特許 7500830 エレベータ装置、ブレーキトルク計測方法

(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】2024-06-07

(45)【発行日】2024-06-17

(54)【発明の名称】エレベータ装置、ブレーキトルク計測方法

(51)【国際特許分類】

   B66B 5/00 20060101AFI20240610BHJP

   H02P 29/024 20160101ALI20240610BHJP

   B66B 1/34 20060101ALI20240610BHJP

【ＦＩ】

B66B5/00 D

H02P29/024

B66B1/34 A

B66B1/34 B

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2023090764

(22)【出願日】2023-06-01

【審査請求日】2023-06-05

(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】110000235

【氏名又は名称】弁理士法人 天城国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高上 遼馬

【審査官】太田 義典

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－１３３０９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－０５７３２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２３３５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２２－１８７８９８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６６Ｂ ５／００－ ５／２８

Ｂ６６Ｂ １／００－ １／５２

Ｂ６６Ｂ １１／００－１１／０８

Ｈ０２Ｐ ２９／０２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エレベータ装置の乗りかごの昇降を駆動するモータに電力を供給する電源を備えるエレベータ装置において、
前記電源は、
第１周波数のクロックを出力する第１発振回路と、
前記第１周波数より低い第２周波数のクロックを出力する第２発振回路と、
前記第１発振回路の出力と前記第２発振回路の出力とを切り替える切替回路と、
前記切替回路により選択されたクロックでスイッチング動作するスイッチング素子と、
を有し、
前記切替回路は、ブレーキトルク計測時であることを示す信号を受信すると、前記第１発振回路の出力から前記第２発振回路の出力に切り替え、
前記電源は、利用者を運搬するための前記乗りかごの昇降運行時には第１周波数でスイッチング動作し、前記モータの回転を抑制するブレーキのブレーキトルク計測時における前記乗りかごの昇降運行時には、前記第１周波数より低い第２周波数でスイッチング動作し、
前記電源が前記第２周波数のクロックでスイッチング動作しているときの、前記スイッチング素子がオン状態であるときのオン電圧と前記スイッチング素子に流れる電流に基づいて、前記スイッチング素子のオン抵抗を求め、求めたオン抵抗の値に基づいて前記スイッチング素子の寿命に至るまでの時間を推定する寿命推定部を有する、
エレベータ装置。

【請求項2】

前記寿命推定部は、スイッチング素子の動作時間に対するスイッチング素子のオン抵抗の増加特性を示すデータに基づいて、スイッチング素子が寿命に至るまでの時間を推定する、
請求項１に記載のエレベータ装置。

【請求項3】

ブレーキトルク計測時における乗りかごの昇降を駆動するモータに電力を供給する電源のスイッチング周波数を、利用者を運搬するための前記乗りかごの昇降運行時における第１周波数から前記第１周波数より低い第２周波数に切り替える周波数切替工程と、
前記電源のスイッチング周波数を前記第２周波数に切り替えた状態で、前記モータに供給する電流を変化させて前記モータの回転を抑制するブレーキのブレーキトルクを計測するブレーキトルク計測工程と、
前記電源のスイッチング周波数を前記第２周波数に切り替えた状態で、スイッチング素子がオン状態であるときの前記スイッチング素子のオン電圧と前記スイッチング素子に流れる電流を計測する計測工程と、
計測した前記電流と前記電圧に基づいて、前記スイッチング素子のオン抵抗を求める工程と、
求めたオン抵抗の値に基づいて前記スイッチング素子の寿命に至るまでの時間を推定する寿命推定工程と、
を含むブレーキトルク計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、エレベータ装置、ブレーキトルク計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

エレベータ装置に使用されているブレーキは、所望のトルクが得られているか否かを確認するためのブレーキトルク検査が定期的に行われる。従来方法による検査では、乗りかごの昇降を駆動するモータの電流や乗りかごの制動距離等を計測することで、ブレーキトルクを計測している。

【0003】

この計測は、乗りかごの通常の昇降運行時よりも大きなトルクをモータが発生するようにして行うので、モータを駆動する電源にとっては、大きな負荷となる。したがって、モータを駆動する電源の寿命を低減する要因となる。

【0004】

電源に使用されている部品の寿命劣化の検知方法については、様々な方法が提案されている。しかし、ブレーキトルク検査に起因する電源の寿命低減を抑制することについての提案は見当たらない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第７１７１８３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は上述の事情によりなされたもので、ブレーキトルク検査に起因する電源の寿命低減を抑制することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するための実施形態に係るエレベータ装置は、エレベータ装置の乗りかごの昇降を駆動するモータに電力を供給する電源を備える。電源は、第１周波数のクロックを出力する第１発振回路と、第１周波数より低い第２周波数のクロックを出力する第２発振回路と、第１発振回路の出力と前記第２発振回路の出力とを切り替える切替回路と、切替回路により選択されたクロックでスイッチング動作するスイッチング素子と、を有する。切替回路は、ブレーキトルク計測時であることを示す信号を受信すると、第１発振回路の出力から前記第２発振回路の出力に切り替える。電源は、利用者を運搬するための乗りかごの昇降運行時には第１周波数でスイッチング動作し、モータの回転を抑制するブレーキのブレーキトルク計測時における乗りかごの昇降運行時には、第１周波数より低い第２周波数でスイッチング動作する。エレベータ装置は、電源が第２周波数のクロックでスイッチング動作しているときの、スイッチング素子がオン状態であるときのオン電圧とスイッチング素子に流れる電流に基づいて、スイッチング素子のオン抵抗を求め、求めたオン抵抗の値に基づいてスイッチング素子の寿命に至るまでの時間を推定する寿命推定部を有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係るエレベータ装置の斜視図である。

