JP2013063827A - 省エネエレベータ - Google Patents

Abstract

【課題】エレベータの運転効率を損なわないようにしながら、ピーク電力の抑制と消費電力量の低減、電力デマンドの管理を図る。
【解決手段】乗りかご７と、電動機４と、乗客重量と乗りかご重量の和にバランスするように重量が設定された釣り合いおもり５と、電動機の回転速度、回転方向を検出するエンコーダ６と、乗りかご７内の荷重を検出する荷重センサ１９とを備えた省エネエレベータにおいて、かご内荷重と、電動機４の回転方向と、により力行運転であることを判断する運転状態判別部１４と、節電目標値に応じて少なくとも乗りかご７の走行速度と加速度とを定めた節電データベースと、を備え、乗りかご７が現在位置から目的階へ運転され、力行運転であると判断された場合、節電データベースに基づいて乗りかご７の走行速度あるいは加速度を決定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、運転効率の向上と省エネルギーとを図ったエレベータに関し、特に、エレベータの運転速度を変えて消費電力（電力ピーク）及び消費電力量を低減するものに好適である。

従来、加減速過程を縮減してエレベータの省エネルギーを図るため、バランス荷重を含む所定の平衡荷重域内の荷重の場合であって、次に停止する階までの昇降距離が所定の短距離域内の場合は、低い速度とすることが知られ、例えば特許文献１に記載されている。

また、夏期の電力使用ピーク時の対応として、力行運転モードが検出された場合、エレベータの運転速度を入力電流制限により速度制限することが知られ、特許文献２に記載されている。

特開２００６−１８２５５４号公報 特開平２−６６０８４号公報

上記従来技術の特許文献１に記載のものでは、力行運転に関連、あるいは消費電力を優先して速度制限するものでないため、負荷が大きい場合、消費電力及び消費電力量が極端に大きくなる恐れがあり、ピーク電力及び過剰な電力量の増加を防ぐことができない。

また、特許文献２に記載のものでは、単に、負荷が大きくなる力行運転モードを検出して速度制限するので、ピーク電力は抑制可能だが、エレベータ運転速度に制限を与えるため運転時間が延びることで待ち時間が増大し運転効率が低下する。また、電動機の特性、速度制限値に比例して電流が低下しないような場合は、運転時間の増大に伴い消費電力量が却って増加する。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、エレベータの運転効率を損なわないようにしながら、ピーク電力の抑制と消費電力量の確実な低減、電力デマンドの管理を図ることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、乗りかごと、エレベータ乗りかごを駆動する電動機と、乗りかごとロープを介して乗客重量と乗りかご重量の和にバランスするように重量が設定された釣り合いおもりと、電動機の回転方向を検出するエンコーダと、乗りかご内の荷重を検出する荷重センサとを備えた省エネエレベータにおいて、荷重センサにより検出されたかご内荷重と、エンコーダから検出される電動機の回転方向の検出値と、により力行運転であることを判断する運転状態判別部と、節電目標値に応じて少なくとも前記乗りかごの走行速度と加速度とのいずれかを定めた節電データベースと、を備え、乗りかごが現在位置から目的階へ運転され、運転状態判別部で力行運転であると判断された場合、節電データベースに基づいて乗りかごの走行速度あるいは加速度を決定する、ものである。

本発明によれば、乗りかごが現在位置から目的階へ運転され、力行運転であると判断された場合、節電データベースに基づいて乗りかごの走行速度あるいは加速度を予めエレベータの仕様に応じた最適な値として定めておくことができるので、エレベータの運転効率を損なわないようにしながら、ピーク電力の抑制と消費電力量の確実な低減、電力デマンドの管理を図ることができる。

本発明の一実施の形態によるエレベータの制御ブロック図。 一実施の形態による乗りかごの運転状態として速度及び電力の時間変化を示すグラフ。 一実施の形態によるフローチャート図。 一実施の形態による節電データベース。

図１はエレベータ全体概略図、図２は力行運転および回生運転時の速度および電力波形、図３はピーク電力低減のための速度変更制御部のフローチャートを示し、以下、本発明の詳細について説明する。

