JP6430566B2 - エレベータの非接触給電システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、乗りかご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。

エレベータに用いられる非接触給電システムでは、乗りかごで消費する電力を非接触で給電することでコードレス化が考えられている。昇降路側に給電装置、乗りかご側に受電装置を設けておき、乗りかごが給電階（給電装置が設置されている階）に来たときに、給電装置から受電装置へ非接触で電力を給電する。乗りかごには、非接触で給電された電力を蓄えておくためのバッテリが備えられる。このバッテリに蓄えられた電力を使用して乗りかご内の機器類（照明機器，ドアなど）を駆動する。

特開２０１２−１７５８５７号公報 特開２０１６−１４５０８８号公報

上述したエレベータの非接触給電システムでは、異常が発生した場合にシステム（給電装置の動作）を停止させることによって、発熱によるインバータの素子破損を防いでいる。しかしながら、システムを停止させると、乗りかごに必要な電力を供給できないため、エレベータの運転自体を停止させることになり、利用者に迷惑をかけることになる。

本発明が解決しようとする課題は、異常が発生した場合に、発熱によるインバータの素子破損を防いで乗りかごへの給電を続け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。

一実施形態に係る非接触給電システムは、昇降路内に設置された給電装置から乗りかごに対して非接触で電力を給電し、上記乗りかごに設置されたバッテリを充電する。この非接触給電システムは、上記給電装置の異常を検出する異常検出手段と、この異常検出手段によって上記給電装置の異常が検出された場合に、上記乗りかごへの給電量を制限して上記給電装置を駆動する駆動制御手段と、この駆動制御手段によって給電量が制限されている場合に、上記バッテリの電力を使用するかご内機器の動作を制限する機器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乗りかご内の構成を示す図である。 図３は同実施形態におけるエレベータに用いられる非接触給電システムの構成を模式的に示した図である。 図４は同実施形態における非接触給電システムの給電時の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非接触給電システムの給電制御処理を示すフローチャートである。 図６は第２の実施形態に係るエレベータ制御装置の機能構成を示すブロック図である。 図７は同実施形態における非接触給電システムのかご内機器制御処理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構成を示す図である。なお、図１の例では、１：１ローピング形式のエレベータの構成が示されているが、特にこの構成に限定されるものではない。

エレベータの昇降路１０内に乗りかご１１とカウンタウエイト１２が設けられている。乗りかご１１とカウンタウエイト１２は、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。メインロープ１３の一端に乗りかご１１が連結され、メインロープ１３の他端にカウンタウエイト１２が連結されている。メインロープ１３は、巻上機１４の回転軸に取り付けられたメインシーブ１５に巻回されている。巻上機１４は、エレベータ制御装置１６と共に建物の機械室に設置されている。なお、機械室を無くしたマシンルームレスタイプのエレベータでは、巻上機１４とエレベータ制御装置１６が昇降路１０内に設置される。

エレベータ制御装置１６は、巻上機１４の駆動制御を含め、エレベータ全体の制御を行うものであり、「制御盤」と呼ばれることもある。エレベータ制御装置１６からの駆動指示により巻上機１４が駆動されると、メインシーブ１５の回転に伴い、メインロープ１３を介して乗りかご１１とカウンタウエイト１２がつるべ式に昇降動作する。

乗りかご１１には、かご制御装置１７が設けられている。かご制御装置１７は、乗りかご１１内に設置された各種機器の制御などを行う。図２に示すように、乗りかご１１内の正面にはかごドア１８が設置されており、ドア開閉機器（モータ）１９の駆動により開閉動作する。かごドア１８の近傍に表示器２０や、行先階ボタンなどを含む各種操作ボタンを有するかご操作盤２１が設置されている。また、天井面には照明機器２２や空調機器２３などが設置されている。これらのかご内機器は、後述するバッテリ３０の電力によって駆動される。

ここで、本実施形態では、乗りかご１１に対して非接触で電力が給電される構成にある。具体的には、昇降路１０内に給電装置３１、乗りかご１１に受電装置３２が設置されており、乗りかご１１が特定の階（給電階）に停止したときに、給電装置３１から受電装置３２へ所要の電力が非接触で給電される。なお、給電階は、例えば最上階に設置される。また、乗りかご１１が最も頻繁に停止する基準階に給電装置３１を設置しておくことでも良いし、例えば最上階、中間階、最下階といったように複数箇所に給電装置３１を設置しておくことでも良い。

受電装置３２は、乗りかご１１が給電階に来たときに給電装置３１に対向するように、乗りかご１１の側面部などに設置される。乗りかご１１にはバッテリ３０が設置されており、受電装置３２で受電された電力はバッテリ３０に蓄えられる。このバッテリ３０に蓄えられた電力は、上述したかご内機器の駆動に用いられる。

