(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エスカレータを駆動する交流電動機と、一定周波数の３相交流を出力する３相交流電源と、この交流電源からの交流を可変電圧・可変周波数の３相交流に変換する電力変換器と、この電力変換器の出力側を前記交流電動機に接続する第１の開閉手段と、前記交流電源と前記交流電動機とを直接接続する第２の開閉手段とを備えたエスカレータ装置において、エスカレータの利用客がないとき前記電力変換器と前記第１の開閉手段を用いてエスカレータを選択された方向へ比較的低い速度で運転する第１の制御手段と、この低速度での上昇運転中に利用客が現れたとき前記電力変換器と前記第１の開閉手段を用いてエスカレータを加速し比較的高い一定速度で上昇運転する第２の制御手段と、前記低速度での下降運転中に利用客が現れたとき前記電力変換器と前記第１の開閉手段を用いてエスカレータを加速した後前記第１の開閉手段を開放し前記第２の開閉手段を投入してエスカレータを比較的高い一定速度で下降運転する第３の制御手段と、前記第２の開閉手段を用いて比較的高い速度で下降運転中に、利用客がいないとき前記第２の開閉手段を開放し前記電力変換器と前記第１の開閉手段を用いてエスカレータを減速し比較的低い速度で運転するに際し、前記減速時の減速度を、エスカレータの慣性エネルギーと無負荷運転の走行損失とで決まる自由減速度より小さく設定したことを特徴とするエスカレータ装置。
【請求項２】
エスカレータを駆動する交流電動機と、一定周波数の３相交流を出力する３相交流電源と、この交流電源からの交流を可変電圧・可変周波数の３相交流に変換する電力変換器と、この電力変換器の出力側を前記交流電動機に接続する第１の開閉手段と、前記交流電源と前記交流電動機とを直接接続する第２の開閉手段とを備えたエスカレータ装置において、前記電力変換器と前記第１の開閉手段を用いてエスカレータを比較的低い速度で上昇又は下降方向に運転する第１の制御手段と、前記電力変換器と前記第１の開閉手段を用いてエスカレータを比較的高い速度で上昇運転する第２の制御手段と、前記第２の開閉手段を用いてエスカレータを比較的高い速度で下降運転する第３の制御手段と、前記第２の開閉手段を用いて比較的高い速度で下降運転中に、利用客がいないとき前記第２の開閉手段を開放し前記電力変換器と前記第１の開閉手段を用いてエスカレータを減速し比較的低い速度で運転するに際し、前記減速時の減速度を、エスカレータの慣性エネルギーと無負荷運転の走行損失とで決まる自由減速度より小さく設定したことを特徴とするエスカレータ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエスカレータ装置の改良に関し、特に、省エネルギー運転を行うエスカレータ装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、特開昭６１−２９１３９０号公報には、加減速時にのみインバータを用い、定常高速運転に近づくと商用３相交流電源から直接電動機に給電するエスカレータの制御装置が開示され、誘導電動機は常に同期速度付近で運転し効率が良く、かつショックのない加減速を得ている。
【０００３】
また、特開平５−３１９７６１  号公報に開示されたように、上昇運転時のみにインバータを用いて運転し、下降運転時には商用３相交流電源から直接電動機に給電するエスカレータ装置がある。この技術によれば、特別な電力回生装置や回生発生熱の処理を必要とせず、安価にして省エネを図ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記第１の従来技術においては、回生エネルギーを処理する手段が必要であり、第２の従来技術においては、省エネルギーが不十分である欠点があった。
【０００５】
本発明の目的は、簡潔な装置で十分な省エネルギー効果を得ることのできるエスカレータ装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エスカレータの利用客がいないとき電力変換器と第１の開閉手段を介してエスカレータ駆動電動機へ給電し、選択された方向へ加速し比較的低い速度で運転する制御手段と、この低速度での上昇運転中に利用客が現れたとき前記電力変換器と前記第１の開閉手段を用いて再度エスカレータを加速した後比較的高い一定速度で上昇運転する制御手段と、前記低速度での下降運転中に利用客が現れたとき前記電力変換器と前記第１の開閉手段を用いてエスカレータを加速した後前記第１の開閉手段を開放し３相交流電源を駆動電動機へ直接つなぐ第２の開閉手段を投入してエスカレータを比較的高い一定速度で下降運転する制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】
