JP2014114107A

JP2014114107A - エレベータ制御装置

Info

Publication number: JP2014114107A
Application number: JP2012268773A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Nojima; 秀一野島
Original assignee: Toshiba Elevator Co Ltd
Current assignee: Toshiba Elevator and Building Systems Corp
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2014-06-26
Also published as: HK1197048A1; CN103863904A

Abstract

【課題】突入電流の発生を抑制することができるエレベータ制御装置を提供する。
【解決手段】エレベータ制御装置１−１は、エレベータ１００の制御電源２１に対して商用電源１と共通の回路１８を介して接続されたバッテリ１２と、バッテリの充放電を制御する制御回路１１とを備え、制御回路は、バッテリから制御電源に対する電力の供給を開始するときに、制御電源に対して矩形状の電圧を出力し、かつ制御電源に供給する電流値を徐々に増加させる。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、エレベータ制御装置に関する。

従来、バッテリを備えたエレベータがある。

特開２００９−１２９２９号公報

商用電源からバッテリに電源を切り替える場合に突入電流が発生する可能性がある。突入電流の発生を抑制できることが望ましい。

本発明の目的は、突入電流の発生を抑制することができるエレベータ制御装置を提供することである。

実施形態のエレベータ制御装置は、エレベータの制御電源に対して商用電源と共通の回路を介して接続されたバッテリと、バッテリの充放電を制御する制御回路とを持つ。制御回路は、バッテリから制御電源に対する電力の供給を開始するときに、制御電源に対して矩形状の電圧を出力し、かつ制御電源に供給する電流値を徐々に増加させる。

図１は、実施形態に係るエレベータ装置の概略構成図である。図２は、実施形態に係る運転モードの説明図である。図３は、実施形態における制御電源に対する出力電圧の一例を示す図である。図４は、実施形態における制御電源に対する出力電圧の他の例を示す図である。

以下に、実施形態に係るエレベータ制御装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１から図４を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、エレベータ制御装置に関する。図１は、実施形態に係るエレベータ装置の概略構成図、図２は、実施形態に係る運転モードの説明図、図３は、実施形態における制御電源に対する出力電圧の一例を示す図、図４は、実施形態における制御電源に対する出力電圧の他の例を示す図である。

図１に示すように、実施形態に係るエレベータ装置１００は、コンバータ装置２、平滑コンデンサ３、インバータ装置４、巻上機５、ロープ７、乗りかご８、カウンタウエイト９、バッテリユニット１０、制御ユニット２０および制御電源トランス２２を含んで構成されている。

また、実施形態に係るエレベータ制御装置１−１は、バッテリユニット１０と、制御ユニット２０と、制御電源トランス２２とを含んで構成されている。

商用電源１は、三相交流電流を供給する電源である。商用電源１は、三相交流電流をコンバータ装置２に供給する。コンバータ装置２は、商用電源１から供給される交流を整流する変換装置である。コンバータ装置２は、スイッチング素子、ダイオードモジュール等のコンバータ素子を有しており、交流を直流に変換する。

平滑コンデンサ３は、コンバータ装置２とインバータ装置４との間の回路に配置され、コンバータ装置２で変換された直流を整流する。

インバータ装置４は、スイッチング素子、ダイオード等で構成され、コンバータ装置２から出力され、平滑コンデンサ３で平滑された直流をスイッチング素子によりスイッチングさせて交流に変換し、変換した交流を巻上機５のモータ（電動機）６に供給する。インバータ装置４は、スイッチング素子を制御することで、巻上機５のモータ６に供給する交流の周波数等を制御する。コンバータ装置２と、インバータ装置４と、平滑コンデンサ３とは直列に配置された回路である。

制御ユニット２０は、エレベータ装置１００を制御する。制御ユニット２０は、コンバータ装置２およびインバータ装置４と電気的に接続されており、コンバータ装置２およびインバータ装置４を制御する。制御ユニット２０は、制御電源２１を有する。本実施形態の制御電源２１は、以下に説明するように、商用電源１あるいはバッテリ１２の少なくともいずれか一方から電力の供給を受けることができる。

制御電源２１と商用電源１とは、回路１７、コンタクタ１６、回路１８および制御電源トランス２２を介して接続されている。回路１７は、商用電源１とコンタクタ１６とを接続する。回路１８は、コンタクタ１６と制御電源トランス２２とを接続する。コンタクタ１６は、商用電源１と制御電源トランス２２とを断接するスイッチ装置である。制御電源トランス２２は、商用電源１側の電圧（例えば、２００Ｖ）を制御電源２１用の電圧（例えば、２４Ｖ）に降圧して出力する。商用電源１から制御電源トランス２２には、三相正弦波が入力される。また、通常時は商用電源１の三相交流電圧がバッテリ１２に入力され、停電時はバッテリ１２から二相の矩形波が出力される。

