JP6091405B2 - エレベーターかご給電装置 - Google Patents

Description

本発明は、エレベーターかご給電装置に関し、特に昇降行程が大きく制御ケーブルを用いるエレベーターかご給電装置に関するものである。

従来、エレベーターかごへの電力給電には、機械室内の制御盤からエレベーターかごへ接続する制御ケーブル（テールコード）を使用している。制御ケーブルは、電力給電の他に信号伝送も担っており、電力用ケーブル、一般信号用メタル線、光ケーブルのうち一種類以上と、補強用鋼芯とをそれぞれ複数本備えている。制御ケーブルには、可撓性が求められるため、使用される電力用ケーブルは複数の芯線を有し、この芯線１本の断面積は例えば０．７５ｍｍ^２であり、とても小さい。昇降行程が大きいエレベーターにおいて、エレベーターかごで必要な電力を上記のような電力用ケーブルを用いて機械室から給電するためには、電力用ケーブルの芯線を多数並列にして、かつ電力用ケーブルでの電圧降下を抑制しなければならない。

特許文献１には、電力用ケーブルでの電圧降下を抑制するために、制御盤からの送電電圧を高圧化し、エレベーターかご側で負荷（エレベーターかごの各機器）用に降圧分配したエレベーターの乗かご電力伝送方式が記載されている。

また、特許文献２には、エレベーターかごへの電力供給を複数の芯線を有する制御ケーブルで行い、この制御ケーブルに直列に接続された直列補償回路とその直列補償回路を制御する制御回路を備えた電力伝送装置が記載されている。直列補償回路は、制御ケーブルによる電圧降下を補償する補償電圧を、制御ケーブルの相電圧に重畳している。また、直列補償回路への電力供給は、制御ケーブルで行っている。

特開平６−１３５６４５号公報（００１１段〜００１５段、図２） 国際公開ＷＯ２０１２／１２０７０３Ａ１（００１１段〜００１４段、図１）

しかしながら、特許文献１のエレベーターの乗かご電力伝送方式における給電装置では、負荷電力に依存してかご負荷（エレベーターかごの各機器）への入力電圧が変動するため、入力電圧の変動幅が許容値に収まるように電力用ケーブルにおける芯線の数を多めにする必要があった。また、特許文献２の電力伝送装置における給電装置では、直列補償回路への電力供給用に、かご負荷用の電力用ケーブル以外に、他の電力用ケーブルが必要であった。特許文献２の電力伝送装置における給電装置においても、特許文献１のエレベーターの乗かご電力伝送方式における給電装置と同様に、エレベーターかごへ電力を供給する電力用ケーブルにおける芯線の数が多くなる問題があった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、エレベーターかごへ電力を供給する電力用ケーブルにおける芯線の数を従来に比べて低減することを目的とする。

本発明のエレベーターかご給電装置は、電力用ケーブルから送電された入力電力を受電し、入力電力の電圧に電力用ケーブルによる電圧降下を補償した補償電圧を重畳して、かごのかご内負荷に供給電力を供給する直列補償装置を備え、直列補償装置は、かごに設置され、電力用ケーブルから送電された入力電力をかご内負荷に供給するかご給電線と、交流電力を直流電力に変換する整流器と、かご給電線の交流電力を整流器に供給する入力線と、整流器が出力した直流電力を交流電力に逆変換するインバータと、インバータの出力に接続された出力フィルタと、出力フィルタの出力に一次巻線が接続され、かご給電線に二次巻線が直列に接続された直列トランスとを有し、直列補償装置の入力線は、かご給電線における直列トランスの二次巻線の接続部よりもかご内負荷の側に接続されることを特
徴とする。

本発明のエレベーターかご給電装置によれば、電力用ケーブルによる電圧降下を補償する電力を供給する直列補償装置の入力線が、かご給電線における直列トランスの二次巻線の接続部よりもかご内負荷の側に接続されたので、エレベーターかごへ電力を供給する電力用ケーブルにおける芯線の数を従来に比べて低減することができる。

本発明の実施の形態１によるエレベーターかご給電装置を示す図である。 図１の電力変換器の回路図である。 図２の出力フィルタの構成例である。 図２の他の出力フィルタの構成例である。 図１の直列補償装置の詳細を示す構成図である。 図５のインバータ電圧指令作成部の詳細を示す構成図である。 図５のゲート信号作成部の詳細を示す構成図である。 図５の直列補償装置制御部の信号と単相フルブリッジインバータの出力の一例を示す図である。 図５の出力フィルタのゲイン特性例を示す図である。 本発明の実施の形態２によるインバータ電圧指令作成部の詳細を示す構成図である。 本発明の実施の形態３によるエレベーターかご給電装置を示す図である。 本発明の実施の形態４によるエレベーターかご給電装置を示す図である。 図１２のかご内負荷の一例を示す図である。 図１２の電力変換器の回路図である。 図１４のＩＧＢＴモジュール１１８ａの回路図である。 図１４のＩＧＢＴモジュール１１８ｂの回路図である。 図１４のインバータ群とインバータとの関係を説明する図である。 図１２の直列補償装置の詳細を示す構成図である。 図１８のインバータ電圧指令作成部の詳細を示す構成図である。 図１９の他の個別電圧指令作成部の構成図である。 図１８のゲート信号作成部の詳細を示す構成図である。

以下に、本発明にかかるエレベーターかご給電装置の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１によるエレベーターかご給電装置を示す図である。エレベーターかご給電装置１００は、系統電源１からエレベーターのかご内負荷５へ給電するものである。系統電源１は、機械室内の制御盤２０に配置されているかご給電の送電部であって、単相４００Ｖ級で送電する。エレベーターかご給電装置１００は、直列補償装置３と、トランス４と、系統電源１からの電力を送電する電力用ケーブル２ａ、２ｂとを備える。電力用ケーブルの符号は、総括的に２を用い、区別して説明する場合に２ａ、２ｂを用いる。制御ケーブルは、前述したように、複数の芯線を有する電力用ケーブル２と図示しない一般信号用ケーブルからなる。機械室からエレベーターかご（適宜、単にかごと称する）への給電は制御ケーブルの中の電力用ケーブル２により行われる。電力用ケーブル２の芯線１本あたりの断面積は例えば０．７５ｍｍ^２といった極めて小さいものであって、給電する電力に応じて多数の芯線が並列されている。電力用ケーブル２は、昇降路程度の長さを持つため、高揚程のエレベーターでは３００ｍ以上になる。なお、エレベーターの仕様によっては昇降路の中間部までは固定ケーブルを用いて配線し、そこから制御ケーブルを用いて、かごまで配線することがあるが、この場合も一般には固定ケーブルの断面積は制御ケーブル内の電力用ケーブル２と同等であるので図１のように考えて差し支えない。

電力用ケーブル２の芯線１本あたりの断面積が小さいために、電力用ケーブル２の商用周波数におけるインピーダンスはほとんどが抵抗成分であって、リアクタンス成分は無視できる範囲である。したがって、かごへの給電に伴い電力用ケーブル２に電流が流れると、その抵抗成分によりかご側では電流値に比例して電圧が低下し、また、損失が電流値の二乗で増加する。

直列補償装置３は、図示しないかごに設置されており、電力用ケーブル２で発生する損失による電圧低下や系統電圧変動を補償する。電圧低下の補償は、電力用ケーブル２から送電された入力電力の電圧に、電力用ケーブル２による電圧降下を補償した補償電圧を重畳するようにする。電力用ケーブル２は、直列補償装置３のかご給電線１０ａ、１０ｂの入力側に接続される。かご給電線１０ａ、１０ｂの出力側はトランス４の一次巻線に接続され、トランス４の二次巻線はかご内負荷５に接続される。図１では、電力用ケーブル２ａが直列補償装置３の入力端子３８ａに接続され、電力用ケーブル２ｂが直列補償装置３の入力端子３８ｂに接続されている。かご給電線１０ａは入力端子３８ａとトランス４の一次巻線を接続し、かご給電線１０ｂは入力端子３８ｂとトランス４の一次巻線を接続する。かご給電線の符号は、総括的に１０を用い、区別して説明する場合に１０ａ、１０ｂを用いる。かご内負荷５は、例えばエアコン、照明器具、ドア開閉用モータなどで、一般に入力電圧は単相２００Ｖ級または１００Ｖ級である。直列補償装置３の出力電圧は４００Ｖ級となるので、トランス４により２００Ｖ級に降圧した後に、かご内負荷５に供給される。なお、かご内負荷５における１００Ｖ級の負荷には２００Ｖ級からさらに降圧し、供給される。

