WO2020213082A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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稔久 下方
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三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Definitions

  • the present invention relates to a power converter.
  • Patent Document 1 discloses a power conversion device.
  • the overcurrent detector detects the overcurrent that flows when an excessive load, short circuit, or the like occurs. As a result, the rectifying diode, the regenerative transistor, and the like can be protected.
  • An object of the present invention is to provide a power conversion device capable of facilitating an assembly operation.
  • the power conversion device corresponds to a pair of magnet portions that are parallel to the energizing direction of the bus bar and face each other so as to sandwich the bus bar, and when the bus bar is distorted by the current flowing through the bus bar and the magnetic flux of the pair of magnet portions. It is equipped with a distortion detection unit that detects the amount of distortion of the bus bar.
  • the strain detecting unit detects the amount of distortion of the bus bar when the bus bar is distorted by the current flowing through the bus bar and the magnetic flux of the pair of magnet units. Therefore, the assembly work of the power conversion device can be facilitated.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of an elevator system to which the power conversion device according to the first embodiment is applied. It is a block diagram of the inverter unit of the power conversion apparatus in Embodiment 1.
  • FIG. It is a front view of the main part of the inverter unit of the power conversion apparatus in Embodiment 1.
  • FIG. It is a side view of the main part of the inverter unit of the power conversion apparatus in Embodiment 1.
  • FIG. It is a front view of the main part of the inverter unit of the power conversion apparatus in Embodiment 1.
  • FIG. It is a side view of the main part of the inverter unit of the power conversion apparatus in Embodiment 1.
  • FIG. It is a side view of the main part of the inverter unit of the power conversion apparatus in Embodiment 1.
  • FIG. It is a side view of the main part of the inverter unit of the power conversion apparatus in Embodiment 1.
  • FIG. 2 It is a front view of the main part of the inverter unit of the power conversion apparatus in Embodiment 2. It is a side view of the main part of the inverter unit of the power conversion apparatus in Embodiment 2. FIG. It is a top view of the main part of the inverter unit of the power conversion apparatus in Embodiment 3. FIG. It is a side view of the main part of the inverter unit of the power conversion apparatus in Embodiment 3.
  • FIG. It is a circuit diagram of the main part of the power conversion apparatus in Embodiment 4.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an elevator system to which the power conversion device according to the first embodiment is applied.
  • a hoistway (not shown) penetrates each floor of a building (not shown).
  • Each of the plurality of landings 1 is provided on each floor of the building.
  • Each of the plurality of landings 1 faces the hoistway.
  • the hoisting machine 2 is provided in a machine room (not shown).
  • the hoisting machine 2 is provided at the upper part of the hoistway.
  • the hoisting machine 2 may be provided at the lower part of the hoistway.
  • the main rope 3 is wound around the hoisting machine 2.
  • the car 4 is provided inside the hoistway.
  • the basket 4 is hung on one side of the main rope 3.
  • the balance weight 5 is provided inside the hoistway.
  • the balance weight 5 is hung on the other side of the main rope 3.
  • control panel 6 is provided in the machine room.
  • control panel 6 is provided at the upper part of the hoistway.
  • the control panel 6 may be provided at the lower part of the hoistway.
  • the control panel 6 includes a converter unit 7 and an inverter unit 8.
  • the converter unit 7 and the inverter unit 8 have the same internal configuration.
  • the converter unit 7 converts the AC power from the AC power supply 9 into DC power.
  • the inverter unit 8 converts the DC power from the converter unit 7 into AC power.
  • the hoisting machine 2 is rotated by the AC power from the inverter unit 8.
  • the main rope 3 moves following the rotation of the hoisting machine 2.
  • the car 4 and the balancing weight 5 move up and down in opposite directions following the movement of the main rope 3.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the inverter unit 8 of the power conversion device according to the first embodiment.
  • the inverter unit 8 includes a U-phase IGBT module 10, a V-phase IGBT module 11, a W-phase IGBT module 12, a U-phase arm current detection unit 13, and a V-phase arm current detection unit. 14 and a W-phase arm current detection unit 15, a main circuit input side current detection unit 16, and a main circuit output side current detection unit 17 are incorporated.
  • the IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the IGBT includes a collector terminal, an emitter terminal, and a gate terminal as terminals for external connection.
  • the U-phase IGBT module 10 incorporates an upper arm IGBT 10a and a lower arm IGBT 10b as switching elements. In the inverter operation of the three-phase AC voltage output, the upper arm IGBT 10a and the lower arm IGBT 10b alternately switch.
  • the V-phase IGBT module 11 incorporates an upper arm IGBT 11a and a lower arm IGBT 11b as switching elements. In the inverter operation of the three-phase AC voltage output, the upper arm IGBT 11a and the lower arm IGBT 11b alternately switch.
  • the W-phase IGBT module 12 incorporates an upper arm IGBT 12a and a lower arm IGBT 12b as switching elements. In the inverter operation of the three-phase AC voltage output, the upper arm IGBT 11a and the lower arm IGBT 11b alternately switch.
  • the switching operation is defined as an operation of closing or opening the electrical connection between the collector terminal and the emitter terminal of the IGBT.
  • the U-phase arm current detection unit 13 detects the current flowing into the U-phase IGBT module 10. For example, when the collector terminal and the emitter terminal of the upper arm IGBT 10a and the lower arm IGBT 10b are closed due to the transient state of the switching operation, the U-phase arm current detection unit 13 detects the overcurrent flowing from the P side to the N side. To do.
  • the V-phase arm current detection unit 14 detects the current flowing into the V-phase IGBT module 11. For example, when the collector terminal and the emitter terminal of the upper arm IGBT 11a and the lower arm IGBT 11b are closed due to the transient state of the switching operation, the V-phase arm current detection unit 14 detects the overcurrent flowing from the P side to the N side. To do.
