JP2020045217A

JP2020045217A - エレベータ制御装置及びインバータ装置の劣化診断方法

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Publication number: JP2020045217A
Application number: JP2018174705A
Authority: JP
Inventors: 藤井　康弘; Yasuhiro Fujii; 康弘藤井
Original assignee: Toshiba Elevator Co Ltd
Current assignee: Toshiba Elevator and Building Systems Corp
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-03-26
Anticipated expiration: 2038-09-19
Also published as: JP6591642B1

Abstract

【課題】インバータ装置上の複数箇所の温度を測定して分析することで、故障モードを分類し故障モードに合わせた警報を発報する。
【解決手段】主電動機を駆動制御するための主変換素子１２１と当該主変換素子１２１を冷却する冷却ファン１２２及び冷却フィン１２３とを含んで構成されるインバータ装置１２と、インバータ装置内の主変換素子放熱部分の温度を複数箇所で測定する温度センサと、各温度センサで測定された温度計測データをデジタルデータに変換して入力し、温度上昇値を記録する温度上昇データ記録部１４と、温度上昇データ記録部からデータを抽出し異常を検出するための処理を行うデータ診断部１５とを備え、主変換素子放熱部分の温度上昇値を複数箇所測定し、過去の温度上昇値と最新の温度上昇値とを比較して、インバータ装置１２の異常状態を主変換素子１２１、冷却ファン１２２、冷却フィン１２３に分類して検出する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、エレベータ制御装置及びインバータ装置の劣化診断方法に関する。

通常、エレベータかごを上下動させる巻上機用の駆動モータはインバータ装置によって駆動制御されている。インバータ装置は主変換素子である半導体スイッチング素子をオン・オフさせることで直流電力を所望の電圧及び所望の周波数の交流電力に変換する。しかし、長時間の稼働により発熱するため、冷却器によって冷却する必要がある。

インバータ装置の冷却器は、例えば、冷却ファンと、冷却フィン（ヒートシンク）とを備え、冷却ファンによって吸気・排気冷却を行って、半導体スイッチング素子を冷却する。しかし、冷却ファンの吸気によって冷却フィンには塵埃が溜まり易く塵埃によってヒートシンクに根詰まりが起きたり、冷却ファンの回転数が落ちたりする。冷却ファンの回転数が落ちると半導体スイッチング素子の冷却が十分に行えず、インバータ装置の寿命低下、温度異常による故障原因となる。その結果、エレベータが運転停止に至ることがある。このため、定期点検時に塵埃を取り除く清掃や整備作業を実施している。しかし、塵埃の溜まりやすい機械室等、インバータ装置の設置環境によっては、清掃や整備作業を頻繁に行わなければならない。勿論、主変換素子である半導体スイッチング素子の経年劣化により、インバータ装置が故障することはある。

従来、インバータ装置の寿命を測定する装置としては、半導体スイッチング素子等の部品ごとの温度を測定して寿命を計算する手法や、エレベータの動作回数から寿命を計算する手法が知られている。

特開２００８−３７６２８号公報特開２００７−２６９４１３号公報特開２０１１−２６０６５号公報

しかし、従来では、温度測定箇所が部品単体であったため、測定した部品以外の要因で温度上昇が発生していた場合でも、測定した部品の異常であると判定してしまう。

複数の温度計測データを利用して、冷却ファンの故障や冷却フィンの根詰まり等を分析し故障診断する技術は知られていない。

本発明は、インバータ装置上の複数箇所の温度を測定して分析することで、故障モードを分類し故障モードに合わせた警報を発報することができるエレベータ制御装置及びインバータ装置の劣化診断方法を提供することを目的とする。

本発明の実施形態は、エレベータの主電動機を駆動制御するための主変換素子と当該主変換素子を冷却する冷却ファン及び冷却フィンとを含んで構成されるインバータ装置と、前記インバータ装置内の主変換素子放熱部分の温度を複数箇所で測定する温度センサと、各温度センサで測定された温度計測データをデジタルデータに変換して入力し、温度上昇値を記録する温度上昇データ記録部と、前記温度上昇データ記録部からデータを抽出し異常を検出するための処理を行うデータ診断部と、を備え、前記データ診断部は、前記主変換素子放熱部分の温度上昇値を複数箇所測定したデータを、過去の温度上昇値と最新の温度上昇値とを比較して、前記インバータ装置の異常状態を主変換素子、冷却ファン、冷却フィンに分類して検出する、ことを特徴とするエレベータ制御装置である。

