JP4983912B2 - エレベータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エレベータの制御装置に関するものである。

従来のエレベータの制御装置は下記特許文献１に記載のように、商用交流電源を直流に変換するコンバータと、コンバータの出力を交流に変換しエレベータ駆動用のモータに給電するインバータと、コンバータ及びインバータを制御する制御手段を備えたエレベータの制御装置において、上記装置を構成する各部品の稼働状況を計測する手段と、計測値に予め設定した重み付けを行い寿命予測基準値を得る手段と、基準値に基づいて各部品の寿命を予測する手段を備えたものである。

具体的には、上記稼働状況を計測する手段は、インバータの部品として用いられるトランジスタ素子の熱変動量△Ｔを、電流指令若しくは電流検出値、すなわち素子に流れる電流と、素子固有の損失特性より算出し、さらに、タイマ２７のタイマ値から得られる部品の稼働時間若しくは稼働頻度と熱変動量△Ｔとを合わせて、過渡熱変動量△Ｔ／ｄｔも算出する。寿命予測部は、これらの算出値に、トランジスタの寿命特性である対数関数に準じた重み付けを行い、寿命予測基準値を得る。電流指令値若しくは電流検出値に、寿命特性に応じた対数関数を乗じた値を稼働時間により積算する。寿命予測基準値と予め設定された部品毎の寿命値を比較し、部品寿命の判定を行うものである。
かかる制御装置によれば、負荷が変動する部品及び寿命特性が線形でない部品に関しても、精度の高い寿命予測を行うことができる。

特開平９−２９０９７０号公報

しかしながら、上記エレベータの制御装置は、インバータのトランジスタ素子の熱変動量△Ｔを、電流値から計算で求めようとするものであるが、電流値はエレベータの一走行において、時々刻々と変化しており、また出力周波数も変化している。このように、電流値や周波数が時間とともに変化する状況においては、上記のようにして半導体素子の寿命を予測することが煩雑であり複雑であるという課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、モータを駆動するインバータを成す半導体素子のオン電圧値に基づいて簡易に半導体素子の劣化を判断し得るエレベータの制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明に係るエレベータの制御装置は、交流電源から供給される交流を直流に変換するコンバータと、前記変換された直流を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑された直流を任意の周波数の交流に変換してかごを駆動するモータを駆動制御する三相インバータとを備えたエレベータの制御装置において、前記三相インバータは、第１上アームと第１下アームとから成る第１半導体ブリッジと、第２上アームと第２下アームとから成る第２半導体ブリッジと、第３上アームと第３下アームとから成る第３半導体ブリッジとから成り、前記第１から第３半導体ブリッジのうち二つを選択して、選択した前記第１及び第２半導体ブリッジのうちから前記第１上アームと該第１上アームと異なる前記半導体ブリッジの前記第２下アームとに電流を流す診断用電流指令手段と、前記導通した前記第１上アーム又は前記第２下アームの少なくともいずれか一方のオン電圧値を検出する電圧検出手段と、前記かごが停止している時に前記診断用電流指令手段を動作させる動作手段と、前記オン電圧値が閾電圧値を越えると、異常信号を発生する判断手段と、を備えたことを特徴とするものである。

第２の発明に係るエレベータの制御装置は、初期のオン電圧値に基づいて閾電圧値を求める閾電圧補正手段を備え、判断手段は、今回のオン電圧値が前記閾電圧値を越えると、異常信号を発生する、ことが好ましい。これにより、三相インバータを形成する半導体素子の初期のオン電圧値が閾電圧値を求める基準となるので、半導体素子の劣化の判断が該オン電圧値のばらつきの影響を受けにくくなる。

第３の発明に係るエレベータの制御装置における制御手段は、かごが停止してから予め定められた時間を経過したら電流指令手段を動作させる、ことが好ましい。これにより、三相インバータを形成する半導体素子が温度上昇しても、温度が下がるまで時間を経過した後、半導体素子のオン電圧値を検出するので、半導体素子のオン電圧の温度変動量を少なくできる。よって、半導体素子の劣化の検出精度が向上する。

