JP6729973B2 - エレベータ制御装置及び冷却状態検出方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、エレベータ制御装置及び冷却状態検出方法に関する。

近年、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が、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。この冷却器は、例えば、ヒートシンク（冷却フィン）と、冷却ファンとを備え、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ヒートシンクには塵埃が溜まり易くなる。塵埃によってヒートシンクに目詰まりが起きたり、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り、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。

インバータ装置の温度異常に関する従来例としては、半導体スイッチング素子の温度変化を電流値から予測し、実測値と比較してその変化量に基づき、異常であればエレベータを停止させる技術がある。また、駆動装置の温度が高温の場合に運転速度パターンを低く変更し、駆動装置が高温になることを防止する技術がある。

特開２０１１−０６３４３２号公報 特許第５４０４６０６号公報

インバータ装置は、通常、エレベータ制御装置（制御盤）内に組み込まれており、エレベータ制御装置の設置環境によっては、頻繁に点検することはできない。このため、冷却器の性能低下による温度異常に対して適切に対応することができない場合がある。特に、冷却器の性能低下による温度異常に対応する場合、設置環境だけでなく、エレベータのかご荷重や利用状況等、種々の要因が絡むため、正確に温度上昇予測値を算出することは困難である。

本発明の目的は、インバータ装置の過熱を未然に防止することができ、エレベータの安定した走行を可能にするエレベータ制御装置及び冷却状態検出方法を提供することにある。

上記の目的を達成するための実施形態は、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し、変換された交流電力によってエレベータの巻上機用モータを駆動制御するインバータ装置と、インバータ装置を冷却する冷却器とを備え、冷却器の冷却状態を検出する機能を有するエレベータ制御装置であって、無負荷状態でエレベータを運転した際の冷却器の温度上昇値を温度上昇基準値として記録する温度上昇基準値記録部と、通常運転時において、エレベータを運転した際の冷却器の温度上昇値を温度上昇計測値として記録する温度上昇計測値記録部と、温度上昇基準値と温度上昇計測値とを比較し、その差分が一定値以上であるか否かを判定する比較判定部と、比較判定の結果、温度上昇基準値と温度上昇計測値との差分が一定値以上である場合には、冷却器の性能が低下したものとみなして冷却性能低下情報を報知する冷却性能低下情報報知部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るエレベータ制御装置の第１実施形態の構成を処理手順とともに示す説明図。 冷却器の構成及び温度センサと取付位置を示す説明図。 第１実施形態の作用を示す説明図。 第１実施形態の作用を示す説明図。 本発明に係るエレベータ制御装置の第２実施形態の構成を処理手順とともに示す説明図。 本発明に係るエレベータ制御装置の第３実施形態の構成を処理手順とともに示す説明図。 第３実施形態の作用を示す説明図。 本発明に係るエレベータ制御装置の第４実施形態の構成を処理手順とともに示す説明図。 本発明に係るエレベータ制御装置の第５実施形態の構成を処理手順とともに示す説明図。 第５実施形態の作用を示す説明図。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明に係るエレベータ制御装置の第１実施形態の構成を処理手順とともに示している。

同図に示すように、第１実施形態のエレベータ制御装置１Ａの制御対象となるエレベータは、乗りかご２とこの乗りかご２にロープにより連結されたつり合いおもり３とが巻上機用モータ４によって走行されている。巻上機用モータ４はインバータ装置５によって駆動制御される。インバータ装置５は、三相交流電源６の三相交流電力をコンバータ装置７及び平滑コンデンサ８を介して変換された直流電力を入力し、半導体スイッチング素子９を介して所望の電圧及び所望の周波数の交流電力に変換する。半導体スイッチング素子９はスイッチング動作に伴なって発熱するため、エレベータ制御装置１Aは半導体スイッチング素子９を冷却するための冷却器１０を備えている。

図２に示すように、冷却器１０は、吸気用冷却ファン１１と、排気用冷却ファン１２と、冷却フィン（ヒートシンク）１３とを備えている。これら吸気用冷却ファン１１、排気用冷却ファン１２及び冷却フィン（ヒートシンク）１３は、熱伝導性の高い放熱板１４上に載置されている。

