JP2000236637A - 非常用電源システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 小型で多量の電力を蓄えることができる電気
二重層コンデンサを使用した非常用電源システムを提供
することにある。 【解決手段】 商用電源から電力を得て特定の動作領域
で運転される負荷と、商用電源から充電される電気二重
層コンデンサとを有し、商用電源から負荷への給電が遮
断された場合には負荷に給電可能にした非常用電源装置
と、負荷および非常用電源装置を制御する制御装置とを
有したものにおいて、負荷が作動領域の途中を作動中で
あれば作動完了まで作動し、さらに、制御装置は電気二
重層コンデンサに蓄えられた電力と、作動完了までに必
要な電力とを算出比較して負荷の次の動作または停止を
決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エレベータ、自動
ドアなどにおける停電時の給電（バックアップ）に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の停電時のバックアップ電源には、
鉛蓄電池が使われ、商用電源から給電されている場合は
無負荷状態にしておき、停電などで商用電源が切れた場
合のみ二次電源として作動させる構造のものが良く知ら
れている。

【０００３】また、最近では小型で急速充電可能な電
源、特に短時間のバックアップ電源として電気二重層コ
ンデンサが注目を浴びてきている。電気二重層コンデン
サは例えば、電解液に電子伝導性物質を接触させたとき
に界面に形成される電気二重層に電荷を静電荷として蓄
積するもので、ファラッド単位の大きな電気容量が得ら
れる上に、内部抵抗が小さく、短時間に大電流の充放電
が可能である。また、充放電に化学変化が伴わないた
め、サイクル寿命が長く、通常の使用条件では劣化しな
いという特性を有している。この電気二重層コンデンサ
を停電等、電気機器への給電が遮断されたときは短時間
ではあるが、大電力が必要な機器の非常用電源として用
いることにより、機器の小型化、長寿命化できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、電気二重層コ
ンデンサの放電電圧特性は、例えば抵抗負荷に放電した
場合、図３に示すように放電と共に電圧が低下するの
で、電圧変動が大きく、電気機器の使用電圧以下では給
電できなくなるという欠点を有しており、電気二重層コ
ンデンサをそのまま電源またはその一部として利用でき
る範囲は限られていた。

【０００５】本発明は、電気二重層コンデンサの欠点を
補いつつその利点を生かした非常用電源装置を提供する
ものであり、電気二重層コンデンサに蓄えられた電力を
有効にかつ、安全に活用するための非常用電源システム
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、商用交流電源から電力を得
て運転される負荷と、商用交流電源から負荷への給電が
遮断された場合に負荷への給電を可能にする非常用電源
装置とからなる非常用電源システムにおいて、前記非常
用電源装置は商用交流電源から整流された直流電力で充
電される電気二重層コンデンサを有し、かつ、商用交流
電源から負荷への給電が遮断された場合に前記電気二重
層コンデンサに蓄えられた直流電力を所定の電圧および
周波数の交流電力に電圧・周波数変換回路で変換して負
荷に給電するするものである。

【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１に記載の
非常用電源システムにおいて、前記制御装置は電気二重
層コンデンサに蓄えられた直流電力と動作中の負荷の動
作完了までに必要な電力とを算出比較して負荷の作動領
域を決定して負荷の動作を制御するものである。

【０００８】請求項３記載の発明は、請求項２に記載の
非常用電源システムにおいて、前記負荷はエレベータで
あり、前記非常用電源装置はエレベータが階と階との間
を昇降動作中に商用交流電源からの給電が遮断された場
合に電圧・周波数変換回路を介して交流電力を代替給電
をしてエレベータの昇降動作を続けさせると共に、制御
装置はエレベータを乗降可能な最寄りの階まで移動動作
を行わさせるものである。

【０００９】請求項４記載の発明は、請求項２に記載の
非常用電源システムにおいて、前記負荷はエレベータで
あり、前記非常用電源装置は商用交流電源からエレベー
タへの給電が遮断された場合に電圧・周波数変換回路を
介して交流電力を代替給電してエレベータの昇降動作を
続けさせると共に制御装置は電気二重層コンデンサに蓄
えられた電気エネルギと指令された移動階までの必要な
エネルギとを算出比較し、残存エネルギで許される範囲
においてエレベータを乗降可能な最寄りの階まで移動さ
せるものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明を実施形態を示す図に基づ
いて説明する。

