(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータで給電される誘導電動機が減速機を介してカウンタウェイトを備える巻上機を駆動するシステムであって、
前記誘導電動機に指令される速度指令値（Ｎ＃  ）に基づき、現在の速度設定値（Ｎ＊  ）を所定の加速勾配（増加値／単位時間）または所定の減速勾配（減少値／単位時間）で該速度指令値（Ｎ＃  ）に達する（Ｎ＊  ＝Ｎ＃  ）まで増加または減少させる速度設定値（Ｎ＊  ）と、該誘導電動機の速度検出値（ｎ）との偏差を調節演算して得られるトルク指令値（τ＊  ）と、該速度検出値（ｎ）から演算して得られる磁束指令値（φ＊  ）とによるベクトル演算をし、このベクトル演算値に基づき前記インバータを介して該誘導電動機を可変速制御する誘導電動機の制御装置において、
前記速度検出値（ｎ）から誘導電動機の加速度（Δｎ）を演算する加速度演算回路と、
加速度演算回路の演算値（Δｎ）と予め設定した前記誘導電動機軸換算の全はずみ車効果（ＧＤ２  ）とに基づいて誘導電動機と巻上機に対する加減速必要トルク（τ１２）を演算する加速トルク演算回路と、
前記システムの機械損最大値に対応する機械損補償トルク（τ０２）を予め設定するトルク設定回路と、
前記トルク指令値（τ＊  ）と加速度演算回路の演算値（Δｎ）と加速トルク演算回路の演算値（τ１２）とトルク設定回路の設定値（τ０２）と予め設定した前記カウンタウェイトの質量（ＣＷ）と前記誘導電動機の回転速度（ｎ）と該回転速度（ｎ）時の巻上機の昇降速度（ｖ）とから該巻上機が昇降させている荷重（ｍ）を推定する荷重推定回路と、
荷重推定回路の推定値（ｍ）と前記カウンタウェイトの質量（ＣＷ）と前記回転速度（ｎ）と前記昇降速度（ｖ）と加速度演算回路の演算値（Δｎ）とから該カウンタウェイトと前記荷重（ｍ）に対する走行トルク（τ０１）と加減速必要トルク（τ１１）とを演算するトルク演算回路と、
加速トルク演算回路の演算値（τ１２）とトルク設定回路の設定値（τ０２）とトルク演算回路の演算値（τ０１，τ１１）と前記誘導電動機の短時間及び連続の許容トルク−速度特性とから該誘導電動機の運転可能最大速度指令値（Ｎ０  ＃  ）を求める速度演算回路と、
前記運転可能最大速度指令値（Ｎ０  ＃  ）を新たな速度指令値（Ｎ＃  ）とする速度指令値変換回路とを備えたことを特徴とする誘導電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、巻上機の駆動源としての誘導電動機をベクトル制御により可変速制御する誘導電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、この種の誘導電動機をベクトル制御により可変速制御する誘導電動機の制御装置の従来例を示すブロック図であり、１は速度指令器、２は単一積分器、３は速度調節器、４は磁束指令値演算器、５はベクトル演算器、６は速度検出器、７は交流電源、８はインバータ、９は誘導電動機、１０は負荷を示す。
【０００３】
図６において、速度指令器１は誘導電動機９が運転するべき回転速度の速度指令値（Ｎ＃  ）を指令する。単一積分器２は予め定めた加速勾配（増加値／単位時間）または減速勾配（減少値／単位時間）で前記速度指令値（Ｎ＃  ）に達する（Ｎ＊  ＝Ｎ＃  ）まで増加または減少させる速度設定値（Ｎ＊  ）を出力する。速度調節器３は前記速度設定値（Ｎ＊  ）と速度検出器６の検出値（ｎ）との偏差を調節演算をして、該偏差を零にするトルク指令値（τ＊  ）を出力する。磁束指令値演算器４は前記検出値（ｎ）から磁束指令値（φ＊  ）を演算して出力する。
