JPWO2006046295A1 - エレベータ用回転機の制御装置 - Google Patents

Abstract

かごの移動方向および積載量に応じて制御性能と安定性を確保した上で、エレベータの移動時間の増大を抑えることのできるエレベータ用回転機の制御装置を得ることを目的とする。エレベータの回転機を速度センサレスで速度制御する制御装置において、回転機の回転速度指令を生成する速度指令信号生成手段４０と、速度指令信号生成手段４０からの回転速度指令に基づいて速度センサレスで回転機に印加する電圧を制御する速度センサレス制御手段３０とを備え、速度指令信号生成手段４０は、かごの移動方向およびかごの積載量に応じて、減速区間における加速度運転曲線を変更して前記回転速度指令を生成する。

Description

本発明は、エレベータの巻上機などを駆動するための回転機を速度センサレスで制御するエレベータ用回転機の制御装置に関するものである。

従来のエレベータ用回転機の制御装置としては、速度センサレスのインバータをエレベータ制御に適用して、回転機を速度センサレス制御しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、回転機（誘導機）を速度検出器なしで制御するために、適応磁束オブザーバを用いて回転速度を推定しているエレベータ用回転機の制御装置がある（例えば、非特許文献１参照）。

また、回転機（誘導機）を速度検出器なしで制御する回転機の制御装置において、エレベータの負荷増による過電流停止を無くし、しかも着床精度を高めるために、インバータの出力電流が過電流停止レベルより低い過電流制限レベルに達したことを検出し、この検出時の速度による定速制御を行い、乗車かごが減速開始点に到達したときに速度パターンによる減速と同じ減速距離になるよう一定時間の減速と同じ減速度制御を行っているものがある（例えば、特許文献２参照）。

特許第３２６００７０号公報（第２頁、図１） 平成１０年電気学会産業応用部門全国大会講演論文集Ｉ−５５「回生動作時における誘導電動機の適応磁束オブザーバの安定解析」 特開平０５−０１７０７９号公報（第３頁、図２）

しかしながら、従来技術には次のような課題がある。特許文献１に示された従来の回転機の速度制御装置は、エレベータの運転開始後、インバータの周波数指令が所定値に達するまでの加速区間では、かごの積載量に応じて滑り周波数指令の出力を変更するなどしていたが、インバータの周波数指令が所定値に達した後、停止するまでの減速区間では、かごの積載量に拘わらずエレベータの運転曲線を一定にしていた。

また、従来の特許文献２に示された回転機の制御装置は、速度検出器なしで制御すると、低速かつ回生領域では制御安定性や制御性能が低下するので、速度パターンをあらかじめ低速かつ回生領域にならないよう最大減速度を抑えた速度パターンを用いなければならず、エレベータのかご積載荷重にかかわらず減速時間が長くなるため、エレベータの移動時間が長くなるといった問題があった。

また、減速度を制限した速度パターンを用いなければエレベータの移動時間は長くならないが、低速かつ回生領域を通過するため安定性の低下に起因して乗り心地が低下したりするなどの問題点があった。さらに、非特許文献１では安定性のあるオブザーバの設計が別途必要であった。

本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、速度検出器を用いないエレベータ用回転機の制御装置において、エレベータのかごの移動方向および積載量に応じて制御性能と安定性を確保した上で、エレベータの移動時間の増大を抑えることのできるエレベータ用回転機の制御装置を得ることを目的とする。

本発明に係るエレベータ用回転機の制御装置は、エレベータの回転機を速度センサレスで速度制御するエレベータ用回転機の制御装置において、回転機の回転速度指令を生成する速度指令信号生成手段と、速度指令信号生成手段からの回転速度指令に基づいて速度センサレスで回転機に印加する電圧を制御する速度センサレス制御手段とを備え、速度指令信号生成手段は、かごの移動方向およびかごの積載量に応じて、減速区間における加速度運転曲線を変更して回転速度指令を生成するものである。

また、本発明に係るエレベータ用回転機の制御装置は、エレベータの回転機を速度センサレスで速度制御するエレベータ用回転機の制御装置において、回転機の回転速度指令を生成する速度指令信号生成手段と、速度指令信号生成手段からの回転速度指令に基づいて速度センサレスで回転機に印加する電圧を制御する速度センサレス制御手段と、回転機に制動トルクを与えるブレーキとを備え、速度センサレス制御手段は、かごの積載量に係わらず一定の加速度運転曲線となるように、かごの移動方向およびかごの積載量に応じて、減速区間における回生トルクの不足分をブレーキの制動トルクを効かせることにより補うものである。

本発明によれば、かごの移動方向および積載量に応じて減速区間における加速度運転曲線を変更する、あるいはブレーキトルクを併用することにより、速度検出器を用いないエレベータ用回転機の制御装置において、エレベータのかごの移動方向および積載量に応じて制御性能と安定性を確保した上で、エレベータの移動時間の増大を抑えることのできるエレベータ用回転機の制御装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるエレベータ用回転機の制御装置の構成図である。 かごが上昇する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。 図２に示したエレベータの運転曲線に従ってエレベータ用回転機を駆動制御したときの回転速度と出力トルクとの運転軌跡の一例を示した図である。 図３の積載量が小さい場合の運転軌跡を区間Ａ〜Ｆに区分けして示した図である。 かごが下降する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。 図５に示したエレベータの運転曲線に従ってエレベータ用回転機を駆動制御したときの回転速度と出力トルクとの運転軌跡の一例を示した図である。 図５の積載量が大きい場合の運転軌跡を区間Ａ〜Ｆに区分けして示した図である。 本発明の実施の形態１におけるかごが上昇する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。 本発明の実施の形態１におけるかごが上昇する時のかごの積載量が小さい場合のエレベータの運転曲線を示した図である。 図９に示したエレベータの運転曲線に従ってエレベータ用回転機を駆動制御したときの回転速度と出力トルクとの運転軌跡を示した図である。 本発明の実施の形態２におけるかごが上昇する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。 本発明の実施の形態２におけるかごが上昇する時のかごの積載量が小さい場合のエレベータの運転曲線を示した図である。 図１２に示したエレベータの運転曲線に従ってエレベータ用回転機を駆動制御したときの回転速度と出力トルクとの運転軌跡を示した図である。 本発明の実施の形態３におけるかごが上昇する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。 本発明の実施の形態３におけるかごが上昇する時のかごの積載量が小さい場合のエレベータの運転曲線を示した図である。 図１５に示したエレベータの運転曲線に従ってエレベータ用回転機を駆動制御したときの回転速度と出力トルクとの運転軌跡を示した図である。 本発明の実施の形態４におけるエレベータ用回転機の制御装置の構成図である。 本発明の実施の形態４におけるかごが上昇する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。 本発明の実施の形態５におけるかごが上昇する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。

