JP5112130B2

JP5112130B2 - インバータ冷却装置

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Publication number: JP5112130B2
Application number: JP2008076803A
Authority: JP
Inventors: 勲神宮
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2028-03-24
Also published as: JP2009232618A

Description

本発明は、インバータ装置の主回路素子から発生する熱を、冷却フィンに対して外部から供給される冷却媒体例えば冷却水を、熱交換器との間で循環させて熱交換により冷却するインバータ冷却装置に関する。

この種従来のインバータ冷却装置としては、図５に示すような構成のものがある。

インバータ装置１はケース２内に主回路素子（スイッチング素子例えばＩＧＢＴ）３ａ、この主回路素子３ａから発生する熱を冷却する冷却フィン３ｂと、コンデンサ３ｃを備えたインバータユニット３と、このインバータユニット３内の主回路素子３ａを制御するインバータ制御装置４が設置されている。

この場合、主回路素子３ａはケース２の一方の側面に取付けられた入出力端子３ｅに電線３ｄにより接続され、図示しない外部電源及び負荷との間で入出力が行われる。

一方、このような構成のインバータ装置１の冷却系としては、２次側冷却媒体ポンプ１０ａにより２次側冷却媒体（本例では２次側冷却水）が流入側配管０２を通してケース２内に設置されたインバータユニット３の主回路素子３ａと熱交換する冷却フィン３ｂ内に導入され、この冷却フィン３ｂよりインバータ装置１の外部に流出する２次側冷却媒体を流出側配管０３を通して外部の熱交換器１１の２次側を介してポンプ１０ａに戻る２次側冷却媒体循環系が構成されている。

この場合、熱交換器１１の２次冷却媒体配管０５の手前において、配管０５に対して並列に２次冷却媒体バイパス配管０４が接続されると共に、バイパス配管０４と流出側配管０３と配管０５との分岐点に電動三方弁９が設けられている。

また、ポンプ１０ａの冷却媒体吐出口側の流入側配管０２には、ケース２の入口側の冷却媒体温度を検出するインバータ入口冷却媒体温度検出器７ａが設けられ、この温度検出器７ａで検出された冷却媒体温度検出信号７ａｓはインバータ入力冷却媒体温度制御器１４に入力される。

この温度制御器１４は、冷却媒体温度検出信号７ａｓと冷却媒体温度設定値とを比較し、その偏差値がゼロになるようにＰＩＤコントローラにより電動三方弁９の開度を求め、この開度信号（バルブ開度）により電動三方弁９を制御するものである。

さらに、熱交換器１１の１次側冷却媒体配管０１には１次側冷却媒体ポンプ１０ｂにより２次側冷却媒体と熱交換する１次側冷却媒体が配管０１を通して循環する１次側冷却媒体循環系が構成されている。

以上はインバータユニット３の主回路素子３ａと熱交換する冷却フィン３ｂ内に流れる冷却媒体循環系の構成であるが、インバータ装置１の発熱体としては上記以外にインバータ制御装置４、コンデンサ３ｃ、電線３ｄ等があり、これらの発熱体に対してはケース２の前面に外気を取込むための吸気口６と、ケース２の後面に吸気口６から吸気した空気をケース２の外部へ排出するための排気口８とを設けて、図示しない送風ファンにより発熱体で発生した熱を放熱する空気冷却系が構成されている。

このような構成のインバータ装置の冷却系において、いま、ポンプ１０ａが商用電源等により一定速度で運転されているものとすれば、２次側冷却媒体は流入側配管０２を通してケース２内に設置されたインバータユニット３の主回路素子３ａと熱交換する冷却フィン３ｂ内に導入され、この冷却フィン３ｂより流出側配管０３を通して熱交換器１１の２次側を介して冷却ポンプ１０ａに戻る２次側冷却媒体循環系を循環している。

この場合、温度制御器１４は、温度検出器７ａで検出されたケース２の入口側の２次側冷却媒体温度と冷却媒体温度設定値との偏差値がゼロになるように電動三方弁９のバルブ開度を制御することで、熱交換器１１の２次側に流れる２次側冷却媒体の一部が冷却媒体バイパス配管０４を通して分流し、インバータ入口冷却媒体の温度が制御される。

したがって、冷却フィン３ｂは主回路素子３ａと物理的に接触させることによって、主回路素子３ａのスイッチングにより発生する熱を冷却し、また冷却フィン３ｂは２次側冷却媒体循環系を循環する２次側冷却媒体と熱交換される。

また、冷却フィン３ｂの冷却により温度が高くなった冷却媒体は、熱交換器１１の２次側に流入すると１次側冷却媒体ポンプ１０ｂにより１次側冷却媒体循環系を循環する冷却媒体と熱交換されて外部に排熱される。

