JP6781503B2

JP6781503B2 - エレベータの制御装置および制御方法

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Publication number: JP6781503B2
Application number: JP2019541553A
Authority: JP
Inventors: 直彦三富
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2020-11-04
Anticipated expiration: 2037-09-13
Also published as: CN111051231A; JPWO2019053825A1; WO2019053825A1; CN111051231B

Description

この発明は、エレベータのかごの昇降を制御するエレベータの制御装置および制御方法に関するものである。

エレベータ制御装置は、エレベータかごを上下方向に運転するモータを駆動制御するインバータ装置を有する。このインバータ装置を構成する半導体素子は半導体素子に流れる電流により発熱する。
そこで従来のエレベータの制御装置において、インバータ装置を構成する半導体素子のスイッチングする時の瞬時のスイッチングロスを演算するスイッチングロス演算器と、半導体素子がオンし、一定電流が流れている時の瞬時のオンロスを演算するオンロス演算器と、を備え、これらスイッチングロス及びオンロスより瞬時のジャンクション温度上昇を推定し、このジャンクション温度に応じて半導体素子に対する負荷を軽減するものが知られている(例えば下記特許文献１参照)。

このようなエレベータの制御装置によれば、スイッチングロス及びオンロスより瞬時のジャンクション温度上昇を推定することにより、ジャンクション温度に応じて半導体素子に対する負荷を軽減することが可能となる。

特開平１１−２５５４４２号公報

しかしながら、上記エレベータの制御装置では、ジャンクション温度の演算が複雑であると共に、通常の運転と再床合わせの際の温度上昇を区別していなかった。すなわち、かごの再床合わせにおける動作時にはかごの最高速度が通常に比較して１／１０以下に設定されているため、モータの駆動周波数が低くなる。このため、インバータの特定二相の半導体素子に直流に近い電流が流れることになる。したがって、特定の半導体素子にのみ急激な温度上昇が発生するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決されるためになされたもので、インバータを構成する半導体素子の再床合わせ時の温度上昇を簡単な構成により精度よく検出して、再床合わせ後の制御に反映させるエレベータの制御装置および制御方法を得ることを目的とする。

この発明は、多相の半導体素子で構成されるインバータを制御してモータを駆動させてかごを昇降させ、さらに前記かごを階床到着後に再床合わせ動作をさせる主制御部と、前記インバータの各相の電流を検出する電流検出部と、前記電流検出部の電流の検出結果より再床合わせ動作前の前記半導体素子の第１の温度上昇推定値を求める温度上昇推定部と、前記再床合わせ動作時に各相の電流が流れている時間を検出する時間検出部と、前記電流検出部で検出された電流と前記時間検出部で検出された時間より各相の電流実効値を演算する電流実効値演算部と、前記再床合わせ動作時の、電流実効値と前記インバータの半導体素子の温度上昇推定値との関係を記憶した温度上昇情報記憶部と、前記第１の温度上昇推定値と、前記電流実効値演算部で演算された電流実効値に対する前記温度上昇情報記憶部から得られる温度上昇推定値である第２の温度上昇推定値とを加えた値が閾値を越えたことを判定する加熱判定部と、を備え、前記主制御部が、前記第１の温度上昇推定値と前記第２の温度上昇推定値を加えた値が閾値を越えると、前記再床合わせ動作後の前記エレベータの動作を調整して制御する、エレベータの制御装置等にある。

この発明では、インバータを構成する半導体素子の再床合わせ時の温度上昇を簡単な構成により精度よく検出して、再床合わせ後の制御に反映させるエレベータの制御装置および制御方法を提供できる。

エレベータ主要構成と共に示されたこの発明の一実施の形態によるエレベータの制御装置の全体図である。図１に示すエレベータの制御装置の動作を示すフローチャートである。

この発明では、インバータを構成する半導体素子の再床合わせ時の温度上昇をより精度よく簡単に検出すると共に、検出結果に基づいて再床合わせ動作後の次の動作を調整する。
以下、この発明によるエレベータの制御装置および制御方法を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、また重複する説明は省略する。

