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エレベータ電動機制御装置 - 三菱電機株式会社
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発明の名称 エレベータ電動機制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−28752(P2007−28752A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−205414(P2005−205414)
出願日 平成17年7月14日(2005.7.14)
代理人 【識別番号】100057874
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道照
発明者 大津 一宏
要約 課題
交流電源の異常時に、直流電源の直流電力を一旦交流電力に変換することなく直流電力から直接交流電力に変換するようにマトリックスコンバータの動作を制御する簡単な構成の電動機制御装置を提供する。

解決手段
エレベータ電動機制御装置は、交流電源の交流電力を所定の電圧および周波数の交流電力に直接変換してエレベータの電動機に出力するマトリックスコンバータを制御するエレベータ電動機制御装置において、直流電源と、交流電源の異常を検出したとき電源異常検出信号を出力する電源異常検出装置と、交流電源と直流電源の一方にマトリックスコンバータを接続する入力切替スイッチと、交流電源の正常時には交流電源の交流電力を、交流電源の異常時には直流電源の直流電力を所定の電圧および周波数の交流電力に変換するようにマトリックスコンバータを制御する制御装置と、を備える。
特許請求の範囲
【請求項1】
交流電源の交流電力を所定の電圧および周波数の交流電力に直接変換してエレベータの電動機に出力するマトリックスコンバータを制御するエレベータ電動機制御装置において、
直流電源と、
上記交流電源の異常を検出したとき電源異常検出信号を出力する電源異常検出装置と、
上記交流電源と上記直流電源の一方に上記マトリックスコンバータを接続する入力切替スイッチと、
上記交流電源の正常時には上記マトリックスコンバータに接続された上記交流電源の交流電力を、上記交流電源の異常時には上記マトリックスコンバータに接続された上記直流電源の直流電力を所定の電圧および周波数の交流電力に変換するように上記マトリックスコンバータを制御する制御装置と、
を備えることを特徴とするエレベータ電動機制御装置。
【請求項2】
上記マトリックスコンバータは、3相の受電端と3相の出力端との間をそれぞれ接続する9つの双方向スイッチにより構成され、
各上記双方向スイッチの故障を検出して特定信号を上記制御装置に送る故障検出装置を備え、
上記入力切替スイッチは、上記直流電源に上記マトリックスコンバータの受電端を接続するとき上記直流電源の正負を3相から選択された2相に接続し、
上記制御装置は、故障した上記双方向スイッチが接続されている上記マトリックスコンバータの受電端の相を除く残りの2相に上記直流電源を接続し、上記直流電源の直流電力を所定の電圧および周波数の交流電力に変換するように上記マトリックスコンバータを制御することを特徴とする請求項1に記載するエレベータ電動機制御装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、エレベータの電動機を制御するエレベータ電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
エレベータの乗りかごを昇降する電動機に入力される交流電力の制御には、一定周波数の交流電源から所定の周波数の交流出力を直接生成するマトリックスコンバータが用いられている。そして、交流電源に異常が発生したときにエレベータの運転を継続するため、直流電源を交流出力に変換する非常用電源が備えられ、異常になった交流電源から非常用電源に切り換えられる(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】特開2001−258258号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、直流電源を常時交流出力に変換し、交流電源の異常時に非常用電源の位相情報に基づいてマトリックスコンバータを制御しなければならないので、非常用電源にインバータを備え、インバータの位相情報を得なければならないという複雑な構成の制御装置になるという問題がある。
