JP4993713B2 - エレベータの乗籠への給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、エレベータの乗籠で消費される電力を非接触で供給する給電装置に関する。

エレベータの乗籠で使用される電力は、乗籠の底部に吊下げられて昇降路側に設置される制御装置に接続されたテールコードによって供給される。テールコードは、信号線などと一纏めにされたケーブルであり、乗籠が昇降路内を移動するために十分な長さを有している。建築物が高層化するにつれて、テールコードの長さが増す。テールコードは、乗籠の底部に吊下げられているだけなので、建物が高いと風や地震で建物が揺れることによってテールコードが昇降路内の機器に接触したり、絡まったりすることが懸念される。そのため、テールコードを用いずに乗籠に電力を供給する技術が検討されている。

軌道に沿って移動する自走式の移動体に対して、電磁誘導によって外部から非接触に電力を供給する給電技術がある。特許文献１に記載された非接触給電システムは、給電線とフェライトシートと受電ユニットとを備える。給電線は、誘導レールに沿って一往復するように配置されている。フェライトシートは、給電線に面した誘導レールの構造部材に貼り付けられている。受電ユニットは、フェライトシートと対向するように車両に取り付けられ、給電線を一本ずつ囲うように形成されたコアと、このコアに装着されて当該部に生じる磁束の変化によって起電するコイルを備える。

また、特許文献２に記載された無接触給電装置は、モノレール式の搬送システムに適用されており、送電線と磁性部材とピックアップユニットとを備える。送電線は、モノレールに沿って一往復に配置されている。磁性部材は、送電線が敷設された全長に渡ってモノレールと送電線との間に配置される。ピックアップユニットは、移動体に設けられ、コアとピックアップコイルとで構成されている。

コアは、磁性部材を一部として送電線を１本ずつ囲うように形成されている。ピックアップコイルは、送電線の間に延びるコアの中央突出部分に装着されている。送電線に高周波電流が流されるとコアおよび磁性部材の内部に磁束が生じ、その結果、電磁誘導によってピックアップコイルが発電する。
特開平８−１７５２３３号公報 特開平８−１９６００３号公報

上記特許文献の構成によれば、受電ユニットやピックアップユニットが通過する範囲全体にわたって磁性材料を配設している。この技術をエレベータに適用する場合、昇降路の全域にわたって磁性材料を配置することになる。そのためこの機器を設置するためにコストが増加する。

この非接触の給電技術は、特に昇降路程が長いエレベータに適用したいのだが、全長に渡って磁性材料を配置するための機器のコストが増大するだけでなく、磁性材料を配置する場合に乗籠を案内するガイドレールと同様の位置決め精度を要するため、単位長さ当たりのエレベータの設置工事費が高くなる。

エレベータにおいて、乗籠が消費する電力は、停止中と走行中とで異なる。乗籠が停止している間に消費する電力は、ドアを開閉させるためにモータなどを駆動させるので、一時的に増加する。一方、走行中に乗籠で消費される電力は、照明器具や操作ボタンなどに限られるため、ほとんど変化することなく、小さい値で一定している。消費電力量が大きい停止中の条件に合わせて電力を供給すると、走行中の余剰な電力が無駄になるため、全体としての電力効率が悪くなる。

そこで、本発明は、エレベータの乗籠が停止している間に非接触に供給される電力の供給率を向上させ、かつ装置全体として安価である給電装置を提供する。

本発明に係る一実施形態の給電装置は、エレベータの乗籠に対して非接触に電力を供給する。この給電装置は、給電線と高周波電源とコアとコイルと磁性体とを備える。給電線は、エレベータの昇降路内を乗籠が移動する範囲に渡って架設される。高周波電源は、給電線に高周波電流を供給する。コアは、乗籠に取り付けられて給電線が内側に非接触に配置される溝を有する。コイルは、給電線に交差する方向を中心にコアに捲回される。磁性体は、乗籠が各階床に停止した状態でコアに対して非接触に昇降路の一部に配置されてコアとともに磁気回路を構成する。

この場合、コアは、溝を２つ有し、磁性体は、乗籠が停止した状態で２つの溝に対して一続きに覆い被さる。または、磁性体は、コアの溝を覆う側からコアの外側に沿って隙間を有して延びる翼部を備える。または、磁性体は、コアの溝に挿入された状態に位置決めされる。または、磁性体は、コアの溝に入り込む凸部を有している。または、磁性体は、給電線を支持する非磁性の支持具のステム部に固定される。

