本公開涉及驅(qū)動裝置、矩陣變換器和電梯系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

以往，已知如下驅(qū)動裝置：包括矩陣變換器裝置和作為應(yīng)急電源的蓄電池，其中所述矩陣變換器裝置包括由連接三線式電源和三相電機(jī)的九個雙向開關(guān)構(gòu)成的雙向開關(guān)模塊(例如參照專利文獻(xiàn)1)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利文獻(xiàn)專利第4983968號。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

在專利文獻(xiàn)1中記載的那樣的驅(qū)動裝置中，希望使蓄電池(電池)小型化。

因此，本公開的目的在于提供能夠使電池小型化的驅(qū)動裝置、矩陣變換器和電梯系統(tǒng)。

本公開的一個方式涉及的驅(qū)動裝置包括：旋轉(zhuǎn)電機(jī)；矩陣變換器，該矩陣變換器具有將來自交流電源的電力轉(zhuǎn)換成輸出用交流電力的電力轉(zhuǎn)換部；電池，該電池與電力轉(zhuǎn)換部的交流電源側(cè)連接；耗電元件，該耗電元件經(jīng)由開關(guān)與電力轉(zhuǎn)換部的交流電源側(cè)連接；控制部，該控制部構(gòu)成為響應(yīng)于來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)的再生電力而生成用于對開關(guān)進(jìn)行開閉的信號。

驅(qū)動裝置還可以包括二極管，該二極管設(shè)置在電池和電力轉(zhuǎn)換部之間，并防止再生電力逆流至電池。

驅(qū)動裝置還可以包括緩沖電路，該緩沖電路具有整流電路，所述整流電路與電力轉(zhuǎn)換部的旋轉(zhuǎn)電機(jī)側(cè)連接，并對來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)的再生電力進(jìn)行整流，控制部響應(yīng)于被整流電路整流的電壓而生成用于對開關(guān)進(jìn)行開閉的信號。

本公開的一個方式涉及的矩陣變換器包括：多個電力輸入端子；將從多個電力輸入端子輸入的交流電力轉(zhuǎn)換成輸出用交流電力的電力轉(zhuǎn)換部；多個電力輸出端子，該多個電力輸出端子對輸出用交流電力進(jìn)行輸出；控制部，該控制部被構(gòu)成為響應(yīng)于來自與多個電力輸出端子連接的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的再生電力而生成用于對開關(guān)進(jìn)行開閉的信號；以及信號輸出端子，該信號輸出端子輸出由控制部生成的信號。

矩陣變換器還可以包括緩沖電路，該緩沖電路具有整流電路，所述整流電路與電力轉(zhuǎn)換部的多個電力輸出端子側(cè)連接，并對來自多個電力輸出端子的再生電力進(jìn)行整流，控制部響應(yīng)于被整流電路整流的電壓而生成用于對開關(guān)進(jìn)行開閉的信號。

在矩陣變換器中，控制部也可以響應(yīng)于再生電力而生成用于對位于電力輸入端子和耗電元件之間的開關(guān)進(jìn)行開閉的信號。

本公開的一個方式涉及的電梯系統(tǒng)包括上述的驅(qū)動裝置以及由驅(qū)動裝置驅(qū)動的轎廂。

根據(jù)本公開涉及的驅(qū)動裝置、矩陣變換器和電梯系統(tǒng)，能夠使電池小型化。

附圖說明

圖1是示出本公開涉及的驅(qū)動裝置和電梯系統(tǒng)的圖；

圖2是示出電力轉(zhuǎn)換電路的圖；

圖3是示出控制電路直流電壓和電磁接觸器的開閉的定時的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對實施方式進(jìn)行詳細(xì)地說明。在說明中，對于相同要素或具有相同功能的要素賦予相同的符號，并省略重復(fù)說明。

