JP2014015296A

JP2014015296A - エレベータの電力システム

Info

Publication number: JP2014015296A
Application number: JP2012153386A
Authority: JP
Inventors: Koyu Yamashita; 広悠山下
Original assignee: Toshiba Elevator Co Ltd
Current assignee: Toshiba Elevator and Building Systems Corp
Priority date: 2012-07-09
Filing date: 2012-07-09
Publication date: 2014-01-30

Abstract

【課題】エレベータシステムとビルシステムで互いに連携を取ってバッテリに対する充電動作を行うことで、ビル全体の省エネ化と停電時の電力を確保する。
【解決手段】エレベータ制御装置１１とビルシステム制御装置２１は互いに通信可能に接続されている。エレベータ制御装置１１は、ビルシステム制御装置２１からの充電要求に対し、現在の運転状態に応じて充電モードを設定する充電モード設定部３３、充電モードが設定されたときに回生運転中の電力をバッテリ２０に供給して充電を行う充電制御部３４を備える。ビルシステム制御装置２１は、バッテリ２０の残量が基準値以下の場合にエレベータ制御装置１１へ充電要求を行う充電要求部４５、充電要求に対する応答がない場合に充電モードを設定する充電モード設定部４３、充電モードが設定されたときに発電設備の電力をバッテリ２０に供給して充電を行う充電制御部４４を備える。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、エレベータシステムとビルシステムと連携してバッテリに電力を蓄えるエレベータの電力システムに関する。

近年、大地震等の影響で電力不足の問題が深刻化しており、夏場などの電力需要が高まる時間帯に電力会社が計画的な停電（以下、計画停電と称す）を実施することがある。また、地震により配電設備が故障するなどして停電が発生することもある。

通常、エレベータシステムにはバッテリが備えられており、停電が発生したときに、バッテリ電力に切り替えてエレベータの運転を継続する。このバッテリに電力を蓄える方法として、エレベータの回生運転時に発生する電力つまり回生電力をバッテリに蓄える方法がある。

特開２０００−２５５９１８号公報特開２０１０−２１５３６５号公報

しかしながら、エレベータシステムとビルシステムでは、それぞれにバッテリを備えているのが一般的であり、個別にバッテリの充電動作を行っている。したがって、一方のシステムで電力が余ったとしても、熱により消費するか受電側に戻すしかなく、有効活用されていないのが現状である。

本発明が解決しようとする課題は、エレベータシステムとビルシステムで互いに連携を取ってバッテリに対する充電動作を行うことで、ビル全体の省エネ化と停電時の電力を確保することのできるエレベータの電力システムを提供することである。

本実施形態に係るエレベータの電力システムは、エレベータの運転を制御するエレベータ制御装置と、このエレベータ制御装置と互いに通信可能に接続され、ビルシステムの運転を制御するビルシステム制御装置と、停電時に用いられるバッテリとを備える。

上記エレベータ制御装置は、上記ビルシステム制御装置からの充電要求に対し、現在の運転状態に応じてエレベータ充電モードを設定するエレベータ充電モード設定手段と、のエレベータ充電モード設定手段によってエレベータ充電モードが設定されたときに、回生運転中の電力を上記バッテリに供給して充電を行うエレベータ充電制御手段とを具備する。

上記ビルシステム制御装置は、上記バッテリの残量を監視し、上記バッテリの残量が基準値以下の場合に上記エレベータ制御装置へ充電要求を行うビルシステム充電要求手段と、この充電要求手段による充電要求に対する応答がない場合にビルシステム充電モードを設定するビルシステム充電モード設定手段と、このビルシステム充電モード設定手段によってビルシステム充電モードが設定されたときに、ビルに設置された発電設備の電力を上記バッテリに供給して充電を行うビルシステム充電制御手段とを具備する。

図１は一実施形態に係るエレベータの電力システムの構成を示すブロック図である。図２は同実施形態におけるエレベータシステム側のエレベータ制御装置とビルシステム側のビルシステム制御装置の機能構成を示すブロック図である。図３は同実施形態におけるビルシステム側の全体処理の流れを示すフローチャートである。図４は同実施形態におけるビルシステム充電モードの処理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システム側の全体処理の流れを示すフローチャートである。図６は同実施形態におけるエレベータ充電モードの処理動作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。

図１は一実施形態に係るエレベータの電力システムの構成を示すブロック図である。本実施形態におけるエレベータの電力システムは、エレベータシステムとビルシステムとの連携システムである。

