JP7081654B1 - エスカレーターの電動機の制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、エスカレーターのステップを走行させる電動機のＹ-Δ制御において、Δ運転開始時の始動電流を確実に抑制するエスカレーターの電動機の制御方法及び制御装置を提供する。【解決手段】本発明のエスカレーターの電動機の制御方法は、エスカレーターのステップを走行させる電動機２０をスター運転で始動し、前記エスカレーターの定格速度に応じて設定された閾値に前記ステップの走行速度が達したことを契機として第１タイマーによる計時を開始し、前記第１タイマーにより計時された時間が第１所定時間に達したことを契機として、前記電動機の運転態様をスター運転からΔ運転に切り替える。【選択図】図１

Description

本発明は、エスカレーターのステップを走行させる電動機の制御方法及び制御装置に関するものである。

エスカレーターのステップを走行させる誘導電動機（以下、単に「電動機」）の駆動制御は、インバーターを用いるインバーター制御（例えば、特許文献１参照）と、インバーターを用いない非インバーター制御とに大別することができる。ステップを常時走行させるような連続運転仕様のエスカレーターの場合、非インバーター制御は、インバーター制御と比較して省エネ効果が大きいというメリットがある。非インバーター制御では、商用電源から電動機に交流電力が直接供給される一方、インバーター制御では、商用電源から供給される交流電力はインバーターの内部での直流電力への変換及び交流電力への再変換を経て電動機に供給されるため、インバーターにおいて約５％の無駄な電力消費が発生するからである。

非インバーター制御では、電動機の始動電流が大きくなるので、電源から電動機へ至る交流電力の供給経路に設けられる電磁接触器の接点劣化が発生し易く、エスカレーターの運転回数に応じて電磁接触器を交換することが必要となる。電源から電動機へ至る交流電力の供給経路に設けられる電磁接触器の交換サイクルを長くするには、電動機の始動電流を抑制することが考えられる。非インバーター制御において始動電流の抑制を実現する電動機の始動方法としては、直入れ制御と、Ｙ-Δ制御（スター－デルタ制御）とが挙げられる。直入れ制御における始動電流は、電動機の定格電流の６倍となる。一方、Ｙ-Δ制御では、スター（Ｙ）運転からΔ運転への切替時間を最適にすることで、Δ運転開始時の始動電流を定格電流の３倍に抑制することができる。

特開２００４－２５６２９４号公報

Ｙ-Δ制御においてΔ運転の始動電流を確実に軽減するには、スター運転の時間を長くする必要がある。しかしながら、スター運転時の電動機の出力トルクは定格トルクの１／３であるため、利用者の乗込みに応じてステップの走行を開始する自動発停止仕様のエスカレーターでは利用者が乗込むことを考慮してスター運転の時間を最短にしておく必要があった。また、エスカレーターに用いられる電動機は、エスカレーターの傾斜、ステップの走行速度、ステップ幅及び一定区間毎のライズ等のエスカレーターの仕様に応じて選定されるため、Ｙ-Δ制御における切替時間の最適値はエスカレーターの仕様に応じて異なる。このため、Ｙ-Δ制御における切替時間を画一に設定できないという問題があった。さらに、Ｙ-Δ制御における最適な切替時間は、電源電圧の変動或いは利用者の乗込みによっても変動するが、従来、電源電圧の変動、利用者の乗込み或いはライズの上限及び下限を考慮せず、電動機の容量により切替時間が設定されていた。このため、Δ運転開始時の始動電流を確実に抑制することはできず、Δ運転の始動電流が直入れ制御の始動電流の６倍を上回ってしまうこともあった。

本発明の目的は、エスカレーターのステップを走行させる電動機のＹ-Δ制御において、Δ運転開始時の始動電流を確実に抑制することを可能にする電動機の制御方法及び制御装置を提供することである。

本発明のエスカレーターの電動機の制御方法は、
エスカレーターのステップを走行させる電動機をスター運転で始動し、
前記エスカレーターの定格速度に応じて設定された閾値に前記ステップの走行速度が達したことを契機として第１タイマーによる計時を開始し、
前記第１タイマーにより計時された時間が第１所定時間に達したことを契機として、前記電動機の運転態様をスター運転からΔ運転に切り替える。

