JP4812262B2 - エレベータ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、商用交流電源の停電時に乗りかごを安定に運転走行するエレベータ制御装置に関する。

一般に、エレベータ制御装置は、図３に示すように所定の電動機駆動電力を供給する制御駆動系と、この制御駆動系から供給される駆動電力に基づいて乗りかごを昇降するロープ式エレベータとで構成されている。

この制御駆動系は、商用交流電源１、整流回路２、平滑コンデンサ３、この平滑コンデンサ３で平滑化された直流電力を所要周波数の交流電力に変換して電動機１１に供給するインバータ４及びこのインバータ４等を制御する駆動制御部５が設けられている。

一方、ロープ式エレベータは、電動機１１、この電動機１１の回転軸に接続されるメインシーブ１２に巻き掛けられたロープ１３、このロープ１３の端部にそれぞれ吊下げられた乗りかご１４及び釣り合いおもり１５が設けられている。１６はそらせシーブである。

ところで、このようなエレベータ制御装置では、乗りかご１４がおもり１５より重い積載荷重状態で上昇する場合や乗りかご１４がおもり１５より軽い積載荷重状態で下降する場合、商用交流電源１→整流回路２→平滑コンデンサ３→インバータ４の順序で生成される電力を電動機１１に供給する力行運転を実施し、逆に乗りかご１４がおもり１５より重い積載荷重状態で下降する場合や乗りかご１４がおもり１５より軽い積載荷重状態で上昇する場合、電動機１１→インバータ４→平滑コンデンサ３の順序で電力を発電する回生運転が行われる。この回生運転時、電動機１１からインバータ４に戻ってくる電力は、整流回路２でブロックされるので、インバータ入力端側の電圧が増加し、整流回路２やインバータ４を構成する素子を破損させる問題がある。

そこで、従来、回生運転時に電動機１１からインバータ４に戻ってくる電力による電圧増加分に見合う電力を消費する必要から、整流回路２の直流出力ライン間に自己消弧素子６と抵抗７とのシリアル回路である抵抗チョッパ８を接続し、回生運転時に直流出力ライン間の直流電圧が設定電圧を越えたとき、駆動制御部５が自己消弧素子６をオンする制御信号を送出し、電圧増加分に見合う電力を抵抗７で消費させる構成をとっている（特許文献１）。

しかしながら、このようなエレベータ制御装置では、回生運転時に電動機１１から生ずる電力を抵抗７で熱として消費しているので、回生運転で得られる電力を有効に利用できない問題がある。

そこで、特許文献１の技術では、以上のような問題点を解決するために、図４に示すようにインバータ４の入力側直流電圧ライン間に接続され、回生運転時の電力エネルギーを蓄積するエネルギー蓄積装置２１と、平滑コンデンサ３間電圧から回生運転及び力行運転を判断し、エネルギー蓄積装置２１に対して充放電制御を実施する充放電制御部２２とを設けたエレベータ制御装置が開発されている。このエネルギー蓄積装置２１は、回生運転時、充放電制御部２２からの充電制御信号を受けてオン動作し、吸収用リアクトル２３を介して回生運転時の電力エネルギーをエネルギー蓄積用コンデンサ２４に蓄積させる吸収用スイッチング素子２５と、充放電制御部２２からの制御信号によりオン動作した後にオフ動作し、エネルギー蓄積用コンデンサ２４に蓄積させている電力エネルギーを放出用リアクトル２６を介して直流電圧ライン間に放出する放出用スイッチング素子２７とが設けられている。２８は電圧検出器である。
特開平１０−２３６７４３号公報

従って、以上のようなエレベータ制御装置では、回生運転と力行運転を判断し、回生運転時に電動機１１から生成される電力をエネルギー蓄積用コンデンサ２４に蓄積し、また力行運転時にはその蓄積された電力エネルギーを放出して力行運転に利用することから、回生エネルギーを有効に利用することができる。なお、蓄積用コンデンサ２４に代わって充放電可能な鉛蓄電池を用いたものも提案されている。

