JP7171832B1

JP7171832B1 - エレベータ故障診断装置、およびエレベータ故障診断方法

Info

Publication number: JP7171832B1
Application number: JP2021101713A
Authority: JP
Inventors: 遼馬高上
Original assignee: Toshiba Elevator Co Ltd
Current assignee: Toshiba Elevator and Building Systems Corp
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-06-18
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2041-06-18
Also published as: CN115490107A; JP2023000728A

Abstract

【課題】エレベータの使用状況に応じたパワーモジュールの最適な交換時期を検出することを可能とする。【解決手段】実施形態のエレベータ故障診断装置は、検出部と、故障検知部と、保護動作実行部と、を備える。検出部は、エレベータのパワーモジュールに印加される素子電圧、パワーモジュールに供給される電流値、およびパワーモジュールのチップ温度を検出する。故障検知部は、エレベータの運転前に、電流値が所定電流値である場合における素子電圧およびチップ温度のそれぞれの予測値を予測し、予測値と、エレベータの運転開始後、電流値が所定電流値である場合における素子電圧およびチップ温度のそれぞれの実測値と、の差分に基づいて、パワーモジュールの劣化診断および余寿命を推定する。保護動作実行部は、パワーモジュールの劣化診断および余寿命の推定の結果に基づいてエレベータの保護動作を実行する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、エレベータ故障診断装置、およびエレベータ故障診断方法に関する。

エレベータは、その使用状況が物件毎に異なるが、パワーモジュールが一定期間で交換されているため、その使用状況に応じた最適な交換時期の検出が求められている。

特開２０２０－１６２２４１号公報特許第６６８４５１７号公報

しかしながら、エレベータのパワーモジュールは、微細化の影響で破損モードが多岐に渡り、複雑化しているため、当該パワーモジュールの最適な交換時期を検出することが困難である。

実施形態のエレベータ故障診断装置は、検出部と、故障検知部と、保護動作実行部と、を備える。検出部は、エレベータのパワーモジュールに印加される素子電圧、パワーモジュールに供給される電流値、およびパワーモジュールのチップ温度を検出する。故障検知部は、エレベータの据付時または初期の運転時に、電流値が所定電流値である場合における素子電圧およびチップ温度のそれぞれの予測値を予測し、予測値と、エレベータの運転開始後、電流値が所定電流値である場合における素子電圧およびチップ温度のそれぞれの実測値と、の差分に基づいて、パワーモジュールの劣化診断および余寿命を推定する。保護動作実行部は、パワーモジュールの劣化診断および余寿命の推定の結果に基づいてエレベータの保護動作を実行する。また、故障検知部は、差分が予め設定された低レベル閾値を超えているか否か、および差分が低レベル閾値より高い高レベル閾値を超えているか否かに基づいて、パワーモジュールの劣化診断および余寿命を推定する。保護動作実行部は、差分が低レベル閾値を超えかつ高レベル閾値を超えていない場合、パワーモジュールの余寿命が短くなっていることを通知する保護動作を実行し、差分が高レベル閾値を超えている場合、エレベータを最寄りの階に停止させてパワーモジュールの交換を通知する保護動作を実行する。

図１は、本実施形態にかかるエレベータ故障診断装置を備える制御盤の構成の一例を示すブロック図である。図２は、本実施形態にかかるエレベータ故障診断装置が備える制御盤における変換素子の故障診断処理の一例を説明するための図である。図３は、本実施形態にかかるエレベータ故障診断装置を備える制御盤における変換素子の故障診断処理の流れの一例を示すフローチャートである。

以下、添付の図面を用いて、本実施形態にかかるエレベータ故障診断装置、およびエレベータ故障診断方法の一例について説明する。

図１は、本実施形態にかかるエレベータ故障診断装置を備える制御盤の構成の一例を示すブロック図である。まず、図１を用いて、本実施形態にかかるエレベータ故障診断装置を適用した制御盤１の構成の一例について説明する。