前記閾値は前記定格速度の９０％の値とすることができる。

前記電動機の始動を契機として第２タイマーによる計時を開始し、
前記第２タイマーにより計時される時間が、前記ステップの走行速度が前記閾値に達する予測時間と、前記第１所定時間との合計時間よりも長く設定された第２所定時間に達したことを契機として、前記電動機の運転態様をスター運転からΔ運転に切り替えることができる。

また、本発明のエスカレーターの電動機の制御装置は、
エスカレーターのステップを走行させる電動機を商用電源に対してスター接続する電磁接触器を含むスター運転用回路と、前記電動機を前記商用電源に対してΔ接続する電磁接触器と、を含むΔ運転用回路を制御するエスカレーターの電動機の制御装置であって、
前記電動機を前記スター運転用回路を介して前記商用電源に接続することにより、前記電動機を始動する始動処理と、
前記エスカレーターの定格速度に応じて設定された閾値に前記ステップの走行速度が達したことを契機として第１タイマーによる計時を開始する第１計時処理と、
前記第１タイマーにより計時された時間が第１所定時間に達したことを契機として、前記電動機を前記Δ運転用回路を介して前記商用電源に接続する切替処理と、
を実行する。

本発明のエスカレーターの電動機の制御方法及び制御装置によれば、第１タイマーにより計時される時間が第１所定時間に達した時点ではステップの走行速度は閾値以上とすることができる。たとえば、上記閾値をエスカレーターの定格速度の９０％の速度等に設定しておくことで、第１所定時間に達した時点ではステップの走行速度は略定格速度となるため、Δ運転における始動電流を定格電流の約３．１倍に抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電動機の制御方法を実行する制御装置を含むエスカレーターの駆動制御システムの構成例を示す図である。 図２は、制御装置の実行する制御方法を示すフローチャートである。 図３は、制御装置の動作を示すタイミングチャートである。 図４は、本実施形態の効果を説明する図である。 図５は、本実施形態の効果を説明する図である。 図６は、スター運転開始時点から一定時間経過後にΔ運転に切り替える場合の電流の時間変化の一例を示す図である。 図７は、スター運転開始時点から一定時間経過後にΔ運転に切り替える場合の電流の時間変化の一例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明のエスカレーターの電動機２０の制御方法及び制御装置１００について説明を行なう。

図１は、本発明の一実施形態による制御装置１１を含むエスカレーターの駆動制御システム１０の構成例を示す図である。駆動制御システム１０は、エスカレーターのステップ（図示せず）を走行させる電動機２０を、商用電源３０から供給される三相交流電力により駆動する。図１には、駆動制御システム１０の他に電動機２０と商用電源３０を図示している。

駆動制御システム１０により駆動されるエスカレーターとして、３０°の傾斜を有し、１つのステップに二人の利用者が搭乗可能な自動発停止仕様のエスカレーターを例示できる。駆動制御システム１０では、エスカレーターの下階側の搭乗口から利用者が乗り込んだことを搭乗口の人感センサー等（図示せず）により検知されたことを契機とし、昇り方向にステップを走行させる「アップ運転」を開始させる。同様に、上階側の搭乗口から利用者が乗り込んだことを搭乗口に設けられた人感センサー等（図示略）により検知されたことを契機とし、降り方向にステップを走行させる「ダウン運転」を開始させる。なお、一例として、駆動制御システム１０により駆動されるエスカレーターのライズは５ｍ、エスカレーターの定格速度は３０ｍ／分としている。また、電動機２０の定格電流は２４Ａとしている。

図１に示すように、駆動制御システム１０は、制御装置１１の他に、アップ運転用回路４０、ダウン運転用回路５０、スター運転用回路６０、Δ運転用回路７０、及び、電動機２０を過電流から保護するＯＣＲ（Over Current Relay）を含む過電流保護回路８０を含む。

