(57)【要約】  平衡化システムにおいて、保持ブレーキが解放されるときのロールバックを抑えるための方法およびシステムが開示される。保持ブレーキには、駆動シャフトの運動の量が制限された動きが生じる。モータ駆動装置が、保持ブレーキをセットした状態でモータに電流を供給して、駆動シャフトにトルクが加える。両方向にトルクが発生するよう電流を制御する。ブレーキの制限された動きの量を用いて、モータに加えられる機械的負荷を支持するのに必要なトルクの方向および大きさを決定することができる。次いで、モータ駆動装置は、保持ブレーキを解放する前に負荷を支持するのに必要なトルクを発生させるための電流を供給する。
2019503321.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動シャフトに動作可能に接続される保持ブレーキを有する、平衡化システムにおける動作を制御する前記モータのための所望のプレトルクレベルを決定する方法であって、
前記モータに印加される電流の大きさを増加させて、前記保持ブレーキがセットされている間に、第１の回転方向にトルクを発生させるステップと、
前記トルクが前記第１の方向に発生している間、前記モータの回転に対応する位置フィードバック信号を監視するステップと、
前記第１の回転方向にトルクを発生させるために前記モータに印加される前記電流を取り除くステップと、
前記保持ブレーキがセットされている間、前記モータに印加される前記電流の大きさを増加させて、第２の回転方向にトルクを発生させるステップと、
前記トルクが前記第２の方向に発生している間、前記モータの回転に対応する前記位置フィードバック信号を監視するステップと、
前記モータに印加されている前記電流を取り除いて、前記第２の回転方向にトルクを発生させるステップと、
前記モータに印加される前記電流の大きさ、および前記位置フィードバック信号によって検出される回転の大きさの関数として、前記所望のプレトルクレベルを決定するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記所望のプレトルクレベルを決定する前記ステップには、
前記位置フィードバック信号の変化を第１の閾値と比較するステップと、
前記位置フィードバック信号の前記変化が、前記第１の閾値に達すると、前記所望のプレトルクレベルを前記モータに印加される前記電流の大きさに等しく設定するステップと
がさらに含まれる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記所望のプレトルクレベルを決定する前記ステップには、
前記位置フィードバック信号の前記変化を前記第１の閾値と比較するステップと、
前記位置フィードバック信号の前記変化が前記第１の閾値を超えるとき、前記位置フィードバック信号の前記変化が前記第１の閾値を下回るまで前記位置フィードバック信号を監視するステップと、
前記位置フィードバック信号の前記変化が前記第１閾値を下回ったとき、前記位置フィードバック信号の前記変化が前記第１閾値を下回ったときに前記モータに印加される前記電流の大きさに等しい前記所望のプレトルクレベルを設定するステップと
がさらに含まれる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記保持ブレーキを解放する前に、前記モータに電流の大きさを印加して、前記所望のプレトルクレベルでトルクを発生させるステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
【請求項５】
モータの駆動シャフトに動作可能に接続される保持ブレーキを有する、平衡化システムにおける動作を制御する前記モータのための所望のプレトルクレベルを決定するためのシステムであって、
前記モータに動作可能に接続され、前記モータに可変電圧および可変電流を供給して、前記モータの動作を制御する電力変換器と、
前記モータに動作可能に接続され、前記モータの角度位置に対応する信号を生成するように構成される位置フィードバック装置と、
制御装置であって、
前記位置フィードバック装置から前記信号を受信するように動作する入力部と、
複数の命令を格納するように動作するメモリデバイスと、
プロセッサであって、前記複数の命令を実行して、
前記モータへの第１の極性を有する増加する大きさの電流を供給するよう、前記電力変換器の動作を制御し、前記電流が第１のレベルから第２のレベルに増加し、前記モータに第１の回転方向のトルクを発生させ、
前記第１の極性を有する前記増加する大きさの電流が前記モータに供給されている間、前記位置フィードバック装置からの前記信号を監視し、
前記電力変換器の動作を制御して、前記モータへの前記第１の極性を有する減少する大きさの電流を供給し、前記電流が前記第２のレベルから前記第１のレベルに減少し、
前記モータへの第２の極性を有する増加する大きさの電流を供給するよう、前記電力変換器の動作を制御し、前記電流が、前記第１のレベルから第３のレベルに増加し、前記第２の極性が前記第１の極性の反対であり、前記電流により、第２の方向の回転が前記モータに発生し、
前記第２の極性を有する前記増加する大きさの電流が前記モータに供給されている間、前記位置フィードバック装置からの前記信号を監視し、
前記電力変換器の動作を制御して、前記モータへの前記第２の極性を有する減少する大きさの電流を供給し、前記電流が、前記第３のレベルから前記第１のレベルに減少し、
前記モータに印加される前記電流の大きさおよび前記位置フィードバック信号によって検出される回転の大きさの関数として、前記所望のプレトルクレベルを決定する
プロセッサと
を含む制御装置と
を含むシステム。
【請求項６】
モータ駆動装置であって、前記電力変換器が前記モータ駆動装置の電力変換部であり、前記制御装置が、前記モータ駆動装置の制御部である、モータ駆動装置をさらに含む請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
前記電流の大きさが増加するにつれ、前記モータに印加される前記電流の大きさの関数として、前記所望のプレトルクレベルが決定される、請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記プロセッサが、
前記位置フィードバック装置からの前記信号の変化を第１の閾値と比較し、
前記位置フィードバック装置からの前記信号の前記変化が前記第１の閾値に達したとき、前記所望のプレトルクレベルを前記モータに印加される前記電流の大きさに等しく設定する
ようさらに動作する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記電流の大きさが減少するにつれ、前記モータに印加される前記電流の大きさの関数として、前記所望のプレトルクレベルが決定される、請求項５に記載のシステム。
【請求項１０】
前記プロセッサが、
前記位置フィードバック装置からの前記信号の変化を第１の閾値と比較し、
前記位置フィードバック装置からの前記信号の前記変化が前記第１の閾値を超えるとき、前記信号の前記変化が前記第１の閾値を下回るまで前記位置フィードバック装置からの前記信号を監視し、
前記位置フィードバック装置からの前記信号の前記変化が前記第１の閾値を下回ったとき、前記位置フィードバック装置からの前記信号の前記変化が前記第１閾値を下回ったときに、前記モータに印加される前記電流の大きさに前記所望のプレトルクレベルを設定する
ようさらに動作する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記プロセッサが、前記電力変換器の動作を制御して、
前記保持ブレーキを解放する前に、前記所望のプレトルクレベルでトルクを発生させるための、前記モータへ供給する電流の大きさを供給する、
請求項５に記載のシステム。
【請求項１２】
モータの駆動シャフトに動作可能に接続された保持ブレーキと、前記ブレーキが開放されたときに生じるロールバックとを有する平衡化システムにおける動作を制御する前記モータのロールバックを抑える方法であって、
前記保持ブレーキがセットされている間に、
前記モータを作動させて、第１の方向の第１のトルクを前記駆動シャフトに加えるステップと、
前記第１のトルクが加えられている間に前記駆動シャフトの回転に対応する位置フィードバック信号を監視するステップと、
前記モータを作動させて、前記駆動シャフトに第２の方向の第２のトルクを加えるステップと、
