JPH11255442A - エレベータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ＩＧＢＴのジャンクション温度上昇を抑制で
き、ＩＧＢＴ内チップの熱暴走による熱損を防止できる
エレベータ制御装置を得る。 【解決手段】電流検出器１３からの出力信号と近似式よ
り瞬時のスイッチングロスを演算する演算器２０、ＩＧ
ＢＴがオンし一定電流が流れている時の電流とＩＧＢＴ
間主回路飽和電圧の関係を式で表わし、１３からの信号
信号と近似多項式より瞬時のオンロスを演算する演算器
２１、２０の出力信号と三角波設定信号の周波数により
スイッチングロスの平均を演算する演算器２２、２１の
出力信号とインバータ出力周波数に基づきオンロスの平
均値を演算する演算器２３、２２及び２３の出力信号を
加算しＩＧＢＴ内チップ当りの平均ロスを演算する演算
器２５、該チップと放電面の過渡熱抵抗と該チップ当り
平均ロス演算器出力よりチップでのジャンクション温度
上昇を加算していく加算器２６を備えたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体パワー素子
からなるインバータ装置、または該インバータ装置及び
半導体パワー素子からなるコンバータ装置を備えたエレ
ベータ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のインバータ制御装置を備えたエレ
ベータ制御装置の一例の概略構成を図１７に示す。図中
３４は三相交流電源、、３５は三相交流電源３４を整流
して直流に変換する整流器である。３６は整流器３６の
出力である直流電源を平滑する平滑コンデンサ、１２は
平滑コンデンサ３６を直流電源として可変電圧可変周波
数のインバータ制御により交流電力に変換するインバー
タ装置である。１４はインバータ装置１２により駆動す
る三相誘導電動機（以下電動機と称する）である。３０
は電動機１４に直結され図示しない減速機等を介して一
緒に回転するシーブである。

【０００３】又、１６はカウンターウェイトで、これは
シーブ３０に対しロープを介してエレベータかご１７と
つるべ式に構成されている。３７はインバータ装置１２
を構成している半導体パワー素子（図ではＩＧＢＴで表
わしているが、これに限るものではない：以下パワー素
子と称する）の冷却器に取付けられる設定温度検出用サ
ーモスタットである。

【０００４】このような構成装置の概略の動作として
は、交流電源３４の交流を整流器３５で整流し、該直流
を平滑コンデンサ３６に蓄える。エレベータが起動する
時前記直流電源よりエネルギーを供給してインバータ装
置１２で電動機１４を駆動することにより、シーブ３０
が回転してかご１７及びカウンターウェイト１６が上下
方向に移動する。運転が継続されると、パワー素子発熱
損失が徐々に蓄積されていきパワー素子放熱面温度が上
昇していく。そして、更に運転条件、周囲温度等の影響
によりサーモスタット３７の設定温度に達すると、サー
モスタット３７より検出信号を出力することにより、エ
レベータを停止させたり、最寄階着床させたりしてエレ
ベータの運転を一旦中止させている。

【０００５】又、このサーモスタットの設定温度の決め
方として過負荷最大時のパワー素子内チップのジャンク
ション温度上昇を指定してパワー素子保証可能最大温度
以下になるように設定される。

【０００６】次に、上記パワー素子内チップのジャンク
ション温度上昇の計算方法について概要説明する。エレ
ベータの運転として図１８に示すような運転パターンと
なる。図１８中３１は速度設定器（後述）から出力され
る速度パターンで加速領域Ａ、定常走行（定格速度）領
域Ｂ、減速領域Ｃによって構成されている。図中３２は
前記速度設定器の出力と速度検出器（後述）の出力の偏
差信号にかご荷重信号（後述）を加算したトルク指令信
号で、この電圧の大きさに従って電動機１４に流れる出
力電流の大きさが決定される。インバータ出力電流３３
は、Ａ領域の左側速度が０の時、周波数が０Ｈｚから始
まり速度が速くなるに従い周波数が高くなり、加速領域
Ａの右側で定格速度に到ると出力電流も定格周波数にな
る。減速時も同様に周波数が徐々に低くなり停止時に周
波数も０Ｈｚになる。

【０００７】又、加速領域Ａにおいて定常走行領域Ｂよ
り電流が大きいのは、電動機１４の直結されるシーブ３
０の負荷となるカウンターウェイト１６及びかご１７も
一緒に加速されるため、それらの慣性力も含めて大きな
電流が必要となる。加速トルクＴ_FLACC を表わすと以下
に示す（１）式のようになる Ｔ_FLACC ＝（ＧＤ_M ² ＋ＧＤ_S ² ）ｋ・α＋Ｔ_M …（１） ここで、ＧＤ_M ² ：電動機１４の慣性モーメント、ＧＤ
_S ² ：シーブ以降負荷（カウンターウェイト、かご自
重、積載）の慣性モーメント、ｋ：モータ軸からシーブ
３０までの回転方向における軸換算係数、α：加速度、
Ｔ_M ：定常走行における定格トルク。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このようにエレベータ
かごを加速する時には上記Ｔ_FLACC の駆動トルクを電動
機に与えるため、定格に対し大きな電流を流す必要があ
り、更に可変周波数制御を行なうため速度が低いときは
低い周波数の電流を流すため、インバータ装置１２内の
パワー素子に対する負担が大きくなる。

【０００９】上記低周波大電流の電流がパワー素子に流
れる時のパワー素子内チップのジャンクション温度上昇
の計算として、周波数が時々刻々と変化していくため、
この周波数を基準にして損失を計算すると不明確とな
り、例えば０Ｈｚ近辺の周波数における最大電流で損失
を計算すれば制御周波数としてほとんど直流的な計算で
損失を求めるため、平均損失として大きくなり、その平
均損失におけるジャンクション温度を保証可能最大温度
以下に抑えようとすると定常損失時の冷却フィンの温度
上昇を低く抑える必要があり冷却装置として大形にな
る。

【００１０】又、比較的高い時の周波数における最大電
流で損失を計算すれば、平均損失として直流電流の時の
損失に対し、１／πされた損失となり、小さめに計算さ
れるため、実際の低周波大電流通電時は余裕度がなく、
場合によってはジャンクション温度が保証可能最大温度
を越えてしまい、熱暴走によりパワー素子が破損してし
まうこともある。

【００１１】更に、実際の電流は０Ａから最大電流まで
その周波数で決まった周期で正弦波状に変化しているた
め、瞬時瞬時に変わる損失に対し平均的な損失しか求め
られないため、低周波大電流通電時に求めた損失は正確
さを欠き、実際の損失に対し大きい値か、小さい値か判
断できなかったため、冷却器の設計時はかなり熱的にマ
ージンをとったものとなってしまっていた。

【００１２】上記で記載した他、ＩＧＢＴのチップ温度
を検出するインテリジェントパワー素子（ＩＰＭ）が最
近市場に出回ってきたが、上記検出器による検出におい
てもジャンクション部の過渡的な温度上昇には追従でき
ないため、エレベータで使用する場合、図１７の領域Ａ
での瞬時の温度上昇は検出できず、保証可能最大温度を
越えてしまうことは十分考えられ、ＩＧＢＴ内チップ面
ジャンクション温度に対する完全な検出機能にはなって
いない。

【００１３】本発明は、インバータ装置等の電力変換装
置を構成しているパワー素子のジャンクション温度上昇
を抑制でき、パワー素子内チップの熱暴走による熱損を
防止できるエレベータ制御装置を提供することを目的と
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、エレベータかごを上下
方向に運転する交流電動機を駆動制御するインバータ装
置を有するエレベータ制御装置において、前記インバー
タ装置内半導体パワー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、前記半導体パワー素子がオンし、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
備えたエレベータ制御装置てある。

【００１５】請求項１に対応する発明によれば、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
て前記パワー素子に対する負荷を軽減することが可能と
なる。

