JP5396981B2 - エレベータの非常用電源装置 - Google Patents

Description

この発明は、エレベータの非常用電源装置に関するものである。

従来におけるエレベータの非常用電源装置においては、非常用バッテリを集約して機器の設置や保守等にかかる費用を低減するものとして、非常時に巻上機のブレーキを解放するための非常用バッテリと停電灯やインターホン等の停電時に動作する必要のある複数のバックアップ機器（負荷）とをそれぞれ接続し、この非常バッテリと前記複数のバックアップ機器との間に、停電検出後それぞれに時限動作する複数のタイマの出力に基づいて前記非常用バッテリからそれぞれの前記複数のバックアップ機器への給電をオン／オフする複数のスイッチング回路を、前記複数のバックアップ機器の各々に対応して設け、さらに、これら複数のスイッチング回路と前記非常用バッテリとの間に、前記非常用バッテリから供給される電圧を前記複数のバックアップ機器の動作に適した電圧に変換する複数のＤＣ／ＤＣコンバータを、前記複数のバックアップ機器の各々に対応して設けることにより、停電時に前記非常用バッテリから前記複数のバックアップ機器にも電力を供給するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１２３３５２号公報

しかしながら、特許文献１に示された従来におけるエレベータの非常用電源装置においては、タイマの時限動作によりスイッチがオフとなりバックアップ機器への電力供給が遮断された後であっても、非常用バッテリとＤＣ／ＤＣコンバータとの間の接続は保たれておりＤＣ／ＤＣコンバータが待機電力を消費してしまうため、長期間に亘って主電源からの電力供給が遮断された停電状態が継続した場合には、非常用バッテリが放電を継続して過放電の状態になり、ついにはバッテリが劣化に至る可能性があるという課題や、バッテリ劣化にまでは至らないまでも、非常用バッテリの放電継続により再充電（充電器での電圧回復）に多大な時間を要してしまうという課題がある。

なお、長期間に亘って主電源からの電力供給が遮断された停電状態が長期間に亘って継続してしまう場合とは、地震や火事等の災害時の他、エレベータの据付時において据付現場によっては事情により長期間主電源が遮断される場合があり、この場合、特に機械室が設けられないエレベータにおいては、非常用バッテリからバックアップ機器への電力供給を遮断するバッテリ遮断スイッチが昇降路内のピット等に設けられることが多いため、バッテリ遮断スイッチに容易にアクセスできずにバッテリの放電が進行してしまう可能性があり、前述の課題が顕著であるといえる。

この発明は、このような課題を解決するためになされたもので、長期間に亘って主電源からの電力供給が遮断された停電状態が継続した場合における不必要な非常用バッテリの放電の進行を未然に防止することができるエレベータの非常用電源装置を得るものである。

この発明に係るエレベータの非常用電源装置においては、停電時に動作する必要のある複数のバックアップ機器と、全ての前記複数のバックアップ機器と電気的に接続され、停電時に全ての前記複数のバックアップ機器に給電するバッテリと、停電検出後所定時間の経過を計測する時限タイマと、前記バッテリと全ての前記複数のバックアップ機器との間に設けられ、前記時限タイマが停電検出後所定時間の経過を計測すると前記バッテリと全ての前記複数のバックアップ機器との接続を完全に切り離す遮断回路と、を備え、前記バッテリと前記遮断回路との間には、停電時に動作すべき前記バックアップ機器が存在しない構成とする。

この発明に係るエレベータの非常用電源装置においては、長期間に亘って主電源からの電力供給が遮断された停電状態が継続した場合における不必要な非常用バッテリの放電の進行を未然に防止することができるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係るエレベータの非常電源装置の全体構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る遮断回路の内部構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態１に係るエレベータの非常電源装置の各部分における電圧の時系列変化を示す図である。 この発明の実施の形態２に係るエレベータの非常電源装置の全体構成を示すブロック図である。

この発明を添付の図面に従い説明する。各図を通じて同符号は同一部分又は相当部分を示しており、その重複説明は適宜に簡略化又は省略する。

実施の形態１．
図１から図３は、この発明の実施の形態１に係るもので、図１はエレベータの非常電源装置の全体構成を示すブロック図、図２は遮断回路の内部構成を示す回路図、図３はエレベータの非常電源装置の各部分における電圧の時系列変化を示す図である。

