JP4964455B2 - 避難用エレベータ制御装置および制御装置群 - Google Patents

避難用エレベータ制御装置および制御装置群 Download PDF

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Description

この発明は、二次電池などの電力貯蔵装置を使用して避難時にもエレベータを運転する避難用エレベータ制御装置および制御装置群に関するものである。
従来、火災や地震が発生したときなど避難が必要とするとき、エレベータは走行中に停止してしまう可能性があるため、エレベータを使用禁止にする考え方が主流であったが、最近、エレベータが使用できる範囲で避難用に運転を継続することにより、避難を効率的に行うという避難用にエレベータを使用するという考え方が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
そして、避難用のエレベータの電源は、ビル全体が避難を完了するまでエレベータの運転を継続するために、貯蔵電力の小さな電力貯蔵装置からではなく、ビル側に設置する自家発電装置から供給されている。
しかし、近年の電力を貯蔵する技術の発展にともない、直流回路を備える交流間接変換装置と直流回路に接続される電力貯蔵装置とを用いて停電時にも電力貯蔵装置だけの電力によりエレベータを運転することが提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2005−67762号公報 特開2004−18254号公報
しかし、電力貯蔵装置の電力だけでエレベータの運転を継続するときに、例えば、救出階からカゴ負荷が小さい状態で乗客カゴを下降運転すると、それだけで多くの電力を消費してしまい、ビル全体が避難するまでエレベータの運転を継続することができなくなる。
また、電力貯蔵装置の充放電電力は商用系統に比べて小さく、商用系統から受電しているときのように大きな電力で運転すると電力貯蔵装置から有効に充放電できる電力量が少なくなる。
このように電力貯蔵装置だけを電源としてエレベータを運転するときには、通常時のように運転すると運転回数が少なくなってしまうという問題がある。
この発明の目的は、商用系統が停電しているときに電力貯蔵装置の電力だけで避難を要する人全員を避難させるようにエレベータを運転する避難用エレベータ制御装置および制御装置群を提供することである。
この発明に係わる避難用エレベータ制御装置は、商用系統の交流電力を直流電力に変換する整流回路、上記直流電力とエレベータの乗客カゴを昇降するときに電動機に加わる力行電力または回生電力とを双方向に変換するインバータおよび上記インバータと並列に上記整流回路に接続されるとともに直流電力が充放電される電力貯蔵装置を備える交流間接電力変換装置により上記乗客カゴが昇降されるエレベータを避難時に制御する避難用エレベータ制御装置において、避難時であることを検出する避難検出装置と、上記商用系統の停電を検出する停電検出装置と、避難時において上記商用系統が停電に至ったとき、上記乗客カゴを避難階から救出階に上昇運転を行うとともに、上記乗客カゴを救出階から避難階に下降運転を行うように、上記乗客カゴの運転を制御するインバータ制御装置と、を備え、上記上昇運転により上記電力貯蔵装置に充電され、上記上昇運転により充電された上記電力貯蔵装置に貯蔵されている電力量以内の電力量で、力行運転となるときの上記下降運転が行われる。


この発明に係わる避難用エレベータ制御装置の効果は、商用系統が停電しているときに、交流間接電力交換装置の直流回路に接続されている電力貯蔵装置を用いて、避難階から救出階への上昇運転により発生する回生電力を一旦電力貯蔵装置に充電し、この充電された電力以内で救出階から避難階へ力行運転ができる負荷率に達するまで待機して力行運転するので、商用系統が停電し、かつ電力貯蔵装置の充放電深度も下限深度以下に低下していても避難にエレベータを使用できる。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係わる避難用エレベータの構成図である。
この発明に係わる避難用エレベータは、図1に示すように、乗りカゴ1、乗りカゴ1とロープ2を介して接続される釣合錘3、ロープ2を巻き上げて乗客カゴ1を昇降する電動機5を備える巻上機6、商用系統8の交流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換して電動機5を駆動する交流間接電力変換装置9を備える。
