JP2016171699A - 乗客コンベア装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】停電時にインバータ装置の回生電力を利用して減速停止させること。【解決手段】制御回路１１は、交流電源６に停電を検出すると、切替スイッチ１２へ切替信号を与えることにより、インバータ装置７を回生抵抗１３から切り離して当該制御回路１１に接続する。そして制御回路１１は、インバータ装置から取得するインバータ負荷情報に基づいて、インバータ装置に回生電力を生起せしめるための所定の減速度を決定し、減速指令をインバータ装置に出力し、減速指令に応じた減速動作によりインバータ装置に発生する回生電力を制御用電源として、電動モータ３を減速停止させる。【選択図】図１

Description

本発明は、乗客コンベア装置およびその制御方法に関する。

停電発生時に、インバータ装置内の平滑コンデンサに蓄積された直流電圧を用いて、電動機を制動する技術は知られている（特許文献１）。この文献に記載の従来技術では、停電などにより三相交流電圧が所定時間以上遮断されると、平滑コンデンサに蓄積された直流電圧を用いて、インバータ装置内の制御回路の動作を継続させながら、電動機をフリー回転させる動作、または、電動機を直流制動あるいは回生制動させる動作のうちいずれかを実行する。電動機を直流制動あるいは回生制動させる動作は、平滑コンデンサに蓄積されている直流電圧を利用して行う。

特開２００５−２１９９１４号公報

特許文献１に記載の従来技術では、平滑コンデンサに蓄積された電力だけで電動機の回転を制御するため、乗客の転倒防止のために電動機の回転を減速させながら停止させるという減速停止機能を、停電時にも実現するのは難しい。平滑コンデンサの容量は一般的に少ないため、減速させながら停止させるという比較的所要時間の長い制御のための電源には向いていない。もしも平滑コンデンサよりも容量の大きい蓄電池を設けることができれば、停電時においても減速停止機能を実現することができるが、この場合は、装置全体が大型化すると共に、製造コストも増大する。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、停電時にインバータ装置の回生電力を用いて減速停止させることができ、製造コストを抑えつつ安全性を高めることができるようにした乗客コンベア装置およびその制御方法を提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明に係る乗客コンベア装置は、インバータ装置で可変速駆動される電動モータにより、無端状に連結して形成されたステップを循環移動させる乗客コンベア装置において、 インバータ装置を制御する制御回路と、インバータ装置で発生する回生電力を熱エネルギに変化させる回生抵抗と、インバータ装置と制御回路および回生抵抗との間に設けられ、制御回路からの切替信号により、インバータ装置を回生抵抗または制御回路のいずれか一方に接続させる切替スイッチと、を備え、制御回路は、インバータ装置へ交流電力を供給する交流電源に停電が生じたか検出し、停電を検出した場合は、切替スイッチへ切替信号を与えることにより、インバータ装置を回生抵抗から切り離して当該制御回路に接続し、インバータ装置から取得するインバータ負荷情報に基づいて、インバータ装置に回生電力を生起せしめるための所定の減速度を決定し、所定の減速度をインバータ装置に指示するための減速指令をインバータ装置に出力し、減速指令に応じた減速動作によりインバータ装置に発生する回生電力を制御用電源として、電動モータを減速停止させる。

本発明によれば、停電時にインバータ装置から回生電力を生起せしめ、その回生電力を制御用電源として利用することで、電動モータを減速停止させることができる。

エスカレータの概略構成図である。 エスカレータの電源装置の回路図である。 電源装置の制御回路のブロック図である。 予め用意された複数の減速度の相違を比較して示す説明図である。 通常の減速停止処理を示すフローチャートである。 下降運転時の減速停止処理を示すフローチャートである。 上昇運転時の減速停止処理を示すフローチャートである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態の乗客コンベア装置がエスカレータである場合、図１で後述するように、複数のステップ１を無端状に連結し、電源装置５に接続された電動モータ３によって各ステップ１を上昇または下降運転するように構成している。電源装置５は、図２で後述するように、三相交流電源６からの交流を直流に変換するコンバータ８と、コンバータ８で変換した直流電圧を平滑する平滑コンデンサ９と、直流電圧を所定電圧および所定周波数の交流電力に変換するインバータ１０と、インバータ１０に制御信号を与える制御回路１１とを備える。本実施形態の乗客コンベア装置は、インバータ１０の入力側に電源切替スイッチ１２を介して回生抵抗１３を接続する。