また、エレベータの主電動機を駆動制御するための主変換素子と当該主変換素子を冷却する冷却ファン及び冷却フィンとを含んで構成されるインバータ装置の劣化診断方法であって、前記インバータ装置内の主変換素子放熱部分の温度を複数箇所で測定し、測定された温度計測データをデジタルデータに変換して入力して一定期間内における温度上昇値を温度上昇データ記録部に保存し、前記主変換素子放熱部分の温度上昇値を複数箇所測定したデータを、過去の温度上昇値と最新の温度上昇値とを比較して、前記インバータ装置の異常状態を主変換素子、冷却ファン、冷却フィンに分類して検出する、ことを特徴とするインバータ装置の劣化診断方法である。

第１実施形態の構成を示すブロック図。インバータ装置の全体構成を示す斜視図。第１実施形態の処理手順を示すフローチャート。第２実施形態の構成を示すブロック図。第２実施形態の処理手順を示すフローチャート。第３実施形態の構成を示すブロック図。第３実施形態の作用の説明図。第３実施形態の処理手順を示すフローチャート。

＜第１実施形態＞
まず第１実施形態について説明する。図１は第１実施形態の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、エレベータ制御装置１Ａは、通信回線を介して遠隔監視センター２と接続されており、その機能上、運行制御部１１と、インバータ装置１２と、Ａ／Ｄ変換部１３と、温度上昇データ記録部１４と、データ診断部１５とを備えている。

運行制御部１１は、エレベータの通常運転を制御する機能と、一定負荷で運転を行う異常診断運転を制御する機能とを有する。

インバータ装置１２は、図２に示すように、主変換素子である半導体スイッチング素子１２１と、冷却ファン１２２と、冷却フィン１２３と、冷却ファン１２２及び冷却フィン１２３を載置する放熱板１２４とを備えている。また、半導体スイッチング素子１２１の温度を測定する第１温度センサ１２５と、冷却ファン１２２の温度を測定する第２温度センサ１２６と、冷却フィン１２３の温度を計測する第３温度センサ１２７とを備えている。半導体スイッチング素子１２１は、冷却フィン１２３の上に載置され、冷却フィン１２３による熱交換と、冷却ファン１２２からの送風とによって冷却されている。

Ａ／Ｄ変換部１３は、インバータ装置１２の放熱部分に設けられた第1温度センサ１２５で計測された第１温度計測データＤ１、第２温度センサ１２６で計測された第２温度計測データＤ２、第３温度センサ１２７で計測された第３温度計測データＤ３をアナログデータからデジタルデータに変換して各温度計測データを生成する。

温度上昇データ記録部１４は、Ａ／Ｄ変換部１３から送信される各温度計測データを記録する。

データ診断部１５は、温度上昇データ記録部１４から各温度計測データを抽出し、過去の温度計測データと最新の温度計測データとを比較して、その温度差が閾値以上であれば、異常信号を生成する。また、生成された異常信号を発信する。

遠隔監視センター２は、データ診断部１５からの異常信号を受信して保守員にインバータ装置１２の劣化診断に関する情報を供給する。

以上のように構成される第１実施形態のデータ診断部１５の動作を図３のフローチャートを参照して説明する。

図３において、データ診断部１５は、Ａ／Ｄ変換部１３を介してデジタル化され温度上昇データ記録部１４に記録されている第１温度計測データＤ１〜第３温度計測データＤ３の最新温度上昇値と一定期間前の温度上昇値を抽出する（ステップＳ１）。

最新の温度上昇値と一定期間前の温度上昇値との差が閾値Ａ以上ある測定ポイントが存在するか確認する（ステップＳ２）。温度差が閾値Ａ以上ある測定ポイントがある場合（ステップＳ２YES）は、温度差が閾値Ａ以上ある測定ポイントが一定数以上あるか確認する（ステップＳ３）。

