JP2013241238A

JP2013241238A - マンコンベアの監視装置、及びそのマンコンベアの監視装置を備えたマンコンベア

Info

Publication number: JP2013241238A
Application number: JP2012114728A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Inomata; 良一猪俣
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-05-18
Filing date: 2012-05-18
Publication date: 2013-12-05

Abstract

【課題】高調波ノイズ抑制用コモンモードリアクトルの磁気飽和防止によりそのリアクトルの異常発熱、騒音、振動の抑制と共にコストを抑えた装置の最適化とインバータ起因のノイズが電力経路及び通信経路に伝播するのを抑制し、安定した搬送通信を行うマンコンベアの監視装置を得る。
【解決手段】マンコンベア１を監視するマンコンベアの監視装置において、インバータ装置１３のパワートランジスタのオン・オフ制御信号を生成するＰＷＭ回路２３ｂと、三相交流電源６とインバータ装置１３との間に接続されるコモンモードリアクトル１９と、コモンモードリアクトル１９の磁束飽和の有無に応じて信号を発生する磁束検出器２１と、上記検出器の発生する信号に応じてＰＷＭ回路２３ｂのスイッチング周波数を変更する比較器２７を備えた。
【選択図】図２

Description

この発明は、エスカレータや動く歩道などのマンコンベアを監視するマンコンベアの監視装置、及びそのマンコンベアの監視装置を備えたマンコンベアに関するものである。

従来のマンコンベアの監視装置は、例えば特開２０１０−１４３７５８号公報（特許文献１）に開示されているように、マンコンベアの運転制御を行なうマンコンベア制御装置内において、三相交流電力線のインバータが接続された位置より電源上流側に、該インバータから発生するノイズを抑制するノイズフィルタが設けられ、かつ、マンコンベア制御装置内の単相交流電力線の通信装置が接続された位置より電源下流側に、ローパスフィルタが設けられている。これらの電力線を通信路としてマンコンベアを遠隔管理する管理センタとの間で、十分なＳ／Ｎ比、即ち、信号に対するノイズ量を確保して、安定した通信を行うものがある。

特開２０１０−１４３７５８号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された技術においても、インバータを構成するスイッチング素子のオン・オフ制御に伴う温度上昇などにより、ノイズフィルタを構成するコイル、フェライト、コンデンサの値が変化した場合、高調波ノイズによりコイルの磁気飽和を防止できるものではない。そして、このノイズ量の度合いに応じてノイズフィルタを構成する装置が大きくなり、コストがかかるという課題があった。

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、高調波ノイズ抑制用コモンモードリアクトルの磁気飽和防止により、そのリアクトルの異常発熱、騒音、振動を抑制すると共にコストを抑えた装置の最適化と、インバータを構成するスイッチング素子のオン・オフ制御動作に起因するノイズが電力経路及び通信経路に伝播するのを抑制し、安定した搬送通信を行うマンコンベアの監視装置、及びそのマンコンベアの監視装置を備えたマンコンベアを提供することを目的とする。

この発明に係るマンコンベアの監視装置は、マンコンベアのモータを駆動するインバータ装置を備え、上記マンコンベアを監視するマンコンベアの監視装置において、上記インバータ装置のパワートランジスタのオン・オフ制御信号を生成するＰＷＭ回路と、交流電源と上記インバータ装置との間に接続されるコモンモードリアクトルと、上記コモンモードリアクトルの磁束飽和の有無に応じて信号を発生する検出器と、上記検出器の発生する信号に応じて上記ＰＷＭ回路のスイッチング周波数を変更する比較器と、を備えたことを特徴とする。

この発明に係るマンコンベアの監視装置によれば、コモンモードリアクトルの磁束飽和の有無に応じて信号を発生する検出器を備え、上記検出器の発生する信号に応じて、マンコンベアのモータを駆動するインバータ装置のパワートランジスタのスイッチング周波数を変更するようにしたので、コモンモードリアクトルの異常発熱、騒音、振動の抑制と共にコストを抑えた装置の最適化が可能となる。

