JP4781853B2 - エレベータ装置 - Google Patents

Description

この発明は、複数の巻上機によりかごを走行させるエレベータ装置に関するものである。

複数の巻上機を有するエレベータ装置においては、全ての電動機の回転速度をそれぞれ制御し同期させることが求められる。電動機の速度を制御する場合には、電動機の速度をその回転速度指令に追従させるような速度制御系とすることが一般的である。しかしながら、複数の巻上機を制御する場合、単なる速度制御だけでは、制御誤差、外乱、駆動シーブの径の誤差によるロープ送り量の違いなどの影響で、駆動シーブにかかるロープ張力に偏りが生じ、その結果、電動機にかかる負荷に偏りが生じたり、必要なトラクション力が確保できなくなったりする問題がある。このため、速度だけではなく、電動機にかかる負荷の偏りも考慮する必要がある。

従来のエレベータの制御装置では、電動機と同数の電力変換器を用い、それぞれの電動機に対して、かごを駆動するのに必要なトルクを分配するトルク分配手段と、速度制御系のループゲインを等しくする調整手段とが設けられている。これにより、電動機のトルク量によらず、速度制御系のループゲインが等しくなり、制御系の信頼性と制御性の向上が実現される（例えば、特許文献１参照）。

また、起動時及び着床時等の低速時には２台の巻上機のうち１台のみを駆動し、高速時には両方の巻上機を駆動することにより、低速時のトルクリップルの影響を小さくし、高速走行時のトラクション力を確保する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平７−３３３４２号公報 特開昭５６−３３３６１号公報

しかし、特許文献１には、２台の電動機で１個の駆動シーブを回転させる構成しか示されておらず、複数の駆動シーブを持つエレベータ装置には特許文献１の技術を適用できない。また、特許文献２には、電動機の具体的な制御方法が示されておらず、２台の巻上機に速度差が生じた場合には、駆動シーブの両端にかかるロープの張力差が大きくなり、必要なトラクション力を確保できずに駆動シーブに対してロープが滑る可能性があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、必要なトラクション力を確保しつつ、複数の巻上機の回転速度を同期させ、制御性を向上させることができるエレベータ装置を得ることを目的とする。

この発明に係るエレベータ装置は、第１駆動シーブを有する第１巻上機、第２駆動シーブを有する少なくとも１台の第２巻上機、第１及び第２駆動シーブに巻き掛けられている主索、主索により吊り下げられ、第１及び第２巻上機の駆動力により昇降されるかご、及び第１及び第２巻上機の運転を制御する制御装置を備え、制御装置は、かごの走行速度に関する速度指令に基づいて第１巻上機の運転を制御する第１制御部と、速度指令とは別に生成されたトルク指令に基づいて第２巻上機の運転を制御する第２制御部とを有している。

この発明のエレベータ装置は、第１巻上機を速度指令に基づいて制御し、第２巻上機をトルク指令に基づいて制御するので、第１及び第２巻上機の回転速度と第１及び第２駆動シーブの両側にかかる主索の張力差とを同時に制御することができ、必要なトラクション力を確保しつつ、複数の巻上機の回転速度を同期させ、制御性を向上させることができる。

以下、この発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるエレベータ装置を示す構成図である。図において、かご１及び釣合おもり２は、主索３により昇降路内に吊り下げられ、第１及び第２巻上機４，５の駆動力により昇降される。

第１巻上機４は、主索３が巻き掛けられた第１駆動シーブ６、第１駆動シーブ６を回転させる第１電動機７、第１駆動シーブ６の回転を制動する第１ブレーキ（図示せず）、第１電動機７の回転位置を検出するための第１位置検出器８、及び第１電動機７の回転速度を検出するための速度検出器９を有している。

第２巻上機５は、主索３が巻き掛けられた第２駆動シーブ１０、第２駆動シーブ１０を回転させる第２電動機１１、第２駆動シーブ１０の回転を制動する第２ブレーキ（図示せず）、第２電動機１１の回転位置を検出するための第２位置検出器１２、及び第２電動機１１の回転速度を検出するための第２速度検出器１３を有している。