【図2】本実施形態に係るエレベータ装置の制御系を示すブロック図である。

【図3】本実施形態に係る駆動ユニットのブロック図である。

【図4】本実施形態に係るインバータの構成図である。

【図5】本実施形態に係る発振回路の構成図である。

【図6】本実施形態に係る制御ユニットの物理的ブロック図である。

【図7】本実施形態に係る制御ユニットの機能的ブロック図である。

【図8】本実施形態に係るインバータのスイッチング素子の発熱について説明するための図である。

【図9】本実施形態に係るインバータのスイッチング素子の発熱について説明するための図である。

【図10】本実施形態に係るブレーキトルク計測処理について説明するためのフローチャートである。

【図11】本実施形態に係る寿命推定処理について説明するためのフローチャートである。

【図12】本実施形態に係るブレーキトルク計測において計測される電流波形について説明するための図である。

【図13】本実施形態に係るブレーキトルク計測において計測される電流波形について説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本実施形態を、図面を用いて説明する。説明には、適宜、相互に直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸からなるＸＹＺ座標系を用いる。本実施形態の説明に用いる図およびフローチャートは一例を示すものである。

【0010】

本実施形態に係るエレベータ装置は、エレベータ装置の乗りかごの昇降を駆動するモータに電力を供給する電源（インバータ）を備えている。電源は、乗りかごの通常の昇降運行時には第１周波数でスイッチング動作し、ブレーキトルク計測時には、第１周波数より低い第２周波数でスイッチング動作する。また、本実施形態に係るエレベータ装置は、電源が第２周波数のクロックでスイッチング動作しているときのスイッチング素子がオン状態であるときのスイッチング素子のオン電圧とスイッチング素子に流れる電流を計測し、計測した電流と電圧の値に基づいてスイッチング素子のオン抵抗を求め、求めたオン抵抗の値に基づいてスイッチング素子の寿命に至るまでの時間を推定する。

【0011】

図１は、本実施形態に係るエレベータ装置１０の斜視図である。エレベータ装置１０は、商業施設や居住施設などの建築物に設けられた昇降路１００の内部に配置されている。図１に示されるように、エレベータ装置１０は、乗りかご３１、カウンタウエイト５０、昇降モータ４０、ガイドレール２１～２４、制御盤７０（エレベータ制御装置）を有している。

【0012】

ガイドレール２１～２４それぞれは、長手方向をＺ軸方向とする部材である。ガイドレール２１と２２は、乗りかご３１を昇降自在にガイドするための一対の部材である。また、ガイドレール２３と２４は、カウンタウエイト５０を昇降自在にガイドするための一対の部材である。ガイドレール２１とガイドレール２２は、Ｙ軸方向に離間して配置されている。また、ガイドレール２３と２４も、同様にＹ軸方向に相互に離間して配置されている。図１では、カウンタウエイト５０のガイドレール２３と２４が、乗りかご３１のガイドレール２１と２２に対してＸ軸方向に離間して配置されている。なお、ガイドレール２１～２４の配置は、図１に示される配置に限定されるものではない。

【0013】

乗りかご３１は、利用者を収容して昇降路１００を昇降するユニットである。乗りかご３１は、ガイドレール２１と２２の間に配置され、ガイドレール２１と２２に対して、上下方向に移動可能に取り付けられている。

【0014】

乗りかご３１の＋Ｘ側の側面には、内部に出入りするための開口部３１ａが形成されている。開口部３１ａは、乗りかご３１の側面に沿って移動する一対の扉３２によって、閉塞或いは開放される。扉３２は、開閉モータ（図１では、図示略）によって開閉される。

【0015】

カウンタウエイト５０は、ガイドレール２３と２４に対して、上下方向に移動可能に取り付けられている。カウンタウエイト５０の重量は、乗りかご３１の重量に対して所定の割合になるように調整されている。

【0016】

昇降モータ４０は、乗りかご３１を昇降させるためのモータである。昇降モータ４０は、昇降路１００の上部に、回転軸がＹ軸に平行になるように配置されている。昇降モータ４０の回転軸にはプーリー４２が固定されている。

【0017】

昇降モータ４０のプーリー４２には、ワイヤ４３が巻き回されている。ワイヤ４３は、一端が、乗りかご３１に固定され、他端が、カウンタウエイト５０に固定されている。

【0018】

制御盤７０は、昇降路１００に配置されている。制御盤７０には、昇降モータ４０や乗りかご３１に設けられた機器等を制御するための制御装置が収容されている。

【0019】

図２は、エレベータ装置１０の制御系を示すブロック図である。制御系は、制御盤７０に収容される制御ユニット８０および駆動ユニット９１と、乗りかご３１に設けられる操作パネル３６と、を含んで構成される。