第４の発明に係るエレベータの制御装置は、三相インバータから発生した熱を放散させる放熱フィンと、放熱フィンの温度を検出して温度検出信号を発生する温度検出手段と、温度検出信号に基づいて閾電圧値を補正する温度補正手段と、を備えることが好ましい。これにより、周囲温度の変動や、三相インバータを成す半導体素子の温度上昇によるオン電圧値の変動を補正できる。よって、半導体素子の劣化の検出精度が向上する。

本発明によれば、インバータを構成する半導体素子のオン電圧値に基づいて簡易に半導体素子の劣化を判断できるという効果がある。

本発明の一実施の形態を示すエレベータの制御装置の全体図である。 図１に示す電流指令器及びインバータの内部構成図である。 図１に示すインバータ及び電圧検出器の内部構成図である。 図１に示す診断部の内部構成図(ａ)、インバータのトランジスタの通電サイクル数対オン電圧の特性図（ｂ）である。 図１によるエレベータの制御装置の動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

５ コンバータ、７ 平滑コンデンサ、１０ 三相インバータ、１１ 第１半導体ブリッジ、１１ｕ 第１上アーム、１１ｄ 第１下アーム、１２ 第２半導体ブリッジ、１２ｕ 第２上アーム、１２ｄ 第２下アーム、１３ 第３半導体ブリッジ、１３ｕ 第３上アーム、１３ｄ 第３下アーム、２１ モータ、２９ かご、３０ 電圧検出器、５０ 温度検出器、６０ 診断部、６０ａ 判断手段、６０ｈ 閾電圧温度補正部、７１ 電流指令選択部、７５ 診断用電流指令部。

実施の形態１．
本発明の一実施の形態を図１から図４によって説明する。図１は本発明の一実施の形態を示すエレベータの制御装置の全体図、図２は図１に示す電流指令器及びインバータの内部構成図、図３は図１に示すインバータ及び電圧検出器の内部構成図、図４は図１に示す診断部の内部構成図(ａ)、インバータを成すトランジスタの通電サイクル数対オン電圧の特性図（ｂ）である。
図１おいて、エレベータの制御装置は、三相交流電源eに電磁開閉器の常開接点３を介して接続されると共に、交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ５と、コンバータ５の出力に接続されると共に、上記直流電圧を平滑して直流母線電圧を得る平滑コンデンサ７と、コンバータ５の出力に接続されると共に、上記直流電圧を可変周波数の交流電圧に変換する三相インバータ１０とを備え、三相インバータ１０がモータ２１を駆動して巻上機のシーブ２３を介してロープ２５により釣合錘２７、かご２９を上下動するように形成されている。

制御装置は、モータ２１の二相(図においてはＵ相、Ｗ相)に流れる電流を検出すると共に、検出電流値を発生する電流検出器２２ｓを二つ有し、該検出電流値をアナログからデジタルに変換する第１Ａ／Ｄ変換器４０を介して電流制御部７７及び診断部６０に入力されている。
さらに、制御装置は、走行信号により電流指令信号を発生する電流指令器７０と、電流指令信号が電流制御部７７を介してＰＷＭ信号を生成して三相インバータ１０を駆動するゲートドライバ７９とを有している。
そして、三相インバータ１０には、トランジスタ等を放熱させる放熱フィン１０ｆが設けられており、該放熱フィン１０ｆの温度を検出して温度検出信号を発生して該温度検出信号を診断部６０に入力する温度検出器５０が設けられている。

制御装置は、三相インバータ１０を成すトランジスタがオンしている時のオン電圧値を測定し、アナログの該オン電圧値をデジタルに変換する第２Ａ／Ｄ変換器４３を介して診断部６０に入力する電圧検出器３０を有している。