直列補償装置３は、電力変換器６、かご給電線１０、直列トランス７、電力変換器６に電力を供給する入力線８ａ、８ｂ、直列トランス７の二次巻線を短絡するバイパス回路９、直列補償装置制御部３１、図示しない電圧検出器３４、３５（図５参照）を備える。直列トランス７は、電力変換器６の出力に一次巻線、かご給電線１０の１本であるかご給電線１０ａに二次巻線が接続され、電力変換器６とかご給電線１０ａとを電磁誘導により間接的に接続する。入力線の符号は、総括的に８を用い、区別して説明する場合に８ａ、８ｂを用いる。ここで、入力線８は、かご給電線１０の入力側ではなく出力側に接続されている。また、バイパス回路９は、直列補償動作の際は開放しているが、直列補償動作を行わないバイパス運転の際には閉路して直列トランス７の二次巻線を短絡する。バイパス回路９は、例えば電磁接触器と半導体スイッチの並列接続により構成する。この実施の形態では、電力変換器６の異常などが発生した場合に直列トランス７をかご給電線１０から高速に切り離す際に半導体スイッチを閉路し、バイパス運転定常動作の際には電磁接触器を閉路する。

図２は、図１の電力変換器の回路図である。電力変換器６は、入力線８ａ、８ｂから単相交流を入力し、直流電圧を出力するダイオード整流器１６と、入力直流電圧を平滑する平滑コンデンサ１２と、単相フルブリッジインバータ１７と、出力フィルタ１５とを備える。ダイオード整流器１６は、ダイオード１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄにより構成される。単相フルブリッジインバータ１７は、４つのＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと、各々のＩＧＢＴ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと逆並列に接続されたダイオード１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄからなる。単相フルブリッジインバータ１７は、適宜、インバータ１７と称する。出力フィルタ１５は、インバータ出力電圧の高調波成分を除去するものであり、インバータ１７の出力が入力され、直列トランス７の一次巻線に出力する。

ダイオード整流器１６の正極配線２６ａと負極配線２６ｂとの間に、ＩＧＢＴ１３ａ、１３ｂは直列に接続され、同じくＩＧＢＴ１３ｃ、１３ｄも直列接続されており、ＩＧＢＴ１３ａとＩＧＢＴ１３ｂの接続点とＩＧＢＴ１３ｃとＩＧＢＴ１３ｄの接続点がインバータ１７の出力端子である。ＩＧＢＴ１３ａ、１３ｂの接続点と出力フィルタ１５は出力線１８ａで接続され、ＧＢＴ１３ｃ、１３ｄの接続点と出力フィルタ１５は出力線１８ｂで接続される。ＩＧＢＴ１３ａ〜１３ｄは、ＩＧＢＴに限定することはなく、自己消弧型半導体スイッチング素子（スイッチング素子）であればよい。さらに、自己消弧型半導体スイッチング素子が逆導通機能を備える場合には、ダイオード１４ａ〜１４ｄを省略することができるのも自明である。

図３は図２の出力フィルタの構成例であり、図４は図２の他の出力フィルタの構成例である。図３に示した出力フィルタ１５は、リアクトル２１、コンデンサ２２と抵抗２３とを直列接続したものである。直列トランス７へは、コンデンサ２２と抵抗２３とを直列接続したＣＲ直列体の両端が接続される。ＣＲ直列体は直列トランス７に対して並列に接続され、リアクトル２１は直列トランス７に対して直列に接続される。図４に示した出力フィルタ１５は、分割して配置されたリアクトル２４を有する例である。図３、図４の出力フィルタ１５において、場合によっては、抵抗２３は省略できる。出力フィルタ１５の構成は、ローパスフィルタの機能を満たすものならば他の構成をとってもよい。

なお、電力変換器６は、さらに入力線８とダイオード整流器１６の間にＡＣリアクトルを含む場合やダイオード整流器１６と平滑コンデンサ１２の間にＤＣリアクトルを含む場合もある。また、他の形式の整流器を使用することもできる。

次に、実施の形態１における直列補償装置３の動作を説明する。図５は、図１の直列補償装置３の詳細を示す図である。かご給電線１０の入力電圧をＶｉｎ、入力電流をＩｉｎ、かご給電線１０の出力電圧をＶｏｕｔ、出力電流をＩｏｕｔとする。給電線入力電圧Ｖｉｎは、かご給電線１０ａの入力側とかご給電線１０ｂの入力側との間の電圧である。給電線出力電圧Ｖｏｕｔは、かご給電線１０ａの出力側とかご給電線１０ｂの出力側との間の電圧である。かご給電線１０の入力側は直列補償装置３の入力側なので、かご給電線１０の給電線入力電圧Ｖｉｎ、給電線入力電流Ｉｉｎを、適宜、補償装置入力電圧Ｖｉｎ、補償装置入力電流Ｉｉｎと呼ぶことにする。かご給電線１０の出力側は直列補償装置３の出力側なので、かご給電線１０の給電線出力電圧Ｖｏｕｔ、給電線出力電流Ｉｏｕｔを、適宜、補償装置出力電圧Ｖｏｕｔ、補償装置出力電流Ｉｏｕｔと呼ぶことにする。

直列トランス７の二次巻線電圧であるＶ２は、直列補償装置３の補償電圧である。直列補償のため、直列トランス７の二次巻線電流はＩｉｎである。かご給電線１０の入出力電圧の関係は、式（１）のように表すことができる。
Ｖｏｕｔ＝Ｖｉｎ＋Ｖ２ ・・・（１）

直列トランス７の一次巻線電圧であるＶ１は、電力変換器６の出力電圧である。また、
直列トランス７の一次巻線の電流をＩ１としたとき、直列トランス７を理想トランスと捉えると、巻数比Ｎすなわち一次と二次の巻数がＮ：１のとき、式（２）、式（３）の関係が成り立つ。
Ｖ１＝Ｖ２×Ｎ ・・・（２）
Ｉ１＝Ｉｉｎ／Ｎ ・・・（３）

インバータ１７の出力電圧をＶｉｎｖ、インバータ１７の出力電流をＩｉｎｖとする。出力フィルタ１５の入力であるインバータ１７のインバータ出力電圧Ｖｉｎｖ、インバータ出力電流Ｉｉｎｖと、出力フィルタ１５の出力である直列トランス７の一次巻線電圧Ｖ１、一次巻線電流Ｉ１の関係を考える。商用周波数領域では、インバータ出力電圧Ｖｉｎｖと一次巻線電圧Ｖ１はほぼ同じ値とみなすことができ、インバータ出力電流Ｉｉｎｖと一次巻線電流Ｉ１はほぼ同じ値とみなすことができる。直列補償装置３は、直列補償装置制御部３１による制御により、補償装置出力電圧Ｖｏｕｔが所望の値になるよう電力変換器６を運転する。

直列補償装置３は、直列補償装置制御部３１を備えており、直列補償装置制御部３１はインバータ電圧指令作成部３２とゲート信号作成部３３を有している。さらに、入力電圧検出器である電圧検出器３４を用いて給電線入力電圧Ｖｉｎを検出し、母線電圧検出器である電圧検出器３５を用いてインバータ直流母線電圧Ｖｄｃ（平滑コンデンサ１２の電圧）を検出する。

