JP6215921B2 - エレベータの駆動装置 - Google Patents

Description

発明の分野

本発明はエレベータの駆動装置の安全システムに関するものである。

発明の背景

エレベータのシステムでは、安全規定に従った安全システムが必要であり、例えば障害もしくは誤作動があれば、安全システムによってエレベータシステムの運行を停止することができる。上述の安全システムは安全回路を有し、これは直列の安全スイッチで構成され、これらのスイッチは安全システムの安全性を測定する。安全スイッチの開放はエレベータシステムの安全性が損なわれたことを示す。このように場合、エレベータシステムの運行は中断され、配電網からエレベータモータへの給電を接触器により遮断することによって、エレベータシステムを安全な状態にする。また、機械ブレーキは、機械ブレーキの電磁石への電流供給を接触器により遮断することによって作動する。

接触器は機械構成要素であるため、電流遮断には一定回数しか耐えられないので、信頼性が乏しい。接触器の接点は過負荷状態になると、溶着することもあり、その場合、接触器の電流遮断能力が停止する。接触器の故障はエレベータシステムにおける安全性を低下させることがある。

接触器は構成要素としては大型であり、このため、接触器を有する装置も大きくなる。他方、既設空間をできる限り効率よく利用することは一般的な課題であるが、その場合、接触器を含む大型のエレベータ構成要素は配置が問題となる可能性がある。

したがって、エレベータシステムにおける接触器の個数をエレベータシステムの安全性を低下させることなく減少させる解決策を見つける必要がある。

発明の目的

本発明は、上述の欠点を１つ以上解消することを目的とする。本発明は、接触器なしに実現されるエレベータの駆動装置を開示すること１つの目的とする。

この目的を達成するため、本発明は請求項１に記載のエレベータの駆動装置を開示する。本発明の好ましい実施例は従属請求項に記載する。本発明のいくつかの実施例およびさまざまな実施例の発明としての組合せは、本願明細書および図面に提示する。

本発明によるエレベータの駆動装置は直流バスと、直流バスへ接続されエレベータモータへ給電するモータブリッジも有している。モータブリッジはハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを有し、エレベータモータを駆動する場合には直流バスからエレベータモータへ、またエレベータモータで制動する場合にはエレベータモータから直流バスへ電力を供給する。駆動装置は、モータブリッジの制御回路を有し、この制御回路によってモータブリッジのハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの制御極に制御パルス生成することでモータブリッジの動作を制御し、駆動装置はさらに、電磁ブレーキの制御コイルへ電力を供給するスイッチを備えたブレーキ制御装置と、ブレーキ制御装置のスイッチの制御極に制御パルスを生成することによってブレーキ制御装置の動作を制御するブレーキ制御回路と、安全信号を駆動装置の外部から入力回路へ遮断したり接続したりすることができる安全信号用の入力回路と、入力回路へ接続され、安全信号が遮断されるとモータブリッジのハイサイドスイッチおよび/またはローサイドスイッチの制御極へ制御パルスを通さないように構成された駆動防止論理回路と、さらに、入力回路へ接続され、安全信号が遮断されるとブレーキ制御装置のスイッチの制御極へ制御パルスを通さないように構成されたブレーキドロップアウト論理回路とから成る。ここで直流バスとは、直流電圧電力バス、すなわち周波数変換機の直流中間回路のバスバーなどの電力を電導/送電する主回路の一部を言う。

したがって、直流バスからモータブリッジを通るエレベータモータへの給電は、本発明による駆動防止論理回路によりハイサイドスイッチおよび/またはローサイドスイッチの制御極へ制御パルスを通過させないことによって、機械的接触器なしに遮断することができる。同様に、それぞれの電磁ブレーキの制御コイルへの給電も、本発明によるブレーキドロップアウト論理回路によりブレーキ制御装置のスイッチの制御極へ制御パルスを通過させないことによって、機械的接触器なしに遮断することができる。ブレーキ制御装置のスイッチは、モータブリッジのハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチもそうであるが、最適には、IGBTトランジスタ、MOSFETトランジスタまたはバイポーラトランジスタなどの固体スイッチである。

本発明の好ましい実施例では、上述のブレーキ制御装置は直流バスへ接続され、ブレーキ制御装置はさらに、直流バスから電磁ブレーキの制御コイルへ給電するスイッチを有している。したがって、エレベータモータの制動に関連して直流バスへ戻るエネルギーもブレーキ制御に利用することができ、これによってエレベータの駆動装置の効率が改善される。加えて、ブレーキ制御装置用に別の電源をエレベータの駆動装置に配設する必要がない場合、駆動装置の主回路は簡素化される。

本発明によれば、エレベータモータ用電源装置およびブレーキ制御装置を同じ駆動装置内へ、好ましくはそのエレベータの巻上機の周波数変換機内へ組み込むことができる。これは最も重要である。なぜならエレベータモータ用給電装置およびブレーキ制御装置の組合せは、エレベータの巻上機の安全作動の観点から、したがってエレベータ全体の安全運行の観点から不可欠であるからである。本発明による駆動装置はまた、安全信号を介してエレベータの安全装置の一部として接続することができ、その場合、エレベータの安全装置が簡略化され、多くのさまざまな方式で容易に実現することができる。さらに、本発明による安全信号と駆動防止論理回路とブレーキドロップアウト論理回路の組合せによって駆動装置は、機械的接触器なしに半導体部品だけを用いて実現することができる。最も好ましくは、安全信号の回路と駆動防止論理回路とブレーキドロップアウト論理回路は、半導体個別部品のみによって、すなわち集積回路なしに実現されることである。このような場合、さまざまな故障状態の影響、ならびに、例えば駆動装置の外部から安全信号の入力回路へ接続するEMC干渉の分析が容易になり、これによってさらに、駆動装置のさまざまなエレベータ安全装置への接続が容易になる。