バッテリユニット１０は、充放電制御回路１１と、バッテリ１２と、コンタクタ１３，１４，１５とを含んで構成されている。バッテリ１２は、充放電可能な蓄電装置である。充放電制御回路１１は、制御ユニット２０と電気的に接続されており、制御ユニット２０と協調してバッテリ１２の充放電を制御する。また、充放電制御回路１１は、各コンタクタ１３，１４，１５の開閉制御を行う。充放電制御回路１１は、コンタクタ１３を介して回路１７と接続されている。コンタクタ１３は、充放電制御回路１１と商用電源１とを断接するスイッチ装置である。また、充放電制御回路１１は、コンタクタ１４を介して回路１８と接続されている。本実施形態では、充放電制御回路１１は、制御電源トランス２２の入力タップに接続されている。コンタクタ１４は、充放電制御回路１１と制御電源２１とを断接するスイッチ装置である。コンタクタ１５は、平滑コンデンサ３とインバータ装置４との間の回路（主回路）１９と、バッテリ１２とを断接するスイッチ装置である。

制御ユニット２０は、商用電源１から受電可能な場合、コンタクタ１６を閉じ、商用電源１と制御電源２１とを接続する。これにより、制御電源２１は、商用電源１から電力の供給を受けて作動する。制御ユニット２０は、商用電源１から制御電源２１に電力の供給を受けるときに、更に、電力アシスト用としてバッテリ１２から制御電源２１に電力を出力させることができる。この場合、制御ユニット２０は、充放電制御回路１１に対して、バッテリ１２から制御電源２１に対する電力供給指令を行う。電力供給指令を受けた充放電制御回路１１は、コンタクタ１４を閉じる。これにより、バッテリ１２は、充放電制御回路１１と、コンタクタ１４と、回路１８と、制御電源トランス２２を介して制御電源２１と接続される。充放電制御回路１１は、バッテリ１２からの出力を目標の電圧および電流値に調整して回路１８に出力する。

次に、本実施形態に係るエレベータ制御装置１−１が有する２つの運転モードについて説明する。エレベータ制御装置１−１は、第１運転モードおよび第２運転モードの２つの運転モードを選択的に実行することができる。

図２において、充電および放電は、それぞれバッテリ１２の充電および放電を示す。また、各欄の○印は、バッテリ１２の充電あるいは放電を実行可能であることを示す。第１運転モードおよび第２運転モードは、それぞれ商用電源１から受電する買電時と商用電源１の停電時で動作が異なる。

（買電時の第１運転モードの動作）
買電時の第１運転モードでは、コンタクタ１３，１６が閉じられる。第１運転モードは、モータ６による回生電力を蓄電しない運転モードである。乗りかご８とカウンタウェイト９のうち重い方が降下する回生方向の運転時に、モータ６は発電機として機能して回生発電を行うことができる。第１運転モードでは、モータ６による回生電力はバッテリ１２に蓄電されない。第１運転モードでは、買電時にバッテリ１２に対する充電を行う場合、商用電源１から買電する電力によってバッテリ１２が充電される。また、第１運転モードでは、買電時にはバッテリ１２をモータ６の動力源として使用しない。制御ユニット２０は、買電時の第１運転モードでは、充放電制御回路１１に指令してコンタクタ１５を開放する。これにより、モータ６の駆動回路からバッテリ１２が切り離され、モータ６は商用電源１からの電力によって回転駆動される。制御ユニット２０は、インバータ装置４によって巻上機５のモータ６に供給する電流値を制御し、モータ６を回転駆動させて乗りかご８を昇降させる。

（買電時の第２運転モードの動作）
買電時の第２運転モードでは、コンタクタ１３，１５，１６が閉じられる。第２運転モードは、モータ６による回生電力を蓄電する運転モードである。第２運転モードでは、買電時にバッテリ１２に対する充電を行う場合、商用電源１から買電する電力およびモータ６の回生による発電電力によってバッテリ１２を充電することができる。制御ユニット２０は、回生方向の運転時にモータ６に回生発電を行わせる。モータ６の回生によって発電された電力は、バッテリ１２に充電される。制御ユニット２０は、インバータ装置４に対して回生発電を指令すると共に、充放電制御回路１１に対してバッテリ１２の充電を指令する。これにより、インバータ装置４はモータ６に回生発電を行わせて制動力を発生させる。充放電制御回路１１は、回生発電の電力および商用電源１からの受電電力によってバッテリ１２を充電する。