図６は、図５のインバータ電圧指令作成部の詳細を示す構成図である。インバータ電圧指令作成部３２は、位相同期器４１、サイン演算器４２、乗算器４３、減算器４４、増幅器４５を備える。まず、電圧検出器３４によって検出された補償装置入力電圧Ｖｉｎと、補償装置出力電圧Ｖｏｕｔの振幅を制御する指令である電圧振幅指令値Ｖｏｐｒｅｆがインバータ電圧指令作成部３２に入力される。電圧振幅指令値Ｖｏｐｒｅｆは例えば定格系統電圧の振幅値に予め設定しておく。償装置入力電圧Ｖｉｎは位相同期器４１に入力され、補償装置入力電圧Ｖｉｎの位相θが出力される。位相θはサイン演算器４２に入力され、基準波形ｓｉｎθが出力される。乗算器４３によって電圧振幅指令値Ｖｏｐｒｅｆと基準波形ｓｉｎθの積が出力され、これがかご給電線１０の出力電圧指令値Ｖｏｒｅｆとなる。減算器４４は、式（４）のように減算を行い、直列トランス７の一次巻線電圧指令値Ｖ１ｒｅｆを得る。
Ｖ１ｒｅｆ＝Ｖｏｒｅｆ−Ｖｉｎ ・・・（４）

さらに、一次巻線電圧指令値Ｖ１ｒｅｆを増幅器４５でＮ倍すると、インバータ電圧指令値Ｖｉｎｖｒｅｆが得られる。インバータ電圧指令値Ｖｉｎｖｒｅｆがインバータ電圧指令作成部３２の出力となり、ゲート信号作成部３３に入力される。

図７は、図５のゲート信号作成部の詳細を示す構成図である。ゲート信号作成部３３は、除算器５１、増幅器５２、比較器５３ａ、５３ｂ、反転演算器５４ａ、５４ｂを備える。ゲート信号作成部３３には、インバータ電圧指令値Ｖｉｎｖｒｅｆと、電圧検出器３５によって検出されたインバータ直流母線電圧Ｖｄｃと、三角波キャリアＶｔｒｉとが入力され、ＩＧＢＴ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの制御信号であるゲート信号Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄが出力される。ゲート信号Ｇａ〜Ｇｄは、図示しないＩＧＢＴ１３ａ〜１３ｄのゲートドライバへ入力される。ＩＧＢＴ１３ａ〜１３ｄは、対応するゲートドライバを介して制御される。ゲート信号ＧａはＩＧＢＴ１３ａのゲートを制御し、ゲート信号ＧｂはＩＧＢＴ１３ｂのゲートを制御し、ゲート信号ＧｃはＩＧＢＴ１３ｃのゲートを制御し、ゲート信号ＧｄはＩＧＢＴ１３ｄのゲートを制御する。

最初に、除算器５１によりインバータ電圧指令値Ｖｉｎｖｒｅｆがインバータ直流母線電圧Ｖｄｃによって規格化される。除算器５１の除算器出力Ｃａは比較器５３ａで振幅１の三角波キャリアＶｔｒｉと比較され、ＩＧＢＴ１３ａのゲート信号Ｇａが出力される。除算器出力Ｃａが三角波キャリアＶｔｒｉ以上のときゲート信号Ｇａ＝１となりＩＧＢＴ１３ａにオン信号が与えられる。それ以外のときゲート信号Ｇａ＝０となりＩＧＢＴ１３ａにオフ信号が与えられる。その反転パターンである反転演算器５４ａの出力が、ＩＧＢＴ１３ｂのゲート信号Ｇｂとなる。除算器５１の除算器出力Ｃａを増幅器５２で−１倍すると極性が反転した指令値（除算器反転出力Ｃｂ）が出力される。増幅器５２の出力である除算器反転出力Ｃｂは三角波キャリアＶｔｒｉと比較され、ＩＧＢＴ１３ｃのゲート信号Ｇｃが出力される。その反転パターンである反転演算器５４ｂの出力が、ＩＧＢＴ１３ｄのゲート信号Ｇｄとなる。

除算器５１の出力である除算器出力Ｃａが１ならば、ゲート信号Ｇａ、Ｇｄが１となりゲート信号Ｇｂ、Ｇｃが０となる。このときインバータ１７からは式（５）のように、インバータ直流母線電圧Ｖｄｃと同一の電圧が出力される。また、除算器５１の除算器出力Ｃａが−１ならば、ゲート信号Ｇａ、Ｇｄが０となりゲート信号Ｇｂ、Ｇｃが１となる。このときインバータ１７からは式（６）のように、−Ｖｄｃの電圧が出力される。
Ｖｉｎｖ＝Ｖｄｃ ・・・（５）
Ｖｉｎｖ＝−Ｖｄｃ ・・・（６）

図８は、図５の直列補償装置制御部の信号と単相フルブリッジインバータの出力の一例を示す図である。上から一番目はインバータ電圧指令値Ｖｉｎｖｒｅｆであり、二番目は比較器５３ａ、５３ｂの入力波形（除算器出力Ｃａ、除算器反転出力Ｃｂ）と三角波キャリアＶｔｒｉである。図８の三番目はゲート信号Ｇａ、Ｇｃであり、四番目はインバータ出力電圧Ｖｉｎｖである。図８の横軸は時間であり、縦軸は各信号の信号値である。三角波キャリアＶｔｒｉは、規格化されており、信号値が−１から１まで変化する。除算器出力Ｃａ、除算器反転出力Ｃｂは、インバータ電圧指令値Ｖｉｎｖｒｅｆの信号値に応じて信号値が−１より少し大きい値から１より少し小さい値まで変化する。正極配線２６ａと出力線１８ａとに接続されたＩＧＢＴ１３ａのゲート信号Ｇａ、正極配線２６ａと出力線１８ｂとに接続されたＩＧＢＴ１３ｃのゲート信号Ｇｃは、その信号値が０または１の値をとる。インバータ出力電圧Ｖｉｎｖは、時間０ｍｓ〜１０ｍｓまでは電圧値が０Ｖか、インバータ直流母線電圧Ｖｄｃかの値をとる。また、インバータ出力電圧Ｖｉｎｖは、時間１０ｍｓ〜２０ｍｓまでは電圧値が０Ｖか、−Ｖｄｃ（インバータ直流母線電圧Ｖｄｃを−１倍した電圧）かの値をとる。

ゲート信号Ｇａ、Ｇｃは、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）されたＰＷＭパルスである。インバータ電圧指令値Ｖｉｎｖｒｅｆが正弦波であるとき、歪なく出力できるインバータ出力電圧Ｖｉｎｖの振幅は概ねＶｄｃである。このように、ゲート信号作成部３３を使用すると、インバータ出力電圧Ｖｉｎｖの波形は三角波キャリアＶｔｒｉのキャリア周波数の２倍で変調されている、すなわち等価的にキャリア周波数が２倍となっているという利点がある。さらに、インバータ電圧指令値Ｖｉｎｖｒｅｆが０近傍にあっても、ゲート信号Ｇａ〜Ｇｄは規格外の細いパルスを出力することがない。

なお、一般にインバータ１７の動作の際は、ＩＧＢＴ１３ａと１３ｂとの切替の間、ＩＧＢＴ１３ｃとＩＧＢＴ１３ｄとの切替の間に短絡防止期間を設ける。この短絡防止期間に起因する出力電圧誤差を補償する制御をゲート信号作成部３３に含めることができるのは、自明である。

次に、出力フィルタ１５の特性について説明する。図９は、図５の出力フィルタのゲイン特性例を示す図である。周波数が低い領域ではゲインは０ｄＢ、周波数が高い領域ではゲインは負である。ローパスフィルタはゲインが正になる領域を有しないことが望ましいが、実際のフィルタではカットオフ周波数近傍でゲインが正になる領域を有する。インバータ１７の出力電圧については、系統電源１の基本波周波数成分に加えキャリア周波数の整数倍近傍の成分を含む。さらには電源高調波等に起因する低次高調波成分を有することもある。出力フィルタ１５はＰＷＭパルスに伴うキャリア周波数に起因する成分を除去することが主目的であるから、カットオフ周波数の設定についてはキャリア周波数以上の領域においては十分ゲインが低下している必要がある。しかしながら、入力に低次高調波が含まれる可能性があるため、主要な周波数である５次や７次といった周波数において、ゲインが正の大きな値をとらないようにするために、必要以上にカットオフ周波数を下げるべきではない。

