(57)【要約】【課題】回転センサの温度上昇に伴い検出角度に誤差が生じても、安価で簡単な方法で、検出角度を補正して正常な運転を継続する。【解決手段】制御装置１５は、同期電動機の通電時間を時間積分する時間積分部４２と、この電流積分値から同期電動機の発熱に伴う回転センサの温度上昇度を算出する温度算出部４３と、温度上昇度に基づいて回転センサの検出角度のずれ量を求め、そのずれ量を補正して同期電動機の駆動系に与える補正部４６とを備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻上機を駆動する同期電動機を備え、その同期電動機に付設された回転センサの回転角信号を用いて上記同期電動機の駆動を制御するエレベータの制御装置において、
上記同期電動機の通電時間を時間積分する時間積分手段と、
この時間積分手段によって得られる電流積分値から上記同期電動機の発熱に伴う上記回転センサの温度上昇度を算出する温度算出手段と、
この温度算出手段によって算出された温度上昇度に基づいて上記回転センサの検出角度のずれ量を求め、そのずれ量を補正して上記同期電動機の駆動系に与える補正手段と
を具備したことを特徴とするエレベータの制御装置。
【請求項２】
上記同期電動機の周囲温度を検出する周囲温度検出手段をさらに具備し、
上記補正手段は、
上記温度算出手段によって算出された温度上昇度に上記周囲温度検出手段によって検出された周囲温度を加味して上記回転センサの検出角度のずれ量を求めることを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
【請求項３】
上記補正手段は、
上記回転センサの温度とずれ量との関係をデータ化したテーブルを有し、このテーブル参照して上記回転センサの検出角度のずれ量を求めることを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
【請求項４】
上記補正手段は、
上記回転センサの温度とずれ量との関係を示す１次近似式を用いて上記回転センサの検出角度のずれ量を演算により求めることを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
【請求項５】
上記温度算出手段によって算出された温度上昇度に所定の熱時定数を持たせるフィルタ手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
【請求項６】
上記温度算出手段によって算出された温度上昇度に所定の温度係数を乗じる係数乗算手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
【請求項７】
上記補正手段によるずれ量の補正は、エレベータの運転開始前に行われることを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、巻上機を駆動する同期電動機に付設された回転センサの信号を用いて同期電動機を制御するエレベータの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エレベータでは、巻上機を同期電動機で駆動している。巻上機にはロープを介して乗りかごとカウンタウエイトが吊り下げられており、巻上機の駆動によりつるべ式に昇降動作する。
【０００３】
ここで、同期電動機の回転軸に回転センサが取り付けられており、この回転センサから出力される回転角信号に基づいて同期電動機の回転速度が制御される。この回転センサにはレゾルバが用いられる。このレゾルバはコイルで構成されているため、検出精度が温度に左右される。このため、エレベータの長時間の運転により同期電動機が発熱し、その熱の影響を受けて温度上昇すると、検出角度に誤差を含んでしまう。
【０００４】
エレベータの制御装置では、レゾルバの回転角信号を用いてベクトル制御を行っているため、検出角度に誤差が含まれていると、最適な方向に磁束を発生できず、速度異常を引き起こす原因となる。
【０００５】
