JP2004175548A - エレベータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】マトリクスコンバータを使用し、停電時にも安全に駆動可能なエレベータシステムを提供することである。
【解決手段】停電を検出した場合には、まず、エレベータのブレーキをかけると共にマトリクスコンバータの停止処理を施す。次に、エレベータに対して復電処理を施す。復電処理の第一例は、エレベータかごの停止を確認後、マトリクスコンバータの入力を商用電源から電池に切り替え、電池の電力を使用して最寄階まで運転する。復電処理の第二例は、エレベータかごの減速中にも復電のチェックを継続し、復電している場合は商用電源で運行する。復電していない場合はエレベータかごの速度が基準値以下になるまで減速動作を続行し、基準値以下になった時に電池の電力を使用して最寄階まで運転する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一定周波数の交流電源から任意の周波数の交流出力を直接生成するマトリクスコンバータを使用したエレベータシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエレベータシステムに使用するコンバータは、整流装置部で商用電源を一度直流に変換し、インバータ部で任意の周波数の交流に再度変換して出力する構成であった。この場合には、リプル低減のために直流部に平滑コンデンサを設ける必要がある。これに対して、商用電源から任意の周波数の交流出力を直接生成するマトリクスコンバータを使用したエレベータシステムでは、平滑コンデンサが不要である上、電力回生可能・低電源高調波などの長所がある。
【０００３】
しかし、停電時に着目した場合、短時間であるならば、従来のコンバータでは平滑コンデンサによってエネルギーを供給できるのに対し、マトリクスコンバータでは、直流部分にエネルギー蓄積要素がないため停電時の対策が困難であった。この場合には、エレベータかごに激しい振動を与える恐れがあり、かご内の乗客に不安を与える恐れがある。下記公開公報には、エレベータではないが、無停電電源等を利用し停電時の対策を行った例が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２５８２５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術では、無停電電源を使用しているため、無停電電源内の蓄電部と系統との間に新たに電力変換機構を有する必要がある上、装置の大型化，コストの増加，機構の複雑化などは避けられない。また、従来技術には、電池を接続する例も記載されているが、あくまで汎用システムを対象に記載されており、次のような理由からエレベータにはそのままの形で適用することは難しい。例えば、停電を検出直後に電池に切り替えたり、復帰直後に商用電源に切り替えたりする方式は、負荷モータへ過渡的にインパルス的な入力を与える恐れがある。エレベータにおいて、このような入力が加えられた場合には、エレベータかごに振動を与える恐れがあり、乗客への安心度の関係から改善の余地がある。
【０００６】
本発明の目的は、マトリクスコンバータ使用し、かつ停電時にも安全に駆動可能なエレベータシステムを提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決する手段として、停電を検出した場合には、まず、エレベータのブレーキをかけると共にマトリクスコンバータの停止処理を施す。次に、エレベータに対して復電処理を施す。復電処理の第一例は、エレベータかごの停止を確認後、マトリクスコンバータの入力を商用電源から電池に切り替え、電池の電力を使用して最寄階まで運転する。復電処理の第二例は、エレベータかごの減速中にも復電のチェックを継続し、復電している場合は商用電源で運行する。復電していない場合はエレベータかごの速度が基準値以下になるまで減速動作を続行し、基準値以下になった時に電池の電力を使用して最寄階まで運転する。
【０００８】
本発明によると、マトリクスコンバータをエレベータシステムに使用しても、停電時にも乗客に不安を抱かせることなく安全に可能な限りサービスを継続できる効果がある。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は本発明の第一実施例のマトリクスコンバータを用いたエレベータであり、商用電源１，エレベータ駆動用のモータ２，入力電源振幅・位相検出回路３，制御回路４，出力電流検出器５，双方向スイッチ６，釣合おもり７，エレベータかご８，電池９，電源切替え装置１０，ブレーキ１０１，整流回路１０２，過電圧放電回路より構成している。図８の従来のコンバータでは、整流器２２により商用電力を一度直流電力に変換し、インバータ２４で任意の交流電力に再度変換する。このとき、直流部分の安定化を図るために、整流器２２とインバータ２４の間に平滑コンデンサ２３を接続する必要があった。これに対して、図１のマトリクスコンバータは、商用電源１から得られる一定周波数の交流電力を、各相に３個ずつ合計９個接続した双方向スイッチ６をオン・オフさせることによって、任意の周波数の交流電力に変換する。このマトリクスコンバータでは、直流電力に変換する動作が不要であるため、図８の従来のコンバータで必須であった平滑コンデンサ２３を削除できる。このため、装置の小型化が可能になる上、コンデンサの定期交換が不要になるため保守から見た効果は大きい。しかも、電力回生も可能であり、電源高調波も従来のコンバータよりも低減させることができる効果がある。
