JP2014205523A - エレベーター - Google Patents
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Abstract
【課題】停電が発生したときに、蓄電装置の電力を効率良く使用することができるエレベーターの提供。【解決手段】本発明に係るエレベーターの電源回路20は、商用交流電源1からの交流電圧を整流するコンバータ装置2と、コンバータ装置2から出力される直流電圧を交流電圧に変換するインバータ装置4と、コンバータ装置2とインバータ装置4との間に設けられた平滑コンデンサ3と、コンバータ装置2とインバータ装置4との間に設けられ、電力を蓄えると共に蓄えた電力をインバータ装置4へ供給する蓄電回路12と、停電の発生を検出する停電検出装置9と、停電検出装置9によって停電の発生が検出されたとき、蓄電回路12の電力を放電してインバータ装置4へ供給し、インバータ装置4からの回生電力を蓄電回路12に充電する充放電制御装置21とを備えた。【選択図】図1
Description
本発明は、乗りかごを駆動する駆動部に電力を供給する回路を備えたエレベーターに関する。
図5は従来技術のエレベーターの構成を示す図である。
一般的に、エレベーターは、図5に示すように建物に設けられた昇降路(図示せず)内を昇降する乗りかご107と、この乗りかご107と相対的に昇降するカウンタウェイト108と、これらの乗りかご107及びカウンタウェイト108を懸架する主ロープ125と、この主ロープ125が巻き掛けられた駆動部としての巻上機とを有している。
この巻上機は、主ロープ125が直接巻き掛けられたシーブ106と、このシーブ106を回転させる電動機105とから構成されている。そして、この電動機105が電力を受けて駆動してシーブ106が回転し、シーブ106の回転方向に応じて乗りかご107及びカウンタウェイト108が昇降路内を昇降するようになっている。
電動機105は電力を供給する電源としての商用交流電源101に接続されている。この商用交流電源101は、例えば電力会社から送電され、接続された装置に一定の周波数の交流電圧を出力するものである。図5では、商用交流電源101から出力された交流電圧は一度直流電圧に変換された後、この変換された直流電圧を電動機105の駆動に適した可変電圧可変周波数の交流電圧に変換する構成である。
従来技術では駆動部としての巻上機と電源としての商用交流電源101との間には、交流電圧と直流電圧を相互に変換する電源回路100が設けられている。具体的には、この電源回路100は、例えば商用交流電源101からの交流電圧を整流する整流回路、すなわち交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ装置102と、このコンバータ装置102から出力される直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換するインバータ装置104と、これらのコンバータ装置102とインバータ装置104との間に設けられた平滑コンデンサ103とを有している。
ここで、商用交流電源101に停電が発生した場合には、商用交流電源101から電動機105へ電力が供給されなくなるので、乗りかご107が昇降路内を昇降中であっても電動機105が停止し、乗客が乗りかご107内に閉じ込められる虞がある。これを防止するために、従来技術のエレベーターは、商用交流電源101の停電の発生を検出する停電検出装置109と、電源回路100内に電力を蓄える蓄電装置112と、停電検出装置109によって商用交流電源101の停電の発生が検出されたとき、蓄電装置112に蓄えられた電力を放電してコンバータ装置102とインバータ装置104との直流母線間に供給する放電制御回路111とを備え、蓄電装置112から供給された電力によって停電時における乗客の閉じ込めを回避する救出運転を行うようにしている。
