(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を設けた回転子と、巻き線を設けた固定子からなる永久磁石同期モータと、カウンタウェイトと乗りかごをロープを介して接続し、該ロープを巻上機で駆動し、前記乗りかごを上下移動せしめるロープ式エレベータの巻上機が前記永久磁石同期モータと直結し、該永久磁石同期モータの磁極位置に応じた磁極位置信号を出力する手段と、該永久磁石同期モータの回転角に応じたインクリメンタル信号を出力する手段を有し、
前記インクリメンタル信号に基づいて位相データを演算し、前記磁極位置信号の立ち上がり時に前記位相データの位相ずれにより、前記磁極位置信号と前記インクリメンタル信号のいずれかが誤動作していることを判定する手段を備えることを特徴とする永久磁石同期モータを用いたエレベータ装置。
【請求項２】
請求項１記載の永久磁石同期モータを用いたエレベータ装置であって、前記インクリメンタル信号で速度検出を行い、速度指令との速度偏差を演算して該速度偏差を小さくする速度制御系を有し、前記速度偏差が所定値を超えたときは速度偏差異常と判定する手段を備え、
前記磁極位置信号と前記インクリメンタル信号のいずれかが誤動作していると判定され、かつ前記速度偏差異常の時には、前記インクリメンタル信号が誤っていると判断し、速度偏差異常でない時には、前記磁極位置信号が誤っていると判断することを特徴とする永久磁石同期モータを用いたエレベータ装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の永久磁石同期モータを用いたエレベータ装置であって、前記磁極位置信号は前記永久磁石同期モータの電磁気的な物理量を検出することにより推定することを特徴とする永久磁石同期モータを用いたエレベータ装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の永久磁石同期モータを用いたエレベータ装置であって、前記磁極位置信号と前記インクリメンタル信号のいずれかが誤っていると判断したときに、乗りかごを最寄階に停止して、故障の発報をすることを特徴とする永久磁石同期モータを用いたエレベータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は永久磁石同期モータを用いたエレベータ装置に関わり、特に磁極信号の信頼性を保証する制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、特開平9−9699 号に記載のようにエレベータ装置の巻上機を駆動するモータとして永久磁石同期モータを用い、この永久磁石同期モータの磁極位置を検出するセンサを設け、これによる磁極位置信号に応じて通電コイルを切り替えて駆動する技術が開示されている。
【０００３】
また、特開平3−15283号に記載のように磁極検出機能を備えたインクリメンタル形エンコーダを用いて、磁極位置信号とインクリメンタル信号を併用して電流の通流する位相を決定して、円滑にモータを回転させる技術が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、磁極位置を検出するセンサの故障、あるいは信号線の断線，外来ノイズ、あるいはローラを用いた場合のローラの押しつけ力の変動に伴う、機械的な結合の変動などにより誤った磁極位置信号が発生した場合を想定した手段を特に設けてなかった。
【０００５】
本発明の目的は、磁極位置信号が誤った可能性のある場合、これを感知する手段を得ることを第１の課題とする。また、更に、上記の場合、磁極位置信号が誤っていると判定する手段を得ることを第２の課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題は、永久磁石同期モータの磁極位置に応じた磁極位置信号を出力する手段と、永久磁石同期モータの回転角に応じたインクリメンタル信号を出力する手段を有し、磁極位置信号とインクリメンタル信号の合理性を判定して、この２つの信号の正誤を判断することにより達成できる。
【０００７】
更に、第２の課題は、永久磁石同期モータの磁極位置に応じた磁極位置信号を出力する手段と、永久磁石同期モータの回転角に応じたインクリメンタル信号を出力する手段を有し、更にインクリメンタル信号の異常を判断する手段を有し、磁極位置信号とインクリメンタル信号の合理性を判定して、この２つの信号の正誤を判断し、いずれかが誤っていると判断した場合には、インクリメンタル信号の異常を判断する手段により、インクリメンタル信号が正常時には、磁極位置信号が誤っていると判断することにより達成できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の第１の実施の形態を示す。永久磁石同期モータ１は、シーブ２に直結され、シーブ２をモータ１により回転することにより、ロープ３に繋がれたかご４，カウンタウェイト５が上下動し、エレベータとして動作する。