エレベータシステム側には、エレベータ制御装置１１、インバータ１２、モータ１３、ロープ１４、乗りかご１５、吊り合い重り１６、受電設備１７、コンバータ１８、エレベータ側切替えスイッチ１９などが設けられている。

エレベータ制御装置１１は、インバータ１２の駆動制御などを含むエレベータ全体の制御を行うものである。インバータ１２は、エレベータ制御装置１１からの指示に従ってモータ１３を駆動する。モータ１３にはロープ１４が巻回されており、そのロープ１４の一端に乗りかご１５、他端に吊り合い重り１６が取り付けられている。これにより、モータ１３が駆動されると、乗りかご１５と吊り合い重り１６がロープ１４を介してつるべ式に昇降動作する。

受電設備１７は、図示せぬ商用電源から供給される交流電力を受電する設備である。コンバータ１８は、受電設備１７によって受電された交流電力をインバータ１２の駆動に必要な直流電力に変換し、エレベータ側切替えスイッチ１９を介してインバータ１２に供給する。

エレベータ側切替えスイッチ１９は、インバータ１２の入力端に固定設置されており、インバータ１２の接続先をコンバータ１８（ａ端子側）またはバッテリ２０（ｂ端子側）に切り替える。

一方、ビルシステム側には、ビルシステム制御装置２１、ビル設備２２、発電設備２３、ビル側切替えスイッチ２４などが設けられている。

ビルシステム制御装置２１は、ビル設備２２の駆動制御などを含むビル全体の制御を行うものである。ビル設備２２としては、例えばビルの照明、空調などの各種電気機器が含まれる。

なお、ビル設備２２には、通常、エレベータと同様に受電設備１７を介して商用電源の交流電力が与えられているものとする。停電が発生すると、ビルに設置された発電設備２３が起動され、ビル側切替えスイッチ２４を介して発電設備２３の電力が供給されるようになっている。この発電設備２３としては、太陽光を含む自然エネルギーを利用した発電機あるいはディーゼル発電機などが用いられる。

ビル側切替えスイッチ２４は、発電設備２３の出力端に固定設置されており、発電設備２３の接続先をビル設備２２（ａ端子側）またはバッテリ２０（ｂ端子側）に切り替える。

ここで、本システムでは、エレベータシステムとビルシステムとの間にバッテリ２０が備えられている。このバッテリ２０は停電時に用いられるものである。なお、このバッテリ２０の種類や構造、停電時の動作等についての説明は省略するものとし、以下では、エレベータ制御装置１１とビルシステム制御装置２１とで連携してバッテリ２０を充電する構成について説明する。エレベータ制御装置１１とビルシステム制御装置２１とは通信線２５で接続されており、双方向で通信可能な構成とする。

図２はエレベータシステム側のエレベータ制御装置１１とビルシステム側のビルシステム制御装置２１の機能構成を示すブロック図である。

エレベータシステム側において、エレベータ制御装置１１は、運転制御部３１、通信部３２、充電モード設定部３３、充電制御部３４、充電要求部３５を備える。

運転制御部３１は、エレベータの運転制御（インバータ１２の駆動制御）の他、ここではバッテリ２０の充電動作に関わる制御を行う。通信部３２は、ビルシステム制御装置２１との間の通信制御を行う。充電モード設定部３３は、ビルシステム制御装置２１からの充電要求に対し、現在の運転状態に応じてエレベータ充電モードを設定する。なお、「エレベータ充電モード」とは、エレベータシステム側でバッテリ２０を充電するモードのことである。

充電制御部３４は、充電モード設定部３３によってエレベータ充電モードが設定されたときに、エレベータ側切替えスイッチ１９の接続先をコンバータ１８からバッテリ２０に切り替え、回生運転中の電力をバッテリ２０に供給して充電を行う。

また、充電要求部３５は、バッテリ２０の残量を監視しており、バッテリ２０の残量とエレベータの運転状況からバッテリ２０の充電が必要であると判断した場合にビルシステム制御装置２１へ充電要求を行う。

ビルシステム側において、ビルシステム制御装置２１は、運転制御部４１、通信部４２、充電モード設定部４３、充電制御部４４、充電要求部４５を備える。

運転制御部４１は、ビルシステムの運転制御（ビル設備２２の駆動制御）の他、ここではバッテリ２０の充電動作に関わる制御を行う。通信部４２は、エレベータ制御装置１１との間の通信制御を行う。充電モード設定部４３は、エレベータ制御装置１１からの充電要求があったときにビルシステム充電モードを設定する。なお、「ビルシステム充電モード」とは、ビルシステム側でバッテリ２０を充電するモードのことである。

