WO2017187498A1

WO2017187498A1 - エレベータの電気安全装置

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Publication number: WO2017187498A1
Application number: PCT/JP2016/062989
Authority: WO
Inventors: 久保田　猛彦
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-04-26
Filing date: 2016-04-26
Publication date: 2017-11-02
Also published as: JPWO2017187498A1; CN109071148A; CN109071148B; JP6785846B2

Abstract

本発明に係る電気安全回路は、直流電源から受電した直流電圧を高周波交流電圧に変換する送信電源と、高周波交流電圧が印加されることで磁場の振動を発生させる送信側コイルと、送信側コイルとあらかじめ設定された距離で対向配置される位置関係になることで、送信側コイルから磁気共鳴により非接触状態で交流電力を受電する受信側コイルと、交流電力を直流電力に変換し、負荷に供給する整流回路とを有して構成された電気安全チェーンを備え、磁界共鳴型の非接触給電を行う。

Description

エレベータの電気安全装置

　本発明は、故障・事故などを未然に防ぐとともに、緊急時あるいは地震発生時などにおいて、利用者の安全を守るためのエレベータの電気安全装置に関する。

　通常、エレベータの電気安全装置は、強制開離接点を用いたものが主流である（例えば、特許文献１参照）。このような強制開離接点を利用することで、従来の電気安全装置は、必要なときにエレベータ駆動装置に電源を供給し、緊急時等において電源供給を遮断し、利用者の安全を図っている。

特許５０１００９４号公報

　しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
　このような接点を用いた従来技術では、接触不良により、エレベータが使用不能となったような場合には、かご内に乗客を閉じ込めるケースが発生する。また、このような従来技術は、粉塵環境や多湿環境では、接触不良を招くおそれが高くなるという問題がある。

　また、従来の電気安全装置は、強制開離構造とするために、基本的には常閉接点構造や分離構造とする必要がある。このため、近接時に閉状態となるような用途には使いにくいという問題もある。

　このような近接時に閉状態となるような用途に対しては、常開接点や近接時にＯＮとなるセンサを適用することが考えられる。この場合には、検出信号を非安全側故障にならないように構成したセーフティリレーを用いて構成した安全回路が適用される。しかしながら、安全回路が複雑となり、コストアップにつながることになる。

　また、従来から非接触信号の伝達手段として採用されている電磁誘導あるいは容量結合は、電力伝達するための対向する素子の距離を近接させる必要がある。また、電磁誘導は、付近に金属があるとその金属に渦電流が流れ、ロスが発生するため、レイアウトに制限がある、また、容量結合は、直流が伝達できないという問題がある。

　また、光カップリング等では信号しか伝達できないため、電子安全技術を用いる必要があり、コストアップ要因になる。従って、従来の電気安全チェーンと共存させることが容易ではない。

　本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、粉塵環境、多湿環境、あるいは近傍に金属物が存在する環境など、種々の設置環境においても、高信頼性を保って動作することのできる電気安全装置を得ることを目的とする。

　本発明に係るエレベータの電気安全装置は、直流電源から受電した直流電圧を高周波交流電圧に変換する送信電源と、高周波交流電圧が印加されることで磁場の振動を発生させる送信側コイルと、送信側コイルとあらかじめ設定された距離で対向配置される位置関係になることで、送信側コイルから磁気共鳴により非接触状態で交流電力を受電する受信側コイルと、交流電力を直流電力に変換し、負荷に供給する整流回路とを有して構成された電気安全チェーンを備え、磁界共鳴型の非接触給電を行うものである。

　本発明によれば、磁界共鳴型の非接触給電技術を用いて電気安全装置を構成している。この結果、粉塵環境、多湿環境、あるいは近傍に金属物が存在する環境など、種々の設置環境においても、高信頼性を保って動作することのできる電気安全装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における電気安全装置の構成図である。本発明の実施の形態１において、ドア装置に電気安全チェーンを適用した際の戸開時における説明図である。本発明の実施の形態１において、ドア装置に電気安全チェーンを適用した際の戸閉時における説明図である。本発明の実施の形態２における電気安全装置の構成図である。本発明の実施の形態２において、ドア装置に２つの電気安全チェーンを適用した際の戸開時における説明図である。本発明の実施の形態２において、ドア装置に２つの電気安全チェーンを適用した際の戸閉時における説明図である。

　以下、本発明のエレベータの電気安全装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

　実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１における電気安全装置の構成図である。図１に示した本実施の形態１における電気安全チェーン１０は、直流電源１とエレベータ駆動装置２との間に設けられている。このような構成により、直流電源１は、電気安全チェーン１０を介してエレベータ駆動装置２へ電力を供給する。

