エレベーターは私たちの日常生活においてすでに身近な存在です。高級オフィスビルやホテル、高層マンションの直通エレベーター、ショッピングモールや地下鉄の歩行者用エスカレーター——これらのエレベーター、特に垂直昇降型のエレベーターでは、ほぼすべてが変頻駆動（VVVF）方式のリフト機を採用しています。その運転の安定性と安全性は極めて重要視されています。一方、電流検出はシステムの高性能・高信頼性・高安全性を確保するための重要な要素です。一体型三相ホール電流センサーは、コンパクトな構造、優れた同期性、信頼性の高い絶縁性能を備えており、この分野における主流の検出方案の一つとして徐々に広がりつつあります。
なぜエレベーターの曳き上げ機は電流検出にこれほど敏感なのでしょうか？
インバータ駆動システムでは、永久磁石同期モータ（PMSM）であっても誘導モータであっても、その運転品質は電流制御能力に大きく依存します。，制御構造の観点から見ると、エレベーターの曳引システムには少なくとも以下が関与します。以下3種類の重要な電流測定：
1.インバータ出力相電流（U / V / W）
2.直流母線電流
3.制動とエネルギー回生経路における電流
これらの電流信号は、トルククローズドループ制御、ベクトル制御（FOC）における電流のデカップリング、および過電流、ホールドアップ、スロットルなどによる安全保護判定に直接関与しています。電流検出に明らかな誤差が生じたり、動的応答が不十分だったりすると、エレベーターの発進時の振動、低速走行時の不安定さ、階層への正確な停止などが生じる可能性があり、さらには保護機能が作動してエレベーターが停止する場合もあります。
エレベーター曳引機システムにおける電流検出の重要な要件
エレベーターの曳引機は通常、永久磁石同期モータ（PMSM）または誘導モータによって駆動され、変頻器（VVVF）を用いて正確なトルクおよび回転速度の制御を実現します。一般的な産業用変頻器と比べて、エレベーターはインバーター電流センサーに対しての要求がより厳しい：
リアルタイム性と同期性：三相電流データをリアルタイムで収集し、実現する必要があります。：
1.正確なクローズドループ制御：リアルタイムの電流フィードバックによりPWM変調を最適化し、モータのトルクおよび速度制御の精度を向上させます。
2.過電流および故障保護：過電流や相欠如などの異常を迅速に検出し、保護メカニズムを起動することで機器の損傷を防ぎます。
3.高調波抑制とエネルギー効率の最適化：電流の高調波を監視し、制御戦略を調整することで、消費電力を削減し、電磁干渉を低減します。
低速領域における線形性とゼロドリフトの制御：エレベーターが発進中、水平階層到達時、および低速走行段階では、モーター電流は通常、定格値のわずかな一部にすぎません。センサーのゼロ点ドリフトが大きかったり、線形誤差が低電流領域に集中していたりすると、制御の揺れが増幅されやすくなります。
高速動的応答：PWMインバータのdi/dtは高く、特に加速・減速および制動段階では電流変化が急激になります。センサーの応答時間と帯域幅は、電流ループの安定性に直接影響を及ぼします。
強絶縁と長期信頼性：エレベーターは長期間にわたり稼働し、頻繁な保守ができない設備です。，母線電圧は一般的に300～600 Vです。，爬電距離、耐電圧、材料の難燃等級について明確な要求があります。，そのため、電流検出デバイスは通常、電気的安全規格と構造的信頼性の両方を満たす必要があります。
コンパクトな構造と容易な統合性：設置スペースを節約し、コンパクトな環境での設置が容易です。の制御盤内のレイアウト。
三相ホール電流センサーの動作原理
典型的なモデルを例にとると、このタイプのセンサーは1つのパッケージ内に3つの独立したホール検出チャネルを統合しています。その主な特徴は以下の通りです。
原辺構造：センサーの筐体には、三相入力に対応する独立した3つの長方形の開口部があります。各相の母線が対応する開口部を通過する際、その電流が生じる磁場が、当該チャンネル専用の磁気コアとホール素子によって検知されます。
信号処理：各チャンネル内には独立した信号増幅器が搭載されており、ホール電圧信号を比例した低電圧のアナログ出力に変換します。
隔離設計：三相の一次側（高電圧・大電流）と二次側（低電圧信号および電源）の間は、内部の絶縁構造により電気的に絶縁されています。絶縁耐圧は通常数kVに達し、IEC 60664-1などの安全基準を満たしています。
工学実践において、このようなホール電流センサーは主にインバータブリッジの三相出力側に配置され、モーターの相電流をリアルタイムでサンプリングし、FOCにおけるId/Iqの演算をサポートします。シャント抵抗方式と比較すると、その優位性は主に以下の点にあります：電気的絶縁、余分な消費電力がないこと、大電流およびサージに対してより優しいことです。
エレベーター駆動システムにおける中核的な応用価値
1. 高性能ベクトル制御を実現する
制御システムは、三相出力Vout1、Vout2、Vout3を同期して取得し、Clarke/Park変換を経てトルク成分と励磁電流成分を算出することで、高精度な閉ループ制御を実現します。統合設計により、3つのチャネル間の遅延および温度漂移の差が極めて小さく保たれ、制御の安定性と動的応答速度が向上しています。
2. システムの安全性と信頼性を強化する
- 故障保護：各相電流をリアルタイムで監視し、過電流、短絡、相不平衡などの故障を迅速に検出し、保護を発動します。
- 安全隔離：一次側と二次側の間で強化絶縁要件を満たし（例：300V/600Vシステムでの適用）、IEC 61800-5-1をはじめとするエレベーターおよび駆動機器の安全基準に適合しています。
- 統合型セキュリティ：個別センサー方式に比べ、接続点と設置誤差が減少し、システム全体の信頼性が向上します。
3. 空間配置と設置の最適化
単一モジュールで三相検出を実現し、PCB面積とキャビネット内のスペースを大幅に節約します。母線は直接心穴を通って取り付けることができ、配線が簡潔になるため、寄生パラメータの低減およびEMC性能の向上に役立ちます。
4. エネルギー効率管理と診断をサポートする
正確な電流フィードバックは、リアルタイムの電力計算やエネルギー効率の評価に利用でき、さらに電流の高調波や傾向の変化をモニタリングするなど、予知保全のデータ基盤としても活用できます。
設計選定と設置における重要な考慮事項
1. スケールの適合：モーターの最大相電流（過負荷能力を含む）に応じてセンサーの型番を選択します。例えば、AT4V100は±100Aの定格値に対応します。
2. 電源および信号インターフェース：安定した双極性電源（例：±15V）を供給する必要があります。出力信号は通常、比例関係で設計されています（例：±4Vが定格電流に対応）。また、コントローラのADC入力範囲と整合させる必要があります。
3. 母線の取り付け：センサーの開口部断面を完全に母線で埋め尽くし、最適な磁気結合と動的特性（di/dt）を実現してください。相順序は制御プログラムで事前に設定されたものと一致させてください。
4. 熱管理：センサー自体は高温に耐えますが、できるだけ熱源の真上に取り付けないようにし、空気の流れを確保することで、長期的な安定性を維持してください。
まとめ
エレベーターの曳引機は、極限の性能を追求する用途ではありませんが、安定性、制御性、予測可能性については非常に高い要求があります。
電流検出は、インバータ駆動システムにおける基礎的なセンサリング工程です。実務上の観点から見ると、3相ホール電流センサーを統合した構造は「3 in 1」のアーキテクチャを活かし、エレベーターの曳引機駆動システムにおいて、性能、安全性、統合度の面で良好なバランスを実現しています。