したがって、本発明による方式によって駆動装置の構造が簡易化され、駆動装置のサイズが小さくなり、信頼性が増加する。また、接触器をなくせば、接触器の作動により生じる妨害騒音もなくなる。駆動装置の簡素化および駆動装置のサイズ減少によって駆動装置は、巻上機と同じエレベータシステム内の場所に配置することができる。高圧電流が駆動装置とエレベータの巻上機の間の電流導体を流れるので、駆動装置をエレベータの巻上機と同じ場所に配置することによって、電流導体は短くなり、もしくはなくすこともでき、その場合、駆動装置およびエレベータの巻上機の作動により生じるEMC障害も減少する。

本発明による好ましい実施例では、駆動防止論理回路は、安全信号が接続されると、モータブリッジのハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの制御極へ制御パルスを通すことができ、ブレーキドロップアウト論理回路は、安全信号が接続されると、ブレーキ制御装置のスイッチの制御極へ制御パルスを通すことができる。したがって、安全信号を接続することだけでエレベータを走行させることができ、そうすればエレベータの安全装置は簡略化される。

本発明による好ましい実施例では、駆動装置は走行開始の許可信号を生成するインジケータ論理回路を有している。インジケータ論理回路は、駆動防止論理回路とブレーキドロップアウト論理回路の両方が制御パルスを通さない状態にあると、走行開始の許可信号を付勢するように構成され、インジケータ論理回路はまた、駆動防止論理回路およびブレーキドロップアウト論理回路の少なくともいずれかが制御パルスを通す状態にあると、走行開始の許可信号を遮断するように構成されている。駆動装置は、走行開始の許可信号を駆動装置の外部の監視論理回路へ示す出力を有している。

本発明による好ましい実施例では、駆動防止論理回路への給電は、安全信号の信号路を通るように構成され、モータブリッジの制御回路から駆動防止論理回路への制御パルスはアイソレータを介するように構成されている。

本発明による好ましい実施例では、ブレーキドロップアウト論理回路への給電は安全信号の信号路を通るように構成され、ブレーキ制御回路からブレーキドロップアウト論理回路への制御パルスの信号路はアイソレータを介するように構成されている。

安全信号の信号路を通るように駆動防止論理回路/ブレーキドロップアウト論理回路への給電を構成することによって、駆動防止論理回路/ブレーキドロップアウト論理回路への給電は確実に遮断することができ、したがって、安全信号が遮断された場合、確実にモータブリッジおよびブレーキ制御装置のスイッチの選択された制御極へ制御パルスは通らなくなる。この場合、安全信号を遮断することによって電動機ならびに電磁ブレーキの制御コイルへの給電は、別個に機械的接触器を設けることなくフェイルセーフ方式で遮断することができる。

ここでアイソレータとは、信号通路に沿った電荷の流れを切り離す構成要素を意味している。したがってアイソレータでは、信号は、例えば電磁放射として（光アイソレータ）、または磁界もしくは電界を介して（デジタルアイソレータ）伝達される。アイソレータを使用すると、モータブリッジの制御回路から駆動防止論理回路へ、ならびにブレーキ制御回路からブレーキドロップアウト論理回路への電荷担体の流れは、例えばモータブリッジの制御回路/ブレーキ制御回路が故障して短絡した場合、防止される。

本発明の最も好ましい実施例において、駆動防止論理回路は双極性もしくは多極性信号スイッチを有し、これを介して制御パルスはモータブリッジのスイッチの制御極へ通り、信号スイッチの少なくとも１極が入力回路(すなわち、安全信号の信号路)へ接続され、安全信号が遮断されると信号スイッチを通る制御パルスの信号路が遮断されるようになっている。

本発明の１つの好ましい実施例では、駆動防止論理回路/ブレーキドロップアウト論理回路の上述の信号スイッチはトランジスタであり、その制御極（ゲート）を介して制御パルスがIGBTトランジスタの制御装置の光アイソレータのフォトダイオードに伝達される。この場合、トランジスタのゲートに到る制御パルスの信号路は金属皮膜抵抗（MELF抵抗）を通るように構成される。上述のトランジスタは、例えばバイポーラトランジスタもしくはMOSFETトランジスタでよい。

本発明の好ましい実施例では、上述の信号スイッチは、モータブリッジの各ハイサイドスイッチの制御極に関連して、および/またはモータブリッジの各ローサイドスイッチの制御極に関連して取り付けられている。

本発明の好ましい実施例では、安全信号を介して生ずる上述の給電は、安全信号の遮断で遮断するように構成されている。

本発明の１つの好ましい実施例では、駆動装置は交流電源と直流バスの間に接続された整流器を有している。

本発明の好ましい実施例では、駆動装置は完全に機械的接触器なしに実現される。

本発明による駆動装置は、エレベータの安全性の観点から重要な機能をモニタするように構成されたセンサを有するエレベータ安全装置と、エレベータの安全をモニタする上述のセンサにより生成されるデータの入力を有する電子監視装置と、さらにエレベータの巻上機を駆動する本発明による駆動装置での使用に適している。安全信号の信号線は電子監視装置から駆動装置へ引かれている。電子監視装置は、安全信号を駆動装置の入力回路から遮断し/安全信号を駆動装置の入力回路へ接続する手段を有している。電子監視装置は、エレベータを、安全信号を遮断することによって走行阻止状態にし、また安全信号を接続することによって走行阻止状態を解除するように構成されている。したがってエレベータは、電子監視装置で安全信号を遮断することによって安全状態にはいることができ、その場合、安全信号が遮断されると、直流バスからエレベータモータへの給電が停止し、機械ブレーキが働いてエレベータの巻上機の駆動綱車を制動する。

走行開始の許可信号は駆動装置から電子監視装置へ導くことができ、電子監視装置は、安全信号が遮断されると走行開始の許可信号の状態を読み取るように構成することができる。電子監視装置は、安全信号が遮断しても走行開始の許可信号が付勢されないと、エレベータの走行を阻止するように構成することができる。この場合、電子監視装置は、駆動防止論理回路、ならびにブレーキドロップアウト論理回路の動作状況を走行開始許可信号に基づいてモニタすることができる。電子監視装置は、例えば、走行許可信号が付勢されない場合、駆動防止論理回路およびブレーキドロップアウト論理回路の少なくとも一方もしくは他方が不良であると推定することができる。

