JP2016190714A - エレベータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力充電／アシスト機能を有するバッテリ装置の中の電力変換器に搭載された半導体スイッチング素子の異常状態を検出して即時に保護動作を働かせる。
【解決手段】一実施形態に係るエレベータの制御装置３０は、電圧検出部４１、電圧予測部４２、異常判定部４３と、保護動作部４４を備える。電圧予測部４２は、乗りかご４の運転パターンに基づいてバッテリ装置２０の電力アシスト量または電力充電量を予測し、その予測した電力からＩＧＢＴ２２ａに流れる電流パターンを予測し、その予測した電流パターンからＩＧＢＴ２２ａのＶｃｅ電圧値を予測する。電圧検出部４１は、乗りかご４の運転時にＩＧＢＴ２２ａのＶｃｅ電圧値を検出する。異常判定部４３は、Ｖｃｅの予測値と検出値とを比較してＩＧＢＴ２２ａの異常状態を判定する。保護動作部４４は、異常判定部４３の判定結果に基づいてＩＧＢＴ２２ａの保護動作を実施する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力の充電／アシストが可能なバッテリ装置を備えたハイブリッド駆動型のエレベータの制御装置に関する。

一般に、エレベータでは、巻上機の回転軸に巻き掛けられたロープの両端に乗りかごとカウンタウェイトが吊り下げられ、巻上機の回転によりロープを介して乗りかごがカウンタウェイトと反対方向につるべ式に昇降動作する。

ここで、例えば乗りかごが昇降路の下方向に動く場合に、そのときの乗りかごの荷重がカウンタウェイトより重ければ、巻上機が発電機として機能して電力が生じる。同様に、乗りかごが上方向に動く場合に、そのときの乗りかごの荷重がカウンタウェイトより軽い場合でも電力が生じる。このような電力を「回生電力」と呼び、そのときの運転を「回生運転」と呼んでいる。逆に、電力を必要とする運転を「力行運転」と呼ぶ。

近年、このような回生運転時に生じた電力をバッテリに充電しておき、力行運転時または停電時にバッテリの電力を駆動系へアシスト可能なバッテリ装置（電源装置）を備えたハイブリッド型のエレベータが考えられている。

上記バッテリ装置には、ＤＣ／ＤＣ変換器等の電力変換器が組み込まれており、その電力変換器にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を代表とした半導体スイッチング素子が用いられる。近年、この種の半導体スイッチング素子は小型化により短絡耐量が低くなっており、素子に短絡電流が流れ始めてから破壊に至るまでの時間が非常に短い。したがって、何らかの原因で短絡等の異常が発生した場合には直ぐに保護動作を働かせる必要がある。

特開平７−７９６２号公報 特開２００６−８２９３３号公報

エレベータ（乗りかご）の運転中に何らかの原因で半導体スイッチング素子に短絡等の異常が発生すると、上述したバッテリ装置の電力充電／アシスト機能が働かず、運転動作に支障がでる。

本発明が解決しようとする課題は、電力充電／アシスト機能を有するバッテリ装置の中の電力変換器に搭載された半導体スイッチング素子の異常状態を検出して即時に保護動作を働かせることのできるエレベータの制御装置を提供することである。

一実施形態に係るエレベータの制御装置は、乗りかごの回生運転時に発生する電力をバッテリに充電し、力行運転時または停電時に上記バッテリの電力を駆動系にアシストするバッテリ装置の駆動を制御する。このエレベータの制御装置は、電圧予測手段と、電圧検出手段と、異常判定手段と、保護動作手段とを備える。

上記電圧予測手段は、上記乗りかごの運転パターンに基づいて上記バッテリ装置の電力アシスト量または電力充電量を予測し、その予測した電力から上記バッテリ装置の中の電力変換器に搭載された半導体スイッチング素子に流れる電流パターンを予測し、その予測した電流パターンから上記半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧値を予測する。上記電圧検出手段は、上記乗りかごの運転時に上記半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧値を検出する。上記異常判定手段は、上記電圧予測手段によって予測された電圧値と上記電圧検出手段によって検出された電圧値とを比較して上記半導体スイッチング素子の異常状態を判定する。上記保護動作手段は、この異常判定手段の判定結果に基づいて上記半導体スイッチング素子の保護動作を実施する。

