JP5788472B2 - エレベータ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、バッテリ電力を利用してエレベータを駆動するハイブリット駆動型のエレベータに関する。

一般に、エレベータでは、巻上機の回転軸に巻き掛けられたロープの両端に乗りかごとカウンタウェイトが吊り下げられ、巻上機の回転によりロープを介して乗りかごがカウンタウェイトと反対方向につるべ式に昇降動作する。

ここで、例えば乗りかごが昇降路の下方向に動く場合に、そのときの乗りかごの荷重がカウンタウェイトより重ければ、巻上機が発電機として機能して電力が生じる。同様に、乗りかごが上方向に動く場合に、そのときの乗りかごの荷重がカウンタウェイトより軽い場合でも電力が生じる。このような電力を「回生電力」と呼び、そのときの運転を「回生運転」と呼んでいる。逆に、電力を必要とする運転を「力行運転」と呼ぶ。

近年、このような回生運転時に生じた電力をバッテリに蓄えておき、力行運転時にバッテリから電力をアシストするハイブリット駆動型のエレベータが考えられている。

特開２００５−８９０９６号公報

しかしながら、一般的なハイブリット駆動型のエレベータでは、商用電源を基準として構成されているため、バッテリの電力が有効的には使われていない。また、停電が発生した場合に商用電源からバッテリへの切り替えに時間を要し、スムーズに運転を継続することができない。

本発明が解決しようとする課題は、バッテリ電力を有効活用してエレベータの運転を行うことができ、停電時でも支障なく運転を継続可能なエレベータを提供することである。

本実施形態に係るエレベータは、商用電源から供給される電力を受けて巻上機を駆動する駆動装置と、回生運転時に発生する電力を蓄え、力行運転時にその蓄えた電力を上記駆動装置に供給するバッテリ装置と、上記商用電源および上記バッテリ装置に接続された状態で、通常運転時に上記商用電源から切り離され、上記バッテリ装置から供給される電力を利用してエレベータの運転制御を行う制御装置と、上記商用電源と上記制御装置との間の第１の電力供給ラインに設けられた第１のスイッチと、上記商用電源と上記駆動装置との間の第２の電力供給ラインに設けられた第２のスイッチと、上記駆動装置と上記バッテリ装置との間の第３の電力供給ラインに設けられた第３のスイッチと、上記バッテリ装置と上記制御装置との間の第４の電力供給ラインに設けられた第４のスイッチとを備える。
上記制御装置は、通常運転時に上記第１のスイッチをＯＮして上記商用電源に接続された状態で、上記第２および第３のスイッチをＯＮして上記商用電源および上記バッテリ装置を上記駆動装置に接続すると共に上記第４のスイッチをＯＮして上記制御装置を上記バッテリ装置に接続した後、上記第１のスイッチをＯＮからＯＦＦに切り替えて上記制御装置を上記商用電源から切り離すことで、上記バッテリ装置から供給される電力を利用してエレベータの運転制御を行う。

図１は一実施形態に係るハイブリッド駆動型のエレベータの構成を示す図である。 図２は同実施形態におけるエレベータの通常運転時の電力供給動作を示すフローチャートである。 図３は同実施形態におけるエレベータの通常運転時のＳＷ１〜４の状態と電力の流れを示す図である。 図４は同実施形態におけるエレベータのパーキング時の電力供給動作を示すフローチャートである。 図５は同実施形態におけるエレベータのパーキング時のＳＷ１〜４の状態と電力の流れを示す図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は一実施形態に係るハイブリッド駆動型のエレベータの構成を示す図である。

このエレベータは、駆動装置１０、バッテリ装置２０、エレベータ制御装置３０を備える。駆動装置１０は、コンバータ１１、平滑コンデンサ１２、インバータ１３を有し、エレベータ制御装置３０の駆動指示に従って巻上機２の駆動に必要な電力を供給する。

なお、コンバータ１１は、商用電源１から供給される交流電圧を直流電圧に変換するものである。商用電源１は、三相の交流電源からなる。平滑コンデンサ１２は、コンバータ１１によって変換された直流電圧のリプルを平滑する。インバータ１３は、コンバータ１１から平滑コンデンサ１２を介して与えられた直流電圧をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御により任意の周波数、電圧値の交流電圧に変換し、これを駆動電力として巻上機２に供給する。