如圖1所示，電梯系統(tǒng)100包括驅(qū)動裝置1、轎廂5、卷揚(yáng)機(jī)6、平衡錘7以及鋼絲繩8。轎廂5被驅(qū)動裝置1驅(qū)動。卷揚(yáng)機(jī)6與驅(qū)動裝置1具備的旋轉(zhuǎn)電機(jī)4連接。轎廂5和平衡錘7通過鋼絲繩8懸掛在卷揚(yáng)機(jī)6上。電梯系統(tǒng)100也可以還包括減速器以及轉(zhuǎn)換鋼絲繩8的方向的機(jī)構(gòu)等的至少一部分。

驅(qū)動裝置1包括與交流電源2連接的矩陣變換器3、與矩陣變換器3連接的旋轉(zhuǎn)電機(jī)4、電池14、二極管15和耗電元件16。以下，“連接”表示電連接的意思，包含經(jīng)由其他電線或元件的連接。

矩陣變換器3將來自交流電源2的電力轉(zhuǎn)換成具有所希望的電壓和頻率的輸出用交流電力，并將輸出用交流電力供應(yīng)給旋轉(zhuǎn)電機(jī)4。輸出用交流電力的電壓和頻率均是可變的。交流電源2例如是商用電源等三相交流電源。矩陣變換器3所具有的電力輸入端子21r、21s、21t經(jīng)由第一開關(guān)11分別與交流電源2的各相連接。

第一開關(guān)11例如是電磁接觸器，響應(yīng)于來自驅(qū)動裝置1的外部的系統(tǒng)控制器的輸入信號，對交流電源2與矩陣變換器3導(dǎo)通的狀態(tài)(接通狀態(tài))、以及交流電源2與矩陣變換器3不導(dǎo)通的狀態(tài)(斷開狀態(tài))進(jìn)行切換。

旋轉(zhuǎn)電機(jī)4例如是三相交流電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)4可以是感應(yīng)式也可以是同步式。旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的三個端子分別與矩陣變換器3的電力輸出端子26u、26v、26w連接。

電池14將直流電力或交流電力供應(yīng)給矩陣變換器3。以下，假定電池14將直流電力供應(yīng)給矩陣變換器3。電池14與矩陣變換器3的交流電源2側(cè)連接。以下，與“交流電源2側(cè)”連接表示與來自交流電源2的電力被輸入的位置連接的意思。與“旋轉(zhuǎn)電機(jī)4側(cè)”連接表示與向旋轉(zhuǎn)電機(jī)4輸出電力的位置連接的意思。作為一個例子，經(jīng)由二極管15和第二開關(guān)12而電池14與電力輸入端子21r、21s、21t連接。更具體地說，電池14的正極與二極管15的陽極連接。經(jīng)由第二開關(guān)12而二極管15的陰極與矩陣變換器3的電力輸入端子21r和電力輸入端子21s連接。作為一個例子，第二開關(guān)12分別設(shè)置在從二極管15的陰極到電力輸入端子21r的路徑、以及從二極管15的陰極到電力輸入端子21s的路徑上。電池14的負(fù)極經(jīng)由第二開關(guān)12與矩陣變換器3的電力輸入端子21t連接。第二開關(guān)12例如是電磁接觸器，響應(yīng)于來自驅(qū)動裝置1的外部的系統(tǒng)控制器的輸入信號，對電池14與矩陣變換器3導(dǎo)通的狀態(tài)(接通狀態(tài))、電池14與矩陣變換器3不導(dǎo)通的狀態(tài)(斷開狀態(tài))進(jìn)行切換。

在例如來自交流電源2的電力的供應(yīng)被停止的情況下，電池14經(jīng)由矩陣變換器3向旋轉(zhuǎn)電機(jī)4提供電力。二極管15防止旋轉(zhuǎn)電機(jī)4中產(chǎn)生的再生電力經(jīng)由矩陣變換器3逆流到電池14。

