JP2015117119A - エレベーター制御装置並びにそれを用いたエレベーター - Google Patents

Abstract

【課題】
組立工数が低減できかつ耐ノイズ性が向上するエレベーター制御装置並びにそれを用いたエレベーターを提供する。
【解決手段】
エレベーター制御装置が、巻上機を駆動するモータに交流電力を供給するインバータ回路を備えるものであって、冷却フィン７上に載置されるプリント板１を備え、プリント板１は領域Ａ〜Ｄを有し、領域ＢおよびＤには、それぞれ、ブレーキ制御回路部５およびインバータ制御回路部４が設けられ、領域Ａにはインバータ回路を内蔵するＩＰＭ８が接続されると共に、ＩＰＭ８とインバータ制御回路部４間において信号を送受するインターフェース回路部２が設けられ、領域Ｃには電源回路部３が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は、エレベーターを駆動するためのエレベーター制御装置並びにそれを用いたエレベーターに関する。

エレベーターを昇降駆動する巻上機用のモータとして、永久磁石同期電動機などの交流モータが利用されている。このため、巻上機を駆動制御するために、インバータ装置を含むエレベーター制御装置が用いられる。このエレベーター制御装置は、インバータ装置の主回路を内蔵し、モータへの交流電力の供給を制御するＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）と、ＩＰＭおよびその周辺装置と、各種制御回路との間の制御信号を送受するインターフェース回路と、インバータを制御するマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」と略記する）を含むインバータ制御回路と、巻上機の回転を抑制するブレーキの開閉制御回路と、群管理制御装置などの上位制御装置からの指令を受けて、インバータ制御回路に対する運転指令を含むエレベーター号機制御を実行する号機制御回路とを備えている。また、各制御回路およびＩＰＭに内蔵されている駆動回路などの電源回路を備えている。これら電源回路は、主電源装置から供給される電圧を、各回路用の所定電圧へ変換している。

上記のように、エレベーター制御装置には、パワー回路および制御回路を含む多様な回路が含まれるため、エレベーター制御装置の組立には、多くの時間とコストを要する。このため、エレベーター制御装置に対して、組立工数およびコストの低減が求められている。

エレベーター制御装置のようにパワー系および制御系が混在する回路の組立工数を低減する技術として、特許文献１に記載の技術が知られている。本技術においては、制御回路部と電源回路部とが同じプリント板を用いて一体構成される。これにより、組立工数が低減されると共に、配線長が短縮されて輻射ノイズが低減される。

特開平９−１３００６８号公報

エレベーター制御装置においても、回路を組み立てるために、一般的にプリント板が用いられる。しかし、上記従来技術を適用しようとすると、回路構成が複雑であるため必ずしも十分に組立工数が低減されなかったり、輻射ノイズが低減されなかったりするという問題がある。

そこで、本発明は、組立工数が低減できかつ耐ノイズ性が向上するエレベーター制御装置並びにそれを用いたエレベーターを提供する。

上記課題を解決するために、本発明によるエレベーター制御装置は、巻上機を駆動するモータに交流電力を供給するインバータ回路を備えるものであって、冷却フィンと、冷却フィン上に載置される一枚のプリント板とを備える。このプリント板は、第一の領域、第二の領域、第三の領域並びに第四の領域を有し、第一の領域および第ニの領域には、それぞれ、巻上機が備えるブレーキを制御するブレーキ制御回路部およびインバータ回路を制御するインバータ制御回路部が設けられ、第三の領域には、インバータ回路を内蔵する半導体装置が接続されると共に、半導体装置とインバータ制御回路間において信号を送受するインターフェース回路部が設けられ、第四の領域には、ブレーキ制御回路部、インバータ制御回路部並びにインターフェース回路部に制御電源を供給する電源回路部が設けられる。

また、上記課題を解決するために、本発明によるエレベーターは、モータによって回転されるシーブを備える巻上機と、シーブに巻き掛けられるロープと、ロープによって吊られる乗りかごおよび釣り合い錘と、モータを駆動する制御盤とを備え、シーブによってロープが駆動されることにより乗りかごおよび釣り合い錘が昇降するものであって、制御盤が、上記本発明によるエレベーター制御装置を備える。

