JP2016079011A

JP2016079011A - エレベータ制御装置およびエレベータ駆動用電気機器の温度状態推定方法

Info

Publication number: JP2016079011A
Application number: JP2014214163A
Authority: JP
Inventors: 清治奥田; Seiji Okuda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Building Techno Service Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Mitsubishi Electric Building Solutions Corp
Priority date: 2014-10-21
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2016-05-16
Also published as: CN105523449A; CN105523449B

Abstract

【課題】温度検出器を設置することなく、エレベータ駆動用電気機器の温度状態を判断する。
【解決手段】駆動部（１０）と、制御部（２０）とを備え、制御部（１０）は、駆動部（２０）に含まれる複数の電気機器のそれぞれについてあらかじめ取得した温度特性データから、機器限界最小電流を、複数の電気機器ごとにあらかじめ設定し、かごが起動してから停止するまでの１起動ごとに、回転機を駆動させる際に消費される電流値を、電流検出器を介して測定し、１起動ごとの測定結果の履歴から、現時点での電流実効値を算出し、現時点での電流実効値が機器限界最小電流を超えた電気機器が存在する場合には、温度限界を超えた電気機器が存在すると判断する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレベータの乗りかごを昇降制御する際に、エレベータ駆動用電気機器の温度状態を判断するためのエレベータ制御装置およびエレベータ駆動用電気機器の温度状態推定方法に関する。

エレベータの運行を制御する従来のエレベータ制御装置は、エレベータを稼働することによって発熱する機器に対して設置された温度検出器を介して、段階的にあるいは連続的に、機器の温度状態を取り込んでいた。そして、エレベータ制御装置は、取り込んだ温度状態に基づいて過負荷状態と判断した場合には、エレベータの運行を停止する、戸開閉速度を遅くする、あるいは冷却能力を上げるなどして、エレベータの電気的負荷を下げて対応していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３０９１号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
温度検出器を設置し、機器の温度状態を検知する場合には、機器ごとに温度検出器を設ける必要があり、部品数が増えるといった問題点があった。さらに、温度検出器の実装を考慮する必要があるとともに、温度検出器が故障した場合の対応も考慮する必要があるといった問題点もあった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、温度検出器を設置することなく、エレベータ駆動用電気機器の温度状態を判断できるエレベータ制御装置およびエレベータ駆動用電気機器の温度状態推定方法を得ることを目的とする。

本発明に係るエレベータ制御装置は、エレベータのかごを昇降させる回転機を駆動するための複数の電気機器で構成された駆動部と、駆動部を制御して回転機を駆動させることで、かごの昇降制御を行う制御部とを備えたエレベータ制御装置であって、制御部は、駆動部に含まれる複数の電気機器のそれぞれについて、一定値として流す電流値と、一定値を流したときの時間経過に伴う温度変化の関係を温度特性データとして、試験データまたは計算データによりあらかじめ取得し、複数の電気機器ごとの温度特性データから、電気機器の品質を損なわない温度限界値、温度限界値に到達するまでの時間として許容される最大限界時間、および最大限界時間において温度限界値となる一定値の電流に相当する機器限界最小電流を、複数の電気機器ごとにあらかじめ設定し、かごが起動してから停止するまでの１起動ごとに、回転機を駆動させる際に消費される電流値を、電流検出器を介して測定し、１起動ごとの測定結果の履歴から、現時点での電流実効値を算出し、現時点での電流実効値が、複数の電気機器ごとに設定された機器限界最小電流を超えた電気機器が存在する場合には、温度限界を超えた電気機器が存在すると判断するものである。

