JPWO2018154621A1 - エレベーター - Google Patents

Abstract

磁極位置センサからの磁極位置信号が得られない場合に、乗りかごを安定に運転できるエレベーターを提供する。本エレベーターは、乗りかご１０４を駆動する同期電動機１０３と、ブレーキ１０２と、同期電動機を制御する制御装置１００と、を備え、制御装置は、磁極位置指令を作成する磁極位置指令作成部２と、初期磁極位置を推定する初期磁極位置推定部４と、この初期磁極位置において、負荷トルクとモータトルクがつり合う場合における、初期磁極位置と同期電動機の固定子の磁極位置との位相差を算出して初期磁極位置に加算することにより、補正された初期磁極位置を算出し、補正された初期磁極位置を磁極位置指令作成部に出力する磁極位相差加算部３と、ブレーキ制御部２３と、を備え、ブレーキ制御部がブレーキ１０２を開放する時、磁極位置指令作成部は、補正された初期磁極位置を磁極位置指令として設定し、ブレーキを開放後、乗りかごが始動される。

Description

本発明は、同期電動機によって駆動されるエレベーターに関する。

エレベーターを駆動するためには、小型化や高効率化といった観点から永久磁石を用いた同期式の電動機が利用される。このような同期電動機を制御するためには、回転子の磁極位置を検出する必要がある。磁極位置を検出するためのセンサとして、たとえば光学式や磁気式のロータリーエンコーダや、レゾルバなどが用いられている。

同期電動機を用いたエレベーターにおいて、磁極位置を検出するためのセンサが故障した場合、磁極位置信号が得られず同期電動機の制御が困難になる。特に、つり合い錘を利用するエレベーターを制御する場合には、つり合い錘の重量と乗りかごの重量との差分に相当するトルクを同期電動機が出力できないと、つり合い錘または乗りかごのうちどちらか重量の大きいほうへ引きずられるように乗りかごが移動する。このように、エレベーターの制御では、乗りかごを静止させるためのトルクを基準として乗りかごの加速および減速を行うため、同期電動機のトルクの制御が重要であり、同期電動機が所望のトルクを出力するためには、センサによる磁極位置の検出が重要である。

センサが故障したときに、救出運転などのために、エレベーターを駆動する従来技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。

特許文献１に記載の技術では、検出電流と、電圧指令と、モータ定数に基づいて、磁極位置を推定し、推定された磁極位置に基づいて同期電動機を駆動する。

特開２０１６−６３９号公報

しかしながら、上記従来技術においては、初期磁極位置の推定精度に起因するモータのつり合いトルク不足により、シーブに回転方向の振動が発生する。さらに、このような振動に対して制御追従性が不十分なため、つり合いトルクまでトルクが補償されず、乗りかごまたはつり合い錘のうちどちらか重いほうへ乗りかごが引きずられて移動してしまう恐れがある。

そこで、本発明は、磁極位置センサからの磁極位置信号が得られない場合に、乗りかごを安定に運転できるエレベーターを提供する。

上記課題を解決するために本発明によるエレベーターは、乗りかごを駆動する同期電動機と、同期電動機を制動するブレーキと、同期電動機を制御する制御装置と、を備えるものであって、制御装置は、同期電動機の磁極位置指令を作成する磁極位置指令作成部と、同期電動機の回転子の初期磁極位置を推定する初期磁極位置推定部と、推定された初期磁極位置において、負荷トルクと、同期電動機のモータトルクとがつり合う場合における、初期磁極位置と、同期電動機の固定子の磁極位置との位相差を算出し、算出される位相差を初期磁極位置に加算することにより、補正された初期磁極位置を算出し、算出される補正された初期磁極位置を磁極位置指令作成部に出力する磁極位相差加算部と、ブレーキの開放および制動を制御するブレーキ制御部と、を備え、ブレーキ制御部がブレーキを制動状態から開放する時、磁極位置指令作成部は、磁極位相差加算部から入力する補正された初期磁極位置を磁極位置指令として設定し、ブレーキを開放後、乗りかごが始動される。