【００１１】
図８の従来のコンバータを使用した従来のエレベータでは、直流部分に接続した平滑コンデンサ２３が電力を蓄積しているため、停電が発生した場合、その時間が短時間であれば、平滑コンデンサ２３から電力を供給できる。また、平滑コンデンサの容量を超える停電が発生した場合には、直流部分に電池を接続する機構が設けられているため、電池から供給される電力を使用して、少なくとも最寄階までは運行し、乗客がエレベータかご内に閉じ込められることを防いでいる。特に、電池は一般に直流の電源であるため、直流部分を有する従来のコンバータでは、比較的容易に脱着することができる。
【００１２】
それに対して、一般的なマトリクスコンバータにおいては、直流部分が存在せず、平滑コンデンサも有していない。このため、ごく短時間の停電が発生した場合でもエレベータかご８に振動を与える恐れがあり、かご内の乗客に不安を与える恐れがある。このため、マトリクスコンバータを使用したエレベータの場合には、停電等の非常時にも安全に運転できる方式が求められる。
【００１３】
停電時の動作について、図１，図２を用いて説明する。図２は図１の制御回路４部分の詳細図である。通常の運転時には、図２の制御回路４内の指令演算部
１０４は、図１の入力電源振幅・位相検出回路３から得られる入力電源振幅位相検出信号と出力電流検出器５から得られる電流検出信号とモータ２に取り付けている図示していないエンコーダから得られるモータ磁極位置検出信号より、双方向スイッチ６に与える指令値を演算する。入力電源振幅・位相検出回路３、或いは、出力電流検出器５によって商用電源１が停電状態であることを検知した場合には、制御回路４内の非常時処理部１０５に停電検出信号を伝送される。非常時処理部１０５は停電検出信号を受けると指令演算部１０４にマトリクスコンバータの停止処理を開始させる信号を出力すると共にブレーキ１０１を駆動させる。ここで、停止処理とは、双方向スイッチ６を全て開放するように制御することである。この場合には、モータ２が逆起電力を発生するため、マトリクスコンバータの出力部分において過電圧が発生する恐れがある。このため、整流回路１０２を介して接続した過電圧放電回路により、基準電圧以上の電圧になった場合には放電回路を作動させ、電圧の上昇を防ぐ。また、停止処理の別の例として、モータ２を双方向スイッチ６で短絡する方法がある。この場合には、モータ２が発生する逆起電力により、過電流が流れる恐れがあるが、双方向スイッチ６を交互にスイッチングしたり、或いは、全ての素子を同時にＯＮさせることによって、個々の素子で負担する電流を低減させることによって、素子の破損を防止できる。
【００１４】
マトリクスコンバータの停止処理を開始した後、エレベータの復電処理を行う。復電処理は、商用電源が復帰している場合には、再度商用電源で運転する処理を行い、復帰していない場合は、電池９を使用した運転を開始することである。電池９を用いて運転する場合は、制御回路４は電源切替え装置１０のスイッチを商用電源１側から電池９側に切り替え、入力側を固定位相として指令値を演算する。図１では、電源側の２相（Ｒ相，Ｓ相）間に電池を接続した単相入力構成であり、Ｒ相，Ｓ相に関わる双方向スイッチ６のみが動作する。また、電源側の３相に電池入力を与えた３相入力の構成であっても良いことは言うまでもない。この場合には、電源切替え装置１０内のスイッチや電池の数が増加するが、オンオフする双方向スイッチ６の責務の均一化を図れる効果がある。
【００１５】
停電時の詳細な動作について、図３を用いて説明する。図３は、運転中に停電が発生した場合の動作のながれ図である。停電が発生した場合（１１）には、前述したマトリクスコンバータの停止処理（１１１）を行うと共に、エレベータを非常停止を開始する（１２）。次に、エレベータのかごが完全に停止した後、条件分岐１３により商用電源１が復帰しているか否かを判断し、復帰している場合には、商用電源１の電力でエレベータかご８を最寄階（図１の場合は１階或いは２階）まで運転し（１４）、平常運転を再開する（１５）。ここで、可能な場合は、（１４）と動作を削除し、即、平常運転を再開（１５）しても構わない。条件分岐１３において、商用電源１が復帰していない場合には、電源切替え装置１０のスイッチを電池９に切り替え、電池９を接続し（１６）、電池の電力を使用してエレベータかご８を最寄階まで運転する（１７）。最寄階についた後、条件分岐１８により、再度、商用電源１が復帰しているか否かを判断し、復帰している場合には平常運転を再開し（１９）、復帰していない場合はエレベータをそのまま休止させる（２０）。これによって、乗客の安全を確保できる効果がある。
