JP7003965B2 - 乗客コンベア - Google Patents

Description

本発明は、乗客コンベアに関する。

特許文献１は、回生電力を熱エネルギに変換する回生抵抗の接続状態を切り換えるスイッチを有する乗客コンベアを開示している。

特開２０１６－１７１６９９号公報

回生抵抗の接続状態を切り換える半導体スイッチが故障すると、制動抵抗器にインバータ内部の直流段電圧が連続的に印加され、制動抵抗器が過熱する虞がある。

本発明は、制動抵抗器の接続状態を切り換える半導体スイッチの故障を適切に検出可能とした乗客コンベアを提供する。

本発明の乗客コンベアは、
無端状に連結された踏段を循環駆動するモータと、
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コンバータ部と、
コンバータ部で変換された直流電力を交流電力に変換してモータに供給するインバータ部と、
コンバータ部の出力とインバータ部の入力とを接続する正負の電源線間に直列に接続された半導体スイッチ及び制動抵抗器と、
制御部と、を備え、
制御部は、
交流電源が停電していないときは、半導体スイッチをＯＦＦに制御するとともに、モータで発生した回生電力をインバータ部及びコンバータ部を介して交流電源に流し、
交流電源が停電したときは、停電の発生から所定時間だけ半導体スイッチをＯＮに制御するとともに、モータで発生した回生電力をインバータ部及び半導体スイッチを介して制動抵抗器に通電させ、
制御部は、
所定時間以外のときに制動抵抗器に通電されているときは、半導体スイッチが短絡故障を起こしていると判断する。

本発明の乗客コンベアによれば、制動抵抗器の接続状態を切り換える半導体スイッチの故障を適切に検出することができる。

実施の形態１におけるエスカレータの概略側面図である。 実施の形態１におけるエスカレータのインバータの電気的構成を示した図である。 実施の形態１におけるエスカレータの下降運転時におけるインバータのコントローラによる制御を説明したフローチャートである。 実施の形態１におけるエスカレータの下降運転時におけるインバータのコントローラによる制御を説明したフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（発明の背景）
例えばエスカレータが下降運転しているときに利用者が一定以上乗込んでいる場合には、利用者の重量によりモータ軸を下降運転方向とは逆回転方向に回そうとする回生電力が発生する。インバータからモータに電力を供給する構成では、インバータ内部（整流部とインバータ部の間）の直流段のコンデンサ電圧が回生電力により上昇し続けるのを防止するために、インバータ外部に制動抵抗器を配置するとともに、インバータに半導体スイッチを内蔵し、かつ、半導体スイッチで制動抵抗器への回生電力の通電を制御しながら、制動抵抗器で回生電力を消費させることで直流段のコンデンサ電圧の上昇を防止している。また、制動抵抗器で回生電力を消費させることで、エスカレータの回生制動が可能となる。

ここで、インバータに内蔵している半導体スイッチが短絡故障を起こすと、インバータ内部の直流段のコンデンサ電圧が制動抵抗器に連続的に印加され、制動抵抗器の過熱を招く虞がある。

過熱の検出方法としては、例えば、制動抵抗器そのものの過熱を検知する方法がある。しかし、制動抵抗器は正常な状態でもある程度の過熱状態にあり、また制動抵抗器の過熱レベルは、エスカレータのライズによって変わる。そのため、異常の判断を適切に行うためには、個々に過熱レベルを設定する必要があり、異常の判断が複雑化するという問題があった。

これに鑑み、本発明は、制動抵抗器の接続状態を切り換える半導体スイッチの故障を適切に検出可能とした乗客コンベアを提供する。

（実施の形態１）
１．構成
図１は、実施の形態１におけるエスカレータの概略側面図である。エスカレータ１は、乗客コンベアの一例である。

エスカレータ１は、エスカレータ本体１０、モータ２０、インバータ３０、制御装置４０などを有する。

エスカレータ本体１０は、建築物の２つの階床Ｆ１、Ｆ２間に架け渡された状態で設置される。エスカレータ本体１０は、無端状に連結された複数の踏段１１と、左右一対の無端状のハンドレール１２と、モータ２０の動力を踏段１１及びハンドレール１２に伝達する動力伝達機構などを有する。複数の踏段１１及びハンドレール１２は、インバータ３０から供給される電力により駆動されるモータ２０の動力により循環駆動される。階床Ｆ１、Ｆ２には、利用者の乗降に供される乗降口５、６が設けられている。乗降口５、６は、運転方向に応じて乗り口または降り口となる。

