JP2019011141A

JP2019011141A - 非接触給電システム

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Publication number: JP2019011141A
Application number: JP2017126887A
Authority: JP
Inventors: 山田　正明; Masaaki Yamada; 山田　　正明; 森　和久; Kazuhisa Mori; 森　　和久; 大沼　直人; Naoto Onuma; 大沼　　直人; 洋平松本; Yohei Matsumoto; 孝道星野; Takamichi Hoshino
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2019-01-24
Also published as: CN109205438B; CN109205438A

Abstract

【課題】移動体へ非接触で給電可能な構成を有し、かつ、複数の移動体へ少ない送電構成で給電することができる非接触給電システムを提供する。【解決手段】本発明に係る非接触給電システムは、送電回路および送電コイルを有する送電部と、乗りかごに設置された受電回路および受電コイルを有する受電部と、前記送電部に給電を指示する制御部とを備え、前記送電部と前記受電部との間で非接触にて給電する非接触給電システムにおいて、前記送電部を移動させる駆動部と、昇降路に設置され前記駆動部が移動可能なレールとを更に備え、前記制御部は、前記送電部の配置されている第一の給電階に前記乗りかごが停止する場合、前記送電部が前記受電部と対向するようにあらかじめ決められた位置へ移動するよう前記駆動部へ指示することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触給電システムに関する。

近年のビルディングの超高層化に伴い、ビルディング内に設置されるエレベーターの長行程化が必要となる。一般的なエレベーターは、乗りかごから吊り下げられるテールコードと呼ばれる給電線により、乗りかご内機器への給電を行っている。

エレベーターの長行程化に伴いテールコードも長くなるため、例えば、テールコードの質量が増大し、ある長さを超えることで自重に耐えられなくなることが懸念される。そのため、長行程のエレベーターにおいては、テールコードのない構成が望まれる。

テールコードを用いることなく乗りかご内機器へ給電する方法として、特許文献１に開示された技術がある。特許文献１には、昇降路内に少なくとも２台のエレベーターが並設された構成において、昇降路内の給電位置に移動体である乗りかごが給電位置に来たときに所要の電力を非接触で給電する給電装置と、乗りかご１と２に設置され、給電位置で上給電装置から給電される電力を受電する受電装置をそれぞれ備えるエレベーターが開示されている。

特開２０１３−４７１３７号

特許文献１に記載されたエレベーターの非接触給電システムは隣接する２台の乗りかごに対して１つの給電装置で給電する構成が開示されているが、給電装置は昇降路に固定されるため、乗りかごの状況に合わせて給電装置が移動可能な構成は開示されていない。ｘ
したがって、本発明の目的は、上記事情に鑑み、乗りかごの運行状況に合わせて移動可能な非接触給電システムを提供することにある。

本発明に係る非接触給電システムは、送電回路および送電コイルを有する送電部と、乗りかごに設置された受電回路および受電コイルを有する受電部と、前記送電部に給電を指示する制御部とを備え、前記送電部と前記受電部との間で非接触にて給電する非接触給電システムにおいて、前記送電部を移動させる駆動部と、昇降路に設置され前記駆動部が移動可能なレールとを更に備え、前記制御部は、前記送電部の配置されている第一の給電階に前記乗りかごが停止する場合、前記送電部が前記受電部と対向するようにあらかじめ決められた位置へ移動するよう前記駆動部へ指示することを特徴とする。

本発明によれば、乗りかごの状況に合わせて移動可能な非接触給電システムを提供することができる。

上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

実施例１に係る非接触給電システムを示す模式図である。実施例１に係る非接触給電システムの給電フローを示す図である。実施例１に係る非接触給電システムの給電時を示す模式図である。実施例１に係る非接触給電システムの退避時を示す模式図である。実施例１に係る非接触給電システムを複数乗りかごに適用した構成の模式図である。実施例１に係る非接触給電システムを複数乗りかごへの給電フローを示す図である。実施例１に係る非接触給電システムの制御情報テーブルを示す図である。実施例３に係る非接触給電システムを構成する固定式送電部と移動式送電部を併せ持つ構成を示す模式図である。実施例３に係る非接触給電システムにおいて蓄電残量の少ない乗りかごに優先して充電を行う制御フローを示す図である。実施例３に係る非接触給電システムにおいて充電完了後に蓄電残量の少ない他の乗りかごに充電を行う制御フローを示す図である。複数乗りかごを円形に配置し、昇降方向に対し真上から見た図である。本発明に係る非接触給電システムの駆動部及び送電部の詳細図である。実施例４に係る非接触給電システムの移動可能な送電部が鉛直方向に移動する構成を示す模式図である。実施例４に係る非接触給電システムにおいて送電部が乗りかごに追従し、充電を行う際の制御フローを示す図である。