【００１６】
図３において、エレベータを平常運転させる場合（１５，１９）は、常にエレベータは停止状態（エレベータかご８は最寄階にある状態）であることが特徴である。これは、例えば電池９が接続された状態においてエレベータが可動している場合には、電池９から双方向スイッチ６に電流が流れている。この場合に電源切替え装置１０を商用電源１側に切り替え平常運転を再開させると、モータの逆起電力の関係から電流・電圧に乱れが生じ、エレベータかご８に過度な振動を与える恐れがある。平常運転の再開をエレベータの停止状態で行う場合には、このような悪影響は発生しない。また、停止状態において平常運転を再開する前に、主回路をリセットして平常運転を再開する機構を加えても良い。また、電池９の電圧値は、商用電源１の電圧値よりも小さくても構わない。この場合には、エレベータかご８の移動速度が通常よりも遅くなるが、運転距離が最寄階までであるため、問題にならない。
【００１７】
図４は、運転中に停電が発生した場合の動作のながれ図の別の例である。停電が発生した場合（１１）には、前述したマトリクスコンバータの停止処理（１１１）を行うと共に、エレベータを非常停止を開始する（１２）。次に、エレベータの減速処理（１２２）を行っている最中に条件分岐１３１により商用電源１が復帰しているか否かを判断する。図３では、完全にエレベータかごが停止して判断していたのに対し、図４では、減速中に判断している点が大きく異なる。商用電源が復帰している場合には、商用電源１の電力でエレベータかご８を最寄階（図１の場合は１階或いは２階）まで運転し（１４）、平常運転を再開する（１５）。ここで、可能な場合は、（１４）と動作を削除し、即、平常運転を再開（１５）しても構わない。条件分岐１３１において、商用電源１が復帰していない場合には、条件分岐１３２によってエレベータの速度が規定値以下であるか否かを判断し、規定値よりも速度が速い場合には、減速処理（１２２）を繰り返す。条件分岐１３２で速度が規定値以下と判断した場合は、電源切替え装置１０のスイッチを電池９に切替え、電池９を接続し（１６１）、電池の電力を使用してエレベータかご８を最寄階まで運転する（１７１）。最寄階についた後、条件分岐１８により、再度、商用電源１が復帰しているか否かを判断し、復帰している場合には平常運転を再開し（１９１）、復帰していない場合はエレベータをそのまま休止させる（２０１）。これによって、乗客の安全を確保できる効果がある。
【００１８】
条件分岐１３２で設けた速度の規定値は、モータの逆起電力と電池の大きさの関係から決定する。つまり、モータの逆起電力は、モータの回転速度に依存して決定するため、この起電力が電池側から出力される電圧値よりも大きい場合には、電流・電圧に乱れが生じ、エレベータかご８に過度な振動を与える恐れがある。このため、速度規定値は、モータの逆起電力が電池側から出力される電圧値よりも小さくなるような速度に決定する必要がある。この実施例によれば、連続的に救出運転に移行できるので、救出時間を短縮できる別の効果がある。
【００１９】
図５は、第一実施例の電池部と電源切替え部の別の例である。図５では２つの電池９を直列接続して両端を電源側の２相（Ｒ相，Ｔ相）に接続し、各電池の中性点を電源側の残りの１相（Ｓ相）に接続した構成にしている。図１で電池９によって運転する場合は、商用電源１で運転させる場合と同等の運転は要求されることはないが、例えば、同等の運転を実現させることを仮定すると、図６で示すように、電池９の電源電圧Ｅ１は商用電源１の振幅値の約１．５ 倍の電圧が必要になる。それに対して、図５の場合には、各々の電池の電圧値（Ｅ２，Ｅ３）は、商用電源１の振幅値の約０．８７ 倍の電圧でよい。また、Ｅ２のＥ３大きさは等しいため、充電時には並列接続で充電し、使用時のみ直列に接続してもよい。つまり、図５の構成は、図１の第一実施例に対して、電池の数は増加するものの、個々の電池の電圧値を小さくしたり、充電装置の大きさを小さくできる効果がある。
【００２０】
図７は、図１の第一実施例の電池９を制御回路の電源に利用した例であり、停電時には、入力電源振幅・位相検出回路３で検知し、電池９からＤＣ／ＤＣコンバータ２１を介して制御回路４に電力を供給する。この場合、停電直後から電池９による電力供給までタイムラグが生じるが、制御回路にコンデンサ等の蓄電機構をもたせることにより解決できる。特に、制御回路で消費する電力は微小であるので、コンデンサも小容量のものでよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ２１は、電池９の電圧値を制御回路４で所望する電圧値に変換するために接続している。この構成により、停電時においても、制御回路を停止させることなく駆動できる。また、電池９を常時電源として制御回路４を駆動させてもよいことは言うまでもない。
