JP2002120973A - エレベータの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エレベータの電動機制御系の故障であって
も、階間に閉じ込められた乗客を安全に救出することが
でき、かつ、安価なエレベータの制御装置を提供する。 【解決手段】 界磁の少なくとも一部を永久磁石で構成
した電動機１によって駆動され、エレベータを昇降させ
る巻上機と、直流を可変周波数の交流に、交流を直流に
相互に変換するインバータ１１と、インバータ１１の直
流側に設けられた畜電器であるコンデンサ１０と、コン
デンサ１０と並列に設けられ、抵抗１４と通電素子１５
からなる電力消費回路と、インバータ１１の直流側の電
圧を検出する直流電圧検出手段２０と、直流電源の電圧
指令値を決定する直流電圧指令手段２３とを備え、直流
電圧検出手段２０で検出された直流電圧と直流電圧指令
手段にて出力される電圧指令値との偏差を基に上記電力
消費回路の通電素子１５を導通制御する。

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、永久磁石形同期
電動機にインバータにより変換された可変電圧可変周波
数の交流電力を供給して制御するエレベータの制御装置
に関し、特に電動機の電気的制動力の制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、例えば特開平６−９１６４号公
報に記載されている従来のインバータ装置により変換さ
れた可変電圧可変周波数の交流電力を供給して電動機を
制御するエレベータの制御装置の全体構成図である。図
７において、１は電動機、２は電動機１により駆動され
る巻上機、３は巻上機２に巻きかけられた主索、４は主
索３の一端に取り付けられたエレベータのかご、５は主
索３の他端に取り付けられた釣合おもり、６は機械的制
動力を発生するブレーキであり、ブレーキ６を開放し電
動機１を駆動することによって、エレベータのかご４を
昇降させる。

【０００３】また、７は三相交流電源、８はエレベータ
起動時に閉成される電磁接触器の接点、９は交流を直流
に変換するコンバータ、１０は直流母線間に設置され直
流を平滑化する平滑用コンデンサ、１１はスイッチング
素子１１ａとダイオード１１ｂが各相毎に逆並列接続さ
れ、直流母線電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変
換する電圧形インバータ装置、１２はインバータ１１の
出力電流を電流帰還用に検出する第１の電流検出器、１
３はインバータのスイッチング素子を制御するインバー
タ制御回路である。

【０００４】さらに、１４は回生電力を消費するための
抵抗、１５は抵抗１４に電流を流すための通電素子、１
６は平滑用コンデンサ１０の電圧が所定値以上のとき、
通電素子１５に導通指令を出す母線電圧制御回路であ
る。

【０００５】なお、１７は電動機１の回転軸に設けられ
電動機１の帰還速度を検出するための速度検出器、１８
はエレベータの速度指令を生成する速度指令発生回路、
１９は帰還速度と速度指令に基づいて電流指令を発生す
る速度制御回路、２０は直流母線の電圧を検出する直流
電圧検出器、２１は直流母線の電流を検出する第２の電
流検出器、２２は電流検出器２１の信号を監視する過電
流検出回路である。

【０００６】次に、上記構成に係る動作について説明す
る。エレベータに起動指令が入ると、電磁接触器の接点
８が閉成して、三相交流電源７からコンバータ９へ交流
電力が供給される。コンバータ９は交流電力を直流電力
に変換してインバータ装置１１へ電力を供給する。そし
て、ブレーキ６が開放すると、速度指令発生回路１８か
らは速度指令が発生し、速度検出器１７から電動機１の
帰還速度が検出される。この速度指令と帰還速度に基づ
き速度制御回路１９がインバータ制御回路１３に電流指
令を送る。インバータ制御回路１３は速度制御回路１９
からの電流指令と第１の電流検出器１２からの帰還電流
に基づきインバータ装置１１を制御し、可変電圧可変周
波数の交流電圧を発生して電動機１を回転させ、これに
係合された巻上機２および主索３を介してエレベータの
かご４を昇降させる。

【０００７】さらに、かご内が無負荷で上昇運転をする
場合などに、電動機１が回生運転に入ると回生電力がイ
ンバータ装置１１を通じて平滑用コンデンサ１０に充電
され、電圧が上昇する。この電圧が所定値以上になった
ことを母線電圧制御回路１６が検出して、通電素子１５
に導通指令を出すと、直流母線の電力が抵抗１４で消費
されて平滑用コンデンサ１０は放電され、電圧が低下す
る。これを繰り返すことで電動機からの回生電力が消費
され、直流母線間の電圧が所定値以下に保たれる。

