JP2004189482A - エレベータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】
本発明の目的は、マトリクスコンバータを用いたエレベータの駆動装置において、停電時の救出運転時に蓄電池の過充電を防止することにある。
【解決手段】
本発明では、停電時のエレベータ運転方向を駆動用蓄電池の充放電状態を推定することにより決定するようにした。
また他の手段として、蓄電池の電圧を検出する手段を設け、検出値が所定値を越えた場合には、乗りかごの運転方向を反転するようにした。
【効果】
本発明によれば停電時の救出運転時に、回生エネルギーにより蓄電池が過充電される恐れはなく、エレベータシステムとして電源異常時の運転継続を可能とした。
【選択図】図１

Description

本発明はエレベータの駆動装置に係り、特にマトリクスコンバータを用いたエレベータの駆動装置に関する。

従来技術として下記文献がある。
富士時報Vol.75 No.8 2002第４４５頁〜第４４８頁には、直流ステージに平滑コンデンサを介さないで直接ＡＣ−ＡＣ変換する手法としてマトリクスコンバータが紹介されている。

さらに、特開２００１−２５８２５８号公報にはマトリクスコンバータと無停電電源装置との切り替え手法が提案されている。

特開２００１−２５８２５８号公報 富士時報Vol.75 No.8 2002 第４４５頁〜第４４８頁

しかしながら、富士時報Vol.75 No.8 2002第４４５頁〜第４４８頁に記載の従来技術では、マトリクスコンバータの基本動作が紹介されているが、停電など電源の異常などへの対処法についての言及はない。

また、特開２００１−２５８２５８号公報に記載の従来技術では、停電時に無停電電源をマトリクスコンバータに接続する際の手法が紹介され、電源の異常時への対処法が示されているが、エレベータへの応用のように、乗客数によって負荷側が電動機モードになったり、発電機モードになったりする用途固有の現象への対処法についての言及はない。

ところでマトリクスコンバータでは、本来、電源回生が可能なため、放電回路のような付属回路は不要であるため接続されていない。エレベータの場合、乗りかご内の荷重条件によっては、エネルギ回生が行われるが、停電時に使用される蓄電池の容量が非常に大きくない限り、運転によっては過充電の状態になるという問題があった。

そこで、本発明の目的は、電力変換器にマトリクスコンバータを使用し、停電時用蓄電池が救出運転時に過充電とならないエレベータシステムを提供することにある。

本発明では、電力変換器としてマトリクスコンバータを使用し、停電時に乗りかごの積載量などから変換器単体が力行動作となる方向へ、又は蓄電池から電源供給を受ける制御回路など付属回路を含めたシステム全体が力行動作となる方向へ巻上機を駆動するように乗りかごを運転することにより、マトリクスコンバータシステムにおける停電時用蓄電池が救出運転時に過充電とならないようにした。

本発明によれば、エレベータシステムの電力変換器にマトリクスコンバータを使用しても、エレベータシステムにおける停電時用蓄電池が救出運転時に過充電とならないようにできる。

以下、本発明によるエレベータの駆動装置の実施例を図面により説明する。

図１は、本発明の一実施例によるエレベータシステムの構成図を示す。図において１５が直接ＡＣ−ＡＣ変換を行うマトリクスコンバータで、図示の通り９個の双方向スイッチで構成する。マトリクスコンバータ１５は、交流電源１の電圧位相と出力電圧指令に基づいて、９個の双方向スイッチをオンオフ制御し、入出力に正弦波変調された波形を得る。このマトリクスコンバータの制御は「富士時報Vol.75 No.8 2002第４４５頁〜第４４８頁」等に動作が示されているのでここでは詳細な動作説明は省略する。なお、マトリクスコンバータでは、従来技術で必要であった大容量の電解コンデンサ３は必要ない。

次に、エレベータシステムの停電時の動作を説明する。まず、商用電源に停電が発生していないかを停電検出器１０により常時監視をおこない、停電を検知すると、制御装置
１４は、コンタクタ１６を開放して交流電源１を開放する。これは、瞬時停電などで、短時間に商用電源が復電した場合、蓄電池１１で運転している最中に電源が競合することを防ぐ意味がある。交流電源１を切り離した後、コンタクタ１２を投入して、蓄電池１１を接続する。制御装置１４は、マトリクスコンバータ１５に起動指令を与え動作を開始させる。