前記第２のトルクが加えられている間に前記駆動シャフトの回転に対応する前記位置フィードバック信号を監視するステップと、
前記加えられた第１のトルクおよび第２のトルクならびに前記位置フィードバック信号の関数として、所望のプレトルクレベルの大きさおよび方向を決定するステップと、
前記モータを作動させて、前記所望のプレトルクレベルのトルクを前記駆動シャフトに加えるステップと、
前記保持ブレーキを解放するステップと
を含む方法。
【請求項１３】
モータ駆動装置が、可変電圧および可変電流を前記モータに供給して、各トルクを前記駆動シャフトに加え、前記モータ駆動装置が、前記位置フィードバック信号を受信し、前記保持ブレーキを解放する制御信号を生成する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記モータを作動させて、前記第１のトルクを加える前記ステップには、
前記モータに印加される電流の大きさを段階的に変化させて、前記第１のトルクを第１のレベルから第２のレベルに発生させるステップと、
前記第１のトルクを発生させるために前記モータに印加される前記電流を取り除くステップと
が含まれる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記駆動シャフトに印加される前記電流の大きさの関数として、前記所望のプレトルクレベルが決定される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記所望のプレトルクレベルの前記大きさおよび方向を決定する前記ステップには、
前記位置フィードバック信号の変化を第１の閾値と比較するステップと、
前記位置フィードバック信号の前記変化が前記第１の閾値に達したときに、前記モータに印加される前記電流の大きさから生じるトルクのレベルに等しく前記所望のプレトルクレベルを設定するステップと
がさらに含まれる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記所望のプレトルクレベルの前記大きさおよび方向を決定する前記ステップには、
前記位置フィードバック信号の変化を第１の閾値と比較するステップと、
前記位置フィードバック信号の前記変化が、前記第１の閾値を超えているときに、前記位置フィードバック信号の前記変化が前記第１の閾値を下回るまで、前記位置フィードバック信号を監視するステップと、
前記位置フィードバック信号の前記変化が、前記第１の閾値を下回っているときに、前記位置フィードバック信号の前記変化が前記第１の閾値を下回ったときに前記モータに印加される前記電流の大きさから生じるトルクのレベルに前記所望のプレトルクレベルを設定するステップと
が含まれる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記モータを作動させて、前記第２のトルクを加える前記ステップには、
前記モータに印加される電流の大きさを徐々に変化させて、第３のレベルから第４のレベルまでの前記第２のトルクを発生させるステップと、
前記第２のトルクを発生させるために前記モータに印加される前記電流を取り除くステップであって、前記所望のプレトルクレベルは、前記駆動シャフトに印加される前記電流の大きさの関数として決定される、ステップと
がさらに含まれる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記所望のプレトルクレベルの前記大きさおよび方向を決定する前記ステップには、
前記位置フィードバック信号の変化を第１の閾値と比較するステップと、
前記所望のプレトルクレベルを、前記位置フィードバック信号の前記変化が、前記第１の閾値に達したときに前記モータに印加される前記電流の大きさから生じるトルクのレベルに等しく設定するステップと
がさらに含まれる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記所望のプレトルクレベルの前記大きさおよび方向を決定する前記ステップには、
前記位置フィードバック信号の変化を第１の閾値と比較するステップと、
前記位置フィードバック信号の前記変化が、前記第１の閾値を超えているとき、前記位置フィードバック信号の前記変化が、前記第１の閾値を下回るまで、前記位置フィードバック信号を監視するステップと、
前記位置フィードバック信号の前記変化が前記第１の閾値を下回ったとき、前記位置フィードバック信号の前記変化が前記第１の閾値を下回ったときに前記モータに印加される前記電流の大きさから生じるトルクのレベルに前記所望のプレトルクレベルを設定するステップと
がさらに含まれる、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１月２９日に出願された、Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｍｏｔｉｏｎ  ｉｎ  ａ  Ｃｏｕｎｔｅｒｂａｌａｎｃｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍと題する、米国仮出願第６２／２８８，７７６号の優先権を主張し、その全体の内容は参照することにより本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本明細書で開示されている主題は、平衡化システムの動作を制御する方法および装置に関し、より具体的には、ブレーキの係合中のプレトルク方向を決定し、ブレーキが解除される前に、そのプレトルク方向にプレトルクをかける方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
通常、エレベータは平衡化システムとして実装される。したがって、大抵の場合、エレベータシャフト内のエレベータキャブを上昇させたり下降させたりするために、このキャブの頂部に取り付けられたシーブ（溝付きスピンドルまたはプーリー）の周りに、ケーブル（または、ロープ）が設けられている。これらのケーブルの第１の端は、シャフトの頂部の第１のポイントに取り付けられ、キャブの頂部に取り付けられたシーブの周り下方に送られる。次いで、これらのケーブルは、それらの間に駆動シャフトを有する電気モータに取り付けられたシーブを周る。次いで、これらのケーブルは、平衡錘に取り付けられた１つ以上のシーブを周り得、シャフトの頂部の第２のポイントに戻る。この平衡錘を用いることにより、キャブとの平衡がもたらされ、平衡錘とキャブとの間の差分の重量をモータにより持ち上げることを可能となる（キャブの全重量と反対に）。ケーブル、シーブ、およびケーブルの配線を様々な構成で利用可能である。
【０００４】
モータにかかる負荷を軽減し、システムをさらに安全にするために、通常、モータと組み合わせてブレーキが用いられる。このようなシステムでは、静止状態を維持することが望ましいとき、モータは、通常、ゼロの速度になるよう作動し、このモータがまだ作動している間にブレーキが作動し始め、その後、ブレーキが係合してシーブ、ケーブル、キャブおよび平衡錘を静止状態に保持すると、モータは作動を停止する。次いで、別の階に移動するコールなどで、エレベータが動作を再開するとき、モータがゼロ速度で作動してから、ブレーキが解除（または、選択）され、その後、モータにより、引き続きキャブが移動される。
【０００５】
しかし、システム構成と重量に依存する特定の状況では、ブレーキの解除とモータの作動の間の時間に、エレベータキャブ（または、平衡錘）がほんの一瞬ロールバックを引き起こす可能性がある。さらに、このクロスオーバー時間では、モータが車をすばやくキャッチして静止状態に保たなければならないときに、騒音、および／または、顕著な振動を引き起こす可能性がある。このような状態では、エレベータキャブの乗員が不安になり、かつ／あるいは、周囲の建物の居住者が動揺する可能性があり、望ましくない。そのような状況において、前述の１つ以上の欠点を最小限に抑えることができる改善型平衡化システムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
平衡化システムが用いられる場合、特定のブレーキシステムでは、シーブが引っ張られる方向とは反対の方向に限られた量の動きが可能になってしまうことが本発明者らによって認識された。この限られた量の動きにより、ブレーキが係合した状態で、電気モータを作動させることにより、シーブが引かれる方向が決定され、反対方向にトルクがかけられる可能性がある。シーブが引っ張られる方向には動きはないが、バックラッシュによりシーブが引っ張られる方向とは反対の方向に限られた量の測定可能な動きが生じる。限られた量の動きを、エンコーダによって検出することができ、次いで、ブレーキが解放される前に、モータが、シーブが引かれる方向とは反対の方向に正しいトルクを予めかけて、シーブの滑らかな移行を可能にすることができる。