【０００８】また、過電流検出回路２２は、直流母線の
電流検出器２１により常にインバータ１１に流出入する
直流電流を監視しており、負荷短絡などの故障により電
流値が所定値を超えると、過電流検出回路２２が異常を
認識して、インバータの動作を停止し、ブレーキ６を作
動させて瞬時にエレベータを急停止させる。

【０００９】なお、電動機制御系の故障、例えば帰還電
流検出器１２や速度検出器１７、インバータのスイッチ
ング素子１１ａ、電磁接触器の接点８のＯＦＦ故障など
によって、電動機に供給する交流電力を制御できない場
合には、重故障ということでエレベータの起動を阻止す
るようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のエレベータの制
御装置は以上のように構成されているため、電動機制御
系の故障によりエレベータかごが階間に停止した場合、
エレベータの再起動ができなくなり、乗客がかご内に閉
じ込められるといった問題があった。また、閉じ込めを
防ぐために２重系として検出器や駆動回路を２系統用意
し、切替えて使用することも考えられるが、制御装置が
高価なものとなるという問題がある。

【００１１】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、エレベータの電動機系の故障
であっても、階間に閉じ込められた乗客を安全に最寄り
の階床まで導き、救出することのできるエレベータの制
御装置を提供することを目的とする。

【００１２】さらに、専用の検出器や駆動装置を設ける
ことなく、安価なエレベータの制御装置を構成すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係るエレベー
タの制御装置は、界磁の少なくとも一部を永久磁石で構
成した電動機によって駆動されエレベータを昇降させる
巻上機と、前記巻上機を駆動するスイッチング素子とダ
イオードが逆並列接続されてなるインバータ装置と、前
記インバータ装置の直流母線電圧側に接続された平滑用
コンデンサと、前記インバータ装置と三相交流電源とを
電気的に切り離す電磁接触器と、前記平滑用コンデンサ
と並列に設けられ、抵抗と通電素子からなる電力消費回
路と、前記インバータの直流側の母線電圧を検出する直
流電圧検出手段と、直流電源の電圧指令値を出力する直
流電圧指令手段と、前記直流電圧検出手段で検出された
直流電圧と、前記直流電圧指令手段により出力された電
圧指令値との偏差をもとに前記電力消費回路の通電素子
を導通制御する母線電圧制御手段とを備えたことを特徴
とするものである。

【００１４】また、前記母線電圧制御手段は、前記電磁
接触器および前記インバータ装置のスイッチング素子を
遮断状態としたまま巻上機のブレーキを解放したとき、
前記母線電圧を前記電圧指令値以下に制御することを特
徴とするものである。

【００１５】また、前記直流電圧指令手段は、直流電源
によってエレベータを駆動して昇降させるときに必要と
され、主に機器保護を目的とした制限値である直流電圧
値と、電源が断たれたときに、ブレーキ解放によって昇
降するエレベータにより駆動される巻上機に設けた電動
機が発電し、インバータを介して直流電源に回生される
制動電圧の制限値である直流電圧値の少なくとも２値か
ら選択した値を電圧指令することを特徴とするものであ
る。

【００１６】また、前記直流電圧指令手段の電圧指令値
は、エレベータのブレーキ解放時における昇降速度を許
容速度に抑えるため、エレベータのかごと釣合いおもり
の不平衡荷重に対応し、巻上機に設けた電動機が前記許
容速度で発電し、インバータ装置を介して直流電源に回
生される電圧を超えない値とすることを特徴とするもの
である。

【００１７】また、電動機の帰還速度を検出するための
速度検出器と、エレベータ速度指令を出力する速度指令
発生手段とをさらに備えており、前記直流電圧指令手段
は、前記速度検出器により検出された帰還速度と、前記
速度指令発生手段により出力された救出運転速度との偏
差に応じて、前記電圧指令値を修正することを特徴とす
るものである。

【００１８】また、直流母線に流れる直流電流の脈動を
検出するための電流検出器と、該電流検出器により検出
された直流電流の脈動をもとに電動機の回転速度を検出
する回転速度検出手段と、エレベータ速度指令を出力す
る速度指令発生手段とをさらに備えており、前記直流電
圧指令手段は、前記回転速度検出手段により検出された
回転速度と、前記速度指令発生手段により出力された救
出運転速度との偏差に応じて、前記電圧指令値を修正す
ることを特徴とするものである。

