JP6467358B2 - 非接触給電装置及びエレベーター - Google Patents

Description

本発明は、送電側コイルと受電側コイル間の距離を検出する機能を有する非接触給電装置及びエレベーターに関するものである。

ビルディングの超高層化に伴い、ビルディング内に設置されるエレベーターの長行程化が必要となる。一般的なエレベーターは、乗りかごから吊り下げられるテールコードと呼ばれる給電線により、乗りかご内機器への給電を行っている。エレベーターの長行程化に伴いテールコードも長くなるため、テールコードの質量が増大し、ある長さを超えると自重に耐えられなくなることが懸念される。そのため、超長行程のエレベーターにおいては、テールコードのない構成が望まれるが、乗りかご内機器への給電が課題となる。

乗りかご内機器へ給電する方法として、特許文献１に開示された技術がある。特許文献１には、エレベーターの乗りかごが階に静止したときに、充電器側給電子とかご側の移動体側受電子が相対し、磁気結合によって給電を行い電池に電力が蓄えられ、電池に蓄えられた電力は、移動体内に供給されることが開示されている。

国際公開第２００２／０９８７７９号

しかしながら、乗りかごが給電階に停止中に給電を行う場合、エレベーターの稼働率が上がると停止時間が短くなり、給電時間も短くなる。そのため、必要な給電時間が確保できなくなる恐れがある。

以上のことから、本発明の目的は、乗りかご等の移動体に設置されたコイルユニットへ給電を行う際に、給電時間を少しでも長く確保することである。

本発明の一態様の非接触給電装置は、第１コイル又は第２コイルのいずれかが、第１コイル及び第２コイルの巻き線の巻回の径方向に平行に移動する移動体に設置され、第１コイルと第２コイルの相対的な位置関係が変化する非接触給電装置である。非接触給電装置は、導体板と、高周波信号出力部と、検出部と、制御部を備える。
導体板は、第１コイルにおける第２コイルと対向する面と反対側の面に配置された、移動体が移動したときに第１コイルと第２コイルが対向するよりも前に第２コイルと対向するように形成されている。
高周波信号出力部は、第２コイルに高周波信号を供給する。
検出部は、高周波信号が供給されたときに第２コイルに流れる電流を検出する。
制御部は、移動体が移動したときに第１コイルと第２コイルが対向するよりも前に、検出部で検出された第２コイルの電流値と、導体板に対する第２コイルの距離ごとに設定された基準電流値とを元に、導体板に対する第２コイルの距離である第１距離を推定し、第１距離に基づき第１コイルと第２コイル間の距離である第２距離を算出する。

本発明の一態様のエレベーターは、上記非接触給電装置を備えるものである。

本発明の一態様によれば、移動体が移動したときに第１コイルと第２コイルが対向するよりも前に、第１コイルと第２コイル間の距離を検出することができる。そのため、第１コイルと第２コイルが正対する前に、第１コイルと第２コイル間の距離の情報を送電側の制御に利用することが可能となる。それにより、第１コイルと第２コイルが正対してから制御を行う非接触給電方法と比べて、給電時間を長く確保することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態に係る非接触給電装置の概略の構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る非接触給電装置におけるコイルユニットの相対位置の説明図である。 受電側のコイルの相対位置とコイル電流との関係例を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態に係るエレベーターの概略の構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る給電前の送電側及び受電側のコイルユニットの説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るエレベーターにおける給電開始までの処理を示すシーケンス図である。 本発明の第２の実施形態に係る給電時の送電側及び受電側のコイルユニットの説明図である。 本発明の第２の実施形態に係るエレベーターにおける給電開始から給電終了までの処理を示すシーケンス図である。 本発明の第３の実施形態に係るエレベーターの概略の構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る各階に設置された金属板の形状の例を示す図である。 別の金属板を用いた際の受電側のコイルの相対位置とコイル電流との関係例を示すグラフである。 金属板の他の例を示す斜視図である。 金属板の他の例を示す側面図である。 本発明の第４の実施形態に係るエレベーターの概略の構成図である。 貫通孔部を有する金属板の例を示す斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態の例について、添付図面を参照しながら説明する。なお、各図において実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

＜１．第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る非接触給電装置の概略の構成図である。図１を参照して、非接触給電装置を説明する。

図１に示す非接触給電装置１００は、非接触給電の受電を担うコイルユニット１と金属板１７１を備える。コイルユニット１は、移動可能に構成されている。図１では、コイルユニット１の移動方向を第１の方向（ｙ方向）、第１の方向に直交する方向を第２の方向（ｘ方向）、第１の方向及び第２の方向に直交する方向を第３の方向（ｚ方向）としている。

コイルユニット１は、高周波信号出力部１０、検出部２０、制御部３０、記憶部３５、コイル５０、磁性体６０、及びシールド板７０を備える。

コイル５０は、巻き線を渦巻き状又は螺旋状に複数回巻いて形成された、非接触給電の受電コイルである。巻き線は、銅等の良導体の電線が望ましい。図１では、コイル５０はｙｘ平面に平行な平面状である。コイル５０のｘ方向とｙ方向の巻回径は、同じでもよいし異なっていてもよい。

磁性体６０は、フェライト等で構成される板状の磁性体である。磁性体６０は、コイル５０の背面側（コイル５０の金属板１７１と対向する面とは反対側の面）に当該コイル５０に平行となるように配置されている。

シールド板７０は、コイル５０で発生した磁界の漏洩成分（漏洩磁界）を遮蔽し、コイル５０からの磁束を低減するシールド板であり、金属板等の導体で構成される。シールド板７０は、磁性体６０の背面側（磁性体６０のコイル５０が配置される面とは反対側の面）に当該磁性体６０に平行となるように配置されている。

