JP6704518B2 - エレベータの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エレベータの制御装置に関する。

従来のエレベータの制御装置の一例が、特許文献１に示される。特許文献１の例では、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、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、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、インバータから出力された交流電力で駆動されて乗りかごを昇降させる電動機と、インバータを空冷するためのファンと、インバータ装置内の素子の電圧を測定する電圧測定手段と、インバータ内のスイッチング素子の診断運転開始後、電圧測定手段により測定した電圧値がインバータ内のスイッチング素子の異常を示す所定の条件を満たした場合に、ファンによる空冷能力が向上するようにファンの回転数を制御するファン制御手段と、を備えている。

特開２０１３-２３３５７号公報

しかしながら、本発明者は、エレベータの制御装置がインバータと回生コンバータとを備えている場合には、インバータの寿命と回生コンバータの寿命との差が大きくなる場合があるという課題を見出した。

たとえば、エレベータにおいてかごを加速したり、減速したりすることが頻繁に行われると、コンバータに比べてインバータのストレスが大きく上昇し、寿命も短くなる。これは制御装置全体の寿命に影響を及ぼす可能性もある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、インバータの寿命と回生コンバータの寿命との差を縮小できるエレベータの制御装置を提供することを目的とする。

この発明に係る、エレベータの制御装置は、第１の電力変換器と、第２の電力変換器と、切替手段とを備える、エレベータの制御装置であって、第１の電力変換器は、回生コンバータとして動作可能であり、第１の電力変換器は、インバータとして動作可能であり、第２の電力変換器は、回生コンバータとして動作可能であり、第２の電力変換器は、インバータとして動作可能であり、回生コンバータは、電力を直流電力に変換する機能と、直流電力を電力に変換する機能とを備え、インバータは、直流電力を交流電力に変換する機能と、交流電力を電動発電機に供給する機能と、電動発電機から回生電力を受け取る機能と、回生電力を直流電力に変換する機能とを備え、切替手段は、第１の電力変換器を回生コンバータとして動作させ、かつ、第２の電力変換器をインバータとして動作させるための第１の回路構成と、第２の電力変換器を回生コンバータとして動作させ、かつ、第１の電力変換器をインバータとして動作させるための第２の回路構成とを、選択的に実現可能である。
特定の態様によれば、制御装置は、さらに、第１の電力変換器の温度を測定する第１の温度検出器または第２の電力変換器の温度を測定する第２の温度検出器を備え、切替手段は、第１の温度または第２の温度に基づいて、第１の回路構成および第２の回路構成を選択的に実現する。
特定の態様によれば、切替手段は、第２の回路構成が実現されており、かつ、第１の温度が第１の温度閾値を超えており、かつ、電動発電機が停止している場合に、第１の回路構成を実現するよう動作するか、または、第１の回路構成が実現されており、かつ、第２の温度が第１の温度閾値を超えており、かつ、電動発電機が停止している場合に、第２の回路構成を実現するよう動作する。
特定の態様によれば、第１の電力変換器および第２の電力変換器のうち少なくとも一方は、ワイドバンドギャップ半導体を備えるスイッチング素子を備える。

この発明によるエレベータの制御装置は、２つの電力変換器を備え、それぞれインバータとして動作するか回生コンバータとして動作するかを切り替えながら動作させるので、２つの電力変換器の寿命の差（すなわちインバータの寿命と回生コンバータの寿命との差）を縮小できる。

本発明の実施の形態１に係る回路の例を示す図である。 実施の形態１に係る処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２に係る処理の流れを示すフローチャートである。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１に、本発明の実施の形態１に係るエレベータの制御装置１００を含む構成の例を示す。エレベータは、たとえば、電動発電機５と、巻上機７と、主ロープ９と、かご１１と、釣合錘１３とを備える。電動発電機５は巻上機７を駆動する。巻上機７のシーブには主ロープ９が吊り下げられる。主ロープ９の一端にはかご１１が取り付けられ、他端には釣合錘１３が取り付けられる。

制御装置１００は、第１の電力変換器２１および第２の電力変換器２２を備える。第１の電力変換器２１および第２の電力変換器２２はいずれもスイッチング素子を備える。本実施形態では、第１の電力変換器２１のスイッチング素子および第２の電力変換器２２のスイッチング素子は、いずれもワイドバンドギャップ半導体を備える。変形例として、これらのうち一方がワイドバンドギャップ半導体を備えてもよく、いずれもワイドバンドギャップ半導体を備えないものであってもよい。