このように、かご内機器の駆動に必要な電力を非接触で行うことで、乗りかご１１に接続される電力ケーブルを不要化している。なお、エレベータ制御装置１６とかご制御装置１７との間の信号伝送は有線であっても無線であっても良い。

図３はエレベータに用いられる非接触給電システムの構成を模式的に示した図である。

給電装置３１は、インバータ４１と給電コイル４２を備える。なお、実際にはコンデンサなどが設けられているが、ここでは図示を省略する。インバータ４１は、図示せぬ商用電源からＡＣ／ＤＣ変換器を介して供給される直流電力を入力し、所定の電圧・周波数の交流電力に変換する。給電コイル４２は、インバータ４１によって変換された交流電力によって励磁される。受電装置３２は、給電コイル４２と電磁誘導により結合する受電コイル４３を有する。この受電コイル４３で受電された交流電力は、ＡＣ／ＤＣ変換器４４で直流電力に変換されてバッテリ３０に蓄えられる。

給電装置３１は、エレベータ制御装置１６とは独立に設けられた給電制御装置３３によって制御される。給電制御装置３３は、エレベータ制御装置１６からの指示により、インバータ４１を構成するＩＧＢＴ等の半導体素子（スイッチング素子）をＯＮ／ＯＦＦ制御する。

ここで、本実施形態において、給電制御装置３３には、異常検出部５１、駆動制御部５２、発報部５３が備えられている。異常検出部５１は、給電装置３１の異常を検出する。ここで言う「異常」とは、例えば経年劣化等により給電効率が著しく低下している状態のことであり、故障状態とは異なる。通常、このような異常状態で給電動作を続けていると、給電効率を上げる方向に強制的に制御が働くので、インバータ４１に大きな負荷がかかる。その結果、インバータ４１が発熱し、スイッチング素子が破損して故障に至る可能性がある。

異常検出部５１は、このような将来的に故障の可能性を有する異常状態をインバータ４１の温度上昇または電圧上昇から検出する。インバータ４１の温度上昇は、インバータ４１の付近に設置された図示せぬ温度センサを通じて検出する。インバータ４１の電圧上昇は、例えば半導体素子のコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅを図示せぬ電圧センサで検出する。

給電装置３１が通常状態にあるとき、駆動制御部５２は一定量の電力を給電するようにインバータ４１を駆動する。一方、給電装置３１が異常状態にあるとき、駆動制御部５２は、給電量を制限して給電装置３１を駆動する。発報部５３は、異常検出部５１によって給電装置３１の異常が検出された場合にその旨をエレベータ制御装置１６に発報する。

次に、本システムの動作について説明する。
図４は本システムの給電時の動作を示すフローチャートである。

通常運転時において、乗りかご１１は、乗場呼びまたはかご呼びに応答して各階を移動している。なお、「乗場呼び」とは、各階の乗場に設置された図示せぬ乗場呼び釦の操作により登録される呼びの信号のことであり、登録階と行先方向の情報を含む。「かご呼び」とは、かご室内に設けられた図示せぬ行先呼び釦の操作により登録される呼びの信号のことであり、行先階の情報を含む。

ここで、乗りかご１１に設けられたバッテリ３０の残量が一定値以下（例えば全容量の５０％）に低下すると（ステップＳ１１のＹｅｓ）、かご制御装置１７から充電要求信号がエレベータ制御装置１６に出力される。

エレベータ制御装置１６は、この充電要求信号を受けると、まず、現在の呼びの登録状態を確認する。そして、乗場呼びもかご呼びも登録されていない状態になったとき、つまり、乗りかご１１が無方向で待機状態になったとき（ステップＳ１２のＹｅｓ）、エレベータ制御装置１６は、乗りかご１１を給電階へ移動させる（ステップＳ１３）。

図１に示したように、給電階には給電装置３１が設置されており、乗りかご１１が給電階に着床したときに、乗りかご１１に設けられた受電装置３２と給電装置３１が対向して非接触給電が行われる（ステップＳ１４）。この非接触給電によって乗りかご１１に給電された電力は、ＡＣ／ＤＣ変換器４４で直流に変換された後、バッテリ３０に蓄えられる。

バッテリ３０の充電完了後、新たな呼び（乗場呼び／かご呼び）が登録されると（ステップＳ１５のＹｅｓ）、エレベータ制御装置１６は、乗りかご１１をその呼びの登録階へ応答させる（ステップＳ１６）。

なお、充電途中で呼び登録があった場合に、必要最低限の残量（例えば全容量の１０％）を満たしていれば、充電を中断して呼びに応答しても良いし、所定量（例えば全容量の８０％）に達するまで充電を行ってから呼びに応答することでも良い。

また、バッテリ３０の残量が一定値以下したときに給電を行うものとしたが、バッテリ残量に関係なく、呼び登録がない状態では、常に給電階で待機して給電を行うようにしても良い。