金属板１７１は、後述する給電想定位置（位置Ｐ１）に到着したコイルユニット１のコイル５０と対向するように任意の支持体に支持される。給電想定位置は、コイル５０に対向して送電用コイルがあると想定した場合に、効率よく給電できる位置である。金属板１７１は導体板の一例であり、導体としては、金属の他に、グラファイト、導電性高分子材料等を用いることができる。金属板１７１は、コイル５０（ｚ方向）から見て長方形である。

コイル５０は、金属板１７１及びコイル５０の巻き線の巻回の径方向に平行（ｙ方向）に移動する移動体に設置されている。移動体が移動することにより、金属板１７１とコイル５０の相対的な位置関係が変化する。

位置Ｐ０は、コイルユニット１内にあるコイル５０の中心軸のｙ方向における位置を表す。また位置Ｐ１は、金属板１７１の中心軸のｙ方向における位置を表す。後述する図２に示すように、金属板１７１の中心軸の位置Ｐ１からコイル５０の中心軸の位置Ｐ０までの距離で表される相対位置をｄｎ（ｎは０以上の整数）と表す。図１の相対位置ｄ０は、コイル５０の中心軸の位置Ｐ０と金属板１７１の中心軸の位置Ｐ１とが一致すること、即ち位置Ｐ０から位置Ｐ１までの距離が０であることを意味する。このとき、コイル５０が金属板１７１に完全に対向（正対）している。位置Ｐ０と位置Ｐ１が一致（Ｐ０＝Ｐ１）もしくはほぼ一致（Ｐ０≒Ｐ１）する位置（相対位置ｄｎ＝ｄ０）が、コイル５０の給電想定位置である。本明細書において位置Ｐ０と位置Ｐ１が一致するという場合には、位置Ｐ０と位置Ｐ１がほぼ一致（Ｐ０≒Ｐ１）する場合も含む。

ギャップＧは、コイル５０と金属板１７１とのｚ方向の距離である。言い換えると、コイル５０の金属板１７１に対向する面と、金属板１７１のコイル５０に対向する面との距離である。

本実施形態では、コイルユニット１はｙ方向に移動可能であり、コイルユニット１の相対位置ｄｎは時間により変化する。コイルユニット１のｘ方向およびｚ方向への移動量は、ｙ方向の移動量と比較すると極めて小さい。

高周波信号出力部１０は、コイルユニット１の移動中に制御部３０の制御の下で、測定用の高周波信号を生成してコイル５０へ出力する。高周波信号の周波数は、コイル５０の電流値を適切に測定できる周波数であればよく特定の周波数に限定されない。

検出部２０は、高周波信号出力部１０からコイル５０へ高周波信号が供給された際に、コイル５０に流れる電流（以下「コイル電流」と称することがある）をクランプを介して検出する。検出部２０は、コイル５０に流れる電流、若しくは当該電流に対応して変動するアナログ信号をデジタル信号に変換し、制御部３０へ供給する。

制御部３０は、高周波信号出力部１０の高周波信号の送信及び停止を制御し、検出部２０により検出されるコイル５０の電流の電流値（以下「測定値」とも称す）を利用した演算を行う。また、制御部３０は、検出部２０により検出されたコイル電流の電流値を記憶部３５に記憶する。なお、制御部３０として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＭＰＵ（Micro-Processing Unit）が用いられる。

記憶部３５は、半導体メモリ等から構成される不揮発性の記憶部である。記憶部３５は、制御部３０により実行されるプログラムや制御部３０が当該プログラムを実行する過程で生成されたデータ等を記憶する。記憶部３５は、検出部２０により検出されたコイル５０の電流値を記憶する。また、記憶部３５には、制御部３０がコイル５０と金属板１７１とのギャップＧを算出する際に参照するコイル電流の基準電流値が記憶されている。

基準電流値は、金属板１７１に対するコイル５０のギャップＧ（距離）ごとに、移動体に設置されたコイル５０の移動方向におけるコイル５０の金属板１７１に対する相対位置に応じて設定される。

図２は、コイルユニット１（コイル５０）の、金属板１７１の中心軸の位置Ｐ１に対する相対位置ｄｎの説明図である。この図２は、コイルユニット１と金属板１７１を示すｙｚ平面の図である。図２では、コイル５０の中心軸の位置Ｐ０と金属板１７１の中心軸の位置Ｐ１とが一致しておらず、コイルユニット１は給電想定位置ではない。コイルユニット１の相対位置ｄｎは、位置Ｐ０から位置Ｐ１までの距離として表される。

図３は、コイル５０の給電想定位置に対する相対位置とコイル電流との関係例を示すグラフである。図３は、相対位置ｄｎにおけるコイル電流の変化を示しており、縦軸は相対位置ｄｎ、横軸はコイル電流を表す。図３に示すように、３つのギャップ値５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍについて、それぞれのコイル電流変化線２５〜２７を求めた。

コイル電流は、コイル５０に対向する金属板１７１が存在しない又は遠方に存在する際の電流値を１とした場合の電流である。コイル５０に高周波信号出力部１０から高周波信号として電流を流すと、コイル５０に電流が流れ、検出部２０で電流値が検出される。

コイル５０に金属板１７１が対向した際（ｄｎ：小）のコイル電流は、コイル５０に金属板１７１が対向しない場合（ｄｎ：大）のコイル電流と比較すると減少する。これは、コイル５０が金属板１７１に接近し、コイル５０で発生した磁束が金属板１７１に当たると金属板１７１に当該磁束を打ち消すような電流（磁束）が発生するため、コイル５０で発生した磁束が減少するからである。コイル５０が金属板１７１に接近すると、コイル５０から金属板１７１を見た場合に金属板１７１の抵抗として見え、コイル５０に電流が流れにくくなる。コイル５０から見たインピーダンスは、コイル５０から金属板１７１までのギャップＧ（ｚ方向の距離）と、コイル５０と対向する部分の金属板１７１の面積とによって異なる。