制御装置は三相交流電源１からコンバータ２を介して直流電圧に変換後、インバータ３により周波数と電圧を制御することで釣り合いおもり５とつり合った乗りかご７を昇降させるために電動機４を駆動する。電動機４に取り付けたエンコーダ６により電動機４の回転距離、回転速度、回転方向を検出し、インバータ３の二次側に取り付けた電流検出器８にて電動機４への電流検出を行い、検出されたこれらの値はエレベータ制御部１８に取り込まれ、乗りかご７の速度制御が次のように行われる。

エンコーダ６からの検出値はエレベータ位置変換部９にて位置指令値へ変換され、位置指令値に基づいて、速度指令値が速度指令生成部１０にて生成される。生成された速度指令値とエンコーダ６による検出値とからトルク指令値がトルク指令生成部１１にて生成される。

トルク指令値に基づいて電流指令値に変換され、電流検出器８の検出値と比較されて電流指令生成部１２にて電流指令値が生成される。電流指令値が駆動パルス生成部１３へ入力されて駆動パルスへ変換されてインバータ３を駆動することで電動機４が回転してエレベータの速度制御が行われる。このとき、通常のエレベータ速度制御に対して、節電目標値に対する速度変更制御部１７により速度指令値を変更する。

通常、ロープ式エレベータでは、乗りかごに定員の約１／２の人数の利用者が乗った時に、その乗客重量と乗りかご重量の和にバランスするように釣り合いおもり重量が設定される。すなわち、乗りかごに定格乗客重量（定員）の５０％の乗客をのせたとき（バランスポイント５０％）に、乗りかごと釣り合いおもりの重量がバランスするように設定されている。５０％のバランスポイントの釣り合いおもりの場合、上昇運転ＵＰにおいては、乗客量が０〜５０％までは電流値が負、すなわち回生運転であり、乗客量が５０〜１００％までは電流値が正、すなわち力行（モータリング）運転である。一方、下降運転ＤＮにおいては、乗客量が０〜５０％までは電流値が正、すなわち力行運転であり、乗客量が５０〜１００％までは電流値が負、すなわち回生運転である。

例えば、オフィスビルなどでは、朝の出勤時に満員で基準階から上昇運転する際、また、上層階まで行き、乗客を降ろし、基準階に無負荷で下降してくる際などに、電力変換器や電動機が力行運転として全出力状態となる。一方、退勤時などは、その逆で、満員で基準階に下降してくる際、あるいは無負荷で上昇する際などには、電力変換器や電動機が回生運転として全出力状態となる。したがって、バランスポイントを決定すれば、かご内荷重及び乗りかごの運転方向から運転状態として力行運転か、回生運転かが判別できる。

図２は、乗りかご７が昇降して、力行運転、休止、回生運転、休止となるとき、上図が速度（ｍ／min）、下図がそのときの消費電力（Ｗ）の変化を示し、力行運転時は高負荷となり消費電力が大きいと共に、一定速度となるまでの加速過程において、大きな消費電力のピークを生じる。また、力行運転時の消費電力量（Ｗｈ）は加減速過程の消費電力の積分値であるので、このときの速度（図２で定常運転時で一定速度）の値が大きい、あるいは力行運転を行う時間が長ければ（次に停止する階までの昇降距離が長ければ）消費電力量が大きくなる。一方、回生運転時は軽負荷であるので、大きな消費電力のピークも生じなければ、定常運転時の消費電力も小さい。

力行運転時に定常速度の低減を行うことは加減速過程が縮減されることとなり、消費電力量を低減するうえで望ましい。しかし、低速度にして電動機を制御すると昇降時間が長くなる。このため、次回停止階までの昇降距離が長い場合は、目的階へ到達するまでの待ち時間が増大し、エレベータの運転効率を損なう。また、電動機の損失によっては速度を低減しても負荷電流が大きく低減せず、昇降時間の長期化により時間に比例して消費電力量が却って増大する。

また、単に、次に停止する階までの昇降距離が長いか短いかによって定常速度を低速度にするだけでは、消費電力量が昇降距離によっては目標とする節電量に至るまで低減されず、電力デマンドが達成できないので、乗りかご７が目的階に到達するまでの消費電力量を推定する。