一方、インバータ装置１内の冷却フィン以外のインバータ制御装置４、コンデンサ３ｃ、電線３ｄ等で発生する熱は、ケース２の吸気口６より外気をケース２内に取込み、これらの発熱体を冷却した後、排気口８より外部に排気される。

特許文献１には、制御温度の変動に安定性を保証して熱疲労を防止する温度制御装置が記載されている。これは、複数のゲイン出力するゲイン切替回路と、ＰＩＤ制御回路と、出力抑制回路とから構成されている。ＰＩＤ制御回路は、ゲインと温度偏差の第１乗算値の積分値又は固定値を出力する積分器と、トラッキング回路とから形成されている。

トラッキング回路は、起動状態時には、第２ゲインと温度偏差の第２乗算値と固定値とに基づく第１制御信号を出力し、安定化移行状態時には積分値と第２乗算値に基づく第２制御信号を出力する。起動時には比例積分制御を行わず安定化移行状態時には比例積分制御を行って、安定化移行時に小さい電力抑制を行い、起動時に大きい電力抑制を行うことにより、温度の急峻な変化の繰り返しを回避して円滑に安定温度に速やかに移行させることができるものである。

しかしながら特許文献１には、インバータ装置のケース内の結露対策に関して何ら記載がない。
特開２００４−１２６６５２

前述した従来のインバータ冷却装置において、冷却フィン３ｂにより主回路素子３ａの発熱を冷却することはできるが、大容量のインバータ装置においては、冷却フィン以外のインバータ制御装置４、コンデンサ３ｃ、電線３ｄ等で発生する熱に対して無視することができず、単にケース２に吸気口６及び排気口８を設けるだけの空気冷却系だけでは、ケース２内の温度が上昇する。特にインバータ装置１に使われているコンデンサ３ｃや電子部品については、一般にアレニウスの法則に従いケース２内の温度が高くなると故障発生率が加速的に増加する。

また、ケース２内の温度が高く、かつ冷却フィン３ｂの温度が低い状態で、吸気口６からケース２内に高湿度の空気が取込まれると、冷却フィン３ｂに結露が発生する。さらに、インバータ装置１の設置場所がインバータ装置１に影響を与える温度環境下にあると、ケース２の内部温度と、冷却フィン３ｂ内を循環する２次側冷却媒体の設定温度に温度差が発生し、ケース２の内部温度が低い場合には冷却フィン３ｂに結露が発生する。冷却フィン３ｂに結露が発生すると、絶縁不良によりインバータ装置の破損につながる。

このようなことから、図５に示すインバータ冷却装置にあっては、冷却フィン３ｂに発生する結露を防止するため、冷却フィン３ｂに流れる２次側冷却媒体の温度設定値をケース２内の温度よりも高い値とし、ポンプ１０ａをインバータ装置１の定格運転時における発熱に対して冷却可能なように常に定格運転し、２次側冷却媒体を冷却フィン３ｂに供給している。

しかし、インバータ装置１が定格運転していないときにもポンプ１０ａを定格で運転しなければならないため、ポンプ１０ａの運転に要する消費電力が多くなり、経済的に不利である。

本発明は上記のような問題を解消するためになされたもので、インバータ装置の出力に応じて２次側冷却ポンプの回転数を制御して消費電力の低減を図ると共に、ケース内の温度とケース内に取込まれる空気の温度との温度差により発生する冷却フィンの結露を防止することができるインバータ冷却装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、外気を内部に取り込む吸気口及び内部に取り込んだ外気を外部に排気する排気口を有するケースと、前記ケース内に配設され、インバータの主回路を構成する主回路素子を含むインバータユニットと、前記ケース内に配設され、前記主回路素子を制御するインバータ制御装置と、前記主回路素子の発熱を冷却するものであって、冷却媒体が循環可能に流入側配管及び流出側配管を備えた冷却フィンと、冷却媒体を通す１次配管及び前記流入側配管及び流出側配管との間で冷却媒体を循環し、前記１次配管内の冷却媒体とで熱交換し、前記１次配管に対して近接配置され内部に冷却媒体を通す２次配管を備えた熱交換器と、前記熱交換器の２次配管に対して並列に接続されたバイパス配管並びに前記冷却フィンとの冷却媒体流出側配管とに配設され、前記冷却フィン側から流出させる冷却媒体を前記２次配管及び前記バイパス配管に分配する電動三方弁と、前記２次配管及び前記バイパス配管との前記冷却フィンとへの前記冷却媒体流入側配管の途中に配設され、前記冷却フィンと前記熱交換器の２次側配管との間に前記冷却媒体を循環させるための冷却媒体ポンプとを備えたインバータ冷却装置において、前記ケース内の吸気口近くの室温を検出する室温検出器と、前記室温検出器で検出した室温から結露しない露点温度を求め、この露点温度を設定温度とする冷却媒体温度設定器と、前記冷却媒体温度設定器からの温度設定値と前記インバータ装置の入力冷却温度の検出温度の偏差から前記電動三方弁の開度制御を行い、前記流入側配管を通る冷却媒体の温度制御を行う冷却媒体温度制御器と、前記主回路素子のスイッチングロス及びオンロスを含むインバータロスを演算するロス演算器と、前記ロス演算器からのインバータロスと前記冷却媒体温度設定器からの設定温度に基づいて前記冷却媒体ポンプの速度設定値を出力するポンプ速度設定器と、前記ポンプ速度設定器の速度設定値に基づき前記冷却媒体ポンプを駆動するポンプ駆動用インバータ装置と、前記ポンプ速度設定器からの速度設定値と前記熱交換器の１次配管及び２次配管内の冷却媒体の温度差に基づき前記冷却媒体温度制御器から前記電動三方弁に与える開度指令に対して温度制御器ゲインを切替えるゲイン切替手段とを具備したことを特徴とするインバータ冷却装置である。