ところで、従来、以上のような制御装置では、商用交流電源１が停電すると、停電後充放電制御部２２にて蓄積用コンデンサ２４に蓄積される電力エネルギを放電してバックアップするまでに時間がかかるので、図５に示すごとく、商用交流電源１の停電とほとんど同時に乗りかご１４を停電時点の場所に急停止させた後、充放電制御部２２から放出用スイッチング素子２７に放電制御信号を送出し、蓄積用コンデンサ２４に蓄積される比較的少ない電力エネルギーを放出し、乗りかご１４を最寄階までバックアップ運転し、休止する運転制御をとっている。

従って、商用交流電源１の停電時、乗りかご１４を一旦急停止することから、乗りかご１４に大きな振動が発生し、乗客に不安感を抱かせる問題がある。

また、商用交流電源１の停電時、乗りかご１４を一旦停止させた後、運転を再開することから、余計に電力を消費することになり、蓄積用コンデンサ２４に蓄積される電力エネルギーが少なく、かつ力行運転による蓄積エネルギーの放電時に停電したような場合には最寄階への再開運転による停止も難しくなる恐れがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、停電時の乗りかご停止の衝撃をやわらげ、乗客が安心して乗りかごに乗ることが可能なエレベータ制御装置を提供することを目的とする。

（１） 上記課題を解決するために、本発明は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、この整流回路で変換された直流電力の脈動を平滑化する平滑コンデンサと、この平滑化された直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して出力するインバータと、このインバータから出力される交流電力で駆動し乗りかごを運転走行する電動機と、予め定める運転パターンに従って前記可変電圧可変周波数の交流電力を出力するように前記インバータを制御する駆動制御手段とを設けたエレベータ制御装置であって、
前記整流回路の出力ライン間に設けられ、前記電動機の回生運転時に回生電力エネルギーを蓄電する蓄電装置と、前記整流回路の出力ライン間に設けられ、前記蓄電装置を充放電できる充放電回路と、前記平滑コンデンサに現れる電圧を測定する電圧検出回路と、前記整流回路の出力ライン間に設けられ、前記電圧検出回路で測定された電圧に基づいて前記電動機の回生運転及び力行運転を判断し、回生運転時に回生電力エネルギーを前記蓄電装置に蓄電するように前記充放電回路を制御し、力行運転時に前記蓄電装置に蓄電されている電力エネルギーを前記平滑コンデンサ側に放出するように前記充放電回路を制御する充放電制御手段と、前記整流回路の出力ライン間に設けられ、前記整流回路で整流される整流出力エネルギー及び回生電力エネルギーを蓄積する前記平滑コンデンサよりも大きな容量をもつバックアップ用コンデンサと、前記交流電源の停電後、所定の電圧まで低下したときに電源停電検出信号を出力する停電検出手段と、前記交流電源の停電と同時に前記バックアップ用コンデンサに蓄積された電力エネルギーを所定時間の間前記整流回路の出力ライン間に給電して前記乗りかごの運転走行をバックアップし、前記停電検出手段から電源停電後前記所定時間経過後に電源停電検出信号を受けたとき、前記充放電制御手段にて前記充放電回路を放電制御し、前記蓄電装置に蓄電されている電力エネルギーを前記平滑コンデンサ側に放出し前記乗りかごの運転走行をバックアップするバックアップ制御手段とを備えた構成である。

この発明は以上のような構成とすることにより、交流電源の停電時、整流回路の出力ライン間の電圧が消失すると同時に平滑コンデンサよりも大きな容量のバックアップ用コンデンサに蓄積されている電力エネルギーが平滑コンデンサ側に放出してバックアップするので、乗りかごを急停止させずに例えば最寄階に運転走行させることが可能となり、停電時の乗りかごの衝撃をやわらげることが可能となる。
また、バックアップ用コンデンサによるバックアップによって放電して徐々に低下したとき、前記停電検出手段から電源停電検出信号を受けて、蓄電装置の蓄電エネルギーでバックアップするので、乗りかごを停止させずに長時間運転を継続できる。

