(57)【要約】【課題】  小型で、低騒音かつ起動性に優れたエレベータ装置を提供する。【解決手段】  エレベータ装置は人荷運搬用のかごを昇降させるためのロープを巻上げる巻上装置を備える。巻上装置は、永久磁石（８１）が埋め込まれた回転子（８０）と固定子（９０）を含む所定の巻線構成を有する電動機（多又モータ）（１９）を含む。所定の巻線構成を有する電動機（多又モータ）（１９）は、固定子コアに複数の突極（９１）が設けられ、固定子の各相において、隣接する突極（９１）に巻回された巻線（９３ａ、９３ｂ、９３ｃ）が互いに逆方向となるように突極（９１）上に巻回される。固定子（９０）の突極（９１）の数より多い数の永久磁石（８１）が回転子（８０）に埋め込まれており、同一相の巻線には同相の電圧が印加される。【選択図】図４
2006089225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人荷運搬用のかごを昇降させるためにロープを巻き上げる巻上装置を備えたエレベータ装置において、
前記巻上装置は、ロープを巻き上げるシーブと、該シーブを回転駆動する、所定の巻線構成を有する主電動機とを備え、
該主電動機は、固定子コアに複数の突極が設けられ、固定子の各相において、隣接する突極に巻回された巻線が互いに逆方向となるように突極上に巻回され、固定子の突極数より多い数の永久磁石が回転子に埋め込まれ、同一相の巻線には同相の電圧が印加される
ことを特徴としたエレベータ装置。
【請求項２】
前記主電動機の固定子コア内に、少なくとも第１及び第２の副電動機を含む複数の副電動機が設けられ、前記第１及び第２の副電動機のそれぞれにインバータまたは整流回路が接続されたことを特徴とする請求項１記載のエレベータ装置。
【請求項３】
前記複数の副電動機のうち駆動すべき電動機を、電動機の回転数に応じて切替ることを特徴とする請求項２記載のエレベータ装置。
【請求項４】
前記第１及び第２の副電動機のトルク定数を異ならせておき、電動機の回転数が所定値より小さいときは第１及び第２の副電動機をともに駆動し、回転数が所定値以上のときは、第１及び第２の副電動機の中のトルク定数の小さい方の副電動機のみを駆動することを特徴とする請求項３記載のエレベータ装置。
【請求項５】
非常事態による電源遮断時または故障時に、前記第１及び第２の副電動機のうちの一方の巻線のすくなくとも１つを抵抗を介してまたは直接的に短絡して制動をかけることにより、前記かごの落下速度を制御することを特徴とする請求項２記載のエレベータ装置。
【請求項６】
前記インバータを制御する制御回路と、その制御回路に電源を供給する制御電源とを備え、
前記複数の副電動機のうちの少なくとも１つが前記制御電源を充電及び／または駆動する発電機として動作することを特徴とする請求項２記載のエレベータ装置。
【請求項７】
前記発電機として動作する副電動機において、発電用巻線とともに該発電用巻線に生じる磁束の変化を抑制する電圧制御巻線が巻回されたことを特徴とする請求項６記載のエレベータ装置。
【請求項８】
前記第１及び第２の副電動機の中の一つを周波数発電機またはアナログ発電機として使用することを特徴とする請求項２記載のエレベータ装置。
【請求項９】
前記第１及び第２の副電動機の各相の巻線電圧を検出する電圧検出手段と、前記第１及び第２の副電動機の相の中の一の相の巻線電圧と、他の各相の巻線電圧に所定の磁気的結合常数を乗じた値とに基づいて、該一の相の巻線電圧のアナログ電圧波形を演算する手段とを備えたことを特徴とする請求項８記載のエレベータ装置。
【請求項１０】
前記主電動機は、所定の巻線構成を有し、固定子コアに複数の突極が設けられ、固定子の各相において、隣接する突極に巻回された巻線が互いに逆方向となるように突極上に巻回され、固定子の突極数より多い数の永久磁石が回転子に埋め込まれ、同一相の巻線には同相の電圧が印加される、ことを特徴とする請求項２ないし９のいずれかに記載のエレベータ装置。
【請求項１１】
大トルク時または高速回転時に前記副電動機にｄ軸電流を流して弱め界磁制御を行う、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のエレベータ装置。
【請求項１２】
前記主電動機は、各相Ｎ（Ｎは２以上の整数）組の突極を有し、同相の突極は電機角で３６０度毎に配置されたことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のエレベータ装置。
【請求項１３】
前記主電動機は、一つの相の同一組内において巻線を直列に接続し、一の組の巻線と他の組の巻線を並列に接続することを特徴と請求項１２記載のエレベータ装置。
【請求項１４】
各突極を回転子の回転軸に対し均等な角度で配置したことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のエレベータ装置。
【請求項１５】
前記主電動機の回転子は埋め込み磁石型である、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のエレベータ装置。
【請求項１６】
前記シーブの回転軸と前記電動機の回転軸とをギアを介さず直結した、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のエレベータ装置。
【請求項１７】