【００１９】さらに、前記電圧検出手段により直流母線
間の直流電圧の脈動を検出し、該検出された直流電圧の
脈動をもとに電動機の回転速度を検出する回転速度検出
手段と、エレベータ速度指令を出力する速度指令発生手
段とをさらに備えており、前記直流電圧指令手段は、前
記回転速度検出手段により検出された回転速度と、前記
速度指令発生手段により出力された救出運転速度との偏
差に応じて、前記電圧指令値を修正することを特徴とす
るものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明の実
施の形態１に係るエレベータの制御装置の構成図であ
り、特に救出運転時の構成を示す。図７に示す従来例と
同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。ただ
し、本実施の形態１において、電動機１は永久磁石形同
期電動機とする。また、新たな符号として、２３は直流
母線の電圧を決定する直流電圧指令回路、２４は直流電
圧指令回路２３と母線電圧制御回路１６の補助電源であ
って、三相交流電源７が停電し、制御電源が停止した場
合などに稼動するバックアップ電源である。なお、本実
施の形態１に係るエレベータの制御装置は、通常運転時
は前記従来例と同様の構成であり、同様に動作する。

【００２１】次に、本実施の形態１に係るエレベータの
制御装置における救出運転時の動作について説明する。
エレベータが階間で停止しており、電動機制御系の故障
により再起動ができない場合に、本制御装置は次の様に
動作する。先ず、電磁接触器の接点８を開放したまま、
ブレーキ６を開放する。また、インバータ制御回路１３
によりインバータ装置のスイッチング素子１１ａを電気
的に遮断したままとしておく。

【００２２】通常かご４と釣合おもり５との間には多少
の不平衡荷重があり、ブレーキ開放によってどちらか重
い方に引かれるように巻上機２が回転し、これと系合さ
れた電動機１が回転する。電動機１が永久磁石形同期電
動機の場合、電動機１は外力による回転のために発電機
として作用し、発生した出力がインバータ１１へ供給さ
れる。インバータのスイッチング素子１１ａは電気的に
遮断されているため、電動機１からの発生電力はインバ
ータのダイオード１１ｂを介して直流母線に供給され
る。ここで発生した電流によって電動機は制動力を得
る。

【００２３】ところが、コンバータ９は電源側に電力を
回生しないため、母線電圧が徐々に上昇し、電動機の誘
起電圧と母線電圧が釣り合ったところで、電動機から直
流母線への電力の流入がなくなり、電動機の制動力がゼ
ロとなる。そこで、本実施の形態１に係る制御装置で
は、速度指令発生回路１８から指令される救出運転速度
以下に電動機の速度を抑えるため、予めかご内負荷に応
じて設定された不平衡荷重に基づき、直流電圧指令回路
２３が電圧指令値を出力する。母線電圧が電圧指令値を
超えた場合に、母線電圧制御回路１６が通電素子１５を
導通させることで、直流母線に蓄えられた電力を抵抗１
４で消費し、コンデンサ１０の電圧を低下させる。これ
を繰り返すことで母線電圧を電圧指令値以下に保ち、電
動機の制動力を連続的に確保する。

【００２４】なお、前記抵抗１４は等価的に電動機１の
制動抵抗として作用する。こうして母線電圧を電圧指令
値以下にすることにより、エレベータかごの速度を安全
な速度に保ちながら、かごを最寄りの階床まで運転する
ことが可能となる。

【００２５】ところで、母線電圧を制御することによっ
て、エレベータかごを制御できるのは次の理由による。
永久磁石形同期電動機において、誘起電圧が速度に比例
し、電流が誘起電圧と母線電圧の電圧差に比例し、制動
トルクが電流に比例することを考慮すれば、母線電圧と
電動機速度、制動トルクは図２に示す関係を有する。ま
た、定常速度時を考えれば、制動トルクは不平衡荷重と
みなすことができるので、不平衡荷重に応じて母線電圧
を制御すれば、電動機速度を所定値以下に抑えることが
でき、エレベータかごの速度を制御することができる。

【００２６】このように、本発明の実施の形態１に係る
エレベータの制御装置は、救出運転の際に、故障の考え
られる速度検出器、帰還電流検出器、インバータのスイ
ッチング素子、並びに電磁接触器を用いずに、安全にエ
レベータかごを最寄りの階床まで運転し乗客を救出する
ことができる。なお、上記方法では、電動機毎に図２に
示す母線電圧と電動機速度、制動トルクの関係を把握す
ることと、救出運転時の不平衡荷重を精度よく検出して
おく必要がある。