以下、本発明のエレベータ用回転機の制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
本発明のエレベータ用回転機の制御装置は、エレベータの積載量に応じて、減速区間における加速度運転曲線を変更することにより、制御性能と安定性をともに確保するものである。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるエレベータ用回転機の制御装置の構成図である。このエレベータ用回転機の制御装置は、エレベータ機構部１０、回転機２０、速度センサレス制御手段３０、および速度指令信号生成手段４０で構成される。

制御対象であるエレベータ機構部１０は、かご１１、かご内負荷検出器１２、巻上ロープ１３、巻上シーブ１４、釣合おもり１５、およびブレーキ１６で構成される。かご１１には、かご内負荷検出器１２が設けられ、巻上ロープ１３により巻上シーブ１４を介して釣合おもり１５が取り付けられている。また、ブレーキ１６は、回転機２０が回転を開始する前と停止した後に巻上シーブ１４の制動を行う。また、回転機２０は、巻上シーブ１４を駆動することにより、かご１１の昇降を行う。

速度指令信号生成手段４０は、エレベータのかごの基準となる速度指令を生成するために、加速区間・定速区間・減速区間にわたる運転曲線をあらかじめ記憶部（図示せず）に記憶している。ここで、運転曲線とは、エレベータのかごがある停止階からある目標階まで移動する際の速度パターンを規定するものであり、時間経過に対する速度、加速度、加加速度のいずれかの変化パターンにより特定することができる。

この運転曲線としては、移動距離あるいは停止階と目標階との関係に応じて複数の速度パターンを持つことができ、また、加速区間および減速区間の基準としての速度パターンを持つこともできる。

そして、速度指令信号生成手段４０は、移動開始後の時間経過とともに、かご内負荷検出器１２の出力と記憶している運転曲線とに従って回転機２０の回転速度指令ω＊を生成し、生成した回転速度指令ω＊を電圧指令演算器３３に対して出力する。この回転速度指令ω＊の生成については、後で詳細に説明する。

これに対して、速度センサレス制御手段３０は、ＰＷＭインバータ３１、電流検出器３２、および電圧指令演算器３３で構成され、回転機２０の速度情報を入力することなしに回転機２０に三相電圧ｖを印加する。

具体的には、電圧指令演算器３３は、回転機２０の回転速度を入力することなく、速度指令信号生成手段４０によって生成された回転速度指令ω＊および電流検出器３２によって検出された三相電流ｉに基づいて電圧指令ｖ＊を生成し、ＰＷＭインバータ３１へ出力する。さらに、ＰＷＭインバータ３１は、生成された電圧指令ｖ＊に基づいて回転機２０へ三相電圧ｖを印加する。

次に、加速度運転曲線およびブレーキの制動トルクに基づくエレベータ用回転機の制御装置の動作について説明する。まず始めに、加速度運転曲線およびブレーキの制動トルクをかごの積載量に応じて変更しない場合の動作について説明する。

図２は、かご１１が上昇する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。図２における横軸は、時刻を示しており、縦軸は、上段から順に、かご１１の位置、速度、加速度、加加速度をそれぞれ示している。速度指令信号生成手段４０は、位置、速度、加速度、加加速度に関する運転曲線の少なくともいずれか１つを記憶部に記憶しておくことにより、移動開始後の時間経過に伴う速度指令を算出することができる。

図２のエレベータの運転曲線は、回転機２０の回転速度の大きさが所定値に到達するまでの加速区間（図２の下段に示した区間Ａ、Ｂ、Ｃに相当）と、回転機２０の回転速度の大きさが所定値から停止するまでの減速区間（図２の下段に示した区間Ｄ、Ｅ、Ｆに相当）とに区別できる。図２においては、定速区間の記載を省略したが、厳密には、移動距離に応じて、加速区間の最終の区間である区間Ｃと、減速区間の最初の区間である区間Ｄとの間に定速区間が含まれることとなる。

ここで、区間Ａ、Ｂ、Ｃの３つに区分された加速区間において、区間Ａは加速度の大きさが増加する区間であり、区間Ｂは加速度の大きさが一定に保たれる区間であり、区間Ｃは加速度の大きさが減少しその後ゼロとなる区間である。同様に、区間Ｄ、Ｅ、Ｆの３つに区分された減速区間において、区間Ｄは加速度の大きさがゼロから増加する区間であり、区間Ｅは加速度の大きさが一定に保たれる区間であり、区間Ｆは加速度の大きさが減少する区間である。

図３は、図２に示したエレベータの運転曲線に従ってエレベータ用回転機を駆動制御したときの回転速度と出力トルクとの運転軌跡の一例を示した図である。図３において、縦軸は回転機２０が出力する出力トルク、横軸は回転機２０の回転速度である。なお、この図３で示した運転軌跡は、巻上シーブ１４と回転機２０とをつなぐギアの逆効率が低い例を示したものである。

図３に示した運転軌跡の動作点は、始動すると原点近傍から時計回りに軌跡を描き、第１象限、第４象限を通過した後、停止時に再び原点近傍に戻る軌跡を描く。ここで、かご１１の積載量が異なると、軌跡も縦軸方向に差異が現れる。図３は、図２に対応してかご１１が上昇するときの運転軌跡を示しており、積載量が大きい場合には力行側に軌跡がシフトし（図３の一点鎖線で示した運転軌跡に相当）、積載量が小さい場合には回生側に軌跡がシフトする（図３の実線で示した運転軌跡に相当）。

