特許 7473659 電力変換装置、昇降装置及び電力変換方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-04-15

(45)【発行日】2024-04-23

(54)【発明の名称】電力変換装置、昇降装置及び電力変換方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240416BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

H02M7/48 F

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022546256

(86)(22)【出願日】2021-08-24

(86)【国際出願番号】 JP2021031002

(87)【国際公開番号】W WO2022050131

(87)【国際公開日】2022-03-10

【審査請求日】2023-03-15

(31)【優先権主張番号】P 2020149335

(32)【優先日】2020-09-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006622

【氏名又は名称】株式会社安川電機

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100145012

【弁理士】

【氏名又は名称】石坂 泰紀

(74)【代理人】

【識別番号】100171099

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】大屋 広明

【審査官】佐藤 匡

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－５５５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１３４９９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－７０７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０６６１８４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－１９８２０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平６－１０５５６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｈ０２Ｍ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のスイッチング素子のオン・オフをキャリア周波数で切り替えて一次側電力を二次側電力に変換する電力変換回路と、
前記電力変換回路の二次側電流値が所定の電流閾値を超えた後、前記二次側電流値と前記キャリア周波数とに基づいて前記複数のスイッチング素子の発熱レベルを評価する発熱評価部と、
前記発熱レベルの評価結果が所定レベルを超えた後、時間の経過に応じて前記キャリア周波数を漸減させる周波数変更部と、
前記発熱レベルの評価結果に基づいて前記キャリア周波数の漸減による発熱抑制効果を評価する抑制評価部と、
前記発熱レベルの評価結果が前記所定レベルまで下降する前に、前記発熱抑制効果の評価結果に基づいて前記周波数変更部による前記キャリア周波数の漸減を停止させる漸減停止部と、を備える電力変換装置。

【請求項2】

前記抑制評価部は、前記発熱抑制効果の評価結果として前記発熱レベルの評価結果の上昇率を算出し、
前記漸減停止部は、前記上昇率が所定の停止閾値を下回るのに応じて、前記周波数変更部による前記キャリア周波数の漸減を停止させる、請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記停止閾値はゼロ又は負の値である、請求項２記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記抑制評価部は、前記発熱抑制効果の評価結果として、前記発熱レベルの評価結果がピーク値に達した後の低下幅を算出し、
前記漸減停止部は、前記低下幅が所定の停止閾値を上回るのに応じて、前記周波数変更部による前記キャリア周波数の漸減を停止させる、請求項１記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記電力変換回路による前記二次側電力の出力を停止させるベースブロック部を更に備え、
前記周波数変更部は、前記ベースブロック部が前記電力変換回路による前記二次側電力の出力を停止させるのに応じて、前記キャリア周波数を漸減開始前の周波数に戻す、請求項１～４のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記発熱レベルの評価結果が前記所定レベルよりも高い上限レベルに達したら前記電力変換回路をトリップさせる過負荷保護部を更に備える、請求項１～５のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記キャリア周波数が大きくなるにつれて大きくなるレートによって前記二次側電流値をディレーティングするディレーティング部を更に備え、
前記発熱評価部は、前記ディレーティング部によりディレーティングされた前記二次側電流値と、前記電流閾値との差分の積算値に基づいて前記発熱レベルを評価する、請求項１～６のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記キャリア周波数が大きくなるにつれて小さくなるレートによって前記電流閾値をディレーティングするディレーティング部を更に備え、
前記発熱評価部は、前記二次側電流値と、前記ディレーティング部によりディレーティングされた前記電流閾値との差分の積算値に基づいて前記発熱レベルを評価する、請求項１～６のいずれか一項記載の電力変換装置。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか一項記載の電力変換装置と、
前記二次側電力の供給により昇降対象物を昇降させる電動機と、を備える昇降装置。

【請求項10】

複数のスイッチング素子のオン・オフをキャリア周波数で切り替えて一次側電力を二次側電力に変換するように電力変換回路を制御することと、
前記電力変換回路の二次側電流値が所定の電流閾値を超えた後、前記二次側電流値と前記キャリア周波数とに基づいて前記複数のスイッチング素子の発熱レベルを評価することと、
前記発熱レベルの評価結果が所定レベルを超えた後、時間の経過に応じて前記キャリア周波数を漸減させることと、
前記発熱レベルの評価結果に基づいて前記キャリア周波数の漸減による発熱抑制効果を評価することと、
前記発熱レベルの評価結果が前記所定レベルまで下降する前に、前記発熱抑制効果の評価結果に基づいて前記キャリア周波数の漸減を停止させることと、を含む電力変換方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換装置、昇降装置及び電力変換方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、インバータ装置の出力電流と、キャリア周波数に基づくディレーティング量とに基づいて過電流の積分値を算出し、過電流の積分値がトリップ基準値を上回った場合に過負荷故障出力を発生するようにしたインバータ装置の過負荷保護装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００７－２１５２５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本開示は、発熱抑制と、騒音抑制との両立に有効な電力変換装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示の一側面に係る電力変換装置は、複数のスイッチング素子のオン・オフをキャリア周波数で切り替えて一次側電力を二次側電力に変換する電力変換回路と、電力変換回路の二次側電流値が所定の電流閾値を超えた後、二次側電流値とキャリア周波数とに基づいて複数のスイッチング素子の発熱レベルを評価する発熱評価部と、発熱レベルの評価結果が所定レベルを超えた後、時間の経過に応じてキャリア周波数を漸減させる周波数変更部と、発熱レベルの評価結果に基づいてキャリア周波数の漸減による発熱抑制効果を評価する抑制評価部と、発熱レベルの評価結果が所定レベルまで下降する前に、発熱抑制効果の評価結果に基づいて周波数変更部によるキャリア周波数の漸減を停止させる漸減停止部と、を備える。

