JP7347297B2

JP7347297B2 - インバータおよびエレベーター

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Publication number: JP7347297B2
Application number: JP2020061157A
Authority: JP
Inventors: 拓也美浦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2023-09-20
Anticipated expiration: 2040-03-30
Also published as: JP2021164186A

Description

本発明は、インバータおよびエレベーターに関する。

特許文献１は、インバータの例を開示する。インバータにおいて、入力される三相交流は、整流部によって直流に変換される。インバータにおいて、変換された直流を平滑化する直流平滑部が設けられる。

特開２０１１－２３９６６７号公報

ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）またはサイリスタなどのインバータのスイッチング素子のゲート電源部に電解コンデンサが用いられることがある。ここで、電解コンデンサは、時間の経過によって劣化する。しかしながら、特許文献１のインバータは、時間の経過によるインバータの特性の変化を観測しない。このため、電解コンデンサの劣化が想定より進んでいても、インバータがそのまま継続して使用される可能性がある。この場合に、電解コンデンサの劣化によってインバータに異常が発生する可能性がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされた。本発明の目的は、電解コンデンサの劣化による異常の発生を抑えられるインバータおよびエレベーターを提供することである。

本発明に係るインバータは、ゲート電源の電圧のリプルを除去する第１電解コンデンサと、出力する電力のオンおよびオフを切り替える第１スイッチング素子のゲート端子へのゲート指令を、第１電解コンデンサがリプルを除去した電圧によって第１ゲート駆動回路に出力させるインバータ制御手段と、電圧の基準値として第１電圧および第２電圧が設定され、時間の基準値として第１基準時間が設定され、第１スイッチング素子のゲート端子のゲート電圧が第１電圧から第２電圧になるまでの時間差を計測し、時間差が第１基準時間より長い場合に第１劣化信号を出力する劣化診断手段と、を備え、劣化診断手段は、時間の基準値として第１基準時間より短い第２基準時間が設定され、時間差が第２基準時間より長い場合に第２劣化信号を出力し、インバータ制御手段は、劣化診断手段から第２劣化信号が入力されるときに、ゲート指令のデッドタイムの設定を長くする。

本発明に係るエレベーターは、インバータと、インバータが出力する電力によってかごを走行させるメインモータと、かごの走行を制御するエレベーター制御手段と、を備え、インバータは、ゲート電源の電圧のリプルを除去する第１電解コンデンサと、出力する電力のオンおよびオフを切り替える第１スイッチング素子のゲート端子へのゲート指令を、第１電解コンデンサがリプルを除去した電圧によって第１ゲート駆動回路に出力させるインバータ制御手段と、電圧の基準値として第１電圧および第２電圧が設定され、時間の基準値として第１基準時間が設定され、第１スイッチング素子のゲート端子のゲート電圧が第１電圧から第２電圧になるまでの時間差を計測し、時間差が第１基準時間より長い場合に第１劣化信号を出力する劣化診断手段と、を備え、劣化診断手段は、時間の基準値として第１基準時間より長い第３基準時間が設定され、時間差が第３基準時間より長い場合に第３劣化信号を出力し、エレベーター制御手段は、劣化診断手段から第３劣化信号が入力されるときに、かごの走行が停止した後の走行の再開を制限する。
本発明に係るエレベーターは、インバータと、インバータが出力する電力によってかごを走行させるメインモータと、かごの走行を制御するエレベーター制御手段と、を備え、インバータは、ゲート電源の電圧のリプルを除去する第１電解コンデンサと、出力する電力のオンおよびオフを切り替える第１スイッチング素子のゲート端子へのゲート指令を、第１電解コンデンサがリプルを除去した電圧によって第１ゲート駆動回路に出力させるインバータ制御手段と、電圧の基準値として第１電圧および第２電圧が設定され、時間の基準値として第１基準時間が設定され、第１スイッチング素子のゲート端子のゲート電圧が第１電圧から第２電圧になるまでの時間差を計測し、時間差が第１基準時間より長い場合に第１劣化信号を出力する劣化診断手段と、を備え、エレベーター制御手段は、かごが走行を開始してから停止するまでの間に診断信号を出力し、劣化診断手段は、診断信号が入力されるときに時間差を計測し、エレベーター制御手段は、乗客を輸送しないときに診断運転を行い、診断運転を行っているときに診断信号を出力し、インバータは、出力電流が制御信号によって可変であり、エレベーター制御手段は、診断運転を行うときに、インバータの出力電流を大きくする。

本発明に係るインバータおよびエレベーターであれば、電解コンデンサの劣化による異常の発生が抑えられる。

実施の形態１に係るエレベーターの構成図である。実施の形態１に係るインバータの構成を示すブロック図である。実施の形態１に係るインバータにおける信号の変化を示す図である。実施の形態１に係るインバータにおける信号の変化を示す図である。実施の形態１に係るインバータの動作の例を示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一または相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化または省略する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るエレベーターの構成図である。

図１のエレベーター１は、複数の階床を有する建物に適用される。建物において、昇降路２が、複数の階床にわたって設けられる。建物の複数の階床の各々において、乗場３が設けられる。乗場３において、乗場ドア４が設けられる。乗場ドア４は、昇降路２および乗場３を区画する機器である。エレベーター１は、巻上機５と、主ロープ６と、かご７と、釣合錘８と、制御装置９と、を備える。

