(57)【要約】【課題】  永久磁石式同期電動機をエレベータ駆動用モータに用いた場合でも、ＰＷＭインバータ容量を大きくすることがなく非常止め試験運転を実施できるようにする。【解決手段】  非常止め試験運転時に、永久磁石式同期電動機が通常運転時よりも大きなトルクを発生するための巻線の繋ぎ換えを検出したときに、永久磁石式同期電動機を駆動するインバータ装置のスイッチング周波数を通常運転時よりも低い値に設定する。【選択図】図１
2005162376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エレベータ駆動用永久磁石式同期電動機を駆動するインバータ装置を含むエレベータの制御装置であって、
非常止め試験運転時に、前記永久磁石式同期電動機が通常運転時よりも大きなトルクを発生するための巻線の繋ぎ換えを検出する巻線状態検出手段と、
前記巻線状態検出手段が、前記巻線の繋ぎ換えを検出したときに、前記インバータ装置のスイッチング周波数を前記通常運転時よりも低い値に設定する非常止め試験モード設定手段と、
を備えるエレベータの制御装置。
【請求項２】
請求項１において、さらに、前記インバータ装置に直流電力を供給するコンバータ装置を有し、前記非常止め試験モード設定手段は、前記巻線状態検出手段が、前記巻線の繋ぎ換えを検出したときに、さらに、前記コンバータ装置の昇圧動作を停止する指令を出力するエレベータの制御装置。
【請求項３】
永久磁石式同期電動機と、
前記永久磁石式同期電動機によって駆動されるシーブと、
前記シーブにロープを介して吊られる乗りかごおよびカウンタウェイトと、
前記乗りかごの昇降のために前記永久磁石式同期電動機の印加電圧を可変電圧・可変周波数で出力するインバータ装置を含む制御装置と、
前記乗りかごの過大な速度に応じて作動し前記乗りかごの上昇または落下を防止する非常止め装置と、
を備え、
前記制御装置は、
非常止め試験運転時に、前記永久磁石式同期電動機が通常運転時よりも大きなトルクを発生するための巻線の繋ぎ換えを検出する巻線状態検出手段と、
前記巻線状態検出手段が、前記巻線の繋ぎ換えを検出したときに、前記インバータ装置のスイッチング周波数を前記通常運転時よりも低い値に設定する非常止め試験モード設定手段と、
を有するエレベータシステム。
【請求項４】
請求項３において、前記制御装置は、さらに、前記インバータ装置に直流電力を供給するコンバータ装置を有し、前記非常止め試験モード設定手段は、前記巻線状態検出手段が、前記巻線の繋ぎ換えを検出したときに、さらに、前記コンバータ装置の昇圧動作を停止する指令を前記コンバータ装置へ出力するエレベータシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレベータの非常止め試験運転に好適なエレベータの制御装置およびそれを備えるエレベータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的にエレベータの制御装置には、パワートランジスタやＩＧＢＴ（Insulated GateBipolar Transistor）等のスイッチング素子を用いたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）インバータなどのインバータ装置を含むモータ制御装置が用いられる。また、通常のエレベータ運転で必要なモータトルクは定格トルクの２５０％程度であり、ＰＷＭインバータの容量（スイッチング素子の容量）はこの２５０％トルクを発生するために必要な電流で設計することが望ましい。
【０００３】
一方、エレベータにおける安全装置の一つとして、かごの非常止め装置がある。これは何らかの原因でかごの速度が定格速度に比べて異常増速した時に、ガイドレールを把持してかごの上昇または落下を止める装置である。この非常止め装置は、エレベータの竣工時及び定期に性能確認する必要があり、この時モータには定格トルクの３００〜４００％のトルクが必要となる。従って、このトルクを発生するためには、トルクに応じて電流を定格時の３００〜４００％流すことになり、ＰＷＭインバータのスイッチング素子もこれに耐え得る容量のものが必要となる。このため、ＰＷＭインバータの装置サイズやコストが増大する。
【０００４】
