特許 7485472 エレベータシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】エレベータシステム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20240509BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240509BHJP

   B66B 5/02 20060101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 H

H02M7/48 K

H02M7/48 M

B66B5/02 U

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023008884

(22)【出願日】2023-01-24

【審査請求日】2023-01-24

(73)【特許権者】

【識別番号】390025265

【氏名又は名称】東芝エレベータ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】向 雲

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２００７／１２２７０１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００３－１６９４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２７５８７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２５０５６１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２２－１４０８９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０６０３９６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／１２

Ｈ０２Ｍ ７／４８

Ｂ６６Ｂ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、３相交流電力に対応した第１乃至第３アームを有し、前記第１乃至第３アームの各々は、直列接続された第１及び第２スイッチング素子で構成される、コンバータと、
前記交流電源と前記コンバータとを接続し、前記第１乃至第３アームに対応して設けられた第１乃至第３電源線と、
前記第１乃至第３電源線と前記第１乃至第３アームとの接続を切り替える第３乃至第５スイッチング素子と、
前記第１乃至第３電源線に流れる３相交流電流を合計したアンバランス電流を測定する零相電流計と、
前記零相電流計の測定値に基づいて、前記コンバータの相間短絡を検出する短絡検出回路と、
前記相間短絡が検出された場合に、前記第３乃至第５スイッチング素子をオフする遮断回路と、
を具備するエレベータシステム。

【請求項2】

交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、３相交流電力に対応した第１乃至第３アームを有し、前記第１乃至第３アームの各々は、直列接続された第１及び第２スイッチング素子で構成される、コンバータと、
前記交流電源と前記コンバータとを接続し、前記第１乃至第３アームに対応して設けられた第１乃至第３電源線と、
前記第１乃至第３電源線と前記第１乃至第３アームとの接続を切り替える第３乃至第５スイッチング素子と、
前記第１乃至第３電源線にそれぞれ流れる交流電流を測定する第１乃至第３電流測定器と、
前記第１乃至第３電流測定器の測定値に基づいて、前記第１乃至第３電源線に流れる３相交流電流を合計したアンバランス電流を検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路の検出結果に基づいて、前記コンバータの相間短絡を検出する短絡検出回路と、
前記相間短絡が検出された場合に、前記第３乃至第５スイッチング素子をオフする遮断回路と、
を具備するエレベータシステム。

【請求項3】

前記短絡検出回路は、前記アンバランス電流が閾値より大きい場合に、前記相間短絡が発生したと判定する
請求項１又は２に記載のエレベータシステム。

【請求項4】

交流電源から供給される第１交流電力を直流電力に変換し、３相交流電力に対応した第１乃至第３アームを有し、前記第１乃至第３アームの各々は、直列接続された第１及び第２スイッチング素子で構成される、コンバータと、
前記直流電力を第２交流電力に変換し、前記第２交流電力をモータに供給するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとの間に接続された平滑コンデンサと、
前記交流電源と前記コンバータとを接続し、前記第１乃至第３アームに対応して設けられた第１乃至第３電源線と、
前記第１乃至第３電源線と前記第１乃至第３アームとの接続を切り替える第３乃至第５スイッチング素子と、
前記平滑コンデンサの放電電流を測定する電流測定器と、
前記電流測定器の測定値に基づいて、前記コンバータの相間短絡を検出する短絡検出回路と、
前記相間短絡が検出された場合に、前記第３乃至第５スイッチング素子をオフする遮断回路と、
を具備するエレベータシステム。

【請求項5】

前記短絡検出回路は、前記放電電流が閾値より大きい場合に、前記相間短絡が発生したと判定する
請求項４に記載のエレベータシステム。

【請求項6】

前記第１及び第２スイッチング素子のエミッタ－コレクタ間電圧を測定する電圧測定器と、
前記電圧測定器の測定値に基づいて、前記第１乃至第３アームに短絡が発生したか否かを判定する判定回路と、
前記第１乃至第３アームに短絡が発生した場合に、前記第１及び第２スイッチング素子をオフする駆動回路と、
さらに具備する
請求項１、２、４のいずれか１項に記載のエレベータシステム。

【請求項7】

前記駆動回路は、前記相間短絡が発生した場合に、前記第１及び第２スイッチング素子をオフする
請求項６に記載のエレベータシステム。

【請求項8】

前記コンバータは、前記第１及び第２スイッチング素子にそれぞれ逆並列接続された第１及び第２ダイオードを含む
請求項１、２、４のいずれか１項に記載のエレベータシステム。

【請求項9】

電力回生時にモータから供給される交流電力を直流電力に変換し、３相交流電力に対応した第１乃至第３アームを有し、前記第１乃至第３アームの各々は、直列接続された第１及び第２スイッチング素子で構成される、インバータと、
前記モータと前記インバータとを接続し、前記第１乃至第３アームに対応して設けられた第１乃至第３電源線と、
前記第１乃至第３電源線と前記第１乃至第３アームとの接続を切り替える第３乃至第５スイッチング素子と、
前記第１乃至第３電源線に流れる３相交流電流を合計したアンバランス電流を測定する零相電流計と、
前記零相電流計の測定値に基づいて、前記インバータの相間短絡を検出する短絡検出回路と、
前記相間短絡が検出された場合に、前記第３乃至第５スイッチング素子をオフする遮断回路と、
を具備するエレベータシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、エレベータシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