このような問題を回避するため、レゾルバの内部に温度検出器を設置しておき、その温度検出器によって検出された温度に基づいて回転角信号を補正することが一般的に行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−７６０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、レゾルバ内に温度検出器を組み込む方法では、部品点数が増えて、コスト高となる。また、温度検出器から出力される信号は弱電であるため、同期電動機の動作中に発生する放射電磁波の影響を受けて誤動作する可能性もある。
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、回転センサの温度上昇に伴い検出角度に誤差が生じても、安価で簡単な方法で、検出角度を補正して正常な運転を継続することのできるエレベータの制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態に係るエレベータの制御装置は、巻上機を駆動する同期電動機を備え、その同期電動機に付設された回転センサの回転角信号を用いて上記同期電動機の駆動を制御するエレベータの制御装置において、上記同期電動機の通電時間を時間積分する時間積分手段と、この時間積分手段によって得られる電流積分値から上記同期電動機の発熱に伴う上記回転センサの温度上昇度を算出する温度算出手段と、この温度算出手段によって算出された温度上昇度に基づいて上記回転センサの検出角度のずれ量を求め、そのずれ量を補正して上記同期電動機の駆動系に与える補正手段とを具備する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は第１の実施形態に係るエレベータの駆動系の構成を示す図である。
【図２】図２は同実施形態におけるエレベータの同期電動機の回転原理をモデル化した図である。
【図３】図３は同実施形態におけるレゾルバ温度と位相ずれ量との関係を示す図である。
【図４】図４は同実施形態におけるエレベータの制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【図５】図５は第２の実施形態に係るエレベータの駆動系の構成を示す図である。
【図６】図６は同実施形態におけるエレベータの制御装置の機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１は第１の実施形態に係るエレベータの駆動系の構成を示す図である。
【００１３】
エレベータの駆動系として、商用電源１１、この商用電源１１の交流電力を直流電力に変換するコンバータ１２、このコンバータ１２の直流電力をエレベータ駆動に必要な交流電力に変換して同期電動機２１に供給するインバータ装置１３などを備える。
【００１４】
上記商用電源１１としては三相交流電源が用いられる。この三相交流電源から供給される交流電力は、コンバータ１２にて直流電力に変換されてインバータ装置１３に与えられ。インバータ装置１３では、これを所定周波数の交流電力に変換して同期電動機２１に供給する。
【００１５】
このような電力供給により、同期電動機２１が駆動されると、これに伴い巻上機２２が回転する。そして、巻上機２２に巻き掛けられたメインロープ２３を介して乗りかご２４とカウンタウエイト２５が昇降路内をつるべ式に昇降動作する。なお、２６はコンペンシーブ、２７はそのコンペンシーブ２６に架設されたコンペンロープであり、乗りかご２４とカウンタウエイト２５の下端部を支持している。
【００１６】
また、インバータ装置１３と同期電動機２１との間の電力ラインには電流センサ１４が取り付けられている。電流センサ１４は、インバータ装置１３から同期電動機２１に対して供給される電流Ｉを検出する。同期電動機２１の回転軸にレゾルバ２８が付設されている。レゾルバ２８は、回転センサの１つであり、同期電動機２１のモータ軸に複数個のコイルを配置し、電磁誘導を利用してモータ軸の回転角を検出する。制御装置１５は、この電流信号Ｉと回転角信号θに基づいてインバータ装置１３の駆動信号ＧＡＴＥを生成出力する。
【００１７】
図２は同期電動機２１の回転原理をモデル化した図である。
【００１８】
図中の２０は磁石のＮ極とＳ極で磁界を生じさせる回転子である。回転子２０をｄ軸として、そのｄ軸と直交する方向をｑ軸とする。そして、ｑ軸方向に磁束が発生するように電流を流すことで回転子２０が回転する。
【００１９】