運転状態判別部１４は、乗りかご７の下に取り付けられた荷重センサ１９により検出されたかご内荷重と、エンコーダ６から検出される電動機４の回転方向の検出値と、より、運転状態が消費電力の大きい力行運転（エレベータ重負荷方向への運転）か回生運転（エレベータ軽負荷方向への運転）かを判断する。つまり、バランスポイント５０％であるとき、かご内荷重が定格乗客重量の５０％以上、定員の５０％以上で、乗りかご７が上昇運転となる場合、及び定格乗客重量の５０％未満、定員の５０％未満で、乗りかごが下降運転となる場合、力行運転と判断する。

力行運転と判別された場合、電力量演算部１５は、予め決められた速度で乗りかご７が目的階に到達するまでの消費電力量を算出する。速度指令判別部１６は、算出された値が閾値以下であればこのときの速度を速度指令生成部１０に出力する。

図３のフローチャートは、節電目標値に対する速度変更制御部１７の詳細内容を示す。

乗りかご７が現在階を出発する場合、かご呼びがあった階、当初の目的階までの残距離が乗りかご７が制動可能な距離＋所定値以上であれば、かご呼び可としてかごの呼び登録を行い、かご呼びがあった階を新たに目的階として定め、残距離を更新するステップ１４０。また、かご呼びがあった階までの残距離が制動可能な距離＋所定値未満であれば、かご呼び否としてかごの呼び登録を行わない。これにより、短階床の運転が制限され、大きな減速による急停止及び次の加速を無くして、消費電力量の増大を防ぐことができる。また、省エネ、消費電力量を図るため、加減速度を通常より小さくして、小さくした加減速度より制動可能な距離＋所定値を所定値としても良い。

次に、乗りかご７の下に取り付けられた荷重センサ１９により検出されたかご内荷重と、エンコーダ６から検出される電動機４の回転方向の検出値と、より目的階までの回転方向より運転状態を判別するステップ１４２。

回生運転の場合ステップ１４３、商用電源１から供給する電力が小さいため、定格速度での走行を維持ステップ１４９する。力行運転の場合ステップ１４３、あらかじめ設定してあるエレベータの節電目標値に応じて走行速度と加速度とを決定するステップ１４４。
例えば、図４の節電データベースに基づいて定め、乗りかご７の走行速度と加速度とを決定する。節電データベースを用いれば、予めエレベータの仕様に応じた最適な値を定めておくことができ、節電する場合は、節電目標値に応じて乗りかご７の走行速度あるいは加速度を定格値よりも低減して電動機４を駆動する。
各走行速度での電流は予め電動機の特性より求められるので、決定された走行速度での電流と残距離から算出される運転時間との積として消費電力量を算出するステップ１４５。算出された値が節電目標毎に設定された閾値と比較ステップ１４６して、閾値以下の場合は、決定された走行速度に変更して運転を継続するステップ１４８。また、消費電力量を算出するための電流値は、電流検出器８の検出値から求めても良い。

さらに、消費電力量を決定された走行速度での電流と残距離から算出するとしたが、力行運転時の負荷状態を検出して、例えば、かご内荷重のバランスポイントからのずれを段階的に決定する。そして、走行速度と各段階に対応して電動機の電流を予め求めてデータベース化し、ステップ１４５でその値に基づいて消費電力量を算出すれば、より正確なものとすることができる。

また、電動機の電流は、乗りかごが出発する前の荷重センサ１９により検出されるかご内荷重等から電動機のトルク値を基に求めても良く、実際の状態と近いものとなる。

閾値を超える場合、消費電力量の低減は困難として、待ち時間が短くなることを優先し、段階的に走行速度を上げていく。つまり、決定された走行速度より一段階上、＋ΔＶだけ大きくした速度と定格速度を比較ステップ１４７し、定格速度未満の場合は、決定された走行速度＋ΔＶに変更して、運転を継続するステップ１４８。決定された走行速度＋ΔＶが定格速度以上の場合は、定格速度が上限となるように定格速度にて運転を継続するステップ１４９。したがって、エレベータの運転効率の極端な低下を防ぐことができる。

