JP2008254909A - エレベータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ロープ式エレベータを駆動する電動機が回生状態になったとき、回生電力を消費する回生抵抗を冷却する冷却用ファンのＯＮ／ＯＦＦ制御により回生抵抗の温度上昇に適応した冷却を可能にする。
【解決手段】回生抵抗７に電動機６の回生電力の投入状態を検知する回生状態検出手段１７の信号を入力するファン制御回路１０が前記入力に基づいて演算し、予め設定されたしきい値と比較して回生抵抗７の冷却用ファン９のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。
【選択図】図１

Description

この発明は、エレベータの制御装置に関するものであり、特にロープ式エレベータの回生電力を消費する回生抵抗を冷却するファンの制御に係るものである。

ロープ式エレベータは、回生電力を回生抵抗により放熱させて処理している。エレベータの回生電力は、かごと釣り合い錘の重量差により決まるので、短時間で大電力の回生電力が発生する。そのため、回生抵抗は、短時間で大電力を消費し、大きな発熱を伴う。そこで、エレベータを駆動する電動機が回生状態になった時、その回生状態を検出する回生モード検出回路の出力で、回生電力を消費する抵抗を強制冷却する冷却ファンを作動させる技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開平０４−０２６３８７号公報

しかしながら前記特許文献１に示されたエレベータの制御装置では、
（１）回生抵抗への回生電力投入ＯＮ／ＯＦＦと回生抵抗冷却用のファンＯＮ／ＯＦＦのタイミングが同期しているので、ファンＯＦＦ以降において、熱時定数の遅れにより、回生抵抗の温度上昇が続き、場合によっては許容限界を超す。このような事態発生を防止するため、回生抵抗体の容量、本数に余裕をもたせており、装置の小型化、低価格化の達成への障害となっている。
（２）また、回生電力投入ＯＮ／ＯＦＦ毎にファンをＯＮ／ＯＦＦさせているので、回生抵抗の冷却が必ずしも必要ない場合でもファンをＯＮさせることになり、ＯＮ／ＯＦＦの頻度が多くなり、ファンの寿命を短くする、等の問題点があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ファンの長寿命化をはかるとともに、回生抵抗の発熱継続時にもファンによる回生抵抗の冷却を行うことが可能なエレベータの制御装置を提供することを目的とする。

この発明のエレベータの制御装置は、交流電源に接続されたコンバータにつながり誘導電動機を駆動するインバータと、このインバータの直流入力側に設けられ誘導電動機の回生電力を消費する回生抵抗と、誘導電動機の回生状態を検出し、回生抵抗への回生電力投入ＯＮ／ＯＦＦを行う回生抵抗スイッチに信号を出力する回生制御回路と、回生電力の回生抵抗への投入状態を検出する回生状態検出手段と、ファン制御回路とを備え、ファン制御回路は、回生状態検出手段の出力する信号の演算を行い、この演算結果値が予め設定されているしきい値に達した時に回生抵抗冷却用ファンのＯＮを行い、その後回生電力投入がＯＦＦとなって前記演算結果値がしきい値以下となった時に、回生抵抗冷却用ファンのＯＦＦを行うものである。