また、本発明に係るエレベータ駆動用電気機器の温度状態推定方法は、エレベータのかごを昇降させる回転機を駆動するための複数の電気機器で構成された駆動部と、駆動部を制御して回転機を駆動させることで、かごの昇降制御を行う制御部とを備えたエレベータ制御装置で実行されるエレベータ駆動用電気機器の温度状態推定方法であって、制御部において、駆動部に含まれる複数の電気機器のそれぞれについて、一定値として流す電流値と、一定値を流したときの時間経過に伴う温度変化の関係を温度特性データとして、試験データまたは計算データによりあらかじめ取得し、記憶部に記憶させておく記憶ステップと、複数の電気機器ごとの記憶部に記憶された温度特性データから、電気機器の品質を損なわない温度限界値、温度限界値に到達するまでの時間として許容される最大限界時間、および最大限界時間において温度限界値となる一定値の電流に相当する機器限界最小電流を、複数の電気機器ごとに設定する設定ステップと、かごが起動してから停止するまでの１起動ごとに、回転機を駆動させる際に消費される電流値を、電流検出器を介して測定し、１起動ごとの測定結果の履歴から、現時点での電流実効値を算出する算出ステップと、現時点での電流実効値が、複数の電気機器ごとに設定した機器限界最小電流を超えた電気機器が存在する場合には、温度限界を超えた電気機器が存在すると判断する判断ステップとを有するものである。

本発明によれば、エレベータ稼働中の電流検出値から、現時点の電流実効値を算出し、電気機器ごとにあらかじめ取得した温度特性データから規定される個別の機器限界最小電流と電流実効値とを比較することで、電気機器ごとの温度状態を推定する構成を備えている。この結果、温度検出器を設置することなく、エレベータ機器の温度状態を判断できるエレベータ制御装置およびエレベータ駆動用電気機器の温度状態推定方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置を含む全体構成図である。本発明の実施の形態１において、一定の電流値を流した際の、エレベータ機器の上昇温度と経過時間との関係を示す図である。本発明の実施の形態１において、一定の連流値を流すことにより機器温度が飽和したときの、電流と飽和温度との関係を示す図である。本発明の実施の形態１において、機器温度限界値を超えるときの、経過時間と電流との関係を示す図である。本発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置で実行される負荷抑制運転処理の一連動作に関するフローチャートである。

以下、本発明のエレベータ制御装置およびエレベータ駆動用電気機器の温度状態推定方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置を含む全体構成図である。図１には、本実施の形態１におけるエレベータ制御装置１００とともに、交流電源１、エレベータの巻上機を駆動するモータ２、乗客が乗り降りするかご３、おもり４、かご３とおもり４を接続するロープ５、およびモータ２の回転方向、回転量を検出する速度検出器６が示されている。また、エレベータ制御装置１００は、駆動部１０および制御部２０を備えて構成されている。

ここで、エレベータ制御装置１００内の駆動部１０は、第１リアクトル１１（１）、第２リアクトル１１（２）、第１ノイズフィルタ１２（１）、第２ノイズフィルタ１２（２）、第３ノイズフィルタ１２（３）、コンバータ１３、平滑コンデンサ１４、インバータ１５、第１電流検出器１６（１）、および第２電流検出器１６（２）の各電気機器を含んで構成されている。

第１リアクトル１１（１）は、エレベータ制御装置１００の入力側に接続され、電源側のノイズを抑制する。第２リアクトル１１（２）は、エレベータ制御装置１００の出力側に接続され、インバータ１５がスイッチングしたときに発生するサージ電圧、ノイズを抑制する。

第１ノイズフィルタ１２（１）は、コンデンサ、抵抗、インダクタンスを組み合わせて構成されており、電源側のノイズを抑制する。第２ノイズフィルタ１２（２）および第３ノイズフィルタ１２（３）は、例えば磁性体で構成されており、円筒形の形状で中空にケーブルを通すことで、ノイズを抑制する。

コンバータ１３は、交流を直流に変換する。平滑コンデンサ１４は、コンバータ１３からの直流出力を平滑化する。インバータ１５は、モータ２に流れる電流をスイッチングして可変する。

電流検出器１６（１）は、エレベータ制御装置１００の入力側に流れる電流を検出する。また、電流検出器１６（２）は、エレベータ制御装置１００の出力側に流れる電流を検出する。

