JP2020152504A - エレベーター及びエレベーターシステム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池専用の設置場所を別途確保する必要がないエレベーターを提供すると共に、カウンターウェイトに釣合い錘以外の付加価値を付与する。【解決手段】ロープ１と、該ロープが巻き付けられる巻き上げ機２と、前記ロープの一端に吊るされた乗りかご３と、前記ロープの他端に吊るされたカウンターウェイト４と、前記ロープの他端に吊るされた蓄電池５と、を備え、前記カウンターウェイトの重量をＷ１、前記蓄電池の重量をＷ２、前記乗りかごの重量をＷ３、前記エレベーターの定格積載量をＷ４としたときに、下記式（１）を満たすことを特徴とするエレベーターである。【選択図】図１

Description

本発明は、エレベーター及びエレベーターシステムに係り、特に、蓄電池を備えたエレベーター及びエレベーターシステムに関する。

一般に、エレベーターは、ロープと、ロープが巻き付けられる巻き上げ機と、ロープの一端に吊るされた人が乗る乗りかごと、ロープの他端に吊るされたカウンターウェイト（釣合おもり）と、を備えている。カウンターウェイトの重量は、定格積載重量の約半分に設定されている。

乗車人数が少ない状態での上昇運転時や、乗車人数が多い状態での下降運転時において、巻き上げ機は、速度を一定に制限してエレベーターを昇降させる。この回生運転時に発生する回転エネルギーを回生電力という。この回生電力を、蓄電池に充電したり、電力供給系統に戻してエレベーターの運転に用いたりすることで、電力の損失が最低限に抑えられている。

特許文献１には、カウンターウェイトとしての釣合い錘に、回生電力蓄電装置として蓄電装置と充放電装置とが設けられたエレベーターが記載されている。

特許文献２には、乗りかごの発電機と、発電機に接続され発電された電力を貯蔵するバッテリと、バッテリ内の電力を各機器（かご内照明、換気装置、インジケーター、各種センサなど）に電力を供給するための分配器と、が設置されたエレベーターに関し、各機器への電力の供給が、エレベーターの乗りかごの運行上重要な順序があらかじめ定められていることが記載されている。

特開２００２−１４５５４４号公報 特開２００５−１４５６５２号公報

従来のエレベーターでは、回生電力を蓄電池に蓄電する技術が用いられていたが、蓄電池を設置する場所が限られており、乗りかごの上部に乗せると重量が重くなるため、乗りかごとは別の場所に設置する必要があった。また、カウンターウェイトの重量は、乗りかごの重量に対して約半分に設定されているが、カウンターウェイト自体は釣合い錘以外の役割を果たしていなかった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、蓄電池専用の設置場所を別途確保する必要がないエレベーターを提供すると共に、カウンターウェイトに釣合い錘以外の付加価値を付与することにある。

前記課題は、本発明のエレベーターによれば、ロープと、該ロープが巻き付けられる巻き上げ機と、前記ロープの一端に吊るされた乗りかごと、前記ロープの他端に吊るされたカウンターウェイトと、前記ロープの他端に吊るされた蓄電池と、を備え、前記カウンターウェイトの重量をＷ_１、前記蓄電池の重量をＷ_２、前記乗りかごの重量をＷ_３、前記エレベーターの定格積載量をＷ_４としたときに、下記式（１）を満たすことにより解決される。

上記のように構成されたエレベーターによれば、一般的なエレベーターのカウンターウェイトに相当する役割を、ロープの他端に吊るされたカウンターウェイト及び蓄電池が果たすことができる。つまり、カウンターウェイトに釣合い錘以外に蓄電という付加価値が付与される。

また、上記の構成において、さらに、下記式（２）を満たすとよい。

上記の構成では、カウンターウェイト及び蓄電池の総重量に対して、蓄電池の重量が占める割合が５０％以上１００％未満となるように設計されているため、重量の大きい大容量の蓄電池を利用することができる。したがって、停電時のみならず、通常時においても、蓄電池のみを駆動電源としてエレベーターを運転することができる。