【0020】

操作パネル３６は、乗りかご３１の内壁面に設けられている。操作パネル３６は、乗りかご３１の利用者から、行き先階などを受け付けるためのインタフェースである。利用者は、操作パネル３６を操作することで、乗りかご３１の行き先階などの登録や、扉３２の開閉を行うことができる。操作パネル３６は、図１に示されるケーブル４４を介して、制御盤７０に収容される制御ユニット８０に接続されている。

【0021】

図２に示す駆動ユニット９１は、昇降モータ４０に電力を供給することで、昇降モータ４０を駆動する。駆動ユニット９１は、制御ユニット８０からの指示に基づいて、昇降モータ４０を駆動する。

【0022】

制御ユニット８０は、操作パネル３６もしくは各フロアの呼びパネルからの入力に基づいて、駆動ユニット９１を制御する。例えば、制御ユニット８０が、駆動ユニット９１を介して、昇降モータ４０を正転させると、乗りかご３１が上昇するとともに、カウンタウエイト５０が下降する。制御ユニット８０が、駆動ユニット９１を介して、昇降モータ４０を逆転させると、乗りかご３１が下降するとともに、カウンタウエイト５０が上昇する。

【0023】

図３は、駆動ユニット９１のブロック図である。駆動ユニット９１は、コンバータ１１とインバータ１３とを有する。コンバータ１１は、商用電源１から供給される交流電圧を直流電圧に変換する電源装置である。コンバータ１１は、スイッチングレギュレータで構成されている。本実施形態においては、コンバータ１１は、アース電位に対してプラスとなる電圧とマイナスとなる電圧をインバータ１３に供給している。インバータ１３は、コンバータ１１から供給される直流電圧を所定の周波数で所定の電圧の交流電圧に変換し、昇降モータ４０に電力を供給する電源装置である。インバータ１３は、スイッチングレギュレータで構成されている。

【0024】

図４は、インバータ１３の回路例である。インバータ１３は、スイッチング素子１３２と発振回路１３４を有している。図４は、３相フルブリッジインバータの回路例であるので、６個のスイッチング素子１３２を有している。スイッチング素子１３２は、トランジスタもしくはＦＥＴ（Field Effect Transistor：電界効果トランジスタ）、絶縁ゲート型バイポーラートランジスター（IGTB：Insulated Gate Bipolar Transistor）等で構成される。発振回路１３４は、所定の周波数のクロックをスイッチング素子１３２それぞれのベース（ＦＥＴの場合はゲート）に供給する。端子Ｐ１と端子Ｐ２間には、コンバータ１１が出力する直流電圧が印加される。スイッチング素子１３２は、ベースに供給されたクロックがハイレベルの期間ＯＮ状態となり、ローレベルの期間ＯＦＦ状態となる。インバータ１３は、発振回路１３４がスイッチング素子１３２それぞれのベースに印加するクロックのduty（ハイレベルとローレベルの時間比率）を変えることで出力電力（出力電流）を制御される。発振回路１３４は、制御ユニット８０の制御に基づいて、出力するクロックのdutyを変更する。端子Ｐ３とＰ４とＰ５には、３相交流電流（３相交流電圧）が出力される。端子Ｐ３とＰ４とＰ５は、昇降モータ４０に接続される。

【0025】

インバータ１３から昇降モータ４０に供給される電流をモニタする際には、電流モニタ１３７を用いてインバータ１３の出力をモニタする。電流モニタ１３７は、図４に示すインバータ１３の出力側に配置され、３相それぞれの出力電流を計測する。電流モニタ１３７には、例えば、電流プローブを用いる。また、スイッチング素子１３２それぞれのソースとエミッタ間の電圧をモニタする際には、電圧モニタ１３８を用いてスイッチング素子１３２それぞれのソースとエミッタ間の電圧をモニタする。なお、電流モニタ１３７と電圧モニタ１３８は、計測時のみ取付け、エレベータ装置の運行時には取り外しておく。

【0026】

図５は、発振回路１３４の構成図である。発振回路１３４は、第１発振回路１３４１、第２発振回路１３４２、切替回路１３４３を有する。第１発振回路１３４１は、第１周波数のクロックを出力する。第１周波数は、例えば、８ｋＨｚである。第２発振回路１３４２は、第１周波数より低い第２周波数のクロックを出力する。第２周波数は、例えば、１ｋＨｚである。例えば、第２発振回路１３４２は、第１発振回路１３４１が出力するクロックを８分周することで、第１周波数より低い第２周波数のクロックを出力する。切替回路１３４３は、ブレーキトルク計測時であることを示す信号を制御ユニット８０から受信すると、第１発振回路１３４１の出力から第２発振回路１３４２の出力に切り替えてクロックを出力する。制御ユニット８０は、乗りかご３１の通常の昇降運行時には第１周波数のクロックを選択する制御信号を切替回路１３４３に出力し、ブレーキトルク計測時には第２周波数のクロックを選択する制御信号を切替回路１３４３に出力する。したがって、スイッチング素子１３２は、乗りかご３１の通常の昇降運行時には第１周波数でスイッチング動作し、ブレーキトルク計測時には、第１周波数より低い第２周波数でスイッチング動作する。