【0006】

本開示の他の側面に係る昇降装置は、上記の電力変換装置と、二次側電力の供給により昇降対象物を昇降させる電動機と、を備える。

【0007】

本開示の更に他の側面に係る電力変換方法は、複数のスイッチング素子のオン・オフをキャリア周波数で切り替えて一次側電力を二次側電力に変換するように電力変換回路を制御することと、電力変換回路の二次側電流値が所定の電流閾値を超えた後、二次側電流値とキャリア周波数とに基づいて複数のスイッチング素子の発熱レベルを評価することと、発熱レベルの評価結果が所定レベルを超えた後、時間の経過に応じてキャリア周波数を漸減させることと、発熱レベルの評価結果に基づいてキャリア周波数の漸減による発熱抑制効果を評価することと、発熱レベルの評価結果が所定レベルまで下降する前に、発熱抑制効果の評価結果に基づいてキャリア周波数の漸減を停止させることと、を含む。

【発明の効果】

【0008】

本開示によれば、発熱抑制と、騒音抑制との両立に有効な電力変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】昇降システムの構成を例示する模式図である。

【図2】制御回路のハードウェア構成を例示するブロック図である。

【図3】昇降制御手順を例示するフローチャートである。

【図4】キャリア周波数の調節手順を例示するフローチャートである。

【図5】キャリア周波数の調節手順を例示するフローチャートである。

【図6】ディレーティング済電流値の推移と、発熱レベルの評価結果の推移と、キャリア周波数の推移とを例示するグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

【0011】

〔装置〕
本実施形態に係る昇降システム１は、電力により昇降対象物を昇降させるシステムである。昇降システム１の具体例としては、エレベータ又はクレーン等が挙げられる。図１に示すように、昇降システム１は、昇降装置２と、電力変換装置３とを備える。

【0012】

昇降装置２は、電力の供給により昇降対象物を昇降させる。例えば昇降装置２はエレベータであり、人が搭乗する乗りかご２１と、カウンターウェイト２２と、巻き上げ機２３とを有する。巻き上げ機２３は、モータ２４（電動機）を有する。モータ２４は、電力（後述の二次側電力）の供給により駆動力を発生する。巻き上げ機２３は、モータ２４が発生する駆動力によりロープを巻き上げることで、カウンターウェイト２２を下降させつつ乗りかご２１を上昇させ、又はカウンターウェイト２２を上昇させつつ乗りかご２１を下降させる。

【0013】

モータ２４は、同期電動機であってもよく、誘導電動機であってもよい。同期電動機の具体例としては、永久磁石型の同期電動機、又はシンクロナスリラクタンスモータ等が挙げられる。永久磁石型の同期電動機の具体例としては、ＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータ、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）モータ等が挙げられる。

【0014】

電力変換装置３は、電源９０から供給される電力（一次側電力）を駆動電力（二次側電力）に変換してモータ２４に供給する。一次側電力は、交流電力であってもよく、直流電力であってもよい。二次側電力は交流電力である。一例として、一次側電力及び二次側電力は、いずれも三相交流電力である。例えば電力変換装置３は、電力変換回路３０と、制御回路１００とを有する。

【0015】

電力変換回路３０は、複数のスイッチング素子のオン・オフをキャリア周波数で切り替えて一次側電力を二次側電力に変換し、二次側電力をモータ２４に供給する。電力変換回路３０は、例えば電圧形インバータであり、電圧指令に対応する二次側電圧をモータ２４に印加する。

【0016】

例えば電力変換回路３０は、コンバータ回路３１と、平滑コンデンサ３２と、インバータ回路３３と、電流センサ３４とを有する。コンバータ回路３１は、例えばダイオードブリッジ回路又はＰＷＭコンバータ回路であり、上記電源電力を直流電力に変換する。平滑コンデンサ３２は、上記直流電力を平滑化する。

【0017】

インバータ回路３３は、上記直流電力と上記駆動電力との間の電力変換を行う。例えばインバータ回路３３は、複数のスイッチング素子３５を有し、複数のスイッチング素子３５のオン・オフを切り替えることによって上記電力変換を行う。スイッチング素子３５は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等であり、ゲート駆動信号に応じてオン・オフを切り替える。

【0018】

電流センサ３４は、インバータ回路３３とモータ２４との間に流れる電流を検出する。以下、インバータ回路３３とモータ２４との間に流れる電流を「二次側電流」という。例えば電流センサ３４は、三相交流の全相（Ｕ相、Ｖ相及びＷ相）の電流を検出するように構成されていてもよいし、三相交流のいずれか２相の電流を検出するように構成されていてもよい。零相電流が生じない限り、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の電流の合計はゼロなので、２相の電流を検出する場合にも全相の電流の情報が得られる。