次に、直列トランス７の巻数比Ｎの決定方法を説明する。まず、各種損失を考慮せずに見積る。最初に、必要な補償電圧Ｖ２の最大値を決定する。このとき、インバータ出力電圧Ｖｉｎｖの最大値の目安は、補償電圧Ｖ２の最大値のＮ倍である。インバータ出力電圧Ｖｉｎｖの振幅は、インバータ直流母線電圧Ｖｄｃ以下でなくてはならない。インバータ直流母線電圧Ｖｄｃは、入力線８のかご給電線１０側の電圧、すなわち補償装置出力電圧Ｖｏｕｔと入力線８に流れる電流により変化する。例えば電力変換器６の定格運転時に、インバータ直流母線電圧Ｖｄｃは１．３５×Ｖｏｕｔ（ｒｍｓ）程度となる。電力変換器６で発生する損失や直列トランス７で発生する損失と、無効電力とを考慮して、補償装置出力電圧Ｖｏｕｔに余裕をみたうえで巻数比Ｎを大きくとることが望ましい。

エレベーターかご給電装置１００の特徴として、かご内負荷５は回生しないことと、電力用ケーブル２は商用周波数領域において抵抗器とみなせることがある。このため、補償電圧Ｖ２は負となることはなく、さらに補償電力は正の有効電力とみなしてよい。したがって、入力線８からは、補償する有効電力と直列補償装置３で発生する損失を供給しなければならない。直列補償装置３で発生する損失は、直列トランス７の一次電圧が大きいときに一次電流が低減されるため減少すると考えられる。これが巻数比Ｎを大きく設計する理由である。

次に、巻数比Ｎを大きくするためには、インバータ直流母線電圧Ｖｄｃが大きいことが望ましい。このため本実施の形態では、入力線８はかご給電線１０の出力側に接続している。このとき、直列補償装置３が動作することによって、補償装置出力電圧Ｖｏｕｔは４００Ｖ級の定格電圧程度に制御され、インバータ直流母線電圧Ｖｄｃが高く維持できる。これに対し、もし、かご給電線１０の入力側に入力線８を接続したならば（比較例１）、かご給電線１０との接続点の電圧は補償前の低い電圧である補償装置入力電圧Ｖｉｎとなり、インバータ直流母線電圧Ｖｄｃは低下してしまう。あるいは、制御ケーブル内の別の電力用ケーブルを用いて系統電源１から供給したならば（比較例２）、電流が流れることにより電圧降下が発生するためやはりインバータ直流母線電圧Ｖｄｃは低下してしまう。さらに、インバータ直流母線電圧Ｖｄｃの低下を抑制しようとすると、別の電力用ケーブルの芯線の数が多くなってしまう。

エレベーターかご給電装置１００は、直列補償装置３の入力線８をかご給電線１０のかご内負荷５の側に接続することにより、直列補償装置３が動作することによって、インバータ１７のインバータ直流母線電圧Ｖｄｃを高く保つことができる。エレベーターかご給電装置１００は、インバータ１７のインバータ直流母線電圧Ｖｄｃを高く保つことができるので、入力線８に流れる電流を低減できる。したがって、入力線８に入力する電力を供給する電力用ケーブル２の芯線の並列本数を低減できる。

本実施の形態１のエレベーターかご給電装置１００は、直列補償装置３により制御ケーブルの中の電力用ケーブル２の抵抗成分によって低下する電圧を補償して、常に定格電圧近傍の電圧をかご内負荷５に給電することができる。そして、かご給電線１０の出力側の
補償装置出力電圧Ｖｏｕｔが定格電圧近傍の値をとるため、かご内負荷５に所定の電力を入力する際に電力用ケーブル２に流れる電流を低減できる。このことから電力用ケーブル２の芯線の並列数を低減できる。その結果、電力用ケーブル２の芯線の数が減る分だけ、制御ケーブルを構成する芯線の本数を減じたり、軽量化したりする効果も得られる。また、系統電源１の電圧が低下した際にも直列補償装置３により補償装置出力電圧Ｖｏｕｔが定格電圧近傍の値をとるため、電力用ケーブル２に流れる電流を低減できる。したがって上記と同様に、電力用ケーブル２の芯線の並列数を低減できる。その結果、電力用ケーブル２の芯線の本数が減る分だけ、制御ケーブルを構成する芯線の本数を減じたり、軽量化したりする効果も得られる。

また、補償装置出力電圧Ｖｏｕｔが定格電圧近傍の値をとるため、電力用ケーブル２に流れる電流が概ねかご内負荷５の入力電力と直列補償装置３で発生する損失から決定されるようになる。このため、電力用ケーブル２の芯線の必要並列数の見積りが簡単になる。

さらに、補償装置出力電圧Ｖｏｕｔが定格電圧近傍の値をとるため、トランス４は電圧調整用のタップを設ける必要がない。このことにより、トランス４の小型化、軽量化、低価格化が図れる上に、現地でのタップ調整作業が不要になるという効果がある。

実施の形態１のエレベーターかご給電装置１００は、かご給電線１０と入力線８との接続部よりもかご内負荷５の側にトランス４を備え、かご内負荷５の入力電力に応じた電圧に変換するので、電力用ケーブル２による送電電圧を高く設定することができ、この場合には電力用ケーブル２の芯線の並列本数をさらに低減できる。

以上に説明したように、本実施の形態１の直列補償装置３は、電力変換器６への電力を供給する入力線８をかご給電線１０の出力側に接続するようにしたため、接続端の電圧は補償装置入力電圧Ｖｉｎよりも高い電圧である補償装置出力電圧Ｖｏｕｔとなり、常に補償後の定格電圧近傍の値をとる。これにより、平滑コンデンサ１２の電圧すなわちインバータ直流母線電圧Ｖｄｃの低下を抑制でき、直列トランス７の巻数比Ｎを大きく設計することができる。その結果、直列補償装置３の損失が低減され、一層の電力用ケーブル２の芯線の並列数低減が期待できる。

また、実施の形態１の直列補償装置３は、入力線８をかご給電線１０の出力側に接続するようにしたため、入力線８を系統電源１に接続する必要がなく、入力線８を短くすることができる。入力線８を系統電源１に接続しないので、入力線８は電力用ケーブル２と同じものにする必要がない。

また、直列補償装置３の損失低減により、電力変換器６や直列トランス７の小型化、軽量化、低価格化が期待できる。

本実施の形態１のエレベーターかご給電装置１００では、かご内負荷５への入力電力が変動した場合にもかご内負荷５と電力変換器６との両方の入力電圧の変動が小さいため、電力用ケーブル２の芯線の並列数が最小限に低減できるというこれまでにない効果を奏する。

以上のように実施の形態１のエレベーターかご給電装置１００は、電力用ケーブル２から送電された入力電力を受電し、入力電力の電圧に電力用ケーブル２による電圧降下を補償した補償電圧Ｖ２を重畳して、かごのかご内負荷５に供給電力を供給する直列補償装置３を備え、直列補償装置３は、電力用ケーブル２から送電された入力電力をかご内負荷５に供給するかご給電線１０と、交流電力を直流電力に変換する整流器（ダイオード整流器１６）と、かご給電線１０の交流電力を整流器（ダイオード整流器１６）に供給する入力線８と、整流器（ダイオード整流器１６）が出力した直流電力を交流電力に逆変換するインバータ１７と、インバータ１７の出力に接続された出力フィルタ１５と、出力フィルタ１５の出力に一次巻線が接続され、かご給電線１０に二次巻線が直列に接続された直列トランス７とを有し、直列補償装置３の入力線８は、かご給電線１０における直列トランス７の二次巻線の接続部よりもかご内負荷５の側に接続されることを特徴とする。したがって、実施の形態１のエレベーターかご給電装置１００によれば、電力用ケーブル２による電圧降下を補償する電力を供給する直列補償装置３の入力線８が、かご給電線１０における直列トランス７の二次巻線の接続部よりもかご内負荷５の側に接続されたので、エレベーターかごへ電力を供給する電力用ケーブル２における芯線の数を従来に比べて低減することができる。