実施の形態１．
図１はエレベータ主要構成と共に示された、この発明の一実施の形態によるエレベータの制御装置の構成の一例を示す図である。
図１において概略、モータ１１、巻上機２０、主ロープ２２、かご２４および釣合錘２６がエレベータの主要構成に当たる。交流電源１、コンバータ３、コンデンサ５およびインバータ７がモータ１１の駆動回路を構成する。そして残りの部分がエレベータの制御装置を構成する。例えば、温度上昇推定部５０、時間検出部６０、電流実効値演算部７０、選択部８０、温度上昇情報記憶部９０、加熱判定部１００および主制御部２００を含む制御部３００は、１個以上のディジタル回路、またはプロセッサとメモリを備えた１個以上のコンピュータで構成され得る。

図１において、交流電源１からの交流電圧がコンバータ３において直流電圧に変換される。コンバータ３で変換された直流電圧はコンデンサ５により脈流電圧が平滑化される。そして平滑化された直流電圧は、インバータ７により可変周波数の可変交流電圧に変換されて電動機であるモータ１１に印加される。インバータ７は、相毎に上アームと下アームの直列接続された２個の半導体素子７ａを備え、例えば３相であれば２個×３相の６つの半導体素子７ａのブリッジ回路からなる。
インバータ７からの可変交流電圧がモータ１１に印加されることでモータ１１がトルクを発生して巻上機２０を回転駆動させる。巻上機２０が駆動されて回転すると、主ロープ２２の一端に連結されたかご２４と他端に連結された釣合錘２６が昇降路内を互いに逆方向に昇降する。

昇降路内には、被検出板３０が各階に設けられており、かご２４には被検出板３０を検知する位置検出部２８が設けられている。位置検出部２８で被検出板３０を検知することにより、かご２４が目的階に到着すると着床誤差が許容範囲内か否かが検知される。着床誤差とは例えばかご床表面と階床表面のずれ量を示す。そして着床誤差が許容範囲を超えてかご２４が停止されている場合には、例えば位置検出部２８で、かごの再床合わせ動作を指示する再床合わせ信号ＲＡＬを発生して主制御部２００に送るように構成されている。

電流検出部を構成する電流検出器９ｕ，９ｖ，９ｗは、モータ１１の各相に流れる電流の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを検出する。
温度上昇推定部５０は、上述の特許文献１に記載のように、各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗよりかご再床合わせ動作前の通常走行中における半導体素子７ａの温度上昇値を推定して温度上昇推測値θｅを求める。温度上昇の推定は試験結果からデータテーブルとして保持していても良いし、参考文献のように電流からスイッチング損失と導通損失を計算しても良い。
時間検出部６０は、再床合わせ動作時の間の各相の電流の流れている時間長である時間ｔｕ，ｔｖ，ｔｗを検出する。

電流実効値演算部７０は、各相の電流の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを時間ｔｕ，ｔｖ，ｔｗで積分した各相の積算電流実効値Ｉｕｒｍｓ，Ｉｖｒｍｓ，Ｉｗｒｍｓを求める。
選択部８０は、かご２４の再床合わせ動作時の各相の電流実効値Ｉｕｒｍｓ，Ｉｖｒｍｓ，Ｉｗｒｍｓのうちの加熱程度が最も高いと判断される最大電流実効値Ｉｒｍｓを選択する。

温度上昇情報記憶部９０には、予め設定された間隔の電流実効値Ｉｒｍｓ１，Ｉｒｍｓ２，…、Ｉｒｍｓｎに対応する温度上昇推定値θｎがそれぞれに設定されたテーブルが格納されている。すなわち温度上昇情報記憶部９０には、電流実効値とそれによる温度上昇推定値θｎとの関係が記憶されている。そして、再床合わせ時の各相電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗおよび時間ｔｕ，ｔｖ，ｔｗにより求められた電流実効値Ｉｒｍｓに対応した温度上昇推定値θｎを求めることができる。
温度上昇情報記憶部９０に格納された情報は、例えば予め実験またはシミュレーション等により求められ、テーブルとして記憶されている。

加熱判定部１００では、温度上昇情報記憶部９０から、選択部８０で選択された最大電流実効値Ｉｒｍｓに最も近い電流実効値Ｉｒｍｓに対応する温度上昇実効値θｎを読みだす。そして温度上昇推定部５０からの再床合わせ動作前の温度上昇推定値θｅと、温度上昇情報記憶部９０からの再床合わせ動作時の温度上昇推定値θｎと、の和が予め定められた温度閾値θｔｈを越えているか否かを判断して、越えていると、抑制信号ＳＵＰを主制御部２００に出力する。