また、上記の構成において、記蓄電池は、前記エレベーターの運転が回生運転である時に発生する回生電力を蓄電可能であるとよい。
上記の構成では、カウンターウェイト及び蓄電池の総重量に対して、蓄電池の重量が占める割合が５０％以上１００％未満と重量の大きな蓄電池に回生電力を十分に充電することができる。したがって、停電時のみならず、通常時においても、蓄電池に充電された回生電力によってエレベーターを運転することができる。

また、上記の構成において、前記蓄電池の充電量が所定量以上である場合、前記蓄電池を電力供給源として前記エレベーターの運転に使用するとよい。
上記の構成では、蓄電池の充電量が十分である場合に蓄電池にエレベーターを運行させることで、回生電力を無駄にすることなく、最大限利用することができる。

また、上記の構成において、前記カウンターウェイトは、枠体を備え、前記枠体に対して前記蓄電池が着脱可能に保持されているとよい。
上記の構成では、蓄電池を交換するなど、各種メンテナンスを行うことが可能となる。

前記課題は、本発明のエレベーターシステムによれば、前記のエレベーターを複数備え、停電状態が検出された場合、複数の前記エレベーターのうち特定のエレベーターのみを運転制御し、前記特定のエレベーターに他のエレベーターの前記蓄電池から電力供給を行うことにより解決される。
上記のように構成されたエレベーターシステムによれば、特定のエレベーターにおいて、停電時に蓄電池に充電されている充電量が少ない場合であっても、他のエレベーターが備える蓄電池の電力と併せることで、特定のエレベーターを効果的に運転することが可能となる。

本発明に係るエレベーターによれば、重量の大きい大容量の蓄電池をカウンターウェイトとして積極的に利用するため、カウンターウェイトに釣合い錘に加えて蓄電という付加価値が付与される。換言すると、本発明に係るエレベーターによれば、蓄電池専用の設置場所を別途確保する必要がなく、蓄電池に蓄電用途以外に釣合い錘としての付加価値が付与される。

本実施形態に係るエレベーターを備える集合住宅の模式図である。 本実施形態に係るエレベーターが備えるカウンターウェイトの外観図である。 本実施形態に係るエレベーターの制御システムの構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る主制御部の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係るエレベーターの制御装置の運転制御（特殊運転制御）を示すフローチャートである。 本実施形態に係るエレベーターの制御装置の運転制御（蓄電運転制御）を示すフローチャートである。 変形例に係るエレベーターが備えるカウンターウェイトの外観図である。

以下、図１乃至図６に基づき、本発明の一実施形態（以下、本実施形態）に係るエレベーターＥについて説明する。本実施形態に係るエレベーターＥは、図１に示すように、マンション等の集合住宅Ｈに用いられる。エレベーターＥの昇降路は、集合住宅Ｈの各階を貫いて形成されている。

図１に示されるように、エレベーターＥは、ロープ１と、ロープ１が巻き付けられる巻き上げ機２と、ロープ１の一端に吊るされた乗りかご３と、ロープ１の他端に吊るされたカウンターウェイト４と、ロープ１の他端に吊るされた蓄電池５と、を備えている。

（カウンターウェイト）
図２に示すように、カウンターウェイト４は、一対のカウンターウェイト用レール４ａに支持されている。カウンターウェイト４は、枠体４ｂと及び吊り車４ｃを備えている。

枠体４ｂは、一対のカウンターウェイト用レール４ａの間に配置されており、一対のカウンターウェイト用レール４ａに上下方向に案内され得る。吊り車４ｃは、枠体４ｂの上部の中央に設けられており、ロープ１の他側に吊るされている。

カウンターウェイト４の枠体４ｂの内側には、蓄電池５が着脱可能に固定されて保持されており、蓄電池５を交換するなど、各種メンテナンスを行うことができる。蓄電池５には、エレベーターＥの回生運転時に発生する回生電力が充電される。

一般に、カウンターウェイトの重さは、乗りかごの重量と、定格積載量の半分の和となるように設計される。例えば、乗りかごの重量が１０００ｋｇであり、定格積載量が１３００ｋｇの場合、カウンターウェイトの重量は、１０００ｋｇに６５０ｋｇを足した１６５０ｋｇとなるように設計される。

