CN101785176A - 感应加热装置、电力变换电路以及电力处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明的电力处理装置具备：感应加热装置(9)，具有并联连接在电源平滑用的电容器(2)上的感应加热器驱动用的逆变器(16)和具备与该逆变器(16)连接的感应加热器(18)的谐振电路(17)，该电容器(2)并联连接在驱动电动机(4)的逆变器(3)上；比较器(12)，检测电源平滑用的电容器(2)的电压，并与基准电压(11)进行比较；开关波形决定电路(13)，根据比较器(12)的输出来决定开关波形；和开关元件驱动电路(14)，根据开关波形决定电路(13)的输出来驱动逆变器(16)的开关元件。

Description

感应加热装置、电力变换电路以及电力处理装置

技术领域

本发明涉及一种感应加热装置、电力变换电路以及电力处理装置，特别是涉及用于对电动机的再生动作中的再生电力等进行处理的感应加热装置、电力变换电路以及电力处理装置。

背景技术

通常，在电动机的驱动中有如下情况：从电源经由逆变器(inverter)等电力变换器向电动机提供电力的情况、以及与此相反地从电动机向电源侧输送电力的情况。后者称为电力再生动作，电力再生动作时的电力被称为再生电力。以下，以电梯为例说明该电力再生动作。

图14是表示这种以往的交流电梯的控制装置的结构的框图。控制装置包括：由用于将三相交流电源R、S、T变换为直流的整流二极管桥构成的变流器(converter)101；与变流器101的输出连接的电源平滑用的电容器102；并联连接在电容器102-上并将直流电压变换为交流电压而提供给电动机104的逆变器103；与逆变器103的输出连接的电动机104；用于传递电动机104的转动的减速齿轮105；被减速齿轮105驱动的驱动滑轮106；与驱动滑轮106连接的衡重体(counter weight)107和电梯轿厢(elevator car)108；与电源平滑用的电容器102并联连接的用于处理再生电力的开关109和电阻器110；对电源平滑用的电容器102的两端电压进行检测的电压检测电路100；将电压检测电路100的检测电压与基准电压111进行比较并输出与其差相应的信号的的比较器112；以及根据比较器112的输出来驱动开关109的开关元件驱动电路116。

在由电动机104驱动的电梯中，乘客所乘坐的电梯轿厢108和衡重体107一般以吊桶式结合。通常，衡重体107被选定为以定员的大致一半来平衡的重量，电梯按照其乘客的人数和移动方向(上升或者下降)，承受该电梯轿厢108和衡重体107的不平衡量的转矩来运行。即，在电梯轿厢108比衡重体107轻的情况下，关于上升方向成为不需要力的方向，相反地，关于下降方向需要从电动机104施加力。另外，在电梯轿厢108比衡重体107重的情况下，关于下降方向不需要力，但关于上升方向需要从电动机104施加力。这样，根据电梯轿厢108的装载状态和运行方向，从电动机104来看进行需要力的动力运行和相反地不需要力而回馈能量的再生运行。

一般，上述再生运行时的能量作为再生电力通过逆变器103被送到电源侧。在上述再生电力回馈到电源侧的情况下，当没有用于再生电力的对策时，再生电力被充电到上述平滑用电容器102，平滑用电容器102的电压上升。这里，平滑用电容器102的电压施加于变流器101、逆变器103的元件，因此平滑用电容器102的电压上升有可能导致破坏这些元件、或破坏平滑用电容器102。因此，作为该再生电力的处理，一般利用电阻器110转换为热来损耗、或通过电动机104的电损耗、机械损耗来消耗，防止电源平滑用的电容器102的电压上升(例如参照专利文献1)。

另外，除此之外，有时也连接变流器而向系统回馈电力。

专利文献1：日本特开平4-26387号公报(图1)

作为这种电动机中的再生电力的处理方式例如使用了利用电阻器消耗为热能的方式的情况下，为了其散热而需要设置大的电阻器和散热装置。另外，在使用变流器的情况下，需要昂贵的电源电路和复杂的控制。因而，作为电梯的控制装置，存在尺寸变大、成本变高等问题点。

发明内容

本发明是为了解决上述问题点而作出的，其目的在于提供一种能够实现小型化且低成本化的感应加热装置、电力变换电路以及电力处理装置。

本发明是一种消耗所输入的电力的感应加热装置，其特征在于，上述所输入的电力是以磁场或者电场形式蓄积在与上述感应加热装置另行设置的电力变换电路中或者与该电力变换电路连接的负载中且没有被上述负载消耗的电力、或者由上述负载产生但没有被上述负载消耗的电力。

在本发明的消耗所输入的电力的感应加热装置中，上述所输入的电力是以磁场或者电场形式蓄积在与上述感应加热装置另行设置的电力变换电路中或者与该电力变换电路连接的负载中且没有被上述负载消耗的电力、或者由上述负载产生但没有被上述负载消耗的电力，上述感应加热装置将该电力消耗为热，因此能够实现小型化且低成本化。

附图说明

图1是与本发明的实施方式1有关的感应加热装置、电力变换装置以及电力处理装置的结构的框图。

图2是表示一般的电阻器的结构的示意图。

图3是表示本发明的实施方式1所涉及的电力处理装置中的感应加热器的结构的示意图。

图4是表示本发明的实施方式1的感应加热器的线圈和发热体的隔热机构的一个例子的示意图。

图5是将一般的电阻器与感应加热器的散热机构进行了比较的示意图。

图6是表示用于提高电阻器中的外包装和感应加热器的发热体向空气的热传导率的构造的一个例子的示意图。

图7是表示本发明的实施方式1的使用了全桥逆变器的电力处理装置的结构的框图。

图8是表示使用了本发明的实施方式1所涉及的电力处理装置的电梯控制装置的再生电力的时间变化的一个例子的示意图。

图9是表示对本发明的实施方式1所涉及的电力处理装置的逆变器进行了PWM控制的情况下的开关元件的驱动波形和感应加热器的电流波形的一个例子的示意图。

图10是表示对本发明的实施方式1所涉及的电力处理装置的逆变器进行了PFM控制的情况下的开关元件的驱动波形和感应加热器的电流波形的一个例子的示意图。

图11是表示对本发明的实施方式1所涉及的电力处理装置的逆变器进行了PPM控制的情况下的开关元件的驱动波形和感应加热器的电流波形的一个例子的示意图。

图12是表示对本发明的实施方式1的电力处理装置的逆变器进行了间歇振荡控制的情况下的开关元件的驱动波形和感应加热器的电流波形的一个例子的示意图。

图13是表示使用了以往的电阻器的电力处理装置中的电阻器的温度变化、进行了与以往相同的通电控制的情况下的感应加热器的温度变化、以及进行了本发明的实施方式1的电力控制的情况下的感应加热器的温度变化之间的比较的一个例子的示意图。