巻上機２は、同期電動機からなり、駆動装置１０からの電力供給によって回転する。巻上機２には図示せぬシーブを介してロープ３が巻回されており、そのロープ３の一端には乗りかご４、他端にはカウンタウェイト５が連結されている。これにより、巻上機２の回転に伴い、ロープ３を介して乗りかご４とカウンタウェイト５がつるべ式に昇降動作する。

バッテリ装置２０は、ＡＣ／ＤＣ変換器２１、ＤＣ／ＤＣ変換器２２、ＤＣ／ＤＣ変換器２３、バッテリ２４からなり、商用電源１からの電力と回生運転時に生じた電力を駆動装置１０から得てバッテリ２４に蓄え、力行運転時にバッテリ２４の電力を駆動装置１０に供給する。また、このバッテリ装置２０は、エレベータ制御装置３０に対して所要の電力を供給可能な構成にある。

ＡＣ／ＤＣ変換器２１は、ＡＣ側はエレベータ制御装置３０に設けられた制御電源トランス３１の一次側に、ＤＣ側はバッテリ装置２０の直流母線に接続されている。このＡＣ／ＤＣ変換器２１は、ＡＣ（交流電流）からＤＣ（直流電流）への変換機能と、ＤＣ（直流電流）からＡＣ（交流電流）への変換機能を持つ。

本実施形態では、通常運転時にバッテリ装置２０からエレベータ制御装置３０に対して所要の電力を供給する。その際、バッテリ装置２０の電力（直流電流）をＡＣ／ＤＣ変換器２１で電圧の異なる交流電流に変換してエレベータ制御装置３０の制御電源トランス３１の一次側に与えている。

ここで、バッテリ電力の電圧値Ｖ２は、商用電源１の電圧Ｖ１よりも低く設定されている。具体的には、Ｖ１＝２００Ｖに対し、Ｖ２＝１４０−１９０Ｖである。これは、駆動装置１０とバッテリ装置２０との間には変換装置のロス分の電圧降下があるため、バッテリ電力の電圧値Ｖ２を商用電源１の電圧値Ｖ１と同等しておくと、その電圧降下の分だけバッテリ２４の電力を必要とするためである。

また、パーキング時には商用電源１の電力をエレベータ制御装置３０に設けられた制御電源トランス３１を介してバッテリ装置２０に与えて充電する。その際、商用電源１の電力（交流電流）をＡＣ／ＤＣ変換器２１で電圧の異なる直流電流に変換している。

なお、「パーキング」とは、例えば夜間などにエレベータの運転を停止している状態のことである。パーキング時には、駆動装置１０に対する電力供給が遮断され、乗りかご４は所定の階で停止している。

ＤＣ／ＤＣ変換器２２は、バッテリ２４の前段に設けられており、ＤＣ（直流電流）から電圧の異なるＤＣ（直流電流）への変換機能を持つ。本実施形態では、回生運転時に生じた電力を駆動装置１０から得てバッテリ２４に蓄える。その際、ＤＣ／ＤＣ変換器２２でバッテリ２４の規格電圧に変換してバッテリ２４に蓄積する。また、力行運転時にバッテリ２４の電力を駆動装置１０に供給する際に、所定の電圧に変換して駆動装置１０に与える。

ＤＣ／ＤＣ変換器２３は、非常用電源装置３２とバッテリ装置２０の直流母線との間に設けられ、ＤＣ（直流電流）から電圧の異なるＤＣ（直流電流）への変換機能を持つ。このＤＣ／ＤＣ変換器２３は、駆動装置１０で得られた回生電力またはバッテリ２４の電力をエレベータ制御装置３０の非常用電源として利用する場合に用いられる。

エレベータ制御装置３０は、図示せぬ制御盤の中に組み込まれており、駆動装置１０およびバッテリ装置２０の制御を含め、エレベータ全体の運転制御を行う。エレベータ制御装置３０は、商用電源１とバッテリ装置２０に接続されている。ここで、本実施形態において、エレベータ制御装置３０は、通常運転時に商用電源１から切り離され、バッテリ装置２０から供給される電力を利用してエレベータの運転制御を行う構成にある。また、エレベータ制御装置３０は、パーキング時に商用電源１から供給される電力をバッテリ装置２０に与えて充電を行う構成にある。