　ここで、本実施の形態１における電気安全チェーン１０は、安全接点１１ａ、１１ｂ、送信電源１２、送信側コイル１３、受信側コイル１４、および受信／整流回路１５を備えて構成されている。

　安全接点１１ａは、エレベータに何らかの異常が発生したときに開状態となる接点であり、通常時は、閉状態となっている。そして、安全接点１１ａは、異常時においては接点が開状態となることで、エレベータ駆動装置２への給電を遮断し、エレベータを停止させることができる。

　送信電源１２は、直流電源１から受電した直流電圧を高周波（数百ｋＨｚ～数ＭＨｚ）の交流に変換し、送信側コイル１３に供給する。送信側コイル１３と受信側コイル１４とは、磁界により結合されており、磁気共鳴を利用している。

　ここで、磁気共鳴とは、給電側の送信側コイル１３に電流が流れることにより発生した磁場の振動が、同じ周波数で共振する受電側の共振回路に伝わる現象である。そして、送信側コイル１３および受信側コイル１４のＱ値（Ｑ＝ωＬ／Ｒ）と、両コイル間の結合係数ｋを調整することにより、電力伝送可能な両コイル間の距離を調整可能である。

　磁気共鳴により受電側コイル１４に給電された交流電力は、受信／整流回路１５により直流電力に変換される。そして、変換後の直流電力は、安全接点１１ｂを介してエレベータ駆動装置２に供給される。なお、安全接点１１ｂがない構成を採用することも可能である。

　次に、送信側コイル１３と受信側コイル１４を備えた電気安全チェーン１０を、安全装置として必要な場所に設置する具体例について、図面を用いて詳細に説明する。本実施の形態１では、具体例として、ドア装置の可動側に送信側コイル１３を設置し、ドア装置の固定側に受信側コイル１４を設置する場合について説明する。

　図２および図３は、本発明の実施の形態１において、ドア装置に電気安全チェーン１０を適用した際の説明図である。図２は、戸開時を示しており、図３は、戸閉時を示している。なお、図２および図３においては、先の図１に示した直流電源１、安全接点１１ａ、１１ｂ、エレベータ駆動装置２は、図示を省略している。

　図２および図３に示すように、送信電源１２および送信側コイル１３は、可動側に相当する扉に設置されている。一方、受信側コイル１４および受信／整流回路１５は、固定側に相当するドア装置の上部に設置されている。

　図２に示す戸開時においては、送信側コイル１３と受信側コイル１４とが対向しない。このため、電力が遮断され、直流電源１からの電力がエレベータ駆動装置２に供給されることはない。一方、図３に示す戸閉時においては、送信側コイル１３と受信側コイル１４とが対向する。このため、磁気共鳴により電力が伝送され、直流電源１からの電力がエレベータ駆動装置２に供給される。

　この結果、本実施の形態１における電気安全装置は、戸閉状態においてのみ、エレベータ駆動装置２に電力を供給することができ、戸が完全に閉まらない限りエレベータを動かさないようにする機能を実現できる。

　上述したように、本実施の形態１における電気安全装置は、磁界共鳴型の非接触給電技術を用いた点に技術的特徴を有している。ここで、磁界共鳴型の非接触給電技術は、空間や壁を隔てた２個のコイル間（送信側コイル１３－受信側コイル１４間に相当）で電力を伝送するものであり、コイルの直径程度の距離まで電力伝送が可能である。

　この結果、電気安全装置として、図１～図３に示した構成を採用することにより、可動部に外部と接続する電線を配線する必要がなくなる。

　さらに、本実施の形態１における電気安全装置は、電極の露出がなく、粉塵環境や多湿環境においても、安全性および高信頼性を備えた電力伝送が可能である。さらに、本実施の形態１における電気安全装置は、電磁誘導式電力伝送と異なり、近傍に金属物があっても、電力伝送が可能であるというメリットもある。

　従って、磁界共鳴型の非接触給電技術を用いた電気安全装置を、通常のスイッチの代替として置き換えることにより、接触不良による故障を排除することができるとともに、引火性雰囲気内での使用が可能となる。

　さらに、本実施の形態１における電気安全装置は、光カップリング等の従来の非接触信号伝達手段と異なり、電力として信号伝達が可能となる。このため、従来の安全チェーンに対してそのまま適用可能というメリットも有する。

　以上のように、実施の形態１によれば、磁界共鳴型の非接触給電技術を用いて電気安全装置を構成している。この結果、粉塵環境、多湿環境、あるいは近傍に金属物が存在する環境など、種々の設置環境においても、高信頼性を保って動作することのできる電気安全装置を実現できる。

