JP2013184773A - エレベータの非接触給電システム - Google Patents

Abstract

【課題】エレベータの運転に支障を来すことなく、電力ピーク時間帯の電力消費量を抑えて省電力化に貢献する。
【解決手段】カウンタウエイトまたは乗りかごに搭載されたバッテリ３２に昇降路側に設置された給電装置から非接触で給電を行うエレベータの非接触給電システムにおいて、制御装置３１に予め与えられた電力ピーク時間帯における電力消費量の平均値を算出する電力消費量算出部３１ａと、電力消費量の平均値に基づいて電力ピーク時間帯より前の所定の時間帯における給電判断用の閾値を他の時間帯より上げておき、バッテリ３２の残量が閾値以下になったときに給電を行うように制御する給電制御部３１ｃとを設けておく。
【選択図】 図２

Description

本発明の実施形態は、エレベータの運転に必要な電力を非接触で給電するエレベータの非接触給電システムに関する。

近年、非接触給電技術への関心が高まり、様々な分野で利用されるようになってきた。非接触給電技術は主に電磁誘導の原理を利用しており、一次側コイルに発生させた交流磁束を二次側コイルに印加させて起電力を発生させることで、電力を非接触で伝送する技術である。

この非接触給電技術を利用したシステムとして、給電線に沿って受電部が移動するレール型（移動型）システムと、空隙を隔ててトランスの一次側と二次側が定位置におかれるチャージ型（固定型）システムがある。

エレベータでは、どちらの方式でも利用可能である。しかし、レール型システムは昇降工程が長くなる場合にレールの長さに比例して給電システムが大型化するデメリットがあるため、チャージ型システムが有効と考えられる。

従来、チャージ型システムを利用したエレベータとして、カウンタウエイト（吊り合い錘）に受電装置を設置しておき、給電時に昇降路内の所定の箇所に設置された給電装置から非接触で給電を行うシステムがある。

特開２００１−１６３５３３号公報

近年、電力需要が年々増加する中、電力の供給不足が深刻な問題となっている。特に、昼時〜夕方の時間帯に電力使用が集中するため、その時間帯における電力使用量を削減することが要求されている。ところが、上述した非接触給電システムでは、バッテリのチャージ時間がエレベータの使用状況に依存するため、電力ピーク時間帯に合わせて省電力化を行うことは難しい。

本発明が解決しようとする課題は、エレベータの運転に支障を来すことなく、電力ピーク時間帯の電力消費量を抑えて省電力化に貢献することのできるエレベータの非接触給電システムを提供することである。

本実施形態に係るエレベータの非接触給電システムは、カウンタウエイトまたは乗りかごに搭載されたバッテリに昇降路側に設置された給電装置から非接触で給電を行うエレベータの非接触給電システムにおいて、予め与えられた電力ピーク時間帯における電力消費量の平均値を算出する電力消費量算出手段と、この電力消費量算出手段によって算出された電力消費量の平均値に基づいて、上記電力ピーク時間帯より前の所定の時間帯における給電判断用の閾値を他の時間帯より上げておき、上記バッテリの残量が上記閾値以下になったときに給電を行うように制御する給電制御手段とを具備する。

図１は第１の実施形態に係るエレベータの非接触給電システムの構成を示す図である。 図２は第１の実施形態におけるカウンタウエイトに設けられた各装置の構成を示す図である。 図３は最大電力発生日における１日の電力の使われ方の推移を表した図である。 図４は従来方式におけるエレベータ運転中のバッテリ残量と給電判断用の閾値との関係を示す図である。 図５は本方式におけるエレベータ運転中のバッテリ残量と給電判断用の閾値との関係を示す図である。 図６は第１の実施形態におけるバッテリの給電制御に関する処理動作を示すフローチャートである。 図７は第２の実施形態におけるカウンタウエイトに設けられた各装置の構成を示す図である。 図８は従来方式におけるエレベータ運転中のバッテリ残量と給電量との関係を示す図である。 図９は本方式におけるエレベータ運転中のバッテリ残量と給電量との関係を示す図である。 図１０は第２の実施形態におけるバッテリの給電制御に関する処理動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係るエレベータの非接触給電システムの構成を示す図であり、ここではカウンタウエイト駆動型のエレベータの構成が示されている。

昇降路１０内にエレベータの乗りかご１１とカウンタウエイト（吊り合い錘）１２が設けられており、それぞれに図示せぬガイドレールに昇降動作可能に支持されている。乗りかご１１は、かご上にシーブ１３を有しており、そのシーブ１３に一端が昇降路頂上部に固定されたロープ１４が架設されている。ロープ１４は、昇降路頂上部に設けられたシーブ１５を介してカウンタウエイト１２上に設けられたトラクションシーブ１６に架設され、その他端部を昇降路頂上部に固定している。これにより、乗りかご１１とカウンタウエイト１２を２：１ローピンク形式で支持している。