図１は第１の実施形態に係るハイブリッド駆動型のエレベータの制御装置の構成を示す図である。 図２はＩＧＢＴが短絡した状態を示す図である。 図３はＩＧＢＴのコレクタ電流Ｉｃの増加に対するコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅとゲート−エミッタ間電圧Ｖｇｅの特性を示す図である。 図４はＩＧＢＴのコレクタ電流Ｉｃによるコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅの変化箇所を示す図である。 図５は第２の実施形態に係るハイブリッド駆動型のエレベータの制御装置の構成を示す図である。 図６はＩＧＢＴの概略構成を示す図である。 図７はＩＧＢＴの経年的な使用によりセラミック基板と銅ベースとの間の接合半田が脆化した状態を示す図である。 図８はＩＧＢＴの温度上昇に対するコレクタ電流Ｉｃとコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅの特性を示す図である。 図９はＩＧＢＴのゲート−エミッタ間電圧Ｖｇｅの増加に対するコレクタ電流Ｉｃとコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅの特性を示す図である。 図１０は第３の実施形態に係るハイブリッド駆動型のエレベータの制御装置の構成を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係るハイブリッド駆動型のエレベータの構成を示す図である。

このエレベータは、駆動装置１０、バッテリ装置２０、エレベータ制御装置３０を備える。駆動装置１０は、コンバータ１１、平滑コンデンサ１２、インバータ装置１３を有し、エレベータ制御装置３０の駆動指示に従って巻上機２の駆動に必要な電力を供給する。

なお、コンバータ１１は、商用電源１から供給される交流電圧を直流電圧に変換するものである。商用電源１は、三相の交流電源からなる。平滑コンデンサ１２は、コンバータ１１によって変換された直流電圧のリプルを平滑する。インバータ装置１３は、コンバータ１１から平滑コンデンサ１２を介して与えられた直流電圧をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により任意の周波数、電圧値の交流電圧に変換し、これを駆動電力として巻上機２に供給する。

巻上機２は、同期電動機からなり、駆動装置１０からの電力供給によって回転する。巻上機２には図示せぬシーブを介してロープ３が巻回されており、そのロープ３の一端には乗りかご４、他端にはカウンタウェイト５が連結されている。これにより、巻上機２の回転に伴い、ロープ３を介して乗りかご４とカウンタウェイト５がつるべ式に昇降動作する。

エレベータの駆動系に備えられたインバータ装置１３には、少なくとも１組のＩＧＢＴ（半導体スイッチング素子）１３ａと、このＩＧＢＴ１３ａに逆並列に接続されるダイオード（整流素子）１３ｂが回路素子として組み込まれている。

バッテリ装置２０は、「電源装置」とも呼ばれ、電力の充電／アシスト機能を有する。バッテリ装置２０は、ＡＣ／ＤＣ変換器２１、ＤＣ／ＤＣ変換器２２、ＤＣ／ＤＣ変換器２３、バッテリ２４からなり、商用電源１からの電力と回生運転時に生じた電力を駆動装置１０から得てバッテリ２４に蓄え、力行運転時にバッテリ２４の電力を駆動装置１０に供給する。また、このバッテリ装置２０は、エレベータ制御装置３０に対して所要の電力を供給可能な構成にある。

ＡＣ／ＤＣ変換器２１は、ＡＣ側はエレベータ制御装置３０に設けられた制御電源トランス３１の一次側に、ＤＣ側はバッテリ装置２０の直流母線に接続されている。このＡＣ／ＤＣ変換器２１は、ＡＣ（交流電流）からＤＣ（直流電流）への変換機能と、ＤＣ（直流電流）からＡＣ（交流電流）への変換機能を持つ。

本実施形態では、通常運転時にバッテリ装置２０からエレベータ制御装置３０に対して所要の電力を供給する。その際、バッテリ装置２０の電力（直流電流）をＡＣ／ＤＣ変換器２１で電圧の異なる交流電流に変換してエレベータ制御装置３０の制御電源トランス３１の一次側に与えている。

ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、バッテリ２４の前段に設けられており、ＤＣ（直流電流）から電圧の異なるＤＣ（直流電流）への変換機能を持つ。本実施形態では、回生運転時に生じた電力を駆動装置１０から得てバッテリ２４に蓄える。その際、ＤＣ／ＤＣ変換器２２でバッテリ２４の規格電圧に変換してバッテリ２４に蓄積する。また、力行運転時にバッテリ２４の電力を駆動装置１０に供給する際に、所定の電圧に変換して駆動装置１０に与える。

ＤＣ／ＤＣ変換器２３は、非常用電源装置３２とバッテリ装置２０の直流母線との間に設けられ、ＤＣ（直流電流）から電圧の異なるＤＣ（直流電流）への変換機能を持つ。このＤＣ／ＤＣ変換器２３は、駆動装置１０で得られた回生電力またはバッテリ２４の電力をエレベータ制御装置３０の非常用電源として利用する場合に用いられる。