図において１は昇降路（図示せず）内に昇降自在に配置されたエレベータかご２の運行を含め当該エレベータの運転全般を制御するエレベータ制御盤である。
当該エレベータは通常時において商用三相交流電源３から三相交流電圧の供給を受けて運転動作するものであり、この商用三相交流電源３からの三相交流電圧は、エレベータ制御盤１内に設けられたインバータ４により、所望の三相交流電圧へと変換された上で、当該エレベータの運転すなわちエレベータかご２の昇降を駆動する駆動モータ５へと出力される。商用三相交流電源３とインバータ４との間には、過電流が流れると自動的に電路を遮断するいわゆるノーヒューズブレーカなどの配線用遮断器等からなる主電源遮断スイッチ６が設けられている。

エレベータ制御盤１内には、商用三相交流電源３の遮断・停電時において後述するバックアップ機器（停電時に動作する必要のある機器・負荷）に電力を供給する非常用電源であるバッテリ７が備えられている。
このバッテリ７は、通常時すなわち商用三相交流電源３が遮断・停電されていない時において、エレベータ制御盤１内に設けられた充電器９により商用三相交流電源３から供給される電力を用いて充電される。そして、バッテリ７と充電器９との間には主電源遮断スイッチ６と同じく配線用遮断器等からなるバッテリ電源遮断スイッチ８が設けられている。なお、バッテリ７と充電器９の間には第１の逆阻止ダイオード１０ａが設けられており、バッテリ７から充電器９への逆電流はこれにより阻止されている。

エレベータかご２内には、停電してかご内照明が消灯した際に最低限の照明を提供するための停電灯１１や、エレベータかご２内の利用者が外部と通話するためのインターホン１２が設置されている。
エレベータかご２には、バッテリ７により供給された電力から所望の電圧を生成するとともに給電のオン／オフ制御を行う給電処理回路１３が設けられており、これらの停電灯１１及びインターホン１２の動作に必要な電力は、この給電処理回路１３から供給される。

また、当該エレベータの昇降路内には、所定以上の加速度の地震を感知した場合に当該エレベータを地震時管制運転に移行させるための地震感知器１４が設けられており、この地震感知器１４は、バッテリ７により供給される電力により動作する。
これらの停電灯１１、インターホン１２、給電処理回路１３及び地震感知器１４は停電時において動作する必要のある負荷であるバックアップ機器である。

これら全てのバックアップ機器とバッテリ７との間には、エレベータ制御盤１内に配置された遮断回路１５が設けられている。これは、換言すれば、バッテリ７と遮断回路１５との間には、停電時に動作すべきバックアップ機器が存在しない、ということである。
また、エレベータ制御盤１内には、商用三相交流電源３からの電力供給消失を検知して停電発生を検出する停電検出回路１６、及び、停電検出回路１６の検出結果に基づいて、停電発生時からの経過時間を計測して所定時間が経過するとバッテリ遮断信号を出力する時限タイマ１７が設けられており、遮断回路１５は、この時限タイマ１７により停電発生から所定時間の経過が計測されて出力されるバッテリ遮断信号を受けると、バッテリ７と全てのバックアップ機器とを結ぶ電路を完全に切り離して、バッテリ７から全てのバックアップ機器への電力供給を遮断するものである。

この遮断回路１５の内部回路は、例えば、図２に示すようにして構成されている。
すなわち、図において、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄは逆電流を防止するための第２、第３、第４の逆阻止ダイオードであり、１８ａ、１８ｂ、１８ｃは例えばＭＯＳＦＥＴ等のゲートに電圧が印加されるとオンとなりソース・ドレイン間で電流が流れる電界効果型トランジスタからなる第１、第２、第３の半導体スイッチである。また、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅは、それぞれ第１、第２、第３、第４、第５の抵抗である。
そして、２０はバッテリ７電圧を入力として直流電圧を生成する電源回路であり、この電源回路２０により生成された直流電源は、停電検出回路１６及び時限タイマ１７を動作させるための制御電源２１となる。２２は、この制御電源２１の出力を平滑するための平滑コンデンサである。

この遮断回路１５において、充電器９の出力は、第１の抵抗１９ａ、第２の逆阻止ダイオード１０ｂ及び第２の抵抗１９ｂを経て、バッテリ７の−極へと接続されている。
そして、第２の逆阻止ダイオード１０ｂと第２の抵抗１９ｂとの間には第１の半導体スイッチ１８ａのゲートが接続され、この第１の半導体スイッチ１８ａのソースはバッテリ７の−極に、ドレインは第３の抵抗１９ｃを介して第２の半導体スイッチ１８ｂのゲートにそれぞれ接続されている。