巻上機５は、例えば昇降路２の上部または下部などに設けられる。巻上機５は、シーブ１０およびメインモータ１１を有する。シーブ１０は、メインモータ１１の回転軸に接続される。メインモータ１１は、シーブ１０を回転させる駆動力を発生させる機器である。この例において、メインモータ１１は、ＰＷＭ制御（ＰＷＭ：ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）によって動作する三相モータである。主ロープ６は、シーブ１０に巻き掛けられる。かご７および釣合錘８は、昇降路２において主ロープ６によって吊られている。かご７は、昇降路２の内部を鉛直方向に走行することで乗客などを複数の階床の間で輸送する機器である。かご７は、かごドア１２と、ドアモータ１３と、を備える。かごドア１２は、乗場３が設けられる階床に停止しているかご７に乗客が当該乗場３から乗降しうるように、乗場ドア４を連動させて開閉する機器である。ドアモータ１３は、かごドア１２を開閉させる駆動力を発生させる機器である。釣合錘８は、主ロープ６を通じてシーブ１０にかかる荷重の釣合いをかご７との間でとる機器である。かご７および釣合錘８は、シーブ１０の回転によって主ロープ６が移動することで、昇降路２において互いに反対方向に走行する。

制御装置９は、エレベーター１の動作を制御する機器である。エレベーター１の動作は、かご７の走行を含む。ここで、かご７の走行は、複数の階床のいずれかに停止しているかご７が昇降を開始してから他の階床に停止するまでの動作である。制御装置９は、例えば昇降路２の上部または下部などに配置される。制御装置９は、複数の部分から構成されていてもよい。制御装置９は、外部電源１４から電力の供給を受ける。外部電源１４は、例えば商用電源である。この例において、外部電源１４は、三相交流の電力を供給する。制御装置９は、第１制御部１５と、インバータ１６と、を備える。第１制御部１５は、エレベーター１の全体の動作を制御する部分である。第１制御部１５は、エレベーター制御手段の例である。第１制御部１５は、例えばかご７の走行を制御する。インバータ１６は、第１制御部１５からの制御信号に応じて、外部電源１４から入力される電力を変換する機器である。この例において、インバータ１６は、三相交流を出力するＰＷＭインバータである。インバータ１６が変換する電力は、メインモータ１１に出力される。

図２は、実施の形態１に係るインバータの構成を示すブロック図である。

インバータ１６は、ブリッジ１７と、二次側ダイオード１８と、複数の電解コンデンサＣと、複数のゲート駆動回路Ｄと、複数のゲート抵抗Ｒと、第２制御部１９と、劣化診断部２０と、を備える。

ブリッジ１７は、入力される直流を変換する部分である。この例において、ブリッジ１７は、入力される直流を三相交流に変換する。ブリッジ１７は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相それぞれに対応する３つのレグ２１を含む。３つのレグ２１の各々は、正側の母線Ｐおよび負側の母線Ｎの間にわたって接続される。正側の母線Ｐおよび負側の母線Ｎの間において、母線電圧が印可されている。３つのレグ２１の各々は、２つのアーム２２を含む。一方のアーム２２は、正側の母線Ｐに接続される上アームである。他方のアーム２２は、負側の母線Ｎに接続される下アームである。すなわち、ブリッジ１７は、６つのアーム２２を含む。６つのアーム２２の各々は、スイッチング素子Ｓを有する。スイッチング素子Ｓは、ゲート端子に入力されるゲート指令に基づいてオンまたはオフを切り替える素子である。ゲート指令は、スイッチング素子Ｓが設けられるアーム２２に電力を出力させる指令信号である。ゲート指令は、例えば電圧信号である。この例において、スイッチング素子Ｓは、ＩＧＢＴである。ここで、複数のスイッチング素子Ｓの各々を特定する場合に、符号に通し番号を付して説明する。例えば、スイッチング素子Ｓ１は、Ｕ相のレグ２１の下アームのスイッチング素子Ｓである。スイッチング素子Ｓ２は、Ｕ相のレグ２１の上アームのスイッチング素子Ｓである。また、複数のスイッチング素子Ｓのいずれかを特定しない場合に、符号の通し番号を省略する。

二次側ダイオード１８は、スイッチング素子Ｓを駆動するゲート電源のダイオードである。

複数の電解コンデンサＣの各々は、ゲート電源の電圧のリプルを除去する素子である。ここで、リプルは、直流電圧に重畳している変動電圧である。複数の電解コンデンサＣの各々は、複数のスイッチング素子Ｓのいずれかに対応する。ここで、複数の電解コンデンサＣの各々を特定する場合に、対応するスイッチング素子Ｓと同じ通し番号を符号に付して説明する。図２において、スイッチング素子Ｓ１に対応する電解コンデンサＣ１が示される。また、複数の電解コンデンサＣのいずれかを特定しない場合に、符号の通し番号を省略する。

複数のゲート駆動回路Ｄの各々は、複数のスイッチング素子Ｓのいずれかに対応する。複数のゲート駆動回路Ｄの各々は、入力される制御信号に基づいて、対応するスイッチング素子Ｓにゲート指令を出力する回路である。ここで、複数のゲート駆動回路Ｄの各々を特定する場合に、対応するスイッチング素子Ｓと同じ通し番号を符号に付して説明する。図２において、スイッチング素子Ｓ１に対応するゲート駆動回路Ｄ１が示される。また、複数のゲート駆動回路Ｄのいずれかを特定しない場合に、符号の通し番号を省略する。

複数のゲート抵抗Ｒの各々は、複数のスイッチング素子Ｓのいずれかに対応する。ゲート抵抗Ｒは、対応するスイッチング素子Ｓのゲート端子に接続される抵抗器である。ゲート抵抗Ｒは、当該スイッチング素子Ｓに対応するゲート駆動回路Ｄの出力端子に接続される。ここで、複数のゲート抵抗Ｒの各々を特定する場合に、対応するスイッチング素子Ｓと同じ通し番号を符号に付して説明する。図２において、スイッチング素子Ｓ１に対応するゲート抵抗Ｒ１が示される。また、複数のゲート抵抗Ｒのいずれかを特定しない場合に、符号の通し番号を省略する。