主索３は、第１及び第２駆動シーブ６，１０の両方に巻き掛けられている。駆動シーブ６，１０は、ギヤを介さずに電動機７，１１の回転軸に直結されている。位置検出器８，１２及び速度検出器９，１３としては、例えばエンコーダ又はレゾルバ等が用いられている。

第１電動機７は、第１電力変換器１４により駆動される。第２電動機１１は、第２電力変換器１５により駆動される。第１及び第２電力変換器１４，１５としては、インバータが用いられている。第１及び第２電力変換器１４，１５には、主電源１６からの電力が供給される。

第１電力変換器１４と第１電動機７との間には、第１電流検出器１７が設けられている。第２電力変換器１５と第２電動機１１との間には、第２電流検出器１８が設けられている。

第１及び第２電力変換器１４，１５は、制御装置１９によって制御される。即ち、第１及び第２巻上機４，５の運転は、制御装置１９によって制御される。制御装置１９は、第１巻上機４の運転を制御する第１制御部（速度制御部）２０と、第２巻上機５の運転を制御する第２制御部（トルク制御部）２１とを有している。

第１制御部２０は、第１パルス発生部２２、第１電流制御部２３、速度制御部２４及び速度指令生成部２５を有している。第１パルス発生部２２は、第１電力変換器１４を駆動するためのＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号を生成し第１電力変換器１４に出力する。

速度指令生成部２５は、乗場又はかご１内からの呼び登録に応じて、かご１の速度パターンを生成する。また、速度指令生成部２５は、速度パターンとかご位置とに基づいて速度指令を生成し、速度制御部２４に送る。

速度制御部２４は、速度検出器９からの速度検出信号と、速度指令生成部２５からの速度指令とに基づいて、第１電動機７の回転速度が速度指令値に一致するようにトルク値を演算し、演算結果を第１トルク指令として第１電流制御部２３に送る。

第１電流制御部２３は、第１電流検出器１７からの電流検出信号、第１位置検出器８からの回転位置検出信号、及び第１速度制御部２４からの第１トルク指令に基づいて、第１パルス発生部２２を制御する。

具体的には、第１電流制御部２３は、第１速度制御部２４からの第１トルク指令を電流指令値に換算し、第１電流検出器１７により検出される電流値が電流指令値に一致するように第１パルス発生部２２を制御する。このとき、第１電流制御部２３による電流制御には、ベクトル制御が用いられる。即ち、第１電動機７の磁極位置（回転位置）、第１トルク指令から換算された電流指令値、及び第１電流検出器１７による検出電流値を入力とし、第１電力変換器１４が出力すべき電圧値を演算し、第１パルス発生部２２にその値を出力する。

第２制御部２１は、第２パルス発生部２６、第２電流制御部２７及びトルク指令生成部２８を有している。第２パルス発生部２６は、第２電力変換器１５を駆動するためのＰＷＭ信号を生成し第２電力変換器１５に出力する。

トルク指令生成部２８は、第２電動機１１に発生させるトルクに関する第２トルク指令を、速度制御部２４による第１トルク指令の生成とは独立して生成する。第２トルク指令は、かご１側の重量と釣合おもり２側の重量との差を打ち消すようなトルクを発生させるための指令である。第２電流制御部２７は、第２電流検出器１８からの電流検出信号、第２位置検出器１２からの回転位置検出信号、及びトルク指令生成部２８からの第２トルク指令に基づいて、第２パルス発生部２６を制御する。

具体的には、第２電流制御部２７は、トルク指令生成部２８からの第２トルク指令を電動機電流値に換算し、第２電流検出器１８により検出される電流値が換算した電動機電流値に一致するように第２パルス発生部２６を制御する。第２電流制御部２７による電流制御にも、第１電流制御部２３と同様のベクトル制御が用いられる。