【0027】

図６は、制御ユニット８０の物理的なブロック図である。制御ユニット８０は、バス８５を介して相互接続されるＣＰＵ（Central Processing Unit）８１、主記憶部８２、補助記憶部８３、およびインタフェース部８４を有するコンピュータである。ＣＰＵ８１は、補助記憶部８３に記憶されているプログラムに従って、後述する処理を実行する。主記憶部８２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を有している。主記憶部８２は、ＣＰＵ８１の作業領域として用いられる。補助記憶部８３は、ＲＯＭ（Read Only Memory）、半導体メモリ等の不揮発性メモリを有している。補助記憶部８３は、ＣＰＵ８１が実行するプログラム、および各種パラメータなどを記憶している。

【0028】

インタフェース部８４は、シリアルインタフェース、パラレルインタフェース、無線ＬＡＮインタフェースなどを有している。操作パネル３６と駆動ユニット９１とは、インタフェース部８４を介して、ＣＰＵ８１に接続される。また、インタフェース部８４には、キーボード、ディスプレイ等で構成された入出力装置９３が接続される。

【0029】

図７は、制御ユニット８０の機能的なブロック図である。制御ユニット８０は、ブレーキトルク計測部７２と寿命推定装置７６を有する。

【0030】

ブレーキトルク計測部７２は、インバータ１３のスイッチング周波数を第２周波数に切り替えた状態で、昇降モータ４０に供給する電流を変化させて昇降モータ４０の回転を抑制するブレーキのブレーキトルクを計測する。具体的には、ブレーキトルク計測部７２は、昇降モータ４０の回転を検出する回転センサ１７から出力される信号を監視し、昇降モータ４０が回転したことを示す信号を受信したときの、電流モニタ１３７から受信した電流値に基づいて、ブレーキトルクを計測する。昇降モータ４０が回転した時の昇降モータ４０の出力トルクが、ブレーキトルクの値である。昇降モータ４０の出力トルクは、昇降モータ４０に供給される電流の値に比例することが知られている。昇降モータ４０に供給される電流の値に対する昇降モータ４０の出力トルクの値は、予め計測され、例えば、テーブルとして記憶部に記憶されている。ブレーキトルク計測部７２は、テーブルを参照することで、昇降モータ４０に供給される電流の値に対応するブレーキトルクの値を取得する。そして、ブレーキトルク計測部７２は、取得したブレーキトルクの値を入出力装置９３に出力する。

【0031】

寿命推定装置７６は、オン抵抗計算部７７と寿命推定部７８を有する。オン抵抗計算部７７は、インバータ１３が第２周波数でスイッチング動作しているときの、スイッチング素子１３２がオン状態であるときのスイッチング素子１３２のオン電圧とスイッチング素子１３２に流れる電流に基づいて、スイッチング素子１３２のオン抵抗を計算する。寿命推定部７８は、オン抵抗計算部７７が求めたスイッチング素子１３２のオン抵抗の値に基づいてスイッチング素子１３２の寿命に至るまでの時間を推定する。そして、寿命推定部７８は、スイッチング素子１３２が寿命に達したか否かの判断結果を入出力装置９３に出力する。

【0032】

ここで、図８と図９を参照して、スイッチング素子１３２の発熱量について説明する。図８は、スイッチング素子１３２のベース（ＦＥＴの場合はゲート）に供給されるクロックである。スイッチング周波ｆｓｗは、図８に示す時間Ｔの逆数（ｆｓｗ＝１／Ｔ）である。図９に示す電流Ｉｃは、スイッチング素子１３２のコレクタからエミッタ（ＦＥＴの場合はドレインからソース）に流れる電流である。図９に示す電圧Ｖ_ＣＥは、コレクタとエミッタ（ＦＥＴの場合はドレインとソース）間の電圧である。クロックがハイレベルの時、スイッチング素子１３２はＯＮ状態となり、コレクタとエミッタ間（ＦＥＴの場合はドレインとソース間）に電流が流れる。

【0033】

ベースにハイレベルの信号が印加されると、ベースの浮遊容量に電荷が蓄積されるにしたがって、ベース電圧が徐々に上昇する（図９のｔ１の期間）。ベース電圧の上昇に伴って、コレクタとエミッタ間の電圧Ｖ_ＣＥは徐々に低下し、コレクタからエミッタに流れる電流Ｉｃは徐々に増加する。図９のｔ２の期間、スイッチング素子１３２は、オン状態となる。図９のｔ２の期間における電圧Ｖ_ＣＥがスイッチング素子１３２のオン電圧であり、図９のｔ２の期間における電流Ｉｃがスイッチング素子１３２のオン電流である。ベースに印加される信号がローレベルになると、ベースの浮遊容量に蓄積された電荷が放電されるにしたがって、ベース電圧が徐々に下降する（図９のｔ３の期間）。ベース電圧の下降に伴って、コレクタとエミッタ間の電圧Ｖ_ＣＥは徐々に上昇し、コレクタからエミッタに流れる電流Ｉｃは徐々に低下する。図９のｔ４の期間、スイッチング素子１３２はオフ状態となり、コレクタからエミッタに流れる電流Ｉｃは零になる。

【0034】

スイッチング素子１３２の発熱量は、電圧Ｖ_ＣＥと電流Ｉｃの積に比例する。したがって、スイッチング素子１３２は、図９のｔ４の期間には発熱しない。スイッチング素子１３２のオン状態（ｔ２の期間）における電圧Ｖ_ＣＥは、例えば、０．１Ｖ程度なので、図９のｔ２の期間におけるスイッチング素子１３２の発熱量は小さい。しかし、図９のｔ１の期間およびｔ３の期間においては、電圧Ｖ_ＣＥも電流Ｉｃも大きな値となるので、スイッチング素子１３２の発熱量は大きい。