制御回路１１は、図３で後述するように、停電の検出時に電源切替スイッチ１２を切替制御して回生抵抗１３を切り離すと共に、制御回路１１をインバータ１０側に接続する電源切替スイッチ開閉部１６と、インバータ負荷情報に基づいて回生状態となる減速度を与える減速指令選択部１７とを有する。これにより、本実施形態に係る乗客コンベア装置によれば、停電発生時に平滑コンデンサ９に蓄積されている直流電圧を使用するのではなく、回生状態となる減速動作により発生する回生電力を使用して、減速停止を行うことができる。

図１〜図７を用いて第１実施例を説明する。本実施例では、乗客コンベア装置として、エスカレータを例に挙げて説明する。図１は、エスカレータの概略構成図である。

エスカレータは、無端状に連結された複数のステップ１と、これらステップ１に同期して移動するように連結されたハンドレール２と、ステップ１およびハンドレール２に駆動力を与える電動モータ３を備えた駆動機構４と、モータ３に電力を供給する電源装置５などを備えて構成されている。

図２は、図１に示したエスカレータの電源装置５の回路構成を示す。「交流電源」として利用する三相交流電源６には、「インバータ装置」としてのインバータユニット７を介して、図１に示した電動モータ３が接続されている。以下、電動モータ３をモータ３と略記する。

インバータユニット７は、三相交流を直流に変換するコンバータ８と、コンバータ８で変換した直流電圧を平滑する平滑コンデンサ９と、直流電圧を所定電圧および所定周波数の交流電力に変換するインバータ１０とを有している。

電源装置５を制御する制御回路１１は、三相交流電源６に接続されている。制御回路１１は、インバータユニット７へ後述の制御信号を与える。インバータ１０の入力側には、「切替スイッチ」としての電源切替スイッチ１２を介して、回生抵抗１３が接続されている。電源切替スイッチ１２は、制御回路１１から与えられる切替信号により動作し、インバータ１０の入力側を回生抵抗１３または制御回路１１のいずれか一方に接続する。

制御回路１１がインバータユニット７へ与える制御信号としては、インバータ１０から所定周波数および所定電圧を出力させる運転指令、インバータ１０の出力を休止させる休止指令、加速度制御指令などがある。加速度制御指令の中に、所定の減速度で減速運転させるための減速指令が含まれる。

制御回路１１は、交流電源６に停電が生じたか監視している。制御回路１１は、停電を検出すると、電源切替スイッチ１２に切替信号を出力して切り替えさせる。具体的には、制御回路１１は、通常運転時には、インバータ１０の入力側に平滑コンデンサ９を介して回生抵抗１３を接続するように電源切替スイッチ９を切り替えている。一方、停電検出時には、回生抵抗１３をインバータ１０の入力側から切り離し、インバータ１０の入力側に平滑コンデンサ９を介して制御回路１１を接続するように、電源切替スイッチ１２を切り替える。

インバータ１０を用いてモータ３の回転を制御することによって、いわゆるソフトストップ機能（安全停止機能）を実現することができる。ソフトストップ機能では、異物噛み込みなどの異常を検出した場合に、インバータ減速動作により小さい減速度にて電動モータ３を停止させる。これにより乗客の転倒を防止する。