【０００４】
また、ベクトル演算器５では前記トルク指令値（τ＊  ）と磁束指令値（φ＊  ）とからインバータ８をベクトル制御する制御信号を出力し、その結果、交流電源７の電力がインバータ８により所望の電圧と周波数の交流電力に変換され、このインバータ８が出力する交流電力が給電される誘導電動機９は、ベクトル制御により可変速制御することができる。
【０００５】
図７は、前記速度指令値（Ｎ＃  ）と速度設定値（Ｎ＊  ）との関係を示すタイムチャートである。
図７において、時刻Ｔ０  で正転方向の速度指令値（Ｎ＃  ）が発せられると、時刻Ｔ０  から時刻Ｔ１  までの期間は、単一積分器２に設定された加速勾配（増加値／単位時間）に基づいて速度設定値（Ｎ＊  ）を正転方向に増加させ、時刻Ｔ１  でＮ＊  ＝Ｎ＃  となり、時刻Ｔ１  から速度指令値（Ｎ＃  ）が零にされる時刻Ｔ２  までの期間は、単一積分器２がＮ＊  （＝Ｎ＃  ）を出力し、時刻Ｔ２  から時刻Ｔ３  までの期間は、単一積分器２に設定された減速勾配（減少値／単位時間）に基づいて速度設定値（Ｎ＊  ）の正転方向の値を減少させ、時刻Ｔ３  でＮ＊  ＝０となり、時刻Ｔ３  から速度指令値（Ｎ＃  ）が逆転方向の速度指令値（Ｎ＃  ）が発せられる時刻Ｔ４  までの期間は、単一積分器２がＮ＊  （＝０）を出力し、時刻Ｔ４  から時刻Ｔ５  までの期間は、該減速勾配に基づいて速度設定値（Ｎ＊  ）の逆転方向の値を増加させ、時刻Ｔ５  でＮ＊  ＝Ｎ＃  となり、時刻Ｔ５  から速度指令値（Ｎ＃  ）が零にされる時刻Ｔ６  までの期間は、単一積分器２がＮ＊  （＝Ｎ＃  ）を出力し、時刻Ｔ６  から時刻Ｔ７  までの期間は、該加速勾配に基づいて速度設定値（Ｎ＊  ）の逆転方向の値を減少させ、時刻Ｔ７  でＮ＊  ＝０となる。
【０００６】
なお、上述の誘導電動機の制御装置が備える各制御要素は、周知の技術を用いて構成できるので、その詳細構成の説明を省略する。
図８は、図６に示した従来の誘導電動機の制御装置により、誘導電動機９の負荷１０として、減速機を介してカウンタウェイト（図示のＣＷ）を備える巻上機を駆動するシステムの動作説明図であり、図８（イ）はカウンタウェイト（ＣＷ）を備える巻上機の状態を示し、図８（ロ）は巻上機を昇降させる誘導電動機９の速度を示し、図８（ハ，ニ）は巻上機の昇降に伴う誘導電動機９の出力トルクを示している。
【０００７】
すなわち時刻ｔ０  以前の期間では荷重（図示のｍ）は地上にあり、このときには誘導電動機９は停止しており（速度＝０）、且つ図示しないブレーキにより制動が掛けられている。
先ず、時刻ｔ０  より巻上機は巻き上げを開始するが、図８（イ）の紙面左端図は時刻ｔ０  の巻上機の状態を示し、前記ブレーキは時刻ｔ０  の時点で開放され、時刻ｔ０  より時刻ｔ１  までは前記単一積分器２に設定された加速勾配で巻上機の巻き上げ速度（ｖ）を増加させている期間を示している。時刻ｔ１  において、前記速度指令値（Ｎ＃  ）と速度設定値（Ｎ＊  ）とが一致し、時刻ｔ１  より時刻ｔ２  までは巻上機の巻き上げ速度（ｖ）が一定の期間を示している。時刻ｔ２  より時刻ｔ３  までは前記単一積分器２に設定された減速勾配で巻上機の巻き上げ速度（ｖ）を減少させている期間を示している。時刻ｔ３  より時刻ｔ４  までは誘導電動機９は停止しており（速度＝０）、且つ前記ブレーキにより制動が掛けられ、この期間では、図８（イ）の紙面中央図の如く、荷重（図示のｍ）は空中に停止している。
【０００８】