このように構成することによって、利用客がなければ下降時にも低速運転を行うことができ、回生エネルギーの処理手段を必要としない簡易な装置によって、十分な省エネルギー効果を得ることができる。
【０００８】
本発明の望ましい一実施態様においては、第２の開閉手段を用いて交流電源から直接的に駆動電動機に給電し比較的高い速度で運転中に、利用客がいなくなったとき（下降運転中には第２の開閉手段を開放し第１の開閉手段を投入して）、電力変換器を用いて、エスカレータの慣性エネルギーと無負荷運転の走行損失とで決まる自由減速度より小さく設定した減速度でエスカレータを減速し、比較的低い一定速度で運転することを特徴とする。
【０００９】
このように構成すれば、電力変換器に（下降時特有の）回生電力の負担をかけること無く省エネルギー運転を実現できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施例を図１，図２により説明する。
【００１１】
図１は本発明の一実施例によるエスカレータ装置の主要構成図を示す。
【００１２】
エスカレータはステップチェーン１と、このチェーンに取り付けられた移動踏み板（以下ステップと略す）２が、エスカレータの上下にある端部歯車３と４との間に無端状に張られている。
【００１３】
駆動モータ５は、誘導電動機に代表される交流電動機であり、一定電圧・一定周波数の３相交流電源６から、電力変換器７と第１の開閉手段（接触器）８を介して、あるいは第２の開閉手段（接触器）９から直接的に給電される。電力変換器７は、逆変換不能のいわゆるダイオード整流器（コンバータ）７１，平滑コンデンサ７２及びトランジスタインバータ７３を主要構成要素とするもので、交流電源６への回生機能はもたないものである。これには市販の汎用インバータを用いることができる。駆動モータ５の動力は端部歯車３に伝達される。ハンドレール１０はエンドレス状に作られていて、ローラまたは案内用のガイドの上を摺動して、ステップ２と等しい速度で移動する。
【００１４】
利用客検出手段としての光電装置１１及び１２が、下部及び上部の乗り口の内デッキと呼ばれる左右の欄干間に設けられ、上昇及び下降運転時の利用客を検出する。なお、利用客検出手段としては、エスカレータの上下の乗り場近傍であればどこに設けても良く、赤外線形検出装置等も利用できる。
【００１５】
制御装置１３は、マイクロコンピュータを含むもので、運転方向選択スイッチ１４，運転・停止スイッチ１５からの指令を受け、利用客検出手段１１，１２からの信号ａ，ｂ及び速度検出器１６からの速度信号等を入力して図２に示すフローの処理を行い、インバータ７３への制御信号，接触器８及び９への開閉指令を出力するものである。
【００１６】
次に、マイクロコンピュータを含む制御装置１３の処理フローチャートを示す図２を参照して動作を説明する。
【００１７】
（１）上昇運転
上昇運転中は、全期間に亘りインバータ７３を用いて運転する。
【００１８】
まず、運転方向選択スイッチ１４をＵＰ側にして、運転・停止スイッチ１５を運転側に入れると、図２のステップ２０１から２０２に進み、接触器８を投入してインバータ７３を起動する。その出力電圧及び周波数を徐々に増加させて駆動モータ５に給電し、エスカレータを加速度０．３ｍ／ｓｓ  以下で加速し、ステップ２０３で速度１０ｍ／分の低速運転に入る。
【００１９】
この状態で、エスカレータは低速で動いており、利用したい客が近づけば、利用可能であると判断でき、エスカレータに乗り込むことができる。
【００２０】
ステップ２０４で、利用客検出器１１が利用客を検出すれば、ステップ２０５での運転方向確認で上昇であることから、ステップ２０６でインバータ７３の出力電圧及び周波数の制御により加速度０．３ｍ／ｓｓ  以下で、速度３０ｍ／分の高速まで加速する。加速終了後は、この定格速度３０ｍ／分で通常の乗客の輸送サービスを行う。
【００２１】
ステップ２０７では、運転・停止スイッチ１５を停止側に切替えない限り運転を継続と判断し、ステップ２０４に戻る。
【００２２】
したがって、通常サービスは乗客が有る間は続き、乗客が無くなると、ステップ２０４で乗客検出装置の出力が途絶えたことにより、ステップ２０８で一定時間経過したところで無負荷と判定する。すると、ステップ２０９でインバータで運転中か、商用電源で運転中かを判断し、商用電源での運転であればインバータ運転に切替え（ステップ２１０）、ステップ２１１でインバータの出力電圧及び周波数を徐々に低下させて速度１０ｍ／分の低速へ減速する。利用者が現れるまで、この低速運転を継続し、利用可能であることを利用者に明確にしつつ、低速による省エネルギー運転を行う。