前記巻上装置をエレベータ塔内に配置した、ことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のエレベータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人荷運搬用のかごを昇降させるためにロープを巻き上げる巻上装置を備えたエレベータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレベータ装置において使用されるロープ巻上装置は駆動減としてモータを含む（例えば特許文献１参照）。その巻上装置のモータは巻上装置のレイアウト性の点から、薄型、小型であることが望ましい。また、巻上装置のモータは、起動性、低騒音性等から低コギングトルクであることが求められる。
【０００３】
小型でかつ大トルクを実現するモータとして、従来技術では磁石型集中巻モータを用いたものがある（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
磁石型集中巻モータ、特に埋め込み磁石型集中巻モータは小型化が可能となるという特徴がある。これは集中巻モータの小型化できるという特色に加え、埋め込み磁石モータは（集中巻、分布巻に関わりなく）磁石トルク以外にリラクタンストルクを利用できるという特色があるためである。しかしながら、集中巻埋め込み磁石モータは大トルク化は可能であるが、コギングトルクが大きくなるという問題がある。集中巻モータにおいて、低コギングトルクを実現するためには、多極の表面磁石型モータ（ＳＰＭ）とする必要がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−８６７８０号公報
【特許文献２】特開２００３−００９５９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この表面磁石型モータは、永久磁石を回転子表面に接着固定しており、この接着の信頼性が問題となる。信頼性確保のためには、回転子表面にガラスクロス等を巻付けて補強するか、金属管を焼嵌めするといった手段を講じる必要がある。このため、モータの製造コストが上昇する。また、金属管を使用すると、この金属に固定子の励磁磁束による渦電流が流れ、効率が低下する。また、エアギャップが大きくならざるを得ないことや、多極化により固定子巻線スペースが縮小されるので、トルク低下に繋がり、結局、大トルク化という初期の目的に反し、トルクが小さくなるという問題がある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、小型で、低騒音かつ起動性に優れたエレベータ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るエレベータ装置は、人荷運搬用のかごを昇降させるためにロープを巻き上げる巻上装置を備える。巻上装置は、ロープを巻き上げるシーブと、シーブを回転駆動する、所定の巻線構成を有する主電動機とを備える。その主電動機は、固定子コアに複数の突極が設けられ、固定子の各相において、隣接する突極に巻回された巻線が互いに逆方向となるように突極上に巻回され、固定子の突極数より多い数の永久磁石が回転子に埋め込まれ、同一相の巻線には同相の電圧が印加される。
【０００９】
エレベータ装置において、主電動機の固定子コア内には、少なくとも第１及び第２の副電動機を含む複数の副電動機が設けられ、第１及び第２の副電動機のそれぞれにはインバータまたは整流回路が接続される。
【００１０】
エレベータ装置において、複数の副電動機のうち駆動すべき電動機を、電動機の回転数に応じて切替るようにしてもよい。
【００１１】
エレベータ装置において、第１及び第２の副電動機のトルク定数を異ならせてもよい。この場合、電動機の回転数が所定値より小さいときは第１及び第２の副電動機をともに駆動し、回転数が所定値以上のときは、第１及び第２の副電動機の中のトルク定数の小さい方の副電動機のみを駆動する。
【００１２】
エレベータ装置において、非常事態による電源遮断時または故障時に、第１及び第２の副電動機のうちの一方の巻線の少なくとも１つを抵抗を介してまたは直接的に短絡して制動をかけるようにしてもよい。これにより、かごの落下速度を制御することができる。
【００１３】
エレベータ装置は、インバータを制御する制御回路と、その制御回路に電源を供給する制御電源とをさらに備えてもよい。この場合、複数の副電動機のうちの少なくとも１つを、制御電源を充電及び／または駆動する発電機として動作させる。
【００１４】
発電機として動作する副電動機において、発電用巻線とともにその発電用巻線に生じる磁束の変化を抑制する電圧制御巻線が巻回されてもよい。
【００１５】
エレベータ装置において、第１及び第２の副電動機の中の一つを周波数発電機またはアナログ発電機として使用してもよい。
【００１６】
エレベータ装置は、第１及び第２の副電動機の各相の巻線電圧を検出する電圧検出手段と、前記第１及び第２の副電動機の相の中の一の相の巻線電圧と、他の各相の巻線電圧に所定の磁気的結合常数を乗じた値とに基づいて、該一の相の巻線電圧のアナログ電圧波形を演算する手段とをさらに備えてもよい。
【００１７】
エレベータ装置において、主電動機は、所定の巻線構成を有し、固定子コアに複数の突極が設けられ、固定子の各相において、隣接する突極に巻回された巻線が互いに逆方向となるように突極上に巻回され、固定子の突極数より多い数の永久磁石が回転子に埋め込まれ、同一相の巻線には同相の電圧が印加されてもよい。