コイルユニット１の検出部２０は、相対位置ｄｎ毎にコイル５０の電流を検出する。コイル５０と金属板１７１が大きく離れている場合（ｄ４）のコイル電流の電流値を１とする。相対位置ｄ４の場合、金属板１７１の抵抗成分が現れてこないため、コイル５０に電流が流れやすくなり、検出部２０で検出されるコイル電流が大きくなる（１に近い）。コイル５０と金属板１７１が大きく離れている場合については、コイル電流はギャップＧに依存せず各ギャップＧ（コイル電流変化線２５〜２７）で同様の値をとる。

コイルユニット１が移動してコイル５０が金属板１７１に近付くと（ｄ３、ｄ２）、コイル５０に対向している金属板１７１の面積が増える。それにより抵抗成分が現れてくるため、検出部２０で検出されるコイル電流は減少する。ギャップＧの値に応じてコイル電流に差異が現れる。例えばギャップＧが５ｍｍと小さい場合、抵抗成分が大きくなるため、コイル電流は比較的小さくなる。一方、ギャップＧが１５ｍｍと大きい場合、金属板１７１がコイル５０から比較的遠いため抵抗成分が小さく、コイル電流は比較的大きい。以上の構成によれば、ギャップＧごとに検出されるコイル電流の振る舞いが異なるため、コイル電流に基づいてギャップＧを推定することができる。

ギャップＧを推定する方法として、次のような３つの方法が考えられる。第１の方法は、ある相対位置ｄｎのときに測定値が基準測定値と一致すれば、その基準測定値を含むコイル電流変化線と紐つけられたギャップ値をギャップＧとする方法である。なお、測定値と一致する基準測定値がない場合には、測定値に最も近い基準測定値を用いてギャップＧを推定する。

第２の方法は、測定値に近い基準電流値として測定値よりも大きい基準電流値と小さい基準電流値がある場合には、その２つの基準電流値に紐つけられたギャップ値から補間法（内挿法）によりギャップＧを推定する方法である。

第３の方法は、コイル電流変化線の傾きからギャップＧを推定する方法である。例えば、制御部３０は、相対位置ｄ３，ｄ２の２点におけるコイル電流を測定し、相対位置ｄ３，ｄ２における２つの測定値の傾きを算出する。そして制御部３０は、２つの測定値の傾きと一致する傾きを持つコイル電流変化線のギャップ値をギャップＧとする。なお、２つの測定値の傾きと一致する傾きを持つコイル電流変化線がない場合には、上記第２の方法（補間法）を応用してギャップＧを推定する。

ところで、図３に斜線で表したエラー領域Ｅ１，Ｅ２は、検出されたコイル電流の測定値が異常であると判定される領域である。エラー領域Ｅ１は、コイル電流変化線２５〜２７よりも上方の領域であり、エラー領域Ｅ２は、コイル電流変化線２５〜２７よりも下方の領域である。コイル電流変化線２５〜２７とエラー領域Ｅ１，Ｅ２との間には、実験等により求めた所定のマージンが設けられている。制御部３０は、コイル電流の測定値がエラー領域Ｅ１又はエラー領域Ｅ２内である場合には、測定値が異常であると判断する。

例えば異常判定の方法として、制御部３０は、ある相対位置ｄｎにおける測定値と基準電流値との差異が所定値以上である場合には、その測定値は異常（エラー領域Ｅ１，Ｅ２内）であると判定する方法が考えられる。他の判定方法として、測定する相対位置ｄｎごとにコイル電流の上限の閾値と下限の閾値を記憶部３５に設定しておき、制御部３０は、測定値が上限の閾値以上又は下限の閾値以下である場合には、その測定値は異常（エラー領域Ｅ１，Ｅ２内）であると判定する。例えば図３の相対位置ｄ３のとき、コイル電流の上限の閾値は０．１７、下限の閾値は０．６４である。なお、ギャップ値毎に上限の閾値と下限の閾値を設定してもよい。また、コイル電流変化線２５〜２７とエラー領域Ｅ１，Ｅ２との間のマージンを、より小さく又は大きく設定してもよい。

なお、図３では、コイル５０と金属板１７１が大きく離れている場合（ｄ４）のコイル電流の電流値（測定値）を１として正規化したが、ギャップ推定や異常判断等の演算に正規化していない測定値を用いてもよい。

上記のように構成された第１の実施形態では、コイル５０と金属板１７１とのギャップＧによってコイル５０に流れるコイル電流の変化が異なる。そこで、コイル５０の相対位置ｄｎごとの測定値と基準電流値を元に、コイル５０と金属板１７１とのギャップＧ（第１距離）が推定できる。そして、コイル５０と金属板１７１とのギャップＧ（第１距離）からコイル５０と送電側コイル（例えば図５のコイル１５０）間のギャップ（第２距離）を算出することができる。このコイル５０と送電コイル間の距離（第２距離）を算出することができれば、その距離の情報を送電側の制御（例えば共振周波数の調整等）に利用することができる。

＜２．第２の実施形態＞
次に、第２の実施形態として、第１の実施形態に係る非接触給電装置を備えるエレベーター（昇降機）の例を説明する。

図４は、第２の実施形態に係るエレベーターの概略の構成図である。図４のエレベーター２００は、第１の実施形態に係る非接触給電装置を備える。エレベーター２００は、建物構造物内に形成された昇降路８０、利用者が乗車する乗りかご２（移動体の一例）、巻上機３、釣合い錘４、巻上機３に巻きかけられ乗りかご２と釣合い錘４を懸架する主ロープ５を備える。