【００１６】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、エレベータかごを上下方向に運転する交流
電動機を駆動制御するインバータ装置と、前記電動機の
回転速度を検出する速度検出器を設けて速度マイナルー
プ制御を行なう速度制御装置と、前記電動機に流れる電
流を検出する電流検出器を設けて電流マイナループ制御
を行なう電流制御装置と、ＰＷＭ制御を行なうための三
角波信号を発生する装置及び設定装置と、前記電流制御
装置の出力信号と三角波信号をコンパレートし、更に信
号のデットタイムを作成する電圧制御装置と、前記電圧
制御装置の信号をインバータ装置の各半導体パワー素子
に供給するゲートドライブ装置を有するエレベータ制御
装置において、前記インバータ装置内半導体パワー素子
のスイッチングする時の電流と損失の関係を１次以上の
近似多項式に表わし、電流検出器からの出力信号と前記
近似多項式より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、前記半導体パワー素子がオン
し、一定電流が流れている時の電流とパワー素子間主回
路飽和電圧の関係を１次以上の近似多項式で表わし、前
記電流検出器からの信号信号と前記近似多項式より瞬時
のオンロスを演算するオンロス演算器と、前記スイッチ
ングロス演算器の出力信号と前記設定装置からの周波数
に基づきスイッチングロスの平均を演算する平均スイッ
チングロス演算器と、前記オンロス演算器の出力信号と
前記速度検出器から検出されるインバータ出力周波数に
基づきオンロスの平均値を演算する平均定常オンロス演
算器と、前記平均スイッチングロス演算器及び平均定常
オンロス演算器の出力信号を加算し半導体パワー素子内
チップ当りの平均ロスを演算するチップ当り平均ロス演
算器と、前記チップと放熱面の過渡熱抵抗と前記チップ
当り平均ロス演算器出力よりチップでのジャンクション
温度上昇を加算していくチップジャンクション温度上昇
加算器とを備えたエレベータ制御装置である。

【００１７】請求項２に対応する発明によれば、以下の
ような作用が得られる。エレベータ運転時に特有の加減
速時の低周波大電流通電時においても電流が正弦波状に
流れている時の時々刻々の瞬時の電流に対するパワー素
子の損失をスイッチングロス、オンロスで個別に演算し
てその瞬時におけるジャンクション温度上昇を演算する
ことで、パワー素子冷却器の放熱面の温度を加算して瞬
時におけるパワー素子チップジャンクション温度の絶対
値がわかるため、パワー素子保証可能最大温度に到ると
瞬時にキャリア周波数を下げたり、加速度を下げて電流
最大値を減らしたりエレベータを停止させたりして、パ
ワー素子チップジャンクション温度を常に保証可能対代
温度以下の所で、インバータ制御、コンバータ制御を行
なうことができるようになる。

【００１８】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、請求項２に記載のエレベータ制御装置にお
いて、前記インバータ装置の半導体パワー素子を取付け
る冷却器の放熱面に取付けたサーミスタ等のリニアリテ
ィに温度検出可能な温度検出器と、前記チップジャンク
ション温度上昇加算器出力と前記温度検出器出力を加算
するジャンクション温度加算器と、前記ジャンクション
温度加算器出力を入力して半導体パワー素子の保証可能
最大温度と比較するジャンクション温度コンパレータと
を有したものである。

【００１９】前記目的を達成するため、請求項４に対応
する発明は、請求項３に記載のエレベータ制御装置にお
いて、前記ジャンクション温度コンパレータが動作し、
ジャンクション温度が保証可能最大温度を越えているこ
とを検出した時、前記速度制御装置内に含まれるエレベ
ータ速度設定器の加速度又は減速度を下げるように設定
変更するように構成したエレベータ制御装置。

【００２０】前記目的を達成するため、請求項５に対応
する発明は、請求項３に記載のエレベータ制御装置にお
いて、前記ジャンクション温度コンパレータが動作し、
ジャンクション温度が保証可能最大温度を越えているこ
とを検出した時、エレベータが加速モードで運転してい
る場合、検出した瞬間より前記速度制御装置内に含まれ
るエレベータ速度設定器の設定を加速モードより減速モ
ードにしてあるいは、前記電動機に対し電磁ブレーキを
かけ一旦停止させるようにし、一定時間経過又は前記温
度検出器の温度出力が一定の設定値以下になった後で再
起動をかけ、エレベータ運転を継続するようにしたエレ
ベータ制御装置である。

【００２１】前記目的を達成するため、請求項６に対応
する発明は、請求項２に記載のエレベータ制御装置にお
いて、前記速度制御装置内に含まれるエレベータ速度設
定器の出力と前記速度検出器の出力の偏差信号の極性に
応じて力行・回生モード状態であることを検出する力行
・回生モード検出器を有し、前記力行・回生モード検出
器が力行モードを検出した時は、前記オンロス演算器に
おいて前記ゲートドライブ装置のオン信号が入っている
区間だけオンロスを演算し、前記力行・回生モード検出
器が回生モードを検出した時は前記ゲートドライブ装置
のオフ信号が入っている区間だけオンロスを演算するよ
うにしたエレベータ制御装置である。

【００２２】前記目的を達成するため、請求項７に対応
する発明は、請求項２に記載のエレベータ制御装置にお
いて、前記オンロス演算器の演算をデジタル演算する時
の演算方法として力行モードの場合ゲートドライブ装置
にオン信号が入っている区間の間一定の演算周期ごとに
オンロスを演算し、オン信号が終了するまで各周期ごと
に演算されたオンロスを加算していきオン信号が終了し
た時点でその時のオン信号におけるトータルオンロスと
してオンロス演算器より出力するようにしたエレベータ
制御装置である。

【００２３】前記目的を達成するため、請求項８に対応
する発明は、請求項２に記載のエレベータ制御装置にお
いて、オンロス演算器の演算をアナログ素子で演算する
時の方法として、力行モードの場合アナログ素子を検出
電流とその電流が流れる時の前記半導体素子の主回路電
圧の乗算器と、前記乗算器出力を積分していく積分器で
構成し、前記ゲートドライブ装置に入るオン信号のパル
スエッジで乗算器と積分器を動作開始させオフ信号のパ
ルスエッジで上記積分動作を中止しクリアをかけるとと
もに、それまで積分されてきた出力電圧を前記オンロス
演算器へ出力とするようにしたエレベータ制御装置であ
る。

【００２４】前記目的を達成するため、請求項９に対応
する発明は、請求項２に記載のエレベータ制御装置にお
いて、前記スイッチングロス演算器の演算方法として前
記ゲートドライブ装置にオン信号又はオフ信号が入って
きた時点の検出電流に対し、その瞬間の検出電流の値で
のスイッチングオン、スイッチングオフロスを同時に演
算して加算し、その演算結果を１つのオンパルスでのス
イッチングロスとして前記スイッチングロス演算器より
出力するようにしたエレベータ制御装置である。

【００２５】前記目的を達成するため、請求項１０に対
応する発明は、請求項２に記載のエレベータ制御装置に
おいて、前記スイッチングロス演算器の演算方法として
前記ゲートドライブ装置からのゲートドライブ信号にオ
ン信号が入ってきた時点の検出電流に対し、その瞬間で
の検出電流の値でのスイッチングオンロスを演算し、ゲ
ートドライブ信号にオフ信号が入ってきた時点での検出
電流に対し、その瞬間での検出電流の値でのスイッチン
グオフロスを演算し、前記別々の時間で演算されたスイ
ッチングオンロス及びスイッチングオフロスを加算して
スイッチングロスとして前記スイッチングロス演算器よ
り出力するようにしたエレベータ制御装置である。

【００２６】前記目的を達成するため、請求項１１に対
応する発明は、請求項２に記載のエレベータ制御装置に
おいて、前記インバータ装置の入力側に、交流電源の交
流を直流に変換するコンバータ装置を接続したものであ
って、前記スイッチングロス演算器、前記オンロス演算
器、前記平均スイッチングロス演算器、前記平均定常オ
ンロス演算器、前記チップ当り平均ロス演算器、前記チ
ップジャンクション温度上昇加算器からなるジャンクシ
ョン温度上昇演算装置を付加したエレベータ制御装置で
ある。

【００２７】前記目的を達成するため、請求項１２に対
応する発明は、請求項２または３に記載のエレベータ制
御装置において、前記サーミスタ等の温度検出器の代わ
りにサーモスタット等の設定温度に至ると検出する設定
温度検出器を放熱面に取付けた構成とし、前記設定温度
検出器が検出した時又は検出している期間中において前
記ジャンクション温度加算器にその設定温度を加算して
ジャンクション温度を演算するようにしたエレベータ制
御装置である。