図２において、スイッチング素子Ｓ１以外のスイッチング素子Ｓに対応する電解コンデンサＣ、ゲート駆動回路Ｄ、およびゲート抵抗Ｒの図示は、省略される。図示が省略される電解コンデンサＣ、ゲート駆動回路Ｄ、およびゲート抵抗Ｒは、電解コンデンサＣ１、ゲート駆動回路Ｄ１、およびゲート抵抗Ｒ１のスイッチング素子Ｓ１への接続と同様に、対応するスイッチング素子Ｓに接続される。

ここで、インバータ１６が電力を出力するときに、例えば電解コンデンサＣ、ゲート駆動回路Ｄ、およびゲート抵抗Ｒなどにおいて熱が発生する。電力の出力に伴う熱を受けやすい位置は、インバータ１６の回路配置などによって定まる。ここで、電力の出力に伴う熱をより受けやすい位置は、例えばインバータ１６が動作しているときに温度がより高くなる位置である。インバータ１６の複数の素子の各々は、電力の出力に伴う発熱を回路上の配置に応じて受ける。例えば、複数の電解コンデンサＣのいずれか１組は、回路上の配置に応じて互いに異なる熱を受ける。当該１組の電解コンデンサＣのうち、熱を受けやすい電解コンデンサＣは、第１電解コンデンサの例である。当該１組の電解コンデンサＣのうち、熱を受けにくい電解コンデンサＣは、第２電解コンデンサの例である。第１電解コンデンサは、例えば複数の電解コンデンサＣのうちで最も熱を受けやすい位置に配置される電解コンデンサＣである。また、第２電解コンデンサは、例えば複数の電解コンデンサＣのうちで最も熱を受けにくい位置に配置される電解コンデンサＣである。第１電解コンデンサが対応するスイッチング素子Ｓは、第１スイッチング素子である。当該スイッチング素子Ｓに対応するゲート駆動回路Ｄは、第１ゲート駆動回路である。当該スイッチング素子Ｓに対応するゲート抵抗Ｒは、第１ゲート抵抗である。同様に、第２電解コンデンサが対応するスイッチング素子Ｓは、第２スイッチング素子である。当該スイッチング素子Ｓに対応するゲート駆動回路Ｄは、第２ゲート駆動回路である。当該スイッチング素子Ｓに対応するゲート抵抗Ｒは、第２ゲート抵抗である。この例において、電解コンデンサＣ１を第１電解コンデンサとして説明する。第１電解コンデンサは、他の電解コンデンサＣであってもよい。

第２制御部１９は、複数のゲート駆動回路Ｄの各々に制御信号を出力する部分である。第２制御部１９は、インバータ制御手段の例である。第２制御部１９が出力する制御信号は、例えば第１制御部１５などから入力される信号に基づいて出力される。第２制御部１９は、制御信号を入力することによって、ゲート駆動回路Ｄにゲート指令を出力させる。第２制御部１９において、上アームおよび下アームの間のアーム短絡を防ぐように、デッドタイムが設定される。デッドタイムは、同じレグ２１の上アームおよび下アームについて、一方のスイッチング素子Ｓに対応するゲート駆動回路Ｄに出力する制御信号と他方のスイッチング素子Ｓに対応するゲート駆動回路Ｄに出力する制御信号との間に空けられる時間である。

劣化診断部２０は、電解コンデンサＣの劣化を診断する部分である。劣化診断部２０は、劣化診断手段の例である。劣化診断部２０は、複数のスイッチング素子Ｓの少なくともいずれかのゲート端子に接続される。劣化診断部２０は、スイッチング素子Ｓ１のゲート電圧の電位の基準に接続される。

劣化診断部２０は、抽出部２３と、第１比較器２４と、第２比較器２５と、判定部２６と、を備える。

抽出部２３は、ゲート電圧の信号を抽出する部分である。抽出部２３は、第１分圧抵抗Ｒａと、第２分圧抵抗Ｒｂと、絶縁アンプ２７と、を備える。第１分圧抵抗Ｒａおよび第２分圧抵抗Ｒｂは、劣化診断部２０が接続されるゲート端子のゲート電圧を分圧する抵抗器である。ゲート電圧は、分圧によって絶縁アンプ２７に入力しうる電圧に変換される。第１分圧抵抗Ｒａおよび第２分圧抵抗Ｒｂは、電位の基準とゲート端子との間に直列に接続される。絶縁アンプ２７は、分圧によって変換されたゲート電圧の信号を増幅して出力する。

第１比較器２４は、抽出部２３の絶縁アンプ２７から出力される信号が表すゲート電圧の値を第１電圧と比較する素子である。第１電圧は、例えば電圧の基準値として予め設定される電圧である。第１比較器２４において、第１参照信号が入力される。第１参照信号は、第１電圧に対応する信号である。第１比較器２４は、ゲート電圧が第１電圧より高いときに計時開始信号を出力する。

第２比較器２５は、抽出部２３の絶縁アンプ２７から出力される信号が表すゲート電圧の値を第２電圧と比較する素子である。第２電圧は、例えば電圧の基準値として予め設定される電圧である。この例において、第２電圧は、第１電圧より高い。第２比較器２５において、第２参照信号が入力される。第２参照信号は、第２電圧に対応する信号である。第２比較器２５は、ゲート電圧が第２電圧より高いときに計時終了信号を出力する。

判定部２６は、電解コンデンサＣの劣化を判定する部分である。判定部２６は、第１比較器２４の計時開始信号が入力されてから第２比較器２５の計時終了信号が入力されるまでの時間差を計測する。判定部２６が計測する時間差は、ゲート電圧が第１電圧から第２電圧になるまでの時間差である。判定部２６は、計測した時間差に基づいて電解コンデンサＣの劣化を診断する。判定部２６は、診断した結果を第２制御部１９に出力する。

