(57)【要約】【課題】            エレベータのモータのオーバーヒートを防止するために、直流モータの巻線抵抗から巻線温度を逐次算出していたが、交流モータの巻線温度を算出することができなかった。【解決手段】        エレベータのモータを駆動する電流の測定手段を設け、カゴの静止保持時に電流を測定しているので、交流モータに対しても、簡単な関係式で巻線抵抗が決定できる。そのため、運転に支障をきたすこともなく、モータの巻線温度が算出でき、モータの温度が高精度に推定できるので、モータの温度上昇を抑えるようにエレベータの運行を制御できるので、モータの焼損など設備の故障を抑えられる。【選択図】          図１
2005041672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレベータのカゴを駆動する交流モータと、
前記交流モータに供給する電気信号を制御する制御手段と、
前記交流モータの巻線電流を測定する電流測定手段と、
前記エレベータのカゴ静止時に、前記巻線電流値に基づき前記交流モータの巻線温度を算出する温度算出手段と、
を有すエレベータの制御装置。
【請求項２】
前記交流モータは同期モータで、
前記電流測定手段は、前記カゴを機械的に制動するブレーキが開放され、前記同期モータに直流電流が供給して前記カゴを静止保持しているときに電流を測定し、
前記温度算出手段は、前記電気信号を参照する、
請求項１に記載のエレベータの制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記カゴを機械的に制動するブレーキの作動時に、前記交流モータに電気信号を入力し、
前記電流測定手段は、前記電気信号に対する応答電流を測定する、
請求項１に記載のエレベータの制御装置。
【請求項４】
前記電気信号がステップ波であり、
前記温度測定手段は、前記応答電流の２点以上での測定に基づいて前記交流モータの巻線温度を算出する、
請求項３に記載のエレベータの制御装置。
【請求項５】
前記電気信号がｄ軸電圧であり、
前記温度測定手段は、制御部からの前記電気信号の生成指令を参照する、
請求項３に記載のエレベータの制御装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記温度算出手段が算出した巻線温度に基づいて、巻線温度の上昇を抑制するように前記エレベータの運行を制御する、
請求項１〜５の何れかに記載のエレベータの制御装置。
【請求項７】
電気信号とブレーキとを制御して、エレベータのカゴを静止させる静止ステップと、
前記カゴ静止時に、前記エレベータを駆動する交流モータの巻線電流を測定する電流測定ステップと、
前記電気信号に基づき前記交流モータ巻線の温度を算出する温度算出ステップと、
を有すエレベータの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エレベータモータの巻線温度上昇を抑制したエレベータの制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、モータのオーバーヒートを防止するためには、サーミスタやサーマルスイッチなどの温度検出素子を取り付けていたが、素子のコストが高く、設置の手間も要する。
【０００３】
そのため、温度検出素子を取り付けずに、直流モータの巻線抵抗から巻線温度を逐次算出し、その温度によってエレベータの運転を制限していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１１４４５５号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のような従来のエレベータの制御装置は、直流モータにしか適用できず、またモータの回転速度等を温度算出に用いているので、測定精度を確保するのが難しかった。また、近年のエレベータを駆動するモータはインバータ制御付きの交流モータが過半数を占めており、これらの巻線温度を算出することができないという問題があった。
【０００６】