実施の形態２．
図１０は、本発明の実施の形態２によるインバータ電圧指令作成部の詳細を示す構成図である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。実施の形態２のエレベーターかご給電装置１００は、実施の形態１のエレベーターかご給電装置１００とは、直列補償装置３の直列補償装置制御部３１の構成要素であるインバータ電圧指令作成部３２の内容のみが異なる。図１０のインバータ電圧指令作成部３２は、図６と異なりローパスフィルタ４６を含んでいる。ローパスフィルタ４６は、電圧検出器３４によって検出された補償装置入力電圧Ｖｉｎが入力され、高周波を除去したフィルタ出力電圧Ｖｉｎｆを出力する。

実施の形態２のインバータ電圧指令作成部３２は、減算器４４によって式（７）のように減算を行い、直列トランス７の一次巻線電圧指令値Ｖ１ｒｅｆを得る。
Ｖ１ｒｅｆ＝Ｖｏｒｅｆ−Ｖｉｎｆ ・・・（７）
これにより、補償装置入力電圧Ｖｉｎに高調波が含まれていた場合にも、補償不要な高調波成分を無視してインバータ１７に直列補償装置制御部３１からゲート信号Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄを出力できる。したがって、インバータ１７は、補償不要な高調波成分を除去して、インバータ出力電圧Ｖｉｎｖを出力できる。

例えばローパスフィルタ４６のカットオフ周波数を出力フィルタ１５でゲインが正になる領域をカットするように設定すると、直列補償装置３からの無用な低次高調波発生を回避できる。または、ローパスフィルタ４６のカットオフ周波数を基本波成分だけを抽出するように設定すると、補償装置出力電圧Ｖｏｕｔの基本波成分が所望の値となるよう制御できる。

なお、ここではローパスフィルタ４６を用いて補償装置入力電圧Ｖｉｎの低次成分を抽出することにしているが、基本波成分を検出するようなバンドパスフィルタを用いても構わない。

以上に説明したように、本実施の形態２のエレベーターかご給電装置１００は、インバータ電圧指令作成部３２で補償装置入力電圧Ｖｉｎの高調波成分を除去するので、実施の形態１のエレベーターかご給電装置１００の効果に加えて、インバータ出力電圧Ｖｉｎｖから補償不要な低次高調波成分を除去し、無用な低次高調波発生を回避できる。さらには必要な基本波成分の補償量を確保することができる。

実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３によるエレベーターかご給電装置を示す図である。以下、実施の形態１、実施の形態２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。実施の形態３のエレベーターかご給電装置１００は、実施の形態１のエレベーターかご給電装置１００とは、トランス４を有さない点で異なる。実施の形態３のエレベーターかご給電装置１００では、直列補償装置制御部３１のインバータ電圧指令作成部３２は図６でも図１０でも構わない。

実施の形態３では系統電源１は２００Ｖ級であり、電力用ケーブル２を用いて単相２００Ｖ級で直列補償装置３に送電する。かご内負荷５は、単相２００Ｖ級または単相１００Ｖ級であり、一括して単相２００Ｖ級に降圧するトランス４は不要である。このため、直列補償装置３の直列補償動作中は定格電圧近傍の大きさである補償装置出力電圧Ｖｏｕｔ自体が、かご内負荷５に印加される。

本実施の形態３のエレベーターかご給電装置１００は、直列補償装置３により制御ケーブルの中の電力用ケーブル２の抵抗成分によって低下する電圧を補償して常に定格電圧近傍の電圧である補償装置出力電圧Ｖｏｕｔをかご内負荷５に給電することができる。そして、かご内負荷５に所定の電力を入力する際に電力用ケーブル２に流れる電流を低減できることから電力用ケーブル２の芯線の並列数を低減できる。その結果、電力用ケーブル２の芯線の数が減る分だけ、制御ケーブルを構成する芯線の本数を減じたり、軽量化したりする効果も得られる。また、系統電源１の電圧が低下した際にも直列補償装置３により補償装置出力電圧Ｖｏｕｔが定格電圧近傍の値をとるため、電力用ケーブル２に流れる電流を低減できる。したがって上記と同様に、電力用ケーブル２の芯線の並列数を低減できる。その結果制御ケーブルを構成する芯線の本数を減じたり、軽量化したりする効果も得られる。

また、補償装置出力電圧Ｖｏｕｔが定格電圧近傍の値をとるため、電力用ケーブル２に流れる電流が概ねかご内負荷５の入力電力と直列補償装置３で発生する損失から決定されるようになる。このため、電力用ケーブル２の芯線の必要並列数の見積りが簡単になる。

さらに、補償装置出力電圧Ｖｏｕｔは２００Ｖ級であるため、４００Ｖ級と比較すると同じ電力を得る場合に電力用ケーブル２に流れる電流が大きくなる。このことから、設計上、電力用ケーブル２の電圧定格が上げられない場合に、直列補償装置３により電力用ケーブル２の電圧低下を補償できるので、電力用ケーブル２に流れる電流を低減することができ、電力用ケーブル２の芯線の並列数の低減効果が特に大きくなる。

また、かごに一括で降圧するためのトランス４を搭載する必要がないため、エレベーターかごの軽量化が図れる。

以上に説明したように、本実施の形態３の直列補償装置３は、実施の形態１と同様に電力変換器６への電力を供給する入力線８をかご給電線１０の出力側に接続するようにしたため、接続端の電圧は補償装置出力電圧Ｖｏｕｔとなり、常に補償後の定格電圧近傍の値をとる。これにより、平滑コンデンサ１２の電圧すなわちインバータ直流母線電圧Ｖｄｃの低下を抑制でき、直列トランス７の巻数比Ｎを大きく設計することができる。その結果、直列補償装置３の損失が低減され、２００Ｖ級で送電する場合に、一層の電力用ケーブル２の芯線の並列数低減が期待できる。

また、実施の形態３の直列補償装置３は、実施の形態１と同様に、直列補償装置３の損失低減により、電力変換器６や直列トランス７の小型化、軽量化、低価格化が期待できる。

実施の形態３の直列補償装置３は、実施の形態２のインバータ電圧指令作成部３２を適用した場合には、実施の形態２にかかるエレベーターかご給電装置の効果が得られることは無論である。

本実施の形態３のエレベーターかご給電装置１００は、実施の形態１と同様に、かご内負荷５への入力電力が変動した場合にもかご内負荷５と電力変換器６との両方の入力電圧の変動が小さいため、電力用ケーブル２の芯線の並列数が最小限に低減できるというこれまでにない効果を奏する。

実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４によるエレベーターかご給電装置を示す図である。以下、実施の形態１、実施の形態２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。図１２では、エレベーターかごへの給電を三相で行っているところが図１と異なる。実施の形態１におけるかご内負荷５の必要とする電力が大きい場合は、単相で送電するよりも三相で送電すると帰線が省略できるため有利である。図１における帰線は、電力用ケーブル２の一つである電力用ケーブル２ｂである。

三相交流の場合、直列補償装置３は相毎に補償を行うことになる。実施の形態４によるエレベーターかご給電装置１００における電力用ケーブル２は、直列補償装置３のかご給電線１０の入力側に接続される。かご給電線１０の出力側は、トランス４の一次巻線に接続されトランス４の二次巻線はかご内負荷１０５に接続される。図１２では、電力用ケーブル２ａが直列補償装置３の入力端子３８ａに接続され、電力用ケーブル２ｂが直列補償装置３の入力端子３８ｂに接続され、電力用ケーブル２ｃが直列補償装置３の入力端子３８ｃに接続されている。かご給電線１０ａは入力端子３８ａとトランス４の一次巻線を接続し、かご給電線１０ｂは入力端子３８ｂとトランス４の一次巻線を接続し、かご給電線１０ｃは入力端子３８ｃとトランス４の一次巻線を接続する。電力用ケーブルの符号は、総括的に２を用い、区別して説明する場合に２ａ、２ｂ、２ｃを用いる。かご給電線の符号は、総括的に１０を用い、区別して説明する場合に１０ａ、１０ｂ、１０ｃを用いる。