ここで、カウンタウエイト駆動型のエレベータでは、カウンタウエイト１２にモータ（巻上機）１７が設置されている。このモータ１７の駆動によりトラクションシーブ１６が回転することで、トラクションシーブ１６に巻回されたロープ１４を介して乗りかご１１とカウンタウエイト１２が昇降路内をつるべ式に昇降動作する。

昇降路１０には、建屋電源（商用電源）２１の電力をエレベータ側に供給するための給電装置２２が設けられている。この給電装置２２は、昇降路１０の特定の位置、具体的には乗りかご１１が基準階で停止したときにカウンタウエイト１２と対向する位置に設けられている。乗りかご１１が基準階に到着すると、給電装置２２からカウンタウエイト１２に対して非接触で給電が行なわれる。

カウンタウエイト１２には、制御装置３１、バッテリ３２、受電装置３３が設けられている。

制御装置２１は、カウンタウエイト１２の駆動制御の他、非接触給電システムを実現するための機能を備える。なお、この制御装置２１の機能構成については、後に図２を用いて説明する。

バッテリ３２は、所定の容量を有し、カウンタウエイト１２の駆動に必要な電力を蓄える。受電装置３３は、乗りかご１１が基準階で停止したときに昇降路１０に設置された給電装置２２と対向し、その給電装置２２から給電される電力を受電してバッテリ３２に蓄える。

なお、非接触給電の方式としては、例えば電磁誘導方式が用いられる。「電磁誘導方式」は、２つの隣接するコイルの一方（給電側コイル）に電流を流したときに発生する磁束を媒介として他方のコイル（受電側コイル）に送電する方式である。この他に、電流を電磁波に変換し、アンテナを介して送電する「電波方式」や、電磁界の共鳴現象を利用した「電磁界共鳴方式」などがあるが、本発明ではこれらの方式に特に限定されるものではない。

図２は第１の実施形態におけるカウンタウエイト１２に設けられた各装置の構成を示す図である。

カウンタウエイト１２に設けられた制御装置３１には、本システムを実現するための機能として、電力消費量算出部３１ａと、オフセット設定部３１ｂと、給電制御部３１ｃとが備えられている。

電力消費量算出部３１ａは、予め与えられた電力ピーク時間帯における電力消費量の平均値αを算出する。オフセット設定部３１ｂは、電力ピーク時間帯の開始時間をオフセット終了時間Ｔ２とし、そのオフセット終了時間から少なくとも電力ピーク時間帯の時間幅分を逆算した時間をオフセット開始時間Ｔ１として定める。

給電制御部３１ｃは、電力消費量算出部３１ａによって算出された電力消費量の平均値αに基づいて、電力ピーク時間帯より前の所定の時間帯における給電判断用の閾値を他の時間帯より上げておき、バッテリ３２の残量が閾値以下になったときに給電を行うように制御する。詳しくは、オフセット設定部３１ｂによって設定されたオフセット開始時間Ｔ１からオフセット終了時間Ｔ２までの間、給電判断用の閾値を電力消費量の平均値αだけ上げておく。

バッテリ３２は、カウンタウエイト１２の駆動に必要な電力を蓄えるため、大きな容量を有する。このバッテリ３２としては、例えばスーパーキャパシタ（電気２重層キャパシタ）が用いられ、高電圧のエネルギーを素早く蓄えるような性能を持つことで、急速な給電に対応できる。

受電装置３３は、受電コイル３４、整流回路３５、平滑回路３６、スイッチ３７を備え、昇降路１０に設置された給電装置２２から給電された非接触で電力を受けて、スイッチ３７を介してバッテリ３２に蓄える構成になっている。

このような構成において、本システムでは、バッテリ３２の残量が閾値以下になったときに、以下のような方法で給電が行なわれる。

すなわち、まず、カウンタウエイト１２に対する給電（巻上機のモータ１７の駆動に必要な電力の給電）は、乗りかご１１を基準階に移動させ、カウンタウエイト１２が給電装置２２と対向する位置に停止させることで行う。

給電中は昇降路１０に設置された給電装置２２内の図示せぬ送電コイルから流される高調波電流を、受電装置１０内の受電コイル３４にて受け取る。そして、整流回路３５と平滑回路３６にて整流、平滑化した後、スイッチ３７を介して駆動電力としてバッテリ３２に蓄える。スイッチ３７は、制御装置３１によりＯＮ／ＯＦＦ動作し、ＯＮのときにバッテリ３２に電力を蓄える。バッテリ３２に蓄えられた電力は、制御装置３１内で昇圧され、図示せぬインバータを介してモータ１７に供給される。

