平成 18 年電気学会全国大会

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回生蓄電電源による停電時にも運転可能な避難用エレベータの実現可能性
岩田将哉*, 金子 裕良, 阿部 茂 (埼玉大学)

Feasibility Study of Regenerated Power Accumulation System for Evacuation Elevators running at Blackout
Masaya Iwata, Yasuyoshi Kaneko, Shigeru Abe (Saitama University)
表 1. エレベータ定数
Table 1. Parameters of elevator

1. はじめに
バリアフリーや高齢化の進展により、高層ビルで働く身PEF

体障害者や高齢者の数が増えている。火災時などの避難にm=66.7kg v0=3.0m/s a=0.8m/s2av

階段と共に、現在は認められていないエレベータを利用する検討や研究が世界的に盛んになっている(1)(2)。エレベータによる避難を実現するには、ビルとエレベータ両面で解決

ビル階数 16 階 (N=15) 階間距離 FD=4.0m
MC=1600kg MP=1600kg MCW=2400kgv
M CP g

すべきいくつかの問題がある。特に停電時のエレベータ電

M CW g源の問題は重要で、非常電源を備えるビルでも一般に全エ

図 1. かごと釣合い重り
Fig. 1. Car and counter-weight

レベータを運転できるだけの非常電源容量は確保されていない。
避難時は下方向交通となるため、乗客の位置エネルギー

-F[N]
10000

上昇(乗客 0 人)

図 2. 速度パターン
Fig. 2. Speed pattern
F[N]10000t下降
n= 24人n= 16人をうまく利用すれば、エレベータは主に電力回生運転となる。従って小容量の電力回生蓄電機能を備えた電源を用意5000

5000

すれば、停電時でも 30 分程度の避難運転が可能となる。
本研究ではこの方式の実現可能性を検討した。避難運転時の電力計算、蓄電容量を小さくするための運転方式、シ01020t [s]0ミュレーション結果について報告する。

-PE [W]
30000-PE [W]
30000

2. エレベータの消費電力と回生電力

2000020000

図 1 にかごと釣合い重りを、図 2 に速度パターンを示す。

100000量）MP の場合、定員の 50％乗車時のかご重量と釣合うよう10に釣合い重り重量 MCW を決める。定員乗車時のかごに働く

PE0 [W]は、PE0=0.5 MP×g×v0 / η となり、一般にこの値を電動機定格出力としている。従って走行損失 PL は PL=0.5 MP×g×v0×(1/ η－1)となる。ギヤレス巻上機の場合 η は 0.8～0.85 である。運動方程式は(1)式で表される。

ここで、F：ロープを引く力、v：かごの速度、a：加速度、PE (=F×v)：電動機出力、m：乗客一人の重量、n：乗車人数。
避難運転時は空車の上昇とほぼ満車の下降となる。図 3にこれらの場合の F と PE を示す。定数は表 1 の値を用い、
η=0.85 とした。回生エネルギーは図 3 下の回生電力-PE を時

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01020t [s]3. エレベータの避難運転方式
図 4 に示す A、B 2 つの運転方式を考える。
(1)運転方式 A(2)N+1 階のビルにおいて火災階は想定せず、階段とエレベエレベータは玄関階(1 階 N=0)と最適な避難時乗車階(以下FL = PL / v0

間積分した面積 S から求められる。

Sータを併用して最短時間で全館全員避難する方式である。

( M CP + M CW ) × a = F − ( M CP − M CW ) × g − FL LL (1)M CP = M C + m × nt [s]t [s]図 3. F と回生電力-PE
Fig. 3. F and motor output power -PE下方向の力 F0 は、F0=0.5MP×g となる。機械系の効率を ηとすると、定格速度 v0 で上昇するに必要な巻上電動機出力2020n= 24人
n= 16人