【０００７】
本発明の一態様では、エレベータなどの平衡化リフト装置において、すべての所与の走行の乗客の数に基づき、乗車または運転ごとの昇降方向の負荷が変化し得る。低コストのアプリケーションで使用される多くの軽量エレベータカーでは、通常のアンチロールバックアルゴリズムを用いて車をキャッチしようとする際、音を伴う衝撃が発生する恐れがある。動作制御インバータが、適切なレベルのプレトルクを正しい方向にかけることにより、エレベータは、滑らかに、かつ静かに安定して動き始め、安全に動作をスタートさせるまでの間、機械ブレーキとエレベータ制御装置のインタフェースとして機能する。本発明の技術を優先し、外部負荷重量測定装置を取り除くことができ、それにより、そのような装置の設置、および／または較正のコストを抑えることができる。したがって、本発明の態様は、外部重量測定装置を用いずに、リフト装置の方向および大きさの両方を決定する能力を提供することができる。
【０００８】
本発明の一態様では、エレベータなどの平衡化リフト装置のための一次運動は、電気モータとシーブとを備えたシステムによって提供されて得る。シーブの溝内のワイヤケーブルは、一方の端がキャブに接続し、他方の端が錘に接続し得る。安全のために、モータシャフトやシーブには、機械ブレーキを取り付けることができる。１つ以上のブレーキディスクは、シーブの反対側のロータシャフトにスプライン嵌合されて得る。このような機械的接続により、ロータシャフトとブレーキとの間で小さな程度の動きを提供され得、ブレーキが依然として負荷を保持している間に、負荷のオフセットを感知することができる。機械シャフト上のすべての動作は、ロータに機械接続され得る１つ以上のエンコーダによって検出することができる。機械がＡＣまたはＤＣドライブによって駆動されている、あるいは制御されている間、ブレーキは固定されたままであり、動作感知エンコーダは適切な速度、および位置制御のための基準装置としてＡＣまたはＤＣドライブにフィードバックされる。
【０００９】
動作するためにリフト装置が係合されると、個々の動作または運動プロファイルに対して一定量の重量が確立され得る。この時点で、ドライブは動作可能となる、あるいはイネーブル可能となる。エレベータカー制御装置によって、イネーブル信号が送られる時間と、ブレーキが解放されて動作を開始する時間との間で、プレトルクの方向および大きさが決定され得る。これは、ブレーキが解放される前にブレーキによって保持されている荷重がロータに伝達され、その結果、滑らかな移行をもたらすように行われ得る。
【００１０】
ドライブがオンになると、ゲートと内部制御がアクティブになり得る。エンコーダフィードバックを介してわずかな動きを感知するために、ブレーキを解放する前に、ロータからパルス状のトルクをかけることができる。正の方向にロータのトルクのレベルを増加させ、次いで、動作を監視しながら負の方向にトルクをかけることができる。ロータ軸とブレーキとの間にバックラッシュがある場合、あるトルクレベルを越えるとバックラッシュが検知され、動きが感知され、その後、ブレーキが解放されたときにオフセット荷重を保持するレベルが維持される。これは、負荷オフセットがいずれかにある可能性があるため、両方向で実行可能である。ブレーキが解放される前にトルクをかけることにより、負荷オフセットが生じ、通常起こりうる、音および／または振動を伴う過渡事象を回避することができる。すなわち、シーブとロータが負荷によって一方向に引っ張られ得、ロータの発生トルクが負荷トルクに打ち勝つよう、このロータが反対方向により大きなトルクを負荷にかけた場合、わずかな動きが感知され得る。
【００１１】
さらに、プレトルクのパルスの大きさを変化させることにより、方向に加えてプレトルクのコマンドの大きさを決定することができる。方向と大きさの両方により、スムーズに、平衡化システムの動作を始動させることができる。
【００１２】
本発明の一実施形態により、平衡化システムの動作を制御するモータの所望のプレトルクレベルを決定する方法が開示される。このモータは、モータの駆動シャフトに動作可能に接続する保持ブレーキを有する。保持ブレーキが設定されている間にモータに印加されている電流の大きさを増大させて、第１の回転方向にトルクを発生させ、第１の方向にトルクが発生している間のモータの回転に対応する位置フィードバック信号が監視される。第１の回転方向にトルクを発生させるためにモータに印加された電流が取り除かれ、保持ブレーキが設定される間、第２の回転方向にトルクを発生させるために、増加する大きさの電流がモータに印加される。第２の方向にトルクが発生している間、モータの回転に対応する位置フィードバック信号が監視される。第２の回転方向にトルクを発生させるためにモータに印加されている電流が取り除かれ、モータに印加される電流の大きさ、および位置フィードバック信号によって検出される回転の大きさの関数として、所望のプレトルクレベルが決定される。
【００１３】
本発明の別の態様によれば、所望のプレトルクレベルを決定するステップには、位置フィードバック信号の変化を第１の閾値と比較することと、位置フィードバック信号の変化が第１の閾値に達したときに、モータに印加される電流の大きさと等しい所望のプレトルクレベルを設定することと、が含まれる。随意的に、所望のプレトルクレベルを決定するステップには、位置フィードバック信号の変化を第１の閾値と比較することと、位置フィードバック信号の変化が第１の閾値を上回っているとき、その位置フィードバック信号の変化が第１閾値を下回って低下するまで、位置フィードバック信号を監視することと、その位置フィードバック信号の変化が第１の閾値を下回って戻ったとき、その位置フィードバック信号の変化が第１の閾値を下回って戻ったときにモータに印加される電流の大きさと等しいレベルに所望のプレトルクレベルを設定することとが含まれる。
【００１４】
本発明の別の実施形態により、平衡化システムの動作を制御するモータの所望のプレトルクレベルを決定するためのシステムが開示される。このモータは、モータの駆動シャフトに動作可能に接続する保持ブレーキを有する。このシステムは、電力変換器、位置フィードバック装置、および制御装置を含む。この電力変換器は、モータに動作可能に接続し、可変電圧および可変電流をモータに供給してモータの動作を制御する。この位置フィードバック装置は、モータに動作可能に接続し、モータの角度位置に対応する信号を生成するように構成される。この制御装置は、位置フィードバック装置から信号を受信するよう動作する入力部、複数の命令を記憶するように動作するメモリデバイス、および複数の命令を実行するよう動作するプロセッサと含む。このプロセッサは、電力変換器の動作を制御する命令を実行して、モータへの第１の極性を有する増加する大きさの電流を供給し、このモータへの第１の極性を有する増加する大きさの電流を供給している間、位置フィードバック装置からの信号を監視する命令を実行し、これにより、電流が第１のレベルから第２のレベルに増加され、第１の回転方向にモータにトルクを生成される。このプロセッサはさらに、電力変換器の動作を制御して、モータへの第１の極性を有する減少する大きさの電流を供給し、電流は第２のレベルから第１のレベルに減少する。この電力変換器は、モータへの第２の極性を有する増加する大きさの電流を供給し、このモータへの第２の極性を有する増加する大きさの電流が供給されている間、位置フィードバック装置からの信号を監視し、これによりこの電流は第１のレベルから第３のレベルに増加し、第２の極性は第１の極性と反対であり、この電流により、モータに第２の回転方向のトルクが生成される。この電力変換器は、第２の極性を有する電流の減少する電流の大きさをモータに供給し、これにより電流が第３のレベルから第１のレベルに減少し、モータに印加される電流の大きさ、および位置フィードバック信号によって検出された回転の大きさの関数として所望のプレトルクレベルを決定する。
【００１５】