【００１１】図１は、本発明の非常用電源システムのブ
ロック構成図であり、この非常用電源システムはエレベ
ータ１とこのエレベータ１に設けられた制御装置２と停
電検出回路３と非常用電源装置４とで構成され、三相２
００Ｖの商用交流電源５に接続されている。エレベータ
１にはエレベータ１を駆動する三相誘導電動機６、エレ
ベータ１の重量を検出する重量センサ７、エレベータ１
の昇降停止階を要求する指令ボタン８およびこれらを入
力としてエレベータ１を制御する制御装置２が設けられ
ている。

【００１２】停電検出回路３は商用電源５からエレベー
タ１およびエレベータ１の制御装置２に給電があるかど
うかを検出する回路であり電源ラインにセンサを設けて
給電の有無を検出している。

【００１３】非常用電源装置４には、充電回路１１と、
この充電回路１１を介して商用交流電源５から供給され
る交流電力を整流した後の直流電力を充電する電気二重
層コンデンサ１２と、電気二重層コンデンサ１２の電荷
を放電する開閉スイッチ１３と、この電気二重層コンデ
ンサ１２の電力をエレベータ駆動電動機６の電圧に調節
して電動機６に供給する電圧・周波数変換回路１４とが
設けられている。電圧・周波数変換回路１４は、昇圧回
路と整流回路と周波数変換型インバータ回路とで構成さ
れ、商用交流電源５から給電される交流電力と同等の電
圧および周波数の交流電力を供給するものである。

【００１４】エレベータ１の制御装置２は停電検出回路
３、非常用電源装置４の電気二重層コンデンサ１２およ
び開閉スイッチ１３との間で信号授受が行われるように
構成されている。

【００１５】次にエレベータ１の動作について説明す
る。

【００１６】通常は商用電源５からエレベータ１に給電
されており、制御装置２が指令ボタン８によって要求さ
れた階にエレベータ１を昇降動作するように三相誘導電
動機６を駆動させるとともに、非常用電源装置４には充
電回路１１を介して電気二重層コンデンサ１２に電力が
充電される。停電が発生したときは、停電検出回路３が
停電を検出し、この検出された信号を制御装置２に送信
する。制御装置２は停電信号を受信すると、オフになっ
ていた非常用電源装置４の開閉スイッチ１３をオンにし
て、電気二重層コンデンサ１２に蓄えられた電力を開閉
スイッチ１３、電圧・周波数変換回路１４を介してエレ
ベータ１に供給する。

【００１７】電気二重層コンデンサ１２は電力が電圧・
周波数変換回路１４に入力されると、ここで商用電源５
に近い電圧と周波数とに変換してエレベータ１に供給さ
れ、停電後の僅かな作動であるがエレベータ１を作動さ
せる。このようにすることによって放電と共に低下する
電気二重層コンデンサ１２電圧を所定の電圧に保ち電気
二重層コンデンサ１２の電力が消費されてしまうまでの
間は安定した電圧の電力をエレベータ１に供給でき、エ
レベータ１は停電後もこの電力を使って、例えば、乗降
可能な最寄りの階までは確実に移動することができるよ
うになるものである。

【００１８】図２は本発明の非常用電源装置４の制御の
一実施形態を説明するフローチャートである。

【００１９】図２において、まず、エレベータ１に指令
ボタン８から昇降する行先階（昇降する建物の階層）の
指令が出されると、制御装置２ではステップＳ１で商用
電源５から給電されているかどうかを停電検出回路３で
検出する。商用電源５から給電されている場合、ステッ
プＳ２に移行しエレベータ１を指令された行先階で停止
し、扉を開き次の行先階指令を待つという通常の制御の
運転がなされる。

【００２０】Ｓ１で商用電源５から給電されていない場
合、直ちに電気二重層コンデンサ１２を有する非常用電
源装置４からの給電に切り替えると同時にエレベータ１
が階と階との間を移動中にあるときには、どの階までエ
レベータ１が運転できるかが制御装置２によって演算さ
れエレベータ１の移動が決定される。例えば、ステップ
Ｓ３では、まず、エレベータ１を移動方向にある最も近
くのエレベータ１の階まで動かして、いったん停止し、
乗っている人に停電による停止であることを伝える。次
に、Ｓ４では制御装置２がエレベータ１の重量等を重量
センサ７等で検出し、現在の階から次の階までエレベー
タ１を移動させるのに必要なエネルギＥｎを計算する。
さらに、電気二重層コンデンサ１２の電荷を検出しこの
値から停電時以降エレベータ１を移動させるための電力
として放電可能なエネルギＥｃを計算して待機状態とな
る。ここで、乗客から希望する階までの移動の指令また
は次の階へ移動する運転指令がなされたら（ステップＳ
６）その階に移動できるエネルギが電気二重層コンデン
サ１２に残っているかどうかを算出比較し（ステップＳ
７）、エネルギが残っていれば次の階または指令された
階（作動領域）までエレベータ１を移動させる（ステッ
プＳ８）。移動後は再び上記と同様にエネルギの計算
（ステップＳ４、ステップＳ５）をし、次の乗客の指令
を待ち、指令があれば、ステップＳ６からステップＳ８
の動作が繰り返される。この動作は非常用電源装置４の
残存電力がエレベータ１を次の階に移動するエネルギ量
（最小の作動領域）に至らなくなる（ステップＳ７のＮ
Ｏ）まで続けられる。