本発明によれば、エレベーター制御装置におけるブレーキ制御回路部、インバータ制御回路部、インターフェース回路部および電源回路部を集約することにより、回路間のノイズや発熱の影響を抑制しながら、エレベーター制御装置の主要部を一枚のプリント板上に一体構成できる。これにより、エレベーター制御装置の組立工数が低減できると共に、耐ノイズ性が向上する。さらに、エレベーターの組立工数が低減すると共に、エレベーターの動作の信頼性が向上する。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の一実施例であるエレベーター制御装置の回路実装構成を示す。 プリント基板へのＩＰＭの接続例を示す。 エレベーター制御装置の従来例を示す。 図１の実施例によるエレベーター制御装置を備えるエレベーターの一例を示す。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。ここで、ＩＰＭは、樹脂ケース内に、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistorの略）を用いるインバータ主回路を内蔵すると共に、ＩＧＢＴを駆動するドライバ回路，短絡や過熱などの検知および保護回路を格納し、外部回路と接続するための端子を備える公知の半導体装置である。なお、ＩＰＭが内蔵するインバータ主回路によって、巻上機（図４の「１００」を参照）のモータに交流電力が供給される。

図１は、本発明の一実施例であるエレベーター制御装置の回路実装構成を示す。

本実施例においては、矩形状あるいは正方形状のプリント基板１が、プリント基板１よりも面積が広い冷却フィン７上に載置される。プリント基板１は、ビス１４（あるいはボルト）によって冷却フィン７上にねじ止めされる。ビス１４には、プリント板１と冷却フィン７との間に位置するスペーサ３０が挿通される。プリント基板１は、冷却フィン７の表面から、スペーサ３０の長さに相当する所定の距離だけ離れている。なお、図中、プリント基板１の配線パターンについては、図示を省略している。

プリント基板１は、矩形状あるいは正方形状の四領域Ａ，Ｂ，ＣおよびＤ（図中の破線で囲まれた領域）に分けられる。これら四領域Ａ，Ｂ，ＣおよびＤには、それぞれ、インバータ主回路を内蔵するＩＰＭと各制御回路間の制御信号を送受するＩＰＭインターフェース回路部２，巻上機用のブレーキ制御回路部５，ＩＰＭ内蔵の駆動回路および検知・保護回路やプリント基板１に設けられる各制御回路の電源を構成する制御電源回路部３、およびマイコンによってインバータ主回路部を制御するインバータ制御回路部４が設けられる。

プリント基板１の領域Ａと冷却フィン７との間には、ＩＰＭ８が位置する。ＩＰＭ８の裏面は冷却フィン７に接し、これによりＩＰＭにおいて発生した熱が冷却フィン７に放熱される。なお、図中に示した一点鎖線が、プリント基板１下に位置するＩＰＭの外形を示す。領域Ａに設けられるＩＰＭインターフェース回路部２においては、ブリント基板１の一辺に沿って、複数の電極パッド３１が設けられる。この電極パッド３１には、直流配線１１の内、ＩＰＭに内蔵されるインバータ主回路に直流電力を供給する配線（Ｐ，Ｎ）と、ＩＰＭの直流電源端子とが、ねじによって共締めされる。また、領域Ａには、ＩＰＭ８に一列に並べて設けられる複数の制御端子をプリント基板１に電気的に接続するためのコネクタ６が設けられる。電極パッド３１と直流電源端子とのねじ止め、および制御端子とコネクタ６との接続により、ＩＰＭ８は、プリント基板１の領域Ａにおいて接続および支持される。