判定部２６は、例えばパルス生成回路およびパルスストレッチャ回路を備える。パルス生成回路は、第１比較器２４の計時開始信号が入力されるときに立ち上がり、第２比較器２５の計時終了信号が入力されるときに立ち下がるパルスを生成する回路である。パルスストレッチャ回路は、パルス生成回路が生成したパルスの時間幅を拡張する回路である。判定部２６は、例えば時間幅が拡張されたパルスによって時間差を計測してもよい。

続いて、判定部２６のハードウェア構成の例について説明する。判定部２６の各機能は、処理回路により実現し得る。処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ２６ｂと、少なくとも１つのメモリ２６ｃと、を備える。処理回路は、プロセッサ２６ｂおよびメモリ２６ｃと共に、あるいはそれらの代用として、少なくとも１つの専用のハードウェア２６ａを備えてもよい。専用のハードウェア２６ａは、例えばパルス生成回路およびパルスストレッチャ回路を含んでもよい。

判定部２６の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせで実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。そのプログラムはメモリ２６ｃに格納される。プロセッサ２６ｂは、メモリ２６ｃに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、判定部２６の各機能を実現する。計測された時間差に基づいて電解コンデンサＣの劣化を診断する判定部２６の機能は、例えばプロセッサ２６ｂおよびメモリ２６ｃによって実現される。

プロセッサ２６ｂは、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。メモリ２６ｃは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの、不揮発性または揮発性の半導体メモリなどにより構成される。

処理回路が専用のハードウェア２６ａを備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、またはこれらの組み合わせで実現される。

判定部２６の各機能は、それぞれ処理回路で実現することができる。あるいは、判定部２６の各機能は、まとめて処理回路で実現することもできる。判定部２６の各機能について、一部を専用のハードウェア２６ａで実現し、他部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア２６ａ、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせで判定部２６の各機能を実現する。

続いて、図３および図４を用いて、劣化診断部２０による電解コンデンサＣの劣化の診断の例を説明する。
図３および図４は、実施の形態１に係るインバータにおける信号の変化を示す図である。
図３および図４において、ゲート指令が入力されるときのスイッチング素子Ｓのゲート電圧およびコレクタ－エミッタ間電圧の変化が示される。スイッチング素子Ｓは、例えばＵ相のレグ２１の下アームのスイッチング素子Ｓ１である。横軸は、時間の経過を表す。上段のグラフは、スイッチング素子Ｓに入力されるゲート指令を表す。中段のグラフは、ゲート指令が入力されるスイッチング素子Ｓのゲート電圧を表す。下段のグラフは、当該スイッチング素子Ｓのコレクタ－エミッタ間電圧を表す。

図３において、電解コンデンサＣが劣化していない状態のインバータ１６における信号の変化が示される。

ゲート指令がゲート端子に入力されると、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、ゲート－エミッタ間の容量が充電される。この間、ゲート電圧は時間の経過とともに上昇する。時刻ｔ２において、ゲート電圧の変化が飽和する。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、ゲート－コレクタ間の容量が充電される。この間、ゲート電圧は一定である。このときのゲート電圧は、スイッチング素子ＳであるＩＧＢＴのミラー電圧である。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間は、ミラー期間である。時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、コレクタ－エミッタ間の電圧が時間の経過とともに下降する。時刻ｔ３において、コレクタ－エミッタ間の電圧の変化が飽和する。これにより、コレクタ－エミッタ間のスイッチングが行われる。時刻ｔ３より後において、ゲート指令が入力されている間、コレクタ－エミッタ間の電圧は一定である。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、ゲート電圧は時間の経過とともに上昇する。時刻ｔ４において、ゲート電圧の変化が飽和する。

この例において、第１比較器２４に設定される第１電圧は、ＩＧＢＴのミラー電圧より低い電圧である。第１電圧は、ゲート指令が入力されていないときのゲート電圧より高い。また、第２比較器２５に設定される第２電圧は、ＩＧＢＴのミラー電圧より高い電圧である。第２電圧は、コレクタ－エミッタ間のスイッチングが行われた後に飽和したときのゲート電圧より低い。

時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間に、劣化診断部２０の第１比較器２４は、ゲート電圧が第１電圧まで上昇したことを検出する。ゲート電圧が第１電圧より高いときに、第１比較器２４は、計時開始信号を出力する。その後、ミラー期間の間、ゲート電圧はミラー電圧で一定となる。時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間に、劣化診断部２０の第２比較器２５は、ゲート電圧が第２電圧まで上昇したことを検出する。ゲート電圧が第２電圧より高いときに、第２比較器２５は、計時終了信号を出力する。判定部２６は、ゲート電圧が立ち上がるときに、計時開始信号および計時終了信号の入力に基づいて、ゲート電圧が第１電圧から第２電圧になるまでの時間差Δｔを計測する。

この例において、判定部２６は、診断信号が入力されるときに時間差Δｔを計測する。診断信号は、第１制御部１５から出力される制御信号である。第１制御部１５は、かご７が走行を開始してから停止するまでの間に、診断信号を出力する。この例において、第１制御部１５は、かご７が走行を開始してから停止するまでの間に、診断信号を高々一回出力する。この場合に、判定部２６は、かご７が走行を開始してから停止するまでの間に、高々一回時間差Δｔを計測する。第１制御部１５は、かご７が一回走行するたびに、一回診断信号を出力してもよい。あるいは、第１制御部１５は、予め設定された期間の間に一回だけ診断信号を出力してもよい。設定される期間は、例えば１時間、１日、１週間、１０日、または１か月などである。