次に、本システムの動作について説明する。

図３は最大電力発生日における１日の電力の使われ方の推移を表した図である。横軸が時間、縦軸が使用電力を表している。なお、使用電力は全国を対象としており、目盛の単位は百万ｋＷである。

この図から分かるように、１日の中で１３時〜１７時の時間帯が電力ピークとなる。本実施形態では、この電力ピーク時間帯での電力消費量を抑えるべく、タイミングをずらして給電を行うように給電判断用の閾値を調整する。

図４および図５を用いて具体的に説明する。
図４および図５はエレベータ運転中のバッテリ残量と給電判断用の閾値との関係を示す図であり、図４は従来方式、図５は本方式を示している。なお、横軸は１日の時間、縦軸は電力値を表している。

エレベータ運転中にバッテリ３２の残量が予め設定された閾値Ｘまで低下すると、給電（バッテリ３２の充電）が必要であると判断される。これにより、乗りかご１１を基準階に移動させ、カウンタウエイト１２が給電装置２２と対向する位置に停止させて給電が行われる。

ここで、図４に示すように、従来方式では、１日の時間帯に関係なく、給電判断用の閾値は常にＸで一定である。したがって、エレベータ運転中にバッテリ３２の残量が閾値Ｘまで低下したとき、そのときの時間が図３で説明した１日の中の電力ピーク時間帯（１３時〜１７時）に含まれている場合でも給電が開始されることになる。

これに対し、本方式では、図５に示すように、電力ピーク時間帯（１３時〜１７時）より手前のＴ１〜Ｔ２の時間帯における閾値Ｘが他の時間帯よりもα分だけ上げられている。つまり、時間Ｔ１〜Ｔ２の時間帯の閾値は「Ｘ＋α」に設定されている。したがって、エレベータ運転中にバッテリ３２の残量が徐々に減ってきたときに、給電タイミングが電力ピーク時間帯に当たらないように、早めにバッテリ３２への給電を済ませておくことができる。

なお、閾値に基づくバッテリ３２への給電は、受電装置３３に設けられたスイッチ３７のＯＮ／ＯＦＦを制御することで行われる。

図６は第１の実施形態におけるバッテリ３２の給電制御に関する処理動作を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、コンピュータである制御装置３１によって実行される。

まず、制御装置３１の消費電力算出部３１ａによって、予め与えられた電力ピーク時間帯におけるエレベータの電力消費量の平均値αが算出される（ステップＳ１１）。なお、エレベータの電力消費量はエレベータ運転中のモータ１７の負荷つまりトルク量から容易に算出でき、そのトルク量を上記電力ピーク時間帯で平均化することでαの値が求められる。

続いて、制御装置３１のオフセット設定部３１ｂによって、閾値のオフセット開始時間Ｔ１とオフセット終了時間Ｔ２がセットされる（ステップＳ１２）。具体的には、電力ピーク時間帯の始まりの時間をオフセット終了時間Ｔ２とし、そのオフセット終了時間Ｔ２から少なくとも電力ピーク時間帯の時間幅分を逆算した時間をオフセット開始時間Ｔ１として定められる。

例えば、図５に示すように、電力ピーク時間帯が１３時〜１７時であった場合には、オフセットの終了時間Ｔ２は１３時であり、開始時間Ｔ１は１３時から少なくとも４時間前の８時に設定されることになる。

オフセット開始時間Ｔ１とオフセット終了時間Ｔ２が設定されると、制御装置３１の給電制御部３１ｃは、上記電力消費量の平均値αに基づいてＴ１〜Ｔ２の時間帯だけ給電判断用の閾値を他の時間帯よりも上げて給電制御を行う。

すなわち、現在の時間をｔとすると、Ｔ１＜t＜Ｔ２であれば（ステップＳ１３のＹｅｓ）、制御装置３１の給電制御部３１ｃは、給電判断用の閾値を「Ｘ＋α」にしてバッテリ３２の残量を監視し、バッテリ３２の残量が「Ｘ＋α」になったときに給電を行う（ステップＳ１４）。

一方、現在の時間ｔがＴ１〜Ｔ２の時間帯以外であれば（ステップＳ１３のＮｏ）、制御装置３１の給電制御部３１ｃは、給電判断用の閾値を予め設定されたＸにしてバッテリ３２の残量を監視し、バッテリ３２の残量がＸになったときに給電を行う（ステップＳ１５）。