このように、停電時に電動機105を駆動するために蓄電装置112の電力を利用するエレベーターの従来技術の1つとしては、交流電源から直流電圧部に直流電圧を発生させる整流手段と、この直流電圧部における直流電圧を交流電圧に変換するインバータ手段と、このインバータ手段から供給される交流電圧で駆動される交流電動機と、直流電圧部に接続され蓄放電を行うキャパシタ蓄電手段とからなる昇降機制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この従来技術の昇降機制御装置は、キャパシタ蓄電手段は、互い同士で直列又は並列の接続形態を切り替えることができる複数の電気二重層キャパシタから成り、昇降機の通常運転時には、キャパシタ蓄電手段の複数の電気二重層キャパシタを直列接続にて昇降機の回生運転での回生電力をキャパシタ蓄電手段に蓄電し、昇降機の力行運転ではキャパシタ蓄電手段からインバータ手段に補助電力を供給するように制御すると共に、昇降機の非常運転時には、キャパシタ蓄電手段の複数の電気二重層キャパシタを並列接続の接続形態に切り替えて、昇降機の力行運転でキャパシタ蓄電手段からインバータ手段に主電力を供給するように制御している。これにより、省エネルギー運転が可能となり、停電時においても昇降機を長く利用することができる。
ここで、特許文献1に開示された昇降機制御装置を含む従来技術のエレベーターでは、停電検出装置109によって商用交流電源101の停電の発生が検出されたとき、駆動部としての電動機105への電力の供給源を商用交流電源101から蓄電装置112に切り替えて救出運転を行うことにより、乗客の閉じ込めを回避するようにしているが、インフラが十分に整備されていない諸外国や計画停電等による停電が多発する地域でも、蓄電装置112に蓄えられた電力量、すなわち蓄電量が限られているにも拘わらず、商用交流電源101の停電が発生する度に電動機105への電力の供給源の切り替えが行われる。そのため、特にこのような諸外国や地域では停電時に蓄電装置112の電力を効率良く使用しなければ、救出運転に使用される十分な電力量が確保されず、実施可能な救出運転の回数が減少したり、あるいは救出運転の実施時間が短くなることが懸念されている。
本発明は、このような従来技術の実情からなされたもので、その目的は、停電が発生したときに、蓄電装置の電力を効率良く使用することができるエレベーターを提供することにある。
上記の目的を達成するために、本発明のエレベーターは、昇降路と、この昇降路内を昇降する乗りかごと、この乗りかごを駆動する駆動部と、この駆動部に電力を供給する電源と、これらの駆動部及び電源を接続する電源回路とを備え、この電源回路は、前記電源からの交流電圧を整流する整流回路と、この整流回路から出力される直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ装置と、これらの整流回路とインバータ装置との間に設けられた平滑コンデンサとを有するエレベーターにおいて、前記電源回路は、前記整流回路と前記インバータ装置との間に設けられ、電力を蓄えると共に蓄えた電力を前記インバータ装置へ供給する蓄電回路と、前記電源から前記整流回路に入力される交流電圧を検出し、検出した交流電圧に基づいて停電の発生を検出する停電検出装置と、この停電検出装置によって停電の発生が検出されたとき、前記蓄電回路に蓄えられた電力を放電して前記インバータ装置へ供給し、前記インバータ装置からの回生電力を前記蓄電回路に充電する充放電制御装置とを有することを特徴としている。
本発明のエレベーターによれば、停電が発生したときに、蓄電装置の電力を効率良く使用することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明に係るエレベーターを実施するための形態を図に基づいて説明する。
本発明に係るエレベーターの一実施形態は、例えば図1に示すようにロープ式のエレベーターから構成されている。本実施形態は、建物に設けられた昇降路(図示せず)と、この昇降路内を昇降する乗りかご7と、この乗りかご7と相対的に昇降するカウンタウェイト8と、これらの乗りかご7及びカウンタウェイト8を懸架する主ロープ25と、この主ロープ25が巻き掛けられた駆動手段としての巻上機とを有している。