図４において、電解コンデンサＣが劣化した状態のインバータ１６における信号の変化が示される。

電解コンデンサＣは、時間の経過によって、劣化する。電解コンデンサＣの劣化は、例えば電解液のドライアップなどによる。電解コンデンサＣのＥＳＲ（ＥｑｕｉｖａｌｅｎｔＳｅｒｉｅｓＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）は、例えば劣化によって増加する。電解コンデンサＣの容量は、例えば劣化によって低下する。これにより、例えばゲート駆動回路Ｄが出力するゲート指令の電圧が低下することなどによって、ゲート電圧の立ち上がり時間が遅くなる。この例において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間におけるゲート電圧の上昇が緩やかになる。また、時刻ｔ２から時刻ｔ３までのミラー期間が長くなる。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間におけるゲート電圧の上昇が緩やかになる。これによって、ゲート電圧が第１電圧から第２電圧になるまでの時間差Δｔが長くなる。このため、電解コンデンサＣの劣化は、判定部２６が測定する時間差Δｔに基づいて診断できる。

この例の判定部２６において、第１基準時間が設定される。第１基準時間は、時間の基準値として予め設定される時間である。第１基準時間は、例えばデッドタイムと同程度のオーダーの時間である。この例において、第１基準時間は、デッドタイムより短い時間に設定される。判定部２６は、計測した時間差Δｔが第１基準時間より長い場合に、第１劣化信号を出力する。第１劣化信号は、電解コンデンサＣの劣化の程度を表す信号である。第１劣化信号は、例えば第１制御部１５に出力される。第１制御部１５は、第１劣化信号が入力されるときに、異常を発報する。第１制御部１５は、例えばエレベーター１の情報を収集する情報センタのオペレータまたは保守員、もしくはエレベーター１の管理者などに対して異常を発報する。

また、判定部２６において、第２基準時間が設定される。第２基準時間は、時間の基準値として予め設定される時間である。第２基準時間は、第１基準時間より短い。判定部２６は、計測した時間差Δｔが第２基準時間より長い場合に、第２劣化信号を出力する。第２劣化信号は、電解コンデンサＣの劣化の程度を表す信号である。第２劣化信号は、第１劣化信号が表す電解コンデンサＣの劣化より程度の軽い劣化を表す。第２劣化信号は、例えば第２制御部１９に出力される。第２制御部１９は、第２劣化信号が入力されるときに、デッドタイムの設定値を長くする。第２制御部１９は、例えば第２劣化信号が入力される度に一定値を加算することでデッドタイムの設定値を長くする。あるいは、第２制御部１９は、例えば第２劣化信号が入力されるときに、計測された時間差Δｔに応じてデッドタイムの設定値を長く変更してもよい。

また、判定部２６において、第３基準時間が設定される。第３基準時間は、時間の基準値として予め設定される時間である。第３基準時間は、第１基準時間より長い。判定部２６は、計測した時間差Δｔが第３基準時間より長い場合に、第３劣化信号を出力する。第３劣化信号は、電解コンデンサＣの劣化の程度を表す信号である。第３劣化信号は、第１劣化信号が表す電解コンデンサＣの劣化よりさらに進んだ劣化を表す。第３劣化信号は、例えば第１制御部１５に出力される。第１制御部１５は、第３劣化信号が入力されるときに、時間差Δｔが測定されてからかご７が走行を停止した後のかご７の走行の再開を制限する。すなわち、第１制御部１５は、時間差Δｔが測定されてからかご７が走行を停止した後に、再び走行を開始することを禁止する。あるいは、第１制御部１５は、時間差Δｔが測定されてからかご７が走行を停止した後に、かご７が走行できる回数の上限を定めてもよい。

続いて、図５を用いて、インバータ１６の動作の例を説明する。
図５は、実施の形態１に係るインバータの動作の例を示すフローチャートである。

ステップＳＴ１において、判定部２６は、診断信号が入力されたかを判定する。判定結果がＮｏの場合に、インバータ１６の動作は、再びステップＳＴ１の始めに進む。判定結果がＹｅｓの場合に、インバータ１６の動作は、ステップＳＴ２に進む。

ステップＳＴ２において、判定部２６は、ゲート電圧が第１電圧から第２電圧になるまでの時間差を計測する。その後、インバータ１６の動作は、ステップＳＴ３に進む。

ステップＳＴ３において、判定部２６は、計測した時間差が第２基準時間より長いかを判定する。判定結果がＮｏの場合に、インバータ１６の動作は、ステップＳＴ１に進む。判定結果がＹｅｓの場合に、インバータ１６の動作は、ステップＳＴ４に進む。

ステップＳＴ４において、判定部２６は、第２劣化信号を第２制御部１９に出力する。第２劣化信号が入力されるときに、第２制御部１９は、デッドタイムの設定値を長くする。その後、インバータ１６の動作は、ステップＳＴ５に進む。

ステップＳＴ５において、判定部２６は、計測した時間差が第１基準時間より長いかを判定する。判定結果がＮｏの場合に、インバータ１６の動作は、ステップＳＴ１に進む。判定結果がＹｅｓの場合に、インバータ１６の動作は、ステップＳＴ６に進む。

ステップＳＴ６において、判定部２６は、第１劣化信号を第１制御部１５に出力する。第１劣化信号が入力されるときに、第１制御部１５は、異常を発報する。その後、インバータ１６の動作は、ステップＳＴ７に進む。

ステップＳＴ７において、判定部２６は、計測した時間差が第３基準時間より長いかを判定する。判定結果がＮｏの場合に、インバータ１６の動作は、ステップＳＴ１に進む。判定結果がＹｅｓの場合に、インバータ１６の動作は、ステップＳＴ８に進む。

ステップＳＴ８において、判定部２６は、第３劣化信号を第１制御部１５に出力する。第３劣化信号が入力されるときに、第１制御部１５は、かご７が停止した後のかご７の走行の再開を制限する。その後、インバータ１６の動作は、ステップＳＴ１に進む。