この交流間接電力変換装置9は、商用系統8の交流電力を直流電力に変換して直流回路11に供給する整流回路12、整流回路12に接続される直流回路11、直流回路11の直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換するインバータ13、直流電力が貯蔵される電力貯蔵装置14、直流回路11と電力貯蔵装置14との間で充放電する充放電回路15、電力貯蔵装置14の充放電深度を検出する充放電深度検出装置16、充放電回路15を制御する充放電制御装置17を備える。
電力貯蔵装置14は、鉛酸蓄電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池、電気2重層コンデンサ、ナトリウムー硫黄電池など電力を貯蔵できるものであればよい。
充放電深度検出装置16は、充放電制御装置17を制御して、短時間充放電を中止し、開放端子電圧を計測して、充放電深度テーブルを参照して充放電深度を求める。この充放電深度テーブルには、開放端子電圧と充放電深度との関係がテーブルとして記憶されている。上限充電電圧に達したとき充放電深度100%、下限放電電圧に達したとき充放電深度0%と定める。
そして、避難用エレベータ制御装置20は、避難指示を検出する避難検出装置21、商用系統8の停電を検出する停電検出装置22、電動機5の回転速度から乗客カゴ1の速度を検出する速度検出器23、乗客カゴ1の負荷率を検出する負荷率検出器24、避難指示が発せられ、停電していないときに停電準備のために電力貯蔵装置14を充電する停電準備装置25、停電して避難を要するときにインバータ13を制御するインバータ制御装置26を備える。
避難検出装置21は、例えば、火災警報機や地震計などからの火災や地震が発生したことを知らせる情報を受信したとき、避難開始信号を停電準備装置25およびインバータ制御装置26に送信する。
停電検出装置22は、商用系統8の電圧を常時計測し、所定の電圧、例えば、定格電圧の85%以下に低下したとき、停電信号を停電準備装置25およびインバータ制御装置26に送信する。
速度検出器23は、例えば、図示しないリニアーエンコーダで電動機の回転軸の回転角度を検出し、その回転角度から回転軸の回転速度を求め、それを乗客カゴ1の速度に換算してインバータ制御装置26に送信する。
負荷率検出器24は、乗客カゴ1に乗車した乗客や荷物の重量を検出し、予め定められる定格積載量wとの比を求め、それを負荷率βとしてインバータ制御装置26に送信する。
停電準備装置25は、避難検出装置21からの避難開始信号を受信したが停電検出装置22からの停電信号を受信していないとき、充放電深度検出装置16を用いて電力貯蔵装置14の充放電深度を検出し、充放電深度が例えば90%以下のとき、充放電制御装置17を制御して電力貯蔵装置14に充電する。このように避難が必要になったときに、停電までの間電力貯蔵装置に14にできる限りの電力を貯蔵するので、停電後もその電力を消費することによりエレベータを稼動することができる。
インバータ制御装置26は、通常時、図示しない乗場および乗客カゴ1からの呼びに対応して予め設定されている速度パターンと乗客カゴ1の速度とを用いてインバータ13を制御してエレベータを通常運転する。
また、インバータ制御装置26は、避難開始信号を受信し、かつ商用系統が活きているとき、避難のために救出階に乗客が載っていないカラの乗客カゴ1を配車し、救出階で避難する人を載せて避難階まで乗客カゴ1を避難運転する。このときは、商用系統8が活きているので、定格速度により運転する。
また、インバータ制御装置26は、避難開始信号を受信済で停電信号を受信したとき、電力貯蔵装置14の充放電深度が放電下限値以下か否かを判断し、充放電深度が放電下限値を超えているとき避難階から救出階への上昇運転では停電時回生速度により上昇運転を行い、救出階から避難階への下降運転では停電時力行速度により下降運転を行う。
一方、充放電深度が放電下限値以下のとき避難階から救出階への上昇運転では、停電時回生速度により運転するが、救出階から避難階への下降運転では、上昇運転において回生され、電力貯蔵装置14に充電された充電電力量以内で力行運転するように、負荷率βが力行運転可能負荷率以上になるまで、下降運転を中断する。そして、負荷率βが力行運転可能負荷率以上になった時点で下降運転を再開する。
放電下限値は、充放電深度がこの値以下になると、過放電状態に陥り、電力貯蔵装置14の寿命が短くなってしまう限界値である。
次に、この発明の避難用エレベータ制御装置20の動作に関連する関係式を説明する。
エレベータの乗客カゴ1の重量wCAR、釣合錘3の重量wCWT、定格積載量w、カウンタ率C=(wCWT−wCAR)/w、乗客カゴ1に載った乗客などの積載量β・wとすると、乗客カゴ1が上昇するときの電動機5の仕事W(β,v)は、式(1)で表される。但し、aは乗客カゴ1が上昇するときの比例定数、βは負荷率で0≦β≦1の範囲の実数、vは乗客カゴ1の上昇速度で上昇方向を正とする。
(β,v)=a・v・(β−C)・w・・・(1)
