JP2012188280A - エレベータの制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】かごの機器に供給する電力を削減して、制御ケーブルの数を削減することができるエレベータの制御装置を提供する。
【解決手段】エレベータのかご2に設けられた複数の機器がかご2の外部からケーブル13を介してかご2に供給される電力を用いて動作する際に、エレベータの運転状態に基づいて、複数の機器が消費する電力の合計値が所定値以下となるように、複数の機器の動作条件を設定する電力分配装置9、を備えたものである。
【選択図】図3

Description

この発明は、エレベータの制御装置に関するものである。
エレベータのかごの乗り心地をよくするためには、かごを制振するための制振装置が必要である。この制振装置として、機械式ダンパを用いたものが提案されている。
しかしながら、機械式のダンパでは制振能力を予測しにくい。このため、機械式ダンパがかごの振動と共振する場合がある。この場合、かごの振動が増幅する。
この問題を解決するために、電気式ダンパを用いた制振装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2002−356287号公報
この電気式ダンパは、制振制御装置に制御される。制振制御装置は、かご上に設けられる。かご上には、ドア駆動装置、空調機、気圧制御装置等も配置される。これらの機器には、エレベータの機械室から制御ケーブルを介して電力が供給される。
ところで、近年、建築物の高層化が進んでいる。これに伴い、エレベータが高速化される。これに伴い、かごの振動が大きくなる。このため、電気式ダンパに必要な電力も大きくなる。さらに、制御ケーブルが長くなることで、制御ケーブルでの電圧降下量が増える。このため、制御ケーブルの数を増やす必要がある。
制御ケーブルの数を増やすと、制御ケーブルの重量が増える。このため、かごを昇降させる際に必要な巻上機やインバータの容量を大きくする必要がある。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、かごの機器に供給する電力を削減して、制御ケーブルの数を削減することができるエレベータの制御装置を提供することである。
この発明に係るエレベータの制御装置は、エレベータのかごに設けられた複数の機器が前記かごの外部から制御ケーブルを介して前記かごに供給される電力を用いて動作する際に、前記エレベータの運転状態に基づいて、前記複数の機器が消費する電力の合計値が所定値以下となるように、前記複数の機器の動作条件を設定する電力分配装置、を備えたものである。
この発明によれば、かごの機器に供給する電力を削減して、制御ケーブルの数を削減することができる。
この発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置が利用されるエレベータのかごを示す図である。 この発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置が利用されるエレベータの制御ケーブルの等価回路を示す図である。 この発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置のシステム構成図である。 この発明の実施の形態1におけるエレベータの走行状態と各かご上機器の動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置が利用されるエレベータのかごが上昇する際の各動作モードにおける各機器の必要電力の分布を示す図である。 この発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置が利用されるエレベータのかごが下降する際の各動作モードにおける各機器の必要電力の分布を示す図である。 この発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置によって制御される機器の消費電力を説明するための図である。 この発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置による気圧制御を説明するための図である。 この発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置が利用されるエレベータのかごがすれ違う状態を示す図である。 この発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置の電力分配装置の動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置の電力分配装置の動作を説明するためのフローチャートである。
この発明を実施するための形態について添付の図面にしたがって説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置が利用されるエレベータのかごを示す図である。
