电梯系统及其控制方法与流程

本发明涉及电梯系统及其控制方法。

背景技术：

为了驱动电梯，从小型化、高效率化的观点出发，利用使用了永磁铁的同步式的电动机。为了控制这种同步电动机，需要检测转子的磁极位置。作为用于检测磁极位置的传感器，例如使用光学式、磁式的旋转编码器、解析器(resolver)等。

在使用同步电动机的电梯系统中，在用于检测磁极位置的传感器发生故障的情况下，不能获得磁极位置信号，同步电动机的控制变得困难。特别是，在对利用平衡锤的电梯进行控制的情况下，若同步电动机不能输出相当于平衡锤的重量和轿厢的重量的差值的转矩，则轿厢按照被拖动到平衡锤或者轿厢当中的重量大的一方的方式进行移动。这样，在电梯的控制中，由于将用于使轿厢静止的转矩作为基准来进行轿厢的加速以及减速，因此同步电动机的转矩的控制很重要，同步电动机为了输出所希望的转矩，传感器的磁极位置的检测很重要。

作为在传感器发生故障时，为了救援运行等而驱动电梯的以往技术，已知有专利文献1中记载的技术。

在专利文献1记载的技术中，基于检测电流、电压指令以及电机常数，估计磁极位置，并基于估计的磁极位置，驱动同步电动机。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2016-639号公报

技术实现要素：

发明要解决的课题

然而，在上述以往技术中，由于因初始磁极位置的估计精度而引起的电机的平衡转矩不足，在滑轮中产生旋转方向的振动。进而，由于控制跟随性对于这种振动不充分，因此转矩不能补偿至平衡转矩，轿厢可能被拖动并移动到轿厢或者平衡锤当中的较重的一方。

因此，本发明提供一种在不能获得来自磁极位置传感器的磁极位置信号的情况下，能够稳定地运行轿厢的电梯系统及其控制方法。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明的电梯系统具备：同步电动机，驱动轿厢；制动器，对同步电动机进行制动；以及驱动控制装置，控制同步电动机，驱动控制装置具备：电流指令创建部，创建同步电动机的电流指令；磁极位置指令创建部，创建同步电动机的磁极位置指令；初始磁极位置估计部，估计同步电动机的初始磁极位置；以及制动器控制部，控制制动器的断开以及制动，在制动器控制部将制动器从制动状态断开时，电流指令创建部创建恒定值的电流指令，并且磁极位置指令创建部将由初始磁极位置估计部估计的初始磁极位置设定为磁极位置指令，在从制动器控制部断开制动器起给定时间内，磁极位置指令创建部将磁极位置指令保持在初始磁极位置，在给定时间之后，磁极位置指令创建部创建磁极位置指令使得运行轿厢。

此外，为了解决上述课题，本发明的电梯系统的控制方法包括：第一步骤，在轿厢的制动状态下在同步电动机中流动恒定电流；第二步骤，在相同的制动状态下估计同步电动机的初始磁极位置；第三步骤，在相同的制动状态下将同步电动机的磁极位置指令设置为初始磁极位置；第四步骤，解除轿厢的制动状态；第五步骤，第四步骤之后，判断从解除轿厢的制动状态起是否经过了给定时间；以及第六步骤，在第五步骤中，在判断为经过了给定时间后，运行轿厢。

发明效果

根据本发明，在制动器断开后，通过在同步电动机中流动恒定电流，并且将磁极位置指令保持在初始磁极位置给定时间，从而在同步电动机的旋转振动发生了收敛的状态下，运行控制轿厢。由此，即使在不能获得磁极位置信号的情况下，也能够稳定地运行轿厢。

上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明得以明确。

附图说明

图1是示出作为第一实施方式的电梯系统的整体结构图。

图2示出控制器的功能块和电力转换器以及同步电动机的关系。

图3示出第一实施方式的操作的概要。

图4示出同步电动机的转矩和同步电动机中的实际的q轴以及控制器中的q轴的相位差的关系。

图5是示出控制器的处理操作的流程的流程图。

图6是示出作为第二实施方式的电梯系统的整体结构图。

图7示出第二实施方式中的、控制器的功能块和电力转换器以及同步电动机的关系。

图8是示出作为第三实施方式的电梯系统的整体结构图。

图9示出第三实施方式中的、控制器的功能块和电力转换器以及同步电动机的关系。

图10a示出第三实施方式中的、同步电动机的转矩和同步电动机中的实际的q轴以及控制器中的q轴的相位差的关系。

图10b示出比较例中的、同步电动机的转矩和同步电动机中的实际的q轴以及控制器中的q轴的相位差的关系。

图11是示出第三实施方式中的控制器的处理操作的流程的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在各图中，参照编号相同的结构表示相同的构成要素或者具备类似的功能的构成要素。