この第２の半導体スイッチ１８ｂのソースはバッテリ７の＋極へと接続され、ドレインは第３の逆阻止ダイオード１０ｃを経由して遮断回路１５の＋極の出力となる。また、第２の半導体スイッチ１８ｂのゲートとソース（バッテリ７の＋極）とは第４の抵抗１９ｄにより接続されている。
そして、第２の半導体スイッチ１８ｂのドレインは、第５の抵抗１９ｅと第４の逆阻止ダイオード１０ｄとを経て第１の半導体スイッチ１８ａのゲートへと接続されて、自己保持回路が形成されている。

第１の半導体スイッチ１８ａのゲートには、時限タイマ１７から出力されるバッテリ遮断信号をゲート入力とする第３の半導体スイッチ１８ｃのドレインが接続されており、この第３の半導体スイッチ１８ｃのソースはバッテリ７の−極に接続されている。
そして、遮断回路１５の出力の＋−極間には、バッテリ７電圧から制御電源２１を生成する電源回路２０が接続されており、この制御電源２１と遮断回路１５出力の−極（バッテリ７の−極）との間には平滑コンデンサ２２が挿設されている。

なお、第１の半導体スイッチ１８ａ及び第３の半導体スイッチ１８ｃはＮチャネルＦＥＴであり、第２の半導体スイッチ１８ｂはＰチャネルＦＥＴである。

図３は、この実施の形態における非常用電源装置の各部分Ａ〜Ｅにおける電圧の時系列変化を示す図である。この図３において、商用三相交流電源電圧Ａ、充電器出力Ｂ、バッテリ電圧Ｃ、タイマ出力Ｄ、遮断回路出力Ｅは、それぞれ図１中の同符号の示す箇所における電圧波形である。

通常時、すなわち、主電源遮断スイッチ６及びバッテリ電源遮断スイッチ８の双方とも投入されており、商用三相交流電源３から三相交流電圧が供給されている（通常時における商用三相交流電源電圧Ａ）。
従って、この商用三相交流電源電圧Ａにより、充電器９は出力電圧を発生し（通常時における充電器出力Ｂ）、遮断回路１５においては、第１の抵抗１９ａ、第２の逆阻止ダイオード１０ｂ及び第２の抵抗１９ｂを介して、第１の半導体スイッチ１８ａのゲートに電圧が印加されて第１の半導体スイッチ１８ａがオンとなる。

第１の半導体スイッチ１８ａがオンとなると、バッテリ７＋極から第４の抵抗１９ｄ、第３の抵抗１９ｃと経由してバッテリ７−極へと繋がる回路が閉じ、第２の半導体スイッチ１８ｂのゲートに電圧が印加されて第２の半導体スイッチ１８ｂがオンとなって、遮断回路１５は出力電圧を発生する。

そして、一旦、第２の半導体スイッチ１８ｂがオンとなると、バッテリ７＋極、第５の抵抗１９ｅ、第４の逆阻止ダイオード１０ｄ、第２の抵抗１９ｂ、バッテリ７−極の回路が閉じて、第１の半導体スイッチ１８ａのゲートに電圧が印加され続けるため、第１の半導体スイッチ１８ａ及び第２の半導体スイッチ１８ｂのオン状態は自己保持され、遮断回路１５が出力電圧を発生する状態が継続され（通常時における遮断回路出力Ｅ）、停電灯１１等のバックアップ機器に給電される。

この状態において、商用三相交流電源３の停電が発生し、又は、主電源遮断スイッチ６のみを遮断すると、商用三相交流電源電圧Ａが消失し、続いて充電器出力Ｂも消失する。
充電器出力Ｂが消失しても、第２の半導体スイッチ１８ｂは自己保持されてオン状態が継続するため、遮断回路出力Ｅは消失せずに電圧を継続出力しバックアップ機器に給電可能な状態は維持される。このため、バッテリ電圧Ｃはバックアップ機器に電力を消費されて徐々にゆっくりと低下していく。この状態が長時間継続すると図３のバッテリ電圧Ｃの破線で示すごとく電圧が低下し続け、ある時点を越えるとバッテリ７は過放電となって電圧が急激に低下して放電終止電圧に達し、バッテリ７が劣化する可能性がある。

