WO2023002613A1 - ワイヤレス給電システム - Google Patents

Abstract

ワイヤレス給電システム（１００Ａ，１００Ｂ）は、複数の送電部（１０）および受電部（１３）を含む。複数の送電部（１０）は、かご（２）の移動方向に並ぶように、昇降路（１）に設けられる。受電部（１３）は、かご（２）に設けられる。送電装置（１１）から複数の送電部（１０）に電力が供給され、複数の送電部（１０）から非接触で受電部（１３）に電力が伝送される。受電部（１３）から受電装置（１４）により受け取られた電力が、負荷装置（９）に供給される。かご（２）の移動方向における受電部（１３）の寸法は、かご（２）の移動方向における複数の送電部（１０）の各々の寸法よりも大きい。

Description

ワイヤレス給電システム

　本開示は、エレベータに用いられるワイヤレス給電システムに関する。

　一般的なエレベータでは、かごに設けられた負荷に送電ケーブルを介して電力が供給される。しかしながら、高速あるいは高揚程のエレベータでは、送電ケーブルの重量が増大するため、送電ケーブルを設置することが困難になる。そこで、送電ケーブルを使用しないワイヤレス給電技術の導入が検討されている。例えば、特許文献１に記載される無線電力伝送装置は、複数の送電コイル部と、その複数の送電コイル部に対応する複数の受電コイル部とを備える。複数の受電コイル部は、複数の送電コイル部で生成される磁界と結合することにより、複数の送電コイル部から非接触で電力を受電する。

特開２０１７―１６９２７７号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された無線電力伝送装置では、複数の受電コイル部が、対応する複数の送電コイル部に対して、特定の位置にある場合のみ、非接触での給電が可能である。そのため、エレベータに特許文献１の無線電力伝送装置を適用した場合、給電時間を確保するためにかごの停止時間を長くする必要がある。これにより、エレベータの運行効率を低下させてしまうといった問題があった。

　本開示は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、エレベータの運行効率の低下を抑制することが可能なワイヤレス給電システムを提供することである。

　本開示に係るワイヤレス給電システムは、エレベータの昇降路を移動するかごに対して非接触で電力を供給するワイヤレス給電システムであって、かごの移動方向に並ぶように昇降路に設けられた複数の送電部と、複数の送電部に電力を供給する送電装置と、かごに設けられ、複数の送電部から非接触で電力が伝送される受電部と、受電部から電力を受け取る受電装置と、受電装置により受け取られた電力が供給される負荷装置と、送電装置および受電装置を制御する制御部と、を備え、かごの移動方向における受電部の寸法は、かごの移動方向における複数の送電部の各々の寸法よりも大きい。

　本開示に係るワイヤレス給電システムによれば、エレベータの運行効率の低下を抑制することが可能となる。

実施の形態１に係るワイヤレス給電システムを備えたエレベータシステムの構成を示す図である。 送電コイルおよび受電コイルの構成例を示す模式的断面図である。 ワイヤレス給電システムの構成を示すブロック図である。 送電コイルと受電コイルとの位置関係の変化を表す模式的側面図である。 伝送可能電力に基づく負荷装置の制御例を示すフローチャートである。 一の送電コイルに対する受電コイルの位置の変化を示す模式的側面図である。 実施の形態２に係るワイヤレス給電システムの構成を示すブロック図である。 蓄電装置の充電量に基づく負荷装置の制御例を示すフローチャートである。 実施の形態３に係るワイヤレス給電システムに用いられる受電コイルを示す模式的斜視図である。 図９の受電コイル、およびその受電コイルと対向する送電コイルの模式的断面図である。 送電コイルおよび受電コイルのさらなる変形例を示す模式的断面図である。

　以下、本開示の実施の形態に係るワイヤレス給電システムについて、図面を参照しながら説明する。本実施の形態に係るワイヤレス給電システムは、エレベータシステムに適用される。

実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るワイヤレス給電システムを備えたエレベータシステムの構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１におけるエレベータシステム１００は、昇降路１と、かご２と、ワイヤレス給電システム１００Ａとを備える。昇降路１は、鉛直方向に延びるように設けられる。かご２は、昇降路１内を鉛直方向に移動可能に設けられる。以下、かご２の移動方向（鉛直方向）をかご移動方向ＭＤと呼ぶ。なお、かご移動方向ＭＤは、鉛直方向に限らず、鉛直方向に対して角度をなす方向であってもよい。本例では、昇降路１およびかご２がエレベータを構成する。

　ワイヤレス給電システム１００Ａは、複数の送電ユニット３、受電ユニット４、主電源６および複数の検出回路８を含む。複数の送電ユニット３、主電源６および複数の検出回路８は、昇降路１側に設けられる。受電ユニット４は、かご２側に設けられる。ワイヤレス給電システム１００Ａは、エレベータの昇降路１を移動するかご２に対して非接触で電力を供給する。

　複数の送電ユニット切替部１５を介して、主電源６が複数の送電ユニット３と接続される。なお、本例では、主電源６が直流電源の場合について説明するが、主電源６が交流電源であってもよい。主電源６が交流電源である場合、主電源６と送電装置１１との間にＡＣ／ＤＣ変換器が設けられる。

　各送電ユニット３は、複数の送電コイル１０と、複数の送電コイル１０に電力を供給する送電装置１１と、送電装置１１と各送電コイル１０との間に設けられた送電コイル切替部１２とを含む。送電装置１１は、ＤＣ／ＡＣ変換器を含み、主電源６からの直流電力を交流電力に変換し、交流電力を送電コイル１０に供給する。複数の送電コイル１０は、かご移動方向ＭＤに並ぶように昇降路１の壁面に配置される。送電コイル１０は、請求項における送電部に相当する。各送電ユニット３に備えられる送電コイル１０の総数は、一定である必要はなく、昇降路１の機種もしくは高さ、または設置場所等に応じて適宜調整されてもよい。