图14是以往的电梯的控制装置的框图。

图15是表示本发明的实施方式2所涉及的使用了直流电动机的电梯中的感应加热装置、电力变换电路以及电力处理装置的结构的一个方式的框图。

图16是表示本发明的实施方式2所涉及的使用了直流电动机的电梯中的感应加热装置、电力变换电路以及电力处理装置的结构的另一方式的框图。

图17是表示使用了以往的直流电动机的电梯的控制装置的一个方式的框图。

图18是表示使用了以往的直流电动机的电梯的控制装置的另一方式的框图。

图19是表示一般的输出电压控制型的DC/DC变流器的电路结构的框图。

图20是表示使用电力处理装置来实现本发明的实施方式3所涉及的DC/DC变流器的缓冲电路的电阻的例子的框图。

图21是表示本发明的实施方式3所涉及的其它输出电压控制型的DC/DC变流器的电路结构的框图。

具体实施方式

在本说明书中，“负载”是指，与电路的输出连接并从该电路接受电力。另外，“蓄积”是指临时储存电能，“消耗”是指将电能变换为热能、机械能等并进行扩散。即，“未由负载消耗的电力”是指作为电能临时储存到负载中的能量(电力)。另外，在本说明书中关于以相同的方式使用的上述用词，有相同的意义。

实施方式1

图1是表示本发明的实施方式1的感应加热装置、电力变换装置以及具备使用了它们的电力处理装置的电梯的控制装置的主电路结构的框图。在本实施方式中，控制装置包括：由用于将三相交流电源R、S、T变换为直流的整流二极管桥等构成的变流器1；与变流器1的输出连接的电源平滑用的电容器2；并联连接在电容器2上并将直流电压变换为交流电压而提供给电动机4的电动机驱动用的逆变器3(电动机驱动用电力变换装置)；与逆变器3的输出连接的电动机4(感应电动机)；用于传递电动机4的转动的减速齿轮5；被减速齿轮5驱动的驱动滑轮6；连接在驱动滑轮6上的衡重体7和电梯轿厢8；与电源平滑用的电容器2并联连接的感应加热装置9；对电源平滑用的电容器2的两端电压(施加于逆变器3的电压)进行检测的电压检测电路10；将电压检测电路10的检测电压与基准电压11进行比较并输出与其差相应的信号的比较器12；开关波形决定电路13，根据比较器12的输出来决定设置在感应加热装置9上的后述逆变器的开关元件的驱动波形；以及开关元件驱动电路14，根据来自开关波形决定电路13的信号来驱动开关元件。

在本实施方式中，变流器1、电源平滑用的电容器2以及电动机驱动用的逆变器3构成用于将从电源提供的电力提供给负载的电力变换电路。

如上所述，在本实施方式1的电梯的控制装置中，将感应加热装置9作为再生电力的电力处理装置而并联连接在电源平滑用的电容器2上。感应加热装置9具备：由电感器(inductor)和电容器等构成的输入滤波电路15，用于抑制电源平滑用的电容器2的电压、电流的变动；由至少一个以上的开关元件构成的感应加热器驱动用的逆变器16，用于将直流电压变换为几kHz～几百kHz程度的交流电压并提供给感应加热器18；以及由感应加热器18和与其串联或并联连接的一个以上的电感器或者电容器或者其两者等构成的谐振电路17。此外，作为构成用于对感应加热器18进行驱动的感应加热器驱动用的逆变器16的元件，只要是MOSFET、IGBT、晶闸管、二极管等具有开关功能的元件，则可以使用任意元件。另外，在电源平滑用的电容器2的电压变动、电流变动不影响电源平滑用的电容器2自身、其它电路的情况下，也可以不使用输入滤波电路15。

首先，以下说明在本实施方式中使用感应加热器18的优点。

在图2中示出一般的电阻器110的构造。电阻器由以下部分构成：镍铬合金线等电阻体(发热体)120、支撑电阻体120和端子121的基体122、用于在大气、机械冲击下保护电阻体120和基体122的外包装123、以及与外部连接用的端子121和引线124。

当向电阻器110提供电力时，首先电力通过电阻体120而变换为热能。由电阻体120产生的热能从基体122通过外包装123散热到空气中。这里，电阻器110在达到某一定以上的温度时，由于起火等而被损坏。另外，当电阻器110的温度上升时，端子121、引线124等由于热疲劳而变差，所以它们的可靠性变低。因此，确定电阻器110的额定功率使得能够在不破坏电阻器110且能够确保端子121、引线124等的可靠性的温度下使用。即，可以说散热性良好的电阻器110能够在更大的功率下使用，可靠性也高。

接着，在图3中示出感应加热器18的构造的概要图。感应加热器18由以下部分构成：主要由金属构成的发热体20、用于使磁通通过发热体20的线圈21、以及用于将外部电路连接到线圈21上的端子22和引线23。此外，线圈21不限于一个，也可以设置多个。另外，发热体20设置在由线圈21产生的磁通所通过的位置上，通过该磁通被感应加热。

在感应加热器18中，发热体20和线圈21是分离的，以非接触方式向发热体20进行供电。另外，发热体20是铁等的金属块，在大气、机械冲击下保护的必要性比如图2所示的电阻器低。由此，不需要基体、外包装，可以使发热体20直接与空气接触。

