JP2014015329A - エレベータの発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】エレベータの動作時に発生する振動から電力を再生し、省エネ化を実現する。
【解決手段】実施の形態によれば、巻上機７に巻き掛けられたメインロープ８の一端部に乗りかご９、メインロープの他端部にカウンタウェイト１０を吊り下げ、駆動制御手段１４により巻上機を回転駆動する制御を行うことにより乗客を乗せた乗りかごを昇降路に沿って移動させるエレベータであって、巻上機を固定するためのマシンベッド６と、このマシンベッドの下方に配置され、巻上機からマシンベッドに伝わってくる振動が建屋に伝わるのを抑制する防振手段５Ａ及びこの防振手段５Ａに加わる振動、力等の応力を利用して電力を発電する圧電素子を用いた発電手段５Ｂを有する防振発電装置５とを備えたエレベータの発電システムである。
【選択図】図１

Description

本発明の実施の形態は、エレベータの発電システムに関する。

エレベータにおいては、回生運転時に発生する電力エネルギー（回生エネルギー）を蓄積し、この蓄積された電力エネルギーを力行運転時に利用することで省電力化を図る回生電力利用技術は既に知られている。

また、別のエレベータでは、エレベータの制御盤内に組み込んだ基板の電子部品から発生する廃熱を電気に変換する技術も提案されている。

しかし、前者の回生電力利用技術は、商用交流電力を用いて、エレベータの回生運転時に生じる回生電力を無駄にすることなく利用するものであって、新規に電力を作り出して利用するものではない。

一方、後者の廃熱利用技術は、電子部品から発生する廃熱から新規に電力を生成するものであって、有効な発電手段であると言える。しかし、一般に、電子部品の寿命等から、電子部品から廃熱しないことが望ましく、電子部品の廃熱を低減する工夫がなされていることも事実である。

何れにせよ、近年、省エネやクリーンエネルギーの再生等の高まりに伴い、化石燃料を使用せずに多面的な観点から、新たに電力を生成することが緊急な課題として期待されている。

ところで、全く別な観点から考えたとき、エレベータは、巻上機の所定方向への回転により目的階へ移動すること。また、メインロープに吊下された乗りかごに対して、任意の人数の乗客が乗ったり、降りたりし、乗客各人が自由に移動することである。

そのため、エレベータの複数個所多くの個所で振動が発生し、その振動を抑制するための防振対策が施されている。

ここで、防振対策を施すことで、乗客の快適な乗り心地を確保し、振動によって生じる設備機器の摩耗やトラブルの発生を未然に防ぐことができる。

しかし、エレベータの運転時に発生した振動を抑制することは可能であるが、その発生した振動について未だ有効に活用する振動活用技術については提案されていない。

特開２００７−０３１０６０号公報 特開２００９−１２６７００号公報 特開２００９−１９０８２３号公報 特開２００８−０９４５１７号公報

本発明が解決しようとする課題は、エレベータの運転時に発生する振動を抑制するとともに、その発生した振動から新たに電力を発電することで、省エネ化を実現するエレベータの発電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、実施の形態に係るエレベータの発電システムは、巻上機に巻き掛けられたメインロープの一端側に乗りかご、当該メインロープの他端側にカウンタウェイトを吊り下げ、駆動制御手段により前記巻上機を回転駆動する制御を行うことにより乗客を乗せた前記乗りかごを移動するエレベータに適用されるものであって、前記巻上機を固定するためのマシンベッドと、このマシンベッドの下方に配置され、前記巻上機の振動が建物に伝わるのを抑制する防振手段とこの防振手段に加わる振動、力等の応力を利用して電力を発電する圧電素子を用いた発電手段とからなる防振発電装置とを備えた構成である。

実施の形態に係るエレベータの発電システムを含むエレベータの概略的な構成図。 エレベータの発電システムに使用する防振発電装置の一形態例を示す構成図。 エレベータの発電システムに使用する防振発電装置の他の形態例を示す構成図。 エレベータの発電システムに使用する防振発電装置のさらに他の形態例を示す構成図。 エレベータの発電システムに使用される振動発電蓄電手段及び振動電力管理手段の一具体例を示す構成図。 エレベータの発電システムに使用する防振発電装置のさらに他の形態例を示す構成図。 エレベータの発電システムに使用する防振発電装置のさらに他の形態例を示す構成図。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
図１は実施の形態に係るエレベータの発電システムを含むエレベータの概略的な構成図である。