【０００９】
この永久磁石同期モータ１の電源供給は、電源６を入力するインバータ７により行われる。通常は３相であるので、インバータも３相交流を発生し、モータの各相に電源が分配して供給される。その分配は、永久磁石同期モータ１の磁極位置に応じて行わなければならない。したがって、永久磁石同期モータ１には磁極エンコーダ８が取り付けられている。これとは別に、速度検出を高精度に行うためにインクリメンタル信号を出力するエンコーダ９も取り付けられている。
【００１０】
磁極エンコーダ８による磁極位置信号ＰｐとＡＢ相エンコーダ９によるインクリメンタル信号Ｅｐが、破線で示される制御システムブロック１０に取り込まれ、以下の制御が行われる。この制御システムブロック１０はマイクロコンピュータや制御用ＩＣなどで構成され、インバータ７と組合わされて、エレベータ制御用の制御盤を構成する。
【００１１】
制御システムブロック１０では、磁極位置信号Ｐｐを位相演算ブロック１１に取り込み、ここで磁極位置に合致する電流の位相を選択する。また、インクリメンタル信号Ｅｐも同時に位相演算ブロック１１に取り込まれ、インクリメンタル信号Ｅｐをカウントすることにより、位相データθｓの更新を行う。このため、インクリメンタル信号Ｅｐ、磁極位置信号Ｐｐともに誤りがなければ、更新された位相データθｓは、磁極位置信号Ｐｐを基に生成される位相データθｓとは一致するはずである。もし、インクリメンタル信号Ｅｐと磁極信号パルスＰｐの間に、何らかの原因で誤差が生じている場合にのみ、磁極位置信号Ｐｐにより位相データθｓの補正が行われる。この補正のアルゴリズムは種々考えられるが、これは本発明の主旨ではないので、説明は省略する。この時、位相データθｓの位相ずれθｅを位相異常判定ブロック１８に出力する。このブロックの動作は後述する。
【００１２】
さて、インクリメンタル信号Ｅｐは別途速度演算ブロック１２に加わり、ここで微分処理もしくは差分処理を施されて、速度データωｓとして出力される。この速度データは速度指令ωｃとともに速度制御ブロック１３に加わり、指令とデータの偏差に応じた演算を施されて、電流指令Idc，Iqcが出力される。この電流指令Idc，Iqcはモータの磁石方向の直軸，極間方向の横軸のｄｐ座標系で表現される量である。
【００１３】
一方、インバータ７の中の電流センサ１４から取り出される電流検出値はIus ，Ivs，Iwsの３相であるので、これをｄｐ座標系に変換する必要がある。このため、３相２相座標変換ブロック１５で、位相データθｅをもとに、ｄｑ座標系の電流検出値Ids，Iqsへ変換される。この変換の演算は座標変換演算として一般に良く知られているので、詳細の説明は省略する。
【００１４】
電流指令Idc，Iqcと電流検出値Ids，Iqsが電流制御ブロックに入力され、電圧指令Vdc，Vqcが出力される。この電圧指令Vdc，Vqcはｄｑ軸座標系の量であるので、ＵＶＷ相の電圧として配分するために２相３相座標変換を行う。これが２相３相座標変換ブロックにて位相データθｓを基に実施される。この結果得られた、３相の電圧指令がインバータ７に加わり、永久磁石同期モータ１に所望の電圧が与えられる。
【００１５】
このような構成とすることにより、永久磁石同期モータ１の磁極位置に応じた電圧が各相に加えられるので速度指令通りの速度で永久磁石同期モータ１は回転する。かご４が所定の階床数を移動するように速度指令を制御することにより、エレベータとして機能する。
【００１６】
以上のシステムにおいて、位相演算ブロック１１に入力した磁極位置信号Ｐｐとインクリメンタル信号Ｅｐの合理性を判定するために、位相異常判定ブロック１８で位相ずれθｅが所定値θmax 以上のとき、異常と判定する。
【００１７】
図２に、異常判定するまでの各信号の動作例を示す。インクリメンタル信号  Ｅｐと位相データθｓ，磁極位置信号Ｐｐ，異常判定フラグFer のそれぞれの変化を模式的に示している。なお、以下の説明では、信号の関係を分かり易くするために、速度制御系の影響は無視して、モータは一定速度で回転しているものと想定する。
【００１８】