しかし、ここで、停電検出回路１６により商用三相交流電源３の電圧消失を検知して停電発生が検出されてから、所定時間（タイマカウント）が経過すると、図３のタイマ出力Ｄに示すごとく時限タイマ１７からバッテリ遮断信号がパルス電圧として出力される。
そして、タイマ出力Ｄによって第３の半導体スイッチ１８ｃのゲートに電圧が印加されて第３の半導体スイッチ１８ｃがオンとなり、よって、第１の半導体スイッチ１８ａがオフとなって、続いて第２の半導体スイッチ１８ｂもオフとなる。

従って、遮断回路出力Ｅの電圧は消失し、遮断回路１５から全てのバックアップ機器への給電が停止される。すなわち、バッテリ７と全てのバックアップ機器との接続は完全に切り離され、バッテリ７は電力を消費しなくなって、その電圧は図３中バッテリ電圧Ｃの実線で示すごとく低下せずに過放電となることが抑制される。

この状態において、商用三相交流電源３が停電から復帰して復電し、又は、主電源遮断スイッチ６を投入すると、商用三相交流電源電圧Ａが復活し、続いて充電器出力Ｂも復活して、第１の半導体スイッチ１８ａ及び第２の半導体スイッチ１８ｂがオンとなるので、遮断回路出力Ｅも復活し、再び遮断回路１５すなわちバッテリ７からバックアップ機器へと給電可能な状態となる。

なお、ここで、時限タイマ１７において予め設定される停電発生時からバッテリ遮断信号を出力するまでの所定時間（タイマカウント）は、バックアップ機器のバックアップ動作に必要な時間以上で、かつ、バッテリ７の過放電を抑制可能な時間以下となるように設定される。

以上のように構成されたエレベータの非常用電源装置においては、停電時に動作する必要のある複数のバックアップ機器と電気的に接続されたバッテリにより、停電時に全てのバックアップ機器に給電を行い、バッテリとこれら全てのバックアップ機器との間に、時限タイマが停電検出後所定時間の経過を計測するとバッテリと全てのバックアップ機器との接続を完全に切り離す遮断回路を設けることにより、長期間に亘って主電源である商用三相交流電源からの電力供給が遮断された停電状態が継続した場合における不必要なバッテリの放電の進行を未然に防止することができる。
従って、バッテリの長寿命化を図るとともに、省電力・省エネルギーであって、環境に対する負荷を軽減することが可能である。
また、時限タイマ及び遮断回路をエレベータ制御盤内に設けることにより、非常用電源装置を、構成が簡潔であって保守点検作業等を容易なものとすることが可能である。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るもので、エレベータの非常電源装置の全体構成を示すブロック図である。
前述した実施の形態１の構成においては、遮断回路並びに停電検出回路及び時限タイマをエレベータ制御盤内に設け、全てのバックアップ機器に対する給電を一括して制御するようにしたが、ここで説明する実施の形態２は、これらの回路やタイマを個々のバックアップ機器側に設け、それぞれのバックアップ機器毎に個別に給電制御するようにしたものである。

ここでは、バックアップ機器として地震感知器の場合を採り上げて説明する。
すなわち、１４は所定以上の地震動を感知した場合に当該エレベータを地震時管制運転に移行させるために当該エレベータの昇降路内に設けられた地震感知器であり、所定以上の地震動を感知する地震感知機能１４ａを備えている。
この地震感知機能１４ａは停電時において動作する必要のあるバックアップ機器であって、エレベータ制御盤１内に設けられた非常用電源であるバッテリ７と接続されている。

そして、このバッテリ７と地震感知機能１４ａとの間、より正確には通常時においてバッテリ７に充電する充電器９と地震感知機能１４ａとの間には、実施の形態１と同様の構成の遮断回路１５が接続されている。
また、商用三相交流電源３から生成される充電器９からの出力は、遮断回路１５へと入力されるとともに、地震感知器１４内に設けられた停電検出回路１６へも入力されている。

この停電検出回路１６は、充電器９からの出力電圧消失を検知することにより、充電器出力の元となる商用三相交流電源電圧の消失を判断し停電発生の検出を行い、停電発生を検出すると、地震感知器１４内に設けられた時限タイマ１７へとその旨を出力する。
そして、時限タイマ１７は、停電発生時からの経過時間を計測して所定時間が経過するとバッテリ遮断信号を遮断回路１５へと出力し、このバッテリ遮断信号を受けた遮断回路１５は、バッテリ７と地震感知機能１４ａとを結ぶ電路を完全に切り離して、バッテリ７からの電力供給を遮断する。