この発明のエレベータの制御装置は、交流電源に接続されたコンバータにつながり誘導電動機を駆動するインバータと、このインバータの直流入力側に設けられ誘導電動機の回生電力を消費する回生抵抗と、誘導電動機の回生状態を検出し、回生抵抗への回生電力投入ＯＮ／ＯＦＦを行う回生抵抗スイッチに信号を出力する回生制御回路と、回生電力の回生抵抗への投入状態を検出する回生状態検出手段と、ファン制御回路とを備え、ファン制御回路は、回生状態検出手段の出力する信号の演算を行い、この演算結果値が、予め設定されているしきい値に達した時に回生抵抗冷却用ファンのＯＮを行い、その後回生電力投入がＯＦＦとなって前記演算結果値がしきい値以下となった時に、回生抵抗冷却用ファンのＯＦＦを行うので、ファンのＯＮ時間が短くなり省資源化と、ファンＯＮ／ＯＦＦの頻度の低減によるファンの長寿命化がはかれる。また回生状態検出手段からの信号に基づきファンＯＮ／ＯＦＦ制御するので、回生抵抗の冷却が適確に行え、その結果回生抵抗の最適化が可能とすることができ、装置の小型化、低価格化が達成される。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１におけるエレベータの制御装置１００を示すブロック図である。
エレベータの制御装置１００は、エレベータのかごの昇降をおこなう誘導電動機（巻き上げ機）６と、巻き上げ機６に電力を供給、制御するコンバータ２と、コンバータ２に電力を供給する交流電源１と、交流電源１からの電力を巻き上げ機６に供給するインバータ５と、回生電力を蓄えるコンデンサ３と、回生抵抗７への回生電力の投入状態を検出する回生状態検出手段１７と、コンデンサ３に蓄えられた回生電力を回生抵抗スイッチ４を介して消費する回生抵抗７と、回生電力を回生抵抗７に供給する回生抵抗スイッチ４と、回生電力発生時に上昇するコンデンサ３の電圧を検出して回生抵抗スイッチ４を制御する回生制御回路８と、回生抵抗７を冷却するファン９と、回生状態検出手段１７からの信号を基にファン９の制御信号を生成するファン制御回路１０とで構成されている。

昇降時に巻き上げ機６に発生した回生電力は、インバータ５と通じてコンデンサ３の電圧を上昇させる。回生制御回路はコンデンサ３の電圧あるいはコンデンサ３の電圧に比例する信号を監視し、前記監視電圧が一定の電圧値以上に達すると、回生電力の発生を検出する。回生電力の発生を検出した回生制御回路８は、回生抵抗スイッチ４へ回生抵抗制御信号を送る。回生抵抗スイッチ４は、前記回生抵抗制御信号を受けて、回生抵抗７に回生電力を供給するよう動作する。
また、この時、回生状態検出手段１７は、回生抵抗７へ回生電力が投入されている回生状態であることを検出し、その検出した信号である回生状態検出信号をファン制御回路１０へ送る。つまり、前記回生抵抗制御信号と前記回生状態検出信号は、同じタイミングの信号となる。
ファン制御回路１０は信号処理回路１９と比較器１５により構成され、信号処理回路１９が回生状態検出手段１７からの前記回生状態検出信号を入力することによって後述する演算を行い、比較器１５が前記演算結果とファン９をＯＮ／ＯＦＦさせる温度に相当するしきい値と比較を行い、前記演算結果がしきい値に達するとファン９をＯＮさせて、前記演算結果がしきい値を下回るとファン９をＯＦＦさせるファン制御信号を生成する。
ファン９は、ファン制御信号によってＯＮ／ＯＦＦ制御されるため、回生抵抗７を最大許容温度以下に保つように冷却する。

次に、ファン制御回路１０が回生状態検出手段１７から得られた信号を基に、どのように演算を行い、ファン９のＯＮ／ＯＦＦ制御するファン制御信号を生成するかを説明する。
図２は、回生抵抗７の温度上昇を推定する曲線と回生状態検出信号の関係を示したグラフを含む図である。
この図２は、回生状態検出手段１７により検出された回生状態検出信号と、ファン９をＯＮ／ＯＦＦさせる温度に相当するしきい値と、回生抵抗７の温度上昇推定曲線と、ファン９のＯＮ／ＯＦＦ信号との関係を示している。
回生抵抗７への回生電力７の投入をしめす回生状態検出信号に対して、回生抵抗７の温度上昇は、回生抵抗７の熱時定数に起因して遅れるため、温度上昇推定曲線も同様に時間的に遅れる様子を示している。