以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１は実施例１に係る非接触給電システムを示す模式図である。なお、図１に示した配置はあくまでも一例であり、エレベーターの機能を損なわないかぎり、異なる配置でも構わない。

図１に示すように、実施例１に係る非接触給電システム１は、昇降路４５を昇降する乗りかご４０と、乗りかご４０とともに昇降する釣合おもり３３と、一端が乗りかご４０に接続され、他端が釣合おもり３３に接続されたロープ３２と、を備えている。乗りかご４０には、乗客が乗降するためのドア４３が設けられている。

本実施例では、乗りかご４０として、乗客を運搬する乗りかごを示しているが、これに限られるものではなく、荷物のみを運搬するようなものであってもよい。

乗りかご４０は、巻上機３１の動力によりロープ３２に案内されて紙面の上下方向に昇降する。送電部１０はコイル、インバータ、コンデンサ等から成り、電源１３から供給された電力を高周波に変換し、磁界を発生させる。

乗りかご４０の上部には、充放電回路２１と、蓄電装置２２と、受電部２０とが設置される。

受電部２０はコイル、コンデンサ、整流器等から成り、送電部１０の磁界を受け、電力を受電する。充放電回路２１は蓄電装置２２および乗りかご４０で使用される電力を供給する。蓄電装置２２は鉛蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、キャパシタ等の蓄電装置である。

駆動部１１はモーター、車輪、位置センサ、通信部等を有し、制御部３０の指示により、レール１５上を該当方向へ移動する。

電源１３はAC200Vや400V、DC等の電源である。電源ケーブル１２は電源１３から駆動部１１への電源ケーブルで、駆動部１１の移動に合わせて変形可能なケーブルである。昇降路４５に設置されるレール１５は、駆動部１１が移動するレールであり、乗りかご４０が停止した際に、送電部１０と受電部２０とが対向可能な位置に設置されている。

制御部３０は巻上機３１、送電部１０、駆動部１１等を制御する。図２は非接触給電システムの制御フローを示す図である。

エレベーターホールの呼出ボタンや乗りかご内の行先ボタンが押され、乗りかご停止階が確定する（Ｓ１００１）。制御部は確定した停止階に送電部１０が設置された給電階であるか判断する（Ｓ１００２）。

給電階に停止する場合（Ｓ１００２：Ｙｅｓ）、送電部１０が給電位置であるかどうか判断し、給電位置でない場合（Ｓ１１０１：Ｎｏ）、駆動部１１はレール１５上を給電位置まで移動する。給電位置である場合（Ｓ１１０１：Ｙｅｓ）、乗りかごの到着まで待機し（Ｓ１１０３）、乗りかごが到着したら給電を行う（Ｓ１１０４）。

図３は給電時（Ｓ１１０４）の模式図である。送電部１０が設置された給電階に停止し、送電部１０と受電部２０が対向する。送電部１０は高周波磁界を発生し、向かい合った受電部２０は電力を受電する。

給電階に停止せず通過する場合（Ｓ１００２：Ｎｏ）、送電部１０が退避位置であるか判断し、退避位置でない場合（Ｓ１２０１：Ｎｏ）、退避する（Ｓ１２０２）。

退避位置である場合（Ｓ１２０１：Ｙｅｓ）、そのまま待機する（１２０３）。図４は退避時の模式図である（Ｓ１２０３）。送電部１０は移動体である乗りかご４０から離れた位置に待機し、乗りかご４０が通過する。

ここで退避及び退避位置とは乗りかご等の移動体と送電部１０、駆動部１１等の距離を最大化できる距離で、この距離が近いと乗りかごが高速で通過する際に風切音や振動の原因となるおそれがあり、この制御によってこれを回避できる。

図５は実施例２に係る非接触給電システムを構成する複数乗りかごへの給電を示す模式図である。乗りかご４０ａ、４０ｂ、４０ｃの３つの乗りかご上にはそれぞれ受電部２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、充放電回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、蓄電装置２２ａ、２２ｂ、２２ｃが搭載されている。