インバータ３０は、交流電力を入力し、入力した交流電力の周波数を変換してモータ２０に供給する。

モータ２０は、インバータ３０から供給される交流電力の周波数に応じた回転数で動作する。これにより、踏段１１の駆動速度が、インバータ３０から供給される交流電力の周波数に応じて変更される。モータ２０は、例えば誘導電動機により構成される。

制御装置４０は、エスカレータ１の運転を制御する。制御装置４０は、例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）を利用して構成される。制御装置４０は、安全装置の作動などによりエスカレータ１を停止させる必要が生じた場合や、停電が発生した場合、インバータ３０に減速信号を出力する。

図２は、実施形態１におけるエスカレータのインバータの電気的構成を示す図である。

インバータ３０は、コンバータ部３１と、コンデンサ３２と、インバータ部３３と、制動トランジスタ３４と、制動抵抗器３５と、コントローラ３６と、電圧計測部３７とを備える。

コンバータ部３１は、交流電源ＰＳ側から三相交流電力を入力し、直流電力に変換（交流→直流変換）してインバータ部３３側に出力する。また、コンバータ部３１は、モータ２０での回生電力の発生時にインバータ部３３側から直流電力を入力し、交流電源ＰＳの電圧、周波数、及び位相に一致する三相交流電力に変換（直流→交流変換）して交流電源ＰＳ側に出力する。コンバータ部３１は、例えば、複数のトランジスタ等で構成される。コンバータ部３１は、複数のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦタイミングがコントローラ３６により制御されることにより、上記の交流→直流変換や、直流→交流変換を行う。

コンデンサ３２は、コンバータ部３１から出力される直流電力を平滑する。また、コンデンサ３２は、回生電力の発生時にインバータ部３３から出力される直流電力を平滑する。コンデンサ３２は、直流電力を平滑できるものであれば、電解コンデンサなど、どのようなコンデンサであってもよい。

インバータ部３３は、コンバータ部３１側から直流電力を入力し、モータ２０の運転に適した電圧及び周波数の三相交流電力に変換（直流→交流変換）してモータ２０側に出力する。また、インバータ部３３は、例えば減速制御時などに、モータ２０側から回生電力（三相交流電力）を入力し、直流電力に変換（交流→直流変換）してコンバータ部３１側に出力する。インバータ部３３は、例えば、複数のトランジスタ等で構成される。インバータ部３３は、複数のトランジスタのＯＮ／ＯＦＦタイミングがコントローラ３６により制御されることにより、上記の直流→交流変換や、交流→直流変換を行う。

制動トランジスタ３４は、制動抵抗器３５への通電を制御する。具体的に、制動トランジスタ３４は、停電時における減速制御時にコントローラ３６により所定時間Ｔ０だけＯＮに制御される。制動トランジスタ３４は、半導体スイッチの一例である。所定時間Ｔ０は、減速制御の際に後述する所定減速率を実現するのに要する時間あるいは当該時間よりも若干長い程度の時間である。所定時間Ｔ０は、例えば２秒である。

制動抵抗器３５は、例えばセメント抵抗器により構成される。制動抵抗器３５は、通電された電力を熱に変えて消費する。制動抵抗器３５と制動トランジスタ３４は、コンバータ部３１の出力とインバータ部３３の入力とを接続する正負の電源線間に直列に接続されている。