また、呼び登録により乗りかご１１が給電階に停止する場合には、その都度、非接触給電が行われる。なお、給電階（給電装置３１を設置しておく階）は１箇所だけに限らず、複数箇所あっても良い。

ここで、本実施形態では、上記ステップＳ１４で乗りかご１１に非接触給電を行う際に、給電装置３１の異常の有無に応じて給電動作が制御される構成にある。このときの様子を図５に示す。

図５は本システムの給電制御処理を示すフローチャートである。

給電制御装置３３は、インバータ４１の温度および電圧を検出する（ステップＳ２１）。なお、ここでは温度と電圧の両方を検出しているが、どちらか一方を検出することでも良い。

ここで、インバータ４１の温度および電圧がそれぞれに設定された基準値以内であれば（ステップＳ２２のＹｅｓ）、給電制御装置３３は、給電装置３１が正常な状態にあると判断し、乗りかご１１に一定量の給電を行うように給電装置３１を制御する（ステップＳ２３）。詳しくは、図３に示したように、インバータ４１を駆動制御して給電コイル４２を励磁し、給電コイル４２から受電コイル４３へ一定量の電力を送る。受電コイル４３で受電した電力は、ＡＣ／ＤＣ変換器４４を介してバッテリ３０に蓄えられる。このバッテリ３０に蓄えられた電力は、エレベータの運転時に照明機器２２や空調機器２３などのかご内機器の駆動源として利用される。

一方、インバータ４１の温度および電圧の少なくとも一方がそれぞれに設定された基準値を超える場合、つまり、温度または電圧、あるいはその両方が基準値を超える場合には（ステップＳ２２のＮｏ）、給電制御装置３３は、乗りかご１１に対する給電量を制限する（ステップＳ２４）。詳しくは、給電制御装置３３は、乗りかご１１への給電量を例えば通常時の半分までに制限して給電するようにインバータ４１を駆動制御する。なお、給電量を制限する方法としては、電流値を下げて給電するか、あるいは、電流値を最低値から時間経過と共に徐々に上げて給電する方法などがある。

このようにして給電量を制限することで、インバータ４１の負荷が軽減されるので、発熱による素子破損を防いで給電を続けることができる。ただし、この状態で給電を長期間続けていると故障に至る可能性は高い。そこで、給電制御装置３３は、エレベータ制御装置１６に給電装置３１が異常状態にあることを発報する（ステップＳ２５）。エレベータ制御装置１６では、この発報を受けると、例えば図示せぬランプを点灯するなどして給電装置３１が異常状態にあることを警告する。これにより、保守員がエレベータの点検に来たときに、給電装置３１が異常状態にあることを把握でき、部品交換等の対応を取ることができる。

なお、エレベータ制御装置１６から通信ネットワークを介して外部の監視センタに接続し、給電装置３１が異常状態にあることを知らせることでも良い。監視センタでは、この知らせを受けると、当該エレベータを点検する保守員あるいは管轄内の事業所などに電子メール等で点検を要請する。

このように第１の実施形態によれば、給電装置３１に異常が発生したときに給電量を制限することで、発熱による素子の破損を防ぐことができ、少なくとも保守員が点検に来るまでの間、乗りかご１１に対する非接触給電を行ってエレベータの運転を継続することができる。

なお、上記第１の実施形態では、エレベータ制御装置１６と給電制御装置３３を独立して設けたが、エレベータ制御装置１６に給電制御装置３３の機能（異常検出部５１，駆動制御部５２，発報部５３）を備え、エレベータ制御装置１６が図５に示した給電制御処理を実行する構成としても良い。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。

乗りかご１１への給電量を制限すると、かご内機器の動作で消費される電力量の方が給電量より多くなることがある。この場合、バッテリ３０を充電する時間が十分にあれば問題ないが、例えば出勤時や退勤時などの混雑時には充電する時間が少ないため、バッテリ３０の残量が著しく減ってくる。そこで、第２の実施形態では、給電量を制限しているときにかご内機器の動作を制限することで消費電力を抑える構成としたものである。

図６は第２の実施形態に係るエレベータ制御装置１６の機能構成を示すブロック図である。

エレベータ制御装置１６には、第２の実施形態に関連した機能として機器制御部５４が備えられている。機器制御部５４は、乗りかご１１への給電量が制限された状態にあるとき、バッテリ３０の残量に応じてかご内機器の一部または全ての動作を制限する。かご内機器とは、図２に示したドア開閉機器１９、表示器２０、かご操作盤２１、照明機器２２、空調機器２３などを含む。