【0019】

以上に示した電力変換回路３０の構成はあくまで一例であり、モータ２４に駆動電力を供給し得る限りにおいていかようにも変更可能である。例えば電力変換回路３０は、電流形インバータであってもよい。電流形インバータは、電流指令に従った駆動電流をモータ２４に出力する。電源電力が直流電力である場合に、電力変換回路３０はコンバータ回路３１を有していなくてもよい。電力変換回路３０は、直流化を経ることなく電源電力と駆動電力との双方向の電力変換を行うマトリクスコンバータ回路であってもよい。

【0020】

制御回路１００は、モータ２４に駆動電力を供給するように電力変換回路３０を制御する。例えば電力変換回路３０が電圧形インバータである場合、制御回路１００は、電圧指令に対応する駆動電圧をモータ２４に印加するように電力変換回路３０を制御する。電力変換回路３０が電流形インバータである場合、制御回路１００は、電流指令に対応する駆動電流をモータ２４に供給するように電力変換回路３０を制御する。

【0021】

複数のスイッチング素子のオン・オフをキャリア周波数で切り替えて生成された二次側電力により動作する装置においては、キャリア周波数を高くするほど騒音が生じ難くなる。しかし、キャリア周波数が高くなるほど、所謂スイッチングロスに起因する複数のスイッチング素子の発熱が大きくなる。このため、上記装置における負荷増大時に二次側電流が大きくなると、定常電流に起因する発熱（以下、「定常発熱」という。）と、スイッチングロスに起因する発熱（以下、「スイッチング発熱」という。）とを合わせた総発熱が過大になり易い。

【0022】

これに対し、制御回路１００は、複数のスイッチング素子３５のオン・オフをキャリア周波数で切り替えて一次側電力を二次側電力に変換するように電力変換回路３０を制御することと、電力変換回路３０の二次側電流値が所定の電流閾値を超えた後、二次側電流値とキャリア周波数とに基づいて複数のスイッチング素子３５の発熱レベルを評価することと、発熱レベルの評価結果が所定レベルを超えた後、時間の経過に応じてキャリア周波数を漸減させることと、発熱レベルの評価結果に基づいてキャリア周波数の漸減による発熱抑制効果を評価することと、発熱レベルの評価結果が上記所定レベルまで下降する前に、発熱抑制効果の評価結果に基づいてキャリア周波数の漸減を停止させることと、を実行するように構成されている。これにより、負荷の大きさごとに、キャリア周波数を、騒音抑制と発熱抑制との両立に適切な値に調節することができる。

【0023】

以下、制御回路１００の構成をより具体的に例示する。図１に示すように、制御回路１００は、機能上の構成（以下、「機能ブロック」という。）として、ＰＷＭ制御部１１１と、駆動制御部１１２と、ベースブロック部１１３と、ディレーティング部１１４と、発熱評価部１１５と、周波数変更部１１６と、抑制評価部１１７と、漸減停止部１１８と、過負荷保護部１１９とを有する。

【0024】

ＰＷＭ制御部１１１は、電圧指令に対応した二次側電圧をモータ２４に印加するように電力変換回路３０を制御する。例えばＰＷＭ制御部１１１は、キャリア周波数の制御サイクルで複数のスイッチング素子３５のそれぞれのオン・オフを切り替え、１サイクルにおける各スイッチング素子３５のオン期間・オフ期間の比率によって電圧指令に対応した二次側電圧を出力させる。各スイッチング素子３５のオン期間・オフ期間の算出方式に特に制限はなく、公知の三角波比較方式であってもよく、空間ベクトル変調方式であってもよい。例えばＰＷＭ制御部１１１は、上記ゲート駆動信号の出力により、各スイッチング素子３５のオン・オフを切り替える。

【0025】

キャリア周波数は、ユーザ設定に応じて可変である。また、キャリア周波数は、後述の周波数変更部１１６によっても変更される。キャリア周波数が変更されると、ＰＷＭ制御部１１１は、変更後のキャリア周波数にて複数のスイッチング素子３５のオン・オフを切り替える。

【0026】

駆動制御部１１２は、上位コントローラ２００からの指令に従って昇降装置２を動作させるように電圧指令を算出し、ＰＷＭ制御部１１１に出力する。上位コントローラ２００の具体例としては、プログラマブルロジックコントローラ等が挙げられる。上位コントローラ２００からの指令の具体例としては、昇降開始指令、昇降停止指令等が挙げる。

【0027】

上位コントローラ２００から昇降開始指令を取得した場合、駆動制御部１１２は、所定の速度パターンにモータ２４の回転速度を追従させるように電圧指令を生成し、ＰＷＭ制御部１１１に出力することを、所定周期の制御サイクルで繰り返す。上位コントローラ２００から昇降停止指令を取得した場合、駆動制御部１１２は、所定の減速・停止パターンにモータ２４の回転速度を追従させるように電圧指令を生成し、ＰＷＭ制御部１１１に出力することを、上記制御サイクルで繰り返す。上位コントローラ２００は、駆動制御部１１２がモータ２４を停止させた後に、巻き上げ機２３のブレーキを作動させ、ベースブロック指令を出力する。

【0028】

ベースブロック部１１３は、上位コントローラ２００からのベースブロック指令に従って、電力変換回路３０による二次側電力の出力を停止させる。例えばベースブロック部１１３は、ＰＷＭ制御部１１１から各スイッチング素子３５へのゲート駆動信号の出力をブロックすることで、二次側電力の出力を停止させる。