本発明の別の態様によれば、このシステムはモータ駆動装置を含み得、電力変換装置がモータ駆動装置の電力変換部となり、制御装置がモータ駆動装置の制御部となる。所望のプレトルクレベルは、電流の大きさが増加したり、あるいは電流の大きさが減少したりするときの、モータに印加される電流の大きさの関数として決定され得る。このプロセッサは、位置フィードバック装置からの信号の変化を第１の閾値と比較することができる。このプロセッサは、位置フィードバック装置からの信号の変化が第１の閾値に達したときに、モータに印加される電流の大きさと等しいレベルの所望のプレトルクレベルを設定することができる。このプロセッサは、随意的に、位置フィードバック装置からの信号の変化が第１の閾値を上回っているとき、その信号の変化が第１の閾値を下回って戻るまで、位置フィードバック装置からの信号を監視し得、位置フィードバック装置からの信号の変化が第１の閾値を下回ったとき、位置フィードバック装置からの信号の変化が第１の閾値を下回ったときにモータに印加されている電流の大きさと等しいレベルに所望のプレトルクレベルを設定する。
【００１６】
本発明のさらに別の実施形態により、平衡化システムの動作を制御するモータのロールバックを抑える方法が開示される。このモータは、モータの駆動シャフトに動作可能に接続する保持ブレーキ有し、このブレーキが開かれたときにロールバックが生じる。最初のステップは、保持ブレーキを設定して実行される。このモータにより、第１の方向に向けて駆動シャフトに第１のトルクが加えられ、第１のトルクが加えられている間、駆動シャフトの回転に対応する位置フィードバック信号が監視される。このモータにより、第２の方向に向けて駆動シャフトに第２のトルクが加えられ、第２のトルクが加えられている間、駆動シャフトの回転に対応する位置フィードバック信号が監視される。所望のプレトルクレベルの大きさ、および方向は、印加された第１および第２のトルクならびに位置フィードバック信号の関数として決定される。このモータは、所望のプレトルクレベルのトルクを駆動シャフトに加え、保持ブレーキを解放する。
【００１７】
本発明のさらに別の態様によれば、このモータ駆動装置は、可変電圧および可変電流をモータに供給して、各トルクを駆動シャフトに加え、また、このモータ駆動装置は位置フィードバック信号を受信して保持ブレーキを解放する制御信号を生成する。モータを起動させて、第１のトルクを加えるステップには、モータに印加される電流の大きさを段階的に変化させて、第１のレベルから第２のレベルまでの第１のトルクを発生させるステップと、第１のトルクを生成するためにモータに印加される電流を取り除くステップと、が含まれ得る。モータを起動させて第２のトルクをかけるステップには、モータに印加される電流の大きさを段階的に変化させて、第３のレベルから第４のレベルまで第２のトルクを生成するステップと、第２のトルクを生成するためにモータに印加される電流を取り除くステップと、が含まれ得る。所望のプレトルクレベルは、駆動シャフトに印加される電流の大きさの関数として決定され得る。
【００１８】
本発明のこれらよびその他の目的、利点および特徴は、詳細な説明および添付の図面から当業者には明らかになるであろう。しかし、詳細な説明および添付図面は、本発明の好ましい実施形態を示しているが、限定ではなく例示として与えられていることを理解されよう。本発明の精神から逸脱することなく本発明の範囲内で多くの変更および修正を行うことができ、そのような修正はすべて本発明に含まれるものとする。
【００１９】
本明細書に開示される主題の様々な例示的実施形態が、添付の図面に示されるが、これらの図面では、同様の参照番号は、全体を通じて同様の部品を示すものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る、滑らかなブレーキを実装して移行を行うために、電気モータ、ブレーキ、エンコーダ、および制御装置を備え、エレベータと平衡錘とによって実装される例示的な平衡化システムの図である。
【図２】図２は、図１の電気モータを制御するよう動作するモータ駆動装置のブロック図である。
【図３】図３は、歯付きハブと溝付きロータとを含み、歯付きハブと溝付きロータとの係合がシステムにブレーキを提供し得る、図１のシステムで使用可能な例示的なブレーキの部分切取り図である。
【図４】図４は、図１のシステムで使用可能な例示的なエンコーダの部分等角図である。
【図５】図５は、図３のブレーキ６０が歯付きハブと例示的なブレーキの溝付きロータとを係合させた状態で、モータ７０を起動させて、モータ７０に加えられる負荷の大きさおよび方向を決定するシーケンスの係合の詳細図である。
【図６ａ】図６ａは、本発明の一実施形態に係る、モータを起動させて、ブレーキを開放する前にモータに加える所望のプレトルクの大きさおよび方向を決定するシーケンス中のモータの現在の状態を示す、図６ｂ、図６ｃ、および図６ｄに対応するタイミング図である。
【図６ｂ】図６ｂは、図６ａのシーケンス中にモータに加えられるトルクの大きさおよび方向を示す、図６ａ、図６ｃおよび図６ｄに対応するタイミング図である。
【図６ｃ】図６ｃは、図６ａのシーケンス中のモータシャフトの回転運動を示す、図６ａ、図６ｂ、および図６ｄに対応するタイミング図である。
【図６ｄ】図６ｄは、図６ａのシーケンス中のモータシャフトの回転に対応する位置フィードバック信号を示す、図６ａ、図６ｂ、および図６ｃに対応するタイミング図である。
【図７】図７は、図６の状態間のプロセスフローを示すフローチャートである。
【図８】図８は、図１のモータの起動を示す例示的な状態およびタイミング図である。
【発明を実施するため形態】
【００２１】
図面に示されている本発明の好ましい実施形態の説明では、明瞭にするために特定の用語が使用される。しかし、本発明は、そのように選択された特定の用語に限定されることは意図されておらず、各特定の用語は同様の目的を達成するために類似の方法で動作するすべての技術的同等物を含むことは理解されよう。例えば、「接続された」、「取り付けられた」またはそれと類似の用語がしばしば使用される。これらは、直接接続に限定されず、当業者によって等価であると認識される他の要素を介した接続も含む。
【００２２】
以下の説明で詳細な説明では、本明細書に開示される主題の様々な特徴および有利な詳細を、非限定的な実施形態を参照して、より完全に説明する。
【００２３】
まず図１を参照すると、例示的なエレベータシステム１０によって実装することができる例示的な平衡化システムが、本発明の実施形態に従って提供される。シャフト１２は、このシャフト１２を上下に移動させるように構成されるキャブ１４を含む。このキャブ１４は、例えば、シャフト１２の各側面に沿って垂直に延在するレール１６に係合して、キャブ１４のシャフト１２内での水平方向のアライメントを維持するよう構成される車輪を含む。キャブ１４の頂部に取り付けられる１つ以上のキャブシーブ１８（溝付きスピンドルまたはプーリー）の周りに延びるケーブル２０を使用して、キャブ１４をシャフト１２内で昇降させることができる。図示されている実施形態によれば、ケーブル２０の第１の端は、シャフト１２の頂部の第１の点に固定して取り付けられ、キャブ１４の頂部に取り付けられたキャブシーブ１８の周りを下方に通される。その後、このケーブル２０は、電気モータ７０に取り付けられた１つ以上の駆動シーブ７８を介して送られる。このケーブル２０は、平衡錘３０に取り付けられた１つ以上の平衡錘シーブ３２を周り続け、シャフト１２の頂部の第２のポイントに戻る。ケーブル、シーブ、およびケーブル配線の様々な他の構成も本発明の範囲から逸脱することなく、適用要件に従って、利用することができることが考えられる。
【００２４】
図示されている実施形態によれば、このモータ７０は、エレベータシャフト１２の上方に位置する機械室に取り付けられ得る。モータ７０は、随意的に、エレベータシャフト１２に取り付けられ得る。ブレーキ６０は、モータ７０に作動可能に接続し、システム内でブレーキ動作を行い、エンコーダ８０は、モータ７０の角度位置に対応するフィードバック信号を提供するようモータ７０に動作可能に接続される。図示されている実施形態によれば、機械室に制御キャビネット４１が設けられている。この制御キャビネット４１は、モータの動作を制御するモータ駆動装置４０、およびモータ駆動装置４０に命令を提供する別個の制御装置７３を含み得る。モータ７０の筺体７２の頂部にジャンクションボックス７４が取り付けられ、電気導体７６が、制御キャビネット４１、ジャンクションボックス７４、モータ７０、ブレーキ６０、およびエンコーダ８０の間を延在し、モータ駆動装置４０および制御装置７３を、モータ、ブレーキ、およびエンコーダに接続する。この電気導体７６は、電力およびモータ７０への制御信号、またはモータ７０からのフィードバック信号をブレーキ６０とエンコーダ８０に伝達することができるが、これについては、後程さらに詳しく説明する。
