(57)【要約】【課題】冷却効率がよく、かつエネルギーの損失の小さい電力変換装置る。【解決手段】本発明の電力変換装置は、インバータ回路と、前記インバータ回路に電気的に接続された熱電冷却素子とからなり、前記熱電冷却素子を冷却する冷却装置を備えたものである。また、冷却装置は、ヒートシンクと冷却ファンとを有するものであり、マイクロチャネル冷却装置を有するものである。また、熱電冷却素子の材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、Ｃ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、Ｂｉ２Ｔｅ３、（Ｂｉ，Ｓｂ）２Ｔｅ３、Ｂｉ２（Ｓｅ，Ｔｅ）３、ＺｎＳｂ、ＩｎＳｂ、ＴｉＯ３、ＰｂＴｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅ（ＧａＰ）、ＦｅＳｉ２、（Ｃｕ，Ａｇ）２Ｓｅ、Ｃｅ３Ｔｅ４、Ｌａ３Ｔｅ４、Ｎｄ３Ｔｅ４、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、ＣとＮｉとの合金、ＮｉとＣｒとの合金、Ｎｉ、Ｐｔ、又はＰｔとＲｈとの合金の少なくとも一つである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路と、前記インバータ回路に電気的に接続された熱電冷却素子とからなる電力変換装置において、
前記熱電冷却素子を冷却する冷却装置を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記冷却装置は、ヒートシンクと冷却ファンとを有することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記冷却装置は、マイクロチャネル冷却装置を有することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記熱電冷却素子の材料は、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、Ｃ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、Ｂｉ２Ｔｅ３、（Ｂｉ，Ｓｂ）２Ｔｅ３、Ｂｉ２（Ｓｅ，Ｔｅ）３、ＺｎＳｂ、ＩｎＳｂ、ＴｉＯ３、ＰｂＴｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅ（ＧａＰ）、ＦｅＳｉ２、（Ｃｕ，Ａｇ）２Ｓｅ、Ｃｅ３Ｔｅ４、Ｌａ３Ｔｅ４、Ｎｄ３Ｔｅ４、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、ＣとＮｉとの合金、ＮｉとＣｒとの合金、Ｎｉ、Ｐｔ、又はＰｔとＲｈとの合金の少なくとも一つであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械制御用、電鉄用、電源用、コンピュータ制御用、その他各種電力容量の電力変換器用に使用されている電力変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電力変換装置の電気回路構成は、図３に示すようになっている。このなかで制動トランジスタをオンオフするタイミングのアルゴリズムは、図４に示すようになっている。
図において、３０は制動抵抗、３１は制動トランジスタ、３２は平滑コンデンサ、３３は発電機、３４はコンバータ回路、３５は母線電圧、３６は母線、３７はインバータ回路、３８モータ、３９ａは絶縁アンプ、３９ｂはＡ／Ｄコンバータ、３９ｃはシステムＬＳＩ、３９ｄは熱電冷却素子電源制御回路である。
モータ３８に負荷を接続して速度制御する場合、モータ３８を減速すると、そのモータ３８の負荷に蓄えられた回転エネルギーを電気エネルギーに変換して、元の電源に返して、電力を回生できる。この場合、インバータ回路部３７の上位制御回路部よりモータ３８運転時に急減速の指令が出された場合、モータ３８がその負荷の回転エネルギーを電気エネルギーに変換できるように制御され、このとき得られた回生電流が平滑コンデンサ３２を充電して、母線電圧Ｖ３５を上昇させる。もともと、Ｖは三相交流入力電源電圧で決められた電圧（ＶＡＣ（ｒｍｓ）×２）で充電されるが、この電圧以上に充電され上昇していくと、インバータ回路３７に使用されているトランジスタに耐圧以上の電圧が印加されて破壊に到る可能性が生じる。従って、図４に示すアルゴリズムに従い、母線電圧Ｖ３５を検出して、絶縁アンプ３９ａよりＡ／Ｄコンバーター３９ｂ、システムＬＳＩ３９ｃ、熱電冷却素子電源制御回路３９ｄを介して、母線電圧Ｖ３５があるしきい値Ｖｔｈより大きい場合には制動トランジスタをオン状態にするようにし、回生エネルギーを制動抵抗３０で消費させることによって電圧上昇を抑制する。しかし、余分なエネルギーをすべて制動対抗３０で熱エネルギーとして消費するため、エネルギーの損失になっており、かつ回路全体の温度上昇にも繋がる。