耗電元件16例如是電阻元件等將電力轉(zhuǎn)換成熱能等而消耗的無源元件。耗電元件16消耗來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的再生電力。耗電元件16與矩陣變換器3的交流電源2側(cè)連接。作為一個例子，耗電元件16經(jīng)由第三開關(guān)13(開關(guān))與矩陣變換器3的電力輸入端子21s、21t連接。更具體地說，耗電元件16的一側(cè)的端子經(jīng)由第三開關(guān)13與矩陣變換器3的電力輸入端子21s連接。耗電元件16的另一側(cè)的端子經(jīng)由第三開關(guān)13與矩陣變換器3的電力輸入端子21t連接。另外，也可以替代圖1所示的方式，耗電元件16的一側(cè)的端子經(jīng)由第三開關(guān)13與電力輸入端子21r連接，耗電元件16的另一側(cè)的端子與電力輸入端子21t連接。即，耗電元件16只要與矩陣變換器3中被供應(yīng)來自電池14的電力的位置連接即可。換言之，只要在第二開關(guān)12和第三開關(guān)13為接通狀態(tài)的情況下耗電元件16位于電池14的正極和電池14的負(fù)極之間即可。

第三開關(guān)13例如是電磁接觸器，通過來自矩陣變換器3的信號輸出端子52的信號來對矩陣變換器3與耗電元件16導(dǎo)通的狀態(tài)(接通狀態(tài))、以及矩陣變換器3與耗電元件16不導(dǎo)通的狀態(tài)(斷開狀態(tài))進(jìn)行切換。當(dāng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)4進(jìn)行再生動作時第三開關(guān)13為接通狀態(tài)時，來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的再生電力經(jīng)由矩陣變換器3流入耗電元件16，被耗電元件16消耗。后面將對來自信號輸出端子52的信號進(jìn)行詳細(xì)說明。

矩陣變換器3具有信號輸入端子51。例如，來自驅(qū)動裝置1的外部的系統(tǒng)控制器的信號被輸入到信號輸入端子51中。

參照圖2，對矩陣變換器3的構(gòu)成進(jìn)行詳細(xì)說明。矩陣變換器3包括多個電力輸入端子21r、21s、21t、輸入濾波器22、多個電抗器23、多個電容器24、電力轉(zhuǎn)換電路25(電力轉(zhuǎn)換部)以及多個電力輸出端子26u、26v、26w。在交流電源2是三相交流電源的情況下，電力輸入端子21r、21s、21t、電抗器23、電容器24以及電力輸出端子26u、26v、26w的數(shù)量為三個。另外，一個電容器24也可以通過多個電容器元件的組合而構(gòu)成。在這種情況下，矩陣變換器3所具有的電容器元件的個數(shù)是3的倍數(shù)。

輸入濾波器22與電力輸入端子21r、21s、21t連接。輸入濾波器22例如是噪聲濾波器，例如將矩陣變換器3適用于emc指令(iec61800-3category2)。

電抗器23與輸入濾波器22的后級串聯(lián)連接。電容器24在電抗器23的后級分別被插入到三相的各相之間。電容器24例如是薄膜電容器。電抗器23和電容器24構(gòu)成lc低通濾波器。該lc低通濾波器使交流電源2的輸出頻率的電力通過，切斷比交流電源2的輸出頻率高的頻率的電力。具體而言，該lc低通濾波器是用于除去來自電力輸入端子21r、21s、21t的輸入電流的高次諧波分量而使脈沖狀的電流波形平滑化的濾波器。

電抗器23的后級與電力轉(zhuǎn)換電路25的輸入端連接。電力轉(zhuǎn)換電路25包含配置成三行三列的矩陣狀的九個開關(guān)電路。開關(guān)電路對電力轉(zhuǎn)換電路25的輸入端的三相的各相以及電力轉(zhuǎn)換電路25的輸出端的三相的各相之間的路徑進(jìn)行開閉。開關(guān)電路具有能夠雙向流過電流的構(gòu)成。作為一個例子，開關(guān)電路具有兩個igbt(insulatedgatebipolartransistor，絕緣柵雙極型晶體管)相互反向并列連接的構(gòu)成。電力轉(zhuǎn)換電路25的輸出端與電力輸出端子26u、26v、26w連接。另外，電力轉(zhuǎn)換電路25可以在上述三行三列的各位置具有多個開關(guān)電路。在這種情況下，電力轉(zhuǎn)換電路25包含的開關(guān)電路的個數(shù)為9的倍數(shù)。