昇降路８０は、建築構造物内に形成され、その頂部には機械室８２が設けられている。巻上機３は、機械室８２に配置され、不図示のモーターにより正転又は逆転し、主ロープ５を巻き掛けることにより乗りかご２を昇降させる。乗りかご２は、ｙ方向に延在するガイドレール８３に案内されてｙ方向に昇降する。言い換えると、乗りかご２は、コイル１５０及びコイル５０の巻き線の巻回の径方向に平行（ｙ方向）に移動する。図４ではガイドレール８３は１本だが、２本以上でもよい。巻上機３には、不図示のモーターに直結しモーターの速度に比例するパルスを発生するエンコーダー３ａが設けられている。

昇降路８０は、複数階床用であって、乗りかご２は、行き先階に応じて各階の停止位置を示す着床レベル（乗り場）で停止する。支持体８１は、昇降路８０の壁、柱、又はガイドレール等である。コイルユニット１０１は、支持体８１に直接又は他の物体を介して間接的に固定される。コイルユニット１は、非接触給電の送電を担うものであり、昇降路８０の利用客が多い１階又は最上階（展望階）などに設置される。

乗りかご２の床下部には、コイルユニット１と、コイルユニット１で受電した電力を充電する充電回路６と、充電回路６により充電される蓄電池７が設置されている。蓄電池７には、キャパシタ、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等が用いられる。

エレベーター制御装置９は、機械室８２に設置されている。エレベーター制御装置９は、エレベーター２００のエンコーダー３ａから送られてくる情報（パルス信号）を解析したり、乗りかご２の運行を制御したりする。コイルユニット１は、無線通信によりエレベーター制御装置９とデータ通信が可能である。またエレベーター制御装置９は、有線通信又は無線通信によりコイルユニット１０１とデータ通信が可能である。エレベーター制御装置９は、通信回線を介してエレベーター２００の状態を監視する不図示のエレベーター監視装置と接続している。

位置Ｐ０は、コイルユニット１内にあるコイル５０の中心軸のｙ方向における位置を表す。また位置Ｐ１は、コイルユニット１０１内にあるコイル１５０（図５）及び金属板１７１の中心軸のｙ方向における位置を表す。乗りかご２が給電位置である位置Ｐ１に到着して停止すると（Ｐ０≒Ｐ１）、コイルユニット１０１は送電を開始する。コイルユニット１は、コイルユニット１０１からの電力を受電し、コイルユニット１が受電した電力を充電回路６が蓄電池７に充電する。

図５は、第２の実施形態に係るコイルユニット１及びコイルユニット１０１を詳細に示した構成図である。図５のコイルユニット１は図１，図２のコイルユニットと同じ構成であるので説明を簡略し、主にコイルユニット１０１に着目して説明する。

コイルユニット１０１は、インバータ回路１１１、電源１１２、リレー１１５、制御部１３０、記憶部１３５、通信部１４０、コイル１５０、磁性体１６０、及び金属板１７１を備える。

コイル１５０は、巻き線を渦巻き状又は螺旋状に複数回巻いて形成された、非接触給電の送電コイルである。巻き線は、銅等の良導体の電線が望ましい。図５では、コイル５０は図１，図２と同様にｙｘ平面に平行な平面状である。コイル５０のｘ方向とｙ方向の巻回径は、同じでもよいし異なっていてもよい。

磁性体１６０は、フェライト等で構成される板状の磁性体である。磁性体１６０は、コイル１５０の背面側（コイル１５０のコイル５０と対向する面とは反対側の面）に当該コイル１５０に平行となるように配置されている。

金属板１７１は、コイル５０と対向するように支持体８１に設けられている。金属板１７１は、磁性体１６０の背面側（磁性体１６０のコイル１５０が配置される面とは反対側の面）に磁性体１６０と平行となるように支持体８１に配置される。図５の例では、金属板１７１のｙ方向の中心軸（位置Ｐ１）は、コイル１５０のｙ方向の中心軸と一致する。金属板１７１は、非接触給電時にコイル１５０が発生した磁束を低減（遮蔽）する機能も有する。

この金属板１７１は、乗りかご２が昇降したときにコイル１５０とコイル５０が対向するよりも前にコイル５０と対向する大きさ、形状を有する。即ち金属板１７１は、乗りかご２の昇降方向におけるコイル１５０の巻き線の巻回径の半分の長さよりも、乗りかご２の昇降方向における当該金属板１７１の中心軸（位置Ｐ１）から端部１７１ｅ１，１７１ｅ２までの長さが長い。コイル１５０の巻き線の巻回径の半分の長さは、位置Ｐ１からコイル１５０の端部１５０ｅ１，１５０ｅ２までの長さである。

インバータ回路１１１（交流信号印加部の一例）は、コイル１５０に高周波の交流信号を供給する共振型のインバータ回路である。インバータ回路１１１から出力された交流信号は、リレー１１５を介してコイル１５０へ供給される。

電源１１２は、インバータ回路１１１の電源である。電源１１２からインバータ回路１１１へ供給される電圧は、例えば商用２００Ｖである。

リレー１１５は、インバータ回路１１１とコイル１５０を接続及び遮断する継電器の接点である。リレー１１５は、例えば電磁継電器であり、制御部１３０は電磁継電器の電磁石への制御用入力電流の供給の有無を制御する。

制御部１３０は、インバータ回路１１１の高周波信号の送信及び停止を制御する。また制御部１３０は、インバータ回路１１１の高周波信号の送信及び停止に合わせて、リレー１１５の接点のクローズ及びオープンを制御する。制御部３０として、ＣＰＵ又はＭＰＵが用いられる。以降の説明において、リレー１１５の接点をクローズすることを「リレー１１５をクローズする」、リレー１１５の接点をオープンすることを「リレー１１５をオープンする」と表記する。