感应加热器18中的额定功率是根据为了进行供电而使用的线圈21的线材的耐热温度来决定的。如上所述，供电是以非接触方式进行的，因此线圈21通过来自发热体20的辐射、通过了线圈21和发热体20之间的空气等介质的热传导、线圈21自身的功耗等而发热。因而，如果能够减小线圈21和发热体20之间的热传导，则只要不产生容融、变形、或者电气特性的变化(在超过居里(Curie)点的情况下的磁化率的变化)等的现象，发热体20的温度成为多少度都可以。

这里，为了降低线圈21和发热体20之间的热传导，只要降低它们之间的介质的热传导率即可。能够通过例如如图4的(a)所示在线圈21和发热体20之间插入板状的隔热材料30、或者如图4的(b)所示将线圈21和发热体20放入密闭容器31而在空间上进行密闭并使该密闭空间成为真空的方法，来实现线圈21和发热体20之间的介质的热传导率的降低。这里，作为插入在线圈21和发热体20之间的隔热材料30，只要是玻璃棉(glass wool)、岩棉(rock wool)、酚醛泡沫体(phenolicfoam)、泡沫聚苯乙烯(polystyrene foam)等、其热传导率低且能够耐受发热体20温度的材料，就可以使用任何材料。另外，降低线圈21和发热体20之间的热传导率的方法不被限定于上述方法，只要能够降低该热传导率，就可以使用任何方式。另外，在线圈自身的发热成为问题的情况下，也可以采用使空气在线圈和发热体之间流过从而使线圈散热的方法。

在图5中示出将感应加热器18与电阻器110之间的散热方式进行了比较的示意图。如图5的(a)所示，在电阻器110中，在从发热体120向空气散热的期间，经由基体122的热电阻和外包装123的热电阻以及从外包装123向空气的热电阻而向空气进行散热。因此，为了提高散热效率，需要减小基体122的热电阻、向外包装123的热电阻、从外包装123向空气的热电阻中的各热电阻。与此相对，在感应加热器中如图5的(b)所示，发热体20与空气是直接接触的，发热体20仅经由从发热体20向空气的热电阻而进行散热。因此，在感应加热器18中仅通过减小从发热体20向空气的热电阻就能够改善散热性。

这里，作为减小从发热体向空气的热电阻的方法，有增大外包装或发热体与空气的接触截面积的方法、用风扇等强制冷却空气的方法。

作为增大外包装或发热体与空气的接触截面积的方法，有将其形状设为散热片(fin)形状的方法。

在将电阻器110的外包装123、发热体120主体设为散热片的情况下，在图6中示出其形状的一个例子。图6的(a)是由散热片构成电阻器110的外包装123的例子。另外，图6的(b)是由散热片构成感应加热器18的发热体20从而设为发热体兼散热片的结构的例子。散热片是例如在板上竖起隔板(partition)的形状，隔板的个数越多越能够增加与空气的接触截面积。一般，散热片的热电阻根据空气的风速等而不同，是1℃/W以下，也可以小到0.1℃/W以下。与此相对，电阻器中的电阻体(发热体)、基体的热电阻根据材质而不同，是几℃/W程度。因此，在电阻器110和感应加热器18中与空气的接触面相同的情况下，电阻器110向空气的热电阻成为几℃/W程度，与此相对，感应加热器18的热电阻能够设为从1℃/W到0.1℃/W以下。即，能够将相同体积下的热电阻设为从几分之一～几十分之一，在处理相同热量的情况下，能够将其体积设为电阻器的几分之一～几十分之一。

通过以上，感应加热器如本实施方式所示在将电力变换为热而消耗的情况下，与电阻器相比，具有能够减小其体积的优点。

接着，说明感应加热器18的驱动。

在驱动感应加热器18的情况下，需要在线圈21中流过比较高频的交流电流。一般的感应加热器18的等效电路中最简单的是通过线圈和电阻的串联电路来表示的，由该等效电路中的电阻来消耗电力。感应加热器的电阻的大部分是上述发热体的表皮电阻，由于发热体是金属，因此一般由感应加热器的等效电路所示出的电阻值小。另外，为了在使电流流过该电阻，需要在发热体中产生感应电动势。

感应电动势是根据与发热体交链的磁通的时间变化而产生的。磁通与电流值成比例，因此为了产生感应电动势，需要使按时间变化的电流流过线圈。

这里，在简单地在理想线圈上连接直流电源来提供直流电压的情况下，线圈的电流按照以下的公式随时间变化。

I_L＝(V/L)t

这里，I_L为线圈电流，V为施加电压，L为线圈的自感，t为电压的施加时间。

从上式可知，在向线圈施加直流电压时，线圈的电流随着时间的经过而增加。这里，当线圈的电流变得过大时，线圈自身的电阻所引起的损耗变大，有时线圈发热而发生起火等的破坏。因此，需要每隔规定时间反转电压的极性使得不向线圈施加规定时间以上的电压。即，需要用交流电压来驱动线圈。当反转电压的极性时，线圈的电流在与电压的极性相对应的极性下增加，因此可以防止线圈的电流增加一定值以上。即，通过向线圈施加交流电压，能够以较小的电流使发热体产生感应电动势而向发热体提供电力。

在向线圈施加交流电压的情况下，需要在电源与感应加热器之间连接逆变器，并使该逆变器的开关元件导通关断。这里，如上所述，感应加热器的电阻小，因此在要增大向感应加热器的电力提供量时，需要增大在发热体中产生的感应电动势，需要增大磁通的时间变化。即，需要使流过线圈的电流的时间变化变大。在逆变器的开关动作中，需要阻断电流在线圈中流过，因此以在开关元件中流过电流的状态进行开关动作。因而，在以大的电流来进行开关动作的情况下，该开关所引起的损耗变大，有时逆变器的元件发热并导致破坏。为了避免这种事态，需要降低逆变器的开关所引起的损耗。因此，一般通过在感应加热器上连接电容器等来形成谐振电路，并将遵循该谐振动作的谐振电压、或者谐振电流施加于感应加热器，对逆变器进行驱动。在这种情况下，开关元件也被施加谐振电流、谐振电压，因此根据开关的定时(timing)，在流过逆变器的电流小的情况下或者逆变器的元件的电压小的情况下，能够进行开关动作。因此，能够大大降低开关的损耗。