【００２３】
以下、利用客の有無に応じて、通常運転と省エネ低速運転が繰り返される。
【００２４】
（２）下降運転
下降運転では、加減速運転中及び低速省エネ運転中はインバータを用いるが、乗客のいる高速下降運転は３相交流電源６から接触器９を介して駆動モータ５へ直接給電を行う。
【００２５】
図２において、ステップ２０１の運転開始で接触器８を投入し、インバータで起動し（ステップ２０２）、上昇運転と同様に、一定限度以下の加速度になるように制御しながら、まず、１０ｍ／分の低速まで加速する（ステップ２０３）。下降運転の場合にも、図２のフローから明らかなように、利用客が無い状態あるいは利用客が途絶えた状態では上昇運転と同じであり、インバータ７３を用いた省エネルギーの低速運転が行われ、利用者が現れるのを待つ。
【００２６】
利用者が現れると、図２のステップ２０５で下降と判断されてステップ２１２に移って、商用電源での定格速度での高速運転か、インバータでの低速運転かを判定する。もし、インバータ運転であれば、ステップ２１３において、インバータの出力電圧及び周波数を増大させて一定限度（０．３ｍ／ｓｓ）以下の加速度で高速へ向かって加速させる。ステップ２１４で同期（定格）速度３０ｍ／分に到達したことを検出すると、ステップ２１５で接触器９を投入し、接触器８を開放して、商用電源からの直接給電に切替える。
【００２７】
このようにして、下降運転時には利用者がいる限り、商用電源から駆動モータ（交流モータ）５へ直接給電しての高速運転となり、電源６への電力の回生も自動的に行われるとともに、利用者が途絶えればインバータを用いて減速させ、低速度での省エネルギー運転に入る。以下、利用客の有無に応じて、通常運転と省エネ低速運転が繰り返される。
【００２８】
運転・停止スイッチ１５が停止に切替えられれば、運転方向に関係無くステップ２１６で停止する。
【００２９】
この実施例では、すべての加速時に加速度０．３ｍ／ｓｓ  以下に制限するものとしたが、利用客の乗込みの機会が大きい省エネ低速運転から高速運転への加速時のみに加速度を制限しても良い。
【００３０】
（３）減速時の速度指令の与え方
ここで、上記実施例における減速時の速度指令の与え方について図３を用いて説明する。
【００３１】
エスカレータは装置の慣性が大きいので、定格速度ＶＨから低速度ＶＬに減速するときには、（１／２）×（可動部質量）×｛（ＶＨ）２−（ＶＬ）２｝の運動エネルギーを放出する。図３は定格速度３０ｍ／分から省エネ運転速度の１０ｍ／分に減速する時の速度と時間の関係を示す。エスカレータは慣性が大きいので比較的大きな運動エネルギーを蓄積しているから、速度３０ｍ／分で走行してる状態の点Ａで、電動機電源を遮断して自由走行状態（フリーラン状態）にすると、３０ｍ／分の走行速度を維持しようとする。
【００３２】
しかし他方で、エスカレータは、ハンドレールとハンドレールガイドとの摺動損失，ステップのローラの転動損失，ステップチェーンの屈曲損失，減速機の機械損失などの損失により運動エネルギーが消費される結果、図３の直線ＡＣＥのようにエスカレータは次第に速度が低下してきてＥ点で自然に停止する（フリーラン停止）。
【００３３】
エスカレータでのフリーラン停止時間ｔ１〜ｔ４は通常７秒程度になる。これに対して、従来の減速制御で設定される速度曲線ＡＢの減速時間ｔ１，ｔ２は、一般に２秒程度に選ばれるのでフリーランで速度１０ｍ／分に減速する時間ｔ１〜ｔ３（約５秒）に比べかなり短い。この結果、従来の省エネ制御では、図３の三角形ＡＢＣの面積に相当するエネルギーが回生電力としてインバータに逆流し、平滑コンデンサ７２を充電することになる。最悪の場合はこのエネルギーによりコンデンサ７２を過充電し破壊してしまう。この不具合を防止するために、従来回生電力を吸収する装置が不可欠であった。
【００３４】
本実施例では、減速時の速度指令ＡＤとして、フリーラン時の減速時間約５秒より十分に長い減速時間ｔ１〜ｔ５（約８秒）に設定して制御を行う。この結果今度は、図３の三角形ＡＣＤに相当するエネルギーが不足するので、これをインバータ７３が供給することで制御が行われる。このようにすることにより、回生電力処理装置のないインバータを使用しても問題なく減速制御ができる。なお、５秒を超える減速時間は、通常の減速時間としては長すぎるが、本実施例においては、いずれも無負荷すなわち乗客がいない状態なので問題はない。
【００３５】
（４）下降運転における電力回生の問題
次に、下降運転における電力回生の問題について述べる。
【００３６】
エスカレータの乗客数とモータ入力の関係を図示すると図４の様になる。上昇運転（ＰＵ  直線）は常にプラスの負荷状態が続くが、下降運転（ＰＤ  直線）では乗客数が一定値（Ｎ１  ）を超えると乗客の荷重でエスカレータが駆動されるために、モータ入力はマイナスとなり回生電力が発生する。このため回生機能のないインバータでは制御できない。