このように第１の実施形態によれば、電力ピーク時間帯を基準にして、それより前の所定期間だけ給電判断用の閾値を上げておくことで、バッテリ残量が低下した場合に電力ピーク時間帯に入る前に事前に給電を行うことができる。これにより、エレベータの運転に支障を来すことなく、電力ピーク時間帯における消費電力を抑えて省電力化に貢献することができる。

なお、上記第１の実施形態では、Ｔ１〜Ｔ２の時間帯における閾値をＸよりもαだけ上げるようにしたが、αよりもさらに上の値に閾値を設定することでも良い。ただし、あまり閾値を上げると、Ｔ１〜Ｔ２時間帯に頻繁に給電が必要となって運行効率が低下するので、電力ピーク時間帯での平均電力消費量であるαを目安にして閾値を設定することが好ましい。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。

上記第１の実施形態では、電力ピーク時間帯の前の閾値を上げておくことで、事前に給電を行う構成とした。しかし、何らかの理由で電力ピーク時間帯に交通需要が増えると、バッテリ残量が急激に減少して給電の必要性が出てくる可能性がある。そこで、第２の実施形態では、電力ピーク時間帯に給電の必要性が出てきた場合に、そのときのバッテリ３２に対する給電量を調整して電力ピーク時間帯における消費電力を抑えるようにしたものである。

図７は第２の実施形態におけるカウンタウエイト１２に設けられた各装置の構成を示す図である。なお、上記第１の実施形態における図２の構成と同じ部分には同一符号を付して、その説明は省略するものとする。

第２の実施形態において、制御装置３１に調整時間設定部３１ｄが備えられている。調整時間設定部３１ｄは、電力ピーク時間帯に合わせて給電量を調整するための調整時間帯Ｔ３〜Ｔ４を設定する。給電制御部３１ｃは、上記調整時間帯Ｔ３〜Ｔ４では電力消費量の平均値αに抑えて給電を行い、調整時間帯Ｔ３〜Ｔ４以外の時間帯ではバッテリ３２の残量に応じて給電を行う。

図８および図９を用いて具体的に説明する。
図８および図９はエレベータ運転中のバッテリ残量と給電量との関係を示す図であり、図８は従来方式、図９は本方式を示している。なお、横軸は１日の時間、縦軸は電力値を表している。

エレベータ運転中にバッテリ３２の残量が予め設定された閾値Ｘまで低下すると、給電（バッテリ３２の充電）が必要であると判断される。これにより、乗りかご１１を基準階に移動させ、カウンタウエイト１２が給電装置２２と対向する位置に停止させて給電が行われる。

ここで、図８に示すように、従来方式では、１日の中の電力ピーク時間帯（１３時〜１７時）にバッテリ３２の残量が給電判断用の閾値まで低下した場合に、バッテリ３２の容量一杯に給電（つまりフル充電）が行われる。

これに対し、本方式では、図９に示すように、電力ピーク時間帯（１３時〜１７時）のＴ３〜Ｔ４の間にバッテリ３２の残量が給電判断用の閾値まで低下した場合には、給電量がαに抑えられる。つまり、フル充電を行わずに、当該時間帯に必要な最低減の給電を行ってエレベータの運転を継続する。

なお、バッテリ３２に対する給電量の調整は、受電装置３３に設けられたスイッチ３７のＯＮ／ＯＦＦを制御することで行われる。

図１０は第２の実施形態におけるバッテリ３２の給電制御に関する処理動作を示すフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、コンピュータである制御装置３１によって実行される。

まず、制御装置３１の消費電力算出部３１ａによって、予め与えられた電力ピーク時間帯におけるエレベータの電力消費量の平均値αが算出される（ステップＳ２１）。

続いて、制御装置３１の調整時間設定部３１ｄによって給電量を調整する開始時間Ｔ３と終了時間Ｔ４が設定される（ステップＳ２２）。この開始時間Ｔ３と終了時間Ｔ４は、電力ピーク時間帯に合わせて設定される。

例えば、図９に示すように、電力ピーク時間帯が１３時〜１７時であった場合には、給電量調整の開始時間Ｔ３は１３時であり、終了時間Ｔ４は１７時に設定されることになる。

給電量調整の開始時間Ｔ３と終了時間Ｔ４が設定されると、制御装置３１の給電制御部３１ｃは、そのＴ３〜Ｔ４の時間帯では給電量を上記電力消費量の平均値αに抑えて給電を行う。