なお、平滑コンデンサは、前記平滑コンデンサは、前記インバータの設置位置に近い位置にて当該インバータの入力側に接続し、前記バックアップ用コンデンサは、前記インバータの設置位置とは関連せずに設置すれば、平滑コンデンサによる平滑結果の直流電圧を的確にインバータに印加でき、かつ電動機の主回路を小型にしつつ、バックアップ用コンデンサにて停電時に確実なバックアップを図ることができる。

また、蓄電装置としては、二次電池又は電気二重層キャパシタを用いれば、停電時、バックアップ用コンデンサによるバックアップに続き、二次電池又は電気二重層キャパシタに蓄電される電力エネルギーを放電させて乗りかごの運転走行を継続させることが可能となり、乗客に安心させつつ乗りかごを所要階まで運転可能とすることができる。

（２） また、本発明は、前記（１）の構成要素をもつエレベータ制御装置において、駆動制御手段としては、停電検出手段から電源停電検出信号を受けると、予め作成される運転パターンに従って前記乗りかごを最寄階まで運転して停止させるが、回生運転時には、乗客の行き先階に従って運転を継続することにより、停電にも拘わらず乗客へのサービスの向上を図ることができる。

さらに、前記（１）の構成要素をもつエレベータ制御装置において、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のエレベータ制御装置において、バックアップ制御手段としては、停電検出手段から電源停電検出信号を受けたときに回生運転であると判断された場合、回生電力エネルギーを蓄電装置に蓄電する制御を行うようにすれば、停電にも拘わらず乗客へのサービスの向上を図ることができる。

本発明は、回生運転時及び力行運転時の充放電制御手段の他、整流回路の出力ライン間に平滑コンデンサよりも大きな容量をもつバックアップ用コンデンサを設けたことにより、交流電源の停電時に自動的にバックアップ用コンデンサでバックアップさせつつ充放電制御手段の動作に移行させることにより、乗りかご停止の衝撃をやわらげることができ、乗客が乗りかごに安心して乗りながら最寄階まで確実に運転走行できるエレベータ制御装置を提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明に係るエレベータ制御装置の一実施の形態を示す構成図である。なお、同図において図３，図４と同一又は等価な部分には同一符号を付して説明する。
このエレベータ制御装置は、所要の交流電力を供給して電動機１１を駆動する駆動制御系と、この駆動制御系から電力を受けて電動機１１が乗りかご１４を昇降運転するロープ式エレベータと、充放電制御系とによって構成されている。

この駆動制御系は、商用交流電源１から出力される三相交流電力を直流電力に変換する整流回路２と、この整流回路２で変換された直流電力を平滑化する平滑コンデンサ３と、この平滑コンデンサ３で平滑化された直流電力を所要周波数の交流電力に変換して電動機１１に供給するインバータ４と、所定の速度指令と電動機１１の回転速度とに基づいてインバータ４を制御し、速度指令に応じた周波数の交流電力を出力させる駆動制御部５とが設けられている。８は自己消弧素子６と抵抗７がシリアル接続された抵抗チョッパである。

前記平滑コンデンサ３は、整流回路２で変換された直流電力に含まれる脈動分（リプル）を減少させる機能を有し、この機能が十分に生かされた状態で平滑化された電力を受け渡すためには極力インバータ４の近くに設けることが望ましく、しかも容量の小さいものが望ましい。平滑コンデンサ３の容量が大きい場合、抵抗チョッパ８の抵抗７を含んで主回路の周辺用品が大型化し、コストその他消費電力の面で影響が出てくるためである。

前記インバータ４は、図面上簡略されているが、前述する図３に示すごとく三相直流電力を所要とする三相交流電力に変換するためのインバータ素子によって構成されている。

一方、ロープ式エレベータは、従来から一般に使用されている構成のものが用いられ、例えば電動機１１、この電動機１１の回転軸に接続されるメインシーブ１２に巻き掛けられたロープ１３、このロープ１３の端部にそれぞれ吊下げられた乗りかご１４及び釣り合いおもり１５、乗りかご１４と釣り合いおもり１５との干渉を回避するためにメインシーブ１２から釣り合いおもり１５に導くロープ１３の吊り下げ位置をずらすそらせシーブ１６等が設けられている。