制御装置１９は、演算処理部（ＣＰＵ）、記憶部（ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードディスク等）及び信号入出力部を持ったコンピュータ（図示せず）を有している。即ち、第１パルス発生部２２、第１電流制御部２３、速度制御部２４、速度指令生成部２５、第２パルス発生部２６、第２電流制御部２７及びトルク指令生成部２８の機能は、コンピュータにより実現される。このため、コンピュータの記憶部には、上記の機能を実現するためのプログラムが格納されている。

次に、動作について説明する。かご１が走行する場合、まず第１及び第２ブレーキを解放する前に、第１及び第２電動機７，１１のトルクの和が、乗客重量を加えたかご１側重量と釣合おもり２側の重量の差と等しくなるように、速度制御部２４及びトルク指令生成部２８からトルク指令が出力される。

このとき、かご１内の乗客重量は、通常かご１に設置された秤装置（図示せず）を用いて計測される。また、第１及び第２電動機７，１１の容量が同じ場合、トルクは均等に分配される。さらに、第１及び第２電動機７，１１の容量が異なる場合は、例えば容量比率と同じトルク比率となるように、容量に応じてトルクの配分比が設定される。

次に、第１及び第２ブレーキが開放されると速度指令生成部２５から速度指令が出力される。この速度指令に基づいて第１電動機７が制御されることにより、かご１が速度パターンに沿った速度で走行される。このとき、トルク指令生成部２８の出力は保持されるため、かご１の加減速に必要なトルクは、第１電動機７のみでまかなうこととなる。そして、第２電動機１１には主索３を介して第１電動機７の回転が伝達されるため、第２電動機１１は、第１電動機７の回転に同期（追従）して回転される。

このようなエレベータ装置では、第１電動機７を速度制御にし、第２電動機１１をトルク制御にしたので、巻上機４，５の回転速度と駆動シーブ６，１０の両側にかかる主索３の張力差とを同時に制御することができ、必要なトラクション力を確保しつつ、複数の巻上機４，５の回転速度を同期させ、制御性を向上させることができる。

実施の形態２．
次に、図２はこの発明の実施の形態２によるエレベータ装置を示す構成図である。図において、釣合おもり２は、第１及び第２釣合おもり２ａ，２ｂに分割されている。第１及び第２釣合おもり２ａ，２ｂは、互いに同じ重量である。主索３は、第１釣合おもり２ａ及びかご１を吊り下げる第１主索３ａと、第２釣合おもり２ｂ及びかご１を吊り下げる第２主索３ｂとを含んでいる。第１及び第２主索３ａ，３ｂは、駆動シーブ６，１０の回転方向が逆方向になるように駆動シーブ６，１０に巻き掛けられている。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このようなエレベータ装置では、シーブ径の誤差などに起因して主索３ａ，３ｂの送り量に差が生じると、駆動シーブ６，１０とかご１との間の２組の主索３ａ，３ｂにかかる張力にアンバランスが生じ、巻上機４，５の一方に過大な負荷がかかることになる。これに対して、実施の形態２では、第１電動機７を速度制御にし、第２電動機１１をトルク制御にしたので、主索３ａ，３ｂの張力差が制御されるため、巻上機４，５による主索３ａ，３ｂの送り量が同じになるように制御され、良好な運転性能を得ることができる。

実施の形態３．
次に、図３はこの発明の実施の形態３によるエレベータ装置を示す構成図である。図において、主索３は、第１駆動シーブ６及び第１返し車２９に巻き掛けられた第１主索３ａと、第２駆動シーブ１０及び第２返し車３０に巻き掛けられた第２主索３ｂとを含んでいる。他の構成は、実施の形態１と同様である。

