JP4452399B2

JP4452399B2 - 交流エレベータの電源装置

Info

Publication number: JP4452399B2
Application number: JP2000394735A
Authority: JP
Inventors: 隆夫岡田; 義知吉野; 一洋塩出; 和則長谷川; 新一村上; 茂長嶋
Original assignee: Furukawa Battery Co Ltd; Fujitec Co Ltd
Current assignee: Furukawa Battery Co Ltd; Fujitec Co Ltd
Priority date: 2000-01-13
Filing date: 2000-12-26
Publication date: 2010-04-21
Anticipated expiration: 2020-12-26
Also published as: JP2001261246A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流エレベータの電源装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般にエレベータにおいては、図１６に示す如く、巻上装置８２に巻き付けられたロープ８３の一端にエレベータかご８を連結すると共に他端に釣り合い重り８１を連結したつるべ構造が採用されており、定格積載荷重の４０〜５０％の荷重でバランスするように、釣り合い重り８１の重量が調節されている。
【０００３】
ところで、近年のパワーエレクトロニクス素子及びそれを制御する技術の進歩により、図示の如くインバータ３によって巻上装置８２の誘導電動機に可変電圧・可変周波数の交流電力を供給して速度制御を行ない、エレベータかご８を昇降させるインバータ駆動方式が実用化されている。
【０００４】
インバータ駆動方式のエレベータにおいて、かごが満員で上昇する場合や、かごが空で下降する場合は、位置エネルギーを増大させる必要があるため、この増加エネルギー分は、電源１からコンバータ２及びインバータ３を通じて誘導電動機に供給される。このような運転モードは“上げ荷運転”と呼ばれる。逆に、かごが空で上昇を行なう場合や、満員で下降する場合は、位置エネルギーを減少させることになり、減少した位置エネルギー分は誘導電動機にて電気エネルギー(電力)に変換され、インバータ３に戻ってくる。
【０００５】
このような運転モードは“下げ荷運転”と呼ばれ、インバータ３に戻される電力は“回生電力”と呼ばれる。この回生電力は、何らかの方法で処理しなければ、インバータの入力電圧が上昇し、制御素子が破壊することになる。
【０００６】
そこで、従来は、トランジスタを用いた電源回生可能コンバータを用いて回生電力を電源側に返す方法と、回生電力を抵抗により熱に変換して空気中に放散させる方法が知られており、前者の方法は主として高層ビルディングの高速エレベータに、後者の方式は中低層ビルディングの中低速エレベータに採用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前者の方式に用いられる電源回生可能コンバータは、変換効率が高く、力率をほぼ１とすることができる等、非常に優れた方式であるが、装置が高価となる欠点がある。これに対し、後者の方式は制御が簡単で、装置は安価となるが、回生電力を熱として放散させるので、エネルギー利用効率が低い問題があった。
【０００８】
又、エレベータ駆動用の電動機の電源装置として、一定電圧の直流電源装置に並列に蓄電池を接続し、エレベータ電動機の減速時には回生電力によって蓄電池を充電し、エレベータ電動機の加速時には主として蓄電池から電動機に電流を供給する電源装置が提案されている(特開昭５３−４８３９号)。
【０００９】
しかしながら、該電源装置においては、電源の交流出力を直流に変換するための整流回路の電圧変動率特性と蓄電池の電圧変動率特性との間に特定の対応関係が必要であり、その様な対応関係を満たす整流回路や蓄電池を設計することは困難であるため、実現が容易でない問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、エネルギー利用効率が高く、然も容易に実現することが出来る交流エレベータの電源装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、商用電源と、商用電源からの電力により動作して交流の電力を発生するインバータと、該インバータが発生する交流の電力によって駆動される電動機とを具えた交流エレベータにおいて、
充電／放電が可能なバッテリーと、該バッテリーに充電と放電を行なわしめるための充電／放電回路と、該充電回路を閉路するための充電制御素子と、前記放電回路を閉路するための放電制御素子と、前記充電制御素子と前記放電制御素子のオン／オフの制御と前記商用電源の全波整流電圧よりも高い一定の電圧に相当する値の電圧指令を目標値として前記インバータへの入力電圧を制御する制御回路とを備え、該制御回路は前記充電／放電回路による充電と放電の優劣を相対的に決定し、前記充電制御素子と前記放電制御素子を交互にオン／オフすることで、前記電動機からの回生電力によって前記バッテリーを充電すると共に、該バッテリーの発生電力を前記インバータに供給する手段を備えるものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