这里，需要使利用上述谐振电路时的频率较高。一般在使用谐振电路来提供电力的情况下，将逆变器的频率设为谐振电路的谐振频率附近。这是因为，当驱动频率与谐振频率差很多时，构成谐振电路的电阻以外的元件、电感器、电容等的阻抗大，难以向发热体的电阻提供电力。上述谐振电路的谐振频率是根据电感器和电容的阻抗值来确定的。一般，上述谐振电路的电感器和电容的值越小，谐振频率越高。电感器、电容的值与其尺寸成比例，因此希望尽可能小。因而，希望谐振频率尽可能大。然而，逆变器的驱动频率根据其结构元件而不同，被限定于几Hz～几MHz。因此，谐振电路的谐振频率也需要设定在上述几Hz～几MHz之间。通过以上可知，需要尽可能以高频的交流波形来驱动感应加热器。

这里，作为感应加热器驱动用逆变器的一个例子，在图7中示出使用了全桥逆变器41和串联谐振电路42的电梯的控制电路。在图7中，Q1、Q2、Q3、Q4是在其输出上连接感应加热器18从而构成全桥逆变器41的开关元件。另外，在感应加热器18上串联连接电容器来构成串联谐振电路42。这样，在图7中，感应加热装置40由输入滤波电路15、全桥逆变器41以及串联谐振电路42构成，其中，全桥逆变器41是由开关元件Q1、Q2、Q3、Q4构成的，串联谐振电路42是由感应加热器18和电容器构成的。其它结构与图1相同，所以这里标记相同的符号来表示，并省略其说明。

以图7的结构为例子，以下示出使用感应加热器18来消耗再生电力的情况下的装置的动作。

在电梯轿厢8比衡重体7轻的情况下是在轿厢上升时，另一方面在电梯轿厢8比衡重体7重的情况下是在轿厢下降时，变成再生运行，即在电动机的端子间产生电动势，在驱动电路侧再生电力。即，作为负载的电动机4产生电力，由感应加热器18来消耗该负载所产生的再生电力。

当再生运行开始时，电动机驱动用逆变器3使再生电流流向电源平滑用的电容器2侧。在再生运行时的对策未形成的情况下，通过该再生电流对电源平滑用的电容器2进行充电，其两端电压上升。如上所述，该电容器2的电压上升会导致破坏三相电源整流用的变流器1、电动机驱动用逆变器3、电源平滑用的电容器2自身等，因此需要防止电容器2的电压上升一定值以上。

因此，在再生电力处理装置中，为了防止电源平滑用的电容器2的电压上升，起到将再生电力设为旁路的作用使得再生电力不会被充电到电容器2。在再生电力处理装置中，首先通过例如由电阻分压等构成的电压检测电路10，将电源平滑用的电容器2的电压变换为0至5V程度的范围的电压检测信号。关于电压检测电路10的输出电压值，例如在电源平滑用的电容器2的电压是100V的情况下是1V，在300V的情况下是3V，与电源平滑用的电容器的电压成比例。

接着，利用比较器12比较上述电压检测信号与预先确定的基准电压11。此时的基准电压11是例如将电源平滑用的电容器2的电压的上限值变换为电压检测信号时的电压值。

当再生运行开始时，电源平滑用的电容器2的电压检测信号变得比上述基准电压11大。

图8示出在是电梯中使用的电动机的情况下的时间上的再生电力图案的一个例子。在图8中，横轴表示时间，纵轴表示电力。如图8所示，来自电动机4的再生电力随时间变动。因此，由感应加热器18消耗的电力也需要根据随时间变化的再生电力来进行调整。

下面说明本实施方式1中的电力控制时的全桥逆变器41的动作。在当前的电源平滑用的电容器2的电压检测信号Vca与基准电压Vba产生差时，比较器12输出与该差相应的电压信号。

具体地说，比较器12将上述的Vca和Vba之差例如变换为-5V～5V的电压信号并进行输出。例如，当Vca＝Vba时，比较器12的输出是0V，当Vca＞Vba的情况下，比较器的输出是0V以上，在Vea＜Vba的情况下，比较器12的输出是0V以下，Vca和Vba的差越大，在Vca＞Vba的情况下比较器12的输出电压值越向正向变大，在Vca＜Vba的情况下比较器12的输出电压值越向负向变大。根据比较器的种类，有时在上述Vca与Vba的差发生了变化的情况下等，在一定程度的时间内使输出变化到与新求出的差相应的电压信号。

