JP2010006569A - エレベータの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料電池を用いた場合でも、エレベータの負荷変動に追従して常に安定した電力を効率的に供給する。
【解決手段】燃料電池２４を用いて電力供給を行っている場合に、主制御装置２７はエレベータの運転状態に応じてバッテリ２６に対する充放電動作を制御し、回生運転時には回生電力と共に燃料電池２４の電力をバッテリ２６に蓄え、力行運転時にはバッテリ２６に蓄えられた電力を放電し、燃料電池２４の電力に加えて駆動系に供給する。これにより、エレベータの負荷変動に追従して、常に安定した電力を効率的に供給することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池を備えたエレベータの制御装置に関する。

通常、地震等により停電が発生すると、エレベータの制御装置に組み込まれた停電時自動着床機能が起動され、バッテリ駆動により乗りかごを最寄階まで移動させて、乗客を降ろしてから運転を休止する。その後、電力供給が再開されると、安全を確認した後に点検運転により運転を再開する。

しかし、例えば大規模な地震が発生すると、電力復旧に長期間かかるため、その間、建物やエレベータに異常がなくとも、エレベータを利用できない状況が続いてしまう。この場合、長期間の停電に備えてバッテリの容量を増やすことも考えられるが、バッテリの電力だけでエレベータを駆動し続けることは困難であり、また、システムが大型化してしまうなどの問題がある。

そこで、近年、新たな電力供給源として、燃料電池の利用が考えられている。例えば特許文献１では、エレベータの巻上機や、照明装置、ドア駆動装置、操作盤、表示装置、空調装置などの電源として、燃料電池を用いることが開示されている。
特開２００２−３２６７７１号公報

上述した燃料電池は、水素と空気（酸素）の化学反応を利用した電力供給源であるために、安定した電力を供給できるまでに時間がかかるなどの問題がある。このため、上記特許文献１のように、単に燃料電池を電源として利用しただけの構成では、エレベータの負荷変動に追従できず、電力不足により安全に運転できない可能性がある。

本発明は上記のような点に鑑みなされたもので、燃料電池を用いた場合でも、エレベータの負荷変動に追従して、常に安定した電力を効率的に供給することのできるエレベータの制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るエレベータの制御装置は、燃料電池を備えたエレベータの制御装置において、所定容量の蓄電手段と、エレベータの運転状態を検出する運転状態検出手段と、この運転状態検出手段によって検出されたエレベータの運転状態に基づいて、回生運転時には駆動系に発生する回生電力と共に、上記燃料電池から出力される電力を上記蓄電手段に蓄え、力行運転時には上記蓄電手段に蓄えられた電力を放電し、上記燃料電池から出力される電力に加えて駆動系に供給する充放電制御手段とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、燃料電池を用いた場合でも、エレベータの負荷変動に追従して、常に安定した電力を効率的に供給することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を備えたエレベータの全体構成を示す図である。

このエレベータは、電動機１１、この電動機１１の回転軸に取り付けられたシーブ１２、このシーブ１２に巻き掛けられたロープ１３、このロープ１３の両端に吊り下げられた乗りかご１４とカウンタウェイト（釣り合い重り）１５などを備える。

また、駆動系として、商用電源２１、この商用電源２１の交流電力を直流電力に変換するコンバータ２２、このコンバータ２２の直流電力をエレベータ駆動に必要な交流電力に変換して電動機１１に供給するインバータ装置２３などを備える。

上記商用電源２１としては三相交流電源が用いられる。この三相交流電源から供給される交流電力は、コンバータ２２にて直流電力に変換されてインバータ装置２３に与える。このインバータ装置２３にて、所定周波数の交流電力に変換され、電動機１１に駆動電力として供給される。

このような電力供給により、電動機１１が回転駆動され、これに伴いシーブ１２が回転し、そこに巻き掛けられたロープ１３を介して乗りかご１４とカウンタウェイト１５が昇降路内をつるべ式に昇降動作する。

また、上記構成に加え、停電時の電力供給系として、さらに燃料電池２４、充放電制御装置２５、バッテリ２６を備える。

燃料電池２４は、水素燃料と空気中の酸素とを反応させて電力を発生する。なお、この燃料電池２４の具体的な構成については、本発明とは直接関係しないため、ここではその説明を省略するものとする。充放電制御装置２５は、バッテリ２６に対する充放電動作を制御する。