エレベータ制御装置３０は、「制御盤」とも言われ、エレベータ全体の制御を行う部分である。エレベータ制御装置３０には、制御電源トランス３１、非常用電源装置３２、制御電源装置３３、照明電源装置３４、制御マイコン３５が設けられている。

制御電源トランス３１は、一次側に２種類の異なる電圧を入力可能な構成を有する。この制御電源トランス３１の一次側の一方に商用電源１が接続され、一次側の他方にバッテリ装置２０のＡＣ／ＤＣ変換器２１が接続されており、これらの電力が変圧されて二次側に接続された制御電源装置３３、照明電源装置３４に与えられる。

なお、例えばバッテリ装置２０から供給される電力の電圧値Ｖ２は、商用電源１から供給される電力の電圧値Ｖ１よりも低く設定されていてもよい（Ｖ２＜Ｖ１）。これは、駆動装置１０とバッテリ装置２０との間の電圧降下を考慮してのことである。

非常用電源装置３２は、非常灯やインターホンなどの非常時に用いられる機器に対して所要の電力を供給する装置であり、電力供給回路などを含んでいる。制御電源装置３３は、制御マイコン３５に対して所要の電力を供給する装置であり、電力供給回路などを含んでいる。照明電源装置３４は、乗りかご４内の照明・空調機器に対して所要の電力を供給する装置であり、電力供給回路などを含んでいる。

これらのうち、制御電源装置３３と照明電源装置３４は制御電源トランス３１にて変圧された電力を受けて動作し、非常用電源装置３２についてはバッテリ装置２０からＤＣ／ＤＣ変換器２３を介して直接電力を受けて動作する。

バッテリ２４は、大容量かつ高性能な充放電機能を有する。このバッテリ２４としては、例えばリチウムイオン電池が用いられる。

制御マイコン３５は、エレベータ運転制御用のコンピュータである。この制御マイコン３５は、駆動装置１０の駆動制御やバッテリ装置２０の充放電制御など、エレベータの運転に関する全体制御を行う。

また、図中のＳＷ１〜４は電力供給／遮断切り替え用のスイッチである。

ＳＷ１は、商用電源１とエレベータ制御装置３０の電力入力側である制御電源トランス３１との間に接続された３相の電力供給ラインに設けられている。このＳＷ１がＯＮしているとき、商用電源１からエレベータ制御装置３０に対して電力が供給される。

ＳＷ２は、商用電源１と駆動装置１０の電力入力側であるコンバータ１１との間に接続された３相の電力供給ラインに設けられている。このＳＷ２がＯＮしているとき、商用電源１から駆動装置１０に対して電力が供給される。

ＳＷ３は、駆動装置１０の直流母線間とバッテリ装置２０の直流母線間に接続された２本の電力供給ラインに設けられている。このＳＷ３がＯＮしているとき、駆動装置１０からバッテリ装置２０に対して電力が供給され、また、バッテリ装置２０から駆動装置１０に対して電力が供給される。

ＳＷ４は、バッテリ装置２０の電力出力側であるＡＣ／ＤＣ変換器２１とエレベータ制御装置３０の電力入力側である制御電源トランス３１に接続された３相の電力供給ラインに設けられている。このＳＷ４がＯＮしているとき、バッテリ装置２０からエレベータ制御装置３０に対して電力が供給され、また、エレベータ制御装置３０を通じてバッテリ装置２０に対して電力が供給される。

このような構成において、駆動装置１０とエレベータ制御装置３０に対してバッテリ装置２０が互いの電力をやり取り可能に接続されている。したがって、通常運転時に駆動装置１０で得られた回生電力や商用電源電力をバッテリ装置２０に蓄え、その蓄えた電力を力行運転時に駆動装置１０に供給するだけでなく、エレベータ制御装置３０にも与えてエレベータの運転に利用することができる。さらに、パーキング時に駆動装置１０に対する電力供給が遮断されている状態でも、商用電源１の電力をエレベータ制御装置３０を介してバッテリ装置２０に与えてバッテリ２４を充電することができる。

すなわち、通常運転時には、ＳＷ１がＯＦＦ、ＳＷ２〜４がＯＮしている。これにより、駆動装置１０は商用電源１から供給される電力の他にバッテリ装置２０からも電力を受けて動作することができ、また、回生運転時に得られた電力をバッテリ装置２０に与えて充電することができる。