次に、時刻ｔ４  より時刻ｔ５  までは前記単一積分器２に設定された減速勾配で巻上機の巻き下げ速度（ｖ）を増加させている期間を示している。時刻ｔ５  において、前記速度指令値（Ｎ＃  ）と速度設定値（Ｎ＊  ）とが一致し、時刻ｔ５  より時刻ｔ６  までは巻上機の巻き下げ速度（ｖ）が一定の期間を示している。時刻ｔ６  より時刻ｔ７  までは前記単一積分器２に設定された加速勾配で巻上機の巻き下げ速度（ｖ）を減少させている期間を示している。時刻ｔ７  以降の期間では荷重（図示のｍ）は地上にあり、このときには誘導電動機９は停止しており（速度＝０）、且つ前記ブレーキにより制動が掛けられている。図８（イ）の紙面右端図は時刻ｔ７  の巻上機の状態を示している。
【０００９】
また図８に示す如く、巻上機の一定走行に必要な誘導電動機９の出力トルク（図示のτ０  ）と、巻上機の加速または減速に必要な誘導電動機９の出力トルク（図示のτ０  ±τ１  ）とは、荷重（図示のｍ）とカウンタウェイト（図示のＣＷ）との関係で極性及び値が異なり、図８（ハ）はｍ＞ＣＷの場合，図８（ニ）はｍ＜ＣＷの場合の誘導電動機９の出力トルクパターンを示している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述の従来のインバータで給電される誘導電動機が減速機を介してカウンタウェイトを備える巻上機を駆動するシステムにおいては、巻上機の最大荷重での最高走行速度と、該最大荷重で加減速する際の必要トルク最大値と、減速機のギア比とから誘導電動機の定格速度と定格出力トルクとを選定していた。
【００１１】
しかしながら、例えばエレベータ式立体駐車場などにこのシステムを適用する場合などでは、荷重としての自動車の１台毎の重量が異なること、自動車の入場，退場のときに空車で昇降させることもあるなどから、最大荷重で昇降させることは稀で、殆どの場合は最大荷重に満たない軽荷重で昇降させることが多く、上記の選定条件で採用した誘導電動機では前記システムの利用効率が低くなってしまうという難点があった。
【００１２】
この発明の目的は上記問題点を解決し、軽荷重で昇降させるときには最大荷重のときに比してより高速に昇降させて、前記システムの利用効率を改善する誘導電動機の制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明は、インバータで給電される誘導電動機が減速機を介してカウンタウェイトを備える巻上機を駆動するシステムであって、前記誘導電動機に指令される速度指令値（Ｎ＃  ）に基づき、現在の速度設定値（Ｎ＊  ）を所定の加速勾配（増加値／単位時間）または所定の減速勾配（減少値／単位時間）で該速度指令値（Ｎ＃  ）に達する（Ｎ＊  ＝Ｎ＃  ）まで増加または減少させる速度設定値（Ｎ＊  ）と、該誘導電動機の速度検出値（ｎ）との偏差を調節演算して得られるトルク指令値（τ＊  ）と、該速度検出値（ｎ）から演算して得られる磁束指令値（φ＊  ）とによるベクトル演算をし、このベクトル演算値に基づき前記インバータを介して該誘導電動機を可変速制御する誘導電動機の制御装置において、