エレベータは、コンバータ及びインバータを含む電力変換装置を備える。コンバータは、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する。インバータは、コンバータから供給される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力をモータに供給する。

【0003】

コンバータは、ＩＧＢＴなどで構成される複数のスイッチング素子を備える。スイッチング素子に短絡等の故障が発生すると、故障したスイッチング素子を経由した短絡電流が発生する可能性がある。この短絡電流が発生すると、コンバータを構成する素子、及びコンバータに接続される複数の回路が破壊される可能性がある。よって、スイッチング素子に短絡等の故障が発生した場合、直ちにエレベータを保護する必要がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特許第５９７６８７３号公報

【文献】特許第３５７７８２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、短絡による故障から回路を保護することが可能なエレベータシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態に係るエレベータシステムは、交流電源から供給される第１交流電力を直流電力に変換し、３相交流電力に対応した第１乃至第３アームを有し、前記第１乃至第３アームの各々は、直列接続された第１及び第２スイッチング素子で構成される、コンバータと、前記交流電源と前記コンバータとを接続し、前記第１乃至第３アームに対応して設けられた第１乃至第３電源線と、前記第１乃至第３電源線と前記第１乃至第３アームとの接続を切り替える第３乃至第５スイッチング素子と、前記第１乃至第３電源線に流れる３相交流電流を合計したアンバランス電流を測定する零相電流計と、前記零相電流計の測定値に基づいて、前記コンバータの相間短絡を検出する短絡検出回路と、前記相間短絡が検出された場合に、前記第３乃至第５スイッチング素子をオフする遮断回路とを具備する。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１実施形態に係るエレベータシステムの全体構成を説明するブロック図である。

【図2】図２は、エレベータシステムの主要部を説明するブロック図である。

【図3】図３は、エレベータシステムの保護動作を説明するフローチャートである。

【図4】図４は、コンバータにおける相間短絡の一例を説明する模式図である。

【図5】図５は、第２実施形態に係るエレベータシステムの主要部を説明するブロック図である。

【図6】図６は、第３実施形態に係るエレベータシステムの主要部を説明するブロック図である。

【図7】図７は、エレベータシステムの保護動作を説明するフローチャートである。

【図8】図８は、第４実施形態に係るエレベータシステムの主要部を説明するブロック図である。

【図9】図９は、エレベータシステムの保護動作を説明するフローチャートである。

【図10】図１０は、インバータにおける相間短絡の一例を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。各機能ブロックは、ハードウェア及びソフトウェアのいずれかまたは両者を組み合わせたものとして実現することができる。各機能ブロックが以下の例のように区別されていることは必須ではない。例えば、一部の機能が例示の機能ブロックとは別の機能ブロックによって実行されてもよい。さらに、例示の機能ブロックがさらに細かい機能サブブロックに分割されていてもよい。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0009】

［１］ 第１実施形態
［１－１］ エレベータシステム１の構成
図１は、第１実施形態に係るエレベータシステム１の全体構成を説明するブロック図である。エレベータシステム１は、モータ３、トラクションシーブ４、乗りかご５、ロープ６、釣り合い錘７、電力変換装置１０、及び制御装置１４を備える。釣り合い錘７は、カウンタウエイトとも呼ばれる。

【0010】

電力変換装置１０は、交流電源２から３相交流電力を受ける。電力変換装置１０は、コンバータ１１、平滑コンデンサ１２、及びインバータ１３を備える。コンバータ１１は、交流電源２から供給される３相交流電力を、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により直流電力に変換する。

【0011】

平滑コンデンサ１２は、コンバータ１１から出力された直流電圧を平滑する。

【0012】

インバータ１３は、コンバータ１１から平滑コンデンサ１２を介して供給された直流電力を、ＰＷＭ制御により任意の周波数及び任意の電圧値の３相交流電力に変換する。インバータ１３により生成された３相交流電力は、モータ３に供給される。

【0013】

モータ３は、３相交流電力を用いて回転駆動する。モータ３の回転軸には、トラクションシーブ４が取り付けられる。

【0014】

乗りかご５、及び釣り合い錘７は、昇降路内に設けられる。乗りかご５は、かご用ガイドレール（図示せず）にガイドされ、釣り合い錘７は、ウエイト用ガイドレール（図示せず）にガイドされ、それぞれが昇降可能となっている。乗りかご５と釣り合い錘７とは、ロープ６によって連結される。ロープ６は、トラクションシーブ４に架設される。

【0015】

モータ３が回転駆動することで、トラクションシーブ４が回転する。これにより、トラクションシーブ４に巻回されたロープ６が移動し、乗りかご５及び釣り合い錘７がつるべ式に昇降する。乗りかご５は、昇降路内を昇降し、複数の乗り場の間を移動する。

【0016】

エレベータシステム１の全体の制御は、制御装置１４によって実行される。制御装置１４は、制御盤とも呼ばれる。制御装置１４は、昇降路の壁面、又は昇降路の最上部に設けられた機械室に設置される。

【0017】

制御装置１４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ、所定の制御プログラム等を格納するＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵの演算結果を一時的に格納するＲＡＭ（Random Access Memory）、及びセンサなどの外部装置の信号を処理する入出力インターフェースなどを備える。

