(57)【要約】【課題】インバータに設けられる放熱器のさらなる小型化を可能にしてインバータ全体を小型化することができるインバータ装置を提供すること。【解決手段】交流電源１０からの交流電圧を整流して直流電圧を生成する電源部２と、この直流電圧を用いて所望の周波数をもつ交流電圧を生成出力するインバータ回路３とを有したインバータ装置１であって、インバータ回路３に入力される直流電圧の分圧を検出する分圧回路２０と、分圧回路２０が検出した分圧をもとに、インバータ回路のパルス変調信号周波数であるキャリア周波数を可変制御するキャリア周波数制御部２２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電圧を整流して直流電圧を生成する直流電源部と、この直流電圧を用いて所望の周波数をもつ交流電圧を生成出力するインバータとを有したインバータ装置であって、
前記インバータに入力される前記直流電圧あるいは前記直流電圧の分圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段が検出した前記直流電圧あるいは前記分圧をもとに、前記インバータのパルス変調信号周波数であるキャリア周波数を可変制御するキャリア周波数制御手段と、
を備えたことを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記キャリア周波数制御手段は、前記電圧検出手段が検出した前記直流電圧あるいは前記分圧が所定値以上である場合に、前記キャリア周波数を低くする制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源からの交流電圧を整流して直流電圧を生成する直流電源部と、この直流電圧に対してパルス変調を行って所望の周波数をもつ交流電圧を生成出力するインバータとを有したインバータ装置に関し、特に自動販売機内のモータ用電源としてのインバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、モータなどはインバータを用いて回転数制御などが行われる。ここで、インバータは、周囲温度が所定値以上である場合、スイッチング素子に対するパルス変調信号周波数であるキャリア周波数を低下させ、スイッチング動作時のスイッチング損失による温度上昇を少なくするようにしてスイッチング素子を保護している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１４１７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、インバータは、上述したスイッチング損失による温度上昇を抑えるため、スイッチング素子の近傍にヒートシンクなどの放熱器を設けて放熱を行っている。この放熱器は、スイッチング素子の温度上昇が最大（最悪）の状態を考慮して設計され、大きなマージンをもった放熱容量をもつ大きな放熱器を設ける必要がある。この大きな放熱器は、インバータを用いる装置全体の設計自由度を奪うのみではなく、余分なコストもかかるという問題点があった。
【０００５】
ここで、このスイッチング損失は、キャリア周波数のみでなく、インバータへの印加電圧の大小によっても左右され、電源電圧の変動等によりスイッチング損失の起因となるインバータへの印加電圧が大きくなった場合、スイッチング素子から大きな熱を発生することになる。しかし、上述した特許文献１では、スイッチング素子からの熱発生結果である周囲温度が所定値以上となった場合に、キャリア周波数を低下させるようにしているため、スイッチング損失に対する熱対応の応答が遅れる場合があり、この場合、この熱応答の遅れによる熱容量オーバーを考慮して放熱器の放熱容量を大きく設計する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、インバータに設けられる放熱器のさらなる小型化を可能にしてインバータ全体を小型化することができるインバータ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明にかかるインバータ装置は、交流電源からの交流電圧を整流して直流電圧を生成する直流電源部と、この直流電圧を用いて所望の周波数をもつ交流電圧を生成出力するインバータとを有したインバータ装置であって、前記インバータに入力される前記直流電圧あるいは前記直流電圧の分圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段が検出した前記直流電圧あるいは前記分圧をもとに、前記インバータのパルス変調信号周波数であるキャリア周波数を可変制御するキャリア周波数制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかるインバータ装置は、上記の発明において、前記キャリア周波数制御手段は、前記電圧検出手段が検出した前記直流電圧あるいは前記分圧が所定値以上である場合に、前記キャリア周波数を低くする制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、キャリア周波数制御手段が、電圧検出手段が検出した直流電圧あるいは分圧をもとに、インバータのパルス変調信号周波数であるキャリア周波数を可変制御するようにしているので、スイッチング損失によるスイッチング素子の温度上昇に対してこの温度上昇前に迅速な対応が可能となり、温度上昇のオーバーランを考慮しなくてもよいので、インバータに対する放熱器の熱容量をさらに抑え、インバータのさらなる小型化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態であるインバータ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態であるインバータ装置のキャリア周波数制御部によるキャリア周波数制御処理手順を示すフローチャートである。