本発明に係る給電装置によれば、乗籠に取り付けられたコアに捲回されたコイルが、給電線に流れる高周波電流によって発電する。そして、乗籠が停止した状態でコアに対峙して磁気回路を構成する磁性体を備えるので、走行中よりも効率良く電力を発電することができ、停止中に乗籠で消費される必要な電力をまかなうことができる。

また、昇降路側に配置される磁性体は、乗籠が移動する範囲全体にわたって設けるのではなく、乗籠が停止した状態で対峙する位置に部分的に設けられている。したがって、この給電装置を設けるために必要となる磁性体が少量ですむため、設備コストを低く抑えることができる。さらに、乗籠の移動範囲のうち乗籠が停止する位置に対応させて磁性体を配置しているので、乗籠とともに移動するコアに対する磁性体の位置決めは、乗籠が停止する位置およびその近傍において必要十分な精度が確保されていればよい。したがって、この給電装置を設置および保守する際において、位置決め調整が容易になるので、設置工事費およびメンテナンス費用を低く抑えることができる。

本発明に係る第１の実施形態の給電装置１０は、エレベータ１の乗籠２で消費される電力を非接触で供給するものであって、図１から図３を参照して説明する。エレベータ１は、図１に示すように、昇降路３の上部に巻上機４を設置し、この巻上機４に掛けられたメインロープ５の端部に乗籠２と釣合錘６とを吊下げている。乗籠２および釣合錘６は、それぞれガイドレール７に案内されており、巻上機４によって駆動されて、つるべ式に昇降路３内を上または下に移動する。

給電装置１０は、昇降路３側から乗籠２へ、電磁誘導によって非接触に電力を供給する。給電装置１０は、図１に示すように給電線１１と高周波電源１２と受電ユニット１３と磁性体１４とを備える。給電線１１は、昇降路３を乗籠２が移動する範囲に渡って、ガイドレール７と平行に架設されている。高周波電源１２は、昇降路３の上部に配置され、給電線１１が接続されている。高周波電源１２は、給電線１１に供給する高周波電流を商用電力から生成する。給電線１１は、昇降路３の下部で折り返されており、昇降路３の途中の数箇所で支持具１５によって位置決め保持されている。

この給電装置１０では、給電線１１に端子などを直接に接触させて電力を供給させるものではないので、給電線１１は、絶縁性部材で被覆されている。支持具１５は、昇降路３の内部にある他の機器や建屋に接触させないように給電線１１を保持する。また、給電線１１に流れる高周波電流による磁場の影響を受けないように、支持具１５は、絶縁部材で構成される。図１および図３に示すように支持具１５は、ガイドレール７およびこれを保持するサポートから延びるブラケット１６に固定される。

受電ユニット１３は、図１および図３に示すように、乗籠２の外壁に設けられ、乗籠２とともに移動する。受電ユニット１３は、コア１３１とコイル１３２と電力変換回路とを備える。図２に示すように、コア１３１は、磁性部材で形成され、ベース１３３を介して乗籠２の側壁に固定されており、給電線１１が内側に非接触に配置される溝１３４を有している。溝１３４の開口側は、給電線１１の支持具１５が通過する十分な大きさを有している。具体的には図３に示すように、コア１３１は、給電線１１を横切る断面においてＥ字形あり、給電線１１の間に延びる中央脚１３５と、この中央脚１３５に対して給電線１１を挟んで配置される外側脚１３６とを備える。

コイル１３２は、給電線１１に交差する方向を中心にコア１３１の中央脚１３５に捲回されている。給電線１１に交流の高周波電流が流れると、給電線１１の周りに磁場が形成される。この磁場による磁束Ｂは、図３に破線で示すように、給電線１１の周りを囲うように配置されるコア１３１の内部を通り、電磁誘導によってコア１３１に捲回されたコイル１３２に電圧を発生させる。電力変換回路は、コイル１３２に発生した電圧を、乗籠２に搭載される各機器に適した電圧および電流に変換する。

磁性体１４は、図１に示すように乗籠２が各階床Ａで停止した状態Ｐで、図２に示すようにコア１３１に対して非接触で溝１３４に対峙する位置に配置されている。この状態Ｐで、磁性体１４は、図３に示すように、コア１３１とともに磁気回路を構成する。磁性体１４は、コア１３１内部を通る磁束Ｂの漏れを抑制することで、コイル１３２の中を通る磁束Ｂを増やし、コイル１３２の発電効率を向上させる。

コア１３１は、２本の給電線１１を１本ずつ内側に配置する２つ溝１３４を有している。磁性体１４は、コア１３１に設けられたこの２つの溝１３４を一続きに覆い被さるように形成され、かつ、溝１３４が開口する側から外側脚１３６を回りこむように隙間を有した状態でコア１３１の外側に沿って延びる翼部１４１を備えている。