温度差が閾値Ａ以上ある測定ポイントが一定数以下の場合（ステップＳ３NO）は、冷却フィン１２３の根詰まりであると判定して冷却フィン１２３の根詰まり信号を遠隔監視センター２に送信する（ステップＳ４）。冷却フィン１２３の根詰まりが発生すると、温度差が部分的にインバータ装置１２に生じると考えられるからである。

温度差が閾値Ａ以上ある測定ポイントが一定数以上の場合（ステップＳ３YES）は、冷却ファン１２２の故障であると判定して冷却ファン１２２の故障信号を遠隔監視センター２に送信する（ステップＳ５）。冷却ファン１２２の故障の場合は、冷却機能の低下がインバータ装置１２全体に及んでいるため、全体的に温度差が閾値Ａを超える可能性があるためである。

最新の温度上昇値と一定期間前の温度上昇値に閾値Ａ以上の差がない場合（ステップＳ２NO）は、異常診断運転の初期温度上昇値と最新の温度上昇値を比較する（ステップＳ６）。

初期温度上昇値と最新の温度上昇値とを比較し、閾値Ｂ以上の差がある測定ポイントがある場合（ステップＳ６YES）は、半導体スイッチング素子１２１の経年劣化と判定し、素子劣化情報を遠隔監視センター２に送信する（ステップＳ７）。この場合、閾値Ａ＞閾値Ｂとされる。

初期温度上昇値と最新の温度上昇値とを比較し、閾値Ｂ以上の差がある測定ポイントがない場合（ステップＳ６NO）は、異常なしと判定して処理を終了する。

このように、第１実施形態によれば、インバータ装置１２の異常を半導体スイッチング素子１２１の故障、冷却ファン１２２の故障、及び冷却フィン１２３の３つの要因に分類することができ、それぞれの異常に合わせた対応を行うことができる。

＜第２実施形態＞
次に第２実施形態について説明する。図４は本発明における第２実施形態の構成を示すブロック図である。

図４に示す第２実施形態では、第１実施形態の構成に対して、盤内温度を測定してデータ診断部１５に送信する盤内温度測定部１６と、データ診断部１５に緊急性確認部１７とを追加した構成となる。

盤内温度測定部１６は、エレベータ制御装置１Ａを構成する制御盤内の温度を測定するもので、測定された制御盤内の温度計測データをデータ診断部１５に出力する。

緊急性確認部１７は、インバータ装置１２の温度上昇が緊急性を要するものか否かを確認する機能を有する。

以上のように構成される第２の実施形態の緊急性確認部１７の動作を図５に示すフローチャートを用いて説明する。

図５において緊急性確認部１７は、データ診断部１５から情報を抽出する（ステップＳ１１）。データ診断部１５からの信号が異常なし、または素子劣化以外であることを確認する（ステップＳ１２）。信号が異常なし、または素子劣化であった場合（ステップＳ１２YES）は、そのまま処理を終了する。

異常なし、または素子劣化以外だった場合（ステップＳ１２NO）は、盤内温度測定部１６から盤内温度を抽出して、温度上昇データ記録部１４から各測定ポイントの温度上昇値の最大値を抽出する（ステップＳ１３）。

次に盤内温度と温度上昇値の最大値の和が閾値Ｃ以下であることを確認する（ステップＳ１４）。盤内温度と温度上昇値の最大値の和が閾値Ｃ以下である場合（ステップＳ１４YES）は、緊急性無、次回点検対応の信号を遠隔監視センター２に送信する（ステップＳ１５）。
盤内温度と温度上昇値の最大値の和が閾値Ｃ以上である場合（ステップＳ１４NO）は、緊急性有即対応の信号を遠隔監視センター２に送信する。この場合、閾値Ｃ≫閾値Ａ＞閾値Ｂとなる。

このように、第２実施形態によれば、冷却ファン１２２の故障や冷却フィン１２３の根詰まりなどが発生した場合の緊急度を確認することができ、保守員が定期点検時以外に対応する機会を削減できるため、保守員の作業負担を軽減することができる。