この時、荷重が釣合い重り８と乗りかご７とのバランス点より大きい場合に、乗りかごを上昇させるよう巻上機６を駆動する、あるいはバランス点より小さい場合に乗りかごを下降させるよう巻上機６を駆動すると巻上機６は力行運転になる。また、荷重が釣合い重り８と乗りかご７とのバランス点より大きい場合に、乗りかごを下降させるよう巻上機６を駆動する、あるいはバランス点より小さい場合に乗りかごを上昇させるよう巻上機６を駆動すると巻上機６は回生運転になる。

巻上機６が回生運転となった場合には、巻上機６からの回生エネルギーにより蓄電池
１１が充電され、蓄電池１１の端子電圧が上昇する。この時電圧検出器１７で、蓄電池
１１の端子電圧を検出し、これが所定値を越えた場合には、制御回路１９はスイッチ１８を点弧する信号を出力する。これにより回生エネルギーは抵抗２０で消費されるので、蓄電池１１が過充電されて、電池そのものや、電力変換器内の半導体スイッチが破損する恐れはないという効果を発揮する。

本発明の実施例を時間経過を考慮して図２により説明する。まず、停電検出をした場合、制御装置１４を構築するマイコンへの割り込みの形でＰ１００から処理に入っても良いし、高性能なマイコンでは処理Ｐ１０１を短時間間隔のタイムベースで起動することによって処理に入っても良い。後者の場合、処理Ｐ１０２で停電があったかどうかを判断する。なければ処理を終了する。あれば、処理Ｐ１０３で制御装置１４は、コンタクタ１６を開放する指令を発生して交流電源１を開放するとともに図示していないブレーキを動作させてエレベータを一旦安全に停止させる。交流電源１を切り離した後、処理Ｐ１０４でコンタクタ１２を投入して、蓄電池１１をマトリクスコンバータに接続し、電池駆動の準備を行う。この処理Ｐ１０４はエレベータが完全に停止してから行えば、電動機が逆起電力を発生しない状況なので、制御装置１４は、マトリクスコンバータ１５を動作開始させなくても異常現象は発生しないが、巻上機６が停止する前にマトリクスコンバータを接続する連続移行を行う場合には電動機の回転状態を拾い込みながらマトリクスコンバータを即座に動作させる必要がある。この場合には、エレベータは完全に停止することなく蓄電池１１による救出運転に移行できるので、運転時間の短縮と電池容量の削減効果がある。一旦停止させてから救出運転を行う場合には、処理Ｐ１０５で荷重検出器１３の情報を制御装置１４に取り込んで、荷重検出器１３の検出重量が釣合い重り８と乗りかご７とのバランス点状態を判断する。乗りかごに定員の１／２以上の乗客が乗っている場合には、巻上機６の動作が力行方向となるように、処理Ｐ１０６で乗りかごを上昇させるよう巻上機６を駆動し、乗りかごに定員の１／２以下の乗客が乗っている場合には、巻上機６の動作が力行方向となるように、処理Ｐ１０７で乗りかごを下降させるよう巻上機６を駆動するようにエレベータシステムを動作させる。乗りかごを一旦停止させずに救出運転に連続移行させる場合には、荷重検出器１３の出力は安定しないことが考えられ、この場合には、運転開始のたびに停電に備え、運転に先立つドア閉完了時の荷重検出値を記憶しておき、それを処理Ｐ１０５の判断材料として使用する。

本発明による他の実施例を図３に示す。先に述べた実施例では乗りかご７および乗りかご内の乗客数と、釣合い重り８との重量差から、運転時の巻上機６に関する純粋な力行，回生を判断して運転方向を決定したが、実際には、蓄電池１１から図示していない乗りかご照明，ブレーキ，制御装置１４などの電源をとるので、駆動装置側の純粋な力行，回生判断では多少回生側になっていても、周辺装置への電源供給を考慮すれば電圧上昇の問題がない事象がある。この周辺装置への供給分を固定分として推定しておいてもよいし、図３の実施例では蓄電池の電圧を検出器１７で検出して回生によって増加方向にならないように巻上機の駆動方向を設定するようにしたものである。この実施例では、装置破損の心配はないとともに、電池の消耗を切りつめられる他の効果もある。