また、制御装置１００は、交流電源ｅを備える（変形例として、交流電源ｅは制御装置１００の外部にあってもよい）。交流電源ｅはたとえば三相交流電源である。

本明細書において、第１の電力変換器２１および第２の電力変換器２２に関し、「入力側」および「出力側」という用語は、電動発電機５が電動機として動作する場合を基準としている。すなわち、「入力側」とは、電動発電機５が電動機として動作する場合に電力変換器に電力が入力される側を意味し、これは、電動発電機５が発電機として動作する場合に電力変換器から電力が出力される側である。また、「出力側」とは、電動発電機５が発電機として動作する場合（たとえば回生動作を行う場合）に電力変換器に電力が入力される側を意味し、これは、電動発電機５が電動機として動作する場合に電力変換器から電力が出力される側である。

また、本明細書において、「通常接点」とは、制御装置１００が所定の回路構成（第１の回路構成）を実現する際に閉成される接点を意味し、「切替接点」とは、制御装置１００が別の所定の回路構成（第２の回路構成）を実現する際に閉成される接点を意味する。制御装置１００が第１の回路構成を実現する時には、通常接点は閉成され、切替接点は開離される。また、制御装置１００が第２の回路構成を実現する時には、通常接点は開離され、切替接点は閉成される。通常接点と切換接点とは、両方が同時にオンすることを防止するために、インターロックされてもよい。

第１の電力変換器２１の入力側には、通常接点Ｎ１を介して交流電源ｅが接続される。また、第１の電力変換器２１の入力側には、切替接点Ｅ２を介して第２の電力変換器２２の出力側が接続される。

第１の電力変換器２１の出力側には、コンデンサ１５と、第２の電力変換器２２の入力側とが並列に接続される。コンデンサ１５は、直流電力の脈動を平滑化する平滑コンデンサとして機能するものであってもよい。また、第１の電力変換器２１の出力側には、切替接点Ｅ３を介して電動発電機５が接続される。

第２の電力変換器２２の入力側には、切替接点Ｅ１を介して交流電源ｅが接続される。また、第２の電力変換器２２の出力側には、通常接点Ｎ２を介して電動発電機５が接続される。

第１の電力変換器２１は、回生コンバータとして動作可能であり、インバータとしても動作可能である。第２の電力変換器２２もまた、回生コンバータとして動作可能であり、インバータとしても動作可能である。なお、本明細書では、電動発電機５による回生動作に関与するか否かに関わらず、コンバータを「回生コンバータ」と称する。

回生コンバータ（すなわち、回生コンバータとして動作する第１の電力変換器２１および第２の電力変換器２２）は、入力される電力（たとえば交流電力）を直流電力に変換する機能と、直流電力を電力（たとえば交流電力）に変換する機能とを備える。回生コンバータは、整流回路として機能するものであってもよい。

インバータ（すなわち、インバータとして動作する第１の電力変換器２１および第２の電力変換器２２）は、直流電力を交流電力に変換する機能と、交流電力を電動発電機５に供給する機能と、電動発電機５から回生電力を受け取る機能と、回生電力を直流電力に変換する機能とを備える。インバータは、交流電力の電圧および周波数の少なくとも一方を可変とするものであってもよい。

第１の電力変換器２１および第２の電力変換器２２の動作は、制御装置１００の回路構成によって切り替えられる。制御装置１００は、制御装置１００の回路構成を切り替えるための切替手段を備える。本実施形態では、切替手段は、制御器５０と、第１の指令部６１と、第２の指令部６２と、第１の信号スイッチＳ１と、第２の信号スイッチＳ２とを備える。制御器５０は判断部５２を備える。判断部５２は、たとえば、演算手段および記憶手段を備えるコンピュータによって構成される。

制御器５０は、第１の指令部６１および第２の指令部６２の動作を制御する。第１の指令部６１は、電力変換器をインバータとして動作させるための制御指令信号を出力し、第２の指令部６２は、電力変換器を回生コンバータとして動作させるための制御指令信号を出力する。これらの制御指令信号は、第１の信号スイッチＳ１および第２の信号スイッチＳ２の状態に応じ、第１の電力変換器２１または第２の電力変換器２２に選択的に入力される。