(第一实施方式)

图1是示出作为本发明的第一实施方式的电梯系统的整体结构图。

在本实施方式中，通过由包括电力转换器101以及控制器100的驱动控制装置来控制同步电动机103的驱动，从而控制轿厢104的移动。控制器100具备电流指令创建部1、磁极位置指令创建部2以及初始磁极位置估计部3。对于这些部件的功能将进行后述。

作为同步电动机103，应用永磁铁式同步电动机。另外，在本实施方式中，应用表面磁铁型等非突极性的永磁铁式同步电动机。因此，难以应用所谓的无传感器控制，且在通常时，基于由未图示的磁极位置传感器检测的磁极位置来控制同步电动机103。

轿厢104跨过多个楼层之间在建筑物中形成的升降通道内移动。轿厢104和用于与轿厢104获取重量平衡的平衡锤与主吊索连接。即，轿厢104和平衡锤经由主吊索相互连接。此外，在轿厢104中，设有与乘梯处侧门卡合并开闭的轿厢侧门。

若通过由同步电动机103来旋转驱动绳轮(滑轮)，从而驱动缠绕于绳轮的主吊索，则轿厢104在升降通道内移动。驱动用的电力通过电力转换器101被供给到同步电动机103。电力转换器101根据控制器100输出的、轿厢位置控制指令或者轿厢速度指令或者转矩指令，输出用于控制同步电动机103的电力。

控制器100在使轿厢104制动的情况下，输出制动器电源停止指令10以及动力电源停止指令。通过制动器电源停止指令10，设置在制动器电源和制动器102之间的电磁接触器(contactor)被断开。由此，对制动器102的电力供给被切断，因此制动器102成为制动状态。此外，通过动力电源停止指令，设置在动力电源和电力转换器101之间的电磁接触器被断开。由此，对电力转换器101的电力供给被切断，从而停止对同步电动机103的电力供给。

位置传感器5是一种通过检测遮蔽板6来检测轿厢104是否位于门能够打开的位置的门区传感器。

图2示出控制器100的功能块和电力转换器101以及同步电动机103的关系。

电流指令创建部1输出与同步电动机103的输出转矩相应的电流指令。另外，在本实施方式中，电流指令创建部1输出与额定转矩以上的输出转矩相应的电流指令。此外，在本实施方式中，该电流指令的值是恒定值。

磁极位置指令创建部2将从初始磁极位置估计部3输入的初始磁极位置作为基准，输出与同步电动机103的速度相应的磁极位置指令。磁极位置指令创建部2首先将从初始磁极位置估计部3输入的初始磁极位置作为磁极位置指令输出到电流控制部21，之后，即使在制动器指令部23开启制动器后，也待机给定时间(即，磁极位置指令保持在初始磁极位置)。该给定时间设定为同步电动机103以及绳轮的旋转方向的振动收敛的时间。在待机给定时间之后，磁极位置指令创建部2输出与用于移动轿厢的速度指令相应的磁极位置指令。

初始磁极位置估计部3估计同步电动机103的初始磁极位置。作为估计初始磁极位置的手段，应用公知的技术。例如，将具有某种特定的模式的高次谐波电流经由电力转换器101施加到同步电动机103，基于由电流传感器22检测的电流的反馈信号的模式来估计初始磁极位置。另外，不限于这种估计手段，能够应用各种初始磁极位置估计手段或者检测手段。

制动器指令部23输出制动器的开闭指令，若估计出初始磁极位置，则之后输出开启制动器的指令。

电流控制部21基于来自电流指令创建部1的电流指令和来自磁极位置指令创建部2的磁极位置指令，输出电力转换器101的控制指令(例如，电压指令)。

在电流控制部21中，通过比例积分控制来创建控制指令，使得电流指令和来自电流传感器的电流反馈信号的差值接近零。另外，在本实施方式中，应用基于旋转坐标系的d轴以及q轴电流来进行电流控制的、所谓的矢量控制。另外，不限于矢量控制，也可以应用其他的控制技术。

图3示出第一实施方式的操作的概要。以下按照时间经过顺序分为期间(a)、(b)、(c)以及(d)来进行说明。

在期间(a)中，电流指令对应于额定转矩以上(在图3中，120％)的输出转矩，但处于初始磁极位置估计前，磁极位置指令为0°。因此，如图所示，在控制器中创建的磁极位置指令和同步电动机的实际的磁极位置之间存在误差。此外，制动器指令为on，制动器为制动状态。即，轿厢停止。