  • the W-phase arm current detection unit 15 detects the current flowing into the W-phase IGBT module 12. For example, when the collector terminal and the emitter terminal of the upper arm IGBT 12a and the lower arm IGBT 12b are closed due to the transient state of the switching operation, the W phase arm current detection unit 15 detects the overcurrent flowing from the P side to the N side. To do.
  • the transient state is defined as the period during which the electrical connection between the collector terminal and the emitter terminal in the IGBT is in the state from closing to opening or the period during which the electrical connection is from opening to closing.
  • the main circuit input side current detection unit 16 detects the overcurrent flowing into the U-phase IGBT module 10, the V-phase IGBT module 11, and the W-phase IGBT module 12.
  • the main circuit output side current detection unit 17 detects the overcurrent flowing out from the U-phase IGBT module 10, the V-phase IGBT module 11, and the W-phase IGBT module 12.
  • the main circuit output side current detection unit 17 may be provided on the N phase side.
  • FIG. 3 is a front view of a main part of the inverter unit 8 of the power conversion device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a side view of a main part of the inverter unit 8 of the power conversion device according to the first embodiment.
  • the inverter unit 8 includes a P-side bus bar 18 and an N-side bus bar 19.
  • a conductor material used for passing an electric current for power wiring such as the P-side bus bar 18 and the N-side bus bar 19, is defined as a bus bar.
  • the collector terminals for the upper arms of the U-phase IGBT module 10, the V-phase IGBT module 11, and the W-phase IGBT module 12 are connected by the P-side bus bar 18.
  • the emitter terminals for the lower arms of the U-phase IGBT module 10, the V-phase IGBT module 11, and the W-phase IGBT module 12 are connected by the N-side bus bar 19.
  • the U-phase arm current detection unit 13 is provided on the P-side bus bar 18 connected to the collector terminal of the upper arm IGBT 10a (not shown) inside the U-phase IGBT module 10.
  • the V-phase arm current detection unit 14 is provided on the P-side bus bar 18 connected to the collector terminal of the upper arm IGBT 11a (not shown) inside the V-phase IGBT module 11.
  • the W-phase arm current detection unit 15 is provided on the P-side bus bar 18 connected to the collector terminal of the upper arm IGBT 12a (not shown) inside the W-phase IGBT module 12.
  • the U-phase IGBT 10a and the lower arm IGBT 10b inside the U-phase IGBT module 10 are closed between the collector terminal and the emitter terminal of the IGBT due to an abnormal command, the U-phase IGBT is changed from the P phase to the N phase. Overcurrent flows through the module 10.
  • the upper arm IGBT 10a opens from the closed circuit and the lower arm IGBT 10b closes from the open circuit, if the switching operation is delayed, an overcurrent flows from the P phase to the N phase through the U phase IGBT module 10.
  • the U-phase arm current detection unit 13 detects an overcurrent flowing from the P-phase to the N-phase through the U-phase IGBT module 10.
  • the V-phase arm current detection unit 14 detects the overcurrent flowing from the P-phase to the N-phase through the V-phase IGBT module 11.
  • the W-phase arm current detection unit 15 detects the overcurrent flowing from the P-phase to the N-phase through the W-phase IGBT module 12.
  • the main circuit input side current detection unit 16 detects the overcurrent flowing from the P phase to the N phase through the U phase IGBT module 10, the V phase IGBT module 11, and the W phase IGBT module 12. Compared with the method of detecting an overcurrent in each phase of the U-phase IGBT module 10, the V-phase IGBT module 11, and the W-phase IGBT module 12, the main circuit input side current detection unit 16 is used. The quantity of the overcurrent detection unit 26 is reduced.
  • FIG. 5 is a front view of a main part of the inverter unit of the power conversion device of the elevator according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a side view of a main part of the inverter unit of the power conversion device of the elevator according to the first embodiment.
  • the inverter unit 8 includes an upper magnet 20, a lower magnet 21, an upper insulating spacer 22, a lower insulating spacer 23, and a strain detecting unit 24 as current detecting units.
  • the upper magnet 20 and the lower magnet 21 are a pair of magnet portions that sandwich the P-side bus bar 18 from above and below.
  • the upper insulating spacer 22 is attached between the upper magnet 20 and the P-side bus bar 18.
  • the upper insulating spacer 22 may be made of a material having a function of preventing contact between the upper magnet 20 and the metal P-side bus bar 18.
  • the lower insulating spacer 23 is attached between the lower magnet 21 and the P-side bus bar 18.
  • the lower insulating spacer 23 may be made of a material having a function of preventing contact between the lower magnet 21 and the metal P-side bus bar 18.
  • the P-side bus bar 18 continues to be affected by the magnetic flux from the lower side to the upper side.
  • the current flows from the left side to the right side.
  • a magnetic field is generated around the P-side bus bar 18 in a counterclockwise direction according to the right-handed screw rule. Due to the magnetic field generated by the upper magnet 20 and the lower magnet 21 and the magnetic field generated in the counterclockwise direction, the respective magnetic fields are directed from the lower side to the upper side on the right side of the P-side bus bar 18. On the other hand, on the left side of the P-side bus bar 18, the magnetic fields are opposite to each other. Therefore, the magnitude of the magnetic field becomes small.
  • the right-handed screw law is a law relating to the directions of the electric current and the magnetic flux, and is a law in which the magnetic flux is generated in the rotation direction of the right-handed screw when the current travels straight in the direction in which the right-handed screw advances.
  • the P-side bus bar 18 receives stress from the right side to the left side, and the side surface is distorted due to the stress.
  • the stress received by the P-side bus bar 18 is F [N]
  • the length of the P-side bus bar 18 perpendicular to the magnetic field is L [m]
  • the current flowing through the P-side bus bar 18 is I [A].
  • F [N] B [T] ⁇ L [m] ⁇ I [A] is established.