アップ運転用回路４０は、エスカレーターをアップ運転する際に商用電源３０と電動機２０とを接続する回路である。ダウン運転用回路５０は、エスカレーターをダウン運転する際に商用電源３０と電動機２０とを接続する回路である。スター運転用回路６０は、電動機２０をスター運転する際に商用電源３０と電動機２０とを接続する回路である。Δ（デルタ）運転用回路７０は、電動機２０をΔ運転する際に商用電源３０と電動機２０とを接続する回路である。図１に示すように、アップ運転用回路４０、ダウン運転用回路５０、スター運転用回路６０、及びΔ運転用回路７０の各々は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相に対して１つずつ設けられた電磁接触器を含んでいる。また、図１に示すように、アップ運転用回路４０は３つの電磁接触器＃１を、ダウン運転用回路５０は３つの電磁接触器＃２を、スター運転用回路６０は３つの電磁接触器＃５を、Δ運転用回路７０は３つの電磁接触器＃１０を夫々含んでいる。電磁接触器＃１、＃２、＃５及び＃１０の各々は、制御装置１１から与えられる制御信号Ｓ１、Ｓ２、Ｓ５及びＳ１０によって開状態から閉状態、又は、閉状態から開状態に切替可能となっている。

制御装置１１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のコンピューターと、揮発性メモリ及び非揮発性メモリ等の記憶装置と、リアルタイムクロックとを含んで構成することができる。また、制御装置１１は、エスカレーターの上下の搭乗口に設けられる人感センサーやステップの走行速度を検出する速度センサーに接続される。

不揮発性メモリは例えばフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）である。不揮発性メモリには、本発明の制御方法を制御装置１１に実行させるプログラムが予め格納されている。揮発性メモリは例えばＲＡＭ（Random Access Memory）である。揮発性メモリは上記プログラムを実行する際のワークエリアとしてＣＰＵによって利用される。

制御装置１１のＣＰＵは、電源の投入を契機として上記プログラムを不揮発性メモリから揮発性メモリへ読み出し、その実行を開始する。上記プログラムに従って作動しているＣＰＵは、下側の搭乗口に設けられた人感センサーからの出力信号により利用者の乗り込みを検知した場合には、アップ運転用回路４０の３つの電磁接触器＃１を閉状態とし、且つ、ダウン運転用回路５０の３つの電磁接触器＃２を開状態として、フローチャート図２に示す制御方法を実行する。また、上記プログラムに従って作動しているＣＰＵは、上側の搭乗口に設けられた人感センサーからの出力信号により利用者の乗り込みを検知した場合には、アップ運転用回路４０の３つの電磁接触器＃１を開状態とし、且つ、ダウン運転用回路５０の３つの電磁接触器＃２を閉状態とし、フローチャート図２に示す制御方法を実行する。

図２に示すように本発明の制御方法は、始動処理（ステップＳ１００）、第１判定処理（ステップＳ１１０）、第１スリープ処理（ステップＳ１２０）、第１計時処理（ステップＳ１３０）、第２判定処理（ステップＳ１４０）、第２スリープ処理（ステップＳ１５０）及び切替処理（ステップＳ１６０）を含む。これら各ステップの処理内容は以下の通りである。

始動処理（ステップＳ１００）は、電動機２０をスター運転用回路６０を介して商用電源３０に接続することにより、電動機２０をスター運転で始動する。始動処理（ステップＳ１００）では、制御装置１１は、スター運転用回路６０の３つの電磁接触器＃５を閉状態とし、且つΔ運転用回路７０の３つの電磁接触器＃１０を開状態とすることによって、電動機２０をスター運転用回路６０を介して商用電源３０に接続する。

第１判定処理（ステップＳ１１０）では、ステップの走行速度が予め定められた閾値に達したか否かを判定する。本実施形態では、上記閾値は例えばエスカレーターの定格速度の９０％の値に予め設定されている。前述したように本実施形態における定格速度は３０ｍ／分であるから、上記閾値は２７ｍ／分となる。第１判定処理（ステップＳ１１０）では、制御装置１１は、速度センサーの出力信号の示す走行速度と上記閾値とを比較することで、ステップの走行速度が上記閾値に達したか否かを判定する。ステップの走行速度が上記閾値以上であれば、第１判定処理（ステップＳ１１０）の判定結果は“Ｙｅｓ”となる。一方、ステップの走行速度が上記閾値未満である場合には、第１判定処理（ステップＳ１１０）の判定結果は“Ｎｏ”となる。