【0029】

ディレーティング部１１４は、電流センサ３４により検出された二次側電流値を取得し、キャリア周波数が大きくなるにつれて大きくなる調整レートによって二次側電流値をディレーティングする。以下、ディレーティングされた二次側電流値を「ディレーティング済電流値」という。

【0030】

例えばディレーティング部１１４は、キャリア周波数とレートとの関係を表すように予め生成されたレートプロファイルと、現在のキャリア周波数とに基づいて、キャリア周波数に応じた調整レートを導出し、導出した調整レートを二次側電流値に乗算してディレーティング済電流値を算出する。ディレーティング部１１４は、上記制御サイクルにてディレーティングを繰り返す。

【0031】

レートプロファイルにおけるレートは、上記定常発熱に対する上記総発熱の比率（上記総発熱を上記定常発熱で除算した値）を近似するように定められていてもよい。以下、このレートプロファイルを「第１レートプロファイル」という。

【0032】

上述のようにキャリア周波数が高くなるにつれて、スイッチング発熱は大きくなるので、第１レートプロファイルにおけるレートはキャリア周波数が高くなるにつれて大きくなる。ディレーティング部１１４は、第１レートプロファイルにおいて現在のキャリア周波数に対応するレートを調整レートとして導出する。

【0033】

レートプロファイルにおけるレートは、上記総発熱に対する上記定常発熱の比率（上記定常発熱を上記総発熱で除算した値）を近似するように定められていてもよい。以下、このレートプロファイルを「第２レートプロファイル」という。

【0034】

上述のようにキャリア周波数が高くなるにつれて、スイッチング発熱は大きくなるので、第２レートプロファイルにおけるレートはキャリア周波数が高くなるにつれて小さくなる。ディレーティング部１１４は、第２レートプロファイルにおいて現在のキャリア周波数に対応するレートの逆数を調整レートとして導出する。

【0035】

発熱評価部１１５は、電力変換回路３０の二次側電流値が所定の電流閾値（以下、「評価開始閾値」という。）を超えた後、二次側電流値とキャリア周波数とに基づいて複数のスイッチング素子３５の発熱レベルを評価する。発熱レベルは、例えば上記総発熱の大きさを意味する。

【0036】

例えば発熱評価部１１５は、ディレーティング済電流値（二次側電流値の一例）が評価開始閾値を超えた後、ディレーティング済電流値と評価開始閾値との差分の積算値に基づいて発熱レベルを評価する。例えば発熱評価部１１５は、ディレーティング済電流値と評価開始閾値との差の時間積分値を、発熱レベルの評価結果として算出する。発熱評価部１１５は、上記制御サイクルにて、ディレーティング部１１４によるディレーティングが行われる度に発熱レベルを評価する。

【0037】

上述のように、ディレーティング済電流値は、電流センサ３４により検出された二次側電流値と、現在のキャリア周波数とに基づいて導出されている。従って、ディレーティング済電流値に基づいて上述の方法で発熱レベルを評価することは、二次側電流値と評価開始閾値とに基づいて発熱レベルを評価することの一例に相当する。なお、発熱レベルの評価手法は、ディレーティング済電流値に基づく手法に限らない。

【0038】

発熱評価部１１５は、二次側電流値と、キャリア周波数と、総発熱との関係を表すように予め生成された発熱プロファイルに基づいて、現在の二次側電流値と現在のキャリア周波数とに対応する総発熱を導出し、これを発熱レベルの評価結果としてもよい。この場合の二次側電流値は、ディレーティング前の二次側電流値であってもよいし、ディレーティング済電流値であってもよい。

【0039】

ディレーティング部１１４は、二次側電流値のディレーティングに代えて、キャリア周波数が大きくなるにつれて小さくなる閾値調整レートによって評価開始閾値をディレーティングしてもよい。以下、ディレーティングされた評価開始閾値を「ディレーティング済閾値」という。例えばディレーティング部１１４は、キャリア周波数とレートとの関係を表すように予め生成されたレートプロファイルと、現在のキャリア周波数とに基づいて、キャリア周波数に応じた閾値調整レートを導出し、導出した閾値調整レートを評価開始閾値に乗算してディレーティング済閾値を算出する。

【0040】

ディレーティング部１１４は、第１レートプロファイルにおいて現在のキャリア周波数に対応するレートの逆数を閾値調整レートとして導出してもよい。ディレーティング部１１４は、第２レートプロファイルにおいて現在のキャリア周波数に対応するレートを閾値調整レートとして導出してもよい。この場合、発熱評価部１１５は、二次側電流値と、ディレーティング部１１４によりディレーティング済閾値との差分の積算値に基づいて発熱レベルを評価してもよい。例えば発熱評価部１１５は、二次側電流値がディレーティング済閾値（評価開始閾値の一例）を超えた後、二次側電流値とディレーティング済閾値との差分の積算値に基づいて発熱レベルを評価してもよい。例えば発熱評価部１１５は、二次側電流値とディレーティング済閾値との差の時間積分値を、発熱レベルの評価結果として算出してもよい。