半導体スイッチング素子９は、その放熱面側が冷却フィン１３上に接着されている。冷却フィン１３の半導体スイッチング素子９の近傍には温度センサ１５が取り付けられ、半導体スイッチング素子９の温度上昇が監視されている。

図１に示すように、エレベータ制御装置１Ａの制御機能としては、温度上昇基準値記録部２１と、温度上昇計測値記録部２２と、比較判定部２３と、発報部２４とを備えている。

温度上昇基準値記録部２１は、エレベータが設置されている建物の各昇降路毎に、一定の運転条件下でかつ無負荷状態で乗りかごを上下運転させたとき、温度センサ１５で計測される、正常状態における冷却器１０の温度上昇値を温度上昇基準値として記録する。

温度上昇計測値記録部２２は、温度上昇基準値を記録したときと同じ一定の運転条件下で、利用者を乗せた通常運転時において、温度センサ１５で計測される冷却器１０の温度上昇値を温度上昇計測値として記録する。

比較判定部２３は、温度上昇基準値と温度上昇計測値とを比較し、その差分が一定値以上であるか否かを判定する。

発報部２４は、比較判定部２３による比較判定の結果、温度上昇基準値と温度上昇計測値との差分が一定値以上である場合には、冷却器１０の性能が低下したものとみなして冷却性能低下情報を報知して冷却器１０の点検・清掃を促す。

次に、第１実施形態の動作を説明する。

＜温度上昇基準値記録処理＞
初めに、温度上昇基準値をデータベースに記録する処理が必要であるが、この処理は、温度上昇基準値記録部２１で実施される。温度上昇基準値を測定する処理では、例えば、エレベータ据付後や清掃・点検直後の深夜や早朝等のエレベータ利用者がいない時間帯において、無負荷運転で乗りかごを上昇・下降の往復運転を行う（ステップＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３）。その際、エレベータの運転時にインバータ装置５の半導体スイッチング素子９は、通電電流に比例して発熱する。半導体スイッチング素子９の発熱は、冷却器１０を構成する冷却ファン１１，１２及び冷却フィン１３によって放熱され、温度上昇が抑制される。冷却器１０が正常な状態で動作しているときの温度上昇基準値として、温度センサ１５で測定された温度計測値が取り込まれ、所定時間に渡って温度上昇値が算出される（ステップＳＴ４）。例えば、５分毎の温度上昇値が算出される。測定が終了すると、温度上昇基準値として記録される（ステップＳＴ５，ＳＴ６）。

＜冷却器性能確認処理＞
インバータ装置５が搭載されているエレベータ制御装置１Ａが設置される機械室または昇降路は、塵埃が多い環境であり、冷却フィンの目詰まりや冷却ファンの回転部への塵埃の付着等によって冷却器１０の性能が低下する。

冷却器１０の性能を確認するための冷却器性能確認運転では、利用者を乗せた通常運転時に実施されるが、運転条件は基準温度測定時と一致させる必要がある。すなわち、季節や周囲環境に影響されないよう周囲温度を一定にする、運転速度を一定（例えば、６０ｍ／分）にする、数回の上昇運転及び下降運転を数回繰り返す、又は数分間運転を実施する等、走行距離や走行時間を一定する等の運転条件を一致させる。

冷却器性能確認運転が開始されると（ステップＳＴ１１，ＳＴ１２）、温度センサ１５からの温度計測値が取り込まれ、所定時間の温度上昇値が求められる（ステップＳＴ１３）。例えば、５分間の温度上昇値が算出される。測定が終了すると、比較判定部２３では、基準温度値と測定温度値とが比較され（ステップＳＴ１４，ＳＴ１５）、その差分ΔＴが算出される。差分ΔＴが許容範囲内であれば、通常運転が継続される（ステップＳＴ１８）。差分ΔＴが許容範囲外であれば、冷却器１０に何らか異常があり、冷却性能が低下しているため、発報部２７は、その旨を報知するとともに、点検・清掃の実施を促す（ステップＳＴ１７）。発報後は、通常運転が継続される（ステップＳＴ１８）。