【００２１】以上のように、本実施形態によれば、停電
等で商用電源５からの給電が遮断された場合でも、エレ
ベータ１が階と階との間に停止するという不安定な状態
に置かれることなく、各階の所定の位置まで移動して停
止するようにするので、乗客がエレベータ１内に閉じ込
められるようなことがなくなり安全性が確保される。

【００２２】次に本発明の非常用電源システムを自動ド
アに設けた場合の実施形態について説明する。

【００２３】自動ドアの非常用電源システムの場合も、
エレベータ１の場合と同様に自動ドアの制御装置と停電
検出回路と非常用電源装置とで構成され、ドア開閉駆動
用の電動機は、商用電源に接続されている。制御装置は
自動ドアの開閉を指令する人体検知センサおよびこの人
体検知センサの信号を入力として自動ドアを制御する装
置である。

【００２４】停電検出回路は商用電源からの給電がある
かどうかの検出をし、非常用電源装置にはエレベータの
場合と同様に、充電回路と、電気二重層コンデンサと、
開閉スイッチと、電圧・周波数変換回路とが設けられて
いる。

【００２５】通常は商用電源から自動ドアに給電されて
おり、人体検知センサがドアの前に人またはものを検知
すれば制御装置がドアを開き、ドアの前に人またはもの
を検知しなければドアを閉じるように誘導電動機を駆動
させるとともに、非常用電源回路には充電回路を介して
電気二重層コンデンサに電力が充電される。停電が発生
したときは、停電検出回路３が停電を検出し、この検出
された信号を制御装置に送信し、非常用電源システムは
停電信号を受信すると、非常用電源装置の開閉スイッチ
をオンにして、電気二重層コンデンサに蓄えられた電力
を自動ドアに供給する。

【００２６】電気二重層コンデンサの電力は電圧・周波
数変換回路で商用電源に近い電圧と周波数とに変換され
て自動ドアに供給され、自動ドアを作動させる。

【００２７】このとき自動ドアが開閉の途中にある場合
には、人体検知センサの検知信号に基づいて制御装置２
が自動ドアを全開または全閉までの動作をさせ、停電で
あることを伝える。

【００２８】次に、自動ドアが開のとき、制御装置２が
自動ドアの全開から、全閉、全開までの往復動作に必要
なエネルギＥｎを計算する。さらに、電気二重層コンデ
ンサの電荷を検出しこの値から停電時以降自動ドアを往
復動作させるための電力として放電可能なエネルギＥｃ
を計算して待機状態となる。ここで、動作指令がなされ
たらその動作できるエネルギが電気二重層コンデンサに
残っているかどうかを算出比較し、エネルギがあれば指
令されたように自動ドアを動作させる。

【００２９】自動ドアが閉のとき、制御装置が自動ドア
の全閉から全開までの動作に必要なエネルギＥｎを計算
する。さらに、電気二重層コンデンサの電荷を検出しこ
の値から停電時以降自動ドアを全閉から全開までの動作
させるための電力として放電可能なエネルギＥｃを計算
して待機状態となる。ここで、動作指令がなされたらそ
の動作できるエネルギが電気二重層コンデンサに残って
いるかどうかを算出比較し、エネルギがあれば指令され
たように自動ドアを動作させる。

【００３０】動作後は再び、次の指令を待ち、自動ドア
を往復動作するのに必要なエネルギと電気二重層コンデ
ンサの放電可能なエネルギとを算出比較し自動ドアの開
閉を判断する動作が繰り返される。この動作は非常用電
源装置の残存電力が自動ドアを動作するエネルギ量に至
らなくなるまで続けられる。

【００３１】このように、停電時において自動ドアの制
御は安全性を考慮して、電気二重層コンデンサの放電可
能なエネルギとして、自動ドアが開のときは往復動作す
るのに必要なエネルギ、閉のときは片道動作するのに必
要なエネルギを有しているかどうかを算出して開閉動作
がなされる。