このようなエレベータ装置では、主索３ａ，３ｂの送り量に差が生じると、駆動シーブ６，１０とかご１との間の主索３ａ，３ｂの張力のアンバランスに加えて、駆動シーブ６，１０と釣合おもり２との間の主索３ａ，３ｂの張力にもアンバランスが生じる。これに対して、実施の形態３では、第１電動機７を速度制御にし、第２電動機１１をトルク制御にしたので、主索３ａ，３ｂの張力差が制御されるため、巻上機４，５による主索３ａ，３ｂの送り量が同じになるように制御され、良好な運転性能を得ることができる。

実施の形態４．
次に、図４はこの発明の実施の形態４によるエレベータ装置を示す構成図である。図において、第２制御部２１は、実施の形態１の構成に加えて、トルク指令補正部３１を有している。トルク指令補正部３１は、速度制御部２４から出力される第１トルク指令とトルク指令生成部２８から出力される第２トルク指令とに応じて、第１及び第２電流制御部２３，２７へ出力する第１及び第２トルク指令を補正する。

また、トルク指令補正部３１は、第１及び第２電流制御部２３，２７へ補正後に入力される第１及び第２トルク指令が互いに同符号になる範囲で補正を行う。つまり、第１電動機７が力行運転であれば第２電動機１１も力行運転とし、第１電動機７が回生運転であれば第２電動機１１も回生運転となる範囲内で第１及び第２トルク指令を補正する。

図５は図４のトルク指令補正部３１の構成の一例を示す回路図である。図中のＫはゲインであり、ｚ^−１はディジタル制御系における時間遅れを表す。トルク指令補正部３１は、速度制御部２４から出力された第１トルク指令と、後述する補正前の第２トルク指令との差に応じて、第１トルク指令の補正量を演算して出力する。同時に、第１トルク指令の補正量を補正前の第２トルク指令から減じた値を補正後の第２トルク指令として出力する。以上のような手順で両電動機７，１１に対するトルク指令が補正される。

なお、補正前の第２トルク指令とは、走行を開始する前は、トルク指令生成部２８によるトルク指令を指し、走行中においては１ステップ前に出力された第２トルク指令を指す。この例では、第１トルク指令に対する補正量と同じ大きさのトルク補正が第２トルク指令に対しても行われるので、第１及び第２トルク指令の和は、補正前と補正後とで不変である。よって、かご１は速度指令に従って昇降される。

また、同容量の電動機７，１１を用いる場合は、通常は電動機７，１１の出力が同じになるように制御することが望ましい。つまり、全ての電動機７，１１の出力トルクが等しくなるように制御することが望ましい。２台の電動機７，１１を用いる場合、Ｋ＝０．５とすれば両電動機７，１１に対するトルク指令を等しくすることができる。

このようなエレベータ装置では、第１電動機７を速度制御にし、第２電動機１１をトルク制御にしたので、巻上機４，５の回転速度と駆動シーブ６，１０の両側にかかる主索３の張力差とを同時に制御することができ、必要なトラクション力を確保しつつ、複数の巻上機４，５の回転速度を同期させ、制御性を向上させることができる。
また、トルクが均衡するように補正する手段を設けたので、主索３の送り量に差が生じるような動作が発生しなくなる。
さらに、電動機７，１１のトルクを高精度に均衡させることができるため、高いトラクション能力を確保することができ、高速度、高加速度でかご１を運転することが可能である。

なお、例えば電動機７，１１の容量が異なる場合には、出力トルクの比率が電動機の容量の比率と同じになるようにトルク指令を補正するようにしてもよい。
また、実施の形態４では、図１と同じ機械システムを用いたが、図２や図３で示した機械システムの構成を用いてもよい。

実施の形態５．
次に、図６はこの発明の実施の形態５によるエレベータ装置を示す構成図である。図において、トルク指令補正部３１には、電動機７，１１等の駆動機器の負荷状態を検出する負荷状態検出手段３２からの信号が入力される。負荷状態としては、例えば電動機７，１１の温度状態があり、以降では温度状態を例として説明する。