また、図２に示すように回生抵抗７の温度上昇推定曲線は、ファン９を駆動しないで回生抵抗７に回生電力が投入され、温度が上昇している期間の傾き１と、ファン９を駆動しないで回生抵抗７に回生電力が投入されない期間の傾き２と、ファン９を駆動して回生抵抗７に回生電力が投入され、温度が上昇している期間の傾き３と、ファン９を駆動して回生抵抗７に回生電力が投入されない期間の傾き４との４つの傾きで構成される。
傾き１と傾き３は、正の値となり、回生抵抗７がファン９で冷却される分だけ、傾き１より傾き３の方が緩やかな傾きになる。
傾き２と傾き４は、負の値となり、ファン９で冷却される分だけ、傾き２より傾き４の方が急な傾きになる。
なお、傾き２は、自然放熱と等しくなる。

次に、時刻毎の、回生抵抗７の温度上昇推定曲線の推移を説明する。
時刻ｔ１になると、回生抵抗７に回生電力が投入され、傾き１で回生抵抗７の温度が上昇する。
時刻ｔ２になると、回生抵抗７に投入されていた回生電力が断となり、傾き２で回生抵抗７の温度が降下する。
時刻ｔ３になると、回生抵抗７に回生電力が投入され、傾き１で回生抵抗７の温度が再度、上昇する
時刻ｔ４になると、回生抵抗７に投入されていた回生電力が断となり、傾き２で回生抵抗７の温度が再度、降下する。
時刻ｔ５になると、回生抵抗７に回生電力が投入され、傾き１で回生抵抗７の温度が再度、上昇する。
以上ｔ１〜ｔ５までは、回生電力が投入されていても回生抵抗の温度上昇が低いため、温度上昇推定曲線がしきい値に達しないので、ファン９のＯＮは行わない。
時刻ｔ６になると、回生抵抗７の温度がしきい値に達して、ファン制御回路１０によって、ファン９がＯＮし、回生抵抗７を冷却し始めるので、温度上昇は傾き１と比べて緩やかな傾き３で回生抵抗７の温度が上昇する。
時刻ｔ７になると、回生抵抗７への回生電力の投入が断となるので、傾き４で回生抵抗７の温度が降下する。
時刻ｔ８になると、回生電力の投入が開始されるので、傾き３で回生抵抗の温度が上昇する。
時刻ｔ９になると、回生抵抗７への回生電力の投入が断となるので、傾き４で回生抵抗の温度が降下する。
時刻ｔ１０になると、回生抵抗７の温度がしきい値を下回ると、ファン制御回路１０によって、ファン９がＯＦＦされ、回生抵抗７は自然空冷のみの冷却となるので、傾き２で回生抵抗７の温度が降下する。
なお、図中の破線は、ファン９で冷却しない場合の回生抵抗７の温度上昇推定曲線を参考のために示している。
図２に記載した回生状態検出信号は、説明を容易にするため回生状態時に一定の高さを持つ矩形波の波形で記載している。
回生状態時の矩形波の高さは、回生電力の大きさに比例して可変させてもよい。
なお、温度上昇推定曲線の各傾きは、ＣＲの時定数で構成する場合、厳密には曲線となるが、波形と動作の関係を容易に説明するために、直線で記載している。