前記速度検出値（ｎ）から誘導電動機の加速度（Δｎ）を演算する加速度演算回路と、加速度演算回路の演算値（Δｎ）と予め設定した前記誘導電動機軸換算の全はずみ車効果（ＧＤ２  ）とに基づいて誘導電動機と巻上機に対する加減速必要トルク（τ１２）を演算する加速トルク演算回路と、前記システムの機械損最大値に対応する機械損補償トルク（τ０２）を予め設定するトルク設定回路と、前記トルク指令値（τ＊  ）と加速度演算回路の演算値（Δｎ）と加速トルク演算回路の演算値（τ１２）とトルク設定回路の設定値（τ０２）と予め設定した前記カウンタウェイトの質量（ＣＷ）と前記誘導電動機の回転速度（ｎ）と該回転速度（ｎ）時の巻上機の昇降速度（ｖ）とから該巻上機が昇降させている荷重（ｍ）を推定する荷重推定回路と、荷重推定回路の推定値（ｍ）と前記カウンタウェイトの質量（ＣＷ）と前記回転速度（ｎ）と前記昇降速度（ｖ）と加速度演算回路の演算値（Δｎ）とから該カウンタウェイトと前記荷重（ｍ）に対する走行トルク（τ０１）と加減速必要トルク（τ１１）とを演算するトルク演算回路と、加速トルク演算回路の演算値（τ１２）とトルク設定回路の設定値（τ０２）とトルク演算回路の演算値（τ０１，τ１１）と前記誘導電動機の短時間及び連続の許容トルク−速度特性とから該誘導電動機の運転可能最大速度指令値（Ｎ０  ＃  ）を求める速度演算回路と、前記運転可能最大速度指令値（Ｎ０  ＃  ）を新たな速度指令値（Ｎ＃  ）とする速度指令値変換回路とを備えた制御装置とする。
【００１４】
この発明によれば前記荷重推定回路で推定した荷重、誘導電動機の短時間及び連続の許容トルク−速度特性などから該誘導電動機の運転可能最大速度を算定し、この速度で運転することにより前記システムの利用効率の改善がなされる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施例を示す誘導電動機（以下、単に電動機とも称する）の制御装置のブロック図であり、図６に示した従来例ブロック図と同一機能を有するものには同一符号を付して、その説明を省略する。
すなわち図１においては、この制御装置には従来の制御要素の他に加速度演算回路２１と、加速トルク演算回路２２と、トルク設定回路２３と、荷重推定回路２４と、トルク演算回路２５と、速度演算回路２６と、速度指令値変換回路２７とが付加されている。
【００１６】
図２は、誘導電動機９の負荷１０としての減速機１０ａを介した巻上機１０ｂと、巻上機１０ｂのカウンタウェイト（図示のＣＷ）と荷重（図示のｍ）とからなるシステムを示す構成図である。
図２において、誘導電動機９が回転速度ｎ〔ｒ／ｍｉｎ〕で回転することで、減速機１０ａを介して巻上機１０ｂが回転し、荷重ｍは速度ｖ〔ｍ／ｍｉｎ〕で上昇，下降する。前記速度設定値（Ｎ＊  ）が増加または減少している期間、すなわち加減速時における速度調節器３の出力であるトルク指令値（τ＊  ）と走行トルク（τ０  ）と加減速必要トルク（τ１  ）とには式（１）の関係がある。
【００１７】
【数１】
τ＊  ＝τ０  ＋τ１        …（１）
この走行トルク（τ０  ）は、式（２）の右辺に示す２つの成分に分解される。
【００１８】
【数２】
τ０  ＝τ０１＋τ０２      …（２）
ここで、τ０１：荷重ｍとカウンタウェイトＣＷに対する走行トルク
τ０２：機械損補償トルク
また、加減速必要トルク（τ１  ）は、式（３）の右辺に示す２つの成分に分解される。
【００１９】
【数３】
τ１  ＝τ１１＋τ１２      …（３）
ここで、τ１１：荷重ｍとカウンタウェイトＣＷに対する加減速必要トルク
τ１２：電動機と巻上機に対する加減速必要トルク
上記τ０１，τ１１，τ１２それぞれはこのシステムの機械仕様から式（４）〜式（６）で表すことができる。
【００２０】
【数４】
τ０１＝（ｍ−ＣＷ）・（ｖ／２πｎ）〔ｋｇｆｍ〕    …（４）
【００２１】
【数５】
0003612953.tif 000002
【００２２】
【数６】
τ１２＝（ＧＤ２  ／３７５）・Δｎ〔ｋｇｆｍ〕    …（６）                ここで、  ｍ：荷重質量〔ｋｇ〕
