(57)【要約】【課題】停電等の非常運転時においても、長い時間にわたって昇降機を利用可能とする昇降機制御装置を提供する。【解決手段】本発明の昇降機制御装置は、交流電源１から直流電圧部に直流電圧を発生させる整流器２と、直流電圧部における直流電圧を交流電圧に変換するインバータ３と、インバータ３から供給される交流電圧で駆動される交流電動機４と、直流電圧部に接続され蓄放電を行うキャパシタ蓄電装置６とからなる。このキャパシタ蓄電装置６は、互い同士で直列又は並列の接続形態をとることができる複数の電気二重層キャパシタで構成されており、交流電源１が停電した場合には、これら複数の電気二重層キャパシタは並列接続の接続形態をとる。【選択図】図１
2007254043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から直流電圧部に直流電圧を発生させる整流手段と、該直流電圧部における直流電圧を交流電圧に変換するインバータ手段と、該インバータ手段から供給される交流電圧で駆動される交流電動機と、該直流電圧部に接続され蓄放電を行うキャパシタ蓄電手段とからなる昇降機制御装置において、
該キャパシタ蓄電手段は、互い同士で直列又は並列の接続形態を切り換えることができる複数の電気二重層キャパシタからなり、昇降機の通常運転時には、該キャパシタ蓄電手段の該複数の電気二重層キャパシタを直列接続にて昇降機の回生運転での回生電力を該キャパシタ蓄電手段に蓄電し、昇降機の力行運転では該キャパシタ蓄電手段から該インバータ手段に補助電力を供給するように制御すると共に、昇降機の非常運転時には、該キャパシタ蓄電手段の該複数の電気二重層キャパシタを並列接続の接続形態に切り換えて、昇降機の力行運転で該キャパシタ蓄電手段から該インバータ手段に主電力を供給するように制御することを特徴とする昇降機制御装置。
【請求項２】
昇降機の非常運転時において、該キャパシタ蓄電手段から該インバータ手段に主電力を供給するに伴い該キャパシタ蓄電手段の電圧が低下した場合には、該キャパシタ蓄電手段の該複数の電気二重層キャパシタを並列接続から直列接続の接続形態に切り換えるように制御することを特徴とする請求項１に記載の昇降機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は商用交流電源を元電源として、これを整流器を介し、直流電圧に変換し、この直流電圧をインバータを利用して交流電動機を駆動する昇降機の制御装置において、キャパシタ蓄電装置を利用することによって、エネルギー利用効率及び安全運転性能に優れた昇降機の制御を行う昇降機の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、エレベータの電源主回路は、商用の交流電力を可変周波数可変電圧の交流電力に変換する電圧型インバータ制御を用いた方式が主流となっている。このような昇降機におけるインバータ制御では、停電時に昇降機の乗りかご内に利用者を閉じ込めるようなことをしないために非常運転を行う着床装置を設けている。この着床装置を駆動するための電源としては一般には鉛蓄電池を使用しており、電圧を通常運転での整流器出力電圧よりも低く設定して直列接続する電池数を少なくして経済性を重視している。
【０００３】
しかしながら、このような着床装置は停電時のみに使用するための設備であるので通常の運転には寄与していない。すなわち、着床装置等の設備における鉛蓄電池は、昇降機の運転中に発生する回生電力等を蓄電する用途には利用していない。これは、鉛蓄電池が昇降機での充放電サイクルにて利用するには耐久性に問題があるためである。鉛蓄電池の代わりにニッケル水素電池を利用する昇降機もあるが、これも常時利用するには利用サイクル耐性は不十分である。
【０００４】
昇降機の運転中に発生する回生電力を利用し、昇降機の運転全体での消費電力を低減するための省エネ運転が検討されている。これには制動時の回生電力を蓄電するための電気二重層キャパシタが検討されている。電気二重層キャパシタは二次電池に比べ、充放電サイクルに優れており、昇降機の省エネ運転に好適である。
【０００５】
回生電力を蓄電するために電気二重層キャパシタを備えたエレベータ装置としては、例えば、特許文献１（特開２００２−３３８１５１号公報）に記載されたものが知られている。特許文献１には、巻上機を駆動して前記乗りカゴを昇降させるモータと、商用電源からの交流電力を整流して直流電力を出力する整流手段と、前記直流電力を平滑する平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサにより平滑された直流電力を可変周波数可変電圧の交流電力に変換して前記モータに供給するインバータと、前記インバータに対して前記モータの回転制御信号を出力するエレベータコントローラと、前記平滑コンデンサの両端部に接続されて前記モータの回生電力を蓄電し且つ前記乗りカゴの力行時に蓄電電力を放電する電気二重層コンデンサを備えたエレベータ装置が記載されている。
【０００６】
また、停電時における昇降機の運転のために電気二重層コンデンサ等の蓄電手段を設けておく技術としては、特許文献２（特開２００１−１９３１０号公報）に、外部から供給される直流電流を受けてエレベータボックスの上下動を行う駆動手段と、該駆動手段に直流電流を供給する電源手段と、前記駆動手段に対して並列に接続され、前記電源手段により供給される直流電流によって充電されるコンデンサと、を備え、前記電源手段から供給されるべき直流電流が途絶えた場合に、前記コンデンサから前記駆動手段に直流電流を供給することにより、当該駆動手段を動作させることを特徴とするエレベータが記載されている。
【０００７】