【００１８】
エレベータ装置において、大トルク時または高速回転時に副電動機にｄ軸電流を流して弱め界磁制御を行ってもよい。
【００１９】
エレベータ装置において、主電動機は、各相Ｎ（Ｎは２以上の整数）組の突極を有し、同相の突極は電機角で３６０度毎に配置されてもよい。
【００２０】
エレベータ装置において、主電動機は、一つの相の同一組内において巻線を直列に接続し、一の組の巻線と他の組の巻線を並列に接続するようにしてもよい。
【００２１】
エレベータ装置において、各突極を回転子の回転軸に対し均等な角度で配置してもよい。
【００２２】
エレベータ装置において、主電動機の回転子は埋め込み磁石型であるのが好ましい。
【００２３】
エレベータ装置において、シーブの回転軸と電動機の回転軸とをギアを介さず直結するのが好ましい。
【００２４】
エレベータ装置において、巻上装置をエレベータ塔内に配置するのが好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明のエレベータ装置によれば、低コギングトルクを実現しつつ、小型化、大トルク化を可能とする、所定の巻線構成を有する電動機（多又モータ）を用いるため、起動性、低騒音性において優れた特性を示す巻上装置を実現できる。また、１つの電動機内に複数の電動機機能を構成することにより、故障時の冗長度、安全性を向上したエレベータ装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、添付の図面を参照し、本発明に係るエレベータ装置の実施の形態を説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
１．エレベータ装置の構成
図１は、本発明に係るエレベータ装置の一実施形態の回路的な構成を示した図である。エレベータ装置は、交流電源１からの交流電圧を直流に変換するコンバータ３と、平滑コンデンサ５と、ブレーキ回路１１と、電力変換器であるインバータ１５、１７と、インバータ１５、１７からの出力をそれぞれ受けて駆動する電動機１９と、コンバータ３とインバータ１５、１７の動作を制御する制御回路２５とを備える。電動機１９は、人荷運搬用のかご１０３を吊り下げるロープ１０５を巻き付けるシーブ（プーリ）１０９と連結されている。かご１０３はバランス錘１０４によりバランスが取られている。
【００２８】
交流電源１は単相としているが、３相であってもよい。コンバータ３は、交流を直流に変換する機能のみならず、さらに直流を交流に変換する機能をも有する、交流／直流双方向変換回路であってもよく、電動機１９の回生電力を交流電源１に返還可能な構成にしてもよい。
【００２９】
電動機１９の回転軸はシーブ（プーリ）１０９の回転軸と、軸方向が一致するようにジョイント等を介して直結されている。このように変速ギアを用いないで連結する構成のため、変速ギアを用いた場合に生じる大型化、信頼性の低下、騒音等の問題が解決される。
【００３０】
電動機１９は内部の同一固定子コア内に、第１電動機Ｍ１と第２電動機Ｍ２とが形成されている。この構成の詳細は後述する。
【００３１】
第１電動機Ｍ１及び第２電動機Ｍ２には、直流電圧を所望の交流電圧に変換するインバータ１５、１７がそれぞれ接続される。ブレーキ回路１１、インバータ１５、１７及びコンバータ３の動作は制御回路２５により制御信号Ｓ１〜Ｓ４を介して制御される。なお、以下の説明では、第１電動機Ｍ１を含む駆動系を「第１駆動系」といい、第２電動機Ｍ２を含む駆動系を「第２駆動系」という。
【００３２】
ブレーキ回路１１は電動機１９にブレーキをかけるための回路であって、図１（ｂ）に示すようにトランジスタまたはリレー等からなるスイッチング手段を含む。インバータ１５、１７が整流回路として作用して電動機Ｍ１、Ｍ２が発生する電圧を直流に変換したものを、ブレーキ回路１１で短絡することにより、電動機Ｍ１、Ｍ２にブレーキをかけることができる。これにより、電動機をロック状態にすることができる。また、ブレーキ回路１１を用いずに、コンバータ３を交流／直流双方向変換回路として動作させ、交流電源１に回生し、電動機Ｍ１、Ｍ２にブレーキ作用を働かせることもできる。
【００３３】
図２Ａはエレベータ装置の構成を示す斜視図である。エレベータ装置は、エレベータ塔１０１内に、人荷運搬用のかご１０３と、かご１０３を吊り下げ、上下方向に昇降させるためのロープ１０５と、そのロープ１０５を巻上げる巻上装置１００とが設けられている。また、エレベータ塔１０１側面には人や荷物が出入りするための室内側出入り口１０７が設けられている。図２Ａの例では、この巻上装置１００はエレベータ塔１０１内の側面に設置しているが、図２Ｂに示すように巻上装置１００をエレベータ塔１０１内の底面に設置してもよいし、図２Ｃに示すようにエレベータ塔１０１内の上面に設置してもよい。後述するように、本発明によれば、巻上装置に使用する電動機１９を薄型化できるため、巻上装置１００も小型化できる。よって、上記のように巻上装置１００をエレベータ塔１０１内の様々な位置に設置することが可能となり、レイアウト性を向上できる。なお、巻上装置１００は図３に示すようにロープ巻き上げシーブ１０９と電動機１９とから構成される。
【００３４】
２．電動機（多又モータ）の構成
