JP5800638B2 - エレベータの非接触給電システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、エレベータの運転に必要な電力を非接触で給電するエレベータの非接触給電システムに関する。

近年、非接触給電方式を適用したエレベータが普及している。特に、カウンタウエイトに受電装置を備え、建屋側に設置された給電装置から電力を非接触で受けて動作するカウンタウエイト駆動型のエレベータがある。

このカウンタウエイト駆動型のエレベータでは、カウンタウエイトに受電装置とバッテリを備えており、通常時はバッテリに蓄えられた電力でモータ（巻上機）を駆動して運転動作する。そして、給電時はカウンタウエイトを給電位置まで移動させ、そこに設置された非接触給電装置から非接触で電力を給電し、その電力をカウンタウエイトに設置された受電装置を通じてバッテリに蓄えるようにしている。

特開２００１−１６３５３３号公報 特開２００２−２４９２８５号公報

上述した非接触給電装置では、例えば給電装置に金属粉等の異物が混入していると、給電効率が著しく低下する。このため、給電時にカウンタウエイトを給電位置に移動させて給電を行うようにしても、バッテリが十分に充電されず、運転に支障が出てしまう問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、給電効率が低下している状態を検出して対処することのできるエレベータの非接触給電システムを提供することである。

本実施形態に係るエレベータの非接触給電システムは、昇降路内を乗りかごと共に昇降動作するカウンタウエイトにモータが設置され、上記モータの駆動力により上記乗りかごと上記カウンタウエイトが上記昇降路内を昇降動作するエレベータに用いられる非接触給電システムであって、上記昇降路内の給電位置に設置され、上記給電位置で上記カウンタウエイトに対して所要の電力を非接触で給電する第１の給電装置と、上記昇降路内の給電位置に設置され、上記給電位置で上記乗りかごに対して所要の電力を非接触で給電する第２の給電装置と、上記第１および第２の給電装置のそれぞれに搭載された磁気センサの出力信号に基づいて、上記第１および第２の給電装置の給電効率をチェックする給電効率チェック手段と、この給電効率チェック手段によって給電効率が一定値以下の状態が検出された場合に、上記第１および第２の給電装置のうちの該当する給電装置の給電効率を上げるように、その給電装置の駆動を制御する駆動制御手段と、上記カウンタウエイトと上記乗りかごのそれぞれの対向面に設置された受給電装置と、上記第１および第２の給電装置のそれぞれに搭載された温度センサの出力信号に基づいて、上記第１および第２の給電装置の発熱状態をチェックする発熱チェック手段と、上記駆動制御手段によって駆動制御された給電装置の給電効率が改善せずに上記一定値以下の状態が続いている場合、あるいは、上記発熱チェック手段によって当該給電装置から一定温度以上の発熱が検出された場合には当該給電装置の使用を禁止し、上記カウンタウエイトと上記乗りかごを中間階付近まで移動させ、上記受給電装置を介して上記カウンタウエイトと上記乗りかごとの間で給電を行う給電制御手段とを具備する。

図１は一実施形態に係るエレベータの非接触給電システムの構成を示す図である。 図２は同実施形態におけるカウンタウエイト駆動型のエレベータの構成を示す図である。 図３は同実施形態におけるエレベータの非接触給電システムの動作を説明するためのフローチャートである。 図４は同実施形態におけるエレベータの非接触給電システムの他の構成を示す図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は一実施形態に係るエレベータの非接触給電システムの構成を示す図である。

建物の昇降路１０内にエレベータの乗りかご１１とカウンタウエイト（Ｃ／Ｗ）１２が図示せぬガイドレールを介して昇降自在に設けられている。本実施形態では、カウンタウエイト駆動型のエレベータを想定しており、カウンタウエイト１２にモータ（巻上機）１３が搭載され、このモータ１３の駆動力により乗りかご１１とカウンタウエイト１２が昇降動作する。