すなわち、現在の時間をｔとすると、Ｔ３＜t＜Ｔ４であれば（ステップＳ２３のＹｅｓ）、その時間帯にバッテリ３２の残量が閾値Ｘになったときに、制御装置３１の給電制御部３１ｃは、フル充電を控え、上記電力消費量の平均値αだけ給電を行う（ステップＳ２４）。

一方、現在の時間ｔがＴ３〜Ｔ４の時間帯以外であれば（ステップＳ２３のＮｏ）、その時間帯にバッテリ３２の残量が閾値Ｘになったときに、制御装置３１の給電制御部３１ｃは、通常通りバッテリ３２の残量に応じて給電（フル充電）を行う（ステップＳ２５）。

このように第２の実施形態によれば、電力ピーク時間帯における給電量を制御することにより、当該時間帯における消費電力を抑えて省電力化に貢献することができる。さらに、上記第１の実施形態と組み合わせて、電力ピーク時間帯より前に給電判断用の閾値を上げておけば、さらに省電力効果を上げることができる。

なお、上記第２の実施形態では、Ｔ３〜Ｔ４の時間帯での給電量をαとしたが、αよりもさらに下げた値で給電することでも良い。ただし、あまり給電量を抑えると、Ｔ３〜Ｔ４の時間帯に頻繁に給電が必要となって運行効率が低下するので、電力ピーク時間帯での平均電力消費量であるαを目安にして給電することが好ましい。

また、上記各実施形態では、図１に示すようにカウンタウエイト１２に設けられたバッテリ３２に非接触給電を行うシステムについて説明したが、給電対象はカウンタウエイト１２に限らず、例えば乗りかご１１であっても良い。すなわち、乗りかご１１に駆動用のバッテリが設けられた構成において、エレベータ運転中にバッテリ残量に応じて給電を行う場合でも本発明は適用可能であり、上記同様の効果を得ることができる。

以上述べた少なくとも１つの実施形態によれば、エレベータの運転に支障を来すことなく、電力ピーク時間帯の電力消費量を抑えて省電力化に貢献することのできるエレベータの非接触給電システムを提供することができる。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…昇降路、１１…乗りかご、１２…カウンタウエイト、１３…シーブ、１４…ロープ、１５…シーブ、１６…トラクションシーブ、１７…モータ、２１…建屋電源、２２…給電装置、３１…制御装置、３１ａ…電力消費量算出部、３１ｂ…オフセット設定部、３１ｃ…給電制御部、３１ｄ…調整時間設定部、３２…バッテリ、３３…受電装置、３４…受電コイル、３５…整流回路、３６…平滑回路、３７…スイッチ。

Claims (5)

1. カウンタウエイトまたは乗りかごに搭載されたバッテリに昇降路側に設置された給電装置から非接触で給電を行うエレベータの非接触給電システムにおいて、
   予め与えられた電力ピーク時間帯における電力消費量の平均値を算出する電力消費量算出手段と、
   この電力消費量算出手段によって算出された電力消費量の平均値に基づいて、上記電力ピーク時間帯より前の所定の時間帯における給電判断用の閾値を他の時間帯より上げておき、上記バッテリの残量が上記閾値以下になったときに給電を行うように制御する給電制御手段と
   を具備したことを特徴とするエレベータの非接触給電システム。
2. 上記電力ピーク時間帯の開始時間をオフセット終了時間とし、そのオフセット終了時間から少なくとも上記電力ピーク時間帯の時間幅分を逆算した時間をオフセット開始時間として定めるオフセット設定手段を備え、
   上記給電制御手段は、
   上記オフセット設定手段によって設定された上記オフセット開始時間から上記オフセット終了時間までの間、上記閾値を上記電力消費量の平均値分だけ上げておくことを特徴とする請求項１記載のエレベータの非接触給電システム。
3. 上記給電制御手段は、
   上記電力消費量算出手段によって算出された電力消費量の平均値に基づいて、上記電力ピーク時間帯における給電量を制御することを特徴とする請求項１記載のエレベータの非接触給電システム。
4. 上記電力ピーク時間帯に合わせて給電量を調整するための調整時間帯を設定する調整時間帯設定手段を備え、
   上記給電制御手段は、
   上記調整時間帯設定手段によって設定された調整時間帯では上記電力消費量の平均値に抑えて給電を行い、上記調整時間帯以外の時間帯では上記バッテリの残量に応じて給電を行うことを特徴とする請求項３記載のエレベータの非接触給電システム。
5. 上記カウンタウエイトには巻上機が搭載されており、
   上記バッテリに蓄えられた電力は上記巻上機の動力として使用されることを特徴とする請求項１記載のエレベータの非接触給電システム。

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