　複数の検出回路８は、複数の送電コイル１０にそれぞれ対応するように設けられる。各検出回路８は、対応する送電コイル１０に流れる電流を検出する。

　受電ユニット４は、送電コイル１０と対向するかご２の面に設けられた受電コイル１３と、当該受電コイル１３から電力を受け取る受電装置１４とを含む。受電コイル１３は、かご移動方向MDに延びるように長尺状に設けられる。受電コイル１３は、請求項における受電部に相当する。かご移動方向ＭＤにおける受電コイル１３の寸法（以下、受電コイル１３の長さと呼ぶ。）は、かご移動方向ＭＤにおける各送電コイル１０の寸法（以下、送電コイル１０の長さと呼ぶ。）よりも大きく設定される。図１の例では、送電コイル１０および受電コイル１３がそれぞれ矩形状を有するが、送電コイル１０および受電コイル１３の形状はこれに限定されず、円形状、六角形状等を有してもよい。

　図２は、送電コイル１０および受電コイル１３の構成例を示す模式的断面図である。図２の断面は、かご移動方向ＭＤに対して垂直な断面である。図２の例では、送電コイル１０は、巻線１０Ａと磁性材１０Ｂとの二層構造を有する。同様に、受電コイル１３は、巻線１３Ａと磁性材１３Ｂとの二層構造を有する。送電コイル１０および受電コイル１３は、巻線１０Ａと巻線１３Ａとが互いに向き合うようにそれぞれ配置される。なお、磁性材１０Ｂ，１３Ｂは必須ではなく、送電コイル１０と受電コイル１３との磁界結合が可能であれば、磁性材１０Ｂ，１３Ｂの一方または両方が用いられなくてもよい。

　図３は、ワイヤレス給電システム１００Ａの構成を示すブロック図である。図３に示すように、ワイヤレス給電システム１００Ａは、制御部５０および負荷装置９をさらに備える。制御部５０は、制御盤５および制御装置７を含む。制御盤５および制御装置７の各々は、例えば、処理装置（プロセッサ）および記憶装置（メモリ）を含む。

　制御盤５は、エレベータシステム１００の全体の動作を制御する。制御盤５は、例えば、ビルの屋上に設けられた機械室に設置される。なお、制御盤５は、昇降路１の壁面に設置されてもよい。また、複数の制御盤５が設けられてもよい。

　各送電ユニット切替部１５は、制御盤５により制御され、主電源６と各送電ユニット３とを電気的に接続する接続状態と、主電源６と各送電ユニット３とを電気的に切り離す切断状態とに切り替えられる。

　制御装置７は、制御盤５と無線または有線により通信可能であり、各送電ユニット３の送電装置１１および送電コイル切替部１２を制御するとともに、負荷装置９を制御する。制御装置７と制御盤５との間で伝送される信号は、アナログ信号およびデジタル信号のいずれの信号であってもよい。

　各送電ユニット３の送電コイル切替部１２は、制御装置７により、対応する送電コイル１０と送電装置１１とを電気的に接続する接続状態と、対応する送電コイル１０と送電装置１１とを電気的に切り離す切断状態とに切り替えられる。

　送電ユニット切替部１５により主電源６と電気的に接続された送電ユニット３には、主電源６から電力が供給される。その送電ユニット３において、送電コイル切替部１２により送電装置１１と電気的に接続された送電コイル１０に、送電装置１１から電力が供給される。電力が供給された送電コイル１０と、受電コイル１３とが互いに対向する状態で、送電コイル１０から受電コイル１３に非接触で電力が伝送される。

　本実施の形態では、送電コイル１０から受電コイル１３に非接触で電力を伝送する非接触給電方式として、電磁誘導方式が用いられるが、非接触給電方式として、電磁誘導方式の代わりに、電界共鳴方式などの他の方式が用いられてもよい。非接触給電方式として電界共鳴方式が用いられる場合、送電部として送電コイル１０の代わりに送電電極が用いられ、受電部として受電コイル１３の代わりに受電電極が用いられる。この場合、かご移動方向ＭＤにおける受電電極の寸法がかご移動方向ＭＤにおける送電電極の寸法よりも大きく設定される。

　受電コイル１３に伝送された電力は、受電装置１４により受け取られ、かご２に設けられた負荷装置９に供給される。負荷装置９は、例えば、かご２内の照明および空気調和装置などである。

　各検出回路８は、対応する送電コイル１０に流れる電流を検出し、検出した電流の大きさを表す電流情報を制御装置７に与える。

　かご２に設けられる構成要素と、昇降路１等のかご２以外に設けられる構成要素との間の通信は、無線であることが好ましい。例えば、検出回路８が昇降路１に設けられる場合、検出回路８は、電流情報を無線で制御装置７に送信することが好ましい。また、制御装置７は、無線により各送電ユニット３および負荷装置９を制御することが好ましい。

　本例では、複数の送電ユニット３に対して１つの制御装置７が設けられるが、複数の送電ユニット３にそれぞれ対応する複数の制御装置７が設けられてもよい。本例では、エレベータシステム１００の全体を制御する制御盤５とは別個に、各送電ユニット３を制御する制御装置７が設けられているが、制御装置７の一部または全部の機能を制御盤５が有してもよく、逆に制御盤５の一部または全部の機能を各制御装置７が有してもよい。また、制御盤５および制御装置７が１つの制御部５０として一体的に設けられてもよい。