この巻上機は、主ロープ25が直接巻き掛けられたシーブ6と、このシーブ6を回転させる電動機5とから構成され、駆動方式がつるべ式になっている。また、本実施形態は、後述するように電動機5に電力を供給する電源と、電動機5及び電源を接続する電源回路20とを備えている。電源は、例えば電力会社から送電され、接続された装置に一定の周波数の交流電圧を出力する商用交流電源1から成っている。
電源回路20は、商用交流電源1からの交流電圧を整流する整流回路、例えば入力された交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ装置2と、このコンバータ装置2から出力される直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ装置4と、これらのコンバータ装置2とインバータ装置4との間に設けられた平滑コンデンサ3とを有している。
この平滑コンデンサ3は、一端が直流母線の高電位側に接続されると共に、他端が直流母線の低電位側に接続され、直流電圧の脈動分を除去するようになっている。なお、商用交流電源1とコンバータ装置2との接続は3相3線式で行われており、コンバータ装置2とインバータ装置4との接続は単相2線式で行われている。また、インバータ装置4と電動機5との接続は3相3線式で行われている。
従って、商用交流電源1からコンバータ装置2へ交流電圧が出力されると、交流電圧はコンバータ装置2で直流電圧に変換される。変換された直流電圧は平滑コンデンサ3によって脈動分が除去された後、インバータ装置4に入力されて電動機5の駆動に適した可変電圧可変周波数の交流電圧に再び変換される。そして、インバータ装置4から電動機5へ変換された交流電圧が出力されると、電動機5がこの交流電圧を受けて駆動し、乗客による呼び登録に応じてシーブ6を回転させる。これにより、乗りかご7とカウンタウェイト8がシーブ6の回転方向に応じて昇降路内を昇降するようになっている。
本実施形態では、電源回路20は、コンバータ装置2と、平滑コンデンサ3と、インバータ装置4に加え、コンバータ装置2とインバータ装置4との間に設けられ、電力を蓄えると共に蓄えた電力をインバータ装置4へ供給する蓄電回路12と、電源からコンバータ装置2に入力される交流電圧を検出し、検出した交流電圧に基づいて停電の発生を検出する停電検出装置9と、この停電検出装置9によって停電の発生が検出されたとき、蓄電回路12に蓄えられた電力を放電してインバータ装置4へ供給し、インバータ装置4からの回生電力を蓄電回路12に充電する充放電制御装置21とを備えている。
蓄電回路12は、電力を蓄える複数の蓄電装置を含んでいる。これらの複数の蓄電装置は、例えば互いに直列に接続された第1の蓄電装置12a及び第2の蓄電装置12bから成っている。なお、これらの第1の蓄電装置12a及び第2の蓄電装置12bは、例えばニッケル水素電池、リチウムイオン電池、リチウムポリマー電池等の二次電池や電気二重層コンデンサ等の大容量キャパシタから構成されている。
また、充放電制御装置21は、第1の蓄電装置12a及び第2の蓄電装置12bの蓄電量PA,PB(図4参照)に応じて、これらの蓄電装置12a,12bの充放電を切り替える複数のスイッチング素子を含んでいる。これらの複数のスイッチング素子は、例えば第1の蓄電装置12aの陽極側に設けられ、互いに直列に接続された自己消弧素子である第1のスイッチング素子14及び第2のスイッチング素子15と、第2の蓄電装置12bの陰極側に設けられ、互いに直列に接続された自己消弧素子である第3のスイッチング素子16及び第4のスイッチング素子17とから成っている。
充放電制御装置21は、インバータ装置4と平滑コンデンサ3との間に平滑コンデンサ3に対して並列に接続されると共に、第2のスイッチング素子15、第4のスイッチング素子17、及び第1の蓄電装置12aと第2の蓄電装置12bとの接続部分、すなわち第1の蓄電装置12aの陰極側又は第2の蓄電装置12bの陽極側に接続され、第1の蓄電装置12a及び第2の蓄電装置12bから放電される電圧を制御する放電電圧制御装置11を有している。