電子監視装置と駆動装置の間にデータ転送バスを形成することができ、駆動装置はエレベータの動きの状態を測定するセンサの測定データ用入力を有する。電子監視装置は、エレベータの動きの状態を測定するセンサから電子監視装置と駆動装置の間のデータ転送バスを通して測定データを受信するように構成することができる。したがって、電子監視装置はエレベータの動きの状態を測定するセンサまたは測定用電子回路の故障を迅速に検出し、その場合、エレベータシステムは、電子監視装置の制御によってできる限り迅速に安全状態に移行することができる。電子監視装置は、この場合でも、例えば緊急制動中、別個のモニタ手段なしに駆動装置の作動をモニタすることができ、その場合、緊急制動は、緊急停止の際にエレベータの乗客に加わる力を小さくするように制御されたモータ制動による減速で電子監視装置の監視に従って行うことができる。すなわち、緊急停止の際の力が大きすぎると、エレベータの乗客に不快な感じを与え、または本当に危険な状態になってしまう可能性がある。

本発明による駆動装置は、互いに直列に取り付けられた機械的安全スイッチを有する安全回路を含むエレベータ安全装置での使用にも適し、安全スイッチは、エレベータの安全の観点から重要な機能をモニタするように構成されている。安全信号の信号線は安全回路から駆動装置へ引くことができる。安全回路は、駆動装置の入力回路から安全信号を遮断したり駆動装置の入力回路へ安全信号を接続したりする手段で構成することができる。安全信号は、安全回路内の安全スイッチを開くことによって駆動装置の入力回路から遮断するように構成することができる。したがって、本発明による駆動装置は、安全信号を介して駆動装置を安全回路へ接続することによって、安全回路を有するエレベータの安全装置の一部として接続することができる。

安全装置は、駆動装置の直流バスへ接続された緊急時駆動装置を有してもよい。緊急時駆動装置は２次電源を備えることができ、エレベータシステムの１次電源の障害の際、これによって電力を直流バスへ供給することができる。緊急時駆動装置および駆動装置はいずれも、完全に機械的接触器なしに実現することができる。本安全装置では、駆動防止論理回路およびブレーキドロップアウト論理回路の構造および配列によって、２次電源から発生して直流バスを通りエレベータモータおよび電磁ブレーキへ到る給電を機械的接触器なしに遮断可能にしている。

上述の２次電源は、例えば発電機、燃料電池、蓄電器、スーパーコンデンサ、もしくはフライホイールでよい。２次電源が再充電可能（例えば、蓄電器、スーパーコンデンサ、フライホイール、あるタイプの燃料電池）であれば、エレベータモータの制動中にモータブリッジを介して直流バスへ戻る電力で２次電源へ充電することができ、そうすればエレベータシステムの効率が改善する。

本発明の１つの好ましい実施例では、駆動防止論理回路は、安全信号が遮断されると、モータブリッジのハイサイドスイッチの制御極だけ、あるいはローサイドスイッチの制御極だけへ制御パルスを通さないように構成されている。この場合、エレベータモータのダイナミック制動は、国際公開公報WO 2008031915 A1に記載の方式でモータブリッジを制御するブリッジ部を用いて機械的接触器なしに実現され、この場合、安全信号が遮断されその結果、直流バスからエレベータモータへの給電が阻止されても、エレベータモータから直流バスへのダイナミック制動は可能である。ダイナミック制動の際に戻るエネルギーも緊急時駆動装置の２次電源を充電することができ、これによってエレベータシステムの効率が改善する。

本発明の最も好ましい実施例では、駆動防止論理回路およびブレーキドロップアウト論理回路は両方とも、エレベータの駆動装置において半導体部品だけで実現される。本発明の好ましい実施例では、インジケータ論理回路はエレベータの駆動装置において半導体部品のみで実現される。リレーおよび接触器などの機構部品ではなく半導体を使用することは、とりわけその高い信頼性と動作音の静寂性から、好ましい。接触器の個数が減るに従って、エレベータの安全システムの配線も簡易になる。なぜなら、接触器の接続には通常、別個のケーブル配線が必要になるからである。

本発明のいくつかの実施例では、駆動装置とエレベータの安全装置はインジケータ論理回路なしに実現するこができる。なぜなら、本発明による設計のブレーキドロップアウト論理回路および駆動防止論理回路では、それ自体で非常に高い安全度レベル、とくにEN IEC 61508標準に準ずる安全度レベルSIL 3さえも達成することができ、その場合、駆動防止論理回路およびブレーキドロップアウト論理回路の動作に関する別の測定フィードバック（走行開始の許可信号）は、必ずしも必要としない。

本発明によれば、安全信号は、駆動装置の外部に配設される手段で安全信号の入力回路への流れを遮断/阻止することによって遮断され、また安全信号は、安全信号の入力回路への流れを駆動装置の外部に配設される手段により許容することによって接続される。

本発明の１つの好ましい実施例では、安全信号は２つの別個の安全信号に分割され、これらは互いに別々に遮断/接続することができ、駆動装置は２つの入力回路を有し、それぞれが両安全信号用である。この場合、これらのうちの第１の入力回路は、上述の安全信号のうちの第１の信号が遮断されると、モータブリッジのハイサイドスイッチおよび/またはローサイドスイッチの制御極へ制御パルスを通さないように駆動防止論理回路へ接続され、第２の入力回路は、上述の安全信号のうちの第２の信号が遮断されると、ブレーキ制御装置のスイッチの制御極へ制御パルスを通さないようにブレーキドロップアウト論理回路へ接続されている。この場合、電子監視装置は、上述の安全信号を互いに別々に遮断する手段を備えることができ、その場合、ブレーキの起動および電動機の給電の遮断は、２つの別個の手順として、時間的に異なった２つの時点でさえも行うことができる。