本発明は、かかる問題を解消するためになされたもので、エレベータを駆動するモータが交流モータの場合でもエレベータの巻線温度が精度良く推定できるエレベータの制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明にかかるエレベータの制御装置は、エレベータのカゴを駆動する交流モータと、前記交流モータに供給する電気信号を制御する制御手段と、前記交流モータの巻線電流を測定する電流測定手段と、前記エレベータのカゴ静止時に、前記電気信号および前記巻線電流値から前記交流モータの巻線温度を算出する温度算出手段と、を有すものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明にかかるエレベータの制御装置は、エレベータを駆動するモータと、前記モータに供給する電気信号を制御する制御手段と、前記モータの巻線電流を測定する電流測定手段と、前記エレベータのカゴ静止時に、前記電流測定手段が測定した電流値から前記モータ巻線の温度を算出する温度測定手段と、を有する。
【０００９】
そのため、モータの巻線温度が算出できるので、モータの温度が高精度に推定できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明によるエレベータの制御装置の実施の形態１のブロック図である。図１において、電源１０は、エレベータに３相交流の電力を供給する。電源１０の出力はコンバータ２０で交流から直流に変換され、インバータ３０で更に直流から交流に変換され、エレベータのカゴを巻上げるモータ４０に供給される。コンバータ２０とインバータ３０の直流結合部分には電圧の変動を抑えるためにコンデンサ２５が設置されている。モータ４０に流れる巻線電流は電流測定手段５０で計測され、モータ回転速度は速度測定手段４５で計測される。制御手段７０は、電流測定手段５０の測定した巻線電流値、速度測定手段４５の測定したモータ回転速度およびエレベータの操作盤など外部からの指令（図示せず）に基づきモータ４０の駆動を制御する指令をインバータ３０に出力する。温度測定手段６０は、電流測定手段５０の測定した巻線電流および制御手段７０のモータ４０への指令情報を参照してモータ４０の巻線温度を測定する。また、温度測定手段６０は、測定した巻線温度と設定された温度基準値６５とを比較して、必要に応じて制御手段７０へ巻線温度が基準値を超えていることを通知する信号を出力する。
【００１１】
本実施の形態では、インバータ３０は、出力電圧及び周波数が制御可能なＶＶＶＦインバータ（Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）であり、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）でディジタル制御されているとする。そのため、図１で制御手段７０からインバータ３０には、電圧指令と周波数指令とが出力されることになる。また、モータ４０は交流で駆動される同期モータとする。ただし、モータ４０を駆動する構成は、電源１０を直流電源としてコンバータ２０を省いた構成でも、電源１０に直接制御信号を与えてコンバータ２０とインバータ３０とを省いた構成でも良く、これを限定しない。また、コンデンサ２５は必ずしも設置しなくて良い。また、電流測定手段５０としては、例えばＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を用いれば良いが、これに限定しない。また、速度測定手段４５には、例えばホール素子が利用できるが、これに限定せず、場合によっては速度測定手段４５を省いた構成でもよい。また、図１では温度測定手段６０、温度基準値６５及び制御手段７０を別個の構成としたが、これらの全部或いは一部を一体化して構成しても良い。
【００１２】
図２は、静止したカゴが走行して、別の階に移動した後に再び静止したときのエレベータの幾つかのパラメータの変化を示した例で、横軸は時間軸で、縦軸方向の１番上はカゴの速度、その下は巻上機のモータ４０のトルク電流、その下はカゴに対するブレーキの作動期間をそれぞれ示している。ここでモータ４０のトルク電流とは、モータ４０への３相入力電流を回転座標系にｄｑ変換したとき、モータ４０のトルク発生に寄与する、電流のｑ軸成分を指す。
【００１３】
図２で、まず時刻ｔａから時刻ｔｂまでの期間は、カゴはブレーキに制動されて静止しており速度０、モータ４０に流されるトルク電流も０である。次に時刻ｔｂでブレーキを開放すると同時に、カゴが静止保持される（モータ４０が回転しない）、大きさのトルク電流がモータ４０に掛けられる。時刻ｔｂから時刻ｔｃの期間はブレーキが作動していなくても、上記の一定のトルク電流を与えることにより（図２中で太線表示）モータ４０がトルクを発生し、カゴは静止保持される。次に時刻ｔｃからはトルク電流が増加し、カゴは目的階に向かって動き始める。そしてトルク電流が所定の値まで増加すると、その値を一定時間保って（図２中で「加速中」と表示した期間）カゴを加速する。