本実施形態に係るエレベーターＥでは、カウンターウェイト４の重量をＷ_１、蓄電池５の重量をＷ_２、乗りかご３の重量をＷ_３、エレベーターＥの定格積載量をＷ_４としたときに、下記式（１）を満たすように、設計されている。

換言すると、本実施形態に係るエレベーターＥでは、ロープ１の他端に吊るされたカウンターウェイト４及び蓄電池５が、一般的なエレベーターのカウンターウェイトに相当する役割を果たしている。このとき、カウンターウェイト４の重量Ｗ_２は、従来公知の通常の錘を枠体４ｂの内側に固定することで調整可能である。また、従来公知の通常の錘を用いることなく、蓄電池５のみを釣合い錘として利用することも可能である。

また、本実施形態に係るエレベーターＥでは、下記式（２）を満たすように設計されている。

換言すると、本実施形態に係るエレベーターＥでは、ロープ１の他端に吊るされたカウンターウェイト４及び蓄電池５の総重量に対して、蓄電池５の重量が占める割合が５０％以上１００％未満と大きくなるように設計されている。例えば、カウンターウェイト４及び蓄電池５の総重量Ｗ_１＋Ｗ_２が１６５０ｋｇである場合、蓄電池５の重量Ｗ_２を８２５ｋｇ以上１６５０ｋｇ未満、例えば、９００ｋｇとなるようにすればよい。つまり、重量の大きい大容量の蓄電池５を利用することができるため、後述するように、停電時のみならず、通常時においても、蓄電池５のみを駆動電源として（蓄電池５に充電された回生電力のみを用いて）エレベーターＥを運転することができる。

蓄電池５としては、リチウムイオン電池、レドックスフロー電池、ニッケル水素電池、鉛蓄電池、ＮＡＳ電池などを用いることが可能であり、これら複数種類の蓄電池を併用することも可能である。蓄電池５として、大型のリチウムイオン蓄電池を用いることが、充電用量の観点から好適である。従来のエレベーターでは、蓄電池の重量が重いものを用いることが避けられてきたが、本実施形態に係るエレベーターＥのように、蓄電池５を積極的に釣合い錘として利用する場合には、重量の重い蓄電池５を利用することが可能となる。

エレベーターＥの乗りかご３には、不図示のトランクが設けられており、トランクと同じ高さ位置にカウンターウェイト４及び蓄電池５をインターロックすることで、蓄電池５のメンテナンスを行うことが可能となっており、充放電を繰り返して劣化した蓄電池５を交換することができる。

＜エレベーター制御装置１０＞
次に、図３を用いて本実施形態に係るエレベーター制御装置１０の構成を説明する。図３に示すように本実施形態に係るエレベーター制御装置１０は、商用電源１１から交流電力を受け取り整流するコンバーター１２と、コンバーター１２によって整流された電圧を平滑し、直流電圧とする平滑コンデンサ１３と、その直流電圧を所望の周波数、所望の電圧の交流電圧に変換するインバーター１４と、供給制御装置２０と、主制御部２１と、を主構成要素として備えている。エレベーター制御装置１０は、電力供給源を商用電源１１と蓄電池５との間で切り替えを行いエレベーターＥの運行を制御する。

インバーター１４によって変換された電圧が巻き上げ機２のモーターＭに加わり、モーターＭは、ロープ１を介して昇降路内に設けられた乗りかご３を上下させる。また、乗りかご３には、乗りかご３内の荷重を検出する荷重検出部１５が備えられている。

蓄電池５、電力切替スイッチ１６ａ、１６ｂ及び供給制御装置２０が、商用電源１１を代替する電力供給系として機能する。電力切替スイッチ１６ａ、１６ｂは、インバーター１４の接続先を商用電源１１と蓄電池５との間で切り替えることができる。エレベーターＥの通常運転時においては、電力切替スイッチ１６ａが接続され、商用電源１１からの電源供給を受ける。一方、停電時や蓄電池５の充電量が十分である場合には、電力切替スイッチ１６ｂが接続され、蓄電池５から電源供給を受ける。電力切替スイッチ１６ａ、１６ｂの切り替えは主制御部２１によって制御される。