本発明の最も好ましい実施例では、直流電圧信号が電子監視装置内の安全リレーの接点を通って駆動装置内の入力回路へ到ると、安全信号は接続され、また上述の安全リレーの接点を制御して開くことによって直流電圧信号の駆動装置への流れが遮断されると、安全信号は遮断される。したがって、安全信号の導体を取り外したり遮断したりしても安全信号の遮断になり、フェイルセーフ方式でエレベータシステムの作動を阻止することになる。さらに、電子監視装置内には、安全リレーに代わってトランジスタ、好ましくは互いに直列に接続された２つ以上のトランジスタを使用して安全信号を遮断することもでき、その場合、１つのトランジスタが短絡しても安全信号の遮断は阻止されない。トランジスタを使用する利点は、トランジスタの場合、安全信号は、必要ならば非常に短い時間、例えば約１ミリ秒間、遮断できることであり、その場合、短い遮断は、駆動装置の安全論理回路の動作に影響を及ぼすことなく駆動装置の入力回路で安全信号から濾波することができる。したがって、電子監視装置において安全信号の短い遮断を生成し、安全信号の遮断に関連してトランジスタの遮断機能を測定することによって、トランジスタの遮断機能を定期的に、さらにはエレベータでの走行中でさえ、モニタすることができる。

上述した概要、ならびに以下に示す本発明の他の特徴事項および他の利点は、次のいくつかの実施例の記載によってよりよく理解され、該記載は本願発明の範囲を限定するものでない。

本発明によるエレベータの１つの安全装置をブロック図として示す図である。 モータブリッジおよび駆動防止論理回路の回路図である。 ブレーキ制御装置およびブレーキドロップアウト論理回路の回路図である。 ブレーキ制御装置およびブレーキドロップアウト論理回路の他の回路図である。 ブレーキ制御装置およびブレーキドロップアウト論理回路のさらに他の回路図である。 図１に記載のエレベータの安全装置における安全信号の回路を示す図である。 図１に記載のエレベータの安全装置に対する緊急時駆動装置の取付け方をブロック図として示す図である。 本発明による駆動装置のエレベータの安全装置に対する取付け方をブロック図として示す図である。

発明の好ましい実施形態のさらに詳細な説明

図１は、エレベータシステムにおける安全装置をブロック図として示し、エレベータカー(図示せず)は、エレベータの巻上機によってロープ摩擦もしくはベルト摩擦を通してエレベータ昇降路(図示せず)内で駆動される。エレベータカーの速度は、エレベータ制御装置35により算出されたエレベータカーの速度の目標値、すなわち速度基準値に従って調節される。速度基準値は、エレベータの乗客が発したエレベータコールに基づいてエレベータカーが乗客をある階から別の階へ運ぶことができるように形成する。

エレベータカーは、巻上機の駆動綱車を経由して走行するロープもしくはベルトで釣合い重りへ接続されている。本技術分野にて公知のさまざまなローピング方式を使用することができるが、それらをここで詳細には説明しない。巻上機は、エレベータモータも有しているが、これは電動機６であり、これにより駆動綱車を回転させることでエレベータカーが駆動される。巻上機はさらに、２つの電磁ブレーキ９を有し、これにより駆動綱車が制動され、停止状態を保持する。巻上機は、周波数変換機１により配電網25から電動機６へ電力を供給することによって駆動される。周波数変換機１は整流器26を有し、これにより交流回路25の電圧は周波数変換機の直流中間回路2A、2B用に整流される。交流中間回路2A、2Bの交流電圧はさらに、モータブリッジ３によって変換され、電動機６の可変振幅・可変周波数電源電圧になる。モータブリッジ３の回路図を図２に示す。モータブリッジは、ハイサイド4AのIGBTトランジスタおよびローサイド4BのIGBTトランジスタを有し、これらは、モータブリッジの制御回路５によって短い、好ましくはPWM（パルス幅変調）変調されたパルスをIGBTトランジスタのゲートに生じさせることにより、接続される。モータブリッジの制御回路５は例えば、DSPプロセッサで実現することができる。ハイサイドのIBGTトランジスタ4Aは直流中間回路の高電圧バスバー2Aへ接続され、ローサイドのIGBTトランジスタ4Bは直流中間回路の低電圧バスバー2Bへ接続されている。ハイサイド4Aおよびローサイド4BのIGBTトランジスタを交互に接続することによって、モータの出力R、S、T内の高圧バスバー2Aおよび低圧バスバー2Bの直流電圧からPWM変調パルスパターンが形成され、このパルスのパターンのパルスの周波数は、電圧の基本周波の周波数より実質的に大きい。モータの出力電圧R、S、Tの基本周波の振幅および周波数は、この場合、PWM変調の変調度を調節することによって無段階で変えることができる。

モータブリッジの制御回路５は調速器も有し、これによって電動機６の回転子の回転速度と、同時にエレベータカーの速度も、エレベータ制御装置35により算出された速度基準値に向けて調節される。周波数変換機１はパルスエンコーダ27の測定信号用の入力を有し、この信号により電動機６の回転子の回転速度を測定して速度を調整する。

モータの制動中、電動機６から電力もモータブリッジ３を通って直流中間回路2A、2Bへ戻り、ここから電力は整流器26によってさらに配電網25へ送り戻すことができる。他方、本発明による方式は整流器26、例えばダイオードブリッジなどで実現することができるが、整流器26は、配電網へ制動電力を送る形式のものではない。この場合、モータの制動中に直流中間回路へ戻る力を、例えば電力用抵抗で熱に変換することができ、または、蓄電器もしくはコンデンサなどの別個の電力用一時蓄電装置へ供給することができる。モータの制動中、電動機６の力は、エレベータカーの運動方向に対して反対の方向に作用する。したがって、例えば空のカーを上方へ駆動した場合にモータ制動が発生し、その場合、エレベータカーは電動機６により制動されて、釣合い重りはその重力で上方へ進む。

エレベータの巻上機の電磁ブレーキ９は、巻上機のフレームに支持されたフレーム部と、フレーム部で可動に支持された電機子部も有している。ブレーキ９は推進用バネを有し、これはフレーム部に載置され、電機子部を押圧して巻上機の回転子の軸上、もしくは例えば駆動綱車上にある制動面と係合して綱車の運動にブレーキを作動させる。ブレーキ９のフレーム部は電磁石を有し、これはフレーム部と電機子部との間に引力を与える。ブレーキは、ブレーキの制御コイルに通電することによって開き、そうすると、電機子部を電磁石の引力で制動面から引き離し、制動力の作用がなくなる。同様にしてブレーキは、ブレーキの制御コイルへの給電を遮断することでブレーキをドロップアウトトリガすることによって、作動する。