その後トルク電流を、上記のカゴ静止保持時の電流値まで落し、カゴは定速運動に移り（図２中で「定速」と表示）、更に後トルク電流を減少させて、カゴを減速する。そしてトルク電流が所定の値まで減少すると、その値を一定時間保った後（図２中で「減速中」と表示した期間）、時刻ｔｄには、カゴは目的階に到着し速度は０となり、トルク電流は上記のカゴ静止保持時の電流に復帰する。時刻ｔｄから時刻ｔｅの期間にはブレーキは未だ作動していないが、上記のカゴ静止保持時のトルク電流が与えられているので（図２中で太線表示）モータ４０がトルクを発生し、カゴは静止保持される。次に時刻ｔｅにはブレーキが作動してカゴを制動し、モータ４０に流されるトルク電流は０に落される。そして、時刻ｔｅから時刻ｔｆまでの期間は、カゴはブレーキに制動されて静止しており速度０、モータ４０に流されるトルク電流も０となる。
【００１４】
現在設置されている多くのエレベータは、図２のように制御されているため、ブレーキの開放や制動を開始した瞬間、具体的には時刻ｔｂ及び時刻ｔｅで、カゴが静止しているので、カゴに衝撃を伝えずにエレベータが運行できる。
【００１５】
さて、本実施の形態では、モータ４０を同期モータなので、走行中はモータ４０を駆動する電流は交流となり電圧と電流の関係は複雑となる。しかし、図２のカゴを静止保持させた状態では、モータ４０は回転していないためモータ巻線には直流電流が流れる。この状態で、同期モータの電圧と電流との関係は
【００１６】
【数１】
2005041672.tif 000003
【００１７】
数１に示すの簡単な式で表せる。ここで、ｖｑ及びｉｑは、ｄｑ変換後の電圧及び電流のｑ軸成分で、Ｒは巻線抵抗である。このうちｖｑは、制御手段７０からインバータ３０へ出力する電圧指令値、ｉｑは、電流測定手段５０の測定値から知ることができる。つまり、図２でカゴが静止保持されている時刻ｔｂから時刻ｔｃの期間又は時刻ｔｄから時刻ｔｅの期間に、ｖｑ指令値及び電流測定値ｉｑから、数１を用いて巻線抵抗Ｒを求めることができる。
【００１８】
このようにして求めた巻線抵抗Ｒから、抵抗と温度の関係式、数２を用いて巻線の温度を求めることができる。
【００１９】
【数２】
2005041672.tif 000004
【００２０】
ここで、Ｔ１は基準温度、Ｒ１は、基準温度下での抵抗値である。Ｔ１およびＲ１は、出荷試験値や予め測定した値が分かっており、これを温度測定手段６０から参照できるようになっているとする。
【００２１】
図３は、本実施の形態によるエレベータの制御装置の運行フローチャートである。ここでは、温度基準値６５を１４５℃に設定した。そして、数２より、Ｔ＝１４５℃＝温度基準値、のときの、Ｒ＝基準抵抗値、を予め求めておく。以下、図３を用いて、モータ４０の保護のために、巻線温度が１４５℃を超えたらエレベータを一旦休止させる運行方法を示す。
【００２２】
まず、走行していたカゴ（Ｓ１００）が、目的階に到着する（Ｓ１１０）。そして、ブレーキが掛かる前にカゴが静止保持された期間（図２の時刻ｔｄから時刻ｔｅの期間に相当）に、制御手段７０の指令で電流測定手段５０が測定した電流値に基づき、温度測定手段６０は、数１から巻線抵抗を計算する（Ｓ１２０）。そして、ブレーキが作動し（Ｓ１３０）、モータ４０へ掛かる電流が０になった（Ｓ１４０）後に、温度測定手段６０は、ステップＳ１２０で求めた抵抗値と予め求めておいた基準抵抗値を比較する（Ｓ１５０）。ステップＳ１２０で求めた抵抗値が基準抵抗値以下の場合は、モータ４０の巻線温度が温度基準値以下であるので、ステップＳ１７０の操作待ち状態に進み、エレベータは運転を継続する。一方、ステップＳ１２０で求めた抵抗値が基準抵抗値より大きい場合は、巻線温度が温度基準値より高いことを温度測定手段６０から制御手段７０へ通知して、ステップＳ１６０の一定時間運転休止状態に進んで制御手段７０の制御の下、モータ４０の巻線温度を下げてからステップＳ１７０に進む。
【００２３】
なお、図３のステップＳ１６０では一定時間休止後に運転再開しているが、再開する前に静止保持状態でモータ４０に通電して、巻線温度を再び算出して温度基準値以下となったことを確認してから運転再開しても良く、エレベータの運行方法は図３のフローチャートに限定しない。
【００２４】
以上のように、本実施の形態によるエレベータの制御装置は、モータの巻線温度が算出できるので、モータの温度が高精度に推定できる。
【００２５】
また、温度検出素子など特別な機器を用いずにモータの温度が推定できるので、装置の構成が簡単になり、コストも安くなる。
【００２６】