ところで、本件の出願人らは、電気二重層キャパシタ等からなる複数のキャパシタを、初期化機能及びバンク切換機能を実現する電子回路と組み合わせて構成したキャパシタ蓄電装置を、ＥＣＳ(Energy Capacitor System）またはＥＣａＳＳ（Energy Capacitor Systems）(登録商標)として提案している。
【０００８】
ここで、初期化機能とは、直列接続される複数のキャパシタの静電容量や初期電圧の相違に起因して各キャパシタの分担電圧が不均一になるのを防止するため、個々のキャパシタに並列接続された並列モニタを用いて、各キャパシタを一定電圧に充電する機能である。本機能を定期的に使用することにより、各キャパシタの動作点がずれていくのを元に戻すことができ、キャパシタを定格電圧で安全に使うことができる。
【０００９】
また、バンク切換機能とは、個々のキャパシタの電圧が高いときには複数のキャパシタを並列接続し、電圧が低いときにはこれらを直列接続することにより、蓄電装置全体としての出力電圧や充電時の電圧の変動幅を小さくして安定化させるために、複数のキャパシタの接続状態をスイッチによって切り換えるものであり、例えば、スイッチのいかなる動作状態でも切り離されるキャパシタがなく、また、全てのキャパシタに同一の耐電圧、静電容量の素子を使用可能な、いわゆるシフト形バンク切換法などが知られている。
【００１０】
本件出願人らによるキャパシタ蓄電装置の提案例としては、特許文献３（特開２００５−２８７１１０号公報）記載の、複数のキャパシタの接続状態を切換スイッチにより切り換えて所定の電圧を出力するバンク切換機能を備えたキャパシタ蓄電装置において、直列接続されている複数のキャパシタを並列接続するためにオンするべき複数の切換スイッチを、交互にオンオフさせることを特徴とするキャパシタ蓄電装置などが挙げられる。
【特許文献１】特開２００２−３３８１５１号公報
【特許文献２】特開２００１−１９３１０号公報
【特許文献３】特開２００５−２８７１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、特許文献１、特許文献２いずれに記載のものにおいては、電気二重層キャパシタを通常運転時及び非常運転時のそれぞれの時に、電気二重層キャパシタに蓄電した電力を効率的に運用しているとは言い難い。すなわち、特許文献１記載の発明においては、停電時などの非常時運転時に、電気二重層キャパシタに蓄電した電力を利用することについては考慮されていないし、また、特許文献２記載の発明においては、単に、電力供給が途絶えた場合の暫定運転のために、電気二重層キャパシタに電力を蓄積しておくという技術に留まるものであり、電気二重層キャパシタに蓄電された電力を、非常運転時に如何に利用するかについては考慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、通常運転時及び非常運転時の双方における昇降機の運転・制御を、本件出願人らが提案しているコンデンサのバンク切り換えに係る技術を利用して、効率的に行うことを目指したものであり、そのために、請求項１に係る発明は、交流電源から直流電圧部に直流電圧を発生させる整流手段と、該直流電圧部における直流電圧を交流電圧に変換するインバータ手段と、該インバータ手段から供給される交流電圧で駆動される交流電動機と、該直流電圧部に接続され蓄放電を行うキャパシタ蓄電手段とからなる昇降機制御装置において、該キャパシタ蓄電手段は、互い同士で直列又は並列の接続形態を切り換えることができる複数の電気二重層キャパシタからなり、昇降機の通常運転時には、該キャパシタ蓄電手段の該複数の電気二重層キャパシタを直列接続にて昇降機の回生運転での回生電力を該キャパシタ蓄電手段に蓄電し、昇降機の力行運転では該キャパシタ蓄電手段から該インバータ手段に補助電力を供給するように制御すると共に、昇降機の非常運転時には、該キャパシタ蓄電手段の該複数の電気二重層キャパシタを並列接続の接続形態に切り換えて、昇降機の力行運転で該キャパシタ蓄電手段から該インバータ手段に主電力を供給するように制御することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の昇降機制御装置において、昇降機の非常運転時において、該キャパシタ蓄電手段から該インバータ手段に主電力を供給するに伴い該キャパシタ蓄電手段の電圧が低下した場合には、該キャパシタ蓄電手段の該複数の電気二重層キャパシタを並列接続から直列接続の接続形態に切り換えるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の実施の形態に係る昇降機制御装置によれば、通常運転時には、直流電圧部に接続されたキャパシタ蓄電手段に交流電動機からの回生電力を蓄電することによって省エネルギー運転が可能となる。また、本実施形態に係る昇降機制御装置によれば、停電等の非常運転時には、キャパシタ蓄電手段を構成する複数の電気二重層キャパシタの直並列を切り換えるバンク切り換えを行うことによってなるべく長時間に渡って電気二重層キャパシタに蓄積された電力を利用するので、停電時においても昇降機を長く利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の実施形態に係るキャパシタ蓄電装置を利用した昇降機制御装置の回路構成を示す図である。図１において、１は商用の交流電源であり、２はダイオードの３相ブリッジで構成された整流器であり交流電源１の三相交流電圧を直流電圧に変換する。また、３はトランジスタ等と環流ダイオードで構成された整流制御素子の３相ブリッジから成るインバータであり、先の直流電圧をＶＶＶＦ（可変電圧、可変周波数）の三相交流電圧に変換するＰＷＭインバータである。また、４は交流電動機、５はその負荷となる昇降機本体である。この昇降機本体５は、詳細は図示しないが利用者が乗る乗りかご、そしてそれとロープを介して接続された釣り合い重り、滑車等から成りいずれも周知の構成を採用し得るものである。また、整流器２及びインバータ３における三相ブリッジ結線構造については、図面では略記してある。