本実施形態にかかる制御盤１は、図１に示すように、インバータ装置４と、制御装置５と、エレベータ故障診断装置６と、電流検出部４１と、電圧検出部４３と、温度検出部４４と、を備える。

インバータ装置４は、エレベータのパワーモジュールの一例である変換素子４２ａ，４２ｂを有する。変換素子４２ａ，４２ｂは、電源電力を駆動電力に変換する。インバータ装置４は、駆動電力によってエレベータのかごのドアを開閉させるトルクモータ（Ｔ／Ｍ）２等の電動機を駆動する装置である。ここで、変換素子４２ａ，４２ｂは、パワー半導体等で構成されるスイッチング素子である。

電流検出部４１は、変換素子４２ａ，４２ｂとトルクモータ２との間の電力ライン上に配置される。そして、電流検出部４１は、変換素子４２ａ，４２ｂに供給される電流の電流値ｉを検出する検出部の一例として機能する。そして、電流値検出部４１１は、電流値ｉの検出結果を制御装置５に出力する。

電圧検出部４３は、変換素子４２ａ，４２ｂのそれぞれに印加される電圧（以下、素子電圧と言う）Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２を検出する検出部の一例として機能する。そして、電圧検出部４３は、素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２の検出結果を制御装置５に出力する。

温度検出部４４は、サーミスタ等であり、変換素子４２ａ，４２ｂの温度（以下、チップ温度と言う）ＴＨ１，ＴＨ２を検出する検出部の一例として機能する。そして、温度検出部４４は、チップ温度ＴＨ１，ＴＨ２の検出結果を制御装置５に出力する。

制御装置５は、エレベータのかごの速度を制御するための速度指令データを生成する。例えば、制御装置５は、利用者の呼び登録操作等に基づいて決定されたかごの運転モード（例えば、各階に停止するモード、行先階まで直通するモード）に基づいて、速度指令データを生成し、当該速度指令データに基づいて、かごの速度を制御する。

また、制御装置５は、電流検出部４１により検出される電流値ｉ、電圧検出部４３により検出される素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２、および温度検出部４４により検出されるチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２を、エレベータ故障診断装置６に出力する。これにより、エレベータ故障診断装置６において、電流検出部４１により検出される電流値ｉ、電圧検出部４３により検出される素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２、および温度検出部４４により検出されるチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２を用いて、エレベータのパワーモジュール（例えば、変換素子４２ａ，４２ｂ）の故障の検知が可能となる。

エレベータ故障診断装置６は、故障検知部６１、および保護動作実行部６２を有する。本実施形態では、電流検出部４１、電圧検出部４３、および温度検出部４４は、エレベータ故障診断装置６の外部に設けられているが、これに限定するものではなく、エレベータ故障診断装置６の内部に設けられていても良い。

故障検知部６１は、電流検出部４１により検出される電流値ｉ、電圧検出部４３により検出される素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２、および温度検出部４４により検出されるチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２に基づいて、エレベータのパワーモジュール（例えば、変換素子４２ａ，４２ｂ）の故障を検知する。

具体的には、故障検知部６１は、エレベータの据付時または初期の運転時等、エレベータの運転前に、電流値ｉが所定電流値である場合における素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２に基づいて、素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２のそれぞれの値（以下、予測値と言う）を予測する。

ここで、所定電流値は、エレベータに乗客が乗車していない走行時、またはエレベータの定期点検のブレーキの診断時における電流値ｉである。すなわち、故障検知部６１は、エレベータに乗客が乗車していない走行時、またはエレベータの定期点検のブレーキの診断時等、エレベータのパワーモジュールに対して一定通電時（一定の電流値の電流が流れている時）の素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２のそれぞれの予測値を算出する。

また、故障検知部６１は、エレベータが運転開始後、電流値ｉが所定電流値である場合における素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２のそれぞれの実測値を蓄積（記憶）する。