なお、判定部２６は、ゲート電圧が立ち下がるときに、ゲート電圧が第１電圧から第２電圧になるまでの時間差を計測してもよい。このとき、第１電圧は第２電圧より高く設定される。第１電圧は、例えばＩＧＢＴのミラー電圧より高い電圧である。また、第２電圧は、例えばＩＧＢＴのミラー電圧より低い電圧である。

以上に説明したように、実施の形態１に係るインバータ１６は、電解コンデンサＣと、第２制御部１９と、劣化診断部２０と、を備える。電解コンデンサＣは、ゲート電源の電圧のリプルを除去する。第２制御部１９は、スイッチング素子Ｓのゲート端子へのゲート指令を、電解コンデンサＣがリプルを除去した電圧によってゲート駆動回路Ｄに出力させる。スイッチング素子Ｓは、インバータ１６が出力する電力のオンおよびオフを切り替える。劣化診断部２０において、電圧の基準値として第１電圧および第２電圧が設定される。劣化診断部２０において、時間の基準値として第１基準時間が設定される。劣化診断部２０は、スイッチング素子Ｓのゲート端子のゲート電圧が第１電圧から第２電圧になるまでの時間差を計測する。劣化診断部２０は、当該時間差が第１基準時間より長い場合に第１劣化信号を出力する。
また、実施の形態１に係るエレベーター１は、インバータ１６と、メインモータ１１と、第１制御部１５と、を備える。メインモータ１１は、インバータ１６が出力する電力によってかご７を走行させる。第１制御部１５は、かご７の走行を制御する。

ゲート電圧の立ち上がりの時間または立ち下りの時間は、電解コンデンサＣの劣化によって長くなる。このため、劣化診断部２０は、ゲート電圧が第１電圧から第２電圧になるまでの時間差に基づいて、電解コンデンサＣの劣化を診断できる。立ち上がりの時間または立ち下がりの時間が長くなると、スイッチング素子Ｓのスイッチングに要する時間が長くなる。スイッチング素子Ｓにおいて、スイッチング途中の時間が長くなると、スイッチング素子Ｓにおいて発生する熱が増加する。この熱によって、過熱または故障などの異常がインバータ１６に発生する可能性がある。このような異常の発生を防ぐために、劣化した電解コンデンサＣの交換が有効である。ここで、劣化診断部２０が出力する第１劣化信号によって、電解コンデンサＣが劣化したことの把握が容易になる。このため、電解コンデンサＣの交換時期などの把握ができるようになる。これにより、電解コンデンサＣの劣化によるインバータ１６の異常の発生が抑えられる。また、電解コンデンサＣの劣化によるインバータ１６の異常の発生が抑えられるので、エレベーター１の運転中にインバータ１６に異常が発生することによる乗客の閉じ込めの発生が抑制される。

また、劣化診断部２０において、第１電圧および第２電圧は、スイッチング素子Ｓのミラー電圧が第１電圧および第２電圧の間の電圧になるように設定される。

判定部２６が計測する時間差は、スイッチング素子Ｓのミラー期間を含む期間の時間差である。このため、判定部２６が計測する時間差は、少なくともミラー期間より長くなる。判定部２６は、ミラー期間と同程度の時間差が計測可能であればよい。このため、判定部２６は、時間差を計測しやすくなる。

また、劣化診断部２０において、時間の基準値として第１基準時間より短い第２基準時間が設定される。劣化診断部２０は、時間差が第２基準時間より長い場合に第２劣化信号を出力する。第２制御部１９は、劣化診断部２０から第２劣化信号が入力されるときに、ゲート指令のデッドタイムの設定を長くする。

電解コンデンサＣの劣化によってスイッチング素子Ｓのスイッチングに要する時間がデッドタイムより長くなると、上アームおよび下アームの間のアーム短絡が発生する可能性がある。この場合に、第２制御部１９は、デッドタイムの設定を長くする。これにより、電解コンデンサＣの劣化の状況に応じて、アーム短絡を予防するデッドタイムが設定される。インバータ１６において、必要以上に長いデッドタイムを予防的に設定する必要がない。

また、インバータ１６は、複数の電解コンデンサＣを備える。複数の電解コンデンサＣの各々は、ゲート電源の電圧のリプルを除去する。リプルが除去された電圧によって、インバータ１６における複数のスイッチング素子Ｓの各々にゲート指令が出力される。複数の電解コンデンサＣのうち劣化診断部２０が時間差を計測する電解コンデンサＣは、インバータ１６が電力を出力するときにインバータ１６において発生する熱を他の電解コンデンサＣより受けやすい位置に配置される。ここで、各々の電解コンデンサＣが受ける熱は、例えば各々の電解コンデンサＣ、各々のゲート駆動回路Ｄ、および各々のゲート抵抗Ｒなどの一部または全部において発生する。

電解コンデンサＣは、熱によって劣化が早く進む。劣化診断部２０は、複数の電解コンデンサＣのうち、劣化がより早く進む電解コンデンサＣについて時間差を計測する。これにより、電解コンデンサＣの劣化によるインバータ１６の異常の発生がより抑えられる。なお、複数の電解コンデンサＣのうち劣化診断部２０が時間差を測定する電解コンデンサＣは、例えば実機または試験機による測定、実験による測定、もしくはシミュレーションなどの結果に基づいて選択されてもよい。

また、第１制御部１５は、劣化診断部２０から第１劣化信号が入力されるときに、異常を発報する。

これにより、電解コンデンサＣの劣化が速やかに把握される。これにより、電解コンデンサＣの劣化によるインバータ１６の異常の発生がより確実に抑えられる。

また、劣化診断部２０において、時間の基準値として第３基準時間が設定される。第３基準時間は、第１基準時間より長い。劣化診断部２０は、時間差が第３基準時間より長い場合に第３劣化信号を出力する。第１制御部１５は、劣化診断部２０から第３劣化信号が入力されるときに、かご７の走行が停止した後の走行の再開を制限する。

