JP5571216B1 - エレベータ制御装置およびエレベータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 自然エネルギー発電を利用して、省エネ効果の高い制御で効率よくエレベータの運転を行うエレベータ制御装置およびエレベータ制御方法を提供する。
【解決手段】 実施形態によればエレベータ制御装置は、荷重センサとかご運転情報取得部とピーク電力量算出部と供給電力管理部と運転制御部とを有する。荷重センサは、エレベータの乗りかごの荷重量を検出する。かご運転情報取得部は、乗りかごの位置情報および目的階情報を取得する。ピーク電力量算出部は、乗りかごの荷重量と乗りかごの位置情報および目的階情報とから、当該乗りかごを当該目的階まで運転する際の予測ピーク電力量を算出する。供給電力管理部は、自然エネルギーにより発電された電力をエレベータに供給させる。運転制御部は、自然エネルギーにより発電された電力量が予測ピーク電力量よりも大きいときには、乗りかごの走行速度および加速度をより高い値に変更する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、エレベータ制御装置およびエレベータ制御方法に関する。

従来、自然エネルギー発電を利用した電力制御が注目されており、エレベータシステムに用いるための技術も提案されている。

自然エネルギー発電による電力をエレベータシステムに利用ことにより、省エネ効果を向上させることができるとともに、災害が発生して商用電源が停止したときにもエレベータの運転を継続することができるという利点がある。

特開２０１２−５６６９２号公報

しかし自然エネルギー発電を利用する場合、天気や風速など自然条件の変化により発電量が変動するため、発電電力が低下するとエレベータの運転に支障をきたすおそれがあるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、自然エネルギー発電を利用して、省エネ効果の高い制御で効率よくエレベータの運転を行うエレベータ制御装置およびエレベータ制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための実施形態によればエレベータ制御装置は、荷重センサとかご運転情報取得部とピーク電力量算出部と供給電力管理部と運転制御部とを有する。荷重センサは、エレベータの乗りかごの荷重量を検出する。かご運転情報取得部は、乗りかごの位置情報および目的階情報を取得する。ピーク電力量算出部は、乗りかごの荷重量と乗りかごの位置情報および目的階情報とから、当該乗りかごを当該目的階まで運転する際の予測ピーク電力量を算出する。供給電力管理部は、自然エネルギーにより発電された電力をエレベータに供給させる。運転制御部は、自然エネルギーにより発電された電力量が予測ピーク電力量よりも大きいときには、乗りかごの走行速度および加速度をより高い値に変更する。

第１実施形態によるエレベータ制御装置を利用したエレベータシステムの構成を示す全体図。 第１実施形態によるエレベータ制御装置のエレベータ停止時の動作を示すフローチャート。 第１実施形態および第２実施形態によるエレベータ制御装置に予め記憶されるピーク電力量テーブルの一例を示す表。 第１実施形態によるエレベータ制御装置のエレベータ稼動時の動作を示すフローチャート。 第２実施形態によるエレベータ制御装置を利用したエレベータシステムの構成を示す全体図。 第２実施形態によるエレベータ制御装置のエレベータ稼動時の動作を示すフローチャート。

《第１実施形態》
本実施形態の第１実施形態として、自然エネルギー発電により供給される電力、蓄電池により供給される電力、商用電源により供給される電力の順に高い優先度で、エレベータを効率よく運転するエレベータ制御装置について説明する。

〈第１実施形態によるエレベータ制御装置を利用したエレベータシステムの構成〉
本実施形態によるエレベータ制御装置を利用したエレベータシステムの構成について、図１を参照して説明する。

本実施形態によるエレベータシステム１Ａは、エレベータ１０と、電力供給システム２０と、エレベータ制御装置３０とを有する。

エレベータ１０は、昇降路上部の機械室に設置された巻き上げ機１１と、巻き上げ機１１に掛け渡されたロープの両端部にそれぞれつるべ式に吊り下げられた乗りかご１２および釣り合いおもり１３と、乗りかご１２の床面に設置された荷重センサ１４とを備える。

電力供給システム２０は、太陽光発電用コンバータ２１と、風力発電用コンバータ２２と、ＰＭＷコンバータ２３と、蓄電池２４と、蓄電池充放電用コンバータ２５と、インバータ２６とを有する。