【0005】
この発明の目的は、交流電源の異常時に、直流電源の直流電力を別途一旦交流電力に変換することなく直流電力から直接交流電力に変換するようにマトリックスコンバータの動作を制御する簡単な構成のエレベータ電動機制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
この発明に係わるエレベータ電動機制御装置は、交流電源の交流電力を所定の電圧および周波数の交流電力に直接変換してエレベータの電動機に出力するマトリックスコンバータを制御するエレベータ電動機制御装置において、直流電源と、上記交流電源の異常を検出したとき電源異常検出信号を出力する電源異常検出装置と、上記交流電源と上記直流電源の一方に上記マトリックスコンバータを接続する入力切替スイッチと、上記交流電源の正常時には上記マトリックスコンバータに接続された上記交流電源の交流電力を、上記交流電源の異常時には上記マトリックスコンバータに接続された上記直流電源の直流電力を所定の電圧および周波数の交流電力に変換するように上記マトリックスコンバータを制御する制御装置と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
この発明に係わるエレベータ電動機制御装置の効果は、交流電源が正常なときマトリックスコンバータの動作を交流−交流直接変換方式の周波数変換装置として制御し、交流電源の異常が検出されたときマトリックスコンバータの受電端への入力として直流電力に切り替え、マトリックスコンバータの動作を直流を交流に変換するインバータとして制御するので、直流電力を交流電力に変換しなくても済み、簡単な構成にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0008】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係わるエレベータ電動機制御装置の構成図である。
この発明の実施の形態1に係わるエレベータ電動機制御装置1は、図示しないエレベータの乗りかごを昇降する交流電動機2に入力する多相の交流電力を多相の交流電源3から直流電力に一旦変換しないで直接に変換する。この変換は、交流−交流直接変換と言われている。
また、電動機制御装置1は、直流電源4の直流電力を交流電力に変換する。この変換は、通常の直流を交流に変換するインバータである。
以下の説明では、交流電動機2として3相の同期電動機、交流電源3として商用3相交流電源、直流電源4として常時商用交流電源から充電されている蓄電池を例に挙げて説明する。なお、相数は3相に限るものではない。また、直流電源4は直流電力を貯えておけるものであれば如何なるものであってもよい。
【0009】
実施の形態1に係わる電動機制御装置1は、図1に示すように、入力される交流電力を所定の電圧および周波数の3相の交流電力に変換するマトリックスコンバータ5、交流電源3とマトリックスコンバータ5の受電端との接続を開閉する第1の入力切替スイッチ6、直流電源4とマトリックスコンバータ5の受電端との接続を開閉する第2の入力切替スイッチ7、交流電源3の異常を検出する電源異常検出装置8、交流電源3の正常時交流電源3からの3相交流電力、交流電源3の異常時直流電源4からの直流電力を所定の電圧および周波数の交流電力に変換するようにゲート信号を出力する制御装置9、ゲート信号に基づいてマトリックスコンバータ5の双方向スイッチ15のゲートをドライブするゲートドライバ10を備える。
【0010】
マトリックスコンバータ5は、交流電源3または直流電源4と交流電動機2との間で直接双方向に電流を流すことができ、交流電源3または直流電源4と交流電動機2とを直接接続する9つの双方向スイッチ15a〜15jを備える。そして、双方向スイッチ15a〜15jは、受電端側の3相(R相、S相、T相)と出力端側の3相(U相、V相、W相)とを全ての組合せで接続することができる。
また、マトリックスコンバータ5は、その受電端側の3相と出力端側の3相にそれぞれにスナバ回路16を備える。
双方向スイッチ15a〜15jは、逆阻止IGBTを使用するが、交流を双方向に電流を流すことができるスイッチであればこれに限るものではない。
【0011】
第1の入力切替スイッチ6は、3つの接点対からなり、第2の入力切替スイッチ7は、2つの接点対からなる。
電源異常検出装置8は、交流電源3の3相の電圧瞬時値を計測し、それから電圧実効値を算出し、その電圧実効値が予め設定されている閾値より下がったとき、交流電源3の異常と判断し、レベルをLOWからHIGHに変化することにより電源異常信号を発する。