電動機７，１１の温度状態は、電動機電流から推定してもよいし、電動機７，１１に温度センサを設置して計測してもよい。電動機電流から推定する場合には、例えば予め設定した時間内における電流実効値の２乗値に基づいて推定してもよいし、予め設定した時間内における電流の瞬時値の２乗の積算値に基づいて推定してもよい。

トルク指令補正部３１は、速度制御部２４から出力される第１トルク指令と、トルク指令生成部２８から出力される第２トルク指令と、負荷状態検出手段３２で検出された駆動機器の負荷状態（温度状態）とに基づいて、負荷状態（温度状態）の高い方の電動機７，１１の電流値が小さくなるようにトルク補正を行う。即ち、トルク指令補正部３１は、２台の電動機７，１１の負荷状態（温度状態）を均一に保つようにトルク補正を行う。これは、電動機７，１１の負荷状態（温度状態）の比率に基づいて両巻上機４，５の発生トルクの比を設定することで実現される。

図７は図６のトルク指令補正部３１のトルク補正動作を示す説明図である。図７において、上側のグラフは、電動機７，１１の温度状態の時間変化を表しており、下側のグラフは電動機７，１１の発生トルクの割合の時間変化を表している。また、両グラフとも、第１電動機７を実線、第２電動機１１を破線で示している。

さらに、トルク割合は、かご１を走行させるために必要なトルクを１００％として、その割合を示している。つまり、補正前の第１及び第２トルク指令の値の和と、トルク補正後の第１及び第２トルク指令の値の和とは等しい。この例では、電動機７，１１の負荷状態（温度状態）に応じて発生トルクの割合を設定するが、具体的には、例えば温度状態の比率の逆数がトルク割合の比と一致するようにトルクを補正する。

図７において、時刻０では両方の電動機７，１１の温度が同じであるため、トルク割合は両巻上機４，５とも５０％とする。これにより両巻上機４，５とも同じ量の電動機電流が流れるため、電動機の発熱による温度変化は両巻上機で均一に保たれる。

これに対し、時刻ｔ１で、何らかの影響により両電動機７，１１の温度状態が異なるα１、α２になると、電動機７，１１の発生トルクの比β１／β２を温度状態の比α１／α２の逆数α２／α１となるようにトルク割合を設定する（β１／β２＝α２／α１）。これにより、第２電動機１１の方が温度状態の比率に応じて、第１電動機７よりも大きなトルクを発生し、第１電動機７の温度上昇が第２電動機１１の温度上昇よりも小さくなり、両電動機７，１１の温度状態が均一となる方向に制御される。

なお、温度上昇量は電動機電流値実効値の自乗に比例するため、電動機電流がトルクに比例する場合には、各巻上機４，５のトルク割合の自乗比が温度状態の比の逆数になるように設定してもよい。つまり、図７の時刻ｔ１において、電動機の発生トルクの比をβ１／β２＝√（α２／α１）となるように両巻上機４，５のトルク割合β１、β２を設定してもよい。

以上は主に電動機容量が同じ場合に適用されるが、電動機容量が異なる場合には、電動機電流から換算される温度上昇量が２台の電動機７，１１において等しくなるような配分でトルクを補正するように動作させる。例えば、電動機７，１１の電動機容量比がγ１：γ２であった場合には、前記で演算されたトルク割合β１とβ２とにそれぞれγ１／（γ１＋γ２）、γ２／（γ１＋γ２）を乗じた、β１・γ１／（γ１＋γ２）、β２・γ２／（γ１＋γ２）となるトルク割合で補正するように動作させる。

このようなエレベータ装置では、電動機７，１１の負荷状態（温度状態）を検出し、それに応じてトルク配分を調整するようにしたので、電動機７，１１の負荷状態（温度状態）を制御することが可能となる。この結果、電動機特性の固体差や電動機容量の違いによらず、両巻上機４，５の負荷状態（温度状態）を均一にすることが可能であり、巻上機４，５のいずれか一方が過負荷となることを防止でき、サービスの低下を防止できる。また、両巻上機４，５の発熱による寿命劣化を同じにできる。さらに、第１電動機７を速度制御としたので、速度指令に従ってかご１を滑らかに昇降させることができる。