ここで、制御回路は、インバータの入力電圧を一定に制御する電圧制御手段を具えている。充電／放電回路は、充電回路を閉路するための充電制御素子と、放電回路を閉路するための放電制御素子とを具え、制御回路によって、充電制御素子及び放電制御素子のオン／オフが制御される。
【００１３】
制御回路は、充電制御素子と放電制御素子を交互にオンとして、バッテリーに充電と放電を交互に行なわしめる。そして、制御回路は、バッテリーの充電状態或いはエレベータの運転状態に応じて、充電制御素子のオン時間と放電制御素子のオン時間を相対的に変化させることによって、充電回路による充電と放電回路による放電の優劣を決定する。
【００１４】
これによってインバータの入力電圧が一定に制御され、例えば下げ荷運転時には電動機からインバータを経て供給される回生電力がバッテリーに充電され、上げ荷運転時にはバッテリーの発生電力がインバータを経て電動機に供給される。
【００１５】
又、制御回路は、バッテリーの放電を規制するための放電規制手段と、バッテリーの充電を規制するための充電規制手段とを具えている。ここで、制御回路の充電規制手段は、バッテリーの充電状態が定格容量の８０％程度を上回ったとき、該バッテリーへの充電を阻止することによって、過充電を防止する。又、制御回路の放電規制手段は、バッテリーの充電状態が定格容量の３０％程度を下回ったとき、該バッテリーからの放電を阻止することによって、過放電を防止する。
【００１６】
制御回路の充電規制手段及び放電規制手段は、インバータの入力電圧とその電圧指令との偏差に対して制限を加えるリミッター回路によって構成される。そして、バッテリーの充電状態が定格容量の８０％程度を上回ったとき、リミッター回路は、充電側のリミッター値がゼロに設定される。又、バッテリーの充電状態が定格容量の３０％程度を下回ったとき、リミッター回路は、放電側のリミッター値がゼロに設定される。
【００１７】
又、制御回路は、所定の条件下でバッテリーの放電を阻止するための放電阻止手段を具えている。又、制御回路は、所定の条件下でバッテリーの充電を阻止するための充電阻止手段を具えている。
【００１８】
更に、制御回路は、バッテリーの充電完了時に、バッテリーの容量を測定するための容量測定手段をプリセットする手段や、バッテリーの放電完了時に、バッテリーの容量を測定するための容量測定手段をリセットする手段を具えている。これによって、容量測定手段の累積誤差が解消される。
【００１９】
更に、制御回路は、所定の条件下で、バッテリーからの放電を一定電流制御に切り替えると共に、バッテリーへの充電を一定電流制御に切り換える手段と、放電時のバッテリーの端子電圧と充電時のバッテリーの端子電圧とに基づいてバッテリーの内部抵抗を検出する手段とを具えている。従って、内部抵抗の変化からバッテリーの寿命判定を行なうことが出来る。
【００２０】
更に又、本発明に係る電源装置は、インバータの入力端と制御回路の間に介在する開閉制御可能な出力接点と、インバータの入力電圧とバッテリーの端子電圧とを比較する比較器と、該入力電圧が該端子電圧を上回ったときに前記出力接点を閉じる制御手段とを具えている。これによって、出力接点を閉じたときの突入電流が抑制される。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
図１は本発明に係る電源装置の構成を示す回路図、図２は交流エレベータにおけるインバータ及びＰＷＭ制御回路の構成を示すブロック図、図３は本発明に係る電源装置の制御系の構成を表わすブロック図、図４は同上の制御系の他の構成を表わすブロック図、図５は三角波及び制御信号の波形図、図６はインバータの入力電圧が増減したときの同上の波形図、図７は容量計をソフトウエアで実現する場合の手続きの一例を表わすフローチャート、図８は充放電を制御するための手続きの一例を表わすフローチャート、図９は待機充電を制御するための手続きの一例を表わすフローチャートである。
【００２２】
次に、図１０は容量計をプリセット（リセット）するための手続きの一例を表わすフローチャート、図１１はバッテリーを複数のユニットから構成した例を表わすブロック図、図１２はバッテリーの寿命を判定するための構成の一例を表わすブロック図、図１３はバッテリーの寿命を判定するための手続きの一例を表わすフローチャート、図１４は突入電流を抑制するための構成を表わすブロック図、図１５は突入電流を抑制するための他の構成を表わすブロック図、図１６はインバータ方式のエレベータの構成を表わすブロック図、図１７はエレベータの上げ荷運転時と下げ荷運転時における電力の変化を表わすグラフである。
【００２３】
先ず、本発明の第１実施例について説明する。
図２に示す如く、誘導電動機ＩＭによって駆動される巻上装置８２にロープ８３が巻き付けられており、該ロープ８３の一端にエレベータかご８が連結されると共に、該ロープ８３の他端に釣り合い重り８１が連結されている。
【００２４】
商用電源１から供給される交流の電力は、コンバータ２によって直流の電力に変換された後、インバータ３に入力されて交流の電力に変換され、更にインバータ３から出力される交流の電流が誘導電動機ＩＭに供給される。
【００２５】
インバータ３は、図２に示す周知のＰＷＭ制御回路によって制御されている。即ち、誘導電動機ＩＭには、エレベータかご８の実際の速度を検出するためのパルス発生器ＰＧが取り付けられており、エレベータかご８に対する速度指令４とパルス発生器ＰＧの出力信号とが速度調節器５に供給されて、速度偏差信号が作成される。該速度偏差信号は、可変周波数電流指令演算回路６へ供給され、これによって作成された可変周波数電流指令が正弦波ＰＷＭ制御回路７へ入力され、ＰＷＭ制御信号が生成される。そして、該ＰＷＭ制御信号がインバータ３へ供給されて、エレベータかご８の速度制御が行なわれるのである。