【００２５】
また図２を参照すると、モータ駆動装置４０は、電力変換部４３および制御部４５を含む。電力変換部４３は、出力２２で入力電力２１を所望の電圧に変換する。図示の実施形態によれば、電力変換部４３は、整流部４２と、固定された交流入力２１を可変振幅および可変周波数の交流出力２２に変換するインバータ部４６とを含む。必要に応じて、電力変換部４３の他の構成をアプリケーション要件に従って含めることができる。この整流部４２は、電源入力部２１に電気接続する。この整流部４２は、ダイオードブリッジなどの受動的でよい、あるいは、トランジスタなどの制御されたパワー電子デバイスを含む能動的なものでよい。この整流部４２は、ＡＣ電圧入力２１をＤＣバス４４上に存在するＤＣ電圧に変換する。このＤＣバス４４は、ＤＣバス４４に存在するＤＣ電圧レベルを平滑化するために、ＤＣバス４４に接続するバスキャパシタンス４８を含み得る。当技術分野では周知の通り、バスキャパシタンス４８は、モータ駆動装置４０の電力定格に従って、直列、並列、またはそれらの組み合わせで配置された単一または複数のコンデンサを含み得る。インバータ部４６は、ＤＣバス４４上の直流電圧を、スイッチング信号６２に従って、モータ７０の出力２２で所望の電圧に変換する。
【００２６】
この制御部４５は、指令信号、フィードバック信号を受信し、指令信号およびフィードバック信号に応答するスイッチング信号６２を生成して、モータ７０の所望の動作を実現する。この制御部４５は、メモリデバイス５２に接続するプロセッサ５０を含む。このプロセッサ５０は、タンデムに動作する単一のプロセッサまたは複数のプロセッサでよいと考えられる。このプロセッサ５０は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、またはそれらの組み合わせの一部または全部で実装され得ると考えられる。このメモリデバイス５２は、スタティックメモリ、ダイナミックメモリ、一時メモリ、非一時メモリ、またはそれらの組み合わせを含む単一または複数の電子デバイスでよい。このメモリデバイス５２は、好ましくは、モータ駆動装置４０のパラメータと、プロセッサ５０上で実行可能な命令を含む１つ以上のプログラムとを記憶する。パラメータテーブルには、各パラメータの識別子および値が含まれ得る。これらのパラメータは、例えば、モータ駆動装置４０の動作を構成してもよく、または後でモータ駆動装置４０によって使用するためにデータを格納してもよい。
【００２７】
モータ制御モジュールは、メモリ５２に格納され得、プロセッサ５０より実行され、モータ７０の制御実動作を行う。このプロセッサ５０は、センサ５４、５６からそれぞれフィードバック信号５５、５７を受信する。これらのセンサ５４および５６は、ＤＣバス４４またはモータ駆動装置４０の出力２２にそれぞれ存在する電圧、および／または電流の振幅に対応する信号５５、５７を生成する１つ以上のセンサを含み得る。このプロセッサ５０はまた、モータ７０に取り付けられる位置センサ８０（エンコーダまたはレゾルバなど）から位置フィードバック信号９５を受信する。スイッチング信号６２は、プロセッサ５０からの基準信号を受信する特定用途向け集積回路６１によって決定され得る、あるいは随意的に記憶された命令をプロセッサ５０が実行することによって直接決定され得る。これらのスイッチング信号６２は、例えば、プロセッサ５０で受信されるフィードバック信号５５、５７、および９５の関数として生成される。
【００２８】
制御キャビネット４１内の制御装置７３は、同様に、プロセッサおよびメモリデバイスを含み得る。制御装置７３を実行するプロセッサは、１つのプロセッサが動作し得る、あるいは複数のプロセッサがタンデムで動作し得ると考えられる。制御装置７３を実行するプロセッサは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路、またはそれらの組み合わせで部分的または全体的に実装されてもよいことがさらに考えられる。制御装置７３のためのメモリデバイスは、スタティックメモリ、ダイナミックメモリ、一時メモリ、非一時メモリ、またはそれらの組み合わせを含む単一または複数の電子デバイスでよい。制御装置のためのメモリデバイスは、好ましくは、エレベータ１０の動作のためのパラメータと、制御装置７３のためのプロセッサ上で実行可能な命令を含む１つ以上のプログラムとを格納する。
【００２９】
本明細書に記載される平衡化システムの動作を制御する方法の一部は、モータ駆動装置４０のプロセッサ５０、制御装置７３、またはそれらの組み合わせにより、全体的に、あるいは分的に実装可能であると考えられる。説明を簡潔にするため、この方法は、モータ駆動装置４０のプロセッサ５０上で実装されるものとして説明する。
【００３０】
次に図４を参照すると、図１のシステムで使用可能な例示的なエンコーダの部分等角図が、本発明の実施形態に従って提供される。このエンコーダ８０は、ロータまたは駆動シャフト１１１に結合され、駆動シャフト１１１は、ロータに結合される。このエンコーダ８０の筺体８２をシステムに設けられる取り付け面１１３（駆動シーブ７８に近接する取り付け面１１３など）に固定するために取り付けブラケット８４を設けることができる。このエンコーダ８０は、例えば、ドイツのＨｅｉｄｅｎｈａｉｎ  ＧｍｂＨ社製のＥｎＤａｔインタフェース双方向回転エンコーダなどの高解像度のシャフト搭載エンコーダでよい。このエンコーダ８０は、駆動シャフト１１１の回転運動を電気信号９５に変換するための、駆動シャフト１１１と連通する変換器を含む。電気信号９５は、一連のパルス、正弦波形、または角度位置情報を含むシリアルデータワードでよい。このエンコーダ８０はまた、電気信号９５をトランスデューサからエンコーダケーブルを介してモータ駆動装置４０に送信するよう構成され電子回路も含む。結果として、このエンコーダ８０は、角運動を検出することによってロータまたは駆動シャフト１１１の運動を検出するよう動作する。図示されているエンコーダ８０が一例として示されている。ロータまたは駆動シャフト１１１の角度位置に対応する信号を提供するレゾルバまたは別の位置フィードバック装置を、随意的に、エンコーダ８０の代わりに利用することができる。その他の実施形態では、追加の、かつ／あるいは代替のエンコーダ、レゾルバ、または位置センサを、本発明の範囲内で同じ位置または別の位置で使用可能である。
【００３１】
ここで図３を参照すると、図１のシステムで使用可能な例示的なブレーキ６０の部分切取り図が、本発明の実施形態に従って提供される。図示されているブレーキ６０は、歯付きハブ１０２および溝付きブレーキロータ１０４を含む。この歯付きハブ１０２は、モータロータから延在する駆動シャフト１１０に取り付けるための中央開口部１０６を有し得る。ハブ１０２のノッチ１０８は、モータシャフト１１０上のキー溝１０７に嵌合するモータキー１０９を受け入れるよう構成される。このハブ１０２は、モータシャフト１１０に取り付けられ、モータキー１０９は、ノッチ１０８およびキー溝１０７に係合して、モータシャフト１１０上のハブ１０２の滑りを防止する。溝付きブレーキロータ１０４は、ブレーキ６０がモータ７０に取り付けられると、歯付きハブ１０２に摺動する。このブレーキロータ１０４は、モータ７０の動作中にスピンされると、歯付きハブと共に回転する。
【００３２】
ブレーキ６０は、２つの状態のうちの１つで動作する。第１の非通電状態（係合）では、システムのブレーキ動作を提供する。第１の状態では、１つ以上のばね１１２が、溝付きロータ１０４に取り付けられた摩擦プレート１０５にアーマチュアディスク１１４を押し付け、それにより、溝付きロータ１０４を静止状態に保持する。その結果、摩擦プレート１０５は溝付きロータ１０４を保持し、それに伴い、ハブ１０２を静止状態に保持する。したがって、ブレーキが非作動状態になると、ばね１１２はブレーキ６０と係合し、駆動シャフト１１０を静止状態に保持する。
【００３３】
第２の通電状態（解放）により、システム内の移動が可能になる。第２の状態では、磁場を確立するためにブレーキ６０内のコア１１８に巻回された電磁コイル１１７に電力が供給される。この磁場は、ばね１１２を圧縮することから生じる力に抗して、アーマチュアディスク１１４をコア１１８に引き付けるのに十分な強度のものである。アーマチュアディスク１１４をコアに向けて引き付けることにより、このディスクは溝付きロータ１０４上の摩擦プレート１０５から解除される。ブレーキ６０が解放された状態では、溝付きロータ１０４は回転可能であり、これにより、ハブ１０２および駆動シャフト１１０が回転することができる。一実施形態では、ブレーキ６０は、ドイツのＣｈｒ．Ｍａｙｒ  ＧｍｂＨ＋Ｃｏ．ＫＧ社製の「ＲＯＢＡ−ｓｔｏｐ−Ｍ」電磁安全ブレーキでよい。