接着，比较器12的输出信号被输入到开关波形决定电路13中。开关波形决定电路13根据该信号来决定全桥逆变器41的驱动波形。具体地说，在比较器12的输出是上述特性的情况下，例如使用脉宽调制控制方式(Pulse-Width Modulation：PWM)来调整电力，其中，所述脉宽调制控制方式是如下方式：比较器12的输出是0V以上、且其电压值变大的情况下，增大全桥逆变器41的驱动占空比使得由感应加热器18消耗的电力变大，在比较器12的电压值变小的情况下，减小全桥逆变器41的驱动占空比使得由感应加热器18消耗的电力变小，在比较器12的输出是0V以下的情况下，在其电压值向负向变大的情况下，减小全桥逆变器41的驱动占空比使得由感应加热器18消耗的电力变小，在比较器12的电压值在负向上变小的情况下，增大全桥逆变器41的驱动占空比使得由感应加热器18消耗的电力变大。或者也可以是其它控制方法，例如使用频率调制控制方式(Pulse-Frequency Modulation：PFM)、相位调制控制方式(Pulse-Phased Modulation：PPM)或者间歇振荡控制方式等来调整电力，其中，在所述频率调制控制方式下，在比较器12的输出是0V以上、且其电压值变大的情况下，减小全桥逆变器41的驱动频率与谐振频率的差使得由感应加热器18消耗的电力变大，在比较器12的电压值变小的情况下，增大全桥逆变器41的驱动频率与谐振频率的差使得由感应加热器18消耗的电力变小，在比较器12的输出是0V以下时，在其电压值向负向变大的情况下，增大全桥逆变器41的驱动频率与谐振频率的差使得由感应加热器18消耗的电力变小，在比较器12的电压值在负向上变小的情况下，减小全桥逆变器41的驱动频率与谐振频率的差使得由感应加热器18消耗的电力变大；在所述相位调制控制方式下，在比较器12的输出是0V以上、且其电压值变大的情况下，减小全桥逆变器41的驱动脉冲与负载电流的相位差使得由感应加热器18消耗的电力变大，在比较器12的电压值变小的情况下，增大全桥逆变器41的驱动脉冲和负载电流的相位差使得由感应加热器18消耗的电力变小，在比较器12的输出是0V以下时，在其电压值向负向变大的情况下，增大全桥逆变器41的驱动脉冲与负载电流的相位差使得由感应加热器18消耗的电力变小，在比较器12的电压值在负向上变小的情况下，减小全桥逆变器41的驱动脉冲与负载电流的相位差使得由感应加热器18消耗的电力变大；在所述间歇振荡控制方式下，在比较器12的输出是0V以上、且其电压值变大的情况下，增大全桥逆变器41的驱动脉冲的输出频度使得由感应加热器18消耗的电力变大，在比较器12的电压值变小的情况下，减少全桥逆变器41的驱动脉冲的输出频度使得由感应加热器18消耗的电力变小，在比较器12的输出是0V以下时，在其电压值向负向变大的情况下，减少全桥逆变器41的驱动脉冲的输出频度使得由感应加热器18消耗的电力变小，在比较器12的电压值在负向上变小的情况下，增大全桥逆变器41的驱动脉冲的输出频度使得由感应加热器18消耗的电力变大。这样，开关波形决定电路13按照上述的任何一种控制方式，根据比较器12的输出信号来控制用于驱动感应加热器18的全桥逆变器41的驱动脉冲，从而调整由感应加热器18消耗的电力。

这样，开关波形决定电路13将与各控制方式相应的脉冲波形传送给开关元件驱动电路14。开关元件驱动电路14将从开关波形决定电路13输入的脉冲波形变换为用于驱动开关元件Q1～Q4的最佳电压，由此分别驱动开关元件Q1～Q4。

关于使用了各控制的情况下的输入到开关元件Q1～Q4的脉冲与流过感应加热器18的电流波形的示意图，在图9中示出了使用PWM的情形，在图10中示出了使用PFM的情形，在图11中示出了使用PPM的情形，在图12中示出了使用间歇振荡控制的情形。此外，在各图中，当施加于开关元件的波形为正时，开关元件导通，当施加于开关元件的波形为零或者负时，开关元件关断。另外，图中的Q1、Q2、Q3、Q4与图7中的开关元件的标号相对应，在流过感应加热器的电流中，实际上也有波形失真的与开关波形之间的相位不相同等的、与图9～图12所示的情况不同的情况。

另外，关于上述开关元件Q1～Q4的各控制方式，如果能够控制由感应加热器18消耗的电力，则可以使用任一控制方式，也可以复合使用各个控制方式。另外，如果能够控制由感应加热器18消耗的电力，则也可以使用任一开关波形。

如上所述，通过实时控制感应加热器18的电力，在电动机4的再生动作时能够将电源平滑用的电容器2的电压保持为比引起上述元件破坏等的电压还小的电压，并且能够减小电源平滑用的电容器2的电压的变动，能够降低电源平滑用的电容器2中的电压变动所引起的损耗。

另外，在使用感应加热器18的情况下，其优点在于与使用以往的电阻器的情况相比能够减小体积，但是通过减小其体积，相对电力的温度的变化率变大。

在图14所示的如以往的电阻器中的再生电力的处理装置中，以几Hz～几kHz的开关频率来驱动用于对再生运行时向电阻器的通电进行控制的开关元件。然而，如上所述，感应加热器由于其体积小，因此相对电力的温度的变化率大，所以在与以往的电阻器相同的通电控制中，热的变动变大，由于热循环所引起的疲劳，导致使保持感应加热器的部件、感应加热器自身的寿命的可靠性降低。

在图13中示出了由以往的电阻器构成的再生电力的处理装置中的电阻器的温度变化、利用与它相同的控制来驱动感应加热装置时的感应加热器的温度变化、以及使用了上述实时的电力控制时的感应加热器的温度变化的比较的示意图。在图13中，(a)是由以往的电阻器构成的再生电力的处理装置中的电阻器的温度变化，(b)是利用与它相同的控制来驱动感应加热装置时的感应加热器的温度变化，(c)是使用了上述实时的电力控制时的感应加热器的温度变化。从图13可明确，(b)的情况下温度变化最大，其次是(a)，(c)的情况下温度变化最小。这样，如图13所示，在本实施方式中，在使用了感应加热器的再生电力处理装置中，通过使用如上所述的实时地控制电力的方式，能够防止感应加热器的急剧的温度变化，降低用于保持感应加热器的部件或感应加热器的热循环引起的疲劳，具有提高针对寿命的可靠性的效果。

这样，作为电动机的再生电力处理装置通过使用感应加热装置，与使用了电阻器的情况相比，能够减小再生电力处理装置的体积、尺寸，能够减小电动机的控制装置整体的体积、尺寸。

此外，在本实施方式中说明的用于驱动感应加热器的逆变器除了全桥之外，还可以利用半桥、使用了一个开关元件的单极开关变流器、使用了变压器的推挽式、反激式(flyback)、正激式(forward)等任意的电路结构。