しかし、インバータ１０を用いた従来のソフトストップ機能は、停電発生時に実行することは難しい。停電時にはインバータ１０に電源が供給されないためである。このため、従来技術では、停電時に電動モータは、ブレーキ制動により急停止する。この課題を解決すべく、本実施例のエスカレータでは、以下のように制御回路１１を構成する。

図３は、制御回路１１のブロック構成図である。制御回路１１は、エスカレータを通常運転するための通常構成に加えて、例えば、入力部１４、停電検出部１５、電源切替スイッチ開閉部１６、減速指令選択部１７、出力部１８、記憶部１９、制御部２０を備えて構成することができる。

入力部１４は、停電検出信号および乗客負荷率算出信号を取り込む機能である。停電検出信号は、例えば三相交流電源６の電流値や電圧値などから生成することができる。「インバータ負荷情報」としての乗客負荷率算出信号は、インバータユニット７から取得することができる。

停電検出部１５は、入力部１４で取り込んだ停電検出信号から、三相交流電源６の停電状態を検出する機能である。「スイッチ制御部」としての電源切替スイッチ開閉部１６は、停電検出部１５が停電を検出した場合に、インバータ１０の入力側と制御回路１１とが接続するように電源切替スイッチ１２を切り替えさせる機能である。

「減速指令生成部」としての減速指令選択部１７は、停電検出部１５が停電を検出すると、入力部１４で取得した乗客負荷率算出信号に基づいて、インバータ１０が回生状態となる所定の減速度を決定し、決定した減速度で動作させるための減速指令をインバータ１０へ出力する機能である。本実施例では、予め用意された複数の減速度の中から、乗客負荷率算出信号や運転方向に応じて一つの減速度を選択する構成としている。このため、減速指令選択部１７と呼ぶ。これに代えて、所定の計算式に基づいて、その都度、インバータ１０が回生状態になる減速度を演算で求める構成としてもよい。

出力部１８は、電源切替スイッチ開閉部１６からの切替信号を電源切替スイッチ１２に出力すると共に、減速指令選択部１７からの減速指令をインバータ１０に出力するための機能である。

記憶部１９は、本実施例による停電時の減速停止処理を実現するためのコンピュータプログラムや減速度などの制御パラメータを格納する機能である。制御部２０は、制御回路１１の動作を制御するための機能である。

図４は、減速停止時に使用する異なる複数の減速度を説明する図面である。図中の縦軸はエスカレータの速度（モータ３の回転速度）を示し、図中の横軸は時間を示す。

エスカレータの運転開始から時刻ｔ０までの間、エスカレータは通常速度Ｖｓで運転しているものとする。ここで時刻ｔ０に停電が発生した場合、予め用意されている複数の減速度θｓ，θｈの中から、乗客負荷率算出信号やエスカレータの運転方向に基づいて、いずれか一つの減速度が選択される。

「第１の減速度」としての標準減速度θｓは、３つの場合に選択される。第１の場合は、停電の発生していない通常の時において、エスカレータを停止させる場合である。第１の場合、インバータ１０の回生電力を積極的に利用する必要はないため、乗客の転倒を防止できればよい。第２の場合は、エスカレータが下降運転している場合において、停電が発生した場合である。第２の場合は、インバータ１０からの回生電力を制御用電源として利用し、エスカレータを減速停止させる。第３の場合は、乗客負荷率算出信号が所定の閾値未満である負荷状態でエスカレータが上昇運転している場合において、停電が発生した場合である。第３の場合も、インバータ１０からの回生電力を制御用電源として利用し、エスカレータを減速停止させる。標準減速度θｓでエスカレータを減速させると、停電発生時刻ｔ０から例えば１，２秒程度経過した時刻ｔ２において、エスカレータは停止し、速度が０となる。