ここで、電極パッド３１は、複数種のＩＰＭを接続できるように３個以上設けられる。図１のプリント基板１には４個の電極パッド３１が設けられるが、その内の２個の電極パッドに、ＩＰＭ８の一辺に沿って設けられる直流電源端子（Ｐ，Ｎ）が接続される。これに対し、図２に示すＩＰＭ接続例では、ＩＰＭ８の一辺に沿って直流電源端子（Ｐ，Ｎ）と回生ブレーキ回路用の端子（ＢＲ）が設けられるため、３個の電極パッドが用いられる。さらに、コネクタ６も、複数種のＩＰＭを接続できるように２個以上設けられる。図１において、ＩＰＭ８の制御端子は、図中下側のコネクタに接続される。これに対し、図２に示す、プリント基板１へのＩＰＭ８の接続例において、ＩＰＭ８の制御端子は、図２中上側のコネクタ６に接続される。このようなプリント基板１におけるＩＰＭ８との接続構成により、同じプリント基板を複数種のＩＰＭに適用できる。従って、ＩＰＭのラインナップすなわち巻上機のモータ容量のラインナップ化に対し、同じ構成のプリント基板を適用できるので、回路作成のコストを低減することができる。

また、本実施例においては、電極パッド３１から延びるプリント基板１の配線パターンに、インバータ主回路で発生するスパイク電圧を抑制するスナバコンデンサ９を接続する。これにより、スナバコンデンサ９をプリント基板１上かつＩＰＭの直上に実装できる。また、スナバコンデンサ９がＩＰＭの直上に位置するので、スナバコンデンサ９とＩＰＭ８間の配線長が短縮できる。これにより、スナバコンデンサ９とＩＰＭ８間の配線インダクタンスが低減される。

なお、図１のＩＰＭ８において、直流電源端子（Ｐ，Ｎ）が設けられる一辺に対し直角方向の他の一辺には、三相交流出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗおよび回生ブレーキ回路の端子ＢＲが設けられる。ＩＰＭ８おいてこれらの端子が設けられる部分は、プリント基板１の端から外側にはみ出している。交流配線１２および直流配線１１における回生ブレーキ用配線は、プリント基板１を介することなく、それぞれ交流出力端子および回生ブレーキ回路の端子に直接ねじ止めされる。したがって、プリント基板１のＡ領域において、直流電源端子用の電極パッド３１が設けられる辺に直角方向の辺には、電極パッドは形成されない。従って、電極パッドを形成する際に、直流電源端子の並ぶ方向と直角方向に並ぶ交流出力端子および回生ブレーキ回路用端子との合わせ精度を考慮する必要が無く、プリント基板の製作が容易になる。また、プリント基板１へのＩＰＭ８の取付けも容易になる。

次に、プリント基板１の領域Ｂに設けられるブレーキ制御回路部５には、面実装型の駆動素子１０が用いられる。ここで、領域Ｂと領域Ａは、プリント基板１の同じ一辺に沿って並ぶ。駆動素子１０は、電極形成面を配線パターンとはんだ付けなどにより電気的に接着することにより、プリント基板１上に固定される。ブレーキ制御回路の電力容量はインバータ主回路に比べて小さいが、電磁ブレーキなどを駆動するため、駆動素子１０としては、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどのパワー素子が用いられる。このため、本実施例においては、プリント基板１において駆動素子１０が設けられる表面の裏面における、駆動素子１０の直下に放熱パッド１５を貼り付ける。これにより、駆動素子１０をプリント基板１上に実装しながらも、駆動素子１０が発生する熱を冷却フィン７に放熱することができる。また、駆動素子１０が面実装されるので、放熱面積が増加する。このため、駆動素子１０の発熱を効率良く放熱することができる。

本実施例において、駆動素子１０は、領域Ｂにおいて、領域Ａおよび領域Ｂが共に隣接するプリント基板１の一辺に隣接する部分に位置する。この部分に隣接する領域Ｂに、ブレーキ装置への配線１３が接続される。これにより、パワー素子である駆動素子１０を、後述するように領域Ｄに設けられるインバータ制御回路部４から離して、インバータ制御回路部４への駆動素子１０の発熱の影響が低減できる。