ここで、本実施形態のエレベータ装置に用いる電動機１９の詳細な内部構成について説明する。図４に本実施形態の電動機１９の構造を示す。電動機１９は回転子８０と固定子９０を含む。電動機１９において、端子Ｕ１、Ｖ１、Ｗ１に接続する第１電動機Ｍ１と、端子Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に接続する第２電動機Ｍ２とが同一固定子コア内に形成されている。
【００３５】
固定子９０は、固定子コアに複数の突極９１が設けられ、各突極９１に巻線９３ａ、９３ｂ、９３ｃが巻かれている。回転子８０には、固定子９０の突極数より多い数の永久磁石８１が周方向に等間隔に埋め込まれている。
【００３６】
固定子９０の第１電動機Ｍ１のＵ相に着目すると、Ｕ相は３つの巻線９３ａ、９３ｂ、９３ｃを含む。そして、各巻線９３ａ、９３ｂ、９３ｃは、隣接する巻線との間で巻回方向が逆方向となるように突極に巻回されている。すなわち、巻線９３ａと巻線９３ｃは同じ方向に巻回されるが、巻線９３ａ、９３ｃと巻線９３ｂは逆方向に巻回される。同相内の巻線９３ａ、９３ｂ、９３ｃには、同相の電圧が印加される。第１電動機Ｍ１の他の相についても同様に構成される。本実施形態及び以降の実施形態では、エレベータ装置は以下の特徴を有する電動機１９を備える。
１）固定子に複数の突極を設けた。
２）固定子の各相において、隣接する突極に巻回された巻線は互いに逆方向となるように突極上に巻回される。
３）固定子の突極数より多い数の永久磁石が回転子に埋め込まれている。
４）同一相の巻線には、同相の電圧が印加される。
【００３７】
以上のような特徴を持つ電動機の構成については、例えば国際公開ＷＯ０３／０８４０３４号に開示されている。また、本実施形態では、１つの相において、突極に巻回された３つの巻線を含むが、１つの相に含まれる巻線数は３に限られず２または４以上の数でもよい。なお、以下の説明では、上記の特徴を有する電動機を「多又モータ」といい、特に本実施形態のような１相に３つの巻線が含まれる場合は「３又モータ」という。多又モータにおける固定子の突極数、スロット数及び回転子の極数の関係を示す。
【表１】
2006089225.tif 000003
【００３８】
以上のように多又構造の電動機を使用することにより、永久磁石が埋め込まれた回転子と集中巻された固定子を有する電動機に対する低コギング駆動を実現することが可能となり、小型化、大トルク化、低コギング駆動を同時に実現できるという利点がある。
【００３９】
第１電動機Ｍ１はＵ、Ｖ、Ｗの３つ相を有し、各相は３つの巻線を含み、各相間には３つの突極が含まれるよう間隔があけられている。第２電動機Ｍ２は、第１電動機Ｍ１の各相間の突極に巻回された巻線で、すなわち、第１電動機Ｍ１で使用されていない突極に巻回された巻線で構成される。図４に示す例では、第２電動機Ｍ２も第１電動機Ｍ１と同様、３つの巻線で１つの相を構成している。なお、第１電動機Ｍ１と第２電動機Ｍ２の各突極の間の機械的位相関係（配置角度）は自由に設定してよい。このように多又モータについて同一固定子コア内に複数の発電機を設けた構成については例えば国際公開ＷＯ０３／１００９４９号に開示がある。このような多又モータの構成では、第１電動機Ｍ１と第２電動機Ｍ２の巻線は互いに独立し、絶縁型に構成でき、これにより、安全性、信頼性の向上を図ることができる。
【００４０】
３．エレベータ装置の動作
以上のように構成されるエレベータ装置の動作を説明する。
交流電源１からの交流電圧はコンバータ３により直流電圧に変換され、コンデンサ５により平滑される。第１駆動系におけるインバータ１５はコンデンサ５の直流出力電圧を、制御回路２５からの制御にしたがい所望の交流電圧に変換し、第１電動機Ｍ１に供給する。第２駆動系におけるインバータ１７もコンデンサ５の直流出力電圧を、制御回路２５からの制御にしたがい所望の交流電圧に変換し、第２電動機Ｍ２に供給する。電動機１９は、第１電動機Ｍ１と第２電動機Ｍ２の双方より動力を得て駆動し、シーブ１０９を回転させてロープ１０５を巻き上げることにより、エレベータ塔内においてかご１０３を上昇または降下させる。
【００４１】
第１及び第２電動機Ｍ１、Ｍ２に対する電圧印加は例えば次のように行うことができる。第１電動機Ｍ１と第２電動機Ｍ２の機械的な位置の差を電気的な位相差に換算した値がβ１（但し、第１及び第２電動機Ｍ１、Ｍ２の構成によっては、β１＝０となる場合もある。）であるとき、第１電動機Ｍ１に印加する電流Ｉ１と、第２電動機Ｍ２に印加する電流Ｉ２との位相差βは、基本的に、換算した位相差β１に等しくなるように設定する。弱め界磁で電流位相を進める場合にも、位相差βは換算した位相差β１に等しくすることが基本となる。ただし、第１及び第２電動機Ｍ１、Ｍ２の誘起電圧定数が異なる場合、例えば、第１電動機Ｍ１の誘起電圧定数が第２電動機Ｍ２のものよりも大きければ、第１電動機Ｍ１の電流Ｉ１の位相を第２電動機Ｍ２の電流Ｉ２の位相より進める。最適な位相の決め方については、例えば「ＰＭモータの回転子構造を考慮した高性能制御に関する研究」（童毅、１９９３年１月、大阪府立大学博士論文）」を参照することができる。
【００４２】
このように、電動機１９において２つの電動機Ｍ１、Ｍ２を構成し、２つの電動機Ｍ１、Ｍ２をそれぞれ含む２つの駆動系により巻上装置１００を駆動する。よって、一方の駆動系が故障し作動しなくなった場合でも、他方の駆動系により巻上装置１００を駆動させることができるので、故障冗長度を向上できる。また、複数の駆動系を設けることにより、１つの駆動系におけるインバータの容量を小さくできるため、さらに、１つのインバータにおけるスイッチング素子のサイズを小型化できる。
