JP2007519587A - エレベータシステム用省エネルギー可変速駆動装置 - Google Patents

Abstract

共通ＤＣバスを介して、２つ、またはそれ以上のエレベータの可変速駆動装置間で電力分配を可能とすることによりエレベータシステムのエネルギー効率を高める、改良型可変速駆動装置。本発明では、再生式、または非再生式可変速駆動装置のいかなる併用も使用可能である。さらなるエネルギー効率のために、エネルギー蓄積装置が共通ＤＣバスに接続されてもよい。

Description

本発明は一般的にエレベータシステムの分野、特にエレベータシステムの可変速駆動装置（ＶＳＤ）の分野に関連する。

エレベータの可変速駆動装置（ＶＳＤ）は典型的に、再生式、非再生式の２種類が生産されている。これら２種類のＶＳＤは両方とも交流電流（ＡＣ）または直流電流（ＤＣ）を生成することができる。

運行する度に、エレベータはエネルギーを消費するかまたはエネルギーを生成する。
エレベータが過負荷状態にある場合、モーターは発電機として機能し、駆動のためにエネルギーを戻す。非再生ＶＳＤは、制動抵抗（ＤＢ）トランジスタを用いることにより、このエネルギーを熱に変換する。再生ＶＳＤはＡＣ電流供給網にエネルギーを戻す。

再生駆動装置を有するエレベータでは総じて、摩擦、電力変換、換気、照明、信号伝達、制御によるエネルギー損失以外、エネルギー消費がない。エレベータは運動エネルギーを位置エネルギーに変換し、また位置エネルギーを運動エネルギーに変換する。

再生電力は電力システムに関して問題ないが、非常電力システムの場合には問題となりうる。非常電力システムが作動中の際には再生電流を生成しないエレベータ駆動装置が仕様で求められる場合が多い。実質的にすべての高層建築やほとんどの中層建築が非常発電機を有している。

エレベータシステムでの交流から直流あるいは直流から交流へのエネルギー変換は、損失を伴う。現代の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）ベースのＶＳＤでは、これらの損失は通常、変換につき３〜５％である。典型的な駆動システムでは、駆動装置は供給網から３相交流電力を受け取り、瞬時にこれを直流に変換する。直流電力はＤＣバスに連結しているコンデンサバンクを有するＤＣバスに印加される。コンデンサの主な機能は直流電力からのいかなる剰余交流成分をも取り除くことである。この剰余交流成分はリップルとして知られている。

インバータもまたＤＣバスに接続されている。インバータは、直流を、交流モーターに供給される可変電圧可変周波（ＶＶＶＦ）交流に変換する。現代のエレベータでは一般的だが、駆動装置に接続されているモーターが直流モーターの場合、インバータは可変電圧直流電流（ＶＶＤＣ）を生成する。

非常発電機は通常、一つのエレベータで一度に作動するように作られている。二つ以上のエレベータを有するエレベータシステムでは、一つのエレベータがエネルギーを生成している間、もう一つのエレベータがエネルギーを消費するという場合が多い。再生電力は一度に一つのエレベータしか稼動できない発電機を使って、二つ以上を稼動させるために使われてきた。しかしながら従来技術での電力伝送はＡＣ電力バスを介してなされる。ＡＣ電力バスでの伝送は６〜１０％の損失で、二つの交流・直流変換を必要とする。

本発明はシステムのエネルギー効率を改善する二つもしくはそれ以上のエレベータ群のための可変速駆動装置（ＶＳＤ）の改良型システムである。このシステムでは、再生電力が共通ＤＣバスを介してＶＳＤ間で伝送されるように、ＶＳＤのＤＣバスが共通ＤＣバスにより接続される。したがって、本発明は、二つもしくはそれ以上のエレベータの省エネルギーエレベータシステムを対象とし、各エレベータの可変速駆動装置が、エレベータがエネルギーを生成する際は、共通ＤＣバスへの電力供給することができるように、またエレベータがエネルギーを必要としている際は、共通ＤＣバスから電力を消費することができるように、各エレベータは、共通ＤＣバスに接続された可変速駆動装置を有する。本発明に関連して、再生式、または非再生式可変速駆動装置が併用されてもよく、これは非再生駆動装置のみを有する一実施例を含む。直流コンデンサのようなエネルギー蓄積装置が共通ＤＣバスに接続されてもよい。再生レジスタが共通バスに接続されてもよい。本発明の可変速駆動装置は、再生制御回路と、バス電位センサーと、インバータと、速度制御回路と、エレベータ制御回路とを備えてもよい。このシステムは３相電源により電力供給されてもよい。

