(57)【要約】【課題】回生用パワー半導体素子の温度リップルを抑制し、回生用パワー半導体素子の寿命を向上させることができるモータ制御装置を得る。【解決手段】電源電力を巻上モータ７に供給するモータ制御装置であって、直流電力と交流電力とを互いに変換するコンバータ４と、巻上モータ７の回生運転時に発生する回生電力を消費する回生電力消費部と、を備え、コンバータ４は、電源電力または巻上モータ７の相数に応じた複数のダイオードモジュール４ａ、４ｂ、４ｃを有し、回生電力消費部は、回生電力を熱として消費する回生抵抗９の通電制御を実行する回生用パワー半導体素子モジュール８を有し、回生用パワー半導体素子モジュール８は、複数のダイオードモジュール４ａ、４ｂ、４ｃの間に配置されている。【選択図】図１
2012188201.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電力をモータに供給するモータ制御装置であって、
直流電力と交流電力とを互いに変換する電力変換部と、
前記モータの回生運転時に発生する回生電力を消費する回生電力消費部と、を備え、
前記電力変換部は、前記電源電力または前記モータの相数に応じた複数の電力変換用パワー半導体素子を有し、
前記回生電力消費部は、前記回生電力を熱として消費する回生抵抗の通電制御を実行する回生用パワー半導体素子を有し、
前記回生用パワー半導体素子は、前記複数の電力変換用パワー半導体素子の間に配置されている
ことを特徴とするモータ制御装置。
【請求項２】
前記複数の電力変換用パワー半導体素子と、前記回生用パワー半導体素子とは、同一ベース板上に配置され、一体化モジュールを構成していることを特徴とする請求項１に記載のモータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えばエレベータのかごを駆動する巻上モータを制御するモータ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエレベータの運転制御装置は、エレベータのかごを駆動するかご駆動モータと、パワー半導体素子（電力変換用パワー半導体素子）を用いてかご駆動モータに対する駆動電気量を制御する電力変換回路と、運転・停止信号に基づいて電力変換回路を制御し、かご駆動モータを制御するエレベータ制御回路と、パワー半導体素子を冷却する冷却ファンとを備え、エレベータ制御回路が、パワー半導体素子における温度リップルを抑制するように、かご駆動モータを停止させる停止期間における冷却ファンの駆動量（駆動時間または駆動速度）を調整している（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来のインバータ電源装置は、引出用導体および素子端子との接続手段を備えたコンバータ装置出力の陽極の素子端子どうしを接続する導体と、引出用導体および素子端子との接続手段を備えたコンバータ装置出力の陰極の素子端子どうしを接続する導体と、回生電力消費回路の一部を構成する回生トランジスタ（回生用パワー半導体素子）に対する引出用導体および素子端子との接続手段を提供する分岐用導体と、を絶縁物体上に配して固定したコンバータ配線銅バーユニットを備えている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９９４６５号公報
【特許文献２】特開平６−１２７８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１に記載されたエレベータの運転制御装置では、電力変換用パワー半導体素子は、冷却ファンによって冷却されるものの、回生用パワー半導体素子の冷却については、何等考慮されていない。そのため、回生用パワー半導体素子について、十分な温度リップルの抑制効果を得ることができず、回生用パワー半導体素子の寿命が短くなるという問題がある。
【０００６】
また、特許文献２に記載されたインバータ電源装置では、回生用パワー半導体素子である回生トランジスタが、電力変換用パワー半導体素子であるダイオードの下側に実装されている（図２参照）。そのため、エレベータのかごの走行（モータの力行運転および回生運転）／停止による回生用パワー半導体素子の温度リップルについて、何等考慮されていないという問題もある。