主制御部２００は通常、インバータ制御信号ＩＮＣで示したインバータ７を制御することによるモータ１１の駆動制御、かご扉制御信号ＤＣＣで示した図示を省略した扉制御回路を介して、かご２４の同様に図示を省略した扉の戸開閉制御、等のエレベータの主要構成の制御を行う。
主制御部２００は、抑制信号ＳＵＰが入力されると、かご２４の再床合わせ終了後のかご２４の昇降動作、扉の戸開閉動作を通常時と異なるように制御する。例えば、かご２４の扉の戸閉速度を遅くする。また、かご２４の昇降速度の最高速度を低下させる。または、かご２４の昇降加速度を低下させる。

なお、半導体素子７ａは、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されることが好ましい。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、小型化が可能となる。小型化された半導体素子を用いることにより、これらの素子を組み込んだ半導体モジュール、ひいてはインバータ７の小型化が可能となる。
ワイドバンドギャップ半導体としては、炭化珪素(ＳｉＣ)、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドなどがある。

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２の動作フローチャートを参照して説明する。
まず、温度上昇推定部５０が、再床合わせ動作に入るまでの第１の温度上昇推定値θｅを求める(ステップＳ１００)。すなわち、各相の電流値より通常走行中の半導体素子７ａの温度上昇を推定する。
ここで、例えば主制御部２００の制御により、かご２４が再床合わせ動作になったとする(ステップＳ１０１)。電流検出器９ｕ，９ｖ，９ｗでは各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗが検出されている。時間検出部６０では電流検出時の各相時間ｔｕ，ｔｖ，ｔｗが検出されている。検出された各相の電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗおよび各相時間ｔｕ，ｔｖ，ｔｗは電流実効値演算部７０に入力される(ステップＳ１０３)。

電流実効値演算部７０は、各相の時間長における電流実効値をそれぞれ演算して選択部８０に入力する（ステップＳ１０５）。
選択部８０は、各相の電流実効値のうち最も高い電流実効値Ｉｒｍｓを選択して(ステップＳ１０７)、温度上昇情報記憶部９０に入力する。

加熱判定部１００では、温度上昇情報記憶部９０中の温度上昇推定値θｎのうちの、選択部８０で選択された最も高い電流実効値に最も近い電流実効値に対応した温度上昇推定値を第２の温度上昇推定値θｎとして読みだす(ステップＳ１０９)。
そして加熱判定部１００は、温度上昇推定部５０からの再床合わせ動作前の温度上昇推定値θｅと、温度上昇情報記憶部９０からの再床合わせ動作時の温度上昇推定値θｎと、の和が予め定められた温度閾値θｔｈを越えたか否かを判断する(ステップＳ１１１)。
そして加熱判定部１００は、θｎ＋θｅが温度閾値θｔｈを越えていれば、抑制信号ＳＵＰを主制御部２００に入力する。

主制御部２００は、抑制信号ＳＵＰが入力されると、再床合わせ動作後のかご２４の戸開閉およびかごの昇降動作を、インバータ７の半導体素子７ａの負荷を軽減するように調整する。すなわち半導体素子７ａの温度上昇を抑えるようにする。かご２４の戸開閉制御に関して、例えば、再床合わせ動作後、かご２４の扉の戸開状態からの戸閉速度を通常の速度よりも遅くする。またかご２４の昇降動作制御に関しては、かご２４の昇降速度の最高速度を低下させる。またさらに、かご２４の昇降加速度を低下させる(ステップＳ１１３)。

なお、加熱判定部１００において２つの閾値を設け、半導体素子７ａの温度上昇の程度により主制御部２００におけるかご２４の制御の抑制を変えるようにしてもよい。
加熱判定部１００において例えば、第１の閾値θｔｈ１と、第１の閾値θｔｈ１よりも大きい第２の閾値θｔｈ２を設定する。そして主制御部２００では、加熱判定部１００の判定において、温度上昇推定値θｎ＋θｅが第１の閾値θｔｈ１を越えると、かご２４の最高速度を低下させる。そして温度上昇推定値θｎ＋θｅが第２の閾値θｔｈ２を超えると、主制御部２００はかご２４の最高速度及び加速度を低下させる。
一方、主制御部２００は、抑制信号ＳＵＰが入力されなければ、通常のかご２４の制御を行う(ステップＳ１１５)。