さらに、充放電制御系としては、整流回路２の直流出力ライン間にバックアップ用コンデンサ３１が接続されている。このバックアップ用コンデンサ３１は、商用交流電源１の停電と同時にバックアップ電源として機能するものであって、エレベータの積載可能重量等によって異なるが、平滑コンデンサ３よりも例えば１０倍程度大きな容量のものが使用され、かつ平滑コンデンサ３とは異なってインバータ４と近い位置関係に接続する必要がなく、電動機１１の主回路とは離れた別場所に設置することも可能である。

また、充放電制御系としては、整流回路２の直流出力ライン間に接続される例えば自己消弧形素子などの複数の充放電制御素子３２ａ，３２ｂ及びこれら充放電制御素子３２ａ，３２ｂの共通接続部に接続され、整流回路２で整流された直流電力を平滑化する機能をもった直流リアクトル３３からなる充放電回路３４と、蓄電装置３５と、電圧検出回路３６と、停電検出回路３７と、充放電制御部３８とが設けられている。

ここで、蓄電装置３５とは、繰り返し充放電可能な機能をもつ二次電池であって、回生運転時の発電電力を蓄電する機能をもっている。電圧検出回路３６は、平滑コンデンサ３で平滑化された電圧ないし整流回路２の直流出力ライン間電圧を検出する回路であって、検出電圧信号は充放電制御部３８に送出される。この充放電制御部３８は、検出電圧信号から回生運転や力行運転を判断し、回生運転時には充放電制御素子３２ａをオン動作し、力行運転時には充放電制御素子３２ｂをオン動作する機能をもっている。また、充放電制御部３８は、停電検出回路３７から停電検出信号を受けると、充放電制御素子３２ｂをオン動作した後、オフし、蓄電装置３５に蓄電される電力エネルギーを整流回路２の直流出力ライン間に放出する機能をもっている。

次に、以上のようなエレベータ制御装置の動作について説明する。

一般に、乗りかご１４が重積載荷重状態で上昇する場合や軽積載荷重状態で下降する場合、商用交流電源１→整流回路２→平滑コンデンサ３→インバータ４の順序で生成される所要の直流電圧をもつ直流電力を電動機１１に供給する力行運転が行われる。このとき、バックアップ用コンデンサ３１にも整流電圧の一部が蓄積される。

一方、乗りかご１４が重積載荷重状態で下降する場合や軽積載荷重状態で上昇する場合、電動機１１→インバータ４→平滑コンデンサ３の順序で電力を発電する回生運転が行われ、電動機１１からインバータ５に戻ってくる発電電力によってインバータ４入力側の直流電圧が増加する。

そこで、充放電制御部３８では、電圧検出回路３６で検出される直流電圧が整流電圧よりも高い予め定める設定電圧を越えたとき、回生運転であると判断し、充電制御を行うべき充放電制御素子３２ａをオン動作し、回生運転によって発生する電力エネルギーを平滑化機能をもつ直流リアクトル３３を通して蓄電装置３５に蓄電する。このとき、回生運転によって発電された電力エネルギーはバックアップ用コンデンサ３１にも蓄積される。また、電圧検出回路３６で検出される直流電圧が整流電圧よりも低くなったとき、力行運転と判断し、放電制御信号を充放電回路３４に送出し、蓄電装置３５に蓄電されている電力エネルギーを整流回路２の直流出力ラインに放出し、力行運転に利用する。なお、回生運転において、蓄電装置３５の過充電状態を検出する構成となっている場合には、その検出信号を受け取って駆動制御部５が抵抗チョッパ８を動作させ、抵抗7にて熱として消費させてもよい。

ところで、エレベータの走行運転中に商用交流電源１が停電すると、整流回路２からの整流電圧が消失するが、図２に示すように停電と同時にバックアップ用コンデンサ３１に蓄積されている電力エネルギーが整流回路２の直流出力ライン間に加わった状態で徐々に低下している。一方、停電検出回路３７は、商用交流電源１の停電後、ある電圧まで低下したときに停電であると検出し、停電検出信号を充放電制御部３８及び駆動制御部５に送出される。