【００２８】前記目的を達成するため、請求項１３に対
応する発明は、請求項２または３に記載のエレベータ制
御装置において、前記交流電動機の１相分のみに対しジ
ャンクション温度を演算する装置一式を設けてジャンク
ション温度が保証可能最大温度を越えているかどうかを
監視するようにしたエレベータ制御装置である。

【００２９】前記目的を達成するため、請求項１４に対
応する発明は、請求項２または３に記載のエレベータ制
御装置において、前記交流電動機の２相又は３相全てに
対しジャンクション温度を演算する装置一式を設けてジ
ャンクション温度が保証可能最大温度を越えているかど
うかを監視するようにしたエレベータ制御装置である。

【００３０】前記目的を達成するため、請求項１５に対
応する発明は、請求項２または３に記載のエレベータ制
御装置で、相ごとに冷却器を個別に構成する大容量イン
バータ装置を有している冷却器にサーミスタ等の温度検
出器を取付けているエレベータ装置において、各相温度
検出器の出力を比較する比較器を有して温度検出器の最
大温度を検出している値を請求項３で記載したジャンク
ション温度加算器に入力して３相分のうち１相分のみの
ジャンクション温度を演算するようにしたエレベータ制
御装置である。

【００３１】前記目的を達成するため、請求項１６に対
応する発明は、請求項２または３に記載のエレベータ制
御装置で、相ごとに冷却器を個別に構成する大容量イン
バータ装置を有して各冷却器にサーミスタ等の温度検出
器を取付けているエレベータ装置において、各相温度検
出器の出力を３相分別々に設けたジャンクション温度加
算器に入力して各相個別にジャンクション温度を演算す
るようにしたエレベータ制御装置である。

【００３２】請求項３〜１６のいずれかに記載の発明に
よれば、インバータ装置等の電力変換装置を構成してい
るパワー素子のジャンクション温度上昇を抑制でき、パ
ワー素子内チップの熱暴走による熱損を防止できる

【００３３】

【発明の実施の形態】＜第１の実施形態：請求項１に対
応＞図１は、第１の実施形態を示すブロック図であり、
図１７と同一部分には同一符号を付してその説明を省略
する。

【００３４】図中、１は図１８で説明したエレベータ速
度パターン３１を発生するエレベータ速度設定器、２は
電動機１４の速度を検出する速度検出器１５の出力と、
エレベータ速度設定器１の出力をマイナループで加算す
る速度加算器、３は前記速度加算器２の偏差を入力し比
例、積分、微分、振動抑制等の速度応答を調整する速度
演算器、４はエレベータかご１７の荷重を検出する荷重
検出器１８の検出信号と前記速度演算器３の出力を加算
する荷重信号加算器、５はインバータ装置１２の出力電
流を検出する電流検出器３の出力と前記荷重信号加算器
４の出力をマイナループで加算する電流加算器、６は前
記電流加算器の偏差信号を入力し比例、積分等の電流応
答を調整する電流演算器、７はＰＷＭ制御を実施するた
めの三角波を発生するための三角波発生器、８は前記三
角波発生器７の振幅と周期（周波数）を設定する三角波
設定器、９は前記三角波発生器７と電流演算器６の出力
を入力して電圧指令信号を作成するコンパレータ、１０
は前記コンパレータ９の出力となる電圧指令信号に対し
インバータ装置１２の上側アームと下側アームのデット
タイムを設定するデッドタイム補正器、１１はインバー
タ装置１２の各パワー素子をドライブする信号を作成す
るゲートドライブ装置である。以上で説明した符号の装
置は、従来装置においても構成されていたものである。

【００３５】本実施形態として、新しく追加された構成
要素は、以下に述べるものである。２０はコンパレータ
９の出力である電圧指令の信号と電流検出器１３の出力
を入力してパワー素子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、２１はスイッチングロス演算器
２０と同様電流信号と電圧指令信号を入力して、パワー
素子に電流が流れている時のオンロスを演算するオンロ
ス演算器、２２は三角波設定器８からの三角波波形の周
波数信号と前記スイッチングロス演算器２０の出力を入
力して、三角波信号のキャリア周波数に基づきスイッチ
ングロスの平均を演算する平均スイッチングロス演算
器、２３は速度検出器１５の速度信号より出力されたイ
ンバータ出力周波数に基づきオンロスの平均を演算する
平均定常オンロス演算器、２４は前記平均スイッチング
ロス演算器２２と平均定常オンロス演算器２３の出力を
加算し瞬時のパワー素子発生損失を出力するパワー素子
スイッチングオンロス加算器、２５は前記パワー素子ス
イッチングオンロス加算器２４の出力を入力して瞬時に
おけるチップ当りの発生損失を演算するチップ当り平均
ロス演算器、２６は前記チップ当り平均ロス演算器２５
の出力を入力し、その瞬時の発生損失をチップ内でのジ
ャンクション温度上昇に換算するとともに、その瞬時瞬
時のジャンクション温度を加算していくチップジャンク
ション温度上昇加算器である。

【００３６】なお、以上述べた構成以外に後述する実施
形態で必要とするサーミスタ２７、ジャンクション温度
加算器２８、ジャンクション温度コンパレータ２９を備
えている。

【００３７】次に、以上のように構成された第１の実施
形態の動作について説明する。図中符号１〜１８，３０
は従来エレベータにおける構成と同一のためこれらの動
作については説明省略する。まず、スイッチング演算器
２０の動作、演算方法について説明する。ＩＧＢＴ等の
パワー素子は一般的にあるゲートドライブ条件に対し図
２に示すようなパワー素子に流れる電流Ｉ_C と損失ｍｊ
の特性を有する。図２において、横軸はＩＧＢＴの主回
路トランジスタに流れる電流を示し、縦軸に各々の電流
値に対するスイッチング時の損失を表わし、Ｅ_onはスイ
ッチングオンする時の損失、Ｅ_off はスイッチングオフ
する時の損失である。

【００３８】まず、この特性を１次以上の多項式で表わ
し、ＩＧＢＴに流れる電流に対する損失の関係式を定義
する。例えば、３次の多項式で表わすと仮定すると、以
下のようにＥ_on，Ｅ_off は表わされる。

【００３９】 Ｅ_on＝ａＩ_C ³ ＋ｂＩ_C ² ＋ｃＩ_C ＋ｄ ₍₂₎ Ｅ_off ＝ｅＩ_C ³ ＋ｆＩ_C ² ＋ｇＩ_C ＋ｈ ここで、Ｉ_C ：ＩＧＢＴに流れる定格電流、ａ〜ｈ：図
２の特性を３次多項式で表わした時の定数。

【００４０】従って、コンパレータ９の出力による電圧
指令のパルスによる信号は、ＩＧＢＴがオンする時のパ
ルスエッジが入った時をトリガ条件としてその時の瞬時
電流を読み込むことにより、その瞬時電流における
Ｅ_on，Ｅ_off は（２）式より一義的に決定される。そこ
で決定されたＥ_on，Ｅ_off を加算することにより前記ト
リガ条件が入った時のスイッチングロスが演算される。
そして、図３に示すように次のＩＧＢＴオンパルスが入
って来たら、再度その瞬間における瞬時電流を読み込み
新しいＥ_on，Ｅ_off を演算するというような構成とな
る。上記Ｅ_on，Ｅ_off の加算信号をＰ_tsw とすると、

【００４１】

【数１】 が成立ち、インバータ制御電流の１周期にｎ回スイッチ
ングした場合（３）式のようにスイッチングロスは加算
される。

【００４２】次に、平均スイッチングロス演算器２２に
ついて説明する。スイッチングロス演算器２０で出力さ
れた信号に対し、三角波の周波数を乗算することによ
り、その瞬時のスイッチングロスＰ_tsw に対し平均スイ
ッチングロスＰ_sw(W) が演算される。