一方、エレベータ制御装置１００内の制御部２０は、電流検出部２１、速度検出部２２、負荷検出部２３、温度上昇演算部２４、運転モード切替部２５を含んで構成されている。

電流検出部２１は、第１電流検出器１６（１）および第２電流検出器１６（２）による検出結果を読み取り、モータ２を駆動することで消費される電流値を算出する。速度検出部２２は、速度検出器６による検出結果を読み取り、モータ２の回転方向、回転量を演算する。

負荷検出部２３は、かご３内の乗客の乗込み量を検出する秤装置（図示せず）の検出結果を読み取り、乗客の乗込み量を演算する。温度上昇演算部２４は、電流検出部２１で算出された１起動ごとの電流値を元に、各機器の温度上昇を推定し、各機器の温度状態が限界温度まで達していないかを判定する。さらに、運転モード切替部２５は、温度上昇演算部２４による判定結果を元に、限界温度まで達している機器が存在する場合には、負荷抑制運転を実施する。

次に、温度上昇演算部２４によるエレベータ駆動用電気機器の温度状態推定方法について、図２〜図４を用いて説明する。なお、以下の説明では、駆動部１０に含まれているエレベータ駆動用電気機器のことを、単にエレベータ機器、あるいは機器と称する。

図２は、本発明の実施の形態１において、一定の電流値を流した際の、エレベータ機器の上昇温度と経過時間との関係を示す図である。また、図３は、本発明の実施の形態１において、一定の連流値を流すことにより機器温度が飽和したときの、電流と飽和温度との関係を示す図である。さらに、図４は、本発明の実施の形態１において、機器温度限界値を超えるときの、経過時間と電流との関係を示す図である。

図２の関係は、あらかじめ試験または計算により確認しておく必要がある。具体的には、次の手順により、図２の関係を取得する。
（手順１）各機器に一定の電流を流したときの機器の上昇温度と経過時間の関係を温度特性データとして取得し、図示しない記憶部に記憶させておく。
（手順２）電流値を変更して、種々の一定電流値における温度特性データを収集し、記憶部に記憶させておく。

なお、機器の上昇温度と電流の関係は、下式（１）で算出される。
Ｔ＝Ｉ^２×Ａ（１）
ここで、Ｔは、温度上昇値、Ｉは、電流、Ａは、係数である。また、本実施の形態１による温度状態推定方法は、電流によって機器の温度上昇が決定されるリアクトル、ノイズフィルタなどの機器が主に対象となる。

図２は、一定の電流値を１０Ａ、２０Ａ、３０Ａ、５０Ａ、６０Ａとした場合の、時間経過に伴う温度変化を示しており、機器温度限界値も参考として、合わせて示している。

例えば、一定の電流値として、電流＝１０Ａを流し続けると、ある温度まで機器温度が上昇するが、それ以上は、どれだけ電流を流し続けても機器温度が上昇しなくなり、飽和する。ただし、一定の電流値が、電流＝２０Ａ、３０Ａと大きくなるに従って、飽和したときの機器温度は高くなる。

しかしながら、一定の電流値が１０Ａ、２０Ａ、３０Ａの場合には、飽和したときの機器温度が、いずれも機器温度限界値まで到達しないため、機器の品質には影響ない。これに対して、一定の電流値として、電流＝５０Ａを流し続けると、一定の時間（図２では、１０００ｓの場合を例示）が経過すると、機器温度が機器温度限界値まで到達する。このため、これ以上の時間、電流を流すと、機器の品質を損なうおそれがある。

そこで、一定の電流値が５０Ａの場合には、１０００ｓ以上電流を流し続けてはいけないこととなる。同様に、一定の電流値が６０Ａの場合には、５００ｓ以上電流を流し続けてはいけないこととなる。

あくまでも一例であるが、実際に測定した結果、第２ノイズフィルタ１２（２）および第３ノイズフィルタ１２（３）は、この図２に示すように、５０Ａの電流を流し続けた際に１０００Ｓ、６０Ａの電流を流し続けた際に５００ｓのレベルで、機器温度が限界値まで達していた。また、第１リアクトル１１（１）および第２リアクトル１１（２）は、５０Ａの電流を流し続けた際に、２ｈｒのレベルで、機器温度が限界値まで達していた。