具体的に第１実施形態の動作を図３、図４に示す特性図で説明する。図３に示すように、温度上昇計測値記録部２２では、破線で示す温度上昇基準値Ｔrefと温度上昇計測値との差分ΔＴが算出される。また、これ以上、温度が上昇すると、エレベータが停止する上限を示す保護動作設定値が定められている。保護動作設定値を超える温度上昇があると、エレベータ（ELV）が停止するので、温度上昇計測値は、常に保護動作設定値以下である必要がある。

比較判定部２３には、図４に示すように、差分ΔＴの許容値ΔＴtと、差分ΔＴがエレベータ停止に至る最大値（保護動作設定値）ΔＴmaxとが設定されている。測定回数ｎのうち、ΔＴが許容値ΔＴtを超えた場合に異常と判定し、発報部２４から冷却性能低下情報を報知する。

このように、第１実施形態によれば、塵埃に起因する冷却器１０の性能低下を報知することができるので、冷却器１０の性能低下に伴う半導体スイッチング素子９の破損等を未然に防止でき、エレベータ停止による利便性低下を回避することができる。

＜第２実施形態＞
図５は、本発明に係るエレベータ制御装置の第２実施形態の構成を処理手順とともに示している。なお、図１に示した第１実施形態と同一構成部分、同一処理手順部分には同一符号を付し、その説明を省略又は簡素化する。

第２実施形態のエレベータ制御装置１Ｂでは、第１実施形態と同様に、冷却性能低下情報を発報するまでの処理は共通する（ステップＳＴ１〜ＳＴ１６）。第２実施形態の発報部２５では、冷却性能低下情報が発報されると、その回数及び日時がデータベースに記録される（ステップＳＴ２１）。例えば、次の定期点検までの期間が３ヶ月有る場合に、冷却性能低下情報の発報が規定回数（例えば３回）以上となった場合（ステップＳＴ２２YES）、塵埃量が異常に増加したものとみなしてその旨（冷却異常情報）を報知する。この冷却異常情報が報知されると、冷却器１０の点検をして、塵埃を取り除く清掃のみならず、コンタクタ・リレーの接点開閉機構にも塵埃が蓄積している可能性があるので、接点開閉機構を有する機器に対する点検も実施するように促す（ステップＳＴ２５）。冷却性能低下情報の発報が規定回数（例えば３回）未満であれば（ステップＳＴ２２NO）、第１実施形態と同様、冷却性能低下情報を報知する（ステップＳＴ２４）。

このように、第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加え、塵埃に起因するコンタクタ等の短絡故障の発生も未然に防止することができる。

＜第３実施形態＞
図６は、本発明に係るエレベータ制御装置の第３実施形態の構成を処理手順とともに示している。なお、図１に示した第１実施形態及び図４に示した第２実施形態と同一構成部分、同一処理手順部分には同一符号を付し、その説明を省略又は簡素化する。

第３実施形態のエレベータ制御装置１Ｃでは、温度上昇基準値と前記温度上昇計測値とを比較し、その差分ΔＴが一定値以上である場合、インバータ装置５への加速度を低下させるように指令を変更することを特徴としている。

発報部２６は、冷却性能低下情報を出力（ステップＳＴ１６）した後、冷却器１０の性能が回復するまでの間は、巻上機用モータ４に対する加速度を変更（低下）させてエレベータを運転するよう指示する（ステップＳＴ３１）。例えば、通常は、６０ｍ／分で運転していた場合には、３０〜４５ｍ／分程度まで低下させて運転する。

図７に示すように、破線で示す通常運転時では、温度が上昇して温度上昇基準値との差分が許容値を超えることがあるが、その際、実線で示すように加速度を低下させて運転する。エレベータの休止中は温度も低下していくものの、冷却器１０の性能が低下しているので、再び、温度が上昇して温度上昇基準値との差分が許容値を超えると加速度を低下させているので、実線で示すように温度上昇を低く抑えることができる。