ＣＭ：カウンタウェイト質量〔ｋｇ〕
ｖ：昇降速度〔ｍ／ｍｉｎ〕
ｎ：電動機回転速度〔ｒ／ｍｉｎ〕
Δｎ：電動機回転加速度〔ｒ／ｍｉｎ／ｓ〕
ＧＤ２  ：電動機軸換算全はずみ車効果〔ｋｇｆｍ２  〕
図１に示したこの発明の誘導電動機の制御装置の動作を以下に説明をする。
【００２３】
先ず、荷重ｍとカウンタウェイトＣＷとが同じ質量になるバランス状態に設定し、誘導電動機９を定格速度での定速運転を行わせることにより、このときの速度調節器３の出力のトルク指令値τ＊  を読み取り、この値をトルク設定回路２３にプリセットする。すなわち、上記状態での定速運転では式（４）〜式（６）の値が零となるので、式（１），式（２）から機械損補償トルクτ０２が求まる。
【００２４】
なお、このシステムにおける機械損補償トルクτ０２は、減速機１０ａの効率に基づくものが大勢を占めるので、上述のバランス状態を設定することが困難な場合には、式（７）で得られる値をトルク設定回路２３にプリセットしてもよい。
【００２５】
【数７】
0003612953.tif 000003
また、上述のいずれかで得られた機械損補償トルクτ０２は、図３に示す如く誘導電動機９の回転方向によりその極性が異なるので、トルク設定回路２３には速度検出器６の検出値（ｎ）を取り込み、極性を持った機械損補償トルクτ０２を出力するようにしている。
【００２６】
次に、前記式（６）の電動機と巻上機に対する加減速必要トルクτ１２は、予め設定できる電動機軸換算全はずみ車効果（ＧＤ２  ）と、後述の加速度演算回路２１で得られる加速度（Δｎ）とに基づく乗算演算を加速トルク演算回路２２にて行えばよい。
加速度演算回路２１では、式（８）の演算を行っている。
【００２７】
【数８】
Δｎ＝（ｎｋ  −ｎ（ｋ−１）  ）／ＴＳ  〔ｒ／ｍｉｎ／ｓ〕  …（８）
ここで、    ｎｋ  ：今回の電動機速度検出値〔ｒ／ｍｉｎ〕
ｎ（ｋ−１）  ：前回の電動機速度検出値〔ｒ／ｍｉｎ〕
ＴＳ  ：検出周期〔ｓ〕
なお、加速度（Δｎ）として単一積分器２に設定されている値を用いて行うこともできる。
【００２８】
トルク設定回路２３の出力の機械損補償トルクτ０２と加速トルク演算回路２２の出力の加減速必要トルクτ１２とを、前記式（１）〜式（３）に代入することにより、式（９）が得られる。
【００２９】
【数９】
τ０１＋τ１１＝τ＊  −τ０２−τ１２        …（９）
すなわち、前記式（４）と式（５）と式（９）とには、式（４）＋式（５）＝式（９）の関係があるので、この関係式に基づいて荷重推定回路２４では荷重ｍを求める演算を行っている。
【００３０】
またトルク演算回路２５において、荷重推定回路２４で得られた荷重ｍの推定値と前記式（４）とから荷重ｍとカウンタウェイトＣＷに対する走行トルクτ０１が求まり、同様に前記式（５）とから荷重ｍとカウンタウェイトＣＷに対する加減速必要トルクτ１１が求まる。
次に、速度演算回路２６での誘導電動機９の運転可能最大速度指令値（Ｎ０  ＃  ）を求める演算について説明をする。
【００３１】
先ず、加速トルク演算回路２２の演算値（τ１２）とトルク設定回路２３の設定値（τ０２）とトルク演算回路２５の演算値（τ０１，τ１１）と、巻上機１０ｂを加減速に必要な誘導電動機９の出力トルクの最大値（τＭ１）とには式（１０）の関係がある（図８参照）。
【００３２】
【数１０】
τＭ１＝｜τ０１＋τ０２｜＋｜τ１１＋τ１２｜    …（１０）
次に、図４に示す誘導電動機９の短時間運転許容トルク−回転速度特性図（第１象限のみを図示）における前記τＭ１に対応する誘導電動機９の速度値（Ｎ０１＃  ）を求める。