【００１６】
図１において、６はキャパシタ蓄電装置であり、このキャパシタ蓄電装置６は、整流器２からインバータ３までの間の直流電圧部に介挿されており、図示の例では、２つの電気二重層キャパシタＣ１及びＣ２、３つのスイッチ手段ＳＷ１乃至ＳＷ３からなる。キャパシタ蓄電装置６は、３つのスイッチ手段ＳＷ１乃至ＳＷ３のオンオフによって、２つの電気二重層キャパシタＣ１及びＣ２を直列接続にしたり、並列接続にしたりすることができるバンク切り換え可能なものである。昇降機の通常運転時には、キャパシタ蓄電装置６は、交流電動機４からの回生電力を受けこれを蓄電したり、整流器２からの直流電圧を充電したりする。また、交流電動機４の力行運転においてはキャパシタ蓄電装置６の電力を利用したり、といった制御が後述するコントローラ７によって適宜行われる。本実施形態によれば、直流電圧部にキャパシタ蓄電装置６が設けられているので、昇降機の省エネルギー運転が可能となる。なお、電気二重層キャパシタＣ１及びＣ２を、それぞれ単独のキャパシタで構成するかの如き記載しているが、電気二重層キャパシタＣ１及びＣ２それぞれは複数のキャパシタセルを接続したものを利用することもできる。また、本実施形態では、２つの電気二重層キャパシタＣ１及びＣ２を直列接続か並列接続かに切り換える１段のバンク切り換えについて説明しているが、必要に応じて後述する２段、３段のバンク切り換えを行うキャパシタ蓄電装置６を採用することができる。
【００１７】
図１において、７は昇降機全体の制御を司るコントローラであり、８は停電検知器などからなる交流電源１の監視手段である。コントローラ７は、監視手段８から交流電源１の状態（定常様態か停電状態か）に係る情報を受け、昇降機を通常運転させるか、非常運転を決定する。また、コントローラ７は昇降機を駆動するための三相交流電圧指令（不図示）に応じて、インバータ３内の整流制御素子を駆動制御する。インバータ３はコントローラ７からの三相交流電圧指令に応じた電圧及び周波数での三相交流を出力し、交流電動機４のトルク及び回転数を制御する。また、コントローラ７は、交流電動機４からの各種信号（電圧値信号、電流値信号、速度信号、正転信号または逆転信号、すべり周波数信号等）によって交流電動機４に対する負荷の状況を把握しこれに応じて、インバータ３を制御したりもする。また、コントローラ７は通常運転時及び非常運転時に応じて、キャパシタ蓄電装置６のスイッチ手段を制御して、後述するようなキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行うものである。
【００１８】
次に、キャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えについて図２を参照しつつ説明する。図２（ａ）は、本発明の実施の形態に係るキャパシタ蓄電装置６の構成例を示す図である。また、図２（ｂ）、（ｃ）は、バンク切り換えによる、キャパシタ蓄電装置６がとる電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の接続構成を示す図である。キャパシタ蓄電装置６は、２つの電気二重層キャパシタＣ１及びＣ２、とこれを直並列に組み替える３つの切り替えスイッチ手段を有しており、このスイッチ手段として、本実施形態では、３つのトライアックＳ１〜Ｓ３が図示のように設けられている。各トライアックＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、それぞれ一組の逆並列に接続されたサイリスタＳ１ｄとＳ１ｃのペア、Ｓ２ｄとＳ２ｃのペア、Ｓ３ｄとＳ３ｃのペアからなる。キャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えは、サイリスタＳ１ｄ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｄ、Ｓ２ｃ、Ｓ３ｄ、Ｓ３ｃのオンオフ制御を行うことによって行う。例えば、キャパシタ蓄電装置６を充電させるときには、Ｓ３のペアは共にオフとし、Ｓ１ｃとＳ２ｃをオンさせることでキャパシタ蓄電装置６は、図（ｃ）に示す電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の並列接続状態となる。そして、この状態から、図（ｂ）に示す電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２を直列接続状態にするには、Ｓ１ｃとＳ２ｃをオフし、Ｓ３ｃをオンすることで実現することができる。なお、本実施形態では、スイッチ手段ＳＷ１乃至ＳＷ３をトライアックＳ１、Ｓ２、Ｓ３にて構成したが、適宜他の半導体スイッチ素子に変更し得ることは言うまでもない。
【００１９】
サイリスタＳ１ｄ、Ｓ１ｃＳ２ｄ、Ｓ２ｃ、Ｓ３ｄ、Ｓ１３のオンオフ制御による、キャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えの４つの態様につきより詳細に説明する。図３は、本実施形態のキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えの４つの態様を示す図である。図３（ａ）は、サイリスタＳ３ｃのみをオンとし、他のサイリスタＳ１ｄ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｄ、Ｓ２ｃ、Ｓ３ｄをオフとした場合であり、このとき電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２を直列接続状態で充電することができる構成となる。また、図３（ｂ）は、サイリスタＳ１ｃ、Ｓ２ｃをオンとし、他のサイリスタＳ１ｄ、Ｓ２ｄ、Ｓ３ｄ、Ｓ３ｃをオフとした場合であり、このとき電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２を並列接続状態で充電することができる構成となる。また、図３（ｃ）は、サイリスタＳ１ｄ、Ｓ２ｄをオンとし、他のサイリスタＳ１ｃ、Ｓ２ｃ、Ｓ３ｄ、Ｓ３ｃをオフとした場合であり、このとき電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２を並列接続状態で放電することができる構成となる。また、図３（ｄ）は、サイリスタＳ３ｄのみをオンとし、他のサイリスタサイリスタＳ１ｄ、Ｓ１ｃ、Ｓ２ｄ、Ｓ２ｃ、Ｓ３ｃをオフとした場合であり、このとき電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２を直列接続状態で放電することができる構成となる。
