(57)【要約】  交流電力を直流電力に変換するコンバータ７と、直流電力を交流電力に変換し、かご４を昇降する電動機１を駆動するインバータ８と、コンバータ７とインバータ８の間の直流母線１１に充放電部１５を介して設けた電力蓄積器９と、充放電制御電源２０から直流電力を供給され、充放電部１５を制御する充放電制御部１９とを備え、充放電制御部１９は、予め定めた期間の電力蓄積器９の充放電電力量を時間帯毎に算出し、その算出結果に基づき、予め定めた期間以降における時間帯毎の放電動作を決定し、かご４の運転頻度が小さく電力蓄積器９の自己放電が大きくなると算出された時間帯は、直流母線１１と合わせ充放電制御電源２０にも電力蓄積器９の電力を供給する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換し、エレベータのかごを昇降する電動機を駆動するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線に充放電手段を介して設けられ、前記かごの回生運転時に前記直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時には蓄積された直流電力を前記直流母線に供給する電力蓄積手段と、
前記かごの回生運転時に前記電力蓄積手段に蓄積される電力量及び力行運転時に前記電力蓄積手段から前記直流母線に供給される電力量を算出し、前記充放電手段の制御を行う充放電制御部と、
前記充放電制御部に直流電力を供給する充放電制御電源と、
前記電力蓄積手段に蓄積された直流電力を前記充放電制御電源に供給する電圧変換手段と、を備え、
前記充放電制御部は、予め定めた期間の前記電力蓄積手段の充電電力量及び放電電力量を時間帯毎に算出し、予め定めた期間以降において、前記電力蓄積手段の前記充電電力量から前記放電電力量を減じた値が所定値以上の時間帯は、前記電力蓄積手段に蓄積した直流電力を、前記充放電手段を介して前記直流母線と、前記電圧変換手段を介して前記充放電制御電源に供給することを特徴とするエレベータの回生蓄電制御装置。
【請求項２】
前記充放電制御部は、
前記充電電力量がしきい値以上で、前記充電電力量から前記放電電力量を減じた値が前記所定値以上の時間帯は、前記電力蓄積手段に蓄積した直流電力を前記直流母線と前記充放電制御電源に供給し、
前記充電電力量がしきい値以上で、前記充電電力量から前記放電電力量を減じた値が前記所定値未満の時間帯は、前記電力蓄積手段に蓄積した直流電力を前記直流母線と前記充放電制御電源のうち前記直流母線のみに供給し、
前記充電電力量がしきい値未満の時間帯は前記電力蓄積手段に蓄積した直流電力を、前記直流母線と前記充放電制御電源のいずれにも供給しないことを特徴とする請求項１に記載のエレベータの回生蓄電制御装置。
【請求項３】
前記しきい値は、前記充放電制御電源の消費電力量に前記電圧変換手段での変換により損失する電力量を加えた値であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエレベータの回生蓄電制御装置。
【請求項４】
前記所定値は、前記充放電制御電源の消費電力量に前記電圧変換手段での変換により損失する電力量を加えた値であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のエレベータの回生蓄電制御装置。
【請求項５】
前記電力蓄積手段には、電気二重層キャパシタを使用することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のエレベータの回生蓄電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回生蓄電装置が備えられたエレベータの回生蓄電制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のエレベータの回生蓄電制御装置は、動力用商用電源からの交流電力を整流して直流電力に変換するコンバータと、コンバータからの直流電力を可変電圧可変周波教の交流電力に変換して電動機に供給しエレベータを運転するインバータと、エレベータの回生運転時にコンバータとインバータの間の直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時には蓄積された直流電力を直流母線に供給する電力蓄積手段と、電力蓄積手段と直流母線との間に設けられ電力蓄積手段から直流母線への放電及び直流母線から電力蓄積手段への充電を行う充放電手段と、充放電手段を制御する充放電制御部が備えられている。【０００３】