さらに、図３には、回転機２０として誘導機を用いた場合の低速かつ回生領域の不安定領域が示されている。図３の運転軌跡と不安定領域との関係から、積載量によって不安定領域を通過する場合としない場合があることが分かる。

すなわち、かご１１が上昇する場合は、積載量が小さい場合には不安定領域を通過するが、積載量が大きい場合には不安定領域を通過しない。また、後述するように、かご１１が下降する場合は、かご１１が上昇する場合とは逆に、積載量が大きい場合には不安定領域を通過するが、積載量が小さい場合には不安定領域を通過しない。

図４は、図３の積載量が小さい場合の運転軌跡を区間Ａ〜Ｆに区分けして示した図である。図４において、縦軸は回転機２０が出力する出力トルク、横軸は回転機２０の回転速度である。

図４において、区間Ａは始動時の軌跡であり、区間Ｂ、区間Ｃを経て定格速度に到達する。その後、区間Ｄから減速開始し、区間Ｅ、区間Ｆを経て停止する。かご１１が上昇する場合は、図３の運転区間と不安定領域との関係より、かごの積載量が小さい場合に注意が必要であることが分かり、より具体的には、図４の運転区間と不安定領域との関係より、停止前の区間Ｆに注意が必要であることが分かる。

図５は、かご１１が下降する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図であり、図２と逆方向の動作を示したものである。図５における横軸は、時刻を示しており、縦軸は、上段から順に、かご１１の位置、速度、加速度、加加速度をそれぞれ示している。

図２のエレベータの運転曲線と同様に、図５のエレベータの運転曲線も、回転機２０の回転速度の大きさが所定値に到達するまでの加速区間（図５の下段に示した区間Ａ、Ｂ、Ｃに相当）と、回転機２０の回転速度の大きさが所定値から停止するまでの減速区間（図５の下段に示した区間Ｄ、Ｅ、Ｆに相当）とに区別できる。

ここで、区間Ａ、Ｂ、Ｃの３つに区分された加速区間において、区間Ａは加速度の大きさが増加する区間であり、区間Ｂは加速度の大きさが一定に保たれる区間であり、区間Ｃは加速度の大きさが減少しその後ゼロとなる区間である。同様に、区間Ｄ、Ｅ、Ｆの３つに区分された減速区間において、区間Ｄは加速度の大きさがゼロから増加する区間であり、区間Ｅは加速度の大きさが一定に保たれる区間であり、区間Ｆは加速度の大きさが減少する区間である。

図６は、図５に示したエレベータの運転曲線に従ってエレベータ用回転機を駆動制御したときの回転速度と出力トルクとの運転軌跡の一例を示した図である。図６において、縦軸は回転機２０が出力する出力トルク、横軸は回転機２０の回転速度である。

図６に示した運転軌跡の動作点は、始動すると原点近傍から時計回りに軌跡を描き、第２象限、第３象限を通過した後、停止時に再び原点近傍に戻る軌跡を描く。ここで、かご１１の積載量が異なると、軌跡も縦軸方向に差異が現れる。図６は、図５に対応してかご１１が下降するときの運転軌跡を示しており、積載量が大きい場合には力行側に軌跡がシフトし（図３の一点鎖線で示した運転軌跡に相当）、積載量が小さい場合には回生側に軌跡がシフトする（図３の実線で示した運転軌跡に相当）。

さらに、図６には、回転機２０として誘導機を用いた場合の低速かつ回生領域の不安定領域が示されている。図６の運転軌跡と不安定領域との関係から、積載量によって不安定領域を通過する場合としない場合があることが分かる。

すなわち、かご１１が下降する場合は、積載量が大きい場合には不安定領域を通過するが、積載量が小さい場合には不安定領域を通過しない。また、上述したように、かご１１が上昇する場合は、かご１１が下降する場合とは逆に、積載量が小さい場合には不安定領域を通過するが、積載量が大きい場合には不安定領域を通過しない。

図７は、図５の積載量が大きい場合の運転軌跡を区間Ａ〜Ｆに区分けして示した図である。図７において、縦軸は回転機２０が出力する出力トルク、横軸は回転機２０の回転速度である。

図７において、区間Ａは始動時の軌跡であり、区間Ｂ、区間Ｃを経て定格速度に到達する。その後、区間Ｄから減速開始し、区間Ｅ、区間Ｆを経て停止する。かご１１が下降する場合は、図６の運転区間と不安定領域との関係より、かごの積載量が大きい場合に注意が必要であることが分かり、より具体的には、図７の運転区間と不安定領域との関係より、停止前の区間Ｆに注意が必要であることが分かる。

以上のことから、次の２点に注意が必要であることが分かる。
（１）速度センサレス制御手段３０を用いる場合には、かごの上昇、下降を問わず、停止前の区間Ｆに注意が必要である。
（２）かごが上昇する場合には、かごの積載量が小さいほど注意が必要であり、かごが下降する場合には、かごの積載量が大きいほど注意が必要である。

このことを踏まえ、本実施の形態１におけるエレベータ用回転機の制御装置の動作原理について、次に説明する。図８は、本発明の実施の形態１におけるかご１１が上昇する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。図８における横軸は、時刻を示しており、縦軸は、上段から順に、加速度、加加速度を示している。

図８のエレベータの加速度運転曲線において、上述した区間Ａから区間Ｅまでは、速度センサレス制御手段３０の安定性に何ら問題はないので、図２に示した加速度運転曲線と同一である。しかしながら、かご１１が上昇しているときの区間Ｆにおいて、かご１１の積載量が小さい場合には、不安定領域に注意を払い通常の運転曲線よりも最大加加速度の大きさが小さくなるような運転曲線にする（図８の区間Ｆにおける実線に相当）。

また、かご１１が上昇しているときの区間Ｆにおいて、かご１１の積載量が大きい場合には、先に説明したように、不安定領域に注意を払う必要がないため、図２に示した運転曲線と同一としている（図８の区間Ｆにおける点線に相当）。