同図において、１は昇降路、２は昇降路１上部に設けられた機械室、３はコンクリート材などで構成された機械室２の床部である。

４は機械室２の床部３上に敷設されたマシンビームであって、このマシンビーム４上には防振発電装置５を挟むようにマシンベッド６が配置されている。マシンベッド６には巻上機７が設置されている。

前記防振発電装置５は、巻上機７の回転駆動時にマシンベッド６に伝わってくる振動を抑制する防振手段５Ａと、マシンベッド６に伝わってくる振動、力を利用して電気エネルギー（電力）を発電する発電手段５Ｂとを含む構成であって、具体的には図２以降の図面を参照して後記する。

防振手段５Ａは、防振ゴムなどが用いられるが、防振特性を有する材料であれば、特にゴム材料に限定されるものではない。

発電手段５Ｂは、例えば圧電素子が用いられる。圧電素子は外部から加えられる機械的な力を電圧に変換し、あるいは電圧を機械的な力に変換する、圧電効果を利用した受動素子であって、通常、２枚の電極で挟んだ素子を基本とするが、各種の構造のものが市販されている。

なお、振動から電力を発電するものであれば、圧電素子の名称に限るものでなく、例えば電歪素子、振動センサなどを含むものである。

巻上機７の回転軸に連結される巻上シーブ７ａにはメインロープ８が巻き掛けられている。メインロープ８の一端部には昇降路内を移動する乗りかご９が吊り下げられ、メインロープ８の他端部には乗りかご９との重量バランスを取るためのカウンタウェイト１０が吊り下げられている。

乗りかご９は、かご室９ａとかご枠９ｂとの２重構造に形成され、そのかご室９ａ下底部なるかご床９ａ１とかご枠９ｂの下底部となる床受枠９ｂ１上に敷設された下枠９ｃとの間には防振発電装置１１が介在されている。

防振発電装置１１は、前記防振発電装置５と同様に、かご室９ａから伝わってくる振動を低減する防振手段１１Ａと、かご室９ａから伝わってくる振動、力を含む応力から電気エネルギー（電力）を発電する発電手段１１Ｂとを含む構成である。

１２は防振発電装置５、１１を構成する発電手段５Ｂ、１１Ｂで発電された電力を蓄電する振動発電蓄電手段である。なお、振動発電蓄電手段１２は、所望の蓄電容量を有する蓄電池などを備えているが、さらに必要に応じて、例えば発電手段５Ｂ、１１Ｂで発電された電力を増幅する増幅機能や発電手段５Ｂ、１１Ｂで発電されたアナログ的な電力であれば、直流的な電力に変換する電力変換機能等が設けられる。

１３は振動発電蓄電手段１２に蓄電された電力の量を管理する振動電力管理手段である。振動電力管理手段１３は、予め決められた所定量の電力が振動発電蓄電手段１２に蓄電されたとき、その蓄積された電力を駆動制御手段１４に送出する。

駆動制御手段１４は、振動電力管理手段１３から受け取った電力を、例えば巻上機７の駆動電源の一部として使用される。

次に、防振発電装置５（防振発電装置１１を含むが、以下、防振発電装置１１については省略する。）の幾つかの形態例について、図２ないし図４を参照して説明する。

図２は防振発電装置５の一形態例を示す図である。この防振発電装置５は、例えば防振ゴムを用いた防振手段５Ａの下面と上面の何れか一方または両面に圧電素子を用いた発電手段５Ｂ１，５Ｂ２を配置した構成である。

この形態例は、マシンベッド６に伝わってくる振動が発電手段５Ｂ２に伝達され、当該発電手段５Ｂ２がその振動、力等の応力に応じた電力を発電する。また、発電手段５Ｂ１においても、マシンビーム４及び防振手段５Ａを介して伝わってくる振動、力等の応力に応じた電力を発電する。すなわち、両発電手段５Ｂ１，５Ｂ２は、防振手段５Ａに垂直に加わる応力から発電を行うものである。