　実施の形態２．
　先の実施の形態１では、１対のコイルを用いて磁界共鳴型の非接触給電を行う構成を備えた電気安全装置について説明した。これに対して、本実施の形態２では、２対のコイルを用いて磁界共鳴型の非接触給電を行う構成を備えた電気安全装置について説明する。

　図４は、本発明の実施の形態２における電気安全装置の構成図である。図２においては、直流電源１とエレベータ駆動装置２との間に設けられた電気安全チェーン１０ａ、１０ｂが示されている。そして、直流電源１は、２つの電気安全チェーン１０ａ、１０ｂを介してエレベータ駆動装置２へ電力を供給する。

　ここで、本実施の形態２における電気安全チェーン１０ａは、安全接点１１ａ、送信電源１２ａ、送信側コイル１３ａ、受信側コイル１４ａ、および受信／整流回路１５ａを備えて構成されている。

　一方、本実施の形態２における電気安全チェーン１０ｂは、電気安全チェーン１０ａの後段に設けられており、送信電源１２ｂ、送信側コイル１３ｂ、受信側コイル１４ｂ、および受信／整流回路１５ｂを備えて構成されている。

　送信電源１２ａは、直流電源１から受電した直流電圧を高周波（数百ｋＨｚ～数ＭＨｚ）の交流に変換し、送信側コイル１３ａに供給する。送信側コイル１３ａと受信側コイル１４ａとは、磁界により結合されており、磁気共鳴を利用している。

　ここで、磁気共鳴とは、給電側の送信側コイル１３ａに電流が流れることにより発生した磁場の振動が、同じ周波数で共振する受電側の共振回路に伝わる現象である。そして、送信側コイル１３ａおよび受信側コイル１４ａのＱ値（Ｑ＝ωＬ／Ｒ）と、両コイル間の結合係数ｋを調整することにより、電力伝送可能な両コイル間の距離を調整可能である。

　磁気共鳴により受電側コイル１４ａに給電された交流電力は、受信／整流回路１５ａにより直流電力に変換される。そして、変換後の直流電力は、後段の電気安全チェーン１０ｂの送信電源１２ｂに供給される。

　送信電源１２ｂは、受信／整流回路１５ａから受電した直流電圧を高周波（数百ｋＨｚ～数ＭＨｚ）の交流に変換し、送信側コイル１３ｂに供給する。送信側コイル１３ｂと受信側コイル１４ｂとは、磁界により結合されており、磁気共鳴を利用している。

　ここで、磁気共鳴とは、給電側の送信側コイル１３ｂに電流が流れることにより発生した磁場の振動が、同じ周波数で共振する受電側の共振回路に伝わる現象である。そして、送信側コイル１３ｂおよび受信側コイル１４ｂのＱ値（Ｑ＝ωＬ／Ｒ）と、両コイル間の結合係数ｋを調整することにより、電力伝送可能な両コイル間の距離を調整可能である。

　磁気共鳴により受電側コイル１４ｂに給電された交流電力は、受信／整流回路１５ｂにより直流電力に変換される。そして、変換後の直流電力は、エレベータ駆動装置２に供給される。

　次に、送信側コイル１３ａと受信側コイル１４ａを備えた電気安全チェーン１０ａ、および送信側コイル１３ｂと受信側コイル１４ｂを備えた電気安全チェーン１０ｂを安全装置として必要な場所に設置する具体例について、図面を用いて詳細に説明する。本実施の形態２では、具体例として、ドア装置の固定側に送信側コイル１３ａと受信側コイル１４ｂを設置し、ドア装置の可動側に送信側コイル１３ｂと受信側コイル１４ａを設置する場合について説明する。

　図５および図６は、本発明の実施の形態２において、ドア装置に２つの電気安全チェーン１０ａ、１０ｂを適用した際の説明図である。図５は、戸開時を示しており、図６は、戸閉時を示している。なお、図５および図６においては、先の図４に示した直流電源１、安全接点１１ａエレベータ駆動装置２は、図示を省略している。

　図５および図６に示すように、送信電源１２ａおよび送信側コイル１３ａは、固定側に相当するドア装置の上部に設置されている。一方、受信側コイル１４ａ、受信／整流回路１５ａ、送信電源１２ｂ、送信側コイル１３ｂは、可動側に相当する扉に設置されている。さらに、受信側コイル１４ｂ、および受信／整流回路１５ｂは、固定側に相当するドア装置の上部に設置されている。

