CN102190218A - 电梯的控制装置 - Google Patents

Abstract

根据实施例，提供了进行在电梯的驱动系统中包含的、具有在运转中因温度上升而劣化的特性的电路元件的寿命判定的电梯控制装置(21)。电梯控制装置(21)具备：测定单元(20)，其测定以负载无变动的状态运转电梯并以一定的电流对上述电路元件通电时的电压；寿命判定单元(23)，其将上述测定单元(20)测定的电压与初始值进行比较，在两者的差超过预先设定的判定值的场合，判定接近上述电路元件的寿命；以及控制单元(24)，其接受上述寿命判定单元(23)的判定结果，通知处于上述电路元件的更换时期。

Description

电梯的控制装置

技术领域

本发明的实施例涉及具备逆变器装置所包含的半导体开关元件等的电路元件的寿命判定功能的电梯的控制装置。

背景技术

通常，电梯的逆变器装置中采用以IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)为代表的半导体开关元件。这种半导体开关元件在电流通电后发热，由于该热量和运转的反复产生的温度变化，有元件内部的焊接接合部脆化(裂化)，散热性能逐渐降低而损坏的情况。因此，必须事前预测元件的散热性能的降低，在元件损坏前更换。

这里，作为预测半导体开关元件的寿命的方法，已知有日本特开平3-261877号公报(以下，称为「专利文献1」)、日本特开2007-28741号公报(以下，称为「专利文献2」)。

专利文献1中，根据电流值及散热片温度的测定结果，推定整流元件或半导体开关元件的结温度，根据该推定的结温度，推定整流元件或半导体开关元件的疲劳程度。疲劳程度超过规定期间时，进行寿命部件的显示。

另外，专利文献2中，从逆变器装置的输入电流或者输出电流推定半导体开关元件的温度变动量，将该推定值换算为热疲劳循环次数，算出半导体开关元件的劣化度并通知。

但是，传统的方法是根据在半导体开关元件通电的电流值、温度上升、热疲劳循环次数推定元件寿命的方法。因而，需要在外部设置的温度传感器和/或电流检测器，部件数量多，另外，由于测定误差，无法准确判定元件的寿命。

因此，期望提供不需要寿命判定用的特别传感器就可以准确判定电梯的驱动系统所包含的电路元件的寿命的电梯控制装置。

发明内容

本发明要解决的课题是提供不需要寿命判定用的特别传感器就可以准确判定电梯的驱动系统所包含的电路元件的寿命的电梯控制装置。

根据实施例，提供了进行在电梯的驱动系统中包含的、具有在运转中因温度上升而劣化的特性的电路元件的寿命判定的电梯控制装置。电梯控制装置具备：测定单元，其测定以负载无变动的状态运转电梯并以一定的电流对上述电路元件通电时的电压；寿命判定单元，其将上述测定单元测定的电压与初始值进行比较，在两者的差超过预先设定的判定值的场合，判定接近上述电路元件的寿命；以及控制单元，其接受上述寿命判定单元的判定结果，通知处于上述电路元件的更换时期。

附图说明

图1是本发明第1实施例的电梯控制装置的构成示图。

图2是该实施例中的电梯的逆变器装置中采用的IGBT的概略构成的示图。

图3是因IGBT的长期使用而使陶瓷基板和铜底板之间的接合焊料脆化的状态示图。

图4是IGBT的集电极-发射极电压Vce和集电极电流Ic的关系示图。

图5是该实施例中的电梯的逆变器装置中采用的二极管的正向电压Vf和电流If的关系示图。

图6是初始时使IGBT的栅极电压Vge变化的场合的集电极-发射极电压Vce和集电极电流Ic的关系示图。

图7是结温度上升时使IGBT的栅极电压Vge变化的场合的集电极-发射极电压Vce和集电极电流Ic的关系示图。

图8是本发明第2实施例的电梯控制装置的构成示图。

图9是本发明第3实施例的电梯控制装置的构成示图。

具体实施方式

以下，参照附图说明实施例。

(第1实施例)