図２の温度特性データが得られた機器に関しては、例えば、以下のような値を設定することとなる。
機器温度限界値：温度特性データから、機器の品質を損なわない温度限界値として設定され、図２では、１２０℃を「機器温度限界値」として設定した場合を例示している。
限界時間：機器温度限界値に到達するまでの時間として許容される最大限界時間として設定され、図２では、１０００ｓを「限界時間」として設定した場合を例示している。
機器限界最小電流：最大限界時間において温度限界値となる一定値の電流として設定され、図２では、５０Ａを「機器限界最小電流」として設定した場合を例示している。

図３、図４は、図２の結果を基にしてまとめ直したものであり、図３は、ある機器について、機器温度が飽和したときの温度と、機器に流れる電流との関係を示しており、図４は、機器限界最小電流以上の電流を流したときに機器温度限界値に達するまでの時間を示している。

図３では、機器温度限界値である１２０℃と、機器限界最小電流である５０Ａが併記されている。また、図４では、機器限界最小電流である５０Ａと、最大限界時間である１０００ｓが併記されている。すなわち、本実施の形態１における「機器限界最小電流」は、一定値の電流を流した際に、機器温度限界値（ここでは、１２０℃）に到達するまでに、あらかじめ決められた十分に大きな時間（ここでは、１０００ｓ）を要する電流値の最小値として規定されている。そして、図２に示した温度特性データから機器ごとに設定される「機器限界最小電流」は、温度状態を判断する指標として、図示していない記憶部に記憶される。

おな、図２〜図４にまとめたデータは、一定の電流を流した際に得られる結果であり、エレベータが起動しているときは、一定の電流が流れる状態が続くものではない。しかしながら、機器の温度が上昇し、飽和するまでの時定数は大きい。そこで、一定の電流は、機器に流れるＲＭＳ（ＲｏｏｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）電流、すなわち、実効値電流で判断する。

次に、図２〜図４のデータに基づいて、本実施の形態１におけるエレベータ制御装置で実行される負荷抑制運転処理の一連動作について、フローチャートを用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態１におけるエレベータ制御装置で実行される負荷抑制運転処理の一連動作に関するフローチャートである。

まず始めに、各ステップの詳細を説明する前に、本実施の形態１での負荷抑制運転処理における基本的な考え方について説明する。機器の温度は、エレベータが起動してから停止するまでの１起動時間よりも、大きい経過時間で上昇していく。しかしながら、大きい経過時間を常に監視するのは大変になる。このため、図５に示すフローチャートでは、１起動あたりのＲＭＳ電流を基本として、極力、判定を簡略化して、負荷抑制運転処理を行おうとしている。

まず、ステップＳ５０１において、温度上昇演算部２４は、電流検出部２１による検出結果に基づいて、エレベータが起動してから停止するまでの１起動あたりのＲＭＳ電流を算出する。ここで、１起動あたりのＲＭＳ電流は、下式（２）で算出される。

次に、ステップＳ５０２において、温度上昇演算部２４は、先のステップＳ５０１で算出した１起動あたりのＲＭＳ電流が、先の図３に示したような、機器限界最小電流より小さいか否かを判定する。なお、この判定時において、実際にはマージンを取るため、温度上昇演算部２４は、機器限界最小電流から一定値を引いた値を用いて、判定する。

１起動あたりのＲＭＳ電流が機器限界最小電流よりも小さい場合には、温度上昇演算部２４は、現状のＲＭＳ電流は、機器の品質には影響ないので、負荷抑制運転を実施する必要がないと判断する。すなわち、温度上昇演算部２４は、今まで負荷抑制運転を実施しておらず、今回の起動時のＲＭＳ電流が機器限界最小電流よりも小さければ、現状の運転を継続して明らかに問題ないと判断し、一連処理を終了する。