【００２０】
次に、コントローラ７による、通常運転時及び非常運転時におけるキャパシタ蓄電装置６の制御方法につき説明する。停電等が発生していない通常運転時において、電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の充電を行う際に、コントローラ７は図３（ａ）に示される電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の直列接続状態とする。このように図３（ａ）に示す状態においては、昇降機の交流電動機４が回生運転しているときインバータ３から直流電圧部に直流の電力が供給されるに伴い、この電力を電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２に蓄電させるものである。
【００２１】
停電等が発生していない通常運転時において、電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の放電を行う際に、コントローラ７は図３（ｄ）に示される電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の直列接続状態、又は、図３（ｃ）に示される電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の並列接続状態を利用する。このような状態においては、昇降機の交流電動機４が力行運転しているとき、電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２を放電させ、さらに必要であれば整流器２からの直流電力と共に、インバータ３に対して直流の電力を供給するものである。
【００２２】
次に、交流電源１が停電したことを検知したことを監視手段８が検知し、コントローラ７に対してその旨報知された場合のコントローラ７の非常運転時（停電時）の制御につき説明する。監視手段８から、交流電源１が停電したことを受信したコントローラ７は、非常運転時のモードとなり、まず、キャパシタ蓄電装置６の状態を、昇降機の交流電動機４が回生運転を行っている時の場合には、図３（ｂ）に示される電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の並列接続状態とし、また、昇降機の交流電動機４が力行運転を行っている時の場合には、図３（ｃ）に示される電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の並列接続状態とする。このように昇降機の非常運転時に、電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２を並列に接続するのは、インバータ３に供給する電圧を（直列接続の場合よりも）下げて、交流電動機４を低回転数で稼働させるためである。交流電動機４を低回転数で駆動させることによって、なるべく長い時間昇降機を駆動するための電力を確保する。本実施形態においては、このように、コントローラ７がキャパシタ蓄電装置６を、キャパシタの並列接続状態とするようなバンク切り換えを行うものであり、これによって停電時において、効率的にそしてなるべく長時間キャパシタ蓄電装置６に蓄電されていた電力を利用するものである。
【００２３】
非常運転時のモードにおいて、昇降機の交流電動機４が力行運転している最中、インバータ３に供給すべき電圧が図３（ｃ）に示される電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の並列接続状態では足りなくなったときに、コントローラ７は、図３（ｄ）に示される電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の直列接続状態にバンク切り換えを行い、インバータ３に供給すべき電圧を上げる。コントローラ７は、このように制御することによって電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２に蓄積された電力をなるべく長く持たせるようにする。
【００２４】
次に、以上のように制御された昇降機の運転状況のシミュレーション結果について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る通常運転時における昇降機の運転状況をシミュレーションした結果を示す図である。図５は、本発明の実施の形態に係る非常運転時における昇降機の運転状況をシミュレーションした結果を示す図である。図６は、本実施形態を適用しない場合の非常運転時における昇降機の運転状況をシミュレーションした結果（比較例）を示す図である。図４乃至図６の各図において、（ａ）は昇降機の乗りかごの速度及び乗りかごの最下階からの距離の時間推移を示している。図４乃至図６の各図（ａ）において、速度の単位は［ｋｍ／ｈ］であり、距離の単位は［ｍ］であり、縦軸の数値は速度と距離との供用である。また（ｂ）はキャパシタ蓄電装置６の端子間（Ｔ―Ｔ’）の電圧の時間推移を示している。また（ｃ）は整流器２、インバータ３及びキャパシタ蓄電装置６の電流の時間推移を示している。また、（ｄ）は交流電動機４の消費電力及び交流電源１からの入力電源の電力の時間推移を示している。