【００２７】これに対し、図２に示す母線電圧と電動機
速度、制動トルクの関係データを用いない構成として、
図３に示す本発明の実施の形態２が考えられる。

【００２８】実施の形態２．図３は本発明の実施の形態
２に係るエレベータの制御装置の構成図であり、図１に
示す本発明の実施の形態１と同一部分は同一符号を付し
てその説明は省略する。また、ここでの直流電圧指令回
路２３は、速度指令発生回路１８からの速度指令と、速
度検出器１７からの帰還速度の偏差に基づいて電圧指令
値を作成する回路であり、その他の構成は図１と同様で
あるためその説明は省略する。

【００２９】この直流電圧指令回路２３を設けたことに
より、電動機速度の検出値に基づいて確実に指令速度で
エレベータかごを運転できるので、乗客をより安全に救
出することが可能となる。

【００３０】しかし、本発明の実施の形態２では、帰還
速度を求めるのに速度検出器１７を用いているため、速
度検出器の故障を考えると、速度検出器によらない構成
が必要である。そこで、図４に示す本発明の実施の形態
３が考えられる。

【００３１】実施の形態３．図４は本発明の実施の形態
３に係るエレベータの制御装置の構成図であり、図３に
示す本発明の実施の形態２と同一部分は同一符号を付し
てその説明は省略する。また、新たな符号として、２５
は電流検出器２１により検出した直流母線の電流から回
転速度を求める回転速度検出回路である。

【００３２】次に、上記構成に係る動作について説明す
る。前記のとおり、インバータのスイッチング素子１１
ａは電気的に遮断されているため、電動機１からの発生
電力はインバータのダイオード１１ｂを介して直流母線
に供給される。この時のダイオード１１ｂは三相電源に
対するダイオードコンバータと同様に作用するため、直
流母線の電圧および電流は図６のように変化する。図６
に示すとおり、電動機１からの発生電力によって生じた
直流母線の電流は電動機の誘起電圧のリップルに対応
し、電気角１周期に対し、６回の脈動波形を呈する。こ
の直流母線の電流の脈動を電流検出器２１で監視するこ
とで、電動機の電気角速度が検出することができ、さら
にはモータの極対数で電気角速度を除することで電動機
の回転速度を検出することができる。

【００３３】実施の形態４．また、図５に示す構成によ
り、直流母線の電圧の脈動を監視することによっても、
本発明の実施の形態３と同様に電動機の回転速度を検出
することが可能である。

【００３４】次に、上記構成に係る動作について説明す
る。前記のとおり、直流母線の電圧および電流は図６の
ように変化する。図６に示すとおり、電動機１からの発
生電力によって生じた直流母線の電圧は電動機の誘起電
圧のリップルに対応し、電気角１周期に対し、６回の脈
動波形を呈する。この直流母線の電圧の脈動を電圧検出
器２１で監視することで、電動機の電気角速度が検出す
ることができ、さらにはモータの極対数で電気角速度を
除することで電動機の回転速度を検出することができ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、直流
電圧検出手段で検出された直流電圧と直流電圧指令手段
にて出力される電圧指令値との偏差をもとに電力消費回
路の通電素子を導通制御することで、電動機系の故障発
生時においても、エレベータの制動を継続的に維持で
き、エレベータかごを最寄りの階床まで導くことができ
る。さらに、別個に検出器や駆動回路を用意する必要が
なくなり安価なエレベータの構成を得ることができる。

【００３６】また、電動機を安全な速度に保つことがで
き、これに係合したエレベータかごも安全な速度に保ち
ながら、最寄りの階床まで導くことができる。

【００３７】また、直流電圧値が選択指令されることに
より、機器保護を確実なものとし、かつ、エレベータの
故障時についても安全な速度でエレベータの制御ができ
る。

【００３８】また、エレベータの昇降速度の制御が可能
となり、エレベータの故障時の制御においても母線電圧
を常に予め設定された所定値以下にできるため、継続的
な運転が可能となる。

【００３９】また、確実に指令速度でエレベータを制御
することが可能であり、より安全にエレベータの昇降速
度を保つことができる。

【００４０】さらに、速度検出器によることなく電動機
の回転速度を監視できるため、速度検出器の故障時にお
いてもエレベータを安全な速度で最寄りの階床まで導く
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるエレベータ制
御装置の救出運転時の構成図である。