図２にカウンタウエイト駆動型のエレベータの構成を示す。
乗りかご１１はかご下に一対のシーブ１４を有し、そのシーブ１４に一端が昇降路１０の頂上部に固定されたロープ１５が架設されている。ロープ１５は、昇降路１０の頂上部に設けられたシーブ１６を介してカウンタウエイト（吊り合い錘）１２に設けられたトラクションシーブ１７に巻回されている。このロープ１５の他端部は昇降路１０の頂上部に固定されている。これにより、乗りかご１１とカウンタウエイト１２を２：１ローピング形式で支持している。

カウンタウエイト１２には、モータ（巻上機）１３、トラクションシーブ１７、インバータ（ＩＮＶ）１８、バッテリ１９などが搭載されている。モータ１３の回転軸に取り付けられたトラクションシーブ１７が回転することで、ロープ１５を介して乗りかご１１とカウンタウエイト１２がつるべ式に昇降動作する。インバータ１８は、モータ１３を回転駆動させるための装置である。

バッテリ１９は、モータ１３を駆動するための電力を蓄える。このバッテリ１９としては、例えばスーパーキャパシタ（電気２重層キャパシタ）などが用いられ、高電圧のエネルギーを素早く蓄えるような性能を持つことで、急速な給電に対応できる。

ここで、カウンタウエイト１２のバッテリ１９および乗りかご１１に対する給電は非接触で行なわれる。以下にその詳しい構成について説明する。

図１に示すように、昇降路１０内のカウンタウエイト１２と対向する面に少なくとも１つの第１の給電装置２１が設置されている。この第１の給電装置２１は、建屋側の電源装置２３に接続されており、予め定められた給電位置（基準階など）に取り付けられ、カウンタウエイト１２がその給電位置に停止したときに所要の電力（モータ駆動に必要な電力）をカウンタウエイト１２に対して非接触で給電する。

また、昇降路１０の反対側のカウンタウエイト１２と対向する面に少なくとも１つの第２の給電装置２２が設置されている。この第２の給電装置２２は、第１の給電装置２１と同様に建屋側の電源装置２３に接続されており、予め定められた給電位置（基準階など）に取り付けられ、乗りかご１１がその給電位置に停止したときに所要の電力（かご内機器の駆動に必要な電力）を乗りかご１１に対して非接触で給電する。

カウンタウエイト１２には、受電装置３１、受給電装置３２、送電切替えスイッチ３３，３４が設けられている。

受電装置３１は、カウンタウエイト１２が給電位置で停止しているときに、第１の給電装置２１から非接触で給電された電力を受電する。送電切替えスイッチ３３は、受電装置３１で受電された電力をバッテリ１９に送り込むためのスイッチであり、通常時はＯＮしている。送電切替えスイッチ３４は、バッテリ１９に蓄えられた電力を乗りかご１１に送る場合あるいは乗りかご１１から送られてきた電力をバッテリ１９に送るためのスイッチであり、通常時はＯＦＦしている。

受給電装置３２は、乗りかご１１に向けて設置されており、受電／給電の切替えが可能な機能を備え、中間階付近でカウンタウエイト１２と乗りかご１１とが対向した状態で受電あるいは給電を行う。

乗りかご１１には、バッテリ２０が搭載されていると共に、受電装置４１、受給電装置４２、送電切替えスイッチ４３，４４が設けられている。バッテリ２０は、乗りかご１１の各機器（かごドアのモータや照明など）を駆動するための電力を蓄える。

受電装置４１は、乗りかご１１が給電位置で停止しているときに、第２の給電装置２２から非接触で給電された電力を受電する。送電切替えスイッチ４３は、受電装置４１で受電された電力をバッテリ２０に送り込むためのスイッチであり、通常時はＯＮしている。送電切替えスイッチ４４は、バッテリ２０に蓄えられた電力をカウンタウエイト１２に送る場合あるいはカウンタウエイト１２から送られてきた電力をバッテリ２０に送るためのスイッチであり、通常時はＯＦＦしている。

受給電装置４２は、カウンタウエイト１２に向けて設置されており、受電／給電の切替えが可能な機能を備え、中間階付近でカウンタウエイト１２と乗りかご１１とが対向した状態で受電あるいは給電を行う。