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、回生用パワー半導体素子の温度リップルを抑制し、回生用パワー半導体素子の寿命を向上させることができるモータ制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るモータ制御装置は、電源電力をモータに供給するモータ制御装置であって、直流電力と交流電力とを互いに変換する電力変換部と、モータの回生運転時に発生する回生電力を消費する回生電力消費部と、を備え、電力変換部は、電源電力またはモータの相数に応じた複数の電力変換用パワー半導体素子を有し、回生電力消費部は、回生電力を熱として消費する回生抵抗の通電制御を実行する回生用パワー半導体素子を有し、回生用パワー半導体素子は、複数の電力変換用パワー半導体素子の間に配置されているものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係るモータ制御装置によれば、電力変換部は、電源電力またはモータの相数に応じた複数の電力変換用パワー半導体素子を有し、回生電力消費部は、回生電力を熱として消費する回生抵抗の通電制御を実行する回生用パワー半導体素子を有し、回生用パワー半導体素子は、複数の電力変換用パワー半導体素子の間に配置されている。
そのため、モータの力行運転時に発熱する電力変換用パワー半導体素子と、モータの回生運転時に発熱する回生用パワー半導体素子との配置を最適化することができ、回生用パワー半導体素子の冷却時温度変化が、電力変換用パワー半導体素子の発熱によって緩やかになる。
したがって、回生用パワー半導体素子の温度リップルを抑制し、回生用パワー半導体素子の寿命を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置を含むエレベータ装置を示すブロック構成図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における電力変換用パワー半導体素子および回生用パワー半導体素子を示す実装図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における回生用パワー半導体素子の温度変化を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２に係るモータ制御装置における電力変換用パワー半導体素子および回生用パワー半導体素子を示す実装図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明に係るモータ制御装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
なお、以下の各実施の形態では、このモータ制御装置が、エレベータ装置に適用された場合について説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置を含むエレベータ装置を示すブロック構成図である。図１において、このエレベータ装置は、三相交流電源１、遮断器２、コンタクタ３、コンバータ４（電力変換部）、平滑コンデンサ５、インバータ６、巻上モータ７、回生用パワー半導体素子モジュール８、回生抵抗９、インバータゲートドライバ１０、エレベータ制御回路１１、回生素子制御回路（ヒステリシスコンパレータ）１２および回生素子ゲートドライバ１３を備えている。
【００１３】
遮断器２は、三相交流電源１をオン、オフする。コンタクタ３は、エレベータ制御回路１１からのオン、オフ指令に応じて、エレベータの走行時に投入される。コンバータ４は、三相交流電源１からの三相交流電力を直流電力に変換する。ここで、コンバータ４は、三相交流電源１の各相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）について、それぞれダイオードが２個直列接続されたものが１パッケージに入った２素子入りダイオードモジュール（電力変換用パワー半導体素子）４ａ、４ｂ、４ｃの例を示している。
【００１４】
平滑コンデンサ５は、コンバータ４からの直流電力を平滑化する。インバータ６は、インバータゲートドライバ１０からの指令に応じて、平滑コンデンサ５で平滑化された直流電力を、所望の交流電力に変換し、巻上モータ７を回転駆動する。巻上モータ７は、エレベータのかご（図示せず）を昇降させる。回生用パワー半導体素子モジュール８は、巻上モータ７の回生運転時に発生する回生電力を熱として消費する回生抵抗９の通電制御（スイッチング動作）を実行する。
【００１５】
また、回生用パワー半導体素子モジュール８は、ブレーキ用のモジュールであり、回生素子ゲートドライバ１３からの指令に応じてスイッチング動作を実行するトランジスタ（回生素子）と、フライホイールダイオードとを内蔵している。ここで、回生用パワー半導体素子モジュール８および回生抵抗９により、回生電力を消費する回生電力消費部が構成されている。