充電制御部４４は、充電モード設定部４３によってビルシステム充電モードが設定されたときに、ビル側切替えスイッチ２４の接続先をビル設備２２からバッテリ２０に切り替え、発電設備２３の電力をバッテリ２０に供給して充電を行う。

また、充電要求部４５は、バッテリ２０の残量を監視しており、バッテリ２０の残量がビルシステム側で設定された基準値Ｖｂ以下の場合にエレベータ制御装置１１へ充電要求を行う。

次に、本システムの動作について、（ａ）ビルシステム側の全体処理、（ｂ）ビルシステム充電モードの処理、（ｃ）エレベータシステム側の全体処理、（ｄ）エレベータシステム充電モードの処理に分けて説明する。

（ａ）ビルシステム側の全体処理
まず、ビルシステム側の全体処理について説明する。

図３はビルシステム側の全体処理の流れを示すフローチャートである。なお、この図３に示される処理と、後述する図４に示される処理は、ビルシステム側のコンピュータであるビルシステム制御装置２１によって実行される。また、フローチャート中の「エレベータ」とは、エレベータ制御装置１１のことである。

ビルシステム側のビルシステム制御装置２１は、バッテリ２０の残量を監視しており、バッテリ残量が基準値Ｖｂ以下であるか否かを判断する（ステップＡ１１）。基準値Ｖｂは、エレベータシステム側で設定された充電判断値であり、例えばバッテリ２０の全容量の半分の値である。

バッテリ残量が基準値Ｖｂ以下でなかった場合には、続いてビルシステム制御装置２１は、エレベータ制御装置１１から充電要求があるか否かを判断する（ステップＡ１３）。後述するように、エレベータシステム側での状況によってはビルシステムに対して充電が要求されることがある（図５のステップＣ１８参照）。

エレベータ制御装置１１から充電要求がなければ（ステップＡ１２のＮｏ）、ビルシステム制御装置２１はビル設備２２に対する通常運転制御を行う（ステップＡ１６）。一方、バッテリ残量が基準値Ｖｂ以下でないときに、エレベータ制御装置１１から充電要求があった場合には（ステップＡ１２のＹｅｓ）、ビルシステム制御装置２１は、エレベータ制御装置１１へ充電を開始する旨を伝え（ステップＡ１３）、ビルシステム充電モードを設定する（ステップＡ１４）。なお、このビルシステム充電モードの処理については図４を参照して説明する。

ビルシステム充電モードによるバッテリ２０の充電が完了すると、ビルシステム制御装置２１は、エレベータ制御装置１１へ充電完了を伝えて（ステップＡ１５）、通常運転に戻る（ステップＡ１６）。

また、バッテリ２０の残量が基準値Ｖｂ以下であった場合（ステップＡ１１のＹｅｓ）、ビルシステム制御装置２１は、エレベータ制御装置１１に対して充電要求を行う（ステップＡ１７）。この充電要求に対し、エレベータ制御装置１１から充電開始の信号を受信すると（ステップＡ１８のＹｅｓ）、ビルシステム制御装置２１は、エレベータ制御装置１１にバッテリ２０の充電を任せて通常運転を継続する（ステップＡ１９）。エレベータ制御装置１１から充電完了の信号を受信すると（ステップＡ２０のＹｅｓ）、ビルシステム制御装置２１は、エレベータ制御装置１１への充電要求を終了する（ステップＡ２１）。

ここで、上記ステップＡ１８において、エレベータシステム側での状況によってはエレベータ充電モードを設定できないことがある（図５のステップＣ１２参照）。エレベータ制御装置１１から充電開始の信号を一定時間受信できなかった場合には（ステップＡ１８のＮｏ）、ビルシステム制御装置２１は、エレベータ制御装置１１に対してビルシステム側で充電を開始する旨を伝え（ステップＡ１３）、ビルシステム充電モードを設定する（ステップＡ１４）。なお、このビルシステム充電モードの処理については図４を参照して説明する。

（ｂ）ビルシステム充電モードの処理
次に、ビルシステム充電モードの処理について説明する。
図４はビルシステム充電モードの処理動作を示すフローチャートである。

ビルシステム制御装置２１は、ビルシステム充電モードを設定すると（ステップＢ１１のＹｅｓ）、発電設備２３とバッテリ２０を接続するようにビル側切替えスイッチ２４を切り替える（ステップＢ１２）。そして、ビルシステム制御装置２１は、発電設備２３を起動させ、その電力をビル側切替えスイッチ２４を介してバッテリ２０へ供給する（ステップＢ１３）。