太陽光発電用コンバータ２１は、太陽光パネル２で取得されたエネルギーを、直流電力に変換する。

風力発電用コンバータ２２は、風力発電機３で取得されたエネルギーを、直流電力に変換する。

ＰＭＷコンバータ２３は、商用電源４から供給された交流電力を、直流電力に変換する。

蓄電池充放電用コンバータ２５は電流可逆の双方向チョッパであり、供給電力管理部３２からの信号に基づいて、自然エネルギーにより発電され太陽光発電用コンバータ２１、風力発電用コンバータ２２から供給された電力や、ＰＭＷコンバータ２３から供給された電力を蓄電池２４に蓄電し、また、蓄電池２４に充電された電力を放電する。

インバータ２６は、太陽光発電用コンバータ２１、風力発電用コンバータ２２、ＰＭＷコンバータ２３、および蓄電池２４から供給された直流電力を交流電力に変換してエレベータ１０に供給する。

エレベータ制御装置３０は、ピーク電力量テーブル記憶部３１と、供給電力管理部３２と、タイマ３３と、運転制御部３４と、ピーク電力量算出部３５とを有する。

ピーク電力量テーブル記憶部３１は、乗りかご１２の走行距離ごとおよび荷重量ごとの、予測ピーク電力量情報を格納したピーク電力量テーブルを記憶する。

供給電力管理部３２は、電力供給システム２０の直流電力部DC内の電圧Vdを監視し、所定の電圧値になるように制御する。また、太陽光発電用コンバータ２１から出力される電流値Ip、風力発電用コンバータ２２から出力される電流値Iw、蓄電池充放電用コンバータ２５から出力される電流値Ib、および蓄電池２４の残容量Vbを監視する。また必要に応じて、太陽光発電用コンバータ２１を駆動するための駆動信号Sp、風力発電用コンバータ２２を駆動するための駆動信号Sw、ＰＭＷコンバータ２３を駆動するための駆動信号Sm、蓄電池充放電用コンバータ２５を駆動するための駆動信号Sb、およびインバータ２６を駆動するための駆動信号Siを出力する。

タイマ３３は、供給電力管理部３２でコンバータ２１、２２の通流率の更新処理を実行させるための時間間隔を計測する。

運転制御部３４は、乗りかご１２の現在位置および目的階情報を取得する。また、巻き上げ機１１の運転状況や荷重センサ１４で検出された乗りかご１２の荷重量、供給電力管理部３２から出力される情報に基づいて、巻き上げ機１１の運転を制御して乗りかご１２の走行を制御する。

ピーク電力量算出部３５は、荷重センサ１４で検出された乗りかごの荷重量と、運転制御部で取得された乗りかご１２の現在位置情報および目的階情報とから、ピーク電力量テーブルを参照して、当該乗りかご１２を目的階まで運転する際のピーク電力量を算出する。

〈第１実施形態によるエレベータ制御装置を利用したエレベータシステムの動作〉
次に、本実施形態によるエレベータシステム１Ａの動作について、図２〜図４を参照して説明する。

図２は、本実施形態によるエレベータシステム１Ａにおいて、エレベータ停止時に、自然エネルギー発電により得た電力を蓄電する際の、供給電力管理部３２の動作を示すフローチャートである。

運転制御部３４によりエレベータの乗りかご１２が停止していると判定された時は、ＰＭＷコンバータ２３およびインバータ２６は停止され（Ｓ１）、太陽光発電による電力が蓄電池２４に蓄電される処理が開始される。

まず供給電力管理部３２において、電力供給システム２０で予め設定された直流電力部DCの電圧初期値Vd0が取得される（Ｓ２）。

次に、蓄電池充放電用コンバータ２５の駆動信号Sbが出力されてスイッチングが開始され（Ｓ３）、直流電力部DCの電圧Vdが、取得された電圧初期値Vd0になるようにフィードバック制御が行われる（Ｓ４）。

直流電力部DCの電圧がVd＝Vd0となると（Ｓ４の「YES」）、太陽光発電用コンバータ２１および風力発電用コンバータ２２に設定する通流率を所定時間間隔で更新するため、タイマ３３によるカウントが開始される（Ｓ５）。

タイマ３３によるカウントが開始されると、太陽光発電用コンバータ２１の駆動信号Spが出力されてスイッチングが開始される（Ｓ６）。ここで、太陽光パネルへの日射量が一定であっても、太陽光発電用コンバータ２１のスイッチング通流率により出力される電力量は変化する。そこで、この時点で最大出力電流が得られる最適通流率を求めるため、通流率を増減させながら電流Iwを監視する処理が繰り返される（Ｓ７）。