【００２５】
まず本発明の実施の形態に係る通常運転時を参照する。図４（ａ）に示すように、昇降機の乗りかごは最下階から高さ２４ｍ（最上階）までを１５秒間、最高速度７．２ｋｍ／ｈで上昇し、高さ２４ｍ（最上階）から１５秒間、最高速度７．２ｋｍ／ｈで下降し最下階に到達する様子がシミュレーションされている。なお、下降する際の乗りかごの速度はマイナスの値で示されている。図４（ｂ）をみると、最下階におおける昇降機の起動時には、キャパシタ蓄電装置６は電圧４００Ｖで充電されていた状態が初期条件であることがわかる。図４（ｃ）によれば、乗りかごが最下階から上昇するに伴い、整流器２の電流にキャパシタ蓄電装置６の電流が一部合わさってインバータ３に供給される。キャパシタ蓄電装置６電圧は、最も低いときには３９５Ｖにまで低下している（図４（ｂ）参照）。昇降機が最上階から降下すると回生電力がインバータ３から直流回路部に供給されるので、キャパシタ蓄電装置６の電圧は４００Ｖより上昇すると整流器２の電流はブロックされて整流器２電流が零アンペアとなる。最下階ではキャパシタ蓄電装置６は電圧４２３Ｖで蓄電されている。この場合キャパシタ容量は１５Ｆとしたので３９Ｗｈの電力が回生蓄電された。この回生蓄電された電力は、昇降機の次の上昇行程に使われる。
【００２６】
次に本発明の実施の形態に係る非常運転時を参照する。図５において、図４とは時間軸の縮尺が異なることに留意されたい。昇降機の非常運転時においては、昇降機は低速で運用されることとなり、本例では乗りかごの最高速度は３．６ｋｍ／ｈ（通常運転時の半分）、また乗りかごが最下階から最上階まで上昇するのに２５秒間となるように運用される。本実施形態に係る非常運転においては、コントローラ７は、停電等を検知すると、キャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行い、キャパシタを直列接続から並列接続に切り換えるので、図５（ｂ）に示されるキャパシタ蓄電装置６の端子間電圧は２００Ｖからスタートすることとなる。整流器２の電流は零アンペアであり、またインバータ３の電流とキャパシタ蓄電装置６のキャパシタ電流とは同一の値である。昇降機の非常運転時は、乗りかごが上昇するにつれてキャパシタ蓄電装置６の電圧が降下し、乗りかごの最上階からの下降行程による回生制動電力でキャパシタ蓄電装置６は蓄電されている。非常運転時における、最下階から最上階までの上昇、最上階から最下階までの下降の一行程での最終的な損失は２４．０Ｗｈとなる。
【００２７】
次に、本実施形態を適用しない場合の非常運転時における昇降機の運転状況のシミュレーション結果を比較例として参照する。図６（ａ）に示されるようにこの比較例では、非常運転時においても、昇降機の乗りかごの走行速度、加速度は通常運転時と同様とする運用がなされている。すなわち、乗りかごの最高速度は、図４（ａ）に示される場合と同様で、７．２ｋｍ／ｈである。キャパシタ蓄電装置６は直列接続のまま維持され、初期には電圧４００Ｖで充電されている状態である。また、整流器２の電流は零アンペアでインバータ３の電流とキャパシタ蓄電装置６のキャパシタ蓄電装置６の電流は同一の値である。この場合の走行では、乗りかごが上昇するにつれてキャパシタ蓄電装置６の電圧が降下し、最上階からの下降行程にて回生制動電力で蓄電されているが、一行程終了後にはでの蓄電量は２４．５Ｗｈの電力が失われている。
【００２８】
本発明の実施の形態に係る非常運転時における昇降機の運転特性と、本実施形態を適用しない場合の非常運転時における昇降機の運転特性とで、失う損失差が少ないのは、キャパシタ蓄電装置６の構成が直列接続か並列接続による内部抵抗の相違に基づく損失を表しており、昇降機の走行に必要な駆動トルクは同一とし、他の損失は充放電でのエネルギー変換効率を８０％と同じ特性と仮定して計算しているからである。
【００２９】
昇降機でのインバータによる電動機制御では交流電動機に印加する電圧と周波数は速度に比例するので、キャパシタ電圧が低下すると最高速度が維持できなくなるので、停電時の非常運転を正常時と同じ走行をさせることは蓄電容量計画の上で経済的ではない。昇降機の計画走行速度を低くしてキャパシタ蓄電装置の電圧を下げて利用するほうがキャパシタ蓄電装置を構成する上でのモジュールの直列接続数を少なくすることができる。しかし、整流器電圧と異なる電圧にすると常時蓄電装置に充電するための専用の充電器が必要になり、通常の運転での回生電力を蓄電することはできなくなり、省エネ運転に適さず蓄電装置を設ける経済性が低下する。そこで、本実施形態ではキャパシタ蓄電装置６を整流器２の電圧に合わせてキャパシタ蓄電装置をバンク切り換えして充放電することで余分な充放電機器を追加すること無しに通常時は省エネ運転を行い、停電時の非常運転では昇降機の運行速度を低く抑えてこれに見合う蓄電装置の電圧に切り替えて効率のよい運転を提供するものである。
【００３０】
なお、本実施形態においては、バンク切り換え可能なキャパシタ蓄電装置を具備する特徴を生かし、以下のような制御を行ってもよい。
【００３１】
停電等が発生していない通常運転時において、電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の放電を行う際には、コントローラ７は図３（ｄ）に示される電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の直列接続状態、又は、図３（ｃ）に示される電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の並列接続状態を利用するが、コントローラ７が、これらの電気二重層キャパシタＣ１、Ｃ２の直並列を切り換える制御をどのように行うかについて以下説明する。