以上のように構成された給電装置１０は、階床間を移動する走行中には、コア１３１単独で磁気回路を構成してコイル１３２に電力を発生させ、いずれかの階床に着床した停止中には、コア１３１と磁性体１４とで磁気回路を構成してコイル１３２に電力を発生させる。

エレベータ１は、停止中に乗籠２のドア２１を開け閉めするため、このドア２１を駆動するモータやロック機構に電力が必要である。したがって、エレベータ１は、走行中に必要な電力よりも、各階床Ａに停止している間に必要となる電力のほうが大きい。この給電装置１０は、乗籠２が停止する状態Ｐで、受電ユニット１３がある箇所に対応して昇降路３側の一部に磁性体１４を配置している。この状態で、コア１３１と磁性体１４とが磁気回路を構成するので、給電線１１に流れる高周波電流から電磁誘導によって効率よくコイル１３２で電力を発生させることができる。

また、乗籠２が移動している間、コア１３１の溝１３４は開放された状態であり、コア１３１単独で構成する磁気回路によってコイル１３２に電力を発生させているので、停止中と比べて起電力は低下する。しかし、走行中にコア１３１が磁性体１４と対峙していない。そのため、コア１３１と磁性体１４とが相対的に移動した場合にコア１３１および磁性体１４内部に生じる渦電流や磁気抵抗によるエネルギー損失が生じない。

本実施形態において、磁性体１４は、コア１３１の溝１３４の開口部側から外側脚１３６を回り込んで延びる翼部１４１を有している。磁気回路を構成するコア１３１と磁性体１４との対向面積が大きくなるため、この間の磁気抵抗が減る。コア１３１と磁性体１４とで構成する磁気回路を通る磁束Ｂが増すので、コイル１３２の発電効率が向上する。コア１３１および磁性体１４に用いられる材料は、導電性が低く高周波においても渦電流の影響が小さいフェライト系の材料を適用することが有効である。

このように、本実施形態の給電装置１０は、エレベータ１の乗籠２に対して非接触に電力を供給するとともに、大きな電力が必要となる乗籠２の停止した状態Ｐにおいて受電ユニット１３が配置される箇所にのみ対応させて磁性体１４を配置し、それ以外の箇所には磁性体１４を配置していない。磁性体１４を部分的に配置するので、装置としての材料コストが抑えられるとともに、受電ユニット１３に対する磁性体１４の位置決めが容易になる。したがって、乗籠２に必要な電力を十分に供給しつつ、装置コストおよび設置コストが低い給電装置１０を提供できる。

磁性体１４の形状は、第１の実施形態で示した形状に限らない。コア１３１に設けられた溝１３４を塞ぐように中央脚１３５と外側脚１３６との間を架橋して磁気回路を構成すればよい。以下に給電装置１０の他の実施形態を示す。各実施形態において同じ機能を有する構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。また、給電装置１０全体の構成は、図１およびその説明に係る記載を参酌し、以下での記載を割愛する。

本発明に係る第２の実施形態の給電装置１０は、図４を参照して説明する。この給電装置１０の受電ユニット１３と磁性体１４との断面において、磁性体１４が翼部１４１を備えていない点が第１の実施形態と異なっている。そのほかの構成は同じである。第１の実施形態の給電装置１０に比べて翼部１４１を備えない分だけ、図４に示すコア１３１と磁性体１４とが正対した状態における発電効率が低い。しかし、形状が単純であり、コア１３１の外側脚１３６を挟む方向に、コア１３１と磁性体１４との位置決めが簡単になるため、製造および設置コストを抑える点において、第１の実施形態よりも優れている。

本発明に係る第３の実施形態の給電装置１０は、図５を参照して説明する。第１および第２の実施形態における給電装置１０の磁性体１４は、コア１３１の２つの溝１３４を一続きに覆い被さるように配置している。これに対して、本実施形態における給電装置１０の磁性体１４は、乗籠２が各階床Ａに停止している状態Ｐで、図５に示すように、溝１３４に挿入されて開口部の一部を埋める状態に保持具１７で位置決めされている。磁性体１４と溝１３４の内面との間は、乗籠２がこの階床Ａを通過する場合に互いに接触しない十分な隙間を有している。この場合、隙間は、ガイドレール７に対する乗籠２の案内装置の相対最小クリアランスよりもやや大きく設定される。

このように構成されることによって、中央脚１３５と磁性体１４との間の磁束Ｂが２方向に分散され、給電線１１に対してコア１３１と磁性体１４とが構成する磁気回路における磁気抵抗が減少するため、電力の変換効率を向上させることができる。