另外，包含感应加热器的谐振电路也可以采用串联连接感应加热器和电容器的串联谐振电路、并联连接感应加热器和电容器的并联谐振电路等任意形式。

如上所述，如图1以及图7所示，与本实施方式有关的电力处理装置的特征在于，具备由感应加热器驱动用的逆变器16或者全桥逆变器41和与该逆变器16、41的输出连接的感应加热器18构成的感应加热装置9、40，所述逆变器16或者全桥逆变器41由至少一个以上的开关元件构成，且并联连接于与对电动机4进行驱动的电动机驱动用的逆变器3并联连接的电源平滑用的电容器2，用于将直流电压变换为几kHz～几百kHz的交流电压；所述感应加热器18由至少一个以上的线圈21、和设置在由线圈21产生的磁通所通过的位置上的发热体20构成，其中，在电动机4电力再生时，驱动感应加热装置9、40，通过感应加热器18将再生电力消耗为热。这样，根据本实施方式，通过使用感应加热器18来作为电动机4的再生电力的电力处理装置，能够以小型且简单的结构来实现该装置，因此还能够削减制造成本。

另外如图1所示，在具备将感应加热器18、以及与感应加热器18串联或者并联连接一个以上的电感器或者电容器或者其两者的谐振电路17的情况下，通过具备包含感应加热器18的谐振电路17，能够利用谐振电路17的特性来进行降低逆变器损耗的开关动作。

另外，如图4所示，在线圈21和发热体20之间设置热电阻大的隔热材料30的情况下，能够降低传导到线圈中的发热体的热，抑制线圈的上升温度，能够提高由线圈的温度决定的感应加热装置的上限温度，能够减小消耗相同电力的情况下的感应加热装置的体积。另外，使空气流过线圈和发热体之间，并使线圈进行散热从而也能够得到相同的效果。

另外，如图6的(b)所示，在将感应加热器18中的发热体20的形状设为散热片形状的情况下，通过设为散热片形状，能够增大与空气的接触面积，能够增大发热体向空气的热传导率，因此能够减小在消耗相同电力的情况下的发热体的体积。

另外，在本实施方式中，通过比较器12、开关波形决定电路13、以及开关元件驱动电路14来进行用于驱动感应加热器18的逆变器的开关动作，其中，比较器12将通过电压检测电路10对和驱动电动机4的逆变器3并联连接的电源平滑用的电容器2的电压进行检测而得到的电压检测信号、与预先确定的基准电压11进行比较并输出其差，开关波形决定电路13是根据比较器12的输出来决定用于驱动感应加热器18的逆变器16的开关波形从而调整感应加热器18的电力，开关元件驱动电路14将来自该开关波形决定电路13的信号变换为用于驱动该逆变器16的开关元件的最佳电压，因此，这样通过总是将电源平滑用的电容器2的电压与基准电压11进行比较来进行电力控制，从而能够防止电源平滑用的电容器2的电压成为引起元件破坏等的电压，并且能够减小电源平滑用的电容器2的电压变动，所以能够减小电源平滑用的电容器2的损耗，能够提高电源平滑用的电容器2的寿命等中的可靠性。另外，通过该电力控制具有如下效果：抑制感应加热器18中的热的变动，抑制热循环引起的感应加热器18自身、支撑感应加热器18的部件的热疲劳。

此外，在本实施方式中叙述了将本发明的再生电力处理装置应用于电梯中的情况，但是不限于此，也可以应用于使用电动机的自动升降机、电车、风扇等其它装置中，起到相同的效果。

实施方式2

图15是表示与本发明的实施方式2有关的感应加热装置、电力变换电路、以及使用了电力处理装置的电梯的控制装置的主电路结构的框图。在本实施方式2中，控制装置包括：由用于将三相交流电源R、S、T变换为直流的整流二极管桥等构成的变流器1；与变流器1的输出连接的电源平滑用的电容器2；并联连接在电容器2上并将直流电压变换为驱动电动机所需的电力而提供给电动机的电动机驱动用电力变换器53；与电力变换器53的输出连接的电动机(直流电动机)54；用于传递电动机54的转动的减速齿轮5；被减速齿轮5驱动的驱动滑轮6；连接在驱动滑轮6上的衡重体7和电梯轿厢8；并联连接在电源平滑用的电容器2上的感应加热装置9；对电源平滑用的电容器2的两端电压进行检测的电压检测电路10；比较电压检测电路10的检测电压和基准电压并输出与其差相应的信号的比较器12；开关波形决定电路13，根据比较器12的输出，来决定设置在感应加热装置9上的后述逆变器16的开关元件的驱动波形；以及开关元件驱动电路14，根据来自开关波形决定电路13的信号来驱动开关元件。

如上所述，在本实施方式2的电梯的控制装置中，将感应加热装置9作为再生电力的电力处理装置而并联连接在电源平滑用的电容器2上。感应加热装置9具备：由电感器和电容器等构成的输入滤波电路15，用于抑制电源平滑用的电容器2的电压、电流的变动；至少由一个以上的开关元件构成的感应加热器驱动用的逆变器16，用于将直流电压变换为几kHz～几百kHz程度的交流电压而提供给感应加热器18；以及谐振电路17，由感应加热器18和与其串联或者并联连接的一个以上的电感器或者电容器或者其两者等构成。此外，作为构成用于驱动感应加热器18的感应加热器驱动用的逆变器16的元件，只要是MOSFET、IGBT、晶闸管、二极管等具有开关功能的元件，则可以使用任何元件。另外，在电源平滑用的电容器2的电压变动、电流变动不影响电源平滑用的电容器2自身、其它电路的情况下，也可以不使用输入滤波电路15。