この発明の実施の形態１に係るマンコンベアの監視装置を備えたマンコンベアの全体構成図である。この発明の実施の形態１に係るマンコンベアの監視装置を構成する制御装置内部を示した詳細構成図である。この発明の実施の形態１に係るマンコンベアの監視装置を構成する制御装置に用いられるインバータ装置のコンバータ部及びインバータ部のパワートランジスタをオン・オフ制御した時に発生する高調波電流の伝搬経路を示す図である。この発明の実施の形態１に係るマンコンベアの監視装置を構成する制御装置に用いられるインバータ装置のコンバータ部及びインバータ部のパワートランジスタをオン・オフ制御した時に発生する高調波電流の伝搬経路の等価回路を示す図である。この発明の実施の形態１に係るマンコンベアの監視装置を構成する制御装置に用いられるノイズ抑制用コモンモードリアクトルの鉄心に発生する磁束と高調波電流の周波数の関係を示す図である。この発明の実施の形態１に係るマンコンベアの監視装置を構成する制御装置において、高調波電流が保護レベルを越えた場合にスイッチング周波数を自動変更するフローチャートである。

以下、この発明に係るマンコンベアの監視装置の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示している。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１を示すマンコンベア監視装置、及び該マンコンベア監視装置を備えたマンコンベアの全体構成図である。図１に示すように、マンコンベア１のトラス１ａ内の上部には上部機械室２が形成されており、上部機械室２内には、マンコンベア１を制御する制御装置（以下、マンコンベア制御盤という。）３が設置されている。また、トラス１ａ内の下部には下部機械室４が形成されており、下部機械室４には、下部マンコンベア制御盤５が設置されている。

マンコンベア制御盤３には、三相交流電源６からの電力線であるシールド付電力線７ａが接続されている。三相交流電源６は、動力ブレーカ８を介して絶縁電源９を生成する。

絶縁電源９は、マンコンベア制御盤３内の例えばマンコンベア１の動作を制御するマイコンなどの制御回路部１０や、マンコンベア１の欄干照明などに供給される他、トラス１ａ内の専用通信線１１を介して下部機械室４の下部マンコンベア制御盤５にも供給される。

一方、三相交流電源６は、マンコンベア制御盤３内に設けられたノイズフィルタ１２、インバータ装置１３に供給され、シールド付電力線７ｂを介してトラス１ａ内に設けられたマンコンベア駆動用のモータ１４を駆動する。なお、トラス１ａ内部には、図示していない移動手摺駆動装置などマンコンベア１に必要な各種装置が組み込まれている。

本実施形態のマンコンベア監視装置は、マンコンベア制御盤３内の制御回路部１０から専用通信線１１を介してマンコンベア１を遠隔管理する管理センタ１５に設けられた監視装置１６と通信が行なわれるようになっている。

図２は、図１における主にマンコンベア制御盤３の内部を示した詳細構成図である。図３において、マンコンベア制御盤３は、三相交流電源６を所定の周波数、電圧の交流電力に変換し、マンコンベア駆動用のモータ１４を駆動する。また、三相交流電源６は、接地１７されており、接地コンデンサ１８が、三相交流電源６と対地間に接地され、インバータ装置１３と三相交流電源６との間にはノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９とノーマルモードリアクトル２０とが直列接続される。また、磁束検出器２１は、ノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９の鉄心に流れる磁束を検出する。また、インバータ装置１３とマンコンベア駆動用のモータ１４の間の配線と対地間には浮遊容量２２が生じる。

また、インバータ装置１３において、第１のＰＷＭ回路２３ａからの制御信号によりコンバータ部２４のパワートランジスタをオン・オフ制御して、三相交流電源６の電圧を直流電圧に変換し、平滑コンデンサ２５で直流電圧を平滑する。その後、第２のＰＷＭ回路２３ｂからの制御信号によりインバータ部２６のパワートランジスタをオン・オフ制御して、平滑された直流電圧を交流電圧に変換し、マンコンベア駆動用のモータ１４を駆動する。