また、省エネルギー効果を高める技術として例えば特許文献１には、エレベータが待機状態であることを認識する待機状態認識手段を備え、待機状態認識手段によりエレベータの待機状態が認識された場合には、充放電制御部の消費電力の抑制制御を行い、充放電制御部の待機電力を減らす技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２４９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のエレベータの回生蓄電制御装置では、エレベータが待機時と判断されない程度にエレベータの運転頻度が小さい場合には、充放電制御部の待機電力を減らすことができず、電力蓄積手段の自己放電も大きくなるため充電した電力を十分に活用できていないことを見出した。【０００６】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、エレベータの運転頻度が小さく自己放電が大きくなる時間帯において、自己放電で失われる電力を低減させて省エネルギー効果を高めることができるエレベータの回生蓄電制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のエレベータの回生蓄電制御装置は、交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直流電力を交流電力に変換し、かごを昇降する電動機を駆動するインバータと、コンバータとインバータとの間の直流母線に充放電手段を介して設けられ、かごの回生運転時に直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時には直流電力を直流母線に供給する電力蓄積手段と、回生運転時に電力蓄積手段に蓄積される電力量及び力行運転時に電力蓄積手段から供給される電力量を算出し、充放電手段の制御を行う充放電制御部と、充放電制御部に電力を供給する充放電制御電源と、電力蓄積手段の電力を充放電制御電源に供給する電圧変換手段とを備え、充放電制御部は、予め定めた期間の電力蓄積手段の充放電電力量を時間帯毎に算出し、予め定めた期間以降において、電力蓄積手段の充電電力量から放電電力量を減じた値が所定値以上の時間帯は、電力蓄積手段に蓄積した電力を直流母線と充放電制御電源に供給するものである
【発明の効果】
【０００８】
上記のように構成されたエレベータの回生蓄電制御装置は、充放電制御部が予め定めた期間の電力蓄積手段の充放電電力量を時間帯毎に算出し、その算出結果に基づき、予め定めた期間以降における時間帯毎の充放電制御部の動作を決定し、かごの運転頻度が小さく電力蓄積手段の自己放電が大きくなると算出された時間帯は、直流母線と合わせ充放電制御電源にも電力蓄積手段の電力を供給することで、自己放電で失われる電力を低減させて省エネルギー効果を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１のエレベータの回生蓄電制御装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１のかご動作頻度が大きいときの充放電電力を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態１のかご動作頻度が小さいときの充放電電力を示した図である。
【図４】本発明の実施の形態１の学習期間における時間帯毎の充放電電力量を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図面に基づいて本発明の一実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態のエレベータの回生蓄電制御装置の構成図である。
【００１１】
図１において、エレベータは、電動機１と、電動機１の回転軸に接続された巻上機２と、巻上機２に巻き掛けられたロープ３と、このロープ３の一端に吊下げられたかご４及び他端に吊下げられた釣り合い錘５を備え、電動機１の回転によりかご４及び釣り合い錘５が昇降される。
【００１２】
エレベータの回生蓄電制御装置は、商用電源６の交流電力を直流電力に変換するコンバータ７と、直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換し電動機１を駆動するインバータ８と、電動機１の駆動用電力を蓄えると共に、放出する電力蓄積器９と、かご４の運転制御を行う制御部１０を備えている。
【００１３】
コンバータ７は、ダイオード等で形成され、商用電源６の交流電力を直流電力に変換し、その出力を直流母線１１に出力する。この直流母線１１には直流電力のリップル分を平滑するコンデンサ１２が接続されている。
【００１４】
インバータ８は、トランジスタやＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）等で形成され、直流母線１１の直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換し、電動機１を駆動する。