一方、防振手段５Ａは、発電手段５Ｂ１、５Ｂ２間に配置され、マシンビーム４やマシンベッド６に伝わってくる振動を低減し、建物へ伝わる振動を和らげる。

図３は防振発電装置５の他の形態例を示す図である。この防振発電装置５は、例えば防振ゴムを用いた防振手段５Ａの側面部となる図示正面側や図示右側面に圧電素子を用いた発電手段５Ｂ３，５Ｂ４を配置した構成である。

この形態例は、マシンベッド６に伝わってくる振動は両方の発電手段５Ｂ３，５Ｂ４に伝達され、その振動に応じた電力を発電する。すなわち、両発電手段５Ｂ３，５Ｂ４は、振動、力などの応力によって生じる防振手段５Ａの鉛直方向の変形から発電を行うものである。

図４は防振発電装置５のさらに他の形態例を示す図である。防振発電装置５は、例えば防振ゴムを用いた複数の分割防振手段５Ａ１〜５Ａ４を重ね合わせるとともに、隣接する上下の分割防振手段５Ａ１と５Ａ２の間、５Ａ２と５Ａ３の間、５Ａ３と５Ａ４の間にそれぞれ圧電素子を用いた発電手段５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３を介挿した構成である。

この形態例は、各分割防振手段５Ａ１〜５Ａ４の間に集中する応力や複数の分割防振手段５Ａ１〜５Ａ４からなる防振手段５Ａ内部の変位から発電を行うものである。

なお、図４は各発電手段５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３を挟み込むように分割防振手段５Ａ１〜５Ａ４を重ね合わせた例であるが、例えば隣接する上下の分割防振手段５Ａ１と５Ａ２の間、５Ａ２と５Ａ３の間、５Ａ３と５Ａ４の間にそれぞれ個別に金属板を介して各発電手段５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３を挟み込む構成であってもよい。

このような構成にすれば、各分割防振手段５Ａ１〜５Ａ４の間に集中する応力が金属板上部に配置される各発電手段５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３に確実に伝達され、各発電手段５Ｂ１，５Ｂ２，５Ｂ３による発電効率を高めることができる。

次に、以上のような防振発電装置５、１１を用いた発電システムの作用について説明する。

エレベータは、乗場呼びやかご呼びを受けると、駆動制御手段１４は呼び登録を行った後、巻上機７を所定方向に回転駆動し、乗りかご９を呼び登録階に向けて移動する。このとき、巻上機７は、メインロープ８を巻取りまたは巻き戻しながら乗りかご９を昇降することから、乗りかご９の積載荷重に応じた負荷が加わり、マシンヘッド６が振動する。

ここで、マシンヘッド６に伝わってくる振動は、マシンビーム４とマシンヘッド６との間に配置された例えば図２の構成を有する防振発電装置５の発電手段５Ｂ１，５Ｂ２に伝達され、各発電手段５Ｂ１、５Ｂ２からはその振動に応じた電力エネルギーを取り出すことができる。また、各発電手段５Ｂ１、５Ｂ２に加わった振動は、両発電手段５Ｂ１、５Ｂ２間に配置される防振手段５Ａによって抑制される。

各発電手段５Ｂ１、５Ｂ２で発電した電力は、例えば図５に示すように振動発電蓄電手段１２に送られ、ここで必要に応じて増幅や直流電力変換処理等を行った後、平滑コンデンサ１２ａで平滑化される。そして、平滑コンデンサ１２ａで平滑化された直流電力は蓄電池１２ｂに蓄電される。

振動発電蓄電手段１２に蓄電された電力は、振動電力管理手段１３で管理されている。振動電力管理手段１３は、例えば振動発電蓄電手段１２に蓄電された電力（電圧）を検出する電圧検出器１３ａと、管理電圧Ｖｒ又は当該管理電圧Ｖｒを記憶する記憶部１３ｂと、比較判断部１３ｃと、蓄電された電力を取り込むスイッチ１３ｄとを備えている。

振動電力管理手段１３の比較判断部１３ｃは、管理電力（管理電圧）Ｖｒと電圧検出器１３ａで検出される蓄電池１２ｂに蓄電された電力とを比較し、蓄電された電力が管理電力（管理電圧）Ｖｒを超えたとき、スイッチ１３をオンし、蓄電池１２ｂに蓄電された電力を取り込み、駆動制御手段１４に送出する。