【図３】図３は、図１に示したキャリア周波数制御部によるキャリア周波数制御処理を示すタイミングチャートである。
【図４】図４は、図１に示したキャリア周波数制御部による他のキャリア周波数制御処理を示すタイミングチャートである。
【図５】図５は、図１に示したインバータ装置を備えた自動販売機の構成を示す側面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に添付図面を参照して、本発明にかかるインバータ装置の実施の形態について説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態であるインバータ装置の構成を示すブロック図である。図１において、このインバータ装置１は、ＡＣ１００Ｖの商用電源である単相交流電源１０と、この交流電源から所望の直流電圧を生成するＡＣ−ＤＣコンバータとして機能する電源部２と、この電源部２から供給される直流電圧をもとに、ＩＧＢＴなどの半導体の複数のスイッチング素子１３を用いて所望の交流電圧を生成するインバータ回路３と、このインバータ回路３を、ドライバ２１を介して制御する制御部Ｃと、を有する。
【００１３】
電源部２は、単相交流電源１０の両端に２個のダイオード１１ａ，１１ｂおよび２個の平滑用のコンデンサ１２ａ，１２ｂを接続して構成された倍電圧整流回路であり、約２８０Ｖの直流電圧を生成する。
【００１４】
インバータ回路３に入力される直流電圧の分圧は、所定値の抵抗などを用いた分圧回路２０によって検出され、この分圧は、制御部Ｃに入力される。制御部Ｃは、キャリア周波数制御部２２を有し、キャリア周波数制御部２２は、分圧が所定値以上である場合に、パルス変調信号周波数であるキャリア周波数を低下させる可変制御を行う。
【００１５】
インバータ回路３から出力された交流電圧は、モータ１４に出力され、モータ１４を所望の回転数に制御する。なお、インバータ回路３には、放熱フィンをもったヒートシンクなどの放熱器１３ａが設けられ、スイッチング素子１３が発する熱を放熱する。
【００１６】
上述したように、インバータ回路３のスイッチング素子１３は、入力される直流電圧をパルス幅変調によるオンオフのデューティで通電率が制御され、そのキャリア周波数は、出力電圧波形にノイズが乗らない程度の高い基準キャリア周波数に設定されている。ここで、スイッチング素子１３は、オンオフ時の電圧立ち上がり、電圧立ち下がり等に過渡現象が生じ、このオンオフ切替によるスイッチング損失が生じる。このために、スイッチング素子１３は、熱を発することになる。したがって、キャリア周波数を低くすることによって、単位時間あたりのスイッチング回数が減少し、結果的にスイッチング素子から発生するスイッチング損失が少なくなり、熱の発生が抑えられる。
【００１７】
ここで、図２に示したフローチャートを参照して、キャリア周波数制御部２２によるキャリア周波数制御処理手順について説明する。図２に示すように、まず、キャリア周波数制御部２２は、分圧回路２０によって検出された分圧が所定値以上であるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。分圧が所定値以上である場合（ステップＳ１０１，Ｙｅｓ）には、基準キャリア周波数よりも低い所定キャリア周波数に変更する設定を行い（ステップＳ１０２）、ステップＳ１０１に移行する。一方、分圧が所定値以上でない場合（ステップＳ１０１，Ｎｏ）には、現在の基準キャリア周波数を維持し、あるいは所定キャリア周波数であった場合に基準キャリア周波数に戻す設定を行い（ステップＳ１０３）、ステップＳ１０１に移行する。
【００１８】
図３を参照して、具体的なキャリア周波数制御について説明すると、分圧回路２０が検出した分圧値が所定値Ｖｔｈを越えた時点ｔ１で基準キャリア周波数ｆ０から、低い周波数の所定キャリア周波数ｆ１に変更され、スイッチング損失を低減する。また、分圧回路２０が検出した分圧値が所定値Ｖｔｈを下まわった時点ｔ２で所定キャリア周波数ｆ１から基準キャリア周波数ｆ０に戻される。基準キャリア周波数ｆ０は、一般に５〜１０ｋＨｚであるが、５ｋＨｚである場合に、所定キャリア周波数ｆ１を４ｋＨｚとしている。
【００１９】
ここで、上述したインバータ回路３に入力される直流電圧は、通常約２８０Ｖであったが、単相交流電源１０に変動がある場合、２０％程度高電圧になる最悪条件を考えると、その直流電圧は、約３４０Ｖになる。この増大した電圧６０Ｖ分がスイッチング損失となり熱となる。従来は、単相交流電源１０の２０％程度の電圧変動を考慮して放熱器１３ａを設計していたため、放熱器１３ａの大きさは通常時の電源電圧に使用するには過大なものになっていた。しかし、この実施の形態では、このスイッチング損失に対応する熱を考慮せずに放熱器を設計することができるため、放熱器１３ａの大きさを小さくすることができる。具体的には、放熱フィンの高さを５０ｍｍから３０ｍｍ程度に低くすることができ、インバータ回路３全体の容積を小さくすることができ、インバータ回路３を用いたインバータ装置１全体の設計の自由度を大きくすることができる。