　制御盤５、制御装置７、送電ユニット３および受電ユニット４の設置場所は、特に限定されず、同様の機能および効果が発揮できる範囲で、適宜変更されてもよい。

　上記のように、本実施の形態では、受電コイル１３の長さが、送電コイル１０の長さよりも大きく設定される。これにより、かご２が移動しても、各送電コイル１０に対して受電コイル１３が一定時間対向する。したがって、かご２が特定の位置にある場合だけでなく、かご２を移動させながら、送電ユニット３から受電ユニット４に給電することが可能となる。その結果、エレベータの運行効率の低下を抑制することができる。

　また、送電コイル１０の長さでなく受電コイル１３の長さが大きいことにより、送電コイル１０を大型化させることなく、かご２の移動中でも送電ユニット３から受電ユニット４への給電が可能となる。かご２の移動中に送電ユニット３から受電ユニット４に給電する手段として、送電コイル１０の長さを大きくすることも考えられるが、その場合には昇降路１の高さ方向に大きな送電コイル１０を複数設置することになるので、メンテナンスに要する時間およびコストが増大する。それに対して、受電コイル１３はかご２に設けられ、その数は限られるので（本例では１つ）、受電コイル１３の長さが大きくても、設置コストの増大およびメンテナンスに要する時間およびコストの増大を抑制することができる。

　かご移動方向ＭＤにおける複数の送電コイル１０の間隔は、受電コイル１３の長さよりも小さく設定されることが好ましい。そのように設定された場合、かご２がいずれの位置にあっても、少なくとも１つの送電コイル１０が受電コイル１３と対向する。それにより、かご２の位置によらずに常時送電コイル１０から受電コイル１３に電力を伝送することができる。その結果、かご２を移動させながら継続的に負荷装置９に電力を供給することができ、エレベータの運行効率をさらに高めることができる。

　複数の送電コイル１０は、かご２の移動方向に等間隔に並ぶように配置されてもよい。例えば、複数の送電コイル１０のうち、最も低い位置の送電コイル１０は、かご２が最下階に停止したときに受電コイル１３と対向するように設けられる。複数の送電コイル１０のうち、最も高い位置の送電コイル１０は、かご２が最上階に停止したときに受電コイル１３と対向するように設けられる。これらの送電コイル１０の間に、受電コイル１３の長さよりも小さい一定の間隔で複数の送電コイル１０が設けられる。

　次に、制御盤５および制御装置７による送電ユニット切替部１５および送電コイル切替部１２の制御について具体的に説明する。

　制御盤５および制御装置７は、かご２の現在位置を表す位置情報を取得する。位置情報は、例えば、図示しない位置情報検出部により取得される。あるいは、制御装置７が、検出回路８からの電流情報に基づいて位置情報を取得し、その位置情報をリアルタイムで制御盤５に与えてもよい。

　制御盤５は、位置情報に基づいて、受電コイル１３と対向している送電コイル１０を含む送電ユニット３に主電源６から電力が供給されるように、送電ユニット切替部１５を制御する。

　制御装置７は、位置情報に基づいて、主電源６と接続された送電ユニット３の複数の送電コイル１０のうち、受電コイル１３と対向している送電コイル１０が送電装置１１と接続されるように、送電コイル切替部１２を制御する。また、制御装置７は、受電コイル１３と対向している送電コイル１０から受電コイル１３に電力が伝送されるように、送電装置１１を制御する。

　図４は、送電コイル１０と受電コイル１３との位置関係の変化を表す模式的側面図である。図４においては、複数の送電ユニット３、複数の送電装置１１、および複数の送電コイル１０をそれぞれ区別するため、互いに異なる２つの送電ユニット３を送電ユニット３ａ，３ｂと表記し、互いに異なる２つの送電装置１１を送電装置１１ａ，１１ｂとそれぞれ表記し、互いに異なる４つの送電コイル１０を送電コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとそれぞれ表記する。

　送電ユニット３ａ，３ｂは上下に隣り合うように配置される。送電ユニット３ａは送電コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃおよび送電装置１１ａを含み、送電ユニット３ｂは送電コイル１０ｄおよび送電装置１１ｂを含む。送電コイル１０ａ，１０ｂ，１０ｃは、送電ユニット３ａが含む複数の送電コイル１０のうち、最も低い位置、２番目に低い位置、および最も高い位置にある送電コイル１０にそれぞれ相当する。送電コイル１０ｄは、送電ユニット３ｂが含む複数の送電コイル１０のうち、最も低い位置にある送電コイル１０に相当する。

　図４（ａ）の例では、受電コイル１３が、送電コイル１０ａと対向している。この場合、主電源６から送電ユニット３ａに電力が供給されるように、制御盤５は、対応する送電ユニット切替部１５を接続状態に制御する。また、送電コイル１０ａが送電装置１１ａと接続されるように、制御装置７は、対応する送電コイル切替部１２を接続状態に制御する。この状態で、制御装置７は、送電コイル１０ａから受電コイル１３に電力が伝送されるように、送電装置１１ａを制御する。

　図４（ｂ）の例では、受電コイル１３が、共通の送電ユニット３ａに含まれかつ互いに隣り合う送電コイル１０ａ，１０ｂと対向している。この場合、主電源６から送電ユニット３ａに電力が供給されるように、制御盤５は、対応する送電ユニット切替部１５を接続状態に制御する。また、送電コイル１０ａ，１０ｂが送電装置１１ａとそれぞれ接続されるように、制御装置７は、対応する２つの送電コイル切替部１２をそれぞれ接続状態に制御する。この状態で、制御装置７は、送電コイル１０ａ，１０ｂから受電コイル１３に電力が伝送されるように、送電装置１１ａを制御する。