また、カゴの静止保持時に電流を測定しているので、同期モータに対しても、簡単な関係式で巻線抵抗が決定でき、運転に支障をきたすこともない。
【００２７】
また、算出したモータの温度が基準温度より高い場合には、モータを一旦停止させるなどして、モータの温度上昇を抑えるように制御しているので、モータの焼損など設備の故障を抑えられる。
実施の形態２．
図１は、本発明によるエレベータの制御装置の実施の形態２のブロック図である。図１の説明は実施の形態１と同じなので省略する。但し、本実施の形態ではモータ４０は同期モータに限定せず、交流モータとする。
【００２８】
本実施の形態のエレベータも、通常は図２のように運行する。以下ではカゴが停止中で、ブレーキが作動し、モータ４０に通電していない期間（図２の時刻ｔａから時刻ｔｂの期間又は時刻ｔｅから時刻ｔｆの期間）にモータ４０に微小電圧を印加して巻線温度を推測する方法を図を用いて説明する。
【００２９】
図４は、モータ４０のｄ軸電圧およびｄ軸電流である。いま図４に示すようにモータ４０にステップ状のｄ軸電圧であるを印加されると、ｄ軸電流は１次遅れで立ち上がる。このときｄ軸電流はモータ４０にトルクを発生しないので、カゴの静止状態は保持される。いまｄ軸電圧とｄ軸電流の関係は、モータ４０の巻線抵抗をＲ、インダクタンスをＬとして数３で表せる。
【００３０】
【数３】
2005041672.tif 000005
【００３１】
ステップ電圧を印加してからｔ秒後のｄ軸電流値は、数３を解くと数４のようになる。ここで、ｉｄｅは電流の最終値である。
【００３２】
【数４】
2005041672.tif 000006
【００３３】
数４からわかるように、ｉｄの立ち上がり速度はＲに依存し、図４に示すように高温で抵抗が大きいほう（破線）が低温で抵抗が小さいほう（実線）よりも早く立ち上がので、例えば、以下に示すような方法で、ｉｄの立ち上がり速度を見積もって巻線の温度を推定することができる。
【００３４】
図４において、ステップ電圧（ｄ軸電圧）をかけはじめてからｔ１秒後のｄ軸電流の値をｉｄ１とする。また、エレベータで使用されている通常のモータでは、ｉｄは０．１秒以内にほぼ最終値に落ち着くので、０．１秒後のｄ軸電流の値をｉｄｅに代用し、（ｉｄ１／ｉｄｅ）がある基準値以上の場合に、巻線温度が基準温度を超えたと判断できる。
【００３５】
ここで製品を評価測定したとき、巻線温度が１４５℃の下、ｔ１を０．０３秒としたときに（ｉｄ１／ｉｄｅ）が０．６だったとして、これを温度比基準値として、モータ４０の保護のために、巻線温度が１４５℃を超えたらエレベータを一旦休止させる運行方法を以下に示す。
【００３６】
図５は、本実施の形態によるエレベータの制御装置の運行フローチャートである。乗場やカゴ内からの操作が一定期間なくエレベータのカゴが停止し（Ｓ２００）、カゴにブレーキが掛けられているとき（Ｓ２１０）、それまでの運転状況や、気温、あるいは以前に温度チェックを行ってから経過した時間などから、制御部７０が温度チェックモードに入るかどうかを制御手段７０が判断する（Ｓ２２０）。温度チェックモードに入らない場合はステップＳ２９０に進み、エレベータは操作待ち状態となる。一方、温度チェックモードに入った場合は、ステップＳ２３０に進み、一旦モータ４０への電力供給を遮断してエレベータを休止状態とした後、制御手段７０からインバータ３０に所定の電気信号を送って、モータ４０に対し適切な大きさのステップ電圧の印加を開始する。次に、制御手段７０の指令で電流測定手段５０は、電圧印加開始から０．０３秒後のｉｄ１を測定し、温度算出手段６０で記憶する（Ｓ２４０）。次に、制御手段７０の指令で電流測定手段５０は、電圧印加開始から０．１秒後のｉｄｅを測定し、温度算出手段６０で記憶する（Ｓ２５０）。次に、制御手段７０の指令で後モータ電源を遮断し（Ｓ２６０）、温度算出手段６０は記憶した上記電流値に基づき（ｉｄ１／ｉｄｅ）を計算して、上記温度比基準値０．６と比較する（Ｓ２７０）。そして（ｉｄ１／ｉｄｅ）＞０．６を満たさない場合は、モータ４０の巻線温度が温度基準値１４５℃以下なので、ステップＳ２９０の操作待ち状態に進み、エレベータは運転を継続する。一方、（ｉｄ１／ｉｄｅ）＞０．６を満たす場合は、ステップＳ２８０に進み、巻線温度が温度基準値より高いことを温度測定手段６０から制御手段７０へ通知して、一定時間運転休止状態に進んで制御手段７０の制御の下、モータ４０の巻線温度を下げてからステップＳ２９０に進む。これらの温度チェックモードはブレーキが作動した状態のままで行われる。
【００３７】