【００３４】
ここで図５を参照すると、歯付きハブ１０２と溝付きロータ１０４との係合の詳細図が、本発明の実施形態に従って提供される。ブレーキが第１の状態で係合しているとき、モータにかかる負荷により、溝付きロータ１０４によって許容される程度まで駆動シャフト１１０は負荷の方向に回転する。この駆動シャフト１１０は、歯付きハブ１０２の１つ以上の歯１２２が溝付きロータ１０４上の溝１２６の内面と係合するまで回転する。各歯１２２の側壁１２３は、溝１２６のうちの１つの内縁１２４に接して保持される。モータにかけられる負荷は、システム１０のブレーキ６０に対する負荷によって加えられる方向と大きさを有するベクトル力（１２８または１３２）によって示される。図示されている実施形態によれば、矢印１２８の方向の力がモータシャフト１１０にかけられ、各歯１２２の第１の側壁１２３ａを溝１２６の第１の内面１２４ａに押し付ける。
【００３５】
しかし、各溝１２６の幅は、各歯１２２の幅よりも大きい。その結果、各歯１２２の第１の側壁１２３ａが、溝１２６の第１の内面１２４ａに係合するとき、各歯１２２の第２の側壁１２３ｂと、対向する溝１２６の第２の内面１２４ｂとの間にギャップ１３０ができる。溝付きロータ１０４は、歯付きハブ１０２と密接に係合するように機械加工されているが、各溝１２６と各歯１２２との間にいくらかの空間ができ、ギャップ１３０を画定し、システムにいくらかのバックラッシュをもたらす。このギャップ１３０は、負荷が印加されている方向とは反対の方向にモータ７０の限られた量の回転運動をもたらす。
【００３６】
この限られた移動量をもたらすギャップ１３０により、ブレーキが引かれている方向を決定することを可能にする。これは、例えば、ブレーキ６０が依然として係合しているときにモータ７０を作動させ、ギャップ１３０の方向にトルクをかけることによって実現される。モータ駆動装置４０は、モータ７０にかかる負荷に打ち勝ち、ハブ１０２をギャップ１３０の方向に回転させるのに十分な電圧および電流を印加することができる。制限された移動量は、エンコーダ８０によって検出され、モータ駆動装置４０が、エンコーダ８０からの位置フィードバック信号９５を監視することによって動きを識別することができる。後程より詳細に説明するが、このモータ駆動装置４０は、移動を引き起こすのに必要な電圧および／または電流のレベルを記録し、それにより、モータ７０にかかる負荷を一時停止させるのに必要なトルクのレベルを特定する。次に、このモータ駆動装置４０は、ブレーキ６０を解放する前に、コード化されたレベルの電圧および／または電流を生成することができ、これにより、ブレーキ６０が解放されたときにモータシャフト１１０がほとんど動かないよう、あるいは、全く動かないよう、負荷ベクトル力１２８と実質的に反対のモータベクトル力１３２を生成する。
【００３７】
次に、図６ａ〜図６ｄを参照すると、本発明の一実施形態による、ブレーキ６０を解放する前にモータ７０にかける、所望のプレトルクの大きさおよび方向を決定するために、モータ７０を作動させるシーケンスを示す状態およびタイミング図が示される。最初の４つの状態１６０〜１６６では、モータ７０が、ブレーキ６０と係合して作動し、反対方向にトルクを加える。作動シーケンスの間、モータ７０の動きに関する位置フィードバック信号９５が監視される。位置フィードバック信号９５に基づいて、モータ７０にかかる負荷を保持するために必要なプレトルクの所望のレベルを決定する。最後の２つの状態１６８、１７０では、モータ７０は、ブレーキ６０を解放する前に、モータ７０にかかる負荷の方向とは反対の方向に決定される大きさおよび方向を有するトルクをかけるよう作動する。
【００３８】
図７も参照して、図６Ａ〜図６Ｄに示す各状態についてより詳細に説明する。最初に、モータ７０の動作を制御するモータ駆動装置４０に運転コマンド１５０が提供される。運転コマンド１５０は、プレトルクルーチンを実行するために、ｔｒｕｎとして特定される持続時間に渡って維持される。ゼロに戻すように示されているが、プレトルクの持続時間ｔｒｕｎの後、しばらくの間、運転コマンドは維持されて、モータ７０の動作を制御し、エレベータキャブ１４をフロア間で移動させる。
【００３９】
第１の状態１６０（図６Ｄに「１」と表示されている）では、ブレーキ６０は、非通電状態すなわちセット状態のままであり、それによりブレーキがモータシャフト１１０に係合し、モータを定位置に保持する。しかし、上述したように、この保持ブレーキには程度のバックラッシュが存在する。ブレーキ６０がセットされ状態で運転コマンド１５０を受信した後、モータ駆動装置４０は、モータ７０を作動させて、駆動シャフト１１０に印加される第１のトルク１５２ａを増加させる。モータ７０を作動させるためには、モータ駆動装置の出力２２に可変電圧および／または可変電流を供給して、駆動シャフト１１０に所望のトルクを実現する。駆動シャフトを歯付きハブ１０２にスプライン嵌合させ、それにより、モータ７０によって発生したトルクをブレーキ６０のハブ１０２に伝達する図示の実施形態では、第１のトルク１５２ａは、第１の状態１６０の全体に渡って「増強」して示されている。すなわち、モータ７０への電流出力は、モータ駆動装置４０によって、第１の状態１６０の開始時のゼロトルクから第１の状態１６０の終了時の１００パーセントのトルクへの線形増加をもたらすように増加する。本発明の範囲から逸脱することなく、トルクを増加させるその他の様々な方法、例えば、トルクの周期的な段階的変化または正弦波増加を利用することができると考えられる。
【００４０】
トルクＴｒｑが、所望の大きさの範囲全体に渡って第１の方向に増加するよう、電流が生成される。第１の方向は、例えば、モータシャフト１１０の「正の」、すなわち時計回りの回転方向でよい。モータ７０にかかる負荷によってハブ１０２に加えられる力１２８または１３２に応じて、第１のトルク１５２ａは、エンコーダによって検出される動きを生成したり、あるいは生成しなかったりし得る。動きは、位置フィードバック信号９５によって検出されるが、この位置フィードバック信号９５は、例えば、ブレーキ６０に対するロータまたは駆動シャフト１１０の動きを表すエンコーダカウントでよい。この動きの量は、歯１２２の表面と溝１２６の表面との間のギャップ１３０の幅によって制限される。図６ｃのゼロからデルタΔまでの角度位置θの段階的変化によってこの動きが示される。
【００４１】
第２の状態１６２（図６Ｄに「２」で示す）では、依然としてブレーキ６０がかけられ、モータ駆動装置４０は、モータ７０にかけられている第１のトルク１５２ａを減少させる。図示されている実施形態では、第１のトルク１５２ａは、第２の状態１６２の全体に渡って「減少」して示されている。すなわち、モータ７０への電流出力は、モータ駆動装置４０によって、第２の状態１６２の開始時の１００パーセントのトルクから第２の状態１６２の終了時のゼロのトルクまで直線的なトルクの減少をもたらすように減少する。本発明の範囲から逸脱することなく、周期的な段階的変化またはトルクの正弦波減少など、トルクを減少させる様々なその他の方法を利用することができると考えられる。プレトルクシーケンスの第１の持続時間１５３ａの間、第１のトルク１５２ａがかけられる。第１のトルク１５２ａは、０トルクから１００パーセントトルクまで増強し、次いでゼロトルクに戻るように示されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な他の初期設定点および最終設定点を選択することができる。
【００４２】
第１の状態１６０でトルクの大きさを増大させるときと同様に、第２の状態１６２でトルクの大きさを減少させることにより、モータ７０にかかる負荷よってハブ１０２にかけられる力１２８または１３２に応じて、エンコーダ８０により検出される動きが生じたり生じなかったりし得る。第１の状態１６０での初期ランプの間に動きが検出された場合、これは、かけられているトルクが負荷に打ち勝つのに十分であり、かけられている力１２８または１３２がかけられているトルクの反対方向にあることを示す。結果として、第１の状態の間に加えられるトルクにより、溝１２６の一方の側から他方の側へ歯１２２が移動するようハブ１０２が回転する。トルクの大きさがゼロに戻されると、負荷によって加えられる力１２８または１３２により、ハブ１０２を元の位置に戻すよう回転するこの動きは、位置フィードバック信号９５によって検出され、この位置フィードバック信号９５は、例えば、ブレーキ６０に対するロータまたは駆動シャフト１１０の動きを表すエンコーダのカウントでよい。この動きの量は、歯１２２の表面と溝１２６の表面との間のギャップ１３０の幅によって制限される。この動きは、図６ｃのデルタΔからゼロへ戻る角度位置θの段階的変化によって示される。