【００４３】
以上のように、本実施形態のエレベータ装置は、巻上装置を駆動する電動機として前述の特殊な構成を持つ多又モータを用いるため、小型化、大トルク化、低コギング駆動を同時に実現でき、起動性、低騒音性において優れた特性を示すエレベータ装置を実現できる。また、本実施形態のエレベータ装置は、１つの電動機の内部において複数の電動機機能を構成し複数の駆動系を設けることにより、１つのインバータにおけるスイッチング素子のサイズを小型化でき、エレベータ装置全体の小型化に貢献するとともに、一方の駆動系が故障した場合でも、他方の駆動系により駆動させることができるので、故障冗長度を向上でき、安全性を向上したエレベータ装置を実現できる。
【００４４】
（実施の形態２）
本実施形態では、第１及び第２電動機Ｍ１、Ｍ２のモータ特性を異ならせ、それぞれ動作状況に応じて駆動する電動機を切替る方法について説明する。
【００４５】
具体的には、実施の形態１のエレベータ装置において、第１及び第２電動機Ｍ１、Ｍ２それぞれの誘起電圧定数を異ならせる。なお、誘起電圧定数とトルク定数は同じ意味を持つので、誘起電圧定数をトルク定数と読み替えてもよい。図５（ａ）は、第１及び第２電動機Ｍ１，Ｍ２の回転数（ω）と出力電圧（Ｖ）との関係を示した図である。図５（ａ）において、直線Ａは第２電動機Ｍ２の電圧を、直線Ｂは第１電動機Ｍ１の電圧をそれぞれ示した図である。この場合、第１電動機Ｍ１は低速時に用いられる電動機と、第２電動機Ｍ２は高速時に用いられる電動機としている。例えば、速度ω１のときは第１電動機Ｍ１を用い、速度ω２のときは、第２電動機Ｍ２を用いるようにする。より具体的には、速度の所定値を設定しておき、その速度を閾値として、使用する電動機を第１電動機Ｍ１または第２電動機Ｍ２に切り替える。このように、回転数（エレベータの昇降速度）に応じて駆動する電動機をいずれかに切替えるようにすることにより、回転数（エレベータの昇降速度）にかかわらず、効率のよい駆動が可能となる。
【００４６】
または、図５（ｂ）に示すように、モータ起動時（回転数領域Ｐ１）や加速時（回転数領域Ｐ２）等のトルクが必要な場合は、２つの電動機Ｍ１、Ｍ２をともに力行運転してもよい。そして、速度が所定値以上になったとき、すなわち、回転数が高速領域Ｐ３にあるときは、トルク定数の大きい方の第１電動機Ｍ１に対しては弱め界磁を行って電圧を抑制するためだけの通電を行い、第２電動機Ｍ２を力行運転するようにしてもよい。または、起動時や加速時等の大きなトルクが必要な場合は、２つの電動機Ｍ１、Ｍ２で巻上装置１００を駆動し、速度が所定値以上になったときは、誘起電圧定数の大きな方の電動機Ｍ１は電気的に切り離し、誘起電圧定数の小さな方の電動機のみで巻上装置１００を駆動するように切り替えてもよい。これらの場合、負荷に応じた最適な駆動動作を実現できる。
【００４７】
（実施の形態３）
本実施形態では、停電等により交流電源１からの電動機または制御回路への電源供給が断たれた場合に、緩やかにエレベータかごを下降させ、安全性を確保するエレベータ装置の構成を説明する。
【００４８】
図６に本実施形態のエレベータ装置の構成を示す。基本的な構成は実施の形態１と同じである。本実施形態では、第２の駆動系においてインバータ１７の出力に対して電動機Ｍ２と並列にスイッチ４３を介して抵抗回路４４を接続している。また、第１の駆動系及び第２の駆動系に対してブレーキ回路１１を設けている。また、第１電動機Ｍ１と第２電動機Ｍ２のトルク定数を異ならせている。
【００４９】
図６に示すエレベータ装置の動作を説明する。通常の運転動作は実施の形態１の場合と同様である。制御回路２５は、停電時等により電源供給が遮断されたことを所定の検出手段（図示せず）により検出すると、制御用バックアップ電源（図示せず）を用いてスイッチ４３をオンし、第２電動機Ｍ２のモータ巻線を抵抗回路４４で短絡する。これにより、第２電動機Ｍ２に対して制動がかかり、エレベータかご１０３の落下速度が適度に抑制される。ここで、第２電動機Ｍ２のトルク定数は、短絡による制動時において適度な落下速度が得られるような値に設定されている。
【００５０】
この場合、トルク定数の大きな方の電動機を短絡するようにしてもよく、より少ない電流で所望のブレーキトルクを発生させることができるので、抵抗回路４１の抵抗値を大きくする必要がなく、抵抗回路を小型化できる。
【００５１】
以上のように本実施の形態の構成によれば、停電等により電源供給が停止された場合であっても、電動機の巻線を短絡することにより電動機の回転動作に制動をかけ、下降速度を抑制することができる。
【００５２】
（実施の形態４）
本実施形態では、電動機１９内に構成された２つの電動機Ｍ１、Ｍ２のうちの一方を駆動用電動機として使用し、他方を制御回路のバックアップ電源の充電用及び／または駆動用の発電機として使用する。このように、一方の電動機を、バックアップ電源の充電のための発電機として使用することにより、停電時等により電源供給が停止した場合であっても、エレベータかご１０３の落下を防止し、安全性を確保できる。
【００５３】