图1是本发明第1实施例的电梯控制装置的构成示图。

该电梯具备：电动机16；在该电动机16的旋转轴安装的滑轮16a卷绕的缆绳17；在该缆绳17的两端悬挂的轿厢18和配重(counterweight)19等。

另外，作为电梯的驱动系统，具备：商用电源11；将该商用电源11的交流电力变换为直流电力的变换器12；将该变换器12的直流电力平滑化的平滑电容器13；将经由该平滑电容器13提供的直流电力通过PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)控制变换为任意的频率、电压值的交流电压，并将其作为驱动电力供给电动机16的逆变器装置14；检测从该逆变器装置14供给电动机16的电流的电流检测器15等。

上述商用电源11采用三相交流电源。从该三相交流电源供给的交流电力由变换器12变换为直流电力，经由平滑电容器13提供给逆变器装置14。通过该逆变器装置14的开关动作，上述直流电力变换为规定频率的交流电力，作为驱动电力供给电动机16。

通过该电力供给，电动机16被旋转驱动，与此伴随，滑轮16a旋转，经由在其上卷绕的缆绳17，使轿厢18和配重19在升降井内以悬吊式进行升降动作。

这里，电梯的驱动系统具备的逆变器装置14中，作为电路元件嵌入至少1组的IGBT(半导体开关元件)14a和与该IGBT14a反并联连接的二极管(整流元件)14b。图2表示了IGBT14a的概略构成图。

包括硅的IGBT芯片1经由接合引线2与陶瓷基板3上形成的主电极连接。陶瓷基板3通过焊料4与散热用的铜底板5接合。铜底板5下设置了散热器6，如箭头所示，IGBT芯片1发生的热经由散热板即铜底板5向散热器6散发。

这里，伴随电梯的运转，IGBT14a反复发热/停止，铜底板5产生温度变动，由于陶瓷基板3和铜底板5的热膨张系数不同，在接合部的焊料4产生应力，存在发生脆化(裂化)的问题。

此时的状态如图3。伴随IGBT14a的长期使用，接合陶瓷基板3和铜底板5的焊料4的脆化若加剧，则散热性能显著降低，结温度上升，IGBT芯片1因热而损坏。

以下，说明这样的判定具有运转中因温度上升而劣化的特性的电路元件的寿命以在损坏前更换的构成。

如图1所示，在逆变器装置14设置了测定电路20。该测定电路20以规定的条件测定电梯(轿厢18)运转时的IGBT14a的集电极-发射极电压Vce，向电梯控制装置21输出。

电梯控制装置21包括进行电梯的运转控制的计算机。作为用于判定电路元件的寿命的功能，该电梯控制装置21具备判定值设定部22、寿命判定部23、控制部24和告知部(通知部)25。

判定值设定部22设定在寿命判定使用的判定值。寿命判定部23以该判定值设定部22设定的判定值为基准，判定电路元件的寿命(更换时期)。另外，该判定方法将在后详细说明。

控制部24根据电流检测器15检测的电流值，驱动控制逆变器装置14。另外，控制部24在寿命判定部23判定电路元件的寿命(更换时期)接近时，启动告知部25，进行告知(通知)等的处理。

告知部25将在机械室或者管理室等设置的警告灯26点亮，警告电路元件的寿命接近的情况。另外，告知部25将电路元件的寿命接近的情况经由通信线路31告知外部的监视中心30。

监视中心30远程监视电梯的动作状态，收到任何异常的告知时，进行向现场派遣维护员等的对策。

接着，说明以IGBT14a为判定对象的该寿命判定的方法。

伴随长期使用，接合IGBT14a的陶瓷基板3和铜底板5的焊料4脆化后，散热性能降低，结温度上升。伴随该结温度的上升，通电中的IGBT14a的电压特性变化。

因而，通过维护检查时或者来自监视中心30的远程操作，使电梯以规定的条件运转，通过将IGBT14a的电压变化与初始值比较，推定劣化的状态。

「规定的条件」是指以负载无变动的状态运转的情况，具体地说，轿厢18以空荷的状态(无负载：称为NL)、一定的速度在上方向或者下方向运转。将轿厢18设为NL状态进行定速运转时，一定的集电极电流Ic流向IGBT14a，因此，若测定此时的集电极-发射极电压Vce，则通过与初始值的比较可了解劣化的进行度。

图4表示了该情形。

图4是IGBT14a的集电极-发射极电压Vce和集电极电流Ic的关系示图。图中的点划线表示了初始时的Vce的电压特性，实线表示了寿命进行时的Vce的电压特性。

使轿厢18以NL状态定速运转。此时，由于一定的集电极电流Ic流向IGBT14a，因此，由测定电路20测定此时的集电极-发射极电压Vce，提供给寿命判定部23。寿命判定部23中预先设置了集电极-发射极电压Vce的初始值。寿命判定部23在该初始值和测定值的差V1超过判定值设定部22设定的判定值的场合，判定IGBT14a的寿命接近。