また、上記課題を解決するために本発明によるエレベーターは、乗りかごを駆動する同期電動機と、同期電動機を制動するブレーキと、同期電動機を制御する制御装置と、を備えるものであって、制御装置は、同期電動機のモータトルクが定格以上となる一定の電流値の電流指令を作成する電流指令作成部と、同期電動機の磁極位置指令を作成する磁極位置指令作成部と、電流指令および磁極位置指令に基づいて、磁極位置指令に応じて設定される制御軸によって同期電動機を制御する電流制御部と、同期電動機の回転子の初期磁極位置を推定する初期磁極位置推定部と、負荷トルクと、同期電動機のモータトルクとがつり合う場合における、電流制御部に設定される制御軸と、同期電動機の固定子に設定される制御軸との位相差を算出し、算出される位相差を初期磁極位置に加算することにより、補正された初期磁極位置を算出し、算出される補正された初期磁極位置を磁極位置指令作成部に出力する磁極位相差加算部と、ブレーキの開放および制動を制御するブレーキ制御部と、を備え、ブレーキ制御部がブレーキを制動状態から開放する時、磁極位置指令作成部は、補正された初期磁極位置を磁極位置指令として電流制御部に設定し、ブレーキを開放後、乗りかごが始動され、磁極位置指令作成部は、乗りかごの始動後、速度指令に応じた所定パターンの磁極位置指令を出力する。

本発明によれば、負荷トルクとモータトルクとがつり合う場合における、初期磁極位置と同期電動機の固定子の磁極位置との位相差が加算されて、補正された初期磁極位置が磁極位置指令として設定されるので、ブレーキを開放後、乗りかごが、静定状態から始動される。

また、本発明によれば、負荷トルクとモータトルクとがつり合う場合における、電流制御部に設定される制御軸と、同期電動機の固定子に設定される制御軸との位相差が加算されて、補正された初期磁極位置が磁極位置指令として電流制御部に設定されるので、ブレーキを開放後、乗りかごが、静定状態から始動される。

これらにより、磁極位置センサからの磁極位置信号が得られない場合に、乗りかごを安定に運転できる。

上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施形態であるエレベーターを示す全体構成図である。 コントローラの機能ブロックと、電力変換器および同期電動機の関係を示す。 本実施形態の動作の概要を示す。 同期電動機のトルクと、同期電動機における実際のｑ軸とコントローラにおけるｑ軸の位相差との関係を示す。 本実施形態におけるコントローラの処理動作の流れを示すフローチャートである。 同期電動機のトルクと、同期電動機における実際のｑ軸とコントローラにおけるｑ軸の位相差との関係を示す。 比較例の動作の概要を示す。 比較例について、同期電動機のトルクと、同期電動機における実際のｑ軸とコントローラにおけるｑ軸の位相差との関係を示す。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。

図１は、本発明の一実施形態であるエレベーターを示す全体構成図である。

本実施形態において、乗りかご１０４の移動は、電力変換器１０１、およびコントローラ１００（制御装置）を含む駆動制御装置によって同期電動機１０３の駆動を制御することにより制御される。コントローラ１００は、電流指令作成部１、磁極位置指令作成部２、磁極位相差加算部３、および初期磁極位置推定部４を備える。これらの機能については後述する。また、乗りかご１０４には、秤センサ７が設けられ、秤センサ７によって乗りかご１０４の積載荷重が検出される。秤センサ７の検出信号はコントローラ１００に入力される。

同期電動機１０３としては、永久磁石式同期電動機が適用される。なお、本実施形態では、表面磁石型などの非突極性の永久磁石式同期電動機が適用される。このため、いわゆるセンサレス制御は適用しにくく、通常時は、図示されない磁極位置センサによって検出される磁極位置に基づいて、同期電動機１０３は制御される。

乗りかご１０４は、建屋に形成された昇降路内を複数の階床間に渡って移動する。乗りかご１０４と、乗りかご１０４と重量バランスを取るためのつり合い錘とは、主ロープに接続される。すなわち、乗りかご１０４とつり合い錘は、主ロープを介して、互いに接続されている。また、乗りかご１０４には、乗り場側扉と係合して開閉する乗りかご側扉が設けられている。

