(57)【要約】【課題】冷却ファン駆動用電動機駆動用の専用のインバータを設けることなく省エネルギー運転を達成可能なインバータ装置を提供する。【解決手段】交流電圧または直流電圧を入力とし、２乗トルク低減負荷特性を有する負荷機械駆動用の交流電動機２を駆動するための交流を出力する電力変換器１と、電力変換器１用の電力用半導体素子及び全体を制御する制御部６と、電力変換器１を収納する筐体１ａに取り付けられ、電力用半導体素子を冷却するための第１の冷却ファン５ａとで構成する。第１の冷却ファン５ａを駆動する第１のファン駆動電動機５は、電力変換器１の出力に第１の開閉器４を介して接続されている。【選択図】図１
2013021877.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電圧または直流電圧を入力とし、２乗トルク低減負荷特性を有する負荷機械駆動用の交流電動機を駆動するための交流を出力する電力変換器と、
前記電力変換器用の電力用半導体素子及び全体を制御する制御部と、
前記電力変換器を収納する筐体に取り付けられ、前記電力用半導体素子を冷却するための第１の冷却ファンと
を具備し、
前記第１の冷却ファンを駆動する第１のファン駆動電動機は、前記電力変換器の出力に第１の開閉器を介して接続されていることを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記電力変換器の出力と前記第１の開閉器の間に電圧調整用の変圧器を接続したことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
交流電源と前記第１のファン駆動電動機の間に第２の開閉器を設け、
前記第１のファン駆動電動機は、
前記第１の開閉器を投入し、前記第２の開閉器を開放するインバータ運転と、前記第２の開閉器を投入し、前記第１の開閉器を開放する商用電源運転とが切換えられるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記交流電動機が加速中または減速中かを検出する検出手段を有し、
前記交流電動機が加速中または減速中のとき、前記第１のファン駆動電動機を商用電源運転とし、前記交流電動機が加速中または減速中でないとき、前記第１のファン駆動電動機をインバータ運転することを特徴とする請求項３に記載のインバータ装置。
【請求項５】
交流電源から第３の開閉器を介して第２の冷却ファンを駆動する第２のファン駆動電動機を設け、
前記電力用半導体素子は前記第１の冷却ファンによる通風で冷却し、
前記制御部は前記第２の冷却ファンによる通風で冷却するようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項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、交流電動機を駆動するインバータ装置に係わり、特に、２乗低減トルク負荷駆動用のインバータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータ装置は、商用交流あるいは直流の電源を所定の電圧で所定の周波数の交流に変換し、交流電動機を可変速駆動するために使用される。この変換のために電力用半導体素子が使用されるが、この電力用半導体素子で発生する損失による電力用半導体素子の温度上昇を所定値以内に抑えるために、空冷の場合は、これら電力用半導体素子は冷却フィンに取り付けられ、この冷却フィンは、冷却ファンによる風によって冷却される構造になっている。
【０００３】
ここで、交流電動機が駆動する負荷機械が、ファンやポンプ等の所謂２乗低減トルク負荷特性を有する場合、冷却ファン駆動用電動機を商用交流電源で駆動すると、その回転速度は最高速度に近い一定の速度となるため、交流電動機の低速領域では必要以上の風量を与えることになる。このため、電動機駆動用の専用のインバータを設け、例えば冷却フィンに取り付けた温度センサの信号に基づいてこのインバータの周波数を制御することによって省エネルギー運転を行う提案が為されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２５０４９８号公報（全体）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示された手法によれば、冷却フィンの温度が所定値を超えない範囲で冷却ファンの回転数を制御するので木目細かい省エネルギー運転を達成することができるが、冷却ファン駆動用電動機駆動用の専用のインバータを新たに設ける必要があり、初期投資が大きくなるという問題がある。
【０００６】