  • the symbols in parentheses indicate the unit of physical quantity.
  • the length L [m] of the P-side bus bar 18 and the magnetic flux density B [T] received by the P-side bus bar 18 are preset values. At this time, the stress F [N] received by the P-side bus bar 18 has a correlation with the current I [A] flowing through the P-side bus bar 18.
  • the strain detection unit 24 detects the amount of strain corresponding to the stress F [N] when the P-side bus bar 18 is deformed, and converts the current flowing through the P-side bus bar 18 into an electric signal output.
  • the output of the electric signal obtained from the distortion detection unit 24 has a correlation with the current flowing through the P-side bus bar 18.
  • the stress detected by the strain detecting unit 24 is defined as a strain force.
  • the stress in the direction may be detected, or the combined stress in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction may be used.
  • the strain detection unit 24 detects the amount of deformation that the material expands or contracts in proportion to the external force applied to the material, and outputs it as an electric signal.
  • the strain detection unit 24 may use a metal wire made of a conductive material whose surface is covered with an electrically insulated clothing.
  • the magnitude of the electrical resistance of the metal wire is inversely proportional to the cross-sectional area and proportional to the length. Pulling the metal wire reduces the cross-sectional area and increases the length. Therefore, the electric resistance becomes large. On the contrary, when compressed, the electric resistance becomes small.
  • the elongation or contraction of the metal wire is calculated by the product of the change in electrical resistance and a constant constant (gauge ratio). If the metal wire is adhered to the bus bar whose strain amount is to be measured, the metal wire also expands and contracts according to the expansion and contraction of the metal body. Therefore, the amount of strain generated by expansion and contraction is calculated by measuring the change in the electrical resistance of the metal wire.
  • the U-phase, V-phase, W-phase, and N-side current detectors are also provided in the same manner.
  • the current detection unit can be used not only as an elevator power conversion device but also as an overcurrent detection means in power-related fields such as DC transmission.
  • the upper magnet 20 and the lower magnet 21 can be attached to the bus bar, and the strain detection unit 24 can be attached to the side surface of the bus bar. Therefore, it is not necessary to pass the bus bar through the current detector. As a result, the power converter can be easily assembled. Further, the replacement work of the current detector due to the failure becomes easy.
  • FIG. 7 is a front view of a main part of the inverter unit of the power conversion device according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a side view of a main part of the inverter unit of the power conversion device according to the second embodiment.
  • the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals. The explanation of the relevant part is omitted.
  • the photographing device 25 has a three-dimensional image capturing function in which information in the height direction is added in addition to the two-dimensional image.
  • the three-dimensional image capturing function may be a function of preparing two or more photographing devices for capturing two dimensions and processing the image by the triangulation means in three dimensions.
  • the photographing device 25 is provided around the P-side bus bar 18 as a distortion detecting means.
  • the photographing device 25 photographs the unevenness of the side surface of the P-side bus bar 18 and measures the amount of distortion by a three-dimensional image.
  • the photographing device 25 may be a laser range finder that detects the shape of an object.
  • the laser range finder includes a laser emitting device and a laser detecting device.
  • a laser range finder irradiates a laser beam from a laser emitting device in a pulse shape, and detects the laser beam reflected by an object and returned by the laser detection device.
  • the laser range finder measures the distance from the laser range finder to the object by using the time from the emission of the laser beam to the reflection on the object and the return.
  • the laser range finder measures the distance between objects using the distance and calculates the unevenness of the surface of the P-side bus bar 18.
  • the photographing device 25 may use a method using ultrasonic waves, a magnetic field, an electric field, or the like, as long as it can detect irregularities or distortions on the surface of the object.
  • the power conversion device can be easily assembled as in the first embodiment. Further, the replacement work of the current detector due to the failure becomes easy. In addition, overcurrent can be detected by non-contact means.
  • FIG. 9 is a plan view of a main part of the inverter unit of the power conversion device according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a side view of a main part of the inverter unit of the power conversion device according to the third embodiment.
  • the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals. The explanation of the relevant part is omitted.
  • the overcurrent detection unit 26 is formed in a U shape.
  • the overcurrent detection unit 26 integrates the strain detection unit 24, the upper magnet 20, and the lower magnet 21.
  • the upper magnet 20 and the lower magnet 21 have an integral structure fixed by an insulating material.
  • the insulating material may be a material that does not shield the magnetic flux between the upper magnet 20 and the lower magnet 21.
  • the insulating material may be a material that is flexible enough that the strain on the surface of the P-side bus bar 18 can be detected by the strain detection unit 24.
  • the strain detection unit 24 is provided on the U-shaped inner surface of the overcurrent detection unit 26.
  • the strain detection unit 24 detects the strain on the surface of the P-side bus bar 18 in contact with the P-side bus bar 18.
  • the power conversion device can be easily assembled as in the first embodiment. Further, the replacement work of the current detector due to the failure becomes easy.
  • FIG. 11 is a circuit diagram of a main part of the power conversion device according to the fourth embodiment.
  • the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals. The explanation of the relevant part is omitted.
  • the inverter unit 8 includes an overcurrent protection unit 27.
  • the overcurrent protection unit 27 includes a PWM circuit 28, an amplifier circuit 29, a comparison circuit 30, and an FET circuit 31.
  • the PWM circuit 28 outputs a signal for opening or closing the circuit between the collector terminal and the emitter terminal of the U-phase lower arm IGBT 10b in the inverter operation of the inverter unit 8.
  • the amplifier circuit 29 receives the input of the signal output by the U-phase arm current detection unit 13. The amplifier circuit 29 amplifies the signal.
  • the comparison circuit 30 includes a reference voltage source 30a and a comparator circuit 30b.
  • the reference voltage source 30a outputs a reference voltage.
  • the reference voltage value of the reference voltage source 30a is defined as the reference voltage value Vref.