本発明はエレベータシステムのエネルギー効率を高める２つまたはそれ以上のエレベータ群のための改良型ＶＳＤシステムである。ここで図１を参照して本発明を説明する。

本発明では、各エレベータのＶＳＤのＤＣバスは共通ＤＣバス１００を介して接続される。従って、一つのエレベータがエネルギーを消費している間他方がエネルギーを発生する場合、再生エネルギーは共通ＤＣバス１００を介して移動される。

図１は非再生ＶＳＤ（図の上部）と共通ＤＣバス１００に接続された再生ＶＳＤ（図の下部）を含む発明の実施例を示す。３相または単相の電源供給網１はＶＳＤに電力を供給する。各ＶＳＤは、電源１によって発生したＡＣ電力をＤＣ電力に変換するコンバータ２と、ＤＣバスコンデンサ３と、バス電位センサー１３と、モーター８を駆動するためにＤＣ電力をＡＣ電力に変換するインバータ５とを備える。エレベータ制御回路１１０と速度制御回路１２０の制御下では、モーター８はエレベータ滑車９に駆動トルクを発生させる。エレベータのかご１１とエレベータカウンターウェイト１２の負荷の間の重量不均衡は、エレベータ滑車９の負荷トルクを作り出す。同時に、駆動トルクおよび負荷トルクは、エレベータのかご１１を上昇および下降させる。エレベータのかご１１が負荷トルクと反対方向に動く場合、たとえばエレベータのかご１１（および中身）がカウンターウェイト１２より重く上昇する、またはカウンターウェイト１２より軽く下降する場合、このエレベータはエネルギーを消費する。エレベータのかご１１が負荷トルクと同じ方向に動く場合はエネルギーを発生する。

本発明によれば、二つのＶＳＤはコンタクタ１４を介して共通ＤＣバス１００に接続される。フィードバックデバイス１０、エレベータ制御回路１１０、速度制御回路１２０および再生制御回路の制御下では、過負荷状態にある時に各エレベータにより生成されたエネルギーは共通ＤＣバス１００に供給され、電力が必要なシステムの他のＶＳＤに使用可能となってもよい。加えて、非再生ＶＳＤは、制動抵抗トランジスタ７と再生レジスタ１４０を介して余分のエネルギーを熱に変換することができ、また再生ＶＳＤはインバータ４を通して余分のエネルギーをＡＣ供給網に戻すことができる。前述の説明では同様の構成要素に対して類似の参照数字を使用しているが、構成要素そのものは異なる部品を備えてもよく、あるいは異なる値であってもよい。例えば、非再生駆動装置の再生制御回路１３０の内部構成は再生駆動装置の再生制御回路１３０と比較して異なってもよい。

好ましい実施例では、たとえばコンデンサ６のようなエネルギー蓄積装置が共通ＤＣバス１００に加えられてもよい。エネルギー蓄積装置はＤＣコンデンサ、スーパーコンデンサ、電池、またはこれらの装置のいかなる組み合わせを備えていてもよい。ＶＳＤ内のコンデンサの量は通常はフィルタリップル電流への要求によって決定される。しかしながら、追加のＤＣバスコンデンサ６が共通ＤＣバス１００へ接続される場合は、より多くのＤＣ電力が蓄積されより少ない電力がＡＣシステムに再生される。これらの追加のエネルギー蓄積装置は全体のエネルギー消費量を軽減し電力ピーク負荷を軽減する。