これにより、電解コンデンサＣの劣化が進んでいる場合に、かご７の走行が制限される。これにより、電解コンデンサＣの劣化によるインバータ１６の異常が、かご７が走行しているときに発生することが抑制される。このため、第１制御部１５は、隣接する階床の間などにおいてかご７が異常の発生によって停止することを予防する。このため、インバータ１６の異常などによる乗客の閉じ込めの発生が抑制される。

また、第１制御部１５は、かご７が走行を開始してから停止するまでの間に診断信号を出力する。劣化診断部２０は、診断信号が入力されるときに時間差を計測する。

ゲート指令は、インバータ１６が動作している間に頻繁に出力される。ゲート指令は、例えばＰＷＭのパルスを出力する頻度で出力される。一方、電解コンデンサＣの劣化の状態は、かご７が走行を開始してから停止するまでの間に変化しない。劣化診断部２０は、ゲート指令の毎回の入力に対しては時間差を計測しないので、時間差の計測および劣化の診断などについての演算資源を節約できる。

なお、第１制御部１５は、インバータ１６の出力電流が予め設定された閾値より大きいときに診断信号を出力してもよい。

インバータ１６の出力電流が大きくなると、ゲート電圧の立ち上がりの時間または立ち下りの時間が長くなる。このため、劣化診断部２０は、時間差を計測しやすくなる。ここで、インバータ１６の出力電流は、例えば乗客を輸送しないときの下降運転において、停止状態から加速して一定速度になる直前などに大きくなる。第１制御部１５は、このときに診断信号を出力してもよい。第１制御部１５は、出力電流の位相タイミングに合わせて診断信号を出力してもよい。

また、第１制御部１５は、乗客を輸送しないときに診断運転を行ってもよい。この場合に、第１制御部１５は、診断運転を行っているときに診断信号を出力する。

診断運転において、劣化診断部２０が時間差をより計測しやすくなるように運転の条件が設定されてもよい。また、第１制御部１５は、例えば深夜などの同じ時間帯に診断運転を行ってもよい。これにより、劣化診断部２０は、条件を揃えて時間差を計測できる。このため、電解コンデンサＣの劣化の診断の精度が高まる。また、第１制御部１５は、エレベーター１における他の機器を診断するための診断運転において診断信号を出力してもよい。

また、インバータ１６は、出力電流が制御信号によって可変であってもよい。第１制御部１５は、診断運転を行うときに、インバータ１６の出力電流を大きくしてもよい。制御信号は、例えば第１制御部１５からインバータ１６に入力される。出力電流の大きさは、例えばｄ軸電流の増加などによって変えられる。

第１制御部１５は、診断運転を行うときに、インバータ１６に出力電流を高くする制御信号を出力する。これにより、診断運転において、劣化診断部２０が時間差を計測しやすくなる。

また、インバータ１６は、ドアモータ１３に適用されてもよい。このとき、インバータ１６は、エレベーター１のドアモータ１３を動作させる電力を出力する。

また、劣化診断部２０は、ゲート電圧が第１電圧から第２電圧になるまでの時間の複数回の測定の結果に基づいて時間差を計測してもよい。劣化診断部２０は、例えば複数回の測定の結果の平均値などを、計測した時間差としてもよい。あるいは、劣化診断部２０は、例えば複数回の測定の結果の最大値などを、計測した時間差としてもよい。このとき、劣化診断部２０は、外れ値検出の手法などによって外れ値を除外してもよい。劣化診断部２０は、複数回の測定の結果に基づいて計測した時間差が第１基準時間より長い場合に、第１劣化信号を出力してもよい。劣化診断部２０は、同様の判定によって第２劣化信号および第３劣化信号を出力してもよい。

第１電解コンデンサは、複数の電解コンデンサＣのうちのいずれであってもよい。すなわち、劣化診断部２０は、複数の電解コンデンサＣのうちのいずれの劣化を診断してもよい。劣化診断部２０は、例えば複数の電解コンデンサＣのうちで最も熱を受けにくい位置に配置される電解コンデンサＣの劣化を診断してもよい。

インバータ１６は、劣化診断部２０を複数備えてもよい。インバータ１６は、複数のスイッチング素子Ｓの各々に対応する電解コンデンサＣの各々について、劣化診断部２０を備えていてもよい。複数の劣化診断部２０は、例えば判定部２６などの部分の全部または一部を共有していてもよい。

スイッチング素子Ｓは、ＩＧＢＴでなくてもよい。スイッチング素子Ｓは、例えばパワートランジスタ、またはパワーＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳＦＥＴ：Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ－ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などであってもよい。

第２制御部１９は、第１制御部１５に搭載されていてもよい。エレベーター制御手段およびインバータ制御手段の各々は、同一のハードウェアの機能として実装されていてもよい。

１エレベーター、２昇降路、３乗場、４乗場ドア、５巻上機、６主ロープ、７かご、８釣合錘、９制御装置、１０シーブ、１１メインモータ、１２かごドア、１３ドアモータ、１４外部電源、１５第１制御部、１６インバータ、１７ブリッジ、１８二次側ダイオード、１９第２制御部、２０劣化診断部、２１レグ、２２アーム、２３抽出部、２４第１比較器、２５第２比較器、２６判定部、２６ａハードウェア、２６ｂプロセッサ、２６ｃメモリ、２７絶縁アンプ、Ｃ、Ｃ１電解コンデンサ、Ｄ、Ｄ１ゲート駆動回路、Ｐ、Ｎ母線、Ｒ、Ｒ１ゲート抵抗、Ｒａ第１分圧抵抗、Ｒｂ第２分圧抵抗、Ｓ、Ｓ１～Ｓ６スイッチング素子