【００２６】
本発明では図１に示す如く、インバータ３の入力端ａ、ｂには、本発明に係る電源回路１０が接続される。該電源回路１０は、例えばニッケル水素電池の如き二次電池からなるバッテリーＥを具えると共に、該バッテリーＥの充電及び放電を制御するための一対のトランジスタＴｒ1、Ｔｒ2と一対のダイオードＤ１、Ｄ２を具えている。バッテリーＥは、例えば図１１に示す如く８個の単電池Ｂを１ユニットとして、エレベータの容量に応じた複数のユニットから構成されている。
【００２７】
図１の如く、バッテリーＥには、その充電量を検出するための容量計Ｑ、昇圧コイルＬ、及び電流検出器ＲＴが接続されている。尚、以下において、容量計Ｑは、バッテリーＥに接続されたハードウエアの測定器であるものとして説明しているが、これに限らず、例えば電流検出器ＲＴによって検出される電流の変化から容量を算出するソフトウエアとしての測定手段を採用することも可能である。
【００２８】
図７は、容量計Ｑをソフトウエアによって実現するための手続きの一例を表わしている。先ずステップＳ−４１にて、電流検出器ＲＴから電流を入力し、ステップＳ−４２では、電流に平均化処理を施す。次にステップＳ−４３にて積算電流値を参照し、ステップＳ−４４にて積算電流値が０を上回っているかどうかを判断する。ここでノーと判断されたときはステップＳ−４５に移行して、積算電流値が０を下回っているかどうかを判断する。ここでイエスと判断されたときはステップＳ−４６に移行して、放電量の算出を行なう。
【００２９】
一方、ステップＳ−４４にてイエスと判断されたときはステップＳ−４７に移行して、充電量の算出を行なう。続いて、ステップＳ−４８では、放電量又は充電量の算出結果から、百分率による容量を算出し、ステップＳ−４９にて、算出された容量を容量メモリに出力する。
【００３０】
又、図１に示す如くバッテリーＥには、停電等の非常事態の発生時にバッテリーＥの電力を制御用の電源として供給するための非常用電源供給回路１１や、電源回路１０に故障が発生した時などに開かれるべき非常用接点１２が接続されている。
【００３１】
上記電流検出器ＲＴ及び容量計Ｑの出力信号は、マイクロコンピュータからなる制御回路９に供給され、これに応じて作成された制御信号が一対のトランジスタＴｒ1、Ｔｒ2に供給され、後述の如くインバータ３の入力電圧Ｖabが定電圧制御されるのである。図３は、電源回路１０及び制御回路９によって実現される制御系の構成を表わしている。図示の如く、所定の電圧指令に対して、インバータ３の入力電圧Ｖabが負帰還されて、その偏差信号ｅが伝達関数Ｇ１及びリミッター回路２０を通過して、電流指令ｉが生成される。該電流指令ｉに対して、更に電流検出器ＲＴからの電流値が負帰還され、その偏差信号が伝達関数Ｇ２を経て比較器２１に入力される。
【００３２】
比較器２１では、三角波発生器２２からの三角波αと伝達関数Ｇ２の出力信号とを比較することにより、一対のトランジスタＴr1、Ｔr2に対する制御信号Ｃを作成する。ここで、第２のトランジスタＴr2の前段には、否定素子２３が接続されており、これによって、両トランジスタＴr1、Ｔr2のオン期間を互いにずらしている。
【００３３】
例えば商用電源１の電圧が２００Ｖの場合、コンバータ２から得られる電圧は通常２８０Ｖ程度になるが、ここで図３に示す電圧指令を３５０Ｖに設定すれば、電源回路１０の制御系は、インバータ３の入力電圧Ｖabを３５０Ｖに維持する様に電圧制御を行なう。
【００３４】
即ち、入力電圧Ｖabが３５０Ｖの場合は、偏差信号eはゼロであり、リミッター回路２０から出力される電流指令ｉもゼロとなり、比較器２１から出力される制御信号Ｃは、図５に示す如くオン期間とオフ期間が等しいパルス波形となる。この結果、両トランジスタＴr1、Ｔr2は、交互に同じ時間だけオンとなる動作を繰り返し、これによって、バッテリーＥは充電と放電を同じ時間づつ交互に繰り返して、インバータ３の入力電圧Ｖabを３５０Ｖに維持しようとする。
【００３５】
入力電圧Ｖabが３５０Ｖよりも低くなったときは、比較器２１から出力される制御信号Ｃは図６(ａ)に示す如くオン期間が短く、オフ期間が長いパルス波形となる。この結果、第１トランジスタTr1のオン期間が短くなると共に、第２トランジスタTr2のオン期間が長くなり、これによって、バッテリーＥの放電が充電よりも優勢となって、入力電圧Ｖabが３５０Ｖまで上昇する。
【００３６】
これに対し、入力電圧Ｖabが３５０Ｖよりも高くなったときは、比較器２１から出力される制御信号Ｃは図６(ｂ)に示す如くオン期間が長く、オフ期間が短いパルス波形となる。この結果、第２トランジスタＴr2のオン期間が短くなると共に、第１トランジスタＴr1のオン期間が長くなり、これによって、バッテリーＥの充電が放電よりも優勢となって、入力電圧Ｖabが３５０Ｖまで降下する。
【００３７】
尚、図１においてバッテリーＥが放電される場合の通常のルートは、バッテリーＥから、コイルＬ、電流検出器ＲＴ、及び第２トランジスタTr2を経て、バッテリーＥに戻るルートであり、バッテリーＥが充電される場合の通常のルートは、インバータ入力端子ａから、非常用接点１２、第１トランジスタTr1、電流検出器ＲＴ、コイルＬ、及びバッテリーＥを経て、インバータ入力端子ｂに戻るルートである。そして、各トランジスタTr1、Tr2のオフ時には、ダイオードＤ２或いはＤ１を通じて、コイルＬによるバッテリーＥの充電電流或いは放電電流が瞬間的に流れる。