乗りかご１０４は、同期電動機１０３によって綱車（シーブ）が回転駆動されることにより、綱車に巻き掛けられる主ロープが駆動されると、昇降路内を移動する。同期電動機１０３には、電力変換器１０１によって駆動用の電力が供給される。電力変換器１０１は、通常、コントローラ１００が出力する、かご位置制御指令またはかご速度指令あるいはトルク指令に応じて、同期電動機１０３を制御するための電力を出力する。

コントローラ１００は、乗りかご１０４を制動させる場合、ブレーキ電源停止指令１０および動力電源停止指令を出力する。ブレーキ電源停止指令１０によって、ブレーキ電源とブレーキ１０２間に設けられる電磁接触器（コンタクタ）が開放される。これにより、ブレーキ１０２への電力供給が遮断されるので、ブレーキ１０２は制動状態となる。また、動力電源停止指令によって、動力電源と電力変換器１０１間に設けられる電磁接触器が開放される。これにより、電力変換器１０１への電力供給が遮断されるので、同期電動機１０３への電力供給が停止する。

位置センサ５は、遮蔽板６を検出することにより、乗りかご１０４が戸開可能な位置に位置しているかどうかを検出するドアゾーンセンサである。

図２は、コントローラ１００の機能ブロックと、電力変換器１０１および同期電動機１０３の関係を示す。

電流指令作成部１は、同期電動機１０３の出力トルクに応じた電流指令を出力する。なお、本実施形態において、電流指令作成部１は、定格トルク以上の出力トルクに応じた電流指令を出力する。また、本実施形態では、この電流指令の値は一定値である。

磁極位置指令作成部２は、磁極位相差加算部３から入力する補正された初期磁極位置を基準に、同期電動機１０３の速度に応じた磁極位置指令を出力する。磁極位置指令作成部２は、初期磁極位置推定部４によって推定され、さらに磁極位相差加算部３によって補正された初期磁極位置を、磁極位置指令として電流制御部２１に出力する。その後、ブレーキ指令部２３がブレーキ１０２を開くと、磁極位置指令作成部２は、乗りかご１０４の始動時は補正された初期磁極位置を出力し、始動後は、乗りかごを動かして保守運転あるいは救出運転するための速度指令に応じた所定パターンの磁極位置指令を出力する。これにより、乗りかご始動後において、磁極位置センサの異常や故障などによって同期電動機の回転子の磁極位置情報が得られなくても、乗りかご１０４を運転することができる。

初期磁極位置推定部４は、同期電動機１０３の初期磁極位置を推定する。初期磁極位置を推定する手段としては、公知の技術が適用される。たとえば、ある特定のパターンを有する高調波電流を、電力変換器１０１を介して同期電動機１０３へ印加し、電流センサ２２によって検出される電流のフィードバック信号のパターンに基づいて、初期磁極位置を推定する。なお、このような推定手段に限らず、様々な初期磁極位置推定手段あるいは検出手段が適用できる。

磁極位相差加算部３は、秤センサ７によって検出される乗りかご１０４の荷重に応じて、乗りかご側とつり合い錘側がつり合って乗りかご１０４が停止する場合における、コントローラ１００内に設定されている制御用座標軸と、同期電動機１０３の回転子に設定される制御用座標軸（以下、「制御軸」と記載する）との位相差（後述するΔθ_Ｌ）を算出する。さらに、磁極位相差加算部３は、初期磁極位置推定部４によって推定された初期磁極位置を、算出された位相差に基づいて、すなわち推定された初期磁極位置にこの位相差を加算して補正し、補正された初期磁極位置を出力する。

この位相差は、初期磁極位置推定部４によって推定される初期磁極位置と、同期電動機１０３の固定子の磁極位置との位相差に相当する。従って、同期電動機１０３は、この位相差と、回転子の磁束（本実施形態では永久磁石磁束）と、電流指令作成部１が出力する電流指令とに応じて、乗りかご側とつり合い錘側とがつり合うようなモータトルクを発生する。

ブレーキ指令部２３は、ブレーキの開閉指令を出力するが、初期磁極位置が、初期磁極位置推定部４によって推定され、さらに磁極位相差加算部３によって補正されると、ブレーキを開く指令を出力する。