通流率の増減を繰り返し、出力電流が最大となる通流率が検知されると（Ｓ８の「YES」）、当該通流率により太陽光発電用コンバータ２１のスイッチングが固定される（Ｓ９）。

同様に風力発電用コンバータ２２の駆動信号Swが出力されたスイッチングが開始され（Ｓ１０）、この時点で最大出力電流が得られる最適通流率が検知されると（Ｓ１１、Ｓ１２の「YES」）、当該通流率により風力発電用コンバータ２２のスイッチングが固定される（Ｓ１３）。

ステップＳ５でカウントを開始したタイマ３３により所定時間経過が検知されるまで太陽光発電用コンバータ２１および風力発電用コンバータ２２に固定された通流率が維持され、所定時間が経過したことが検知されると（Ｓ１４の「YES」）タイマ３３のカウントがクリアされ（Ｓ１５）、ステップＳ５に戻り通流率の更新処理が行われる。

このように所定時間ごとに通流率を更新することで、天気や風速が変わり易いときに固定される通流率が小刻みに変動してシステムに不具合が発生することを防止しつつ、適切な時間間隔で最適な設定を行う。

上述した処理により、エレベータ停止時には、太陽光発電用コンバータ２１および風力発電用コンバータ２２の出力電流が最大となるスイッチングの通流率を所定時間間隔で更新することにより、環境により変動する自然エネルギー発電を効率よく蓄電池２４に充電することができる。

次に、本実施形態によるエレベータシステム１Ａにおいて、電力供給システム２０から供給される電力でエレベータ１０が稼動する際の、供給電力管理部３２の動作について、図３のテーブルおよび図４のフローチャートを参照して説明する。

本実施形態においてエレベータ制御装置のピーク電力量テーブル記憶部３１には、図３に示すような、乗りかご１２の走行距離Xmごとおよび荷重量Wごとの、予測ピーク電力量情報を格納したピーク電力量テーブルが予め記憶されている。

図３のテーブルにおいて、走行距離の長さはXm1 ＜ Xm2 ＜ Xm3 ＜ Xm4 ＜ Xm5であり、荷重量の大きさはW1 ＜ W2 ＜ W3 ＜ W4 ＜ W5である。そして、これらの条件ごとに予め格納された予測ピーク電力量情報は、走行距離Xmが長い程大きく、また、荷重量Wが大きい程大きい値で設定されている。

図４のフローチャートでは、まず運転制御部３４において、乗りかご１２内で操作された行き先階登録情報（かご呼び登録情報）やエレベータ乗場で操作された乗り場呼び登録情報が取得されると、荷重センサ１４から乗りかご１２の荷重量Wが取得される。

そして乗りかご１２の現在位置情報と、取得された呼び登録情報により設定される乗りかご１２の次の目的階情報とから、現在位置から目的階までの乗りかご１２の走行距離Xmが取得される（Ｓ２１）。

次に、ピーク電力量算出部３５においてピーク電力量テーブルが参照され、取得された走行距離Xmと乗りかご２１の荷重量Wとに対応する予測ピーク電力量情報Paが取得される。

次に供給電力管理部３２において、下記式（１）に基づいて、現在の自然エネルギー発電による発電電力量Pgが取得される。

〔数１〕
Pg = Vd * ( IP + Iw ) （１）
Vd：電力供給システムの直流電力部DCの電圧値
Ip：太陽光発電用コンバータ２１からの出力電流値
Iw：風力発電用コンバータ２２からの出力電流値
ここで、「自然エネルギー発電による発電電力量Pg」＞「予測ピーク電力量情報Pa」である場合（Ｓ２４の「YES」）には、運転制御部３４により、乗りかご１２の定格速度および加速度がより高い値に変更され高速運転が行われるように設定される。またこれに伴い、直流電力部DCの電圧Vdが高レベルの電圧VdHになるようにフィードバック制御が行われる（Ｓ２５）。

直流電力部DCの電圧VdがVdHになると（Ｓ２６の「YES」）、運転制御部３４において、目的階に向けて乗りかご１２の高速運転が開始される（Ｓ２７）。このとき、供給電力管理部３２からはインバータ２６を駆動させる駆動信号Siが出力され、自然エネルギー発電による電力がインバータ２６により交流電力に変換されるようになる。インバータ２６で変換された電力はエレベータ１０に供給される。

運転中に、「自然エネルギー発電による発電電力量Pg」＞「予測ピーク電力量情報Pa」の状態が継続されている間は、太陽光エネルギー発電および風力発電が利用され、過剰発電分は蓄電池２４に蓄電される。