記憶部１３５は、半導体メモリ等から構成される不揮発性の記憶部である。記憶部１３５は、制御部１３０により実行されるプログラムや制御部３０が当該プログラムを実行する過程で生成されたデータ等を記憶する。

通信部１４０は、コイルユニット１の通信部４０と無線通信を行う通信インターフェースである。通信部１４０は、エレベーター制御装置９と通信を行ってもよい。その場合、通信部１４０は有線通信を行う通信インターフェースであってもよい。

コイルユニット１の通信部４０は、コイルユニット１０１の通信部１４０と無線通信を行う通信インターフェースである。

［非接触給電装置の給電開始までの動作例］
次に、エレベーター２００の給電開始までの動作例を説明する。
図６は、エレベーター２００の給電開始までの、コイルユニット１とコイルユニット１０１の処理を示すシーケンス図である。

始めにコイルユニット１０１の制御部１３０は、給電を行わない期間、リレー１１５をオープンにしてコイル１５０とインバータ回路１１１を遮断する（Ｓ１）。

コイルユニット１の制御部３０は、乗りかご２が移動を開始したことを検知すると（Ｓ２）、高周波信号出力部１０に高周波信号出力を指令する。高周波信号出力部１０は、制御部３０からの指令に従い、コイル５０に対して高周波信号の出力を開始する（Ｓ３）。エレベーター制御装置９は、エンコーダー３ａから得られる情報を元に乗りかご２の移動を検出しており、制御部３０は、エレベーター制御装置９で乗りかご２の移動が検出されたら乗りかご２が移動を開始したと判断する。

なお、ステップＳ１においてリレー１１５をオープンとしたが、検出部２０によるコイル電流の検出に影響が生じないよう、少なくともステップＳ３以降においてリレー１１５がオープンであればよい。

次に、制御部３０は、検出部２０により所定位置（相対位置ｄｎ）毎又は所定時間毎に、コイル５０に流れる電流（コイル電流）の電流値の測定を開始する（Ｓ４）。ここで、金属板１７１は、乗りかご２が移動したときにコイル１５０とコイル５０が対向するよりも前にコイル５０と対向する。

制御部３０は、検出部２０によりコイル電流の測定値を取得し、コイル電流の測定値を記憶部３５に保存する（Ｓ５）。制御部３０は、乗りかご２の位置の把握には巻上機３に設置されたエンコーダー３ａから得られる情報等を用いる。時間の把握には、制御部３０（ＣＰＵ又はＭＰＵ等）の内部クロック、タイマー等を用いることができる。

制御部３０は、検出部２０により取得したコイル電流の測定値と上限の閾値及び下限の閾値（もしくは基準電流値）を比較し、測定値に異常があるか否かを判断する（Ｓ６）。ここで、上限の閾値及び下限の閾値（もしくは基準電流値）は、実際の使用形態に即して測定された値である。すなわち、各値は、金属板１７１の前面にコイル１５０と磁性体１６０が配置された状態で測定及び設定された値である。

ステップＳ６において測定値に異常がある場合には（Ｓ６のＹＥＳ）、制御部３０は、コイル５０を利用した給電を緊急停止する。例えば、制御部３０は、充電回路６を即座に停止して蓄電池７への充電を中止する。または、制御部３０は、即座にコイルユニット１０１へ送電停止を要求し、インバータ回路１１１を停止させる。

ステップＳ６において測定値に異常がない場合には（Ｓ６のＮＯ）、制御部３０は、測定値と基準電流値との差からコイル５０と金属板１７１のギャップＧ（第１距離）を推定する（Ｓ７）。そして、制御部３０は、コイルユニット１が給電位置（Ｐ１）へ到着する前に、通信部４０によりギャップＧの推定値をコイルユニット１０１へ送信する（Ｓ８）。

コイルユニット１０１の制御部１３０は、通信部１４０によりコイルユニット１からギャップＧの推定値を受信する（Ｓ９）。そして、制御部１３０は、ギャップＧの推定値に基づいてコイル１５０とコイル５０の距離（第２距離）を算出し、コイル１５０とコイル５０の距離からインバータ回路１１１に対する制御情報を生成する。ここで、コイル１５０と金属板１７１との距離は既知であり、エレベーター２００の設計データ又は実測により得られる。したがって、コイル５０と金属板１７１のギャップＧ（第１距離）がわかれば、コイル１５０とコイル５０の距離（第２距離）は容易に求められる。

次に、制御部１３０は、コイルユニット１が給電位置へ到着する前に、制御情報に基づいてインバータ回路１１１の制御を変更し（Ｓ１０）、リレー１１５をクローズする（Ｓ１１）。例えば制御情報は、インバータ回路１１１によるスイッチング動作の周波数（スイッチング周波数）の設定値である。スイッチング周波数は、例えばコイル１５０を含む共振回路の共振周波数に合わせて調整される。

そして、乗りかご２のコイルユニット１が給電位置に到着した際、コイルユニット１０１は送電を開始する（Ｓ１２）。上記ステップＳ１０において、事前にインバータ回路１１１の制御（設定）が変更されている。そのため、コイルユニット１が給電位置（Ｐ１）に到着すると速やかに、インバータ回路１１１は変更後のスイッチング周波数でスイッチング動作を行い、高周波の交流信号をコイル１５０へ出力できる。なお、制御情報はインバータ回路１１１の設定値だけに留まらない。例えば乗りかご２の昇降速度などエレベーター２００の運用に関わる情報、又は蓄電池７の残容量でもよい。

図７は、給電時のコイルユニット１及びコイルユニット１０１の説明図である。
図７において、コイルユニット１が給電階へ到着し（Ｐ０≒Ｐ１）、コイルユニット１のコイル５０とコイルユニット１０１のコイル１５０が対向している状態である。