このように最大加加速度の大きさを小さくしてその割当期間を長くすることにより、区間Ｆの加速度が変化する期間は長くなるが、速度センサレス制御手段３０は、低速の回生トルクを小さくすることが可能になり、その結果、不安定領域を避けて安定に回転機２０を制御することができる。

図９は、本発明の実施の形態１におけるかご１１が上昇する時のかごの積載量が小さい場合のエレベータの運転曲線を示した図である。図８を用いて説明したように、かご１１が上昇しているときの区間Ｆにおいて、かごの積載量が小さい場合には、減速時の最大加加速度の大きさを抑えて減速加加速度の割当期間を増大させ、減速時間の割当期間を増大させる。

図１０は、図９に示したエレベータの運転曲線に従ってエレベータ用回転機を駆動制御したときの回転速度と出力トルクとの運転軌跡を示した図である。図１０において、縦軸は回転機２０が出力する出力トルク、横軸は回転機２０の回転速度である。

図１０に示すように、かご１１が上昇しているときの区間Ｆにおいて、かごの積載量が小さい場合、すなわち回転機２０が低速域で大きな回生トルクを必要とするような場合は、減速時の最大加加速度の大きさを抑えて減速加加速度の割当期間をさせ、減速時間の割当期間を増大させることにより、速度センサレス制御手段３０は、低速回生の不安定領域を回避することが可能になる。

すなわち、加速度運転曲線をかごの積載量に応じて変更することにより、回転機２０は、低速域で大きな回生トルクを必要としない。この結果、速度センサレス制御手段３０は、不安定になる低速回生領域を回避することができる。

上記においては、図８〜図１０を用いて、かご１１が上昇しているときの区間Ｆにおいて、かご１１の積載量が小さい場合の動作について説明したが、かご１１が下降しているときの区間Ｆにおいて、かご１１の積載量が大きい場合の動作についても、同様にして、不安定になる低速回生領域を回避することができる。

すなわち、かご１１が下降しているときの区間Ｆにおいて、かご１１の積載量が大きい場合にも、減速時の最大加加速度の大きさを抑えて減速加加速度の割当期間をさせ、減速時間の割当期間を増大させることにより、速度センサレス制御手段３０は、低速回生の不安定領域を回避することが可能になる。

上述した原理に基づいて、図１の速度指令信号生成手段４０は、次のように動作することにより、低速回生の不安定領域を回避することとなる。速度指令信号生成手段４０は、運転曲線に従い回転速度指令ω＊を出力する際に、かご１１の積載量Ｗに応じて、記憶部に記憶されている区間Ｆにおける加速度運転曲線の大きさを変更する。

すなわち、速度指令信号生成手段４０は、かごを上昇させる場合には、積載量Ｗが小さくなるに従って区間Ｆにおける加加速度の大きさの最大を抑えることにより、加加速度の運転曲線における区間Ｆでの減速加加速度の割当時間を増大させる。また、速度指令信号生成手段４０は、かごを下降させる場合には、積載量Ｗが大きくなるに従って区間Ｆにおける加加速度の大きさの最大を抑えることにより、加加速度の運転曲線における区間Ｆでの減速加加速度の割当時間を増大させる。

具体的には、速度指令信号生成手段４０は、複数の積載量に対応して、上述のような関係を有する上昇時および下降時の加速度運転曲線をあらかじめ記憶部に記憶しておくことにより、かご１１の積載量Ｗに応じて加速度運転曲線を変更できる。また、速度指令信号生成手段４０は、積載量に対する減速区間の割当期間および最大加加減速度の値を、上昇時および下降時ごとに関数式として数式化してあらかじめ記憶部に記憶しておくことによっても、かご１１の積載量Ｗに応じて加速度運転曲線を変更できる。

また、速度指令信号生成手段４０は、加速度運転曲線を記憶する代わりに、加速度の微分結果、すなわち加加速度運転曲線を記憶してもよい。あるいは、速度指令信号生成手段４０は、加速度運転曲線を記憶する代わりに、加速度の積分結果、すなわち速度運転曲線を記憶してもよい。

実施の形態１によれば、速度指令信号生成手段は、かごの移動方向およびかごの積載量に応じて、停止前の減速区間において加速度の大きさが減少する区間の最大加加速度の大きさを小さく変化させることにより、加速度が変化する割当時間を長くさせることができる。これにより、上昇時にかごの積載量Ｗが大きい場合あるいは下降時にかごの積載量が小さい場合には、通常の減速期間で停止させるので、昇降に必要な運転時間を増大させることがない。

さらに、上昇時にかごの積載量Ｗが小さい場合あるいは下降時にかごの積載量が大きい場合には、速度センサレス制御手段が低速回生の不安定領域を回避するように回転機を制御することができる。この結果、エレベータのかごの積載量に応じて制御性能と安定性を確保した上で、エレベータの移動時間の増大を抑えることのできるエレベータ用回転機の制御装置を得ることができる。

なお、上述の実施の形態１では、かごの積載量に応じて区間Ｆへの割当時間だけを変更する手法について説明したが、これに限定されるものではない。かごの積載量に応じて少なくとも区間Ｆの割当時間さえ変更すればよく、かごの積載量に応じて区間Ｆに加えて他の区間の割当時間も付随的に変更してもよく、この場合にも同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、かごの積載量Ｗに応じて区間Ｆの最大加加速度の大きさを変更するエレベータ用回転機の制御装置を示した。本実施の形態２では、区間Ｆの最大加加速度の大きさを変更するのではなく、停止直前の加速度の変化率、すなわち加加速度を時間変化させるエレベータ用回転機の制御装置について説明する。なお、本実施の形態２におけるエレベータ用回転機の制御装置の構成は、図１と同一である。

図１１は、本発明の実施の形態２におけるかご１１が上昇する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。図１１における横軸は、時刻を示しており、縦軸は、上段から順に、加速度、加加速度を示している。

実施の形態１と同様に、区間Ａから区間Ｅまでは速度センサレス制御手段３０の安定性に何ら問題はない。また、区間Ｆについては、かごの積載量が小さい状態で上昇する場合およびかごの積載量が大きい状態で下降する場合には、不安定領域に注意を払う必要がある。