切替手段は、第１の回路構成および第２の回路構成を選択的に実現可能である。この選択は、たとえば、第１の信号スイッチＳ１の状態と、第２の信号スイッチＳ２の状態と、通常接点Ｎ１およびＮ２の状態と、切替接点Ｅ１〜Ｅ３の状態とに基づいて実現される。制御器５０がこれらの状態を制御してもよい。

第１の回路構成では、第１の指令部６１は第２の電力変換器２２に接続され、第２の指令部６２は第１の電力変換器２１に接続される。すなわち、第１の回路構成は、第１の電力変換器２１を回生コンバータとして動作させ、かつ、第２の電力変換器２２をインバータとして動作させるための回路構成である。

第２の回路構成では、第１の指令部６１は第１の電力変換器２１に接続され、第２の指令部６２は第２の電力変換器２２に接続される。すなわち、第２の回路構成は、第２の電力変換器２２を回生コンバータとして動作させ、かつ、第１の電力変換器２１をインバータとして動作させるための回路構成である。

本実施形態では、制御装置１００は第１の温度検出器３１および第２の温度検出器３２を備える。第１の温度検出器３１は、第１の電力変換器２１の温度を測定し、この温度を表す第１の温度検出値Ｔ１を出力する。第２の温度検出器３２は、第２の電力変換器２２の温度を測定し、この温度を表す第２の温度検出値Ｔ２を出力する。制御器５０は、第１の温度検出値Ｔ１および第２の温度検出値Ｔ２を受信する。

本実施形態では、切替手段は、第１の温度検出値Ｔ１および第２の温度検出値Ｔ２に基づいて動作する。たとえば、切替手段は、第１の温度検出値Ｔ１および第２の温度検出値Ｔ２に基づいて、第１の回路構成および第２の回路構成を選択的に実現する。また、本実施形態では、切替手段（とくに制御器５０の判断部５２）は、回路構成の制御に用いられる所定の温度閾値（すなわち第１の温度閾値および第２の温度閾値）を記憶する。

以上のように構成される制御装置１００の動作を、以下に説明する。
図２は、実施の形態１に係る制御器５０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートの実行は、たとえば第１の回路構成が実現されている場合に開始される。

第１の回路構成において、通常接点Ｎ１およびＮ２はオン状態であり、切替接点Ｅ１〜Ｅ３はオフ状態であり、第１の信号スイッチＳ１は第２の電力変換器２２側に切り替えられており、第２の信号スイッチＳ２は第１の電力変換器２１側に切り替えられている。この状態では、第１の電力変換器２１が回生コンバータとして交流電源ｅから電力を受け取り、第２の電力変換器２２がインバータとして電動発電機５を駆動する。

呼びに応じて電動発電機５が駆動されることによって、かご１１が昇降し、目的階へと移動する。この際の具体的な制御は公知技術に基づいて実行可能である。

上述のように、第１の回路構成では第２の電力変換器２２がインバータとして動作する。この状態では、第１の電力変換器２１の温度（第１の温度検出値Ｔ１）に比較して、第２の電力変換器２２の温度（第２の温度検出値Ｔ２）が上昇しやすい可能性がある。

すなわち、この状態では、第２の回路構成に比較して、第１の電力変換器２１の温度が低くなり、第１の電力変換器２１の寿命への悪影響が低減される。一方で、第２の回路構成に比較して、第２の電力変換器２２の温度が高くなり、第２の電力変換器２２の寿命への悪影響がより大きくなる可能性がある。

まず制御器５０は、第２の温度検出値Ｔ２（インバータの温度を表す）が第１の温度閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。第２の温度検出値Ｔ２が第１の温度閾値以下である場合には、制御器５０はステップＳ１０１を繰り返す。

第２の温度検出値Ｔ２が第１の温度閾値を超えている場合には、制御器５０は、かご１１が停止しているか否かを判定する（ステップＳ１０３）。かご１１が停止しているか否かは、たとえば電動発電機５が停止しているか否かによって表される。電動発電機５が停止していない場合（たとえばかご１１が移動中である場合）には、制御器５０はステップＳ１０３を繰り返す。