【００１６】
インバータゲートドライバ１０は、エレベータ制御回路１１からの駆動指令に応じて、インバータ６内の電力変換用パワー半導体素子（トランジスタ）を駆動する。エレベータ制御回路１１は、外部から入力される運転・停止指令および速度指令に応じて、コンタクタ３にオン、オフ指令を出力するとともに、インバータゲートドライバ１０に駆動指令を出力する。
【００１７】
回生素子制御回路１２は、平滑コンデンサ５の両端電圧が所定値を超えた場合に、回生素子ゲートドライバ１３に対してオン指令を出力し、所定値を下回った場合にオフ指令を出力する。回生素子ゲートドライバ１３は、回生素子制御回路１２からの指令に応じて、回生用パワー半導体素子モジュール８内の回生素子をオン、オフする。
【００１８】
図２（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における電力変換用パワー半導体素子および回生用パワー半導体素子を示す実装図である。図２において、Ｒ、Ｓ、Ｔ、ＢＲ１、ＢＲ２、Ｐ、Ｎは、図１に示した接続端子と同一の接続端子を示している。
【００１９】
また、図２において、放熱フィン２１上には、コンバータ４を構成するダイオードモジュール４ａ、４ｂ、４ｃおよび回生用パワー半導体素子モジュール８が実装されている。ダイオードモジュール４ａ、４ｂ、４ｃおよび回生用パワー半導体素子モジュール８は、それぞれブスバー２２およびブスバー２３と接続されている。ここで、ブスバー２２は、コンバータ直流母線の＋極を構成し、ブスバー２３は、コンバータ直流母線の−極を構成している。
【００２０】
図２（ａ）では、パワー半導体素子モジュールの配列が、上からダイオードモジュール４ａ、４ｂ、回生用パワー半導体素子モジュール８、ダイオードモジュール４ｃとなっており、回生用パワー半導体素子モジュール８が、ダイオードモジュール４ｂとダイオードモジュール４ｃとの間に挟まれて実装されている。なお、図２（ｂ）に示すように、回生用パワー半導体素子モジュール８が、ダイオードモジュール４ａとダイオードモジュール４ｂとの間に挟まれて実装されていてもよい。
【００２１】
以下、図１、２とともに、図３を参照しながら、回生用パワー半導体素子モジュール８の温度変化について説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係るモータ制御装置における回生用パワー半導体素子モジュール８の温度変化を説明するためのタイミングチャートである。図３において、上段はエレベータの運転パターンを示し、下段は、エレベータの運行パターンに応じた回生用パワー半導体素子モジュール８の回生素子直下のベース板温度を、上述した従来技術（特許文献２）のものと比較して示している。
【００２２】
図３より、従来のものでは、巻上モータの回生運転時にのみ回生素子が発熱することにより、回生素子直下のベース板温度が上昇し、巻上モータの力行運転時には、ダイオードモジュールからの熱の影響をあまり受けず、ベース板温度が下降し続ける。そのため、Ｔ１の温度変化を生じる（破線参照）。
【００２３】
これに対して、この発明の実施の形態１のものでは、回生用パワー半導体素子モジュール８が、ダイオードモジュール４ｂとダイオードモジュール４ｃとの間に挟まれて実装されている。そのため、回生用パワー半導体素子モジュール８は、巻上モータ７の力行運転時において、これらのダイオードモジュール４ｂ、４ｃの発熱の影響を受けてやや温度上昇し、回生素子直下のベース板温度は、Ｔ２の温度変化を生じる（実線参照）。
【００２４】
すなわち、回生用パワー半導体素子モジュール８を、ダイオードモジュール４ｂとダイオードモジュール４ｃとの間に配置することにより、温度変化Ｔ２＜Ｔ１となる。これにより、回生用パワー半導体素子モジュール８の冷却時温度変化が、ダイオードモジュール４ｂ、４ｃの発熱によって緩やかになる。そのため、回生用パワー半導体素子モジュール８の半田接合部やワイヤボンド部に加わる繰り返し熱ストレスが軽減され（温度リップルが抑制され）、素子の破損が防止されて寿命が向上する。
【００２５】
なお、回生素子は、スイッチングによるサージ電圧を極力抑制するために、平滑コンデンサ５の近傍に配置されるのが通例である。しかしながら、エレベータの運転によって生じる繰り返し熱ストレスを軽減するためには、サージ電圧を多少犠牲にしても、この発明は有効である。ここで、サージ電圧は、回生素子の近傍に、サージ吸収用スナバ回路を配置することにより、抑制することができる。
【００２６】