なお、非接触給電の方式としては、例えば電磁誘導方式が用いられる。「電磁誘導方式」は、２つの隣接するコイルの一方（給電側コイル）に電流を流したときに発生する磁束を媒介として他方のコイル（受電側コイル）に送電する方式である。この他に、電流を電磁波に変換し、アンテナを介して送電する「電波方式」や、電磁界の共鳴現象を利用した「電磁界共鳴方式」などがある。

ここで、第１の給電装置２１には、第１の給電装置２１の給電量つまりコイルを励磁したときの磁束の量を検出するための磁気センサ５０ａと、装置温度を検出するための温度センサ５１ａが設置されている。第２の給電装置２２についても同様であり、第２の給電装置２２の給電量つまりコイルを励磁したときの磁束の量を検出するための磁気センサ５０ｂと、装置温度を検出するための温度センサ５１ｂが設置されている。

これらのセンサ５０ａ，５０ｂ，５１ａ，５１ｂは、給電装置２１，２２と共にエレベータ制御装置５２に接続されている。

エレベータ制御装置５２は、建物の機械室あるいは昇降路１０内などに設置され、エレベータの運転制御を行う。このエレベータ制御装置５２は、乗場呼びやかご呼びの応答制御などを含むエレベータの運転に関わる基本的な機能の他に、非接触給電システムを実現するための機能として、給電効率チェック部５２ａ、駆動制御部５２ｂ、発熱チェック部５２ｃ、給電制御部５２ｄ、異常発報部５２ｅを備える。

給電効率チェック部５２ａは、建屋側の第１の給電装置２１および第２の給電装置２２のそれぞれに搭載された磁気センサ５０ａ，５０ｂの出力信号に基づいて、第１および第２の給電装置２１，２２の給電効率をチェックする。

駆動制御部５２ｂは、給電効率チェック部５２ａによって給電効率が一定値以下の状態が検出された場合に、第１および第２の給電装置２１，２２のうちの該当する給電装置の給電効率を上げるように、その給電装置の駆動を制御する。

発熱チェック部５２ｃは、第１および第２の給電装置２１，２２のそれぞれに搭載された温度センサ５１ａ，５１ｂの出力信号に基づいて、第１および第２の給電装置２１，２２の発熱状態をチェックする。

給電制御部５２ｄは、駆動制御部５２ｂによって駆動制御された給電装置の給電効率が改善せずに一定値以下の状態が続いている場合、あるいは、発熱チェック部５２ｃによって当該給電装置から一定温度以上の発熱が検出された場合には当該給電装置の使用を禁止し、カウンタウエイト１２と乗りかご１１を中間階付近まで移動させ、カウンタウエイト１２と乗りかご１１のそれぞれの対向面に設置された受給電装置３２，４２を介してカウンタウエイト１２と乗りかご１１との間で給電を行う。

詳しくは、第１の給電装置２１の使用が禁止された場合、給電制御部５２ｄは、中間階付近で乗りかご１１のバッテリ２０に蓄えらたれ電力を受給電装置４２、受給電装置３２を介してカウンタウエイト１２のバッテリ１９へ送る。一方、第２の給電装置２２の使用が禁止された場合、給電制御部５２ｄは、中間階付近でカウンタウエイト１２のバッテリ１９に蓄えらたれ電力を受給電装置３２、受給電装置４２を介して乗りかご１１のバッテリ２０へ送る。異常発報部５２ｅは、給電効率チェック部５２ａによって給電効率が一定値以下の状態が検出された場合に異常発報を行う。

発報先としては、エレベータの監視室５３あるいは監視センタ５５を含む。監視室５３は、建物の任意の階に設けられており、図示せぬ監視用の端末装置を備える。この端末装置は、伝送ケーブル５４を介してエレベータ制御装置５２に接続されている。監視センタ５５は、遠隔地に設置されており、監視対象となる各物件のエレベータの運転状態を通信回線５６を介して遠隔監視している。この監視センタ５５は、通信回線５６に接続された図示せぬ監視用の端末装置を備えており、この端末装置上で何らかの異常を検出すると、保守員を現場に派遣するなどの対処を行う。

次に、同実施形態の動作を説明する。
図３は同実施形態におけるエレベータの非接触給電システムの動作を説明するためのフローチャートである。なお、このフローチャートに示される処理は、コンピュータであるエレベータ制御装置５２によって実行される。