また、比較器２７は、磁束検出器２１で検出したノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９の鉄心に流れる磁束と保護レベルとを比較して、検出した磁束が保護レベルを越えた場合には、第１のＰＷＭ回路２３ａ及び第２のＰＷＭ回路２３ｂのスイッチング周波数ｆｃを変更する。

また、図３は、図２によるインバータ装置１３内部のコンバータ部２４及びインバータ部２６のパワートランジスタをオン・オフ制御した時に発生する高調波電流Ｉｇの伝搬経路を示す図である。
図３において、コンバータ部２４のパワートランジスタ及びインバータ部２６のパワートランジスタをそれぞれ第１及び第２のＰＷＭ回路２３ａ、２３ｂからの制御信号によりオン・オフ制御した時に周波数ｆｇで振動する高調波電流Ｉｇが発生し、インバータ装置１３とマンコンベア駆動用のモータ１４の間の配線と対地間の浮遊容量２２を介して接地１７、接地コンデンサ１８を経由して、コンバータ部２４のパワートランジスタ及びインバータ部２６のパワートランジスタに流れる。

また、図４は、図３によるインバータ装置１３内部のコンバータ部２４及びインバータ部２６のパワートランジスタをオン・オフ制御した時に発生する高調波電流Ｉｇの伝搬経路の等価回路を示す図である。
図４において、Ｃ１は、三相交流電源６と対地間に接地される接地コンデンサ１８のキャパシタンス値、Ｃ２は、インバータ装置１３とマンコンベア駆動用のモータ１４の間の配線と対地間の浮遊容量２２のキャパシタンス値、Ｌは、インバータ装置１３と三相交流電源６との間に接続されるノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９のインダクタンス値、ｆｇは、高調波電流Ｉｇの周波数である。ここで、インバータ装置１３内部のコンバータ部２４のパワートランジスタ及びインバータ部２６のパワートランジスタをスイッチング周波数ｆｃでオン・オフ制御した時に発生する高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇは、スイッチング周波数ｆｃとほぼ等しくなる。

ノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９と接地コンデンサ１８とがＬＣ回路を構成し、このＬＣ回路の共振周波数ｆ１が、高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇと一致すると、高調波電流ＩｇはＬＣ共振により増幅される。共振が発生する共振周波数ｆ１は式（１）にて求められる。
ｆ１＝１／(２π・√（Ｌ・Ｃ１）)・・・・・（１）
また、ノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９に流れる高調波電流Ｉｇにより、ノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９の鉄心に発生する磁束Φは式（２）にて求められる。
Φ＝Ｌ・Ｉｇ＝Ｂ・Ｓ・・・・・（２）
ここで、Ｂは磁束密度、Ｓは鉄心の断面積である。式（２）から高調波電流Ｉｇは式（３）にて求められる。
Ｉｇ＝Ｂ・Ｓ／Ｌ・・・・・（３）

また、図５は、図２によるノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９の鉄心に発生する磁束と高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇの関係を示す図である。
図５において、Φはノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９の鉄心に発生する磁束、Φｍａｘは磁束の最大値、ｆ１は共振周波数、ｆａは保護レベルとしての第１基準周波数、ｆｂは保護レベルとしての第２基準周波数である。

図５に示すように、ノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９の鉄心に発生する磁束Φは、高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇが共振周波数ｆ１の時に最大Φｍａｘとなる。また、磁束密度Ｂは、鉄心の材質によって飽和磁束密度Ｂｍが決まり、飽和磁束密度Ｂｍになるとノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９はインダクタンス値Ｌとしての機能を果たさなくなり、異常発熱、振動、騒音を発生する。なお、第１基準周波数ｆａ及び第２基準周波数ｆｂは磁気飽和を防ぐための保護レベルとしての基準値であり、図ではΦｍａｘ×０．８となる周波数とした例である。