ブレーキ制御装置７が周波数変換機１へ組み込まれ、ブレーキ制御装置によって巻上機の両電磁ブレーキ９は、両電磁ブレーキ９の制御コイル10へ電流を別々に給電することによって制御される。ブレーキ制御装置７は直流中間回路2A、2Bへ接続され、電磁ブレーキ９の制御コイルへの電流供給は直流中間回路2A、2Bから発生する。ブレーキ制御装置７の回路図を図３にさらに詳細に示す。明確にするため、図３は片方のブレーキの給電だけに関する回路図を示す。これは、両ブレーキとも回路図が同じであるからである。したがって、ブレーキ制御装置７は両ブレーキ用に別個の変圧器36を有し、変圧器の１次側回路によって２つのIGBTトランジスタ8A、8Bが直列に接続されて、IGBTトランジスタ8A、8Bを接続することによって直流中間回路のバスバー2A、2B間に変圧器36の１次側回路を接続できるようになっている。IGBTトランジスタは、ブレーキ制御回路11によって短い、好ましくはPWM変調されたパルスをIGBTトランジスタ8A、8Bのゲートに生じさせることにより、接続される。ブレーキ制御回路11は、例えばDSPプロセッサで実現することができ、モータブリッジの制御回路５と同じプロセッサへ接続することもできる。変圧器36の２次側回路は整流器37を有し、１次側回路を２次側回路へ接続すると誘起される電圧は、これによって整流されて電磁ブレーキの制御コイル10へ供給され、制御コイル10はこのように整流器37の２次側へ接続されている。また、変圧器の２次側には制御コイル10と平行に電流減衰回路38が接続され、電流減衰回路は、制御コイル10の電流遮断に際してブレーキの制御コイルのインダクタンスに蓄積されたエネルギーを受け入れる１つ以上の素子（例えば、抵抗、コンデンサ、バリスタなど）を有し、これによって、制御コイル10の電流の遮断とブレーキ９の作動が加速される。電流遮断の加速は、ブレーキ制御装置の２次側回路内のMOSFETトランジスタ39を開くことによって生ずるが、この場合、ブレーキのコイル10の電流は転流されて電流減衰回路38を通る。ここに記載の変圧器により実現されるブレーキ制御装置は、とりわけ接地不良の観点から、とくにフェイルセーフである。なぜなら、直流中間回路2A、2Bからブレーキの制御コイル10の両電流導体への給電は、変圧器36の１次側のIGBTトランジスタ8A、8Bの変調が停止すると、遮断されるからである。

図１によるエレベータの安全装置は機械式常時オフ安全スイッチ28を有し、これらは、エレベータの昇降路の入口の位置/施錠と、例えばエレベータカーの過回転防止装置の動作を監視するように構成されている。エレベータ昇降路の入口の安全スイッチは互いに直列に接続されている。したがって、安全スイッチ28の開放は、エレベータ昇降路の入口の開放、許容走行の限界リミットスイッチへのエレベータカーの到達、過回転防止装置の動作などのエレベータシステムの安全性に影響を及ぼす事象を示すものである。

エレベータの安全装置は電子監視装置20を有し、これは、EN IEC 61508 安全規則を満たし、SIL3 安全インテグリティレベルに準拠するように設計された特別なマイクプロセッサ制御式安全装置である。電子監視装置20には安全スイッチ28が接続されている。電子監視装置20は通信バス30によって周波数変換機１、エレベータ制御装置35、およびエレベータカーの制御装置へも接続され、さらに電子監視装置20は、安全スイッチ28および通信バスから受信したデータに基づいてエレベータシステムの安全性をモニタする。電子監視装置20は安全信号13を生成し、エレベータの走行は、この信号に基づいて許可することができ、また他方では、エレベータモータ６の給電を遮断し、かつ機械ブレーキ９を作動させて巻上機の駆動綱車の運動を制動することによって阻止することができる。こうして、電子監視装置20は、例えば、エレベータ昇降路の入口の開放を検出した場合、エレベータカーの許容走行の限界リミットスイッチへの到達を検出した場合、および過回転防止装置の作動を検出した場合、エレベータの走行を阻止することができる。また、電子監視装置は、周波数変換機１から通信バス30を介してパルスエンコーダ27の測定データを受信し、周波数変換機１から受信したパルスエンコーダ27の測定データに基づいてエレベータカーの動きを、とりわけ緊急停止の際、モニタする。

周波数変換機１には安全信号の信号路へ接続される特殊な安全論理回路15、16が設けられ、この安全論理回路によって、機械的接触器なしに半導体部品だけを使用してエレベータカーの給電の遮断と機械ブレーキの作動を行うことができ、これによって機械的接触器で実現される方式に比べてエレベータシステムの安全性および信頼性が改善する。安全論理回路は駆動防止論理回路15によって形成され、その回路図を図２に示す。安全論理回路はまた、ブレーキドロップアウト論理回路16によっても形成され、その回路図は図３に示す。また、周波数変換機１はインジケータ論理回路17を有し、これは、駆動防止論理回路15およびブレーキドロップアウト論理回路16の動作状態に関するデータを電子監視装置20用に生成する。図６は、上述の電子監視装置20および周波数変換機１の安全機能が互いに接続されてエレベータの安全回路を構成する様子を示す。