エレベータの運転中において、乗場呼びあるいはかご呼びが発生すると、モータ１３の駆動によりカウンタウエイト１２と乗りかご１１が昇降路１０内の各階床間をつるべ式に昇降動作する。

ここで、カウンタウエイト１２が給電位置つまり第１の給電装置２１の設置階に停止すると、第１の給電装置２１からカウンタウエイト１２に対してモータ１３の駆動に必要な電力が非接触で送られる。この第１の給電装置２１から給電された電力は、カウンタウエイト１２に設置された受電装置３１で受電され、送電切替えスイッチ３３を介してバッテリ１９に蓄えられる。このとき、第１の給電装置２１を構成する図示せぬコイルに発生している磁束の量が磁気センサ５０ａによって検出され、エレベータ制御装置５２に与えられる。

乗りかご１１についても同様である。すなわち、乗りかご１１が給電位置つまり第２の給電装置２２の設置階に停止すると、第２の給電装置２２から乗りかご１１に対してかご内機器の駆動に必要な電力が非接触で送られる。この第２の給電装置２２から給電された電力は、乗りかご１１に設置された受電装置４１で受電され、送電切替えスイッチ４３を介してバッテリ２０に蓄えられる。このとき、第２の給電装置２２を構成する図示せぬコイルに発生している磁束の量が磁気センサ５０ｂによって検出され、エレベータ制御装置５２に与えられる。

図３に示すように、エレベータ制御装置５２では、磁気センサ５０ａの出力信号に基づいて第１の給電装置２１の給電効率をチェックすると共に磁気センサ５０ｂの出力信号に基づいて第２の給電装置２２の給電効率をチェックする（ステップＳ１１）。

なお、「給電効率」とは単位時間当たりに給電量のことである。第１の給電装置２１や第２の給電装置２２に異物が混入していると、磁束の発生が乱れるため、給電量が著しく低下する。

第１および第２の給電装置２１，２２の給電効率が一定値以下でなければ（ステップＳ１２のＮｏ）、そのまま通常の運転が継続される（ステップＳ１３）。一方、第１および第２の給電装置２１，２２のどちらかの給電効率が一定値以下した場合には、エレベータ制御装置５２は、その該当する装置の識別番号を付して異常発報を監視室５３あるいは監視センタ５５に対して行う（ステップＳ１４）。これにより、異常発報を受けた監視室５３あるいは監視センタ５５では、エレベータの保守員を現場に派遣するなどして対処することができる。

ここで、保守員が到着するまでの間、エレベータ制御装置５２では、保護運転モードに切り替えて、以下のようにして給電を行う（ステップＳ１５）。

今、第１の給電装置２１に異物が混入して、給電効率が一定値以下に低下したものとする。エレベータ制御装置５２は、第１の給電装置２１の給電効率を上げるように、その動作を制御する。具体的には、例えば非接触給電方式として「電磁誘導方式」を採用している場合には、第１の給電装置２１にコイルを励磁するためのスイッチング素子が設けられており、このスイッチング素子を動作させる制御信号の周波数を通常時よりも上げる（ステップＳ１６）。なお、常に制御信号の周波数を上げた状態でいると、スイッチング素子に負荷かかり、損失が大きくなるので、通常は周波数を下げた状態にしている。

第１の給電装置２１に対する制御信号の周波数を変更すると、エレベータ制御装置５２は、磁気センサ５０ａの出力信号に基づいて第１の給電装置２１の給電効率を再びチェックすると共に、温度センサ５１ａの出力信号に基づいて第１の給電装置２１の発熱状態をチェックする（ステップＳ１７）。第１の給電装置２１の発熱状態をチェックするのは、制御信号の周波数を上げたことで、スイッチング素子が発熱する可能性があるからである。

制御信号の周波数を上げて駆動しても給電効率が一定値以上にならない場合、あるいは、一定温度以上の発熱が検出された場合には（ステップＳ１８のＹｅｓ）、エレベータ制御装置５２は、第１の給電装置２１の使用を禁止する（ステップＳ１９）。そして、エレベータ制御装置５２は、カウンタウエイト１２と乗りかご１１が対向するように中間階付近まで移動させた後（ステップＳ２０）、カウンタウエイト１２と乗りかご１１との間で給電を行う（ステップＳ２１）。