また、充放電制御装置21は、コンバータ装置2と平滑コンデンサ3との間に平滑コンデンサ3に対して並列に接続されると共に、第1のスイッチング素子14、第3のスイッチング素子16、及び第1の蓄電装置12aと第2の蓄電装置12bとの接続部分、すなわち第1の蓄電装置12aの陰極側又は第2の蓄電装置12bの陽極側に接続され、第1の蓄電装置12aの蓄電量PAと第2の蓄電装置12bの蓄電量PBとを比較して第1〜第4のスイッチング素子14〜17のスイッチング動作を制御する充放電電圧制御装置10とを有している。
本実施形態に係るエレベーターは、停電検出装置9によって停電の発生が検出されていないとき、呼び登録に応じて乗りかご7を走行させる通常運転を行うと共に、第1の蓄電装置12a及び第2の蓄電装置12bを商用交流電源1から充電し、停電検出装置9によって停電の発生が検出されたとき、乗りかご7を通常運転よりも低い速度で走行して昇降先の最寄階に着床させ、商用交流電源1の電力が復帰するまで停止させる救出運転を行うようにしている。
充放電電圧制御装置10は、停電検出装置9によって停電の発生が検出されたとき、第1の蓄電装置12aの蓄電量PA及び第2の蓄電装置12bの蓄電量PBを算出し、得られた第1の蓄電装置12aの蓄電量PAが第2の蓄電装置12bの蓄電量PBよりも大きいかどうかを判断するようにしている。
そして、充放電電圧制御装置10は、第1の蓄電装置12aの蓄電量PAが第2の蓄電装置12bの蓄電量PBよりも大きいと判断した場合には、第1のスイッチング素子14及び第4のスイッチング素子17をOFF、第2のスイッチング素子15及び第3のスイッチング素子16をONに設定し、第1の蓄電装置12aの電力を放電すると共に、インバータ装置4からの回生電力を第2の蓄電装置12bに充電するようにしている。
また、充放電電圧制御装置10は、第1の蓄電装置12aの蓄電量PAが第2の蓄電装置12bの蓄電量PBよりも大きくないと判断した場合には、第1のスイッチング素子14及び第4のスイッチング素子17をON、第2のスイッチング素子15及び第3のスイッチング素子16をOFFに設定し、第2の蓄電装置12bの電力を放電すると共に、インバータ装置4からの回生電力を第1の蓄電装置12aに充電するようにしている。
次に、本実施形態に係る充放電制御装置21による蓄電回路12の充放電の制御を図4のフローチャートに基づいて詳細に説明する。
まず、停電検出装置9が商用交流電源1からコンバータ装置2に入力される交流電圧を検出し(手順S1)、検出した交流電圧に基づいて停電が発生したかどうかを判断する(手順S2)。このとき、停電検出装置9によって停電の発生が検出されなければ(手順S2でNO)、商用交流電源1の電圧状態を再度監視するために、手順S1の動作に戻る。
手順S2において、停電検出装置9によって停電の発生が検出されたとき(手順S1でYES)、充放電制御装置20の充放電電圧制御装置10は、第1の蓄電装置12aの蓄電量PA及び第2の蓄電装置12bの蓄電量PBを算出する(手順S3)。そして、充放電電圧制御装置10は、得られた第1の蓄電装置12aの蓄電量PAが第2の蓄電装置12bの蓄電量PBよりも大きいかどうかを判断する(手順S4)。
このとき、充放電電圧制御装置10は、第1の蓄電装置12aの蓄電量PAが第2の蓄電装置12bの蓄電量PBよりも大きいと判断した場合には(PA>PB、手順S4でYES)、第1のスイッチング素子14及び第4のスイッチング素子17をOFF、第2のスイッチング素子15及び第3のスイッチング素子16をONに設定する制御を行う(手順S5)。
これにより、図2に示すように第1の蓄電装置12aが放電され、第2の蓄電装置12bが充電される回路構成となる。そして、充放電制御装置21の放電電圧制御装置11が第1の蓄電装置12aから放電される電圧を制御し、第1の蓄電装置12aに蓄えられた電力をインバータ装置4へ供給する(手順S6)。
その後、インバータ装置4は、第1の蓄電装置12aの電力を受けて電動機5の駆動速度を制御することにより、シーブ6を回転させて救出運転を行う(手順S7)。このとき、充放電電圧制御装置10は、救出運転に伴って発生した回生電力を第2の蓄電装置12bに充電する電圧を制御し、第2の蓄電装置12bに電力を蓄える(手順S8)。
一方、手順S4において、充放電電圧制御装置10は、第1の蓄電装置12aの蓄電量PAが第2の蓄電装置12bの蓄電量PBよりも大きくないと判断した場合には(PA≦PB、手順S4でNO)、第1のスイッチング素子14及び第4のスイッチング素子17をON、第2のスイッチング素子15及び第3のスイッチング素子16をOFFに設定する制御を行う(手順S9)。