電流制御部２１は、電流指令作成部１からの電流指令と磁極位置指令作成部２からの磁極位置指令に基づいて、電力変換器１０１の制御指令（例えば、電圧指令）を出力する。電流制御部２１においては、電流指令と、電流センサからの電流フィードバック信号との差分が零に近づくように、比例積分制御によって制御指令を作成する。なお、本実施形態では、回転座標系のｄ軸およびｑ軸電流に基づいて電流制御を行う、いわゆるベクトル制御が適用される。

ここで、コントローラ１００内に設定される制御軸、すなわち電流制御部２１におけるベクトル制御の制御軸は、補正された初期磁極位置に応じて設定される。従って、起動時において、コントローラ１００内に設定されている制御軸と、同期電動機１０３の回転子に設定される制御軸との位相差は、乗りかご１０４とつり合い錘がつり合う場合の位相差となる。このため、エレベーターは、乗りかご１０４とつり合い錘がつり合って停止した状態で安定に起動される。従って、磁極位置センサからの磁極位置信号が得られない場合に、乗りかごを安定に運転できる。

また、ブレーキ１０２が開かれると、乗りかご１０４が静定するのを待つことなく、ただちに乗りかご１０４を昇降させることができる。従って、磁極位置センサが故障した場合、保守作業時間や救出運転時間が短縮できる。

なお、ベクトル制御に限らず、他の制御技術を適用しても良い。

図３は、本実施形態の動作の概要を示す。時間経過順に、期間（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）に分けて以下説明する。

期間（ａ）においては、電流指令は定格トルク以上（図３では１２０％）の出力トルクに対応するが、初期磁極位置推定前であり、磁極位置指令は０°である。したがって、図示のように、コントローラにおいて作成される磁極位置指令と、同期電動機の実際の磁極位置との間には差がある。また、ブレーキ指令はＯＮであり、ブレーキは制動状態である。すなわち、乗りかごは停止している。なお、ここでは、磁極位置センサの故障により、エレベーターが停止している状態が想定されている。また、電流指令は、期間（ａ）以降も、定格トルク以上の出力トルクに対応する所定の一定値に保持される。

期間（ｂ）のおいては、初期磁極位置が推定され、さらに推定された初期磁極位置が、乗りかごの積載荷重に基づいて、乗りかごとつり合い錘がつり合うように補正され、補正された初期磁極位置が磁極位置指令としてセットされる。また、期間（ａ）と同様に、ブレーキは制動状態であり、乗りかごは停止している。このため、図示のように、コントローラ１００において作成される磁極位置指令と、同期電動機の実際の磁極位置（推定された初期磁極位置）との間の差は、期間（ａ）よりも小さな一定値となり、同期電動機は乗りかごとつり合い錘とがつり合うようなモータトルクを発生する。

期間（ｃ）は、ブレーキが開いてから乗りかごが制定するまでの期間である。本実施形態では、期間（ｃ）において、ブレーキ指令はＯＦＦに遷移して、ブレーキは開放されるが、この時、磁極位置指令は、上述のように補正された初期磁極位置が磁極位置指令としてセットされている。したがって、乗りかごとつり合い錘がつり合った状態でブレーキが開放されるので、乗りかごが静定するまでに時間をほとんど要さない。

期間（ｄ）は、速度指令に応じた磁極位置指令を与えることで、同期電動機が回転される。期間（ｄ）の開始時においては、期間（ｃ）において印加される電流に応じた同期電動機のトルクと、乗りかご側の重さとつり合い錘側の重さとの差分による負荷トルクとがつり合って、同期電動機の回転が停止しているため、速度指令に応じた磁極位置をフィードフォワードで与えることにより、同期電動機を安定に回転させることができる。

図４は、同期電動機のトルクと、同期電動機の回転子における実際のｑ軸とコントローラにおけるｑ軸の位相差Δθ_ｒとの関係を示す。なお、縦軸はトルクＴを示し、横軸はΔθ_ｒを示す。

図４中、曲線で示される同期電動機のモータトルクＴ_ｍは、電流指令（ｑ軸（トルク）電流指令）をｉ_ｑｃとすると、式（１）で表される。式（１）中、Ｋ_ｔはトルク定数である。

Δθ_ｒが０であるとき、同期電動機のトルクＴ_ｍはコントローラが作成する電流指令に応じたトルクと一致する。なお、図４中の直線は、乗りかご側の重さとつり合いおもり側の重さの差分に対する負荷トルクＴ_Ｌを示す。