第１判定処理（ステップＳ１１０）の判定結果が“Ｎｏ”である場合、制御装置１１は、例えば０．０１秒のスリープ（休眠）を行なう第１スリープ処理（ステップＳ１２０）を実行し、その後、第１判定処理（ステップＳ１１０）を再度実行する。これに対して、第１判定処理（ステップＳ１１０）の判定結果が“Ｙｅｓ”である場合、制御装置１１は、第１計時処理（ステップＳ１３０）を実行する。つまり、第１計時処理（ステップＳ１３０）は、エスカレーターの定格速度に応じて設定された閾値にステップの走行速度が達したことを契機として実行される処理である。第１計時処理（ステップＳ１３０）では、制御装置１１は、リアルタイムクロックを用いた第１タイマーによる計時を開始する。

第１計時処理（ステップＳ１３０）に続く第２判定処理（ステップＳ１４０）では、第１タイマーにより計時された時間が予め設定された第１所定時間に達したか否かを判定する。本実施形態では、例えば第１所定時間は０．２秒に予め設定されている。第２判定処理（ステップＳ１４０）では、制御装置１１は、第１タイマーにより計時された時間と第１所定時間とを比較することで、第１タイマーにより計時された時間が第１所定時間に達したか否かを判定する。第１タイマーにより計時された時間が第１所定時間以上であれば、第２判定処理（ステップＳ１４０）の判定結果は“Ｙｅｓ”となる。一方、第１タイマーにより計時された時間が上記第１所定時間未満である場合には、第２判定処理（ステップＳ１４０）の判定結果は“Ｎｏ”となる。

第２判定処理（ステップＳ１４０）の判定結果が“Ｎｏ”である場合、制御装置１１は、例えば０．０１秒のスリープ（休眠）を行なう第２スリープ処理（ステップＳ１５０）を実行し、その後、第２判定処理（ステップＳ１４０）を再度実行する。これに対して、第２判定処理（ステップＳ１４０）の判定結果が“Ｙｅｓ”である場合には、制御装置１１は、切替処理（ステップＳ１６０）を実行する。つまり、切替処理（ステップＳ１６０）は、第１タイマーにより計時された時間が第１所定時間に達したことを契機として実行される処理である。

切替処理（ステップＳ１６０）は、電動機２０をΔ運転用回路７０を介して商用電源３０に接続する処理である。切替処理（ステップＳ１６０）では、制御装置１１は、スター運転用回路６０の３つの電磁接触器＃５を開状態とし、その後、５０ミリ秒のスリープの後、Δ運転用回路７０の３つの電磁接触器＃１０を閉状態とすることによって、電動機２０をΔ運転用回路７０を介して商用電源３０に接続し、Δ運転を開始する。

次に図３に示すタイミングチャートを参照しつつ、制御装置１１の動作を説明する。

図３に示すように、制御装置１１は、時刻Ｔ０において利用者の乗り込みを検知して始動処理（図２のステップＳ１００）を実行し、電動機２０のスター運転を開始するものとする。本実施形態では、電動機２０のスター運転の開始から約３秒でステップの走行速度はエスカレーターの定格速度に達するが、時刻Ｔ０から３秒経過するよりも前の時刻Ｔ１において定格速度の９０％に達したものとする。ステップの走行速度が定格速度の９０％に達すると、第１判定処理（ステップＳ１１０）の判定結果は“Ｙｅｓ”となり、制御装置１１は第１計時処理（ステップＳ１３０）を実行する。

時刻Ｔ１から第１所定時間（０．２秒）が経過した時刻Ｔ２において第２判定処理（ステップＳ１４０）の判定結果は“Ｙｅｓ”になると、制御装置１１は切替処理（ステップＳ１６０）を実行する。このため、時刻Ｔ２においてスター運転は終了し、時刻Ｔ２から５０ミリ秒経過した時刻Ｔ３で電動機２０のΔ運転が開始される。図４は電動機２０に流れる電流の時刻Ｔ０以降の時間変化の一例を示す図である。図４に示すように、電動機２０に流れる電流には時刻Ｔ３において急峻なピークが現れるが、そのピーク値は約７３Ａであり、電動機２０の定格電流の約３．１倍（約７４Ａ）よりも小さな値となっている。図５は、時刻Ｔ１においてスター運転からΔ運転に切り替える場合において、電動機２０に流れる電流の時間変化の一例を示す図である。図５に示すように、ステップの走行速度が定格速度の９０％に達した時点で即座にスター運転からΔ運転に切り替えた場合のピーク電流は約９６Ａである。