図７に本実施形態のエレベータ装置の構成を示す。エレベータ装置は、コンバータ３、平滑コンデンサ５、ブレーキ回路１１、インバータ１５及び第１電動機Ｍ１からなる駆動系と、駆動系回路の動作を制御する制御回路２５とを含む。また、エレベータ装置は、制御回路２５に対する第１の電源系として、キャパシタ３５、電圧調整器３７、コンバータ３９及び第２電動機Ｍ２を含む。さらに、エレベータ装置は、制御回路２５に対する第２の電源系として、交流電源１、コンバータ３３、キャパシタ３４を含む。なお、キャパシタ３４、３５は電池であってもよい。
【００５４】
本実施形態では、基本的に、第１の電源系から制御回路２５に制御用電源を供給する。しかし、第１の電源系におけるキャパシタ３５が制御に必要な電圧を確保できない場合（例えば、エレベータ起動前）の制御においては、第２の電源系から、制御回路２５に制御用電源を供給する。
【００５５】
上記の構成を有するエレベータ装置の動作を説明する。交流電源１からの交流電圧がコンバータ３により整流されて直流電圧に変換され、平滑コンデンサ５で平滑される。インバータ１５は平滑コンデンサ５で平滑された直流電圧を、制御回路２５の制御にしたがい所望の交流電圧に変換し、第１電動機Ｍ１を駆動する。
【００５６】
この昇降動作中、第２電動機Ｍ２は発電機として動作する。第１電動機Ｍ１の駆動により電動機１９の回転子が回転することにより、第２電動機Ｍ２の巻線Ｕ２、Ｖ２、Ｗ２に誘起電圧が発生する。この誘起電圧を整流器３９で整流して直流電圧に変換し、電圧調整器３７で所望の電圧値に変換する。電圧調整器３７の出力電圧はキャパシタ３５を介して制御回路２５に供給される。
【００５７】
このように、本実施形態では、電動機１９内の一方の電動機Ｍ１により昇降動作を行うとともに、他方の電動機Ｍ２が発電機として動作しバックアップ電源としてのキャパシタ３５を充電する。
【００５８】
これにより、停電により交流電源１からの電源供給が停止した場合であっても、制御回路２５にはキャパシタ３５から電源電圧が供給されるため、通常どおり動作することができる。制御回路２５はインバータ１５を制御し、第１電動機Ｍ１に流れる回生電流の量を制御して、かご１０３が緩やかに落下するように第１電動機Ｍ１の回転数を制御する。
【００５９】
上記構成の場合、仮にキャパシタ３５が故障している場合であっても、停電によりかご１０３が落下し始めると、その下降動作により第２電動機Ｍ２が発電動作を行うため、制御回路２５に電源を供給することが可能となり、制御回路２５を動作させることができ、第１電動機Ｍ１に対して制動動作を行うことが可能となる。
【００６０】
以上の動作を実現するためには、第２電動機Ｍ２は低速回転時から制御回路２５を駆動可能な十分な電圧を発生する必要がある。しかし、単に第２電動機Ｍ２を低速回転時から十分な駆動電圧を生じるよう設計すると、図８の破線に示すように、高速回転時において必要以上に高い電圧を発生してしまうおそれがある。第２電動機Ｍ２の出力は、図８の実線に示すように、低速回転時においては迅速に所望電圧に達する必要があるが、中・高速回転域においては、回転数に比例して増加せずに、ほぼ一定電圧となるようにするのが好ましい。以下に、この問題を解決するための構成を説明する。
【００６１】
図９は、第２電動機Ｍ２の高速回転域における出力を抑制するための巻線の構成を示した図である。第２電動機Ｍ２において、発電用の巻線Ａ11、Ａ12、Ａ21、…に加えて、制御巻線Ｂ11、Ｂ12、Ｂ21、…を設けている。発電用の巻線Ａ11、Ａ12、Ａ21、…とは、回転運動により誘起電圧を発生させる巻線である。制御巻線Ｂ11、Ｂ12、Ｂ21、…は中・高速回転域での発電電圧を抑制するための巻線である。制御巻線Ｂ11、Ｂ12、Ｂ21、…のそれぞれは、突極に巻回され、それぞれの両端は短絡されてショートリング（短絡環）を構成する。一般的にショートリングはそれを通過する磁束の変化を防げる機能を有し、特に、その効果は周波数が高くなるほど顕著となる。このようなショートリングの特性を用いた制御巻線Ｂ11、Ｂ12、Ｂ21、…により、図８の実線に示すような、中・高速域での電圧上昇を抑えた出力特性を実現できる。
【００６２】
図１０は、第２電動機Ｍ２の高速回転域における出力を抑制するための巻線構成の別の例を示した図である。図９に示す例では、突極に直接、巻線を巻回していたが、図１０に示す例では、突極間にブリッジ６１を設け、そのブリッジ６１に対して、発電用の巻線Ａ11、Ａ12、Ａ21、…、制御巻線Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3を巻回している。制御巻線Ｂ1、Ｂ2、Ｂ3のそれぞれは、その両端が短絡され、ショートリングとして機能する。なお、ブリッジ６１は、固定子部と一体に製造してもよいし、積層鉄板または焼結や成型等によるブロックを用いて別体として製造してもよい。
【００６３】
回転子から固定子に入った磁束φ１は回転子の速度に対応した交流磁界となる。このため、両端を短絡した制御巻線Ｂ１には、この磁束φ１を打ち消す方向の磁束φ２が発生する。この磁束φ２は回転子速度が上がるほど、また、磁束φ１の周波数が高くなるほど大きくなる。発電用巻線Ａ１に誘起される電圧は、制御巻線Ｂ１がない場合は磁束φ１だけによって決まり、磁束φ１の周波数に比例して高くなるが、制御巻線Ｂ１があると磁束φ２は磁束φ１の変化を打ち消す方向に作用するので、発電用巻線Ａ１に発生する電圧は回転速度に依存せず、ほぼ一定の値となる。
【００６４】
以上のような構成により、回転速度が上昇しても、制御電源用電圧が所望の値を超えて高くなることを防止でき、ほぼ一定電圧の制御電源を実現できる。
【００６５】