これにより、図3に示すように第1の蓄電装置12aが充電され、第2の蓄電装置12bが放電される回路構成となる。そして、充放電制御装置21の放電電圧制御装置11が第2の蓄電装置12bから放電される電圧を制御し、第2の蓄電装置12bに蓄えられた電力をインバータ装置4へ供給する(手順S10)。
その後、インバータ装置4は、第2の蓄電装置12bの電力を受けて電動機5の駆動速度を制御することにより、シーブ6を回転させて救出運転を行う(手順S11)。このとき、充放電電圧制御装置10は、救出運転に伴って発生した回生電力を第1の蓄電装置12aに充電する電圧を制御し、第1の蓄電装置12aに電力を蓄える(手順S12)。
そして、手順S8又は手順S12の動作が行われ、第1の蓄電装置12a又は第2の蓄電装置12bの電力によって走行した乗りかご7が最寄階に着床すると(手順S13)、充放電制御装置21による蓄電回路12の充放電の制御が終了する。
このように構成した本実施形態によれば、充放電制御装置21は、停電検出装置9によって停電の発生が検出されたとき、蓄電回路12の第1の蓄電装置12a又は第2の蓄電装置12bに蓄えられた電力を放電してインバータ装置4へ供給し、インバータ装置4からの回生電力を第1の蓄電装置12a又は第2の蓄電装置12bに充電することにより、停電時の救出運転中に各蓄電装置12a,12bから使用される電力の一部を回収することができる。そのため、インフラが十分に整備されていない諸外国や計画停電等による停電が多発する地域でも、停電が発生したときに第1の蓄電装置12a及び第2の蓄電装置12bの電力を効率良く使用できるので、実施可能な救出運転の回数及び救出運転の実施時間を改善することができる。
また、本実施形態は、蓄電回路12が第1の蓄電装置12a及び第2の蓄電装置12bから成り、充放電制御装置21の充放電電圧制御装置10は、これらの第1の蓄電装置12aの蓄電量PAと第2の蓄電装置12bの蓄電量PBに応じて、第1〜第4のスイッチング素子14〜17をON又はOFFに設定してこれらの蓄電装置12a,12bの充放電を交互に切り替えることにより、各蓄電装置12a,12bのうち一方の蓄電装置が放電しているときに、他方の蓄電装置を充電できるので、各蓄電装置12a,12bの蓄電量PA,PBを自由に調整することができる。
これにより、手順S6又は手順S10において、蓄電装置12a,12bのうち蓄電量PA,PBが大きい方の蓄電装置を放電し、手順S8又は手順S12において、蓄電量PA,PBが少ない方の蓄電装置を充電できるので、各蓄電装置12a,12bの蓄電量PA,PBのバランスを保つことができ、蓄電回路12の充電効率を高めることができる。
また、本実施形態は、充放電電圧制御装置10は、第1〜第4のスイッチング素子14〜17をON又はOFFに操作することによって各蓄電装置12a,12bの充放電を容易に切り替えることができるので、応答性に優れた制御を行うことができる。さらに、本実施形態は、このような各蓄電装置12a,12bの充放電の切替動作を第1の蓄電装置12a、第2の蓄電装置12b、及び第1〜第4のスイッチング素子14〜17の組合せにより実現しているので、充放電制御装置21の部品点数が抑えられると共に、蓄電回路12の充放電の制御も簡単になるので、充放電制御装置21の製造コスト及び消費電力を削減することができる。
なお、上述した本実施形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。
また、本実施形態では、ロープ式のエレベーターから構成され、このエレベーターの駆動部の駆動方式としてつるべ式の電動機5が設けられた場合について説明したが、この場合に限らず、例えばポンプ駆動による油圧式のエレベーター、住宅用巻取りドラム式のエレベーター、及び自走式のエレベーターのいずれかにより構成されても良いし、その他の駆動方式のエレベーターから構成されても良い。