　図４（ｃ）の例では、受電コイル１３が、互いに異なる送電ユニット３ａ，３ｂにそれぞれ含まれかつ互いに隣り合う送電コイル１０ｃ，１０ｄと対向している。この場合、主電源６から送電ユニット３ａ，３ｂの各々に電力が供給されるように、制御盤５は、対応する２つの送電ユニット切替部１５を接続状態に制御する。また、送電コイル１０ｃ，１０ｄが送電装置１１ａ，１１ｂとそれぞれ接続されるように、制御装置７は、対応する２つの送電コイル切替部１２をそれぞれ接続状態に制御する。この状態で、制御装置７は、送電コイル１０ｃ，１０ｄから受電コイル１３に電力が伝送されるように、送電装置１１ａ，１１ｂを制御する。

　ここで、かご２の位置が変化すると、１つまたは複数の送電コイル１０から受電コイル１３に伝送可能な電力（以下、伝送可能電力と呼ぶ。）が変化する。例えば、かご２の移動中に、受電コイル１３と対向する送電コイル１０の数が変わると、伝送可能電力が変化する。かご２の移動に伴って伝送可能電力が変化し、負荷装置９が必要とする電力（以下、必要電力と呼ぶ。）よりも伝送可能電力が低くなると、負荷装置９に十分な電力を供給することができず、負荷装置９の動作が不安定になる。そこで、制御盤５または制御装置７は、伝送可能電力に基づいて負荷装置９を制御し、負荷装置９の必要電力を調整してもよい。

　伝送可能電力は、受電コイル１３に対する送電コイル１０の電気的特性に依存する。受電コイル１３に対する各送電コイル１０の電気的特性は、例えば、各送電コイル１０に流れる電流、各送電装置１１から負荷装置９をみたインピーダンス、または各送電コイル１０と受電コイル１３との間の結合係数等のパラメータ（以下、送電パラメータと呼ぶ。）で決まる。そのため、各送電コイル１０に関する送電パラメータに基づいて、伝送可能電力を算出することができる。

　以下、各送電コイル１０の伝送可能電力に基づいて、負荷装置９を制御する例を説明する。図５は、伝送可能電力に基づく負荷装置９の制御例を示すフローチャートである。本例では、検出回路８からの電流情報が送電パラメータとして用いられる。

　以下の説明では、制御盤５の制御動作と制御装置７の制御動作とを区別せず、制御部５０の制御動作として説明する。以下の制御動作は、制御盤５と制御装置７とが互いに連携して行ってもよいし、制御盤５または制御装置７が単独でおこなってもよい。

　制御部５０は、以下の処理を一定の周期で繰り返す。まず、制御部５０は、検出回路８からの電流情報に基づいて、現時点での伝送可能電力を算出する（ステップＳ１）。この場合、制御部５０は、予め定められた数式またはマップ等を用いて、送電パラメータから伝送可能電力を算出することができる。

　なお、かご２の現在位置からおおよその伝送可能電力を求めることもできる。そこで、制御部５０は、送電パラメータ（電流情報）の代わりに、位置情報に基づいて、伝送可能電力を算出してもよい。例えば、かご２の位置と伝送可能電力との関係を表すマップが予め用意され、そのマップを用いて、位置情報から伝送可能電力が算出される。

　次に、制御部５０は、負荷装置９の必要電力を取得する（ステップＳ２）。例えば、制御部５０は、図示しない検出部により負荷装置９の消費電力を検出する。負荷装置９が安定的に動作している場合、現時点での消費電力は、現時点での必要電力とみなすことができる。なお、空調の設定温度等の負荷装置９の動作に関する情報に基づいて必要電力が算出されてもよい。

　次に、制御部５０は、ステップＳ１で算出した伝送可能電力が、ステップＳ２で算出した必要電力よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３）。伝送可能電力が必要電力以下である大きい場合、制御部５０は、後述のステップＳ７の処理を行う。伝送可能電力が必要電力よりも大きい場合、制御部５０は、ステップＳ１で算出した伝送可能電力と、ステップＳ２で取得した必要電力との差分値を算出する（ステップＳ４）。次に、制御部５０は、ステップＳ４で算出した差分値が予め定められた閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ５）。

　差分値が閾値以上である場合、伝送可能電力が必要電力に対して余裕がある。そのため、制御部５０は、負荷装置９の必要電力が維持されるように、負荷装置９の動作を現状のまま維持する（ステップＳ６）。差分値が閾値より小さい場合、伝送可能電力が必要電力と近づいている。その場合、制御部５０は、負荷装置９の必要電力が低減されるように負荷装置９を制御する（ステップＳ７）。例えば、負荷装置９が空調である場合、必要電力は、空調の強度または設定温度等に依存するので、制御部５０は、必要電力が低減されるように、空調の強度または設定温度を変更する。あるいは、負荷装置９の動作モードが「冷房」から「送風」または「停止」等に切り替えられることで、空調の必要電力が低減されてもよい。ステップＳ６において負荷装置９の必要電力が低減された後、再び伝送可能電力が十分に大きくなると、負荷装置９の動作が元の状態に戻されてもよい。

　このようにして、負荷装置９の必要電力に対して伝送可能電力が十分に大きい場合には、負荷装置９の動作が維持され、負荷装置９の必要電力に伝送可能電力が近づくと、予め負荷装置９の必要電力が低減される。これにより、伝送可能電力が負荷装置９の必要電力を下回ることが防止される。

　また、仮に伝送可能電力が必要電力以下になった場合（ステップＳ３でＮＯの場合）、ステップＳ７において、負荷装置９の必要電力が低減される。それにより、伝送可能電力が必要電力よりも大きい状態に早期に復帰させることができる。