なお、図９、図１０の例では、制御巻線の両端は短絡しショートリングを形成していたが、制御巻線の両端をオープンにし、回転子磁石から発生し発電用巻線に鎖交する磁束を打ち消すように、開放端に、磁束の変化に同期した交流電流を外部より印加するようにしてもよい。またショートリングの巻線回数は任意に設定してよい。
【００６６】
（実施の形態５）
以上説明した実施形態において、同一固定子コア内に設けられた電動機の中の一つを周波数発電機またはアナログ発電機として使用する例を説明する。
【００６７】
図１１（ａ）に示すように第１および第２電動機Ｍ１，Ｍ２の各相巻線が配置されている場合において、第２電動機Ｍ２のＵ，Ｖ，Ｗ各相の巻線からの電圧を、図１１（ｂ）に示すような波形整形回路を通過させることにより、図１１（ｃ）に示すようなそれぞれ位相が１２０度ずつ、ずれたパルス波形信号が得られる。このようにして得られたパルス波形信号は、第１電動機Ｍ１の電動機動作を制御する際に、位置検出や速度等の制御信号として使用できる。なお、図１１は、５又２発電モータを例として示してある。
【００６８】
（実施の形態６）
実施の形態５では、第２電動機Ｍ２のＵ，Ｖ，Ｗ各相の巻線電圧からパルス波形信号を生成することについて説明した。本実施形態では、第１及び第２電動機Ｍ１、Ｍ２の各相巻線電圧から、波形整形されたアナログ正弦波信号を得る構成について説明する。
【００６９】
アナログ正弦波信号を得るため、まず、第１及び第２電動機Ｍ１、Ｍ２各相の固定子巻線の電圧を電圧検出手段（図示せず）により検出する。そして、制御回路２５により、求めたい相以外の相の検出電圧に、その相と求めたい相の間の結合定数を乗じ、求めたい相の検出電圧から、結合定数が乗じられた各電圧を減じることにより、波形整形されたアナログ正弦波信号を得ることができる。このようにして得られアナログ波形信号も、第１電動機Ｍ１の電動機動作を制御する際に、位置検出等の制御信号として使用できる。
【００７０】
図１２を用いて以上の処理を具体的に説明する。図１２（ａ）は各相間の結合定数を示す。第２電動機Ｍ２のＵ相のアナログ正弦波信号を得る場合の例を説明する。この場合、第２電動機Ｍ２のＵ相以外の相の検出電圧Ｖv2、Ｖw2、…にそれぞれ結合定数Ｍ12、Ｍ13、…を乗じる。図１２（ｂ）に示すように、検出電圧Ｖu2から、結合定数が乗じられた各電圧を減じることにより、波形整形されたアナログ正弦波信号Ｖu2を得ることができる。同様にして正弦波信号Ｖv2、Ｖw2を得ることができる。
【００７１】
（実施の形態７）
上記の各実施形態において用いられる多又モータにおける好ましい構成を説明する。
【００７２】
多又モータにおいて、固定子の各相の巻線をＮ（Ｎは２以上の整数）組に分離し、同相の各組の突極は電気角で略３６０度毎に配置する。巻線を２組に分離した場合、同一相の巻線を電気角で略３６０度毎に配置することは、機械角で略１８０度毎に配置することになる。巻線を３組に分離した場合は、同一相の巻線を機械角で略１２０度毎に配置することになる。すなわち、巻線をＮ組に分離する場合、同一相の巻線は機械角で略（３６０／Ｎ）度毎に配置される。
【００７３】
図１３は、３又モータにおいて固定子コアに１つの発電機のみが形成された場合の巻線の配置を説明した図である。例えば、Ｕ相巻線は、突極毎に巻回された巻線ｕ11、ｕ12、ｕ13からなる組と、突極毎に巻回された巻線ｕ14、ｕ15、ｕ16からなる組とに分離されている。これらは互いに１８０度ずれて配置されている。図１４に示すように、巻線ｕ11、ｕ12及びｕ13、並びに巻線ｕ14、ｕ15及びｕ16はそれぞれ直列に接続される。巻線ｕ11、ｕ12、ｕ13からなる組と、巻線ｕ14、ｕ15、ｕ16からなる組とは並列に接続される。巻線ｕ11、ｕ12、ｕ13からなる組と、巻線ｕ14、ｕ15、ｕ16からなる組とを並列に接続する理由は、これらを直列に接続するとインピーダンスが高くなり、太い銅線を使用する必要が生じるからである。
【００７４】
また、図１５は、５又モータにおいて同一固定子コアに２つの発電機が形成された場合の巻線の配置を示している。同図において、第１電動機Ｍ１のＵ相巻線は巻線群Ｕ1と巻線群Ｕ'1とからなり、Ｖ相巻線は巻線群Ｖ1と巻線群Ｖ'1とからなり、Ｗ相巻線は巻線群Ｗ1と巻線群Ｗ'1とからなる。巻線群Ｕ１に含まれる５つの突極に巻回される各巻線どうしは直列に接続され、巻線群Ｕ１と巻線群Ｕ'1とは並列に接続される。Ｖ相、Ｗ相についても同様である。第１電動機Ｍ１の巻線Ｕ１〜Ｗ'１の間に、第２電動機Ｍ２の巻線Ｕ２〜Ｗ'２が配置される。第２発電機についても第１発電機と同様に１つの相を２つの巻線群に分離し、それぞれを電気角で３６０度毎に配置している。
【００７５】
同一相の巻線を１組だけ設けた場合、通電時に回転子の回転軸に半径方向の力が働くのに対し、上記のように、同一相の巻線を複数の組に分け、それぞれを電気角で３６０度毎に配置することにより、同一相の巻線が固定子の円周方向において等間隔に配置されるため、回転軸に対して半径方向の力が相殺される（静粛な回転が実現できる。）。
【００７６】
また、同じ相における固定子の各突極を、図１６に示すように、突極の中心が回転軸となす角度θ（度）が略均等となるように配置するようにするのが、低コギングトルク上好ましい。これは、図１６の突極数をＴとしたとき、θ＝３６０／Ｔ（度）に概略等しくすることである。なお、このθは、回転子極数を２Ｐとしたとき（ＮＳ極が２Ｐ個ある意）、２Ｐ＝３×Ｍ＋α（αは２以下の正の整数）となるＭでもって規定されるθ＝３６０／（３Ｍ）に概略等しい角度に配置しても同様の効果が得られる。