図２によれば、駆動防止論理回路15は、モータブリッジの制御回路５とそれぞれのハイサイドIGBTトランジスタの制御ゲートとの間の信号路へ取り付けられている。駆動防止論理回路15はPNPトランジスタ23を有し、そのエミッタは安全信号13の入力回路12へ接続されて、駆動防止論理回路15への給電が直流電圧電源40から安全信号13を介して行われるようになっている。安全信号13は電子監視装置20の安全リレー14の接点を通り、その場合、直流電圧電源40からPNPトランジスタ23のエミッタへの給電は、電子監視装置20の安全リレーの接点14が開くと、遮断する。図２および図３は安全リレーの接点14を１つしか示していないが、実際には電子監視装置20は、互いに直列に接続された２つの安全リレーや安全リレーの互いに直列に接続された２つの接点14を有し、これによって遮断の信頼性を確実にしようとしている。安全リレーの接点14が開くと同時に、モータブリッジの制御回路15からハイサイドIGBTトランジスタ4Aの制御ゲートへの制御パルスの信号路が遮断され、そうすると、ハイサイドIGBTトランジスタ4Aは開放され、直流中間回路2A、2Bから電動機の各相R、S、Tへの給電が中断する。図２の駆動防止論理回路15の回路図は、明瞭にするため、R相に関してのみ示している。これは、S相およびT相に関しても駆動防止論理回路15の回路図は同じだからである。

電動機６への給電は、安全信号13が遮断されている限り、すなわち安全リレー14の接点が開いている限り、阻止される。電子監視装置20は安全リレー14の接点を制御して閉じることによって安全信号13を接続し、その場合、直流電圧は直流電圧電源40からPNPトランジスタ23のエミッタへ接続される。この場合、制御パルスは、モータブリッジの制御回路５からPNPトランジスタ23のコレクタを通り、ハイサイドIGBTトランジスタ4Aの制御ゲートへ進むことができ、これによってモータによる走行が可能になる。そうしないと、PNPトランジスタ23のエミッタへの電圧供給が実際に遮断されていても(安全信号が遮断されていても)、PNPトランジスタの故障により制御パルスがハイサイドIGBTトランジスタ4Aを通る可能性があるので、モータブリッジの制御回路５から駆動防止論理回路15への制御パルスの信号路も光アイソレータ21を通るように配設されている。

図２によれば、PNPトランジスタ23の回路も、周波数変換機の外部を通る安全信号13の信号導体に付随するEMC干渉によく耐え、駆動防止装置15へのその干渉を防止する。

図３によれば、ブレーキドロップアウト論理回路16はブレーキ制御回路11とブレーキ制御装置７のIGBTトランジスタ8A、8Bの制御ゲートとの間の信号路へ取り付けられている。ブレーキドロップアウト論理回路16はPNPトランジスタ23も有し、そのエミッタは、駆動防止論理回路と同じ安全信号13の入力回路12へ接続されている。したがって、直流電圧電源40からブレーキドロップアウト論理回路16のPNPトランジスタ23のエミッタへの給電は、電子監視装置20の安全リレーの接点14が開くと、遮断する。同時に、ブレーキ制御回路11からブレーキ制御装置７のIGBTトランジスタ8A、8Bの制御ゲートへの制御パルスの信号路が遮断され、その場合、IGBTトランジスタ8A、8Bは開いて、直流中間回路2A、2Bからブレーキのコイル10への給電が停止する。図３におけるブレーキドロップアウト論理回路16の回路図は、明瞭にするため、直流中間回路の低電圧バスバー2Bへ接続されたIGBTトランジスタ8Bに関してのみ示す。これは、ブレーキドロップアウト論理回路16の回路図は、直流中間回路の高電圧バスバー2Aへ接続されたIGBTトランジスタ8Aに関しても同じだからである。

直流中間回路2A、2Bからブレーキのコイルへの給電はまた、安全リレー14の接点を制御して閉じることによって電子監視装置20が安全信号13を接続した後でも、可能であり、その場合、直流電圧は直流電圧電源40からブレーキドロップアウト論理回路16のPNPトランジスタ23のエミッタへ接続される。さらに、ブレーキ制御回路21により生成される制御パルスの信号路は、駆動防止論理回路の上述の説明に関連して述べたのと同じ理由で、光アイソレータ21を通るように配設されている。ブレーキ制御装置７のIGBTトランジスタ8A、8Bのスイッチング周波数は一般に非常に高く、20キロヘルツ以上にもなるので、光アイソレータ21を選択して光アイソレータ21を通る制御パルスの遅延が最小になるようにする必要がある。

光アイソレータ21に代わってデジタルアイソレータも、遅延を最小にするのに使用することができる。図４はブレーキドロップアウト論理回路の他の回路図を示すが、これは、光アイソレータ21がデジタルアイソレータに代わっている点で図３の回路図とは異なる。図４の可能性のある１つのデジタルアイソレータ21は、アナログデバイス社により製造されたadum4223なる型式表示を有するものである。デジタルアイソレータ21は、２次側の作動電圧を直流電圧電源40から安全リレー14を介して受け、この場合、デジタルアイソレータ21の出力は、接点14が開くと変調を停止する。

図５はブレーキドロップアウト論理回路のさらに他の回路図を示す。図５の回路図は、光アイソレータ21がトランジスタ46に代わり、ブレーキ制御回路11の出力が直接トランジスタ」46のゲートへ取り込まれている点で図３の回路図と異なる。MELF抵抗45がトランジスタ46のコレクタへ接続されている。エレベータ安全指示書En 81-20の規定では、MELF抵抗が短絡する障害は、障害分析を行う際、考慮する必要がないので、MELF抵抗の値を十分大きく設定することによって、安全接点14が開いたときにブレーキ制御回路11の出力からIGBTトランジスタ8A、8Bのゲートへ信号路が形成されないようにすることができると明記されている。このようにして、ブレーキ用の簡易で廉価のブレーキドロップアウト論理回路が達成される。

いくつかの実施例において、図２の駆動防止論理回路の回路図は、図４もしくは図５に記載のブレーキドロップアウト論理回路の回路図に代わっている。このようにして、モータブリッジの制御回路15の出力からIGBTトランジスタ4A、4Bのゲートまでの信号の転送時間遅延は、駆動防止論理回路内で小さくすることができる。

図６によれば、安全信号13は、周波数変換機１の直流電圧電源40から電子監視装置20の安全リレーの接点14へ送られ、さらに、周波数変換機１へ戻り、安全信号の入力回路12へ進む。入力回路12は、駆動防止論理回路15へ、さらにブレーキドロップアウト論理回路16へもダイオード41を介して接続されている。ダイオード41の目的は、駆動防止論理回路15もしくはブレーキドロップアウト論理回路16において発生する短絡などの障害の結果生ずる駆動防止論理回路15からブレーキドロップアウト論理回路16へ/ブレーキドロップアウト論理回路16から駆動防止論理回路15への電圧供給を防ぐことである。