次に、プリント基板１の領域Ｃと領域Ａは、領域Ｂと領域Ａが並ぶプリント基板１の一辺に垂直な一辺に沿って並ぶ。従って、プリント基板１において、領域Ｂと領域Ｃは対角配置される。領域Ｃに設けられる電源回路部３は、図示しない主電源装置の電圧を適宜変換して、ＩＰＭ８に内蔵される駆動回路や検知・保護回路，インターフェース回路部２，ブレーキ制御回路部５，後述するインバータ制御回路部４に供給する。このように、領域Ｃに、プリント基板１に設けられる複数の回路で共用する電源回路部を設けることにより、エレベーター制御装置全体として電源回路規模を縮小することができる。

次に、プリント基板１において、インバータ制御回路部４が設けられる領域Ｄは、ＩＰＭ８が接続される領域Ａと対角配置される。これにより、インバータ制御回路部４に対する、ＩＰＭ８が内蔵するインバータ主回路の半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴからの発熱の影響を低減することができる。このため、インバータ制御回路部４の温度上昇に伴う故障や誤動作が防止される。従って、インバータ主回路部とインバータ制御回路部を同じプリント基板に設けながらも、エレベーター制御装置の信頼性が確保される。

図３は、エレベーター制御装置の従来例を示す。本図を用いながら、図１の実施例の主な効果について説明する。

図３に示す従来例は、インバータ制御回路に対する運転指令を含むエレベーター号機制御を実行する号機制御回路部２３，インバータ装置を制御するインバータ回路制御部２４および周辺装置とのインターフェース回路部２５が設けられるマイコン制御プリント板１６と、ブレーキ制御回路部が設けられるブレーキ制御プリント板１７と、ＩＰＭインターフェースプリント板１８とを備えている。各プリント板は、配線ケーブル１９〜２１によって接続され、これら配線ケーブルを介して信号送受を行っている。ブレーキ制御プリント板１７は、巻上機のブレーキ装置と配線接続するケーブル１３と、ブレーキを駆動する駆動素子１０と、駆動素子１０を冷却する冷却フィン２２とを備えている。ＩＰＭ８においては、巻上機のモータへ交流電力を供給する配線１２と、インバータ主回路を直流電源に接続する配線１１と、インバータのスパイク電圧を抑制するスナバコンデンサ９とが接続されている。ＩＰＭインターフェースプリント板１８は、コネクタ６によってＩＰＭ８の制御端子と直接接続される。また、ＩＰＭインターフェースプリント板１８には、インバータの直流電圧監視のための配線３２が接続される。

上記のように、従来例は、プリント板やプリント板間の配線が多く、多くの組立工数を要する。また、ＩＰＭインターフェースプリント板１８とマイコン制御プリント板との設置距離が遠くなり、制御回路がインバータ回路からの輻射ノイズなどの影響を受けやすい。

これに対し、図１の実施例では、一枚のプリント基板１の四領域Ａ〜Ｄに、それぞれ、エレベーター制御装置におけるＩＰＭインターフェース回路部２，ブレーキ制御回路部５，制御電源回路部３，インバータ制御回路部４が設けられる。そして、このようなプリント基板１が冷却フィン７上に載置される。これにより、複数の回路部が一枚のプリント基板に実装されるので、エレベーター制御装置の組立工数が低減される。また、プリント基板上の配線パターンによって回路部間の配線がなされるため、配線長が短縮される。これにより、制御回路に対する輻射ノイズなどの影響が低減される。

また、上記従来例では、ブレーキ制御回路部の駆動素子１０として冷却フィン２２付の挿入部品を使用している。これに対して、図１の実施例では、ＩＰＭが取り付けられるプリント基板１に駆動素子１０を面実装することにより、個別の冷却フィンを用いることなしに、ＩＰＭ８を冷却するための冷却フィン７へ放熱することができる。