供給制御装置２０は、蓄電池５内の電力をインバーター１４に供給する。また供給制御装置２０は、蓄電池５内の充電量を判断する充電量判断部２２と、登録された目的階までの距離や乗りかご３内の積載荷重、運行方向（乗りかご３の出発階及び行先階）などの情報からエレベーターＥの運行に必要な消費電力量を算出する消費電力量算出部２３を備えている。なお、消費電力量算出部２３は主制御部２１に備えられるものとしてもよい。

図４に示すように、主制御部２１は電力供給に関する機能として、蓄電池駆動制御部２４、運転制御部２５、停電検出部２６を備えている。

蓄電池駆動制御部２４は、蓄電池５の駆動を制御する。運転制御部２５は、インバーター１４の駆動制御や電力切替スイッチ１６ａ，１６ｂの切り替え、電力供給源切り替え後の特殊運転制御、蓄電運転制御などを含むエレベーターＥ全体の制御を行う。特殊運転制御とは、通常の運転制御に比べて消費電力量が小さくなるように低速運転を行う制御とする。この低速運転は例えば、通常の運転制御による走行速度の半分程度の運行速度とする。また、蓄電運転制御とは、蓄電池５のみによる運転制御のことをいう。

停電検出部２６はエレベーターＥの駆動系に商用電源１１からの電力が供給されない状態を停電として検出する。主制御部２１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを搭載したコンピュータからなる。

＜蓄電池５によるエレベーターＥの停電時における特殊運転＞
本実施形態に係るエレベーター制御装置１０の動作について図５のフローチャートを用いて説明する。まず、商用電源１１から供給される電力によってエレベーターＥが通常通り運転されている状態とする。

地震等の理由により商用電源１１の電力供給が断たれて停電が発生したとする。このとき、主制御部２１は停電検出部２６によって停電が発生したことを判断する（ステップＳ１）。なお、停電が発生していないと判断した場合（ステップＳ１のＮｏ）、主制御部２１はエレベーターＥの通常運転を継続する（ステップＳ２）。

主制御部２１は停電が発生したと判断した場合（ステップＳ１のＹｅｓ）、電力切替スイッチ１６ａを開き、電力切替スイッチ（電力供給スイッチ）１６ｂを閉じ、電力供給源を商用電源１１から蓄電池５に切り替えて電力供給を行う（ステップＳ３）。なお、停電の検出方法としては、例えば商用電源１１の電力供給ラインに図示しない電力検知器を設置し、その電力検知器から出力される信号によって停電を検出する方法などがある。

このようにして、停電発生時に電力供給源を蓄電池５に切り替えることによって、供給制御装置２０を通じて安定した電力を駆動系に供給することができる。

次に、供給制御装置２０に備えられる消費電力量算出部２３は、エレベーターＥの利用者によって登録された目的階までの距離や、荷重検出部１５にて検出された乗りかご３内の荷重、運行方向などの情報からエレベーターＥの運行に必要な消費電力量を算出する（ステップＳ４）。

次に、供給制御装置２０に備えられる充電量判断部２２は、蓄電池５に充電されている充電量と、消費電力量算出部２３にて算出されたエレベーターＥの運行に必要な消費電力量とを比較し、その比較結果から供給制御装置２０はエレベーターＥが目的階に移動できる消費電力量を蓄電池５が有しているか否かを判断する（ステップＳ５）。

供給制御装置２０が、蓄電池５がエレベーターＥの運行に必要な電力量を有していると判断した場合（ステップＳ５のＹｅｓ）、供給制御装置２０は主制御部２１に電力を供給する（ステップＳ６）。そして主制御部２１は供給された電力を用いて特殊運転制御を行う（ステップＳ７）。

一方、蓄電池５が、エレベーターＥの運行に必要な電力量を有していないと判断した場合（ステップＳ５のＮｏ）、供給制御装置２０は主制御部２１への電力供給を行わず、エレベーターＥの運転は停止する。

以上のように、エレベーター制御装置１０は、停電検出部２６が停電状態を検出した場合、運転制御部２５は電力供給源を商用電源１１から蓄電池５に切り替え、充電量判断部２２によって判断された蓄電池５内の充電量が消費電力量算出部２３によって算出された消費電力量に達していると判断した後に、エレベーターＥを運転させるため、停電時であっても安定してエレベーターＥを運行させることが可能となる。