【0041】

周波数変更部１１６は、発熱評価部１１５による発熱レベルの評価結果が所定レベル（以下、「漸減開始レベル」という。）を超えた後、時間の経過に応じてキャリア周波数を漸減させる。例えば周波数変更部１１６は、キャリア周波数を所定の漸減ステップで小さくすることを上記制御サイクルで繰り返す。キャリア周波数の漸減過程において、周波数変更部１１６は、上記漸減ステップを変更してもよい。例えば周波数変更部１１６は、発熱レベルの上昇率が小さくなるのに応じて、上記漸減ステップを小さくしてもよい。

【0042】

周波数変更部１１６は、ベースブロック部１１３が電力変換回路３０による二次側電力の出力を停止させるのに応じてキャリア周波数を漸減開始前の周波数に戻してもよい。ここでの停止するのに応じてとは、必ずしも二次側電力の出力が停止するタイミングの直前又は直後のタイミングでの実行だけを意味するわけではなく、停止後次の運転開始までの間での実行も含む。

【0043】

抑制評価部１１７は、発熱評価部１１５による発熱レベルの評価結果に基づいて、周波数変更部１１６によるキャリア周波数の漸減による発熱抑制効果を評価する。例えば抑制評価部１１７は、抑制効果の評価結果として、発熱レベルの評価結果の上昇率を算出する。一例として、抑制評価部１１７は、発熱レベルの評価結果と、一つ前の発熱レベルの評価結果とに基づいて上記上昇率を算出する。一つ前の発熱レベルの評価結果とは、現制御サイクルの一つ前の制御サイクルにおける発熱レベルの評価結果である。より具体的に、抑制評価部１１７は、発熱レベルの評価結果と、一つ前の発熱レベルの評価結果との差を、一制御サイクルの時間で除算した値を上昇率として算出する。

【0044】

漸減停止部１１８は、発熱評価部１１５による発熱レベルの評価結果が漸減開始レベルまで下降する前に、抑制評価部１１７による発熱抑制効果の評価結果に基づいて周波数変更部によるキャリア周波数の漸減を停止させる。例えば漸減停止部１１８は、上昇率が所定の閾値（以下、「漸減停止閾値」という。）を下回るのに応じて、周波数変更部１１６によるキャリア周波数の漸減を停止させる。漸減停止閾値はゼロ又は負の値であってもよい。この場合、上昇率がゼロ以下となるまでキャリア周波数の漸減が継続されるので、発熱抑制の確実性が向上する。漸減停止閾値は正の値であってもよい。この場合、キャリア周波数の漸減がより早期に停止するので、騒音抑制の確実性が向上する。

【0045】

なお、発熱抑制効果の評価結果は、必ずしも上昇率に限らない。抑制評価部１１７は、発熱抑制効果を表し得る限りいかなる値を導出してもよい。例えば抑制評価部１１７は、発熱抑制効果の評価結果として、発熱レベルの評価結果がピーク値に達した後の低下幅を算出してもよい。この場合、漸減停止部１１８は、低下幅が所定の閾値を上回るのに応じて、周波数変更部１１６によるキャリア周波数の漸減を停止させてもよい。

【0046】

過負荷保護部１１９は、発熱レベルの評価結果が漸減開始レベルよりも高い上限レベルに達したら電力変換回路３０をトリップさせる。例えば過負荷保護部１１９は、上位コントローラ２００に昇降停止指令の出力を要求する。これに応じ、上位コントローラ２００が昇降停止指令を出力し、これに応じ駆動制御部１１２がモータ２４を停止させる。駆動制御部１１２がモータ２４を停止させた後に、上位コントローラ２００は巻き上げ機２３のブレーキを作動させ、ベースブロック指令を出力する。ベースブロック部１１３は、上位コントローラ２００からのベースブロック指令に従って、電力変換回路３０による二次側電力の出力を停止させる。

【0047】

図２は、制御回路１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。図２に示すように、制御回路１００は、一つ又は複数のプロセッサ１９１と、メモリ１９２と、ストレージ１９３と、入出力ポート１９４と、スイッチング制御回路１９５とを含む。ストレージ１９３は、例えば不揮発性の半導体メモリ等、コンピュータによって読み取り可能な記憶媒体を有する。ストレージ１９３は、複数のスイッチング素子３５のオン・オフをキャリア周波数で切り替えて一次側電力を二次側電力に変換するように電力変換回路３０を制御することと、電力変換回路３０の二次側電流値が所定の電流閾値を超えた後、二次側電流値とキャリア周波数とに基づいて複数のスイッチング素子３５の発熱レベルを評価することと、発熱レベルの評価結果が所定レベルを超えた後、時間の経過に応じてキャリア周波数を漸減させることと、発熱レベルの評価結果に基づいてキャリア周波数の漸減による発熱抑制効果を評価することと、発熱レベルの評価結果が所定レベルまで下降する前に、発熱抑制効果の評価結果に基づいてキャリア周波数の漸減を停止させることと、を制御回路１００に実行させるためのプログラムを記憶している。例えばストレージ１９３は、上述した各機能ブロックを制御回路１００に構成させるためのプログラムを記憶している。

【0048】

メモリ１９２は、ストレージ１９３の記憶媒体からロードしたプログラム及びプロセッサ１９１による演算結果を一時的に記憶する。プロセッサ１９１は、メモリ１９２と協働して上記プログラムを実行することで、制御回路１００の各機能ブロックを構成する。入出力ポート１９４は、プロセッサ１９１からの指令に基づいて、電流センサ３４との間で情報の入出力を行う。スイッチング制御回路１９５は、プロセッサ１９１からの指令に従って、インバータ回路３３内の複数のスイッチング素子３５のオン、オフを切り替えることにより、上記駆動電力をモータ２４へ出力する。