電動発電機５が停止している場合には、制御器５０は、第２の回路構成を実現する（ステップＳ１０５）。すなわち、通常接点Ｎ１およびＮ２をオフ状態に切り替え、切替接点Ｅ１〜Ｅ３をオン状態に切り替え、第１の信号スイッチＳ１を第１の電力変換器２１側に切り替え、第２の信号スイッチＳ２を第２の電力変換器２２側に切り替える。すなわち、制御器５０は、それまでインバータとして動作していた第２の電力変換器２２を、回生コンバータとして動作するように切り替える。これにより、第１の電力変換器２１をインバータとして動作させるとともに、第２の電力変換器２２を回生コンバータとして動作させるための準備が完了する。

このように、制御装置１００の切替手段は、第１の回路構成が実現されており、かつ、第２の温度検出値Ｔ２が第１の温度閾値を超えており、かつ、電動発電機５が停止している場合に、第２の回路構成を実現するよう動作するということができる。具体的な制御内容に応じて、追加の条件が課されてもよい。

この状態で呼びが生じると、第２の電力変換器２２が回生コンバータとして交流電源ｅから電力を受け取り、第１の電力変換器２１がインバータとして電動発電機５を駆動する。この状態では、第１の回路構成に比較して、第２の電力変換器２２の温度が低くなり、第２の電力変換器２２の寿命への悪影響が低減される。このようにして、第１の電力変換器２１の寿命と、第２の電力変換器２２の寿命とのバランスが、より良く実現される。

次に、制御器５０は、第１の温度検出値Ｔ１（インバータの温度を表す）が第１の温度閾値を超えているか否かを判定する（ステップＳ１０７）。第１の温度検出値Ｔ１が第１の温度閾値以下である場合には、制御器５０はステップＳ１０７を繰り返す。

第１の温度検出値Ｔ１が第１の温度閾値を超えている場合には、制御器５０は、かご１１が停止しているか否かを判定する（ステップＳ１０９）。かご１１が停止しているか否かは、たとえば電動発電機５が停止しているか否かによって表される。電動発電機５が停止していない場合（たとえばかご１１が移動中である場合）には、制御器５０はステップＳ１０９を繰り返す。

電動発電機５が停止している場合には、制御器５０は、第１の回路構成を実現する（ステップＳ１１１）。すなわち、通常接点Ｎ１およびＮ２をオン状態に切り替え、切替接点Ｅ１〜Ｅ３をオフ状態に切り替え、第１の信号スイッチＳ１を第２の電力変換器２２側に切り替え、第２の信号スイッチＳ２を第１の電力変換器２１側に切り替える。すなわち、制御器５０は、それまでインバータとして動作していた第１の電力変換器２１を、回生コンバータとして動作するように切り替える。これにより、第１の電力変換器２１を回生コンバータとして動作させるとともに、第２の電力変換器２２をインバータとして動作させるための準備が完了する。

このように、制御装置１００の切替手段は、第２の回路構成が実現されており、かつ、第１の温度検出値Ｔ１が第１の温度閾値を超えており、かつ、電動発電機５が停止している場合に、第１の回路構成を実現するよう動作するということができる。具体的な制御内容に応じて、追加の条件が課されてもよい。

この後、処理はステップＳ１０１に戻る。この状態で呼びが生じると、第１の電力変換器２１が回生コンバータとして交流電源ｅから電力を受け取り、第２の電力変換器２２がインバータとして電動発電機５を駆動する。

以上説明するように、この発明の実施の形態１に係る制御装置１００は、第１の電力変換器２１および第２の電力変換器２２を、インバータとして動作するか回生コンバータとして動作するかを切り替えながら動作させるので、２つの電力変換器の寿命の差を縮小することができる。

実施の形態１では、第１の電力変換器２１および第２の電力変換器２２のスイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体を用いて形成されている。ワイドバンドギャップ半導体は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いため、スイッチング素子の小型化が可能である。また、小型化されたスイッチング素子を用いることにより、第１の電力変換器２１および第２の電力変換器２２の小型化が可能となり、さらには制御装置１００や電力変換装置全体の小型化が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態１では、制御器５０は第１の温度閾値のみを基準として動作した。実施の形態２では、制御器５０は、第１の温度閾値に加え、さらに第２の温度閾値を記憶する。第２の温度閾値は、第１の温度閾値よりも低い値である。以下、実施の形態１との相違点を説明する。

図３は、実施の形態２に係る制御器５０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。このフローチャートの実行は、たとえば第１の回路構成が実現されている場合に開始される。