駆動制御手段１４は、蓄電池１２ｂの電力を受け取ると、例えば巻上機７の駆動力の一部として用いるものである。

これにより、マシンベッド６や乗りかご９のかご床９ａ１に発生する振動を電力に変換し、エレベータの駆動力として利用することが可能となり、エレベータの省エネ性能の向上を図ることができる。

従って、以上のような実施の形態によれば、例えば巻上機７の振動、乗りかご９内の乗客の乗り降りにより生み出す振動、エレベータが動いている時のレールの継ぎ目やカウンタウェイト１０とのすれ違いなどで発生する振動など、振動の発生し易い個所に防振発電装置５、１１を設置し、それら防振発電装置５、１１の発電手段５Ｂ１、５Ｂ２が外部から加えられる振動や力と、それによって生じる変形量から効率良く電力を取り出すことができる。

また、防振発電装置５、１１は、例えば図２に示すように発電手段５Ｂ１、５Ｂ２の間に防振手段５Ａを備えているので、従来の防手段と同様に巻上機７や乗りかご９から発生する振動を他の構造体に伝わるのを和らげる機能を十分に発揮させることができる。

さらに、防振発電装置５、１１で発電された電力を蓄電する振動発電蓄電手段１２、この振動発電蓄電手段１２に蓄電された電力を管理し運用する振動電力管理手段１４を設けたことにより、発電した電力を効果的にエレベータの駆動力に利用することが可能となり、エレベータの消費電力の低減化に大きく貢献できる。

（その他の実施の形態）
（１） 上記実施の形態では、防振発電装置５、１１による３つの形態例（図２〜図４）を説明したが、その他の多くの形態例が考えられる。

図６は新たに金属板５Ｃを用いた防振発電装置５の構成例を説明する図である。同図（ａ）は、上下方向から金属板５Ｃを挟み込むように発電手段５Ｂ５，５Ｂ６を配置した後、各発電手段５Ｂ５，５Ｂ６の外側面側にそれぞれ防振手段５Ａ１，５Ａ２を配置した構成である。

同図（ｂ）は、上下方向から発電手段５Ｂを挟み込むように金属板５Ｃ１，５Ｃ２を配置した後、金属板５Ｃ１，５Ｃ２の外側面側にそれぞれ防振手段５Ａ１，５Ａ２を配置した構成である。

図７は例えばゴムを用いた直方体状の防振手段５Ａの下面部と上面部にそれぞれ湾曲状のくぼみ５Ａ１１，５Ａ１２を設けた後、各くぼみ５Ａ１１、５Ａ１２にそれぞれ金属体５Ｃ１，５Ｃ２を介して発電手段５Ｂ１，５Ｂ２を配置した例である。

これら防振発電装置５、１１は、何れも振動から効率的に電力を取り出すために、金属板５Ｃ（図６（ａ）参照）、５Ｃ１，５Ｃ２（図６（ｂ），図７参照）を組み込んだものである。

さらに、防振手段５Ａの面部に発電手段５Ｂ（５Ｂ１，…，５Ｂ４）を配置したが、例えば防振手段５Ａの内部に挿入するか、挟み込むようにしてもよい。

（２） 上記実施の形態では、防振発電装置５で発電した電力を巻上機７の駆動力として利用する例を説明したが、その他のエレベータの電気品，例えば乗りかご９内のファンの電力とか、ＬＥＤ等を用いた照明機器などに利用することもできる。

（３） 上記実施の形態では、エレベータに用いられている防振手段にのみ防振発電装置５，１１を適用するように設けたが、例えばエレベータの他の構成部材やエレベータが設置されている建物等に広く用いられる防振ゴムや免震ゴムに同様に適用し、その防振発電装置で得られた電力をエレベータの関連機器に供給する構成であってもよい。

（４） 上記実施の形態では、巻上機７が機械室２に設置されている例について述べているが、例えば機械室無しの場合には昇降路１内部の適宜な個所に巻上機７を設置することが有りうるが、このような巻上機７の設置基台の防振手段にも同様に適用できるものである。

（５） なお、上記実施の形態は、幾つかの形態例を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。

１…昇降路、２…機械室、３…床部、４…マシンビーム、５…防振発電装置、５Ａ…防振手段、５Ａ１〜５Ａ４…分割防振手段、５Ｂ１〜５Ｂ６…発電手段、６…マシンベッド、７…巻上機（巻上シーブ７ａ）、８…メインロープ、９…乗りかご、１０…カウンタウェイト、１１…防振発電装置、１２…振動発電蓄電手段、１３…振動電力管理手段、１４…駆動制御手段。