レール１５は、給電階において複数の昇降路を横断して設置されている。

図６に給電制御のフローを、図７に制御情報テーブルを示し詳細に説明する。

制御情報テーブルは各号機の現在の蓄電残量や給電のための停止位置、乗りかごの現在位置、乗りかごの次停止階情報等を含む。

制御部３０はそれぞれの乗りかごを制御し、エレベーターホールの呼出ボタンや乗りかご内の行先ボタンが押され、乗りかご停止階が確定する（Ｓ２００１）。

制御部３０は確定した停止階に送電部１０が設置された給電階であるか判断する（Ｓ２００２）。

停止予定階が給電階の場合（Ｓ２００２：Ｙｅｓ）、制御部は制御情報テーブルにより各号機の蓄電残量を比較する（Ｓ２００３）。給電階に停止するか否か、蓄電残量、乗りかごの現在に応じて給電を行う号機を決定する（Ｓ２００４）。

送電部１０が給電位置にあるか否かを判断し、給電位置でない場合（Ｓ２１０１：Ｎｏ）、制御部３０は移動可否確認を行う（Ｓ２１０２）。移動可否確認とはレール１５上を移動する際に、給電対象号機ではない乗りかごが通過するときに、振動等が発生するおそれがあるため、通過を待ってから移動を行うための処理である。

例えば制御情報テーブルから乗りかごが走行中及び給電階に近い階にある場合、移動不可、一時待機し、乗りかごが給電位置を通過したら移動可とし、駆動部１１はレール１５上を給電位置まで移動する（Ｓ２１０２）。

送電部１０が給電位置にある場合（Ｓ２１０１：Ｙｅｓ）、乗りかごの到着まで待機し（Ｓ２１０３）、乗りかごが到着したら給電を行う（Ｓ２１０４）。

また、停止予定階が給電階でない場合（Ｓ２００２：Ｎｏ）、乗りかごが停止予定階に到着するまでに通過する可能性のある送電部１０は退避する。送電部１０が退避位置にある場合（Ｓ２２０１：Ｙｅｓ）、そのまま待機する（Ｓ２２０３）。退避位置にない場合（Ｓ２２０１：Ｎｏ）、送電部１０は移動体である乗りかご４０から離れた位置に待機し、乗りかご４０が通過するのを待つ。

なお、乗りかごが通過するまで待機としたが、これに限らない。例えば、早急に充電が必要な号機があり、その号機まで移動可能な場合、移動を開始し、その乗りかごへの給電を優先してもよい。

図８は実施例３に係る非接触給電システムを構成する固定式送電部と移動式送電部を併せ持つ構成を示す模式図である。ここでは乗りかごの蓄電残量が少なく充電が必要となった場合の制御フローについて図９に示し説明する。

利用者の乗降頻度が高い給電階１Ｆには各号機の乗りかご４０ａ、４０ｂ、４０ｃに対し、送電部１０ａ、１０ｂ、１０ｃが梁１６に固定し設置されている。一方、比較的乗降頻度が低い給電階ｘＦには駆動部１１によりレール１５上を移動し、給電可能な送電部１０を設置している。

制御部３０は重電残量を随時監視する（Ｓ３００１）、乗りかご４０ａの蓄電残量が少なくなった場合、例えばあらかじめ設定された閾値以下であった場合（Ｓ３００１：Ｙｅｓ）、制御部３０は最寄給電階を算出する（Ｓ３００２）。

例えば最寄給電階が１Ｆと算出された場合、乗りかご４０ａは最寄給電階の給電階１Ｆに向けて昇降を開始する（Ｓ３００３）。次に、最寄給電階が移動可能な送電部であるか否かを判断する（Ｓ３００４）。送電部１０ａは固定であるため（Ｓ３００４：Ｎｏ）、乗りかごが給電階１Ｆに到着したら（Ｓ３００７）、給電を開始する（Ｓ３００８）。

また、乗りかご４０ｃの蓄電残量が少なくなった場合、最寄給電階算出により、例えば給電階ｘＦが算出される（Ｓ３００２）。乗りかご４０ｃは最寄給電階の給電階ｘＦに向けて昇降を開始する（Ｓ３００３）。

次に、最寄給電階が移動可能な送電部であるか否かを判断し（Ｓ３００４）、送電部１０は移動可能な送電部であるため（Ｓ３００４：Ｙｅｓ）、送電部１０は移動を開始する（Ｓ３００５）。