本発明は，上記問題に鑑みてなされたもので、冷却ファン駆動用電動機駆動用の専用のインバータを設けることなく省エネルギー運転を達成可能な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、本発明のインバータ装置は、交流電圧または直流電圧を入力とし、２乗トルク低減負荷特性を有する負荷機械駆動用の交流電動機を駆動するための交流を出力する電力変換器と、前記電力変換器用の電力用半導体素子及び全体を制御する制御部と、前記電力変換器を収納する筐体に取り付けられ、前記電力用半導体素子を冷却するための第１の冷却ファンとを具備し、前記第１の冷却ファンを駆動する第１のファン駆動電動機は、前記電力変換器の出力に第１の開閉器を介して接続されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、冷却ファン駆動用電動機駆動用の専用のインバータを設けることなく省エネルギー運転を達成可能なインバータ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１に係るインバータ装置の構成図。
【図２】本発明の実施例２に係るインバータ装置の構成図。
【図３】本発明の実施例２に係るインバータ装置の冷却ファン運転制御のフローチャート。
【図４】本発明の実施例３に係るインバータ装置の構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１１】
以下、図１を参照して本発明の実施例１に係るインバータ装置を説明する。図１は本発明の実施例１に係るインバータ装置の構成図であり、図１（ａ）は回路構成図、そして図１（ｂ）はインバータ装置の冷却構造の模式説明図である。
【００１２】
図１（ａ）に示すインバータ装置１０は、ポンプ、ブロワ等の２乗低減トルク特性を有する負荷機械駆動用の交流電動機２を可変速駆動する。交流電源または直流電源から得られる電力は、複数の電力用半導体素子で構成された電力変換器１に与えられる。電源が交流の場合、電力変換器１はマトリクスコンバータまたは入力側にコンバータを有するインバータであり、電源が直流であれば電力変換器１はインバータである。
【００１３】
電力変換器１の出力には、変圧器３が接続され、変圧器３の２次巻線は開閉器４を介して冷却ファン駆動用電動機５に接続されている。そして、制御回路６は電力変換器１内の
電力用半導体素子のオンオフを制御して電力変換器１の出力を制御すると共に、開閉器４を制御して冷却ファン駆動用電動機５を運転制御する。ここで、交流電動機２と冷却ファン駆動用電動機５の定格電圧が同レベルであれば、変圧器３は省略することができる。
【００１４】
図１（ｂ）にはインバータ装置１０の冷却構造を模式的に示す。インバータ装置１０は筐体１０ａに収納される。筐体１０ａの内部には電力用半導体素子を冷却するためのヒートシンクである冷却フィン１ａが電力用半導体素子と一体となって取り付けられている。筐体１０ａ上部には冷却ファン駆動用電動機５で駆動される冷却ファン５ａが取り付けられている。そして冷却フィン１ａを冷却するための冷却風は、筐体１０ａの正面下部に位置し、その裏面に図示しないエアフィルタを備えた吸気口１１から外気を吸引し、冷却フィン１ａと熱交換を行ったあと、筐体１０ａの上部に設けられた排気口１２から盤外に排出される。
【００１５】
以上述べた本発明の実施例１に係るインバータ装置は、交流電動機２の負荷が２乗低減トルク特性を有する負荷機械であるので、その出力が速度の２乗に比例することになる。このため、電力変換器１の損失も略速度の２乗に比例するので、冷却ファン５ａの速度を交流電動機２の速度に略比例して上昇させるようにすれば冷却フィン１ａを適切に冷却できることになる。従って、交流電動機２が低速状態のときの冷却ファン駆動用電動機５の省エネルギー運転を行うことができる。また、交流電動機２が低速状態のときの冷却ファン５ａの騒音を低減することが可能となる。
【実施例２】
【００１６】
図２は本発明の実施例２に係るインバータ装置の構成図である。この実施例２の各部について、図１（ａ）の実施例１に係るインバータ装置の構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、交流電源８によってファン駆動用電動機５を駆動するように切換えるための開閉器７を設けた点である。
【００１７】
実施例１で述べたように、負荷が２乗低減トルク特性を有する負荷機械であればインバータ装置の出力は速度の２乗に比例することになるが、これはあくまで定常状態の特性である。負荷機械の慣性モーメントが大きく、且つ加速あるいは減速に要する時間を短縮したい場合には、電力変換器１は交流電動機２に対して加速トルク乃至減速トルクに見合う電流を供給する必要がある。この場合は定常状態の特性に対し、加速または減速に要する電流が加算されるので、加減速のレートが一定であれば電力変換器１の損失のうち通電による損失は速度に拠らず略一定となる。通常この通電による損失は、電力変換器１の電力用半導体素子をスイッチングするときの損失と共に全体損失に占める比率が高いため、実施例１のままでは加速時または減速時に冷却ファン５ａによる冷却風量が不足し、冷却フィン１ａの温度が規定値を超えてしまう恐れがある。
【００１８】
このため、冷却フィン１ａの温度が規定値を超えてしまう恐れのあるとき、交流電源８から開閉器７を介してファン駆動用電動機５を商用電源の周波数（通常は最高速度）で運転するようにし、定常状態になったとき開閉器７を開放し、開閉器４を投入するようにすれば、加減速を行っている過渡時の冷却を正常に行うと同時に連続運転を行う定常時には目的とする省エネルギー運転を行うことが可能となる。
【００１９】
図３には上記考え方によるインバータ装置の冷却ファン運転制御のフローチャートの一例を示す。