バッテリ２６は、所定容量分の電力を蓄えておくためのものであり、例えばニッケル水素電池などの二次電池などからなる。なお、バッテリ以外の蓄電手段として、例えば電気二重層コンデンサなどを用いてもよく、本発明では、特にこれらに限定されるものではない。

また、主制御装置２７は、インバータ装置２３の駆動制御などを含むエレベータ全体の制御を行うものである。この主制御装置２７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を搭載したコンピュータからなる。

図２は主制御装置２７の機能構成を示すブロック図である。主制御装置２７には、電力供給に関する機能として、停電検出部２７ａ、電池駆動制御部２７ｂ、運転状態検出部２７ｃ、充放電指令部２７ｄが備えられている。

停電検出部２７ａは、エレベータの駆動系に商用電源２１からの電力が供給されない状態を停電状態として検出する。電池駆動制御部２７ｂは、燃料電池２４の駆動を制御する。運転状態検出部２７ｃは、エレベータの運転状態が回生運転であるか力行運転であるかを検出する。充放電指令部２７ｄは、充放電制御装置２５に対してバッテリ２６の充放電動作を制御するための指令を出力する。

次に、第１の実施形態の動作を説明する。
図３は第１の実施形態における電力供給処理の動作を示すフローチャートである。なお、このフローチャートで示される処理は、コンピュータである主制御装置２７が所定のプログラムを読み込むことにより実行される。

今、地震等の何らかの原因で停電が発生したとする。主制御装置２７は、例えば商用電源２１の電力供給ラインに設置された図示せぬ検知器を介して停電状態を検出すると（ステップＡ１１）、直ちに燃料電池２４を起動する（ステップＡ１２）。これにより、燃料電池２４から発生された電力がインバータ装置２３に供給されて、エレベータの運転が継続されることになる。

ここで、燃料電池２４を用いてエレベータを運転している間、主制御装置２７は、そのときの運転状態を検出する（ステップＡ１３）。ここで言う「運転状態」とは、「回生運転」と「力行運転」のことである。

すなわち、例えば乗りかご１４が昇降路の下方向に動く場合に、そのときの乗りかご１４の荷重がカウンタウェイト１５より重ければ、バランス方向に動くため、電動機１１が発電機として機能することになり、電力が生じる。同様に、乗りかご１４が上方向に動く場合に、そのときの乗りかご１４の荷重がカウンタウェイト１５より軽ければ、バランス方向に動くため、電動機１１が発電機として機能して電力が生じる。

このように、バランス方向に動くことにより動力を必要とせずに乗りかご１４を運転することを「回生運転」と呼び、そのときに発生する電力を「回生電力」と呼ぶ。また、その逆に、電動機１１の動力を必要する運転のことを「力行運転」と呼ぶ。

なお、現在の運転状態が回生運転であるのか力行運転であるのかは、乗りかご１４の位置と、積載荷重、運転方向から判断できる。また、別の方法として、インバータ装置２３の直流母線間の電圧変動を検出することでも良い。すなわち、回生運転時には電動機１１から発生した回生電力がインバータ装置２３に向けて逆流するので、直流母線間の電圧が上昇する。この状態を検出することで回生運転と判断できる。

エレベータの運転状態が回生運転であった場合には（ステップＡ１４のＹｅｓ）、主制御装置２７は、充放電制御装置２５に対して充電指令を出力して、電動機１１から発生する回生電力をバッテリ２６に蓄える。また、その際に、駆動中の燃料電池２４から定常的に出力されている電力も上記回生電力と共にバッテリ２６に蓄えるようにする（ステップＡ１５）。

一方、エレベータの運転状態が力行運転であった場合には（ステップＡ１４のＮｏ）、主制御装置２７は、充放電制御装置２５に放電指令を出力して、バッテリ２６に蓄えられた電力を駆動系に放電する（ステップＡ１６）。これにより、燃料電池２４から出力される電力に加えて、バッテリ２６から放出される電力がインバータ装置２３に対して供給されることになる。

このようにして、燃料電池２４を利用してエレベータの運転を継続している途中で停電状態が復旧した場合には（ステップＡ１７のＹｅｓ）、主制御装置２７は、燃料電池２４の駆動を停止する（ステップＡ１８）。以後、商用電源２１から供給される電力によってエレベータの運転が通常通り行われる。