給電位置Ｐ３０に移動したのち、乗りかご４０ｃが到着するまで待機し（Ｓ３００６）、乗りかご４０ｃが給電階１Ｆに到着したら（Ｓ３００７）、給電を開始する（Ｓ３００８）。

また、利用者の乗降頻度が高い第一の給電階には各号機の乗りかごに対し、固定された送電部がそれぞれ設けられ、比較的乗降頻度が低い第二の給電階には駆動部１１によりレール１５上を移動し、給電可能な送電部１０が設置される構成としたことで、送電装置の全体の設置個数を低減しつつ、給電階の階数を増やすことができる。すなわち、給電機会を増やすことが出来るから、蓄電残量不足による停止の発生を抑制することが可能となる。

図１０は充電完了後に、蓄電残量が閾値以下でかつ最も少ない他の乗りかごに充電を行う制御フローである。

制御部３０は駆動部１１により移動可能な送電部１０に給電指示を出す（Ｓ４００１）。指示された給電位置であるか確認し（Ｓ４００２）、給電位置であれば待機する（Ｓ４００３）。

給電位置でない場合（Ｓ４００２：Ｎｏ）、移動を開始する（Ｓ４００４）。乗りかごが給電階に到着したら（Ｓ４００５）、給電を開始する（Ｓ４００６）。

制御部３０は蓄電装置の蓄電残量を監視し、充電完了の場合（Ｓ４０１０：Ｙｅｓ）、他の号機の給電が必要か（蓄電残量が閾値以下か否か）を判断する（Ｓ４０１１）。

給電が必要な号機がある場合（Ｓ４０１１：Ｙｅｓ）、該当の給電位置へ移動を開始する（Ｓ４００４）。給電が必要な号機がない場合（Ｓ４０１１：Ｎｏ）、そのまま待機するか退避する（Ｓ４０１２）。

以上の構成により、蓄電残量が閾値以下で最も少なくなった号機を優先的に充電することで、充電切れになる乗りかごの発生を抑止、エレベーターが所望の動作を行えない状況の発生を抑止することが可能となる。

なお、レール１５を昇降方向に対し、水平１方向と図示したがこれに限らない。また、電源ケーブル１２はレール１５上の一部に統合してもよい。

図１１は乗りかご４０ａ〜ｆを昇降方向に対し、真上から見た図である。各乗りかごは円形に配置し、レール１５はループ状であり、駆動部１１はレール１５上から電力を得て、１方向に際限なく移動することができる。

以上の構成により、各乗りかごに対し、送電部１０の移動距離が短くなるため、給電開始時間を早めることができる。

図１２は送電部１０および駆動部１１の詳細図である。レール１５上を駆動部１１に移動し、送電部１０により送電する。駆動部１１は補助レール１５１に沿わされた電源ケーブル１２から電力供給を受ける。この補助レール１５１により、電源ケーブル１２が昇降路４５内の他の構造物に引っ掛かることを抑止する。高周波電源１０１により高周波電力は送電部１０に供給される。

また、駆動装置１１１にも電力を供給し、車輪１１２を回転させることで駆動部１１及び送電部１０はレール１５上を移動する。

なお、電力源にて移動するとしたがこれに限らない。例えば、動力源を持たず可搬して設置する構成としてもよい。

図１３は実施例４に係る非接触給電システムを構成する移動可能な送電部が鉛直方向に移動する構成を示す模式図である。

レール１５は乗りかご４０の移動方向に沿って設置され、駆動部１１は乗りかご４０の昇降位置に応じて移動し、送電部１０から受電部２０に給電する。

乗りかご４０は送電部１０および駆動部１１より上部にあり、レール１５の下端が給電開始位置、レール１５の上端が給電終了位置である。

乗りかご４０が上昇し、受電部２０がレール１５上を通過する際に駆動部１１は送電部１０と受電部２０が対向するように移動し、給電を行う。

図１４は送電部１０が乗りかご４０に追従し、充電を行う際の制御フローである。

追従指示を受けた送電部１０が給電開始位置にあるか否かを判断し、制御部３０から指示された該当の給電位置にある場合（Ｓ５００１：Ｙｅｓ）、その場に待機する（Ｓ５００２）。該当の給電位置にない場合（Ｓ５００１：Ｎｏ）、駆動部１１によって給電位置へ移動される（Ｓ５００３）。