そして、負荷率βがカウンタ率Cより大きいとき、仕事W(β,v)は正となり、電気エネルギーが機械エネルギーに変換される力行運転となる。一方、負荷率βがカウンタ率Cより小さいとき、仕事W(β,v)は負となり、機械エネルギーが電気エネルギーに変換される回生運転となる。
乗客カゴ1が下降するときの電動機5の仕事W(β,v)は、式(2)で表される。但し、aは乗客カゴ1が下降するときの比例定数、vは乗客カゴ1の下降速度で上昇方向を正とする。
(β,v)=a・(−v)・(β−C)・w・・・(2)
そして、負荷率βがカウンタ率Cより大きいとき、仕事W(β,v)は負となり、機械エネルギーが電気エネルギーに変換される回生運転となる。一方、負荷率βがカウンタ率Cより小さいとき、仕事W(β,v)は正となり、電気エネルギーが機械エネルギーに変換される力行運転となる。
なお、エレベータを避難に用いるときは、避難階、通常地上階から救出階(i階)まで乗客カゴ1に乗客が載らず乗客カゴ1を上昇運転して配車し、救出階で避難者が載って避難階まで下降運転して避難することが想定されている。そこで、配車のための避難階から救出階への上昇運転では負荷率βを零として検討する。また、避難のための救出階から避難階への下降運転では、負荷率βが乗客の数により変動するとして検討する。
次に、停電しているときに電力貯蔵装置14の電力だけを用いてエレベータを力行運転、回生運転するときの制約条件について説明する。なお、この説明では、放電回路が備えられていないので、回生電力は電力貯蔵装置14にだけ充電されるとして説明する。
乗客カゴ1を上昇する回生運転により発生する回生電力W(β,v)は、式(1)から分かるように負荷率βが零のとき最大になるので、そのときの回生電力W(0,v)の大きさは、式(3)で表される。そしてこの回生電力W(0,v)を、電力貯蔵装置14の上限充電電力以下に収まるようにしなければならない。そして、電力貯蔵装置14の上限充電電力W、充電効率Kとすると、式(4)の関係を満足しなければならない。ゆえに、速度vを、式(5)の範囲に制約することが必要である。そして、このW/(K・a・C・w)を停電時回生速度と称する。
(0,v)=a・v・C・w・・・(3)
≧W(0,v)・K・・・(4)
/(K・a・C・w)≧v・・・(5)
また、乗客カゴ1を下降する力行運転のために必要な力行電力W(β,v)は、式(2)から分かるように負荷率βが零になるときに最大になるので、そのときの力行電力W(0,v)の大きさは、式(6)で表される。そしてこの力行電力W(0,v)を、電力貯蔵装置14の上限放電電力以下に収まるようにしなければならない。そして、電力貯蔵装置14の上限放電電力W、放電効率Kとすると、式(7)の関係を満足しなければならない。ゆえに、速度vを、式(8)の範囲に制約することが必要である。この、W・K/(a・C・w)を停電時力行速度と称する。
(0,v)=a・v・C・w・・・(6)
≧W(0,v)/K・・・(7)
・K/(a・C・w)≧v・・・(8)
このように停電時に停電時回生速度または停電時力行速度で運転するので、回生された回生電力をすべて電力貯蔵装置に充電することができるし、力行運転のための力行電力を電力貯蔵装置だけから供給できるので、他の装置を備えなくてもよい。
次に、避難階から救出階(i階)への配車のときに回生される回生電力量、救出階(i階)から避難階へ運転するときに力行される力行電力量について説明する。
このときの回生電力量E(i)は、式(9)で表される。なお、t(i)は避難階から救出階(i階)までに要する時間、L(i)は、避難階から救出階(i階)までの距離である。
(i)=W(0,v)×t(i)
=a・L(i)・C・w・・・(9)
負荷率βでの力行電力量E(i)は、式(10)で表される。なお、t(i)は救出階から避難階までに要する時間である。
(i)=W(β,v)×t(i)
=a・L(i)・(β−C)・w・・・(10)
そして、停電時において避難階から救出階までの回生運転により電力貯蔵装置に貯蔵された電力を用いて、救出階から避難階までの力行運転を行うときの制約条件を説明する。
避難階から救出階までの回生運転で回生された回生電力が電力貯蔵装置に充電される充電電力量は、E(i)・Kである。また、救出階から避難階までの力行運転のために電力貯蔵装置から放電される放電電力量は、E(i)/Kである。そして、この充電電力量E(i)・Kと放電電力量E(i)/Kとは式(11)の関係を満足しなければならない。そして、負荷率βが式(12)を満足しなければならない。この(C−E(i)・K・K/a・L(i)・w)を力行運転可能負荷率と称す。
(i)・K≧E(i)/K・・・(11)
β≧C−E(i)・K・K/a・L(i)・w・・・(12)
次に、停電準備装置25における停電準備の手順を図2を参照して説明する。図2は、停電準備の手順を示すフローチャートである。