【００３７】
本実施例においては、乗客無しの状態でのみ、電力変換器７を用いて加減速するので、回生機能は不要である。乗客がある状態では、３相交流電源６から駆動モータ（誘導電動機）５への直接給電であり、乗客が増加して全負荷状態になって大きな回生電力が発生しても、直接に電源に返還できる。
【００３８】
（５）加減速度の選定
最後に加減速度について述べる。
【００３９】
加速度が大きければ加速中に利用者が乗り込むことは危険である。一般に水平移動する乗物において、乗客が感知する水平方向の加速度の大きさは、１０ＨＺ以下の低周波の場合、２０〜２５ｇａｌ（０．２〜０．２５ｍ／ｓｓ）程度であると言われる。このことから、加速中に乗客が乗り込むことが予想される低速から高速への速度変化時の加速度は、安全上、この範囲に抑えることが望ましいと言える。一方、エスカレータの設置角度は通常３０度である。したがって、水平方向で  ２５ｇａｌ  は、エスカレータの運転速度の変化としては、２５×（２／√３）≒  ２９ｇａｌであり、３０ｇａｌ以下すなわち運転方向の速度変化率は０．３ｍ／ｓｓ  以下に押さえることで安全を確保することとした。
【００４０】
従来のエスカレータ装置では、３相交流電源６から駆動モータ（誘導電動機）５へ直接給電していたため、駆動モータは急激な加速をしていた。このため利用客が、加速終了後にエスカレータのステップに乗り込めるように、利用客検出器はステップからある程度の距離（１．５ｍ以上  ）手前に設置せざるを得ない。しかし、本実施例では、加速度を０．３ｍ／ｓｓ  以下に抑制しているので、利用客が加速中にステップに乗っても安全である。したがって、利用客検出器とステップの距離についての制約を外すことができ、本実施例のように乗り口の内デッキに設けることができる等、検出器設置の自由度が増し、出入口の近傍であれば、どこでも良い。
【００４１】
以上述べた実施例においては、減速時の指令時間をフリーランタイムより長くする事で、運動エネルギーの放出を押さえることと、高速下降運転で交流電源からの直接給電運転を併用することで回生電力処理機能のないインバータでのエスカレータの省エネ運転を実現した。更に、第２の接触器の相順は常に下降運転に固定されているので、３相接触器は１組（１ケ）で済む。
【００４２】
本実施例の主な効果を列挙すると次の通りである。
【００４３】
１．インバータ装置で、高速と低速間の速度制御を行うので、速度変化をきわめて円滑かつ自由にできる。
【００４４】
２．利用者がいない（無負荷）ときには低速運転することで、走行損失を運転速度に応じて低減する省エネ運転ができる。
【００４５】
３．省エネ運転中にもエスカレータを停止しないので、利用客はサービス中であることをはっきり認識できるので利用しやすい。
【００４６】
４．回生電力処理機能が無い汎用インバータが利用できるから、制御装置を安価で小型に製造できる。
【００４７】
５．交流電源から直接給電用の接触器は相順が固定された１ケでよいから主回路の構成が単純で小型にできる。
【００４８】
６．低速省エネ運転状態から加速するときの加速度を低く押さえることができるので、利用客検出用のセンサーの取付けの自由度が増す。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、回生エネルギーの処理手段を必要としない簡易な装置によって、十分な省エネルギー効果を得ることのできるエスカレータ装置ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるエスカレータ装置の一実施例要部構成図である。
【図２】本発明の一実施例によるエスカレータ装置の制御装置の運転処理フローチャートである。
【図３】本発明の一実施例における減速時の速度特性図である。
【図４】本発明の一実施例におけるエスカレータの乗客数とモータ入力特性図である。
【符号の説明】
１…ステップチェーン、２…ステップ、３，４…端部歯車、５…駆動モータ、６…３相交流電源、７…電力変換器、８…第１の開閉手段（接触器）、９…第２の開閉手段（接触器）、１０…ハンドレール、１１，１２…利用客検出器、１３…制御装置、１４…方向選択スイッチ、１５…運転・停止スイッチ、７１…コンバータ（ダイオード整流器）、７２…平滑コンデンサ、７３…インバータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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