図４においては、乗りかご内の負荷が最大積載重量の半分以下、すなわち負荷が５０％以下である。従って、図４では、磁極位置センサが故障した状態で、小さな負荷で乗りかごを運転する場合が想定されている。そのような場合として、例えば、磁極位置センサの故障に対する保守作業を行うために、乗りかごを保守運転する場合がある。

ここで、本実施形態では、５０％負荷に対して、乗りかごとつり合い錘が釣り合うように、つり合い錘の重量が設定されている。従って、図４において、つり合い錘は乗りかご側よりも重いので、Ｔ_Ｌは、つり合い錘を下降させ、乗りかごを上昇させる方向に働く。

なお、つり合い錘とつり合うための乗りかごの積載重量は、５０％負荷に限らず、例えば４０％負荷でも良い。このような場合においても、つり合い錘側が乗りかご側よりも重ければ、本実施形態は、適用可能である。

また、Ｔ_ｍがＴ_Ｌとつり合うだけの値を取り得るように、電流指令ｉ_ｑｃが設定される。なお、本実施形態では、上述のように、電流指令作成部１は、定格トルク以上の出力トルクに応じた一定値の電流指令を出力する。

推定される初期磁極位置に対して、同期電動機における実際のｑ軸とコントローラにおけるｑ軸の位相差が点Ａの位置であった場合、ブレーキを開くとモータトルクＴｍと負荷トルクＴ_Ｌがつり合わないため、点Ｂの方へΔθ_ｒが移動する。すなわち、同期電動機およびシーブが、Ｔ_ｍとＴ_Ｌとがバランスする方向へ回転する。このため、乗りかごを安定に始動することが難しい。

これに対し、本実施形態では、ブレーキ開放前に、点Ｂの状態となるように、すなわちＴ_ＬとバランスするＴｍを発生するように、同期電動機が制御される。本制御においては、磁極位相加算部は、予めコントローラ内に記憶される無負荷時の乗りかごの重さと秤センサによって検出される乗りかご内の積載荷重とに基づいて乗りかご側の重さを算出する。また、磁極位相加算部は、算出された乗りかご側の重さと、予めコントローラ内に記憶されるつり合い錘側の重さに基づいて、両者の差分に対するトルク、すなわち負荷トルクＴ_Ｌを算出する。さらに、磁極位相加算部は、点Ｂにおける位相差Δθ_Ｌを式（２）により算出する。なお、ｉ_ｑｃおよびＫ_ｔは、式（１）と同様に、それぞれ、電流指令（ｑ軸（トルク）電流指令）およびトルク定数である。

磁極位相差加算部は、算出されたΔθ_Ｌを、初期磁極位置推定部によって推定された初期磁極位置に加算し、補正された初期磁極位置として、磁極位置指令作成部に出力する。磁極位置指令作成部は、補正された初期磁極位置を、磁極位置指令として電流制御部に設定する。電流制御部は、補正された初期磁極位置に応じて、電力変換器を制御して、同期電動機にモータトルクを発生させる。

ここで、電流制御部においては、補正された初期磁極位置（推定された初期磁極位置＋Δθ_Ｌ）に応じて制御軸が設定される。このため、推定された初期磁極位置における同期電動機の実際の制御軸（ｑ軸）とコントローラ（電流制御部）における制御軸（ｑ軸）との位相差はΔθ_Ｌ（図４中の点Ｂ）となる。これにより、モータトルクと負荷トルクが釣り合った状態でブレーキが開放される。従って、ブレーキ開放時に、乗りかごが急激に昇降し出すことなく、乗りかごを静定状態から安定に始動できる。

図５は、本実施形態におけるコントローラ１００（図２参照）の処理動作の流れを示すフローチャートである。

まず、電流指令作成部１によって、電流指令ｉｑｃが出力される（ステップＳ１０１）。

次に、初期磁極位置推定部４によって、初期磁極位置が推定される（ステップＳ１０２）。

次に、ステップＳ１０２で推定された初期磁極位置が、磁極位相差加算部３にセットされる（ステップＳ１０３）。

次に、モータトルクＴ_ｍと負荷トルクＴ_Ｌがつり合う場合における磁極位相差（上述のΔθ_Ｌ）を算出し、算出された磁極位相差が、推定された初期磁極位置に加算される。推定された初期磁極位置に磁極位相差が加算された、補正された初期磁極位置に応じて、同期電動機１０３が制御される（ステップＳ１０４）。