＜第３実施形態＞
次に第３実施形態について述べる。図６は第３実施形態のブロック図である。

図６は第２実施形態の構成に対して、データ診断部１５に主変換素子である半導体スイッチング素子１２１の温度上昇値の変化量の傾きＫから素子寿命を予測する素子寿命予測部１８を追加した構成となる。

図７に示すように、経過時間とともに、温度上昇値の変化量も変化していく。変化量の傾きＫ１で示すように、変化量の傾きがあらかじめ設定されている絶対値閾値内にある場合には、影響を与えないといえる。しかし、経過時間が例えば、１４年を超えた時点では、変化量の傾きがＫ２で示すように、急激に上昇して絶対値閾値を大きく超えてしまっている。

次に、以上のように構成される第３の実施形態の素子寿命予測部１８の動作を図８のフローチャートに基づいて説明する。

図８において素子寿命予測部１８は、データ診断部１５から素子劣化信号の有無を確認する（ステップＳ２１）。素子劣化信号がある場合（ステップＳ２１YES）は、温度上昇値の変化量の傾きＫが閾値Ｄ（絶対値閾値）以上であるか確認する（ステップＳ２２）。

温度上昇値の変化量の傾きＫが閾値Ｄ以上であった場合（ステップＳ２２YES）は、素子交換信号を遠隔監視センター２に送信する（ステップＳ２３）。図７で言えば、素子駆動の経過時間が１４年を超えた時点の変化量の傾きＫ２が閾値Ｄ以上となることが分かる。

温度上昇値の変化量の傾きＫが閾値Ｄ以下であった場合（ステップＳ２２NO）は、処理を終了する。図７の例では、経過時間が１４年以下の場合の変化量の傾きＫ１は、閾値Ｄ以下であることが分かる。

このように、第３実施形態によれば、素子劣化から破損の直前までの時間が把握できるため、素子交換時期を物件ごとに決めることができる。

≪実施形態の効果≫
主変換素子である半導体スイッチング素子１２１の放熱部分を複数箇所測定して、温度計測データを分析することで素子劣化、冷却ファン１２２の故障、冷却フィン１２３の根詰まりの３つのモードの異常診断が可能となる。また、異常検出後の緊急性を確認して遠隔監視センター２にアラート発報することで、異常に対して適切な処理をとることが可能となる。このため、保守員の現場での調査時間を短縮することができ、事前に故障の予兆を察知できるため乗客へのサービス低下を避けることができる。

また物件によって負荷が異なるエレベータに対して、主変換素子である半導体スイッチング素子１２１の適切な交換時期を把握することができるため、負荷の軽い物件については長く、逆に負荷が高い物件に対しては早く交換といった処置が可能となる。

なお、以上の各実施形態においては、３つの温度センサ１２５，１２６，１２７を設置するように構成したが、設置数はこれに限られず、５〜１０個程度、設置してもよい。また、測定ポイントも半導体スイッチング素子１２１、冷却ファン１２２、冷却フィン１２３に限定されず、放熱板１２４等を含め、インバータ装置１２の劣化を診断できる場所であればよい。

以上、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。

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ：エレベータ制御装置、２：遠隔監視センター、１１：運行制御部、１２：インバータ装置、１３：Ａ／Ｄ変換部、１４：温度上昇データ記録部、１５：データ診断部、１６：盤内温度測定部、１７：緊急性確認部、１８：素子寿命予測部、１２１：半導体スイッチング素子（主変換素子）、１２２：冷却ファン、１２３:冷却フィン、１２４：放熱板、１２５：第１温度センサ、１２６：第２温度センサ、１２７：第３温度センサ、Ｄ１：第１温度計測データ、Ｄ２：第２温度計測データ、Ｄ３：第３温度計測データ。