図４は同実施形態における放電エネルギーと蓄電エネルギーとの関係を示す図である。図中のｉ_０は駆動中の燃料電池２４から定常的に流れる電流値を示している。また、Ｅｏｕｔはバッテリ２６から放電されるエネルギー、Ｅｉｎはバッテリ２６に蓄えられるエネルギーを示している。

上述したように、燃料電池２４を用いて電力供給を行っている間、エレベータの運転状態に応じてバッテリ２６に対する充放電動作が制御される。この場合、電力を必要とする力行運転時には放電動作に切り換えられ、燃料電池２４の電力にバッテリ２６の放電によるアシスト電力が加わってインバータ装置２３に供給されることになる。

したがって、例えば燃料電池２４に切り換えられたばかりで、十分な電力を確保できない状態であっても、これをバッテリ２６の電力で補うことにより、エレベータの運転を止めることなく、そのまま継続して運転することができる。また、バッテリ２６を併用することで、エレベータの負荷変動に追従して、常に安定した電力を供給することができる。

また、回生運転時には充電動作に切り換えられ、そのときに発生する回生電力の他に、燃料電池２４の電力がバッテリ２６に蓄えられる。これにより、回生運転中に効率的に電力を確保して、力行運転に備えることができる。

なお、上記第１の実施形態では、通常時は商用電源２１を使用して電力供給を行い、停電時に燃料電池２４に切り換えるものとして説明したが、常に燃料電池２４だけを用いて電力供給するような構成であっても良い。このような場合も、エレベータの運転状態に応じてバッテリ２６に対する充放電動作を制御することにより、上記同様にエレベータの負荷変動に追従して安定した電力供給を行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

バッテリ２６がフル充電に近い状態にあると、燃料電池２４の出力電力をバッテリ２６で吸収できないため、抵抗等で熱に換えて消費しなければならなくなる。そこで、第２の実施形態では、バッテリ２６の充電状態に応じて燃料電池２４の駆動を停止制御して、余剰分の電力を発生しないようにする。

基本的な構成は上記第１の実施形態と同様である。ただし、図５に示すように、主制御装置２７の機能構成として、停電検出部２７ａ、電池駆動制御部２７ｂ、運転状態検出部２７ｃ、充放電指令部２７ｄに加えて、さらに呼び検出部２７ｅとバッテリ充電検出部２７ｆが設けられる。

呼び検出部２７ｅは、呼び登録の有無を検出する。なお、ここで言う「呼び」とは、「乗場呼び」または「かご呼び」のことである。「乗場呼び」は、乗場で登録された呼びのことであり、各階床の乗場に設置された方向ボタンの押下によって登録される。「かご呼び」は、乗りかご内で登録された呼びのことであり、乗りかご内に設置された行先階ボタンの押下によって登録される。

バッテリ充電検出部２７ｆは、充放電制御装置２５を通じてバッテリ２６の充電状態を検出する。なお、充電状態の検出方法としては、例えばバッテリ２６の電圧上昇を検出するなどの方法があるが、本発明では、特にその方法に限定されるものではない。

また、第２の実施形態において、電池駆動制御部２７ｂは、呼び検出部２７ｅの検出結果とバッテリ充電検出部２７ｆの検出結果に基づいて、燃料電池２４の駆動を制御する。

以下に、第２の実施形態の動作を説明する。
図６は本発明の第２の実施形態における電力供給処理の動作を示すフローチャートである。なお、このフローチャートで示される処理は、コンピュータである主制御装置２７が所定のプログラムを読み込むことにより実行される。

今、燃料電池２４が起動され、その燃料電池２４から発生する電力がインバータ装置２３に供給されているものとする（ステップＢ１１）。このとき、上記第１の実施形態と同様に、エレベータの運転状態（回生運転／力行運転）に応じてバッテリ２６に対する充放電動作が制御される（ステップＢ１２）。

すなわち、回生運転時には充電動作となり、回生電力と共に燃料電池２４の電力がバッテリ２６に蓄えられる。また、力行運転時には放電動作となり、バッテリ２６に蓄えられた電力が放電され、燃料電池２４の電力に加えてインバータ装置２３に供給されることになる。

ここで、バッテリ２６の充電動作中に、主制御装置２７は充放電制御装置２５を通じてバッテリ２６の充電状態を確認する（ステップＢ１３）。その結果、バッテリ２６がフル充電に近い状態であれば（ステップＢ１４のＹｅｓ）、主制御装置２７は、燃料電池２４の駆動を停止する（ステップＢ１５）。なお、「フル充電に近い状態」とは、例えばバッテリ容量の９０％程度まで充電されている状態とする。

