JP2011026065A

JP2011026065A - エレベータ制御装置

Info

Publication number: JP2011026065A
Application number: JP2009173086A
Authority: JP
Inventors: Fumiaki Mita; 三田　　史明; Naoto Onuma; 大沼　　直人; Tomoji Sakota; 友治迫田; Kiyoharu Hiruta; 清玄蛭田; Hisafumi Hotate; 尚史保立; Hideki Ayano; 秀樹綾野; Kazuhisa Mori; 森　　和久
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2011-02-10
Also published as: CN101962140A; CN101962140B

Abstract

【課題】運転毎のジャンクション温度上昇値を推定し、積算することによりパワーサイクル寿命を高精度に推定する。
【解決手段】巻上機用電動機を駆動するインバータを構成するパワー半導体素子の故障時期を推定する故障時期推定部を具備するエレベータ制御装置において、前記故障時期推定部は、乗りかごの積載荷重および乗りかごの運転速度をもとに前記パワー半導体素子のジャンクション温度の上昇値を推定し、推定した上昇値に対応するパワーサイクル数の積算値をもとに故障時期を推定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレベータ制御装置に係り、特に故障時期推定部を具備するエレベータ制御装置に関する。

エレベータ等の始動・停止を頻繁に繰り返す用途に用いられるパワー半導体では、パワー半導体内部のチップのジャンクション温度Ｔｊは、上昇、下降を繰り返し、いわゆるパワーサイクルを繰り返す。そして、このパワーサイクルが所定回数に達すると前記パワー半導体は熱疲労破壊する（パワーサイクル寿命）という現象が発生する。

パワーサイクル寿命の到来を推定する方法として、パワー半導体素子を収容するケースの放熱面にサーミスタ等の温度計を取り付ける方法が提案されている（特許文献１参照）。

温度計を取り付けないでジャンクション温度の上昇値を推定する方法として、負荷電流からジャンクション温度の上昇値を推定し、この上昇値と運転回数からパワーサイクル故障する時期を推定する方法も提案されている

特開２００８−２７１７０３号公報

パワーサイクル寿命の到来を推定するため、パワー半導体素子を収容するケースの放熱面にサーミスタ等の温度計を取り付ける前述の方法は、本来、エレベータ制御に必要とされないセンサが要求される。また、前述の技術では、エレベータが、各運転毎にそれぞれ異なる積載量（乗客数）、異なる運転速度で運転されること、したがって異なるジャンクション温度上昇値で運転されることについての言及がなされていない。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたもので、運転毎のジャンクション温度上昇値を推定し、積算することによりパワーサイクル寿命を高精度に推定するものである。

本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。

巻上機用電動機を駆動するインバータを構成するパワー半導体素子の故障時期を推定する故障時期推定部を具備するエレベータ制御装置において、前記故障時期推定部は、乗りかごの積載荷重および乗りかごの運転速度をもとに前記パワー半導体素子のジャンクション温度の上昇値を推定し、推定した上昇値に対応するパワーサイクル数の積算値をもとに故障時期を推定する。

本発明は、以上の構成を備えるため、運転毎のジャンクション温度上昇値を推定し、積算することによりパワーサイクル寿命を高精度に推定することができる。

実施形態にかかるエレベータ制御装置を説明する図である。ジャンクション温度上昇値を推定する方法を説明する図である。故障に至るまでのサイクル数を算定する方法を説明する図である。温度上昇値を寿命ポイントに換算する方法を説明する図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態にかかるエレベータ制御装置を説明する図である。図１において、１は乗りかご、２は乗りかご内の荷重を検出する荷重検出器、３は主ロープであり、乗りかごと図示しない釣り合い重りを繋ぐ。４はモータであり、前記主ロープが掛けられた図示しないシーブを駆動して乗りかごを移動させる。

モータ４は、シーブと共にエレベータの巻上機を構成し、インバータ装置６から供給される可変電圧可変周波数の３相交流電力より可変速制御される。インバータ装置６は、コンバータ装置７と接続され、コンバータ装置７は商用電源ＡＣから給電される３相交流電力を直流電力に変換する。５はエレベータ制御装置であり、モータの回転数を計測するエンコーダ８および電流検出器９を備え、インバータ装置６およびコンバータ装置７をフィードバック制御する。また、エレベータ制御装置は、故障時期推定部を備え、前記インバータあるいはコンバータを構成するパワー半導体素子のジャンクション温度の上昇値を推定し、推定した上昇値に対応するパワーサイクル数を積算して故障時期を推定する。

図２は、パワー半導体素子のジャンクション温度上昇値を推定する方法を説明する図である。

図２において、横軸はエレベータの積載量を表し、定格積載量をＬｔとして、Ｌｔの３／４，１／２，１／４，および０の点をそれぞれＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４とする。

また、縦軸はエレベータの速度を表し、定格速度をＶｔとし、Ｖｔの３／４，１／２，１／４の点をそれぞれＶ１，Ｖ２，Ｖ３とする。

ここで、エレベータを試験設備に配設し、まず、乗りかごに定格積載量Ｌｔの負荷を搭載し、搭載した乗りかごを定格速度Ｖｔで運転し、このときのジャンクション温度上昇値ΔＴｊを測定する。

次に、乗りかごの運転速度を定格速度Ｖｔに固定した状態で、積載量ＬをＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４にそれぞれ変更し、変更された状態におけるジャンクション温度上昇値をそれぞれ測定する。次に、この測定結果をもとに温度上昇値ΔＴｊに対する係数ｎ１〜ｎ４（＜１）を導出する。