【００４３】又、図４に示すようにインバータ装置１２
の１アーム（例えばＵ相）のみでのＩＧＢＴへ流れる電
流を記載すると、Ｕ相負荷端子に図のような正弦波電流
が流れる時、正弦波の実線で示す電流はＰ側ＩＧＢＴ３
８がオンする時に流れるが、正弦波の破線で示す電流は
Ｎ側ＩＧＢＴ３９に流れるため、Ｐ側ＩＧＢＴ３８には
流れなくなる。従って、正弦波の１周期に対し、半サイ
クル分のみＩＧＢＴに損失が発生するため、Ｐ側ＩＧＢ
Ｔ３８に対する平均スイッチングロスは１／２となり、
Ｐ_sw(w) を式で示すと（４）式のようになる。

【００４４】 ∴Ｐ_sw＝Ｐ_tsw ×ｆ_C ×１／２ （ｗ） …（４） Ｐ_sw：ＩＧＢＴオンパルスが入った瞬間の平均スイッチ
ングロス ｆ_C ：三角波キャリア周波数 次に、オンロス演算器２１について説明する。ＩＧＢＴ
等の半導体素子はオンしてトランジスタに電流が流れて
いる時、図５に示すような電流と電圧の特性を有する。
図５において、横軸はＩＧＢＴの主回路トランジスタに
流れる電流を示し、縦軸に各々の電流値に対するトラン
ジスタのコレクターエミッタ間飽和電圧Ｖ_CE(sat) を表
わす。従って、ここでもスイッチングロス演算時と同
様、図５の特性を１次以上の多項式で表わし、ＩＧＢＴ
に流れる電流に対するＶ_CE(sat) の関係式を定義する。
例えば３次の多項式で表わすと仮定すると以下のように
表される。

【００４５】 Ｖ_CE(sat)(V)＝ｋＩ_C ³ ＋ｌＩ_C ² ＋ｍＩ_C ＋ｎ …（５） ここで、ｋ〜ｈ：図５の特性を３次の多項式で表わした
時の定数。従って、コンパレータ９の出力による電圧指
令のパルスによる信号は、ＩＧＢＴがオンする時のパル
スエッジが入った時をトリガ条件にしてその時の瞬時電
流を読み込むことにより、その瞬時電流におけるＶ
_CE(sat) は（５）式より一義的に決定される。

【００４６】そして、上記オンパルスエッジが入ってか
らΔｔ(s) 後にオフパルスが入ったとすると、そのΔｔ
(s) 間におけるオンロスＰ_ton は以下のように表され
る。 Ｐ_ton(J)＝Δｔ×Ｖ_CE(sat) ×Ｉ_C …（６） （Δｔの間Ｉ_C の大きさが変わらない場合） もしくは、オンパルスが入った時の電流とオフパルスが
入った時の電流が異なる場合、図６のように台形近似し
てΔｔ(s) におけるオンロスを以下のように計算する。

【００４７】 Ｐ_1ton＝Ｖ_CE(sat)1×Ｉ_C1 Ｐ_2ton＝Ｖ_CE(sat)2×Ｉ_C2 …（７） ∴Ｐ_ton(J)＝Δｔ×（Ｐ_1ton＋Ｐ_2ton）／２ 上記のように（６），（７）式いずれかにより演算し
て、オンロス演算器２１の出力信号とする。

【００４８】次に、平均定常オンロス演算器２３につい
て説明する。前記オンロス演算器２１の出力信号に対
し、速度検出器１５の速度信号から検出したインバータ
制御電流の周波数ｆを乗算することにより、平均定常オ
ンロスＰ_on(W) が以下のように計算される。

【００４９】 Ｐ_on(W) ＝Ｐ_ton ×ｆ …（８） （８）式で演算された値が平均定常オンロス演算器２３
より出力される。そして、（４）式及び（８）式で演算
された平均スイッチングオンロスと平均定常オンロスを
ＩＧＢＴスイッチング・オンロス加算器２４で加算する
ことにより、図３のパルス列で示すＩＧＢＴオン信号が
入り、次のオン信号が入るまでの１回のスイッチング動
作におけるＩＧＢＴのトータル損失Ｐ_LOSSが演算され
る。

【００５０】そして、更に前記トータル損失Ｐ_LOSSに対
しＩＧＢＴ内チップ間の電流アンバランス等を考慮し、
電流アンバランス等の最も悪いチップに対するチップロ
スＱを以下のように演算してチップ当り平均ロス演算器
２５より出力する。

【００５１】 Ｑ(W) ＝Ａ×Ｐ_LOSS／Ｎ …（９） ここでＡ：チップ内での電流アンバランス等、Ｎ：ＩＧ
ＢＴ内に構成されるチップ総数。

【００５２】最後に、チップに発生したトータル損失Ｑ
に対し、チップ−放熱面に存在する熱抵抗Ｐ_th(fc)及び
ＩＧＢＴチップの熱容量Ｃ_igbt等を含んだ熱回路網にト
ータル損失を、ＩＧＢＴがスイッチングする毎に入力し
てその時のジャンクション温度上昇を順次加算してい
き、チップジャンクション温度上昇加算器２６より出力
するようにしている。

【００５３】このように正弦波状に発生する低周波電流
に対し瞬時瞬時の電流に対するＩＧＢＴロスを演算しな
がら、ジャンクション温度上昇を演算していけるので、
ジャンクション温度上昇に対し正確に演算が実施できる
ようになる。

【００５４】以上述べた第１の実施形態によれば、図１
８の領域Ａのような低周波大電流が流れる時にでも瞬時
瞬時におけるＩＧＢＴ損失及びジャンクション温度上昇
を計算することにより、ＩＧＢＴ内チップのジャンクシ
ョン温度が保証可能で最大温度になったことを瞬時に計
算し、それ以上ジャンクション温度が上昇しないように
制御電流を下げたり、キャリア周波数を下げたり、エレ
ベータを停止させたりして損失増加を防ぎ、ＩＧＢＴパ
ワー素子内チップの熱暴走による破損を防ぐことができ
る。 ＜第２の実施形態：請求項２に対応＞第２の実施形態
は、図１に示したＩＧＢＴチップジャンクション温度上
昇の信号に基づくエレベータで、そのジャンクション温
度に対する保護する方法について述べる。

【００５５】図１において、２７はインバータ装置内Ｉ
ＧＢＴの放熱面に取付けたサーミスタ等のリニアリティ
に温度検出が可能な温度検出器、２８はチップジャンク
ション温度上昇加算器２６と、前記温度検出器２７の出
力を入力し、チップジャンクション温度の絶対値を演算
するジャンクション温度加算器と、２９は前記ジャンク
ション温度加算器２８の出力を入力し、ＩＧＢＴとして
保証されるジャンクション温度である保証可能最大温度
と比較し、前記最大温度を越えた出力を入力した時検出
信号を出力するジャンクション温度コンパレータで、そ
のコンパレータ９の出力は三角波設定器８に入力され
る。

【００５６】又、図７は上記ジャンクション温度コンパ
レータが出力された時にその三角波キャリア周波数を変
更する具体的回路例を示す。図７において、４０はプル
アップ抵抗、４１はＮＡＮＤゲート、４２はインバータ
ゲートである。又、４３，４４は図１で示す符号の６〜
１０までの装置を１つのＩＣにまとめた時のゲートアレ
イおよＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）で電流制
御以降の演算をデジタル制御で実施する回路である。

【００５７】次に、本実施形態の動作について、図１，
図７を参照して説明する。エレベータが連続して運転さ
れると、ＩＧＢＴから発生する損失が放熱フィンで熱と
なり、冷却フィンの温度が上昇していくと、冷却フィン
の放熱面に取付けられた温度検出器２７の出力が高くな
っていく。この温度検出器２７の出力とチップジャンク
ション温度上昇加算器２６の出力をジャンクション温度
加算器２８に入力してチップ最大のジャンクション温度
絶対値Δｔ_j が下記のように演算される。

【００５８】 Δｔ_j ＝ｔ_a ＋ｔ_igbt …（10） ここで、ｔ_a ：温度検出器の出力信号、ｔ_igbt：チップ
ジャンクション温度上昇加算器の出力信号。