【００３２】
一般に、交流電動機を低い回転数で回転させるための電力を、ＶＶＶＦ制御を行うインバータから供給するためには、直流から非常に高い周波数の交流への変換を行わなければならない。さらに、昇降機等の交流電動機を制御するための制御装置の設計においては、交流電動機の最も高い回転数領域での使用に合わせた設計がなされるので、交流電動機を低い回転数帯で使用する場合には、インバータが非常に高い周波数で直交変換を行わなければならないという傾向はより顕著なものとなる。本実施形態においては、このような課題を解決するために、キャパシタのバンク切り換え技術を利用するものである。
【００３３】
本実施形態では、通常運転時を行うモードにおいては、コントローラ７は、昇降機の交流電動機４の回転数帯に応じて、図３（ｃ）に示される並列接続、又は図３（ｄ）に示される直列接続の２通りをバンク切り換えし、利用する。すなわち、交流電動機４を高回転数で駆動させる際には、図３（ｄ）に示されるキャパシタの直列接続によって、高い電圧をインバータ３に供給し、逆に交流電動機４を低回転数で駆動させる際には、図３（ｃ）に示されるキャパシタの並列接続によって、低い電圧をインバータ３に供給する。
【００３４】
このことを図７を参照しつつより詳しく説明する。図７は、交流電動機の負荷とキャパシタ蓄電装置の端子間電圧との関係を示す図である。当該図では、回転数を時間と共に徐々に上昇させている状況を示しており、横軸は時間推移にも比例している。図７（ａ）は、回転数が低回転数帯にあるか、或いは高回転数帯にあるかに応じてキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行う制御につき図示している。Ａ点より左側の低回転数帯においては、コントローラ７は図３（ｃ）に示される電気二重層キャパシタＣ１及びＣ２の並列接続によって低い電圧をインバータ３に供給する。インバータ３は、このような低い電圧の入力に基づき、直交変換すればよいので、必要以上に高い周波数の交流を出力によって、交流電動機を制御する必要がない。コントローラ７は、交流電動機４の回転数が、低回転数帯から高回転数帯にシフトするに伴いＡ点で、図３（ｄ）に示される電気二重層キャパシタＣ１及びＣ２の直列接続へのバンク切り換えを行う。これによって、図７（ａ）に図示するように、キャパシタ蓄電装置６からインバータ３に高い電圧を供給し、インバータ３から交流電動機４に対して、交流電動機４が高い回転数を発生できる電力を供給させる。以上が理想的なキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えによる制御例であるが、常にこのように理想的に制御ができるわけではない。図７（ｂ）は、理想的な制御が行えなかったときの図を示すものである。本来的には、コントローラ７は、交流電動機４の回転数が低回転数帯から高回転数帯にシフトするＡ点でキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行うことが理想的であるが、図７（ｂ）に示す例では、低回転数帯でキャパシタ蓄電装置６の電圧の減衰が大きく、コントローラ７はそれを補完するために低回転数帯にあるＢ点でキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行ってしまっている。
【００３５】
本実施形態においては、キャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えによって、キャパシタ蓄電装置６からインバータ３に高低２種類の電圧を供給するようになっており、これによって電圧変換ロスがある整流器２からの給電を抑制することができ、交流電動機の省エネルギー運転にも寄与するものである。
【００３６】
以上は、交流電動機の回転数が低回転数帯にあるか、或いは高回転数帯にあるかに応じてキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行うものであるが、次に示すのは、交流電動機の負荷が大きいか小さいかに応じてキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行う制御について説明する。
【００３７】
この実施形態では、通常運転時を行うモードにおいては、コントローラ７は、昇降機の交流電動機４が駆動する負荷である昇降機本体５の負荷状況に応じて、図３（ｃ）に示される並列接続、又は図３（ｄ）示される直列接続の２通りをバンク切り換えし、利用するように設定する。交流電動機４に対する負荷の状況は、交流電動機４からの各種信号（電圧値信号、電流値信号、速度信号、正転信号または逆転信号、すべり周波数信号等）によってコントローラ７が判断することもできるが、その他のセンサを交流電動機４の負荷に設けておき、このセンサからの信号でコントローラ７が判断するように設定することもできる。コントローラ７が、交流電動機４に対する負荷が高いと判断すると、コントローラ７は図３（ｄ）に示されるキャパシタの直列接続によって、高い電圧をインバータ３に供給し、交流電動機４に対する負荷が低いと判断すると、コントローラ７は図３（ｃ）に示されるキャパシタの並列接続によって、低い電圧をインバータ３に供給する。
【００３８】