かごで大電力を必要とするエレベーターにおいては、図１３のように三相のかご内負荷１６２を搭載している場合もある。図１３は、図１２のかご内負荷の一例を示す図である。かご内負荷１０５は、単相２００Ｖ級のかご内負荷１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄ、三相２００Ｖ級のかご内負荷１６２、単相１００Ｖ級のかご内負荷１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃで構成されている。図１３における記号ｒ、ｓ、ｔは、それぞれ三相におけるｒ相、ｓ相、ｔ相を示している。負荷の構成は、図１３に限定されるものではない。図１３のようなかご内負荷１０５は三相負荷だけで構成されているのではないため、運転中は不平衡であることが予想される。図１２において、電力用ケーブル２ａはｒ相であり、電力用ケーブル２ｂはｓ相であり、電力用ケーブル２ｃはｔ相である。

直列補償装置３は、電力変換器１０６、かご給電線１０、直列トランス７ａ、７ｂ、７ｃ、電力変換器１０６に電力を供給する入力線８ａ、８ｂ、８ｃ、直列トランス７ａ、７ｂ、７ｃの二次巻線をそれぞれ短絡するバイパス回路９ａ、９ｂ、９ｃ、直列補償装置制御部１３１、図示しない電圧検出器１３４ａ、１３４ｂ、３５（図１８参照）を備える。直列トランス７ａ、７ｂ、７ｃは、電力変換器１０６の一相分の出力に一次巻線、かご給電線１０の１本に二次巻線が接続される。直列トランス７ａの二次巻線はかご給電線１０ａに接続され、直列トランス７ｂの二次巻線はかご給電線１０ｂに接続され、直列トランス７ｃの二次巻線はかご給電線１０ｃに接続される。入力線の符号は、総括的に８を用い、区別して説明する場合に８ａ、８ｂ、８ｃを用いる。ここで、入力線８は、三相であり、かご給電線１０の入力側ではなく出力側に接続されている。また、バイパス回路９ａ、９ｂ、９ｃは、直列補償動作の際は開放しているが、直列補償動作を行わないバイパス運転の際には閉路して直列トランス７ａ、７ｂ、７ｃのそれぞれの二次巻線を短絡する。バイパス回路９ａ、９ｂ、９ｃは、実施の形態１で説明したものである。

図１４は、図１２の電力変換器の回路図である。図１５は図１４のＩＧＢＴモジュール１１８ａの回路図であり、図１６は図１４のＩＧＢＴモジュール１１８ｂの回路図である。電力変換器１０６は、入力線８ａ、８ｂ、８ｃから三相交流を入力とし、直流電圧を出力するダイオード整流器１１６と、入力直流電圧を平滑する平滑コンデンサ１２と、単相フルブリッジインバータ群１１７と、出力フィルタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃとを備える。ダイオード整流器１１６は、６つのダイオード１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｄ、１１１ｅ、１１１ｆにより構成される。ダイオード整流器１１６の正極配線２６ａ及び負極配線２６ｂにより、ＩＧＢＴモジュール１１８ａ、１１８ｂに直流電力が供給される。単相フルブリッジインバータ群１１７は、２つのＩＧＢＴモジュール１１８ａ、１１８ｂから構成される。ＩＧＢＴモジュール１１８ａは、６つのＩＧＢＴ１１３ａａ、１１３ａｂ、１１３ｂａ、１１３ｂｂ、１１３ｃａ、１１３ｃｂと、各々に逆並列されたダイオード１１４ａａ、１１４ａｂ、１１４ｂａ、１１４ｂｂ、１１４ｃａ、１１４ｃｂからなる。ＩＧＢＴモジュール１１８ｂは、ＩＧＢＴ１１３ａｃ、１１３ａｄ、１１３ｂｃ、１１３ｂｄ、１１３ｃｃ、１１３ｃｄと、各々に逆並列されたダイオード１１４ａｃ、１１４ａｄ、１１４ｂｃ、１１４ｂｄ、１１４ｃｃ、１１４ｃｄからなる。

後述する単相フルブリッジインバータ群１１７と実施の形態１に示した単相フルブリッジインバータ（インバータ）１７の関係を、簡単な図を用いて説明するために、ＩＧＢＴモジュール１１８ａ、１１８ｂの構成を、それぞれ３つのレグ１７ａＵ１、１７ｂＵ１、１７ｃＵ１と３つのレグ１７ａＵ２、１７ｂＵ２、１７ｃＵ２に分ける。レグ１７ａＵ１は、ＩＧＢＴ１１３ａａ、１１３ａｂ、ダイオード１１４ａａ、１１４ａｂを有する。同様に、レグ１７ｂＵ１はＩＧＢＴ１１３ｂａ、１１３ｂｂ、ダイオード１１４ｂａ、１１４ｂｂを有し、レグ１７ｃＵ１はＩＧＢＴ１１３ｃａ、１１３ｃｂ、ダイオード１１４ｃａ、１１４ｃｂを有する。レグ１７ａＵ２は、ＩＧＢＴ１１３ａｃ、１１３ａｄ、ダイオード１１４ａｃ、１１４ａｄを有する。同様に、レグ１７ｂＵ２はＩＧＢＴ１１３ｂｃ、１１３ｂｄ、ダイオード１１４ｂｃ、１１４ｂｄを有し、レグ１７ｃＵ２はＩＧＢＴ１１３ｃｃ、１１３ｃｄ、ダイオード１１４ｃｃ、１１４ｃｄを有する。

単相フルブリッジインバータ群１１７は、実施の形態１に示した単相フルブリッジインバータ（インバータ）１７が３組で構成されていて、各単相フルブリッジインバータ１７の出力は出力フィルタ１５ａ、１５ｂ、１５ｃの入力に接続される。単相フルブリッジインバータ群１１７は、適宜、インバータ群１１７と称する。インバータ群１１７とインバータ１７との関係を、図１７を用いて説明する。図１７は、図１４のインバータ群とインバータとの関係を説明する図である。出力フィルタ１５ａに出力するインバータ１７ａは、レグ１７ａＵ１とレグ１７ａＵ２からなり、すなわち１１３ａａ、１１３ａｂ、１１３ａｃ、１１３ａｄとダイオード１１４ａａ、１１４ａｂ、１１４ａｃ、１１４ａｄを有する。同様に、出力フィルタ１５ｂに出力するインバータ１７ｂは、レグ１７ｂＵ１とレグ１７ｂＵ２からなり、すなわち１１３ｂａ、１１３ｂｂ、１１３ｂｃ、１１３ｂｄとダイオード１１４ｂａ、１１４ｂｂ、１１４ｂｃ、１１４ｂｄを有する。出力フィルタ１５ｃに出力するインバータ１７ｃは、レグ１７ｃＵ１とレグ１７ｃＵ２からなり、すなわち１１３ｃａ、１１３ｃｂ、１１３ｃｃ、１１３ｃｄとダイオード１１４ｃａ、１１４ｃｂ、１１４ｃｃ、１１４ｃｄを有する。インバータの符号は、総括的に１７を用い、区別して説明する場合に１７ａ、１７ｂ、１７ｃを用いる。

図１４では、単相フルブリッジインバータ１７は相毎のバランスを保つため各々ＩＧＢＴモジュール１１８ａとＩＧＢＴモジュール１１８ｂのスイッチ２個ずつで構成しているが、２素子入りモジュールを使用したり、６素子入りモジュールの使用箇所を変更したりしてもかまわないのは無論である。

また、ダイオード整流器１１６と平滑コンデンサ１２は３つのインバータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃに対して共通としているが、これらを個別に配置することもできる。また、入力線８を単相として、ダイオード整流器１１６を単相の整流器とすることもできる。