一方、ステップＳ５０２において、１起動あたりのＲＭＳ電流が機器限界最小電流以上の場合には、ステップＳ５０３に進む。そして、ステップＳ５０３において、温度上昇演算部２４は、図４に基づいて、先のステップＳ５０１で算出した１起動あたりのＲＭＳ電流を継続して流した際に、機器温度限界値を超えるまでにかかる時間を限界時間として導出する。

次に、ステップＳ５０４において、温度上昇演算部２４は、先のステップＳ５０３で算出した限界時間分だけ前（過去）の時刻から、現時点までに、ステップＳ５０１で算出された１起動時のＲＭＳ電流を、上式（２）に代入することで、現時点で限界時間が経過したと仮定した際の、時間経過に伴うＲＭＳ電流値を算出する。そして、算出したＲＭＳ電流値が、機器限界最小電流よりも大きいか否かを判断する。

そして、ステップＳ５０４で算出したＲＭＳ電流値が、機器限界最小電流値以上である場合には、温度上昇演算部２４は、運転モードを負荷抑制運転に切り替えるべきであると判断し、ステップＳ５０５に進む。さらに、ステップＳ５０５において、運転モード切替部２５は、運転モードを負荷抑制運転に切り替える。

負荷抑制運転を実施する際には、ＲＭＳ電流を小さくするため、エレベータが停止している時間を長くする必要がある。そこで、エレベータ制御装置１００は、具体的には、戸開待機している時間を延ばす、あるいは戸開閉速度を遅くするなどの対策を行うことで、負荷抑制運転を実施する。そして、エレベータ制御装置１００は、ステップＳ５０５における負荷抑制運転を一定時間実施した後、通常運転に復帰し、一連処理を終了する。

一方、ステップＳ５０４で算出したＲＭＳ電流値が、機器限界最小電流値未満である場合には、ステップＳ５０６に進む。そして、ステップＳ５０６において、温度上昇演算部２４は、先のステップＳ５０１で算出した１起動時のＲＭＳ電流値から、あらかじめ決められた減算電流量を減算してＲＭＳ電流値を更新し、減算後のＲＭＳ電流値が、機器限界最小電流より小さいか否かを判定する。

そして、ステップＳ５０６における減算後のＲＭＳ電流値が、機器限界最小電流より小さい場合には、温度上昇演算部２４は、先のステップＳ５０２での判断と同様に、現状の運転を継続して問題ないと判断し、一連処理を終了する。

一方、ステップＳ５０６における減算後のＲＭＳ電流値が、機器限界最小電流以上の場合には、ステップＳ５０３に戻る。そして、温度上昇演算部２４は、ステップＳ５０６により更新されたＲＭＳ電流値を用いて、ステップＳ５０６の条件が成立するまで、ステップＳ５０３以降の処理を繰り返すこととなる。

今まで負荷抑制運転を実施していない状態で、ステップＳ５０２において、今回の起動時のＲＭＳ電流が機器限界最小電流を超えていた場合には、今までの時間経過を考慮したＲＭＳ電流値が、機器限界最小電流を超えてしまう可能性がある。

そのため、図５のフローチャートにおいけるステップＳ５０３〜ステップＳ５０６の処理を行うことにより、制御部２０は、機器限界最小電流から、機器限界最小電流を超えたＲＭＳ電流値（すなわち、ステップＳ５０１で算出された初期値に相当）までの範囲内で、経過時間を考慮したＲＭＳ電流値が機器限界最小電流を超えることがないかを判断し、負荷抑制運転に移行すべきか否かを判断している。

なお、図５に示したステップＳ５０３〜ステップＳ５０６における処理は、一例であり、次のような処理１、２を行うことができればよい。
［処理１］かごが起動してから停止するまでの１起動ごとに消費される電流値を、電流検出器を介して測定する。
［処理２］１起動ごとの測定結果の履歴から、現時点での電流実効値を上式（２）を用いて機器ごとに求め、「機器限界最小電流」を超えている機器がある場合には、その機器が限界温度に到達したと推定する。