一方、エレベータ制御装置３０もバッテリ装置２０から供給される電力を受けて動作する。この場合、バッテリ装置２０からエレベータ制御装置３０に対して供給される電力には、駆動装置１０で得られた回生電力が含まれる。

このように、通常運転時にバッテリ装置２０を有効活用してエレベータの運転を行うことができる。また、停電あるいは商用電源１の欠相異常が発生した場合でも、バッテリ２４に蓄えられた電力を利用してエレベータの運転を継続することができる。その際、バッテリ装置２０がエレベータ制御装置３０に接続されているので、商用電源１からバッテリ装置２０への切替え回路は不要であり、バッテリ電力を利用して乗りかご４を最寄階に一旦停止させた後、所定の時間だけ低速あるいは定格速度で運転を続けることができる。

また、例えば夜間などにおいて、通常運転が終了するとエレベータの運転を停止する。これを「パーキング」と呼んでいる。

パーキング時には、ＳＷ１がＯＮ、ＳＷ２〜３がＯＦＦ、ＳＷ４がＯＮしている。これにより、商用電源１からエレベータ制御装置３０の制御電源トランス３１を経由してバッテリ２４を充電することができる。したがって、パーキングの間にバッテリ２４に十分な電力を蓄えてから通常運転を開始することができる。なお、例えば駆動装置１０が故障した場合にバッテリ装置２０から非常用電源装置３２に対して電力を与えることも可能である。

ここで、エレベータ制御装置３０には、上述したようなバッテリ装置２０を用いた電力供給制御の他に、バッテリ装置２０の電力変換器（２１，２２，２３）に用いられている半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ）の異常状態を検出するための機能が備えられている。

以下では、バッテリ装置２０のＤＣ／ＤＣ変換器２２を例にして、このＤＣ／ＤＣ変換器２２に搭載されたＩＧＢＴ２２ａの異常検出を行う構成について説明する。

エレベータ制御装置３０には、半導体スイッチング素子の異常検出機能として、電圧検出部４１、電圧予測部４２、異常判定部４３、保護動作部４４が備えられている。なお、図１の例では、異常検出機能を実現する電圧検出部４１、電圧予測部４２、異常判定部４３、保護動作部４４が制御マイコン３５とは別に設けられているが、制御マイコン３５内に設けておくことでも良い。

電圧検出部４１は、乗りかご４の運転時に監視対象とするＩＧＢＴ２２ａのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅを検出する。

電圧予測部４２は、乗りかご４の運転パターンに基づいてバッテリ装置２０の電力アシスト量または電力充電量を予測し、その予測した電力からＩＧＢＴ２２ａに流れる電流パターンを予測し、その予測した電流パターンからＩＧＢＴ２２ａのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅを予測する。上記運転パターンには、乗りかご４の運転方向、積載荷重および行先階が含まれる。つまり、運転前に乗りかご４の運転パターンとして得られる運転方向、積載荷重および行先階に基づいてインバータ装置１３から得られる回生電力（充電電力）またはインバータ装置１３に供給するアシスト電力（放電電力）を求め、その予測した電力からＩＧＢＴ２２ａに流れる電流と電圧を予測する。

異常判定部４３は、電圧予測部４２によって予測されたコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅと電圧検出部４１によって検出されたコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅとを比較してＩＧＢＴ２２ａの異常状態を判定する。この場合、両者の電圧値の差分が予め設定された値以上であれば、ＩＧＢＴ２２ａが短絡状態にあると判定される。

保護動作部４４は、異常判定部４３の判定結果に基づいてＩＧＢＴ２２ａの保護動作を実施する。具体的には、異常判定部４３によってＩＧＢＴ２２ａが短絡している状態が判定された場合には、保護動作部４４は、直ちに乗りかご４を最寄階に停止させて、バッテリ装置２０の駆動を停止する。

次に、ＩＧＢＴ２２ａの短絡状態を検出する方法について説明する。

図２に示すように、ＩＧＢＴ２２ａが短絡すると、大きなコレクタ電流Ｉｃ（高ｄｉ／ｄｔ）が短絡電流として流れる。このとき、素子の浮遊容量を通じてゲート−エミッタ間電圧Ｖｇｅが上昇する現象が発生する。また、図３および図４に示すように、コレクタ電流Ｉｃの上昇に伴い、通電時のコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅの値も変化する。