図1において、エレベータの昇降路(図示せず)には、レール1が設けられる。昇降路内には、かご2が配置される。かご2内には、かご室3が設けられる。かご室3は、アクチュエータ(電気式ダンパ)4によってレール1に押し付けられるように保持される。かご2の上部には、かご上機器として、制振制御装置5、気圧制御装置6、空調機7、ドア駆動装置8、電力分配装置9が設けられる。
制振制御装置5は、アクチュエータ4を制御する機能を備える。気圧制御装置6は、ダクト10を介してかご室3内の気圧を制御する機能を備える。空調機7は、ダクト11を介してかご室3内の空調を行う機能を備える。ドア駆動装置8は、かご室3のドア(図示せず)を駆動する機能を備える。電力分配装置9は、制振制御装置5、気圧制御装置6、空調機7、ドア駆動装置8の動作条件を設定する機能を備える。
制振制御装置5、気圧制御装置6、空調機7、ドア駆動装置8、電力分配装置9には、エレベータの機械室(図示せず)に配置された制御盤(図1においては図示せず)から制御ケーブル(図1においては図示せず)を介して電力が供給される。
次に、図2を用いて、制御ケーブルの数の条件を説明する。
図2はこの発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置が利用されるエレベータの制御ケーブルの等価回路を示す図である。
図2においては、12は制御盤である。13は制御ケーブルである。Ωcab(Ω/km)は制御ケーブル13の抵抗率である。Vcp(V)は制御ケーブル13の制御盤12側の電圧である。Vcar(V)は制御ケーブル13のかご2側の電圧である。Icar(A)は制御ケーブル13に流れる電流である。
この場合、制御ケーブル13の長さをL(km)とし、制御ケーブル13の並列数をNとすると、制御ケーブル13の抵抗R(Ω)は、次の(1)式、(2)式で示される。
Figure 2012188280
Figure 2012188280
(1)式と(2)式より、電流Icarは、次の(3)式で示される。
Figure 2012188280
cp、Ωcab、Lは既知である。Vcarをかご上機器が動作する最低電圧とすると、電流Icarの最大値は、制御ケーブル13の並列数Nに比例する。このとき、かご2側の受電電力Wcar(W)は、次の(4)式で示される。
Figure 2012188280
したがって、かご上機器に必要な総電力をWsat(W)とすると、次の(5)式が成立する。
Figure 2012188280
(5)式に、(3)式の電流Icarを代入すると、次の(6)式が成立する。
Figure 2012188280
(6)式を整理すると、制御ケーブル13の並列数Nは、次の(7)式で示される。
Figure 2012188280
(7)式より、かご上機器毎に必要な電力を単純に加算した場合の電力をWsat1(W)とすると、このときの制御ケーブル13の並列数Nは、次の(8)式で示される。
Figure 2012188280
(7)式より、かご上機器の電力分配を行ったときの電力をWsat2(W)とすると、このときの制御ケーブル13の並列数Nは、次の式(9)式で示される。
Figure 2012188280
(8)式と(9)式より、かご上機器の電力分配を行うことで削減される制御ケーブル13の数xは、次の(10)式を満たす整数値となる。
Figure 2012188280
したがって、x本の制御ケーブル13を削減するためには、次の(11)式を満たすWsat2が必要となる。
Figure 2012188280
そこで、本実施の形態においては、電力分配装置9により、(11)式を満たすようにかご上機器の電力分配を実施するようにした。以下、電力分配装置9による電力分配を説明する。
まず、図3を用いて、本実施の形態のシステム構成を説明する。
図3はこの発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置のシステム構成図である。
図3に示すように、制御盤12は、隣接するエレベータのかご2の位置や互いのかご2のすれ違い情報等を送受信する。電力分配装置9は、かご上機器から要求電力を電力情報として受信する。電力分配装置9は、制御盤12からエレベータの運転条件や隣接するエレベータのかご2とのすれ違い情報とを受信する。電力分配装置9は、これらの情報から総合的に判断し、各かご上機器への電力配分を決定する。電力分配装置9は、決定した電力配分に応じて各かご上機器に電力制限情報を送信する。各かご上機器は、電力制限情報に基づいて、電力制限範囲内で運転する。
次に、図4を用いて、かご2上に必要な最小電力Wcar2を説明する。
図4はこの発明の実施の形態1におけるエレベータの走行状態と各かご上機器の動作を示すタイミングチャートである。
図4の最上段には、かご2の速度パターンが示される。かご2の速度パターンの直下段には、ドア駆動装置8の必要電力Wが示される。ドア駆動装置8の必要電力Wの直下段には、気圧制御装置6の必要電力Wが示される。気圧制御装置6の必要電力Wの直下段には、制振制御装置5の必要電力Wが示される。制振制御装置5の必要電力Wの直下段には、空調機7の必要電力Wが示される。