なお、負荷状態の検出対象となる駆動機器は、電動機に限定されるものではなく、例えばインバータ等の電力変換器であってもよい。
また、検出する負荷状態は、温度状態に限定されるものではなく、例えば、電動機の負荷トルク、電動機の動作音、又は駆動シーブの磨耗量などであってもよい。
さらに、実施の形態５では、図１と同じ機械システムを用いたが、図２や図３で示した機械システムの構成を用いてもよい。

さらにまた、上記の例では、１台の第２巻上機を用いたが、トルク制御される第２巻上機は２台以上であってもよい。即ち、この発明では、複数台の巻上機のうちの１台の巻上機が回転速度指令に追従させる速度制御で制御され、残りの電動機がトルク指令に追従させるトルク制御で制御される。
また、上記の例では、巻上機４，５が昇降路の上部に配置されているが、昇降路の下部に配置してもよい。
さらに、上記の例では、かご１及び釣合おもり２が１：１ローピング方式で吊り下げられているが、ローピング方式は特に限定されるものではなく、例えば２：１ローピング方式であってもよい。
さらにまた、上記の例では、第１及び第２制御部２０，２１の機能を１台のコンピュータにより実現したが、複数台のコンピュータに分けて実現してもよい。また、第１及び第２制御部２０，２１の機能は、アナログ信号を処理する電気回路によって実現することも可能である。
また、主索として、断面円形のロープを用いても、ベルト状のロープを用いてもよいことは勿論である。

この発明の実施の形態１によるエレベータ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるエレベータ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるエレベータ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるエレベータ装置を示す構成図である。 図４のトルク指令補正部の構成の一例を示す回路図である。 この発明の実施の形態５によるエレベータ装置を示す構成図である。 図６のトルク指令補正部のトルク補正動作を示す説明図である。

符号の説明

１ かご、３ 主索、４ 第１巻上機、５ 第２巻上機、６ 第１駆動シーブ、１０ 第２駆動シーブ、１９ 制御装置、２０ 第１制御部、２１ 第２制御部、２４ 速度制御部、２５ 速度指令生成部、２８ トルク指令生成部、３１ トルク指令補正部。

Claims (3)

1. 第１駆動シーブを有する第１巻上機、
   第２駆動シーブを有する少なくとも１台の第２巻上機、
   上記第１及び第２駆動シーブに巻き掛けられている主索、
   上記主索により吊り下げられ、上記第１及び第２巻上機の駆動力により昇降されるかご、及び
   上記第１及び第２巻上機の運転を制御する制御装置
   を備え、
   上記制御装置は、
   上記かごの走行速度に関する速度指令に基づいて求めた第１トルク指令により上記第１巻上機の運転を制御する第１制御部と、上記第１トルク指令とは別の第２トルク指令により上記第２巻上機の運転を制御する第２制御部とを有しているとともに、
   上記速度指令を生成する速度指令生成部と、上記速度指令生成部で生成された速度指令に基づいて上記第１トルク指令を求める速度制御部と、上記第２トルク指令を生成するトルク指令生成部と、トルク指令補正部とを有しており、
   上記トルク指令補正部は、上記第１トルク指令と上記第２トルク指令とに基づいて、上記第１及び第２トルク指令の和が、補正前と補正後とで不変となるように、上記第１及び第２トルク指令のそれぞれを補正することを特徴とするエレベータ装置。
2. 上記トルク指令補正部は、上記第１及び第２巻上機の電動機容量の比に基づいて上記第１及び第２トルク指令を補正することを特徴とする請求項１記載のエレベータ装置。
3. 上記トルク指令補正部は、上記かごを昇降させる駆動機器の負荷状態が均一になるように上記第１及び第２トルク指令を補正することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレベータ装置。

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