［非接触給電装置の給電時の動作例］
次に、エレベーター２００の給電開始から給電終了までの動作例を説明する。
図８は、エレベーター２００の給電開始から給電終了までの、コイルユニット１とコイルユニット１０１の処理を示すシーケンス図である。

始めに乗りかご２のコイルユニット１が給電位置（Ｐ１）に到着した際、コイルユニット１０１は送電を開始する（Ｓ２１）。ステップＳ２１、図６のステップＳ１２に相当する。コイルユニット１はコイルユニット１０１から受電し、充電回路６が蓄電池７への充電を開始する（Ｓ２２）。

次に、コイルユニット１の制御部３０は、乗りかご２が移動を開始したか否かを判定する（Ｓ２３）。乗りかご２が移動を開始した場合には（Ｓ２３のＹＥＳ）、制御部３０は、充電回路６による蓄電池７への充電を停止する（Ｓ２５）。

一方、乗りかご２が移動していない場合には（Ｓ２３のＮＯ）、制御部３０は、蓄電池７が満充電状態か否かを判定する（Ｓ２４）。そして、蓄電池７が満充電ではなく充電が必要な場合（Ｓ２４のＮｏ）、制御部３０はステップＳ２３へ移行し、充電回路６による蓄電池７への充電を継続する。

蓄電池７が満充電状態の場合（Ｓ２４のＹｅｓ）、制御部３０は、充電回路６による蓄電池７への充電を停止する（Ｓ２５）。

制御部３０は、ステップＳ２５において充電回路６による蓄電池７への充電を停止した後（又は並行して）、コイルユニット１０１へ送電停止を要求する。コイルユニット１０１の制御部１３０は、コイルユニット１からの送電停止の要求を受けて、インバータ回路１１１を制御して送電を停止する（Ｓ２６）。

次に、コイルユニット１０１の制御部１３０は、リレー１５をオープンにする（Ｓ２７）。これは、図６のステップＳ１の処理と同じである。

上記のように構成された第２の実施形態は、受電側のコイル５０が送電側のコイル１５０と正対する位置（給電位置）に到着する前に、コイル５０と金属板１７１のギャップＧを測定し、コイル５０とコイル１５０の距離を算出する。そして、コイル５０とコイル１５０が正対して乗りかご２が停止する前に（給電開始以前に）、コイル５０とコイル１５０の距離に基づいて送電側の制御（設定変更等）を予め行う。それゆえ、受電側のコイルと送電側のコイルが給電位置で正対してから最適な周波数を演算して設定する従来の非接触給電方法と比べ、長い給電時間を確保することができる。

また、予めコイル電流の測定値の異常を判断することで、乗りかご２の緊急停止を素早く行うことができるので、非接触給電における安全性の向上が図られる。

＜３．第３の実施形態＞
次に、第３の実施形態として、本発明の非接触給電装置を利用してエレベーターの位置を検出する例を説明する。本実施形態では、乗りかご２の移動経路（各階床）に形状の異なる金属板を設置することにより、コイル５０の移動経路上（昇降路８０内）の位置を検出する。

図９は、第３の実施形態に係るエレベーターの概略の構成図である。
エレベーター２００の１階（１Ｆ）は、コイルユニット１０１が設置されている給電階であり、金属板１７１が設置されている。２階（２Ｆ）には金属板１７２が、３階（３Ｆ）には金属板１７３が、地下１階（Ｂ１）には金属板１７７が設置されている。金属板１７１，１７２，１７３，１７７はそれぞれ異なる形状である。

図１０は、金属板１７２，１７３，１７７の形状の例を示す図である。
コイル５０（ｚ方向）から見て、金属板１７２は平行四辺形、金属板１７３は２等辺三角形、金属板１７７は４角形の左上角と左下角が欠けたような６角形である。本実施形態は、このような異なる形状の１７２，１７３，１７７を、それぞれの階床におけるコイルユニット１（コイル５０）と正対する位置に、不図示の支持部材などを用いて設置する。

図１１は、図３の場合と同様にして測定した、金属板１７７を用いた際のコイル５０の給電想定位置に対する相対位置とコイル電流との関係例を示すグラフである。図１１において給電想定位置は、相対位置ｄ０である。

図３と比較すると明らかなように、長方形の金属板１７１の場合のコイル電流（コイル電流変化）と、金属板１７７のときのコイル電流（コイル電流変化）とは異なる。即ち、制御部３０は、コイル電流変化を解析して予め記憶部３５に登録された各金属板のコイル電流変化を比較することで、コイル５０が金属板１７１と対向しているか、又は金属板１７７と対向しているかが判断できる。コイル５０と対向している金属板の種類を特定できれば、コイルユニット１を搭載する乗りかご２がどの階床にいるのかを把握できる。また、コイル５０と対向する金属板を特定できれば、該当金属板のコイル電流変化から、コイル５０の該当金属板に対する相対位置が判断できる。あるいは、コイル５０が正対する金属板の種類（階床）と、エンコーダー３ａから得られる情報等を元に算出される正対位置からの移動量とから、乗りかご２の現在位置を把握できる。

上記のように構成された第３の実施形態は、コイル５０と対向する金属板の形状によってコイル電流変化に差異が現れることを利用し、該当金属板が設置された階床を判断する。即ち、乗りかご２を昇降して測定したコイル電流変化と階床毎に登録された各金属板のコイル電流変化とを比較することで、乗りかご２の位置を把握することができる。それにより、本実施形態は、従来、乗りかご２の位置を検出するために用いられていた位置センサ（光学センサや磁気センサ等）の代用が可能になる。