【0049】

なお、制御回路１００は、必ずしもプログラムにより各機能を構成するものに限らない。例えば制御回路１００は、専用の論理回路又はこれを集積したＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により少なくとも一部の機能を構成してもよい。

【0050】

〔制御手順〕
続いて、電力変換方法の一例として、制御回路１００が実行する制御手順を例示する。この制御手順は、複数のスイッチング素子３５のオン・オフをキャリア周波数で切り替えて一次側電力を二次側電力に変換するように電力変換回路３０を制御することと、電力変換回路３０の二次側電流値が所定の電流閾値を超えた後、二次側電流値とキャリア周波数とに基づいて複数のスイッチング素子３５の発熱レベルを評価することと、発熱レベルの評価結果が所定レベルを超えた後、時間の経過に応じてキャリア周波数を漸減させることと、発熱レベルの評価結果に基づいてキャリア周波数の漸減による発熱抑制効果を評価することと、発熱レベルの評価結果が所定レベルまで下降する前に、発熱抑制効果の評価結果に基づいてキャリア周波数の漸減を停止させることと、を含む。以下、昇降制御手順と、昇降制御中におけるキャリア周波数の調節手順とに分けて、制御手順を詳細に例示する。

【0051】

（昇降制御手順）
図３に示すように、制御回路１００は、ステップＳ０１，Ｓ０２，Ｓ０３，Ｓ０４，Ｓ０５，Ｓ０６，Ｓ０７，Ｓ０８を順に実行する。ステップＳ０１では、駆動制御部１１２が、上位コントローラ２００からの昇降開始指令を待機する。ステップＳ０２では、駆動制御部１１２が、ベースブロック部１１３によるベースブロックを解除する。ステップＳ０３では、駆動制御部１１２が、上位コントローラ２００による巻き上げ機２３のブレーキ解除を待機する。

【0052】

ステップＳ０４では、駆動制御部１１２が、所定の速度パターンにモータ２４の回転速度を追従させる制御を開始する。以後、駆動制御部１１２は、所定の速度パターンにモータ２４の回転速度を追従させるように電圧指令生成し、ＰＷＭ制御部１１１に出力することを、所定周期の制御サイクルで繰り返す。

【0053】

ステップＳ０５では、駆動制御部１１２が、上位コントローラ２００からの昇降停止指令を待機する。ステップＳ０６では、駆動制御部１１２が、所定の減速・停止パターンにてモータ２４を停止させる。例えば駆動制御部１１２は、所定の減速・停止パターンにモータ２４の回転速度を追従させるように電圧指令を生成し、ＰＷＭ制御部１１１に出力することを、上記制御サイクルで繰り返し、モータ２４を停止させる。ステップＳ０７では、ベースブロック部１１３が、上位コントローラ２００からのベースブロック指令を待機する。ステップＳ０８では、ベースブロック部１１３が、電力変換回路３０による二次側電力の出力を停止させる。以上で昇降制御手順が完了する。

【0054】

（キャリア周波数の調節手順）
図４に示すように制御回路１００は、まずステップＳ１１，Ｓ１２，Ｓ１３を実行する。ステップＳ１１では、ディレーティング部１１４が、電流センサ３４により検出された二次側電流値を取得する。ステップＳ１２では、ディレーティング部１１４が、キャリア周波数が大きくなるにつれて大きくなる調整レートによって二次側電流値をディレーティングする。ステップＳ１３では、ディレーティング済電流値が評価開始閾値を超えているか否かを発熱評価部１１５が確認する。

【0055】

ステップＳ１３においてディレーティング済電流値が評価開始閾値を超えていないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ１１に戻す。以後、ディレーティング済電流値が評価開始閾値を超えるまで、制御回路１００は二次側電流値の検出結果の取得とディレーティングとを上記制御サイクルで繰り返す。

【0056】

ステップＳ１３においてディレーティング済電流値が評価開始閾値を超えていると判定した場合、制御回路１００はディレーティング済電流値と評価開始閾値との差分の積算値に基づく発熱レベルの評価を開始する。例えば制御回路１００は、まずステップＳ１４，Ｓ１５，Ｓ１６を実行する。ステップＳ１４では、発熱評価部１１５が、発熱レベルの評価結果に初期値をセットする。初期値は例えばゼロである。

【0057】

ステップＳ１５では、発熱評価部１１５が、ディレーティング済電流値と評価開始閾値との差分に制御サイクルの１周期を乗算し、乗算結果を発熱レベルの評価結果に加算する。以下、加算する乗算結果を、「１サイクル分の評価結果」という。ステップＳ１６では、発熱レベルの評価結果が上記漸減開始レベルを超えたか否かを周波数変更部１１６が確認する。

【0058】

ステップＳ１６において発熱レベルの評価結果が漸減開始レベルを超えていないと判定した場合、制御回路１００はステップＳ１７，Ｓ１８を実行する。ステップＳ１７では、ディレーティング部１１４が、電流センサ３４により検出された二次側電流値を取得する。ステップＳ１８では、ディレーティング部１１４が、ステップＳ１２と同様に二次側電流値をディレーティングする。その後、制御回路１００は処理をステップＳ１５に戻す。以後、発熱レベルの評価結果が漸減開始レベルを超えるまで、１サイクル分の評価結果を算出し、発熱レベルの評価結果に加算することを制御サイクルで繰り返す。