ここで給電開始位置とは、駆動部１１の可動範囲における乗りかご４０に近い位置である。駆動部１１が乗りかご４０より下にあれば上端、上にあれば下端となる。

乗りかご４０が到着し、給電可となれば給電を開始する（Ｓ５００４）。乗りかご４０が移動中に、駆動部１１は乗りかご４０の動きに合わせてレール１５上を昇降し（Ｓ５００５）、給電を継続する（Ｓ５００６）。レール１５端部に到達し、追従できなくなったら給電を停止する（Ｓ５００７）。

なお、レールに１つの送電コイルとしたがこれに限らない。１つの駆動部に２つの送電コイルを搭載してもよいし、複数の送電コイルそれぞれに駆動部を備えてもよい。

以上の構成により、乗りかごの到着、出発時の比較的移動速度が遅い昇降直後に給電を行うことにより給電時間を延ばし、蓄電残量不足による停止の発生を抑制することが可能となる。

さらには乗りかご位置により給電開始位置へ移動するとしたが、これに限らず、呼出階にあらかじめ待機し、乗りかご到着時に給電するとしてもよい。また、給電中に比較的大きい消費電力の空調を連動してオンするなどしてもよい。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。

また、製品上必ずしも制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０…送電部、１１…駆動部、１３…電源、１５…レール、１６…梁、２０…受電部、２１…充放電回路、２２…蓄電装置、３０…制御部、３１…巻上機、３２…ロープ、３３…釣合おもり、４０…乗りかご、４３…ドア、４５…昇降路

Claims

送電回路および送電コイルを有する送電部と、
乗りかごに設置された受電回路および受電コイルを有する受電部と、
前記送電部に給電を指示する制御部とを備え、
前記送電部と前記受電部との間で非接触にて給電する非接触給電システムにおいて、
前記送電部を移動させる駆動部と、
昇降路に設置され前記駆動部が移動可能なレールとを更に備え、
前記制御部は、前記送電部の配置されている第一の給電階に前記乗りかごが停止する場合、前記送電部が前記受電部と対向するようにあらかじめ決められた位置へ移動するよう前記駆動部へ指示することを特徴とする非接触給電システム。
請求項１記載の非接触給電システムにおいて、
前記乗りかごは、充放電回路および蓄電池を有する蓄電装置を更に備え、
前記蓄電装置は、前記受電部で受電した電力を充放電することを特徴とする非接触給電システム。
請求項１または２記載の非接触給電システムにおいて、
前記制御部は、前記第一の給電階に前記乗りかごが停止しない場合であって、前記第一の給電階にある前記送電部が、前記乗りかごが通過する際に前記受電部と対向する位置にある場合、前記乗りかごと前記送電部との距離が離れるように前記駆動部を移動させる指示をすることを特徴とする非接触給電システム。
請求項２または３記載の非接触給電システムにおいて、
前記レールは、前記第一の給電階において複数の昇降路を横断して設置され、
前記制御部は、前記複数の昇降路においてそれぞれ昇降する乗りかごの内、前記蓄電装置の蓄電残量が閾値以下である乗りかごを判断し、前記蓄電残量が閾値以下の乗りかごに給電可能な位置へ前記駆動部を移動させる指示をすることを特徴とする非接触給電システム。
請求項２または３記載の非接触給電システムにおいて、
前記レールは、前記第一の給電階において複数の昇降路を横断して設置され、
前記制御部は、前記複数の昇降路においてそれぞれ昇降する乗りかごの内、第１の乗りかごに搭載された第１の蓄電部が満充電となった場合、前記蓄電装置の蓄電残量が閾値以下であり、かつ、最も少ない他の乗りかごを検出し、前記他の乗りかごに給電可能な位置へ前記駆動部を移動させる指示をすることを特徴とする非接触給電システム。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の非接触給電システムにおいて、
前記レールは前記乗りかごの進行方向に沿って配置され、
前記制御部は、前記乗りかごの移動に合わせて前記駆動部を移動させながら前記送電部に給電を指示することを特徴とする非接触給電システム。
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の非接触給電システムにおいて、
前記レール上に２つ以上の前記送電部及び前記駆動部を設けることを特徴とする非接触給電システム。
請求項４または５に記載の非接触給電システムにおいて、
第二の給電階には前記昇降路に固定して設置される前記送電部を備えることを特徴とする非接触給電装置。