Claims

ゲート電源の電圧のリプルを除去する第１電解コンデンサと、
出力する電力のオンおよびオフを切り替える第１スイッチング素子のゲート端子へのゲート指令を、前記第１電解コンデンサがリプルを除去した電圧によって第１ゲート駆動回路に出力させるインバータ制御手段と、
電圧の基準値として第１電圧および第２電圧が設定され、時間の基準値として第１基準時間が設定され、前記第１スイッチング素子のゲート端子のゲート電圧が前記第１電圧から前記第２電圧になるまでの時間差を計測し、前記時間差が前記第１基準時間より長い場合に第１劣化信号を出力する劣化診断手段と、
を備え、
前記劣化診断手段は、時間の基準値として前記第１基準時間より短い第２基準時間が設定され、前記時間差が前記第２基準時間より長い場合に第２劣化信号を出力し、
前記インバータ制御手段は、前記劣化診断手段から前記第２劣化信号が入力されるときに、ゲート指令のデッドタイムの設定を長くする、
インバータ。
前記劣化診断手段は、前記第１スイッチング素子のミラー電圧が前記第１電圧および前記第２電圧の間の電圧になるように、前記第１電圧および前記第２電圧が設定される
請求項１に記載のインバータ。
ゲート電源の電圧のリプルを除去する第２電解コンデンサ
を備え、
前記インバータ制御手段は、出力する電力のオンおよびオフを切り替える第２スイッチング素子のゲート端子へのゲート指令を、前記第２電解コンデンサがリプルを除去した電圧によって第２ゲート駆動回路に出力させ、
前記第１電解コンデンサは、電力を出力するときにインバータにおいて発生する熱を前記第２電解コンデンサより受けやすい位置に配置される
請求項１または請求項２に記載のインバータ。
インバータと、
前記インバータが出力する電力によってかごを走行させるメインモータと、
前記かごの走行を制御するエレベーター制御手段と、
を備え、
前記インバータは、
ゲート電源の電圧のリプルを除去する第１電解コンデンサと、
出力する電力のオンおよびオフを切り替える第１スイッチング素子のゲート端子へのゲート指令を、前記第１電解コンデンサがリプルを除去した電圧によって第１ゲート駆動回路に出力させるインバータ制御手段と、
電圧の基準値として第１電圧および第２電圧が設定され、時間の基準値として第１基準時間が設定され、前記第１スイッチング素子のゲート端子のゲート電圧が前記第１電圧から前記第２電圧になるまでの時間差を計測し、前記時間差が前記第１基準時間より長い場合に第１劣化信号を出力する劣化診断手段と、
を備え、
前記劣化診断手段は、時間の基準値として前記第１基準時間より長い第３基準時間が設定され、前記時間差が前記第３基準時間より長い場合に第３劣化信号を出力し、
前記エレベーター制御手段は、前記劣化診断手段から前記第３劣化信号が入力されるときに、前記かごの走行が停止した後の走行の再開を制限する、
エレベーター。
前記エレベーター制御手段は、前記かごが走行を開始してから停止するまでの間に診断信号を出力し、
前記劣化診断手段は、前記診断信号が入力されるときに前記時間差を計測する
請求項４に記載のエレベーター。
前記エレベーター制御手段は、乗客を輸送しないときに診断運転を行い、前記診断運転を行っているときに前記診断信号を出力する
請求項５に記載のエレベーター。
前記インバータは、出力電流が制御信号によって可変であり、
前記エレベーター制御手段は、前記診断運転を行うときに、前記インバータの出力電流を大きくする
請求項６に記載のエレベーター。
インバータと、
前記インバータが出力する電力によってかごを走行させるメインモータと、
前記かごの走行を制御するエレベーター制御手段と、
を備え、
前記インバータは、
ゲート電源の電圧のリプルを除去する第１電解コンデンサと、
出力する電力のオンおよびオフを切り替える第１スイッチング素子のゲート端子へのゲート指令を、前記第１電解コンデンサがリプルを除去した電圧によって第１ゲート駆動回路に出力させるインバータ制御手段と、
電圧の基準値として第１電圧および第２電圧が設定され、時間の基準値として第１基準時間が設定され、前記第１スイッチング素子のゲート端子のゲート電圧が前記第１電圧から前記第２電圧になるまでの時間差を計測し、前記時間差が前記第１基準時間より長い場合に第１劣化信号を出力する劣化診断手段と、
を備え、
前記エレベーター制御手段は、前記かごが走行を開始してから停止するまでの間に診断信号を出力し、
前記劣化診断手段は、前記診断信号が入力されるときに前記時間差を計測し、
前記エレベーター制御手段は、乗客を輸送しないときに診断運転を行い、前記診断運転を行っているときに前記診断信号を出力し、
前記インバータは、出力電流が制御信号によって可変であり、
前記エレベーター制御手段は、前記診断運転を行うときに、前記インバータの出力電流を大きくする、
エレベーター。
前記エレベーター制御手段は、前記インバータの出力電流が予め設定された閾値より大きいときに前記診断信号を出力する
請求項５から請求項８のいずれか一項に記載のエレベーター。
前記エレベーター制御手段は、前記劣化診断手段から前記第１劣化信号が入力されるときに、異常を発報する
請求項４から請求項９のいずれか一項に記載のエレベーター。
前記劣化診断手段は、時間の基準値として前記第１基準時間より短い第２基準時間が設定され、前記時間差が前記第２基準時間より長い場合に第２劣化信号を出力し、
前記インバータ制御手段は、前記劣化診断手段から前記第２劣化信号が入力されるときに、ゲート指令のデッドタイムの設定を長くする
請求項４から請求項１０のいずれか一項に記載のエレベーター。