このような問題を解決するため、通常時は第１の励磁電流指令を用いてエレベータを運転し、非常止め試験運転のように大きなトルク（電流）が必要な時は、第１の励磁電流より大きな第２の励磁電流指令を用いて誘導電動機を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、同様な効果を得る方法として、非常止め試験運転時は通常運転時に比べすべり周波数を小さく切り替えて誘導電動機を制御する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００５】
また、異なるアプローチとして、非常止め試験運転時に誘導電動機の巻線をΔ結線からＹ結線に繋ぎ換える方法が知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特公平６−１３３９４号公報
【特許文献２】特公平７−８６０６８号公報
【特許文献３】特開平６−１３５６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、エレベータ駆動用モータには、小型強力な永久磁石を界磁に利用した同期電動機が、誘導電動機に代わって主流となりつつある。この永久磁石式同期電動機は、永久磁石により常に界磁が確立されているため、誘導電動機の界磁にあたる励磁電流が不要である反面、誘導電動機のようにトルクと電流の大きさの関係を励磁電流やすべり周波数の設定値で変えることはできない。
【０００８】
また、永久磁石式同期電動機はすべりが無いため、モータ停止状態の電流は直流量となる。このため、非常止め試験運転時に、交流電流に比べ、特定のスイッチング素子に大きな負担がかかる。モータの巻線を繋ぎ換えた場合でも、この直流電流の問題は残る。
【０００９】
本発明の課題は、上記問題点に鑑み、永久磁石式同期電動機をエレベータ駆動用モータに用いた場合に、インバータ装置の容量またはスイッチング素子の容量を大きくすることなく非常止め試験運転が実施できるエレベータの制御装置並びにそれを備えたエレベータシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によるエレベータの制御装置並びにエレベータシステムにおいては、非常止め試験運転時に、永久磁石式同期電動機が通常運転時よりも大きなトルクを発生するための巻線の繋ぎ換えを検出したときに、永久磁石式同期電動機を駆動するインバータ装置のスイッチング周波数を通常運転時よりも低い値に設定する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、永久磁石式同期電動機をエレベータ駆動用モータに用いた場合でも、インバータ装置のスイッチング素子に負担をかけずに直流大電流を流すことができる。このため、インバータ装置やスイッチング素子の容量を大きくすることなく非常止め試験運転が実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態によるエレベータシステムを示す。
【００１４】
図１において、ＰＷＭコンバータ５２はコンバータ制御装置８０からの動作指令に基づき交流電源５１からの交流電圧を所定の直流電圧に昇圧しコンデンサ５３に充電する。
ＰＷＭコンバータ５２は、コンバータ制御装置８０の動作指令によって直流電圧検出器
８１と電流検出器８２のそれぞれの出力が所定の値になるように制御される。充電された直流電圧ＶｄｃはＰＷＭインバータ５４で可変電圧・可変周波数の交流電圧に変換される。ＰＷＭインバータ５４の出力は永久磁石式同期電動機（ＰＭＳＭ）５６（以下、「同期モータ５６」と記す）に供給され、これにより同期モータ５６は可変速駆動される。同期モータ５６の出力回転軸には、モータ永久磁石の位置検出器５７，速度検出器５８，ブレーキ装置（図示せず）およびエレベータのシーブ２が連結される。シーブ２に巻き付けられたロープ４を介して乗りかご１とカウンタウェイト３がシーブ２に吊られる。乗りかご１には非常止め装置６が設置される。このような構成にすることにより、同期モータ５６の回転、すなわちシーブ２の回転に従って乗りかご１は昇降する。
【００１５】
非常止め装置４６は、乗りかご１が定格速度に比べて異常に増速した場合、このような乗りかご１の過大な速度に応じて、乗りかご１を案内するレール５（乗りかご用ガイドレール）を把持し、乗りかご１の上昇および落下を防止する。
【００１６】