この回転子２０の磁極位置をレゾルバ２８により検出する。このとき、回転子２０の磁極位置に対して固定の回転角信号θがレゾルバ２８から出力されることが望ましい。しかし、レゾルバ２８はコイルで構成されているため、温度上昇に対して線形的に回転角信号θが変化する特性がある。
【００２０】
この様子を図３に示す。  
図３はレゾルバ温度と位相ずれ量との関係を示す図であり、横軸が温度（℃）、縦軸が位相ずれ量（°）を表わす。プラスの値は“進み”を示し、マイナスの値は“遅れ”を示す。
【００２１】
この図から分かるように、レゾルバ２８の温度が上昇すると、位相が遅れる結果となる。つまり、レゾルバ２８から出力される回転角信号θが実際の回転角よりも遅れた状態となる。このような回転角信号θをもとに図２に示したｑ軸方向に磁束を発生させるように電流を流すと、最もトルクが大きくなる方向ではなく、ずれた方向へ磁束が発生することになる。
【００２２】
乗りかご２４とカウンタウエイト１０が釣り合う状態で乗客が乗っている場合にはトルクが必要とならないので、検出角度にずれが生じていても問題はない。しかし、乗りかご２４とカウンタウエイト１０がアンバランス状態にあって、乗りかご２４内に多数の乗客が乗車しているような場合には十分なトルクを出せず、加減速時に速度指令値に対して追従できなかったり、着床時に目標位置で停止できず、行き過ぎてしまうなどの問題が生じる。
【００２３】
以下に、このようなレゾルバ２８の検出角度のずれを補正する方法について詳しく説明する。
【００２４】
図４は第１の実施形態におけるエレベータの制御装置１５の機能構成を示すブロック図である。
【００２５】
通常、レゾルバ２８から出力される回転角信号θから速度検出部３１で速度信号ωに換算して速度制御部３２に与え、そこで速度指令（目標速度信号）ω＊との差をとってＰＩ制御を行う。一方、電流センサ１４から出力される電流信号Ｉをｄｑ軸変換部３４でｄｑ軸変換（２相変換）して電流制御部３３に与え、そこで速度制御部３２の出力との差分をとってＰＩ制御を行う。なお、ＰＩ制御とは、フィードバック制御の１つであり、比例動作（Proportional）と積分動作（Integral）を組み合わせた制御方法のことである。
【００２６】
３相変換部３５により電流制御部３３の出力をレゾルバ２８の回転角信号θに基づいて３相変換してＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御部３６に与える。このＰＷＭ制御部３６によりインバータ装置１３の駆動を制御して同期電動機２１に所要の電力を供給する。
【００２７】
このようにして、同期電動機２１に電力が供給され、巻上機２２の回転により乗りかご２４が昇降動作する。このとき、エレベータの運転が継続的に行われると、同期電動機２１が発熱し、その熱がモータ軸を介してレゾルバ２８へ伝って温度が上昇する。上述したように、レゾルバ２８の温度が上昇すると、その温度上昇に比例して回転角信号θにずれが生じる。
【００２８】
制御装置１５には、このような温度上昇に伴う回転角信号θのずれを補正するための機能として、入力部４１、時間積分部４２、温度算出部４３、フィルタ４４、係数乗算部４５、補正部４６が備えられている。
【００２９】
入力部４１は、電流センサ１４にて検出された電流を取り込む。時間積分部４２は、入力部４１に取り込まれた電流を時間積分する。温度算出部４３は、時間積分部４２にて算出された電流の積分結果から同期電動機２１の発熱量Ｑを算出し、その発熱量Ｑからレゾルバ２８の温度上昇度Ｔを求める。
【００３０】
詳しく説明すると、まず、電力をＰ、電圧をＶ、電流をＩ、抵抗をＲとすると、電力Ｐは、（１）式で表せる。
【００３１】
Ｐ＝ＶＩ
＝ＲＩ2                        …（１）
また、電流が流れることによって、毎秒発生する熱をジュール熱と呼ぶ。このジュール熱の量つまり発熱量をＱとし、時間をｔとしたときに、（２）式で表せる。
【００３２】
Ｑ＝Ｐｔ
＝ＲＩ2ｔ                      …（２）
この（２）式により、発熱量Ｑは時間ｔの経過と共に電流Ｉの２乗に比例して大きくなることが分かる。
【００３３】
また、レゾルバ２８のコイルの質量をｍ、レゾルバ２８のコイルの熱容量をｃとすると、発熱量Ｑと温度上昇度Ｔとの関係は、（３）式で表せる。
【００３４】
Ｔ＝Ｑ／ｍ・ｃ