【００５９】このΔｔ_j が次のジャンクション温度コン
パレータ２９に入力され保証可能最大温度Ｔ_j を越える
（Ｔ_j ＜Δｔ_j ）と、コンパレータ２９の出力として
“Ｈ”の信号を出力する。又、コンパレータ２９の出力
は、図７の２９の所に入力されることになる。図７にお
いて、ゲートアレイ４３のｆ₁ 端子が“Ｈ”の時はｆ₁
の三角波キャリア周波数がＧＡ内で設定されｆ₂ 端子が
“Ｈ”になるとＧＡ内でｆ₂ の三角波キャリア周波数に
設定される。コンパレータ２９が検出していない時はＮ
ＡＮＤゲート４１の入力のうち、コンパレータ２９の信
号は“Ｌ”、そのもう一方の入力は常にプルアップ抵抗
４０により“Ｈ”になっているため、ＮＡＮＤゲート４
１の出力は“Ｈ”となり、ｆ₁ 端子が“Ｈ”、ｆ₂ 端子
は“Ｌ”となっており、通常の三角波キャリア周波数ｆ
₁ で抑制される。

【００６０】ところが、コンパレータ２９が検出しその
出力が“Ｈ”になると、ＮＡＮＤゲート４１の出力が
“Ｌ”となり、インバータゲート４２の出力が“Ｈ”と
なることによりｆ₁ 端子が“Ｌ”、ｆ₂ 端子が“Ｈ”と
なり三角波キャリア周波数はｆ₂ に設定変更される。ｆ
₁ ，ｆ₂ の関係をｆ₁ ＞ｆ₂ とすることによりコンパレ
ータ２９が検出しチップジャンクション温度がＴ_j ＜Δ
ｔ_j の関係になると、三角波キャリア周波数を下げるこ
とが可能となる。この三角波キャリア周波数が下がると
いうことは（４）式で示すｆ_C が下がることを意味し、
結局、平均スイッチングロスＰ_swを小さくすることによ
り、チップ当り平均ロスＱが下がりジャンクション温度
上昇を抑えて絶対ジャンクション温度Δｔ_j を下げるこ
とができる。

【００６１】このようにコンパレータ２９が検出した瞬
間より、三角波キャリア周波数を下げ損失を抑えること
によりΔｔ_j の絶対温度を抑制できる。なお、図７の回
路はオペアンプ等のアナログ素子を使用しても実現でき
る。

【００６２】＜第３の実施形態：請求項３に対応＞第３
の実施形態を図１を参照して説明するが、第２の実施形
態で説明した三角波キャリア周波数以外の方法でジャン
クション絶対温度を下げる方法であり、以下これについ
て説明する。

【００６３】図１中ジャンクション温度コンパレータ２
９でＴ_j ＜Δｔ_j の関係を検出する方法までは、第２の
実施形態と同じであるが、ここではその出力をエレベー
タ速度設定器の中に入力する。

【００６４】この場合の動作について、図８を参照して
説明する。エレベータ速度パターン３１が加速指令を出
し、エレベータが加速しようとした時、Ｄの時間が経過
した所でコンパレータ２９が“Ｈ”を出力したとする
と、その時点より加速度設定を現状のα₁ より破線で示
すα₂ に変更することで、加速度の出力電流を抑制して
ジャンクション温度上昇を下げるようにしたものであ
る。

【００６５】加速度をα₁ からα₂ に変えると、（１）
式で示す加速トルクＴ_FLACC が下がるため、加速電流ピ
ーク値が下がりスイッチングロスＰ_sw及びオンロスＰ_on
が低減されジャンクション温度絶対値を抑制できる。

【００６６】＜第４の実施形態：請求項４に対応＞第４
の実施形態は、第３の実施形態と同じ構成でできるが、
第３の実施形態と異なるのは、エレベータ速度設定器１
からの速度パターンをコンパレータ２９が検出した時点
より加速モードより減速モードに切換えエレベータを最
寄階に停止させるようにしたところである。

【００６７】このような構成の第４の実施形態の動作に
ついて、図９を参照して説明する。図９（ａ）におい
て、速度パターン加速中であって、Ｆ時間経過時コンパ
レータ２９が検出すると、その時点より速度設定器１に
おいて加速モードより減速モード（Ｇ）に切換えて最寄
階に着床させる。ＩＧＢＴに流れる電流として、Ｆ期間
は、Ｕ相Ｐ側ＩＧＢＴ３８のに対し実線のようにＩＧＢ
Ｔトランジスタ側に流しているが、コンパレータ２９は
検出後は減速パターンに変わるため、回生モードとなり
破線のようなＩＧＢＴのＦＷＤ側に流れるようになり、
トランジスタ側のチップに対する損失はなくなり、ジャ
ンクション温度を下げることができる。

【００６８】又、第４の実施形態おいて、ブレーキをか
ける方法について検出した瞬間より出力電流がゼロ及び
ＩＧＢＴスイッチング動作を中止するため、当然ジャン
クション温度絶対値を下げることができる。

【００６９】＜第５の実施形態：請求項５に対応＞第５
の実施形態は、図１に示す実施形態とほぼ同一構成であ
り、異なる点は、第１の実施形態で記載したオンロスＰ
_onの演算に関し力行・回生モードでの演算方法であり、
以下これについて記載する。図１中１９は速度設定器１
と速度検出器１５の出力を入力し、偏差信号を出力する
速度加算器２の出力を入力して力行・回生モードを検出
する力行・回生モード検出器で、モード検出器１９の出
力は、オンロス演算器２１に入力される。

【００７０】この実施形態における演算方法について、
図１０により説明する。力行・回生モード検出器１９が
力行モードであることを検出した時は、図１０（ａ），
（ｂ），（ｃ）のようになる。即ち、Ｕ相Ｐ側ＩＧＢＴ
３８に対してはＩ_U 電流の実線が矢印の向きに流れ、Ｉ
ＧＢＴ３９に対しては電流Ｉ_U の破線が矢印の向きに流
れる。

【００７１】例えば、実線の電流について説明すると、
三角波発生器７の三角波出力と、電流演算器６の電流指
令値を、コンパレータ９を通して出力されたコンパレー
タ９の出力（Ｕ相Ｐ側ＩＧＢＴ３８の点弧信号）に対
し、コンパレータ９の出力がオン時ＩＧＢＴ３８のトラ
ンジスタ側にＩＧＢＴ電流が流れる［図１０（ｃ）のパ
ルス幅の広い凸部］。

【００７２】又、コンパレータ９の出力がオフ時、Ｖ相
Ｎ側ＩＧＢＴ３９のＦＷＤに電流が流れる［図１０
（ｃ）のパルス幅の狭い凸部］。従って、この場合コン
パレータ９の出力のオン区間とＩＧＢＴオンが一緒にな
るため、コンパレータ９の出力がオンしている間のオン
ロスを演算する。

【００７３】さらに、力行・回生モード検出器１９が回
生モードを検出した時は、図１０（ｄ），（ｅ），
（ｆ）のようになる。即ち、ＩＧＢＴ３８に対してはＩ
_U 電流の破線が矢印の向きに流れ、ＩＧＢＴ３９に対し
てはＩ_U 電流の実線が矢印の向きに流れる。例えば破線
の電流について説明するとコンパレータ９の出力（ＩＧ
ＢＴ３８の点弧信号）に対し、（ＩＧＢＴ３９の点弧信
号）は反転信号となる。このＩＧＢＴ３９の点弧信号が
オン指令の時、ＩＧＢＴ３９のトランジスタ側にＩＧＢ
Ｔ電流が流れる［図１０（ｆ）のパルス幅の広い凸
部］。又、ＩＧＢＴ３９の点弧信号がオフ指令の時ＩＧ
ＢＴ３８のＦＷＤに電流が流れる［図１０（ｆ）のパル
ス幅の狭い凸部］。

【００７４】これはコンパレータ９の出力に対しては、
コンパレータ９の出力がオフしている時に、ＩＧＢＴ３
９に電流が流れることになる。従って、回生モードの場
合、コンパレータ９の出力のオフ区間とＩＧＢＴオンが
一緒のタイミングとなるため、コンパレータ９の出力が
オフしている時のオンロスを演算する。