商用電源１の停電時には、制御ユニット２０は、商用電源１に代えてバッテリ１２から制御電源２１に電力の供給を受けて作動する。商用電源１が停電すると、制御ユニット２０は、コンタクタ１６を開放して制御電源２１と商用電源１とを切り離し、コンタクタ１３を開放して商用電源１と充放電制御回路１１とを切り離す。また、制御ユニット２０は、充放電制御回路１１に対して、バッテリ１２から制御電源２１への電力供給を指令する。充放電制御回路１１は、コンタクタ１４を閉じ、バッテリ１２を放電させて制御電源２１へ電力を供給する。また、充放電制御回路１１は、コンタクタ１５を閉じてバッテリ１２とインバータ装置４とを接続する。

（停電時の第１運転モードの動作）
第１運転モードの停電時には、モータ６による回生電力はバッテリ１２に充電されない。第１運転モードの停電時には、バッテリ１２によってモータ６が回転駆動される。モータ６は、停電時には、バッテリ１２からインバータ装置４を介して供給される電力によって駆動トルクを発生させ、乗りかご８を昇降させる。

（停電時の第２運転モードの動作）
第２運転モードの停電時には、モータ６による回生電力が蓄電される。制御ユニット２０は、回生方向の運転時に、モータ６に回生発電を行わせる。充放電制御回路１１は、コンタクタ１５を閉じ、モータ６の回生による発電電力をバッテリ１２に充電する。第２運転モードでは、モータ６は、バッテリ１２を動力源として動作する。制御ユニット２０は、停電時に回生方向と反対方向に乗りかご８を昇降させる場合、コンタクタ１５を閉じてバッテリ１２とインバータ装置４とを接続し、バッテリ１２の放電電力によってモータ６を回転駆動する。

本実施形態のエレベータ制御装置１−１は、バッテリ１２から制御電源２１に電力を供給する場合、制御電源２１に対する出力電圧を矩形波とし、バッテリ１２から制御電源２１に対して矩形状の電圧を出力する。これにより、回路部品の低減や小型化等が可能となる。例えば、バッテリ１２から制御電源２１に直流電圧を供給する場合、電源電圧に応じた切り替え回路が必要となり、回路部品の増加や回路の複雑化を招く。また、正弦波出力タイプの電源供給装置を用いる場合、例えば共振フィルタ（ＬＣＬ）が必要となり、装置構造が大きくなる。また、電池の効率低下により発生損失も高くなる。

これに対して、充放電制御回路１１は、制御電源２１に二相の矩形波を出力する。これにより、例えば直流電圧を供給する場合に必要となる切り替え回路や、正弦波出力をする場合に必要となる共振フィルタを不要とすることができる。よって、回路構成が簡略化され、装置の小型化が可能となる。

ここで、矩形波は立ち上がりが鋭いため、バッテリ１２から制御電源２１に対する電力の供給を開始するときに、突入電流が発生する可能性がある。突入電流が発生すると、バッテリ１２の過電流保護が動作してしまう可能性がある。過電流保護が動作すると、リスタートせず、保守員による点検や部品の交換が必要となるため、好ましくない。突入電流抑制回路を設けることが考えられるが、回路部品の増加を招くという問題がある。

本実施形態に係るエレベータ制御装置１−１は、バッテリ１２から制御電源２１に対する電力の供給を開始するときに、制御電源２１に対して矩形状の電圧を出力し、かつ制御電源２１に供給する電流値を徐々に増加させる。これにより、電力供給開始初期の急速な電流値の増加が抑制され、突入電流の発生が抑制される。

また、本実施形態に係るエレベータ制御装置１−１は、商用電源１からの電力と、バッテリ１２の放電電力が共通の制御電源トランス２２を介して制御電源２１に入力される。制御電源２１の電力源を商用電源１からバッテリ１２に切り替えるときの突入電流の発生が抑制可能となることで、商用電源１から制御電源２１への電力供給回路とバッテリ１２から制御電源２１への電力供給回路とを共通化することが可能となり、回路構成が簡素化される。

図３を参照して説明するように、本実施形態に係るエレベータ制御装置１−１において、充放電制御回路１１は、制御電源２１に対する出力のデューティ比を徐々に増加させることにより、制御電源２１に供給する電流値を徐々に増加させる。図３には、バッテリ１２から制御電源２１に電力の供給を開始するときの出力電圧の指令値（目標値）の一例が示されている。

充放電制御回路１１は、バッテリ１２から制御電源２１に電力の供給を開始する場合、図３に示すように、矩形波のパルス幅を徐々に増加させる。すなわち、充放電制御回路１１は、１回の制御サイクルにおいて制御電源２１に対するパルス波を出力する時間を示すデューティ比を徐々に増加させる。これにより、電力供給開始初期の急速な電流値の増加が抑制され、突入電流の発生が抑制される。また、充放電制御回路１１は、制御電源２１に対する電力の供給を開始してから所定時間Ｔ１の間、制御電源２１に対する出力のデューティ比を増加させていき、所定時間Ｔ１が経過するとデューティ比の増加を終了する。充放電制御回路１１は、所定時間Ｔ１が経過するまでに、制御電源２１に対して供給する電流値を目標電流値まで増加させる。