【００３３】
なおこの速度値（Ｎ０１＃  ）は、式（１１）の関係にある。
【００３４】
【数１１】
Ｎ０１＃  ＝（τＡ  ／τＭ１）・ＮＢ        …（１１）
ここで、ＮＢ  ：電動機定格速度
τＡ  ：電動機定格速度の短時間運転許容トルク
また、階床の多いエレベータ式立体駐車場などにこのシステムを適用する場合には、定速で昇降させる時間も長くなることから巻上機１０ｂを定速運転に必要な誘導電動機９の出力トルクの最大値（τＭ２）は、式（１２）の関係にある（図８参照）。
【００３５】
【数１２】
τＭ２＝｜τ０１＋τ０２｜      …（１２）
このときには、図５に示す誘導電動機９の連続運転許容トルク−回転速度特性図（第１象限のみを図示）における前記τＭ２に対応する誘導電動機９の速度値（Ｎ０２＃  ）を求める。
【００３６】
なおこの速度値（Ｎ０２＃  ）は、式（１３）の関係にある。
【００３７】
【数１３】
Ｎ０２＃  ＝（τＡ  ／τＭ２）・ＮＢ        …（１３）
ここで、ＮＢ  ：電動機定格速度
τＢ  ：電動機定格速度の連続運転許容トルク
すなわち、速度演算回路２６では前記Ｎ０１＃  またはＮ０２＃  のいずれか小さい方の値を誘導電動機９の運転可能最大速度指令値（Ｎ０  ＃  ）として出力する。または、このシステムの動作モードに合わせて、当該する前記Ｎ０１＃  またはＮ０２＃  のいずれか一方の値を選択して、誘導電動機９の運転可能最大速度指令値（Ｎ０  ＃  ）として出力する。
【００３８】
さらに、速度指令値変換回路２７では速度指令器１の指令値（Ｎ＃  ）または速度演算回路２６の演算値（Ｎ０  ＃  ）のいずれか大きい方の値を新たな速度指令値（Ｎ＃  ）として、単一積分器２に出力する。
【００３９】
【発明の効果】
この発明によれば、上述の荷重推定回路で推定した荷重、誘導電動機の短時間及び連続の許容トルク−速度特性などから該誘導電動機の運転可能最大速度を算定し、この速度で運転することにより、例えばエレベータ式立体駐車場などにこの誘導電動機の制御装置を適用したときに、該立体駐車場の利用効率の改善がなされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例を示す誘導電動機の制御装置のブロック図
【図２】図１の動作を説明する誘導電動機の負荷の構成図
【図３】図１，２の動作を説明する誘導電動機の負荷の特性図
【図４】図１，２の動作を説明する誘導電動機の特性図
【図５】図１，２の動作を説明する誘導電動機の特性図
【図６】従来例を示す誘導電動機の制御装置のブロック図
【図７】図６の動作を説明するタイムチャート
【図８】図２，６の動作を説明する誘導電動機の負荷の特性図
【符号の説明】
１…速度指令器、２…単一積分器、３…速度調節器、４…磁束指令値演算器、５…ベクトル演算器、６…速度検出器、７…交流電源、８…インバータ、９…誘導電動機、１０…負荷、２１…加速度演算回路、２２…加速トルク演算回路、２３…トルク設定回路、２４…荷重推定回路、２５…トルク演算回路、２６…速度演算回路、２７…速度指令値変換回路。
【図１】
0003612953.tif 000004
【図２】
0003612953.tif 000005
【図３】
0003612953.tif 000006
【図４】
0003612953.tif 000007
【図５】
0003612953.tif 000008
【図６】
0003612953.tif 000009
【図７】
0003612953.tif 000010
【図８】
0003612953.tif 000011