電圧計測部３７は、制動抵抗器３５の両端子間の電圧を計測する。

コントローラ３６は、インバータ３０における上述した各構成要素の動作を制御することで、インバータ３０の動作を制御する。コントローラ３６は、例えば、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）を利用して構成されている。プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）は、制御部や記憶部を備える。記憶部は、プログラムや種々のデータを格納している。プログラムには、本実施形態のコントローラ３６の各種機能を実現するためのプログラムが含まれている。制御部は、記憶部からプログラム及びデータを読み出し、読み出したプログラム及びデータに基づく演算処理を行う。これにより、コントローラ３６における各種の機能が実現される。

エスカレータ１は、さらに、電源電圧監視装置７０を有する。

電源電圧監視装置７０は、交流電源ＰＳの電圧を監視する。電源電圧監視装置７０は、停電などにより交流電源ＰＳの電圧が例えば０Ｖとなったときに制御装置４０に停電信号を出力する。

２．動作
以下では、エスカレータ１の下降運転時における動作について説明する。

図３は、エスカレータ１の下降運転時における制御装置４０による制御を説明したフローチャートである。図３のフローチャートに示す処理は、エスカレータ管理者などによりエスカレータ操作盤のキースイッチに対してエスカレータ起動操作があったときに開始する。

エスカレータ起動操作があると、コントローラ３６は、エスカレータ１を起動させる（Ｓ１１）。このとき、コントローラ３６は、インバータ３０に起動信号を出力する。

制御装置４０は、交流電源ＰＳの停電が発生したか否かを判断する（Ｓ１２）。制御装置４０は、例えば、電源電圧監視装置７０から停電信号を受信すると、停電が発生したと判断する。

停電が発生していない場合（Ｓ１２でＮＯ）、制御装置４０は、運転停止条件が成立したか否かを判断する（Ｓ１３）。制御装置４０は、エスカレータ１の異常を検出する安全装置が作動したときや、エスカレータ停止動作があったときに、運転停止条件が成立したと判断する。

運転停止条件が成立していない場合（Ｓ１３でＮＯ）、制御装置４０は、ステップＳ１２に戻ってその判断を再度実行する。

運転停止条件が成立した場合（Ｓ１３でＹＥＳ）、制御装置４０は、エスカレータ１の運転を停止させる運転停止処理を実行する（Ｓ１４）。制御装置４０は、例えば、インバータ３０に減速信号を出力する。

ステップＳ１２において、停電が発生したと判断された場合（Ｓ１２でＹＥＳ）、制御装置４０は、停電に対応するために、運転停止処理を実行する（Ｓ１４）。制御装置４０は、例えば、インバータ３０に減速信号を出力する。

図４は、エスカレータ１の下降運転時におけるインバータ３０のコントローラ３６による制御を説明したフローチャートである。図３のフローチャートに示す処理は、エスカレータ管理者などによりエスカレータ操作盤のキースイッチに対してエスカレータ起動操作があって、制御装置４０からインバータ３０のコントローラ３６に起動信号が出力されたときに開始する。

制御装置４０から起動信号を受けると、コントローラ３６は、インバータ３０を動作させるための起動処理を行う（Ｓ２１）。このとき、コントローラ３６は、制動トランジスタ３４をＯＦＦに制御する。

起動処理を行うと、コントローラ３６は、交流電源ＰＳ（商用電源など）の停電が発生したか否かを判断する（Ｓ２２）。コントローラ３６は、インバータ３０を動作させる交流電圧がなくなったことを自ら判断してもよいし、エスカレータ１が有する電源電圧監視装置７０から停電信号を受信した場合に、停電が発生したと判断してもよい。

停電が発生していない場合（Ｓ２２でＮＯ）、コントローラ３６は、制御装置４０から減速信号を受信したか否かを判断する（Ｓ２３）。停電が発生していない場合に減速信号を制御装置４０が送信するのは、例えば安全装置が作動したときである。