S101で、停電準備装置25は、避難検出装置21からの避難指令を確認する。
S102で、避難指令を受信したか否かを判断し、受信した場合、S103へ進み、受信していない場合、S101へ戻る。
S103で、充放電深度検出装置16を用いて電力貯蔵装置14の充放電深度を確認する。
S104で、充放電深度が停電前深度を超えているか否かを判断し、充放電深度が停電前深度を超えている場合、停電前準備を終了し、充放電深度が停電前深度以下の場合、S105へ進む。
S105で、充放電制御装置17を制御して所定の時間に亘って充電し、S103へ戻る。
次に、インバータ制御装置26によるエレベータの避難運転を制御する手順を図3を参照して説明する。図3は、停電時に避難運転を行う手順を示すフローチャートである。
S201で、インバータ制御装置26は、避難検出装置21から避難指令を確認し、避難指令を受信したか否かを判断し、避難指令を受信した場合、S202へ進み、避難指令を受信していない場合、S212へ進む。
S202で、インバータ制御装置26は、停電検出装置22からの停電信号を確認し、停電信号を受信したか否かを判断し、受信した場合、S203へ進み、受信していない場合、S213へ進む。
S203で、充放電深度検出装置16を用いて電力貯蔵装置14の充放電深度を確認し、充放電深度が下限深度以下か否かを判断し、充放電深度が下限深度以下の場合、S204へ進み、充放電深度が下限深度を超えているとき、S208へ進む。
S204で、呼び登録の有無を判断し、呼び登録がある場合、S205へ進み、呼び登録がない場合、S201へ戻る。
S205で、呼び登録が上昇運転を必要とするか否かを判断し、上昇運転の場合、S210へ進み、下降運転の場合、S206へ進む。
S206で、負荷率検出器24を用いて負荷率を検出し、負荷率が力行運転可能負荷率以上であるか否かを判断し、負荷率が力行運転可能負荷率以上の場合、S211へ進み、負荷率が力行運転可能負荷率未満の場合、S207へ進む。
S207で、所定の時間待機してS206へ戻る。
S208で、呼び登録の有無を判断し、呼び登録がある場合、S209へ進み、呼び登録がない場合、S201へ戻る。
S209で、呼び登録が上昇運転を必要とするか否かを判断し、上昇運転の場合、S210へ進み、下降運転の場合、S211へ進む。
S210で、救出階へ停電時回生速度で上昇運転を行い、S201へ戻る。
S211で、避難階へ停電時力行速度で下降運転を行い、S201へ戻る。
S212で、通常運転を行い、S201へ戻る。
S213で、避難運転を行い、S201へ戻る。
このような避難用エレベータ制御装置は、商用系統が停電しているときに、交流間接電力交換装置の直流回路に接続されている電力貯蔵装置を用いて、避難階から救出階への上昇運転により発生する回生電力を一旦電力貯蔵装置に充電し、この充電された電力以内で救出階から避難階へ力行運転ができる負荷率に達するまで待機して力行運転するので、商用系統が停電していても避難にエレベータを使用できる。
また、電力貯蔵装置の充放電深度が下限深度以下に低下しても、避難階から救出階への回生運転による回生電力だけを使用して救出階から避難階へ避難できるので、電力貯蔵装置を過放電状態になることを防げる。
また、避難指令が通報されてから停電になるまでの間を利用して電力貯蔵装置に充電するので、回生電力だけではなく、充電されている電力も合わせて使用でき、より長時間避難にエレベータを使用できる。
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2に係わる複数台の避難用エレベータの構成図である。
この制御装置群30は、ビルに設置された複数台のエレベータを避難時に制御する。そして、この制御装置群30は、各エレベータをそれぞれ制御する複数の避難用エレベータ制御装置20から構成されている。この避難用エレベータ制御装置20では、互いに乗客カゴ1を配車する階床データを共有し、避難時には、予め定められた乗客カゴ1だけを運転し、残りの乗客カゴ1は運転を休止する。
このような制御装置群30は、エレベータの運転台数を減らすので、通常時より乗場に乗客が集中し、乗客カゴ1に確実に多くの人が乗車することにより、負荷率を大きくなり、力行電力を小さくすることができる。さらに、負荷率が大きくなると、回生運転で救出階から避難階に下降することができる。
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係わる制御装置群は、実施の形態2に係わる制御装置群30と同様に各避難用エレベータ制御装置20は、互いに乗客カゴ1を配車する階床データを共有しているが、避難時に運転台数を減らすのではなく、乗客カゴ1をそれぞれ異なる救出階と避難階との間でシャトル運転を行うことが異なっている。それ以外は実施の形態2と同様であるので、同様な部分の説明は省略する。