「第２の減速度」としての高減速度θｈは、標準減速度θｓよりも大きい値に設定されている。高減速度θｈは、乗客負荷率算出信号が所定の閾値以上の負荷状態でエスカレータが上昇運転している場合において、停電が発生した場合に選択される。高減速度θｈでエスカレータを減速させると、停電発生時刻ｔ０から例えば１秒程度経過した時刻ｔ１（ｔ１＜ｔ２）において、エスカレータは停止し、速度が０となる。高負荷の上昇運転時においても、インバータ１０からの回生電力を制御用電源として利用できるように、高減速度θｈは設定される。高減速度θｈの値を大きくするほど、インバータ１０からの回生電力を大きくすることができるが、制動時の乗客の姿勢が不安定になるおそれがある。そこで、乗客が転倒しない範囲内で、ソフトストップ機能を実現するために必要な回生電力が得られるように、高減速度θｈの値が設定される。

換言すれば、連続運転中のインバータ１０を停止させる場合、減速度（減速時間）を指定して徐々に周波数および電圧を低下させると、慣性力によりモータ３が発電機として働き、インバータ１０の入力側に回生電力が出現する。本実施例では、この回生電力を制御回路１１を動作させるための電源として利用する。

図５は、通常の減速停止処理を示すフローチャートである。この通常の減速停止処理は、下降運転および上昇運転の両方に適用される。

制御回路１１は、エスカレータの運転を停止させるための運転停止条件が成立したか監視している（Ｓ１）。運転停止条件としては、例えば、エスカレータ近くに設けられた停止スイッチを管理者が押した場合、異物の噛み込みなどで非常停止装置が作動した場合である。運転停止条件が成立した場合（Ｓ１：ＹＥＳ）、制御回路１１は、インバータ１０へ減速指令を出力し（Ｓ２）、モータ３の回転数を所定の減速度θｓで低下させてエスカレータの運転を停止させる（Ｓ３）。

図６は、エスカレータの下降運転中に停電が発生した場合の減速停止処理を示すフローチャートである。

制御回路１１の停電検出部１５は、入力部１４を通して取得する停電検出用信号に基づいて、停電が発生したかを監視している（Ｓ１１）。停電検出部１５は、停電状態を検出すると（Ｓ１１：ＹＥＳ）、電源切替スイッチ開閉部１６に停電検出信号を与える。

停電検出信号を受けた電源切替スイッチ開閉部１６は、出力部１８から電源切替スイッチ１２へ切替信号を出力させる。この切替信号を受けた電源切替スイッチ１２は、インバータ１０の入力側から回生抵抗１３を切り離し（Ｓ１２）、制御回路１１をインバータ１０の入力側に接続する（Ｓ１３）。

停電検出部１５は、停電検出信号を減速指令選択部１７にも与える。この停電検出信号を受けた減速指令選択部１７は、出力部１８からインバータ１０に対し、標準減速度θｓでの減速停止を指示するための減速指令信号を出力する（Ｓ１４）。ここで標準減速度θｓは、一般的なインバータ負荷に基づいて回生状態となるような値として設定することができるため、下降運転中の停電発生時には予め用意された値をそのまま使用しても、回生電力を得ることができる。なお、停電直前のインバータ負荷情報に基づいて初期値θｓを修正し、その修正値を用いてもよい。

インバータ１０の減速動作により回生電力が発生し、この回生電力は制御回路１１が動作するための制御用電源として利用される（Ｓ１５）。これにより停電時であっても、エスカレータを標準減速度θｓで減速させながら停止させることができ、乗客の安全を確保することができる。

図７は、エスカレータの上昇運転中に停電が発生した場合の減速停止処理を示すフローチャートである。

制御回路１１の停電検出部１５は、入力部１４から取得する停電検出用信号に基づいて、停電が発生したかを監視している（Ｓ２１）。停電発生を検出すると（Ｓ２１：ＹＥＳ）、電源切替スイッチ開閉部１６は、電源切替スイッチ１２を操作して、インバータ１０の入力側から回生抵抗１３を切り離し（Ｓ２２）、制御回路１１をインバータ１０の入力側に接続する（Ｓ２３）。