　なお、図５の例では、送電パラメータから算出された伝送可能電力と必要電力との比較に基づいて、負荷装置９の必要電力が調整されるが、必ずしも伝送可能電力が算出されなくてもよい。例えば、必要電力に基づいて送電パラメータに対応する閾値が定められ、ステップＳ１で取得された送電パラメータと、設定された閾値との比較に基づいて、負荷装置９の必要電力が調整されてもよい。上記のように、伝送可能電力と送電パラメータとの間には相関性があるので、直接的に伝送可能電力が用いられなくても、送電パラメータが用いられることで、実質的には伝送可能電力が用いられる場合と同様の制御が可能となる。

　制御部５０は、受電コイル１３に対向する送電コイル１０の数に基づいて、負荷装置９の必要電力を調整してもよい。例えば、受電コイル１３に対向する送電コイル１０の数が変化すると、伝送可能電力が変化する可能性がある。そこで、制御部５０は、受電コイル１３に対向する送電コイル１０の数に応じて、負荷装置９の必要電力が異なるように、負荷装置９を制御してもよい。受電コイル１３に対向する送電コイル１０の数は、位置情報または送電パラメータに基づいて判定することができる。

　例えば、図４（ｂ）または図４（ｃ）の例のように、受電コイル１３に対向する送電コイル１０の数が２つの場合には、図４（ａ）の例のように、受電コイル１３に対向する送電コイル１０の数が１つの場合に比べて、負荷装置９の必要電力が異なる値に調整される。これにより、受電コイル１３に対向する送電コイル１０の数が変化した際に、伝送可能電力が負荷装置９の必要電力を下回ることが防止される。

　また、図４（ｂ）の例と図４（ｃ）の例のように、受電コイル１３に対向する複数の送電コイル１０が、同じ送電装置１１に接続されているか、異なる送電装置１１に接続されているかで、伝送可能電力が異なることもある。その場合、制御部５０は、受電コイル１３に対向する複数の送電コイル１０が、同じ送電装置１１に接続されているか、または異なる送電装置１１に接続されているかに応じて、負荷装置９の必要電力を変化させてもよい。

　また、制御部５０は、伝送可能電力および受電コイル１３に対向する送電コイル１０の数の両方に基づいて、負荷装置９を制御してもよい。例えば、受電コイル１３に対向する送電コイル１０の数が１つの場合に、伝送可能電力と必要電力との差分値が閾値よりも小さくなると、負荷装置９の必要電力が現状よりも低い第１の値に調整される。受電コイル１３に対向する送電コイル１０の数が２つの場合に、伝送可能電力と必要電力との差分値が閾値よりも小さくなると、負荷装置９の必要電力が第１の値と異なる第２の値に調整される。

　同様に、制御部５０は、受電コイル１３に対向する複数の送電コイル１０が、同じ送電装置１１に接続されているか、または異なる送電装置１１に接続されているかに応じて、必要電力を調整しつつ、さらに伝送可能電力と必要電力との比較に基づいて、必要電力を調整してもよい。

　一の送電コイル１０に対する受電コイル１３の位置の変化に応じて、負荷装置９の必要電力が調整されてもよい。図６は、一の送電コイル１０に対する受電コイル１３の位置の変化を示す模式的側面図である。図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）、図６（ｄ）、図６（ｅ）の順に、かご２が徐々に上昇する。それにより、一の送電コイル１０に対して、受電コイル１３の位置が徐々に高くなる。

　図６（ａ）の例では、受電コイル１３が送電コイル１０の下端部のみに対向している。図６（ｅ）の例では、受電コイル１３が送電コイル１０の上端部のみに対向している。このように、受電コイル１３が送電コイル１０の一部のみに対向している状態（以下、第１の対向状態と呼ぶ。）では、受電コイル１３と送電コイル１０との結合係数は低く、伝送可能電力が小さい。

　図６（ｂ）および図６（ｄ）の例では、受電コイル１３が送電コイル１０の全体に対向している。さらに、図６（ｂ）の例では、受電コイル１３の上端が送電コイル１０の上端と同じ高さにあり、図６（ｄ）の例では、受電コイル１３の下端が送電コイル１０の下端と同じ高さにある。このように、受電コイル１３が送電コイル１０の全体に対向し、かつ受電コイル１３の端部が送電コイル１０の端部と近接している状態（以下、第２の対向状態と呼ぶ。）では、受電コイル１３と送電コイル１０との結合係数は高く、伝送可能電力が大きい。

　図６（ｃ）の例では、受電コイル１３が送電コイル１０の全体に対向している。ただし、受電コイル１３上端が送電コイル１０の上端より高い位置にあり、受電コイル１３の下端が送電コイル１０の下端よりも低い位置にある。このように、受電コイル１３が送電コイル１０の全体に対向し、かつ受電コイル１３の端部と送電コイル１０の端部との間の距離が大きい状態（以下、第３の対向状態と呼ぶ。）では、受電コイル１３と送電コイル１０との結合係数、および伝送可能電力は、第１の対向状態と第２の対向状態との中間となる。すなわち、第３の対向状態での結合係数は、第１の対向状態と比べて高く、第２の対向状態と比べて低い。また、第３の状態での伝送可能電力は、第１の対向状態と比べて大きく、第２の対向状態と比べて小さい。

　そこで、制御部５０は、位置情報または送電パラメータに基づいて、現時点での対向状態が、第１、第２および第３の対向状態のいずれであるか判定し、その判定結果に基づいて、負荷装置９の必要電力を調整してもよい。具体的には、第２、第３および第１の対向状態の順に、負荷装置９の必要電力が大きくなるように、負荷装置９が制御される。例えば、第２、第３および第１の対向状態の順に、空調の強度が高く調整されてもよい。

