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ矢視
図、図１（ｃ）は同じくＢ矢視図、図２は電機子巻線給
電回路図、図３はコギング力曲線図であり、同一符号は
同一部分を示す。なお、図８は実施の形態１にも共用す
る。

【００１９】図１において、１はエレベーターの昇降
路、２，３は昇降路１に沿って立設された横断面コ字状
のガイドレール、４Ａ，４Ｂはガイドレール２の内側に
配置されたリニア同期モータの電機子鉄心で、４ｘはそ
の継目、５Ａ，５Ｂはガイドレール３の内側に配置され
たリニア同期モータの電機子鉄心で、５ｘはその継目で
あり、電機子鉄心４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂにはそれぞれ
電機子巻線（図示しない）が巻回されている。

【００２０】６はエレベーターのかご、７はかご６の一
側面に固定され永久磁石、超電動コイル等により構成さ
れ電機子鉄心４Ａ，４Ｂと対向するリニア同期モータの
界磁用磁石（図では複数の永久磁石群で示し、以下永久
磁石という）、８はかご６の他側面に固定された永久磁
石である。ここで、電機子鉄心４Ａ，４Ｂの継目４ｘと
電機子鉄心５Ａ，５Ｂの継目５ｘとは同一高さに設定さ
れているが、永久磁石７と永久磁石８の相対位置は磁極
ピッチ分ずらせて設置されている。

【００２１】図２は電機子巻線への給電方式の一例であ
る三重起電方式を示す。図において、１１Ａ〜１１Ｄは
電機子鉄心４Ａ，４Ｂに巻回された電機子巻線、１２Ａ
〜１２Ｄは電機子鉄心５Ａ，５Ｂに巻回された電機子巻
線であり、Ｌは電機子鉄心４Ａ，４Ｂ，５Ａ，５Ｂの１
個の長さである。電機子巻線１１Ａ〜１１Ｄ，１２Ａ〜
１２Ｄは複数個（図では４個）が直列に接続され、それ
ぞれブロックＡ１〜Ｃ１，ブロックＡ２〜Ｃ２，・・・を
形成している。

【００２２】そして、ブロックＡ１とブロックＢ１、ブ
ロックＢ１とブロックＣ１・・・は、それぞれ半ブロック
ずれて配置されている。１３Ａ〜１３Ｃはインバータ
で、インバータ１３Ａは接点１４１を介してブロックＡ
１の電機子巻線１１Ｂに接続され、接点１４２を介して
ブロックＡ２の電機子巻線１２Ｃに接続され、接点１４
３を介してブロックＡ３（図示しない）の電機子巻線
（図示しない）に接続されている。

【００２３】同様に、インバータ１３Ｂは接点１５１〜
１５３・・・を介してブロックＢ１〜Ｂ３・・・に接続され、
インバータ１３Ｃは接点１６１〜１６３・・・を介してブ
ロックＣ１〜Ｃ３・・・に接続されている。

【００２４】今、図２に示すように、かご６がブロック
Ａ１とブロックＢ１の上にいるときは、接点１４１，１
５１が閉成して、インバータ１３Ａにより電機子巻線１
１Ｂが励磁され、インバータ１３Ｂにより電機子巻線１
２Ｂが励磁される。そして、励磁された電機子に流れる
電流と、かご６の永久磁石７，８との相互作用により推
力が発生し、かご６は駆動される。

【００２５】次に、かご６が下降してブロックＢ１とブ
ロックＣ１のところに来ると、接点１６１が閉成して、
インバータ１３Ｃにより電機子巻線１１Ｃが励磁され
る。このとき、接点１４１は開放し、電機子巻線１１Ｂ
は切り放される。また、かご６が上昇するときは、この
逆のシーケンスとなる。このようにして、かご６の位置
にある電機子巻線１１Ａ〜１１Ｄ，１２Ａ〜１２Ｄの励
磁を順番に切り換えて給電している。

【００２６】上述のように電機子鉄心４Ａ，４Ｂの継目
４ｘと電機子鉄心５Ａ，５Ｂの継目５ｘとは同一高さに
設定され、永久磁石７，８の相対位置は磁極ピッチ分ず
らせて設置されているため、コギング力の発生状態は図
３に示すようになる。すなわち、永久磁石８側に発生す
るコギング力Ｆｃ１と、永久磁石７側に発生するコギン
グ力Ｆｃ２は、ちょうど１８０度ずれており、両者が加
えられると互いに打ち消されることになる。