【0059】

ステップＳ１６において発熱レベルの評価結果が漸減開始レベルを超えたと判定した場合、図５に示すように、制御回路１００はステップＳ２１，Ｓ２２，Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５を実行する。ステップＳ２１では、周波数変更部１１６が、キャリア周波数から上記漸減ステップを減算し、減算結果を新たなキャリア周波数としてＰＷＭ制御部１１１に出力する。ステップＳ２２では、ディレーティング部１１４が、電流センサ３４により検出された二次側電流値を取得する。

【0060】

ステップＳ２３では、ディレーティング部１１４が、ステップＳ１２と同様に二次側電流値をディレーティングする。ステップＳ２４では、発熱評価部１１５が、ステップＳ１５と同様に、１サイクル分の評価結果を算出し、発熱レベルの評価結果に加算する。ステップＳ２５では、発熱レベルの評価結果が上記上限レベル以下であるか否かを過負荷保護部１１９が確認する。

【0061】

ステップＳ２５において発熱レベルの評価結果が上限レベル以下であると判定した場合、制御回路１００はステップＳ２６，Ｓ２７を実行する。ステップＳ２６では、抑制評価部１１７が、発熱評価部１１５による発熱レベルの評価結果に基づいて、周波数変更部１１６によるキャリア周波数の漸減による発熱抑制効果を評価する。例えば抑制評価部１１７は、抑制効果の評価結果として、発熱レベルの評価結果の上昇率を算出する。ステップＳ２７では、上昇率が漸減停止閾値を下回ったか否かを漸減停止部１１８が確認する。

【0062】

ステップＳ２７において上昇率が漸減停止閾値を下回っていないと判定した場合、制御回路１００は処理をステップＳ２１に戻す。以後、制御回路１００は、発熱レベルが上限レベルを超えるか、又は上昇率が漸減停止閾値を下回るまで、キャリア周波数の漸減と、発熱レベルの評価と、発熱抑制効果の評価とを制御サイクルで繰り返す。

【0063】

ステップＳ２７において上昇率が漸減停止閾値を下回ったと判定した場合、制御回路１００はステップＳ２８，Ｓ２９を実行する。ステップＳ２８では、漸減停止部１１８が、周波数変更部１１６によるキャリア周波数の漸減を停止させる。ステップＳ２９では、ベースブロック部１１３が電力変換回路３０による二次側電力の出力を停止させるのを周波数変更部１１６が待機する。

【0064】

ステップＳ２５において発熱レベルの評価結果が上限レベルを超えていると判定した場合、制御回路１００はステップＳ３１，Ｓ３２，Ｓ３３を実行する。ステップＳ３１では、過負荷保護部１１９が、上位コントローラ２００に昇降停止指令の出力を要求する。ステップＳ３２では、ベースブロック部１１３が、上位コントローラ２００からのベースブロック指令を待機する。ステップＳ３３では、ベースブロック部１１３が、電力変換回路３０による二次側電力の出力を停止させる。

【0065】

ステップＳ２８，Ｓ３３の後、制御回路１００はステップＳ３４を実行する。ステップＳ３４では、周波数変更部１１６が、キャリア周波数を漸減開始前の周波数に戻し、それを新たなキャリア周波数としてＰＷＭ制御部１１１に出力する。以上でキャリア周波数の調節手順が完了する。

【0066】

〔波形の例示〕
図６を参照し、上述のキャリア周波数の調節手順におけるディレーティング後電流値の推移と、発熱レベル評価結果の推移と、キャリア周波数の推移とを例示する。図６の（ａ）はディレーティング後電流値の推移を示す。図６の（ａ）の横軸は経過時間を示し、縦軸は二次側電流値の大きさを示す。図６の（ｂ）は発熱レベルの評価結果の推移を示す。図６の（ｂ）の横軸は経過時間を示し、縦軸は発熱レベルの評価結果の大きさを示す。図６の（ｃ）はキャリア周波数の推移を示す。図６の（ｃ）の横軸は経過時間を示し、縦軸はキャリア周波数の大きさを示す。

【0067】

図６の例において、ディレーティング後電流値は、昇降開始後の加速に伴って加速レートで定まるレベルまで上昇している。ディレーティング後電流値は、時刻Ｔ１において、評価開始閾値Ａ１を超えている。これに伴い、発熱レベルの評価結果の上昇が開始する。発熱レベルの評価結果は、時刻Ｔ２において、漸減開始レベルＢ１を超えている。これに伴い、キャリア周波数の漸減が開始する。キャリア周波数の漸減が開始されるのに伴い、ディレーティング後電流値は徐々に減少し、評価開始閾値Ａ１を下回る。これにより、時刻Ｔ３においては、発熱レベルの評価結果の上昇率が負の値に転じ（減少し始め）、キャリア周波数の漸減が停止する。

【0068】

時刻Ｔ４では、モータ２４の加速制御がモータ２４の定速制御に移行するのに応じてディレーティング後電流値が更に低下する。時刻Ｔ５において、電力変換回路３０による二次側電力の出力が完了すると、キャリア周波数が漸減開始前の値に戻される。