　また、かご２の移動中において、受電コイル１０に給電する送電コイル１０が切り替わる際に、瞬時的に伝送可能電力が低下することがある。そこで、かご２の移動中に、位置情報または送電パラメータに基づいて、受電コイル１０に給電する送電コイル１０が切り替えられる前に、負荷装置９の必要電力が予め低く調整されてもよい。例えば、位置情報に基づいて、次に送電コイル１０が切り替わるまでの時間が予測され、その時間が閾値以下になると、負荷装置９の必要電力が低くなるように、負荷装置９が制御される。これにより、送電コイル１０の切り替わり時に、負荷装置９の動作が不安定になることが防止される。

　また、上記のように、受電コイル１３の長さが大きく設定され、かつ少なくとも１つの送電コイル１０が受電コイル１３と対向するように、複数の送電コイル１０が設けられることで、継続的に受電コイル１３を通して負荷装置９に給電することができる。その場合に、伝送可能電力等に基づいて負荷装置９の必要電力が調整されることで、負荷装置９を継続的にかつ安定的に動作させることができる。その結果、かご２の乗員に対するサービスを高く維持することができる。

実施の形態２．
　本開示の実施の形態２に係るワイヤレス給電システムについて、上記実施の形態１と異なる点を中心に説明する。図７は、実施の形態２に係るワイヤレス給電システム１００Ｂの構成を示すブロック図である。

　実施の形態２に係るワイヤレス給電システム１００Ｂは、ワイヤレス給電システム１００Ａの構成に加えて、充放電回路１６および蓄電装置１７をさらに備える。充放電回路１６および蓄電装置１７は、かご２に設けられる。蓄電装置１７は、例えばリチウムイオン電池であり、充電および放電が可能に構成される。蓄電装置１７は、充電および放電が可能であれば、リチウムイオン電池に限らず、鉛蓄電池または電解コンデンサ等であってもよい。

　蓄電装置１７は、充放電回路１６を介して、受電装置１４の出力端子および負荷装置９の入力端子に接続される。充放電回路１６は、受電装置１４から出力される電力を蓄電装置１７に与えることにより蓄電装置１７を充電する。また、充放電回路１６は、蓄電装置１７を放電させることにより、蓄電装置１７から負荷装置１９に電力を与える。

　制御部５０（制御盤５または制御装置７）は、伝送可能電力が負荷装置９の必要電力よりも大きい場合、送電コイル１０から受電コイル１３に伝送された電力の一部が蓄電装置１７に与えられるように、充放電回路１６を制御する。また、制御部５０は、伝送可能電力が負荷装置９の必要電力よりも小さい場合、蓄電装置１７から負荷装置９に電力が与えられるように、充放電回路１６を制御する。このようにして、伝送可能電力が十分に大きい場合に、余剰の電力が蓄電装置１７に蓄えられ、伝送可能電力が不足する場合に、その不足分が蓄電装置１７に蓄えられた電力で補われる。これにより、かご２の移動に伴って伝送可能電力が変化しても、負荷装置９の消費電力を大きく変化させることなく、負荷装置９を継続的に動作させることができる。それにより、負荷装置９をより安定的に動作させることができる。

　また、複数の送電コイル１０の間隔が受電コイル１３の長さよりも大きい場合、すなわち、受電コイル１３がいずれの送電コイル１０とも対向しない期間がある場合でも、蓄電装置１７から負荷装置９に電力が供給されることにより、負荷装置９を安定的に動作させることができる。それにより、エレベータの運行効率の低下が抑制されるとともに、送電コイル１０の数を削減することができ、設置コストの増大およびメンテナンスに要する時間およびコストの増大を抑制することができる。

　ただし、蓄電装置１７の充電量が十分でないと、負荷装置９に十分な電力を供給することができない場合が生じ得る。そこで、制御部５０は、蓄電装置１７の充電量を常時監視（検出）し、蓄電装置１７の充電量に基づいて、負荷装置９の必要電力を調整してもよい。

　図８は、蓄電装置１７の充電量に基づく負荷装置９の制御例を示すフローチャートである。図８の制御例について、図５の制御例と異なる点を説明する。

　図８の例では、ステップＳ３で伝送可能電力が必要電力以下である場合、またはステップＳ５で伝送可能電力と必要電力との差分値が閾値よりも小さい場合、制御部５０は、蓄電装置１７の充電量に基づいて、蓄電装置１７から負荷装置９に伝送可能な電力（以下、放電可能電力と呼ぶ。）を算出する（ステップＳ１１）。

　次に、制御部５０は、ステップＳ１で算出した伝送可能電力と、ステップＳ１１で算出した放電可能電力との合計値を算出する（ステップＳ１２）。次に、制御部５０は、算出した合計値が、上記の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。なお、ステップS５とステップS１３における閾値は異なる値に設定されていてもよい。

　合計値が閾値以上である場合、伝送可能電力の不足分を蓄電装置１７からの放電電力で十分に補うことができる。そこで、合計値が閾値以上である場合、制御部５０は、負荷装置９の必要電力が維持されるように、負荷装置９の動作をそのまま維持する（ステップＳ５）。一方、合計値が閾値よりも小さい場合、伝送可能電力の不足分を蓄電装置１７からの放電電力で補うことができない可能性がある。そこで、合計値が閾値よりも小さい場合、制御部５０は、負荷装置９の必要電力が低減されるように、負荷装置９を制御する（ステップＳ６）。

　このようにして、伝送可能電力および蓄電装置１７の充電量に基づいて、負荷装置９の必要電力が調整されることにより、蓄電装置１７の充電量が伝送可能電力の不足分を補うのに十分でない場合であっても、負荷装置９の必要電力が低減されることで、負荷装置９への供給電力が、負荷装置９の必要電力を下回ることが防止される。それにより、負荷装置９の動作が不安定になることが防止される。