【0018】

制御装置１４は、種々のセンサ、種々の検出器、及びエレベータシステム１の各部と配線を介して電気的に接続され、エレベータシステム１の動作を統括的に制御する。制御装置１４は、モータ３の駆動制御、及び乗りかご５の運行制御などを行う。

【0019】

図２は、エレベータシステム１の主要部を説明するブロック図である。

【0020】

コンバータ１１は、正極線ＰＬ及び負極線ＮＬを介して平滑コンデンサ１２に接続される。

【0021】

コンバータ１１は、６個のスイッチング素子２０－１～２０－６、及び６個のダイオード２１を備える。本明細書において、枝番付の参照符号に共通する説明は、枝番を省略して表記し、この枝番が省略された参照符号に関する説明は、枝番付の参照符号の全てに共通する。

【0022】

スイッチング素子２０は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）で構成される。スイッチング素子２０は、オン／オフを切り替えることが可能である素子であれば、特定のものに限定されない。スイッチング素子２０は、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、又はＧＴＯ（Gate Turn Off thyristor）などを用いてもよい。

【0023】

スイッチング素子２０－１、２０－２は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間に直列接続される。具体的には、スイッチング素子２０－１のコレクタは正極線ＰＬに接続され、スイッチング素子２０－１のエミッタはスイッチング素子２０－２のコレクタに接続され、スイッチング素子２０－２のエミッタは負極線ＮＬに接続される。同様に、スイッチング素子２０－３、２０－４は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間に直列接続され、スイッチング素子２０－５、２０－６は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間に直列接続される。スイッチング素子２０－１～２０－６のゲートは、後述するゲート駆動回路３０に接続される。

【0024】

直列接続された２個のスイッチング素子２０－１、２０－２は、アームと呼ばれる。スイッチング素子２０－３～２０－６についても同様である。すなわち、コンバータ１１は、３個のアームを備える。３個のアームはそれぞれ、３相交流電圧に対応して設けられる。

【0025】

６個のダイオード２１はそれぞれ、スイッチング素子２０－１～２０－６に逆並列接続される。ダイオード２１は、還流ダイオードであり、スイッチング素子２０に逆流電流が供給された場合に、スイッチング素子２０を保護する機能を有する。

【0026】

エレベータシステム１は、６個の電圧測定器２２、３個のスイッチング素子２３－１～２３－３、３相接触器２４、及び零相電流計２５を備える。

【0027】

６個の電圧測定器２２はそれぞれ、スイッチング素子２０－１～２０－６のコレクタ－ エミッタ間電圧Ｖｃｅを測定する。各電圧測定器２２は、対応するスイッチング素子２０のコレクタ－エミッタ間に接続される。６個の電圧測定器２２により測定されたコレクタ－ エミッタ間電圧Ｖｃｅは、制御装置１４に送られる。

【0028】

スイッチング素子２３は、例えばバイポーラトランジスタ（ＰＮＰバイポーラトランジスタ）で構成される。スイッチング素子２３は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、無接点リレー（ＳＳＲ：Solid State Relay）、又は接触器などを用いてもよい。スイッチング素子２３は、高速なオン／オフ動作が可能な半導体素子であることが望ましい。

【0029】

スイッチング素子２３－１のエミッタは、Ｒ相電圧用の電源線ＲＬに接続され、スイッチング素子２３－１のコレクタは、スイッチング素子２０－１とスイッチング素子２０－２との接続ノードに接続される。スイッチング素子２３－２のエミッタは、Ｓ相電圧用の電源線ＳＬに接続され、スイッチング素子２３－２のコレクタは、スイッチング素子２０－３とスイッチング素子２０－４との接続ノードに接続される。スイッチング素子２３－３のエミッタは、Ｔ相電圧用の電源線ＴＬに接続され、スイッチング素子２３－３のコレクタは、スイッチング素子２０－５とスイッチング素子２０－６との接続ノードに接続される。スイッチング素子２３－１～２３－３は、アームに短絡が発生した場合に、交流電源２とコンバータ１１とを高速に遮断する機能を有する。

【0030】

交流電源２は、Ｒ相電圧、Ｓ相電圧、及びＴ相電圧を含む。３相接触器２４は、ａ接点の接触器であり、３相分の接点を有する。３相接触器２４のコンバータ１１側の３個の端子は、電源線ＲＬ、ＳＬ、ＴＬに接続される。３相接触器２４は、交流電源２とコンバータ１１との３相経路を導通又は遮断する。３相接触器２４の動作は、制御装置１４によって制御される。

【0031】

零相電流計２５は、３相接触器２４とコンバータ１１との間に設けられ、電源線ＲＬ、ＳＬ、ＴＬの経路に設けられる。零相電流計２５は、電源線ＲＬ、ＳＬ、ＴＬに流れる３相交流電流の合計値を測定する。零相電流計２５は、例えば零相変流器を用いて構成される。零相電流計２５は、３相交流電流の零相電流を測定するとともに、３相交流電流が不平衡である場合に電源線ＲＬ、ＳＬ、ＴＬに流れる３相交流電流を合計したアンバランス電流を測定する。３相交流電流が平衡である場合、零相電流計２５により電流は検出されない。