【００２１】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内で様々変形して実施できることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によると、マトリクスコンバータをエレベータシステムに使用しても、停電時にも乗客に不安を抱かせることなく安全に可能な限りサービスを継続できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施例を示す構成図である。
【図２】制御回路部分の詳細図である。
【図３】運転中に停電が発生した場合の動作のながれ図である。
【図４】運転中に停電が発生した場合の動作のながれ図の別の例である。
【図５】第一実施例の電池部・電源切替え部の別の例である。
【図６】電池の電圧値の説明するための図である。
【図７】本発明の電池を制御回路の電源に利用した例である。
【図８】従来のコンバータを示す図である。
【符号の説明】
１…商用電源、２…モータ、３…入力電源振幅・位相検出回路、４…制御回路、５…出力電流検出器、６…双方向スイッチ、７…釣合おもり、８…エレベータかご、９…電池、１０…電源切替え装置、２１…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２２…整流器、２３…平滑コンデンサ、２４…インバータ、１０１…ブレーキ、１０２…整流回路、１０３…過電圧放電回路、１０４…指令演算部、１０５…非常時処理部。

Claims (11)

1. 少なくとも、複数の双方向スイッチ或いは前記双方向スイッチより構成される双方向スイッチモジュールを有し、一定周波数の電源を可変周波数の交流に変換する機能を有したマトリクスコンバータと、電力を蓄電可能な電池と、エレベータかごを駆動させるモータと、商用電源の停電を判断する停電判断機構とを備え、エレベータの運行中に前記停電判断機構が停電を検出した場合には、前記マトリクスコンバータの停止処理を開始すると共にエレベータのブレーキをかけ、エレベータに対して復電処理を実施することを特徴とするエレベータシステム。
2. 請求項１において、
   前記マトリクスコンバータの停止処理は双方向スイッチを全て開放させる処理であることを特徴とするエレベータシステム。
3. 請求項１において、
   前記マトリクスコンバータの停止処理はモータを双方向スイッチにより短絡させる処理であることを特徴とするエレベータシステム。
4. 請求項１において、
   復電処理はエレベータかごが停止した後、電源の復電状況を判断し、復電している場合は商用電源による運転を再開し、復電していない場合は前記マトリクスコンバータへの入力電源を電池に切替えてエレベータを運転させる処理であることを特徴とするエレベータシステム。
5. 請求項１において、
   復電処理はエレベータかごが減速中に電源の復電状況を判断し、復電している場合は商用電源による運転を再開し、復電していない場合は、エレベータの速度が予め規定した速度よりも大きい場合には減速動作を継続し、速度が規定値を下回る場合は、電源を電池に切替えてエレベータを運転させる処理であることを特徴とするエレベータシステム。
6. 請求項４又は５において、
   エレベータの運転処理は、電池に切替えた後、エレベータかごを最寄の階床まで運転することを特徴とするエレベータシステム。
7. 請求項６において、
   エレベータの運転処理は、最寄階に到着しエレベータが停止した後に、商用電源の状態を検出し、電源が復帰している場合には商用電源により平常運転を再開させることを特徴とするエレベータシステム。
8. 請求項６において、
   最寄階に到着しエレベータが停止した後に、商用電源の状態を検出し、電源が復帰していない場合にはエレベータを休止状態にすることを特徴とするエレベータシステム。
9. 請求項４又は５において、
   電池は、マトリクスコンバータの入力相のうち、任意の２つの相の間に接続し、前記電池をエネルギー源としてマトリクスコンバータを駆動することを特徴とするエレベータシステム。
10. 請求項４又は５において、
    電池は、複数の電池を直列接続した構成であり、前記電池の両端をマトリクスコンバータの入力相のうち、任意の２つの相の間に接続し、かつ、前記電池の中性点を残りの１つの相に接続し、前記電池をエネルギー源としてマトリクスコンバータを駆動することを特徴とするエレベータシステム。
11. 請求項１において、
    複数の双方向スイッチ或いは双方向スイッチモジュールを駆動するための指令値を演算する制御回路を有しており、前記制御回路は、電池から電力を供給可能な構成であることを特徴とするエレベータシステム。

Images