本発明の他の実施例では、制御アルゴリズムを活用して電力ピークを最小限にする。業務用電力の顧客は、消費したキロワット時間のみではなく、ピーク電力需要と力率によっても請求される。本発明における共通ＤＣバスは本質的に電力ピークを軽減する。制御アルゴリズムも電力ピークを最小限にする。ＤＣバス電圧を測定し、そのバスに接続されているコンデンサの量を知ることにより、当業者は使用可能なエネルギーの量を計算することができる。この情報は、ピーク電流需要を最小限にしエネルギー費を軽減するために、制御アルゴリズムに使用される。

非再生駆動装置は低い初期費用のため一般的となっている。本発明の好ましい実施例では、再生駆動装置と非再生駆動装置の組み合わせが使用され、エレベータシステムが再生式となるようにそれら全てが共通ＤＣバスによって接続される。二つまたはそれ以上のシステムでは、再生駆動装置に対する非再生駆動比率は多様であることができる。非再生駆動構成要素は再生エレベータシステムの総初期費用を低下する。再生エレベータシステムはさらにエネルギー費を軽減する高力率で作動する。

エレベータは整備のため運用から外されなければならない。本発明の一つの実施例では、エレベータシステムは一つは再生駆動装置付き、他方は非再生駆動装置付きの少なくとも二つのエレベータを有することができる。再生駆動装置付きエレベータがシステムから外される場合は、他方のエレベータが制動抵抗レジスタを介して再生電力を熱に変換する非再生エレベータとして機能することができる。

本発明の他の実施例では、その駆動装置の全てが非再生式であることができる。共通ＤＣバスを使用する省エネルギーは、全ての駆動装置が非再生式であってもまだ起こりうる。

本発明のさらなる実施例では、ＶＳＤの全ては再生式であることができる。

上述の教示に照らして本発明の幾多の改良または変更が可能であり、従って添付の請求項の範囲内で、本発明は詳しく説明されているものとは別様に実践されてもよい。

本発明の実施例を描写した回路図である。

符号の説明

１ 電源
２ コンバータ
３ ＤＣバスコンデンサ
４ インバータ
５ インバータ
６ コンデンサ
７ 制動抵抗トランジスタ
８ モーター
９ エレベータ滑車
１０ フィードバックデバイス
１１ エレベータのかご
１２ エレベータカウンターウェイト
１３ バス電位センサー
１４ コンタクタ
１００ 共通ＤＣバス
１１０ エレベータ制御回路
１２０ 速度制御回路
１３０ 再生制御回路
１４０ 再生レジスタ

Claims (19)