【００３８】
ここで、容量計Ｑによって検出されるバッテリーＥの充電状態が例えば定格容量の３０％以下の場合には、図３に示すリミッター回路２０の放電側のリミッター値をゼロにして、充電のみを行なわせ、またバッテリーＥの充電状態が例えば定格容量の８０％以上の場合には、リミッター回路２０の充電側のリミッター値をゼロにして、放電のみを行なわせるようにすれば、過充電や完全放電を防止することが出来、これによってバッテリーの寿命を延ばすことが可能である。
【００３９】
例えば図４に示す如く、充電側と放電側にそれぞれリミッター値(＞ゼロ)を有するリミッター回路２０に対して、放電側のリミッター値がゼロのリミッター回路２０′と、充電側のリミッター値がゼロのリミッター回路２０″とを並列接続して、これらのリミッター回路２０、２０′、２０″の後段にそれぞれ、充放電許可スイッチＳ２、放電禁止スイッチＳ１、及び充電禁止スイッチＳ３を接続して、これらのスイッチを図８に示す手続きによってオン／オフ制御する。
【００４０】
即ち、ステップＳ−１では、容量が８０％を下回っているか否かを判断し、ここでイエスと判断されたときは、ステップＳ−２にて充電禁止スイッチＳ３をオフとする。次にステップＳ−３では、容量が３０％を下回っているか否かを判断し、ここでノーと判断されたときは、ステップＳ−４にて放電禁止スイッチＳ１をオフとし、ステップＳ−５にて充放電許可スイッチＳ２をオンとする。これによって、充電と放電の両方が行なわれる。
【００４１】
一方、ステップＳ−３にてイエスと判断されたときは、ステップＳ−６にて放電禁止スイッチＳ１をオンとし、ステップＳ−７にて充放電許可スイッチＳ２をオフとする。これによって、充電のみが行なわれる。又、ステップＳ−１にてノーと判断されたときは、ステップＳ−８に移行して、充電禁止スイッチＳ３をオンとした後、ステップＳ−９にて放電禁止スイッチＳ１をオフとし、ステップＳ−１０にて充放電許可スイッチＳ２をオフとする。これによって、放電のみが行なわれる。
【００４２】
又、エレベータ停止時には、商用電源によってバッテリーを充電し、バッテリーの充電状態を例えば定格容量の６０％程度に維持すれば、バッテリーの充電状態を最良の状態、即ち、次のエレベータの運転が回生運転・駆動運転の何れであったとしてもバッテリーの充電・放電を支障なく行ない得る状態を維持することが出来る。もし、容量が６０％を超えるような状態であれば、例えば非常用電源供給回路１１から制御回路９へバッテリーの電力を供給すればよい。
【００４３】
例えば図４に示す如く、リミッター回路２０の出力端に、待機充電指令によって切り替わる待機充電禁止スイッチＳ４を接続して、該スイッチを図９の手続きによって切り替えることにより、リミッター回路２０の出力信号と待機充電電流指令Ｉ^*の何れかを選択する。
【００４４】
即ちステップＳ−１１ではエレベータが運転中かどうかを判断し、ここでノーと判断されたときは更にステップＳ−１２にて容量が６０％を下回っているかどうかを判断する。ここでイエスと判断されたときはステップＳ−１３に移行して、待機充電禁止スイッチＳ４をＳＥＴ側に切り替えて、待機充電電流指令を選択する。一方、ステップＳ―１１にてイエスと判断され、或いはステップＳ−１２にてノーと判断されたときは、ステップＳ−１４に移行して、待機充電禁止スイッチＳ４をＲＥＳＥＴ側に切り替えて、リミッター２０の出力を選択する。これによって、エレベータ停止時には、バッテリーが定格容量の６０％程度となる様に充電されることになる。
【００４５】
又、図１に示す如く、上記インバータ３に対して、別のエレベータを制御するためのインバータ３′を並列に接続すれば、一方のエレベータの力行運転と他方のエレベータの回生運転との間で電力を交換することが出来、これによって更にエネルギーの節減が可能である。
【００４６】
尚、何らかの原因によってインバータ３の入力電圧Ｖａｂが高くなりすぎた場合は、インバータ３の両入力端ａ、ｂ間に介在するトランジスタＴr3をオンとして、抵抗Ｒによって回生電力を消費させることが可能である。
上記電源装置において、図３に示すリミッター回路２０のリミッター値の操作は、前述のバッテリーＥの充電状態だけでなく、エレベータの運転状態に応じて変化させることも可能である。
【００４７】
又、バッテリーＥの適正な充電量は、基本的には定格容量の６０％に設定するが、平日や休日、或いは時間帯に応じて、バッテリーＥの適正な充電量を変更することも可能である。例えばオフィスビルディングにおいては、出勤時などの力行運転の連続が予想される場合に、バッテリーＥの適正充電量を多目に設定して、補助電源としての利用を優先し、逆に昼食時のような回生運転の連続が予想される場合は、バッテリーＥの充電量を低目に抑えて回生動作を優先させる。
【００４８】
又、力行・回生運転が続いた場合でも、放電側のリミッターの制限値を、バッテリーＥの充電量があまり変化しないような値、例えば電動機定格電力の３０％程度の電力を供給できるような値に設定しておくことにより、エレベータ定格積載時の運転においても商用電源から供給すべき電力を残りの７０％で済ませることが出来るので、これによって電源設備容量を大幅に削減することが可能である。
【００４９】
更に又、エレベータの停止中は充電のみを行わせる等、種々の制御が採用可能である。