そして、故障検知部６１は、素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２および温度ＴＨ１，ＴＨ２のそれぞれの予測値と、電流値ｉ、素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２、および温度ＴＨ１，ＴＨ２のそれぞれの実測値と、の差分を算出する。次いで、故障検知部６１は、算出した差分に基づいて、変換素子４２ａ，４２ｂの劣化診断および余寿命の推定を行う。これにより、エレベータ毎に異なる予測値を基準にして、変換素子４２ａ，４２ｂの劣化診断および余寿命の推定が可能となる。その結果、エレベータの使用状況に応じた変換素子４２ａ，４２ｂの最適な交換時期を検出することができる。

本実施形態では、故障検知部６１は、算出した差分が、低レベル閾値を超えた場合、変換素子４２ａ，４２ｂの劣化が進んで当該変換素子４２ａ，４２ｂの余寿命が短いと推定する。また、故障検知部６１は、算出した差分が、高レベル閾値を超えた場合、変換素子４２ａ，４２ｂの劣化が進んで当該変換素子４２ａ，４２ｂが即時破損する可能性があると推定する。

ここで、低レベル閾値は、予め設定された閾値であり、変換素子４２ａ，４２ｂの余寿命が短くなっていることを通知（発報）する値である。また、高レベル閾値は、予め設定されかつ低レベル閾値より高い閾値であり、エレベータを最寄りの階で停止させて、変換素子４２ａ，４２ｂの交換を通知（発報）する値である。すなわち、故障検知部６１は、算出した差分が、予め設定される閾値を超えたか否かに基づいて、変換素子４２ａ，４２ｂの劣化診断および余寿命の推定を行う。

例えば、故障検知部６１は、変換素子４２ａ，４２ｂにおいて発生するサージ電圧が悪化して、素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２の実測値と、予測値と、の差分が大きくなった場合、変換素子４２ａ，４２ｂへの電流経路が細線化していることを検知する。また、例えば、故障検知部６１は、三相通電時における状態ばらつきに基づいて、変換素子４２ａ，４２ｂの余寿命が短くなっていることを検知することも可能である。

また、制御盤１が変換素子４２ａ，４２ｂを冷却するフィンの温度（以下、サーミスタ温度と言う）を検出可能なサーミスタ（検出部の一例）を有する場合、故障検知部６１は、エレベータが運転開始後における、変換素子４２ａ，４２ｂを冷却するフィンのサーミスタ温度の実測値と、チップ温度ＴＨ１，ＴＨ２の実測値と、の差分に基づいて、当該フィンの目詰まり等の異常を検知することも可能である。例えば、故障検知部６１は、サーミスタ温度の実測値とチップ温度の実測値との差分の経年変化、エレベータが休止状態におけるサーミスタ温度およびチップ温度の冷却速度の低下に基づいて、当該フィンの目詰まり等の異常を検知することも可能である。

また、インバータ装置４が、変換素子４２ａ，４２ｂにより電源電力から変換された駆動電力によってエレベータの巻上機を駆動させる電動機を駆動する場合、故障検知部６１は、算出した差分に基づいて、当該巻上機の経年変化を検知することも可能である。

保護動作実行部６２は、変換素子４２ａ，４２ｂの劣化診断および余寿命の推定の結果に基づいて、エレベータの保護動作を実行する。ここで、保護動作は、変換素子４２ａ，４２ｂを破損から保護する動作である。例えば、保護動作は、変換素子４２ａ，４２ｂの余寿命が短くなっていることを通知したり、エレベータを最寄りの階に停止させて変換素子４２ａ，４２ｂの交換を通知したりする動作である。

図２は、本実施形態にかかるエレベータ故障診断装置が備える制御盤における変換素子の故障診断処理の一例を説明するための図である。図２において、縦軸は、電流値ｉ、チップ温度ＴＨ１，ＴＨ２、サーミスタ温度、および素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２を表す。また、図２において、横軸は、時間を表す。