【0035】

ここで、スイッチング素子１３２のスイッチング周波数とスイッチング素子１３２の発熱量との関係について説明する。スイッチング素子１３２のベース電圧の変化速度は、スイッチング素子１３２とベースにクロックを供給する回路のドライブ能力によって決まる。したがって、図９のｔ１の期間およびｔ３の期間（立ち上がり時間と立下り時間）はスイッチング周波数にかかわらず同じである。スイッチング周波数を低くすると図９のｔ２の期間およびｔ４の期間は長くなり、スイッチング周波数を高くすると図９のｔ２の期間およびｔ４の期間は短くなる。したがって、スイッチング周波数により、（ｔ１＋ｔ３）／Ｔの値が変化することとなる。（ｔ１＋ｔ３）／Ｔの値が小さいほど、単位時間当たりの発熱している時間が短くなるので、スイッチング素子１３２の発熱量は小さくなる。したがって、スイッチング素子１３２の温度上昇も低くなる。スイッチング素子１３２は、発熱量が大きいほど温度が高くなる。温度が高いほど寿命を計算する際の熱加速度が大きくなるので、温度が高いほどスイッチング素子１３２の寿命低減度は大きくなる。

【0036】

次に、図１０に示されるフローチャートを参照しながら、ブレーキトルク計測処理について説明する。下記の制御は、補助記憶部８３に記憶されたプログラムに基づいて行われ、制御の主体は制御ユニット８０（ＣＰＵ８１）である。電流モニタ１３７を図４に示すようにインバータ１３の出力側に配置する。配置された電流モニタ１３７は、インバータ１３から昇降モータ４０に供給される電流を計測し、制御ユニット８０に計測値を通知する。また、回転センサ１７は、昇降モータ４０の回転を計測し、制御ユニット８０に計測値を通知している。

【0037】

制御ユニット８０は、乗りかご３１の通常の昇降運行時には第１周波数のクロックを選択する制御信号を切替回路１３４３に出力している。制御ユニット８０は、ブレーキトルク計測時には、第２周波数のクロックを選択する制御信号を切替回路１３４３に出力する（ステップＳ１１）。ブレーキトルク計測時には乗りかご３１の通常の昇降運行時よりも大きな電流を昇降モータ４０に供給する。昇降モータ４０に供給する電流に応じてインバータ１３のスイッチング素子１３２の発熱量も増加する。この温度上昇を抑制するために、ブレーキトルク計測時には、スイッチング素子１３２のスイッチング周波数を乗りかご３１の通常の昇降運行時のスイッチング周波数である第１周波数（例えば、８ｋＨｚ）より低い第２周波数（例えば、１ｋＨｚ）とする。

【0038】

また、制御ユニット８０は、昇降モータ４０のブレーキ設定を片方閉じ設定とする（ステップＳ１２）。ブレーキは、例えば、ディスクブレーキで構成されており、ディスクブレーキにより昇降モータの回転軸を押圧することで、ブレーキをかけている。乗りかご３１のブレーキは、安全のため２つのブレーキを備えている。片方閉じ設定とは、２つのうちの一方のブレーキを有効とし、他方のブレーキがかからない状態の設定をいう。なお、一方のブレーキについてのブレーキトルク計測後、他方のブレーキについてのブレーキトルク計測も行う。

【0039】

次に、制御ユニット８０は、昇降モータ４０に供給する電流が徐々に大きくなるようにインバータ１３を制御する（ステップＳ１３）。制御ユニット８０は、例えば、第２発振回路１３４２が出力するクロックのｄｕｔｙ（ハイレベルである時間の割合）を増加することで、昇降モータ４０に供給する電流が徐々に大きくなるようにインバータ１３を制御する。

【0040】

次に、制御ユニット８０は、昇降モータ４０（巻上機）が回転したか否かを判断する（ステップＳ１４）。昇降モータ４０の回転は、昇降モータ４０の回転を検出する回転センサ１７により検出される。制御ユニット８０は、回転センサ１７から出力される信号を監視することで、昇降モータ４０が回転したか否かを判断する。

【0041】

制御ユニット８０は、昇降モータ４０が回転したことを検出しない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、昇降モータ４０に供給する電流の増加を継続する（ステップＳ１３）。一方、制御ユニット８０は、昇降モータ４０が回転したことを検出した場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１５の処理に移行する。

【0042】

制御ユニット８０は、昇降モータ４０が回転したことを検出した時の電流モニタ１３７による電流の計測値を記録する（ステップＳ１５）。

【0043】

次に、制御ユニット８０は、記憶部に記憶されたテーブルを参照して、昇降モータ４０が回転したときの昇降モータ４０に供給された電流値に基づいて、ブレーキトルクを求める（ステップＳ１６）。昇降モータ４０が回転した時の昇降モータ４０の出力トルクが、ブレーキトルクの値である。昇降モータ４０の出力トルクは、昇降モータ４０に供給される電流の値に比例することが知られている。昇降モータ４０に供給される電流の値に対する昇降モータ４０の出力トルクの値は、予め計測され、例えば、テーブルとして記憶部に記憶されている。制御ユニット８０は、テーブルを参照することで、昇降モータ４０に供給される電流の値に対応するブレーキトルクの値を取得する。