ここで、乗りかご４の運転方向、積載荷重および行先階から回生電力（充電電力）またはアシスト電力（放電電力）が予測可能であり、その予測した電力からＩＧＢＴ２２ａに対する通電電流のパターンを予測し、その通電電流からＶｃｅの電圧変化を予測することができる。何かの不具合でＩＧＢＴ２２ａに短絡が発生すると、上述したようにＩＧＢＴ２２ａに大きなコレクタ電流Ｉｃが流れるので、Ｖｃｅの電圧値も変化する。したがって、その変化分を検出すれば、ＩＧＢＴ２２ａが短絡していることを検出できる。

そこで、図１に示した電圧予測部４２では、乗りかご４の運転前にそのときの運転パターン（運転方向、積載荷重および行先階）から回生電力（充電電力）またはアシスト電力（放電電力）を予測し、その予測した電力からＩＧＢＴ２２ａに流れる電流パターンを予測し、その電流パターンからＩＧＢＴ２２ａのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅを予測して異常判定部４３に与える。なお、予測方法としては、例えば乗りかご４の運転パターン毎にＩＧＢＴ２２ａに流れる電流と電圧との関係式を予め用意しておき、その関係式に従って予測する方法などがある。

一方、乗りかご４が運転されると、電圧検出部４１によってＩＧＢＴ２２ａのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが検出され、異常判定部４３に与えられる。異常判定部４３では、電圧予測部４２から与えられたＶｃｅの予測値と、電圧検出部４１から与えられたＶｃｅの検出値とを比較する。

この場合、ＩＧＢＴ２２ａが正常な状態であれば、予測値と検出値とは同じ値あるいは近似した値になる。ＩＧＢＴ２２ａが異常な状態であれば、予測値と検出値とは異なる値になる。そこで、異常判定部４３は、予測値と検出値との差分を求め、その差分が予め設定された値以上であれば、ＩＧＢＴ２２ａが異常な状態つまり短絡状態であると判定する。

異常判定部４３によってＩＧＢＴ２２ａが短絡状態であると判定されると、保護動作部４４は、直ちに乗りかご４を最寄階に停止させて、バッテリ装置２０の駆動を停止する。これにより、ＩＧＢＴ２２ａが破損する前にバッテリ装置２０の駆動を停止でき、また、乗りかご４の運転を止めて乗客の安全を確保できる。

このように、乗りかご４の運転パターンからＶｃｅの電圧値を予測し、その予測された電圧値と運転時に検出した電圧値とを比較することで、ＩＧＢＴ２２ａの異常状態を検出でき、短絡している場合には即時に保護動作へ移行することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。

第２の実施形態では、上記第１の実施形態の構成に加え、監視対象であるＩＧＢＴ２２ａの劣化状態に応じてＶｃｅの予測値を補正する機能を設けたものである。

図５は第２の実施形態に係るエレベータの制御装置の構成を示す図である。なお、上記第１の実施形態における図１の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。

図５の構成において、図１と異なる点は、エレベータ制御装置２１に補正部４５が設けられることである。この補正部２７は、監視対象であるＩＧＢＴ２２ａの劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて電圧予測部４２が予測するＶｃｅの電圧値を補正する。

図６はＩＧＢＴ１４ａの概略構成図である。

シリコンからなるＩＧＢＴチップ５１は、ボンディングワイヤ５２を介してセラミック基板５３上に形成された主電極に接続される。セラミック基板５３は放熱用の銅ベース５５に半田５４で接合されている。銅ベース５５の下には放熱器５６が設けられており、矢印で示すように、ＩＧＢＴチップ５１に発生した熱を放熱板である銅ベース５５を介して放熱器５６に逃がしている。

ここで、エレベータの運転に伴い、ＩＧＢＴ２２ａが発熱／休止を繰り返して、銅ベース５５に温度変動が生じると、セラミック基板５３と銅ベース５５の熱膨張係数の違いによって、接合部の半田５４に応力がかかり、脆化（クラック）が生じる問題がある。

このときの状態が図７である。ＩＧＢＴ２２ａの経年的な使用に伴い、セラミック基板５３と銅ベース５５とを接合している半田５４の脆化が激しくなると、放熱性能が著しく低下し、ジャンクション温度が上昇してＩＧＢＴチップ１が熱で破損する。特にエレベータのような急加速・停止を繰り返す使い方をしている場合、ＩＧＢＴ２２ａに加わる熱ストレスは大きくなり、上記現象が顕著に現れる。

ＩＧＢＴ２２ａに通電している電流が一定であれば、図８に示すように、ＩＧＢＴチップ５１の温度Ｔｊによってコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが変動する。つまり、温度Ｔｊが高くなるほど、Ｖｃｅの電圧値が上がる。