次に、ブレーキ指令部２３によって、ブレーキが開放される（ステップＳ１０５）。

次に、磁極位置指令作成部２によって、速度指令に対応する磁極位置指令作成し、磁極位置指令に応じて、同期電動機１０３が制御される。

図６は、同期電動機のトルクＴ_ｍと、同期電動機における実際のｑ軸とコントローラにおけるｑ軸の位相差Δθ_ｒとの関係を示す。なお、図４と同様に、縦軸はトルクＴを示し、横軸はΔθ_ｒを示す。

図６においては、図４とは異なり、乗りかご内の負荷が最大積載重量の半分以上、すなわち負荷が５０％以上である。従って、図６では、磁極位置センサが故障した状態で、大きな負荷で乗りかごを運転する場合が想定されている。そのような場合として、例えば、磁極位置センサが故障して、乗りかごが非常停止したため、乗りかごを救出運転する場合がある。

負荷が５０％以上であり、乗りかご側はつり合い錘側よりも重いので、図６に示すように、負荷トルクＴ_Ｌは、図４とは正負が逆転し、つり合い錘を上昇させ、乗りかごを下降させる方向に働く。

図６に示すように、Ｔ_ｍとＴ_Ｌとがつり合う点Ｂにおける位相差Δθ_Ｌは、図４の場合とは値は異なるが、Ｔ_Ｌの正負に関わらず前式（２）によって算出することができる。従って、初期磁極位置推定部４によって推定された初期磁極位置に前式（２）によって算出されたΔθ_Ｌを加算して得られる補正された初期磁極位置に基づいて同期電動機を同様に制御することにより、ブレーキ開放時に、乗りかごを静定状態から安定に始動できる。

上述のような実施形態によれば、磁極位置センサの故障や異常により、磁極位置センサからの磁極位置信号が得られない場合に、乗りかごを安定に運転できる。このため、保守作業や、救出作業を円滑に行うことができるので、作業時間が短縮できる。

なお、同期電動機の回転子の磁極方向すなわちｄ軸方向の初期位相（上記の推定された初期磁極位置）に対して、位相差Δθ_Ｌの方向に固定子による磁束が発生されるように同期電動機を制御できる制御手段であれば、ベクトル制御以外の制御手段を用いることができる。

次に、上記の実施形態に対する比較例について、図７および図８を用いて説明する。なお、主に、図３および図４とは異なる点について説明する。

図７は、比較例の動作の概要を示す。本比較例は、磁極位相差加算部を備えず、初期磁極位置推定部で推定された初期磁極位置が、補正されずに、磁極位置指令作成部にセットされる。なお、図７は、図３と同様に、時間経過順に、期間（ａ），（ｂ），（ｃ）および（ｄ）に分けている。

期間（ａ）における動作は、図３（実施形態）と同様である。

期間（ｂ）においては、推定された初期磁極位置が磁極位置指令にセットされる。また、期間（ａ）と同様に、ブレーキは制動状態であり、乗りかごは停止している。このため、図示のように、コントローラにおいて作成される磁極位置指令と、同期電動機の実際の磁極位置との間の誤差は、期間（ａ）よりも小さな一定値となる。ここで、誤差の大きさは、初期磁極位置推定の精度に依存する。

期間（ｃ）においては、ブレーキ指令はＯＦＦであり、ブレーキは開放される。磁極位置指令は、同期電動機およびシーブの回転方向の振動が収まるまでの所定時間（期間（ｃ）の時間）、初期磁極位置に維持される。従って、期間（ｃ）においては、乗りかごの制御状態は、まだ運転状態とはならず、いわば待機状態である。また、同期電動機およびシーブの回転方向の振動に応じて、コントローラにおいて作成される磁極位置指令と、同期電動機の実際の磁極位置との間の誤差も振動している。なお、同期電動機およびシーブの回転方向の振動については、後述する。