【００２７】一方，永久磁石７，８の位置がずれている
ので、それぞれに対応する電機子巻線に流す電流の位相
も、互いにずれていなければならないが、三重起電方式
で給電するため、それぞれの電機子巻線には個別のイン
バータ１３Ａ〜１３Ｃから給電位相をずらすことは可能
である。このようにして、２組の界磁用永久磁石７，８
の相対位置を磁極ピッチ分だけずらせて配置したため、
それぞれに発生するコギング力は互いに打ち消されてコ
ギング力が低減し、推力変動がなく、安定した速度制御
をすることができる。

【００２８】実施の形態２．図４はこの発明の第１及び
第３発明の一実施の形態を示す要部構成図で、図４
（ａ）は図１（ｂ）相当図、図４（ｂ）は図１（ｃ）相
当図であり、図１と同一符号は同一部分を示す。なお、
図１（ａ）、図３及び図８は実施の形態２にも共用す
る。

【００２９】この実施の形態は、かご６に設置された永
久磁石７，８の相対位置は同一に設定されているが、電
機子鉄心４Ａ，４Ｂの継目４ｘと電機子鉄心５Ａ，５Ｂ
の継目５ｘの位置は磁極ピッチ分だけずれている。この
ため、永久磁石８側に発生するコギング力Ｆｃ１と、永
久磁石７側に発生するコギング力Ｆｃ２は、図３に示す
ようにちょうど１８０度ずれており、両者が加えられる
と互いに打ち消されることになる。このようにして、実
施の形態１と同様の効果がある。

【００３０】実施の形態３．図５及び図６はこの発明の
第４発明の一実施の形態を示す図で、図５は制御装置の
ブロック線図、図６はコギング力及び補正量曲線図であ
り、図２と同一部分は同一符号で示す。なお、図１
（ａ）及び図８はこの実施の形態にも共用する。

【００３１】図５において、６はかご、７はかご６の一
側面に固定され、電機子鉄心４と対向するリニア同期モ
ータの界磁を構成する永久磁石、１１は電機子鉄心４の
それぞれに巻回された電機子巻線、２１はかご６に設置
されかご６の位置、速度、電機子鉄心４との相対位置等
の制御信号及びかご内操作盤（図示しない）からの運行
信号を発信する無線器、２２は地上側に設置された無線
器、２３は無線器２２に接続されたかご呼び指令信号発
生部、２４は同じく位置検出部、２５は同じく速度検出
部、２６は同じく位相演算部である。

【００３２】２７は乗場呼び指令信号発生部、２８は乗
場呼び指令信号発生部２７及びかご呼び指令信号発生部
２３に接続された停止階演算部、３０は停止階演算部２
８及び位置検出部２４に接続された速度指令演算部、３
１は速度指令演算部３０及び速度検出部２５に接続され
た加算器、３２は加算器３１に接続された推力指令演算
部、３３は位置検出部２４に接続されたコギング力補正
量演算部、３４は推力指令演算部３２及びコギング力補
正量演算部３４に接続された加算器、３５は加算器３４
及び位相演算部２６に接続された電流指令演算部であ
る。

【００３３】３６は電流指令演算部３５及びインバータ
１３Ａの出力側に挿入された電流検出器３７に接続され
た加算器、３８は加算器３６に接続された電流アンプ、
３９は電流アンプ３８に接続されたＰＷＭ（パルス幅変
調）回路で、インバータ１３Ａの入力側に接続されイン
バータ１３Ａの出力側は接点１４１を介して電機子巻線
１１に接続されている。

【００３４】次に、この実施の形態の動作を説明する。
無線器２１はかご６の位置、速度、電機子鉄心４との相
対位置等の制御信号及びかご６からの運行信号を発信
し、地上側の無線器２２はこれを受信する。かご呼び指
令信号発生部２３は無線器２２の出力からかご６内に操
作されたかご呼びを伝達する。また、乗場呼び指令信号
発生部２７はかご６に割り当てられた乗場呼びを伝達す
る。停止階演算部２８は乗場呼び及びかご呼びの指令信
号に基づいて停止階を決定し、その位置信号を出力す
る。