ビルシステム制御装置２１は、発電設備２３からの電力供給によりバッテリ２０の充電が完了したことを検出すると（ステップＢ１４のＹｅｓ）、発電設備２３を停止させ、ビルシステム充電モードを終了する（ステップＢ１５）。

一方、ビルシステム充電モードが設定されていない状態では（ステップＢ１１のＮｏ）、ビルシステム制御装置２１は、発電設備２３とビル設備２２を接続するようにビル側切替えスイッチ２４を切り替え、発電設備２３の電力をビル設備２２へ供給可能な状態にしておく（ステップＢ１６）。

（ｃ）エレベータシステム側の全体処理
図５はエレベータシステム側の全体処理の流れを示すフローチャートである。なお、この図５に示される処理と、後述する図６に示される処理は、エレベータシステム側のコンピュータであるエレベータ制御装置１１によって実行される。また、フローチャート中の「エレベータシステム」とは、ビルシステム制御装置２１のことである。

エレベータ制御装置１１は、ビルシステム制御装置２１から充電要求を受信すると（ステップＣ１１のＹｅｓ）、エレベータが回生電力を供給可能な運転状態にあるか否かを判断する（ステップＣ１２）。

例えば、乗りかご１５が昇降路の下方向に運転中のときに、乗りかご１５の荷重が吊り合い重り１６より重ければ、乗りかご１５がバランス方向に動くため、モータ１３が発電機として機能することになり、電力が生じる。同様に、乗りかご１５が上方向に運転中のときに、乗りかご１５の荷重が吊り合い重り１６より軽ければ、乗りかご１５がバランス方向に動くため、モータ１３が発電機として機能して電力が生じる。

このように、バランス方向に動くことにより動力を必要とせずに乗りかご１５を運転することを「回生運転」と呼び、そのときに発生する電力を「回生電力」と呼ぶ。また、その逆に、モータ１３の動力を必要する運転のことを「力行運転」と呼ぶ。例えば退勤時など、上方階から多数の利用者を乗せて下方の基準階へ運転を繰り返すような場合には回生電力が連続的に発生する。

なお、現在の運転状態が回生運転であるのか力行運転であるのかは、乗りかご１５の積載荷重、運転方向から判断できる。また、別の方法として、インバータ１２の直流母線間の電圧変動を検出することでも良い。すなわち、回生運転時にはモータ１３から発生した回生電力がインバータ１２に向けて逆流するので、直流母線間の電圧が上昇する。この状態を検出することで回生運転と判断できる。

回生電力をバッテリ２０へ供給可能な運転状態であれば（ステップＣ１２のＹｅｓ）、エレベータ制御装置１１は、ビルシステム制御装置２１へ充電を開始する旨を伝え（ステップＣ１３）、エレベータシステム充電モードを設定する（ステップＣ１４）。なお、このビルシステム充電モードの処理については図６を参照して説明する。

エレベータシステム充電モードによるバッテリ２０の充電が完了すると、エレベータ制御装置１１は、ビルシステム制御装置２１へ充電完了を伝えて（ステップＣ１５）、通常運転に戻る（ステップＣ１６）。

一方、例えば出勤時など、下方階から多数の利用者を乗せて上方の各階へ運転を繰り返すような場合には電力を多く必要とする。このような運転状態のときは、バッテリ２０の残量がエレベータシステム側で設定された基準値Ｖｅ（基準値Ｖｅ＞基準値Ｖｂ）以下であれば、エレベータ制御装置１１は、停電に備えてバッテリ２０の充電が必要であると判断し（ステップＣ１７のＹｅｓ）、ビルシステム制御装置２１に対して充電要求を行う（ステップＣ１８）。

この充電要求に対し、ビルシステム制御装置２１から充電開始の信号を受信すると（ステップＣ１９のＹｅｓ）、エレベータ制御装置１１は、ビルシステム制御装置２１にバッテリ２０の充電を任せて通常運転を継続する（ステップＣ２０）。ビルシステム制御装置２１から充電完了の信号を受信すると（ステップＣ２１のＹｅｓ）、エレベータ制御装置１１は、ビルシステム制御装置２１への充電要求を終了する（ステップＣ２２）。

（ｄ）エレベータシステム充電モードの処理
次に、エレベータ充電モードの処理動作について説明する。
図６はエレベータ充電モードの処理動作を示すフローチャートである。