まず、ドア駆動装置8の必要電力Wを説明する。かご2の停止時、ドアが駆動しない状態では、必要電力Wは最小値W1minとなる。ドアの駆動時は、扉の重さと動作に応じて必要電力Wが決定される。このとき、必要電力Wは最大値W1maxとなる。かご2の走行中は、押付運転となる。このときの必要電力Wは、非常に小さい値である。
次に、気圧制御装置6の必要電力Wを説明する。かご2の停止時、かご2の上昇時には、気圧制御装置6は動作しない。このため、必要電力Wは、最小値W2minとなる。気圧がさがる方向では、自然と耳抜きされる。このため、耳閉感は生じにくい。かご2の下降時は、最初、かご2内の気圧を外気圧と違う値に制御する。このため、外気圧と制御気圧の差分をまかなうように気圧制御装置6が動作する。このとき、必要電力Wは最大値W2maxとなる。
次に、制振制御装置5の必要電力Wを説明する。かご2の停止時は、基本的にかご2の振動は小さい。このため、必要電力Wは最小値Wmin3となる。かご2の走行中は、レール1の状態や、隣接号機とのすれ違い等の影響でかご2が振動する。この振動が大きいとき、必要電力Wは最大値W3maxとなる。
次に、空調機7の必要電力Wを説明する。かご2の動作に関係なく、設定温度とかご2内の温度との差が大きければ、必要電力Wが大きくなる。これに対し、設定温度とかご2内の温度との差が小さければ、必要電力Wが小さくなる。すなわち、設定温度とかご2内の温度との差に応じて、必要電力Wの最小値W4minと最大値W4maxが決まる。
このとき、かご2上に必要な最小電力Wcar2は、次の(12)式で示される。
Figure 2012188280
次に、図5と図6とを用いて、かご2上に必要な最大電力Wcar2を説明する。
図5はこの発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置が利用されるエレベータのかごが上昇する際の各動作モードにおける各機器の必要電力の分布を示す図である。図6はこの発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置が利用されるエレベータのかごが下降する際の各動作モードにおける各機器の必要電力の分布を示す図である。
図5と図6とに示すように、かご2上に必要な最大電力Wcar2は、エレベータの下降時、隣接するエレベータのかごとのすれ違い相対速度が最速であり、制御気圧と外部気圧との差が大きく、空調機7の設定温度とかご2内の温度の差が大きいときの電力である。
このとき、ドアの押付運転に必要な電力をW1move(W)とすると、かご上機器の電力分配を行ったときの電力Wsat2は、次の(13)式で示される。
Figure 2012188280
これに対し、かご上機器毎に必要な電力を単純に加算した場合の電力Wsat1は、次の(14)式で示される。
Figure 2012188280
したがって、削減される制御ケーブル13の数xは、次の(15)式を満たす整数値となる。
Figure 2012188280
しかし、(15)式では、ドアの押付運転に必要な電力W1moveと駆動時の最大電力W1maxの差分に対応した電力しか削減されない。消費電力をさらに削減するためには、かご上機器の電力分配を行ったときの電力Wsat2を(13)式で求まる値よりも小さくすればよい。
そこで、本実施の形態においては、図5と図6とに示すように、かご室3内の乗客の有無で決まるかご2の重量等のエレベータの運転状態に基づいて、各かご上機器に優先順位を付け、優先順位に応じて、重み付けを行うようにした。この重み付けは、かご2内の快適性等を考慮して決定される。この際、重み0は、最小電力を供給することを意味する。重み1は最大電力を供給することを意味する。図5と図6においては、一例として、0.2や0.8の重み付けがなされている。
次に、図7を用いて、重み付けをした場合の消費電力を説明する。
図7はこの発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置によって制御される機器の消費電力を説明するための図である。
図7に示すように、重み1よりも小さい重みαの場合、かご上機器には、最大消費電力Wnmaxにαを乗じた値の電力が供給される。このため、当該かご上機器の消費電力が抑制される。
例えば、エレベータの下降時、隣接するエレベータのかご2とのすれ違い相対速度が最速であり、制御気圧と外部気圧との差が大きいとき、空調機7の重み付けを0とする。これにより、空調機7の必要電力Wは最小値W4minとなる。その結果、かご上機器の電力分配を行ったときの電力Wsat2は(13)式で求まる値よりも小さくなる。
その代わり、空調機7には、他のかご上機器が電力を必要としない区間において、電力が優先的に分配される。場合によっては、当該区間において、空調機7の設定温度が下げられる。これにより、かご室3内の温度が設定温度から大きく外れないようにする。
この場合、削減される制御ケーブル13の数xは、次の(16)式を満たす整数値となる。
Figure 2012188280
次に、図8を用いて、気圧制御装置6の調整の一例を説明する。
図8はこの発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置による気圧制御を説明するための図である。