また、燃料電池２４の駆動停止後、乗場呼びあるいはかご呼びの登録が検出された場合には（ステップＢ１６のＹｅｓ）、主制御装置２７は、充放電制御装置２５に放電指令を出してバッテリ２６に蓄えられた電力を放電し（ステップＢ１７）、燃料電池２４を再起動する（ステップＢ１８）。以後、上記ステップＢ１２からの処理を繰り返す。

このように、バッテリ２６がフル充電に近い状態のときに、呼びが登録されるまでの間、燃料電池２４の駆動を停止しておくことで、エレベータが待機状態にあるときの無駄な燃料消費を防ぐことができ、また、バッテリ２６で吸収しきれない電力を消費するための機構を省くことができる。

また、呼びの登録により燃料電池２４を再起動する際に、バッテリ２６の電力を放電することで、起動時に燃料電池２４の立ち上がりが遅く十分な電力を確保できなくとも、エレベータの運転に必要な電力を供給することができる。

なお、上記各実施形態では、エレベータの運転状態として「力行運転」と「回生運転」を想定して説明したが、実際には「力行運転」と「回生運転」の他に「待機状態」がある。「待機状態」とは、呼びがなく、乗りかご１４が止まっている状態を言う。「待機状態」のときでも、燃料電池２４から少量の電力が定常的に出力されているので、その電力をバッテリ２６に蓄えるようしても良い。

また、図１の例では、商用電源２１側にコンバータ２２が設置されているが、このコンバータ２２はエレベータの駆動系に発生する回生電力を商用電源２１側に戻す役割を兼ねている。本発明のエレベータの場合、回生電力はバッテリ２６に蓄えられるため、商用電源２１側に戻す電力は少ない。したがって、コンバータ２２の能力を必ずしも必要とせず、例えばダイオードブロックを用いることでも良い。

要するに、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の形態を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を省略してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

図１は本発明の第１の実施形態に係る燃料電池を備えたエレベータの全体構成を示す図である。 図２は同実施形態におけるエレベータに設けられた主制御装置の機能構成を示すブロック図である。 図３は同実施形態における電力供給処理の動作を示すフローチャートである。 図４は同実施形態における放電エネルギーと蓄電エネルギーとの関係を示す図である。 図５は本発明の第２の実施形態に係るエレベータに設けられた主制御装置の機能構成を示すブロック図である。 図６は同実施形態における電力供給処理の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１１…電動機、１２…シーブ、１３…ロープ、１４…乗りかご、１５…カウンタウェイト、２１…商用電源、２２…コンバータ、２３…インバータ装置、２４…燃料電池、２５…充放電制御装置、２６…バッテリ、２７…主制御装置、２７ａ…停電検出部、２７ｂ…電池駆動制御部、２７ｃ…運転状態検出部、２７ｄ…充放電指令部、２７ｅ…呼び検出部、２７ｆ…バッテリ充電検出部。

Claims (4)

1. 燃料電池を備えたエレベータの制御装置において、
   所定容量の蓄電手段と、
   エレベータの運転状態を検出する運転状態検出手段と、
   この運転状態検出手段によって検出されたエレベータの運転状態に基づいて、回生運転時には駆動系に発生する回生電力と共に、上記燃料電池から出力される電力を上記蓄電手段に蓄え、力行運転時には上記蓄電手段に蓄えられた電力を放電し、上記燃料電池から出力される電力に加えて駆動系に供給する充放電制御手段と
   を具備したことを特徴とするエレベータの制御装置。
2. 上記充放電制御手段による充電動作中に、上記蓄電手段の充電状態を検出する充電検出手段と、
   この充電検出手段によってフル充電に近い状態が検出された場合に、上記燃料電池の駆動を停止する電池駆動制御手段と
   をさらに具備したことを特徴とする請求項１記載のエレベータの制御装置。
3. 呼びが登録されたか否かを検出する呼び検出手段を備え、
   上記電池駆動制御手段は、上記呼び検出手段によって呼びの登録が検出された場合に、停止中であった上記燃料電池を再起動することを特徴とする請求項２記載のエレベータの制御装置。
4. 上記充放電制御手段は、上記燃料電池の再起動に際し、上記蓄電手段に蓄えられた電力を放電して駆動系に供給することを特徴とする請求項３記載のエレベータの制御装置。

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