実施の形態１では、不安定領域を回避する策として、通常の運転曲線より区間Ｆにおける最大加加速度の大きさが小さくなるように運転曲線を変更した。本実施の形態２では、区間Ｆにおける最大加加速度の大きさには変更を加えることなく、区間Ｆの加速度が変化する期間を長くするとともに、この区間Ｆにおける加加速度を時間変化させる。

すなわち、区間Ｆにおいて、上昇時にかご１１の積載量が小さい場合には、不安定領域に注意を払い、通常の運転曲線と異なり加加速度を時間変化させるような運転曲線にする（図１１の区間Ｆにおける実線に相当）。また、上昇時にかご１１の積載量が大きい場合には、実施の形態１で説明したように、不安定領域に注意を払う必要がないため、図２に示した運転曲線と同一としている（図１１の区間Ｆにおける点線に相当）。

具体的には、速度指令信号生成手段４０は、複数の積載量に対応して、上述のような関係を有する上昇時および下降時の加速度運転曲線をあらかじめ記憶部に記憶しておくことにより、かご１１の積載量Ｗに応じて加速度運転曲線を変更できる。また、速度指令信号生成手段４０は、積載量に対する減速区間の割当期間および加加減速度の時間変化の値を、上昇時および下降時ごとに関数式として数式化してあらかじめ記憶部に記憶しておくことによっても、かご１１の積載量Ｗに応じて加速度運転曲線を変更できる。

このように加加速度を時間変化させ、区間Ｆの加速度が変化する期間を長くすることにより、速度センサレス制御手段３０は、低速の回生トルクを小さくすることが可能になり、その結果、安定に回転機２０を制御することができる。

図１２は、本発明の実施の形態２におけるかご１１が上昇する時のかごの積載量が小さい場合のエレベータの運転曲線を示した図である。図１１を用いて説明したように、かごの積載量が小さい場合には、減速時の加加速度が変化する期間を長くして減速加加速度の割当期間を増大させ、減速時間の割当期間を増大させる。

図１３は、図１２に示したエレベータの運転曲線に従ってエレベータ用回転機を駆動制御したときの回転速度と出力トルクとの運転軌跡を示した図である。図１３において、縦軸は回転機２０が出力する出力トルク、横軸は回転機２０の回転速度である。

図１３に示すように、かご１１が上昇しているときの区間Ｆにおいて、かごの積載量が小さい場合、すなわち回転機２０が低速域で大きな回生トルクを必要とするような場合は、減速時の加加速度が変化する期間を長くして減速加加速度の割当期間を増大させ、減速時間の割当期間を増大させることにより、速度センサレス制御手段３０は、低速回生の不安定領域を回避することが可能になる。

すなわち、加速度運転曲線をかごの積載量に応じて変更することにより、回転機２０は、低速域で大きな回生トルクを必要としない。この結果、速度センサレス制御手段３０は、不安定になる低速回生領域を回避することができる。

また、上述においては、かごが上昇する場合について説明したが、かごが下降する場合は、積載量が大きい場合に区間Ｆの加加速度が変化する期間を長くすればよく、これによってかごが上昇する場合と同様に、速度センサレス制御手段３０は、不安定になる低速回生領域を回避することができる。

実施の形態２によれば、速度指令信号生成手段は、かごの移動方向およびかごの積載量に応じて、停止前の減速区間において加速度の大きさが減少する区間の加加速度を時間変化させることにより、加速度が変化する割当時間を長くさせることができる。これにより、上昇時にかごの積載量Ｗが大きい場合あるいは下降時にかごの積載量が小さい場合には、通常の減速期間で停止させるので、昇降に必要な運転時間を増大させることがない。

さらに、上昇時にかごの積載量Ｗが小さい場合あるいは下降時にかごの積載量が大きい場合には、速度センサレス制御手段が低速回生の不安定領域を回避するように回転機を制御することができる。この結果、エレベータのかごの積載量に応じて制御性能と安定性を確保した上で、エレベータの移動時間の増大を抑えることのできるエレベータ用回転機の制御装置を得ることができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、かごの積載量Ｗに応じて区間Ｆの最大加加速度の大きさを変更するエレベータ用回転機の制御装置を示した。また、本実施の形態２では、区間Ｆの最大加加速度の大きさを変更するのではなく、停止直前の加速度の変化率、すなわち加加速度を時間変化させるエレベータ用回転機の制御装置を示した。これら実施の形態１、２は、いずれも区間Ｆにおける加加速度および加速度を変更するものであった。

これに対して、実施の形態３では、減速区間に相当する区間Ｄ〜区間Ｆにおいて加加速度および加速度を変更する場合について説明する。なお、本実施の形態２におけるエレベータ用回転機の制御装置の構成は、図１と同一である。

図１４は、本発明の実施の形態３におけるかご１１が上昇する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。図１４における横軸は、時刻を示しており、縦軸は、上段から順に、加速度、加加速度を示している。図において、加速区間に相当する区間Ａから区間Ｃまでは、速度センサレス制御手段３０の安定性に何ら問題はない。

実施の形態１で述べた通り、上昇時にかごの積載量Ｗが小さい場合には、不安定領域に注意を払う必要がある。そこで、本実施の形態３では、区間Ｅにおける最大加速度を抑制するために、区間Ｄ、区間Ｆの加加速度の運転曲線を変更することを考える。

実施の形態１では、通常の運転曲線より最大加加速度の大きさが小さくなるように運転曲線を変更した。これに対して、本実施の形態３では、最大加加速度の大きさ自体は変更を加えることなく、区間Ｅの加速度を保つ期間を長くする。

すなわち、区間Ｄおよび区間Ｆにおいて、上昇時にかご１１の積載量が小さい場合には、不安定領域に注意を払い通常の運転曲線と異なり加加速度を三角形状に時間変化させるような運転曲線にする（図１４の区間Ｄおよび区間Ｆにおける実線に相当）。また、上昇時にかご１１の積載量が大きい場合には、実施の形態１で説明したように、不安定領域に注意を払う必要がないため、図２に示した運転曲線と同一としている（図１４の区間Ｄおよび区間Ｆにおける点線に相当）。