図8に示すように、気圧制御装置6は、かご室3内に乗客がいる場合、外部気圧に対して、かご室3内の気圧(制御気圧)を変化させる。これにより、かご室3内の乗客の耳閉感を防ぐ。したがって、外部気圧との差が小さいときは、気圧の制御を停止したり、制御性能を低下させてもよい。この場合、気圧制御装置6の優先順位を下げて、重み付けを下げてもよい。
次に、空調機7の調整の一例を説明する。
空調機7の必要電力Wは、季節により明らかに変わる。このため、かご室3内の温度と設定温度との差を学習し、電力分配装置9で空調機7の重み付けを調整してもよい。また、エレベータの運転状態や外気温によって、かご室3内の温度と設定温度の差が大きくなる場合、エレベータが停止し、他かご上機器の必要電力が少ないときに、空調機7の設定温度を変更して、かご室3内の乗客の快適性を維持してもよい。
次に、制振制御装置5の調整の一例を説明する。
かご2の振動の発生量は、かご2内の重量とかご2の位置によって推定できる。したがって、制御盤12からかご2の重量情報を取得し、電力分配装置9で制振制御装置5の重み付けを調整してもよい。かご2の振動の発生量が経年的に変化した場合でも、電力分配装置9で制振制御装置5の重み付けを調整してもよい。これらの調整により、かご室3内の乗客の快適性を維持できる。
このように、各条件時の重み付けを適切に行えば、かご室3内の乗客の快適性を維持した状態で、各かご上機器が必要に応じて省エネモードとなる。これにより、かご上機器が消費する総電力を削減することができ、制御ケーブル13の数を削減することができる。
次に、図9を用いて、かご上機器が消費する総電力をさらに削減する方法を説明する。
図9はこの発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置が利用されるエレベータのかごがすれ違う状態を示す図である。
かご上機器が消費する総電力をさらに削減するためには、隣接するエレベータのかご2とすれ違う位置又は速度を調整すればよい。すなわち、気圧の高い場所でかご2の相対速度が大きいすれ違いを起こさないように、各かご2の昇降を制御すればよい。
各かご2の相対速度va+vbとし、かご2の位置hとすると、気圧制御装置6の必要電力W、制振制御装置5の必要電力Wは、次の(17)式、(18)式で示される。
Figure 2012188280
Figure 2012188280
したがって、制振制御装置5と気圧制御装置6の合計消費電力Wは、次の(19)式で示される。
Figure 2012188280
この場合、削減される制御ケーブル13の数xは、次の(20)式を満たす整数値となる。
Figure 2012188280
目標xを満たすように、電力分配装置9は、すれ違い位置hと相対速度va+vbとに関する情報を制御盤12に送信する。これらの情報に基づいて、制御盤12は、各エレベータの運転を制限する。
この際、隣接するエレベータのかご2の相対速度が小さく、レール1の状態に基づいたかご2の振動も少ない位置では、制振制御装置5の必要電力Wはほとんどない。このとき、気圧制御装置6の必要電力Wが大きければ、アクチュエータ4の両端を短絡する。これにより、制振制御装置5の消費電力が削減される。この削減分に対応して、気圧制御装置6への電力分配を大きくすればよい。
次に、図10と図11を用いて、電力分配装置9の動作を説明する。
図10と図11とはこの発明の実施の形態1におけるエレベータの制御装置の電力分配装置の動作を説明するためのフローチャートである。
まず、図10を用いて、電力分配の手順を説明する。ステップS1では、電力分配装置9は、各かご上機器の必要電力W〜Wの情報、各エレベータの運転状態の情報を受信する。その後、ステップS2に進み、電力分配装置9は、必要電力W〜Wの総和が許容最大電力Wsatを超えているか否かを確認する。この許容最大電力Wsatは、次の(21)式で示される。
Figure 2012188280
必要電力W〜Wの総和が許容最大電力Wsatを超えていない場合は、ステップS3に進む。ステップS3では、電力分配装置9は、各かご上機器に必要電力W〜Wでの動作を許可する指令を送信するとともに、制御盤12に運転許可の指令を送信する。その後、ステップS4に進み、各かご上機器は必要電力W〜Wを用いて動作する。各エレベータは、通常通り動作する。その後、ステップS5に進み、制御盤12がエレベータの走行状態を送信する。各かご上機器が必要電力W〜Wの予測値を送信する。その後、ステップS1に戻り、上記動作が繰り返される。
これに対し、必要電力W〜Wの総和が許容最大電力Wsatを超えている場合は、ステップS6に進む。ステップS6では、電力分配装置9は、各エレベータの運転状態とのすれ違い情報とに基づいて、各かご上機器の優先順位を付ける。この際、安全にかかわるドア駆動装置8には、常に必要電力Wが供給されるようにする。その後、ステップS7に進み、電力分配装置9は、優先順位に基づいて、各かご上機器に対し電力を分配する。その後、ステップS5以降の動作が行われる。