本発明に係る第４の実施形態の給電装置１０は、図６を参照して説明する。この給電装置１０の磁性体１４は、他の実施形態と同様に、乗籠２が停止した状態Ｐで受電ユニット１３のコア１３１に対峙して昇降路３に位置決めされている。この磁性体１４は、図６に示すように、コア１３１に設けられた２つの溝１３４に対して一続きに覆い被さるとともに、溝１３４に入り込む凸部１４２を一体に有している。このように磁性体１４を形成することによって、コア１３１と磁性体１４との間の対向面積が増すので、磁気回路を通る磁束Ｂが増え、コイル１３２で発電される電力も増える。

本発明に係る第５の実施形態の給電装置１０は、図７および図８を参照して説明する。この給電装置１０において、図７に示すように、乗籠２が停止した状態Ｐで受電ユニット１３のコア１３１に対峙する位置に配置される磁性体１４は、給電線１１の支持具１５に保持されている。図７に示す状態において、乗籠２は、停止した状態Ｐから少し下がった位置にある状態である。磁性体１４の上端および下端は、それぞれ給電線１１の支持具１５のステム部１５１に嵌合している。

磁性体１４が給電線１１に対して平行に保たれるのであれば、上端および下端を支持する代わりに中央部を１つの支持具１５で保持してもよい。したがって、給電線１１の支持具１５が磁性体１４の保持具も兼ねるので、支持具１５の数を減らすことができる。また、支持具１５を固定するために昇降路３側に用意されるブラケット１６の数も減らすことができる。

このように構成された給電装置１０において、コア１３１は、乗籠２の停止した状態Ｐにおいて磁性体１４と合致する。この状態で、コア１３１と磁性体１４とが図８に示すように磁性回路を構成するので、給電線１１が作る磁場によって効率よくコイル１３２に電力を発電させることができる。また、コア１３１と磁性体１４とが合致する状態で、支持具１５が給電線１１と磁性体１４とを保持しているので、コア１３１と磁性体１４と給電線１１との位置決めが成される。したがって、この実施形態の給電装置１０は、これらの相対位置のずれによる給電効率の低下を防止できる。

なお、上述の各実施形態において、コア１３１の形状は、給電線１１を横切る方向の断面において、Ｅ字形に形成されているが、１つの溝１３４に１つの給電線１１を配置したコアが２つ離れて配置されていてもよい。また、溝１３４の開口する向きは、同じ側に揃っていなくてもよい。例えば、コア１３１の断面形状が、Ｓ字形であってもよいし、Ｈ字形であってもよい。

本発明に係る第１の実施形態の給電装置を備えたエレベータを示す斜視図。 図１に示した給電装置およびその近傍を拡大した斜視図。 図２中のＦ３−Ｆ３線に沿って示す給電装置の断面図。 本発明に係る第２の実施形態の給電装置を示す断面図。 本発明に係る第３の実施形態の給電装置を示す断面図。 本発明に係る第４の実施形態の給電装置を示す断面図。 本発明に係る第５の実施形態の給電装置を示す斜視図。 図７に示した給電装置のコアと磁性体の中央部を乗籠の停止した状態で水平に横切る断面図。

符号の説明

１…エレベータ、２…乗籠、３…昇降路、１０…給電装置、１１…給電線、１２…高周波電源、１４…磁性体、１５…支持具、１３１…コア、１３２…コイル、１３４…溝、１４１…翼部、１４２…凸部、１５１…ステム部。

Claims (6)

1. エレベータの昇降路内を乗籠が移動する範囲に渡って架設される給電線と、
   前記給電線に高周波電流を供給する高周波電源と、
   前記乗籠に取り付けられて前記給電線が内側に非接触に配置される溝を有するコアと、
   前記給電線に交差する方向を中心に前記コアに捲回されるコイルと、
   前記乗籠が各階床に停止した状態で前記コアに対して非接触に前記昇降路の一部に配置されて前記コアとともに磁気回路を形成する磁性体と
   を備えることを特徴とする給電装置。
2. 前記コアは、前記溝を２つ有し、
   前記磁性体は、前記乗籠が停止した状態で２つの前記溝に対して一続きに覆い被さることを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
3. 前記磁性体は、前記コアの溝を覆う側から前記コアの外側に沿って隙間を有して延びる翼部を備えることを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
4. 前記磁性体は、前記コアの溝に挿入された状態に位置決めされることを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
5. 前記磁性体は、前記コアの溝に入り込む凸部を有していることを特徴とする請求項１に記載の給電装置。
6. 前記磁性体は、前記給電線を支持する非磁性の支持具のステム部に固定されることを特徴とする請求項４に記載の給電装置。

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