＝ＲＩ2ｔ／ｍ・ｃ              …（３）
この（３）式により、レゾルバ２８の温度上昇度Ｔは、電流Ｉを時間積分して得られる発熱量Ｑから求められることが分かる。ここで、レゾルバ２８の角度合わせをしたときの温度を基準温度Ａとすると、温度上昇度Ｔに基準温度Ａを足し合わせた結果が実際のレゾルバ２８の温度となる。
【００３５】
ただし、同期電動機２１が発熱した場合に、レゾルバ２８の温度がすぐに上昇するのではなく、実際にはモータ軸を介してレゾルバ２８へ熱が伝わるまでの分単位の熱時定数が存在する。さらに、同期電動機２１で発生した熱がレゾルバ２８に伝達されても、放熱による温度低下がある。
【００３６】
そこで、このような熱時定数と放熱による温度低下を考慮して、図４に示すように温度算出部４３の後段にフィルタ４４と係数乗算部４５が設けられている。
【００３７】
フィルタ４４は、温度算出部４３によって算出された温度上昇度Ｔに所定の熱時定数を持たして出力する。上記熱時定数は、同期電動機２１で発生した熱がモータ軸を介してレゾルバ２８へ伝わるまでの時間を考慮して設定されている。
【００３８】
係数乗算部４５は、温度算出部４３によって算出された温度上昇度Ｔに所定の温度係数Ｋを乗じる。上記温度係数Ｋは、レゾルバ２８の放熱による温度低下に合わせて設定されている。
【００３９】
補正部４６は、図３に示したレゾルバ温度と位相ずれ量との関係をデータ化したテーブル４７を有する。補正部４６は、フィルタ４４と係数乗算部４５にて調整された温度上昇度Ｔ'に基準温度Ａを加算したＴ'＋Ａをレゾルバ２８の現在の温度として入力し、上記テーブル４７を参照して温度Ｔ'＋Ａに対応した位相ずれ量θadjaを求める。そして、補正部４６は、この位相ずれ量θadjaに基づいてレゾルバ２８から出力される回転角信号θを補正し、その補正後の回転角信号θａ（θ＋θadja）を３相変換部３５に与える。
【００４０】
図３の例では、レゾルバ２８の温度が３０度のときに−２．５度の位相ずれ量が発生するので、レゾルバ２８から出力される回転角信号θに−２．５度分の補正を施してから３相変換部３５に与えることになる。
【００４１】
なお、ここではテーブル４７を参照して位相ずれ量を求めるものとして説明したが、例えば図３の結果からレゾルバ温度と位相ずれ量との関係を示す１次近似式を求めておき、その１次近似式を用いて位相ずれ量をその都度演算により求めることでもよい。
【００４２】
また、補正部４６によって回転角信号θを補正するタイミングは、常時行うのではなく、エレベータの運転開始前とする。つまり、乗りかご２４が目的階に出発する前に、その直前までの同期電動機２１の電流積分値から求められるレゾルバ２８の温度上昇度をもとにして回転角信号θを補正する。これにより、エレベータの運転中に突発的な温度変化による誤動作を防止することできる。
【００４３】
このように、同期電動機２１に付設されたレゾルバ２８の温度上昇を起因とした検出角度のずれを適切に補正することができる。これにより、エレベータ運転の長時間の継続により同期電動機２１が発熱した状態にあっても、同期電動機２１を正常に駆動制御することができ、安全な運転を継続することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、同期電動機２１の電流積分値を元にしてレゾルバ２８の温度上昇度Ｔを計算により求めている。したがって、レゾルバ２８の内部にずれ補正のための専用の温度センサは不要であり、コストを削減できると共に温度センサのメンテナンスも不要となる。
【００４５】
また、フィルタ４４を用いて温度上昇度Ｔに所定の熱時定数を持たせているので、急な温度変化により制御が不安定になることを回避できる。
【００４６】
また、レゾルバ２８の放熱を考慮して、係数乗算部４５を用いて温度上昇度Ｔに温度係数Ｋを乗じているので、放熱による温度低下分を調整して、検出角度のずれを適切に補正することができる。
【００４７】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
【００４８】
図５は第２の実施形態に係るエレベータの駆動系の構成を示す図である。なお、上記第１の実施形態における図１の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明は省略するものとする。