矩陣變換器3還包括電源電路30和放電電路35。電源電路30包括二極管橋31、一對直流母線40a、40b以及平滑電容器32。二極管橋31與電力轉(zhuǎn)換電路25的交流電源2側(cè)連接，對來自交流電源2的三相交流電力進(jìn)行整流并向直流母線40a、40b輸出。如后面所述的，被輸出至直流母線40a、40b的電力被用作控制電路47用的電源。二極管橋31具有將串聯(lián)連接的兩個二極管并聯(lián)連接三組的構(gòu)成。平滑電容器32對從二極管橋31輸出的電壓進(jìn)行平滑化。

另外，電源電路包括作為整流電路的二極管橋33。二極管橋33與電力轉(zhuǎn)換電路25的旋轉(zhuǎn)電機(jī)4側(cè)連接，對來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的再生電力(三相交流電力)進(jìn)行整流并向直流母線40a、40b輸出。二極管橋33具有將串聯(lián)連接的兩個二極管并聯(lián)連接三組的構(gòu)成。電力轉(zhuǎn)換電路25的開關(guān)電路的開/關(guān)時產(chǎn)生的浪涌、來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的再生電力經(jīng)由二極管橋33流入平滑電容器32。即，二極管橋33和平滑電容器32作為吸收浪涌和再生電力的緩沖電路34發(fā)揮功能。

放電電路35與電源電路30并聯(lián)連接。放電電路35包括例如放電igbt36、電阻元件37和二極管38。放電igbt36的集電極與電阻元件37連接。電阻元件37與二極管38并聯(lián)連接。在直流母線40a、40b之間的電壓超過預(yù)定值的情況下，放電igbt36通過控制電路47被設(shè)為發(fā)射極與集電極之間導(dǎo)通的狀態(tài)(接通狀態(tài))。當(dāng)放電igbt36被設(shè)為接通狀態(tài)時，電流從平滑電容器32流到電阻元件37和放電igbt36，平滑電容器32中蓄積的電力被消耗。另外，二極管38是用于抑制放電igbt36的發(fā)射極和集電極之間為斷開狀態(tài)時的過電壓的元件。

矩陣變換器3還包括控制電源生成電路41、柵極驅(qū)動電源電路42、放電igbt驅(qū)動電路43、柵極驅(qū)動電路44、電壓檢測電路45、ad轉(zhuǎn)換器46和控制電路47(控制部)。

控制電源生成電路41將通過二極管橋31或二極管橋33整流的直流電力降至預(yù)定的電壓(例如24伏、15伏、5伏等)，并供應(yīng)給柵極驅(qū)動電源電路42、放電igbt驅(qū)動電路43、柵極驅(qū)動電路44和控制電路47。另外，控制電源生成電路41也可以具有從外部直流電源(例如24伏的直流電源)經(jīng)由端子55接受電力供應(yīng)的構(gòu)成。通過具有這樣的構(gòu)成，即使在例如來自商用電源系統(tǒng)供電被停止的情況下，也能夠繼續(xù)向控制電路47供應(yīng)電力。

柵極驅(qū)動電源電路42將從控制電源生成電路41供應(yīng)的電力供應(yīng)給放電igbt驅(qū)動電路43和柵極驅(qū)動電路44。

放電igbt驅(qū)動電路43根據(jù)來自控制電路47的輸入，輸出用于使放電igbt36的發(fā)射極和集電極之間接通/斷開的信號。例如，控制電路47在直流母線40a和直流母線40b之間的電壓上升的情況下，將放電igbt36的發(fā)射極和集電極之間設(shè)為斷開。此時，控制電路47經(jīng)由電壓檢測電路45接收直流母線40a和直流母線40b之間的電壓的信息。

柵極驅(qū)動電路44響應(yīng)于來自控制電路47的輸入，輸出用于使電力轉(zhuǎn)換電路25中所包含的半導(dǎo)體開關(guān)接通/斷開的信號。