【００２０】
なお、上述した実施の形態では、分圧値が所定値Ｖｔｈ以上となった場合、キャリア周波数を一律に所定キャリア周波数ｆ１に低下させているが、これに限らず、分圧値Ｖｔｈ以上となった場合、この分圧値に対応してキャリア周波数を低下させるようにしてもよい（図４参照）。たとえば、分圧値とキャリア周波数とが比例関係をもつようにキャリア周波数を順次低下させるようにしてもよい。また、連続的なキャリア周波数の低下のみならず、分圧値に応じて、段階的にキャリア周波数を低下させるようにしてもよい。
【００２１】
この実施の形態では、インバータ回路３に入力され、スイッチング損失の起因となる直流電圧あるいはその分圧を検出してキャリア周波数を制御しているので、スイッチング損失によるスイッチング素子１３の温度上昇に対してこの温度上昇前に迅速な対応が可能となり、温度上昇のオーバーランを考慮しなくてもよいので、放熱器１３ａの熱容量をさらに抑えることができる。
【００２２】
ここで、上述したインバータ装置１を組み込んだ自動販売機について説明する。図５は、自動販売機の内部構造を示す断面側面図である。図５に示すように、本体キャビネット１０１の前面には、外扉１０６及び内扉１０７が設けてある。外扉１０６は、本体キャビネット１０１の前面開口を開閉するためのものであり、内扉１０７は、商品収容庫１０５の前面を開閉するためのものである。この内扉１０７は、上下に分割してあり、上側の扉１０７ａは商品を補充する際に開閉するものである。
【００２３】
商品収容庫１０５には、商品収納ラック１０８、搬出機構１０９及び搬出シュータ１００が設けてある。商品収納ラック１０８は、商品を上下方向に沿って並ぶ態様で収納するためのものである。搬出機構１０９は、商品収納ラック１０８の下部に設けてあり、この商品収納ラック１０８に収納された商品群の最下位にある商品を１つずつ搬出するためのものである。搬出シュータ１００は、搬出機構１０９から搬出された商品を外扉１０６に設けられた商品取出口１０６ａに導くためのものである。
【００２４】
そして搬出シュータ１００の下方域には蒸発器１２４及びヒータＨが配設してある。蒸発器１２４は背面ダクトＤの前面側に配設してあり、機械室１１１に配設された圧縮機１２１、凝縮器１２２、キャピラリーチューブ１２３と冷媒配管１２５を通じて順次接続されて冷凍サイクル１２０を形成している。圧縮機１２１は、吸引口を通じて冷媒を吸引し、吸引した冷媒を圧縮して高温高圧の状態（高温高圧冷媒）にして吐出口より吐出するものである。凝縮器１２２は、通過する冷媒を凝縮させるものである。より詳細に説明すると、圧縮機１２１で圧縮され、かつ吐出口から吐出されて冷媒配管１２５を通じて送出された冷媒を周囲空気と熱交換させて凝縮させるものである。キャピラリーチューブ１２３は、通過する冷媒を減圧して断熱膨張させるものである。
【００２５】
これら冷凍サイクル１２０で冷媒を循環させることにより、圧縮機１２１で圧縮された冷媒が凝縮器１２２で凝縮され、その後にキャピラリーチューブ１２３で断熱膨張されて蒸発器１２４を通過する。冷媒が蒸発器１２４を通過する際に、該蒸発器１２４が配設された商品収容庫１０５の内部空気との間で熱交換が行われて、自身が蒸発して内部空気を冷却する。蒸発した冷媒は圧縮機１２１に吸引される。
【００２６】
冷却された内部空気は庫内送風ファンＦの駆動により商品収容庫１０５の内部を移動し、これにより該商品収容庫１０５の商品収納ラック１０８に収納された商品は所望の温度（例えば５℃）に冷却されることになる。
【００２７】
ヒータＨは、蒸発器１２４の前面側に配設してある。このヒータＨは通電状態となることにより周囲空気を加熱するものである。
【００２８】
ヒータＨにより加熱された空気は、庫内送風ファンＦの駆動により商品収容庫１０５の内部を移動し、これにより該商品収容庫１０５の商品収納ラック１０８に収納された商品は所望の温度（例えば５５℃）に加熱されることになる。
【００２９】
ここで、機械室１１１に配設された圧縮機１２１は、機械室１１１内に配設されたインバータ装置１によって、圧縮機１２１内のモータＭが駆動される。上述したように、インバータ装置１のインバータ回路３は、放熱器１３ａを有しているが、放熱器１３ａの高さが小さく、小型化されたものであるため、インバータ装置１の配置によって、機械室１１１内の配置構成を大きく変更する必要がなくなる。また、インバータ装置１自体の熱発生も抑えられるため、機械室１１１、結果的に自動販売機全体の熱設計も容易となる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように、本発明にかかるインバータ装置は、たとえば、例えば缶入り飲料やペットボトル入り飲料等の商品を販売する自動販売機に有用である。
【符号の説明】
【００３１】
１  インバータ装置
２  電源部
３  インバータ回路
１０  単相交流電源
１１ａ，１１ｂ  ダイオード
１２ａ，１２ｂ  コンデンサ
１３  スイッチング素子
１３ａ  放熱器
２０  分圧回路
２１  ドライバ
２２  キャリア周波数制御部
Ｃ  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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