そこで、保守点検時あるいは図示せぬ監視センタからの遠隔操作により、所定の条件でバッテリ装置２０を駆動、ＩＧＢＴ２２ａの電圧変化を初期値と比較することで、劣化の状態を判定する。

「所定の条件」とは、例えば乗りかご４をパーキングした状態で、ＳＷ１をＯＮ、ＳＷ２〜３をＯＦＦ、ＳＷ４をＯＮして、商用電源１をバッテリ装置２０に接続して充電中の状態にすることである。乗りかご４をパーキングした状態で、商用電源１をバッテリ装置２０に接続して充電中の状態にすると、ＩＧＢＴ２２ａに一定のコレクタ電流Ｉｃが流れる。したがって、そのときのコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅを測定すれば、初期値との比較により劣化の進行度が分かる。

図５に示した補正部４５は、上記のように一定の条件でＩＧＢＴ２２ａを通電したときに検出されるＶｃｅの電圧値からＩＧＢＴ２２ａの劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて電圧予測部４２が予測するＶｃｅの電圧値を補正する。この場合、ＩＧＢＴ２２ａの劣化が進んでいるほど、電圧値を上げるようにＶｃｅの電圧特性を補正する。異常判定部４３では、補正後の電圧特性から得られるＶｃｅの予測値と運転時のＶｃｅの検出値とを比較してＩＧＢＴ１４ａの異常判定を行う。

（変形例）
上記第２の実施形態では、一定の条件でＩＧＢＴ２２ａを通電したときに検出されるＶｃｅの電圧値からＩＧＢＴ２２ａの劣化状態を判定したが、Ｖｇｅの電圧値を計測することでも劣化状態を判定することが可能である。

図８に示した特性図は、Ｖｇｅ＝１５Ｖのデータである。同じＩＧＢＴ素子の温度でも、図９に示すようにＶｇｅの値によって、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅの値が変化する。この例では、Ｖｇｅ＝２０Ｖ，１５Ｖ，１２Ｖ，１０Ｖ，８Ｖに変えた場合のＶｃｅの特性が示されている。

ＩＧＢＴ素子のゲート回路には、アルミ電解コンデンサ等の特性劣化する用品が実装されているので、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｇｅが経年的に変化する場合がある。したがって、ＩＧＢＴ２２ａを通電したときのＶｇｅを測定して初期値と比較すれば、その変動分からＩＧＢＴ２２ａの劣化状態を判定できる。

図５に示した補正部４５は、上記のように一定の条件でＩＧＢＴ２２ａを通電したときに検出されるＶｇｅの電圧値からＩＧＢＴ２２ａの劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて電圧予測部４２が予測するＶｃｅの電圧値を補正する。この場合、ＩＧＢＴ２２ａの劣化が進んでいるほど、電圧値を上げるようにＶｃｅの電圧特性を補正する。異常判定部４３では、補正後の電圧特性から得られるＶｃｅの予測値と運転時のＶｃｅの検出値とを比較してＩＧＢＴ１４ａの異常判定を行う。

このように、監視対象とするＩＧＢＴ２２ａの劣化状態に応じて電圧予測部４２によって予測される電圧値を補正することで、ＩＧＢＴ２２ａの異常状態をより正確に判定でき、短絡している場合には即時に保護動作へ移行することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。

第３の実施形態では、上記第１の実施形態の構成に加え、監視対象とするＩＧＢＴ２２ａの温度条件を考慮してＶｃｅの予測値を補正する機能を設けたものである。

図１０は第３の実施形態に係るエレベータの制御装置の構成を示す図である。なお、上記第１の実施形態における図１の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明を省略するものとする。

図１０の構成において、図１と異なる点は、エレベータ制御装置２１に温度検出部４６と補正部４７が設けられることである。この温度検出部４６は、監視対象とするＩＧＢＴ２２ａの周囲の温度を検出する。ＩＧＢＴ２２ａの周囲とは、ＩＧＢＴ２２ａが搭載されたバッテリ装置２０の周囲を含む。補正部４７は、温度検出部４６によって検出された温度からＩＧＢＴ２２ａのジャンクション温度の上昇状態を予測し、そのジャンクション温度の上昇状態に応じて電圧予測部４２が予測するＶｃｅの電圧値を補正する。

すなわち、ＩＧＢＴ２２ａが搭載されたバッテリ装置２０の周囲の温度は常に一定とは限らず、エレベータの稼働率や季節によっても異なる。特に、夏と冬とでは温度差が顕著に現れる。バッテリ装置２０に用いられているＩＧＢＴ２２ａのジャンクション温度もその周囲温度の影響を受けるため、Ｖｃｅの電圧特性を変動するものと考えられる。