上述判定值因IGBT14a的电压特性、IGBT14a的个数、尺寸等而异，预先通过实验求出Vce的电压特性和劣化的进行度的关系，根据该关系将最佳值设定为判定值。

寿命判定部23判定IGBT14a的寿命后，控制部24启动告知部25，点亮警告灯26。从而，维护员进行定期的检查时，通过警告灯26的点亮可简单知道IGBT14a的寿命接近的情况，可在因IGBT14a的损坏而导致电梯的运转中途停止前迅速进行部件更换等的对策。

另外，IGBT14a的寿命接近时，若将该信息告知监视中心30，则也可以由监视中心30与检查该物件的维护员联络必须进行IGBT14a的部件更换的情况。

(其他判定方法)

(1)基于Vf的判定方法

上述实施例中，说明了判定IGBT14a的寿命的情况，但是，对逆变器装置14所包含的二极管14b也可以采用同样的方法判定寿命。

另外，二极管14b与IGBT14a一起封装而嵌入逆变器装置14。元件的构造也与图2的IGBT14a的构造相同，伴随长期使用，焊料脆化，散热性能降低，结温度上升而导致损坏。

图5是二极管14b的正向电压Vf和电流If的关系示图。图中的点划线表示初始时的Vf的电压特性，实线表示寿命进行时的Vf的电压特性。

与上IGBT14a时同样，以规定的条件即使轿厢18为NL状态进行定速运转。此时，一定的电流If流向二极管14b，因此，由测定电路20测定此时的二极管14b的正向电压Vf，由寿命判定部23与初始值进行比较。该初始值和测定值的差V2超过判定值设定部22设定的判定值的场合，判定寿命接近。

寿命判定后与上述IGBT14a时同样，警告灯26的点亮或者向监视中心30告知，通知二极管14b的寿命接近的情况。另外，警告灯26也可以准备IGBT用和二极管用的2种，可选择性地点亮相应的灯。

(2)基于Vge的判定

改变IGBT14a的栅极电压Vge，测定此时的集电极-发射极电压Vce。此时，结温度上升时的集电极-发射极电压Vce的变化量与初始时不同，因此根据该变化量的差可明白劣化的进行度。

图6及图7表示了该情形。

图6是初始时使IGBT14a的栅极电压Vge变化的场合的集电极-发射极电压Vce和集电极电流Ic的关系示图。图7是结温度上升时使IGBT14a的栅极电压Vge变化的场合的集电极-发射极电压Vce和集电极电流Ic的关系示图。图6及图7中，图中的二点划线表示Vge＝20V时的Vce的电压特性，一点划线表示Vge＝15V时的25Vce的电压特性，实线表示Vge＝12V时的Vce的电压特性。

使轿厢18以NL状态定速运转。此时，一定的集电极电流Ic流向IGBT14a，因此，在将栅极电压Vge的值改变为20V、15V、12V的同时，由测定电路20测定此时的集电极-发射极电压Vce，提供给寿命判定部23。图7的例中，测定出Vge＝20V时Vce＝2.5V，Vge＝15V时Vce＝3V，Vge＝12V时Vce＝4.3V。

寿命判定部23中，预先设置了将栅极电压Vge的值改变为20V、15V、12V时的集电极-发射极电压Vce的初始值。图6的例中，初始值设为，Vge＝20V时Vce＝2V，Vge＝15V时Vce＝2.5V，Vge＝12V时Vce＝3.5V。

寿命判定部23比较该初始时的Vce的变化量和测定时的Vce的变化量，两者的变化量的差超过判定值设定部22设定的判定值的场合，判定寿命接近。

即，如图6所示，初始时的变化量ΔVce在Vge20V→15V时为0.5V，在Vge20V→12V时为1.5V。相对地，如图7所示，结温度上升时的变化量ΔVce在Vge20V→15V时为0.5V，Vge20V→12V时为1.8V。从而，可明白Vge20V→12V时的变化量ΔVce比初始时大。与该初始时的差超过判定值的场合，判定寿命接近。另外，对于该变化量的判定值也因IGBT14a的电压特性、IGBT14a的个数、尺寸等而异，预先通过实验求出Vce的温度上升和劣化的进行度的关系，根据该关系设定成最佳值。