【００１５】
商用電源６の交流電力を直流電力に変換する制御電源１３から直流電力を供給される制御部１０は、エレベータ全体の管理・制御を行うものであり、かご４の起動・停止指令とともにかご４の位置・速度指令を作成し、インバータ８へ指令信号を出力する。また、かご４の運転時には回生運転、力行運転に応じて電力蓄積器９の制御も行う。
【００１６】
電力蓄積器９には、電力蓄電手段としての電気二重層キャパシタ１４と、直流母線１１と電気二重層キャパシタ１４との間に設けられ、充放電時の電圧調整を行うＤＣ−ＤＣコンバータ等で形成された充放電手段としての充放電部１５と、電気二重層キャパシタ１４の電力を制御電源１３と充放電制御電源２０へ供給するための電圧変換手段としての電圧変換部１６と、電気二重層キャパシタ１４の充放電電流を測定する電流測定器１７と、電気二重層キャパシタ１４の電圧を測定する電圧測定器１８と、充放電制御部１９が備えられている。
【００１７】
放電制御部１９は、電流測定器１７と電圧測定器１８の測定値を取り込み、電気二重層キャパシタ１４の充放電の電力量を算出し、充放電部１５と電圧変換部１６の制御を行う。充放電制御部１９に直流電力を供給する充放電制御電源２０は、電圧変換部１６を介した電気二重層キャパシタ１４と、開閉器２１を介した制御電源１３の両方から直流電力が供給される。
【００１８】
上記のように構成されたエレベータの回生蓄電制御装置の動作を図１から図４で説明する。かご４の回生運転時、制御部１０は充放電制御部１９に対して充電指令を出し、充放電制御部１９は充放電部１５を制御して直流母線１１の電力を電気二重層キャパシタ１４に充電する。これとは逆にかご４の力行運転は、制御部１０が充放電制御部１９に対して放電指令を出し、充放電制御部１９は充放電部１５を制御して電気二重層キャパシタ１４に蓄積した電力を直流母線１１に放電する。
【００１９】
図２は、本発明の一実施の形態のかご４の運転頻度が大きいときの電気二重層キャパシタ１４の充放電電力を示した図である。図２において、縦軸は電力、横軸は時間である。ここで電流値の向きは、電気二重層キャパシタ１４から放電する方向を正としており、縦軸０より上に示した部分が放電電力２３に、０より下に示した部分が充電電力２２になる。放電電力２３及び充電電力２２の瞬時値は、電流測定器１７及び電圧測定器１８で得られた電流値及び電圧値の積により求めることができる。
【００２０】
かご４の運転頻度が大きいときは、回生運転時に充電された電力はすぐに力行運転時に放電されるため、充電された電力に対する電気二重層キャパシタ１４の自己放電量は少なくエネルギー効率の良い運転が可能である。
【００２１】
図３は、本発明の一実施の形態のかご４の運転頻度が小さいときの電気二重層キャパシタ１４の充放電電力を示した図である。なお、図３中において、図２と同一部分には同一符号を付与しており、図２と重複する構成の説明は省略する。
【００２２】
かご４の運転頻度が小さいときは、回生運転時に充電された電力がしばらくは使用されないため、その間に電気二重層キャパシタ１４は自己放電によって失われる分が発生し、その分力行運転時に放電できる電力が減少し、エネルギー効率を落としている。
【００２３】
充放電制御部１９は、１日、１週間、１ヶ月、１季、１年といった繰り返される単位期間を予め定めた期間とし、エレベータが設置された初期の頃の任意の単位期間を学習期間として、学習期間に含まれる所定時間帯毎に、かご４の回生運転により電気二重層キャパシタ１４へ充電される電力量と、力行運転により電気二重層キャパシタ１４から放電される電力量とを計測する。所定時間帯は、１分、５分、１０分、３０分、６０分、２時間、３時間といった、学習期間の中で繰り返される時間帯とすることができる。
【００２４】
図４は、本発明の一実施の形態の、学習期間において算出した時間帯毎の電気二重層キャパシタ１４の充放電電力量を示した図である。縦軸は電力量、横軸は時間帯であり、時間帯を１から５までに区切り、それぞれの時間帯における充電電力量２４と放電電力量２５を示している。この充電電力量２４は充電電力２２の積分、放電電力量２５は放電電力２３の積分によってそれぞれ算出することができる。充電電力量２４から放電電力量２５を減じた値は未使用電力量２６であり、これは電気二重層キャパシタ１４の自己放電量に加え、回生運転に対し力行運転の頻度が小さく、力行運転で十分に使用できなかった分も含んでいる。
【００２５】
図４中、点線で示した基準値２７は、学習期間以降の動作モードを決定するために予め算出した値であり、たとえば、各時間帯における充放電制御電源２０の消費電力量に、電気二重層キャパシタ１４の電力を充放電制御電源２０に供給する際に電圧変換部１６の変換で損失する電力量を加えた値とすることができる。この場合、この基準値２７は、充放電制御部１９を動作させるための充放電制御電源２０の電力量を賄う電気二重層キャパシタ１４に必要な電力量となる。