  • the comparator circuit 30b is a circuit using an operational amplifier.
  • the input terminal (-) of the comparator circuit 30b is connected to the output terminal of the reference voltage source 30a.
  • the input terminal (+) of the comparator circuit 30b is connected to the output terminal of the amplifier circuit 29.
  • the comparator circuit 30b compares the voltage value of the signal amplified by the amplifier circuit 29 with the reference voltage value Vref output by the reference voltage source 30a.
  • the comparator circuit 30b may be a circuit that compares and determines two input voltages.
  • the reference voltage value Vref may be input to the input terminal (+) of the comparator circuit 30b, and the signal amplified by the amplifier circuit 29 may be input to the input terminal (-) of the comparator circuit 30b.
  • a voltage inverting circuit may be provided in the output circuit of the comparator circuit 30b.
  • the comparator circuit 30b When the signal amplified by the amplifier circuit 29 is less than the reference voltage value Vref, the comparator circuit 30b outputs the L signal. When the signal amplified by the amplifier circuit 29 is equal to or higher than the reference voltage value Vref, the comparator circuit 30b outputs an H signal.
  • the terminals for external connection of the FET circuit 31 are a drain terminal, a source terminal, and a gate terminal.
  • the gate terminal of the FET circuit 31 is connected to the output terminal of the comparator circuit 30b.
  • the drain terminal of the FET circuit 31 is connected between the gate terminal of the IGBT 10b for the lower arm on the U-phase side and the PWM circuit 28.
  • the opening of the FET circuit 31 is defined as an opening state in the electrical connection between the drain terminal and the source terminal when the gate terminal of the FET circuit 31 is an L signal.
  • the closed circuit of the FET circuit 31 is defined as a closed circuit state in the electrical connection between the drain terminal and the source terminal when the gate terminal of the FET circuit 31 is an H signal.
  • the output of the comparator circuit 30b is an H signal
  • the H signal is input to the gate terminal of the FET circuit 31. Therefore, even if the output of the PWM circuit 28 is an H signal, the input of the gate terminal of the U-phase lower arm IGBT 10b is an L signal. As a result, in the U-phase IGBT module 10, the path between the collector terminal and the emitter terminal of the U-phase lower arm IGBT 10b is closed.
  • the overcurrent protection unit 27 can be formed by the signal from the U-phase arm current detection unit 13, and the power conversion device can be protected from the overcurrent.