また、日射量や風力が低下し、目的階までの乗りかご１２走行中に自然エネルギー発電による発電電力量Pgがエレベータ１０の運転に要する電力量より少ない状態となると、供給電力管理部３２により、必要量の電力を蓄電池２４から供給させるように蓄電池充放電用コンバータ２５を駆動する駆動信号Sbが送出される。

エレベータの運転中は、供給電力管理部３２では蓄電池２４の残容量（電圧値）Vbが監視され、残容量Vbが、予め設定された蓄電池２４の使用可能範囲の下限値Vb0を下回り（Vb ＜ Vb0）、且つＰＭＷコンバータ２３が現在停止している場合には（Ｓ２８）、ＰＭＷコンバータ２３を駆動させる駆動信号Smが出力されてスイッチングが開始される（Ｓ２９）。そして、直流電力部DCの電圧Vdが高レベルの電圧VdHになるようにフィードバック制御が行われる（Ｓ３０）。

その後乗りかご１２が目的階に着床するまでステップＳ２８〜Ｓ３０が繰り返され（Ｓ３１の「NO」）、目的階に着床すると（Ｓ３１の「YES」）、ＰＭＷコンバータ２３のスイッチングは停止される（Ｓ３２）。

また、ステップＳ２８において残容量Vbが、予め設定された蓄電池２４の使用可能範囲の下限値Vb0以上ある場合（Vb ≧ Vb0）またはＰＭＷコンバータ２３が既に稼動している場合（Ｓ２８の「NO」）はステップＳ３１に移り、目的階に着床したか否かが監視される。

またステップＳ２４において「自然エネルギー発電による発電電力量Pg」≦「予測ピーク電力量情報Pa」である場合（Ｓ２４の「NO」）には、直流電力部DCの電圧Vdは初期値Vd0で維持されるようにフィードバック制御が行われる（Ｓ３３）。そして通常速度にて、運転制御部３４において目的階に向けて乗りかご１２の運転が開始される（Ｓ３４）。

ここで、ステップＳ２８〜Ｓ３１と同様の処理が行われ、蓄電池２４の残容量Vbが予め設定された蓄電池２４の使用可能範囲の下限値Vb0を下回るときには商用電源４からの電力が利用されるように切り替えられ、目的階着床まで電力供給が維持される（Ｓ３３〜Ｓ３８）。

このようにエレベータで呼びが発生したときには、自然エネルギー発電により供給される電力、蓄電池２４から供給される電力、商用電源４から供給される電力の順で高い優先度で電力を使用し、特に自然エネルギー発電により供給される電力が使用予定の電力量を充分に超える場合には乗りかご１２を高速運転に切り替えることで、省エネ効果の高い制御で効率よくエレベータの運転を行うことができる。

《第２実施形態》
本実施形態の第２実施形態として、商用電源を使用せず、自然エネルギー発電により供給される電力、蓄電池により供給される電力の順に高い優先度で、エレベータを効率よく運転するように制御するエレベータ制御装置について説明する。

〈第２実施形態によるエレベータ制御装置を利用したエレベータシステムの構成〉
本実施形態によるエレベータ制御装置を利用したエレベータシステムの構成について、図５を参照して説明する。

本実施形態によるエレベータシステム１Ｂは、ＰＭＷコンバータ２３を設置しない他は、第１実施形態によるエレベータシステム１Ａの構成と同様であるため、詳細な説明は省略する。

〈第２実施形態によるエレベータ制御装置を利用したエレベータシステムの動作〉
本実施形態によるエレベータシステム１Ｂの動作について、図６のフローチャートを参照して説明する。

本実施形態において、乗りかご１２内で操作された行き先階登録情報やエレベータ乗場で操作された乗り場呼び登録情報が取得されると、まず目的階までエレベータ１０を運転するための充分なエネルギーが蓄電池２４に蓄えられているか否かが確認される。具体的には、蓄電池２４の残容量Vbが予め設定された蓄電池２４の運転許可閾値Vb1以上あるか否かが判定される（Ｓ４１）。ここで運転許可閾値Vb1は、次の目的階までの走行を行うことが可能であるか否かを判断するため値であり、第１実施形態のステップＳ２８およびＳ３５において用いられた蓄電池２４の使用可能範囲の下限値Vb0よりも大きい値である。

ステップＳ４１において蓄電池２４の残容量Vbが予め設定された蓄電池２４の運転許可閾値Vb1以下を下回ると判定された場合（Ｓ４１の「YES」）には、走行中のバッテリー枯れを防止するためエレベータ１０の運転が中止される（Ｓ４２）。