ここで、充放電制御部３８は、商用交流電源１の停電後所定の時間ｔ経過後，つまりバックアップ用コンデンサ３１による電力エネルギーの十分なバックアップ可能な時間経過後、放電制御信号を充放電回路３４に送出し、引き続き、蓄電装置３５に蓄電されている電力エネルギーを整流回路２の直流出力ラインに放出するので、図２に示すように乗りかご１４が急激に停止せずになだらかに電圧を下げながら速度を低下させていくことができ、停電時における乗りかご停止の衝撃をやわらげることができる。なお、従来の充放電用として使用される図４に示す蓄積用コンデンサ２４又は鉛蓄電池と異なり、最近の二次電池の性能が向上し、蓄電装置３５に蓄電されている電力エネルギーが高くなっているので、図２に示すように停電前の電圧をそのまま引き継いだ状態でバックアップ用コンデンサ３１がバックアップし、時間ｔに到る時間の間で放電して徐々に低下し、さらに蓄電装置３５の蓄電エネルギーデバックアップするので、乗りかご１４が停止せずに長い時間運転可能な状態にある。

一方、駆動制御部５では、商用交流電源１の停電時、予め作成されている運転パターンに従って例えば最寄階に停止すべき乗りかご１４を運転走行するので、少なくとも乗客を最寄階で降ろすことができ、しかも乗客は驚かされることなく安心した状態で乗りかご１４に乗車していることができる。

なお、図２に示す電圧状態は、エレベータが力行運転の状態にある場合を想定して最寄階に乗りかご１４を停止させる例を説明しているが、例えばエレベータが回生運転の時に停電が発生した場合、駆動制御部５は、かかる回生運転状況を考慮した運転パターンに基づき、最寄階だけでなく、乗客の行き先階登録に従って運転を継続し、乗客にサービスを提供することが可能となる。

従って、以上のような実施の形態によれば、整流回路２の出力ライン間に回生運転時及び力行運転時の充放電制御手段３４，３８の他、平滑コンデンサ３よりも大きな容量をもつバックアップ用コンデンサ３１を設け、交流電源１の停電時に自動的にバックアップ用コンデンサ３１に蓄積される電力エネルギーを放出しでバックアップさせつつ充放電制御手段に動作を移すので、乗りかご停止の衝撃をやわらげることができ、また乗客が安心して少なくとも最寄階まで確実に運転走行して降ろすことができる。

また、平滑コンデンサ３は、インバータ４に近い位置関係をもって当該インバータ４の入力側に接続し、バックアップ用コンデンサ３１は、インバータ４とは位置的に依存関係をもたずに設置するので、電動機駆動用の主回路を小型にしつつ、平滑結果の直流電圧を的確にインバータに印加でき、また停電時にバックアップ用コンデンサ３１にて確実にエレベータ運転走行のバックアップを図ることができる。

さらに、駆動制御部５としては、停電検出回路３７から電源停電検出信号を受けると、運転パターンに従って例えば乗りかごを最寄階まで運転して停止させるが、回生運転時には、乗客の行き先階に従って運転を継続させれば、停電にも拘わらず乗客へのサービスの向上を図ることができる。

なお、蓄電装置３５としては、繰り返し充放電可能な機能をもつ二次電池について述べたが、例えば電気二重層キャパシタを用いてもよい。この電気二重層キャパシタは、例えば平滑コンデンサ３と比較したとき１０００倍から１万倍の容量を持たせ、非常に短時間での大電流による充放電が可能なデバイスであって、電気エネルギーを十分に蓄える機能をもっている。

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

また、各実施の形態は可能な限り組み合わせて実施することが可能であり、その場合には組み合わせによる効果が得られる。さらに、上記各実施の形態には種々の上位，下位段階の発明が含まれており、開示された複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得るものである。例えば問題点を解決するための手段に記載される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されうることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。