【0032】

制御装置１４は、ゲート駆動回路３０、コンバータ制御部３１、ゲート駆動回路３２、インバータ制御部３３、アーム短絡判定回路３４、遮断回路３５、相間短絡検出回路３６、短絡原因判定部３７、及び記憶部３８を備える。

【0033】

ゲート駆動回路３０は、コンバータ１１のスイッチング素子２０－１～２０－６のゲートに接続される。ゲート駆動回路３０は、スイッチング素子２０－１～２０－６を駆動し、スイッチング素子２０－１～２０－６のオン／オフを制御する。

【0034】

コンバータ制御部３１は、ＰＷＭ制御を実行し、ゲート駆動回路３０の動作を制御する。そして、コンバータ制御部３１は、コンバータ１１が所望の直流電力を生成するように制御する。

【0035】

ゲート駆動回路３２は、インバータ１３の複数のスイッチング素子のゲートに接続される。ゲート駆動回路３２は、スイッチング素子を駆動し、スイッチング素子のオン／オフを制御する。

【0036】

インバータ制御部３３は、ＰＷＭ制御を実行し、ゲート駆動回路３２の動作を制御する。そして、インバータ制御部３３は、インバータ１３が所望の３相交流電力を生成するように制御する。

【0037】

アーム短絡判定回路３４は、コンバータ１１に含まれるスイッチング素子２０－１～２０－６に接続された６個の電圧測定器２２の測定値を受ける。アーム短絡判定回路３４は、電圧測定器２２の測定値に基づいて、スイッチング素子２０－１～２０－６に短絡が発生したか否かを判定するとともに、コンバータ１１のアーム短絡が発生したか否かを判定する。アーム短絡（上下アーム短絡ともいう）とは、アームを構成する直列接続された２個のスイッチング素子の少なくとも１つに故障（短絡）が発生して、アームに短絡電流が流れることをいう。

【0038】

遮断回路３５は、スイッチング素子２３－１～２３－３のゲートに接続される。遮断回路３５は、スイッチング素子２３－１～２３－３のオン／オフを制御する。

【0039】

相間短絡検出回路３６は、零相電流計２５から測定値を受ける。相間短絡検出回路３６は、零相電流計２５の測定値に基づいて、相間短絡を検出する。相間短絡とは、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の３相交流電力が供給される配線の少なくとも２相用の配線が短絡することをいう。

【0040】

短絡原因判定部３７は、アーム短絡判定回路３４の判定結果、及び相間短絡検出回路３６の検出結果を受ける。短絡原因判定部３７は、アーム短絡判定回路３４の判定結果、及び相間短絡検出回路３６の検出結果に基づいて、短絡原因を判定する。

【0041】

記憶部３８は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、及びＳＳＤ（Solid State Drive）等の不揮発性記憶装置と、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びレジスタ等の揮発性記憶装置とを含む。記憶部３８は、短絡原因判定部３７から送られる短絡原因に関する情報を格納する。また、記憶部３８は、制御装置１４が実行するプログラム、及び制御装置１４の制御に必要な各種データなども格納する。

【0042】

［１－２］ 動作
上記のように構成されたエレベータシステム１の動作について説明する。

【0043】

まず、エレベータシステム１の基本的な動作について説明する。制御装置１４は、３相接触器２４を導通させる。遮断回路３５は、スイッチング素子２３－１～２３－３をオンする。これにより、交流電源２からコンバータ１１に３相交流電力が供給される。制御装置１４は、コンバータ１１及びインバータ１３をＰＷＭ制御し、モータ３を回転させる。これにより、乗りかご５が昇降する。

【0044】

次に、エレベータシステム１の保護動作について説明する。図３は、エレベータシステム１の保護動作を説明するフローチャートである。

【0045】

遮断回路３５は、相間短絡保護用のスイッチング素子２３－１～２３－３をオンする（ステップＳ１００）。その後、制御装置１４は、モータ３を駆動するとともに、乗りかご５の運行制御を行う。

【0046】

アーム短絡判定回路３４は、６個の電圧測定器２２の測定値を監視している。アーム短絡判定回路３４は、電圧測定器２２の測定値に基づいて、スイッチング素子２０－１～２０－６に短絡が発生したか否かを監視し、また、コンバータ１１にアーム短絡が発生したか否かを監視している（ステップＳ１０１）。

【0047】

相間短絡検出回路３６は、零相電流計２５の測定値を監視している。相間短絡検出回路３６は、零相電流計２５の測定値に基づいて、電源線ＲＬ、ＳＬ、ＴＬにアンバランス電流が発生したか否かを監視している（ステップＳ１０２）。相間短絡検出回路３６は、零相電流計２５の測定値がおおよそゼロである場合、アンバランス電流が発生していないと判定する。相間短絡検出回路３６は、零相電流計２５の測定値が閾値よりより大きい場合、アンバランス電流が発生したと判定する。相間短絡検出回路３６の閾値は、ゼロに近い値に設定され、零相電流計２５の誤差などを考慮して設定される。

【0048】

アーム短絡が発生した場合（ステップＳ１０２＝Ｙｅｓ）、相間短絡検出回路３６は、相間短絡保護用のスイッチング素子２３－１～２３－３をオフする（ステップＳ１０３）。続いて、ゲート駆動回路３０は、コンバータ１１を構成するスイッチング素子２０－１～２０－６をオフする（ステップＳ１０４）。これにより、アーム短絡による素子の２次破壊を防ぐことができる。

