【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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power converter used for machine control, electric railway, power supply, computer control, and other power converters of various power capacities.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the electric circuit configuration of a power conversion device is as shown in FIG. FIG. 4 shows an algorithm for turning on and off the braking transistor.
In the figure, 30 is a braking resistor, 31 is a braking transistor, 32 is a smoothing capacitor, 33 is a generator, 34 is a converter circuit, 35 is a bus voltage, 36 is a bus, 37 is an inverter circuit, 38 motor, 39a is an insulation amplifier, 39b is an A / D converter, 39c is a system LSI, and 39d is a thermoelectric cooling element power control circuit.
When speed is controlled by connecting a load to the motor 38, when the motor 38 is decelerated, the rotational energy stored in the load of the motor 38 is converted into electric energy and returned to the original power supply to regenerate electric power. In this case, when a command for rapid deceleration is issued from the upper control circuit of the inverter circuit 37 during the operation of the motor 38, the motor 38 is controlled so that the rotational energy of the load can be converted into electric energy. The regenerated current charges the smoothing capacitor 32 and increases the bus voltage V35. Originally, V is charged at a voltage (VAC (rms) × 2) determined by the three-phase AC input power supply voltage. A voltage higher than the withstand voltage is applied to the transistor, which may result in destruction. Therefore, according to the algorithm shown in FIG. 4, the bus voltage V35 is detected, and the bus voltage V35 is detected by the insulating amplifier 39a via the A / D converter 39b, the system LSI 39c, and the thermoelectric cooling element power supply control circuit 39d. If it is greater than th , the braking transistor is turned on, and the regenerative energy is consumed by the braking resistor 30 to suppress the voltage rise. However, since all excess energy is consumed as heat energy by the braking counter 30, energy is lost and the temperature of the entire circuit rises.
As a method for avoiding this phenomenon, as shown in FIG. 5, there is a method in which the braking resistor 30 is replaced with a thermoelectric cooling element 50 (for example, see Patent Document 1).
In the drawing, 50 is a thermoelectric cooling element, 51 is a braking transistor, 52 is a smoothing capacitor, 53 is a generator, 54 is a converter circuit, 55 is a bus voltage, 56 is a bus, 57 is an inverter circuit, 58 motor, and 59a is an insulation amplifier. , 59b are A / D converters, 59c is a system LSI, and 59d is a thermoelectric cooling element power supply control circuit. At this time, the thermoelectric cooling element 50 is driven using the regenerative energy to remove heat generated from the inverter circuit and the like.
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-9-84302 (page 5, FIG. 1)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the function of the thermoelectric cooling element 50 merely serves as a pump for heat flow, similarly to the function of the pump for water flow, and the heat generated from the inverter circuit 57 and the like is transferred to the thermoelectric cooling element 50. It is not absorbed in. Therefore, in the conventional example, there is a problem that a temperature rise is caused by heat due to switching and leakage current generated from the inverter circuit 57 and Joule heat generated from the thermoelectric cooling element 50.
Therefore, an object of the present invention is to efficiently cool an inverter circuit and minimize energy loss.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention relates to a cooling device for cooling the thermoelectric cooling element according to claim 1, wherein the power conversion apparatus includes an inverter circuit and a thermoelectric cooling element electrically connected to the inverter circuit. It is provided with.
By driving the thermoelectric cooling element with regenerative energy generated when the motor decelerates, heat generated from the inverter circuit section is forced to flow to the heat sink, and the heat sent to the heat sink is reduced. Since the air is discharged into the atmosphere by the laminar flow of the cooling fan, the inverter circuit can be efficiently cooled. This also minimizes energy loss.
According to a second aspect of the present invention, there is provided a power conversion device, wherein the device for cooling the thermoelectric cooling element includes a heat sink and a cooling fan. With this configuration, the inverter circuit can be efficiently cooled. This also minimizes energy loss.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a power conversion device, wherein the device for cooling the thermoelectric cooling element includes a micro-channel cooling device. With this configuration, the inverter circuit can be efficiently cooled. This also minimizes energy loss.
In claim 4, the material of the thermoelectric cooling elements, Si, Ge, SiC, C , GaAs, GaN, Bi 2 Te 3, (Bi, Sb) 2 Te 3, Bi 2 (Se, Te) 3, ZnSb , InSb, TiO 3, PbTe, SiGe, SiGe (GaP), FeSi 2, (Cu, Ag) 2 Se, Ce 3 Te 4, La 3 Te 4, Nd 3 Te 4, Al, Cu, Ag, W, C And at least one of an alloy of Ni and Cr, an alloy of Ni and Cr, Ni, Pt, or an alloy of Pt and Rh. With this configuration, the inverter circuit can be efficiently cooled. This also minimizes energy loss.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing a power converter of the present invention, and FIG. 2 is a side view of the power converter.