エレベータ制御装置３０には、制御電源トランス３１、非常用電源装置３２、制御電源装置３３、照明電源装置３４が設けられている。

制御電源トランス３１は、一次側に２種類の異なる電圧を入力可能な構成を有する。この制御電源トランス３１の一次側の一方に商用電源１が接続され、一次側の他方にバッテリ装置２０のＡＣ／ＤＣ変換器２１が接続されており、これらの電力が変圧されて二次側に接続された制御電源装置３３、照明電源装置３４に与えられる。上述したように、バッテリ装置２０から供給される電力の電圧値Ｖ２は商用電源１から供給される電力の電圧値Ｖ１よりも低く設定されている（Ｖ２＜Ｖ１）。

非常用電源装置３２は、非常灯やインターホンなどの非常時に用いられる機器に対して所要の電力を供給する装置であり、電力供給回路などを含んでいる。制御電源装置３３は、マイコン基板などの制御機器に対して所要の電力を供給する装置であり、電力供給回路などを含んでいる。照明電源装置３４は、乗りかご４内の照明・空調機器に対して所要の電力を供給する装置であり、電力供給回路などを含んでいる。

これらのうち、制御電源装置３３と照明電源装置３４は制御電源トランス３１にて変圧された電力を受けて動作し、非常用電源装置３２についてはバッテリ装置２０からＤＣ／ＤＣ変換器２３を介して直接電力を受けて動作する。

バッテリ２４は、大容量かつ高性能な充放電機能を有する。このバッテリ２４としては、例えばリチウムイオン電池が用いられる。

また、図中のＳＷ１〜４は電力供給／遮断切り替え用のスイッチである。

ＳＷ１は、商用電源１とエレベータ制御装置３０の電力入力側である制御電源トランス３１との間に接続された３相の電力供給ラインに設けられている。このＳＷ１がＯＮしているとき、商用電源１からエレベータ制御装置３０に対して電力が供給される。

ＳＷ２は、商用電源１と駆動装置１０の電力入力側であるコンバータ１１との間に接続された３相の電力供給ラインに設けられている。このＳＷ２がＯＮしているとき、商用電源１から駆動装置１０に対して電力が供給される。

ＳＷ３は、駆動装置１０の直流母線間とバッテリ装置２０の直流母線間に接続された２本の電力供給ラインに設けられている。このＳＷ３がＯＮしているとき、駆動装置１０からバッテリ装置２０に対して電力が供給され、また、バッテリ装置２０から駆動装置１０に対して電力が供給される。

ＳＷ４は、バッテリ装置２０の電力出力側であるＡＣ／ＤＣ変換器２１とエレベータ制御装置３０の電力入力側である制御電源トランス３１に接続された３相の電力供給ラインに設けられている。このＳＷ４がＯＮしているとき、バッテリ装置２０からエレベータ制御装置３０に対して電力が供給され、また、エレベータ制御装置３０を通じてバッテリ装置２０に対して電力が供給される。

このような構成において、駆動装置１０とエレベータ制御装置３０に対してバッテリ装置２０が互いの電力をやり取り可能に接続されている。したがって、通常運転時に駆動装置１０で得られた回生電力や商用電源電力をバッテリ装置２０に蓄え、その蓄えた電力を力行運転時に駆動装置１０に供給するだけでなく、エレベータ制御装置３０にも与えてエレベータの運転に利用することができる。さらに、パーキング時に駆動装置１０に対する電力供給が遮断されている状態でも、商用電源１の電力をエレベータ制御装置３０を介してバッテリ装置２０に与えてバッテリ２４を充電することができる。

以下に、本実施形態におけるエレベータの動作として、（ａ）通常運転時の電力供給動作と、（ｂ）パーキング時の電力供給動作に分けて詳しく説明する。

（ａ）通常運転時の電力供給動作
図２はエレベータの通常運転時の電力供給動作を示すフローチャートである。

通常運転とは、エレベータの乗りかご４が所定の速度で移動しながら、各階に停止して運転サービスを行うことを言う。

通常運転を開始するとき、つまりパーキング終了後や点検終了後において、商用電源１とエレベータ制御装置３０との間に設けられたＳＷ１をＯＮする（ステップＳ１１）。これにより、商用電源１からエレベータ制御装置３０に対して電力が供給されてエレベータ制御装置３０が起動される。