在期间(b)中，估计初始磁极位置，且将初始磁极位置设置为磁极位置指令。此外，与期间(a)一样，制动器为制动状态，轿厢停止。因此，如图所示，在控制器100中创建的磁极位置指令和同步电动机的实际的磁极位置之间的误差成为小于期间(a)的恒定值。

在此，误差的大小取决于初始磁极位置估计的精度。

在期间(c)中，制动器指令为off，制动器被断开。磁极位置指令在初始磁极位置维持直到同步电动机以及绳轮的旋转方向的振动收敛为止的给定时间(期间(c)的时间)。因此，在期间(c)中，轿厢的控制状态尚未成为运行状态，即为待机状态。此外，根据同步电动机以及绳轮的旋转方向的振动，在控制器中创建的磁极位置指令和同步电动机的实际的磁极位置之间的误差也发生振动。另外，对于同步电动机以及绳轮的旋转方向的振动将进行后述。

在期间(d)中，通过提供与速度指令相应的磁极位置指令，从而旋转同步电动机。在期间(d)的开始时，同步电动机的旋转停止在与在期间(c)中施加的电流相应的同步电动机的转矩和由于轿厢侧的负载和平衡锤的负载的差值引起的负载转矩平衡的磁极位置，因此通过将初始磁极位置作为基准，并以前馈方式提供与速度指令相应的磁极位置，从而能够稳定地使同步电动机旋转。

在此，关于同步电动机以及绳轮的旋转方向的振动(以下，简称为“振动”)，使用图4在以下对该振动收敛为止的现象进行说明。

图4示出同步电动机的转矩和同步电动机中的实际的q轴以及控制器中的q轴的相位差δθr的关系。另外，纵轴表示转矩t，横轴表示δθr。

在图4中，若电流指令(q轴(转矩)电流指令)iqc设为恒定，则由曲线表示的同步电动机的转矩tm由表达式(1)表示。在表达式(1)中，kt为转矩常数。

[表达式1]

当δθr为0时，同步电动机的转矩tm和与控制器创建的电流指令相应的转矩一致。另外，图4中的直线表示相对于轿厢和平衡重的差值的负载转矩tl。

在图4中，轿厢内的负载为最大装载重量的一半以下，即负载为50％以下。因此，在图4中，假设在磁极位置传感器发生故障的状态下，以小的负载来运行轿厢的情况。作为这种情况，例如，为了进行对于磁极位置传感器的故障的维护作业，存在对轿厢进行维护运行的情况。

在此，在本实施方式中，设定平衡锤的重量，使得轿厢和平衡锤相对于50％负载相互平衡。因此，在图4中，平衡锤比轿厢侧重，因此tl在使平衡锤下降并使轿厢上升的方向上发挥作用。

另外，用于与平衡锤平衡的轿厢的装载量不限于50％负载，例如也可以是40％负载。即使在这种情况下，如果平衡锤比轿厢侧重，也能够应用本实施方式。

此外，设定电流指令iqc，使得tm可以取仅与tl平衡的值。另外，在本实施方式中，如上所述，电流指令创建部1输出与额定转矩以上的输出转矩相应的恒定值的电流指令。

对于估计的初始磁极位置，在同步电动机中的实际的q轴和控制器中的q轴的相位差为点a的位置的情况下，若开启制动器，则电机转矩tm和负载转矩tl不平衡，因此δ0r向点b一方移动。即，同步电动机以及滑轮向tm和tl平衡的方向旋转。同步电动机以及滑轮超过tm和tl平衡的位置而旋转。即δθr超过点b。

这时，由于tm和tl的大小关系在超过点b之前是反转的，因此δθr的移动方向反转，朝向点b移动。即，同步电动机以及滑轮使旋转方向反转，从而向tm和tl平衡的方向旋转。δθr反复这种移动，并在给定的待机时间内向点b收敛。即，同步电动机以及滑轮虽然旋转振动，但是在给定的待机时间内静定在tm和tl平衡的位置。