減速信号を受信していない場合（Ｓ２３でＮＯ）、コントローラ３６は、例えば下記（１）、（２）の通常制御を実行する。（１）交流電源ＰＳから三相交流電力を入力し、入力した三相交流電力をコンバータ部３１及びインバータ部３３などにより定常運転に適した電圧及び周波数の三相交流電力に変換してモータ２０に出力する。（２）エスカレータが下降運転中で乗客が多いことなどにより、モータ２０で回生電力が発生するときには、モータ２０で発生する回生電力を入力し、入力した回生電力をインバータ部３３及びコンバータ部３１などにより交流電源ＰＳの電圧、周波数、及び位相に一致する三相交流電力に変換して交流電源ＰＳに出力する。なお、（１）、（２）の通常制御において、コントローラ３６は、制動トランジスタ３４をＯＦＦに制御する。

減速信号を受信した場合（Ｓ２３でＹＥＳ）、コントローラ３６は、下記（３）の非停電時減速制御を所定時間Ｔ０だけ実行して（Ｓ２５）、エスカレータ１を停止させ、本フローチャートの処理を終了する。（３）モータ２０を所定減速率で減速させる制御を行うとともに、減速によりモータ２０で発生する回生電力を入力し、入力した回生電力をインバータ部３３及びコンバータ部３１などにより交流電源ＰＳの電圧、周波数、及び位相に一致する三相交流電力に変換して交流電源ＰＳに出力する。なお、所定減速率は、エスカレータ１の停止の際に、エスカレータ１に乗車中の利用者に加わる衝撃が所定程度以下となる減速率である。なお、（３）の非停電時減速制御において、コントローラ３６は、制動トランジスタ３４をＯＦＦに制御する。

ステップＳ２２において、停電が発生したと判断した場合（Ｓ２２でＹＥＳ）、コントローラ３６は、下記（４）の停電時減速制御を所定時間Ｔ０だけ実行する（Ｓ２６）。（４）インバータ３０はモータ２０を所定減速率で減速させる制御を行うとともに、減速によりモータ２０で発生する回生電力を入力し、入力した回生電力をインバータ部３３などにより直流電力に変換し、制動トランジスタ３４を介して制動抵抗器３５に通電して消費させる。なお、所定時間Ｔ０は、前述した例えば２秒である。停電時減速制御において、コントローラ３６は、制動トランジスタ３４を所定時間Ｔ０だけＯＮに制御する。

ステップＳ２６の実行後、コントローラ３６は、制動トランジスタ３４をＯＦＦに制御する（Ｓ２７）。

コントローラ３６は、制動抵抗器３５の端子間電圧が０（Ｖ）か否かを判断する（Ｓ２８）。

制動抵抗器３５の端子間電圧が０（Ｖ）である場合（Ｓ２８でＹＥＳ）、コントローラ３６は、本フローチャートの処理を終了する。

制動抵抗器３５の端子間電圧が０（Ｖ）でない場合（Ｓ２８でＮＯ）、コントローラ３６は、制動トランジスタ異常が発生したと判断する（Ｓ２９）。このとき、コントローラ３６は、制御装置４０に制動トランジスタ異常信号を出力してもよい。

３．本実施形態の作用
実施の形態のエスカレータ１の作用について説明する。

本実施の形態のエスカレータ１では、エスカレータ１が置かれている状況に応じて、前述した（１）～（２）の通常制御、（３）の非停電時減速制御、あるいは（４）の停電時減速制御が行われる。

例えば、エスカレータが下降運転中で乗客が多いことなどにより、モータ２０で回生電力が発生するときには、（２）の通常制御が行われる。これにより、モータ２０で発生する回生電力を、インバータ３０により交流電源ＰＳの電圧、周波数、及び位相に一致する三相交流電力に変換して交流電源ＰＳに出力することができる。また、安全装置が作動したときなどには、（３）の非停電時減速制御が行われる。これにより、モータ２０を所定減速率で減速させる減速制御を行うことができる。また、減速によりモータ２０で発生する回生電力を、インバータ３０により交流電源ＰＳの電圧、周波数、及び位相に一致する三相交流電力に変換して交流電源ＰＳに出力することができる。