［第３の実施形態の変形例］
図１２は、金属板の他の例を示す斜視図である。
図１３は、金属板の他の例を示す側面図である。

なお、金属板１７１，１７２，１７３，１７７の形状を平面状（板状）としたがこれに限らない。例えば図１２の金属板１７８は、長方形又は正方形の主面板１７８ａの上端と下端にそれぞれ垂直部１７８ｂ１，１７８ｂ２の形成されている。そして、垂直部１７８ｂ１の他方の端部に上部板１７８ｃ１の端部が垂直に接続し、垂直部１７８ｂ２の他方の端部に下部板１７８ｃ２の端部が垂直に接続されている。

垂直部１７８ｂ１，１７８ｂ２のそれぞれからｙ方向に張り出した上部板１７８ｃ１、下部板１７８ｃ２がｚ方向に、コイル１５０の表面１５０ｓまで張り出している（図１３）。それにより、金属板１７８の一部（上部板１７８ｃ１、下部板１７８ｃ２）が、対向するコイル５０の表面付近に位置する。金属板１７８をこのような構造にすることで、コイル電流を測定するコイルユニット１（コイル５０）から見て金属板１７８の抵抗成分が現れやすくなり、測定精度が向上する。

さらに、垂直部１７８ｂ１，１７８ｂ２があることにより、作業者がコイル１５０及び磁性体１６０を金属板１７８に支持する際の作業性が向上する。例えば、コイル１５０及び磁性体１６０を、支持部材に垂直に設置された金属板１７８の下側の垂直部１７８ｂ２に一時的に置くことができる。その方が作業者にとって、コイル１５０及び磁性体１６０を鉛直な主面板１７８ａに押し当てるよりも作業が容易になる。

＜４．第４の実施形態＞
本発明に係る非接触給電装置は、第１コイルと第２コイル（コイル電流の検出が行われるコイル）ののいずれかが、各コイルの巻き線の巻回の径方向に平行に移動する移動体に設置され、２つのコイルの相対的な位置関係が変化するものである。第１〜第３の実施形態では、第１コイルはコイル１５０に第２コイルはコイル５０に相当する。ただし、コイル電流の検出が行われる第２コイルは、送電側又は受電側のいずれでもよい。以下、第４の実施形態として、受電側に長尺の金属板を設け、送電側でコイルに高周波信号を供給してコイルユニットの相対位置を検出する例を説明する。

図１４は、第４の実施形態に係るエレベーターの概略の構成図である。
図１４のエレベーター２００Ｂにおいて、受電側のコイルユニット１Ｂは、移動方向（ｙ方向）の長さがシールド板７０（図１）のものよりも長い金属板７４を有する。金属板７４は、金属板１７１の場合と同様に、乗りかご２が昇降したときにコイル５０とコイル１５０が対向するよりも前にコイル１５０と対向する大きさ、形状を有する。コイル５０の両端部は充電回路６と接続されており、充電回路６とコイル５０の一端部との間にはリレー１６が接続されている。リレー１６は、乗りかご２内の不図示の制御部又はエレベーター制御装置９によりオープン／クローズ動作が制御される。

送電側のコイルユニット１０１Ｂは、ｙ方向の長さが金属板１７１のものよりも短い金属板７０Ａを有する。

コイルユニット１０１Ｂのインバータ回路１１１は、測定用の高周波の交流信号を出力する機能を有し、コイルユニット１が給電位置（位置Ｐ１）に到着する前にコイル１５０に測定用の交流信号を供給する。なお、インバータ回路１１１は、コイル１５０に対する給電用の交流信号の供給と測定用の交流信号の供給とを排他的に行うため、インバータ回路１１１とコイル１５０間のリレー１１５（図５）が不要である。

検出部１２０は、図１の検出部２０と同等の機能を有する。検出部１２０は、インバータ回路１１１からコイル１５０へ高周波信号が供給された際に、コイル１５０に流れる電流（コイル電流）をクランプを介して検出する。

制御部１３０は、コイル１５０の測定値から図３のようなコイル電流変化線を計算し、コイル１５０とコイルユニット１Ｂの金属板７４とのギャップＧ（第１距離）を推定する。そして、コイル１５０と金属板７４とのギャップＧに基づき、コイル１５０とコイル５０との距離（第２距離）を求める。そして、制御部１３０は、コイルユニット１Ｂが給電位置（Ｐ１）へ到着する前に、コイル１５０とコイル５０との距離に基づきインバータ回路１１１の制御（スイッチング周波数の設定等）を変更する。

上記のように構成された第４の実施形態は、受電側のコイル５０が給電位置に到着する前に、送電側において送電側のコイル１５０と受電側の金属板７４とのギャップＧを測定し、コイル１５０とコイル５０の距離を算出する。そして、給電開始以前に、コイル１５０とコイル５０の距離に基づいて送電側の制御（設定変更等）を予め行う。それにより、第４の実施形態は、第２及び第３の実施形態と同様に、従来の非接触給電方法と比べ、長い給電時間を確保することができる。

また、第４の実施形態は、送電側でコイル電流測定を行うことで、第１〜第３の実施形態のように受電側から送電側にギャップ推定値を送信する必要がないため、制御系を送電側で閉じた系とすることができる。それゆえ、送電側と受信側間で通信を行うための通信部を削除できる。

＜５．その他＞
上述した第１〜第４の実施形態で用いられるコイル電流測定用の金属板は、乗りかご（移動体）が移動したときにコイル５０とコイル１５０が対向するよりも前に、コイル電流の測定が行われるコイルユニット内のコイルと対向するように形成されていればよい。したがって金属板の形状は、環状でもよい。あるいは図１２の金属板１７８のうち上部板１７８ｃ１，１７８ｃ２のみをコイルユニットに設置してもよい。

図１５は、貫通孔部を有する金属板の例を示す斜視図である。
金属板１７０は、ほぼ中央に貫通孔部１７９ｈが形成されている。例えばコイルユニット１から磁性体６０を除去した場合に、コイル５０で発生した磁束は貫通孔部１７９ｈでは金属板１７９に吸収されないため、金属板１７９による磁束の損失を低減することができる。貫通孔部１７９ｈの直径は任意だが、金属板１７９のシールド機能も考慮して決定することが望ましい。