通过这样的方法判定寿命后，与上述同样，点亮警告灯26或者向监视中心30告知，通知二极管14b的寿命接近的情况。

(第2实施例)

接着，说明本发明的第2实施例。

第2实施例中，考虑逆变器装置14的周围的温度，修正IGBT14a的寿命推定时期。

图8是本发明第2实施例的电梯控制装置的构成示图。另外，与上述第1实施例中的图1的构成相同的部分附上同一标号，其说明省略。

图8的构成中，与图1的不同点为在电梯控制装置21设置了修正部27。该修正部27根据温度传感器28测定的温度，修正初始时的Vce的电压特性。

即，逆变器装置14的周围的温度不总是一定，也因电梯的开动率、季节而异。逆变器装置14中采用的IGBT14a的结温度也受到该周围温度的影响，因此考虑变动Vce的电压特性的情况。

因而，预先在逆变器装置14的附近设置温度传感器28，测定逆变器装置14的周围的温度。修正部27，比较该温度传感器28测定的温度和预先存储的初始时的温度，根据该温度差修正Vce的电压特性。

例如，设为温度传感器28测定的温度比初始时的温度高5度的状况。这样的场合，修正初始时的Vce的电压特性，使得电压值按该温度差的5度提升。从而，寿命判定部23中，比较从修正后的电压特性获得的Vce的初始值和测定电路20测定的Vce的值，进行IGBT14a的寿命判定。

寿命判定后，与上述第1实施例同样，点亮警告灯26或者向监视中心30告知，通知IGBT14a的寿命接近的情况。

这样，通过考虑逆变器装置14的周围的温度，修正初始时求出的Vce的电压特性，可以提高寿命判定的精度，在更适当时期更换IGBT14a。

另外，进行上述二极管14b的寿命判定的场合也同样，通过根据由温度传感器28测定的温度和初始时的温度的差来修正图5所示的初始时的二极管14b的电压特性，可更准确判定寿命时期。

(第3实施例)

接着，说明本发明的第3实施例。

第3实施例中，除了上述第1实施例的构成，还进行变换器12所包含的至少一个二极管(整流元件)12a的寿命判定。图9是本发明第3实施例的电梯控制装置的构成示图。另外，与上述第1实施例中的图1的构成相同的部分附上同一标号，其说明省略。

图9中，与图1的不同点为在变换器12设置了测定电路29。该测定电路29测定以规定的条件使电梯(轿厢18)运转时的变换器12所包含的二极管12a的电压Vf，向寿命判定部23输出。寿命判定部23通过比较该测定电路29测定的电压Vf的值和初始值，判定二极管12a的寿命。

该二极管12a的基本构造也与图2同样，伴随长期使用，焊料脆化，散热性能降低，结温度上升而导致损坏。因此，采用与上述逆变器装置14的二极管14b同样的方法判定寿命(参照图5)。

即，以规定的条件即使轿厢18为NL状态进行定速运转。此时由测定电路29测定流向变换器12的电压Vf，由寿命判定部23与初始值进行比较。在该初始值和测定值的差超过判定值设定部23设定的判定值的场合，判定寿命接近。

寿命判定后与上述二极管14b时同样，点亮警告灯26或者向监视中心30告知，通知二极管12a的寿命接近的情况。另外，警告灯26也可以准备逆变器装置14的IGBT14a用、二极管14b用、变换器12的二极管12a用的3种，选择性地点亮相应的灯。

另外，对于该变换器12的二极管12a寿命判定，也与上述第2实施例同样，通过检测变换器12的周围的温度，修正寿命判定使用的初始值，可判定更准确的寿命时期。

另外，上述各实施例中，在判定IGBT14a等的电路元件的寿命的场合，说明了警告灯26的点亮或者向监视中心30告知的情况，但是也可以在此时限制电梯的运转条件而继续运转。

即，例如寿命判定部23判定IGBT14a的寿命接近的场合，控制部24限制电梯的运转条件。限制电梯的运转条件具体是指将轿厢18容许的负载限制为例如额定负载的一半，或者将运转速度变更为规定速度以下的低速运转。