具体的には、速度指令信号生成手段４０は、複数の積載量に対応して、上述のような関係を有する上昇時および下降時の加速度運転曲線をあらかじめ記憶部に記憶しておくことにより、かご１１の積載量Ｗに応じて加速度運転曲線を変更できる。また、速度指令信号生成手段４０は、積載量に対する減速区間の割当期間および加加減速度の時間変化の値を、上昇時および下降時ごとに関数式として数式化してあらかじめ記憶部に記憶しておくことによっても、かご１１の積載量Ｗに応じて加速度運転曲線を変更できる。

図１４に示したように、区間Ｄおよび区間Ｆにおける加加速度を時間変化させることにより、区間Ｄ〜Ｆの期間は長くなるが、加速度の大きさ自体を抑えることができ、速度センサレス制御手段３０は、低速の回生トルクを小さくすることが可能になり、その結果、安定に回転機２０を制御することができる。

図１５は、本発明の実施の形態３におけるかご１１が上昇する時のかごの積載量が小さい場合のエレベータの運転曲線を示した図である。図１４を用いて説明したように、かごの積載量が小さい場合には、区間Ｄおよび区間Ｆにおける加加速度を時間変化させることにより、区間Ｄ〜Ｆの期間は長くなるが、減速区間の加速度の大きさ自体を抑えることができる。

図１６は、図１５に示したエレベータの運転曲線に従ってエレベータ用回転機を駆動制御したときの回転速度と出力トルクとの運転軌跡を示した図である。図１６において、縦軸は回転機２０が出力する出力トルク、横軸は回転機２０の回転速度である。

図１６に示すように、かご１１が上昇しているときの区間Ｆにおいて、かごの積載量が小さい場合、すなわち回転機２０が低速域で大きな回生トルクを必要とするような場合は、減速時の最大加速度の大きさを抑えて減速加速度の割当期間を増大させ、減速時間の割当期間を増大させることにより、速度センサレス制御手段３０は、低速回生の不安定領域を回避することが可能になる。

すなわち、加速度運転曲線をかごの積載量に応じて変更することにより、回転機２０は、低速域で大きな回生トルクを必要としない。この結果、速度センサレス制御手段３０は、不安定になる低速回生領域を回避することができる。

また、上述においては、かごが上昇する場合について説明したが、かごが下降する場合は、積載量が大きい場合に区間Ｄおよび区間Ｆにおける加加速度を時間変化させればよく、これによってかごが上昇する場合と同様に、速度センサレス制御手段３０は、不安定になる低速回生領域を回避することができる。

実施の形態３によれば、速度指令信号生成手段は、かごの移動方向およびかごの積載量に応じて、停止前の減速区間において加加速度を時間変化させることにより、加速度の大きさを小さくするとともに、加速度が変化する割当時間を長くさせることができる。これにより、上昇時にかごの積載量Ｗが大きい場合あるいは下降時にかごの積載量が小さい場合には、通常の減速期間で停止させるので、昇降に必要な運転時間を増大させることがない。

さらに、上昇時にかごの積載量Ｗが小さい場合あるいは下降時にかごの積載量が大きい場合には、速度センサレス制御手段が低速回生の不安定領域を回避するように回転機を制御することができる。この結果、エレベータのかごの積載量に応じて制御性能と安定性を確保した上で、エレベータの移動時間の増大を抑えることのできるエレベータ用回転機の制御装置を得ることができる。

実施の形態４．
図１７は、本発明の実施の形態４におけるエレベータ用回転機の制御装置の構成図である。実施の形態１〜３の構成図である図１と比較すると、図１７は、かご内負荷検出器１２を備えていない点が異なる。図１７において、図１と同一符号のものは、同一または相当部分を示すものであり、その説明を省略し、異なる構成を中心に説明する。

速度センサレス制御手段３０ａは、ＰＷＭインバータ３１、電流検出器３２、および電圧指令演算器３３ａで構成され、回転機２０の速度情報を入力することなしに回転機２０に三相電圧を印加する。さらに、速度センサレス制御手段３０ａ内の電圧指令演算器３３ａは、電流検出器３２から得られた電流に基づいてかご１１の積載量を推定し、速度指令信号生成手段４０ａに出力する。この積載量の推定については、後述する。

速度指令信号生成手段４０ａは、移動開始後の時間経過とともに、電圧指令演算器３３ａの出力であるかご１１の積載量Ｗの推定値と記憶している運転曲線とに従って回転機２０の回転速度指令ω＊を生成し、生成した回転速度指令ω＊を電圧指令演算器３３ａに対して出力する。

図１の構成においては、かご１１に設けられたかご内負荷検出器１２を備えることにより、積載量の測定が容易に行える。これに対して、図１７の構成によれば、電圧指令演算器３３ａによりかごの積載量を推定することができ、図１に示したかご内負荷検出器１２が不要になるとともに、かご内負荷検出器１２と速度指令信号生成手段４０とを結ぶ信号線も不要になる。

次に、本実施の形態４の技術的特徴である電圧指令演算器３３ａが、電流検出器３２によって検出された三相電流ｉに基づいてかご１１の積載量Ｗを推定し、速度指令信号生成手段４０ａに出力する動作について説明する。

図１８は、本発明の実施の形態４におけるかご１１が上昇する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。図１８において、横軸は、時刻を示しており、縦軸は、上段から順に、速度、加速度、トルク電流を示している。

なお、３段目のトルク電流は、電圧指令演算器３３ａにより、座標変換を用いた公知の手法を用いて、電流検出器３２から出力される電流ｉを励磁電流とトルク電流に分離することにより得られるものである。

図１８において、加速区間である区間Ａ、Ｂ、Ｃでは、かご１１の積載量Ｗに拘わらずあらかじめ設定した加速度に関する運転曲線を与える。ここで、図１８の３段目に示したように、積載量が大きい場合のトルク電流は、積載量が小さい場合のトルク電流と比較すると、トルク電流が増える方向にシフトする関係がある。