図６は、図２において、高調波電流が保護レベルを越えた場合にスイッチング周波数ｆｃを自動変更するフローチャートである。
ノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９の鉄心に発生する磁束Φが保護レベルを越えた場合にスイッチング周波数を自動変更することにより、磁気飽和を防ぐことができる。図５に示すように、高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇが、ノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９の鉄心の磁気飽和となる範囲（第１基準周波数ｆａ≦高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇ≦第２基準周波数ｆｂ）内とならないように、高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇ＜第１基準周波数ｆａ、または高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇ＞第２基準周波数ｆｂと制御する方法について、図５及び図６により説明する。

まず、ステップＳ１で磁束検出器２１によりノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９の鉄心に流れる磁束Φｎを検出する。続いてステップＳ２で比較器２７は、磁束検出器２１で検出した磁束Φｎと保護レベルとを比較し、検出した磁束Φｎが保護レベルよりも小さい場合は正常状態と判断して（図５において、高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇ＜第１基準周波数ｆａのエリア、または高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇ＞第２基準周波数ｆｂのエリア）、ステップＳ１に戻る（この場合は、スイッチング周波数ｆｃを変更しない）。

次に、ステップＳ２で検出した磁束Φｎが保護レベル以上の場合は、磁気飽和を起こす可能性があると判断して、ステップＳ３でスイッチング周波数ｆｃを減少する。そして、ステップＳ４で磁束検出器２１はスイッチング周波数ｆｃを減少させた後にノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９の鉄心に流れる磁束Φｎ＋１を検出する。

ステップＳ５で比較器２７は、前回検出した磁束Φｎとスイッチング周波数ｆｃを減少させた後に検出した磁束Φｎ＋１とを比較し、スイッチング周波数ｆｃを減少させた後に検出した磁束Φｎ＋１が前回検出した磁束Φｎ以下である場合は、ステップＳ３でスイッチング周波数ｆｃを減少させることで磁気飽和から保護できると判断して、ステップＳ１に戻る（図５において、高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇ≦共振周波数ｆ１のエリア）。

ステップＳ５でスイッチング周波数ｆｃを減少させた後に検出した磁束Φｎ＋１が前回検出した磁束Φｎより大きい場合には、スイッチング周波数ｆｃを減少させることが磁気飽和から保護できないと判断して（図５において、共振周波数ｆ１≦高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇのエリア）、ステップＳ６でスイッチング周波数ｆｃを増加する。

ステップＳ７で磁束検出器２１は、スイッチング周波数ｆｃを増加した後にノイズ抑制用コモンモードリアクトル１９の鉄心に流れる磁束Φｎ＋２を検出する。

ステップＳ８で比較器２７は、スイッチング周波数ｆｃを増加させた後に検出した磁束Φｎ＋２と保護レベルとを比較し、検出した磁束Φｎ＋２が保護レベルよりも小さい場合は正常状態と判断して（図５において、第２基準周波数ｆｂ＜高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇのエリア）、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ８で検出した磁束Φｎ＋２が保護レベル以上の場合は、磁気飽和から保護できないと判断して（図５において、第１基準周波数ｆａ≦高調波電流Ｉｇの周波数ｆｇ≦第２基準周波数ｆｂのエリア）、ステップＳ６で、スイッチング周波数ｆｃを増加する。

以上、この発明によるマンコンベア監視装置、及びそのマンコンベア監視装置を備えたマンコンベアを具体化した実施の形態１について詳細に説明したが、この発明によるマンコンベア監視装置、及びそのマンコンベア監視装置を備えたマンコンベアは、以下の特徴を備えるものである。

この発明によるマンコンベア監視装置は、マンコンベアのモータを駆動するインバータ装置のパワートランジスタのオン・オフ制御信号を生成するＰＷＭ回路と、交流電源と上記インバータ装置との間に接続されるコモンモードリアクトルと、上記コモンモードリアクトルの磁束飽和の有無に応じて信号を発生する検出器と、上記検出器の信号に応じて上記ＰＷＭ回路のスイッチング周波数を変更する比較器とを備えたことを特徴とする。この構成によれば、コモンモードリアクトルの異常発熱、騒音、振動の抑制と共にコストを抑えた装置の最適化が可能となる。