次に、実施の形態４における直列補償装置３の動作を説明する。図１８は、図１２の直列補償装置の詳細を示す構成図である。かご給電線１０の入力電圧をＶｉｎ、出力電圧をＶｏｕｔとする。かご給電線１０は三相であって、かご給電線１０ａはｒ相、かご給電線１０ｂはｓ相、かご給電線１０ｃはｔ相である。入力線間電圧をＶｉｎｒｓ、Ｖｉｎｓｔ、Ｖｉｎｔｒ、入力相電圧をＶｉｎｒ、Ｖｉｎｓ、Ｖｉｎｔ、出力線間電圧をＶｏｕｔｒｓ、Ｖｏｕｔｓｔ、Ｖｏｕｔｔｓ、出力相電圧をＶｏｕｔｒ、Ｖｏｕｔｓ、Ｖｏｕｔｔとする。

直列トランス７ａ、７ｂ、７ｃの二次巻線電圧であるＶ２ｒ、Ｖ２ｓ、Ｖ２ｔは、直列補償装置３が出力する補償電圧である。直列補償のため、相電圧で扱うことが好ましく、かご給電線１０の入出力電圧の関係は、式（８）、式（９）、式（１０）のように表すことができる。
Ｖｏｕｔｒ＝Ｖｉｎｒ＋Ｖ２ｒ ・・・（８）
Ｖｏｕｔｓ＝Ｖｉｎｓ＋Ｖ２ｓ ・・・（９）
Ｖｏｕｔｔ＝Ｖｉｎｔ＋Ｖ２ｔ ・・・（１０）

このように考えたときは、実施の形態１における単相での給電と同様に、相毎に補償が可能である。電力変換器１０６のインバータ群１１７の出力電圧を、Ｖｉｎｖｒ、Ｖｉｎｖｓ、Ｖｉｎｖｔとする。

直列補償装置３は、直列補償装置制御部１３１を備えており、直列補償装置制御部１３１は、インバータ電圧指令作成部１３２とゲート信号作成部１３３を有している。さらに、電圧検出器１３４ａ、１３４ｂを用いて、入力線間電圧Ｖｉｎｒｓと入力線間電圧Ｖｉｎｓｔを検出し、電圧検出器３５を用いてインバータ直流母線電圧Ｖｄｃ（平滑コンデンサ１２の電圧）を検出する。

図１９は、図１８のインバータ電圧指令作成部の詳細を示す構成図である。実施の形態４のエレベーターかご給電装置１００では、直列補償を相電圧に対して行うが、三相三線式のため、入力電圧は線間電圧としてしか検出することができない。このため、電圧検出器１３４ａ、１３４ｂを用いて検出した入力線間電圧Ｖｉｎｒｓ、Ｖｉｎｓｔを、相電圧変換部１４７で入力相電圧Ｖｉｎｒ、Ｖｉｎｓ、Ｖｉｎｔに変換する。ここでは入力線間電圧として、２つの入力線間電圧Ｖｉｎｒｓ、Ｖｉｎｓｔを検出したが、入力線間電圧は他の相を検出することもでき、また、全ての入力線間電圧Ｖｉｎｒｓ、Ｖｉｎｓｔ、Ｖｉｎｔｒを検出してもよいのは無論である。

個別電圧指令作成部１４８ａ、１４８ｂ、１４８ｃは、図６のインバータ電圧指令作成部３２と同様である。補償装置出力電圧Ｖｏｕｔｒ、Ｖｏｕｔｓ、Ｖｏｕｔｔの振幅を各相共通に制御する指令である電圧振幅指令値Ｖｏｐｒｅｆと、ｒ相の補償装置入力電圧である入力相電圧Ｖｉｎｒを個別電圧指令作成部１４８ａに入力すると、ｒ相のインバータ電圧指令値Ｖｉｎｖｒｒｅｆが出力される。同様に、電圧振幅指令値Ｖｏｐｒｅｆと、ｓ相の補償装置入力電圧である入力相電圧Ｖｉｎｓを個別電圧指令作成部１４８ｂに入力すると、ｓ相のインバータ電圧指令値Ｖｉｎｖｓｒｅｆが出力される。電圧振幅指令値Ｖｏｐｒｅｆと、ｔ相の補償装置入力電圧である入力相電圧Ｖｉｎｔを個別電圧指令作成部１４８ｃに入力すると、ｔ相のインバータ電圧指令値Ｖｉｎｖｔｒｅｆが出力される。図１９では、個別電圧指令作成部１４８ａの内部信号にｒ相を示すようにしており、その内部信号は、位相θｒ、基準波形ｓｉｎθｒ、出力電圧指令値Ｖｏｒｒｅｆ、一次巻線電圧指令値Ｖ１ｒｒｅｆである。個別電圧指令作成部１４８ｂ、１４８ｃの内部信号についても、同様にｓ相、ｔ相示す信号となっている。

なお、個別電圧指令作成部１４８ａ、１４８ｂ、１４８ｃは、実施の形態２の図１０で示したインバータ電圧指令作成部３２と同等の構成でもよい。図２０は、図１９の他の個別電圧指令作成部の構成図であり、実施の形態２のインバータ電圧指令作成部３２相当の構成例を示した。ここで、図１９、図２０では各相の位相θｒ、θｓ、θｔを個別に求めているが、位相θｒを用いて位相θｓ、θｔを求めることもできる。

図２１は、図１８のゲート信号作成部の詳細を示す構成図である。ゲート信号作成部１３３には、３つのインバータ電圧指令値Ｖｉｎｖｒｒｅｆ、Ｖｉｎｖｓｒｅｆ、Ｖｉｎｖｔｒｅｆと、電圧検出器３５によって検出されたインバータ直流母線電圧Ｖｄｃと、三角波キャリアＶｔｒｉとが入力される。個別ゲート信号作成部１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃは、図７のゲート信号作成部３３と同様である。個別ゲート信号作成部１５５ａから、ｒ相のインバータ群１１７のゲート信号Ｇａａ、Ｇａｂ、Ｇａｃ、Ｇａｄが作成される。ゲート信号Ｇａａ、Ｇａｂ、Ｇａｃ、Ｇａｄは、ＩＧＢＴ１１３ａａ、１１３ａｂ、１１３ａｃ、１１３ａｄの制御信号である。

同様に、個別ゲート信号作成部１５５ｂから、ｓ相のインバータのゲート信号Ｇｂａ、Ｇｂｂ、Ｇｂｃ、Ｇｂｄが作成される。ゲート信号Ｇｂａ、Ｇｂｂ、Ｇｂｃ、Ｇｂｄは、ＩＧＢＴ１１３ｂａ、１１３ｂｂ、１１３ｂｃ、１１３ｂｄの制御信号である。個別ゲート信号作成部１５５ｃから、ｔ相のインバータのゲート信号Ｇｃａ、Ｇｃｂ、Ｇｃｃ、Ｇｃｄが作成される。ゲート信号Ｇｃａ、Ｇｃｂ、Ｇｃｃ、Ｇｃｄは、ＩＧＢＴ１１３ｃａ、１１３ｃｂ、１１３ｃｃ、１１３ｃｄの制御信号である。

これらの１２個のゲート信号は、ＩＧＢＴモジュール１１８ａ、１１８ｂのＩＧＢＴを駆動する図示しないゲートドライバに分配される。図２１では、個別ゲート信号作成部１５５ａ、１５５ｂ、１５５ｃに対して共通のインバータ直流母線電圧Ｖｄｃと三角波キャリアＶｔｒｉを使用している。１２個のゲート信号は、実施の形態１で説明した図８と同様の方式を使用する。

なお、機器の構成によりインバータ直流母線電圧Ｖｄｃを検出する検出器を複数有することや、複数の三角波キャリアＶｔｒｉを使用する場合もある。実施の形態４では、ＩＧＢＴモジュール１１８ａ、１１８ｂを用いて、単相のインバータ１７を３セット構成にしているため、ＩＧＢＴモジュール１１８ａ、１１８ｂ毎に別の検出器と三角波キャリアを有する可能性がある。このとき、ＩＧＢＴモジュール１１８ａ、１１８ｂ毎に規格化された指令値やキャリア位相にずれが発生することがあるが、インバータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの出力端子は各々出力電圧指令値Ｖｏｒｒｅｆ、Ｖｏｓｒｅｆ、Ｖｏｔｒｅｆ自体で変調されているため、ずれの影響は小さい。