電壓檢測電路45檢測作為直流母線40a和直流母線40b間的電壓的母線電壓。ad轉(zhuǎn)換器46將由電壓檢測電路45檢測出的電壓進(jìn)行模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換，并向控制電路47輸出。

控制電路47向柵極驅(qū)動電路44輸出信號，所述信號是以對旋轉(zhuǎn)電機(jī)4輸出所希望的電壓和頻率的交流電力所需要的定時來使電力轉(zhuǎn)換電路25的半導(dǎo)體開關(guān)接通/斷開的信號?？刂齐娐?7從矩陣變換器3內(nèi)的各部件的電壓傳感器或電流傳感器接收用于生成信號所需的信息。

用于使電力轉(zhuǎn)換電路25的半導(dǎo)體開關(guān)接通/斷開的信號的定時根據(jù)對驅(qū)動裝置1驅(qū)動的是交流電源2還是電池14而不同。因此，控制電路47從控制電路47的外部的系統(tǒng)控制器經(jīng)由信號輸入端子51接收表示交流電源2或電池14的哪一個正在對驅(qū)動裝置1進(jìn)行驅(qū)動的信號。控制電路47基于接收到的信號來生成用于使電力轉(zhuǎn)換電路25的半導(dǎo)體開關(guān)接通/斷開的信號。

另外，控制電路47響應(yīng)于來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的再生電力而生成用于對第三開關(guān)13進(jìn)行開閉的信號。作為一個例子，控制電路47響應(yīng)于由電壓檢測電路45檢測出的信號(換言之，由二極管橋33整流的電壓)，從信號輸出端子52輸出用于對第三開關(guān)13進(jìn)行開閉的信號。例如，在矩陣變換器3具有用于切換輸出信號的中繼器54的情況下，控制電路47通過中繼器54的開閉從信號輸出端子52輸出信號。當(dāng)在旋轉(zhuǎn)電機(jī)4中產(chǎn)生再生電力時，再生電力經(jīng)由二極管橋33流入直流母線40a、40b。由此，二極管橋33的輸出電壓、即直流母線40a和直流母線40b之間的電壓上升。通過響應(yīng)于電壓檢測電路45檢測出的電壓來生成信號，能夠響應(yīng)于來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的再生電力而生成信號。

上述的驅(qū)動裝置1如下所述地動作。通常時，驅(qū)動裝置1的外部的系統(tǒng)控制器將第一開關(guān)11設(shè)定為接通狀態(tài)的同時，將第二開關(guān)12設(shè)定為斷開狀態(tài)。由此，來自交流電源2的交流電力被矩陣變換器3轉(zhuǎn)換并驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機(jī)4。另一方面，在來自交流電源2的電力的供應(yīng)被停止等緊急情況時，驅(qū)動裝置1的外部的系統(tǒng)控制器將第一開關(guān)11設(shè)定為斷開狀態(tài)的同時，將第二開關(guān)12設(shè)定為接通狀態(tài)。由此，來自電池14的直流電力被矩陣變換器3轉(zhuǎn)換而驅(qū)動旋轉(zhuǎn)電機(jī)4。如此，在使用電池14使驅(qū)動裝置1動作的狀態(tài)下，控制電路47輸出用于對第三開關(guān)13進(jìn)行開閉的信號。

參照圖3，對基于控制電路47的生成信號的定時進(jìn)行說明。作為直流母線40a和直流母線40b之間的電壓、即母線電壓低于電壓v1期間，控制電路47將第三開關(guān)13設(shè)定為斷開(打開)狀態(tài)。之后，在時刻t1母線電壓高于電壓v1時，控制電路47將第三開關(guān)13設(shè)定為接通(閉合)狀態(tài)。之后，在時刻t2母線電壓低于電壓v2時，控制電路47將第三開關(guān)13設(shè)定為斷開(打開)狀態(tài)。電壓v2可以等于電壓v1，也可以低于電壓v1。在電壓v2低于電壓v1的情況下，由于控制電路47相對于母線電壓具有滯后特性，因此能夠抑制第三開關(guān)13的開關(guān)次數(shù)。