磁極位置信号ＰｐのＵ相信号Ppu の立ち上がりで位相データθｓが０度（以下、すべて電気角）と設定し、インクリメンタル信号Ｅｐにより位相データθｓを加算するという処理を行っている。時刻ｔ１からｔ３まではインクリメンタル信号Ｅｐ，磁極位置信号Ｐｐともに正しいので、位相データθｓが３６０度から０度電気角への転移と磁極位置信号Ppu の立ち上がりが同時刻である。したがって、位相データθｓの補正も行われず、位相ずれθｅは０である。時刻ｔ３以降インクリメンタル信号Ｅｐに異常が発生し、パルス抜けが生じ、位相データθｓの増加の傾きが小さくなる。
【００１９】
このため、磁極位置信号Ppu の立ち上がり時ｔ４では、位相データθｓは360 度まで達していない。しかし、磁極位置信号Ppu により強制的に補正を施され、位相データθｓは０度になる。この時、補正された位相データ量、すなわち時刻ｔ４における位相データθｓと３６０度との差θｅが位相ずれである。
【００２０】
この位相ずれθｅが、許容値θmax より大きいので、時刻ｔ４で（１）の異常判定フラグFer が“１”となり、異常が生じていることを示す。
【００２１】
この信号の例では、インクリメンタル信号Ｅｐに異常があるのだが、この実施例のシステム上は、どちらの信号に異常が生じているのかは判定できない。したがって、とにかくどちらかの信号に異常があることを検知して、上位のエレベータ運行システムに発報する。これを受けて、エレベータ運行システムは、かごを最寄階に停止し、エレベータシステムの異常を運行管理責任者などに発報する。
このように、本発明の実施例によれば、磁極位置信号とインクリメンタル信号の２つの信号の位相ずれが許容値以内であるという合理性を判定し、これが満足されないときは信号異常としてエレベータを停止し、異常を発報するので、安全性の高いエレベータシステムを提供できるという大きな効果がある。
【００２２】
また、図２には本実施例の別の判定手段として、（２）を示す。これは、異常判定フラグFer についてのみ示しており、その他の信号は（１）と同様である。（２）の異常判定では位相ずれθｅが許容値θmax より大きくなった回数Ｎをカウントしていることが（１）との相違である。すなわち、回数Ｎが許容回数Nmaxに達したときに異常判定フラグFer を“１”として異常を示す。この例では、ノイズなどのさほど深刻でない原因によりたまたま１度起こった異常を除外することができる。したがって、不要なエレベータの停止を回避できるという効果がある。
【００２３】
次に、図３に他の信号動作例を示す。
【００２４】
この例では、磁極位置信号ＰｐのＵ相信号Ppu が異常となった場合を示す。時刻ｔ３以降磁極位置信号Ppu が不良となり、位相データθｓの３６０度の時刻  ｔ３より遅れて時刻ｔ３′で立ち上がり、このため位相データは時刻ｔ３′にてθe1進んだときろで、改めて０度に戻される。したがって、このθe1が位相ずれで、これが許容位相ずれθmax を越えたので、（１）のように時刻ｔ３′で異常判定フラグFer が“１”となる。
【００２５】
また、（２）に図１の例と同様な考え方の異常回数Ｎで判定する例を示す。
【００２６】
以上の例は磁極位置信号に異常が合った場合に行う動作を述べたが、本実施例でもインクリメンタル信号が異常の場合と区別ができないので、どちらかの信号が異常である旨を発報する。その後の処理は図２の例と同様である。
【００２７】
次に、本発明のその他の実施例を図４で説明する。これは、インクリメンタル信号、磁極位置信号の異常を識別するための方策を盛り込んだものである。図１と異なる部分のみ説明する。その例では、速度偏差が大きな影響を持つので、速度制御系の働きにより、実速度が変化することを考慮して説明する。
【００２８】
速度制御を行う速度制御ブロック１３の入力側に速度指令ωｃと検出速度ωｓとの偏差をとり速度偏差ωｅを速度制御ブロック１３に入力する構成として、その速度偏差ωｅを取り込み速度偏差ωｅが許容値ωemax以上だと、速度偏差異常フラグωerを“１”とする速度偏差異常判定ブロック１９を設け、その出力ωerを位相異常判定ブロック１８に取り込む構成としている。このような構成とすることにより、位相異常と判定された場合に、磁極位置信号Ｐｐの異常かインクリメンタル信号Ｅｐの異常かが判定できる。
【００２９】
以下、図５の信号の動作例を基にこの処理の詳細を説明する。この図は、エンコーダパルスＥｐ，位相データθｓ，磁極位置信号Ｐｐ，速度偏差ωｅ，速度偏差異常判定フラグωer，速度偏差異常フラグの時間積分値ωert ，位相異常判定フラグＦerの変化を示す。
【００３０】