インバータ１０は、乗客負荷率を算出して、乗客負荷率算出信号を制御回路１１へ出力する。制御回路１１は、入力部１４を介してインバータ１０から、乗客負荷率算出信号を取得する（Ｓ２４）。

制御回路１１の減速指令選択部１７は、乗客負荷率から、回生電力を制御用電源として利用するために必要な減速度を選定する（Ｓ２５）。ここで減速指令選択部１７には、インバータ１０による乗客負荷率と、この乗客負荷率に対応する標準減速度θｓと高減速度θｈとの関係を予め格納されているものとする。例えば、乗客負荷率が所定の閾値未満の低負荷状態の場合は標準減速度θｓを選択し、乗客負荷率が所定の閾値以上の高負荷状態の場合は高減速度θｈを選択する。乗客負荷率を３段階以上にランク分けし、各ランクごとに減速度を予め設定した減速度選定テーブルを使用してもよい。

減速指令選択部１７は、インバータ１０を回生状態とするために必要な減速度が標準減速度θｓであると判定した場合、エスカレータを標準減速度θｓで減速して停止させるための減速指令を出力部１８からインバータ１０へ出力する（Ｓ２６）。

これに対し、減速指令選択部１７は、インバータ１０を回生状態とするために必要な減速度が高減速度θｈであると判定した場合、エスカレータを高減速度θｈで減速して停止させるための減速指令を出力部１８からインバータ１０へ出力する（Ｓ２７）。

インバータ１０の減速動作により回生電力が発生する。この回生電力は電源切替スイッチ１２を介して制御回路１１へ入力され、制御回路１１の直流電源となる（Ｓ２８）。これにより、制御回路１１は、上昇運転時においても回生電力を生じせしめて制御用電源を確保することができ、ソフトストップ機能を実現することができる。

このように図７に示す処理では、エスカレータの上昇運転時に停電が発生した場合は、乗客数などの乗客負荷率を考慮して、制御回路１１からインバータ１０に与える減速指令値を適切に選定する。従って、穏やかに停止させて乗客の安全を確保できる。

このように構成される本実施例では、運転中の停電発生時に、平滑コンデンサ９に蓄積されている直流電圧を使用するのではなく、制御回路１１の減速指令選択部１７によりインバータ１０が回生状態となる減速度を選択し、エスカレータの減速動作により発生する回生電力を使用して減速停止する。従って、蓄電池などの非常用電源を設ける必要がなく、製造コストの上昇を抑制しつつ安全性を高めることができる。

なお、前述した実施形態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。また、前述した実施形態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、本実施形態は、エスカレータに代えて歩く歩道のような乗客コンベア装置にも適用することができる。

１：ステップ、２：ハンドレール、３：電動モータ、４：駆動機構、５：電源装置、６：交流電源、７：インバータユニット、８：コンバータ、９：平滑コンデンサ、１０：インバータ、１１：制御回路、１２：電源切替スイッチ、１３：回生抵抗

Claims (6)