この現象を避ける方法として、図５に示すように、制動抵抗３０を熱電冷却素子５０に置き換えた方法がある（例えば、特許文献１参照）。
図において、５０は熱電冷却素子、５１は制動トランジスタ、５２は平滑コンデンサ、５３は発電機、５４はコンバータ回路、５５は母線電圧、５６は母線、５７はインバータ回路、５８モータ、５９ａは絶縁アンプ、５９ｂはＡ／Ｄコンバータ、５９ｃはシステムＬＳＩ、５９ｄは熱電冷却素子電源制御回路である。このとき、回生エネルギーを利用して熱電冷却素子５０を駆動させて、インバータ回路等から発生する熱を取り去る。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−８４３０２号公報（第５頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱電冷却素子５０の機能は、水の流れに対するポンプの役割と同様に、熱の流れに対するポンプの役割をしているに過ぎず、インバータ回路５７等から発生する熱を、熱電冷却素子５０で吸収しているのではない。したがって、従来例では、インバータ回路５７から発生するスイッチングおよび漏れ電流による熱と、熱電冷却素子５０から発生するジュール熱と、で温度上昇を招くという問題がある。
そこで、本発明はインバータ回路を効率よく冷却しかつエネルギーの損失を最小限にすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、請求項１において、インバータ回路と、前記インバータ回路に電気的に接続された熱電冷却素子とからなる電力変換装置において、前記熱電冷却素子を冷却する冷却装置を備えたものである。
このようになっているため、モータの減速時に発生する回生エネルギーで熱電冷却素子を駆動させることにより、インバータ回路部から発生する熱をヒートシンクに強制的に流れさせ、ヒートシンクに送られてきた熱を冷却ファンの層流で大気中に放出するため、インバータ回路部を効率よく冷却できる。また、これによりエネルギーの損失を最小限に抑えることができる。
請求項２においては、前記熱電冷却素子を冷却する装置に、ヒートシンクと冷却ファンとを有することを特徴とする電力変換装置とするものである。このようになっているため、インバータ回路部を効率よく冷却できる。また、これによりエネルギーの損失を最小限に抑えることができる。
請求項３においては、前記熱電冷却素子を冷却する装置に、マイクロチャネル冷却装置を有することを特徴とする電力変換装置とするものである。このようになっているため、インバータ回路部を効率よく冷却できる。また、これによりエネルギーの損失を最小限に抑えることができる。
請求項４においては、前記熱電冷却素子の材料を、Ｓｉ、Ｇｅ、ＳｉＣ、Ｃ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、Ｂｉ２Ｔｅ３、（Ｂｉ，Ｓｂ）２Ｔｅ３、Ｂｉ２（Ｓｅ，Ｔｅ）３、ＺｎＳｂ、ＩｎＳｂ、ＴｉＯ３、ＰｂＴｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅ（ＧａＰ）、ＦｅＳｉ２、（Ｃｕ，Ａｇ）２Ｓｅ、Ｃｅ３Ｔｅ４、Ｌａ３Ｔｅ４、Ｎｄ３Ｔｅ４、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｗ、ＣとＮｉとの合金、ＮｉとＣｒとの合金、Ｎｉ、Ｐｔ、又はＰｔとＲｈとの合金の少なくとも一つとしたものである。このようになっているため、インバータ回路部を効率よく冷却できる。また、これによりエネルギーの損失を最小限に抑えることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
図１は、本発明の電力変換装置を示す電気回路図、図２は、電力変換装置の側面図である。
図において、１０は熱電冷却素子、１１は制動トランジスタ、１２は平滑コンデンサ、１３は発電機、１４はコンバータ回路、１５は母線電圧、１６は母線、１７はインバータ回路、１８はモータ、１９ａは絶縁アンプ、１９ｂはＡ／Ｄコンバータ、１９ｃはシステムＬＳＩ、１９ｄは熱電冷却素子電源制御回路、１０１はヒートシンク、１０２は冷却ファン、１０３は冷却ファンの電源、２２はインバータ回路および制動トランジスタを含むモジュールである。また、１００はヒートシンク１０１、冷却ファン１０２、電源１０３より構成されている冷却装置である。