エレベータ制御装置３０が起動されると、以後はエレベータ制御装置３０によってＳＷ１〜４の切り替えが行われる。すなわち、まず、エレベータ制御装置３０は、商用電源１と駆動装置１０との間に設けられたＳＷ２をＯＮする（ステップＳ１２）。これにより、商用電源１から駆動装置１０に対して電力が供給される。

次に、エレベータ制御装置３０は、駆動装置１０とバッテリ装置２０との間に設けられたＳＷ３をＯＮすると共に（ステップＳ１３）、バッテリ装置２０とエレベータ制御装置３０との間に設けられたＳＷ４をＯＮする（ステップＳ１４）。これにより、駆動装置１０とエレベータ制御装置３０がバッテリ装置２０に接続された状態になる。

ここで、エレベータ制御装置３０は、ＳＷ１をＯＮからＯＦＦに切り替える（ステップＳ１５）。ＳＷ１をＯＦＦすると、エレベータ制御装置３０が商用電源１から切り離される。以後、エレベータ制御装置３０は、バッテリ装置２０から供給される電力を受けて動作することになる。

図３はエレベータの通常運転時のＳＷ１〜４の状態と電力の流れを示す図である。図中の矢印線が電力の流れを示している。

通常運転時には、ＳＷ１がＯＦＦ、ＳＷ２〜４がＯＮしている。これにより、駆動装置１０は商用電源１から供給される電力の他にバッテリ装置２０からも電力を受けて動作することができ、また、回生運転時に得られた電力をバッテリ装置２０に与えて充電することができる。

一方、エレベータ制御装置３０もバッテリ装置２０から供給される電力を受けて動作する。この場合、バッテリ装置２０からエレベータ制御装置３０に対して供給される電力には、駆動装置１０で得られた回生電力が含まれる。

このように、通常運転時にバッテリ装置２０を有効活用してエレベータの運転を行うことができる。また、停電あるいは商用電源１の欠相異常が発生した場合でも、バッテリ２４に蓄えられた電力を利用してエレベータの運転を継続することができる。その際、バッテリ装置２０がエレベータ制御装置３０に接続されているので、商用電源１からバッテリ装置２０への切替え回路は不要であり、バッテリ電力を利用して乗りかご４を最寄階に一旦停止させた後、所定の時間だけ低速あるいは定格速度で運転を続けることができる。

また、通常は商用電源電力からバッテリ電力に切り替えたときに一時的に電圧低下して、そのときの衝撃で乗りかご４が揺れたり、照明がちらついたりするが、本実施形態では最初からバッテリ電力を利用しているので、このような衝撃を防いで（ショックレス）、エレベータの運転を継続できるといった利点がある。

さらに、駆動装置１０の一次側つまり電力入力側が破損して商用電源１からの電力を受けられない場合でも、バッテリ装置２０から駆動装置１０に電力を供給することでエレベータの運転を継続することができる。

（ｂ）パーキング時の電力供給動作
図４はエレベータのパーキング時の電力供給動作を示すフローチャートである。

例えば夜間などにおいて、通常運転が終了するとエレベータの運転を停止する。これを「パーキング」と呼んでいる。

通常運転からパーキングに移行したとき（ステップＳ２１のＹｅｓ）、エレベータ制御装置３０は、商用電源１と駆動装置１０との間に設けられたＳＷ２をＯＮからＯＦＦに切り替えると共に、駆動装置１０とバッテリ装置２０との間に設けられたＳＷ３をＯＮからＯＦＦに切り替える（ステップＳ２２）。これにより、駆動装置１０に対する電力供給は遮断され、電力が無駄に消費されることを防ぐことができる。

ここで、エレベータ制御装置３０は、商用電源１とエレベータ制御装置３０との間に設けられたＳＷ１をＯＦＦからＯＮに切り替える（ステップＳ２３）。このとき、バッテリ装置２０とエレベータ制御装置３０との間のＳＷ４はＯＮ状態にあるので、ＳＷ１がＯＮしたことで、商用電源１の電力がエレベータ制御装置３０の制御電源トランス３１を介してバッテリ装置２０に与えられる。エレベータ制御装置３０からバッテリ装置２０に与えられた電力は、ＡＣ／ＤＣ変換器２１およびＤＣ／ＤＣ変換器２２を介してバッテリ２４に蓄えられる。