以上を図８を参照しつつより詳しく説明する。図８は、交流電動機の負荷の大小とキャパシタ蓄電装置の端子間電圧との関係を示す図である。当該図では、交流電動機の負荷を時間と共に徐々に大きくしている状況を示しており、横軸は時間推移にも比例している。図８（ａ）は、交流電動機の負荷が大きいか小さいかに応じてキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行う制御につき図示している。Ａ点より左側の負荷が小さい側においては、コントローラ７は図３（ｃ）に示される電気二重層キャパシタＣ１及びＣ２の並列接続によって低い電圧をインバータ３に供給する。インバータ３は、このような低い電圧の入力に基づき、直交変換すればよいので、必要以上に高い周波数の交流を出力によって、交流電動機を制御する必要がない。コントローラ７は、交流電動機４の負荷が小側から大側にシフトするに伴いＡ点で、図３（ｄ）に示される電気二重層キャパシタＣ１及びＣ２の直列接続へのバンク切り換えを行う。これによって、図８（ａ）に図示するように、キャパシタ蓄電装置６からインバータ３に高い電圧を供給し、インバータ３から交流電動機４に対して、交流電動機４が高い回転数を発生できる電力を供給させる。以上が理想的なキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えによる制御例であるが、常にこのように理想的に制御ができるわけではない。図８（ｂ）は、理想的な制御が行えなかったときの図を示すものである。本来的には、コントローラ７は、交流電動機４の負荷が小側から大側にシフトするＡ点においてキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行うことが理想的であるが、図８（ｂ）に示す例では、交流電動機４の負荷が小さいうちにキャパシタ蓄電装置６の電圧の減衰が大きくなってしまい、コントローラ７はそれを補完するために負荷小側にあるＢ点でキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行ってしまっている。
【００３９】
本実施形態においては、キャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えによって、キャパシタ蓄電装置６からインバータ３に高低２種類の電圧を供給するようになっており、これによって電圧変換ロスがある整流器２からの給電を抑制することができ、交流電動機の省エネルギー運転にも寄与するものである。
【００４０】
以上の説明では、簡単のために、交流電動機４の回転数帯が低回転数であるか高回転数であるか、（或いは交流電動機４の負荷が高いか低いか）の２通りの場合につき説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、本実施形態では２つの電気二重層キャパシタＣ１及びＣ２による、直列接続、並列接続の１段のバンク切り換えによって発生する電圧によって交流電動機４を制御する場合について説明したが、例えば、図９に示すような２段バンク切り換えを用いて、交流電動機４の回転数帯が低回転数帯であるか、中回転数帯であるか、高回転数帯であるかの３段階に応じて、コントローラ７がバンク切り換えを行うことも可能である。
【００４１】
図９は２段バンク切り換えの例を示す図である。図９（ａ）は、２段バンク切り換えのための回路構成を示しており、当該回路ではＣ１乃至Ｃ４の４つの電気二重層キャパシタを、ＳＷ１ａ、ＳＷ１ｂ、ＳＷ２ａ、ＳＷ２ｂ、ＳＷ３の５つのスイッチ手段で切り換えることにより、図９（ｂ）から図９（ｄ）までのキャパシタの接続状態を選択することができるようになっている。
【００４２】
本実施形態においては、バンク切り換え可能なキャパシタ蓄電装置を具備する特徴を生かし、図１０に示すような制御を行ってもよい。
【００４３】
図９の２段バンク切り換えを用いた例につき図１０を参照しつつより詳しく説明する。図１０は、交流電動機の負荷とキャパシタ蓄電装置の端子間電圧との関係を示す図である。当該図では、回転数を時間と共に徐々に上昇させている状況を示しており、横軸は時間推移にも比例している。
【００４４】
図１０は、回転数が低回転数帯にあるか、或いは中回転数帯にあるか、或いは高回転数帯にあるかに応じてキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行う制御につき図示している。Ａ点より左側の低回転数側においては、コントローラ７は図９（ｂ）に示される電気二重層キャパシタの接続によって低い電圧をインバータ３に供給する。インバータ３は、このような低い電圧の入力に基づき、直交変換すればよいので、必要以上に高い周波数の交流を出力によって、交流電動機を制御する必要がない。また、Ａ点からＢ点にかけた中回転数帯においては、コントローラ７は図９（ｃ）に示される電気二重層キャパシタの接続によって中程度の電圧をインバータ３に供給する。さらに、コントローラ７は、交流電動機４の回転数が、中回転数帯から高回転数帯にシフトするに伴いＢ点で、図９（ｄ）に示される電気二重層キャパシタの接続へのバンク切り換えを行う。これによって、キャパシタ蓄電装置６からインバータ３に高い電圧を供給し、インバータ３から交流電動機４に対して、交流電動機４が高い回転数を発生できる電力を供給させる。
【００４５】
以上は、交流電動機の低中高の回転数帯に応じてキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行うものであるが、図９に示す２段バンク切り換え制御を利用して、交流電動機の負荷の大中小に応じてキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えを行う制御もできる。
【００４６】