図２において、三相インバータ１０は、Ｕ相を成す第１半導体ブリッジ１１と、Ｖ相を成す第２半導体ブリッジ１２と、Ｗ相を成す第３半導体ブリッジ１３とを有している。
第１半導体ブリッジ１１は、トランジスタＴｒ1とダイオードD１との並列接続から成るアームを有する第１上アーム１１uと、第１上アーム１１uに直列接続された第１下アーム１１ｄとから成っており、第２半導体ブリッジ１２は、第２上アーム１２uと、第２上アーム１２uに直列接続された第２下アーム１２ｄとから成っており、第３半導体ブリッジ１３は、第３上アーム１３uと、第３上アーム１３uに直列接続された第３下アーム１３ｄとから成っている。
各アームは、制御導通手段としての各第１から第３上トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３にそれぞれダイオードＤ１〜Ｄ３が並列接続され、同様に各第１から第３下トランジスタＴｒ４〜Ｔｒ６にそれぞれダイオードＤ４〜Ｄ６が並列接続されている。

図２において、電流指令器７０は、走行信号の有無により通常用電流指令部７３又は診断用電流指令手段としての診断用電流指令部７５のいずれかを選択する電流指令選択部７１を有している。
通常用電流指令部７３は、走行信号の発生により通常用電流指令信号を生成して、電流制御部７７に入力するように形成され、診断用電流指令部７５は、走行信号が不発生であると共に、所定の条件が成立した時に、診断用電流指令信号を生成して、電流制御部７７に入力するように形成されている。診断用電流指令部７５には、三相インバータ１０を成す第１から第３上トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ３、第１から第３下トランジスタＴｒ４〜Ｔｒ６を選択してオンさせるトランジスタ選択部７５ａを有している。

また、動作手段としての電流指令選択部７１には、設定スイッチ７０ｓが設けられており、該設定スイッチ７０ｓを閉じると共に、走行信号が発生していないことにより、診断用電流指令部７５から診断用電流指令信号が発生するように形成されている。
トランジスタ選択部７５ａは、三相インバータ１０の三相のうち上アームと下アームとで相の異なる二相のトランジスタＴｒを導通するように形成されている。これは、上アームと下アームのトランジスタＴｒを一つづつオンさせてモータ２１に電流を流すと共に、異なる二相を選択したのは、直流母線の短絡を防止するためである。

図３において、電圧検出手段としての電圧検出器３０は、Ｖｐ母線とＶｎ母線とを有する直流母線電圧を検出する母線電圧検出部３３と、三相インバータ１０のＵ相出力端子の電圧を検出するＵ相電圧検出部３４と、三相インバータ１０のＶ相出力端子の電圧を検出するＶ相電圧検出部３５と、三相インバータ１０のＷ相出力端子の電圧を検出するＷ相電圧検出部３６と、母線電圧検出部３３、Ｕ相電圧検出部３４、Ｖ相電圧検出部３５、Ｗ相電圧検出部３６の出力がアナログスイッチ３２に接続されている。

母線電圧検出部３３は、直流母線電圧を分圧するために第１分圧抵抗３３pと第２分圧抵抗３３ｎとが直列に接続され、該接続部にバッファアンプ３３bの入力が接続されており、三相インバータ１０のｕ相出力端子とＶｎ母線との間に、第１ｕ相抵抗３４ｕと第２ｕ相抵抗３４ｎとが直列に接続され、該接続部にｕ相バッファアンプ３４bの入力が接続されており、三相インバータ１０のｖ相出力端子とＶｎ母線との間に、第１ｖ相抵抗３５ｖと第２ｖ相抵抗３５ｎとが直列に接続され、該接続部にｖ相バッファアンプ３５bの入力が接続されており、三相インバータ１０のｗ相出力端子とＶｎ母線との間に、第１ｗ相抵抗３６ｗと第２ｗ相抵抗３６ｎとが直列に接続され、該接続部にｗ相バッファアンプ３６bの入力が接続されている。
そして、電圧検出器３０は、各バッファアンプ３３ｂ〜３６ｂのそれぞれの出力が該出力を選択するアナログスイッチ３２、絶縁アンプ３７、第２Ａ／Ｄ変換器３８、オン電圧演算部３９を介して診断部６０に入力されている。
また、電流指令器７０のトランジスタ選択部７５ａからの選択信号をフォットカプラなどから成る絶縁器３１を介してアナログスイッチ３２に入力することによりアナログスイッチ３２は、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相電圧検出部３４，３５，３７のいずれか二つと母線電圧検出部３３が選択される。