【0049】

アンバランス電流が発生した場合（ステップＳ１０２＝Ｙｅｓ）、相間短絡検出回路３６は、コンバータ１１に相間短絡が発生したと判定する。相間短絡検出回路３６は、相間短絡保護用のスイッチング素子２３－１～２３－３をオフする（ステップＳ１０３）。これにより、相間短絡による素子の２次破壊を防ぐことができる。

【0050】

図４は、コンバータ１１における相間短絡の一例を説明する模式図である。例えばスイッチング素子２０－５が故障し、スイッチング素子２０－５に短絡が発生したものとする。

【0051】

スイッチング素子２０－５が短絡すると、スイッチング素子２０－５に大きなコレクタ電流が短絡電流として流れる。このとき、コレクタ電流の上昇に伴い、正常時に比べてコレクタ－エミッタ間電圧Ｖｃｅが大きくなる。アーム短絡判定回路３４は、スイッチング素子２０－５のコレクタ－エミッタ間電圧Ｖｃｅに基づいて、スイッチング素子２０－５に短絡が発生したと判定するとともに、スイッチング素子２０－５、２０－６からなるアームに短絡が発生したと判定する。アーム短絡判定回路３４は、スイッチング素子２０－１～２０－６をオフするように動作する。これにより、アーム短絡からエレベータシステム１を保護することができる。

【0052】

スイッチング素子２０－１～２０－６をオフした場合でも、図４の破線で示す経路（Ｓ相からＴ相を経由する経路）で、短絡電流Ｉｓが流れる。すなわち、アーム短絡のみを保護しても、相間短絡を保護できない場合がある。短絡電流Ｉｓが流れると、零相電流計２５は、アンバランス電流を検出する。相間短絡検出回路３６は、零相電流計２５の測定値に基づいて、スイッチング素子２３－１～２３－３をオフする。これにより、相間短絡からエレベータシステム１を保護することができる。

【0053】

続いて、短絡原因判定部３７は、アーム短絡判定回路３４の判定結果、及び相間短絡検出回路３６の検出結果に基づいて、短絡原因を判定する（ステップＳ１０５）。短絡原因判定部３７により判定される短絡原因は、どのスイッチング素子が故障したか、アーム短絡が発生したか否か、どのアームが短絡したか、及び相間短絡が発生したか否かの情報を含む。

【0054】

続いて、短絡原因判定部３７は、短絡原因に関する情報を記憶部３８に格納する（ステップＳ１０６）。

【0055】

［１－３］ 第１実施形態の効果
第１実施形態によれば、アーム短絡保護では検出できない相間短絡を検出することができる。そして、相間短絡からエレベータシステム１を保護することができる。ひいては、コンバータ１１の故障を検出できるとともに、コンバータ１１の故障からエレベータシステム１を保護することができる。また、短絡による故障から回路を保護することが可能なエレベータシステム１を実現できる。

【0056】

また、相間短絡が発生した場合に、高速に交流電源２とコンバータ１１とを遮断することができる。また、３相接触器２４の遮断よりも速く交流電源２とコンバータ１１とを遮断することができる。これにより、短絡電流がコンバータ１１及び他の回路に流れるのを防ぐことができるため、２次破壊を防ぐことができる。

【0057】

また、短絡原因を記憶部３８に記憶しておくことができる。これにより、記憶部３８に格納された情報に基づいて、短絡の検証を行うことができる。

【0058】

［２］ 第２実施形態
第２実施形態は、３相交流電流のアンバランス電流を検出する他の実施例である。

【0059】

図５は、第２実施形態に係るエレベータシステム１の主要部を説明するブロック図である。エレベータシステム１は、３個の電流測定器２６－１～２６－３、及びアンバランス電流検出回路３９を備える。

【0060】

電流測定器２６－１は、３相接触器２４とコンバータ１１との間に設けられ、電源線ＲＬの経路に設けられる。電流測定器２６－２は、３相接触器２４とコンバータ１１との間に設けられ、電源線ＳＬの経路に設けられる。電流測定器２６－３は、３相接触器２４とコンバータ１１との間に設けられ、電源線ＴＬの経路に設けられる。電流測定器２６－１～２６－３はそれぞれ、電源線ＲＬ、ＳＬ、ＴＬに流れる交流電流の瞬時値を測定する。

【0061】

アンバランス電流検出回路３９は、電流測定器２６－１～２６－３から測定値を受ける。アンバランス電流検出回路３９は、電源線ＲＬ、ＳＬ、ＴＬに流れる３相交流電流を合計したアンバランス電流を測定し、電源線ＲＬ、ＳＬ、ＴＬにアンバランス電流が流れたか否かを検出する。

【0062】

相間短絡検出回路３６は、アンバランス電流検出回路３９によりアンバランス電流が検出された場合、相間短絡が発生したと判定し、相間短絡保護用のスイッチング素子２３－１～２３－３をオフする。また、相間短絡検出回路３６は、アンバランス電流検出回路３９によりアンバランス電流が検出されない場合、相間短絡が発生していないと判定する。