【００７５】このようにコンパレータ９の出力の１つの
信号だけをトリガ条件として力行・回生いずれにおいて
も正確にオンロスが演算できる。 ＜第６の実施形態：請求項６に対応＞第６の実施形態
は、構成が図１とほぼ同じであるが、異なる点はオンロ
スの演算方法であり、これについて図１１を参照して説
明する。デジタル制御でオンロスを計算する場合、演算
周期が離散的になるため連続的なオンロス演算ができな
い。従って、図１１に示すようにオンロスの演算周期を
Δｔごとに実施するようにし、それぞれの演算周期で演
算したオンロスを加算することで、コンパレータ９の出
力でのオンパルスに対するトータル損失Ｐ_ton(J)を演算
する。図１１のモードにおける演算方法を（６）式を用
いて以下に示す。

【００７６】

【数２】

【００７７】この演算方法によるデジタル制御によるオ
ンロス演算も比較的正確に演算することができる。 ＜第７の実施形態：請求項７に対応＞第７の実施形態
は、構成が図１とほぼ同じであるが、異なる点はオンロ
スの演算方法であり、以下これについて図１２を参照し
て説明する。オンロスの演算方法は、第６の実施形態と
は異なり、アナログ回路によりオンロスを演算する方法
である。図中４５はインバータゲート、４６，５２はア
ナログ信号の入力を行なうＦＥＴ等のアナログスイッ
チ、４８は０Ｖに接続されるプルダウン抵抗、４７，５
６は負電圧Ｖ_EEに接続されるプルダウン抵抗、４９は図
５のようなＩ_C とＶ_CEの関係を出力する関数発生器、５
０は瞬時オンロスを演算する乗算器、５１はオペアンプ
５５の入力抵抗、５３はコンデンサ５４の放電抵抗であ
る。

【００７８】この図１２の回路の動作について説明す
る。今コンパレータ９の出力が“Ｈ”となると、アナロ
グスイッチ４６がオンし、アナログスイッチ５２はオフ
する。アナログスイッチ４６がオンすることにより、電
流検出器１３の信号が関数発生器４９に入力されること
により、図５で示されるＶ_CE(sat) 電圧が出力される。
このＶ_CE(sat) 電圧及び電流検出器１３の信号が乗算器
５０に入力され、Ｐ_t ＝Ｉ_C ×Ｖ_CE(sat) が演算されＰ
_t が演算されＰ_t が出力される。

【００７９】このＰ_t の信号を５１，５４，５５で構成
する積分回路に入力してオンしている関数と積分を継続
していく。そして、コンパレータ９の出力がオフになる
と、アナログスイッチ４６がオフすることにより、電流
検出器１３からの信号がなくなり、０Ｖとなって乗算器
５０の出力が０となることにより積分を中止する。これ
と同時にアナログスイッチ５２がオンするため、コンデ
ンサ５４にチャージされた電荷は放電抵抗５３を通って
放電し、オペアンプ５５の出力はクリアされる。積分さ
れている間に、電流検出器１３の出力電流が変化する
と、それに伴い乗算器５０の出力も一緒に変化するた
め、正確なオンロス演算を行なうことができる。

【００８０】＜第８の実施形態：請求項８に対応＞第８
の実施形態は、構成が図１とほぼ同じであるが、異なる
点はスイッチングロス演算方法であり、以下これについ
て図３を参照して説明する。

【００８１】コンパレータ９の出力がオン指令を出した
瞬間の電流値を読み込み、その電流値に基づきＥ_on1 ，
Ｅ_off1を同時に演算し、そのオンパルスに対するスイッ
チングロスＰ_tsw1をＰ_tsw ＝Ｅ_on1 ＋Ｅ_off1により求め
る。コンパレータ９の出力がオフする時は何の演算も行
わない。次に又、オンパルスが入ってくると新しいスイ
ッチングロスＰ_tsw2をＰ_tsw2＝Ｅ_on2 ＋Ｅ_off2により求
める。このようにすることで演算の簡略化を図ることが
できる。

【００８２】＜第９の実施形態：請求項９に対応＞第９
の実施形態は、構成が図１とほぼ同じであるが、異なる
点はスイッチングロス演算方法であり、以下これについ
て図１３を参照して説明する。

【００８３】インバータ装置１２より実際出力される電
流は負荷側のインダクタンスにもよるが、図１３のよう
にわずかずつ増減している。従ってここでは、コンパレ
ータ９の出力の立ち下がりエッチの時の電流に対しスイ
ッチングオンロスＥ_onを、又、コンパレータ９の出力の
立ち上がりエッチの時の電流に対しスイッチングオフロ
スを演算するようにする。演算式として（２）式より以
下のようになる。

【００８４】Ｅ_on1 ＝ａＩ₁ ³ ＋ｂＩ₁ ² ＋ｃＩ₁ ＋ｄ Ｅ_off1＝ｅＩ₂ ³ ＋ｆＩ₂ ² ＋ｇＩ₂ ＋ｈ Ｅ_on ² ＝ａＩ₃ ³ ＋ｂＩ₃ ² ＋ｃＩ₃ ＋ｄ Ｅ_off2＝ｅＩ₄ ³ ＋ｆＩ₄ ² ＋ｇＩ₄ ＋ｈ これによりＥ_on，Ｅ_off の演算結果が正確となり精度の
よいスイッチングロスを演算することができる。

【００８５】＜第１０の実施形態：請求項１０に対応＞
第１０の実施形態は、エレベータ制御装置において、使
用される昇圧，回生，一定電圧制御を行うコンバータ装
置であって、コンバータ装置を構成している例えばＩＧ
ＢＴのごときパワー素子に、前述の実施形態で説明した
インバータ装置のジャンクション温度上昇演算装置を設
けたものである。

【００８６】これは、具体的には、図１７に示す構成で
あって、整流器３５の代りに、昇圧，回生，一定電圧制
御を行うコンバータ装置があり、このコンバータ装置の
パワー素子に、図１のスイッチングロス演算器２０、オ
ンロス演算器２１、平均スイッチングロス演算器２２、
平均定常オンロス演算器２３、スイッチングオンロス加
算器２４、チップ当り平均ロス演算器２５、チップジャ
ンクション温度上昇加算器２６、サーミスタ２７、ジャ
ンクション温度加算器２８、ジャンクション温度コンパ
レータ２９からなるジャンクション温度上昇演算装置を
設けたものである。これ以外の点は、図１と同一構成と
なっている。

【００８７】以上述べた第１０の実施形態にあっては、
インバータ装置はもちろんコンバータ装置に対しても信
頼性の向上装置の小形化を図ることができる。 ＜第１１の実施形態：請求項１１に対応＞第１１の実施
形態は、サーミスタ等の温度検出器の代わりにサーモス
タット等の設定温度検出を行なう設定温度検出器を設け
て検出した時のみジャンクション温度絶対値が演算され
るようにすることでサーミスタ等出力に対する検出回路
が不要となり回路の簡略化及び検出器自体の低コスト化
を図ることができる。

【００８８】＜第１２の実施形態：請求項１２に対応＞
第１２の実施形態は、図１に示す１９〜２９の符号の装
置を１相分のみに対し設けてその設けた相でチップジャ
ンクション温度が保証可能最大温度を越えたら全相に対
してジャンクション温度を下げる手段を実施するように
する。これにより１相分のみの簡単な回路構成で本特許
で示すジャンクション温度に対する保護が可能となる。

【００８９】＜第１３の実施形態：請求項１３に対応＞
第１３の実施形態は、図１４に示す。図中図１と同一部
分には同一符号を付してその説明を省略する。図中、５
６は図１での２０〜２９までの構成要素を含むＵ相用ジ
ャンクション温度演算装置、同様に５７はＶ相、５８は
Ｗ相用ジャンクション温度演算装置である。５９はＯＲ
ゲート、６０はインバータ装置１２の出力電流のうち２
相の電流を検出する電流検出器１３へ出力を２相／３相
に変換する検出電流２相／３相変換装置である。この回
路の動作を説明する。コンパレータ９の出力のうちＵ相
電圧出力指令をＵ相ジャンクション温度演算装置に入力
しチップジャンクション温度が保証可能最大温度を越え
ると５６より“Ｈ”信号が出力されこれがＯＲゲート５
９に入力されるとその出力が“Ｈ”となりジャンクショ
ン温度が許容値を越えたものとしてジャンクション温度
を下げる手段が実施される。