なお、本発明においては、２段バンク以上の多段バンクを用い得ることは言うまでもない。例えば、図１１は３段バンク切り換えの例を示す図である。図１０（ａ）は、３段バンク切り換えのための回路構成を示しており、当該回路ではＣＡ１乃至ＣＡ３、ＣＢ１乃至ＣＢ３の６つの電気二重層キャパシタを、ＳＷＡ１、ＳＷＡ２、ＳＷＡ３、ＳＷＢ１、ＳＷＢ２、ＳＷＢ３、ＳＷＳの７つのスイッチ手段で切り換えることにより、図１１（ｂ）から図１１（ｅ）までのキャパシタの接続状態を選択することができるようになっている。このような多段バンクを用いたキャパシタ蓄電装置６を用いれば、コントローラ７は、交流電動機４の回転数帯（或いは負荷の大小）に応じたより細かい制御をすることで効率的にインバータ３から交流電動機４へと電力供給することができる。また、これによって電圧変換ロスがある整流器２からの給電を抑制することができ、交流電動機４の省エネルギー運転にも寄与するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態に係るキャパシタ蓄電装置を利用した昇降機制御装置の回路構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るキャパシタ蓄電装置６の構成、及び電気二重層キャパシタの接続構成を示す図である。
【図３】本実施形態のキャパシタ蓄電装置６のバンク切り換えの４つの態様を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る通常運転時における昇降機の運転状況をシミュレーションした結果を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る非常運転時における昇降機の運転状況をシミュレーションした結果を示す図である。
【図６】本実施形態を適用しない場合の非常運転時における昇降機の運転状況をシミュレーションした結果（比較例）を示す図である。
【図７】交流電動機の回転数とキャパシタ蓄電装置の端子間電圧との関係を示す図である。
【図８】交流電動機の負荷とキャパシタ蓄電装置の端子間電圧との関係を示す図である。
【図９】２段バンク切り換えの例を示す図である。
【図１０】交流電動機の負荷とキャパシタ蓄電装置の端子間電圧との関係を示す図である。
【図１１】３段バンク切り換えの例を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・交流電源、２・・・整流器、３・・・インバータ、４・・・交流電動機、５・・・昇降機本体、６・・・キャパシタ蓄電装置、７・・・コントローラ、８・・・監視手段
【図１】
2007254043.tif 000003
【図２】
2007254043.tif 000004
【図３】
2007254043.tif 000005
【図４】
2007254043.tif 000006
【図５】
2007254043.tif 000007
【図６】
2007254043.tif 000008
【図７】
2007254043.tif 000009
【図８】
2007254043.tif 000010
【図９】
2007254043.tif 000011
【図１０】
2007254043.tif 000012
【図１１】
2007254043.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年11月27日(2006.11.27)
【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】
交流電源から直流電圧部に直流電圧を発生させる整流手段と、該直流電圧部における直流電圧を交流電圧に変換するインバータ手段と、該インバータ手段から供給される交流電圧で駆動される交流電動機と、該直流電圧部に接続され蓄放電を行うキャパシタ蓄電手段とからなり、昇降機の非常運転時には該交流電動機を通常運転時より低速で駆動するように制御する昇降機制御装置において、
該キャパシタ蓄電手段は、互い同士で直列又は並列の接続形態を切り換えることができる複数の電気二重層キャパシタからなり、昇降機の通常運転時には、該キャパシタ蓄電手段の該複数の電気二重層キャパシタを直列接続にて昇降機の回生運転での回生電力を該キャパシタ蓄電手段に蓄電し、昇降機の力行運転では該キャパシタ蓄電手段から該インバータ手段に補助電力を供給するように制御すると共に、昇降機の非常運転時には、該キャパシタ蓄電手段の該複数の電気二重層キャパシタを並列接続の接続形態に切り換えて、昇降機の回生運転での回生電力を該キャパシタ蓄電手段に蓄電し、昇降機の力行運転で該キャパシタ蓄電手段から該インバータ手段に主電力を供給するように制御することを特徴とする昇降機制御装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、通常運転時及び非常運転時の双方における昇降機の運転・制御を、本件出願人らが提案しているコンデンサのバンク切り換えに係る技術を利用して、効率的に行うことを目指したものであり、そのために、請求項１に係る発明は、交流電源から直流電圧部に直流電圧を発生させる整流手段と、該直流電圧部における直流電圧を交流電圧に変換するインバータ手段と、該インバータ手段から供給される交流電圧で駆動される交流電動機と、該直流電圧部に接続され蓄放電を行うキャパシタ蓄電手段とからなり、昇降機の非常運転時には該交流電動機を通常運転時より低速で駆動するように制御する昇降機制御装置において、該キャパシタ蓄電手段は、互い同士で直列又は並列の接続形態を切り換えることができる複数の電気二重層キャパシタからなり、昇降機の通常運転時には、該キャパシタ蓄電手段の該複数の電気二重層キャパシタを直列接続にて昇降機の回生運転での回生電力を該キャパシタ蓄電手段に蓄電し、昇降機の力行運転では該キャパシタ蓄電手段から該インバータ手段に補助電力を供給するように制御すると共に、昇降機の非常運転時には、該キャパシタ蓄電手段の該複数の電気二重層キャパシタを並列接続の接続形態に切り換えて、昇降機の回生運転での回生電力を該キャパシタ蓄電手段に蓄電し、昇降機の力行運転で該キャパシタ蓄電手段から該インバータ手段に主電力を供給するように制御することを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】