そこで、トルク電流と積載量とを関連づけたデータをあらかじめ記憶部に記憶しておくことにより、電圧指令演算器３３ａは、このトルク電流の応答の差異に基づいて、かご１１の積載量を推定する。電流検出器３２から出力される電流ｉから算出したトルク電流に基づいてかご１１の積載量を推定することができる。

ここで、トルク電流の値の算出に当たっては、次のような方法が考えられる。例えば、任意の時間のトルク電流の値でかご１１の積載量を判断してもよい。あるいは、区間Ａ、Ｂ、Ｃの何れかにおけるトルク電流の最大値でかご１１の積載量を判断してもよい。あるいは、区間Ａ、Ｂ、Ｃの何れかにおけるトルク電流の平均値でかご１１の積載量を判断してもよい。電圧指令演算器３３ａは、何れかのトルク電流に対応した積載量のデータをあらかじめ記憶部に備えておくことにより、容易に積載量の推定を行うことができる。

速度指令信号生成手段４０ａが積載量の推定値を必要とするのは、減速期間である区間Ｄ〜Ｆの回転速度指令ω＊を算出するときである。そこで、電圧指令演算器３３ａは、加速区間である区間Ａ〜Ｃの間で、かご１１の積載量を推定すればよい。また、速度指令信号生成手段４０ａは、推定された積載量に基づいて、実施の形態１〜３に示した方法の何れかにより、かご１１の積載量に応じて区間Ｄ、Ｅ、Ｆの運転曲線を変更することにより、低速の回生トルクを小さくすることが可能になり、その結果、安定に回転機２０を制御することができる。

実施の形態４によれば、電圧指令演算器は、トルク電流値に基づいてかご１１の積載量を推定することができる。これにより、かご内負荷検出器を用いることなく、実施の形態１〜３と同等にして、エレベータのかごの積載量に応じて制御性能と安定性を確保した上で、エレベータの移動時間の増大を抑えることのできるエレベータ用回転機の制御装置を得ることができる。

なお、上述においてはかご１１が上昇する場合について説明したが、かごが下降する場合でも区間Ａ、Ｂ、Ｃでは、かご１１の積載量に拘わらずあらかじめ設定した加速度に関する運転曲線を与えることにより、かご１１の積載量が大きい場合と積載量が小さい場合とで、トルク電流の応答に差異が現れる。そこで、かごが上昇する場合と同様にして、トルク電流の応答に差異に基づいてかご１１の積載量を推定することが可能であることは言うまでもない。

また、上述の実施の形態４では、トルク電流と積載量とを関連づけたデータをあらかじめ記憶部に記憶しておくことにより、電圧指令演算器３３ａがかごの積載量を推定する場合について説明したが、これに限定されない。電圧指令演算器３３ａは、算出されたトルク電流と積載量との関数式をあらかじめ記憶部に記憶しておくことによっても、トルク電流値からかごの積載量を推定することができる。

また、上述の実施の形態４において、トルク電流の代わりにトルク電流指令値、すなわちトルク指令値を用いてもよい。前記電圧指令演算器３３ａは、トルク指令と積載量とを関連づけたデータをあらかじめ記憶した記憶部を有し、回転速度指令に回転速度を追従させるために必要なトルク指令を演算し、エレベータの加速区間におけるトルク指令に対応した積載量を記憶部から取り出すことによりかごの積載量を推定してもよく、上述の実施の形態４と同様の効果が得られる。

実施の形態５．
実施の形態１〜４では、区間Ｄ、Ｅ、Ｆの運転曲線うち少なくともひとつの区間の運転曲線をかご１１の積載量に応じて変更する発明について説明した。これに対して、本実施の形態５では、区間Ｄ、Ｅ、Ｆにて、回転機２０の回転機トルクに加え、ブレーキ１６のブレーキトルクを利用して運転する場合について説明する。実施の形態５における構成は、図１７と同一である。

図１９は、本発明の実施の形態５におけるかご１１が上昇する時のエレベータの運転曲線の一例を示した図である。図１９において、横軸は、時刻を示しており、縦軸は、上段から順に、速度、加速度、総出力トルク、回転機トルク、ブレーキトルクを示している。

ここで、回転機トルクは、回転機２０が出力するトルクであり、ブレーキトルクは、ブレーキ１６が出力する制動トルクである。総出力トルクは、回転機トルクとブレーキトルクの合計である。

回転機トルクは、速度センサレス制御手段３０により回転機２０を制御すれば、力行トルクも回生トルクも出力することが可能であるが、低速かつ回生領域では安定性の確保が容易でない。ブレーキトルクは、ブレーキ１６により出力することが可能であるが、回生トルクしか出力することができない。

ここで、総出力トルクは、
『総出力トルク』＝『回転機トルク』＋『ブレーキトルク』
の関係が成り立っている。

そこで、低速回生領域を含む区間Ｄ〜Ｆの減速区間において、回転機トルクとブレーキトルクとを適切に組み合わせることによって、実施の形態１〜４で実施した区間Ｄ、Ｅ、Ｆの少なくとも１区間の運転曲線変更を不要にすることが可能となる。

実施の形態４において、電圧指令演算器３３ａは、ブレーキ１６に対して、エレベータの昇降開始前および昇降完了後にブレーキトルクを出力していた。これに対して、本実施の形態５では、図１９に示すように、かご１１の積載量に応じて運転曲線を変更する代わりに、減速区間のある特定区間でブレーキトルクを働かせることにより、実施の形態４と同等の効果を得ようとするものである。

速度センサレス制御手段３０内の電圧指令演算器３３ａは、区間Ｄ、Ｅ、Ｆにおける低速・回生領域では、回転機トルクが小さくなるように回転機２０を制御し、この回転機トルクを小さく抑えた分だけ、ブレーキ１６のブレーキトルクで補う。

図１９に示すように、積載量に拘わらず一定の運転曲線で制御することにより、回転機トルクは積載量により変動する。しかしながら、電圧指令演算器３３ａは、その変動分に応じてブレーキトルクを効かせるため、結果として積載量の違いをブレーキトルクの量により補うことができる。