【0063】

その他の構成及び動作は、第１実施形態と同じである。

【0064】

第２実施形態によれば、３相交流電流のアンバランス電流をより精度よく検出することができる。これにより、相間短絡をより正確に検出することができる。

【0065】

［３］ 第３実施形態
第３実施形態は、平滑コンデンサ１２からの放電電流を測定し、この測定結果に応じてコンバータ１１に相間短絡が発生したか否かを判定するようにしている。

【0066】

図６は、第３実施形態に係るエレベータシステム１の主要部を説明するブロック図である。エレベータシステム１は、電流測定器２７を備える。

【0067】

電流測定器２７は、正極線ＰＬと平滑コンデンサ１２とを接続する配線に設けられる。電流測定器２７は、平滑コンデンサ１２の放電電流を測定する。

【0068】

相間短絡検出回路３６は、電流測定器２７から測定値を受ける。相間短絡検出回路３６は、電流測定器２７からの測定値に基づいて、コンバータ１１に相間短絡が発生したか否かを判定する。

【0069】

図７は、エレベータシステム１の保護動作を説明するフローチャートである。ステップＳ１００～Ｓ１０１の動作は、第１実施形態と同じである。

【0070】

相間短絡検出回路３６は、電流測定器２７の測定値を監視している。相間短絡検出回路３６は、電流測定器２７の測定値が閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ２００）。

【0071】

コンバータ１１に相間短絡が発生した場合、平滑コンデンサ１２に蓄積された電荷が正極線ＰＬ側に放電され、相間短絡の経路を辿ってコンバータ１１に放電電流が流れる。放電電流は、コンバータ１１の正常動作時に電流測定器２７によって測定される電流値より大きい。相間短絡検出回路３６は、電流測定器２７からの測定値と閾値とを比較する。この閾値は、コンバータ１１の正常動作時にコンバータ１１から流れる電流より大きく設定される。

【0072】

電流測定器２７からの測定値が閾値を超えた場合（ステップＳ２００＝Ｙｅｓ）、相間短絡検出回路３６は、コンバータ１１に相間短絡が発生したと判定する。相間短絡検出回路３６は、相間短絡保護用のスイッチング素子２３－１～２３－３をオフする（ステップＳ１０３）。その後の動作は、第１実施形態と同じである。

【0073】

第３実施形態によれば、電流測定を担う装置の構成を簡略化できる。また、相間短絡を検出することができる。

【0074】

［４］ 第４実施形態
第４実施形態は、モータ３による電力回生時に、インバータ１３で発生する相間短絡を保護するようにしている。

【0075】

［４－１］ エレベータシステム１の構成
図８は、第４実施形態に係るエレベータシステム１の主要部を説明するブロック図である。

【0076】

インバータ１３は、正極線ＰＬ及び負極線ＮＬを介して平滑コンデンサ１２に接続される。

【0077】

インバータ１３は、６個のスイッチング素子４０－１～４０－６、及び６個のダイオード４１を備える。

【0078】

スイッチング素子４０は、例えばＩＧＢＴで構成される。スイッチング素子４０は、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、又はＧＴＯなどを用いてもよい。

【0079】

スイッチング素子４０－１、４０－２は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間に直列接続される。具体的には、スイッチング素子４０－１のコレクタは正極線ＰＬに接続され、スイッチング素子４０－１のエミッタはスイッチング素子４０－２のコレクタに接続され、スイッチング素子４０－２のエミッタは負極線ＮＬに接続される。同様に、スイッチング素子４０－３、４０－４は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間に直列接続され、スイッチング素子４０－５、４０－６は、正極線ＰＬと負極線ＮＬとの間に直列接続される。スイッチング素子４０－１～４０－６のゲートは、ゲート駆動回路３２に接続される。

【0080】

６個のダイオード４１はそれぞれ、スイッチング素子４０－１～４０－６に逆並列接続される。ダイオード４１は、還流ダイオードであり、スイッチング素子４０に逆流電流が供給された場合に、スイッチング素子４０を保護する機能を有する。

【0081】

エレベータシステム１は、６個の電圧測定器４２、３個のスイッチング素子４３－１～４３－３、３相接触器２８、及び零相電流計２９を備える。

【0082】

６個の電圧測定器４２はそれぞれ、スイッチング素子４０－１～４０－６のコレクタ－ エミッタ間電圧Ｖｃｅを測定する。各電圧測定器４２は、対応するスイッチング素子４０のコレクタ－エミッタ間に接続される。６個の電圧測定器４２により測定されたコレクタ－ エミッタ間電圧Ｖｃｅは、制御装置１４に送られる。

【0083】

スイッチング素子４３は、例えばバイポーラトランジスタ（ＰＮＰバイポーラトランジスタ）で構成される。スイッチング素子４３は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、無接点リレー（ＳＳＲ）、又は接触器などを用いてもよい。スイッチング素子４３は、高速動作が可能な半導体素子であることが望ましい。