由此，即使在磁极位置传感器发生故障的状态下，也能够基于估计的初始磁极位置来控制同步电动机，因此能够稳定地运行轿厢。

图5是示出本实施方式中的控制器100的处理操作的流程的流程图。

首先，通过电流指令创建部1，输出电流指令iqc(步骤s101)。

接下来，通过初始磁极位置估计部3，估计初始磁极位置(步骤s102)。

接下来，估计的初始磁极位置通过磁极位置指令创建部2而被设置为磁极位置指令(步骤s103)。

接下来，通过制动器指令部23，断开制动器(步骤s104)。

接下来，控制器100判断是否经过了预先设定的给定时间(步骤s105)。在判断为没有经过给定时间的情况下(s105的否)，再次执行步骤s105。在判断为经过了给定时间的情况下(s105的是)，接下来，执行步骤s106。

在步骤s106中，通过磁极位置指令创建部2，创建对应于速度指令的磁极位置指令，根据磁极位置指令，控制同步电动机。

如上所述，根据第一实施方式，电流指令创建部输出恒定的电流值，并且磁极位置指令创建部在输出由初始磁极位置估计部估计的初始磁极位置的状态下，在制动器控制部开启制动器后，控制器待机给定时间，从而电机的输出的转矩和平衡转矩变为平衡。由此，控制器通过向磁极位置指令创建部提供与速度指令相应的磁极位置，从而能够稳定地驱动电梯。

(第二实施方式)

图6是示出作为本发明的第二实施方式的电梯系统的整体结构图。以下，主要对与第一实施方式不同的点进行说明。

在本实施方式中，设置检测轿厢104的位置的位置传感器60。作为该位置传感器60，在本实施方式中，使用安装于调速器的编码器，该调速器经由调速器绳索与轿厢104连接。

另外，作为位置传感器，能够应用在升降通道内设置由磁带构成的标记的手段、设于同步电动机的旋转编码器那样的旋转位置传感器(角度或者相位检测器)等能够检测轿厢的移动的各种手段。

图7示出第二实施方式中的、控制器100的功能块和电力转换器101以及同步电动机103的关系。

与第一实施方式(参照图2)不同，位置传感器60的输出信号被输入到磁极位置指令创建部2。在制动器指令部23断开制动器后，基于位置传感器60的输出信号，判断同步电动机以及滑轮的旋转振动是否收敛。而且，若判断为旋转振动收敛，则磁极位置指令创建部2创建并输出与速度指令相应的磁极位置。

同步电动机以及滑轮的旋转振动经由主吊索传递到轿厢104，并引起轿厢104的振动。因此，在断开制动器后，通过将初始磁极位置设定为磁极位置指令并进行保持，并且通过位置传感器60检测轿厢的振动，从而能够检测同步电动机以及滑轮的旋转振动。另外，在本实施方式中，轿厢104的振动经由调速器绳索传递到安装于调速器的位置传感器60(编码器)。

根据上述第二实施方式，使用位置传感器60来判断同步电动机以及滑轮的旋转振动发生了收敛，因此能够可靠地在旋转振动发生了收敛的状态下开始轿厢的移动，并且能够短缩从断开制动器起到开始轿厢的移动为止的待机时间。

(第三实施方式)

图8是示出作为本发明的第三实施方式的电梯系统的整体结构图。以下，主要对与第一实施方式不同的点进行说明。另外，在本实施方式中，假定人负载搭载在轿厢中的状况，例如，进行磁极位置传感器故障时的救援运行的情况。

在本实施方式中，在轿厢104中，设置用于检测轿厢内的负载的秤传感器4。秤传感器4的输出信号输入到控制器100。

在本实施方式中，秤传感器4用于检测轿厢内的乘客的人数。如果在通常运行中，则基于由秤传感器4检测的负载，控制器100计算用于补偿轿厢和平衡锤的重量差的同步电动机转矩。作为秤传感器4，在轿厢地板面为金属的情况下，应用由设于轿厢框架的接近传感器等根据轿厢地板面的挠曲量来估计负载的手段。

另外，作为秤传感器，也可以应用根据与主吊索端连接的弹簧的位移来估计负载的手段等。

图9示出第三实施方式中的、控制器100的功能块和电力转换器101以及同步电动机103的关系。

与第一实施方式(参照图2)不同，秤传感器4的输出信号，即轿厢内的负载的信息被输入到磁极位置指令创建部2。磁极位置指令创建部2基于从秤传感器4获得的轿厢内的负载的信息，对图4所示那样的同步电动机的转矩tm的正负进行反转。

更具体地，在轿厢内的负载为最大装载重量的一半以上的情况下，也就是说在负载为50％以上时，电机转矩tm被反转。在此，在本实施方式中，设定平衡锤的重量，使得轿厢和平衡锤相对于50％负载平衡。因此，在本实施方式中，在包括装载负载在内轿厢侧比平衡锤重的情况下，电机转矩tm被反转。