(本公開的效果)

在驅(qū)動裝置具備轉(zhuǎn)換器和逆變器的組合的情況下，來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)的再生電力在逆變器和轉(zhuǎn)換器中被切斷，因此再生電力不會流入到設(shè)置在轉(zhuǎn)換器的交流電源側(cè)的緊急情況用的電池。另一方面，在驅(qū)動裝置具備矩陣變換器的情況下，來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)的再生電力通過矩陣變換器的電力轉(zhuǎn)換電路，可以流入設(shè)置在矩陣變換器的交流電源側(cè)的電池中。為了防止由于再生電力對電池的過充電，需要增大電池的容量。

根據(jù)本公開涉及的驅(qū)動裝置1，響應(yīng)于來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的再生電力，控制電路47生成用于對第三開關(guān)13開閉的信號，第三開關(guān)13響應(yīng)于該信號被開閉。因此，響應(yīng)于再生電力，經(jīng)電力轉(zhuǎn)換電路25逆流到交流電源2側(cè)的再生電力經(jīng)由被關(guān)閉的第三開關(guān)13而流入耗電元件16，被耗電元件16消耗。因此，過大的再生電力不會逆流到電池14中。因此，不必為了回避由于過大的再生電力引起的過充電狀態(tài)而增大電池的容量，能夠使電池14小型化。

也可以通過二極管15來防止再生電力逆流到電池14。在這種情況下，能夠使電池14進(jìn)一步小型化。

控制電路47也可以響應(yīng)于通過緩沖電路34具有的整流電路而整流的電壓，來生成對第三開關(guān)13進(jìn)行開閉的信號。在這種情況下，由于再生電力經(jīng)過二極管橋33流入直流母線40a、40b，因此母線電壓容易響應(yīng)于再生電力而變化。因此，通過響應(yīng)于母線電壓而生成用于對第三開關(guān)13進(jìn)行開閉的信號，能夠更適當(dāng)進(jìn)行響應(yīng)于再生電力的第三開關(guān)13的開閉。而且，通過利用檢測直流母線40a、40b間的電壓的電壓檢測電路45，由于不需要為了進(jìn)行第三開關(guān)13的開閉而附加特別的電路，因此能夠簡化矩陣變換器3的構(gòu)成。

另外，一般來說，在包括具有矩陣變換器的驅(qū)動裝置的電梯系統(tǒng)中，由于在停電時等運(yùn)轉(zhuǎn)中需要充分的電池容量，使用大型的電池，因此特別希望電池小型化。因此，在將本公開涉及的驅(qū)動裝置1應(yīng)用于轎廂5的驅(qū)動中的電梯系統(tǒng)100中，上述的效果更有用。

以上對實施方式進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明不一定限定于上述的實施方式，能夠在不脫離其主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。例如，也可以省略二極管15，直接連接電池14的正極和第二開關(guān)12。在生成用于控制第三開關(guān)13的信號時，也可以替代通過電壓檢測電路45來檢測直流母線40a、40b之間的電壓，而通過檢測容易根據(jù)來自旋轉(zhuǎn)電機(jī)4的再生電力而變化的其他的電壓或電流，基于檢測到的電壓或電流來生成信號。

產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性

本公開能夠應(yīng)用在驅(qū)動裝置、矩陣變換器和電梯系統(tǒng)中。

符號說明

1…驅(qū)動裝置、3…矩陣變換器、4…旋轉(zhuǎn)電機(jī)、5…轎廂、13…第三開關(guān)(開關(guān))、14…電池、15…二極管、16…耗電元件、21r，21s，21t…電力輸入端子、25…電力轉(zhuǎn)換電路(電力轉(zhuǎn)換部)、26u，26v，26w…電力輸出端子、33…二極管橋(整流電路)、34…緩沖電路、47…控制電路(控制部)、52…信號輸出端子、100…電梯系統(tǒng)。