まず制御器５０は、第１の温度検出値Ｔ１（回生コンバータの温度を表す）が第２の温度閾値を下回っているか否かを判定する（ステップＳ２０１）。第１の温度検出値Ｔ１が第２の温度閾値以上である場合には、制御器５０はステップＳ２０１を繰り返す。

第１の温度検出値Ｔ１が第１の温度閾値を下回っている場合の動作（すなわちステップＳ２０３〜Ｓ２１１）は、実施の形態１における対応する動作（すなわちステップＳ１０３〜Ｓ１１１）と同様にして実現可能である。

このように、本実施形態では、切替手段は、第１の温度検出値Ｔ１に基づいて動作する。たとえば、切替手段は、第１の温度検出値Ｔ１に基づいて、第１の回路構成および第２の回路構成を選択的に実現する。また、本実施形態では、切替手段（とくに制御器５０の判断部５２）は、回路構成の制御に用いられる所定の温度閾値（すなわち第１の温度閾値）を記憶する。

以上説明するように、この発明の実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、制御装置１００が、第１の電力変換器２１および第２の電力変換器２２を、インバータとして動作するか回生コンバータとして動作するかを切り替えながら動作させるので、２つの電力変換器の寿命の差を縮小することができる。

また、実施の形態２では第２の温度検出値Ｔ２を用いないので、第２の温度検出器３２および関連する構成を省略することができ、全体の構成がより簡素となる。

変形例として、制御装置１００（とくに、制御器５０の判断部５２）は、第１の温度検出値Ｔ１の代わりに、第２の温度検出値Ｔ２に基づいて動作してもよい。その場合には、第１の温度検出器３１および関連する構成を省略することができる。

実施の形態２でも、第１の電力変換器２１および第２の電力変換器２２のスイッチング素子はワイドバンドギャップ半導体を用いて形成されているので、スイッチング素子、第１の電力変換器２１、第２の電力変換器２２、制御装置１００、または電力変換装置全体の小型化が可能となる。

なお、実施の形態１および２では、制御装置１００の切替手段は温度に基づいて回路構成を制御するが、変形例として、切替手段は他の情報（経過時間等）に基づいて回路構成を制御してもよい。

Claims (4)

1. 第１の電力変換器と、第２の電力変換器と、切替手段とを備える、エレベータの制御装置であって、
   前記第１の電力変換器は、回生コンバータとして動作可能であり、
   前記第１の電力変換器は、インバータとして動作可能であり、
   前記第２の電力変換器は、回生コンバータとして動作可能であり、
   前記第２の電力変換器は、インバータとして動作可能であり、
   前記回生コンバータは、電力を直流電力に変換する機能と、直流電力を電力に変換する機能とを備え、
   前記インバータは、直流電力を交流電力に変換する機能と、前記交流電力を電動発電機に供給する機能と、前記電動発電機から回生電力を受け取る機能と、前記回生電力を直流電力に変換する機能とを備え、
   前記切替手段は、
   ‐前記第１の電力変換器を前記回生コンバータとして動作させ、かつ、前記第２の電力変換器を前記インバータとして動作させるための第１の回路構成と、
   ‐前記第２の電力変換器を前記回生コンバータとして動作させ、かつ、前記第１の電力変換器を前記インバータとして動作させるための第２の回路構成と、
   を、選択的に実現可能である、
   エレベータの制御装置。
2. 前記制御装置は、さらに、前記第１の電力変換器の温度を測定する第１の温度検出器または前記第２の電力変換器の温度を測定する第２の温度検出器を備え、
   前記切替手段は、前記第１の温度または前記第２の温度に基づいて、前記第１の回路構成および前記第２の回路構成を選択的に実現する、
   請求項１に記載のエレベータの制御装置。
3. 前記切替手段は、
   ‐前記第２の回路構成が実現されており、かつ、
   ‐前記第１の温度が第１の温度閾値を超えており、かつ、
   ‐前記電動発電機が停止している
   場合に、前記第１の回路構成を実現するよう動作するか、または、
   ‐前記第１の回路構成が実現されており、かつ、
   ‐前記第２の温度が第１の温度閾値を超えており、かつ、
   ‐前記電動発電機が停止している
   場合に、前記第２の回路構成を実現するよう動作する、
   請求項２に記載のエレベータの制御装置。
4. 前記第１の電力変換器および前記第２の電力変換器のうち少なくとも一方は、ワイドバンドギャップ半導体を備えるスイッチング素子を備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエレベータの制御装置。

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