【0044】

次に、制御ユニット８０は、求めたブレーキトルクの値が定められた基準値を満たしているか否かを判断する。そして、制御ユニット８０は、ブレーキトルクの値が基準値を満たしているか否かの判断結果を入出力装置９３に出力する（ステップＳ１７）。

【0045】

制御ユニット８０は、第１周波数のクロックを選択する制御信号を切替回路１３４３に出力し（ステップＳ１８）、ブレーキトルク計測処理を終了する。

【0046】

次に、図１１を参照して寿命推定処理について説明する。ここでは、インバータ１３を構成する部品の中で最もＭＴＢＦ（Mean Time Between Failure）が大きいスイッチング素子１３２の寿命推定を行うことで、インバータ１３の寿命推定を行う場合について説明する。寿命推定処理においてスイッチング素子１３２がオン状態であるときのスイッチング素子１３２のオン電圧とスイッチング素子１３２に流れる電流を計測するときには、電流モニタ１３７を図４に示すようにインバータ１３の出力側に配置する。また、電圧モニタ１３８をスイッチング素子１３２それぞれのソースとエミッタ間の電圧をモニタするように配置する。

【0047】

制御ユニット８０は、乗りかご３１の通常の昇降運行時には、第１周波数のクロックを選択する制御信号を切替回路１３４３に出力している。制御ユニット８０は、寿命推定処理時時には、第２周波数のクロックを選択する制御信号を切替回路１３４３に出力する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１の処理は、図１０のステップＳ１１の処理と兼ねることができる。したがって、寿命推定処理は、ブレーキトルク計測処理と同時に行うことができる。

【0048】

次に、寿命推定装置７６のオン抵抗計算部７７は、スイッチング素子１３２それぞれを流れる電流Ｉｃの値とスイッチング素子１３２それぞれの電圧Ｖ_ＣＥの値を取得する（ステップＳ３２）。スイッチング素子１３２それぞれを流れる電流Ｉｃの値は、電流モニタ１３７により寿命推定装置７６に供給されている。また、スイッチング素子１３２それぞれの電圧Ｖ_ＣＥの値は、電圧モニタ１３８により寿命推定装置７６に供給されている。オン抵抗計算部７７は、例えば、図９に示す（ｔ１＋ｔ２）および（ｔ３＋ｔ４）の中間のタイミングで、電流Ｉｃの値と電圧Ｖ_ＣＥの値を取得する。電流モニタ１３７と電圧モニタ１３８は、第２発振回路１３４２が出力するクロックに同期させることで、電流Ｉｃの値と電圧Ｖ_ＣＥの値を取得するタイミングを取得するようにしてもよい。

【0049】

図１２は、第２周波数でスイッチング動作するスイッチング素子１３２の電流Ｉｃ波形の例である。電流Ｉｃ波形は、ローレベルからハイレベルに推移する際、図に示すようにリンギングすることが多い。図１２では記載していないが、電流Ｉｃ波形は、ハイレベルからローレベルに推移する際にもリンギングすることがある。電圧Ｖ _ＣＥ 波形も同様にリンギングすることが多い。波形にリンギングがある期間に電流Ｉｃの値と電圧Ｖ_ＣＥの値を取得すると、データのばらつきが大きくなり計測精度が低下する。オン抵抗計算部７７は、図９に示す（ｔ１＋ｔ２）の中間のタイミングで、電流Ｉｃの値と電圧Ｖ_ＣＥの値を取得する。図１２に黒丸で示すタイミングＰｍは、電流Ｉｃの値を取得するタイミングの一例を示している。ブレーキトルク計測時は、第２周波数でスイッチング素子１３２をスイッチングしているので、電圧Ｖ _ＣＥ と電流Ｉｃのリンギングが図１２に示す（ｔ１＋ｔ２）の中間のタイミングまで継続することはない。

【0050】

図１３は、第１周波数でスイッチング動作するスイッチング素子１３２の電流Ｉｃ波形の例である。例えば、第１周波数（８ｋＨｚ）は第２周波数（１ｋＨｚ）の８倍である。なお、図１２と図１３の時間軸は同じではない。第１周波数でスイッチング素子１３２をスイッチングする場合、波形の中ほどまでリンギングが継続することがある。したがって、第１周波数でスイッチング素子１３２をスイッチングした状態で電流Ｉｃの値と電圧Ｖ_ＣＥの値を取得すると、データのばらつきが大きくなり計測精度が低くなる恐れがある。

【0051】

次に、オン抵抗計算部７７は、スイッチング素子１３２のオン抵抗を計算する（ステップＳ３３）。制御ユニット８０は、昇降モータ４０に供給する電流を変える際、例えば、１秒ごとにステップ的に電流値が変化するように、インバータ１３のスイッチング素子１３２に供給するクロックのｄｕｔｙを制御する。オン抵抗計算部７７は、例えば、ｄｕｔｙが同じ期間（１秒間）に取得したスイッチング素子１３２のオン抵抗の平均値を計算する（ステップＳ３４）。オン抵抗計算部７７は、ｄｕｔｙが変更されて電流Ｉｃが変わるごとに、スイッチング素子１３２のオン抵抗の平均値を計算する。なお、ブレーキトルク計測処理と並行して寿命推定処理を行う場合、ステップＳ１３およびステップＳ１４において徐々に電流が増加されるので、増加する電流ごとにスイッチング素子１３２のオン抵抗を計算する。