【００２６】
充放電制御部１９は、学習期間に算出された時間帯毎の未使用電力量２６と基準値２７との比較により、学習期間以降の実際のかご運転時の各時間帯における動作モードを以下の３通りに分けて制御を行う。
（１）充電電力量２４がしきい値として基準値２７以上で、未使用電力量２６が所定値として基準値２７以上の時間帯は、電気二重層キャパシタ１４の電力を、充放電部１５を介して直流母線１１に供給するとともに、電圧変換部１６を介して充放電制御電源２０にも供給する。
（２）充電電力量２４が基準値２７以上で、未使用電力量２６が基準値２７未満の時間帯は、電気二重層キャパシタ１４の電力を、充放電部１５を介して直流母線１１のみに供給する。
（３）充電電力量２４が基準値２７未満の時間帯は、電気二重層キャパシタ１４の電力は充放電部１５を介した直流母線１１へも電圧変換部１６を介した充放電制御電源２０へも供給せず、電力蓄積器９を停止させる。
【００２７】
図４中、時間帯１はかご４の運転頻度が大きく、時間帯２はかご４の運転頻度が比較的大きい時間帯であり、回生運転時の充電電力量２４は力行運転時の放電電力量２５で主に消費され、未使用電力量２６は小さいため、電気二重層キャパシタ１４の電力は充放電部１５を介して直流母線１１のみに供給する。・・・（２）
【００２８】
図４中、時間帯３はかご４の運転頻度が小さく、充電電力量２４に対する自己放電量が大きくなる時間帯であり、本来なら自己放電で失われる電力を電圧変換部１６を介して充放電制御電源２０に供給することで、実際の自己放電量を減らす。これにより充電された電力が自己放電により減少してしまう前に、充放電制御電源２０へ供給することが可能となるため、電気二重層キャパシタ１４の未使用電力量２６を有効に利用することができる。・・・（１）
【００２９】
図４中、時間帯４は時間帯３よりさらにかご４の運転頻度が小さい時間帯である。この場合、充電電力量２４は小さく基準値２７にも満たない。このようにかご４の運転頻度が極端に低くなると、かご４が運転されていない時に電力蓄積器９を待機動作させるための待機電力量が回生運転による充電電力量２４より大きくなり、電力蓄積器９を使用することによる省エネルギー効果が無くなり、かえって消費電力の増大となる。したがって充電電力量２４が基準値２７に満たない場合は、電力蓄積器９の動作を停止させることによりエレベータの回生蓄電制御装置全体での消費電力を抑える。・・・（３）
【００３０】
図４中、時間帯５はかご４の運転頻度が比較的大きい時間帯であるが、回生運転に対し、力行運転の割合が低い場合を示している。これは事務所ビルにおける帰宅時間帯のように、上方の階でかご４が定員で乗車し１階に運転した後、１階から上方階へはかご４が空で運転するような回生運転の割合が高くなる時間帯である。このように、運転頻度が大きい時間帯であっても未使用電力量２６が基準値２７以上となる時間帯は、充放電制御電源２０へ供給することで、電気二重層キャパシタ１４の未使用電力量２６を有効に利用することができる。・・・（１）
【００３１】
動作モード（１）においては、電気二重層キャパシタ１４の電力を電圧変換部１６を介して充放電制御電源２０に供給しているが、合わせて電圧変換部１６を介して制御電源１３に供給しても良い。未使用電力量２６が大きい場合には、制御電源１３にも供給することで、さらに省エネルギー効果を高めることができる。
【００３２】
次に、学習期間において時間帯毎の動作モード（１）〜（３）を決定した後、学習期間以降の実際のかご運転時の各時間帯の動作モードに移行する具体的な動作について説明する。
【００３３】
学習期間における時間帯毎の動作モード（１）〜（３）を決定した充放電制御部１９は、内部に備えたフラッシュメモリ（図示せず）等にその学習データを保管すると共に、制御部１０に対して学習データを送信する。学習期間以降の実際のかご運転時は、動作モード（１）と（２）の時間帯は、充放電制御部１９に保管された学習データに基づいて、それぞれ上記に記載した制御を充放電制御部１９単独で実行する。
【００３４】
動作モード（３）に該当する時間帯になると、充放電制御部１９は、充放電部１５及び電圧変換部１６の制御を停止した後、スタンバイ状態に入る。続いて、電力蓄積器９の待機電力をゼロとするため、制御部１０が、開閉器２１を遮断して充放電制御部１９に直流電力を供給する充放電制御電源２０への電力を遮断する。
【００３５】