本発明に係るエレベータ制御装置の一実施の形態を示す構成図。 商用交流電源停電時の図1に示す装置の電圧推移を説明する図。 従来のエレベータ制御装置の構成図。 回生・力行運転時に充放電動作を行う従来のエレベータ制御装置の構成図。 商用交流電源停電時の図４に示す装置の電圧推移を説明する図。

符号の説明

１…商用交流電源、２…整流回路、３…平滑コンデンサ、４…インバータ、５…駆動制御部、１１…電動機、１２…メインシーブ、１３…ロープ、１４…乗りかご、１５…釣り合いおもり、３１…バックアップ用コンデンサ、３２ａ，３２ｂ…充放電制御素子、３３…直流リアクトル、３５…蓄電装置、３６…電圧検出回路、３７…停電検出回路、３８…充放電制御部。

Claims (5)

1. 交流電源からの交流電力を直流電力に変換する整流回路と、この整流回路で変換された直流電力の脈動を平滑化する平滑コンデンサと、この平滑化された直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して出力するインバータと、このインバータから出力される交流電力で駆動し乗りかごを運転走行する電動機と、予め定める運転パターンに従って前記可変電圧可変周波数の交流電力を出力するように前記インバータを制御する駆動制御手段とを設けたエレベータ制御装置であって、
   前記整流回路の出力ライン間に設けられ、前記電動機の回生運転時に回生電力エネルギーを蓄電する蓄電装置と、
   前記整流回路の出力ライン間に設けられ、前記蓄電装置を充放電できる充放電回路と、
   前記平滑コンデンサに現れる電圧を測定する電圧検出回路と、
   前記整流回路の出力ライン間に設けられ、前記電圧検出回路で測定された電圧に基づいて前記電動機の回生運転及び力行運転を判断し、回生運転時に回生電力エネルギーを前記蓄電装置に蓄電するように前記充放電回路を制御し、力行運転時に前記蓄電装置に蓄電されている電力エネルギーを前記平滑コンデンサ側に放出するように前記充放電回路を制御する充放電制御手段と、
   前記整流回路の出力ライン間に設けられ、前記整流回路で整流される整流出力エネルギー及び回生電力エネルギーを蓄積する前記平滑コンデンサよりも大きな容量をもつバックアップ用コンデンサと、
   前記交流電源の停電後、所定の電圧まで低下したときに電源停電検出信号を出力する停電検出手段と、
   前記交流電源の停電と同時に前記バックアップ用コンデンサに蓄積された電力エネルギーを所定時間の間前記整流回路の出力ライン間に給電して前記乗りかごの運転走行をバックアップし、前記停電検出手段から電源停電後前記所定時間経過後に電源停電検出信号を受けたとき、前記充放電制御手段にて前記充放電回路を放電制御し、前記蓄電装置に蓄電されている電力エネルギーを前記平滑コンデンサ側に放出し前記乗りかごの運転走行をバックアップするバックアップ制御手段とを備えたことを特徴とするエレベータ制御装置。
2. 請求項１に記載のエレベータ制御装置において、
   前記平滑コンデンサは、前記インバータの設置位置に近い位置にて当該インバータの入力側に接続され、
   前記バックアップ用コンデンサは、前記インバータの設置位置とは関連せずに設置されることを特徴とするエレベータ制御装置。
3. 請求項１に記載のエレベータ制御装置において、
   前記蓄電装置は、二次電池又は電気二重層キャパシタを用いることを特徴とするエレベータ制御装置。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のエレベータ制御装置において、
   前記駆動制御手段は、前記停電検出手段から電源停電検出信号を受けると、前記電動機の力行運転時には予め作成される運転パターンに従って前記乗りかごを最寄階まで運転して停止させ、前記電動機の回生運転時の場合には乗客の行き先階に従って運転を継続することを特徴とするエレベータ制御装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のエレベータ制御装置において、
   前記バックアップ制御手段は、前記停電検出手段から電源停電検出信号を受けたときに回生運転であると判断した場合、前記回生電力エネルギーを前記蓄電装置に蓄電する制御を行うことを特徴とするエレベータ制御装置。

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