In the figure, 10 is a thermoelectric cooling element, 11 is a braking transistor, 12 is a smoothing capacitor, 13 is a generator, 14 is a converter circuit, 15 is a bus voltage, 16 is a bus, 17 is an inverter circuit, 18 is a motor, and 19a is insulating. An amplifier, 19b is an A / D converter, 19c is a system LSI, 19d is a thermoelectric cooling element power supply control circuit, 101 is a heat sink, 102 is a cooling fan, 103 is a cooling fan power supply, 22 is a module including an inverter circuit and a braking transistor. is there. A cooling device 100 includes a heat sink 101, a cooling fan 102, and a power supply 103.
When speed is controlled by connecting a load to the motor 18, when the motor 18 is decelerated, the rotational energy stored in the load of the motor 18 is converted into electric energy and returned to the original power supply to regenerate power. In this case, when a command for rapid deceleration is issued from the host control circuit unit of the inverter circuit 17 during the operation of the motor 18, the motor 18 is controlled so that the rotational energy of the load can be converted into electric energy. The regenerative current is charged in the smoothing capacitor 12 to increase the bus voltage V15. Originally, V is charged at a voltage determined by the three-phase AC input power supply voltage (VAC (rms) × 2). When the voltage is charged to this voltage or more and rises, it is used in the inverter circuit 17. A voltage higher than the withstand voltage is applied to the transistor, which may result in destruction. In order to prevent this phenomenon, the bus voltage V15 is detected, and the bus voltage V15 is detected by the insulating amplifier 19a via the A / D converter 19b, the system LSI 19c, and the thermoelectric cooling element power supply control circuit 19d. When the threshold value is larger than th , the braking transistor is turned on, the regenerative energy is consumed by the thermoelectric cooling element 10, and the thermoelectric cooling element 10 is driven by using the regenerative energy, so that the inverter circuit 17 and the braking transistor 11 are driven. The heat generated from the module 22 including the module 22 is forcibly made to flow to the heat sink 101, and the heat sent to the heat sink 101 is released into the atmosphere by the laminar flow sent from the cooling fan 102, so that the inverter circuit can be efficiently operated. And the module 22 including the damping transistor can be cooled.
[0007]
【The invention's effect】
According to the power conversion device of the first aspect, by driving the thermoelectric cooling element with regenerative energy generated when the motor decelerates, the heat generated from the inverter circuit section is forced to flow to the heat sink and is sent to the heat sink. The generated heat is released into the atmosphere by the laminar flow of the cooling fan, so that the inverter circuit can be efficiently cooled. This also minimizes energy loss.
According to the power converter of the second aspect, similarly to the power converter of the first aspect, the inverter circuit can be efficiently cooled. This also minimizes energy loss.
According to the power converter of the third aspect, by driving the thermoelectric cooling element with regenerative energy generated when the motor decelerates, the heat generated from the inverter circuit section is forced to flow to the micro-channel cooling device, and the air is cooled. Since the heat is released inside, the inverter circuit can be efficiently cooled. This also minimizes energy loss.
According to the power converter of the fourth aspect, the same effects as those of the first, second, and third aspects can be obtained by using an efficient thermoelectric cooling element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing a power conversion device of the present invention.
FIG. 2 is a side view showing the power converter of FIG.
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing a conventional power converter.
FIG. 4 is a control algorithm in FIG. 3;
FIG. 5 is an electric circuit diagram showing another conventional power converter.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 10 thermoelectric cooling element 11 braking transistor 12 smoothing capacitor 13 generator 14 converter circuit 15 bus voltage 16 bus 17 inverter circuit 18 motor 19a insulating amplifier 19b A / D converter 19c system LSI
19d Thermoelectric cooling element power supply control circuit 100 Cooling device 101 Heat sink 102 Cooling fan 103 Cooling fan power supply 22 Module including inverter circuit and braking transistor 30 Braking resistor 31 Braking transistor 32 Smoothing capacitor 33 Generator 34 Converter circuit 35 Bus voltage 36 Bus 37 Inverter circuit 38 Motor 39a Insulation amplifier 39b A / D converter 39c System LSI
39d thermoelectric cooling element power control circuit 50 thermoelectric cooling element 51 braking transistor 52 smoothing capacitor 53 generator 54 converter circuit 55 bus voltage 56 bus 57 inverter circuit 58 motor 59a insulating amplifier 59b A / D converter 59c system LSI
59d thermoelectric cooling element power control circuit