図３に、ファン制御回路１０、信号処理回路１９の一実施例を示す。
ファン制御回路１０には、回生状態検出手段１７より図２に示したような回生状態検出信号が入力される。
ファン制御回路１０は、比較器１５、信号処理回路１９より構成される。信号処理回路１９は、ダイオード（Ｄ１）１１、抵抗（Ｒ１）１２、抵抗（Ｒ２）１４、コンデンサ（Ｃ１）１３により構成され積分機能を有する。
信号処理回路１９を構成する部品は、傾き１に相当するように、抵抗（Ｒ１）１２、抵抗（Ｒ２）１４、コンデンサ（Ｃ１）１３を選定し、傾き２に相当するように、抵抗（Ｒ２）１４，コンデンサ（Ｃ１）１３を選定する。
傾き１は、回生状態検出信号が回生状態を示す信号の場合、つまり、コンデンサ（Ｃ１）１３が充電される状態なので正の傾きを持つ積分量となり、傾き２は、回生状態検出信号が回生状態でない信号の場合、つまり、コンデンサ（Ｃ１）１３が放電される状態なので負の傾きを持つ積分量となる。
信号処理回路１９は、回生状態検出信号を入力し、回生状態時の積分量、非回生状態時の積分量を加算するような演算を行う。
つまり、回生状態時の積分量が正となり、非回生状態時の積分量が負となるため、
単位時間当たりの回生状態の割合が多くなると演算結果が上昇し、単位時間当たりの回生状態の割合が少なくなると演算結果が降下する。
信号処理回路１９は、回生状態検出信号を図２の回生抵抗７の温度上昇推定曲線を示すグラフに相似させるように各傾きを設定する上記の部品を選定する必要がある。
比較器１５には、2つの入力端子があり、片方に前記演算結果である入力信号を入力し、もう一方にファン９をＯＮ／ＯＦＦさせる温度に相当する予め設定されたしきい値が入力される。
比較器１５で信号処理回路１９の演算結果である入力信号としきい値を比較することによって、入力信号がしきい値に達するとファンをＯＮ、入力信号がしきい値を下回るとファンをＯＦＦするようなファン制御信号を生成する。
上記のような信号処理回路１９と比較器１５によりファン制御回路１０を構成することで、回生状態検出信号の回生状態を示す信号入力に対して、回生抵抗７が熱時定数を持つために遅れて温度上昇する曲線、すなわち、回生抵抗７の温度上昇推定曲線に相似させた入力信号が生成され、回生抵抗の温度を一定の温度以下に保つようにファン９をＯＮ／ＯＦＦさせるファン制御信号を生成することができる。
比較器１５に入力するしきい値は、ファン制御回路１０の内部で設定しても、エレベータ制御盤内の他の回路から設定してもよい。
当然のことではあるが、ファン９をＯＮさせるしきい値に相当する温度は、回生抵抗７の最大許容温度より下に設定する。

それぞれの傾きは、
傾き１、３は、時定数τ＝Ｒ１／／Ｒ２×Ｃ１
傾き２、４は、時定数τ＝Ｒ２×Ｃ１
で表すことができる。ただし、傾き３は傾き１に対して、傾き４は傾き２に対して、ファン９の冷却効果を考慮する。
回生状態検出信号を温度上昇推定曲線の波形に相似させるための演算には、それぞれの傾きを設定することが重要であり、そのために信号処理回路１９で使用する定数の設定の仕方を上記に示した。

ここでは、抵抗器とコンデンサによる傾きの設定方法を示したが、ファン制御回路１０、信号処理回路１９はマイコン等により構成してもよい。

最大回生電力値は、かごと釣り合い錘などエレベータの製品仕様により決まる。回生電力の発生連続時間（１回の回生当たり時間の長さ）の最大値についても、製品仕様から算出することができる。
傾き３は、ファン９の性能を考慮して、回生電力最大値と発生連続時間の最大値に対し、回生抵抗７が最大許容温度にならいような傾きを設定する。このように設定することで、ファン９の駆動時に回生電力の発生が続いた場合においても、回生抵抗７の最大許容温度を超えることはない。
なお、前記したファン制御回路１０、信号処理回路１９で使用する定数およびしきい値は、シミュレーション結果を受けて実際のエレベータ運転試験時に検証されるものである。