10000

S

ロープ式エレベータは、かご重量 MC、積載量（定員乗客重10E 階と記す N=E)との間をピストン運転し、E 階より上階の人は E 階まで階段で下り、E 階でエレベータに乗る。E－1
階より下階の人はエレベータを利用せず、階段で玄関階まで避難する。
(2)運転方式 B
退社時の運転方式である。上りはエレベータは無停止で最上階まで上り、下りは途中階に順次停車し乗客を乗せる。

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下りの予想停止数 S は乗車人数 n を用い(2)式で計算する。
⎧⎪ ⎛1 ⎞ ⎫⎪S = N × ⎨1 − ⎜1 − ⎟ ⎬LL (2)N⎪⎩ ⎝⎠ ⎪⎭RTT [s]n

N階

N階

100

E階

運転方式A運転方式B

00階

10

下りの乗車人数 n [人]図 5. 一周時間
Fig. 5. Round Trip Time

0階
運転方式 A
運転方式 B
図 4. エレベータの避難運転方式
Fig. 4. Elevator operations in evacuation[×107]
1
回生エネルギー[J]4. シミュレーション<4.1>シミュレーション方法
A、B の運転方式について、下りの乗車人数 n を変化させ、エレベータが 1 往復に要する時間 RTT(Round Trip Time)を求め、1 台のエレベータを 30 分間運転した場合の消費(回生)0η=0.85（上り＋下り）
η=0.80（上り＋下り）
η=0.85（上り）エネルギーを計算する。両運転方式とも上りは空車で電力-10回生運転となる。走行損失は乗車人数によらず一定とする。
なお表 1 と次の定数を用いた。

10

下りの乗車人数 n [人]n=0～24 人, 乗降車時間 tl=tu=1.0s, 戸開閉時間 to=tc=2.5s,η=0.80 と 0.85。
運転方式 A では 16 階ビル(N=15)で E=10 とし、E 階で n20a) 運転方式 A[×107]
1で予想停止数 S が決まる。各停止階で n / S 人ずつ乗車する。
平均走行距離=FD×N / S として走行時間を計算する。

<4.2>シミュレーション結果
各運転方式の RTT を図 5 に示す。乗車人数 n が増えるに回生エネルギー[J]人が乗車する。運転方式 B では乗車人数 n を決めると(2)式0η=0.85（上り＋下り）
η=0.80（上り＋下り）
η=0.85（上り）

つれて、両運転方式の RTT の差が著しく大きくなる。
30 分間運転時の回生エネルギーを図 6 に示す。回生エネ
ルギーが正となり、かつ適当な回生蓄電電源があれば、停-1010下りの乗車人数 n [人]電時でも運転可能となる。このためには η=0.85 の場合、運転方式 A では下り乗車人数が 5 人以上でよいが、運転方式B では 8 人以上必要である。上り（空車）時だけの回生エ20b) 運転方式 B
図 6.

30 分間運転時の回生エネルギー量

Fig. 6. Regenerative energy in 30 minutes operation

ネルギーは常に正であるが、RTT の増加と共に減少する。
30 分間の平均回生電力は、最大となる運転方式 A で乗車人数 24 人の場合、η=0.85 で 5.6kW である。

文献(1) 中濱・池畠・関沢・海老原・野竹 , “高層ビルにおけるエレベータ避難の可能性に関する研究(その 1)-エレベータ避難

5. まとめ
停電時に運転可能な避難用エレベータの回生蓄電電源を提案した。電力計算シミュレーション結果から実現可能性は高いと思われる。今回は機械的な損失のみを考えたが、今後は電動機効率、制御電源効率、蓄電装置効率(3)、照明等の電気的な損失も考慮し、蓄電装置容量や設置スペースなどを検討する予定である。

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モデルの開発-”, 平成 16 年度日本火災学会研究発表会概要集(2004)(2) 出利葉・金子・阿部, “エレベータ利用によるビル火災時の避難時間の短縮”, 平成 18 年電気学会全国大会(3) 楠馬・小林・富永・菅・荒木・池島・田島, ”回生電力蓄電システムによる省エネエレベーターの開発”, 平成 13年電気学会全国大会 4-191 (2001)©2006 IEE Japan