この他の実施例に関する手順書を図４に示す。まず、停電検出をした場合、制御装置
１４を構築するマイコンへの割り込みの形でＰ２００から処理に入っても良いし、高性能なマイコンでは処理Ｐ２０１を短時間間隔のタイムベースで起動することによって処理に入っても良い。後者の場合、処理Ｐ２０２で停電があったかどうかを判断する。なければ処理を終了する。あれば、処理Ｐ２０３で制御装置１４は、コンタクタ１６を開放する指令を発生して交流電源１を開放するとともに図示していないブレーキを動作させてエレベータを一旦安全に停止させる。交流電源１を切り離した後、処理Ｐ２０４でコンタクタ
１２を投入して、蓄電池１１をマトリクスコンバータに接続し、電池駆動の準備を行う。この処理Ｐ２０４はエレベータが完全に停止してから行えば、電動機が逆起電力を発生しない状況なので、制御装置１４は、マトリクスコンバータ１５を動作開始させなくても異常現象は発生しないが、巻上機６が停止する前にマトリクスコンバータを接続する連続移行を行う場合には電動機の回転状態を拾い込みながらマトリクスコンバータを即座に動作させる必要がある。この場合には、エレベータは完全に停止することなく蓄電池１１による救出運転に移行できるので、運転時間の短縮と電池容量の削減効果がある。一旦停止させてから救出運転を行う場合には、処理Ｐ２０５で荷重検出器１３の情報を制御装置１４に取り込んで、荷重検出器１３の検出重量が釣合い重り８と乗りかご７とのバランス点状態を判断する。乗りかごに定員の１／２以上の乗客が乗っている場合には、巻上機６の動作が力行方向となるように、処理Ｐ２０６で乗りかごを上昇させるよう巻上機６を駆動し、乗りかごに定員の１／２以下の乗客が乗っている場合には、巻上機６の動作が力行方向となるように、処理Ｐ２０７で乗りかごを下降させるよう巻上機６を駆動するようにエレベータシステムを動作させる。処理Ｐ２０６または処理Ｐ２０７で乗りかごの運転を開始するが、処理Ｐ２０８で蓄電池の電圧を所定値との比較によって監視する。その結果、所定値を越えていれば巻上機の力行・回生要素以外に、蓄電池から電源供給を受ける図示していない照明装置やブレーキによる放電成分を込みで、蓄電池が充電されたものと判断し、巻上機の回転方向を反転する。このようにすれば、蓄電池を確実に過充電から保護できるとともに、放電量を抑制できる他の効果も発揮できる。また、運転方向の反転を伴うので、この時に乗りかご速度の加減速度を１ｍ／ｓ² 以下とすれば乗客に不必要な不安感を与えない他の効果を発揮できる。また、この実施例では荷重を検出してから運転方向を決定し運転を開始したが、荷重検出を省略し、一旦、運転を開始して、蓄電池電圧を監視しながら、必要であれば運転方向の変更を途中で実施するようにすれば、高価な荷重検出器のついていない簡易機種や旧型機種でも停電時の救出運転が可能となるので近代化更新が可能であるという他の効果がある。

このように本実施例によれば、電力変換器としてのマトリクスコンバータの平常時の電源回生機能，低高調波特性という利点を享受しつつ、停電時には蓄電池により救出運転が可能であるというエレベータシステムとして必須のシステム構成が実現できるという効果がある。

次に、本実施例に係るマトリクスコンバータ１５の点弧パルス生成回路の構成について説明する。

通常時、図示しない入力電圧検出器により検出した三相の入力電圧検出値と、図示しないモータの電流制御系の出力である三相の出力電圧指令値をもとに、変調波生成回路501はＰＷＭを行う変調波を生成する。ＰＷＭ回路５０２により変調波はキャリア信号により変調され、ＰＷＭ信号を生成する。さらに入力電圧検出値から大小判定部５０３により、三相入力電圧で最大相，中間相，最小相になる相を判定する。また出力電圧指令についても同様に、大小判定部５０４において、三相出力電圧で最大相，中間相，最小相になる相を判定する。入力電圧，出力電圧それぞれの大小関係を用いて、ＰＷＭ信号をマトリクスコンバータの各双方向スイッチの点弧パルスに分配することにより、入力電流の正弦波化し、出力電圧を指令値通りに制御することができる。