另外，用于与平衡锤平衡的轿厢的装载量不限于50％负载，例如也可以是40％负载。即使在这种情况下，也能够应用本实施方式，在轿厢侧比平衡锤重的情况下，电机转矩tm被反转。

接下来，使用图10a以及10b对电机转矩tm被反转的情况下的、振动收敛为止的现象进行说明。

图10a示出第三实施方式中的、同步电动机的转矩tm和同步电动机中的实际的q轴以及控制器中的q轴的相位差(轴误差)δθr的关系。另外，与图4一样，纵轴表示转矩t，横轴表示δθr。

同步电动机的转矩tm使用电流指令(q轴(转矩)电流指令)iqc、转矩常数kt，以与上述表达式(1)同样的表达式来表达。但是，在本实施方式中，设定电流指令(q轴(转矩)电流指令)iqc，使得tm相对于δθr的值的正负(方向)被反转。

如图10a所示，若通过秤传感器4检测到负载转矩tl为50％以上，则电机转矩tm的正负相对于图4的tm被反转。因此，在图10a中，图4中的tm以及tl均被反转。因此，与图4的情况一样，对应于估计的初始磁极位置的点a在tm和tl平衡的点b的周围振动，并且在给定的待机时间内向点b收敛。即，在本实施方式中，同步电动机以及滑轮虽然旋转振动，但是在给定的待机时间内，静定在tm和tl平衡的位置。

在图10b中，作为比较例，对于电机转矩tm没有反转的情况，示出同步电动机的转矩tm和同步电动机中的实际的q轴以及控制器中的q轴的相位差(轴误差)δθr的关系。

对于图10b所示的点a，与图10a的情况一样，收敛于点b。但是，在初始磁极位置的估计精度高，且估计误差几乎为零的情况下，产生如下的问题。

在初始磁极位置的估计误差几乎为零的情况下，点a位于相对于图10b的tm上的δθr＝0的点，即正的峰值。在该情况下，电机转矩比负载转矩大，并且，其差值也变大。因此，点a以大的转矩(tm和tl的差值转矩)朝向点b开始移动，因此振动的振幅变大，到振动静定为止的时间也变长。此外，点a不收敛于点b，也可能产生失步。

如上所述，通过根据负载状态使转矩指令反转，从而与第一实施方式一样，即使在磁极位置传感器发生故障的状态下，也能够基于估计的初始磁极位置来控制同步电动机，因此能够稳定地运行轿厢。

图11是示出第三实施方式中的控制器100的处理操作的流程的流程图。以下，对与第一实施方式(图5)不同的点进行说明。

如图11所示，在第三实施方式中，在将初始磁极位置设置为磁极位置指令的步骤s203(在图5中，步骤s103)和断开制动器的步骤s206(在图5中，步骤s104)之间，设置判断负载是否为50％以上的步骤s204和使转矩指令反转的步骤s205。

步骤s201、s202以及s203分别与图5的步骤s101、s102、s103一样。

在步骤s204中，基于来自秤传感器4的信息，在控制器100判断为负载是50％以上的情况下(s204的是)，接下来执行步骤s205。在判断为负载不是50％以上的情况下(s204的否)，跳过步骤s205，接下来执行步骤s206。在该情况下，tm没有被反转，保持图4所示的tm。

在步骤s205中，反转控制器100中设定的tm的正负。步骤s205之后，执行步骤s206。

步骤s206、s207以及s208分别与图5的步骤s104、s105、s106一样。

如上所述，根据第三实施方式，基于轿厢内的负载的信息，通过使转矩指令反转，从而即使轿厢内的负载大，也能够在磁极位置传感器发生故障的状态下，稳定地运行轿厢。

另外，本发明不限于所述的实施方式，包括各种变形例。例如，所述实施方式是为了容易理解地说明本发明而详细地说明的实施方式，不一定限于具备所说明的所有的结构的实施方式。此外，对于各实施方式的结构的一部分，能够进行其他的结构的追加/删除/置换。

例如，同步电动机不限于永磁铁式同步电动机，也可以是绕组磁场式同步电动机。此外，永磁铁式同步电动机不限于表面磁铁型，也可以是埋入磁铁型。

附图标记说明

1电流指令创建部

2磁极位置指令创建部

3初始磁极位置估计部

4秤传感器

5位置传感器

6遮蔽板

10制动器电源停止指令

21电流控制部

22电流传感器

23制动器指令部

60位置传感器

100控制器

101电力转换器

102制动器

103同步电动机

104轿厢。