  • the power conversion device according to the present invention can be used in an elevator system.

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Abstract

組み立て作業を容易にすることができる電力変換装置を提供する。電力変換装置は、ブスバーの通電方向と平行にして前記ブスバーを挟むように対向した一対の磁石部と、前記ブスバーに流れる電流と前記一対の磁石部の磁束とにより前記ブスバーが歪んだ際に当該ブスバーの歪み量を検出する歪み検出部と、を備えた。当該構成によれば、歪み検出部は、ブスバーに流れる電流と一対の磁石部の磁束とによりブスバーが歪んだ際に当該ブスバーの歪み量を検出する。このため、電力変換装置の組み立て作業を容易にすることができる。

Description

電力変換装置
　この発明は、電力変換装置に関する。
　特許文献１は、電力変換装置を開示する。当該電力変換装置において、過電流検出器は、過剰な負荷、短絡等が発生した場合に流れる過電流を検出する。その結果、整流用ダイオード、回生用トランジスタ等を保護し得る。
日本特開平１０－２３９３６０号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の過電流検出装置においては、電線に流れる電流により発生した磁界を磁性体コアのギャップ内に配置されたホール素子に検出し、当該磁界の大きさを電圧値に変換する必要がある。この際、電流検出器の磁性体コアに電線を貫通させる必要がある。このため、電力変換装置の組み立て作業が複雑になる。
　この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、組み立て作業を容易にすることができる電力変換装置を提供することである。
　この発明に係る電力変換装置は、ブスバーの通電方向と平行にしてブスバーを挟むように対向した一対の磁石部と、ブスバーに流れる電流と一対の磁石部の磁束とによりブスバーが歪んだ際に当該ブスバーの歪み量を検出する歪み検出部と、を備えた。
　この発明によれば、歪み検出部は、ブスバーに流れる電流と一対の磁石部の磁束とによりブスバーが歪んだ際に当該ブスバーの歪み量を検出する。このため、電力変換装置の組み立て作業を容易にすることができる。
実施の形態１における電力変換装置が適用されるエレベータシステムの構成図である。 実施の形態１における電力変換装置のインバータユニットの構成図である。 実施の形態１における電力変換装置のインバータユニットの要部の正面図である。 実施の形態１における電力変換装置のインバータユニットの要部の側面図である。 実施の形態１における電力変換装置のインバータユニットの要部の正面図である。 実施の形態１における電力変換装置のインバータユニットの要部の側面図である。 実施の形態２における電力変換装置のインバータユニットの要部の正面図である。 実施の形態２における電力変換装置のインバータユニットの要部の側面図である。 実施の形態３における電力変換装置のインバータユニットの要部の平面図である。 実施の形態３における電力変換装置のインバータユニットの要部の側面図である。 実施の形態４における電力変換装置の要部の回路図である。
　この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
実施の形態１．
　図１は実施の形態１における電力変換装置が適用されるエレベータシステムの構成図である。
　図１のエレベータシステムにおいて、図示されない昇降路は、図示されない建築物の各階を貫く。複数の乗場１の各々は、建築物の各階に設けられる。複数の乗場１の各々は、昇降路に対向する。
　例えば、巻上機２は、図示されない機械室に設けられる。例えば、巻上機２は、昇降路の上部に設けられる。巻上機２は、昇降路の下部に設けられることもある。主ロープ３は、巻上機２に巻き掛けられる。
　かご４は、昇降路の内部に設けられる。かご４は、主ロープ３の一側に吊るされる。釣合おもり５は、昇降路の内部に設けられる。釣合おもり５は、主ロープ３の他側に吊るされる。
　例えば、制御盤６は、機械室に設けられる。例えば、制御盤６は、昇降路の上部に設けられる。制御盤６は、昇降路の下部に設けられることもある。制御盤６は、コンバータユニット７とインバータユニット８とを備える。コンバータユニット７とインバータユニット８とは、同様の内部構成を備える。
　コンバータユニット７は、交流電源９からの交流電力を直流電力に変換する。インバータユニット８は、コンバータユニット７からの直流電力を交流電力に変換する。
　巻上機２は、インバータユニット８からの交流電力により回転する。主ロープ３は、巻上機２の回転に追従して移動する。かご４と釣合おもり５とは、主ロープ３の移動に追従して互いに反対方向に昇降する。
　次に、図２を用いて、インバータユニット８を説明する。
　図２は実施の形態１における電力変換装置のインバータユニット８の構成図である。
　図２に示されるように、インバータユニット８は、Ｕ相用ＩＧＢＴモジュール１０とＶ相用ＩＧＢＴモジュール１１とＷ相用ＩＧＢＴモジュール１２とＵ相アーム用電流検出部１３とＶ相アーム用電流検出部１４とＷ相アーム用電流検出部１５と主回路入力側電流検出部１６と主回路出力側電流検出部１７とを内蔵する。
　ここで、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）は、電圧駆動型半導体と定義される。ＩＧＢＴは、外部接続用の端子として、コレクタ端子とエミッタ端子とゲート端子とを備える。
　Ｕ相用ＩＧＢＴモジュール１０は、スイッチング素子として、上アーム用ＩＧＢＴ１０ａと下アーム用ＩＧＢＴ１０ｂとを内蔵する。３相交流電圧出力のインバータ動作において、上アーム用ＩＧＢＴ１０ａと下アーム用ＩＧＢＴ１０ｂとは、交互にスイッチング動作する。
　Ｖ相用ＩＧＢＴモジュール１１は、スイッチング素子として、上アーム用ＩＧＢＴ１１ａと下アーム用ＩＧＢＴ１１ｂとを内蔵する。３相交流電圧出力のインバータ動作において、上アーム用ＩＧＢＴ１１ａと下アーム用ＩＧＢＴ１１ｂとは、交互にスイッチング動作する。