上記電源装置においては、エレベータの運転中に停電が発生したとしても、バッテリーからの電源供給によって電動機ＩＭのブレーキが落ちないように構成することによって、停電発生時にエレベータを最寄りの階床に安全に停止させることが可能である。
【００５０】
尚、上記実施例では、本発明をつるべ構造のエレベータに実施しているが、これに限らず、例えば釣合い重りにバッテリーを搭載して、この釣合い重り側のシーブを直接に駆動する方式のエレベータに実施することも可能である。
【００５１】
【本実施例の効果】
本発明によれば、従来のエレベータに上述の電源装置を新たに追加装備するだけで、大きな負荷変動に対しても、図１７に示す様に、エレベータの通常の運転を通じて適宜回生電力を回収すると共に、駆動電力を補うことが出来る。従って、予め大きな電源設備を備える必要はなく、電源設備を最小限に抑えることが出来る。
又、回生電力の回収によってエネルギーの有効利用が図られて、効率が向上する。例えば、定格積載量６００Ｋｇ、運転速度６０ｍｍ／ｍｉｎのエレベータにおける省電力量を試算すると、年間約１０００ＫＷｈの削減が可能であり、この値は、このエレベータが消費する総電力量の概ね２０％に相当する。
更に、バッテリーとして、有害物質を含まない現状では最適なニッケル水素電池を用いているので、環境問題を引き起こすこともない。
【００５２】
次に、第２の実施例について説明する。
本実施例は、基本的構成として第１実施例と同じ構成を具えると共に、所定の条件下で敢えてバッテリーを充電或いは放電の状態に維持することによって、容量計をリセット或いはプリセットする構成を具えているものである。
【００５３】
即ち、図４に示す制御系において、充電禁止スイッチＳ３をオフに設定したまま、所定時間、例えば１時間おきに、充放電許可スイッチＳ２をオン、放電禁止スイッチＳ１をオフに設定した状態から、充放電許可スイッチＳ２をオフ、放電禁止スイッチＳ１をオンに設定した状態に切り替えて、放電側のリミッター値をゼロに設定することによって、バッテリーＥを充電状態(充電モード)に維持する。尚、エレベータの停止中に充電モードを設定することも可能である。
【００５４】
この結果、バッテリーＥの端子電圧が十分に高くなるまで、例えばバッテリー内部でガスの発生が始まる電圧となるまで、バッテリーＥの充電が徹底的に行われることになる。この時点で容量計Ｑを１００％にプリセットする。これによって、容量計の累積誤差が解消されることになる。
【００５５】
又、バッテリーの放電モードによって容量計をリセットすることも可能である。この場合、図４に示す制御系において、放電禁止スイッチＳ１をオフに設定したまま、所定時間、例えば１時間おきに、充放電許可スイッチＳ２をオン、充電禁止スイッチＳ３をオフに設定した状態から、充放電許可スイッチＳ２をオフ、充電禁止スイッチＳ３をオンに設定した状態に切り替えて、充電側のリミッター値をゼロに設定することによって、バッテリーＥを放電状態(放電モード)に維持する。
【００５６】
この結果、バッテリーＥの端子電圧が十分に低くなるまで、例えばバッテリーの定格電圧の約１／３以下となるまで、バッテリーＥの放電が十分に行なわれることとなる。この時点で、容量計Ｑを０％にリセットする。これによって、容量計の累積誤差が解消されることになる。
【００５７】
図１０は、バッテリーの充電を維持することによって容量計のプリセットを行なう場合の手続きの一例を表わしている。先ずステップＳ−２１によってユニット電圧を入力し、ステップＳ−２２では、ユニット電圧の最大値ｍａｘと最小値ｍｉｎの差が基準電圧１を上回っているかどうかを判断し、ここでイエスと判断されたとき、ステップＳ−２３に移行して、リセット充電フラグをセットする。これによって、バッテリーの充電が開始される。続いて、ステップＳ−２４にて、複数のユニット電圧の総和が基準電圧２を越えているどうかを判断する。ここでバッテリーが完全に充電されることによって、イエスと判断されたときは、ステップＳ−２５に移行して、リセット充電フラグをリセットする。これによってバッテリーの充電が終了する。そして、ステップＳ−２６では、容量計の容量メモリに“１００％”を格納して、容量計のプリセットを行なう。
【００５８】
【本実施例の効果】
上記実施例によれば、容量計の計測結果に基づいてエレベータの通常の運転を行ないながら適宜回生電力を吸収すると共に駆動電力を補いつつ、適宜、容量計の誤差を修正することが出来るので、本発明に係る電源装置の効果をいかんなく発揮させることが可能である。
【００５９】
次に、第３の実施例について説明する。
本発明は、基本的構成として第１実施例と同じ構成を具えると共に、所定の条件下で敢えてバッテリーを充電或いは放電の状態に維持することによって、バッテリーを構成する各単電池の充電量のばらつきを解消させる構成を具えているものである。
【００６０】
本実施例においては、図１１に示す如くそれぞれ８個の単電池Ｂからなる複数のユニットによってバッテリーＥが構成されており、各ユニットの端子電圧Ｖ１〜Ｖｎを検出するための絶縁増幅器３１〜３１ｎと、各絶縁増幅器の出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ３２と、Ａ／Ｄコンバータ３２から得られる電圧値Ｖ１〜Ｖｎに基づいて図４に示す各スイッチＳ１〜Ｓ３をオン／オフ制御するマイクロコンピュータ３３とを具えている。マイクロコンピュータ３３は、電圧値Ｖ１〜Ｖｎをモニターして、これらの電圧値（例えば９.６Ｖ程度）に閾値を越えるバラツキ（例えば０.４Ｖ程度）が生じたとき、図４に示す充放電許可スイッチＳ２がオン、放電禁止スイッチＳ１及び充電禁止スイッチＳ３がオフの状態から、充放電許可スイッチＳ２がオフ、放電禁止スイッチＳ１がオン、充電禁止スイッチＳ３がオフの状態に切り替える。これによって、充電のみを行なう充電モードが設定されることになる。