1. インバータ装置で可変速駆動される電動モータにより、無端状に連結して形成されたステップを循環移動させる乗客コンベア装置において、
   前記インバータ装置を制御する制御回路と、
   前記インバータ装置で発生する回生電力を熱エネルギに変化させる回生抵抗と、
   前記インバータ装置と前記制御回路および前記回生抵抗との間に設けられ、制御回路からの切替信号により、前記インバータ装置を前記回生抵抗または前記制御回路のいずれか一方に接続させる切替スイッチと、
   を備え、
   前記制御回路は、
   前記インバータ装置へ交流電力を供給する交流電源に停電が生じたか検出し、
   前記停電を検出した場合は、前記切替スイッチへ前記切替信号を与えることにより、前記インバータ装置を前記回生抵抗から切り離して当該制御回路に接続し、
   前記インバータ装置から取得するインバータ負荷情報に基づいて、前記インバータ装置に回生電力を生起せしめるための所定の減速度を決定し、前記所定の減速度を前記インバータ装置に指示するための減速指令を前記インバータ装置に出力し、
   前記減速指令に応じた減速動作により前記インバータ装置に発生する回生電力を制御用電源として、前記電動モータを減速停止させる、
   乗客コンベア装置。
2. 前記制御回路は、
   前記停電が生じていない状況下で前記電動モータを停止させる場合、
   前記切替スイッチにより前記インバータ装置を前記回生抵抗に接続し、
   前記インバータ装置に減速指令を与えて前記電動モータを減速停止させ、
   前記減速指令に応じた減速動作により前記インバータ装置に発生する回生電力を、前記回生抵抗によって熱エネルギに変換する、
   請求項１に記載の乗客コンベア装置。
3. 前記制御回路は、予め用意されている複数の減速度の中から前記インバータ負荷情報に応じた減速度を前記所定の減速度として選択する、
   請求項１または請求項２のいずれかに記載の乗客コンベア装置。
4. 前記電動モータが前記ステップを上昇方向または下降方向のいずれかに循環移動させる場合、
   前記制御回路は、
   前記電動モータが前記ステップを下降方向に移動させる場合において前記停電を検出したときは、前記予め用意されている複数の減速度のうち第１の減速度を前記所定の減速度として選択し、
   前記電動モータが前記ステップを上昇方向に移動させる場合において前記停電を検出したときは、前記インバータ負荷情報が所定の閾値以上の場合に前記予め用意されている複数の減速度のうち第１の減速度よりも大きい第２の減速度を前記所定の減速度として選択し、前記インバータ負荷情報が前記所定の閾値未満の場合に前記第１の減速度を前記所定の減速度として選択する、
   請求項３に記載の乗客コンベア装置。
5. 前記制御回路は、
   前記インバータ装置へ交流電力を供給する交流電源に停電が生じたか検出する停電検出部と、
   前記切替信号を出力して前記切替スイッチを切替させるスイッチ制御部と、
   前記インバータ装置から取得するインバータ負荷情報に基づいて、前記インバータ装置に回生電力を生起せしめるための所定の減速度を決定し、この所定の減速度を前記インバータ装置に与えるための減速指令を生成する減速指令生成部と、
   前記停電検出部が前記停電を検出した場合に、前記スイッチ制御部から前記切替スイッチへ前記切替信号を与えることにより前記インバータ装置を前記回生抵抗から切り離して前記制御回路に接続させると共に、前記減速指令に応じた減速動作により前記インバータ装置に発生する回生電力を電源として前記電動モータを減速停止させる制御部と、
   を備える、
   請求項１に記載の乗客コンベア装置。
6. インバータ装置で可変速駆動される電動モータにより、無端状に連結して形成されたステップを循環移動させる乗客コンベア装置の制御方法であって、
   前記インバータ装置で発生する回生電力を熱エネルギに変化させる回生抵抗および前記インバータ装置を制御する制御回路との間には、前記インバータ装置を前記回生抵抗または前記制御回路のいずれか一方に接続させる切替スイッチが設けられ、
   前記制御回路は、
   前記インバータ装置へ交流電力を供給する交流電源に停電が生じたか検出し、
   前記停電を検出した場合は、前記切替スイッチへ切替信号を与えることにより、前記インバータ装置を前記回生抵抗から切り離して当該制御回路に接続し、
   前記インバータ装置から取得するインバータ負荷情報に基づいて、前記インバータ装置に回生電力を生起せしめるための所定の減速度を決定し、前記所定の減速度を前記インバータ装置に指示するための減速指令を前記インバータ装置に出力し、
   前記減速指令に応じた減速動作により前記インバータ装置に発生する回生電力を制御用電源として、前記電動モータを減速停止させる、
   乗客コンベア装置の制御方法。

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