また、周波数変換機はインジケータ論理回路17を有し、これは、駆動防止論理回路15およびブレーキドロップアウト論理回路16の動作状態に関するデータを電子監視装置20用に生成する。インジケータ論理回路17は、反転入力を有するAND論理回路として実現される。インジケータ論理回路の出力として、走行開始の許可信号が得られるが、この信号は、駆動防止論理回路15およびブレーキドロップアウト論理回路が動作状態にあり、その結果、次の走行の開始が許可されていることを示す。走行の開始を許可する信号18を付勢するために、電子監視装置20は安全リレーの接点14を開くことによって安全信号13を遮断するが、その場合、駆動防止論理回路15およびブレーキドロップアウト論理回路16の給電は０にする必要がある。すなわち、モータブリッジのハイサイドIGBTトランジスタ4A、およびブレーキ制御装置のIGBTトランジスタ8A、8Bへの制御パルスの供給を防ぐ。これが生ずると、インジケータ論理回路17は、トランジスタ42を導通状態に制御することによって走行の開始を許可する信号18を付勢する。トランジスタ42の出力は電子監視装置20へ接続され、トランジスタ42が導通すると電子監視装置20内の光アイソレータに電流が流れて、光アイソレータが走行開始の許可を電子監視装置20に示すようにする。電子監視装置20内の安全リレーの接点14が開いても駆動防止論理回路およびブレーキドロップアウト論理回路のうちの少なくともいずれか一方への給電が０にならなければ、トランジスタ42は導通を開始せず、電子監視装置20は、これに基づいて周波数変換機１の安全論理回路が故障したと推定する。この場合、電子監視装置は次の走行の開始を阻止し、走行阻止に関するデータを周波数変換機１およびエレベータ制御装置35へ通信バス30を通して送信する。

図７は本発明の一実施例を示し、図１に記載の安全装置に緊急時駆動装置32が追加され、緊急時駆動装置によって過負荷または停電などによる配電網の機能障害の際、エレベータの運行を継続することができる。緊急時駆動装置は、電池パック33、好ましくはリチウムイオン電池パックを有し、これは、直流中間回路2a、2bにDC/DC変換器43によって接続され、この変換器によって電池パック33と直流中間回路2A、2Bとの間で電力を両方向に送ることができる。緊急時駆動装置は、制動中に電動機６により電池パック33が充電され、電動機６で駆動中は電池パックから電動機６へ電流が供給されるように制御される。本発明によれば、電池パック33から直流中間回路2A、2Bを通る電動機６およびブレーキ９への給電も、駆動防止論理回路15およびブレーキドロップアウト論理回路16を用いて遮断することができ、その場合は緊急時駆動装置も、緊急時駆動装置/周波数変換機１に１個の機械的接触器も加えることなしに、実現することができる。

図８は本発明の一実施例を示し、これは、従来の安全回路34を有するエレベータへ本発明による周波数変換機１の安全論理回路を適合させたものである。安全回路34は、例えばエレベータ昇降路の入口のドアの安全スイッチなどの安全スイッチ28から成り、これらは互いに直列に接続されている。安全リレー44のコイルは安全回路34と直列に接続されている。安全回路34の安全スイッチ28が開いてコイルへの電流供給が停止すると、安全リレー44の接点が開く。したがって、安全リレー44の接点は、例えば保守要員が保守用の鍵でエレベータ昇降路の入口のドアを開けると、開く。安全リレー44の接点は、周波数変換機１の直流電圧電源40から駆動防止論理回路15およびブレーキドロップアウト論理回路16の共通入力回路12へ接続され、安全リレー44の接点が開くと駆動防止論理回路15およびブレーキドロップアウト論理回路16への給電が中断するようになっている。したがって、安全回路34内の安全スイッチ28が開くと、周波数変換機１のモータブリッジのハイサイドIGBTトランジスタ4Aの制御ゲートへ制御パルスが流れなくなり、エレベータの巻上機の電動機６への給電が遮断される。同時に、ブレーキ制御装置７のIGBTトランジスタ8A、8Bへの制御パルスも流れなくなり、巻上機のブレーキが作動して巻上機の駆動綱車を制動する。

当業者に明らかなように、電子監視装置20は、上述とは異なって、周波数変換機１内へ、好ましくは駆動防止論理回路15および/またはブレーキドロップアウト論理回路16と同じ回路板上で組み込むこともできる。しかしこのような場合、電子監視装置20および駆動防止論理回路15/ブレーキドロップアウト論理回路16は、互いに明瞭に区別可能なサブアッセンブリを形成するので、本発明によるフェイルセーフ装置構成が断片化することはない。

本発明をそのいくつかの実施例により上述したが、本発明が上述の実施例のみに限定されることはなく、請求項に記載の発明概念の範囲内で多くの他の適用が可能であることは、当業者に明らかである。

Claims (14)