【００６１】
この結果、バッテリーＥを構成する全ての単電池が、それぞれの端子電圧が十分に高くなるまで、徹底的に充電されることになり、各単電池の充電量のばらつきが解消される。このとき、第２実施例と同様に容量計Ｑのプリセットを行なえば、容量計Ｑの累積誤差も解消させることが出来る。
【００６２】
尚、電圧値Ｖ１〜Ｖｎにバラツキが生じたときに、充放電許可スイッチＳ２及び放電禁止スイッチＳ１がオフ、充電禁止スイッチＳ３がオンの状態に切り替えて、放電モードを設定し、各単電池或いは各ユニットの端子電圧が十分低くなるまで、例えば単電池の定格電圧の約１／３以下になるまで、エレベータの運転を続け、各単電池の放電を完全に行なうことによって、各単電池の充電量のバラツキを解消させることも可能である。このとき、第２実施例と同様に容量計Ｑのリセットを行なえば、容量計Ｑの累積誤差を解消させることが出来る。
【００６３】
【本実施例の効果】
本実施例によれば、エレベータの通常の運転を行ないながら適宜回生電力を吸収すると共に駆動電力を補いつつ、バッテリーを構成する各単電池或いは各ユニットの充電量にバラツキが生じた場合には、適宜充電量を揃えることが出来、これによって本発明の電源装置の効果をいかんなく発揮させることが可能である。又、容量計の累積誤差を解消させることも可能である。
【００６４】
次に、第４の実施例について説明する。
本実施例は、基本的構成として第１実施例と同じ構成を具えると共に、バッテリーの内部抵抗の増大に基づいてバッテリーの寿命を判定するための構成を具えているものである。
【００６５】
本実施例においては、図１２(ａ)(ｂ)に示す如く、バッテリーＥの端子電圧(Ｖａ又はＶｂ)がＡ／Ｄコンバータ３４を経てマイクロコンピュータ３５に入力されており、マイクロコンピュータによって寿命判断信号が作成され、エレベータ制御回路へ供給される。尚、同図において、ＥａはバッテリーＥの起電圧、ＲａはバッテリーＥの内部抵抗、Ｊは定電流Ｉ１、Ｉ２を流す定電流源であって、電流Ｉ１とＩ２は大きさが同じで流れる方向が逆の電流である。
【００６６】
又、図４に示す如く、リミッター回路２０の出力端には、通常運転時とバッテリーの寿命判定時で切り替えられるべき待機充電禁止スイッチＳ４が接続され、該スイッチの切り替えによって、通常運転時にはリミッター回路２０の出力信号が選択され、バッテリーＥの寿命判定時には、バッテリーＥに定電流を流すための待機充電電流指令Ｉ^*が選択される。
図１２(ａ)(ｂ)から、次の数式１と数式２が導き出され、数式１から数式２を引いて整理することにより、数式３が得られる。
【００６７】
(数式１)
Ｖａ＝Ｅａ＋Ｉ１×Ｒａ
(数式２)
Ｖｂ＝Ｅａ−Ｉ２×Ｒａ
(数式３)
Ｒａ＝(Ｖａ−Ｖｂ)／２Ｉ^*

【００６８】
従って、バッテリーＥの充電時の端子電圧Ｖａと放電時の端子電圧Ｖｂとを測定することによって、バッテリーＥの内部抵抗Ｒａを求めることが出来る。そして、初期状態の内部抵抗と現在の内部抵抗とを比較することによって、バッテリーＥの劣化状況を把握することが出来る。もしバッテリーＥの劣化が著しい場合即ち、バッテリーＥの内部抵抗が所定値を超えていれば、新しいバッテリーに交換する。
【００６９】
図１３は、バッテリーの寿命を判定するための手続きの一例を表わしている。先ずステップＳ−３１では、待機充電禁止スイッチＳ４をＳＥＴ側に切り替えて、ステップＳ−３２にて、待機充電電流指令によってバッテリーを充電し、続いてステップＳ−３３では、バッテリー電圧Ｖａを測定する。次に、ステップＳ−３４では、待機充電電流指令によってバッテリーを放電し、続いてステップＳ−３５では、バッテリー電圧Ｖｂを測定する。
【００７０】
その後、ステップＳ−３６にて、前記数式３によって内部抵抗Ｒａを算出する。そして、ステップＳ−３７にて内部抵抗Ｒａが所定値を上回っているかどうかを判断し、ここでイエスと判断されたときは、ステップＳ−３８にて警告を発生する。最後にステップＳ−３９では、待機充電禁止スイッチＳ４をＲＥＳＥＴ側に切り替えて、手続きを終了する。
【００７１】
【本実施例の効果】
上記手続きによれば、警告表示に応じてバッテリーを交換することにより、常に高いエネルギー効率を維持することが出来る。
バッテリーＥが図１１に示す如くそれぞれ８個の単電池Ｂからなる複数のユニットを直列に接続したものである場合は、ユニット毎の端子電圧をチェックすればよく、これによって、寿命判定の精度を向上させることが可能である。
【００７２】
尚、上述の寿命判定は、第３実施例の如く各単電池の充電量のばらつきを解消した後に実施することが望ましい。
したがって、バッテリーＥへの充電時の端子電圧Vａと放電時の端子電圧Vｂとをそれぞれ求めて、バッテリーＥの内部抵抗Ｒａを測定することができる。そして、初期状態の内部抵抗と現在の内部抵抗とを比較すれば、バッテリーＥの劣化状況を適確に把握することが可能である。
【００７３】
次に、第５の実施例について説明する。
本実施例は、基本的構成として第１実施例と同じ構成を具えると共に、簡単な回路で突入電流を抑制するための構成を具えるものである。
【００７４】