また、この発明によるマンコンベア監視装置は、上記コモンモードリアクトルの鉄心に流れる磁束を検出する磁束検出器を備え、上記比較器は、上記磁束検出器で検出した磁束を予め設定した保護レベルと比較し、上記検出した磁束が上記保護レベルを越えた場合に上記スイッチング周波数を変更することを特徴とする。この構成によれば、磁気飽和を精度良く判断することができる。

また、この発明によるマンコンベア監視装置は、上記コモンモードリアクトルの鉄心に流れる磁束と高調波電流の周波数との関係に基づいて予め保護レベルの基準周波数を設定し、上記比較器は、上記スイッチング周波数を上記保護レベルの基準周波数と比較して上記コモンモードリアクトルの磁束飽和の有無を判断することを特徴とする。この構成によれば、磁気飽和を簡便に判断することができる。

また、この発明によるマンコンベア監視装置は、上記交流電源と上記インバータ装置との間に、上記コモンモードリアクトルと上記コモンモードリアクトルに直列接続されたノーマルモードリアクトルとによるインピーダンス要素と、上記交流電源の供給線と接地間に挿入される静電容量とを備えたことを特徴とする。この構成によれば、電力変換装置から交流電源への伝導性ノイズに対しても高インピーダンスとなるため、伝導性ノイズを低減でき、接地コンデンサによるノイズ低減効果とを合わせて、ノイズ低減効果を両立させることができる。

１マンコンベア１ａトラス
２上部機械室３マンコンベア制御盤
４下部機械室５下部マンコンベア制御盤
６三相交流電源７ａ、７ｂシールド付電力線
８動力ブレーカ９絶縁電源
１０制御回路部１１専用通信線
１２ノイズフィルタ１３インバータ装置
１４モータ１５管理センタ
１６監視装置１７接地
１８接地コンデンサ１９コモンモードリアクトル
２０ノーマルモードリアクトル２１磁束検出器
２２浮遊容量２３ａ第１のＰＷＭ回路
２３ｂ第２のＰＷＭ回路２４コンバータ部
２５平滑コンデンサ２６インバータ部
２７比較器

Claims

マンコンベアのモータを駆動するインバータ装置を備え、上記マンコンベアを監視するマンコンベアの監視装置において、
上記インバータ装置のパワートランジスタのオン・オフ制御信号を生成するＰＷＭ回路と、
交流電源と上記インバータ装置との間に接続されるコモンモードリアクトルと、
上記コモンモードリアクトルの磁束飽和の有無に応じて信号を発生する検出器と、
上記検出器の発生する信号に応じて上記ＰＷＭ回路のスイッチング周波数を変更する比較器と、を備えたことを特徴とするマンコンベアの監視装置。
上記コモンモードリアクトルの鉄心に流れる磁束を検出する磁束検出器を備え、上記比較器は、上記磁束検出器で検出した磁束を予め設定した保護レベルと比較し、上記検出した磁束が上記保護レベルを越えた場合に上記スイッチング周波数を変更することを特徴とする請求項１に記載のマンコンベアの監視装置。
上記コモンモードリアクトルの鉄心に流れる磁束と高調波電流の周波数との関係に基づいて予め保護レベルの基準周波数を設定し、
上記比較器は、上記スイッチング周波数を上記保護レベルの基準周波数と比較して上記コモンモードリアクトルの磁束飽和の有無を判断することを特徴とする請求項２に記載のマンコンベアの監視装置。
上記交流電源と上記インバータ装置との間に、上記コモンモードリアクトルと上記コモンモードリアクトルに直列接続されたノーマルモードリアクトルとによるインピーダンス要素と、上記交流電源の供給線と接地間に挿入される静電容量とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のマンコンベアの監視装置。
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のマンコンベアの監視装置を備えたことを特徴とするマンコンベア。