【図２】 この発明による永久磁石形同期電動機の制御
特性を示す図である。

【図３】 この発明の実施の形態２によるエレベータ制
御装置の救出運転時の構成図である。

【図４】 この発明の実施の形態３によるエレベータ制
御装置の救出運転時の構成図である。

【図５】 この発明の実施の形態４によるエレベータ制
御装置の救出運転時の構成図である。

【図６】 この発明による救出運転時の直流母線の電圧
と電流波形を示す図である。

【図７】 従来のエレベータ制御装置の構成図である。

【符号の説明】

１ 電動機、２ 巻上機、３ 主索、４ エレベータの
かご、５ 釣合おもり、６ ブレーキ、７ 三相交流電
源、８ 電磁接触器の接点、９ コンバータ、１０ コ
ンデンサ、１１ 電圧型インバータ装置、１１ａ スイ
ッチング素子、１１ｂ ダイオード、１２ 電流検出
器、１３ インバータ制御回路、１４ 抵抗、１５ 通
電素子、１６ 電圧制御回路、１７ 速度検出器、１８
速度指令回路、１９ 速度制御回路、２０ 直流電圧
検出器、２１ 電流検出器、２２過電流検出回路、２３
直流電圧指令回路、２４ バックアップ電源回路、２
５回転速度検出回路。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 界磁の少なくとも一部を永久磁石で構成
   した電動機によって駆動されエレベータを昇降させる巻
   上機と、 前記巻上機を駆動するスイッチング素子とダイオードが
   逆並列接続されてなるインバータ装置と、 前記インバータ装置の直流母線電圧側に接続された平滑
   用コンデンサと、 前記インバータ装置と三相交流電源とを電気的に切り離
   す電磁接触器と、 前記平滑用コンデンサと並列に設けられ、抵抗と通電素
   子からなる電力消費回路と、 前記インバータの直流側の母線電圧を検出する直流電圧
   検出手段と、 直流電源の電圧指令値を出力する直流電圧指令手段と、 前記直流電圧検出手段で検出された直流電圧と、前記直
   流電圧指令手段により出力された電圧指令値との偏差を
   もとに前記電力消費回路の通電素子を導通制御する母線
   電圧制御手段とを備えたことを特徴とするエレベータの
   制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のエレベータの制御装置
   において、 前記母線電圧制御手段は、前記電磁接触器および前記イ
   ンバータ装置のスイッチング素子を遮断状態としたまま
   巻上機のブレーキを解放したとき、前記母線電圧を前記
   電圧指令値以下に制御することを特徴とするエレベータ
   の制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のエレベータ制
   御装置において、前記直流電圧指令手段は、 直流電源によってエレベータを駆動して昇降させるとき
   に必要とされ、主に機器保護を目的とした制限値である
   直流電圧値と、 電源が断たれたときに、ブレーキ解放によって昇降する
   エレベータにより駆動される巻上機に設けた電動機が発
   電し、インバータを介して直流電源に回生される制動電
   圧の制限値である直流電圧値の 少なくとも２値から選択した値を電圧指令することを特
   徴とするエレベータの制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載のエレ
   ベータの制御装置において、 前記直流電圧指令手段の電圧指令値は、 エレベータのブレーキ解放時における昇降速度を許容速
   度に抑えるため、エレベータのかごと釣合いおもりの不
   平衡荷重に対応し、巻上機に設けた電動機が前記許容速
   度で発電し、インバータ装置を介して直流電源に回生さ
   れる電圧を超えない値とすることを特徴とするエレベー
   タの制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のエレベータの制御装置
   において、 電動機の帰還速度を検出するための速度検出器と、エレ
   ベータ速度指令を出力する速度指令発生手段とをさらに
   備えており、 前記直流電圧指令手段は、 前記速度検出器により検出された帰還速度と、前記速度
   指令発生手段により出力された救出運転速度との偏差に
   応じて、前記電圧指令値を修正することを特徴とするエ
   レベータの制御装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のエレベータの制御装置
   において、 直流母線に流れる直流電流の脈動を検出するための電流
   検出器と、 該電流検出器により検出された直流電流の脈動をもとに
   電動機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 エレベータ速度指令を出力する速度指令発生手段とをさ
   らに備えており、 前記直流電圧指令手段は、 前記回転速度検出手段により検出された回転速度と、前
   記速度指令発生手段により出力された救出運転速度との
   偏差に応じて、前記電圧指令値を修正することを特徴と
   するエレベータの制御装置。
7. 【請求項７】 請求項１に記載のエレベータの制御装置
   において、 前記直流電圧検出手段により直流母線間の直流電圧の脈
   動を検出し、該検出された直流電圧の脈動をもとに電動
   機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、 エレベータ速度指令を出力する速度指令発生手段とをさ
   らに備えており、 前記直流電圧指令手段は、 前記回転速度検出手段により検出された回転速度と、前
   記速度指令発生手段により出力された救出運転速度との
   偏差に応じて、前記電圧指令値を修正することを特徴と
   するエレベータの制御装置。