実施の形態５によれば、速度センサレス制御手段は、かごの移動方向および積載量に応じてブレーキトルクを併用することにより、低速の回生トルクを小さくすることが可能になるうえに、ブレーキトルクを効かせる区間においては、実施の形態１〜４に示したようなかごの移動方向および積載量に応じた運転曲線の変更が不要となる。その結果、速度センサレス制御手段は、安定に回転機を制御することができるとともに、エレベータの昇降時間の遅延を抑えることができる。

また、ブレーキによるブレーキトルクの補填が期待できる場合には、速度指令信号生成手段の記憶部にあらかじめ記憶しておく加速度運転曲線自体を、低速・回生領域では、回転機トルクが小さくなるような運転曲線としておくことができる。

上述においては、かご１１が上昇する場合について説明したが、かごが下降する場合でも、低速回生領域を含む区間Ｄ〜Ｆの減速区間において、回転機トルクとブレーキトルクとを適切に組み合わせることによって、実施の形態４で実施した区間Ｄ、Ｅ、Ｆの少なくとも１区間の運転曲線変更を不要にすることが可能であることは言うまでもない。

さらに、上述の実施の形態５においては、実施の形態４の構成である図１７に基づいて説明したが、これに限定されない。実施の形態１〜３の構成である図１において、電圧指令演算器３３がかご内負荷検出器１２からかごの積載量を読み取ることによっても、実施の形態５で説明した機能を実現することができる。

さらに、上述の実施の形態５においては、かごの移動方向およびかごの積載量にかかわらず一定の加速度運転曲線を用いて、減速区間におけるブレーキ動作を併用する場合について説明したが、これに限定されない。実施の形態１〜４で説明したように、かごの移動方向およびかごの積載量に応じた加速度運転曲線を用いる場合にも、減速区間におけるブレーキ動作を併用することが可能である。この結果、速度センサレス制御手段は、安定に回転機を制御することができるとともに、エレベータの昇降時間の遅延を抑えることができる。

なお、回転機駆動用の汎用インバータは、速度指令を入力すれば所望の回転速度になるように回転機（誘導機）に電圧を印加させることができるので、上述の速度センサレス制御手段３０として、汎用インバータを用いることが可能である。

Claims (7)

1. エレベータの回転機を速度センサレスで速度制御するエレベータ用回転機の制御装置において、
   回転機の回転速度指令を生成する速度指令信号生成手段と、
   前記速度指令信号生成手段からの前記回転速度指令に基づいて速度センサレスで前記回転機に印加する電圧を制御する速度センサレス制御手段と
   を備え、
   前記速度指令信号生成手段は、かごの移動方向およびかごの積載量に応じて、減速区間における加速度運転曲線を変更して前記回転速度指令を生成するエレベータ用回転機の制御装置。
2. 請求項１に記載のエレベータ用回転機の制御装置において、
   前記速度指令信号生成手段は、かごの上昇時には、積載量が小さくなるに従って減速期間を長くするとともに、前記減速期間における加加速度の大きさを小さくし、かごの下降時には、積載量が大きくなるに従って減速期間を長くするとともに、前記減速期間における加加速度の大きさを小さくするように前記加速度運転曲線を変更するエレベータ用回転機の制御装置。
3. 請求項１に記載のエレベータ用回転機の制御装置において、
   前記速度指令信号生成手段は、かごの上昇時には、積載量が小さくなるに従って減速期間を長くするとともに、前記減速期間における加加速度の大きさをゼロに近づくように時間変化させ、かごの下降時には、積載量が大きくなるに従って減速期間を長くするとともに、前記減速期間における加加速度の大きさをゼロに近づくように時間変化させて前記加速度運転曲線を変更するエレベータ用回転機の制御装置。
4. 請求項１に記載のエレベータ用回転機の制御装置において、
   前記速度指令信号生成手段は、かごの上昇時には、積載量が小さくなるに従って減速期間を長くするとともに、前記減速期間における加速度の大きさが小さくなるように加加速度を時間変化させ、かごの下降時には、積載量が大きくなるに従って減速期間を長くするとともに、前記減速期間における加速度の大きさが小さくなるように加加速度を時間変化させて前記加速度運転曲線を変更するエレベータ用回転機の制御装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のエレベータ用回転機の制御装置において、
   前記速度センサレス制御手段は、前記回転機の電流値を検出する電流検出器と、前記速度指令信号生成手段からの前記回転速度指令および前記電流検出器によって検出された電流値に基づいて電圧指令を生成する電圧指令演算器と、前記電圧指令に基づいて電圧を印加するＰＷＭインバータとを有し、
   前記電圧指令演算器は、トルク指令と積載量とを関連づけたデータをあらかじめ記憶した記憶部を有し、前記回転速度指令に回転速度を追従させるために必要なトルク指令を演算し、エレベータの加速区間におけるトルク指令に対応した積載量を前記記憶部から取り出すことによりかごの積載量を推定し、推定した前記かごの積載量を前記速度指令信号生成手段に出力し、
   前記速度指令信号生成手段は、前記電圧指令演算器から前記かごの積載量を取り込む
   エレベータ用回転機の制御装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のエレベータ用回転機の制御装置において、
   前記回転機に制動トルクを与えるブレーキをさらに備え、
   前記速度センサレス制御手段は、かごの移動方向およびかごの積載量に応じて、前記減速区間における回生トルクの不足分を前記ブレーキの制動トルクを効かせることにより補うエレベータ用回転機の制御装置。
7. エレベータの回転機を速度センサレスで速度制御するエレベータ用回転機の制御装置において、
   回転機の回転速度指令を生成する速度指令信号生成手段と、
   前記速度指令信号生成手段からの前記回転速度指令に基づいて速度センサレスで前記回転機に印加する電圧を制御する速度センサレス制御手段と、
   前記回転機に制動トルクを与えるブレーキと
   を備え、
   前記速度センサレス制御手段は、かごの積載量に係わらず一定の加速度運転曲線となるように、かごの移動方向およびかごの積載量に応じて、前記減速区間における回生トルクの不足分を前記ブレーキの制動トルクを効かせることにより補う
   エレベータ用回転機の制御装置。
   

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