1. 直流バスと、
   該直流バスへ接続されエレベータモータへ給電するモータブリッジとを含み、
   該モータブリッジはハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを含み、前記エレベータモータで駆動する場合は前記直流バスから該エレベータモータへ、また該エレベータモータで制動する場合は該エレベータモータから前記直流バスへ電力を供給し、さらに、
   前記モータブリッジの前記ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの制御極に制御パルスを生成することで該モータブリッジの動作を制御する該モータブリッジの制御回路を含むエレベータの駆動装置において、該駆動装置は、
   電磁ブレーキの制御コイルへ電力を供給するスイッチを含むブレーキ制御装置と、
   該ブレーキ制御装置の前記スイッチの制御極に制御パルスを生成することによって該ブレーキ制御装置の動作を制御するブレーキ制御回路と、
   安全信号を該駆動装置の外部から遮断/接続することができる安全信号用の入力回路と、
   該入力回路へ接続され、前記安全信号が遮断されると、前記モータブリッジのハイサイドスイッチおよび/またはローサイドスイッチの制御極へ制御パルスが通らないように構成された駆動防止論理回路と、
   前記入力回路へ接続され、前記安全信号が遮断されると、前記ブレーキ制御装置の前記スイッチの制御極へ制御パルスを通さないように構成されたブレーキドロップアウト論理回路とを含み、
   前記モータブリッジのハイサイドスイッチおよび/またはローサイドスイッチの制御極への制御パルスの信号路は前記駆動防止論理回路を通り、
   該駆動防止論理回路への給電は前記安全信号の信号路を通るように構成され、
   前記モータブリッジの制御回路から前記駆動防止論理回路への制御パルスの信号路はアイソレータを通るように配設されていることを特徴とするエレベータの駆動装置。
2. 直流バスと、
   該直流バスへ接続されエレベータモータへ給電するモータブリッジとを含み、
   該モータブリッジはハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチを含み、前記エレベータモータで駆動する場合は前記直流バスから該エレベータモータへ、また該エレベータモータで制動する場合は該エレベータモータから前記直流バスへ電力を供給し、さらに、
   前記モータブリッジの前記ハイサイドスイッチおよびローサイドスイッチの制御極に制御パルスを生成することで該モータブリッジの動作を制御する該モータブリッジの制御回路を含むエレベータの駆動装置において、該駆動装置は、
   電磁ブレーキの制御コイルへ電力を供給するスイッチを含むブレーキ制御装置と、
   該ブレーキ制御装置の前記スイッチの制御極に制御パルスを生成することによって該ブレーキ制御装置の動作を制御するブレーキ制御回路と、
   安全信号を該駆動装置の外部から遮断/接続することができる安全信号用の入力回路と、
   該入力回路へ接続され、前記安全信号が遮断されると、前記モータブリッジのハイサイドスイッチおよび/またはローサイドスイッチの制御極へ制御パルスが通らないように構成された駆動防止論理回路と、
   前記入力回路へ接続され、前記安全信号が遮断されると、前記ブレーキ制御装置の前記スイッチの制御極へ制御パルスを通さないように構成されたブレーキドロップアウト論理回路と、
   走行開始の許可信号を生成するインジケータ論理回路とを含み、
   該インジケータ論理回路は、前記駆動防止論理回路およびブレーキドロップアウト論理回路がともに制御パルスを通さない状態にあると、前記走行開始の許可信号を付勢するように構成され、
   前記インジケータ論理回路は、前記駆動防止論理回路およびブレーキドロップアウト論理回路の少なくともいずれか一方が制御パルスを通す状態にあると、前記走行開始の許可信号を遮断するように構成され、
   該駆動装置は、前記走行開始の許可信号を該駆動装置の外部の監視論理回路に示す出力を含むことを特徴とする駆動装置。
3. 請求項１または２に記載の駆動装置において、前記ブレーキ制御装置は前記直流バスへ接続され、
   前記スイッチは、前記直流バスから電磁ブレーキの制御コイルへ電力を供給するように構成されていることを特徴とする駆動装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の駆動装置において、前記駆動防止論理回路は、前記安全信号が接続されると、前記モータブリッジのスイッチの制御極へ制御パルスを通すように構成され、
   前記ブレーキドロップアウト論理回路は、前記安全信号が接続されると、前記ブレーキ制御装置のスイッチの制御極へ制御パルスを通すように構成されていることを特徴とする駆動装置。
5. 請求項２に記載の駆動装置において、前記モータブリッジのハイサイドスイッチおよび/またはローサイドスイッチの制御極への制御パルスの信号路は前記駆動防止論理回路を通り、
   該駆動防止論理回路への給電は前記安全信号の信号路を通るように構成されていることを特徴とする駆動装置。
6. 請求項２または５に記載の駆動装置において、前記モータブリッジの制御回路から前記駆動防止論理回路への制御パルスの信号路はアイソレータを通るように配設されていることを特徴とする駆動装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の駆動装置において、前記ブレーキ制御装置のスイッチの制御極への制御パルスが通る信号路は、前記ブレーキドロップアウト論理回路を通り、
   該ブレーキドロップアウト論理回路への給電は前記安全信号の信号路を通るように構成されていることを特徴とする駆動装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の駆動装置において、前記ブレーキ制御回路から前記ブレーキドロップアウト論理回路への制御パルスの信号路は、アイソレータを通るように配設されていることを特徴とする駆動装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の駆動装置において、前記駆動防止論理回路は双極性もしくは多極性信号スイッチを含み、該スイッチを通って制御パルスが前記モータブリッジのスイッチの制御極へ通り、
   前記信号スイッチの少なくとも１つの極は前記入力回路へ接続されて、前記安全信号が遮断されると、前記信号スイッチを通る前記制御パルスの信号路が切断されることを特徴とする駆動装置。
10. 請求項９に記載の駆動装置において、前記信号スイッチは、前記モータブリッジの各ハイサイドスイッチの制御極に関連して、および/または該モータブリッジの各ローサイドスイッチの制御極に関連して配設されていることを特徴とする駆動装置。
11. 請求項１ないし10のいずれかに記載の駆動装置において、前記ブレーキドロップアウト論理回路は双極性もしくは多極性信号スイッチを含み、該スイッチを通って制御パルスが前記ブレーキ制御装置のスイッチの制御極へ通り、
    前記信号スイッチの少なくとも１つの極は前記入力回路へ接続されて、前記安全信号が遮断されると、前記信号スイッチを通る制御パルスの信号路が切断されることを特徴とする駆動装置。
12. 請求項５ないし11のいずれかに記載の駆動装置において、前記安全信号の信号路を通って生ずる給電は、前記安全信号の遮断によって遮断されるように構成されていることを特徴とする駆動装置。
13. 請求項１ないし12のいずれかに記載の駆動装置において、該駆動装置は、交流電源と前記直流バスとの間に接続された整流器を含むことを特徴とする駆動装置。
14. 請求項１ないし13のいずれかに記載の駆動装置において、該駆動装置は、何ら機械的接触器なしに実現されることを特徴とする駆動装置。

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