　なお、受電コイル１３がいずれの送電コイル１０とも対向しない期間がある場合には、その期間中、蓄電装置１７から負荷装置９に継続的に電力を供給する必要がある。その期間に必要な電力は、かご２内の乗員数、行先階、または運行時間帯等に依存する。そのため、かご２内の乗員数、行先階、または運行時間帯等に基づいて、負荷装置９の必要電力が調整されてもよい。

実施の形態３．
　本開示の実施の形態３に係るワイヤレス給電システムについて、上記実施の形態１と異なる点を説明する。実施の形態３に係るワイヤレス給電システムは、図１の受電コイル１３の代わりに、以下に示す受電コイル１３０を含む。図９は、かご２に設けられた受電コイル１３０を示す模式的斜視図である。

　図９の受電コイル１３０は、平面部１３１および一対の突出部１３２を有する。平面部１３１は、図１の受電コイル１３と同様の構成を有し、かご移動方向ＭＤに延びるように長尺状に設けられる。一対の突出部１３２は、かご移動方向ＭＤに沿った平面部１３１の一対の側辺から送電コイル１０側に一定幅だけ突出するように設けられる。

　図１０は、図９の受電コイル１３０、およびその受電コイル１３０と対向する送電コイル１０の模式的断面図である。図１０の断面は、かご移動方向ＭＤと垂直な方向における断面である。図１０に示すように、受電コイル１３０は、巻線１３０Ａおよび磁性材１３０Ｂを含む。平面部１３１は、巻線１３０Ａと磁性材１３０Ｂとの二層構造を有する。一方、各突出部１３２は、磁性材１３０Ｂからなる。

　受電コイル１３０と送電コイル１０とが互いに対向する状態では、一対の突出部１３２の間に送電コイル１０が位置する。すなわち、かご移動方向ＭＤに対して垂直な第１の方向Ｄ１において、平面部１３１の幅は、送電コイル１０の幅よりも大きい。ここで、第１の方向Ｄ１は、送電コイル１０に向けられた平面部１３１の面、および受電コイル１３０に向けられた送電コイル１０の面に平行である。かご移動方向ＭＤに対して垂直でかつ第１の方向Ｄ１に対して垂直な第２の方向Ｄ２において、突出部１３２の幅は、平面部１３１と送電コイル１０との間の距離よりも大きい。これにより、かご２の移動中には、送電コイル１０が、平面部１３１に対向しつつ、一対の突出部１３２との間を通って移動する。

　本実施の形態では、受電コイル１３０において平面部１３１から送電コイル１０側に突出するように突出部１３２が設けられることにより、図１の受電コイル１３が用いられる場合と比べて、送電コイル１０と受電コイル１３０との間の磁束密度が高まり、送電コイル１０と受電コイル１３０との間の結合係数が大きくなる。それにより、実施の形態１と比べて、送電コイル１０から受電コイル１３０への伝送可能電力が増大する。その結果、負荷装置９に安定的に電力を供給することが可能となり、負荷装置９を安定的に動作させることが可能となる。また、負荷装置９を幅広い消費電力に対応させることが可能になるので、かご２の乗員に対するサービスを向上させることが可能となる。

　図１１は、送電コイル１０および受電コイル１３のさらなる変形例を示す模式的断面図である。図１の送電コイル１０および受電コイル１３の代わりに、図１１の送電コイル１４０および受電コイル１５０が用いられてもよい。図１１の送電コイル１４０および受電コイル１５０について、図１０の送電コイル１０および受電コイル１３０と異なる点を説明する。

　図１１の送電コイル１４０は、巻線１０Ａを有し、磁性材１０Ｂを有さない。送電コイル１４０は、一対の近接部１４１および一対の連結部１４２を有する。図１１においては、一対の連結部１４２のうち一方のみが示される。一対の近接部１４１は、第１の方向において互いに離間し、一対の連結部１４２を介して互いに連結される。第２の方向Ｄ２において、一対の連結部１４２は、一対の近接部１４１よりもかご２から遠い位置に設けられる。

　受電コイル１５０は、一対の突出部１３２の代わりに１つの突出部１５１を有する。突出部１５１は、第１の方向Ｄ１における平面部１３１の中心部から、送電コイル１４０側に突出するように設けられる。突出部１５１は磁性材１３０Ｂからなり、巻線１３０Ａに設けられる孔部１５２を通って送電コイル１４０側に突出する。

　第２の方向Ｄ２における近接部１４１と平面部１３１との距離は、第２の方向Ｄ２における突出部１５１の幅よりも小さい。かご２の移動中には、送電コイル１４０の一対の近接部１４１の間を受電コイル１５０の突出部１５１が通り、かつ第２の方向Ｄ２において各近接部１４１が受電コイル１５０の巻線１３０Ａとそれぞれ対向する。

　図１１の送電コイル１４０および受電コイル１５０が用いられた場合においても、図１の送電コイル１０および受電コイル１３が用いられる場合と比べて、送電コイル１４０と受電コイル１５０との間の磁束密度が高まり、送電コイル１４０と受電コイル１５０との間の結合係数が大きくなる。それにより、実施の形態１と比べて、送電コイル１４０から受電コイル１５０への伝送可能電力が増大する。その結果、負荷装置９に安定的に電力を供給することが可能となり、負荷装置９を安定的に動作させることが可能となる。また、負荷装置９を幅広い消費電力に対応させることが可能になるので、かご２の乗員に対するサービスを向上させることが可能となる。