また、本実施形態は、蓄電回路12としての2つの第1の蓄電装置12a及び第2の蓄電装置12bと、これらの第1の蓄電装置12a及び第2の蓄電装置12bの充放電を切り替える4つの第1〜第4のスイッチング素子とを備えた場合について説明したが、この場合に限らず、蓄電回路12は3つ以上の蓄電装置から構成され、5つ以上のスイッチング素子を備えても良い。この場合、蓄電回路12の蓄電量が増加するので、実施可能な救出運転の回数及び救出運転の実施時間をより改善することができる。
1 商用交流電源(電源)
2 コンバータ装置(整流回路)
3 平滑コンデンサ
4 インバータ装置
5 電動機
7 乗りかご
9 停電検出装置
10 充放電電圧制御装置
11 放電電圧制御装置
12 蓄電回路
12a 第1の蓄電装置
12b 第2の蓄電装置
14 第1のスイッチング素子
15 第2のスイッチング素子
16 第3のスイッチング素子
17 第4のスイッチング素子
20 電源回路
21 充放電制御装置
2 コンバータ装置(整流回路)
3 平滑コンデンサ
4 インバータ装置
5 電動機
7 乗りかご
9 停電検出装置
10 充放電電圧制御装置
11 放電電圧制御装置
12 蓄電回路
12a 第1の蓄電装置
12b 第2の蓄電装置
14 第1のスイッチング素子
15 第2のスイッチング素子
16 第3のスイッチング素子
17 第4のスイッチング素子
20 電源回路
21 充放電制御装置
Claims (3)
- 昇降路と、この昇降路内を昇降する乗りかごと、この乗りかごを駆動する駆動部と、この駆動部に電力を供給する電源と、これらの駆動部及び電源を接続する電源回路とを備え、この電源回路は、前記電源からの交流電圧を整流する整流回路と、この整流回路から出力される直流電圧を可変電圧可変周波数の交流電圧に変換して出力するインバータ装置と、これらの整流回路とインバータ装置との間に設けられた平滑コンデンサとを有するエレベーターにおいて、
前記電源回路は、
前記整流回路と前記インバータ装置との間に設けられ、電力を蓄えると共に蓄えた電力を前記インバータ装置へ供給する蓄電回路と、
前記電源から前記整流回路に入力される交流電圧を検出し、検出した交流電圧に基づいて停電の発生を検出する停電検出装置と、
この停電検出装置によって停電の発生が検出されたとき、前記蓄電回路に蓄えられた電力を放電して前記インバータ装置へ供給し、前記インバータ装置からの回生電力を前記蓄電回路に充電する充放電制御装置とを有することを特徴とするエレベーター。 - 請求項1に記載のエレベーターにおいて、
前記蓄電回路は、電力を蓄える複数の蓄電装置を含み、
前記充放電制御装置は、前記複数の蓄電装置の蓄電量に応じて、これらの蓄電装置の充放電を切り替える複数のスイッチング素子を含むことを特徴とするエレベーター。 - 請求項2に記載のエレベーターにおいて、
前記複数の蓄電装置は、互いに直列に接続された第1の蓄電装置及び第2の蓄電装置から成り、
前記複数のスイッチング素子は、
前記第1の蓄電装置の陽極側に設けられ、互いに直列に接続された第1のスイッチング素子及び第2のスイッチング素子と、
前記第2の蓄電装置の陰極側に設けられ、互いに直列に接続された第3のスイッチング素子及び第4のスイッチング素子とから成り、
前記充放電制御装置は、
前記インバータ装置と前記平滑コンデンサとの間に前記平滑コンデンサに対して並列に接続されると共に、前記第2のスイッチング素子、前記第4のスイッチング素子、及び前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との接続部分に接続され、前記第1の蓄電装置及び前記第2の蓄電装置から放電される電圧を制御する放電電圧制御装置と、
前記整流回路と前記平滑コンデンサとの間に前記平滑コンデンサに対して並列に接続されると共に、前記第1のスイッチング素子、前記第3のスイッチング素子、及び前記第1の蓄電装置と前記第2の蓄電装置との接続部分に接続され、前記第1の蓄電装置の蓄電量と前記第2の蓄電装置の蓄電量とを比較して前記第1〜第4のスイッチング素子のスイッチング動作を制御する充放電電圧制御装置とを含むことを特徴とするエレベーター。
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