図６及び図７は、本実施形態との比較のために、時刻Ｔ０から一定時間経過後にスター運転からΔ運転に切り替えた場合において、電動機２０に流れる電流の時間変化の一例を示す図である。図６は、時刻Ｔ０から１．５秒経過時点でスター運転からΔ運転に切り替えた場合の電流の時間変化の一例を示す図であり、図７は、時刻Ｔ０から３秒経過時点でスター運転からΔ運転に切り替えた場合の電流の時間変化の一例を示す図である。前述したように、本実施形態では、ステップの走行速度は電動機２０のスター運転を開始した時点から３秒で定格速度に達する。このため、図７に示す例では、Δ運転開始時点の始動電流は定格電流の３．１倍程度（約７４Ａ）となっているが、図６に示す例では、Δ運転開始時点の始動電流は約１５５Ａであり、定格電流の６．４倍程を上回っている。

このように本実施形態によれば、エスカレーターのステップを走行させる電動機２０のＹ-Δ制御において、スター運転の開始から３秒経過時点でΔ運転に切り替える場合、最適な切替時間を設定した場合と同様に、Δ運転開始時の始動電流を電動機２０の定格電流の約３．１倍未満に確実に抑制することが可能になる。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或いは範囲を限縮するように解すべきではない。また、本発明の各部構成は、上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。

上記した実施形態は、たとえば以下のように変形することができる。

上記実施形態では、第１計時処理を開始するか否かを判定する閾値は、定格速度の９０％の値であったが、閾値はこれに限定されず、定格速度の８５％、９５％等の値であってもよい。本発明における閾値は、制御対象のエスカレーターの定格速度に応じた値であって、ステップの走行速度が当該閾値に達した時点から第１所定時間に亘ってスター運転を継続した時点の走行速度が定格速度に達していると見込まれる値であればよい。

本発明の制御方法は、電動機２０のスター運転の開始を契機として第２タイマーによる計時を開始する第２計時処理と、前記第２タイマーにより計時される時間が、前記ステップの走行速度が前記閾値に達する予測時間と、前記第１所定時間の合計時間よりも長く設定された第２所定時間に達したことを契機として、電動機２０の運転態様をスター運転からΔ運転に切り替える第２切替処理とを含んでもよい。このような形態とすることで、ステップの走行速度を検出する速度センサーの異常等によりステップの走行速度を正常に検出できない場合、或いは、スター運転中に人がエスカレーターに乗り込んだことに起因するトルク不足によりステップの走行速度が上がらない場合等であっても、スター運転からΔ運転に確実に切り替えることができる。

１０ 駆動制御システム
１１ 制御装置
２０ 電動機
３０ 商用電源
４０ アップ運転用回路
５０ ダウン運転用回路
６０ スター運転用回路
７０ Δ運転用回路
８０ 過電流保護回路

Claims (2)

1. エスカレーターのステップを走行させる電動機を商用電源に対してスター接続する電磁接触器を含むスター運転用回路と、前記電動機を前記商用電源に対してΔ接続する電磁接触器と、を含むΔ運転用回路を制御するエスカレーターの電動機の制御方法であって、
   前記電動機を前記スター運転用回路を介して前記商用電源に接続することにより、前記電動機をスター運転で始動する始動処理と、
   前記エスカレーターの定格速度に応じて設定された閾値に前記ステップの走行速度が達したことを契機として第１タイマーによる計時を開始する第１計時処理と、
   前記第１タイマーにより計時された時間が第１所定時間に達したことを契機として、前記電動機を前記Δ運転用回路を介してΔ運転で前記商用電源に接続する切替処理と、
   前記電動機の始動を契機として第２タイマーによる計時を開始する第２計時処理と、
   前記第２タイマーにより計時される時間が、前記ステップの走行速度が前記閾値に達する予測時間と、前記第１所定時間との合計時間よりも長く設定された第２所定時間に達したことを契機として、前記電動機を前記Δ運転用回路を介してΔ運転で前記商用電源に接続する第２切替処理と、
   を実行するエスカレーターの電動機の制御方法。
2. 前記エスカレーターの定格速度に応じて設定された閾値は、前記定格速度の９０％の速度である、
   請求項１に記載のエスカレーターの電動機の制御方法。

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