以上に説明したように、実施の形態４のエレベーターかご給電装置１００は、三相３線でエレベーターかごに給電を行うので、実施の形態１または実施の形態２にかかるエレベーターかご給電装置１００の効果に加えて、かご内負荷１０５の必要とする電力が大きい場合に、すなわちかご内負荷１０５の負荷容量が大きい場合に、単相での給電よりも電力用ケーブル２の芯線の並列数を低減できる。

また、かご内負荷１０５や系統電源１が不平衡である場合にも、実施の形態４の直列補償装置３は、相毎に補償を行うため、出力線間電圧Ｖｏｕｔｒｓ、Ｖｏｕｔｓｔ、Ｖｏｕｔｔｒは定格電圧近傍の値となり、電圧のアンバランスが小さい。このことにより、電力用ケーブル２に流れる電流を必要最小限に維持することができるという効果を奏する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態における各構成を組み合わせたり、実施の形態における各構成を適宜、変形、省略することが可能である。

２、２ａ、２ｂ、２ｃ…電力用ケーブル、３…直列補償装置、４…トランス、５…かご内負荷、７、７ａ、７ｂ、７ｃ…直列トランス、８、８ａ、８ｂ、８ｃ…入力線、１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…かご給電線、１２…平滑コンデンサ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ…ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ…出力フィルタ、１６…ダイオード整流器、１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ…単相フルブリッジインバータ（インバータ）、２６ａ…正極配線、２６ｂ…負極配線、３１…直列補償装置制御部、３２…インバータ電圧指令作成部、３３…ゲート信号作成部、３４…電圧検出器（入力電圧検出器）、３５…電圧検出器（母線電圧検出器）、４６…ローパスフィルタ、１００…エレベーターかご給電装置、１０５…かご内負荷、１１３ａａ、１１３ａｂ、１１３ａｃ、１１３ａｄ、１１３ｂａ、１１３ｂｂ、１１３ｂｃ、１１３ｂｄ、１１３ｃａ、１１３ｃｂ、１１３ｃｃ、１１３ｃｄ…ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１１６…ダイオード整流器、１１７…単相フルブリッジインバータ群（インバータ群）、１３１…直列補償装置制御部、１３２…インバータ電圧指令作成部、１３３…ゲート信号作成部、１３４ａ…電圧検出器（入力電圧検出器）、１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄ…かご内負荷、１６２…かご内負荷、１６３ａ、１６３ｂ、１６３ｃ…かご内負荷、Ｇａ、Ｇｂ、Ｇｃ、Ｇｄ、Ｇａａ、Ｇａｂ、Ｇａｃ、Ｇａｄ、Ｇｂａ、Ｇｂｂ、Ｇｂｃ、Ｇｂｄ、Ｇｃａ、Ｇｃｂ、Ｇｃｃ、Ｇｃｄ…ゲート信号、Ｖ２、Ｖ２ｒ、Ｖ２ｓ、Ｖ２ｔ…二次巻線電圧（補償電圧）、Ｖｄｃ…インバータ直流母線電圧、Ｖｔｒｉ…三角波キャリア、Ｖｉｎ…給電線入力電圧（補償装置入力電圧）、Ｖｏｕｔ…給電線出力電圧（補償装置出力電圧）、Ｖｉｎｒ、Ｖｉｎｓ、Ｖｉｎｔ…入力相電圧（補償装置入力電圧）、Ｖｏｕｔｒ、Ｖｏｕｔｓ、Ｖｏｕｔｔ…出力相電圧（補償装置出力電圧）、Ｖｉｎｆ…フィルタ出力電圧、Ｖｉｎｖｒｅｆ、Ｖｉｎｖｒｒｅｆ、Ｖｉｎｖｓｒｅｆ、Ｖｉｎｖｔｒｅｆ…インバータ電圧指令値、Ｖｏｒｅｆ…出力電圧指令値、Ｖｏｐｒｅｆ…電圧振幅指令値、Ｖ１ｒｅｆ、Ｖ１ｒｒｅｆ…一次巻線電圧指令値、θ、θｒ、θｓ、θｔ…位相。

Claims (7)

1. 複数の芯線を有する電力用ケーブルを用いてエレベーターのかごで使用する電力を送電するエレベーターかご給電装置であって、
   前記電力用ケーブルから送電された入力電力を受電し、前記入力電力の電圧に前記電力用ケーブルによる電圧降下を補償した補償電圧を重畳して、前記かごのかご内負荷に供給電力を供給する直列補償装置を備え、
   前記直列補償装置は、
   前記かごに設置され、
   前記電力用ケーブルから送電された前記入力電力を前記かご内負荷に供給するかご給電線と、交流電力を直流電力に変換する整流器と、前記かご給電線の交流電力を前記整流器に供給する入力線と、前記整流器が出力した直流電力を交流電力に逆変換するインバータと、前記インバータの出力に接続された出力フィルタと、前記出力フィルタの出力に一次巻線が接続され、前記かご給電線に二次巻線が直列に接続された直列トランスとを有し、
   前記直列補償装置の前記入力線は、前記かご給電線における前記直列トランスの二次巻線の接続部よりも前記かご内負荷の側に接続されることを特徴とするエレベーターかご給電装置。
2. 前記直列補償装置は、
   前記整流器の正極配線及び負極配線の間に接続された平滑コンデンサと、前記電力用ケーブルと前記かご給電線との接続部の電圧を検出する入力電圧検出器と、前記平滑コンデンサの両端電圧を検出する母線電圧検出器と、前記インバータを制御する直列補償装置制御部とを備え、
   前記直列補償装置制御部は、
   前記入力電圧検出器により検出された補償装置入力電圧と、前記母線電圧検出器により検出された母線電圧とを用いて、前記補償装置入力電圧に前記補償電圧を重畳した補償装置出力電圧を出力するように前記インバータを制御することを特徴とする請求項１記載のエレベーターかご給電装置。
3. 前記直列補償装置制御部は、
   前記補償装置入力電圧と前記補償装置出力電圧を制御する電圧指令値とに基づいて、前記
   インバータの出力電圧を指令するインバータ電圧指令値を生成するインバータ電圧指令作成部と、
   前記インバータ電圧指令値、前記母線電圧、三角波キャリアに基づいて、前記インバータを構成するスイッチング素子を制御するゲート信号を生成するゲート信号作成部とを有することを特徴とする請求項２記載のエレベーターかご給電装置。
4. 前記インバータ電圧指令作成部は、
   前記補償装置入力電圧の位相と前記補償装置出力電圧を制御する電圧指令値とに基づいて、第１の指令信号を生成し、
   前記第１の指令信号から前記補償装置入力電圧を減算した指令信号により、前記インバータ電圧指令値を生成することを特徴とする請求項３記載のエレベーターかご給電装置。
5. 前記インバータ電圧指令作成部は、
   前記補償装置入力電圧の高調波を除去するフィルタを有し、
   前記第１の指令信号から、前記補償装置入力電圧が前記フィルタを通過したフィルタ出力電圧を減算した指令信号により、前記インバータ電圧指令値を生成することを特徴とする請求項４記載のエレベーターかご給電装置。
6. 前記かご給電線と前記入力線とが接続された接続部よりも前記かご内負荷の側にトランスをさらに備え、
   前記かご内負荷の入力電力に応じた電圧に変換することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のエレベーターかご給電装置。
7. 前記電力用ケーブルは三相交流を送電するケーブルであり、
   前記かご給電線は三相交流を送電するケーブルであり、
   前記直列補償装置は、
   前記かご給電線の相毎に設けられた３つの前記直列トランスを有し、
   各相に対応する前記直列トランスは、対応する相の前記出力フィルタの出力に一次巻線が接続され、対応する相の前記かご給電線に二次巻線が直列に接続され、
   前記整流器に供給する各相に対応した３つの前記入力線は、対応する相の前記かご給電線における前記直列トランスの二次巻線の接続部よりも前記かご内負荷の側に接続され、
   相毎に、前記入力電力の電圧に前記電力用ケーブルによる電圧降下を補償した補償電圧を重畳して、前記かご内負荷に供給電力を供給することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のエレベーターかご給電装置。

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