速度指令手段６１は同期モータの速度指令ω* を発生する。速度制御手段６２は、速度指令ω* に速度検出器５８からの速度ωが追従するようにフィードバック制御を行い、トルク指令Ｔ* をトルク指令リミッタ６７を介してｑ軸電流指令手段６３に出力する。ｑ軸電流指令手段６３は、トルク指令Ｔ* に応じた電流を計算し、ｑ軸電流指令Ｉｑ* をｑ軸電流指令リミッタ６８を介して電流制御手段６５に出力する。このように、トルク指令リミッタ６７およびｑ軸電流指令リミッタ６８により、同期モータ５６を起動したときのモータ速度のオーバーシュートを抑制できる。電流制御手段６５ではｑ軸電流指令Ｉｑ* と、ｄ軸電流指令手段６４が出力するｄ軸電流指令Ｉｄ* に応じた電流が同期モータ５６に流れるように、電流検出器５５からの電流ｉをフィードバックし、ＰＷＭパルス発生手段６６に電圧指令ｖ* を出力する。ここで、同期モータ５６では、永久磁石により磁束が常に確立しているため、誘導電動機の励磁電流に相当するｄ軸電流指令Ｉｄ* はゼロに設定する。すなわち、同期モータ５６の発生トルクの大きさとｑ軸電流指令Ｉｑ* の大きさの比は一定となる。ＰＷＭパルス発生手段６６は電圧指令ｖ* に応じたＰＷＭパルス信号を作成し、ＰＷＭインバータ５４に出力する。ＰＷＭパルス周期、即ち、ＰＷＭインバータのスイッチング周波数ｆｃは後述する非常止め試験モード設定手段により設定される。エレベータの通常運転は、このようにして同期モータ５６の速度を制御することにより行われる。
【００１７】
次に、非常止め試験運転での動作について説明する。
【００１８】
前述したように非常止め試験運転では通常運転を超えるトルクが必要である反面、シーブ２が滑ることを確認できれば良いことから、要求される速度は低い。そこで、電流に対するトルクの比を向上させるために同期モータ５６の巻線を繋ぎ換える。
【００１９】
図２は、同期モータ５６の巻線の結線を示す図である。図２（ａ）は通常運転時における結線図であり、図２（ｂ）は非常止め試験運転時の結線図である。予めＹ結線（「スター結線」とも呼ばれる）に繋がれた１組（端子名はＵ２，Ｖ２，Ｗ２）と、それとは独立したＵ１−Ｘ１，Ｖ１−Ｙ１，Ｗ１−Ｚ１巻線とから構成する。通常運転時は、Ｘ１と
Ｙ１とＺ１を繋ぎ中性点を作るとともに、Ｕ１とＵ２，Ｖ１とＶ２，Ｗ１とＷ２をそれぞれ繋ぐことにより２重Ｙ結線としている。これに対し、非常止め試験運転時は、Ｘ１と
Ｕ２，Ｙ１とＶ２，Ｚ１とＷ２をそれぞれ繋ぐことにより１重Ｙ結線とする。これにより、１重Ｙ結線時は、２重Ｙ結線時に比べ、各相の巻線に所定の電流（２重Ｙ結線の場合は２重巻線の総電流）が流れるときに発生する磁束が２倍となる。従って、１重Ｙ結線においては、電流に対するトルクの比を、２重Ｙ結線に比べて２倍程度までに向上させることができる。なお、所定の電流に対する磁束を増加させることができるならば、Ｙ結線に限らず他の結線形式でも良い。
【００２０】
このように同期モータ５６の巻線を繋ぎ換えた後、非常止め試験運転を実施する。具体的には、乗りかご６内を無負荷とし、非常止め装置６を動作させる。次に、後述する図３のフローチャート動作の後、乗りかごが上昇または下降する方向に同期モータ５６を回転し、シーブ２が滑ったこと、すなわち空転したことを確認する。
【００２１】
図３は、図１における巻線状態判定手段７１と非常止め試験モード設定手段７０の動作を示すフローチャートである。各ステップについて説明する。
step１
巻線状態判定手段７１は、同期モータ５６にＰＷＭインバータ５４を制御して測定用電圧を印加し、モータのインピーダンスＺを測定する。モータのインピーダンスＺは、巻線状態判定手段７１において、所定の電圧Ｖ* をＰＷＭインバータ５４で発生した時にモータに流れる電流Ｉを電流検出器５５から取り込み、Ｚ＝Ｖ* ／Ｉで計算される。また、測定するインピーダンスは、抵抗値あるいはインダクンタンス値のどちらか一方でも良いし両方でも良い。
step２
図２の結線図から分かるように通常運転時の２重Ｙ結線に対し、非常止め試験運転時の１重Ｙ結線のモータ端子間インピーダンスは４倍大きい。なぜならば、モータのインピーダンスは、図２結線図の巻線一つ（例えば、Ｕ１−Ｘ１）のインダクタンスをＬとすると、端子間のインダクタンスは、１重Ｙ結線（例えば、端子Ｕ１，Ｖ１間）では４Ｌとなり、他方２重Ｙ結線（例えば、端子Ｕ１（Ｕ２），Ｖ１（Ｖ２）間）では２Ｌの並列であるからＬとなるからである。このようなインピーダンスの違いを利用して、巻線状態判定手段７１は、step１の測定値Ｚと予め記憶してある２重Ｙ結線時のインピーダンスの値(Ｌ)とを比較し、測定値Ｚが大きければ、step３へ進む。すなわち、巻線状態判定手段７１は、非常止め試験モード設定手段７０に対し、後述するように、各種制御パラメータの設定変更やＰＷＭコンバータの動作停止を実行させるための指令信号を出力する。測定値が２重Ｙ結線時の値と同じか小さかった場合、非常止め試験運転準備ができていないと見なし、後述するトルク指令や電流指令の各リミッタの変更はせずに終了する。終了する際に、非常止め試験運転準備ができていないことを示すアラームを動作させたり、ランプを点灯させたりするなどの何らかの表示をしてもよい。