【００２０】
まずインバータ装置１０を運転し、交流電動機２を起動する（ステップＳＴ１）。これと同時にファン駆動用電動機５を商用周波数で運転開始する。即ち、開閉器４は開放し、開閉器７を投入する（ステップＳＴ２）。
【００２１】
次に、インバータ装置１０が加速中または減速中かどうか判定する（ステップＳＴ３）。この判定は、例えば制御装置６に与えられる図示しない速度指令が加速指令または減速指令となっているかどうかによって判定する。そして、加速中または減速中であれば、ファン駆動用電動機５の商用周波数での運転を継続する。
【００２２】
そしてステップＳＴ３で加速中または減速中でなければ、インバータ装置１０が停止かどうかを判定する（ステップＳＴ４）。インバータ装置１０が停止でないときは、開閉器７を開放し、直後に開閉器４を投入してファン駆動用電動機５を電力変換器１の出力で運転するように切換える（ステップＳＴ５）。尚、ファン駆動用電動機５の容量は、交流電動機２の容量に比べて遥かに小さいので上記切換えの擾乱は問題とならない。ステップＳＴ４でインバータ装置１０が停止であれば、開閉器４及び開閉器７を開放してファン駆動用電動機５の運転を停止する（ステップＳＴ６）。停止の判断は、例えば制御装置６に与えられる図示しない停止指令で行う。
【００２３】
上記ステップＳＴ５の状態は定常運転状態であり、交流電動機２を例えば省エネルギーのために速度を下げて運転している状態であれば、ファン駆動用電動機５も同じように省エネルギー運転が行われる。そして、ステップ３Ｔ３及びステップＳＴ４のチェックを繰り返す。ステップＳＴ３で再び加速または減速中と判定されれば、ステップＳＴ２の動作となって、開閉器４を開放してファン駆動用電動機５をインバータ装置の出力から切り離し、開閉器７を投入して再びファン駆動用電動機５の商用周波数での運転に切換える。以下、ステップＳＴ６で停止となるまで上記を繰り返す。
【００２４】
このようにすれば、加減速時の発熱増大に対する冷却を問題なく行いながら定常連続運転時には省エネルギー運転を行うことができる。
【実施例３】
【００２５】
図４は本発明の実施例３に係るインバータ装置の構成図である。この実施例３の各部について、図１の実施例１に係るインバータ装置の構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、図３（ａ）において交流電源８から開閉器９を介して駆動される第２のファン駆動電動機５Ｂを追加した点、図１（ｂ）において、筐体１０ａを変換器盤筐体１０ｂと制御盤筐体１０ｃから構成されるようにし、制御盤筐体１０ｃ側にファン駆動電動機５Ｂで駆動される冷却ファン５ｂを設ける構成とした点である。
【００２６】
図４（ａ）において、電力変換器１の損失については、前述したように略、交流電動機２の速度の２乗に比例して増加するが、制御回路６の損失は交流電動機２の速度に係わらず一定である。このため、実施例１のようにインバータ装置１０内の発熱部品全てをファン駆動電動機５のみで冷却しようとすると、低速領域における冷却が困難となってしまう恐れが生じる。従って、図４（ｂ）に示したように筐体１０ａを変換器盤筐体１０ｂと制御盤筐体１０ｃから構成されるようにして、制御盤筐体１０ｃ内に収納した制御回路６を、ファン駆動電動機５Ｂで駆動される冷却ファン５ｂによる冷却風で冷却するようにすれば効率良く全体を冷却することが可能となる。尚、この場合のファン駆動電動機５Ｂの容量はファン駆動電動機５に比べて遥かに小さいもので良い。
【００２７】
以上本発明のいくつかの実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００２８】
例えば、実施例２における加減速かどうかの検出は、電力変換器１の出力電流或いは交流電動機２の入力電流が運転速度によって定められた所定の値を超えたかどうかによって検出しても良い。
【００２９】
また、実施例３において、固定速度の冷却ファン５ｂによる冷却対象は制御回路以外の発熱部品を含むようにしても良い。更に、実施例３において、筐体１０を必ずしも変換器盤筐体１０ｂと制御盤筐体１０ｃとに分離する必要はなく、筐体１０のまま固定速度の冷却ファン５ｂを追加して設け、通風ダクトや通風制御板を設けて冷却ファン５による冷却フィン１ａ用の冷却風路と冷却ファン５ｂによる他の発熱部品用の冷却風路を分離する構成としても良い。
【００３０】
また、図１（ｂ）等に冷却構成の模式図を示したが、必ずしもこのような構成にする必要はなく、例えば吸気口は筐体下面にあっても良い。また冷却ファンは筐体側面あるいは筐体下面に設ける構成としても良い。
【符号の説明】
【００３１】
１  電力変換器
１ａ  冷却フィン
２  交流電動機
３  変圧器
４  開閉器
５、５Ｂ  ファン駆動電動機
５ａ、５ｂ  冷却ファン
６、６Ａ  制御回路
１０  インバータ装置
１０ａ  筐体
１０ｂ  変換器盤筐体
１０ｃ  制御盤筐体
１１、１１ａ  吸気口
１２、１２ａ  排気口
【図１】
2013021877.tif 000003
【図２】
2013021877.tif 000004
【図３】
2013021877.tif 000005
【図４】
2013021877.tif 000006