そこで、バッテリ装置２０の近傍に図示せぬ温度センサを設置しておき、この温度センサによって測定された温度を温度検出部４６にて検出する。補正部４７では、温度検出部４６によって検出された温度を考慮して電圧予測部４２が予測するＶｃｅの電圧値を補正する。

例えば、ＩＧＢＴ２２ａの周囲温度が初期時に測定した温度よりも５度高い状況であったとする。このような場合には、その温度差の５度だけ電圧値を上げるようにＶｃｅの電圧特性を補正する。これにより、異常判定部４３では、補正後の電圧特性から得られるＶｃｅの予測値と運転時のＶｃｅの検出値とを比較してＩＧＢＴ１４ａの異常判定を行う。

（変形例）
上記第３の実施形態では、ＩＧＢＴ２２ａの周囲温度を考慮してＶｃｅの電圧特性を補正したが、ＩＧＢＴ２２ａの内部温度を考慮してＶｃｅの電圧特性を補正することでも良い。

すなわち、夏と冬では冷却の時定数が異なり、通電時のＩＧＢＴチップの温度変化に差が発生する。例えば、前からの通電により熱がこもっている場合には、内部温度が高めになる。

そこで、ＩＧＢＴ２２ａの内部温度を図示せぬ温度センサで測定する構成とし、その温度を温度検出部４６にて検出する。補正部４７では、温度検出部４６によって検出された温度を考慮して電圧予測部４２が予測するＶｃｅの電圧値を補正する。

例えば、ＩＧＢＴ２２ａの内部温度が初期時に測定した温度よりも５度高い状況であったとする。このような場合には、その温度差の５度だけ電圧値を上げるようにＶｃｅの電圧特性を補正する。これにより、異常判定部４３では、補正後の電圧特性から得られるＶｃｅの予測値と運転時のＶｃｅの検出値とを比較してＩＧＢＴ１４ａの異常判定を行う。

このように、監視対象とするＩＧＢＴ２２ａの温度条件を考慮してＶｃｅの予測値を補正することで、ＩＧＢＴ２２ａの異常状態をより正確に判定でき、短絡している場合には即時に保護動作へ移行することができる。

なお、上記各実施形態では、バッテリ装置２０の中のＤＣ／ＤＣ変換器２２に搭載されたＩＧＢＴ２２ａの異常状態を検出する場合について説明したが、バッテリ装置２０に組み込まれた他の電力変換器（ＡＣ／ＤＣ変換器２１，ＤＣ／ＤＣ変換器２３）についても同様である。

以上述べた少なくとも１つの実施形態によれば、電力充電／アシスト機能を有するバッテリ装置の中の電力変換器に搭載された半導体スイッチング素子の異常状態を検出して即時に保護動作を働かせることのできるエレベータの制御装置を提供することができる。

なお、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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

１…商用電源、２…巻上機、３…ロープ、４…乗りかご、５…カウンタウェイト、１０…駆動装置、１１…コンバータ、１２…平滑コンデンサ、１３…インバータ、１３ａ…ＩＧＢＴ、２０…バッテリ装置、２１…ＡＣ／ＤＣ変換器、２２…ＤＣ／ＤＣ変換器、２２ａ…ＩＧＢＴ、２３…ＤＣ／ＤＣ変換器、２４…バッテリ、３０…エレベータ制御装置、３１…制御電源トランス、３２…非常用電源装置、３３…制御電源装置、３４…照明電源装置、３５…制御マイコン、３０…エレベータ制御装置、４１…電圧検出部、４２…電圧予測部、４３…異常判定部、４４…保護動作部、４５…補正部、４６…温度検出部、４７…補正部、５１…ＩＧＢＴチップ、５２…ボンディングワイヤ、５３…セラミック基板、５４…半田、５５…銅ベース、５６…放熱器。

図５の構成において、図１と異なる点は、エレベータ制御装置２１に補正部４５が設けられることである。この補正部４５は、監視対象であるＩＧＢＴ２２ａの劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて電圧予測部４２が予測するＶｃｅの電圧値を補正する。

図６はＩＧＢＴ２２ａの概略構成図である。

このときの状態が図７である。ＩＧＢＴ２２ａの経年的な使用に伴い、セラミック基板５３と銅ベース５５とを接合している半田５４の脆化が激しくなると、放熱性能が著しく低下し、ジャンクション温度が上昇してＩＧＢＴチップ５１が熱で破損する。特にエレベータのような急加速・停止を繰り返す使い方をしている場合、ＩＧＢＴ２２ａに加わる熱ストレスは大きくなり、上記現象が顕著に現れる。