【００３５】速度指令演算部３０は入力された停止階位
置信号と、位置検出部２４で検出されたかご位置信号と
を比較し、かご６の速度を演算して速度指令値を出力す
る。この速度指令値は、速度検出部２５で検出された速
度帰還信号と加算器３１で照合され、その結果が推力指
令演算部３２へ入力される。電流指令演算部３５は位相
演算部２６で演算された位相角θを入力して電流指令値
を出力する。

【００３６】次に、位置検出部２４はかご６から送られ
て来た制御信号から、電機子鉄心４の継目４ｘの上に永
久磁石７が来ているか、来ている場合は永久磁石７との
相対位置を演算し、その結果をコギング力補正量演算部
３３へ送る。コギング力補正量演算部３３では、上記相
対位置からコギング力Ｆｃの補正量を演算し、それを推
力指令分に換算して出力し、加算器３４で電流指令部３
３から出力された推力指令値に加算する。

【００３７】図６（ａ）にコギング力Ｆｃの変化と、図
６（ｂ）にそれを補正するコギング力補正量演算部３３
の出力の変化を示す。ここで、＋Ｆｃはかご６の進行方
向と、同じ向きのコギング力を示し、−Ｆｃは逆向きの
コギング力を示す。発生するコギング力Ｆｃに対して、
補正量は逆の変化となる。電流指令演算部３５は位相演
算部２６で演算された位相角θを入力して電流指令値を
出力する。電流指令値は、加算器３６で電流検出器３７
で検出された出力電流値の帰還電流と照合され、その結
果が電流アンプ３８を通り、ＰＷＭ回路３９で三相イン
バータ１３Ａへの制御信号となる。

【００３８】このようにして、電機子鉄心４の継目４ｘ
で発生する推力変動分を位置に関する推力補正量として
演算して、推力指令値に加算するようにしたため、コギ
ング力が低減し、推力変動がなく安定した速度制御をす
ることができる。

【００３９】実施の形態４．この実施の形態は、この発
明の第５発明の一実施の形態を示すもので、図５のコギ
ング力補正量演算部３４における補正量をメモリに記憶
しておくようにしたものである。すなわち、電機子巻線
１１を励磁しない状態で、電機子鉄心４の継目４ｘと永
久磁石７の位置関係によるコギング力を事前に測定し、
位置による補正量としたデータテーブルとしてメモリに
記憶しておく。メモリのアドレスを位置に、メモリの内
容を補正量とすれば、位置が求められれば補正量を簡単
に求めることができる。

【００４０】実施の形態５．図７はこの発明の第６発明
の一実施の形態を示す永久磁石と電機子鉄心との関係を
示す図で、永久磁石７を継目４ｘに対して傾斜配置した
ものである。このように永久磁石７が継目４ｘに対して
傾斜していると、コギング力は図６に示すように位置の
変化に対して正弦波形に変化する。この正弦波状に変化
するコギング力に合わせて、補正量も正弦波状に変化さ
せる。このようにすると、事前にコギング力を測定しな
くてもよく、データテーブルも正弦波の値となり、容易
に作成することができる。

【００４１】なお、上記各実施の形態では、主索なしの
リニアモータエレベーターについて説明したが、主索を
有するリニアモータエレベーターにも適用可能であるこ
とは明白である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したとおりこの発明の第１発明
では、昇降路に沿って敷設された２列の電機子鉄心の継
目位置、又はかごに固定された２組の界磁用磁石の相対
位置をかごの経路方向へ磁極ピッチ分だけずらせて設置
し、また第２発明では、昇降路に沿って敷設された２列
の電機子鉄心の継目位置を同一高さに設定し、かごに固
定された２組の界磁用磁石の相対位置をかごの経路方向
へ磁極ピッチ分だけずらせて配置し、また、第３発明で
は、かごに固定された２組の界磁用磁石の相対位置を同
一に設定し、昇降路に沿って敷設された２列の電機子鉄
心の継目位置の内、一方の継目位置を他方の継目位置か
らかごの経路方向へ磁極ピッチ分だけずらせて設置した
ため、それぞれに発生するコギング力は互いに打ち消さ
れてコギング力が低減し、推力変動がなく、安定した速
度制御をすることができる効果がある。

【００４３】また、第４発明では、電機子鉄心の継目で
発生する推力変動分を位置に関する推力補正量として演
算して、電機子巻線が制御される推力指令値に加算する
ようにしたため、コギング力が低減し、推力変動がな
く、安定した速度制御をすることができる効果がある。