エレベータ制御装置１１は、エレベータ充電モードを設定すると（ステップＤ１１）、エレベータが回生運転中であるか否か判断する（ステップＤ１２）。回生運転中であれば（ステップＤ１２のＹｅｓ）、エレベータ制御装置１１は、インバータ１２とバッテリ２０を接続するようにエレベータ側切替えスイッチ１９を切り替え、インバータ１２へ逆流する回生電力をバッテリ２０へ供給して充電を行う（ステップＤ１３）。エレベータ制御装置１１は、バッテリ２０の充電完了を検出すると（ステップＤ１４のＹｅｓ）、エレベータ充電モードを終了し（ステップＤ１５）、通常運転に戻る（ステップＤ１６）。

一方、エレベータ充電モードではない場合（ステップＤ１１のＮｏ）、または、エレベータが回生運転でない場合（ステップＤ１２のＮｏ）、エレベータ制御装置１１は、インバータ１２とコンバータ４を接続するようにエレベータ側切替えスイッチ１９を切り替え、受電設備１７からの電力をインバータ１２へ供給する（ステップＤ１７）。

このように、エレベータシステムとビルシステムが連携することで、互いの状況に応じて余剰電力（エレベータシステムでは回生電力、ビルシステムでは発電設備２３の電力）を利用してバッテリ２０を効率的に充電できる。このようにしてバッテリ２０に蓄えられた電力は停電が発生した場合に利用される。また、通常時であっても、バッテリ２０の電力を商用電源のアシストとして利用すれば省エネ化を実現できる。

以上述べた少なくとも１つの実施形態によれば、エレベータシステムとビルシステムで互いに連携を取ってバッテリに対する充電動作を行うことで、ビル全体の省エネ化と停電時の電力を確保することのできるエレベータの電力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。

１１…エレベータ制御装置、１２…インバータ、１３…モータ、１４…ロープ、１５…乗りかご、１６…吊り合い重り、１７…受電設備、１８…コンバータ、１９…エレベータ側切替えスイッチ、２０…バッテリ、２１…ビルシステム制御装置、２２…ビル設備、２３…発電設備、２４…ビル側切替えスイッチ、３１…運転制御部、３２…通信部、３３…充電モード設定部、３４…充電制御部、３５…充電要求部、４１…運転制御部、４２…通信部、４３…充電モード設定部、４４…充電制御部、４５…充電要求部。

Claims

エレベータの運転を制御するエレベータ制御装置と、このエレベータ制御装置と互いに通信可能に接続され、ビルシステムの運転を制御するビルシステム制御装置と、停電時に用いられるバッテリとを備えたエレベータの電力システムにおいて、
上記エレベータ制御装置は、
上記ビルシステム制御装置からの充電要求に対し、現在の運転状態に応じてエレベータ充電モードを設定するエレベータ充電モード設定手段と、
このエレベータ充電モード設定手段によってエレベータ充電モードが設定されたときに、回生運転中の電力を上記バッテリに供給して充電を行うエレベータ充電制御手段とを具備し、
上記ビルシステム制御装置は、
上記バッテリの残量を監視し、上記バッテリの残量が基準値以下の場合に上記エレベータ制御装置へ充電要求を行うビルシステム充電要求手段と、
この充電要求手段による充電要求に対する応答がない場合にビルシステム充電モードを設定するビルシステム充電モード設定手段と、
このビルシステム充電モード設定手段によってビルシステム充電モードが設定されたときに、ビルに設置された発電設備の電力を上記バッテリに供給して充電を行うビルシステム充電制御手段とを具備したことを特徴とするエレベータの電力システム。
上記エレベータ制御装置において、
上記エレベータ充電モード設定手段は、
上記エレベータが回生電力を供給可能な運転状態にあるときに上記エレベータ充電モードを設定することを特徴とする請求項１記載のエレベータの電力システム。
上記エレベータ制御装置において、
上記バッテリの残量を監視し、上記バッテリの残量と上記エレベータの運転状態から上記バッテリの充電が必要と判断した場合に上記ビルシステム制御装置へ充電要求を行うエレベータ充電要求手段をさらに具備し、
上記ビルシステム制御装置において、
上記ビルシステム充電モード設定手段は、
上記エレベータ制御装置から充電要求があった場合に上記ビルシステム充電モードを設定することを特徴とする請求項１記載のエレベータの電力システム。
上記発電設備は、太陽光を含む自然エネルギーを利用していることを特徴とする請求項１記載のエレベータの電力システム。