このような制御装置群は、複数台の乗客カゴ1をそれぞれ異なる階床に配車するので、複数台の乗客カゴ1を1つの階床に配車した場合に比べて、救出階にいる全員が1台の乗客カゴ1に載り、負荷率を大きくなり、力行電力を小さくすることができる。さらに、負荷率が大きくなると、回生運転で救出階から避難階に下降することができる。
この発明の実施の形態1に係わる避難用エレベータの構成図である。 停電準備の手順を示すフローチャートである。 停電時に避難運転を行う手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態2に係わる複数台の避難用エレベータの構成図である。
符号の説明
1 乗客カゴ、2 ロープ、3 釣合錘、5 電動機、6 巻上機、8 商用系統、9 交流間接電力変換装置、11 直流回路、12 整流回路、13 インバータ、14 電力貯蔵装置、15 充放電回路、16 充放電深度検出装置、17 充放電制御装置、20 避難用エレベータ制御装置、21 避難検出装置、22 停電検出装置、23 速度検出器、24 負荷率検出器、25 停電準備装置、26 インバータ制御装置、30 制御装置群。

Claims (8)

  1. 商用系統の交流電力を直流電力に変換する整流回路、上記直流電力とエレベータの乗客カゴを昇降するときに電動機に加わる力行電力または回生電力とを双方向に変換するインバータおよび上記インバータと並列に上記整流回路に接続されるとともに直流電力が充放電される電力貯蔵装置を備える交流間接電力変換装置により上記乗客カゴが昇降されるエレベータを避難時に制御する避難用エレベータ制御装置において、
    避難時であることを検出する避難検出装置と、
    上記商用系統の停電を検出する停電検出装置と、
    避難時において上記商用系統が停電に至ったとき、上記乗客カゴを避難階から救出階に上昇運転を行うとともに、上記乗客カゴを救出階から避難階に下降運転を行うように、上記乗客カゴの運転を制御するインバータ制御装置と、
    を備え
    上記上昇運転により上記電力貯蔵装置に充電され、
    上記上昇運転により充電された上記電力貯蔵装置に貯蔵されている電力量以内の電力量で、力行運転となるときの上記下降運転が行われることを特徴とする避難用エレベータ制御装置。
  2. 上記乗客カゴの負荷率を検出する負荷率検出器を備え、
    上記インバータ制御装置は、上記負荷率が力行運転可能負荷率以上に達したとき上記乗客カゴを救出階から避難階に下降運転を行うことを特徴とする請求項1に記載する避難用エレベータ制御装置。
  3. 上記電力貯蔵装置の充放電深度を検出する充放電深度検出装置を備え、
    上記インバータ制御装置は、避難時において上記商用系統が停電に至り、かつ上記充放電深度が下限深度以下まで低下したとき、上記乗客カゴを避難階から救出階に上昇運転したときに上記電力貯蔵装置に充電された電力量以内の電力量で上記乗客カゴを救出階から避難階に下降運転を行うように上記乗客カゴの運転を制御することを特徴とする請求項1または2に記載する避難用エレベータ制御装置。
  4. 上記インバータ制御装置は、停電時、上記電力貯蔵装置の上限充電電力から算出される停電時回生速度で上記乗客カゴの運転を制御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する避難用エレベータ制御装置。
  5. 上記インバータ制御装置は、停電時、上記電力貯蔵装置の上限放電電力から算出される停電時力行速度で上記乗客カゴの運転を制御す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する避難用エレベータ制御装置。
  6. 避難時において上記商用系統が活きているとき、上記電力貯蔵装置に直流電力を充電するように制御する停電準備装置を備えることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか一項に記載する避難用エレベータ制御装置。
  7. ビル内に設置された複数台のエレベータをそれぞれ制御する請求項1乃至6のいずれか一項に記載する複数の上記避難用エレベータ制御装置からなる制御装置群において、
    各上記避難用エレベータ制御装置は、避難時において各上記乗客カゴをそれぞれ異なる階床に配車して避難用に供することを特徴とする制御装置群。
  8. ビル内に設置された複数台のエレベータをそれぞれ制御する請求項1乃至6のいずれか一項に記載する複数の上記避難用エレベータ制御装置からなる制御装置群において、
    各上記避難用エレベータ制御装置は、避難時において各上記乗客カゴの運転台数を削減して避難用に供することを特徴とする制御装置群。
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