また、蓄電池２４の残容量Vbが予め設定された蓄電池２４の運転許可閾値Vb1以上あると判定された場合（Ｓ４１の「NO」）、第１実施形態において説明したステップＳ２１〜２４と同様の処理が行われる（Ｓ４３〜Ｓ４６）。その後、「自然エネルギー発電による発電電力量Pg」＞「予測ピーク電力量情報Pa」である場合（Ｓ４６の「YES」）には、高速運転制御に変更されて運転が開始され（Ｓ４７〜Ｓ４９）、目的階に着床するように運転が行われる（Ｓ５０）。

また、「自然エネルギー発電による発電電力量Pg」≦「予測ピーク電力量情報Pa」である場合（Ｓ４６の「NO」）には、通常速度にて運転が開始され（Ｓ５１、Ｓ５２）、目的階に着床するように運転が行われる（Ｓ５３）。

以上の第２実施形態によれば、商用電力が供給されない地域等においても電力を効率よく確保してエレベータの運転を行うことができる。

また上述した第１実施形態および第２実施形態において、予め記憶しておくピーク電力量情報を、回生方向運転と力行方向運転とで別に生成して記憶しておいてもよい。このように記憶しておくことにより、さらに精度の高い予測ピーク電力量を取得することができる。

また上述した第１実施形態および第２実施形態において、運転速度を変更するとき等にアナウンスで利用者に報知するようにしてもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１Ａ、１Ｂ…エレベータシステム
２…太陽光パネル
３…風力発電機
４…商用電源
１１…巻き上げ機
１２…乗りかご
１３…釣り合いおもり
１４…荷重センサ
２０…電力供給システム
２１…太陽光発電用コンバータ
２２…風力発電用コンバータ
２３…ＰＭＷコンバータ
２４…蓄電池
２５…蓄電池充放電用コンバータ
２６…インバータ
３０…エレベータ制御装置
３１…ピーク電力量テーブル記憶部
３２…供給電力管理部
３３…タイマ
３４…運転制御部
３５…ピーク電力量算出部

Claims (5)

1. 制御対象とするエレベータの乗りかごの荷重量を検出する荷重センサと、
   前記エレベータの乗りかごの位置情報および目的階情報を取得するかご運転情報取得部と、
   前記荷重センサで検出された乗りかごの荷重量と、前記かご運転情報取得部で取得された乗りかごの位置情報および目的階情報とから、当該乗りかごを当該目的階まで運転する際の予測ピーク電力量を算出するピーク電力量算出部と、
   自然エネルギーにより発電された電力を、前記エレベータに供給させる供給電力管理部と、
   前記自然エネルギーにより発電された電力量を監視し、前記発電された電力量が前記予測ピーク電力量よりも大きいときには、前記乗りかごの走行速度および加速度をより高い値に変更する運転制御部と
   を備えることを特徴とするエレベータ制御装置。
2. 蓄電池に接続され、
   前記供給電力管理部は、前記エレベータの走行中に、前記発電された電力量が前記予測ピーク電力量以下になったことを検知すると、前記蓄電池から前記エレベータへの電力供給を開始させる
   ことを特徴とする請求項１に記載のエレベータ制御装置。
3. 前記供給電力管理部は、前記エレベータの走行中に、前記蓄電池の残容量が予め設定された使用可能範囲の下限値を下回ったことを検知すると、商用電源から前記エレベータへの電力供給を開始させる
   ことを特徴とする請求項２に記載のエレベータ制御装置。
4. 前記供給電力管理部は、前記エレベータ停止中に、前記自然エネルギーにより発電された電力が最大出力となるように通電率を固定し、前記蓄電池に蓄電させる
   ことを特徴とする請求項２または３に記載のエレベータ制御装置。
5. エレベータ制御装置が、
   制御対象とするエレベータの乗りかごの荷重量を検出し、
   前記エレベータの乗りかごの位置情報および目的階情報を取得し、
   検出された乗りかごの荷重量と、取得された乗りかごの位置情報および目的階情報とから、当該乗りかごを当該目的階まで運転する際の予測ピーク電力量を算出し、
   自然エネルギーにより発電された電力を、前記エレベータに供給させ、
   前記自然エネルギーにより発電された電力量を監視し、前記発電された電力量が前記予測ピーク電力量よりも大きいときには、前記乗りかごの走行速度および加速度をより高い値に変更する
   ことを特徴とするエレベータ制御方法。

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