また、図１の実施例においては、従来例と同様にＩＰＭインターフェース回路部２におけるコネクタ６とＩＰＭ８の制御端子とが直接接続されるが、インバータの直流電源配線１１とＩＰＭ８の直流電源入力端子とが、プリント板に共締めすることにより、従来ＩＰＭ８の直流端子に接続していたスナバコンデンサ９をプリント板に実装可能となる。また、本実施例においては、従来はインバータの直流電圧入力用の配線１１を別途用意していた配線が不要となる。

さらに、上記従来例では、各プリント板に電源変換回路が設けられる。これに対し、図１の実施例では、一枚のプリント基板１に、エレベーター制御装置におけるＩＰＭインターフェース回路部２，ブレーキ制御回路部５，制御電源回路部３，インバータ制御回路部４が設けられることにより、制御電源回路部を共用化することができる。これにより、エレベーター制御装置全体として、電源回路規模を縮小することができる。

また、エレベーターの運行速度または積載量によって、駆動するモータ容量が変化することから、インバータ装置に使用するＩＰＭの容量も複数種必要である。このため、従来では、ＩＰＭインターフェースプリント板が複数種必要である。これに対し、図１の実施例では、プリント基板に、ＩＰＭを取り付けるための電極パッドおよびコネクタを複数設けておくことにより、一種のプリント基板を複数種のＩＰＭに適用することができる。

なお、本実施例において、図１中には図示されない号機制御回路部（図３の「２３」に相当）は、輻射ノイズの影響の受け易さ，パワー回路からの放熱の影響などを考慮して、プリント基板１とは別のプリント板に実装される。

図４は、図１の実施例によるエレベーター制御装置を備えるエレベーターの一例を示す。本実施例のエレベーターは、巻上機１００および制御盤１２０が昇降路内に設置される、いわゆる機械室レスエレベーターである。

図４のエレベーターにおいては、ロープ１１０が、乗りかご１０１の下部に設けられるかご下プーリ１０２，方向転換プーリ１０７，シーブ５３，方向転換プーリ１０６，方向転換プーリ１０５，釣り合い錘１０３に設けられる釣り合い錘用の方向転換プーリ１０４に順次巻き掛けられる。そして、ロープ１１０の両端は、図示しない昇降路の頂部に固定される。このようなロープ１１０によって、乗りかご１０１と釣り合い錘１０３は昇降路内に吊り下げられる。

巻上機１００は、乗りかごの側面と図示しない昇降路壁との間の狭い空間内に設置される。また、本実施例においては、釣り合い錘１０３および方向転換プーリ１０５〜１０７も、巻上機１００が設置される空間と同じ空間内に配置される。

巻上機１００のモータ部に制御盤１２０から交流電力が供給されるとモータ部が回転し、巻上機１００におけるシーブ５３が回転する。シーブ５３が回転すると、ロープ１１０とシーブ５３の溝との摩擦によってロープ１１０が駆動され、これにより、乗りかご１０１および釣り合い錘１０３は昇降路空間内を昇降する。

巻上機１００のモータ部に交流電力を供給するための制御盤１２０は、乗りかご１０１を挟んで巻上機１００とは反対側において、巻上機１００と同様に、乗りかご１０１の側面と図示しない昇降路壁との間の狭い空間内に設置される。この制御盤１２０は、筐体内に図１のエレベーター制御装置を格納したものである。図１におけるＩＰＭ８から出力される交流電力がケーブル１２１を介して、巻上機１００のモータ部に供給されると、巻上機１００が回転して乗りかご１０１が昇降駆動される。

図４のエレベーターによれば、制御盤の組立工数が低減されるので、エレベーター全体として、組立工数が低減され、コストが低減する。また、制御盤内で輻射ノイズによる回路の故障や誤動作が防止されるので、エレベーターの故障が防止され、エレベーターの動作の信頼性が向上する。

なお、本発明は前述した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した各実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。

例えば、図１の実施例において、ＩＰＭ８に替えて、樹脂ケースにインバータ主回路を内蔵するが駆動回路は内蔵しないパワー半導体モジュールを用いても良い。この場合、プリント基板１の領域Ａに駆動回路を設けることができる。