【００７７】
また、上記実施形態において、大トルク時または高速回転時には電動機１９に流れるｄ軸電流の位相調整し、弱め界磁制御を行って発電電圧を抑制するように調整してもよい。ｄ軸電流は５０度以上の位相まで進めるのが好ましい。上記実施形態において電動機１９は埋込み磁石型であるため、弱め界磁制御を行っても、固定子が減磁されるという問題がない。
【００７８】
なお、上記の各実施形態では、同一固定子コア内に２つの電動機を構成した２モータをベースに説明してきたが、同一固定子コア内に３以上の複数の電動機を構成したモータ構成であっても本発明の思想は同様に適用できる。この場合、例えば複数の電動機のうちの少なくとも１つが前述の各実施形態の技術思想を満たすよう制御されるようにすれば、各実施形態で述べたものと同様の効果が得られる。また、上記の説明では電動機は副突極を含まない例を用いて説明したが、各固定子突極全てあるいは特定の突極にさらにコギングトルクを低減する目的で副突極を設けることも可能である。
【００７９】
以上の説明した本発明に係るエレベータ装置は小型化／薄型化及び低コギングトルクを両立ができるという効果を有する。このため、本発明に係るエレベータ装置は、また、省スペースと静穏性（低コギングトルク）が求められる家庭用エレベータに好適である。例えば、家庭用エレベータの場合、図２Ｂに示すように、エレベータ塔の底面に巻上装置を配置すれば、床高の低い建物においても設置可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明のエレベータ装置は小型で低騒音かつ起動性に優れているため、安全性、静粛性、レイアウト性が要求されるエレベータ装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係るエレベータ装置の実施の形態１の構成図
【図２Ａ】巻上装置をエレベータ塔内の側面に設けたエレベータ装置の斜視図
【図２Ｂ】巻上装置をエレベータ塔内の底面に設けたエレベータ装置の斜視図
【図２Ｃ】巻上装置をエレベータ塔内の上面に設けたエレベータ装置の斜視図
【図３】巻上装置の構成を示す図
【図４】エレベータ装置に用いられる電動機（多又モータ）の構造を示した図
【図５】（ａ）第１及び第２電動機Ｍ１，Ｍ２の回転数（ω）と出力電圧（Ｖ）の関係を示した図、（ｂ）第１及び第２電動機Ｍ１，Ｍ２の切替を説明するための図
【図６】本発明に係るエレベータ装置の実施の形態３の構成図
【図７】本発明に係るエレベータ装置の実施の形態４の構成図
【図８】制御電源である第２電動機の出力特性を示す図
【図９】第２電動機の高速回転域における出力を抑制するための巻線（制御巻線）の構成を示した図
【図１０】第２電動機の高速回転域における出力を抑制するための巻線（制御巻線）の別の構成を示した図
【図１１】５又２電動機において一の電動機を周波数発電機として使用する例を説明するための図
【図１２】５又２電動機において一の電動機をアナログ発電機として使用する例を説明するための図
【図１３】３又モータにおいて同一固定子コアに１つの電動機のみが形成された場合の巻線の配置を説明した図
【図１４】同一相において直列巻線と並列巻線とを混在させた構成を説明するための図
【図１５】５又モータにおいて同一固定子コアに２つの電動機が形成された場合の巻線の配置を示した図
【図１６】突極の中心が回転軸となす角度が略均等となるように配置された固定子の構成を示す図
【符号の説明】
【００８２】
１  交流電源
３  コンバータ
５  平滑コンデンサ
１５、１７  インバータ
１９  電動機（多又モータ）
２５  制御回路
８０  回転子
８１  永久磁石
９０  固定子
９１  突極
９３ａ〜９３ｃ  巻線
１００  巻上装置
１０１  エレベータ塔
１０３  かご
１０４  バランス錘
１０５  ロープ
１０７  室内側出入り口
１０９  シーブ（プーリ）
Ｍ１、Ｍ２  電動機の同一固定子コア内に設けられた電動機
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2006089225.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図３】
2006089225.tif 000008
【図４】
2006089225.tif 000009
【図５】
2006089225.tif 000010
【図６】
2006089225.tif 000011
【図７】
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【図８】
2006089225.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2006089225.tif 000015
【図１１】
2006089225.tif 000016
【図１２】
2006089225.tif 000017
【図１３】
2006089225.tif 000018
【図１４】
2006089225.tif 000019
【図１５】
2006089225.tif 000020
【図１６】
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