所定時間Ｔ１は、突入電流の発生を抑制する観点から適宜定めることができる。また、所定時間Ｔ１は、制御電源２１に対する供給電流を速やかに目標電流値まで増加させることができるように定められる。所定時間Ｔ１は、一定とされても、可変とされてもよい。また、デューティ比の増加速度や増加量は、一定とされても、可変とされてもよい。例えば、制御電源２１に対する電力の供給を開始してからの経過時間に対して、デューティ比の増加速度や増加量が非線形的に増加してもよい。一例として、電力の供給を開始してからの経過時間に対して、デューティ比が指数関数的に増加しても、対数関数的に増加してもよい。

また、本実施形態に係るエレベータ制御装置１−１において、充放電制御回路１１は、制御電源２１に対する出力電圧を徐々に増加させることにより、制御電源２１に供給する電流値を徐々に増加させる。充放電制御回路１１は、バッテリ１２から制御電源２１に電力の供給を開始する場合、図３に示すように、矩形波のパルス高さ（電圧）を徐々に増加させる。これにより、電力供給開始初期の急速な電流値の増加が抑制され、突入電流の発生が抑制される。また、充放電制御回路１１は、制御電源２１に対する電力の供給を開始してから所定時間Ｔ１の間、制御電源２１に対する出力電圧を増加させていき、所定時間Ｔ１が経過すると出力電圧の増加を終了する。充放電制御回路１１は、所定時間Ｔ１が経過するまでに、制御電源２１に対して供給する電流値を目標値まで増加させる。

出力電圧の増加速度や増加量は、一定とされても、可変とされてもよい。例えば、制御電源２１に対する電力の供給を開始してからの経過時間に対して、出力電圧の増加速度や増加量が非線形的に増加してもよい。一例として、電力の供給を開始してからの経過時間に対して、出力電圧が指数関数的に増加しても、対数関数的に増加してもよい。

また、充放電制御回路１１は、出力電圧の波高値を可変させることができるため、１つのバッテリユニット１０で異なる入力電圧のエレベータ制御装置においても任意の矩形波電源を供給することができる。

また、本実施形態に係るエレベータ制御装置１−１は、バッテリユニット１０からエレベータ駆動用電源（主回路）への電源供給は、充放電制御回路１１を介さずにバッテリ１２から直接供給する。これにより、バッテリユニット１０の小型化が可能となる。

なお、本実施形態では、充放電制御回路１１は、バッテリ１２から制御電源２１に対する電力供給を開始するときに、デューティ比を徐々に増加させる制御と、出力電圧を徐々に増加させる制御の両方を実行するが、これには限定されない。充放電制御回路１１は、デューティ比を徐々に増加させる制御、あるいは出力電圧を徐々に増加させる制御の少なくともいずれか一方を実行することができる。

充放電制御回路１１は、例えば、図４に示すように、バッテリ１２から制御電源２１に対する電力供給を開始するときに、デューティ比を徐々に増加させる制御を実行し、このときの出力電圧を一定にしてもよい。

［実施形態の変形例］
上記実施形態では、バッテリ１２がエレベータ駆動用電源（回路１９）に直接接続されていたが、これに代えて、バッテリ１２がバッテリユニット１０の充放電制御回路１１を介して回路１９に接続されてもよい。

上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１−１エレベータ制御装置
１商用電源
２コンバータ装置
３平滑コンデンサ
４インバータ装置
６モータ
１０バッテリユニット
１１充放電制御回路
１２バッテリ
２０制御ユニット
２１制御電源
２２制御電源トランス
１００エレベータ装置

Claims

エレベータの制御電源に対して商用電源と共通の回路を介して接続されたバッテリと、
前記バッテリの充放電を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記バッテリから前記制御電源に対する電力の供給を開始するときに、前記制御電源に対して矩形状の電圧を出力し、かつ前記制御電源に供給する電流値を徐々に増加させる
ことを特徴とするエレベータ制御装置。
前記制御回路は、前記制御電源に対する出力のデューティ比を徐々に増加させることにより、前記制御電源に供給する電流値を徐々に増加させる
請求項１に記載のエレベータ制御装置。
前記制御回路は、前記制御電源に対する出力電圧を徐々に増加させることにより、前記制御電源に供給する電流値を徐々に増加させる
請求項１または２に記載のエレベータ制御装置。