制御部１０は充放電制御部１９から事前に送信された学習データに基づき、動作モード（３）の時間帯になると開閉器２１を遮断し、制御電源１３から充放電制御電源２０への電力供給を遮断することにより、充放電制御部１９を含む電力蓄積器９の動作を停止させ、電力蓄積器９の待機電力をゼロとする。また、動作モード（３）の時間帯が終了すると、制御部１０は、開閉器２１を投入して制御電源１３から充放電制御電源２０へ電源を供給開始し、充放電制御部１９を正常に起動させる。これにより動作モード（３）以外の時間帯においては、充放電制御部１９が単独で制御を実行できるようになる。
【００３６】
なお、学習期間としてエレベータが設置された初期の頃の任意の単位期間を例として示したが、これに限定されるものではなく、エレベータが設置されたビルのテナントが変わる等して乗客の流れが変わった場合に、学習期間を設けて学習を行ってもよい。
【００３７】
以上のように構成された実施の形態のエレベータの回生蓄電制御装置によれば、充放電制御部１９が学習期間の充放電電力量を時間帯毎に算出し、その算出結果に基づき、学習期間以降における時間帯毎の動作モードを決定し、電気二重層キャパシタ１４の自己放電量を含む未使用電力量２６が大きくなると算出された時間帯は、直流母線１１と合わせ充放電制御電源２０にも電気二重層キャパシタ１４の電力を供給することで、自己放電で失われる電力を最小限にして省エネルギー効果を高めることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  電動機、４  かご、７  コンバータ、８  インバータ、９  電力蓄積器、１１  直流母線、１４  電気二重層キャパシタ、１５  充放電部、１６  電圧変換部、１９  充放電制御部、２０  充放電制御電源、２４  充電電力量、２５  放電電力量、２７  基準値
【図１】
2013057750.tif 000003
【図２】
2013057750.tif 000004
【図３】
2013057750.tif 000005
【図４】
2013057750.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月2日(2012.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換し、エレベータのかごを昇降する電動機を駆動するインバータと、
前記コンバータと前記インバータとの間の直流母線に充放電手段を介して設けられ、前記かごの回生運転時に前記直流母線からの直流電力を蓄積し、力行運転時には蓄積された直流電力を前記直流母線に供給する電力蓄積手段と、
前記かごの回生運転時に前記電力蓄積手段に蓄積される電力量及び力行運転時に前記電力蓄積手段から前記直流母線に供給される電力量を算出し、前記充放電手段の制御を行う充放電制御部と、
前記充放電制御部に直流電力を供給する充放電制御電源と、
前記電力蓄積手段に蓄積された直流電力を前記充放電制御電源に供給する電圧変換手段と、を備え、
前記充放電制御部は、予め定めた期間の前記電力蓄積手段の充電電力量及び放電電力量を時間帯毎に算出し、予め定めた期間以降において、前記電力蓄積手段の前記充電電力量から前記放電電力量を減じた値が所定値以上の時間帯は、前記電力蓄積手段に蓄積した直流電力を、前記充放電手段を介して前記直流母線と、前記電圧変換手段を介して前記充放電制御電源に供給することを特徴とするエレベータの回生蓄電制御装置。
【請求項２】
前記充放電制御部は、
前記充電電力量がしきい値以上で、前記充電電力量から前記放電電力量を減じた値が前記所定値以上の時間帯は、前記電力蓄積手段に蓄積した直流電力を前記直流母線と前記充放電制御電源に供給し、
前記充電電力量がしきい値以上で、前記充電電力量から前記放電電力量を減じた値が前記所定値未満の時間帯は、前記電力蓄積手段に蓄積した直流電力を前記直流母線と前記充放電制御電源のうち前記直流母線のみに供給し、
前記充電電力量がしきい値未満の時間帯は前記電力蓄積手段に蓄積した直流電力を、前記直流母線と前記充放電制御電源のいずれにも供給しないことを特徴とする請求項１に記載のエレベータの回生蓄電制御装置。
【請求項３】
前記しきい値は、前記充放電制御電源の消費電力量に前記電圧変換手段での変換により損失する電力量を加えた値であることを特徴とする請求項２に記載のエレベータの回生蓄電制御装置。
【請求項４】
前記所定値は、前記充放電制御電源の消費電力量に前記電圧変換手段での変換により損失する電力量を加えた値であることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のエレベータの回生蓄電制御装置。
【請求項５】
前記電力蓄積手段には、電気二重層キャパシタを使用することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のエレベータの回生蓄電制御装置。
【国際調査報告】
2013057750.tif 000007
2013057750.tif 000008