【0084】

スイッチング素子４３－１のエミッタは、スイッチング素子４０－１とスイッチング素子４０－２との接続ノードに接続され、スイッチング素子４３－１のコレクタは、Ｕ相電圧用の電源線ＵＬに接続される。スイッチング素子４３－２のエミッタは、スイッチング素子４０－３とスイッチング素子４０－４との接続ノードに接続され、スイッチング素子４３－２のコレクタは、Ｖ相電圧用の電源線ＶＬに接続される。スイッチング素子４３－３のエミッタは、スイッチング素子４０－５とスイッチング素子４０－６との接続ノードに接続され、スイッチング素子４３－３のコレクタは、Ｗ相電圧用の電源線ＷＬに接続される。スイッチング素子４３－１～４３－３は、アームに短絡が発生した場合に、モータ３とインバータ１３とを高速に遮断する機能を有する。

【0085】

モータ３は、Ｕ相電圧、Ｖ相電圧、及びＷ相電圧の３相交流電圧で駆動する。３相接触器２８は、ａ接点の接触器であり、３相分の接点を有する。３相接触器２８のインバータ１３側の３個の端子は、電源線ＵＬ、ＶＬ、ＷＬに接続される。３相接触器２８は、モータ３とインバータ１３との３相経路を導通又は遮断する。３相接触器２８の動作は、制御装置１４によって制御される。

【0086】

零相電流計２９は、３相接触器２８とインバータ１３との間に設けられ、電源線ＵＬ、ＶＬ、ＷＬの経路に設けられる。零相電流計２９は、電源線ＵＬ、ＶＬ、ＷＬに流れる３相交流電流の合計値を測定する。零相電流計２９は、３相交流電流の零相電流を測定するとともに、３相交流電流が不平衡である場合に電源線ＵＬ、ＶＬ、ＷＬに流れる３相交流電流を合計したアンバランス電流を測定する。

【0087】

コンバータ１１の構成は、第１実施形態と同じである。第１実施形態と同様に、コンバータ１１には、アーム短絡保護用の回路、及び相間短絡保護用の回路が付加される。

【0088】

制御装置１４は、ゲート駆動回路３０、コンバータ制御部３１、ゲート駆動回路３２、インバータ制御部３３、アーム短絡判定回路３４、遮断回路３５、相間短絡検出回路３６、短絡原因判定部３７、及び記憶部３８を備える。アーム短絡判定回路３４、遮断回路３５、相間短絡検出回路３６、短絡原因判定部３７、及び記憶部３８は、コンバータ１１及びインバータ１３の動作を制御する。なお、アーム短絡判定回路３４、遮断回路３５、相間短絡検出回路３６、及び短絡原因判定部３７は、コンバータ１１及びインバータ１３のそれぞれに用意してもよい。

【0089】

ゲート駆動回路３２は、インバータ１３のスイッチング素子４０－１～４０－６のゲートに接続される。ゲート駆動回路３２は、スイッチング素子４０－１～４０－６を駆動し、スイッチング素子４０－１～４０－６のオン／オフを制御する。

【0090】

遮断回路３５は、スイッチング素子４３－１～４３－３のゲートに接続される。遮断回路３５は、スイッチング素子４３－１～４３－３のオン／オフを制御する。

【0091】

［４－２］ 動作
上記のように構成されたエレベータシステム１の保護動作について説明する。

【0092】

図９は、エレベータシステム１の保護動作を説明するフローチャートである。以下では、インバータ１３の保護動作を中心に説明する。コンバータ１１の保護動作は、以下の動作に並行して行われる。コンバータ１１の保護動作は、第１実施形態と同じである。

【0093】

遮断回路３５は、相間短絡保護用のスイッチング素子４３－１～４３－３をオンする（ステップＳ３００）。その後、制御装置１４は、モータ３を駆動するとともに、乗りかご５の運行制御を行う。

【0094】

制御装置１４は、モータ３による電力回生を行うか否かを判定する（ステップＳ３０１）。エレベータシステム１の電力回生は、モータ３で発生した回生電力（交流電力）を交流電源２に供給する動作である。エレベータシステム１の電力回生では、モータ３が発電機として機能し、インバータ１３がコンバータとして機能し、コンバータ１１がインバータとして機能する。電力回生時、インバータ制御部３３は、インバータ１３が所望の直流電力を生成するように制御し、コンバータ制御部３１は、コンバータ１１が所望の３相交流電力を生成するように制御する。

【0095】

電力回生を行わない場合（ステップＳ３０１＝Ｎｏ）、制御装置１４は、乗りかご５の運行制御を行う。

【0096】

電力回生を行う場合（ステップＳ３０１＝Ｙｅｓ）、アーム短絡判定回路３４は、電圧測定器４２の測定値に基づいて、スイッチング素子４０－１～４０－６に短絡が発生したか否かを監視し、また、インバータ１３にアーム短絡が発生したか否かを監視している（ステップＳ３０２）。

【0097】

相間短絡検出回路３６は、零相電流計２９の測定値を監視している。相間短絡検出回路３６は、零相電流計２９の測定値に基づいて、電源線ＵＬ、ＶＬ、ＷＬにアンバランス電流が発生したか否かを監視している（ステップＳ３０３）。アンバランス電流の判定方法は、第１実施形態と同じである。

【0098】

アーム短絡が発生した場合（ステップＳ３０２＝Ｙｅｓ）、相間短絡検出回路３６は、相間短絡保護用のスイッチング素子４３－１～４３－３をオフする（ステップＳ３０４）。続いて、ゲート駆動回路３２は、インバータ１３を構成するスイッチング素子４０－１～４０－６をオフする（ステップＳ３０５）。これにより、アーム短絡による素子の２次破壊を防ぐことができる。