オン電圧演算部３９は、トランジスタ選択部７５ａが例えば、第２上トランジスタＴｒ2と第１下トランジスタＴｒ４とを選択してゲートドライブ７９を介して第２上トランジスタＴｒ2と第１下トランジスタＴｒ４をオンさせる。この時に、オン電圧演算部３９は、母線電圧検出部３３、Ｕ相電圧検出部３４、Ｖ相電圧検出部３５の電圧Ｖｐ、Ｖｕ、Ｖｖをそれぞれ取り込み、下記のようにして第２上トランジスタＴｒ２のオン電圧値Ｖ2onを求める。
Ｖ2on＝Ｖｐ−Ｖｖ
また、第１下トランジスタＴｒ４のオン電圧値Ｖ4onは、上記検出した電圧Ｖｕとなる。

図４（ａ）において、診断部６０は、電圧検出器３０が検出してオン電圧演算部３９が求めたトランジスタＴｒの初期オン電圧値を記憶するＲＡＭ６０ｆと、初期オン電圧値に余裕を見て閾電圧値を定めてＲＡＭ６０ｆに記憶する閾電圧補正手段としての閾電圧補正部６０ｅと、判断手段としての判断部６０ａとを備え、判断部６０ａは、電圧検出器３０が検出したトランジスタＴｒのオン電圧値とＲＡＭ６０ｆから読み出した閾電圧値とを比較して、オン電圧値が該閾電圧値を越えると異常信号を発生するように形成されている。
さらに、一般に三相インバータ１０は、トランジスタＴｒの６個がほぼ等しく使用され、同様に劣化していくことが予測されるため、各トランジスタＴｒのオン電圧は、ほぼ同一の劣化特性を示す。このため、三相インバータ１０の上アームと下アームとのトランジスタＴｒを一つづつオンさせ、オンした少なくとも一つのトランジスタＴｒのオン電圧値を検出して、該オン電圧値と閾電圧値とを上記のようにして比較すれば、トランジスタＴｒの劣化診断が可能である。

そして、上記異常信号により三相インバータ１０のトランジスタＴｒが異常の旨を表示器８０に表示するように形成されている。これは、図４（ｂ）に示すように、上記トランジスタＴｒ４は、通電回数の増加に伴い、オン電圧値が除々に増加した後、急激に増加して劣化することが知られている。このため、判断部６０ａは、オン電圧値が閾電圧値を越えたら劣化する前に、トランジスタＴｒの異常を検出するものである。
また、三相インバータ１０に設けられた放熱フィン１０ｆの温度検出器５０からの温度検出信号に基づいて上記閾電圧値を補正して補正閾電圧値を得る温度補正手段としての閾電圧温度補正部６０ｈを有することが好ましい。これは、三相インバータ１０のトランジスタＴｒのオン電圧値が周囲温度により変動することが知られているからである。