特に、（２）、（３）のいずれの制御においても、減速によりモータ２０で発生する回生電力が制動抵抗器３５に通電されないので、制動抵抗器３５の過熱を発生させない。

また、下降運転中に停電が発生したときには、（４）の停電時減速制御が行われる。このとき、コントローラ３６により、制動トランジスタ３４が所定時間Ｔ０だけＯＮに制御される。これにより、モータ２０を所定減速率で減速させる制御を行うことができる。また、減速によりモータ２０で発生する回生電力をインバータ部３３により直流電力に変換し、制動トランジスタ３４を介して制動抵抗器３５に通電して消費させることができる。制動抵抗器３５への通電時間は、前述した所定時間Ｔ０（例えば２秒）だけである。

上記構成によると、制動抵抗器３５への通電が行われるのは、（４）の停電時減速制御の場合だけである。また、通電時間は、停電が検知されてから所定時間Ｔ０だけであり、所定時間Ｔ０は、前述した通り２秒程度の短時間である。したがって、制動抵抗器３５が過熱するのを抑制できる。なお、問題が生じない程度の範囲で制動抵抗器３５の温度上昇を許容するものとすれば、制動抵抗器３５を小型化することも可能である。この場合、制動抵抗器３５の費用についても低減できる。

特に、本実施の形態では、停電発生時にのみ制動トランジスタ３４を所定時間Ｔ０のみＯＮするように構成している。そのため、制動抵抗器３５の端子間電圧が所定時間Ｔ０以上、０（Ｖ）でない電圧となっている場合には、制動抵抗器３５が短絡故障を起こしていることを意味する。したがって、本実施の形態では、制動抵抗器３５の端子間電圧が所定時間Ｔ０以上、０（Ｖ）でない電圧となっているか否かを判断することで、制動トランジスタ３４が短絡故障を起こしているか否かを適切に判断できる。

（実施の形態についてのまとめ）
（１）実施の形態１のエスカレータ１（乗客コンベアの一例）は、
無端状に連結された踏段１１を循環駆動するモータ２０と、
交流電源ＰＳから供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータ部３１と、
コンバータ部３１で変換された直流電力を交流電力に変換してモータ２０に供給するインバータ部３３と、
コンバータ部３１の出力とインバータ部３３の入力とを接続する正負の電源線間に直列に接続された制動トランジスタ３４（半導体スイッチの一例）及び制動抵抗器３５と、
コントローラ３６（制御部）と、を備え、
コントローラ３６は、
交流電源ＰＳが停電していないときは、制動トランジスタ３４をＯＦＦに制御するとともに、モータ２０で発生した回生電力をインバータ部３３及びコンバータ部３１を介して交流電源ＰＳに流し、
交流電源ＰＳが停電したときは、停電の発生から所定時間Ｔ０だけ制動トランジスタ３４をＯＮに制御するとともに、モータ２０で発生した回生電力をインバータ部３３及び制動トランジスタ３４を介して制動抵抗器３５に通電させ、
コントローラ３６は、
所定時間Ｔ０以外のときに制動抵抗器３５に通電されているときは、制動トランジスタ３４が短絡故障を起こしていると判断する。

実施の形態１のエスカレータ１によれば、制動抵抗器３５の接続状態を切り換える制動トランジスタ３４の故障を適切に検出することができる。

（２）実施の形態１のエスカレータ１において、
制動抵抗器３５の端子間電圧を計測する電圧計測部３７を備え、
コントローラ３６は、所定時間Ｔ０以外のときに端子間電圧が０ボルトでないときは、制動トランジスタ３４が短絡故障を起こしていると判断する。

これによれば、制動抵抗器３５の端子間電圧を計測することで、制動抵抗器３５の短絡故障を容易に判断できる。

（その他の実施の形態）
（Ａ）
前記実施の形態のエスカレータ１は、本発明の乗客コンベアの一例である。本発明において、乗客コンベアは、一の階床において水平あるいは斜めに配置されたいわゆる動く歩道等の乗客コンベアであってもよい。