また、金属板１７８のｙ方向に張り出した上部板１７８ｃ１、下部板１７８ｃ２のみを金属板として用いてもよい。ただし、金属板のシールド機能を考慮すると、金属板はコイル全面に対向する大きさ及び形状であることが望ましい。

また、上述した第１〜第４の実施形態は、昇降路８０に固定されたコイルユニットのコイル１５０と、乗りかご２に設置されたコイルユニットのコイル５０との距離を算出することから、ガイドレール８３の歪みを測定することができる。このガイドレール８３の歪みについての検出結果を、保守に利用することができる。

さらに、上述した第２〜第４の実施形態において、乗りかご２の蓄電池７に充電された電力をコイル５０を介して、送電側のコイルユニット１０１，１０１Ｂが設けられた階とは別の階に設置されたコイルユニットに供給するようにしてもよい。

さらに、本発明は上述した各実施形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。

例えば、上述した実施形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることは可能である。また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、又はＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

また、本明細書において、時系列的な処理を記述する処理ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）をも含むものである。

１…コイルユニット（受電側）、 ２…乗りかご、 ６…充電回路、 ７…蓄電池、 １０…高周波信号出力部、 ２０…検出部、 ３０…制御部、 ３５…記憶部、 ４０…通信部、 ５０…コイル、 ６０…磁性体、 ７０…シールド板、 ８０…昇降路、 ８１…支持体、 ８２…機械室、 ８３…ガイドレール、 １０１，１０１Ｂ…コイルユニット（送電側）、 １１１…インバータ回路、 １２０…検出部、 １３０…制御部、 １３５…記憶部、 １４０…通信部、 １５０…コイル、 １５０ｅ１，１５０ｅ２…端部、 １６０…磁性体、 １７１，１７２，１７３，１７７…金属板（導体板）、 １７１ｅ１，１７１ｅ２…端部、 １７８…金属板、 １７８ａ…主面板、 １７８ｂ１，１７８ｂ２…垂直部、 １７８ｃ１…上部板、 １７８ｃ２…下部板、 １７９…金属板、 １７９ｈ…貫通孔部、 ２００，２００Ａ，２００Ｂ…エレベーター、 Ｅ１，Ｅ２…エラー領域、 Ｇ…ギャップ、 Ｐ０，Ｐ１…位置

Claims (9)

1. 第１コイル又は第２コイルのいずれかが、前記第１コイル及び前記第２コイルの巻き線の巻回の径方向に平行に移動する移動体に設置され、前記第１コイルと前記第２コイルの相対的な位置関係が変化する非接触給電装置であって、
   前記第１コイルにおける前記第２コイルと対向する面と反対側の面に配置された、前記移動体が移動したときに前記第１コイルと前記第２コイルが対向するよりも前に前記第２コイルと対向するように形成されている導体板と、
   前記第２コイルに高周波信号を供給する高周波信号出力部と、
   前記高周波信号が供給されたときに前記第２コイルに流れる電流を検出する検出部と、
   前記移動体が移動したときに前記第１コイルと前記第２コイルが対向するよりも前に、前記検出部で検出された前記第２コイルの電流値と、前記導体板に対する前記第２コイルの距離ごとに設定された基準電流値とを元に、前記導体板に対する前記第２コイルの距離である第１距離を推定し、前記第１距離に基づき前記第１コイルと前記第２コイル間の距離である第２距離を算出する制御部と、を備える
   非接触給電装置。
2. 前記基準電流値は、前記導体板に対する前記第２コイルの距離ごとに、前記移動体の移動方向における前記導体板に対する前記第２コイルの相対位置に応じて設定される
   請求項１に記載の非接触給電装置。
3. 前記第１コイルは送電コイルであり、前記第２コイルは前記第１コイルから非接触で電力を受電する受電コイルであり、
   前記送電コイルに交流信号を印加する交流信号印加部、を更に備え、
   前記制御部が算出した前記送電コイルと前記受電コイル間の前記第２距離に基づいて、前記交流信号印加部から前記送電コイルに印加される前記交流信号の周波数が調整される
   請求項１又は２に記載の非接触給電装置。
4. 前記移動体の移動経路上に前記送電コイルが設置されるとともに、前記移動体に前記受電コイルが設置され、
   前記移動体の前記受電コイルと前記移動経路内の前記送電コイルが正対する位置で前記移動体が停止する以前に、前記交流信号印加部は前記送電コイルに印加する前記交流信号の周波数の調整を開始する
   請求項３に記載の非接触給電装置。
5. 前記移動体の移動経路に異なる形状の複数の前記導体板を設け、
   前記制御部は、前記検出部で検出された前記第２コイルの前記電流値と、複数の前記導体板ごとの前記基準電流値とを比較し、比較結果から前記移動経路上の前記第２コイルの位置を算出する
   請求項１に記載の非接触給電装置。
6. 前記制御部は、前記検出部で検出された前記第２コイルの前記電流値と前記基準電流値との差異が所定値以上である場合には、前記第２コイルを利用した給電を停止する
   請求項１に記載の非接触給電装置。
7. 前記第２コイルは送電コイルであり、前記第１コイルは前記第２コイルから非接触で電力を受電する受電コイルである
   請求項１に記載の非接触給電装置。
8. 前記導体板は、前記移動体の移動方向における前記第１コイルの巻き線の巻回径の半分の長さよりも前記移動体の移動方向における前記導体板の中心から端部までの長さが長い
   請求項１に記載の非接触給電装置。
9. 請求項１に記載の非接触給電装置を備えるエレベーター。

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