上記のように構成されたエレベータの制御装置の動作を図１から図５によって説明する。図５は、図１によるエレベータの制御装置の動作を示すタイムチャートである。
＜設定作業＞
まず、走行信号が発生していない状態において、作業者が設定スイッチ７０ｓを閉じ、電流指令選択部７１を介して診断用電流指令部７５から診断用電流指令信号を電流制御部７７に入力すると共に、トランジスタ選択部７５ａが三相インバータ１０を動作させるトランジスタを選択して、例えば、図３及び図５に示すように、第２上トランジスタＴｒ２と第１下トランジスタＴｒ４とを選択してゲートドライバ７９を介して上記第２上トランジスタＴｒ２と第１下トランジスタＴｒ４をオンさせる。直流母線電圧から第２上トランジスタＴｒ２、モータ１２を介して第１下トランジスタＴｒ４に電流が流れる。
この時に生じる母線電圧検出部３３、Ｕ相電圧検出部３４、Ｖ相電圧検出部３５の電圧Ｖｐ、Ｖｕ、Ｖｖをアナログスイッチ３２を介してオン電圧演算部３９に取り込み、オン電圧演算部３９は、第２上トランジスタＴｒ２の初期オン電圧値Ｖ2on、第１下トランジスタＴｒ４の初期オン電圧値Ｖ4onを求めて、図４(ａ)に示す診断部６０のＲＡＭ６０ｆに入力する。閾電圧補正部６０ｅは、上記初期オン電圧値Ｖ2on，Ｖ4onに余裕を見込んだ閾電圧値Ｖe2，Ｖｅ4をそれぞれ求めてＲＡＭ６０ｆに入力する。

＜通常運転時＞
走行信号が発生すると、電流指令部７０の電流指令選択部７１が通常用電流指令部７３を選択し、通常用電流指令部７３から発生した通常用電流指令信号を、電流制御部７７を介してゲートドライバ７９により三相インバータ１０を動作し、モータ２１を駆動してかご２９を上昇または下降する。

＜診断時＞
いま、走行信号が消滅して所定時間、好ましくは放熱フィン１０ｆの熱時定数の時間以上経過すると、図２に示す電流指令部７０の電流指令選択部７１は、診断用電流指令部７５から診断用電流指令信号を電流制御部７７に入力すると共に、トランジスタ選択部７５ａが三相インバータ１０を動作させるトランジスタＴｒを選択して、例えば第２上トランジスタＴｒ２と第１下トランジスタＴｒ４を選択してオンさせる。図３及び図５に示すように、直流母線電圧から第２上トランジスタＴｒ２、モータ１２を介して第１下トランジスタＴｒ４に電流が流れる。

この時に生じる母線電圧検出部３３、Ｕ相電圧検出部３４、Ｖ相電圧検出部３５の電圧Ｖｐ、Ｖｕ、Ｖｖをそれぞれアナログスイッチ３２、絶縁アンプ３７、第２Ａ／Ｄ変換器３８を介してオン電圧演算部３９に取り込み、オン電圧演算部３９は、第２上トランジスタＴｒ２のオン電圧Ｖ2on、第１下トランジスタＴｒ４のオン電圧Ｖ4onを求めて、診断部６０のＲＡＭ６０ｆに入力する。判断部６０ａは、該オン電圧値が閾電圧値を越えるか否かを判断し、越えたら、異常信号を発生して表示器８０に異常の旨表示すると共に、三相インバータ１０が故障する前に、安全にかご２９の走行を停止する。

上記実施形態のエレベータの制御装置は、交流電源ｅから供給される交流を直流に変換するコンバータ５と、変換された直流を平滑する平滑コンデンサ７と、平滑された直流を任意の周波数の交流に変換してかご２９を駆動するモータ２１を駆動制御する三相インバータ１０とを備えたエレベータの制御装置において、三相インバータ１０は、第１上アーム１１ｕと第１下アーム１１ｄとから成る第１半導体ブリッジ１１と、第２上アーム１２ｕと第２下アーム１２ｄとから成る第２半導体ブリッジ１２と、第３上アーム１３ｕと第３下アーム１３ｄとから成る第３半導体ブリッジ１３とから成り、第１から第３半導体ブリッジ１１〜１３のうち二つを選択して、選択した第１及び第２半導体ブリッジ１１，１２のうちから一つの第２上トランジスタＴｒ２(第２上アーム)と該第２上トランジスタＴｒ２と異なる半導体ブリッジ１１の第１下トランジスタＴｒ４(第１下アーム)とに電流を流す診断用電流指令部７５と、導通したトランジスタＴｒのオン電圧値を検出する電圧検出器３０と、かご２９が停止している時に診断用電流指令部７５から診断用電流指令信号を発生する電流指令選択部７１と、オン電圧値が閾電圧値を越えると、異常信号を発生する判断部６０ａと、を備えたものである。
かかる制御装置によれば、三相インバータ１０を構成するトランジスタＴｒのオン電圧値が閾電圧値を越えると、異常信号を発生するので、簡易にトランジスタＴｒの劣化を判断できる。