【0052】

次に、寿命推定部７８は、求めたオン抵抗の値に基づいてスイッチング素子１３２の寿命に至るまでの時間を推定する。寿命推定部７８は、第１閾値と第２閾値を設定し、求めたオン抵抗の平均値と第１閾値および第２閾値を比較する。第１閾値は、スイッチング素子１３２が寿命に達してはいないが、寿命に達したと判断するオン抵抗の値に近いオン抵抗の値である。第２閾値は、スイッチング素子１３２が寿命に達したと判断するオン抵抗の値である。スイッチング素子１３２が寿命に達したと判断するオン抵抗の第２閾値の値は、部品の規格と設計値に基づいて設定される。第１閾値は、オン抵抗が第１閾値から第２閾値に至るまでの時間が例えば２月程度となるように設定する。

【0053】

まず、寿命推定部７８は、求めたオン抵抗の平均値の値が、第１閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ３５）。求めたオン抵抗の平均値が第１閾値以下である場合（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、寿命推定部７８は、スイッチング素子１３２が寿命に達するまでに余裕があると判断する（ステップＳ３９）。

【0054】

一方、求めたオン抵抗の平均値の値が第１閾値以上である場合（ステップＳ３５：Ｎｏ）、寿命推定部７８は、求めたオン抵抗の平均値の値が第２閾値以下であるか否かを判断する（ステップＳ３６）。求めたオン抵抗の平均値の値が第２閾値以下である場合（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）、寿命推定部７８は、スイッチング素子１３２の寿命が近いと判断する（ステップＳ３８）。

【0055】

寿命推定部７８は、スイッチング素子の動作時間に対するスイッチング素子１３２のオン抵抗の増加特性を示すデータに基づいて、スイッチング素子１３２が寿命に至るまでの時間を推定する。具体的には、スイッチング素子１３２の動作時間に対するスイッチング素子１３２のオン抵抗の増加特性を示すデータを、予めテーブルとして作成して記憶部に記憶しておく。スイッチング素子１３２のオン抵抗が所定の値になるまでの時間がスイッチング素子１３２の余命時間である。寿命推定部７８は、そのテーブルを参照することで、スイッチング素子１３２の計測したオン抵抗に対応する余命時間を計算する。そして、寿命推定部７８は、スイッチング素子１３２の余命時間を入出力装置９３に表示する。

【0056】

一方、求めたオン抵抗の平均値の値が第２閾値以上である場合（ステップＳ３６：Ｎｏ）、寿命推定部７８は、スイッチング素子１３２が寿命に達したと判断する（ステップＳ３７）。そして、寿命推定部７８は、「スイッチング素子１３２が寿命に達したのでインバータ１３を交換してください。」等の警告を入出力装置９３に表示する。以上で、寿命推定処理の説明を終了する。

【0057】

ブレーキトルク計測時におけるスイッチング素子に流れる電流は、通常運行時よりも大きく、スイッチング素子の発熱量も大きい。スイッチング素子は、発熱量が大きいほど劣化における温度加速係数が大きくなる。したがって、ブレーキトルク計測を行うことによるスイッチング素子の寿命低減を無視することができない。実施形態に係るエレベータ装置は、インバータ１３のスイッチング素子１３２を、利用者を運搬するための乗りかごの昇降運行時には第１周波数でスイッチング動作させ、ブレーキトルク計測時には第１周波数より低い第２周波数でスイッチング動作させる。スイッチング素子１３２の発熱量は、スイッチング周波数が低いほど抑制される。したがって、実施形態に係るエレベータ装置は、ブレーキトルク計測を行うことによるスイッチング素子１３２の寿命低減を抑制することができる。

【0058】

最も大きな電流が流れるブレーキトルク計測時の電流とその電流による発熱量を考慮して、スイッチング素子の絶対定格は決められる。実施形態に係るエレベータ装置は、ブレーキトルク計測時における発熱量を低減できるので、インバータ１３に使用するスイッチング素子として絶対定格の小さいスイッチング素子を選択することができる。また、スイッチング素子の発熱量が小さいので、スイッチング素子を冷却するための放熱回路を簡略化できる。これにより、インバータ１３を小型化でき、コストの低減を図ることができる。

【0059】

また、実施形態に係るエレベータ装置の寿命推定部７８は、インバータ１３が第２周波数のクロックでスイッチング動作しているときの、スイッチング素子１３２がオン状態であるときのオン電圧とスイッチング素子１３２に流れる電流に基づいて、スイッチング素子１３２のオン抵抗を求め、求めたオン抵抗の値に基づいてスイッチング素子１３２の寿命に至るまでの時間を推定する。第２周波数は、リンギングの継続時間を考慮して設定される。したがって、第２周波数でスイッチング素子１３２をスイッチングする場合、波形の中ほどまでリンギングが継続することはない。したがって、第２周波数でスイッチング素子１３２をスイッチングした状態で電流Ｉｃの値と電圧Ｖ_ＣＥの値を取得することにより、スイッチング素子１３２のオン抵抗の計測精度を向上することができる。