以上のように、実施の形態１によれば、電力変換部は、電源電力またはモータの相数に応じた複数の電力変換用パワー半導体素子を有し、回生電力消費部は、回生電力を熱として消費する回生抵抗の通電制御を実行する回生用パワー半導体素子を有し、回生用パワー半導体素子は、複数の電力変換用パワー半導体素子の間に配置されている。
そのため、モータの力行運転時に発熱する電力変換用パワー半導体素子と、モータの回生運転時に発熱する回生用パワー半導体素子との配置を最適化することができ、回生用パワー半導体素子の冷却時温度変化が、電力変換用パワー半導体素子の発熱によって緩やかになる。
したがって、回生用パワー半導体素子の温度リップルを抑制し、回生用パワー半導体素子の寿命を向上させることができる。
【００２７】
なお、実施の形態１では、コンバータ４を構成するダイオードモジュール４ａ、４ｂ、４ｃの間に回生用パワー半導体素子モジュール８を配置する構成とした。しかしながら、これに限定されず、回生用パワー半導体素子モジュール８は、インバータ６（電力変換部）を構成する電力変換用パワー半導体素子の間に配置されてもよい。この場合であっても、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２８】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係るモータ制御装置における電力変換用パワー半導体素子および回生用パワー半導体素子を示す実装図である。図４において、ベース板３１上には、絶縁用のセラミック基板３２を介して、コンバータ４を構成するダイオード素子（電力変換用パワー半導体素子）３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、並びに回生用パワー半導体素子３４およびフライホイールダイオード３５が実装されている。
【００２９】
また、セラミック基板３２上には、導電性の銅パターン３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｆが形成されている。なお、銅パターンの代わりに、銅バーを用いてもよい。銅パターン３６ａは、コンバータ直流母線の＋極を構成し、銅パターン３６ｂは、コンバータ直流母線の−極を構成している。また、銅パターン３６ｃはＲ端子、銅パターン３６ｄはＳ端子、銅パターン３６ｅはＢＲ２端子、銅パターン３６ｆはＴ端子の引き出し部となる。
【００３０】
また、ダイオード素子３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ、回生素子３４およびフライホイールダイオード３５は、それぞれチップ表面から電流を取り出すためのワイヤボンド３７、もしくは、チップ裏面のはんだ付けによって、銅パターン３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄ、３６ｅ、３６ｆと接続されている。
【００３１】
以上のように、実施の形態２によれば、複数の電力変換用パワー半導体素子と、回生用パワー半導体素子とは、同一ベース板上に配置され、一体化モジュールを構成している。
そのため、実施の形態１と同様の効果を得られるとともに、装置の小型化を実現することができる。
【００３２】
なお、実施の形態２では、図４において、回生素子３４およびフライホイールダイオード３５をＡ部（一点鎖線参照）に実装した例、すなわち、上側にＳ相のダイオード素子３３ｂ、３３ｅを配置し、下側にＴ相のダイオード素子３３ｃ、３３ｆを配置した構成を示した。しかしながら、これに限定されず、回生素子３４およびフライホイールダイオード３５をＢ部（破線参照）に実装し、上側にＲ相のダイオード素子３３ａ、３３ｄを配置し、下側にＳ相のダイオード素子３３ｂ、３３ｅを配置してもよい。この場合であっても、上記実施の形態２と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１  三相交流電源、４  コンバータ（電力変換部）、４ａ〜４ｃ  ダイオードモジュール（電力変換用パワー半導体素子）、６  インバータ（電力変換部）、７  巻上モータ、８  回生用パワー半導体素子モジュール（回生用パワー半導体素子）、９  回生抵抗、３１  ベース板、３３ａ〜３３ｆ  ダイオード素子（電力変換用パワー半導体素子）、３４  回生素子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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