なお、本実施の形態ではモータ４０にステップ電圧を印加したが、必ずしもステップ電圧である必要はなく、ランプ電圧を印加して応答速度から巻線抵抗値を推測してもよく、モータ４０に与える電気信号の波形を限定しない。また、電流の応答性を判断するのに、ある時間での電流値を測定して最終値の電流値と比較したが、最終電流値の１０％から９０％までの立ち上がり時間など時間を指標にして判断してもよく、ステップ電圧印加開始から応答電流が最終値に達する間の２点以上の電流測定値から応答電流の立上がり速度を判断する方法なら、これを限定しない。
【００３８】
なお、図５のステップＳ２８０では一定時間休止後に運転再開しているが、再開する前に静止保持状態でモータ４０に通電して、巻線温度を再び算出して温度基準値以下となったことを確認してから運転再開しても良く、エレベータの運行方法は図５のフローチャートに限定しない。
【００３９】
以上のように、本実施の形態によるエレベータの制御装置は、交流モータの温度が推定できる。
【００４０】
また、モータの巻線温度が算出できるので、モータの温度が高精度に推定できる。
【００４１】
また、温度検出素子など特別な機器を用いずにモータの温度が推定できるので、装置の構成が簡単になり、コストも安くなる。
【００４２】
また、温度の推定に、電圧信号の情報を必要としないため、電圧を帰還していない制御装置や、電圧指令と実電圧に誤差が大きい場合でも温度推定ができる。
【００４３】
また、カゴにブレーキを掛けて静止した状態で、おおよそ０．１秒以内という短時間に完了できるため、運行に支障をきたさない。
【００４４】
また、算出したモータの温度が基準温度より高い場合には、モータを一旦停止させるなどして、モータの温度上昇を抑えるように制御しているので、モータの焼損など設備の故障を抑えられる。
実施の形態３．
図１は、本発明によるエレベータの制御装置の実施の形態３のブロック図である。図１の説明は実施の形態２と同じなので省略する。
【００４５】
本実施の形態のエレベータも、通常は図２のように運行する。以下ではカゴが停止中で、ブレーキが作動し、モータ４０に通電していない期間（図２の時刻ｔａから時刻ｔｂの期間又は時刻ｔｅから時刻ｔｆの期間）にモータ４０に図６に示すｄ軸電圧を印加して巻線温度を推測する方法を示す。いま、制御手段７０の指令で、図６のｄ軸電圧ｖｄを印加後に、電流測定手段５０の測定値ｉｄが一定になったときの値を求める。このときｖｄとｉｄには数５の関係が成立している。
【００４６】
【数５】
2005041672.tif 000007
【００４７】
ｖｄは既知でｉｄは測定されたので、数５よりモータ巻線の抵抗Ｒを計算できる。後は、実施の形態１と全く同様に、温度推定することができる。
【００４８】
以上のように、本実施の形態によるエレベータの制御装置は、交流モータの温度が推定できる。
【００４９】
また、モータの巻線温度が算出できるので、モータの温度が高精度に推定できる。
【００５０】
また、温度検出素子など特別な機器を用いずにモータの温度が推定できるので、装置の構成が簡単になり、コストも安くなる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１〜３によるエレベータの制御装置のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１によるエレベータの制御装置の運転状況を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるエレベータの制御装置の温度測定のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２によるエレベータの制御装置のモータに印加する電圧と応答電流の一例である。
【図５】本発明の実施の形態２によるエレベータの制御装置の温度測定のフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３によるエレベータの制御装置のモータに印加するｄ軸電圧の一例である。
【符号の説明】
【００５２】
１０  電源、２０  コンバータ、２５  コンデンサ、３０  インバータ、４０  モータ、４５  速度測定手段、５０  電流測定手段、６０  温度測定手段、７０  制御手段
【図１】
2005041672.tif 000008
【図２】
2005041672.tif 000009
【図３】
2005041672.tif 000010
【図４】
2005041672.tif 000011
【図５】
2005041672.tif 000012
【図６】
2005041672.tif 000013