期間（ｄ）は、速度指令に応じた磁極位置指令を与えることで、同期電動機が回転される。期間（ｄ）の開始時においては、期間（ｃ）において印加される電流に応じた同期電動機のトルクと、乗りかご側の重さとつり合い錘側の重さとの差分による負荷トルクとがつり合う磁極位置にて、同期電動機の回転が停止しているため、初期磁極位置を基準として、速度指令に応じた磁極位置をフィードフォワードで与えることにより、同期電動機が速度指令に応じて回転される。

次に、比較例における同期電動機およびシーブの回転方向の振動（以下、単に「振動」と記す）に関し、この振動が静まるまでの現象について、以下、図８を用いて説明する。

図８は、比較例における同期電動機のトルクと、同期電動機における実際のｑ軸とコントローラにおけるｑ軸の位相差Δθ_ｒとの関係を示す。

図８中、同期電動機のトルクＴ_ｍは、図４と同様に、前式（１）で表される。また、図４と同様に、負荷が５０％以下であり、負荷トルクＴ_Ｌは、つり合い錘を下降させ、乗りかごを上昇させる方向に働く。

推定される初期磁極位置に対して、位相差Δθ_ｒが点Ａの位置であった場合、ブレーキを開くとモータトルクＴｍと負荷トルクＴ_Ｌがつり合わないため、点Ｂの方へΔθ_ｒが移動する。すなわち、同期電動機およびシーブが、Ｔ_ｍとＴ_Ｌとがバランスする方向へ回転する。同期電動機およびシーブは、Ｔ_ｍとＴ_Ｌとがバランスする位置を越えて回転する。すなわちΔθ_ｒが点Ｂを越える。この時、Ｔ_ｍとＴ_Ｌの大小関係が、点Ｂを越える前とは逆転するので、Δθ_ｒは、その移動方向が反転し、点Ｂへ向かって移動する。すなわち、同期電動機およびシーブは、回転方向を反転させて、Ｔ_ｍとＴ_Ｌとがバランスする方向へ回転する。Δθ_ｒは、このような移動を繰り返し、待機時間中に、点Ｂへ収束する。すなわち、同期電動機およびシーブは、回転振動した後、Ｔ_ｍとＴ_Ｌがつり合う位置に静定する。

このように、本比較例では、乗りかごを安定に始動するためには、同期電動機およびシーブの振動が静まるまで、乗りかごを待機状態にする必要があり、待機時間（期間（ｃ））が長くなる。これに対し、本実施形態では、図３における期間（ｃ）に示すように、ブレーキ開放後における同期電動機およびシーブの回転振動が防止されるので、待機時間が大幅に短縮され、ほぼ待機時間を要することなく、乗りかごを安定に始動することができる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

例えば、同期電動機は、永久磁石式同期電動機に限らず、巻線界磁式同期電動機でも良い。また、永久磁石式同期電動機は、表面磁石型に限らず埋め込み磁石型でも良い。

また、エレベーターは、昇降路上部に機械室を備えるものでも良いし、機械室を備えず巻上機や制御装置が昇降路内に設置される、いわゆる機械室レスエレベーターでも良い。

また、エレベーターは、釣合い錘を備えていないものでも良い。この場合、負荷トルクは、乗りかご側の重さに依存する。

１ 電流指令作成部，２ 磁極位置指令作成部，３ 磁極位相差加算部，４ 初期磁極位置推定部，５ 位置センサ，６ 遮蔽板，７ 秤センサ，１０ ブレーキ電源停止指令，２１ 電流制御部，２２ 電流センサ，２３ ブレーキ指令部，１００ コントローラ，１０１ 電力変換器，１０２ ブレーキ，１０３ 同期電動機，１０４ 乗りかご

Claims (10)