本実施例においては、図１４に示す如く商用電源１の出力端に接続された接点３ａが閉じることによって、コンバータ２からインバータ３に電力が供給されると共に、抵抗Ｒｂを通じてコンデンサＣが充電される。そして、コンデンサＣの両端電圧が所定の電圧になると、第２の接触器の接点２ａが閉じて抵抗Ｒｂを短絡し、エレベータの運転準備が完了する。
【００７５】
インバータ３の出力端ａと電源回路１０の間には、コンデンサＣの両端電圧ＶａｂがバッテリーＥの電圧よりも低いときに閉じられるべき出力接点１ａが介在している。又、インバータ３の出力端ａの電圧Ｖａｂと、バッテリーＥの端子ｄの電圧Ｖｄｂは、比較器３０に入力されており、Ｖａｂ≧Ｖｄｂのとき、ハイの信号を出力するものであって、該信号によって電源装置１０の出力接点１ａを閉路する。
【００７６】
【本実施例の効果】
この様に、インバータ３の入力電圧ＶａｂがバッテリーＥの電圧Ｖｄｂよりも高くなったときに出力接点１ａが閉じられるため、バッテリーＥからダイオードＤ１を通じてコンデンサＣを充電する突入電流が抑制される。従って、ダイオードＤ１が大きな突入電流によって破壊される虞れはない。
【００７７】
尚、図１５に示す様に、出力接点１ａに対して並列に抵抗Ｒａを接続して、コンデンサＣを抵抗Ｒａを通じて予め充電しておいてから、出力接点１ａを閉じることによっても、突入電流を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電源装置の構成を示す回路図である。
【図２】交流エレベータにおけるインバータ及びＰＷＭ制御回路の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る電源装置の制御系の構成を表わすブロック図である。
【図４】同上の制御系の他の構成を表わすブロック図である。
【図５】三角波及び制御信号の波形図である。
【図６】インバータの入力電圧が増減したときの同上の波形図である。
【図７】容量計をソフトウエアで実現する場合の手続きの一例を表わすフローチャートである。
【図８】充放電を制御するための手続きの一例を表わすフローチャートである。
【図９】待機充電を制御するための手続きの一例を表わすフローチャートである。
【図１０】容量計をプリセット（リセット）するための手続きの一例を表わすフローチャートである。
【図１１】バッテリーを複数のユニットから構成した例を表わすブロック図である。
【図１２】バッテリーの寿命を判定するための構成の一例を表わすブロック図である。
【図１３】バッテリーの寿命を判定するための手続きの一例を表わすフローチャートである。
【図１４】突入電流を抑制するための構成を表わすブロック図である。
【図１５】突入電流を抑制するための他の構成を表わすブロック図である。
【図１６】インバータ方式のエレベータの構成を表わすブロック図である。
【図１７】エレベータの上げ荷運転時と下げ荷運転時における電力の変化を表わすグラフである。
【符号の説明】
１商用電源
３、３’ インバータ
９制御回路
１０電源回路
Ｅバッテリー
ＥａバッテリーＥの端子電圧
ＲａバッテリーＥの内部抵抗
Ｂ単電池
Ｑ容量計
Tr1,Tr2,Tr3 トランジスタ
２０、２０’，２０” リミッター回路
２１比較器
２２三角波発生器
３１、３１ｎ−１，３１ｎ絶縁増幅器
３２Ａ／Ｄコンバータ
３３マイクロコンピュータ
ＲＴ電流検出器
Ｓ１放電禁止スイッチ
Ｓ２充放電許可スイッチ
Ｓ３充電禁止スイッチ
Ｓ４待機充電禁止スイッチ

Claims

商用電源と、商用電源からの電力により動作して交流の電力を発生するインバータと、該インバータが発生する交流の電力によって駆動される電動機とを具えた交流エレベータにおいて、
充電／放電が可能なバッテリーと、該バッテリーに充電と放電を行なわしめるための充電／放電回路と、該充電回路を閉路するための充電制御素子と、前記放電回路を閉路するための放電制御素子と、前記充電制御素子と前記放電制御素子のオン／オフの制御と前記商用電源の全波整流電圧よりも高い一定の電圧に相当する値の電圧指令を目標値として前記インバータへの入力電圧を制御する制御回路とを備え、該制御回路は前記充電／放電回路による充電と放電の優劣を相対的に決定し、前記充電制御素子と前記放電制御素子を交互にオン／オフすることで、前記電動機からの回生電力によって前記バッテリーを充電すると共に、該バッテリーの発生電力を前記インバータに供給することを特徴とする交流エレベータの電源装置。
バッテリーは、複数の単電池を１ユニットとして複数のユニットの組み合わせからなる請求項１に記載の交流エレベータの電源装置。
単電池は、ニッケル水素電池によって構成されている請求項２に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路は、充電制御素子のオン時間と放電制御素子のオン時間を相対的に変化させることによって、充電回路による充電と放電回路による放電の優劣を決定する請求項１に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路は、バッテリーの充電状態に応じて、充電と放電の優劣を決める請求項１又は請求項４に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路は、エレベータの運転状態に応じて、充電と放電の優劣を決める請求項１又は請求項４に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路は、バッテリーの充電量を適量に維持するための充電量制御手段を備えている請求項１乃至請求項６の何れかに記載の交流エレベータの電源装置。