故障検知部６１は、図２に示すように、電流値ｉが所定電流値である場合における、チップ温度ＴＨ１，ＴＨ２、サーミスタ温度、および素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２のそれぞれの実測値（実線で示す）と、予測値（太線で示す）と、の差分が、低レベル閾値または高レベル閾値である閾値（破線で示す）を超えた否かに基づいて、変換素子４２ａ，４２ｂの劣化診断および余寿命の推定を行う。

また、故障検知部６１は、電流値ｉと、サーミスタ温度と、チップ温度ＴＨ１，ＴＨ２と、素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２と、の関係に基づいて、変換素子４２ａ，４２ｂの劣化診断および余寿命の推定を行うことも可能である。

図３は、本実施形態にかかるエレベータ故障診断装置を備える制御盤における変換素子の故障診断処理の流れの一例を示すフローチャートである。次に、図３を用いて、本実施形態にかかる制御盤１における変換素子４２ａ，４２ｂの故障診断処理の流れの一例について説明する。

故障検知部６１は、エレベータが運転開始後、電流値ｉが所定電流値である場合における素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２を蓄積する（ステップＳ３０１）。そして、素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２を予め設定されたデータ量蓄積する度に、故障検知部６１は、蓄積した素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２のそれぞれの実測値と、予測値と、の差分が低レベル閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ３０２）。

素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２のそれぞれの実測値と、予測値と、の差分が低レベル閾値を超えていない場合（ステップＳ３０２：Ｎｏ）、故障検知部６１は、蓄積した素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２を、最新の素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２によって更新する（ステップＳ３０３）。

さらに、故障検知部６１は、予め設定した関係式を用いて、当該更新した素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２に基づいて、低レベル閾値および高レベル閾値を更新する（ステップＳ３０３）。その後、制御装置５は、エレベータの運転を継続させる（ステップＳ３０４）。

一方、蓄積した素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２のそれぞれの実測値と、予測値と、の差分が低レベル閾値を超えた場合（ステップＳ３０２：Ｙｅｓ）、故障検知部６１は、当該差分が高レベル閾値を超えたか否かを判断する（ステップＳ３０５）。

そして、蓄積した素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２のそれぞれの実測値と、予測値と、の差分が高レベル閾値を超えていない場合（ステップＳ３０５：Ｎｏ）、保護動作実行部６２は、変換素子４２ａ，４２ｂの余寿命が短くなっていることを通知する保護動作を実行する（ステップＳ３０６）。さらに、制御装置５は、エレベータの運転を継続する（ステップＳ３０４）。

一方、蓄積した素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２のそれぞれの実測値と、予測値と、の差分が高レベル閾値を超えた場合（ステップＳ３０５：Ｙｅｓ）、保護動作実行部６２は、エレベータを最寄りの階に停止させて変換素子４２ａ，４２ｂの交換を通知する保護動作を実行する（ステップＳ３０７）。その後、変換素子４２ａ，４２ｂが交換されると、故障検知部６１は、蓄積した素子電圧Ｖ_ｅ１，Ｖ_ｅ２およびチップ温度ＴＨ１，ＴＨ２を初期化する（ステップＳ３０８）。

このように、本実施形態にかかるエレベータ故障診断装置によれば、エレベータ毎に異なる予測値を基準にして、変換素子４２ａ，４２ｂの劣化診断および余寿命の推定が可能となる。その結果、エレベータの使用状況に応じた変換素子４２ａ，４２ｂの最適な交換時期を検出することができる。

なお、本実施形態の制御盤１で実行されるプログラムは、ＲＯＭ（Read Only Memory）等に予め組み込まれて提供される。本実施形態の制御盤１で実行されるプログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ－Ｒ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録して提供するように構成してもよい。

さらに、本実施形態の制御盤１で実行されるプログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、本実施形態の制御盤１で実行されるプログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。

本実施形態の制御盤１で実行されるプログラムは、上述した各部（故障検知部６１および保護動作実行部６２）を含むモジュール構成となっており、実際のハードウェアとしてはＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが上記ＲＯＭからプログラムを読み出して実行することにより上記各部が主記憶装置上にロードされ、故障検知部６１および保護動作実行部６２が主記憶装置上に生成されるようになっている。