【００９０】Ｖ相，Ｗ相についても同様である。これに
より万一相による電流アンバランスが生じた時にも全相
同時に監視されているため確実にジャンクション温度異
常が検出できる。

【００９１】＜第１４の実施形態：請求項１４に対応＞
第１４の実施形態は、図１５に示す。図中６１はＵ相ア
ームのＩＧＢＴを実装したＵ相インバータスタック、６
２はＶ相インバータスタック、６３はＷ相インバータス
タックである。

【００９２】又、６４はＵ相冷却器放熱面に取付けたＵ
相用温度検出器、６５はＶ相用温度検出器、６６はＷ相
用温度検出器である。６７は前記６４，６５，６６の温
度検出器の信号を入力して最も大きい値を出力する最大
信号検出器、６８は１９〜２９の構成要素を有するジャ
ンクション温度演算装置である。この動作として６４，
６５，６６からの検出温度に対し６７で最大値を選びそ
の最大検出温度に対しＵ−Ｗ相いずれかの相に設けたジ
ャンクション温度演算装置に入力してジャンクション温
度を演算するようにしたものである。これにより相ごと
に別々に設けた冷却器のバラツキがある場合、その最も
温度が高い冷却器の温度をベースにしてジャンクション
温度を演算することができる。

【００９３】＜第１５の実施形態：請求項１５に対応＞
第１５の実施形態は、図１６に示す。これは、図１４と
図１６の回路を組み合わせたものでＵ相に対してはＵ相
用温度検出器６４の出力をＶ相用ジャンクション温度演
算装置５６に入力し、ジャンクション温度を演算するよ
うにしたものである。Ｖ相，Ｗ相についても同様であ
る。これにより相ごとの冷却器温度バラツキ、電流バラ
ツキによるジャンクション温度を個別に監視することが
できる。

【００９４】

【発明の効果】本発明により、エレベータ加速時の低周
波大電流通電時の過渡的なジャンクション温度に対し、
瞬時瞬時のオンロス及びスイッチングロスを求め、それ
らのトータル損失より瞬時におけるジャンクション温度
上昇を演算して更にＩＧＢＴ取付面の温度を加算するこ
とにより瞬時におけるジャンクション温度の絶対温度を
演算することにより、その演算されたジャンクション温
度が保証可能最大温度を越えた時点で三角波のキャリア
周波数を下げたり加速度を下げ通電電流を下げ下りして
ジャンクション温度絶対値を低減することが可能となり
ＩＧＢＴチップ異常加熱によって生じる熱暴走で破損す
ることが防げるようになるためインバータ装置と信頼性
が高くなるとともに、放熱器に対しＩＧＢＴチップ温度
ぎりぎりの所まで使用することができるようになるため
放熱器自体を小形化することができ低コスト、小形化も
実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるエレベータ制御装置の実施形態を
示すブロック図。

【図２】図１のインバータのＩＧＢＴのスイッチング時
の損失特性カーブを示す図。

【図３】図１のスイッチングロス演算方法を説明するた
めの図。

【図４】図１のインバータ１アームに流れる電流を表し
た図。

【図５】図１のＩＧＢＴオン時のＶ_CE−Ｉ_C 特性カーブ
を示す図。

【図６】図１のオンロス演算方法を説明するための図。

【図７】本発明によるエレベータ制御装置の第２の実施
形態を説明するための三角波キャリア周波数設定変更回
路例を示す図。

【図８】本発明によるエレベータ制御装置の第３の実施
形態を説明するための速度パターンを変更する方法の説
明図。

【図９】本発明によるエレベータ制御装置の第４の実施
形態を説明するための図。

【図１０】本発明によるエレベータ制御装置の第５の実
施形態を説明するための図。

【図１１】本発明によるエレベータ制御装置の第６の実
施形態を説明するためのデジタル制御によりオンロスを
演算する方法の説明図。

【図１２】本発明によるエレベータ制御装置の第７の実
施形態を説明するためのアナログ素子によりオンロスを
演算する構成を示す図。

【図１３】本発明によるエレベータ制御装置の第９の実
施形態を説明するためのスイッチングロスを演算する方
法の説明図。

【図１４】本発明によるエレベータ制御装置の第１３の
実施形態を説明するための要部のみを示すブロック図。

【図１５】本発明によるエレベータ制御装置の第１４の
実施形態を説明するための要部のみを示すブロック図。

【図１６】本発明によるエレベータ制御装置の第１５の
実施形態を説明するための要部のみを示すブロック図。

【図１７】従来のエレベータ制御装置の一例を示す概略
構成図。

【図１８】図１７によるエレベータ制御装置の運転特性
データを示す図。

【符号の説明】

１…エレベータ速度設定器、２…速度加算器、３…速度
演算器、４…荷重信号加算器、５…電流加算器、６…電
流演算器、７…三角波発生器、８…三角波設定器、９…
コンパレータ、１０…デッドタイム補正器、１１…ゲー
トドライブ装置、１２…インバータ装置、１３…電流検
出器、１４…三相誘導電動機、１５…速度検出器、１６
…カウンタウェイト、１７…エレベータかご、１８…荷
重検出器、１９…力行・回生モード検出器、２０…スイ
ッチングロス演算器、２１…オンロス演算器、２２…平
均スイッチングロス演算器、２３…平均定常オンロス演
算器、２４…ＩＧＢＴスイッチングオンロス加算器、２
５…チップ当り平均ロス演算器、２６…チップジャンク
ション温度上昇加算器、２７…サーミスタ、２８…ジャ
ンクション温度加算器、２９…ジャンクション温度コン
パレータ、３０…シーブ、３１…エレベータ速度パター
ン、３２…トルク指令信号、３３…出力電流、３４…三
相交流電源、３５…整流器、３６…平滑コンデンサ、３
７…サーモスタット。