以上のように、実施の形態１によれば、事前作業として、エレベータ駆動用電気機器ごとに温度特性データを取得し、温度特性データに基づいて、機器限界最小電流を設定しておく。そして、エレベータの稼働中においては、電流検出器の検出結果に基づいて現時点での電流実効値を算出し、算出した電流実効値がそれぞれの電気機器ごとに設定した機器限界最小電流を超えていないかを判断することで、限界温度に達した電気機器があるか否かを推定している。この結果、温度検出器を設置することなく、エレベータ駆動用電気機器の温度状態を判断できるエレベータ制御装置およびエレベータ駆動用電気機器の温度状態推定方法を得ることができる。

１交流電源、２モータ、３かご、４おもり、５ロープ、６速度検出器、１０駆動部、１１（１）、１１（２）リアクトル、１２（１）、１２（２）、１２（３）ノイズフィルタ、１３コンバータ、１４平滑コンデンサ、１５インバータ、１６（１）、１６（２）電流検出器、２０制御部、２１電流検出部、２２速度検出部、２３負荷検出部、２４温度上昇演算部、２５運転モード切替部。

Claims

エレベータのかごを昇降させる回転機を駆動するための複数の電気機器で構成された駆動部と、
前記駆動部を制御して前記回転機を駆動させることで、前記かごの昇降制御を行う制御部と
を備えたエレベータ制御装置であって、
前記制御部は、
前記駆動部に含まれる前記複数の電気機器のそれぞれについて、一定値として流す電流値と、前記一定値を流したときの時間経過に伴う温度変化の関係を温度特性データとして、試験データまたは計算データによりあらかじめ取得し、
前記複数の電気機器ごとの前記温度特性データから、電気機器の品質を損なわない温度限界値、前記温度限界値に到達するまでの時間として許容される最大限界時間、および前記最大限界時間において前記温度限界値となる一定値の電流に相当する機器限界最小電流を、前記複数の電気機器ごとにあらかじめ設定し、
前記かごが起動してから停止するまでの１起動ごとに、前記回転機を駆動させる際に消費される電流値を、電流検出器を介して測定し、前記１起動ごとの測定結果の履歴から、現時点での電流実効値を算出し、
前記現時点での電流実効値が、前記複数の電気機器ごとに設定された前記機器限界最小電流を超えた電気機器が存在する場合には、温度限界を超えた電気機器が存在すると判断する
エレベータ制御装置。
前記制御部は、
前記温度限界を超えた電気機器が存在すると判断した場合には、前記かごが停止している時間を通常運転モード時よりも長くする負荷抑制運転モードに切り替え、
前記負荷抑制運転モードを一定時間実施した後、前記通常運転モードに切り替える
請求項１に記載のエレベータ制御装置。
エレベータのかごを昇降させる回転機を駆動するための複数の電気機器で構成された駆動部と、
前記駆動部を制御して前記回転機を駆動させることで、前記かごの昇降制御を行う制御部と
を備えたエレベータ制御装置で実行されるエレベータ駆動用電気機器の温度状態推定方法であって、
前記制御部において、
前記駆動部に含まれる前記複数の電気機器のそれぞれについて、一定値として流す電流値と、前記一定値を流したときの時間経過に伴う温度変化の関係を温度特性データとして、試験データまたは計算データによりあらかじめ取得し、記憶部に記憶させておく記憶ステップと、
前記複数の電気機器ごとの前記記憶部に記憶された前記温度特性データから、電気機器の品質を損なわない温度限界値、前記温度限界値に到達するまでの時間として許容される最大限界時間、および前記最大限界時間において前記温度限界値となる一定値の電流に相当する機器限界最小電流を、前記複数の電気機器ごとに設定する設定ステップと、
前記かごが起動してから停止するまでの１起動ごとに、前記回転機を駆動させる際に消費される電流値を、電流検出器を介して測定し、前記１起動ごとの測定結果の履歴から、現時点での電流実効値を算出する算出ステップと、
前記現時点での電流実効値が、前記複数の電気機器ごとに設定された前記機器限界最小電流を超えた電気機器が存在する場合には、温度限界を超えた電気機器が存在すると判断する判断ステップと
を有するエレベータ駆動用電気機器の温度状態推定方法。