【0060】

また、上述したブレーキトルク計測処理と寿命推定処理の計測は同時に行うことができる。したがって、実施形態に係るエレベータ装置は、保守作業の効率を向上することができる。ブレーキトルク計測処理では、昇降モータ４０に供給する電流を零から最大電流まで徐々に増加して計測する。したがって、通常運行時の駆動電流も含めたすべての電流の範囲におけるスイッチング素子１３２のオン抵抗を計測することができるので、寿命推定処理を正確に行うことができる。

【0061】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態によって限定されるものではない。例えば、上記の説明では、ステップＳ３５とステップＳ３６の説明で、スイッチング素子１３２のオン抵抗の絶対値に基づいてスイッチング素子１３２の寿命判断を行う場合について説明した。しかし、スイッチング素子１３２の寿命判断をこれに限定する必要はない。たとえば、インバータ１３の使用を開始したときのオン抵抗（初期時のオン抵抗）に対する計測時のオン抵抗の増加度に基づいてスイッチング素子１３２の寿命に至るまでの時間を推定してもよい。また、前回計測時のオン抵抗に対する今回計測したオン抵抗の増加度に基づいてスイッチング素子１３２の寿命に至るまでの時間を推定してもよい。スイッチング素子１３２は、寿命が近付くとオン抵抗が急速に増加するという特徴があるからである。

【0062】

また、横軸を昇降モータ４０に供給する電流、縦軸をスイッチング素子１３２のオン抵抗としたグラフを作成し、インバータ１３の使用を開始したときのグラフもしくは前回計測時のグラフと今回計測時のグラフとを比較し、例えば、相関度が所定の閾値以下になった場合に、スイッチング素子１３２が寿命に至ったと判断するようにしてもよい。図１１のステップＳ３５とステップＳ３６に閾値を相関度に対応する値としてもよい。この手法は、電流の増加に対するオン抵抗の変化の度合いに基づいてスイッチング素子１３２の評価を行うものであり、ブレーキトルク計測時の電流値を超えた電流範囲（取得したデータの範囲外）を含めたスイッチング素子１３２の特性評価を行うことができるこという効果がある。

【0063】

また、上記の説明では、スイッチング素子１３２をスイッチングする第１周波数を８ｋＨｚ、第２周波数を１ｋＨｚとして説明したが、第１周波数と第２周波数をこの周波数に限定する必要はない。例えば、第１周波数を５０ｋＨｚ、８０ｋＨｚなどの上述の実施形態よりも高めの周波数としてもよい。第２周波数は、電流と電圧の計測タイミングである図１２に黒丸で示すタイミングＰｍが、スイッチングによるリンギングに影響されることがない周波数であればよい。また、上記の説明では、第２発振回路１３４２は、第１発振回路１３４１が出力するクロックを分周することで第２周波数のクロックを作成する場合について説明したが、第１発振回路１３４１が出力するクロックを分周することなく、第２周波数のクロックを作成してもよい。

【0064】

また、図１２を用いた上記の説明では、電圧と電流を１回のスイッチング周期に１回計測する場合について説明したが、１回のスイッチング周期に複数回計測するようにしてもよい。また、取得した波形をＡＤ変換し、電圧および電流の値が所定の範囲であるデータの平均値をとってもよい。また、データの分散値を計算し、所定の値以下の分散値が継続している期間の中間時間のデータを用いてオン抵抗を計算してもよい。

【0065】

また、上記の説明では、ブレーキトルク計測処理と寿命推定処理の計測を同時に行う場合について説明したが、ブレーキトルク計測処理と寿命推定処理を独立に行ってもよい。

【0066】

また、上記の説明では、スイッチング素子１３２それぞれのソースとエミッタ間の電圧をモニタする電圧モニタ１３８と電流モニタ１３７を計測時のみ取付け、エレベータ装置の運行時には取り外しておく場合について説明したが、電流モニタ１３７と電圧モニタ１３８をエレベータ装置の運行時にもインバータ１３に配置しておいてもよい。

【0067】

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しうるものであり、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。これらの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】

【0068】

１ 商用電源
１０ エレベータ装置
１１ コンバータ
１３ インバータ
１３２ スイッチング素子
１３４ 発振回路
１３４１ 第１発振回路
１３４２ 第２発振回路
１３４３ 切替回路
１３７ 電流モニタ
１３８ 電圧モニタ
１７ 回転センサ
２１～２４ ガイドレール
３１ 乗りかご
３１ａ 開口部
３２ 扉
３６ 操作パネル
４０ 昇降モータ
４２ プーリー
４３ ワイヤ
４４ ケーブル
５０ カウンタウエイト
７０ 制御盤
７６ 寿命推定装置
７７ オン抵抗計算部
７８ 寿命推定部
８０ 制御ユニット
８１ ＣＰＵ
８２ 主記憶部
８３ 補助記憶部
８４ インタフェース部
８５ バス
９１ 駆動ユニット
９３ 入出力装置
１００ 昇降路

【要約】

【課題】ブレーキトルク検査に起因する電源の寿命低減を抑制する。
【解決手段】実施形態に係るエレベータ制御装置は、エレベータ装置の乗りかごの昇降を駆動するモータに電力を供給する電源を備える。電源は、利用者を運搬するための乗りかごの昇降運行時には第１周波数でスイッチング動作し、モータの回転を抑制するブレーキのブレーキトルク計測時における乗りかごの昇降運行時には、第１周波数より低い第２周波数でスイッチング動作する。
【選択図】図１０

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】