次に、停電時における本実施例によるマトリクスコンバータの点弧パルス生成回路について説明する。本回路の動作は次の通りである。本実施例では、停電時に入力のＵＶ相間に電圧Ｅの電池を接続した場合を示す。マトリクスコンバータは本来交流を他の交流に変換するものであるが、本実施例では直流電源から三相交流を生成する必要がある。そのために本実施例では、直流電源接続時には三相交流電源が、本来電圧値が時間と共に変化するものをある位相で停止している状態と考えることで、上述の例と同様に出力に所定の三相電圧を得るものである。すなわち入力のＵＶ相間に電圧Ｅの電池を接続した場合は、Ｕ相電圧が２／３Ｅ、Ｖ相電圧が−１／３Ｅ、Ｗ相電圧が−１／３Ｅで固定された状態と考え、これを変調波生成回路５０１および大小判定回路５０３に入力する。以下、上述した通常時の場合と同様に、変調波の生成とパルス分配を行うことで、出力に所定の出力電圧指令値通りの電圧を出力することが可能となる。

本発明の実施例の全体構成図。 本実施例の動作を示すフローチャート。 本発明の他の実施例を示す全体構成図。 図３に示した実施例の動作を示すフローチャート。 本実施例に係るマトリクスコンバータの点弧パルス生成回路を示す図。

符号の説明

１…交流電源、２…整流回路、３…電解コンデンサ、４…放電回路、５…インバータ、６…巻上機、７…乗りかご、８…釣合い重り、９…コンデンサ電圧検出器、１０…停電検出器、１１…蓄電池、１２，１６…コンタクタ、１３…荷重検出器、１４…制御装置、
１５…マトリクスコンバータ。

Claims (9)

1. 交流電源を他の交流に変換して電力を負荷に供給するマトリクスコンバータと、該マトリクスコンバータで駆動される巻上機と、前記マトリクスコンバータを制御する制御装置と、前記巻上機の駆動により昇降される乗りかごとを備えたエレベータシステムにおいて、
   前記交流電源の停電時に電力を前記マトリクスコンバータに供給する蓄電池と、前記交流電源停電時に前記蓄電池の過充電を防止する手段を設けたことを特徴とするエレベータシステム。
2. 請求項１において、
   前記過充電を防止する手段が蓄電池端子間に接続された抵抗とスイッチング素子で構成されることを特徴とするエレベータシステム。
3. 請求項２に記載のエレベータシステムにおいて、前記蓄電池の端子間電圧が所定値以上の場合に前記スイッチング素子を導通させることを特徴とするエレベータシステム。
4. 交流電源を他の交流に変換して電力を負荷に供給する電力変換器と、該電力変換器で駆動される巻上機と制御装置により乗りかごを昇降するエレベータシステムにおいて、
   前記電力変換機はパルス幅制御により交流電源を交流に変換するマトリクスコンバータであり、前記交流電源の停電時に電力を供給する蓄電池と、前記マトリクスコンバータ又はエレベータシステムが力行状態となる運転方向を検出する力行方向検出装置を備え、停電時に、前記制御装置は、前記力行方向検出装置の検出結果をもとに、マトリクスコンバータ又はエレベータシステムが力行動作となる方向に乗りかごの昇降を決定することを特徴とするエレベータシステム。
5. 請求項４記載の力行方向検出装置は、前記乗りかご又は前記巻上機に取り付けられた荷重検出装置の検出値が釣合い重りと乗りかごとのバランス点より大きい場合には、かごを上昇方向に、小さい場合には、乗りかごを下降方向に運転するよう検出結果の出力を行うことを特徴とするエレベータシステム。
6. 請求項４記載の力行方向検出装置は、前記エレベータシステムの運転に伴い蓄電池の電圧が下降する運転方向を推定し、検出結果を出力することを特徴とするエレベータシステム。
7. 請求項４，５又は６において、前記蓄電池の電圧を検出する手段を備え、停電時の該検出値が上昇した場合には、前記乗りかごの昇降方向を反転するよう前記巻上機を運転することを特徴とするエレベータシステム。
8. 直流電源を交流に変換して電力を負荷に供給する電力変換器と、該電力変換器で駆動される巻上機と制御装置により乗りかごを昇降するエレベータシステムにおいて、前記電力変換機はパルス幅制御により交流電源を交流に変換するマトリクスコンバータであり、前記蓄電池の電圧を検出する手段を備え、運転時の該検出値が上昇した場合には、前記乗りかごの昇降方向を反転するよう前記巻上機を運転することを特徴とするエレベータシステム。
9. 請求項７又は８において、前記乗りかごの昇降方向反転時の減加速度が１ｍ／ｓ² 以下であることを特徴とするエレベータシステム。
   

Images