バッテリーの充電量の適量は、バッテリーの定格容量の６０％程度である請求項７に記載の交流エレベータの電源装置。
バッテリーの充電量の適量は、電動機の定格電力の３０％程度の電力を供給し得る電力量である請求項７に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路は、バッテリーの放電を規制するための放電規制手段と、バッテリーの充電を規制するための充電規制手段とを具えている請求項１乃至請求項９の何れかに記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路の充電規制手段は、バッテリーの充電状態が定格容量の８０％程度を上回ったとき、該バッテリーへの充電を阻止することによって、過充電を防止する請求項１０に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路の放電規制手段は、バッテリーの充電状態が定格容量の３０％程度を下回ったとき、該バッテリーからの放電を阻止することによって、過放電を防止する請求項１０に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路の放電規制手段は、エレベータの運転が停止中の場合には、バッテリーからの放電を阻止する請求項１０に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路の充電規制手段及び放電規制手段は、インバータの入力電圧とその電圧指令との偏差に対して制限を加えるリミッター回路によって構成される請求項１０に記載の交流エレベータの電源装置。
バッテリーの充電状態が定格容量の８０％程度を上回ったとき、リミッター回路は、充電側のリミッター値がゼロに設定される請求項１４に記載の交流エレベータの電源装置。
バッテリーの充電状態が定格容量の３０％程度を下回ったとき、リミッター回路は、放電側のリミッター値がゼロに設定される請求項１４に記載の交流エレベータの電源装置。
エレベータの運転が停止中のとき、リミッター回路は、放電側のリミッター値がゼロに設定される請求項１４に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路は、所定の条件下でバッテリーの放電を阻止するための放電阻止手段を備えている請求項１乃至請求項６の何れかに記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路は、所定の条件下でバッテリーの充電を阻止するための充電阻止手段を備えている請求項１乃至請求項６の何れかに記載の交流エレベータの電源装置。
前記所定の条件として、一定の時間間隔、が設定されている請求項１８又は請求項１９に記載の交流エレベータの電源装置。
前記所定の条件として、所定の期間、が設定されている請求項１８又は請求項１９に記載の交流エレベータの電源装置。
前記所定の条件として、特定の曜日或いは特定の時間帯、が設定されている請求項１８又は請求項１９に記載の交流エレベータの電源装置。
前記所定の条件として、エレベータの運転が停止中であること、が設定されている請求項１８又は請求項１９に記載の交流エレベータの電源装置。
バッテリーは、複数の単電池を１ユニットとして複数のユニットの組み合わせからなり、前記所定の条件として、各単電池或いは各ユニットの充電量に閾値を越えるバラツキが生じたこと、が設定されている請求項２に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路は、バッテリーの放電を阻止する放電素子手段を備え、各単電池或いは各ユニットの充電量に閾値を越えるバラツキが生じたとき、該放電阻止手段を動作させる請求項２に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路は、バッテリーの充電放電を阻止する充電素子手段を備え、各単電池或いは各ユニットの充電量に閾値を越えるバラツキが生じたとき、該充電阻止手段を動作させる請求項２に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路は、バッテリーの充電完了時に、バッテリーの容量を測定するための容量測定手段をプリセットする手段を具えている請求項１９に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路は、バッテリーの放電完了時に、バッテリーの容量を測定するための容量測定手段をリセットする手段を備えている請求項１８に記載の交流エレベータの電源装置。
制御回路は、所定の条件下で、バッテリーからの放電を一定電流制御に切り替える一方、バッテリーへの充電を一定電流制御に切り換える手段と、放電時のバッテリーの端子電圧と充電時のバッテリーの端子電圧とに基づいてバッテリーの内部抵抗を検出する手段とを備え、内部抵抗の変化からバッテリーの寿命判定を行なう請求項１乃至請求項６の何れかに記載の交流エレベータの電源装置。
インバータの入力端と制御回路の間に介在する開閉制御可能な出力接点と、インバータの入力電圧とバッテリーの端子電圧とを比較する比較器と、該入力電圧が該端子電圧を上回ったときに前記出力接点を閉じる制御手段とを具えている請求項１乃至請求項６の何れかに記載の交流エレベータの電源装置。