1. 乗りかごを駆動する同期電動機と、
   前記同期電動機を制動するブレーキと、
   前記同期電動機を制御する制御装置と、
   を備えるエレベーターにおいて、
   前記制御装置は、
   前記同期電動機の磁極位置指令を作成する磁極位置指令作成部と、
   前記同期電動機の回転子の初期磁極位置を推定する初期磁極位置推定部と、
   推定された前記初期磁極位置において、負荷トルクと、前記同期電動機のモータトルクとがつり合う場合における、前記初期磁極位置と、前記同期電動機の固定子の磁極位置との位相差を算出し、算出される前記位相差を前記初期磁極位置に加算することにより、補正された初期磁極位置を算出し、算出される前記補正された初期磁極位置を前記磁極位置指令作成部に出力する磁極位相差加算部と、
   前記ブレーキの開放および制動を制御するブレーキ制御部と、
   を備え、
   前記ブレーキ制御部が前記ブレーキを制動状態から開放する時、
   前記磁極位置指令作成部は、前記磁極位相差加算部から入力する前記補正された初期磁極位置を前記磁極位置指令として設定し、
   前記ブレーキを開放後、前記乗りかごが始動されることを特徴とするエレベーター。
2. 請求項１に記載のエレベーターにおいて、
   前記制御装置は、
   前記同期電動機の電流指令を作成する電流指令作成部を備え、
   前記電流指令は、定格以上の前記モータトルクが得られる一定の電流値であることを特徴とするエレベーター。
3. 請求項１に記載のエレベーターにおいて、
   前記乗りかごの積載荷重を検出する秤センサを備え、
   前記磁極位相差加算部は、前記秤センサによって検出される前記積載荷重に基づいて、前記負荷トルクを算出することを特徴とするエレベーター。
4. 請求項１に記載のエレベーターにおいて、
   前記同期電動機は綱車を備え、前記綱車に巻き掛けられる主ロープにつり合い錘および前記乗りかごが接続されることを特徴とするエレベーター。
5. 請求項４に記載のエレベーターにおいて、
   前記磁極位相差加算部は、前記乗りかご側の重さと前記つり合い錘側の重さとの差分に基づいて、前記負荷トルクを算出することを特徴とするエレベーター。
6. 請求項１に記載のエレベーターにおいて、
   前記位相差は、前記初期磁極位置における前記同期電動機の制御軸と、前記制御装置に設定される制御軸との位相差であることを特徴とするエレベーター。
7. 請求項６に記載のエレベーターにおいて、
   前記同期電動機の前記制御軸および前記制御装置に設定される前記制御軸は、ベクトル制御におけるｑ軸であることを特徴とするエレベーター装置。
8. 請求項７に記載のエレベーターにおいて、
   前記磁極位相差加算部は、前記負荷トルクをＴ_Ｌとし、ｑ軸電流をｉｑｃとし、トルク定数をＫ_ｔとして、前記位相差（Δθ_Ｌ）を、式（２）、
   

   

   によって算出することを特徴とするエレベーター。
9. 請求項１に記載のエレベーターにおいて、
   前記磁極位置指令作成部は、前記乗りかごの始動後、速度指令に応じた所定パターンの磁極位置指令を出力することを特徴とするエレベーター。
10. 乗りかごを駆動する同期電動機と、
    前記同期電動機を制動するブレーキと、
    前記同期電動機を制御する制御装置と、
    を備えるエレベーターにおいて、
    前記制御装置は、
    前記同期電動機のモータトルクが定格以上となる一定の電流値の電流指令を作成する電流指令作成部と、
    前記同期電動機の磁極位置指令を作成する磁極位置指令作成部と、
    前記電流指令および前記磁極位置指令に基づいて、前記磁極位置指令に応じて設定される制御軸によって前記同期電動機を制御する電流制御部と、
    前記同期電動機の回転子の初期磁極位置を推定する初期磁極位置推定部と、
    負荷トルクと、前記同期電動機のモータトルクとがつり合う場合における、前記電流制御部に設定される前記制御軸と、前記同期電動機の固定子に設定される制御軸との位相差を算出し、算出される前記位相差を前記初期磁極位置に加算することにより、補正された初期磁極位置を算出し、算出される前記補正された初期磁極位置を前記磁極位置指令作成部に出力する磁極位相差加算部と、
    前記ブレーキの開放および制動を制御するブレーキ制御部と、
    を備え、
    前記ブレーキ制御部が前記ブレーキを制動状態から開放する時、
    前記磁極位置指令作成部は、前記補正された初期磁極位置を前記磁極位置指令として前記電流制御部に設定し、
    前記ブレーキを開放後、前記乗りかごが始動され、
    前記磁極位置指令作成部は、前記乗りかごの始動後、速度指令に応じた所定パターンの磁極位置指令を出力することを特徴とするエレベーター。

Images