【００３２】例えば、停電時自動ドアが人の出入りでき
ないような隙間を残して停止するということがなく、全
開になるようにするので自動ドアで人が挟まれるような
ことがなくなり安全性が確保される。

【００３３】以上の動作説明は、開閉動作がドアの開放
で終了するフェイルセーフの動作を前提に説明したが、
ドアの用途によってはドアの閉止で終了するような構造
でも同様に使用できるものである。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、放電するときに極端に低下する電気二重層
コンデンサの電圧を、電圧・周波数変換回路を介するこ
とによって、一定時間安定した電圧として負荷へ給電す
ることができる。

【００３５】請求項２記載の発明によれば、電気二重層
コンデンサに蓄えられた電力と、負荷が一動作に必要な
電力とを算出比較して、電気二重層コンデンサに蓄えら
れた電力の方が負荷の一動作（作動領域）に必要な電力
よりも大きい場合にだけ負荷の動作を行うようにするの
で、負荷の一動作の開始前か動作完了後かのどちらかの
状態に保たれる。負荷が動作途中の不安定な状態に置か
れることがないので、負荷を安定した状態に置くことが
できる。

【００３６】請求項３記載の発明によれば、商用電源か
らエレベータへの給電が遮断された場合、エレベータが
階と階との間の位置を移動中であれば非常用電源からエ
レベータに給電され、エレベータが次の階へ移動する。
エレベータが階と階との途中で停止することなく一動作
を完了させるので安全性が確保できる。

【００３７】請求項４記載の発明によれば、電気二重層
コンデンサに蓄えられた電力と、エレベータが次の階へ
移動するのに必要な電力とを算出比較して、蓄えられた
電力の方が移動に必要な電力よりも大きい場合にだけエ
レベータを移動するようにしたので、エレベータが現在
の階または次の階のどちらかの階に停止する。エレベー
タが階と階との間の位置に置かれることがなく、安全性
が確保できる。

【００３８】また、本発明は電気二重層コンデンサの優
れた特徴を生かし、短時間ではあるが大電力が必要な機
器の非常用電源として用いることができ、また、機器の
小型化、長寿命化による設置スペースの縮小化、保守点
検作業の省力化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の回路ブロック構成図である。

【図２】本発明の非常用電源をエレベータの制御動作を
示すフローチャートである。

【図３】電気二重層コンデンサの出力特性を示す特性曲
線図である。

【符号の説明】

１ エレベータ ２ 制御装置 ４ 非常用電源装置 ５ 商用電源 １２ 電気二重層コンデンサ １４ 電圧・周波数変換回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用交流電源から電力を得て運転される
   負荷と、商用交流電源から負荷への給電が遮断された場
   合に負荷への給電を可能にする非常用電源装置とからな
   る非常用電源システムにおいて、 前記非常用電源装置は商用交流電源から整流された直流
   電力で充電される電気二重層コンデンサを有し、かつ、
   商用交流電源から負荷への給電が遮断された場合に前記
   電気二重層コンデンサに蓄えられた直流電力を所定の電
   圧および周波数の交流電力に電圧・周波数変換回路で変
   換して負荷に給電することを特徴とする非常用電源シス
   テム。
2. 【請求項２】 前記制御装置は電気二重層コンデンサに
   蓄えられた直流電力と動作中の負荷の動作完了までに必
   要な電力とを算出比較して負荷の作動領域を決定して負
   荷の動作を制御することを特徴とする請求項１に記載の
   非常用電源システム。
3. 【請求項３】 前記負荷はエレベータであり、前記非常
   用電源装置はエレベータが階と階との間を昇降動作中に
   商用交流電源からの給電が遮断された場合に電圧・周波
   数変換回路を介して交流電力を代替給電をしてエレベー
   タの昇降動作を続けさせると共に、制御装置はエレベー
   タを乗降可能な最寄りの階まで移動動作を行わさせるこ
   とを特徴とする請求項２に記載の非常用電源システム。
4. 【請求項４】 前記負荷はエレベータであり、前記非常
   用電源装置は商用交流電源からエレベータへの給電が遮
   断された場合に電圧・周波数変換回路を介して交流電力
   を代替給電してエレベータの昇降動作を続けさせると共
   に制御装置は電気二重層コンデンサに蓄えられた電気エ
   ネルギと指令された移動階までの必要なエネルギとを算
   出比較し、残存エネルギで許される範囲においてエレベ
   ータを乗降可能な最寄りの階まで移動させることを特徴
   とする請求項２に記載の非常用電源システム。