なお、上記実施の形態では３相のインバータを備えたエレベータの制御装置について説明したが、この発明は２相でも４相以上でも多相のインバータを備えたエレベータの制御装置において適用可能であり、同様の効果を奏する。

産業上の利用の可能性

この発明によるエレベータの制御装置および制御方法は多くの種類のエレベータ制御に適用可能である。

１交流電源、３コンバータ、５コンデンサ、７インバータ、７ａ半導体素子、９ｕ，９ｖ，９ｗ電流検出器、１１モータ(電動機)、２０巻上機、２２主ロープ、２４かご、２６釣合錘、２８位置検出部、３０被検出板、５０温度上昇推定部、６０時間検出部、７０電流実効値演算部、８０選択部、９０温度上昇情報記憶部、１００加熱判定部、２００主制御部、３００制御部。

Claims

多相の半導体素子で構成されるインバータを制御してモータを駆動させてかごを昇降させ、さらに前記かごを階床到着後に再床合わせ動作をさせる主制御部と、
前記インバータの各相の電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部の電流の検出結果より再床合わせ動作前の前記半導体素子の第１の温度上昇推定値を求める温度上昇推定部と、
前記再床合わせ動作時に各相の電流が流れている時間を検出する時間検出部と、
前記電流検出部で検出された電流と前記時間検出部で検出された時間より各相の電流実効値を演算する電流実効値演算部と、
前記再床合わせ動作時の、電流実効値と前記インバータの半導体素子の温度上昇推定値との関係を記憶した温度上昇情報記憶部と、
前記第１の温度上昇推定値と、前記電流実効値演算部で演算された電流実効値に対する前記温度上昇情報記憶部から得られる温度上昇推定値である第２の温度上昇推定値とを加えた値が閾値を越えたことを判定する加熱判定部と、
を備え、
前記主制御部が、前記第１の温度上昇推定値と前記第２の温度上昇推定値を加えた値が閾値を越えると、前記再床合わせ動作後のエレベータの動作を調整して制御する、
エレベータの制御装置。
前記電流実効値演算部で演算された各相の電流実効値のうち最も大きな値の電流実効値を選択する選択部をさらに備え、
前記加熱判定部は、前記温度上昇情報記憶部に従って前記選択部で選択された最も大きな値の電流実効値から第２の温度上昇推定値を求める、
請求項１に記載のエレベータの制御装置。
前記加熱判定部が、前記閾値として第１の閾値と、前記第１の閾値よりも大きい第２の閾値とを有し、
前記主制御部が、前記第１の温度上昇推定値と前記第２の温度上昇推定値を加えた値が、前記第１の閾値を越えると、前記かごの最高速度を低下させ、前記第２の閾値を越えると、前記かごの最高速度及び加速度を低下させる、
請求項１又は２に記載のエレベータの制御装置。
前記主制御部が、前記第１の温度上昇推定値と前記第２の温度上昇推定値を加えた値が、設定された前記閾値を越えると、再床合わせ動作後の前記かごの扉の戸閉速度を通常の速度よりも遅くする、
請求項１から３までのいずれか１項に記載のエレベータの制御装置。
前記インバータの半導体素子が、ワイドバンドギャップ半導体からなる、請求項１から４までのいずれか１項に記載のエレベータの制御装置。
多相の半導体素子で構成されるインバータを制御してモータを駆動させてかごを昇降させ、さらに前記かごを階床到着後に再床合わせ動作をさせるエレベータにおいて、
前記インバータの各相の電流を検出し、
前記電流の検出結果より再床合わせ動作前の前記半導体素子の第１の温度上昇推定値を求め、
前記再床合わせ動作時に各相の電流が流れている時間を検出し、
検出された電流と時間より各相の電流実効値を演算し、
前記再床合わせ動作時の、電流実効値と前記インバータの半導体素子の温度上昇推定値との関係を記憶し、
前記第１の温度上昇推定値と、前記記憶された電流実効値と前記インバータの半導体素子の温度上昇推定値の関係に従った、演算された前記電流実効値に対する温度上昇推定値である第２の温度上昇推定値とを加えた値が閾値を越えたことを判定し、
前記第１の温度上昇推定値と前記第２の温度上昇推定値を加えた値が閾値を越えると、前記再床合わせ動作後の前記エレベータの動作を調整して制御する、
エレベータの制御方法。