モータ１８に負荷を接続して速度制御する場合、モータ１８を減速すると、そのモータ１８の負荷に蓄えられた回転エネルギーを電気エネルギーに変換して、元の電源に返して、電力を回生できる。この場合、インバータ回路１７の上位制御回路部よりモータ１８運転時に急減速の指令が出された場合、モータ１８がその負荷の回転エネルギーを電気エネルギーに変換できるように制御され、このとき得られた回生電流が平滑コンデンサ１２に充電されて、母線電圧Ｖ１５を上昇させる。もともと、Ｖは三相交流入力電源電圧で決められた電圧（ＶＡＣ（ｒｍｓ）×２）で充電されるが、この電圧以上に充電され上昇していくと、インバータ回路１７に使用されているトランジスタに耐圧以上の電圧が印加されて破壊に到る可能性が生じる。この現象を防止するために、母線電圧Ｖ  １５を検出して、絶縁アンプ１９ａよりＡ／Ｄコンバーター１９ｂ、システムＬＳＩ１９ｃ、熱電冷却素子電源制御回路１９ｄを介して、母線電圧Ｖ１５があるしきい値Ｖｔｈより大きい場合には制動トランジスタをオン状態にするようにし、回生エネルギーを熱電冷却素子１０で消費させると共に、回生エネルギーを利用して熱電冷却素子１０を駆動させて、インバータ回路１７および制動トランジスタ１１を含むモジュール２２から発生する熱を、ヒートシンク１０１に強制的に流れさせて、冷却ファン１０２より送られる層流によりヒートシンク１０１に送られてきた熱を大気中に放出することにより、効率よくインバータ回路および制動トランジスタを含むモジュール２２を冷却できる。
【０００７】
【発明の効果】
請求項１記載の電力変換装置によれば、モータの減速時に発生する回生エネルギーで熱電冷却素子を駆動させることにより、インバータ回路部から発生する熱をヒートシンクに強制的に流れさせ、ヒートシンクに送られてきた熱を冷却ファンの層流で大気中に放出するため、インバータ回路部を効率よく冷却できる。また、これによりエネルギーの損失を最小限に抑えることができる。
請求項２記載の電力変換装置によれば、請求項１記載の電力変換装置同様に、インバータ回路部を効率よく冷却できる。また、これによりエネルギーの損失を最小限に抑えることができる。
請求項３記載の電力変換装置によれば、モータの減速時に発生する回生エネルギーで熱電冷却素子を駆動させることにより、インバータ回路部から発生する熱をマイクロチャネル冷却装置に強制的に流れさせて大気中に熱を放出させるため、インバータ回路部を効率よく冷却できる。また、これによりエネルギーの損失を最小限に抑えることができる。
請求項４記載の電力変換装置によれば、効率よい熱電冷却素子を利用して、請求項１、請求項２、請求項３と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電力変換装置を示す電気回路図である。
【図２】図１の電力変換装置を示す側面図である。
【図３】従来の電力変換装置を示す電気回路図である。
【図４】図３における制御アルゴリズムである。
【図５】従来の他の電力変換装置を示す電気回路図である。
【符号の説明】
１０  熱電冷却素子
１１  制動トランジスタ
１２  平滑コンデンサ
１３  発電機
１４  コンバータ回路
１５  母線電圧
１６  母線
１７  インバータ回路
１８  モータ
１９ａ  絶縁アンプ
１９ｂ  Ａ／Ｄコンバータ
１９ｃ  システムＬＳＩ
１９ｄ  熱電冷却素子電源制御回路
１００  冷却装置
１０１  ヒートシンク
１０２  冷却ファン
１０３  冷却ファンの電源
２２  インバータ回路および制動トランジスタを含むモジュール
３０  制動抵抗
３１  制動トランジスタ
３２  平滑コンデンサ
３３  発電機
３４  コンバータ回路
３５  母線電圧
３６  母線
３７  インバータ回路
３８  モータ
３９ａ  絶縁アンプ
３９ｂ  Ａ／Ｄコンバータ
３９ｃ  システムＬＳＩ
３９ｄ  熱電冷却素子電源制御回路
５０  熱電冷却素子
５１  制動トランジスタ
５２  平滑コンデンサ
５３  発電機
５４  コンバータ回路
５５  母線電圧
５６  母線
５７  インバータ回路
５８  モータ
５９ａ  絶縁アンプ
５９ｂ  Ａ／Ｄコンバータ
５９ｃ  システムＬＳＩ
５９ｄ  熱電冷却素子電源制御回路
【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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