詳しくは、図１に示すように、カウンタウエイト１２に設置された受給電装置３２と乗りかご１１に設置された受給電装置４２を対向させた状態で、カウンタウエイト１２の送電切替えスイッチ３３をＯＦＦ、送電切替えスイッチ３４をＯＮにすると共に乗りかご１１の送電切替えスイッチ４４をＯＮにする。これにより、乗りかご１１に搭載されたバッテリ２０の電力が受給電装置４２から受給電装置３２に送られて、カウンタウエイト１２のバッテリ１９に蓄えられる。

また、乗りかご用の第２の給電装置２２に異物が混入して使用不可となった場合でも同様である。

すなわち、第２の給電装置２２の給電効率が下がった場合において、制御信号の周波数を上げて駆動しても給電効率が一定値以上にならない場合、あるいは、一定温度以上の発熱が検出された場合に（ステップＳ１８のＹｅｓ）、エレベータ制御装置５２は、第２の給電装置２２の使用を禁止する（ステップＳ１９）。そして、エレベータ制御装置５２は、カウンタウエイト１２と乗りかご１１が対向するように中間階付近まで移動させた後（ステップＳ２０）、カウンタウエイト１２と乗りかご１１との間で給電を行う（ステップＳ２１）。

この場合、カウンタウエイト１２に設置された受給電装置３２と乗りかご１１に設置された受給電装置４２を対向させた状態で、乗りかご１１の送電切替えスイッチ４３をＯＦＦ、送電切替えスイッチ４４をＯＮにすると共にカウンタウエイト１２の受給電装置３２をＯＮにする。これにより、カウンタウエイト１２に搭載されたバッテリ１９の電力が受給電装置３２から受給電装置４２に送られて、乗りかご１１のバッテリ２０に蓄えられる。

このように、建屋側の第１の給電装置２１あるいは第２の給電装置２２に異物が混入して使用不可となった場合に、中間階付近でカウンタウエイト１２と乗りかご１１との間で給電を行うことにより、保守員が来るまでの間、エレベータの運転を継続することができる。

なお、異常時の給電のためにカウンタウエイト１２と乗りかご１１を中間階付近に向かわせる際に、かご呼び（乗客の行先階）が登録されている場合には、そのかご呼びのすべてに応答した後に中間階付近に向かわせるものとする。このようにすれば、乗りかご１１内に乗客が乗っている場合に急に中間階付近に移動することに対する不安感を与えずに済む。

また、図１の例では、建屋側の第１の給電装置２１と第２の給電装置２２に磁気センサ５０ａ，５０ｂ、温度センサ５１ａ，５１ｂを設けたが、図４に示すように、受電装置３１，４１や受給電装置３２，４２に対しても給電装置２１，２２と同様のセンサを設けて監視するようにしても良い。

図４の例では、カウンタウエイト１２側の受電装置３１に磁気センサ５０ｃ、温度センサ５１ｃが設置され、受給電装置３２に磁気センサ５０ｄ、温度センサ５１ｄが設置されている。同様に乗りかご１１側でも、受電装置４１に磁気センサ５０ｅ、温度センサ５１ｅが設置され、受給電装置４２に磁気センサ５０ｆ、温度センサ５１ｆが設置されている。

これらの磁気センサ５０ｃ〜５０ｆと温度センサ５１ｃ〜５１ｆの各出力信号は、磁気センサ５０ａ，５０ｂ、温度センサ５１ａ，５１ｂと同様にエレベータ制御装置５２に与えられる。エレベータ制御装置５２では、磁気センサ５０ｃ〜５０ｆと温度センサ５１ｃ〜５１ｆの出力信号に基づいて異常を検出すると、該当する装置の識別番号を付して異常発報を監視センタ５５や監視室５３に行う。

このように、受電装置３１，４１や受給電装置３２，４２に対して給電装置２１，２２と同様のセンサを設けて監視する構成とすれば、これらの装置に異常が発生して給電効率が低下した場合であっても、保守員を呼ぶなどして迅速に対処することができ、より安全な非接触給電システムを実現できる。