【００４３】
第３の状態１６４（図６Ｄに「３」で示す）では、ブレーキ６０は非通電状態すなわちセット状態のままであり、それにより、ブレーキがモータシャフト１１０に係合し、モータを定位置に保持する。しかし、上述したように、この保持ブレーキには程度のバックラッシュが存在する。モータ駆動装置４０は、モータ７０を再び作動させて、駆動シャフト１１０にかけられている第２のトルク１５２ｂを減少させる。前述した通り、モータ７０を作動するには、モータ駆動装置の出力２２に可変電圧、および／または可変電流を供給して、駆動シャフト１１０の所望のトルクを実現する。トルクがかけられる極性すなわち方向は、第１のトルク１５２ａと第２のトルク１５２ｂとの間で変化する。説明のため、図６Ｂには、第１のトルク１５２ａが正の方向に加えられ、第２のトルク１５２ｂが負の方向に加えられることが示されている。第２のトルク１５２ｂは、第３の状態１６４の全体に渡って「減少」して示されているが、トルクの大きさは負の方向に増加する。すなわち、モータ７０への電流出力は、モータ駆動装置４０によって、第３の状態１６４の開始時のゼロトルクから第３の状態１６４の終了時負の１００パーセントのトルクへ線形増加をもたらすように増加され、負の符号により、第１の状態１６０から加えられるトルクの方向の反転が示される。本発明の範囲から逸脱することなく、トルクを増加させるその他の様々な方法、例えば、トルクの周期的な段階的変化または正弦波増加を利用することができると考えられる。
【００４４】
トルクＴｒｑが所望の大きさの範囲全体に渡って第２の方向に増加するよう、電流が生成される。第２の方向は、第１の方向とは反対であり、例えば、モータシャフト１１０の「負」の方向すなわち反時計回りの回転方向でよい。第２のトルク１５２ｂは、モータ７０にかけられる負荷によってハブ１０２に加えられる力１２８または１３２に応じて、エンコーダによって検出された動きを生成したり、生成しなかったりし得る。動きは、位置フィードバック信号９５によって検出されるが、この位置フィードバック信号９５は、例えば、ブレーキ６０に対するロータまたは駆動シャフト１１０の動きを表すエンコーダカウントでよい。この動きの量は、歯１２２の表面と溝１２６の表面との間のギャップ１３０の幅によって制限される。この動きは、図６ｃの０から負のデルタ−Δまでの角度位置θの段階的変化によって示される。
【００４５】
第４の状態１６６（図６Ｄに「４」と表示）では、ブレーキ６０が依然としてかけられ、モータ駆動装置４０は、モータ７０にかけられている第２のトルク１５２ｂの大きさを減少させる。図示されている実施形態では、第２のトルク１５２ｂは、第４の状態１６６の全体に渡って「増強」して示されている。しかし、トルクの大きさは減少しているが、トルクの負の値である。したがって、第２のトルク１５２ｂは最大負の値からゼロに変化する。すなわち、モータ７０への電流出力は、モータ駆動装置４０によって、第４の状態１６６の開始時の負の１００パーセントトルクから、第４の状態１６６の終了時のゼロのトルクにトルクの線形減少を生じるよう減少される。本発明の範囲から逸脱することなく、周期的な段階的変化またはトルクの正弦波減少など、トルクを減少させる様々なその他の方法を利用することができると考えられる。プレトルクシーケンスの第２の持続時間１５３ｂの間第２のトルク１５２ｂがかけられる。第２のトルク１５２ｂは、ゼロトルクからマイナス１００パーセントのトルクへ減少し、次いで、ゼロトルクへ戻るものとして説明されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、トルクの様々なその他の初期設定点および最終設定点を選択することができる。
【００４６】
第３の状態１６４でトルクの大きさを増大させるのと同様に、第４の状態１６６でトルクの大きさを減少させることにより、モータ７０にかけられる負荷によってハブ１０２に加えられる力１２８または１３２に応じて、エンコーダ８０により検出される動きが生じたり生じなかったりし得る。第３の状態１６４における初期ランプの間に動きが検出された場合、これは、加えられたトルクが負荷に打ち勝つのに十分であり、かけられている力１２８または１３２が加えられたトルクの反対方向にあることを示す。その結果、第３の状態１６４の間に加えられるトルクにより、溝１２６の一方の側から他方の側に歯１２２が移動するようハブ１０２が回転する。トルクの大きさがゼロに戻されると、負荷によって加えられる力１２８または１３２により、ハブ１０２を元の位置に戻すよう回転するこの動きは、位置フィードバック信号９５によって検出され、この位置フィードバック信号９５は、例えば、ブレーキ６０に対するロータまたは駆動シャフト１１０の動きを表すエンコーダのカウントでよい。この動きの量は、歯１２２の表面と溝１２６の表面との間のギャップ１３０の幅によって制限される。この動きは、図６ｃの負のデルタ−Δからゼロへ戻る角度位置θの段階的変化によって示される。
【００４７】
状態１〜４（１６０〜１６６）の間、エンコーダ８０からのフィードバック信号９５を監視して、システム内の動きを検出することができる。この動きは、トルクの増減による、両方向の駆動シャフト１１０の角回転に対応する。モータ駆動装置４０は、検出された動きを用いて、ブレーキ６０を解放する前にモータにかけられる所望のプレトルクレベルの方向と大きさの両方を決定することができる。
【００４８】
プレトルクの方向は、状態１〜４の間に駆動シャフト１１０の動きを引き起こすために加えられるトルクの極性の関数として決定される。なお、図６には、両方向に発生する動きを、正と負のトルクの両方の関数として示されているが、図６ｃには、４つの異なる動きが示され、各動きは異なる線によって表されている。図６Ｂでかけられているトルクの方向のうちの１つにのみ応答する動きが各線に沿って生じる。図５を参照すると、力ベクトル１２８が正の方向である場合、正の方向（すなわち、状態１および２）に付加的なトルクをかけることにより、歯１２２の第１の側壁１２３ａを溝１２６の第１の内面１２４ａに対してより大きな力で押し付けることになる。しかし、その方向へのさらなる動きにブレーキ６０が抵抗するため、動きは、ほとんど、あるいは全く検出されない。反対に、負の方向（すなわち、状態３および４）のトルクがかけられると、最終的にベクトル力１２８を打ち消し、歯１２２の第２の側壁１２３ｂが、溝１２６の第２の内面１２４ｂに押し付けられるよう、ハブ１０２が回転する。この回転により、図６ｃの角度位置θがゼロから負のデルタ−Δに動く。図示されていないが、負の力ベクトル１３２がかけられ、歯１２２の第２の側壁１２３ｂが最初に溝１２６の第２の内面１２４ｂに押し付けられた場合、第１の状態１６０の間に正のトルクが加えられると、図６ｃの角度位置θは、ゼロからデルタΔに動く。したがって、正のトルクをかけられて生じる動きによりプレトルクの第１の極性が決定され、負のトルクをかけられて生じる動きによりプレトルクの第２の極性が決定される。
【００４９】
プレトルクの大きさは、状態１〜４の間に駆動シャフト１１０の運動を引き起こすのに必要なトルクの大きさの関数として決定される。図６ｂおよび図６ｃを参照すると、負荷を保持するために必要なプレトルクの大きさは、角度位置θが変化したときに加えられるトルクの大きさに対応する。すなわち、負荷を保持するのに必要なプレトルクの大きさは、ハブ１０２を保持ブレーキ６０の溝付きロータプレート１０４内で動かすのに必要なトルクの大きさに対応する。以下により詳細に説明するが、特定されるプレトルクのレベルは、状態６の１７０に適用される。ハブ１０２の動いているときに加えられるトルクのレベルに対応する、図６Ｂの状態６の１７０に示されるレベルは、位置フィードバック信号９５によって検出される。例えば、最初の２つの状態（１６０、１６２）の間の角度位置θの変化を示すプロットによって示されている２つのサンプル負荷は、それぞれ、モータ７０の異なる負荷レベルを示す。図６ｃの第１プロットは、角度位置θがデルタΔにある広帯域を有する。角度位置θの変化（図６ｃに示される）を、対応するトルクＴｒｑのレベル（図６ｂに示される）に沿って追跡すると、位置変化を引き起こすのに必要なトルクのレベルは比較的低い。トルクのレベルが、角度位置θの第１の変化を生じさせるのに必要な初期レベルを再び下回るとき、角度位置の第２の変化により、デルタΔからゼロに戻る角度位置が示される。図６ｃの第２のプロットは、角度位置θが第１のプロットよりもデルタΔにある狭い帯域を有する。角度位置θの変化（図６ｃに示される）を、対応するトルクＴｒｑのレベル（図６ｂに示される）に沿って追跡すると、位置変化を引き起こすのに必要なトルクのレベルは、最初のプロットの変化引き起こすのに必要なトルクのレベルより大きい。トルクのレベルが再び角度位置θの第１の変化を生じさせるのに必要なレベルよりも下に下がるとき、角度位置の第２の変化により、デルタΔからゼロに戻る角度位置が示される。