（Ｂ）
実施の形態１では、制動抵抗器３５の端子間電圧を計測する電圧計測部３７を備え、コントローラ３６は、所定時間Ｔ０以外のときに端子間電圧が０ボルトでないときは、制動トランジスタ３４が短絡故障を起こしていると判断する。しかし、これに代えて、あるいはこれとともに、制動抵抗器３５に流れる電流を計測する電流計測部を備え、コントローラ３６は、所定時間Ｔ０以外のときに電流が０アンペアでないときは、制動トランジスタ３４が短絡故障を起こしていると判断してもよい。これによれば、制動抵抗器３５の電流を計測することで、制動抵抗器３５の短絡故障を容易に判断できる。

（Ｃ）
実施の形態１では、半導体スイッチとして制動トランジスタ３４を例示した。しかし、本発明において、半導体スイッチは、通電を制御する半導体スイッチであれば、どのようなものでもよい。

（Ｄ）
実施の形態１では、制動抵抗器３５の端子間電圧が０（Ｖ）か否かの判断（Ｓ２８）をステップＳ２７の直後に実行する例を示した。しかし、制動抵抗器３５の端子間電圧が０（Ｖ）か否かの判断は、ステップＳ２６を実行しているタイミング以外のいずれのタイミングで実行されてもよい。本発明では、停電の発生から所定時間だけ半導体スイッチがＯＮに制御されるので、所定時間Ｔ０以外のときに制動抵抗器３５の端子間電圧が０（Ｖ）でないことは、制動トランジスタ３４が短絡故障を起こしているといえるためである。

１ エスカレータ
５ 乗降口
６ 乗降口
１０ エスカレータ本体
１１ 踏段
１２ ハンドレール
２０ モータ
３０ インバータ
３１ コンバータ部
３２ コンデンサ
３３ インバータ部
３４ 制動トランジスタ
３５ 制動抵抗器
３６ コントローラ
４０ 制御装置
Ｆ１ 階床
Ｆ２ 階床

Claims (3)

1. 無端状に連結された踏段を循環駆動するモータと、
   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コンバータ部と、
   前記コンバータ部で変換された直流電力を交流電力に変換して前記モータに供給するインバータ部と、
   前記コンバータ部の出力と前記インバータ部の入力とを接続する正負の電源線間に直列に接続された半導体スイッチ及び制動抵抗器と、
   制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記交流電源が停電していないときは、前記半導体スイッチをＯＦＦに制御するとともに、前記モータで発生した回生電力を前記インバータ部及び前記コンバータ部を介して交流電源に流し、
   前記交流電源が停電したときは、停電の発生から所定時間だけ前記半導体スイッチをＯＮに制御するとともに、前記モータで発生した回生電力を前記インバータ部及び前記半導体スイッチを介して前記制動抵抗器に通電させ、その後、前記半導体スイッチをＯＦＦに制御し、
   前記制御部は、
   前記半導体スイッチをＯＮに制御している前記所定時間以外のときに、前記半導体スイッチをＯＦＦに制御しているにもかかわらず前記制動抵抗器に通電されているときは、前記半導体スイッチが短絡故障を起こしていると判断する、
   乗客コンベア。
2. 前記制動抵抗器の端子間電圧を計測する電圧計測部を備え、
   前記制御部は、前記半導体スイッチをＯＮに制御している前記所定時間以外のときに、前記半導体スイッチをＯＦＦに制御しているにもかかわらず前記端子間電圧が０ボルトでないときは、前記半導体スイッチが短絡故障を起こしていると判断する、
   請求項１に記載の乗客コンベア。
3. 前記制動抵抗器に流れる電流を計測する電流計測部を備え、
   前記制御部は、前記半導体スイッチをＯＮに制御している前記所定時間以外のときに、前記半導体スイッチをＯＦＦに制御しているにもかかわらず前記電流が０アンペアでないときは、前記半導体スイッチが短絡故障を起こしていると判断する、
   請求項１または２に記載の乗客コンベア。

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