【００４９】
制御装置１５に同期電動機２１の周囲温度を検出するための温度検出器５０が接続されている。この温度検出器５０は、制御装置１５の近傍にあって、かつ、保守員がメンテナンスを簡単に行うことができる場所に設置されている。この温度検出器５０によって検出された周囲温度Ｔｍｐは制御装置１５に与えられる。
【００５０】
すなわち、レゾルバ２８の磁極位置を合わせたときの内部温度とエレベータが運転中にあるときの周囲温度は同一とは限らない。そこで、第２の実施形態では、温度検出器５０によって検出される周囲気温Ｔｍｐを制御装置１５に取り込んで補正に使用する構成としている。
【００５１】
図６は第２の実施形態におけるエレベータの制御装置１５の機能構成を示すブロック図である。なお、上記第１の実施形態における図４の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明は省略するものとする。
【００５２】
上記第１の実施形態と同様に、入力部４１は、電流センサ１４にて検出された電流を取り込む。時間積分部４２は、入力部４１に取り込まれた電流を時間積分する。温度算出部４３は、時間積分部４２にて算出された電流の積分結果から同期電動機２１の発熱量Ｑを算出し、その発熱量Ｑからレゾルバ２８の温度上昇度Ｔを求める。
【００５３】
また、フィルタ４４は、温度算出部４３によって算出された温度上昇度Ｔに所定の熱時定数を持たして出力する。上記熱時定数は、同期電動機２１で発生した熱がモータ軸を介してレゾルバ２８へ伝わるまでの時間を考慮して設定されている。
【００５４】
係数乗算部４５は、温度算出部４３によって算出された温度上昇度Ｔに所定の温度係数Ｋを乗じる。上記温度係数Ｋは、レゾルバ２８の放熱による温度低下に合わせて設定されている。
【００５５】
ここで、上記第１の実施形態では、フィルタ４４と係数乗算部４５によって調整した温度上昇度Ｔ'に固定値である基準温度Ａを加算して補正部４６に入力していた。これに対し、第２の実施形態では、温度上昇度Ｔ'に上記温度検出器５０で得た周囲温度Ｔｍｐを加えたＴ'＋Ｔｍｐをレゾルバ２８の現在温度として補正部４６に入力する。
【００５６】
補正部４６では、レゾルバ温度と位相ずれ量との関係を示すテーブル４７あるいは１次近似式を用いて、温度Ｔ'＋Ｔｍｐに対応した位相ずれ量θadjaを求め、その位相ずれ量θadjaに基づいてレゾルバ２８から出力される回転角信号θを補正する。
【００５７】
このように、周囲気温Ｔｍｐを考慮してレゾルバ２８の温度を求めることで、例えば季節が変わったり、エレベータの設置環境が変わるなどしても、レゾルバ２８の検出角度を正確に補正して、適切な運転制御を行うことができる。
【００５８】
また、温度検出器５０は、レゾルバ２８や制御装置１５に組み込まれたものではなく、制御装置１５の近傍に設置されたものであるため、保守員が容易にメンテナンスすることができる。さらに、ずれ量補正のために温度検出器５０を新たに設置しなくとも、別の制御で使われているものを流用すれば、コスト削減にもなる。
【００５９】
以上述べた少なくとも１つの実施形態によれば、回転センサの温度上昇に伴い検出角度に誤差が生じても、安価で簡単な方法で、検出角度を補正して正常な運転を継続することのできるエレベータの制御装置を提供することができる。
【００６０】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１１…商用電源、１２…コンバータ、１３…インバータ装置、１４…電流センサ、１５…制御装置、２１…同期電動機、２２…巻上機、２３…メインロープ、２４…乗りかご、２５…カウンタウエイト、２６…コンペンシーブ、２７…コンペンロープ、２８…レゾルバ、３１…速度検出部、３２…速度制御部、３３…電流制御部、３４…ｄｑ軸変換部、３５…３相変換部、３６…ＰＷＭ制御部、４１…入力部、４２…時間積分部、４３…温度算出部、４４…フィルタ、４５…係数乗算部、４６…補正部、４７…テーブル、５０…温度検出器。
【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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