制御装置9は、電源異常信号のレベルに基づきマトリックスコンバータ5へ入力する電力を選択する入力選択手段21、交流電源3が正常なとき交流電力を所定の電圧および周波数の交流電力に直接変換する交流直接変換手段22、交流電源3が異常なとき直流電力を所定の電圧および周波数の交流電力に変換するインバータ手段23を有している。制御装置9は、CPU、ROM、RAM、インタフェース回路を有するコンピュータから構成されている。
【0012】
入力選択手段21は、電源異常信号のレベルがLOWのとき第1の入力切替スイッチ6を閉じて、第2の入力切替スイッチ7を開く。このようにするとマトリックスコンバータ5の受電端に3相の交流電力が入力される。また、入力選択手段21は、電源異常信号のレベルがHIGHのとき第1の入力切替スイッチ6を開いて、第2の入力切替スイッチ7を閉じる。このようにするとマトリックスコンバータ5の受電端のS相とT相の間に直流電圧が印加される。なお、直流電力を印加する相は、3相のうちのいずれか2相であればよい。
交流直接変換手段22は、交流電動機2の駆動に対するトルク指令と速度指令が入力されるとともに交流電動機2の回転速度と電流値が入力され、それらに基づいて入力されている3相の交流電力を出力端の3相に接離するタイミングからなるゲート信号を出力する。
インバータ手段23は、交流電動機2の駆動に対するトルク指令と速度指令が入力されるとともに交流電動機2の回転速度と電流値が入力され、それらに基づいて入力されている直流電力を出力端の3相に接離するタイミングからなるゲート信号を出力する。
【0013】
次に、実施の形態1に係わる電動機制御装置1の動作について説明する。交流電源3が正常なとき、第1の入力切替スイッチ6が閉成され、マトリックスコンバータ5の受電端には3相の交流電力が供給されている。そして、交流直接変換手段22は、トルク指令、速度指令、回転速度および電流値に基づいて各双方向スイッチ15a〜15jのオンオフのタイミングを算出し、そのタイミングをゲート信号としてゲートドライバ10に送信する。ゲートドライバ10は、双方向スイッチ15a〜15jのゲートを駆動して双方向スイッチ15a〜15jをオンオフする。このように双方向スイッチ15a〜15jがオンオフされると、マトリックスコンバータ5の出力端に所定の電圧および周波数の交流電力が出力される。そして、この交流電力が交流電動機2に供給されることにより、交流電動機2が駆動され、エレベータの乗りかごが昇降される。
【0014】
一方、交流電源3が停電すると、電源異常検出装置8が交流電源3の異常を検出し、レベルをLOWからHIGHに変化して電源異常検出信号を発する。入力選択手段21は、電源異常信号のレベルがLOWからHIGHに変化したことを確認して第1の入力切替スイッチ6を開放し、第2の入力切替スイッチ7を閉成する。これによりマトリックスコンバータ5の受電端のS相とT相との間に直流電圧が印加される。インバータ手段23は、トルク指令、速度指令、回転速度および電流値に基づいて各双方向スイッチ15a〜15jのオンオフのタイミングを算出し、そのタイミングをゲート信号としてゲートドライバ10に送信する。ゲートドライバ10は、双方向スイッチ15a〜15jのゲートを駆動して双方向スイッチ15a〜15jをオンオフする。このように双方向スイッチ15a〜15jがオンオフされると、マトリックスコンバータ5の出力端に所定の電圧および周波数の交流電力が出力される。そして、この交流電力が交流電動機2に供給されることにより、交流電動機2が駆動され、エレベータの乗りかごが昇降される。
【0015】
このような電動機制御装置1は、交流電源3が正常なときマトリックスコンバータ5の動作を交流−交流直接変換方式の周波数変換装置として制御し、交流電源3の異常が検出されたときマトリックスコンバータ5の受電端の入力として直流電力に切り替え、直流を交流に変換するインバータとしてマトリックスコンバータ5の動作を制御するので、直流電力を交流電力に変換するインバータを別途備えなくてもよく、簡単な構成の電動機制御装置1を提供することができる。
【0016】
また、マトリックスコンバータ5を備えた交流−交流直接変換方式で交流電動機2を制御する電動機制御装置が既に設置されているときに、2つのスイッチ6、7、直流電源4、電源異常検出装置8を追加し、制御装置9にインバータ手段23を追加すれば、交流電源3が停電したときにも交流電動機2の駆動を継続することができるので、少ない部品の追加により停電対策を追加することができる。
【0017】
実施の形態2.