以上述べた少なくとも１つの実施形態によれば、給電効率が低下している状態を検出して適切に対処することのできるエレベータの非接触給電システムを提供することができる。

なお、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。

１０…昇降路、１１…乗りかご、１２…カウンタウエイト、１３…モータ、１４…シーブ、１５…ロープ、１６…シーブ、１７…トラクションシーブ、１８…インバータ、１９…バッテリ、２０…バッテリ、２１…第１の給電装置、２２…第２の給電装置、２３…電源装置、３１…受電装置、３２…受給電装置、３３…送電切替えスイッチ、３４…送電切替えスイッチ、４１…受電装置、４２…受給電装置、４３…送電切替えスイッチ、４４…送電切替えスイッチ、５０ａ〜５０ｆ…磁気センサ、５１ａ〜５１ｆ…温度センサ、５２…エレベータ制御装置、５２ａ…給電効率チェック部、５２ｂ…駆動制御部、５２ｃ…発熱チェック部、５２ｄ…給電制御部、５２ｅ…異常発報部、５３…監視室、５４…伝送ケーブル、５５…監視センタ、５６…通信回線。

Claims (5)

1. 昇降路内を乗りかごと共に昇降動作するカウンタウエイトにモータが設置され、上記モータの駆動力により上記乗りかごと上記カウンタウエイトが上記昇降路内を昇降動作するエレベータに用いられる非接触給電システムであって、
   上記昇降路内の給電位置に設置され、上記給電位置で上記カウンタウエイトに対して所要の電力を非接触で給電する第１の給電装置と、
   上記昇降路内の給電位置に設置され、上記給電位置で上記乗りかごに対して所要の電力を非接触で給電する第２の給電装置と、
   上記第１および第２の給電装置のそれぞれに搭載された磁気センサの出力信号に基づいて、上記第１および第２の給電装置の給電効率をチェックする給電効率チェック手段と、
   この給電効率チェック手段によって給電効率が一定値以下の状態が検出された場合に、上記第１および第２の給電装置のうちの該当する給電装置の給電効率を上げるように、その給電装置の駆動を制御する駆動制御手段と、
   上記カウンタウエイトと上記乗りかごのそれぞれの対向面に設置された受給電装置と、
   上記第１および第２の給電装置のそれぞれに搭載された温度センサの出力信号に基づいて、上記第１および第２の給電装置の発熱状態をチェックする発熱チェック手段と、
   上記駆動制御手段によって駆動制御された給電装置の給電効率が改善せずに上記一定値以下の状態が続いている場合、あるいは、上記発熱チェック手段によって当該給電装置から一定温度以上の発熱が検出された場合には当該給電装置の使用を禁止し、上記カウンタウエイトと上記乗りかごを中間階付近まで移動させ、上記受給電装置を介して上記カウンタウエイトと上記乗りかごとの間で給電を行う給電制御手段と
   を具備したことを特徴とするエレベータの非接触給電システム。
2. 上記カウンタウエイトおよび上記乗りかごは、それぞれにバッテリを備えており、
   上記給電制御手段は、
   上記第１の給電装置の使用が禁止された場合に、上記中間階付近で上記乗りかごのバッテリに蓄えらたれ電力を上記受給電装置を介して上記カウンタウエイトのバッテリへ送ることを特徴とする請求項１記載のエレベータの非接触給電システム。
3. 上記カウンタウエイトおよび上記乗りかごは、それぞれにバッテリを備えており、
   上記給電制御手段は、
   上記第２の給電装置の使用が禁止された場合に、上記中間階付近で上記カウンタウエイトのバッテリに蓄えらたれ電力を上記受給電装置を介して上記乗りかごのバッテリへ送ることを特徴とする請求項１記載のエレベータの非接触給電システム。
4. 上記給電効率チェック手段によって給電効率が一定値以下の状態が検出された場合に異常発報を行う異常発報手段をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載のエレベータの非接触給電システム。
5. 上記異常発報手段の発報先は、建物内に設置されたエレベータの監視室あるいは通信回線を介してエレベータの運転状態を遠隔監視する監視センタを含むことを特徴とする請求項４記載のエレベータの非接触給電システム。

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