なお、他の構成及び動作については、実施の形態１と同様であって、その詳細説明は省略する。
また、ここでは、停電検出回路は充電器出力をモニタすることにより停電検出を行ったが、商用三相交流電源電圧を直接モニタする方法を含め、商用三相交流電源電圧と連動する出力をモニタする他の方法を用いて停電検出を行ってもよい。

さらにまた、ここでは地震感知器について説明をしたが、他のバックアップ機器であっても同様であって、エレベータかご内の停電灯やインターホンについては、遮断回路をこれらの機器への給電処理を行う給電処理回路とバッテリとの間に、エレベータかご側に配置して設けるようにすればよい。
この場合において、バックアップ機器が複数ある場合には、それぞれのバックアップ機器に応じて複数の遮断回路及び時限タイマを設け、これらの時限タイマにおいて予め設定される停電発生時からバッテリ遮断信号を出力するまでの所定時間（タイマカウント）は、それぞれの時限タイマが設置されるバックアップ機器の性能や機能等に応じて、それぞれ個別に設定するようにしてもよい。

以上のように構成されたエレベータの非常用電源装置においては、実施の形態１と同様の効果を奏することができるのに加えて、時限タイマ及び遮断回路をバックアップ機器側に設けることにより、バックアップ機器側に予めマイコン等の制御回路が内蔵されている場合には、少ない追加部品により容易かつ安価に非常用電源装置を構成することが可能である。
また、時限タイマ及び遮断回路を複数のバックアップ機器に応じて複数設け、複数の時限タイマの所定時間を、当該時限タイマが設けられるバックアップ機器に応じてそれぞれ個別に設定することにより各バックアップ機器毎に時間設定を最適化することができ、より効果的に不必要なバッテリ放電の進行を未然に防止することが可能である。

１ エレベータ制御盤
２ エレベータかご
３ 商用三相交流電源
４ インバータ
５ 駆動モータ
６ 主電源遮断スイッチ
７ バッテリ
８ バッテリ電源遮断スイッチ
９ 充電器
１０ａ 第１の逆阻止ダイオード
１０ｂ 第２の逆阻止ダイオード
１０ｃ 第３の逆阻止ダイオード
１０ｄ 第４の逆阻止ダイオード
１１ 停電灯
１２ インターホン
１３ 給電処理回路
１４ 地震感知器
１４ａ 地震感知機能
１５ 遮断回路
１６ 停電検出回路
１７ 時限タイマ
１８ａ 第１の半導体スイッチ
１８ｂ 第２の半導体スイッチ
１８ｃ 第３の半導体スイッチ
１９ａ 第１の抵抗
１９ｂ 第２の抵抗
１９ｃ 第３の抵抗
１９ｄ 第４の抵抗
１９ｅ 第５の抵抗
２０ 電源回路
２１ 制御電源
２２ 平滑コンデンサ

Claims (4)

1. 停電時に動作する必要のある複数のバックアップ機器と、
   全ての前記複数のバックアップ機器と電気的に接続され、停電時に全ての前記複数のバックアップ機器に給電するバッテリと、
   停電検出後所定時間の経過を計測する時限タイマと、
   前記バッテリと全ての前記複数のバックアップ機器との間に設けられ、前記時限タイマが停電検出後所定時間の経過を計測すると前記バッテリと全ての前記複数のバックアップ機器との接続を完全に切り離す遮断回路と、を備え、
   前記バッテリと前記遮断回路との間には、停電時に動作すべき前記バックアップ機器が存在しないことを特徴とするエレベータの非常用電源装置。
2. 前記バックアップ機器には、前記バッテリにより供給された電力から所望の電圧を生成する給電処理回路が含まれ、
   前記給電処理回路は、当該給電処理回路以外の前記バックアップ機器の少なくとも一部と前記バッテリとの間に設けられることを特徴とする請求項１に記載のエレベータの非常用電源装置。
3. 前記時限タイマ及び前記遮断回路は、前記複数のバックアップ機器側に設けられることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエレベータの非常用電源装置。
4. 前記時限タイマ及び前記遮断回路は、前記複数のバックアップ機器に応じて複数設けられ、
   複数の前記時限タイマの前記所定時間は、前記時限タイマが設けられる前記バックアップ機器に応じてそれぞれ個別に設定されることを特徴とする請求項３に記載のエレベータの非常用電源装置。

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