从而，降低IGBT14a的通电电流，在直到维护员来更换部件为止的期间，电梯的运转不会中途停止而安全地继续。这在进行二极管14b、变换器12等的其他电路元件的寿命判定时也可同样适用。

根据上述至少一个实施例的电梯控制装置，不需要寿命判定用的特别传感器，就可准确判定电梯的驱动系统所包含的电路元件的寿命。

虽然说明本发明的几个实施例，但是这些实施例只是作为例子提示，而不是限定发明的范围。这些实施例可以各种各样的形态实施，在不脱离发明的要旨的范围，可进行各种省略、置换、变更。这些实施例及其变形是发明的范围和要旨所包含的，同时也是权利要求的范围记载的发明及其等同的范围所包含的。

Claims (9)

1.一种电梯的控制装置，其进行在电梯的驱动系统中包含的、具有在运转中因温度上升而劣化的特性的电路元件的寿命判定，其特征在于，具备：

测定单元，其测定以负载无变动的状态运转电梯并以一定的电流对上述电路元件通电时的电压；

寿命判定单元，其将上述测定单元测定的电压与初始值进行比较，在两者的差超过预先设定的判定值的场合，判定接近上述电路元件的寿命；以及

控制单元，其接受上述寿命判定单元的判定结果，通知处于上述电路元件的更换时期。

2.权利要求1所述的电梯的控制装置，其特征在于，

在上述电梯的驱动系统中具备逆变器装置，其将直流电力变换为规定频率的交流电力，作为驱动电力供给，

上述测定单元以上述逆变器装置所包含的半导体开关元件作为判定对象，测定以一定的电流对上述半导体开关元件通电时的集电极-发射极间的电压，

上述寿命判定单元将上述测定单元测定的电压与初始值进行比较，在两者的差超过预先设定的判定值的场合，判定接近上述半导体开关元件的寿命。

3.权利要求1所述的电梯的控制装置，其特征在于，

在上述电梯的驱动系统中具备逆变器装置，其将直流电力变换为规定频率的交流电力，作为驱动电力供给，

上述测定单元以上述逆变器装置所包含的半导体开关元件作为判定对象，改变栅极电压，测定此时的集电极-发射极间的电压变化量，

上述寿命判定单元比较上述测定单元测定的集电极-发射极间的电压变化量和初始时的电压变化量，在两者的差超过预先设定的判定值的场合，判定接近上述半导体开关元件的寿命。

4.权利要求1所述的电梯的控制装置，其特征在于，

在上述电梯的驱动系统中具备逆变器装置，其将直流电力变换为规定频率的交流电力，作为驱动电力供给，

上述测定单元以上述逆变器装置所包含的整流元件作为判定对象，测定以一定的电流对上述整流元件通电时的电压，

上述寿命判定单元比较上述测定单元测定的电压和初始值，在两者的差超过预先设定的判定值的场合，判定接近上述整流元件的寿命。

5.权利要求1所述的电梯的控制装置，其特征在于，

在上述电梯的驱动系统中具备将商用电源的交流电力变换为直流电力的变换器，

上述测定单元以上述变换器所包含的整流元件作为判定对象，测定以一定的电流对上述整流元件通电时的电压，

上述寿命判定单元比较上述测定单元测定的电压和初始值，在两者的差超过预先设定的判定值的场合，判定接近上述整流元件的寿命。

6.权利要求1至5的任一项所述的电梯的控制装置，其特征在于，具备：

温度检测单元，其检测上述电路元件的周围的温度；以及

修正单元，其根据上述温度检测单元测定的温度，修正上述电路元件的电压的初始值，

上述寿命判定单元比较上述测定单元测定的电压和上述修正单元修正后的电压的初始值，在两者的差超过预先设定的判定值的场合，判定接近上述电路元件的寿命。

7.权利要求1至5的任一项所述的电梯的控制装置，其特征在于，具备：

警告灯，其用于通知处于上述电路元件的更换时期，

上述控制单元在上述寿命判定单元判定接近上述电路元件的寿命时，点亮上述警告灯。

8.权利要求1至5的任一项所述的电梯的控制装置，其特征在于，

上述控制单元在上述寿命判定单元判定接近上述电路元件的寿命时，将该信息告知监视中心。

9.权利要求1至5的任一项所述的电梯的控制装置，其特征在于，

上述控制单元在上述寿命判定单元判定接近上述电路元件的寿命时，限制电梯的运转条件并继续运转。

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