冷却器１０の点検・清掃が完了して冷却器１０の性能が元の状態まで戻ると、加速度を元に戻して通常運転が継続される（ステップＳＴ１８）。

このように、第３実施形態によれば、塵埃等に起因する冷却器１０の性能低下を報知するとともに、加速度を低下させてエレベータを運転するので、インバータ装置５の発熱量に余裕を持たせることで、冷却器１０の性能低下に伴う半導体スイッチング素子９の破損等を未然に防止でき、エレベータ停止による利便性低下を回避することができる。

なお、第３実施形態において、加速度の変更は差分ΔＴの大きさによって変更するようにしてもよい。例えば、冷却性能低下情報が出力された後、第２実施形態で説明した“冷却異常情報”が出力される前に段階的に加速度を低下させて運転を行い、点検、清掃を待つようにしてもよい。

＜第４実施形態＞
図８は、本発明に係るエレベータ制御装置の第４実施形態の構成を処理手順とともに示している。

第３実施形態では、冷却性能低下情報を出力した後、冷却器１０の性能が回復するまでの間、加速度を変更したが、第４実施形態のエレベータ制御装置１Ｄでは、冷却性能低下情報を出力した後、冷却器１０の性能が回復するまでの間、キャリア周波数を変更することを特徴としている。

発報部２７は、冷却性能低下情報を出力（ステップＳＴ１６）した後、冷却器１０の性能が回復するまでの間は、半導体スイッチング素子９に対するキャリア周波数を変更（低下）させてエレベータを運転するよう指示する（ステップＳＴ３１）。周知のように、キャリア周波数は、高いほどインバータ出力の電圧波形は正弦波に近くなり、騒音も抑制される。キャリア周波数を低下させると発熱量は抑制することができるので、例えば、通常時のキャリア周波数が１０ｋＨｚであった場合に、８ｋＨｚ程度まで低下させる。これにより、騒音は発生するものの、インバータ装置の故障発生を防止できる。冷却器１０の点検・清掃が完了して元の状態まで性能が戻ると、キャリア周波数を元に戻して通常運転が継続される（ステップＳＴ１８）。

このように、第４実施形態によれば、塵埃等に起因する冷却器１０の性能低下を報知するとともに、キャリア周波数を低下させてエレベータを運転するので、冷却器１０の性能低下に伴う半導体スイッチング素子９の破損等を未然に防止でき、エレベータ停止による利便性低下を回避することができる。

なお、第４実施形態において、キャリア周波数の変更は差分ΔＴの大きさによって変更するようにしてもよい。例えば、冷却性能低下情報が出力された後、第２実施形態で説明した“冷却異常情報”が出力される前に段階的にキャリア周波数を低下させて運転を行い、点検、清掃を待つようにしてもよい。

＜第５実施形態＞
図９は、本発明に係るエレベータ制御装置の第５実施形態の構成を処理手順とともに示している。

第５実施形態のエレベータ制御装置１Ｅでは、温度上昇基準値記録部３１は、エレベータの客先引き渡し後、又は定期点検や清掃が終了した後等の冷却器１０が健全な状態のとき、基準温度測定運転を開始する（ステップＳＴ５２）。例えば１週間の通常運転中に、荷重情報、走行時間、運行時間帯等の条件を変更して、エレベータ加速時の短時間Δｔにおける温度上昇値ΔＴrefをエレベータ運転毎に加速時温度上昇基準値としてデータベース３９に記録する（ステップＳＴ５３，ＳＴ５４）。基準値の測定期間が終了すると準備が完了する（ステップＳＴ５５，ＳＴ５６）。

温度上昇計測値記録部３２は、通常運転時において、温度上昇計測値を求める（ステップＳＴ６１，ＳＴ６２）。次いで、比較判定部３３では、温度上昇計測値と各加速時温度上昇基準値とを比較する。そして、荷重情報、走行時間、運行時間帯等の条件が最も近似する加速時温度上昇基準値を抽出する。抽出された加速時温度上昇基準値と温度上昇計測値とを比較し、差分ΔＴが一定値以上になった場合、発報部２４は、冷却性能低下情報を発報して、点検、清掃の実施を促す（ステップＳＴ１６，ＳＴ１７）。

例えば、図１０に示すように、荷重情報、走行時間、運行時間帯等の条件が異なる３つの加速時温度上昇基準値（基準値１、基準値２，基準値３）がデータベース３９に記録されているとする。Δｔ時間におけるΔＴが最も近似している特性は基準値２の特性であるから、この場合は基準値２の差分値ΔＴref2と温度上昇計測値とを比較する。