Claims (8)

1. 巻上機に巻き掛けられたメインロープの一端部に乗りかご、当該メインロープの他端部にカウンタウェイトを吊り下げ、駆動制御手段により前記巻上機を回転駆動する制御を行うことにより乗客を乗せた前記乗りかごを昇降路に沿って移動させるエレベータにおいて、
   前記巻上機を固定するためのマシンベッドと、
   このマシンベッドの下方に配置され、前記巻上機からマシンベッドに伝わってくる振動が建屋に伝わるのを抑制する防振手段及びこの防振手段に加わる振動、力等の応力を利用して電力を発電する圧電素子を用いた発電手段を有する防振発電装置と
   を備えたことを特徴とするエレベータの発電システム。
2. 巻上機に巻き掛けられたメインロープの一端側に乗りかご、当該メインロープの他端側にカウンタウェイトを吊り下げ、駆動制御手段により前記巻上機を回転駆動する制御を行うことにより乗客を乗せた前記乗りかごを昇降路に沿って移動させるエレベータにおいて、
   前記乗りかごを構成するかご室のかご床とかご枠との間に配置され、当該かご室への前記乗客の乗降及び前記乗りかごの移動時に前記かご床に伝わってくる振動を抑制する防振手段及びこの防振手段に加わる振動、力等の応力を利用して電力を発電する圧電素子を用いた発電手段を有する防振発電装置を備えたことを特徴とするエレベータの発電システム。
3. 巻上機に巻き掛けられたメインロープの一端側に乗りかご、当該メインロープの他端側にカウンタウェイトを吊り下げ、駆動制御手段により前記巻上機を回転駆動する制御を行うことにより乗客を乗せた前記乗りかごを昇降路に沿って移動させるエレベータにおいて、
   前記巻上機を固定するためのマシンベッドと、
   このマシンベッドの下方に配置され、前記巻上機からマシンベッドに伝わってくる振動が建屋に伝わるのを抑制する防振手段及びこの防振手段に加わる振動、力等の応力を利用して電力を発電する圧電素子を用いた発電手段を有する第１の防振発電装置と、
   前記乗りかごを構成するかご室のかご床とかご枠との間に配置され、当該かご室への前記乗客の乗降及び前記乗りかごの移動時に前記かご床に伝わってくる振動を抑制する防振手段及びこの防振手段に加わる振動、力等の応力を利用して電力を発電する圧電素子を用いた発電手段を有する第２の防振発電装置と
   を備えたことを特徴とするエレベータの発電システム。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載のエレベータの発電システムにおいて、
   前記防振発電装置は、方形体に形成された防振ゴムなどの前記防振手段の上面、下面、各側面の少なくとも一つの面に前記圧電素子を用いた発電手段を添設したことを特徴とするエレベータの発電システム。
5. 請求項１ないし請求項３の何れか一項に記載のエレベータの発電システムにおいて、
   前記防振発電装置は、方形体に形成された防振ゴムなどの複数の防振手段のそれぞれ隣接する各防振手段間に前記圧電素子を用いた発電手段を挟むように配置したことを特徴とするエレベータの発電システム。
6. 請求項４または請求項５に記載のエレベータの発電システムにおいて、
   前記圧電素子を用いた発電手段に添設するように金属板を配置したことを特徴とするエレベータの発電システム。
7. 請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載のエレベータの発電システムにおいて、
   前記発電手段により発電した電力を蓄電する振動発電蓄積手段と、
   この振動発電蓄積手段で蓄電された電力を前記駆動制御手段に送出し、前記巻上機の駆動力やエレベータの関連電気品に供給する手段とを、さらに設けたことを特徴とするエレベータの発電システム。
8. 請求項１ないし請求項６の何れか一項に記載のエレベータの発電システムにおいて、
   前記発電手段で発された電力を蓄電する振動発電蓄積手段と、
   この振動発電蓄積手段に所定の電力量が蓄電されるまで蓄電動作を継続させ、当該所定の電力量に達したときに該蓄電電力を前記駆動制御手段に送出する振動電力管理手段とを、さらに設けたことを特徴とするエレベータの発電システム。

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