また、多くの場合、２５％程度を中心とする乗客量であることが多いので、乗りかごの定格乗客重量の４０％未満の乗客量に見合う重さの釣り合いおもり重量としたり、発生頻度の多い乗客量に見合うようにバランスポイント２０〜３５％としたり、して、消費電力量の低減に合わせて走行速度を決定することが望ましい。

以上のように、節電目標となる消費電力量の低減に合わせて走行速度を決定するので、必要以上に運転時間が延びることで待ち時間が増大することを防ぐことができる。また、走行速度の低減、電動機の特性により、運転時間の増大に伴い消費電力量が却って増加するような場合は、段階的に走行速度を大きくしていくことで消費電力量を低減する。

したがって、夏場日中等は節電目標値を高く設定し、待ち時間よりも消費電力の低減を優先し、冬場等は節電目標値を低く設定し、消費電力よりも待ち時間の短縮を優先することができる。

また、回生エネルギーを充放電する充放電回路およびバッテリのように大きな装置は不要であり、ソフト変更のみで対応可能なため、コスト低減および既設エレベータの仕様追加も容易に実現可能である。さらに、バッテリ等寿命部品も未使用であるため、保守面においても本仕様追加前と同等以上の保守性を維持するこができる。

４ 電動機
５ 釣り合いおもり
６ エンコーダ
７ 乗りかご
８ 電流検出器
１４ 運転状態判別部
１９ 荷重センサ

Claims (7)

1. 乗りかごと、前記エレベータ乗りかごを駆動する電動機と、前記乗りかごとロープを介して乗客重量と前記乗りかご重量の和にバランスするように重量が設定された釣り合いおもりと、前記電動機の回転方向を検出するエンコーダと、前記乗りかご内の荷重を検出する荷重センサとを備えた省エネエレベータにおいて、
   前記荷重センサにより検出されたかご内荷重と、前記エンコーダから検出される前記電動機の回転方向の検出値と、により力行運転であることを判断する運転状態判別部と、
   節電目標値に応じて少なくとも前記乗りかごの走行速度と加速度とのいずれかを定めた節電データベースと、
   を備え、前記乗りかごが現在位置から目的階へ運転され、前記運転状態判別部で力行運転であると判断された場合、前記節電データベースに基づいて前記乗りかごの走行速度あるいは加速度を決定することを特徴とする省エネエレベータ。
2. 請求項１に記載のものにおいて、節電する場合、前記節電目標値に応じて前記乗りかごの走行速度あるいは加速度を定格値よりも低減して決定することを特徴とする省エネエレベータ。
3. 請求項１又は２に記載のものにおいて、決定された前記走行速度と前記目的階までの残距離とより運転時間を算出し、算出された運転時間と決定された前記走行速度での電流との積が前記節電目標毎に設定された閾値以下の場合は、決定された前記走行速度で運転を継続し、前記閾値を超える場合は、段階的に走行速度を上げていくことを特徴とする省エネエレベータ。
4. 請求項１又は２に記載のものにおいて、決定された前記走行速度と前記目的階までの残距離とより運転時間を算出し、算出された運転時間と決定された前記走行速度での電流との積が前記節電目標毎に設定された閾値を超える場合は、段階的に走行速度を上げていき、定格速度が上限となるように運転を継続することを特徴とする省エネエレベータ。
5. 請求項１又は２に記載のものにおいて、前記乗りかごが現在位置から目的階へ出発する場合、残距離が所定値未満であれば、かごの呼び登録を行わないことを特徴とする省エネエレベータ。
6. 請求項１又は２に記載のものにおいて、前記運転状態判別部で負荷状態を段階的に決定し、決定された前記走行速度と前記目的階までの残距離とより運転時間を算出し、算出された運転時間と決定された前記走行速度と前記負荷状態とでの電流との積で消費電力量を算出することを特徴とする省エネエレベータ。
7. 請求項１又は２に記載のものにおいて、決定された前記走行速度と前記目的階までの残距離とより運転時間を算出し、算出された運転時間と、前記乗りかごが出発する前の前記かご内荷重を基に求めた電流と、の積で消費電力量を算出することを特徴とする省エネエレベータ。