また、制御装置は、三相インバータ１０におけるトランジスタＴｒの初期のオン電圧値に基づいて閾電圧値を求める閾電圧補正部６０ｅを備え、判断部６０ａは、今回のオン電圧値が閾電圧値を越えると、異常信号を発生する、ことが好ましい。これにより、トランジスタＴｒの初期のオン電圧値が閾電圧値を求める基準となるので、トランジスタＴｒの劣化の判断が該オン電圧値のばらつきの影響を受けにくくなる。

また、動作手段としての電流指令選択部７１は、かご２９が停止してから予め定められた時間、例えば三相インバータ１０の放熱フィン１０ｆの熱時定数を経過した後、診断用診断用電流指令部７５から診断用電流指令信号を発生して三相インバータ１０のトランジスタＴｒをオンさせることが好ましい。
これにより、該トランジスタＴｒの温度上昇しても、温度が下がるまで時間を経過した後、トランジスタＴｒのオン電圧を検出するので、トランジスタのオン電圧値の変動量を少なくできる。よって、トランジスタＴｒの劣化の検出精度が向上する。

また、制御装置は、トランジスタＴｒから発生した熱を放散させる放熱フィン１０ｆと、放熱フィン１０の温度を検出して温度検出信号を発生する温度検出器５０と、温度検出信号に基づいて閾電圧値を補正する閾電圧温度補正部６０ｈと、を備えることが好ましい。
これにより、周囲温度の変動や三相インバータのトランジスタＴｒの温度上昇によるオン電圧値の変動を補正できる。よって、トランジスタＴｒの劣化の検出精度が向上する。

本発明は、エレベータの制御装置に適用できる。

Claims (4)

1. 交流電源から供給される交流を直流に変換するコンバータと、
   前記変換された直流を平滑する平滑コンデンサと、
   前記平滑された直流を任意の周波数の交流に変換してかごを駆動するモータを駆動制御する三相インバータとを備えたエレベータの制御装置において、
   前記三相インバータは、第１上アームと第１下アームとから成る第１半導体ブリッジと、第２上アームと第２下アームとから成る第２半導体ブリッジと、第３上アームと第３下アームとから成る第３半導体ブリッジとから成り、
   前記第１から第３半導体ブリッジのうち二つを選択して、選択した前記第１及び第２半導体ブリッジのうちから前記第１上アームと該第１上アームと異なる前記半導体ブリッジの前記第２下アームとに電流を流す診断用電流指令手段と、
   前記導通した前記第１上アーム又は前記第２下アームの少なくともいずれか一方のオン電圧値を検出する電圧検出手段と、
   前記かごが停止している時に前記診断用電流指令手段を動作させる動作手段と、
   前記オン電圧値が閾電圧値を越えると、異常信号を発生する判断手段と、
   を備えたことを特徴とするエレベータの制御装置。
2. 初期の前記オン電圧値に基づいて前記閾電圧値を求める閾電圧補正手段を備え、
   前記判断手段は、今回の前記オン電圧値が前記閾電圧値を越えると、異常信号を発生する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエレベータの制御装置。
3. 前記制御手段は、前記かごが停止してから予め定められた時間を経過したら前記電流指令手段を動作させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエレベータの制御装置。
4. 前記三相インバータから発生した熱を放散させる放熱フィンと、
   前記放熱フィンの温度を検出して温度検出信号を発生する温度検出手段と、
   前記温度検出信号に基づいて前記閾電圧値を補正する温度補正手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のエレベータの制御装置。

Images