【0099】

アンバランス電流が発生した場合（ステップＳ３０３＝Ｙｅｓ）、相間短絡検出回路３６は、インバータ１３に相間短絡が発生したと判定する。相間短絡検出回路３６は、相間短絡保護用のスイッチング素子４３－１～４３－３をオフする（ステップＳ３０４）。これにより、相間短絡による素子の２次破壊を防ぐことができる。

【0100】

図１０は、インバータ１３における相間短絡の一例を説明する模式図である。例えばスイッチング素子４０－５が故障し、スイッチング素子４０－５に短絡が発生したものとする。

【0101】

アーム短絡判定回路３４は、スイッチング素子４０－５のコレクタ－エミッタ間電圧Ｖｃｅに基づいて、スイッチング素子４０－５に短絡が発生したと判定するとともに、スイッチング素子４０－５、４０－６からなるアームに短絡が発生したと判定する。アーム短絡判定回路３４は、スイッチング素子４０－１～４０－６をオフするように動作する。これにより、アーム短絡からエレベータシステム１を保護することができる。

【0102】

スイッチング素子４０－１～４０－６をオフした場合でも、図１０の破線で示す経路（Ｖ相からＷ相を経由する経路）で、短絡電流Ｉｓが流れる。すなわち、アーム短絡のみを保護しても、相間短絡を保護できない場合がある。短絡電流Ｉｓが流れると、零相電流計２９は、アンバランス電流を検出する。相間短絡検出回路３６は、零相電流計２９の測定値に基づいて、スイッチング素子４３－１～４３－３をオフする。これにより、相間短絡からエレベータシステム１を保護することができる。

【0103】

続いて、短絡原因判定部３７は、アーム短絡判定回路３４の判定結果、及び相間短絡検出回路３６の検出結果に基づいて、短絡原因を判定する（ステップＳ３０６）。続いて、短絡原因判定部３７は、短絡原因を記憶部３８に格納する（ステップＳ３０７）。

【0104】

［４－３］ 第４実施形態の効果
第４実施形態によれば、モータ３による電力回生時に、インバータ１３における相間短絡からエレベータシステム１を保護することができる。ひいては、インバータ１３の故障を検出できるとともに、インバータ１３の故障からエレベータシステム１を保護することができる。

【0105】

なお、第２実施形態及び第３実施形態をインバータ１３の相間短絡保護に適用してもよい。

【0106】

［５］ 変形例
３相接触器２４を省略し、３相接触器２４の機能を、相間短絡保護用のスイッチング素子２３－１～２３－３がさらに担うように構成してもよい。この場合、スイッチング素子２３－１～２３－３は、交流電源２とコンバータ１１との３相経路を導通又は遮断する。

【0107】

また、３相接触器２８を省略し、３相接触器２８の機能を、相間短絡保護用のスイッチング素子４３－１～４３－３がさらに担うように構成してもよい。この場合、スイッチング素子４３－１～４３－３は、モータ３とインバータ１３との３相経路を導通又は遮断する。

【0108】

また、相間短絡保護用のスイッチング素子２３－１～２３－３に替えて、電流制限用の抵抗を挿入してもよい。同様に、相間短絡保護用のスイッチング素子４３－１～４３－３に替えて、電流制限用の抵抗を挿入してもよい。

【0109】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0110】

１…エレベータシステム、２…交流電源、３…モータ、４…トラクションシーブ、５…乗りかご、６…ロープ、７…釣り合い錘、１０…電力変換装置、１１…コンバータ、１２…平滑コンデンサ、１３…インバータ、１４…制御装置、２０－１～２０－６…スイッチング素子、２１…ダイオード、２２…電圧測定器、２３－１～２３－３…スイッチング素子、２４…３相接触器、２５…零相電流計、２６－１～２６－３…電流測定器、２７…電流測定器、２８…３相接触器、２９…零相電流計、３０…ゲート駆動回路、３１…コンバータ制御部、３２…ゲート駆動回路、３３…インバータ制御部、３４…アーム短絡判定回路、３５…遮断回路、３６…相間短絡検出回路、３７…短絡原因判定部、３８…記憶部、３９…アンバランス電流検出回路、４０－１～４０－６…スイッチング素子、４１…ダイオード、４２…電圧測定器、４３－１～４３－３…スイッチング素子。

【要約】

【課題】 短絡による故障から回路を保護することが可能なエレベータシステムを提供する。
【解決手段】 実施形態のエレベータシステムは、３相交流電力に対応した第１乃至第３アームを有し、第１乃至第３アームの各々は、直列接続された第１及び第２スイッチング素子で構成される、コンバータと、交流電源とコンバータとを接続し、第１乃至第３アームに対応して設けられた第１乃至第３電源線と、第１乃至第３電源線と第１乃至第３アームとの接続を切り替える第３乃至第５スイッチング素子と、第１乃至第３電源線に流れる３相交流電流を合計したアンバランス電流を測定する零相電流計と、零相電流計の測定値に基づいて、コンバータの相間短絡を検出する短絡検出回路と、相間短絡が検出された場合に、第３乃至第５スイッチング素子をオフする遮断回路とを含む。
【選択図】 図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】