1. 各エレベータが可変速駆動装置を備え、各可変速駆動装置は直流バスを有する二つまたはそれ以上のエレベータと、
   各可変速駆動装置の前記直流バスに接続された共通直流電流バスとを備え、各エレベータの前記可変速駆動装置は、エレベータがエネルギーを生成する際には、前記共通直流バスへ電力を供給することが可能であり、エレベータがエネルギーを消費する際には、前記共通直流バスから電力を消費することが可能である、省エネルギーエレベータシステム。
2. 前記可変速駆動装置の少なくとも一つが再生式である、請求項１に記載のエレベータシステム。
3. 前記可変速駆動装置の少なくとも一つが非再生式である、請求項１に記載のエレベータシステム。
4. 前記可変速駆動装置の少なくとも一つが再生式であり、また前記可変速駆動装置の少なくとも一つが非再生式である、請求項１に記載のエレベータシステム。
5. 一つまたはそれ以上のエネルギー蓄積装置が前記共通直流バスに接続されている、請求項１に記載のエレベータシステム。
6. エレベータシステムであり、前記エネルギー蓄積装置がＤＣコンデンサである、請求項５に記載のエレベータシステム。
7. 少なくとも一つの再生レジスタが前記可変速駆動装置の一つの前記直流バスに接続される、請求項１に記載のエレベータシステム。
8. 各可変速駆動装置が、前記可変速駆動装置の前記直流バスへの電力の供給および前記可変速駆動装置の前記直流バスからの電力の消費を制御する再生制御回路を備える、請求項７に記載のエレベータシステム。
9. 各可変速駆動装置が、前記共通直流バスへ接続され前記共通直流バスの電圧を決定できるバス電位センサーを備える、請求項８に記載のエレベータシステム。
10. 各可変速駆動装置が、モーターを駆動するために直流電力を交流電力へ変換するインバータを備える、請求項９に記載のエレベータシステム。
11. 各インバータが、前記モーターの速度を制御する速度制御回路を備える、請求項１０に記載のエレベータシステム。
12. 各インバータが、エレベータの運転を制御するエレベータ制御回路を備える、請求項１１に記載のエレベータシステム。
13. 請求項１に記載のエレベータシステムであって、交流電力を発生する３相電源を備えるシステム。
14. 各可変速駆動装置が、前記３相電源によって供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータを備える、請求項１３に記載のエレベータシステム。
15. 省エネルギーエレベータシステムであって、
    二つまたはそれ以上の可変速駆動装置であって、各可変速駆動装置は直流バスを備える、二つまたはそれ以上の可変速駆動装置と、
    各可変速駆動装置の直流バスに接続された共通直流バスとを備え、各可変速駆動装置は、それがエネルギーを生成する際には、前記共通直流バスへ電力を供給することが可能で、また前記共通直流バスがエネルギーを消費する際には、前記共通直流バスから電力を消費することが可能である、省エネルギーエレベータシステム。
16. 省エネルギーエレベータシステムであって、
    三相電源と、
    前記電源に接続された交流電流供給網と、
    非再生式可変速駆動装置であって、第一直流バスと、前記交流電流供給網と前記第一直流バスに接続されたコンバータと、前記第一直流バスに接続された第一バス電位センサーと、前記第一直流バスに接続されたコンデンサと、前記第一直流バスに直列に接続された制動抵抗トランジスタおよび再生レジスタと、前記制動抵抗トランジスタおよび前記第一バス電位センサーに接続された第一再生制御回路と、前記第一直流バスに接続された第一インバータと、を有する非再生式可変速駆動装置と、
    第一エレベータであって、第一エレベータ滑車と、第一エレベータ車体と、第一エレベータカウンターウェイトと、前記第一エレベータ滑車を介して前記第一エレベータ車体と第一エレベータカウンターウェイトを接続する第一ケーブルと、前記非再生式可変速駆動装置の前記第一インバータに入力を提供する第一速度制御回路と、前記第一速度制御回路に入力を提供する第一フィードバックデバイスと、前記第一速度制御回路に入力を提供する第一エレベータ制御回路と、を備える第一エレベータと、
    前記非再生式可変速駆動装置の前記第一インバータと前記第一エレベータ滑車に接続された第一モーターと、
    再生式可変速駆動装置であって、第二直流バスと、前記交流電流供給網および前記第二直流バスに接続された第二コンバータと、前記第二直流バスに接続された第二バス電位センサーと、前記第二直流バスに接続された第二コンデンサと、前記第二バス電位センサーに接続された第二再生制御回路と、前記第二直流バスに接続された第二インバータと、前記第二直流バスおよび前記交流電力供給網に接続された第三インバータとを有し、前期第二再生制御回路からの入力を受信する再生式可変速駆動装置と、
    第二エレベータであって、第二エレベータ滑車と、第二エレベータ車体と、第二エレベータカウンターウェイトと、前記第二エレベータ滑車を介して前記第二エレベータ車体と前記第二エレベータカウンターウェイトを接続する第二ケーブルと、前記再生式可変速駆動装置の前記第二インバータに入力を提供する第二速度制御回路と、前記第二速度制御回路に入力を提供する第二フィードバックデバイスと、前記第二速度制御回路に入力を提供する第二エレベータ制御回路と、を備える第二エレベータと、
    前記再生式可変速駆動装置の第二インバータおよび前記第二エレベータ滑車に接続された第二モーターと、
    前記第一直流バスおよび前記第二直流バスに接続された共通直流バスと、
    前記共通直流バスに接続された一つまたはそれ以上の直流コンデンサと、
    を備える省エネルギーエレベータシステム。
17. 請求項１に記載の装置を用いることを含む、エレベータシステムにおいてエネルギーを節約する方法。
18. 請求項１５に記載の装置を用いることを含む、エレベータシステムにおいてエネルギーを節約する方法。
19. 請求項１６に記載の装置を用いることを含む、エレベータシステムにおいてエネルギーを節約する方法。

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