　本実施の形態における受電コイル１３０、または送電コイル１４０および受電コイル１５０が、第２の実施の形態に係るワイヤレス給電システムに用いられてもよい。受電コイル１３０、または送電コイル１４０および受電コイル１５０が用いられることにより、伝送可能電力が増大するので、余剰の電力が発生しやすい。そのため、蓄電装置１７に十分な電力を蓄えることが可能となる。したがって、伝送可能電力が負荷装置９の必要電力を下回ることがあっても、蓄電装置１７から負荷装置９に電力を供給することで、負荷装置９を安定的に動作させることができる。

他の実施の形態．
　上記実施の形態では、かご２に１つの受電部（受電コイル１０，１３０，１５０）のみが設けられるが、本発明はこれに限らず、かご２に複数の受電部が設けられてもよい。複数の受電部は上下に並ぶように設けられてもよく、横方向に並ぶように設けられてもよい。また、複数の受電部がかご２の異なる面に設けられてもよい。

　複数の受電部が、横方向に並ぶように設けられる場合、またはかご２の異なる面に設けられる場合、複数の送電部（送電コイル１０，１４０）は、複数の受電部にそれぞれ対応する複数の列を形成するように設けられる。

　上記実施の形態では、送電ユニット３の構成として、１つの送電装置１１に対して複数の送電部が設けられるが、送電ユニット３の構成はこれに限らず、１つの送電装置１１に対して１つの送電部のみが設けられてもよい。

　上記実施の形態では、各送電部に関する送電パラメータとして、各送電コイル１０に流れる電流が用いられるが、送電パラメータとして、各送電装置１１から負荷装置９をみたインピーダンス、または各送電部と受電部との間の結合係数などの他のパラメータが用いられてもよい。この場合、該当のパラメータを検出する検出部が別途設けられ、その検出部による検出結果に基づいて、伝送可能電力が算出されてもよい。

　今回開示された各実施の形態は、矛盾しない範囲で適宜組み合わせて実施することも予定されている。今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示による技術的範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　昇降路
　２　かご
　３　送電ユニット
　４　受電ユニット
　５　制御盤
　６　主電源
　７　制御装置
　８　検出回路
　９　負荷装置
　１０，１４０　送電コイル
　１１　送電装置
　１２　送電コイル切替部
　１３，１３０，１５０　受電コイル
　１４　受電装置
　１５　送電ユニット切替部
　１６　充放電回路
　１７　蓄電装置
　１９　負荷装置
　５０　制御部
　１００　エレベータシステム
　１００Ａ，１００Ｂ　ワイヤレス給電システム

Claims (11)

1. エレベータの昇降路を移動するかごに対して非接触で電力を供給するワイヤレス給電システムであって、
   　前記かごの移動方向に並ぶように前記昇降路に設けられた複数の送電部と、
   　前記複数の送電部に電力を供給する送電装置と、
   　前記かごに設けられ、前記複数の送電部から非接触で電力が伝送される受電部と、
   　前記受電部から電力を受け取る受電装置と、
   　前記受電装置により受け取られた電力が供給される負荷装置と、
   　前記送電装置および受電装置を制御する制御部と、を備え、
   　前記かごの移動方向における前記受電部の寸法は、前記かごの移動方向における前記複数の送電部の各々の寸法よりも大きい、ワイヤレス給電システム。
2. 前記かごの移動方向における前記複数の送電部の間隔は、前記かごの移動方向における前記受電部の寸法よりも小さい、請求項１に記載のワイヤレス給電システム。
3. 前記複数の送電部は、前記かごの移動方向に等間隔に並ぶように配置される、請求項１または２に記載のワイヤレス給電システム。
4. 前記制御部は、前記受電部に対向する少なくとも１つの送電部から前記受電部に伝送可能な電力に基づいて、前記伝送可能な電力が前記負荷装置の必要電力を下回らないように、前記負荷装置の必要電力を調整する、請求項１～３のいずれか一項に記載のワイヤレス給電システム。
5. 前記制御部は、前記受電部と対向する送電部の電気的特性を表すパラメータに基づいて、前記伝送可能な電力を算出する、請求項４に記載のワイヤレス給電システム。
6. 前記制御部は、前記かごの現在位置を表す位置情報に基づいて、前記負荷装置の必要電力を調整する、請求項４または５に記載のワイヤレス給電システム。
7. 前記制御部は、前記伝送可能な電力と前記必要電力との差分が閾値よりも小さい場合、前記負荷装置の必要電力が低減されるように、前記負荷装置の必要電力を調整する、請求項４～６のいずれか一項に記載のワイヤレス給電システム。
8. 前記制御部は、前記受電部と対向する前記送電部の数に基づいて、前記負荷装置の必要電力を調整する、請求項４～７のいずれか一項に記載のワイヤレス給電システム。
9. 蓄電装置と、
   　前記受電装置により受け取られた電力を前記蓄電装置に与えることにより前記蓄電装置を充電し、前記蓄電装置を放電させることにより前記蓄電装置から前記負荷装置に電力を与える充放電回路と、をさらに備え、
   　前記制御部は、前記伝送可能な電力に基づいて、前記充放電回路による前記蓄電装置の充電および放電を制御する、請求項４～８のいずれか一項に記載のワイヤレス給電システム。
10. 前記制御部は、前記伝送可能な電力が前記負荷装置の必要電力よりも大きい場合、前記蓄電装置が充電され、前記伝送可能な電力が前記負荷装置の必要電力よりも小さい場合、前記蓄電装置が放電されるように、前記充放電回路を制御する、請求項９に記載のワイヤレス給電システム。
11. 前記受電部は、前記送電部に対向するように設けられた平面部と、前記平面部から前記送電部側に突出する突出部とを含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載のワイヤレス給電システム。

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