図2は、この発明の実施の形態2に係わる電動機制御装置の構成図である。
実施の形態2に係わる電動機制御装置1Bは、実施の形態1に係わる電動機制御装置1に各双方向スイッチ15の故障を検出する故障検出手段30が追加され、それに係わり第2の入力切替スイッチ7Bと入力選択手段21Bが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。なお、図2には、双方向スイッチ15cに対する故障検出手段30が1つ図示されているが、すべての双方向スイッチ15a〜15jに故障検出手段30がそれぞれ備えられている。
実施の形態2に係わる故障検出手段30は、図2に示すように、例えば、双方向スイッチ15cの温度を計測し、温度が所定の温度閾値を超えたとき双方向スイッチ15cが故障したと判断し、レベルをLOWからHIGHに変えて特定信号を発する。この特定信号は、故障検出手段30から制御装置9Bに送られる。
【0018】
実施の形態2に係わる第2の入力切替スイッチ7Bは、直流電源4の正負端子にマトリックスコンバータ5の受電端の3相のうちの2相を選択的に接続するために3段階に切り換えられる。例えば、S相とT相とを正端子と負端子とにそれぞれ接続するとき、第1の接続状態、R相とT相とを正端子と負端子とにそれぞれ接続するとき、第2の接続状態、R相とS相とを正端子と負端子とにそれぞれ接続するとき、第3の接続状態を選択することにより切り換えられる。
【0019】
実施の形態2に係わる入力選択手段21Bは、実施の形態1と同様に電源異常信号のレベルがLOWからHIGHに変化したとき、第1の入力切替スイッチ6を開放し、第2の入力切替スイッチ7Bの第1の接続状態を選択してS相とT相とを正端子と負端子とにそれぞれ接続する。
また、例えば、1つの双方向スイッチ15cの故障を検出した故障検出手段30は、双方向スイッチ15cで故障が起こったことを知らせる特定信号を制御装置9Bに送信する。
制御装置9Bは、故障の起こった双方向スイッチ15cが接続されているマトリックスコンバータ5の受電端の相を特定する。図2の場合、双方向スイッチ15cは、受電端のR相に接続されている。そこで、入力選択手段21Bは、直流電源4の正負端子を受電端のS相とT相とに接続するように、第2の入力切替スイッチ7Bを第1の接続状態に切り換える。
【0020】
このような電動機制御装置1Bは、マトリックスコンバータ5の双方向スイッチ15a〜15jの故障を検出する故障検出手段30が備えられ、故障した双方向スイッチ15a〜15jが接続されていない受電端の相に直流電源4が接続され、マトリックスコンバータ5がインバータとして制御されて所定の電圧および周波数の交流電力が出力されるので、マトリックスコンバータ5の双方向スイッチ15a〜15jが故障しても交流電動機2の運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】この発明の実施の形態1に係わるエレベータ電動機制御装置の構成図である。
【図2】この発明の実施の形態2に係わるエレベータ電動機制御装置の構成図である。
【符号の説明】
【0022】
1、1B 電動機制御装置、2 交流電動機、3 交流電源、4 直流電源、5 マトリックスコンバータ、6、7 スイッチ、8 電源異常検出装置、9、9B 制御装置、10 ゲートドライバ、15 双方向スイッチ、16 スナバ回路、21、21B 入力選択手段、22 交流直接変換手段、23 インバータ手段、30 故障検出手段。




 

 


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