図５に示した補正部４５は、上記のように一定の条件でＩＧＢＴ２２ａを通電したときに検出されるＶｃｅの電圧値からＩＧＢＴ２２ａの劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて電圧予測部４２が予測するＶｃｅの電圧値を補正する。この場合、ＩＧＢＴ２２ａの劣化が進んでいるほど、電圧値を上げるようにＶｃｅの電圧特性を補正する。異常判定部４３では、補正後の電圧特性から得られるＶｃｅの予測値と運転時のＶｃｅの検出値とを比較してＩＧＢＴ２２ａの異常判定を行う。

図５に示した補正部４５は、上記のように一定の条件でＩＧＢＴ２２ａを通電したときに検出されるＶｃｅの電圧値からＩＧＢＴ２２ａの劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて電圧予測部４２が予測するＶｃｅの電圧値を補正する。この場合、ＩＧＢＴ２２ａの劣化が進んでいるほど、電圧値を上げるようにＶｃｅの電圧特性を補正する。異常判定部４３では、補正後の電圧特性から得られるＶｃｅの予測値と運転時のＶｃｅの検出値とを比較してＩＧＢＴ２２ａの異常判定を行う。

例えば、ＩＧＢＴ２２ａの周囲温度が初期時に測定した温度よりも５度高い状況であったとする。このような場合には、その温度差の５度だけ電圧値を上げるようにＶｃｅの電圧特性を補正する。これにより、異常判定部４３では、補正後の電圧特性から得られるＶｃｅの予測値と運転時のＶｃｅの検出値とを比較してＩＧＢＴ２２ａの異常判定を行う。

例えば、ＩＧＢＴ２２ａの内部温度が初期時に測定した温度よりも５度高い状況であったとする。このような場合には、その温度差の５度だけ電圧値を上げるようにＶｃｅの電圧特性を補正する。これにより、異常判定部４３では、補正後の電圧特性から得られるＶｃｅの予測値と運転時のＶｃｅの検出値とを比較してＩＧＢＴ２２ａの異常判定を行う。

Claims (7)

1. 乗りかごの回生運転時に発生する電力をバッテリに充電し、力行運転時または停電時に上記バッテリの電力を駆動系にアシストするバッテリ装置の駆動を制御するエレベータの制御装置において、
   上記乗りかごの運転パターンに基づいて上記バッテリ装置の電力アシスト量または電力充電量を予測し、その予測した電力から上記バッテリ装置の中の電力変換器に搭載された半導体スイッチング素子に流れる電流パターンを予測し、その予測した電流パターンから上記半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧値を予測する電圧予測手段と、
   上記乗りかごの運転時に上記半導体スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間の電圧値を検出する電圧検出手段と、
   上記電圧予測手段によって予測された電圧値と上記電圧検出手段によって検出された電圧値とを比較して上記半導体スイッチング素子の異常状態を判定する異常判定手段と、
   この異常判定手段の判定結果に基づいて上記半導体スイッチング素子の保護動作を実施する保護動作手段と
   を具備したことを特徴とするエレベータの制御装置。
2. 上記異常判定手段は、
   上記電圧予測手段によって予測された電圧値と上記電圧検出手段によって検出された電圧値との差分が予め設定された値以上であった場合に上記半導体スイッチング素子が短絡状態にあると判定することを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
3. 一定の条件で上記半導体スイッチング素子を通電したときのコレクタ−エミッタと予め設定された初期値との比較から上記半導体スイッチング素子の劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて上記電圧予測手段が予測する電圧値を補正する補正手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
4. 一定の条件で上記半導体スイッチング素子を通電したときのゲート−エミッタ間の電圧値と予め設定された初期値との比較から上記半導体スイッチング素子の劣化状態を判定し、その劣化状態に応じて上記電圧予測手段が予測する電圧値を補正する補正手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
5. 上記半導体スイッチング素子の周囲の温度を検出する温度検出手段と、
   この温度検出手段によって検出された温度から上記半導体スイッチング素子のジャンクション温度の上昇状態を予測し、そのジャンクション温度の上昇状態に応じて上記電圧予測手段が予測する電圧値を補正する補正手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
6. 上記半導体スイッチング素子の内部の温度変化を検出する温度検出手段と、
   この温度検出手段によって検出された温度変化に応じて上記電圧予測手段が予測する電圧値を補正する補正手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
7. 上記半導体スイッチング素子は、ＩＧＢＴであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のエレベータの制御装置。

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