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エレベータかごを上下方向に運転する交
   流電動機を駆動制御するインバータ装置を有するエレベ
   ータ制御装置において、 前記インバータ装置内半導体パワー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、 前記半導体パワー素子がオンし、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
   ン温度に応じて前記パワー素子に対する負荷を軽減する
   ようにしたことを特徴とするエレベータ制御装置。
2. 【請求項２】 エレベータかごを上下方向に運転する交
   流電動機を駆動制御するインバータ装置と、 前記電動機の回転速度を検出する速度検出器を設けて速
   度マイナループ制御を行なう速度制御装置と、 前記電動機に流れる電流を検出する電流検出器を設けて
   電流マイナループ制御を行なう電流制御装置と、 ＰＷＭ制御を行なうための三角波信号を発生する装置及
   び設定装置と、 前記電流制御装置の出力信号と三角波信号をコンパレー
   トし、更に信号のデットタイムを作成する電圧制御装置
   と、 前記電圧制御装置の信号をインバータ装置の各半導体パ
   ワー素子に供給するゲートドライブ装置を有するエレベ
   ータ制御装置において、 前記インバータ装置内半導体パワー素子のスイッチング
   する時の電流と損失の関係を１次以上の近似多項式に表
   わし、電流検出器からの出力信号と前記近似多項式より
   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、 前記半導体パワー素子がオンし、一定電流が流れている
   時の電流とパワー素子間主回路飽和電圧の関係を１次以
   上の近似多項式で表わし、前記電流検出器からの信号信
   号と前記近似多項式より瞬時のオンロスを演算するオン
   ロス演算器と、 前記スイッチングロス演算器の出力信号と前記設定装置
   からの周波数に基づきスイッチングロスの平均を演算す
   る平均スイッチングロス演算器と、 前記オンロス演算器の出力信号と前記速度検出器から検
   出されるインバータ出力周波数に基づきオンロスの平均
   値を演算する平均定常オンロス演算器と、 前記平均スイッチングロス演算器及び平均定常オンロス
   演算器の出力信号を加算し半導体パワー素子内チップ当
   りの平均ロスを演算するチップ当り平均ロス演算器と、 前記チップと放熱面の過渡熱抵抗と前記チップ当り平均
   ロス演算器出力よりチップでのジャンクション温度上昇
   を加算していくチップジャンクション温度上昇加算器
   と、 を備え、前記半導体パワー素子に対し厳しい負荷条件と
   なる低周波大電流制御時の瞬時のジャンクション温度上
   昇を推定できるようにしたことを特徴とするエレベータ
   制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のエレベータ制御装置に
   おいて、 前記インバータ装置の半導体パワー素子を取付ける冷却
   器の放熱面に取付けたサーミスタ等のリニアリティに温
   度検出可能な温度検出器と、 前記チップジャンクション温度上昇加算器出力と前記温
   度検出器出力を加算するジャンクション温度加算器と、 前記ジャンクション温度加算器出力を入力して半導体パ
   ワー素子の保証可能最大温度と比較するジャンクション
   温度コンパレータと、 を有し、前記ジャンクション温度コンパレータが保証可
   能最大温度を越えていることを検出した時、前記設定器
   装置の周波数設定値を下げるように設定変更することに
   よりスイッチングロスを低減し、ジャンクション温度を
   下げるようにしたことを特徴とするエレベータ制御装
   置。
4. 【請求項４】 請求項３に記載のエレベータ制御装置に
   おいて、 前記ジャンクション温度コンパレータが動作し、ジャン
   クション温度が保証可能最大温度を越えていることを検
   出した時、前記速度制御装置内に含まれるエレベータ速
   度設定器の加速度又は減速度を下げるように設定変更す
   ることによりスイッチングロス及びオンロスを低減し、
   ジャンクション温度を下げるようにしたことを特徴とす
   るエレベータ制御装置。
5. 【請求項５】 請求項３に記載のエレベータ制御装置に
   おいて、 前記ジャンクション温度コンパレータが動作し、ジャン
   クション温度が保証可能最大温度を越えていることを検
   出した時、エレベータが加速モードで運転している場
   合、検出した瞬間より前記速度制御装置内に含まれるエ
   レベータ速度設定器の設定を加速モードより減速モード
   にしてあるいは、前記電動機に対し電磁ブレーキをかけ
   一旦停止させるようにし、一定時間経過又は前記温度検
   出器の温度出力が一定の設定値以下になった後で再起動
   をかけ、エレベータ運転を継続するようにしたことを特
   徴とするエレベータ制御装置。
6. 【請求項６】 請求項２に記載のエレベータ制御装置に
   おいて、 前記速度制御装置内に含まれるエレベータ速度設定器の
   出力と前記速度検出器の出力の偏差信号の極性に応じて
   力行・回生モード状態であることを検出する力行・回生
   モード検出器を有し、前記力行・回生モード検出器が力
   行モードを検出した時は、前記オンロス演算器において
   前記ゲートドライブ装置のオン信号が入っている区間だ
   けオンロスを演算し、前記力行・回生モード検出器が回
   生モードを検出した時は前記ゲートドライブ装置のオフ
   信号が入っている区間だけオンロスを演算するようにし
   たことを特徴とするエレベータ制御装置。
7. 【請求項７】 請求項２に記載のエレベータ制御装置に
   おいて、 前記オンロス演算器の演算をデジタル演算する時の演算
   方法として力行モードの場合ゲートドライブ装置にオン
   信号が入っている区間の間一定の演算周期ごとにオンロ
   スを演算し、オン信号が終了するまで各周期ごとに演算
   されたオンロスを加算していきオン信号が終了した時点
   でその時のオン信号におけるトータルオンロスとしてオ
   ンロス演算器より出力するようにしたことを特徴とする
   エレベータ制御装置。
8. 【請求項８】 請求項２に記載のエレベータ制御装置に
   おいて、オンロス演算器の演算をアナログ素子で演算す
   る時の方法として、力行モードの場合アナログ素子を検
   出電流とその電流が流れる時の前記半導体素子の主回路
   電圧の乗算器と、前記乗算器出力を積分していく積分器
   で構成し、前記ゲートドライブ装置に入るオン信号のパ
   ルスエッジで乗算器と積分器を動作開始させオフ信号の
   パルスエッジで上記積分動作を中止しクリアをかけると
   ともに、それまで積分されてきた出力電圧を前記オンロ
   ス演算器へ出力とするようにしたことを特徴とするエレ
   ベータ制御装置。
9. 【請求項９】 請求項２に記載のエレベータ制御装置に
   おいて、 前記スイッチングロス演算器の演算方法として前記ゲー
   トドライブ装置にオン信号又はオフ信号が入ってきた時
   点の検出電流に対し、その瞬間の検出電流の値でのスイ
   ッチングオン、スイッチングオフロスを同時に演算して
   加算し、その演算結果を１つのオンパルスでのスイッチ
   ングロスとして前記スイッチングロス演算器より出力す
   るようにしたことを特徴とするエレベータ制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項２に記載のエレベータ制御装置
    において、 前記スイッチングロス演算器の演算方法として前記ゲー
    トドライブ装置からのゲートドライブ信号にオン信号が
    入ってきた時点の検出電流に対し、その瞬間での検出電
    流の値でのスイッチングオンロスを演算し、ゲートドラ
    イブ信号にオフ信号が入ってきた時点での検出電流に対
    し、その瞬間での検出電流の値でのスイッチングオフロ
    スを演算し、前記別々の時間で演算されたスイッチング
    オンロス及びスイッチングオフロスを加算してスイッチ
    ングロスとして前記スイッチングロス演算器より出力す
    るようにしたことを特徴とするエレベータ制御装置。
11. 【請求項１１】 請求項２に記載のエレベータ制御装置
    において、 前記インバータ装置の入力側に、交流電源の交流を直流
    に変換するコンバータ装置を接続したものであって、前
    記スイッチングロス演算器、前記オンロス演算器、前記
    平均スイッチングロス演算器、前記平均定常オンロス演
    算器、前記チップ当り平均ロス演算器、前記チップジャ
    ンクション温度上昇加算器からなるジャンクション温度
    上昇演算装置を付加したことを特徴とするエレベータ制
    御装置。
12. 【請求項１２】 請求項２または３に記載のエレベータ
    制御装置において、 前記サーミスタ等の温度検出器の代わりにサーモスタッ
    ト等の設定温度に至ると検出する設定温度検出器を放熱
    面に取付けた構成とし、前記設定温度検出器が検出した
    時又は検出している期間中において前記ジャンクション
    温度加算器にその設定温度を加算してジャンクション温
    度を演算するようにしたことを特徴とするエレベータ制
    御装置。
13. 【請求項１３】 請求項２または３に記載のエレベータ
    制御装置において、前記交流電動機の１相分のみに対し
    ジャンクション温度を演算する装置一式を設けてジャン
    クション温度が保証可能最大温度を越えているかどうか
    を監視するようにしたことを特徴とするエレベータ制御
    装置。
14. 【請求項１４】 請求項２または３に記載のエレベータ
    制御装置において、前記交流電動機の２相又は３相全て
    に対しジャンクション温度を演算する装置一式を設けて
    ジャンクション温度が保証可能最大温度を越えているか
    どうかを監視するようにしたことを特徴とするエレベー
    タ制御装置。
15. 【請求項１５】 請求項２または３に記載のエレベータ
    制御装置で、相ごとに冷却器を個別に構成する大容量イ
    ンバータ装置を有している冷却器にサーミスタ等の温度
    検出器を取付けているエレベータ装置において、 各相温度検出器の出力を比較する比較器を有して温度検
    出器の最大温度を検出している値を請求項３で記載した
    ジャンクション温度加算器に入力して３相分のうち１相
    分のみのジャンクション温度を演算するようにしたこと
    を特徴とするエレベータ制御装置。
16. 【請求項１６】 請求項２または３に記載のエレベータ
    制御装置で、相ごとに冷却器を個別に構成する大容量イ
    ンバータ装置を有して各冷却器にサーミスタ等の温度検
    出器を取付けているエレベータ装置において、 各相温度検出器の出力を３相分別々に設けたジャンクシ
    ョン温度加算器に入力して各相個別にジャンクション温
    度を演算するようにしたことを特徴とするエレベータ制
    御装置。