従来のエレベーターでは、蓄電池の容量が小さく、電力だけではエレベーターＥを繰り返し運行させることはできなかった。しかし、本実施形態の蓄電池５は、十分に大きな蓄電容量を有しているため、主制御部２１が電力供給源を商用電源１１から蓄電池５に切り替えた場合であっても、エレベーターＥを運転することができる。

＜蓄電池５によるエレベーターＥの運転＞
次に、本実施形態に係るエレベーター制御装置１０の別の動作について図６のフローチャートを用いて説明する。まず、商用電源１１から供給される電力によってエレベーターＥが通常通り運転されている状態とする。

エレベーターＥが回生運転を繰り返すことで、蓄電池５に電力が徐々に蓄電されていく。このとき、主制御部２１は、充電量判断部２２からの情報に基づいて、蓄電池５が所定量以上の消費電力（充電量）を有しているかを判断する（ステップＳ１１）。蓄電池５の充電量が所定量以下であると判断した場合（ステップＳ１１のＮｏ）、主制御部２１は商用電源１１によるエレベーターＥの通常運転を継続する（ステップＳ１２）。

主制御部２１は蓄電池５が所定量以上の消費電力を有していると判断した場合（ステップＳ１１のＹｅｓ）、電力切替スイッチ１６ａを開き、電力切替スイッチ（電力供給スイッチ）１６ｂを閉じ、電力供給源を商用電源１１から蓄電池５に切り替えて電力供給を行う（ステップＳ１３）。なお、蓄電池５の充電量の検出方法としては、例えば図示しない充電量検知器を設置し、その充電量検知器から出力される信号によって充電量を検出する方法などがある。

このようにして、蓄電池５の充電量が十分である場合に電力供給源を蓄電池５に切り替えることによって、供給制御装置２０を通じて安定した電力を駆動系に供給することができる。

次に、供給制御装置２０に備えられる消費電力量算出部２３は、エレベーターＥの利用者によって登録された目的階までの距離や、荷重検出部１５にて検出された乗りかご３内の荷重、運行方向などの情報からエレベーターＥの運行に必要な消費電力量を算出する（ステップＳ１４）。

次に、供給制御装置２０に備えられる充電量判断部２２は、蓄電池５に充電されている充電量と、消費電力量算出部２３にて算出されたエレベーターＥの運行に必要な消費電力量とを比較し、その比較結果から供給制御装置２０はエレベーターＥが目的階に移動できる消費電力量を蓄電池５が有しているか否かを判断する（ステップＳ１５）。

供給制御装置２０が、蓄電池５がエレベーターＥの運行に必要な電力量を有していると判断した場合（ステップＳ１５のＹｅｓ）、供給制御装置２０は主制御部２１に電力を供給する（ステップＳ１６）。そして主制御部２１は供給された電力を用いて蓄電池５による蓄電運転制御を行う（ステップＳ１７）。

一方、蓄電池５が、エレベーターＥの運行に必要な電力量を有していないと判断した場合（ステップＳ１５のＮｏ）、主制御部２１は、商用電源１１によるエレベーターＥの通常運転を継続する。

以上のようにして、蓄電池５の充電量が十分である場合に蓄電池５に必要な充電量を算出した上で、その必要な充電量が充電されている場合に、エレベーターＥを運行させることで、回生電力を無駄にすることなく、最大限利用することができる。

従来のエレベーターでは、蓄電池の電力のみではエレベーターＥを繰り返し運行させることはできなかった。しかし、本実施形態のエレベーターＥでは、重量の大きい大容量の蓄電池５を利用することができるため、蓄電池５として十分に大きな蓄電容量を有しているものを用いることができる。したがって、停電時のみならず、平常時においても主制御部２１が電力供給源を商用電源１１から蓄電池５に切り替えることで、エレベーターＥを運転することができる。

＜変形例＞
本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。本実施形態の変形例に係るエレベーターが備えるカウンターウェイト４Ｘについて図７を参照して説明する。