　図５に示す戸開時においては、送信側コイル１３ａと受信側コイル１４ａ、および送信側コイル１３ｂと受信側コイル１４ｂがともに対向しない。このため、電力が遮断され、直流電源１からの電力がエレベータ駆動装置２に供給されることはない。一方、図６に示す戸閉時においては、送信側コイル１３ａと受信側コイル１４ａ、および送信側コイル１３ｂと受信側コイル１４ｂがともに対向する。このため、磁気共鳴により電力が伝送され、直流電源１からの電力がエレベータ駆動装置２に供給される。

　この結果、本実施の形態２における電気安全装置は、戸閉状態においてのみ、エレベータ駆動装置２に電力を供給することができ、先の実施の形態１と同様に、戸が完全に閉まらない限りエレベータを動かさないようにする機能を実現できる。そして、先の実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

　なお、本実施の形態２における電気安全装置においては、ドア端部の一対の送電コイル１３ａ、１４ａと、ドア中央部の一対の送電コイル１３ｂ、１４ｂのそれぞれのＱ値を異なる値としている。Ｑ値を異ならせることで、正規の組み合わせ以外では、たとえこいつが対向したとしても、電力伝送が行われないように構成することができる。

　本実施の形態２における電気安全装置は、上述したように、電力伝送部が２か所になる。この結果、電力伝送部が１箇所であった先の実施の形態１の構成と比較して、ドア閉の検出に関する信頼性を向上させることができるというさらなる効果が得られる。

　以上のように、実施の形態２によれば、磁界共鳴型の非接触給電技術を用いて電気安全装置を構成している。この結果、粉塵環境、多湿環境、あるいは近傍に金属物が存在する環境など、種々の設置環境においても、高信頼性を保って動作することのできる電気安全装置を実現できる。さらに、２対の電気安全チェーンを有する構成を採用することで、給電を行う必要がある状態（例えば、ドア閉の状態に相当）の検出信頼性を向上させることができる。

Claims

　直流電源から受電した直流電圧を高周波交流電圧に変換する送信電源と、
　前記高周波交流電圧が印加されることで磁場の振動を発生させる送信側コイルと、
　前記送信側コイルとあらかじめ設定された距離で対向配置される位置関係になることで、前記送信側コイルから磁気共鳴により非接触状態で交流電力を受電する受信側コイルと、
　前記交流電力を直流電力に変換し、負荷に供給する整流回路と
　を有して構成された電気安全チェーンを備え、磁界共鳴型の非接触給電を行うエレベータの電気安全装置。
　前記あらかじめ設定された距離は、前記送信側コイルおよび前記受信側コイルによるＱ値と結合係数を調整することで、所望の距離に調整される
　請求項１に記載のエレベータの電気安全装置。
　前記電気安全チェーンは、第１の電気安全チェーンと第２の電気安全チェーンの２つを直列接続して構成され、
　前記第１の電気安全チェーンは、第１の送信電源、第１の送信側コイル、第１の受信側コイル、および第１の整流回路を有し、
　前記第２の電気安全チェーンは、第２の送信電源、第２の送信側コイル、第２の受信側コイル、および第２の整流回路を有し、
　前記第１の電気安全チェーン内の前記第１の整流回路は、変換後の直流電力を前記第２の送信電源に供給し、
　前記第２の電気安全チェーン内の前記第２の整流回路は、変換後の直流電力を前記負荷に供給する
　請求項１または２に記載のエレベータの電気安全装置。
　前記第１の送信側コイルと前記第１の受信側コイルによるＱ値と、前記第２の送信側コイルと前記第２の受信側コイルによるＱ値は、異なる値に設定される
　請求項３に記載のエレベータの電気安全装置。
　前記送信側コイルは、ドア装置の可動側に設置されており、
　前記受信側コイルは、前記ドア装置の固定側に配置されており、
　前記ドア装置が戸閉状態になった際に、前記送信側コイルと前記受信側コイルとが対向配置される前記位置関係となることで、前記負荷に直流電力が供給される
　請求項１または２に記載のエレベータの電気安全装置。
　前記第１の送信側コイルおよび前記第２の受信側コイルは、ドア装置の可動側に設置されており、
　前記第１の受信側コイルおよび前記第２の送信側コイルは、前記ドア装置の固定側に配置されており、
　前記ドア装置が戸閉状態になった際に、前記第１の送信側コイルと前記第１の受信側コイル、および前記第２の送信側コイルと前記第２の受信側コイルがともに対向配置される前記位置関係となることで、前記負荷に直流電力が供給される
　請求項３または４に記載のエレベータの電気安全装置。