図７は第２の実施形態における非接触給電システムのかご内機器制御処理を示すフローチャートである。

上記第１の実施形態で説明したように、給電制御装置３３によって給電装置３１の異常が検出されると、乗りかご１１に対する給電量が制限される。ここで、エレベータ制御装置１６は、給電制御装置３３から動作信号により給電量が制限されていることを確認すると（ステップＳ３１のＹｅｓ）、バッテリ３０の残量をチェックする（ステップＳ３２）。その結果、バッテリ３０の残量が一定以下の状態であった場合には（ステップＳ３３のＹｅｓ）、エレベータ制御装置１６の機器制御部５４は、かご内機器の一部または全ての動作を制限する（ステップＳ３４）。

ここで、「かご内機器の一部または全ての動作を制限する」とは、具体的にはドア開閉機器１９、表示器２０、かご操作盤２１、照明機器２２、空調機器２３…の各機器のうちの少なくとも１つの機器を制限対象とするか、あるいは、すべての機器を制限対象として、その動作を制限することである。

動作制限する方法は、機器によって異なる。例えば、ドア開閉機器１９の場合にはドアモータの回転速度を通常時よりも下げて駆動する。表示器２０の場合には画面の輝度を通常時よりも下げる。かご操作盤２１の場合にはボタンを点灯するときの輝度を通常時よりも下げる。照明機器２２の場合には照明の輝度を通常時よりも下げる。空調機器２３の場合には風力を通常時よりも下げるなどである。要は、消費電力を抑えるように動作を制限すれば良い。

また、バッテリ３０の残量に応じて制限対象とする機器を段階的に増やすことでも良い。この場合、バッテリ３０の残量が少ないほど、制限対象機器の台数を増やす。制限対象機器の台数を増やすときの順番は、重要度等に応じて予め決めておくものとする。

また、バッテリ３０の残量に応じて動作制限を段階的に強くすることでも良い。例えば照明機器２２であれば、バッテリ３０の残量が少ないほど照明の輝度を下げる。さらに、バッテリ３０の残量に応じて制限対象とする機器を段階的に増やすことと、動作制限を段階的に強くすることを両方行うことでも良い。

このように第２の実施形態によれば、給電装置３１の異常により給電量を制限しているときにかご内機器の動作を制限することで、かご内機器の動作で消費される電力量を抑えてエレベータの運転を継続することができる。

なお、上記第２の実施形態では、エレベータ制御装置１６にかご内機器の動作を制限する機能（機器制御部５４）を設けたが、かご制御装置１７に当該機能を設けて、かご制御装置１７が図７に示したかご内機器制御処理を実行する構成としても良い。

以上述べた少なくとも１つの実施形態によれば、異常が発生した場合に、発熱によるインバータの素子破損を防いで乗りかごへの給電を続け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…メインロープ、１４…巻上機、１５…メインシーブ、１６…エレベータ制御装置、１７…かご制御装置、１８…かごドア、１９…ドア開閉機器、２１…かご操作盤、２２…照明機器、２３…空調機器、３１…給電装置、３２…受電装置、３３…給電制御装置、４１…インバータ、４２…給電コイル、４３…受電コイル、４４…ＡＣ／ＤＣ変換器、５１…異常検出部、５２…駆動制御部、５３…発報部、５４…機器制御部。

Claims (8)

1. 昇降路内に設置された給電装置から乗りかごに対して非接触で電力を給電し、上記乗りかごに設置されたバッテリを充電するエレベータの非接触給電システムにおいて、
   上記給電装置の異常を検出する異常検出手段と、
   この異常検出手段によって上記給電装置の異常が検出された場合に、上記乗りかごへの給電量を制限して上記給電装置を駆動する駆動制御手段と、
   この駆動制御手段によって給電量が制限されている場合に、上記バッテリの電力を使用するかご内機器の動作を制限する機器制御手段と
   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. 上記異常検出手段は、
   上記給電装置内の温度が予め設定された基準値を超えた状態を異常として検出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。
3. 上記異常検出手段は、
   上記給電装置を構成するインバータの電圧が予め設定された基準値を超えた状態を異常として検出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. 上記給電装置の異常が検出された場合にその旨を発報する発報手段をさらに具備した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。
5. 上記機器制御手段は、
   上記バッテリの残量が一定値以下になったときに、かご内機器の一部または全ての動作を制限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。
6. 上記機器制御手段は、
   上記バッテリの残量が一定値以下になったときに、そのときの残量に応じて制限対象とする機器を段階的に増やすことを特徴とする請求項５記載のエレベータの非接触給電システム。
7. 上記機器制御手段は、
   上記バッテリの残量が一定値以下になったときに、そのときの残量に応じてかご内機器に対する動作制限を段階的に強くすることを特徴とする請求項５記載のエレベータの非接触給電システム。
8. 上記機器制御手段は、
   上記バッテリの残量が一定値以下になったときに、そのときの残量に応じて制限対象とする機器を段階的に増やすと共に当該機器に対する動作制限を段階的に強くすることを特徴とする請求項５記載のエレベータの非接触給電システム。

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