　Ｗ相用ＩＧＢＴモジュール１２は、スイッチング素子として、上アーム用ＩＧＢＴ１２ａと下アーム用ＩＧＢＴ１２ｂとを内蔵する。３相交流電圧出力のインバータ動作において、上アーム用ＩＧＢＴ１１ａと下アーム用ＩＧＢＴ１１ｂとは、交互にスイッチング動作する。
　ここで、スイッチング動作は、ＩＧＢＴのコレクタ端子とエミッタ端子との間の電気的な接続に対する閉路または開路を行う動作と定義される。
　Ｕ相アーム用電流検出部１３は、Ｕ相用ＩＧＢＴモジュール１０に流れ込む電流を検出する。例えば、スイッチング動作の過渡状態により上アーム用ＩＧＢＴ１０ａと下アーム用ＩＧＢＴ１０ｂのコレクタ端子とエミッタ端子とが閉路した場合、Ｕ相アーム用電流検出部１３は、Ｐ側からＮ側に流れる過電流を検出する。
　Ｖ相アーム用電流検出部１４は、Ｖ相用ＩＧＢＴモジュール１１に流れ込む電流を検出する。例えば、スイッチング動作の過渡状態により上アーム用ＩＧＢＴ１１ａと下アーム用ＩＧＢＴ１１ｂのコレクタ端子とエミッタ端子とが閉路した場合、Ｖ相アーム用電流検出部１４は、Ｐ側からＮ側に流れる過電流を検出する。
　Ｗ相アーム用電流検出部１５は、Ｗ相用ＩＧＢＴモジュール１２に流れ込む電流を検出する。例えば、スイッチング動作の過渡状態により上アーム用ＩＧＢＴ１２ａと下アーム用ＩＧＢＴ１２ｂのコレクタ端子とエミッタ端子とが閉路した場合、Ｗ相アーム用電流検出部１５は、Ｐ側からＮ側に流れる過電流を検出する。
　ここで、過渡状態は、ＩＧＢＴにおけるコレクタ端子とエミッタ端子との間の電気的な接続が閉路から開路までの状態となる期間または開路から閉路までの状態となる期間と定義される。
　主回路入力側電流検出部１６は、Ｕ相用ＩＧＢＴモジュール１０とＶ相用ＩＧＢＴモジュール１１とＷ相用ＩＧＢＴモジュール１２とに流れ込む過電流を検出する。主回路出力側電流検出部１７は、Ｕ相用ＩＧＢＴモジュール１０とＶ相用ＩＧＢＴモジュール１１とＷ相用ＩＧＢＴモジュール１２とから流れ出る過電流を検出する。主回路出力側電流検出部１７は、Ｎ相側に設けられることもある。
　次に、図３と図４とを用いて、インバータユニット８の要部を説明する。
　図３は実施の形態１における電力変換装置のインバータユニット８の要部の正面図である。図４は実施の形態１における電力変換装置のインバータユニット８の要部の側面図である。
　図３と図４とに示されるように、インバータユニット８は、Ｐ側用ブスバー１８とＮ側用ブスバー１９とを備える。ここで、Ｐ側用ブスバー１８とＮ側用ブスバー１９とのように、電力配線用として電流を流すために使用される導体材料は、ブスバーと定義される。
　Ｕ相用ＩＧＢＴモジュール１０とＶ相用ＩＧＢＴモジュール１１とＷ相用ＩＧＢＴモジュール１２との上アーム用のコレクタ端子は、Ｐ側用ブスバー１８により接続される。Ｕ相用ＩＧＢＴモジュール１０とＶ相用ＩＧＢＴモジュール１１とＷ相用ＩＧＢＴモジュール１２との下アーム用のエミッタ端子は、Ｎ側用ブスバー１９により接続される。
　Ｕ相アーム用電流検出部１３は、Ｕ相用ＩＧＢＴモジュール１０の内部の上アーム用ＩＧＢＴ１０ａ（図示されず）のコレクタ端子に接続するＰ側用ブスバー１８に設けられる。Ｖ相アーム用電流検出部１４は、Ｖ相用ＩＧＢＴモジュール１１の内部の上アーム用ＩＧＢＴ１１ａ（図示されず）のコレクタ端子に接続するＰ側用ブスバー１８に設けられる。Ｗ相アーム用電流検出部１５は、Ｗ相用ＩＧＢＴモジュール１２の内部の上アーム用ＩＧＢＴ１２ａ（図示されず）のコレクタ端子に接続するＰ側用ブスバー１８に設けられる。
　Ｕ相用ＩＧＢＴモジュール１０の内部の上アーム用ＩＧＢＴ１０ａと下アーム用ＩＧＢＴ１０ｂとが異常な指令により、ＩＧＢＴのコレクタ端子とエミッタ端子との間が閉路した際、Ｐ相からＮ相にＵ相用ＩＧＢＴモジュール１０を通して過電流が流れる。上アーム用ＩＧＢＴ１０ａが閉路から開路し、下アーム用ＩＧＢＴ１０ｂが開路から閉路した際、スイッチング動作が遅れた場合は、Ｐ相からＮ相にＵ相用ＩＧＢＴモジュール１０を通して過電流が流れる。Ｕ相アーム用電流検出部１３は、Ｐ相からＮ相にＵ相用ＩＧＢＴモジュール１０を通して流れる過電流を検出する。
　同様に、Ｖ相アーム用電流検出部１４は、Ｐ相からＮ相にＶ相用ＩＧＢＴモジュール１１を通して流れる過電流を検出する。同様に、Ｗ相アーム用電流検出部１５は、Ｐ相からＮ相にＷ相用ＩＧＢＴモジュール１２を通して流れる過電流を検出する。
　主回路入力側電流検出部１６は、Ｐ相からＮ相にＵ相用ＩＧＢＴモジュール１０とＶ相用ＩＧＢＴモジュール１１と及びＷ相用ＩＧＢＴモジュール１２とを通して流れる過電流を検出する。Ｕ相用ＩＧＢＴモジュール１０とＶ相用ＩＧＢＴモジュール１１とＷ相用ＩＧＢＴモジュール１２との各相においてそれぞれ過電流を検出する方法に比べて、主回路入力側電流検出部１６が用いられることにより、過電流検出部２６の数量が削減される。
　次に、図５と図６とを用いて、インバータユニット８における電流の検出方法を説明する。
　図５は実施の形態１におけるエレベータの電力変換装置のインバータユニットの要部の正面図である。図６は実施の形態１におけるエレベータの電力変換装置のインバータユニットの要部の側面図である。
　図５に示されるように、インバータユニット８は、電流検出部として、上部磁石２０と下部磁石２１と上部絶縁スペーサー２２と下部絶縁スペーサー２３と歪み検出部２４とを備える。
　上部磁石２０と下部磁石２１とは、Ｐ側用ブスバー１８を上下から挟む一対の磁石部である。
　上部絶縁スペーサー２２は、上部磁石２０とＰ側用ブスバー１８との間に取り付けられる。上部絶縁スペーサー２２は、上部磁石２０と金属製のＰ側用ブスバー１８との接触を防止する機能を持つ材料であればよい。下部絶縁スペーサー２３は、下部磁石２１とＰ側用ブスバー１８との間に取り付けられる。下部絶縁スペーサー２３は、下部磁石２１と金属製のＰ側用ブスバー１８との接触を防止する機能を持つ材料であればよい。
　その結果、図６に示されるように、Ｐ側用ブスバー１８は、下側から上側に向かって磁束の影響を受け続ける。この際、図５に示されるように、Ｐ側用ブスバー１８において、電流は、左側から右側に流れる。