上記の実施形態では、蓄電池５が１つのモジュールのみで構成されていたが、変形例に係るカウンターウェイト４Ｘでは、図７に示すように、複数のモジュールに分割された蓄電池５ａが、上下方向に積み重ねられている。このように蓄電池５ａが複数のモジュールに分割されている場合、特定の蓄電池５ａのみを交換することが可能となるため、修理やメンテナンスの観点から好ましい。

また、上記の実施形態では、蓄電池５に充電された回生電力をエレベーターＥの運転に用いる例を示したが、蓄電池５に充電された回生電力を、乗りかご３内の照明装置、換気装置、インジケーター、各種センサなどの駆動に用いてもよい。

また、上記の実施形態では、蓄電池５に回生電力を充電する例を示したが、回生電力以外の電力を蓄電池５に充電するようにすることも可能である。例えば、エレベーターＥが設けられた集合住宅Ｈの屋上に太陽電池（不図示）を設置しておき、太陽光によって発電された電力を蓄電池５に充電するようにしてもよい。

また、上記実施形態において、エレベーターＥの運転が回生運転である場合、消費電力量算出部２３は、回生運転時に発生する回生電力量を考慮してエレベーターＥの運行に必要な消費電力量を算出するように構成してもよい。

また、上記の実施形態に係るエレベーターＥを複数台備える集合住宅Ｈにおいて、停電検出部２６によって停電状態が検出された場合、複数のエレベーターＥのうち特定のエレベーターＥのみを運転制御するようにしておき、当該特定のエレベーターＥに他のエレベーターＥの蓄電池５から電力供給を行うことよい。このような構成によれば、特定のエレベーターＥにおいて、停電時に蓄電池５に充電されている充電量が少ない場合や、蓄電池５の容量が小さい場合であっても、他のエレベーターＥが備える蓄電池５の電力と併せることで、特定のエレベーターＥを効果的に運転することが可能となる。

このとき、通常運行時において、複数のエレベーターＥが備えるそれぞれの蓄電池５の間で、充電量が均等となるように、回生電力の充電先を調整したり、使用頻度の高い特定のエレベーターＥの蓄電池５に優先的に充電を行うように調整したりすることも可能である。

Ｈ 集合住宅
Ｅ エレベーター
１ ロープ
２ 巻き上げ機
３ 乗りかご
４，４Ｘ カウンターウェイト
４ａ カウンターウェイト用レール
４ｂ 枠体
４ｃ 吊り車
５，５ａ 蓄電池（電力供給源）
１０ エレベーター制御装置
１１ 商用電源
１２ コンバーター
１３ 平滑コンデンサ
１４ インバーター
１５ 荷重検出部
１６ａ，１６ｂ 電力切替スイッチ
２０ 供給制御装置
２１ 主制御部
２２ 充電量判断部
２３ 消費電力量算出部
２４ 蓄電池駆動制御部
２５ 運転制御部
２６ 停電検出部

Claims (6)

1. ロープと、
   該ロープが巻き付けられる巻き上げ機と、
   前記ロープの一端に吊るされた乗りかごと、
   前記ロープの他端に吊るされたカウンターウェイトと、
   前記ロープの他端に吊るされた蓄電池と、を備え、
   前記カウンターウェイトの重量をＷ_１、
   前記蓄電池の重量をＷ_２、
   前記乗りかごの重量をＷ_３、
   前記エレベーターの定格積載量をＷ_４としたときに、下記式（１）を満たすことを特徴とするエレベーター。
   

   
2. さらに、下記式（２）を満たすことを特徴とする請求項１に記載のエレベーター。
   

   
3. 前記蓄電池は、前記エレベーターの運転が回生運転である時に発生する回生電力を蓄電可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエレベーター。
4. 前記蓄電池の充電量が所定量以上である場合、前記蓄電池を電力供給源として前記エレベーターの運転に使用することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエレベーター。
5. 前記カウンターウェイトは、枠体を備え、
   前記枠体に対して前記蓄電池が着脱可能に保持されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエレベーター。
6. 請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエレベーターを複数備え、
   停電状態が検出された場合、複数の前記エレベーターのうち特定のエレベーターのみを運転制御し、
   前記特定のエレベーターに他のエレベーターの前記蓄電池から電力供給を行うことを特徴とするエレベーターシステム。

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