１…プリント板
２…ＩＰＭインターフェース回路部
３…電源回路部
４…インバータ制御回路部
５…ブレーキ制御回路部
６…コネクタ
７…冷却フィン
８…ＩＰＭ
９…スナバコンデンサ
１０…駆動素子
１１…直流配線
１２…交流配線
１３…電源接続配線
１４…ビス
１５…放熱パッド
１６…マイコン制御プリント板
１７…ブレーキ制御プリント板
１８…ＩＰＭインターフェースプリント板
１９，２０，２１…配線ケーブル
２２…冷却フィン
２３…号機制御回路部
２４…インバータ制御回路部
２５…インターフェース回路部
３１…電極パッド
３２…インバータの直流電圧監視のための配線
５３…シーブ
１００…巻上機
１０１…乗りかご
１０２…かご下プーリ
１０３…釣合錘
１０４，１０５，１０６，１０７…方向転換プーリ
１１０…ロープ
１２０…制御盤
１２１…ケーブル

Claims (7)

1. 巻上機を駆動するモータに交流電力を供給するインバータ回路を備えるエレベーター制御装置において、
   冷却フィンと、前記冷却フィン上に載置される一枚のプリント板と、
   を備え、
   前記プリント板が、第一の領域、第二の領域、第三の領域並びに第四の領域を有し、
   前記第一の領域および前記第ニの領域には、それぞれ、前記巻上機が備えるブレーキを制御するブレーキ制御回路部および前記インバータ回路を制御するインバータ制御回路部が設けられ、
   前記第三の領域には、前記インバータ回路を内蔵する半導体装置が接続されると共に、前記半導体装置と前記インバータ制御回路間において信号を送受するインターフェース回路部が設けられ、
   前記第四の領域には、前記ブレーキ制御回路部、前記インバータ制御回路部並びに前記インターフェース回路部に制御電源を供給する電源回路部が設けられること
   を特徴とするエレベーター制御装置。
2. 請求項１において、前記第三の領域は、前記半導体装置の直流端子接続部が３個以上、前記半導体装置の制御端子接続部が２個以上設けられることを特徴とするエレベーター制御装置。
3. 請求項１または請求項２において、前記ブレーキ制御回路部における駆動素子が、前記第一の領域において面実装され、前記第一の領域を介して前記駆動素子下に放熱パッドが設けられることを特徴とするエレベーター制御装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項において、前記第ニの領域と前記第三の領域は対角配置されることを特徴とするエレベーター制御装置。
5. 請求項３において、前記駆動素子は、前記プリント板の一辺に沿って配置されることを特徴とするエレベーター制御装置。
6. 請求項１ないし５のいずれか一項において、前記第三の領域には、スナバコンデンサが設けられることを特徴とするエレベーター制御装置。
7. モータによって回転されるシーブを備える巻上機と、前記シーブに巻き掛けられるロープと、前記ロープによって吊られる乗りかごおよび釣り合い錘と、前記モータを駆動する制御盤と、を備え、前記シーブによって前記ロープが駆動されることにより前記乗りかごおよび前記釣り合い錘が昇降するエレベーターにおいて、
   前記制御盤は、
   冷却フィンと、前記冷却フィン上に載置される一枚のプリント板と、
   を備え、
   前記プリント板が、第一の領域、第二の領域、第三の領域並びに第四の領域を有し、
   前記第一の領域、および前記第ニの領域には、それぞれ、前記巻上機が備えるブレーキを制御するブレーキ制御回路部、および前記モータに交流電力を供給するインバータ回路を制御するインバータ制御回路部が設けられ、
   前記第三の領域には、前記インバータ回路を内蔵する半導体装置が接続されると共に、前記半導体装置と前記インバータ制御回路間において信号を送受するインターフェース回路部が設けられ、
   前記第四の領域には、前記ブレーキ制御回路部、前記インバータ制御回路部並びに前記インターフェース回路部に制御電源を供給する電源回路部が設けられること
   を特徴とするエレベーター。

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