次に、図11を用いて、優先順位に応じた重み付けの設定手順を説明する。ステップS11は、図10のステップS6である。ステップS11の処理が終了すると、ステップS12に進む。ステップS12では、電力分配装置9は、各エレベータの運転状態とのすれ違い情報とに基づいて、各かご上機器に対して、重み付けの定数α〜αを決定する。その後、ステップS13に進み、電力分配装置9は、必要電力W〜Wの総和が許容最大電力Wsatを超えているか否かを確認する。
必要電力W〜Wの総和が許容最大電力Wsatを超えている場合は、ステップS12に戻って、電力分配装置9は、重み付けの定数α〜αを設定し直す。これに対し、必要電力W〜Wの総和が許容最大電力Wsatを超えていない場合は、ステップS14に進む。ステップS14では、電力分配装置9は、各かご上機器に対し、必要電力W〜Wの各々に対応した重み付けの定数α1〜α4の各々を乗じた値を新たな必要電力W〜Wとし、分配電力を決定する。その後、ステップS15に進み、各かご上機器は、新たな必要電力W〜Wを用いて動作する。
以上で説明した実施の形態1によれば、エレベータの運転状態に基づいて、かご上機器の消費電力の合計値が所定値以下となるように、かご上機器の動作条件が設定される。このため、かご上機器に供給する電力を削減して、制御ケーブル13の数を削減することができる
また、複数のかご2がすれ違うときの位置又は速度が調整される。このため、制振制御装置5と気圧制御装置6との消費電力を削減することができる。
また、エレベータの運転状態に基づいて、かご上機器の優先度や重み付けが設定される。このため、各かご上機器に対し、適切な電力を供給することができる。
また、制振制御装置5の優先度が低い場合、アクチュエータ4のコイルの両端が短絡する。このため、制振制御装置5の優先度が低い場合であっても、アクチュエータ4は、機械式ダンパと同等の制振能力を維持することができる。
なお、エレベータの運転状態とかご2内の環境とを学習し、学習結果に基づいて、各かご上機器の優先度や重み付けを設定すれば、各かご上機器への電力分配を自動で最適化することができる。
1 レール
2 かご
3 かご室
4 アクチュエータ
5 制振制御装置
6 気圧制御装置
7 空調機
8 ドア駆動装置
9 電力分配装置
10、11 ダクト
12 制御盤
13 制御ケーブル

Claims (11)

  1. エレベータのかごに設けられた複数の機器が前記かごの外部から制御ケーブルを介して前記かごに供給される電力を用いて動作する際に、前記エレベータの運転状態に基づいて、前記複数の機器が消費する電力の合計値が所定値以下となるように、前記複数の機器の動作条件を設定する電力分配装置、
    を備えたことを特徴とするエレベータの制御装置。
  2. 前記エレベータは、隣接する複数のエレベータからなり、
    前記複数の機器は、前記かごの振動を抑える制振制御装置と前記かご内の気圧を制御する気圧制御装置とを含み、
    前記電力分配装置は、前記制振制御装置と前記気圧制御装置とが消費する電力の合計値が所定値以下となるように、前記複数のエレベータのかご同士がすれ違うときの位置又は速度を調整することを特徴とする請求項1記載のエレベータの制御装置。
  3. 前記電力分配装置は、前記複数の機器の優先度に応じて、前記複数の機器の動作条件を設定することを特徴とする請求項1に記載のエレベータの制御装置。
  4. 前記複数の機器は、前記かご内を空調する空調機を含み、
    前記電力分配装置は、前記空調機が他の機器よりも優先度が低い場合は、空調能力を下げるように前記空調機に指示することを特徴とする請求項3記載のエレベータの制御装置。
  5. 前記複数の機器は、前記かごの振動を抑える制振制御装置を含み、
    前記電力分配装置は、前記制振制御装置が他の機器よりも優先度が低い場合は、制振能力を下げるように前記制振制御装置に指示することを特徴とする請求項3記載のエレベータの制御装置。
  6. 前記制振制御装置は、制振能力を下げる際に、前記かごに取り付けられた電気式ダンパのコイルの両端を短絡することを特徴とする請求項5記載のエレベータの制御装置。
  7. 前記複数の機器は、前記かご内の気圧を制御する気圧制御装置を含み、
    前記電力分配装置は、前記気圧制御装置が他の機器よりも優先度が低い場合は、気圧制御能力を下げるように前記気圧制御装置に指示することを特徴とする請求項3記載のエレベータの制御装置。
  8. 前記電力分配装置は、前記優先度に応じて、前記複数の機器に分配する電力に重み付けを行うことを特徴とする請求項3記載のエレベータの制御装置。
  9. 前記電力分配装置は、エレベータの運転状態と前記かご内の環境とを学習し、学習結果に基づいて、前記優先度を設定することを特徴とする請求項3記載のエレベータの制御装置。
  10. 前記電力分配装置は、エレベータの運転状態と前記かご内の環境とを学習し、学習結果に基づいて、前記重み付けを設定することを特徴とする請求項8記載のエレベータの制御装置。
  11. 前記複数の機器は、前記かご内を空調する空調機を含み、
    前記電力分配装置は、前記空調機が他の機器よりも優先度が高い場合は、空調能力を上げることを特徴とする請求項3記載のエレベータの制御装置。
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