【００５０】
図６に示される実施形態では、第１の方向（すなわち、状態１６０および１６２）にトルクが加えられているときの動きを検出するために、モータ駆動装置４０は電流を増強する。したがって、モータ７０によって第１の方向に生成される第１のトルク１５２ａは、モータ７０の定格トルクの約０％の初期の大きさから定格トルクの約１００％の最終的な大きさに増強する。エンコーダ８０は、最初に、上述した第１のプロットに関して、モータ７０上の定格トルクの約２０％の大きさで検出し、上述の第２のプロット関して、定格トルクの約８０％の大きさで動作を検出し得る。その結果、モータ駆動装置４０は、プレトルクがモータ７０に加えられる機械的負荷を保持するための正しいプレトルクの大きさ（２０％または８０％）および方向（第１の方向）を決定することができる。
【００５１】
同様に、第２の方向（すなわち、状態１６４および１６６）にトルクを加えるときの動きを検出するために、モータ駆動装置４０は、第２の方向に、すなわち第１の方向とは反対の極性で電流の大きさを増強することができ、第２のトルク１５２ｂは、モータ７０によって第２の方向に生成される。第２のトルク１５２ｂは、負のトルクまで減少して示されており、トルクの大きさが、モータ７０の定格トルクの約０％の初期の大きさから、定格トルクの約１００％の最終的な大きさに変化することを意味しているが、第２のトルク１５２ｂは、第１のトルク１５２ａの方向と反対の方向に加えられる。エンコーダ８０は、最初に、図６ｃに示す第３のプロットに関して、モータ７０の定格トルクの約−２０％の大きさの動きを検知し、図６ｃに示す第４のプロットに関して、定格トルクの約−８０％の大きさの動きを検知する。その結果、モータ駆動装置４０は、プレトルクがモータ７０に加えられる機械的負荷を保持するための正しいプレトルクの大きさ（２０％または８０％）および方向（第２の方向）を決定することができる。
【００５２】
モータ７０に加えられる機械的負荷を一時停止させるのに必要なプレトルクの方向および大きさを決定した後、モータ駆動装置は、そのトルクを状態５の１６８に加える。図６ｂに示される通り、トルクはゼロトルクから、最初の４つの状態で特定された必要なプレトルクの大きさおよび方向に変化する。プレトルクが必要なレベルに達すると、角度位置は、ハブ１０２が溝付きロータ１０４内で回転するよう再び動くことができる。随意的に、プレトルクが加えられるときに動きが生じないよう、動きが発生する直前のレベルでプレトルクレベルを選択してもよいが、モータ７０もブレーキ６０を解放する前の負荷を一時停止するのに必要なトルクレベルに非常に近い。プレトルクのレベルが決定されてモータ７０にかけられると、ブレーキが付勢され、アーマチュアプレート１１４がロータディスク１０４上の摩擦パッド１０５を解除し、ハブ１０２を回転させる。まずモータ７０を作動させて、モータ７０に加えられる機械的負荷を支持するために適切なレベルのトルクをかけることによって、負荷を支持するブレーキ６０から負荷を支持するモータ７０への滑らかな移行が生じる。
【００５３】
次に図８を参照すると、本発明の一実施形態に係る、モータの例示的な始動中のモータ７０の作動、およびそれにより生じる動きを示す状態およびタイミング図が提供される。ブレーキ６０がかけられた状態で始動する前の、初期プレトルク状態（「０」と表示されている）が示されている。モータ７０によって加えられるトルク１８０の量はゼロであり、位置センサ８０またはエンコーダは、ロータまたは駆動シャフトに対してほぼゼロの動きを検出する。次に、ブレーキがかけられた状態で、第１のプレトルク状態１６０（「１」と表示されている）において、モータ駆動装置が、モータによって、第１の方向に加えられるトルク量１５２ａを段階的に増強する。モータによって加えられるトルク１５２ａの量が徐々に約６０％に達すると、位置センサ８０またはエンコーダが動きを検出する。上述したように、角度位置により、ロータは相対的な最大量、すなわちデルタΔで移動し、それにより、ブレーキ６０のギャップ１３０を通って動くには、より大きい量のトルクは不必要であることが示される。
【００５４】
依然としてブレーキがかけられた状態で、モータ駆動装置４０は、第２のプレトルク状態１６２（「２」と表示されている）に入る。モータ駆動装置４０は、モータによって加えられる第１のトルク１５２ａを段階的に徐々に減少させる。モータ７０によって加えられるトルクの量が約６０％に達すると、位置センサまたはエンコーダは、ロータまたは駆動シャフトが元のブレーキ位置に再び戻ることを示す運動の量を再び捕捉し得る。後で適用するための正しいプレトルクの大きさを決定するために、モータ駆動装置は、第１の状態、第２の状態、または両方の状態（平均を決定するなど）のエンコーダからこのデータを後で使用することができる。
【００５５】
依然としてブレーキがかけられた状態で、モータ駆動装置４０は、第３のプレトルク状態１６４（「３」と表示されている）に入る。モータ駆動装置は、モータによって、第１の方向とは反対の第２の方向に加えられるトルク量１５２ｂを段階的に徐々に増強する。モータによって加えられるトルクの量が１００％に達すると、位置センサまたはエンコーダは、ロータまたは駆動シャフトに対してほぼゼロの動きを検出する。モータ駆動装置４０は、第４のプレトルク状態１６６（「４」と表示されている）に移動しモータによって加えられるトルク量１５２ｂを、段階的に徐々に減少させる。第２のトルク１５２ｂの減少により、位置センサまたはエンコーダは、ほぼゼロの動きを捕捉する。第１の状態から第４の状態を完了すると、制御装置は、第１の方向の６０％のプレトルクの大きさがブレーキから負荷を持ち上げるのに十分であると判断することができる。
【００５６】
ブレーキが依然としてかけられた状態で、モータ駆動装置４０は、第５のプレトルク状態１６８（「５」と表示される）に入る。モータ駆動装置４０は、モータによって加えられるトルクの量を、第１の方向に６０％の正しいプレトルク１５５まで徐々に増加させる。モータによって印加されるトルクの量が徐々に約６０％に達すると、位置センサまたはエンコーダは、動きの増加量を捕捉し得、その動きは再び相対最大に達し得る。プレトルクを加えると、モータ駆動装置４０は、第６のプレトルク状態１７０（符号「６」）に入り、ブレーキ６０を解除／解放する。モータ駆動装置４０は、通常、１秒未満で上記の６つの状態を通過することができる。ブレーキが完全に解除され、モータが完全に係合している状態で、ブレーキから駆動への円滑な移行が提供され、第６の状態に続いて、制御装置は、エレベータキャブなどの負荷を所望の位置に運ぶために、正常な動作を継続することができる。
【００５７】
なお、本発明は、その適用において、本明細書に記載の構成要素の構成および配置の詳細に限定されないことは理解されよう。本発明は、他の実施形態でも実施でき、様々な方法で実施または実行されることが可能である。前述の変形および変更は、本発明の範囲内である。本明細書で開示され、かつ定義される発明は、本文、および／または図面に記載された、あるいは明らかにされた、２つ以上の個々の特徴のすべての代替的な組み合わせにも及ぶことは理解されよう。これらの異なる組み合わせのすべてにより、本発明の様々な代替の態様が構成される。本明細書に記載の実施形態では、本発明を実施するための既知の最良の形態が説明され、これにより当業者は本発明を実施可能となる。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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