図５はエレベータのパーキング時のＳＷ１〜４の状態と電力の流れを示す図である。図中の矢印線が電力の流れを示している。

パーキング時には、ＳＷ１がＯＮ、ＳＷ２〜３がＯＦＦ、ＳＷ４がＯＮしている。これにより、商用電源１からエレベータ制御装置３０の制御電源トランス３１を経由してバッテリ２４を充電することができる。したがって、パーキングの間にバッテリ２４に十分な電力を蓄えてから通常運転を開始することができる。

なお、例えば駆動装置１０が故障した場合にバッテリ装置２０から非常用電源装置３２に対して電力を与えることも可能である。

以上述べた少なくとも１つの実施形態によれば、バッテリ電力を有効活用してエレベータの運転を行うことができ、停電時でも支障なく運転を継続可能なエレベータを提供することができる。

なお、上記実施形態では、通常運転時に商用電源１の電力もバッテリ２４に充電する構成としたが、必ずしも商用電源１の電力を充電に利用する必要はなく、回生電力のみをバッテリ２４に充電することでも良い。

要するに、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。

１…商用電源、２…巻上機、３…ロープ、４…乗りかご、５…カウンタウェイト、１０…駆動装置、１１…コンバータ、１２…平滑コンデンサ、１３…インバータ、２０…バッテリ装置、２１…ＡＣ／ＤＣ変換器、２２…ＤＣ／ＤＣ変換器、２３…ＤＣ／ＤＣ変換器、２４…バッテリ、３０…エレベータ制御装置、３１…制御電源トランス、３２…非常用電源装置、３３…制御電源装置、３４…照明電源装置

Claims (5)

1. 商用電源から供給される電力を受けて巻上機を駆動する駆動装置と、
   回生運転時に発生する電力を蓄え、力行運転時にその蓄えた電力を上記駆動装置に供給するバッテリ装置と、
   上記商用電源および上記バッテリ装置に接続された状態で、通常運転時に上記商用電源から切り離され、上記バッテリ装置から供給される電力を利用してエレベータの運転制御を行う制御装置と、
   上記商用電源と上記制御装置との間の第１の電力供給ラインに設けられた第１のスイッチと、
   上記商用電源と上記駆動装置との間の第２の電力供給ラインに設けられた第２のスイッチと、
   上記駆動装置と上記バッテリ装置との間の第３の電力供給ラインに設けられた第３のスイッチと、
   上記バッテリ装置と上記制御装置との間の第４の電力供給ラインに設けられた第４のスイッチとを備え、
   上記制御装置は、
   通常運転時に上記第１のスイッチをＯＮして上記商用電源に接続された状態で、上記第２および第３のスイッチをＯＮして上記商用電源および上記バッテリ装置を上記駆動装置に接続すると共に上記第４のスイッチをＯＮして上記制御装置を上記バッテリ装置に接続した後、上記第１のスイッチをＯＮからＯＦＦに切り替えて上記制御装置を上記商用電源から切り離すことで、上記バッテリ装置から供給される電力を利用してエレベータの運転制御を行うことを特徴とするエレベータ。
2. 上記制御装置は、
   パーキング時に上記商用電源から供給される電力を上記バッテリ装置に与えて充電を行うことを特徴とする請求項１記載のエレベータ。
3. 上記制御装置は、
   パーキング時に上記第２および第３のスイッチをＯＮからＯＦＦに切り替えて上記商用電源と上記バッテリ装置を上記駆動装置から切り離した後、上記第１のスイッチをＯＦＦからＯＮに切り替えて上記商用電源に接続することにより、上記商用電源から供給される電力を上記バッテリ装置に与えて充電することを特徴とする請求項２記載のエレベータ。
4. 上記制御装置は、
   一次側に２種類の異なる電圧を入力可能なトランスを有し、上記一次側の一方に上記商用電源、他方に上記バッテリ装置が接続されていることを特徴とする請求項１記載のエレベータ。
5. 上記トランスに入力される上記バッテリ装置の電圧は上記商用電源よりも低く設定されていることを特徴とする請求項４記載のエレベータ。

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