Claims

エレベータの主電動機を駆動制御するための主変換素子と当該主変換素子を冷却する冷却ファン及び冷却フィンとを含んで構成されるインバータ装置と、
前記インバータ装置内の主変換素子放熱部分の温度を複数箇所で測定する温度センサと、
各温度センサで測定された温度計測データをデジタルデータに変換して入力し、温度上昇値を記録する温度上昇データ記録部と、
前記温度上昇データ記録部からデータを抽出し異常を検出するための処理を行うデータ診断部と、を備え、
前記データ診断部は、前記主変換素子放熱部分の温度上昇値を複数箇所測定したデータを、過去の温度上昇値と最新の温度上昇値とを比較して、前記インバータ装置の異常状態を主変換素子、冷却ファン、冷却フィンに分類して検出する、
ことを特徴とするエレベータ制御装置。
前記データ診断部は、前記温度上昇データ記録部に保存された、運転前後の温度上昇値を一定期間ごとに比較して温度差があらかじめ設定された閾値以上である場合は、冷却ファンの故障又は冷却フィンの目詰まりによる異常状態であると判定し、かつ、異常状態時の各測定ポイントの温度上昇値にバラつきがある場合は、冷却フィンの根詰まりであると判定し、異常状態時の各測定ポイントの温度上昇値にバラつきが無い場合は冷却ファンの故障であると判定し、
前記一定期間ごとに比較した温度差があらかじめ設定された閾値以下である場合には、初期値と最新データとを比較して、一定以上の温度差がある場合は前記主変換素子の劣化であると判定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のエレベータ制御装置。
前記データ診断部は、前記冷却ファンの故障と判定した場合には、冷却ファン故障信号を生成して当該エレベータを遠隔監視する遠隔監視センターに送信し、冷却フィンの根詰まりであると判定した場合には、冷却フィン根詰まり信号を生成して前記遠隔監視センターに送信し、前記主変換素子の劣化であると判定した場合には、素子劣化信号を生成して前記遠隔監視センターに送信する、
ことを特徴とする請求項２に記載のエレベータ制御装置。
前記データ診断部は、前記冷却ファンの故障、冷却フィンの根詰まりを検出する機能において、
異常を検出した際に温度上昇値と外気温の和が閾値以上である場合は緊急性有の異常信号を遠隔監視センターに送信し、あらかじめ設定された閾値以下である場合は緊急性無の異常信号を遠隔監視センターに送信する、
ことを特徴とする請求項２に記載のエレベータ制御装置。
前記データ診断部は、主変換素子の劣化を検出する機能において、
温度上昇値の増加量で素子劣化を検出する機能に加えて、温度上昇値の増加量で素子劣化を検出した後は、温度上昇値の変化量の傾きを確認して、温度上昇値の傾きが閾値以上となった場合は残り寿命がわずかであると判定して遠隔監視センターに緊急保守情報を送信する、
ことを特徴とする請求項２に記載のエレベータ制御装置。
エレベータの主電動機を駆動制御するための主変換素子と当該主変換素子を冷却する冷却ファン及び冷却フィンとを含んで構成されるインバータ装置の劣化診断方法であって、
前記インバータ装置内の主変換素子放熱部分の温度を複数箇所で測定し、
測定された温度計測データをデジタルデータに変換して入力して一定期間内における温度上昇値を温度上昇データ記録部に保存し、
前記主変換素子放熱部分の温度上昇値を複数箇所測定したデータを、過去の温度上昇値と最新の温度上昇値とを比較して、前記インバータ装置の異常状態を主変換素子、冷却ファン、冷却フィンに分類して検出する、
ことを特徴とするインバータ装置の劣化診断方法。
前記温度上昇データ記録部に保存された、運転前後の温度上昇値を一定期間ごとに比較して温度差があらかじめ設定された閾値以上である場合は、冷却ファンの故障か冷却フィンの目詰まりによる異常状態であると判定し、
異常状態時の各測定ポイントの温度上昇値にバラつきがある場合は、冷却フィンの根詰まりであると判定し、
バラつきが無い場合は冷却ファンの故障であると判定し、
前記一定期間ごとに比較した温度差があらかじめ設定された閾値以下である場合には、初期値と最新データとを比較して、一定以上の温度差がある場合は前記主変換素子の劣化であると判定する、
ことを特徴とする請求項６に記載のインバータ装置の劣化診断方法。