このように第５実施形態によれば、温度上昇測定に特別なオペレーションを用いることなく、塵埃による冷却器１０の性能低下に伴う半導体スイッチング素子９の破損等を未然に防止することができ、エレベータ停止による利便性低下を回避することができる。

なお、第５実施形態においても第３実施形態における加速度変更処理や第４実施形態におけるキャリア周波数変更処理を適用してもよいことは勿論である。

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，１Ｄ，１Ｅ…エレベータ制御装置、２…乗りかご、３…つり合いおもり、４…巻上機用モータ、５…インバータ装置、６…三相交流電源、７…コンバータ装置、８…平滑コンデンサ、９…半導体スイッチング素子、１０…冷却器、１１…吸気用冷却ファン、１２…排気用冷却ファン、１３…冷却フィン、１４…放熱板、１５…温度センサ、２１，３１…温度上昇基準値記録部、２２，３２…温度上昇計測値記録部、２３，３３…比較判定部、２４，２５，２６，２７…発報部（冷却性能低下情報報知部）、

Claims (5)

1. 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し、変換された交流電力によってエレベータの巻上機用モータを駆動制御するインバータ装置と、前記インバータ装置を冷却する冷却器とを備え、前記冷却器の冷却状態を検出する機能を有するエレベータ制御装置であって、
   前記冷却器が正常に動作する健全状態のとき、前記エレベータを所定期間に渡り、運転条件を変更して通常運転し、当該運転条件ごとに、エレベータ加速時の所定時間における温度上昇値を測定し、これを加速時温度上昇基準値として記録する温度上昇基準値記録部と、
   通常運転時においては、前記エレベータを運転したときの前記冷却器の温度上昇値を温度上昇計測値として記録する温度上昇計測値記録部と、
   前記加速時温度上昇基準値と前記温度上昇計測値とを比較し、前記運転条件に最も近似する加速時温度上昇基準値を抽出する比較判定部と、
   抽出された加速時温度上昇基準値と前記温度上昇計測値との差分が一定値以上である場合には、前記冷却器の性能が低下したものとみなして冷却性能低下情報を報知する冷却性能低下情報報知部と、を備えることを特徴とするエレベータ制御装置。
2. 前記冷却性能低下情報報知部は、今回の定期点検から次回の定期点検までの間に前記冷却性能低下情報が出力された回数をカウントし、冷却性能低下情報が出力された回数が所定回数を超えた場合に冷却異常情報を報知する、
   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。
3. 前記冷却性能低下情報報知部は、前記冷却性能低下情報を出力した後、前記冷却器の性能が回復するまでの間は、前記巻上機用モータに対する加速度を低下させてエレベータを運転するよう指示する、
   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。
4. 前記冷却性能低下情報報知部は、前記冷却性能低下情報を出力した後、前記冷却器の性能が回復するまでの間は、前記インバータ装置を構成する半導体スイッチング素子に対するキャリア周波数を低下させてエレベータを運転するよう指示する、
   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。
5. 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し、変換された交流電力によってエレベータの巻上機用モータを駆動制御するインバータ装置を冷却する冷却器の冷却状態を検出する、エレベータ制御装置による冷却状態検出方法であって、
   前記冷却器が正常に動作する健全状態のとき、前記エレベータを所定期間に渡り、運転条件を変更して通常運転し、当該運転条件ごとに、エレベータ加速時の所定時間における温度上昇値を測定し、これを加速時温度上昇基準値として記録し、
   通常運転時においては、前記エレベータを運転したときの前記冷却器の温度上昇値を温度上昇計測値として記録し、
   前記加速時温度上昇基準値と前記温度上昇計測値とを比較し、前記運転条件に最も近似する加速時温度上昇基準値を抽出し、
   抽出された加速時温度上昇基準値と前記温度上昇計測値との差分が一定値以上である場合には、前記冷却器の性能が低下したものとみなして冷却性能低下情報を報知する、
   ことを特徴とする冷却状態検出方法。

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