同様に、乗りかごの積載量Ｌを定格積載量Ｌｔに固定した状態で、運転速度をＶ１，Ｖ２，Ｖ３にそれぞれ変更し、変更された状態におけるジャンクション温度上昇値をそれぞれ測定する。次に、この測定結果をもとに温度上昇値に対する係数ｍ１〜ｍ３（＜１）を導出する。

ここで、前記定格積載量、定格運転速度における温度上昇値ΔＴｊがパワーサイクル寿命に与える影響を仮にポイント「ａ」で表すと、「ａ」と上記係数ｎ１〜ｎ４，ｍ１〜ｍ３を積算したポイント換算表を作成することができる。そして、このポイント換算表を用いてエレベータの運転条件ごとに異なる温度上昇値がパワーサイクル寿命に与える影響を推定することができる。

図３は、パワー半導体素子のパワーサイクル寿命に至るまでのパワーサイクル数を算定する方法を説明する図である。

まず、前記エレベータ試験設備により定格積載量、定格速度におけるジャンクション温度上昇値ΔＴｊを測定（推定演算を含む）する（ステップＳ１）。

次に、パワー半導体毎に予め与えられたパワーサイクルカーブから寿命に至るまでのサイクル数Ｃを求める（ステップＳ２，Ｓ３）。

ここで、パワーサイクル寿命に至る条件は、図３の例の場合、温度上昇値ΔＴｊに対してサイクル数Ｃの運転（Ｃ回の起動停止）を行った場合である。
前述のように、エレベータは、その運転ごとに積載量および運転速度が異なるため、温度上昇値が毎回ΔＴｊであるとは限らない。パワーサイクル故障に至るまでの運転回数を単純に前記Ｃとすることも可能であるが、その場合はパワー半導体素子の寿命を十分に使いきらずに交換することになり、交換の頻度が高くなる。

そこで、本実施形態では、実運転における温度上昇値を積載量および運転速度ごとにポイントに換算する（ステップＳ４）。

図４は、温度上昇値を積載量および運転速度毎に、実効的な運転回数を表すポイント（寿命ポイント）に換算する方法を説明する図である。

エレベータは荷重検出器２を備え、積載量Ｌｎを検出することができる。また、エンコーダ８を備え、運転速度Ｖｍを検出することができる。なお、積載量ＬｎがＬ２＜Ｌｎ＜Ｌ１の範囲にある場合は余裕を見るためＬｎ＝Ｌ１とする。同様に運転速度ＶｍがＶ２＜Ｖｍ＜Ｖ１の範囲にある場合はＶｍ＝Ｖ１とする（ステップＳ１１）。

次に、検出した積載量および運転速度での運転による温度上昇値を、寿命ポイントに換算する。

寿命ポイントへの換算の方法について説明する。まず、前述のように、定格積載量、定格運転速度における温度上昇値ΔＴｊに相当する寿命ポイントをａとする。そして実運転時の積載量および運転速度が、例えばＬ２、Ｖ３であれば、図２の換算テーブルを参照してａ×ｎ２×ｍ３という寿命ポイントを得る（ステップＳ１２）。

導出したポイントは運転ごとに積算し、積算値がａ×Ｃポイントに達するとパワーサイクル寿命に至ると判定する。したがって、エレベータ制御装置５は前記寿命ポイントを監視することにより、パワー半導体素子の交換時期を報知することができる。

このように、寿命ポイントに換算したジャンクション温度上昇値を積算することにより、パワー半導体素子がパワーサイクル故障に至るまでの経過を推定することができる。ただし実際のエレベータのおいては故障に至る前にパワー半導体素子を交換する必要がある。このため、例えば積算実績から故障まで何ヶ月あるかを制御装置で確認し、ありは遠隔監視装置等を用いて監視センターで確認することにより、エレベータが故障停止する以前にパワー半導体素子を交換することが可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、積載量および運転速度が運転毎に異なるエレベータ特有の運転条件においても、ジャンクション温度上昇値を、エレベータの積載量と運転速度から推定し、これを寿命ポイントに換算して積算するので、パワー半導体素子の故障時期を高精度に推定することができる。

１乗りかご
２荷重検出器
３主ロープ
４モータ
５エレベータ制御装置
６インバータ装置
７コンバータ装置
８エンコーダ
９電流検出器

Claims

巻上機用電動機を駆動するインバータを構成するパワー半導体素子の故障時期を推定する故障時期推定部を具備するエレベータ制御装置において、
前記故障時期推定部は、乗りかごの積載荷重および乗りかごの運転速度をもとに前記パワー半導体素子のジャンクション温度の上昇値を推定し、推定した上昇値に対応するパワーサイクル数の積算値をもとに故障時期を推定することを特徴とするエレベータ制御装置。
巻上機用電動機を駆動する駆動回路を構成するパワー半導体素子の故障時期を推定する故障時期推定部を具備するエレベータ制御装置において、
前記故障時期推定部は、
エレベータを、定格積載荷重および定格運転速度並びに部分積載荷重および部分運転速度で運転した場合における運転可能なパワーサイクル数をそれぞれ登録した積載量・運転速度−パワーサイクル数換算テーブルを備え、
実運転時に、検出した乗りかごの積載荷重および乗りかごの運転速度をもとに前記換算テーブルを参照して運転毎の前記パワー半導体素子のパワーサイクル数を取得し、取得したパワーサイクル数の各運転毎の積算値と、予め設定されたエレベータを定格積載荷重および定格運転速度で運転した場合における運転可能なパワーサイクル数とを比較して故障時期を推定することを特徴とするエレベータ用インバータ制御装置。