使用本实施方式2中的感应加热器18时的优点以及使用感应加热器18来消耗再生电力时的装置的动作与实施方式1中记载的相同，因此这里省略其说明。

这里，在图17以及图18中示出表示使用了以往的直流电动机的电梯的控制装置结构的框图。在这些图中，101是由用于将三相交流电源R、S、T变换为直流的整流二极管桥构成的变流器，102是与变流器101的输出连接的电源平滑用的电容器，113是并联连接在电容器102上并将直流电压变换为驱动电动机所需的电力而提供给电动机的电动机驱动用的电力变换器，114是与电力变换器113的输出连接的电动机(直流电动机)，105是用于传递电动机114的转动的减速齿轮，106是被减速齿轮105驱动的驱动滑轮，107以及108分别是连接在驱动滑轮106上的衡重体和电梯轿厢，109以及110分别是并联连接在电源平滑用的电容器102上并用于对再生电力进行处理的开关和电阻器，100是对电源平滑用的电容器102的两端电压进行检测的电压检测电路，112是比较电压检测电路100的检测电压和基准电压111并输出与其差相应的信号的比较器，116是通过比较器112的输出来驱动开关109的开关元件驱动电路。此外，开关109和电阻器110构成用于处理再生电力的电力处理装置115。

在使用了以往的直流电动机的电梯的控制装置中，电力处理装置115的连接位置根据电动机驱动用的电力变换器113的方式而不同。即，在电动机驱动用的电力变换器113能够实现双向电力传递的情况下，电动机114中产生的再生电力被传递到电源平滑用的电容器102，因此如图17所示，电力处理装置115并联连接在电源平滑用的电容器102上。另一方面，与此相对，在电动机驱动用的电力变换器113只能实现单向电力传递的情况下，再生电力不会被传递到电源平滑用的电容器102，因此如图18所示，关于再生电力，通过在电动机114和电力变换器113之间的连接线上并联连接再生电力处理装置115来消耗，或者在电动机114内部消耗为热量。

如上所述，在直流电梯的控制装置中，电力处理装置115的连接位置根据电动机驱动用的电力变换器113的方式而不同。由此，使用了本实施方式2中的感应加热器的再生电力处理装置不限于上述的图15的结构，也可以如图16所示，按照电动机驱动用的电力变换器的方式，将感应加热装置9并联连接在电力变换器53和电动机54之间的连接线上，并且将电压检测电路10设置在电力变换器53和电动机54之间，对向电动机54输出的输出电压进行传感检测，并根据该输出电压来控制用于驱动感应加热器18的逆变器16的驱动。

如上所述，根据本实施方式2，通过将感应加热器18用作直流电动机54的再生电力的处理装置，能够以小型且简单的结构实现该装置，还能够削减制造成本。

实施方式3

如上所述，通过使用感应加热装置能够使再生电力处理装置小型化。这种感应加热装置不仅能够用作电动机的再生电力处理装置，而且还能够用于消耗电力变换器中的电感器、电容器等元件中蓄积的、不被提供给负载而被消耗为热这样的剩余能量的情况。在本实施方式3中，感应加热装置用于消耗所输入的电力，输入到感应加热电路中的电力是以磁场或者电场形式蓄积到该电力变换电路中或者连接在该电力变换电路上的负载中、且没有被负载所消耗的电力或者由负载产生但没有被负载消耗的电力。

作为上述剩余能量没被提供给负载70而消耗为热的例子，在图19中示出表示一般的输出电压控制型的DC/DC变流器的电路结构的框图。

DC/DC变流器包括：电源60；用于将电源电压变换为规定电压的变压器T1；开关元件Q1；对变压器T1的输出进行整流的整流器61；与整流器61的输出连接并用于将电压进行直流化的平滑电容器Co；检测平滑电容器Co的两端电压的电压检测器62；检测电压检测器62的电压来决定开关元件Q1的开关波形使得平滑电容器Co的两端电压成为规定值的控制电路63；连接于开关元件Q1的漏极(或者集电极)、并由用于消耗电路的剩余能量的二极管Ds、电容器Cs以及电阻Rs构成的缓冲电路64。此外，图中虚线所示的Lg是变压器T1的漏感等的寄生在电路中的电感。

在图19中所示的DC/DC变流器中，在该电路动作时，当蓄积在电感Lg中的能量被放出时，开关元件Q1的漏源极之间的寄生电容(输出电容)被充电，从而高电压被施加到开关元件Q1，开关元件Q1有可能被该高电压破坏。为了防止这种情况，设置了缓冲电路64。缓冲电路64在蓄积在电感Lg中的能量被放出时，二极管Ds导通，将电感Lg的能量充电到电容器Cs中，并且由电阻Rs来消耗。另外，当在电感Lg中蓄积能量时，二极管Ds变成非导通，由电阻Rs来消耗电容器Cs的能量。由此，能够防止电容器Cs的电压上升到一定值以上。此时，能够通过使电容器Cs远大于寄生电容器从而防止电压的多余上升，起到防止开关元件Q1被施加高电压的作用。即，关于蓄积在电感Lg中的电路的剩余能量，由电阻Rs消耗为热。

图20是使用再生电力处理装置来实现本实施方式3中的图19所示的DC/DC变流器的缓冲电路64的电阻Rs的例子。在图20中，除了再生电力处理装置部分以外与图19的结构相同。

图20中的再生电力处理装置包括：感应加热装置9，与缓冲电容器Cs并联连接；电压检测电路65，检测缓冲电容器Cs的两端电压；比较器12，比较电压检测电路65的检测电压与基准电压11，输出与其差相应的信号；开关波形决定电路13，根据比较器12的输出，来决定设置在感应加热装置9上的逆变器16的开关元件的驱动波形；以及开关元件驱动电路14，根据来自开关波形决定电路13的信号来驱动该开关元件。此外，图中虚线所示的Lg是T1的漏感等寄生在电路中的电感。

感应加热装置9具备：由电感器和电容器等构成的输入滤波电路15；由至少一个以上的开关元件构成的感应加热器驱动用的逆变器16，用于将直流电压变换为几kHz～几百kHz程度的交流电压并提供给感应加热器18；以及由感应加热器18和与其串联或者并联连接的一个以上的电感器或者电容器或者其两者等所构成的谐振电路17。此外，作为构成用于驱动感应加热器18的感应加热器驱动用的逆变器16的元件，只要是MOSFET、IGBT、晶闸管、二极管等具有开关功能的元件，则可以使用任何元件。另外，在缓冲电容器Cs的电压变动、电流变动不影响缓冲电容器Cs自身、其它电路的情况下，也可以不使用输入滤波电路15。