本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。

1…制御盤、2…トルクモータ、4…インバータ装置、5…制御装置、6…エレベータ故障診断装置、41…電流検出部（検出部）、42a,42b…変換素子（パワーモジュール）、43…電圧検出部（検出部）、44…温度検出部（検出部）、61…故障検知部、62…保護動作実行部。

Claims

エレベータのパワーモジュールに印加される素子電圧、前記パワーモジュールに供給される電流値、および前記パワーモジュールのチップ温度を検出する検出部と、
前記エレベータの据付時または初期の運転時に、前記電流値が所定電流値である場合における前記素子電圧および前記チップ温度のそれぞれの予測値を予測し、前記予測値と、前記エレベータの運転開始後、前記電流値が前記所定電流値である場合における前記素子電圧および前記チップ温度のそれぞれの実測値と、の差分に基づいて、前記パワーモジュールの劣化診断および余寿命を推定する故障検知部と、
前記パワーモジュールの劣化診断および余寿命の推定の結果に基づいて前記エレベータの保護動作を実行する保護動作実行部と、
を備え、
前記故障検知部は、前記差分が予め設定された低レベル閾値を超えているか否か、および前記差分が前記低レベル閾値より高い高レベル閾値を超えているか否かに基づいて、前記パワーモジュールの劣化診断および余寿命を推定し、
前記保護動作実行部は、前記差分が前記低レベル閾値を超えかつ前記高レベル閾値を超えていない場合、前記パワーモジュールの余寿命が短くなっていることを通知する保護動作を実行し、前記差分が前記高レベル閾値を超えている場合、前記エレベータを最寄りの階に停止させて前記パワーモジュールの交換を通知する保護動作を実行する、エレベータ故障診断装置。
前記所定電流値は、前記エレベータに乗客が乗車していない走行時または前記エレベータの定期点検のブレーキの診断時における前記電流値である、請求項１に記載のエレベータ故障診断装置。
前記検出部は、さらに、前記パワーモジュールを冷却するフィンのサーミスタ温度を検出し、
前記故障検知部は、さらに、前記エレベータが運転開始後における、前記サーミスタ温度の実測値と、前記チップ温度の実測値と、の差分に基づいて、前記フィンの目詰まりを検知する、請求項１または２に記載のエレベータ故障診断装置。
エレベータ故障診断装置で実行されるエレベータ故障診断方法であって、
検出部が、エレベータのパワーモジュールに印加される素子電圧、前記パワーモジュールに供給される電流値、および前記パワーモジュールのチップ温度を検出する工程と、
故障検知部が、前記エレベータの据付時または初期の運転時に、前記電流値が所定電流値である場合における前記素子電圧、および前記チップ温度のそれぞれの予測値を予測し、前記予測値と、前記エレベータが運転開始後、前記電流値が前記所定電流値である場合における前記素子電圧、および前記チップ温度のそれぞれの実測値と、の差分に基づいて、前記パワーモジュールの劣化診断および余寿命を推定する工程と、
保護動作実行部が、前記パワーモジュールの劣化診断および余寿命の推定の結果に基づいて前記エレベータの保護動作を実行する工程と、
を含み、
前記故障検知部は、前記差分が予め設定された低レベル閾値を超えているか否か、および前記差分が前記低レベル閾値より高い高レベル閾値を超えているか否かに基づいて、前記パワーモジュールの劣化診断および余寿命を推定し、
前記保護動作実行部は、前記差分が前記低レベル閾値を超えかつ前記高レベル閾値を超えていない場合、前記パワーモジュールの余寿命が短くなっていることを通知する保護動作を実行し、前記差分が前記高レベル閾値を超えている場合、前記エレベータを最寄りの階に停止させて前記パワーモジュールの交換を通知する保護動作を実行する、エレベータ故障診断方法。