このような実施の形態１によると、
（１）従来の回生電力を消費させる時間と同期させてファンをＯＮ／ＯＦＦする技術では、ファンＯＦＦ後に回生電力の消費と抵抗の温度上昇には熱容量による時間差が生じるため、回生抵抗の温度が上昇するという問題があったが、この実施の形態１では、所定のしきい値以下となった時にファンＯＦＦとするので、前記問題は発生しない。
（２）また、ファンを回生電力の消費毎に毎回駆動させると、短い時間の回生電力の消費でも駆動することとなり、頻繁にＯＮ／ＯＦＦを繰り返したり、あるいは、温度上昇前等の冷却の必要がない期間にもファンを動作させることになるので、ファンの寿命を著しく縮めてしまうという問題に対しても、所定のしきい値に達してからファンのＯＮ／ＯＦＦを行うのでファンの長寿命化が達成される。
（３）回生抵抗の温度を測定するための、温度センサ等の温度測定手段を取り付ける必要もなく、安定した冷却制御が行える。
（４）回生抵抗への電力投入を示す信号を演算することにより、回生抵抗の熱時定数に起因する温度上昇の遅延に合わせた温度上昇推定曲線に相似した波形を生成できる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２について説明する。
前述した実施の形態１では１つのしきい値を設定し信号処理回路１９の演算結果である入力信号と比較器１５で比較しているが、比較器１５は、しきい値と入力信号が近い場合に、頻繁にファン制御信号がＯＮ／ＯＦＦを繰り返さないように、この実施の形態２ではしきい値に、ヒステリシスを設定している。
このヒステリシスは、ファン９をＯＮさせる第１のしきい値、ファン９をＯＦＦさせる第２のしきい値とし、第１のしきい値＞第２のしきい値となるよう設定している。
当然のことながら、第１のしきい値に相当する温度の方が、第２のしきい値に相当する温度より高くなるように設定する。

このような実施の形態２では、前述した実施の形態１の図２に示す１つのしきい値に代替し、温度の低い第２のしきい値と、この第２のしきい値より高い温度の第１のしきい値を設定するので、前記入力信号が所定のしきい値の付近で、ふらついた場合でも、ファン制御信号のチャタリングが減りファン９のＯＮ／ＯＦＦ繰り返し数が低減されることになり、よりファンの長寿命化が達成される。

実施の形態３．
次に、実施の形態３について説明する。
図４は、この発明の実施の形態３におけるエレベータの制御装置１００を示すブロック図である。また図５は実施の形態３におけるファン制御回路１０の一実施例を図示したものである。
実施の形態１に示した図１との違いは、周囲温度を測定するための温度センサ１６と加減算器１８を設けた点にある。他は図１と同様なので説明を省略する。
エレベータは周知のとおり世界各地の建物に設置されており、その設置環境は多様である。従って、エレベータ制御盤や回生抵抗７などが設置される雰囲気の温度が、設置環境で異なるとともに、四季、昼夜間等で変化し高温や低温になることもあり、例えば年間気温１５℃〜４０℃の地域と−１０℃〜２０℃の地域とでは、しきい値を同一とするのは望ましくない。従って所定のしきい値を周囲温度変化に基づいて可変とすることが必要となる。
そこでこの実施の形態３では、周囲温度を測定するためにエレベータ制御盤内に設置した温度センサ１６の信号としきい値を加減算器１８で加減算し、その加減算器１８の信号を新たなしきい値とし、前述した演算結果を比較器１５で比較し、ファン制御信号を生成する。この構成により、実使用環境に合わせたファン制御信号が生成できる。
すなわち、温度センサ１６の信号をしきい値に加減算することで、所定のしきい値を周囲温度で補正し可変された新しいしきい値であるファン制御信号の生成が可能になる。
従って、周囲温度が高い場合は、周囲温度と回生抵抗の最大許容温度との差が小さくなり、ファン９がＯＮしやすくなる。このように温度センサ１６によりしきい値の値の補正を行うことで、周囲温度が高い場合でも、確実に回生抵抗を最大許容温度以下に保つようにファン９で冷却することができる。
周囲温度が低い場合は、周囲温度と回生抵抗７の最大許容温度との差が大きくなるので、回生抵抗７に回生電力を投入しても、ファン制御回路１０がしきい値に周囲温度の補正を行うことで、回生抵抗７が一定の温度になるまで、ファン９をＯＮしないため、ファン９の駆動回数、駆動時間を削減できる。
なお、この周囲温度を測定するための温度センサ１６は、制御盤外や、回生抵抗７の近傍に設置してもよい。当然のことながら、しきい値に周囲温度の相当する値を加減算した加減算器１８の信号と比較する場合にも、前記実施の形態２に示したように、第１、第２のしきい値であるヒステリシスを設定してもよい。