step３
非常止め試験モード設定手段７０は、非常止め試験運転を行うために以下の設定変更を行い、直流の大電流を流してもＰＷＭインバータのスイッチング素子が正常に動作するようにする。まず、ＰＷＭインバータ５４のスイッチング周波数ｆｃを通常運転時に比べて低い値に設定し、ＰＷＭパルス発生手段６６へ設定値を出力する。例えば、ｆｃを、通常運転時には８ｋＨｚ程度，非常止め試験運転時には２ｋＨｚ程度というように、１／４程度以下にすることが好ましい。これにより、ＰＷＭインバータ５４のスイッチング損失を大幅に低減できる（例えば１／４以下）。
【００２２】
次に、ＰＷＭコンバータ５２の昇圧動作を停止させる信号Cstop をコンバータ制御装置８０に出力する。信号Cstop により、ＰＷＭコンバータ５２のスイッチング素子の動作を停止させ、ＰＷＭコンバータ５２を、スイッチング素子に逆並列に接続されるダイオードによるダイオード整流動作とすることで、直流電圧Ｖｄｃを交流電源５１の波高値まで低下できる。例えば、ＰＷＭコンバータ５２のスイッチング素子が動作しているときにＶdc＝７２０Ｖであるが、Cstop 信号が出力されるとＶｄｃ＝６００Ｖとなる。これにより、ＰＷＭインバータ５４のスイッチング損失をさらに低減できる。
【００２３】
次に、非常止め試験運転では通常運転時よりも大きなトルクを発生させるため、トルク指令Ｔ* とｑ軸電流指令Ｉｑ* の各リミッタ値（ＴＬＭ，ＩｑＬＭ）を通常運転時に比べて大きい値に設定する。例えば、各リミッタ値は、通常運転時および非常止め試験運転時において、それぞれ定格運転の際の２５０％，５００％程度の値に設定される。
【００２４】
次に、電流制御手段６５の電流制御ゲイン（ＰＩ制御の場合：比例ゲインＫｐ，積分ゲインＫｉ）を通常運転時に比べて小さい値に設定する。これは、スイッチング周波数ｆｃを低下させることによりスイッチング周期が長くなるので、電流制御系のむだ時間が増加して電流制御系が不安定になることを防止するためである。例えば、通常運転時に交差周波数１０００rad／ｓ程度であるのを、非常止め試験運転時には２５０rad／ｓ程度に設定する。なお、通常運転ではエレベータの乗り心地を考慮して、ＰＷＭインバータのデッドタイムによる電流歪みを低減するため、電流制御系の応答を高く設定しているが、非常止め試験運転では乗り心地を考慮する必要がないため、低応答でも良い。
【００２５】
以上のような手段を設けることにより、シーブ空転に必要な直流大電流を同期モータ
５６に発生させることができる。また、非常止め試験運転時にスイッチング素子に発生するスイッチング損失を大幅に低減できる。
【００２６】
なお、上記実施例に限らず、本発明の技術的思想の範囲で、種々の実施例および変形例が可能である。例えば、インバータ装置やコンバータ装置については、ＰＷＭ（パルス幅変調）以外の各種の変調方式を用いることができるし、電圧型および電流型の何れでも良い。さらに、コンバータ装置の替わりにダイオード整流装置を用いても良い。この場合は、上述したCstop 信号が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態によるエレベータシステムを示す図。
【図２】同期モータの巻線の結線を示す図。
【図３】巻線状態判定手段と非常止め試験モード設定手段の動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００２８】
１…乗りかご、２…シーブ、３…カウンタウェイト、４…ロープ、５…ガイドレール、５１…交流電源、５２…ＰＷＭコンバータ、５３…平滑コンデンサ、５４…ＰＷＭインバータ、５５，８２…電流検出器、５６…永久磁石式同期電動機（同期モータ）、５７…位置検出器、５８…速度検出器、６１…速度指令手段、６２…速度制御手段、６３…ｑ軸電流指令手段、６４…ｄ軸電流指令手段、６５…電流制御手段、６６…ＰＷＭパルス発生手段、６７…トルク指令リミッタ、６８…ｑ軸電流指令リミッタ、７０…非常止め試験モード設定手段、７１…巻線状態判定手段、８０…コンバータ制御装置、８１…直流電圧検出器。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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