　図６において、Ｐ側用ブスバー１８の周囲は、右ねじの法則より反時計方向に磁界が発生する。上部磁石２０と下部磁石２１とによる磁界と反時計方向に発生した磁界とにより、Ｐ側用ブスバー１８の右側において、それぞれの磁界は、下側から上側の方向となる。一方、Ｐ側用ブスバー１８の左側において、それぞれの磁界は、互いに逆方向となる。このため、磁界の大きさが小さくなる。なお、右ねじの法則は、電流と磁束の向きに関する法則であり、電流を右ねじが進む方向に直進させると、磁束が右ねじの回転方向に生じる法則である。
　その結果、図６において、Ｐ側用ブスバー１８は、右側から左側の方向に応力を受け、側面に応力による歪みが発生する。
　Ｐ側用ブスバー１８が受ける応力をＦ［Ｎ］、磁界に対して垂直にある部分のＰ側用ブスバー１８の長さをＬ［ｍ］、Ｐ側用ブスバー１８に流れる電流をＩ［Ａ］、Ｐ側用ブスバー１８が受ける磁束密度をＢ［Ｔ］とすると、Ｆ［Ｎ］＝Ｂ［Ｔ］×Ｌ［ｍ］×Ｉ［Ａ］が成立する。なお、括弧内の記号は、物理量の単位を示す。
　Ｐ側用ブスバー１８の長さＬ［ｍ］とＰ側用ブスバー１８が受ける磁束密度Ｂ［Ｔ］とは、予め設定された値となる。このとき、Ｐ側用ブスバー１８が受ける応力Ｆ［Ｎ］は、Ｐ側用ブスバー１８に流れる電流Ｉ［Ａ］との間において相関関係を持つ。
　歪み検出部２４は、Ｐ側用ブスバー１８が変形した際の応力Ｆ［Ｎ］に対応した歪み量を検出して、Ｐ側用ブスバー１８に流れる電流を電気信号の出力に変換する。歪み検出部２４から得られる電気信号の出力は、Ｐ側用ブスバー１８に流れる電流と相関関係がある。ここで、歪み検出部２４により検出する応力は、歪み力と定義される。
　歪み検出部２４において、Ｐ側用ブスバー１８の表面において、流れる電流に平行なＸ軸方向の応力、Ｘ軸に垂直のＹ軸方向の応力、Ｐ側用ブスバー１８の表面から鉛直方向のＺ軸方向の応力を検出したり、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の合成した応力を利用したりしてもよい。
　歪み検出部２４は、材料に加わる外力に比例して材料が伸びたり縮んだりする変形の量を検出して、電気信号として出力する。歪み検出部２４は、表面が電気的に絶縁された被服により覆われた導電材料の金属線を使用すればよい。
　金属線の電気抵抗の大きさは、断面積に反比例し、長さに比例する。金属線を引っ張ると断面積は減少し、長さは増加する。このため、電気抵抗は大きくなる。逆に、圧縮すると、電気抵抗は小さくなる。
　金属線の伸びまたは縮みは、電気抵抗の変化と一定の定数（ゲージ率）の積により算出される。歪み量を測定したいブスバーに対し、当該金属線を接着すれば、金属体の伸び縮みに従って、金属線も伸び縮みする。このため、当該金属線の電気抵抗の変化を測定することにより伸び縮みにより発生する歪み量が算出される。
　Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相、及びＮ側のそれぞれの電流検出部も同様に設けられる。
　当該電流検出部は、エレベータの電力変換装置以外に、直流送電などの電力関連分野の過電流検出手段としても活用され得る。
　以上で説明した実施の形態１によれば、電力変換装置の部品を組み立てた後に、ブスバーに上部磁石２０と下部磁石２１、及びブスバー側面に歪み検出部２４を組み付けることができる。このため、電流検出器にブスバーを貫通させる必要がない。その結果、電力変換装置を容易に組み立てることができる。さらに、故障に伴う電流検出器の交換作業が容易になる。
実施の形態２．
　図７は実施の形態２における電力変換装置のインバータユニットの要部の正面図である。図８は実施の形態２における電力変換装置のインバータユニットの要部の側面図である。なお、実施の形態１の部分と同一又は相当部分には同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。
　図８において、撮影装置２５は、２次元の画像に加え高さ方向の情報を加えた３次元の画像撮影機能を備える。３次元の画像撮影機能は、２次元を撮影する撮影装置を２個以上用意して、三角測量手段による画像を３次元化して処理する機能でもよい。
　撮影装置２５は、歪み検出手段として、Ｐ側用ブスバー１８の周囲に設けられる。撮影装置２５は、Ｐ側用ブスバー１８の側面の凹凸を撮影して、３次元画像により歪み量を測定する。
　撮影装置２５は、物体の形状を検出するレーザ距離計でもよい。レーザ距離計は、レーザ出射装置とレーザ検出装置とを備える。例えば、レーザ距離計は、レーザ出射装置からレーザ光をパルス状に照射し、物体に反射して帰ってきたレーザ光をレーザ検出装置により検出する。レーザ距離計は、当該レーザ光が出射後、物体に反射して帰ってくるまでの時間を利用して、レーザ距離計から物体までの距離を計測する。レーザ距離計は、当該距離を用いて物体間の距離を計測して、Ｐ側用ブスバー１８の表面の凹凸を算出する。撮影装置２５は、超音波、磁界、電界等を用いた方式でもよく、物体の表面の凹凸または歪みを検出できればよい。
　以上で説明した実施の形態２によれば、実施の形態１と同様に、電力変換装置を容易に組み立てることができる。さらに、故障に伴う電流検出器の交換作業が容易になる。加えて、非接触手段により過電流を検出することができる。
実施の形態３．
　図９は実施の形態３における電力変換装置のインバータユニットの要部の平面図である。図１０は実施の形態３における電力変換装置のインバータユニットの要部の側面図である。なお、実施の形態１の部分と同一又は相当部分には同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。
　過電流検出部２６は、Ｕ字状に形成される。過電流検出部２６は、歪み検出部２４と上部磁石２０と下部磁石２１とを一体化する。
　上部磁石２０と下部磁石２１とは、絶縁材料により固定された一体構造である。絶縁材料は、上部磁石２０と下部磁石２１との磁束を遮蔽しない材料であればよい。絶縁材料は、Ｐ側用ブスバー１８の表面の歪みが歪み検出部２４により検出できる程度に柔軟な材料であればよい。