【0069】

このように、上述のキャリア周波数の調節手順では、キャリア周波数の漸減により発熱レベルが抑制されるが、発熱レベルの上昇が所望のレベルまで抑えられたタイミングでキャリア周波数の漸減が停止する。このため、発熱レベルの上昇を所望のレベルに抑え得る範囲で、キャリア周波数の低下が最小限度に抑えられる。

【0070】

〔本実施形態の効果〕
以上に説明したように、電力変換装置３は、複数のスイッチング素子３５のオン・オフをキャリア周波数で切り替えて一次側電力を二次側電力に変換する電力変換回路３０と、電力変換回路３０の二次側電流値が所定の電流閾値を超えた後、二次側電流値とキャリア周波数とに基づいて複数のスイッチング素子３５の発熱レベルを評価する発熱評価部１１５と、発熱レベルの評価結果が所定レベルを超えた後、時間の経過に応じてキャリア周波数を漸減させる周波数変更部１１６と、発熱レベルの評価結果に基づいてキャリア周波数の漸減による発熱抑制効果を評価する抑制評価部１１７と、発熱レベルの評価結果が所定レベルまで下降する前に、発熱抑制効果の評価結果に基づいて周波数変更部１１６によるキャリア周波数の漸減を停止させる漸減停止部１１８と、を備える。

【0071】

複数のスイッチング素子のオン・オフをキャリア周波数で切り替えて生成された二次側電力により動作する装置においては、キャリア周波数を高くするほど騒音が生じ難くなる。しかし、キャリア周波数が高くなるほど、所謂スイッチングロスに起因する複数のスイッチング素子の発熱が大きくなる。このため、上記装置における負荷が大きくなり、二次側電流が大きくなると、二次側電流に起因する発熱と、スイッチングロスに起因する発熱とを合わせた総発熱が過大になり易い。

【0072】

これに対し、本電力変換装置３は、発熱レベルが所定レベルを超えた後にキャリア周波数を漸減させ、発熱抑制効果の評価結果に基づいてキャリア周波数の漸減を停止させる。これにより、負荷の大きさごとに、キャリア周波数を、騒音抑制と発熱抑制との両立に適切な値に調節することができる。従って、騒音抑制と発熱抑制との両立に有効である。

【0073】

抑制評価部１１７は、発熱抑制効果の評価結果として発熱レベルの評価結果の上昇率を算出し、漸減停止部１１８は、上昇率が所定の停止閾値を下回るのに応じて、周波数変更部１１６によるキャリア周波数の漸減を停止させてもよい。この場合、発熱レベルの評価結果の上昇率に基づくことで、発熱抑制効果をより適切に評価し、より適切なタイミングでキャリア周波数の漸減を停止させることができる。従って、発熱抑制と騒音抑制との両立に更に有効である。

【0074】

停止閾値はゼロ又は負の値であってもよい。この場合、発熱をより確実に抑制することができる。

【0075】

抑制評価部１１７は、発熱抑制効果の評価結果として、発熱レベルの評価結果がピーク値に達した後の低下幅を算出し、漸減停止部１１８は、低下幅が所定の停止閾値を上回るのに応じて、周波数変更部１１６によるキャリア周波数の漸減を停止させてもよい。この場合、発熱をより確実に抑制することができる。

【0076】

電力変換装置３は、電力変換回路３０による二次側電力の出力を停止させるベースブロック部１１３を更に備え、周波数変更部１１６は、ベースブロック部１１３が電力変換回路３０による二次側電力の出力を停止させるのに応じて、キャリア周波数を漸減開始前の周波数に戻してもよい。この場合、発熱抑制と騒音抑制との両立をより確実に図ることができる。

【0077】

電力変換装置３は、発熱レベルの評価結果が所定レベルよりも高い上限レベルに達したら電力変換回路３０をトリップさせる過負荷保護部１１９を更に備えていてもよい。この場合、発熱レベルの評価結果を、キャリア周波数の漸減による発熱抑制と、電力変換回路３０のトリップによる過負荷保護とに共有することで、電力変換装置３内における演算負荷を軽減することができる。

【0078】

電力変換装置３は、キャリア周波数が大きくなるにつれて大きくなるレートによって二次側電流値をディレーティングするディレーティング部１１４を更に備え、発熱評価部１１５は、ディレーティング部１１４によりディレーティングされた二次側電流値と、電流閾値との差分の積算値に基づいて発熱レベルを評価してもよい。この場合、ディレーティングされた二次側電流値に基づくことで、発熱レベルを容易に評価することができる。

【0079】

電力変換装置３は、キャリア周波数が大きくなるにつれて小さくなるレートによって電流閾値をディレーティングするディレーティング部１１４を更に備え、発熱評価部１１５は、二次側電流値と、ディレーティング部１１４によりディレーティングされた電流閾値との差分の積算値に基づいて発熱レベルを評価してもよい。この場合、ディレーティングされた二次側電流値に基づく発熱レベルの評価の信頼性を向上させることができる。

【0080】

以上、実施形態について説明したが、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【符号の説明】

【0081】

２…昇降装置、３…電力変換装置、２４…モータ（電動機）、３０…電力変換回路、３５…スイッチング素子、１１３…ベースブロック部、１１４…ディレーティング部、１１５…発熱評価部、１１６…周波数変更部、１１７…抑制評価部、１１８…漸減停止部、１１９…過負荷保護部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】