【００４４】また、第５発明では、推力補正量のパター
ンをメモリに記憶して出力するようにしたため、メモリ
のアドレスを位置に、メモリの内容を補正量とすれば、
位置が求められれば補正量を簡単に求めることができる
効果がある。

【００４５】また、第６発明では、推力補正量のパター
ンを正弦波状にしたため、事前にコギング力を測定しな
くてもよく、データテーブルも正弦波の値となり、容易
に作成することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す要部構成図
で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視図、
（ｃ）は（ａ）のＢ矢視図。

【図２】 この発明の実施の形態１を示す電機子巻線給
電回路図。

【図３】 この発明の実施の形態１を示すコギング力曲
線図。

【図４】 この発明の実施の形態２を示す要部構成図
で、（ａ）は図１（ｂ）相当図、（ｂ）は図１（ｃ）相
当図。

【図５】 この発明の実施の形態３を示す制御装置のブ
ロック線図。

【図６】 この発明の実施の形態３を示すコギング力及
び補正量曲線図。

【図７】 この発明の実施の形態４を示す永久磁石と電
機子鉄心との関係図。

【図８】 従来のリニアモータエレベーターの駆動装置
を示す斜視図。

【図９】 従来のリニアモータエレベーターのコギング
力発生状態説明図。

【符号の説明】

１ 昇降路、４，４Ａ，４Ｂ 電機子鉄心、４ｘ 継
目、５Ａ，５Ｂ 電機子鉄心、５ｘ 継目、６ かご、
７，８ 界磁用磁石（永久磁石）、１１，１１Ａ〜１１
Ｄ，１２Ａ〜１２Ｄ 電機子巻線、３３ 補正量演算手
段（コギング力補正量演算部）、３４ 加算器、３５
電流指令演算部。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 昇降路に沿って２列配置され、それぞれ
   電機子巻線が巻回された複数個の電機子鉄心と、かごに
   固定され上記電機子巻線に対応して２組配置された界磁
   用磁石とを有するリニアモータにより駆動されるエレベ
   ーターにおいて、上記２列の電機子鉄心の継目位置、又
   は上記２組の界磁用磁石の相対位置を上記かごの経路方
   向へ磁極ピッチ分だけずらせて設置したことを特徴とす
   るリニアモータエレベーターの駆動装置。
2. 【請求項２】 昇降路に沿って２列配置され、それぞれ
   電機子巻線が巻回された複数個の電機子鉄心と、かごに
   固定され上記電機子巻線に対応して２組配置された界磁
   用磁石とを有するリニアモータにより駆動されるエレベ
   ーターにおいて、上記２列の電機子鉄心の継目位置を同
   一高さに設定し、上記２組の界磁用磁石の相対位置を上
   記かごの経路方向へ磁極ピッチ分だけずらせて設置した
   ことを特徴とするリニアモータエレベーターの駆動装
   置。
3. 【請求項３】 昇降路に沿って２列配置され、それぞれ
   電機子巻線が巻回された複数個の電機子鉄心と、かごに
   固定され上記電機子巻線に対応して２組配置された界磁
   用磁石とを有するリニアモータにより駆動されるエレベ
   ーターにおいて、上記２組の界磁用磁石の相対位置を同
   一に設定し、上記２列の電機子鉄心の継目位置の内一方
   の継目位置を他方の継目位置から上記かごの経路方向へ
   磁極ピッチ分だけずらせて設置したことを特徴とするリ
   ニアモータエレベーターの駆動装置。
4. 【請求項４】 昇降路に沿って配置され、電機子巻線が
   巻回された複数個の電機子鉄心と、かごに固定され上記
   電機子巻線に対応して配置された界磁用磁石とを有し、
   上記電機子巻線が推力指令値に基づいて制御されるリニ
   アモータにより駆動されるエレベーターにおいて、上記
   電機子鉄心の継目で発生する推力変動分を位置に関する
   推力補正量として演算して上記推力指令値に加算する補
   正量演算手段を備えたことを特徴とするリニアモータエ
   レベーターの駆動装置。
5. 【請求項５】 推力補正量のパターンをメモリに記憶し
   て出力するものとしたことを特徴とする請求項４記載の
   リニアモータエレベーターの駆動装置。
6. 【請求項６】 推力補正量のパターンを正弦波状にした
   ことを特徴とする請求項４又は請求項５記載のリニアモ
   ータエレベーターの駆動装置。