　歪み検出部２４は、過電流検出部２６のＵ字状の内側表面に設けられる。歪み検出部２４は、Ｐ側用ブスバー１８と接触した状態によりＰ側用ブスバー１８の表面の歪みを検出する。
　以上で説明した実施の形態３によれば、実施の形態１と同様に、電力変換装置を容易に組み立てることができる。さらに、故障に伴う電流検出器の交換作業が容易になる。
実施の形態４．
　図１１は実施の形態４における電力変換装置の要部の回路図である。なお、実施の形態１の部分と同一又は相当部分には同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。
　図１１に示されるように、インバータユニット８は、過電流保護部２７を備える。過電流保護部２７は、ＰＷＭ回路２８と増幅回路２９と比較回路３０とＦＥＴ回路３１とを備える。
　ＰＷＭ回路２８は、インバータユニット８のインバータ動作において、Ｕ相側下アーム用ＩＧＢＴ１０ｂのコレクタ端子とエミッタ端子との間を開路または閉路する信号を出力する。
　増幅回路２９は、Ｕ相アーム用電流検出部１３が出力する信号の入力を受け付ける。増幅回路２９は、当該信号を増幅する。
　比較回路３０は、基準電圧源３０ａとコンパレータ回路３０ｂとを備える。
　基準電圧源３０ａは、基準となる電圧を出力する。ここで、基準電圧源３０ａの基準となる電圧値は、基準電圧値Ｖｒｅｆと定義される。
　例えば、コンパレータ回路３０ｂは、オペアンプを使用した回路である。コンパレータ回路３０ｂの入力端子（－）は、基準電圧源３０ａの出力端子に接続される。コンパレータ回路３０ｂの入力端子（＋）は、増幅回路２９の出力端子に接続される。コンパレータ回路３０ｂは、増幅回路２９により増幅された信号の電圧値と基準電圧源３０ａにより出力された基準電圧値Ｖｒｅｆとを比較する。コンパレータ回路３０ｂは、２つの入力電圧を比較して判定する回路であればよい。
　なお、基準電圧値Ｖｒｅｆがコンパレータ回路３０ｂの入力端子（＋）に入力され、増幅回路２９により増幅された信号がコンパレータ回路３０ｂの入力端子（－）に入力されてもよい。コンパレータ回路３０ｂの出力回路に、電圧の反転回路を用意してもよい。
　増幅回路２９により増幅された信号が基準電圧値Ｖｒｅｆ未満である場合、コンパレータ回路３０ｂは、Ｌ信号を出力する。増幅回路２９により増幅された信号が基準電圧値Ｖｒｅｆ以上である場合、コンパレータ回路３０ｂは、Ｈ信号を出力する。
　ＦＥＴ回路３１の外部接続用の端子は、ドレイン端子とソース端子とゲート端子とである。ＦＥＴ回路３１のゲート端子は、コンパレータ回路３０ｂの出力端子に接続される。ＦＥＴ回路３１のドレイン端子は、Ｕ相側下アーム用ＩＧＢＴ１０ｂのゲート端子とＰＷＭ回路２８との間に接続される。ＦＥＴ回路３１の開路は、ＦＥＴ回路３１のゲート端子がＬ信号である際におけるドレイン端子とソース端子との間の電気的な接続における開路状態と定義される。ＦＥＴ回路３１の閉路は、ＦＥＴ回路３１のゲート端子がＨ信号である際におけるドレイン端子とソース端子の間の電気的な接続における閉路状態と定義される。
　コンパレータ回路３０ｂの出力がＨ信号である場合、当該Ｈ信号は、ＦＥＴ回路３１のゲート端子に入力される。このため、ＰＷＭ回路２８の出力がＨ信号でも、Ｕ相側下アーム用ＩＧＢＴ１０ｂのゲート端子の入力は、Ｌ信号となる。その結果、Ｕ相用ＩＧＢＴモジュール１０において、Ｕ相側下アーム用ＩＧＢＴ１０ｂのコレクタ端子とエミッタ端子のとの間が閉路する。
　以上で説明した実施の形態４によれば、Ｕ相アーム用電流検出部１３からの信号により過電流保護部２７を形成して、電力変換装置を過電流から保護することができる。
　以上のように、この発明に係る電力変換装置は、エレベータシステムに利用できる。
　１　乗場、　２　巻上機、　３　主ロープ、　４　かご、　５　釣合おもり、　６　制御盤、　７　コンバータユニット、　８　インバータユニット、　９　交流電源、　１０　Ｕ相用ＩＧＢＴモジュール、　１０ａ　上アーム用ＩＧＢＴ、　１０ｂ　下アーム用ＩＧＢＴ、　１１　Ｖ相用ＩＧＢＴモジュール、　１１ａ　上アーム用ＩＧＢＴ、　１１ｂ　下アーム用ＩＧＢＴ、　１２　Ｗ相用ＩＧＢＴモジュール、　１２ａ　上アーム用ＩＧＢＴ、　１２ｂ　下アーム用ＩＧＢＴ、　１３　Ｕ相アーム用電流検出部、　１４　Ｖ相アーム用電流検出部、　１５　Ｗ相アーム用電流検出部、　１６　主回路入力側電流検出部、　１７　主回路出力側電流検出部、　１８　Ｐ側用ブスバー、　１９　Ｎ側用ブスバー、　２０　上部磁石、　２１　下部磁石、　２２　上部絶縁スペーサー、　２３　下部絶縁スペーサー、　２４　歪み検出部、　２５　撮影装置、　２６　過電流検出部、　２７　過電流保護部、　２８　ＰＷＭ回路、　２９　増幅回路、　３０　比較回路、　３０ａ　基準電圧源、　３０ｂ　コンパレータ回路、　３１　ＦＥＴ回路

Claims (5)

  1. 　ブスバーの通電方向と平行にして前記ブスバーを挟むように対向した一対の磁石部と、
    　前記ブスバーに流れる電流と前記一対の磁石部の磁束とにより前記ブスバーが歪んだ際に当該ブスバーの歪み量を検出する歪み検出部と、
    を備えた電力変換装置。
  2. 　前記歪み検出部は、前記一対の磁石部との間において前記ブスバーの表面に設けられ、当該ブスバーの表面が変形した際の前記歪み量を検出する請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記歪み検出部は、前記ブスバーの周囲に設けられ、前記ブスバーの表面の画像に基づいて非接触により当該ブスバーの表面が変化した際の前記歪み量を検出する請求項１に記載の電力変換装置。
  4. 　前記一対の前記磁石部と前記歪み検出部とは、一体化された請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
  5. 　前記歪み検出部が前記ブスバーの前記歪み量を検出した際、当該歪み量が予め設定された閾値よりも大きい場合に、前記ブスバーに対応したスイッチング素子を開路する過電流保護部、
    を備えた請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
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