エンコーダの誤動作により、インクリメンタル信号Ｅｐが変動すると、実速度は変化しないが検出速度が見かけ上減少するので、速度偏差ωｅが変化し、これを押え込むように速度制御が働くので、インクリメンタル信号Ｅｐの変動が速度制御系の応答の範囲では、位相データθｓの傾きはさほど変化しない。
【００３１】
しかしながら、インクリメンタル信号の変動により実速度は変化しているので、例えば速度が高めになっている場合は、磁極位置信号Ｐｐの周期が短くなる。したがって、位相データθｓが３６０度に達しないうちに磁極位置信号Ｐpuが立ち上がり、位相データθｓは強制的に０度に戻される。この時の位相ずれθe1が、許容位相ずれθmax より大きいと位相異常判定フラグが“１”となり、磁極信号がインクリメンタル信号のいずれかが異常であることを示す。
【００３２】
ここまでは、先の実施例とほぼ同様であるが、速度偏差ωｅを取り込んで以下の処理を行うことにより、異常の発生している信号を特定する。速度偏差ωｅが許容速度偏差ωemaxより大の時に、速度偏差異常フラグωerが“１”となる。この時間を積分した時間積分値ωert が、許容積分値ωertmaxに達すると、速度偏差異常が確実であると判断し、インクリメンタル信号Ｅｐの誤動作により位相異常判定を行ったことが分かる。
【００３３】
一方、図６はこの実施例での他の信号動作例で、磁極位置信号Ｐｐが誤動作した場合を示した例である。時刻ｔ３で磁極位置信号Ｐｐが誤動作を始め、その結果、時刻ｔ４では位相データθｓが３６０度に達しないうちに磁極位置信号ＰｐのＵ相信号Ｐpuの立ち上がりが生じ、位相データθｓが０度に戻される。このため、位相ずれθe1が許容位相ずれθemax以上になるので、時刻ｔ４で位相異常判定フラグＦerが“１”となる。この時、インクリメンタル信号Ｅｐは正しいので、速度偏差ωｅは許容速度偏差ωemax以内であり、速度偏差異常フラグωerは  “０”のままで、速度偏差異常の時間積分値ωert も変化しない。
【００３４】
従って、インクリメンタル信号Ｅｐの誤動作ではないと判定される。
【００３５】
このように、本実施例によれば、インクリメンタル信号Ｅｐと磁極位置信号  Ｐｐのどちらが異常であるかを判定できるので、エンコーダ動作の異常に関してより詳細な故障発報が可能となる。
【００３６】
以上の実施例では、磁極位置信号のＵ相信号を用いて位相データを補正する方式で説明したが、その他の相を組み合わせて、あるいは単独で位相データを補正する方式も可能であり、同様な構成で同様な効果を得ることができる。
【００３７】
また、ＡＢ相エンコーダと磁極エンコーダをそれぞれ個別のエンコーダを用いた例で説明したが、同一のエンコーダ内にこれらの機能を持たせた場合でも、それぞれの信号の故障が独立して生じる場合には、同様な構成で同様な効果を得ることは言うまでもない。
【００３８】
更に、永久磁石同期モータの電圧，電流などの電気，磁気的物理量を検出して、磁極位置を推定することは公知の技術であり、この推定した磁極位置信号に対しても、本発明の構成を用い、同様な処理を行うことにより、磁極位置信号の正誤を判定することは可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明は、インクリメンタル信号と磁極位置信号の合理性を判断することにより、磁極位置信号が誤った可能性のある場合に、これを感知することができ、永久磁石同期モータを用いたエレベータ装置での磁極信号の誤動作に対して適切に対処することができ、エレベータ装置の信頼性を高めることができる。
【００４０】
また、更にインクリメンタル信号の誤動作を判断する機能を持たせることにより、磁極信号の誤動作のみを検知することができ、永久磁石同期モータを用いたエレベータ装置をより一層信頼性を高めることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であるエレベータ装置の回路図。
【図２】本発明の実施例における信号動作例を示す波形図。
【図３】本発明の実施例における他の信号動作例を示す波形図。
【図４】本発明の他の実施例であるエレベータ装置の回路図。
【図５】本発明の他の実施例における信号動作例を示す波形図。
【図６】本発明の他の実施例における他の信号動作例を示す波形図。
【符号の説明】
１…永久磁石同期モータ、８…磁極エンコーダ、９…ＡＢ相エンコーダ、１１…位相演算ブロック、１８…位相異常判定ブロック。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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