なお、前記実施の形態１〜３では、回生状態検出手段１７からの回生状態検出信号を用いた例を示したが、代わりに回生制御回路８からの回生抵抗制御信号を用いてもよく、また、インバータ５と誘導電動機６との間に電流センサを設け、この電流センサに流れる電流の向きによって、前記誘導電動機６の回生状態を検出するようにしてもよい。
またさらに演算結果と予め設定されたしきい値を比較して、ファン９のＯＮ／ＯＦＦによる回生抵抗７の冷却を行う例について説明したが、ファン９の回転数を可変する機能を設けて、冷却風量を調整することで、回生抵抗の冷却を行っても同様の効果が得られる。

この発明の実施の形態１〜３は、回生電力を抵抗で消費するエレベータの制御装置や、その他同様の電力回生装置に利用可能である。

実施の形態１のエレベータの制御装置を示すブロック図である。 実施の形態１の回生抵抗の温度上昇を推定する曲線と、回生状態検出信号の関係を示すグラフを含む図である。 実施の形態１のファン制御回路を示す図である。 実施の形態３のエレベータの制御装置を示すブロック図である。 実施の形態３のファン制御回路を示す図である。

符号の説明

１ 交流電源、２ コンバータ、３ コンデンサ、４ 回生抵抗スイッチ、
５ インバータ、６ 誘導電動機（巻き上げ機）、７ 回生抵抗、８ 回生制御回路、
９ ファン、１０ ファン制御回路、１７ 回生状態検出手段、１８ 加減算器、
１９ 信号処理回路、１００ エレベータの制御装置。

Claims (6)

1. 交流電源に接続されたコンバータにつながり誘導電動機を駆動するインバータと、このインバータの直流入力側に設けられ前記誘導電動機の回生電力を消費する回生抵抗と、前記誘導電動機の回生状態を検出し、前記回生抵抗への回生電力投入ＯＮ／ＯＦＦを行う回生抵抗スイッチに信号を出力する回生制御回路と、回生電力の前記回生抵抗への投入状態を検出する回生状態検出手段と、ファン制御回路とを備えたエレベータの制御装置であって、前記ファン制御回路は、前記回生状態検出手段の出力する信号を入力して演算を行い、この演算結果値が予め設定されているしきい値に達した時に回生抵抗冷却用ファンのＯＮを行い、その後回生電力投入がＯＦＦとなって前記演算結果値がしきい値以下となった時に、回生抵抗冷却用ファンのＯＦＦを行うことを特徴とするエレベータの制御装置。
2. 前記ファン制御回路には、第１のしきい値＞第２のしきい値とする所定の第１、第２のしきい値が予め設定されており、前記演算結果と前記第１のしきい値を比較し、演算結果値≧第１のしきい値に達した時に前記ファンをＯＮするとともに、その後演算結果値≦第２のしきい値になった時に前記ファンのＯＦＦを行うことを特徴とする請求項１に記載のエレベータの制御装置。
3. 前記ファン制御回路は、前記回生状態検出手段の出力する信号を入力して、回生状態時の積分量、非回生状態時の積分量を加算するよう演算することを特徴とする請求項１に記載のエレベータの制御装置。
4. 前記ファン制御回路には、予め設定されているしきい値と周囲温度とを加減算する加減算器が設けられており、周囲の温度を計測する温度センサからの周囲温度を入力する前記加減算器は前記しきい値に前記入力温度を加減算したしきい値を設定することを特徴とする請求項１に記載のエレベータの制御装置。
5. 前記コンバータの出力端にはコンデンサが設けられており、前記回生制御回路は前記コンデンサの電圧上昇値を検知することにより、前記誘導電動機の回生状態を検出することを特徴とする請求項１に記載のエレベータの制御装置。
6. 前記インバータと誘導電動機との間には電流センサが設けられており、前記回生制御回路は前記電流センサに流れる向きによって、前記誘導電動機の回生状態を検出することを特徴とする請求項１に記載のエレベータの制御装置。

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