关于感应加热器9的驱动方法，除了图20中的输入到比较器12中的电压检测器65的连接位置、以及感应加热装置9的连接位置是缓冲电容器Cs的两端以外，与实施方式1基本相同。当蓄积在电感Lg等中的电路的剩余能量被放出时，二极管Ds导通，缓冲电容器Cs被充电，电压上升。通过来自电压检测器65的电压检测信号和比较器12，来检测出缓冲电容器Cs的两端电压成为一定值以上的情形，并开始进行感应加热装置9的驱动。通过驱动感应加热装置9，缓冲电容器Cs的两端电压基本保持恒定。即，通过感应加热器18来消耗蓄积在电感Lg等中的电路的剩余能量，因此防止高电压被施加到开关元件Q1上。

根据本实施方式3，从使用感应加热装置9来替代图19的缓冲电路64的电阻器Rs、以及上述的感应加热器18的优点来看，具有能够将缓冲电路小型化的效果。

另外，图20所示的电路还能够通过如下方式来实现：不使用缓冲电容器Cs，在开关元件Q1的两端并联连接感应加热装置9，并对开关元件Q1的两端电压进行检测，以不使该两端电压成为一定值以上的方式驱动感应加热装置9。在这种情况下，不需要图20中的缓冲电容器Cs和输入滤波电路15，能够以更简单的结构来处理电路的剩余能量。

另外，如图21所示，也可以仅通过在缓冲电容器Cs上并联连接感应加热器18来实现使用了感应加热器的缓冲电路66。在这种情况下，通过缓冲电容器Cs、以及构成感应加热器18的电感成分和电阻成分的自由谐振，来消耗电路的剩余能量。

另外，如上所述的电路的剩余能量不仅在DC/DC变流器中产生，而且还在全桥逆变器、半桥逆变器、其它各种电力变换器中产生，在需要消耗该剩余能量的情况下，能够使用上述感应加热装置，与电阻器等相比，具有能够以小型化的结构来消耗剩余能量的效果。

Claims (12)

1.一种感应加热装置，消耗所输入的电力，其特征在于，

上述所输入的电力是以磁场或者电场形式蓄积在与上述感应加热装置另行设置的电力变换电路中或者与该电力变换电路连接的负载中且没有被上述负载消耗的电力、或者由上述负载产生但没有被上述负载消耗的电力。

2.一种电力变换电路，用于将从电源提供的电力提供给负载，其特征在于，

利用与上述负载另行设置的感应加热装置，来消耗没有被上述负载消耗而蓄积在上述电力变换电路中或者上述负载中的电力、或者由上述负载产生但没有被负载消耗的电力。

3.根据权利要求2所述的电力变换电路，其特征在于，

利用上述感应加热装置来消耗以磁场或者电场形式蓄积在电力变换电路中或者负载中的电力。

4.一种电力处理装置，其特征在于，

该电力处理装置使用了权利要求1所述的感应加热装置。

5.一种电力处理装置，其特征在于，

该电力处理装置使用了权利要求2或者3所述的电力变换电路。

6.一种电力处理装置，其特征在于，具备：

至少由一个以上的开关元件构成的感应加热器驱动用逆变器，该感应加热器驱动用逆变器与对电动机进行驱动的电动机驱动用电力变换器并联连接，将直流电压变换为交流电压；以及

与上述感应加热器驱动用逆变器连接的感应加热装置，该感应加热装置具有由至少一个以上的线圈、和设置在由上述线圈产生的磁通所通过的位置上并被该磁通感应加热的发热体构成的感应加热器，

在上述电动机的电力再生时，通过上述感应加热器驱动用逆变器来驱动上述感应加热器，由上述感应加热器将再生电力消耗为热。

7.根据权利要求6所述的电力处理装置，其特征在于，

上述感应加热装置具备谐振电路，

上述谐振电路由以下部分构成：

上述感应加热器；以及

与上述感应加热器串联或者并联连接的一个以上的电感器或者电容器或者其两者。

8.根据权利要求6或者7所述的电力处理装置，其特征在于，

在上述感应加热器的上述线圈与上述发热体之间设有隔热材料。

9.根据权利要求6～8中的任意一项所述的电力处理装置，其特征在于，

将上述感应加热器中的上述发热体的形状设为散热片形状。

10.根据权利要求6～9中的任意一项所述的电力处理装置，其特征在于，还具备：

电压检测电路，检测对驱动上述电动机的上述电动机驱动用电力变换器施加的电压；

比较器，将来自上述电压检测电路的检测电压与预先确定的基准电压进行比较并输出其差；

开关波形决定电路，根据上述比较器的输出，来决定驱动上述感应加热器的上述感应加热器驱动用逆变器的开关元件的开关波形，控制由上述感应加热器消耗的电力；以及

开关元件驱动电路，将来自上述开关波形决定电路的信号变换为用于驱动上述感应加热器驱动用逆变器的最佳电压，并驱动上述开关元件，

进行用于驱动上述感应加热器的上述感应加热器驱动用逆变器的开关动作。

11.根据权利要求6～9中的任意一项所述的电力处理装置，其特征在于，还具备：

电压检测电路，检测上述电动机的电压；

比较器，将来自上述电压检测电路的检测电压与预先确定的基准电压进行比较并输出其差；

开关波形决定电路，根据上述比较器的输出，来决定驱动上述感应加热器的上述感应加热器驱动用逆变器的开关元件的开关波形，控制由上述感应加热器消耗的电力；以及

开关元件驱动电路，将来自上述开关波形决定电路的信号变换为用于驱动上述感应加热器驱动用逆变器的最佳电压，并驱动上述开关元件，

进行用于驱动上述感应加热器的上述感应加热器驱动用逆变器的开关动作。

12.根据权利要求2或者3所述的电力变换电路，其特征在于，

具备缓冲电路，

使用上述感应加热装置来作为构成上述缓冲电路的电阻。

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