前記目的を達成するため、請求項３に対応する発明は、外気を内部に取り込む吸気口及び内部に取り込んだ外気を外部に排気する排気口を有するケースと、前記ケース内に配設され、インバータの主回路を構成する主回路素子を含むインバータユニットと、前記ケース内に配設され、前記主回路素子を制御するインバータ制御装置と、前記主回路素子の発熱を冷却するものであって、冷却媒体が循環可能に流入側配管及び流出側配管を備えた冷却フィンと、冷却媒体を通す１次配管及び前記流入側配管及び流出側配管との間で冷却媒体を循環し、前記１次配管内の冷却媒体とで熱交換し、前記１次配管に対して近接配置され内部に冷却媒体を通す２次配管を備えた熱交換器と、前記熱交換器の２次配管に対して並列に接続されたバイパス配管並びに前記冷却フィンとの冷却媒体流出側配管とに配設され、前記冷却フィン側から流出させる冷却媒体を前記２次配管及び前記バイパス配管に分配する電動三方弁と、前記２次配管及び前記バイパス配管との前記冷却フィンとへの前記冷却媒体流入側配管の途中に配設され、前記冷却フィンと前記熱交換器の２次側配管との間に前記冷却媒体を循環させるための冷却媒体ポンプとを備えたインバータ冷却装置において、前記ケース内の吸気口近くの室温を検出する室温検出器と、前記室温検出器で検出した室温から結露しない露点温度を求め、この露点温度を設定温度とする冷却媒体温度設定器と、前記冷却媒体温度設定器からの温度設定値と前記インバータ装置の入力冷却温度の検出温度の偏差から前記電動三方弁の開度制御を行い、前記流入側配管を通る冷却媒体の温度制御を行う冷却媒体温度制御器と、前記主回路素子のスイッチングロス及びオンロスを含むインバータロスを演算するロス演算器と、前記ロス演算器からのインバータロスと前記冷却媒体温度設定器からの設定温度に基づいて前記冷却媒体ポンプの速度設定値を出力するポンプ速度設定器と、前記ポンプ速度設定器の速度設定値に基づき前記冷却媒体ポンプを駆動するポンプ駆動用インバータ装置と、前記ポンプ速度設定器からの速度設定値と、前記熱交換器の１次配管及び２次配管内の冷却媒体の温度差と、前記冷却媒体温度設定器からの設定温度と、前記冷却媒体温度設定器からの設定温度と前記熱交換器の１次配管及び２次配管内の冷却媒体の温度差との差に基づき前記冷却媒体温度制御器から前記電動三方弁に与える開度指令に対して温度制御器ゲインを切替えるゲイン切替手段とを具備したことを特徴とするインバータ冷却装置である。

本発明によれば、インバータ装置の出力に応じて２次側冷却ポンプの回転数を制御して消費電力の低減を図ると共に、ケース内の温度とケース内に取込まれる空気の温度との温度差により発生する冷却フィンの結露を防止することができるインバータ冷却装置を提供できる。

以下、本発明によるインバータ冷却装置の実施形態について説明する。

図１は第１の実施形態を説明するための概略構成図であり、発明の前提は、以下に述べるインバータ冷却装置である。すなわち、外気を内部に取り込む吸気口６及び内部に取り込んだ外気を外部に排気する排気口８を有するケース２と、ケース２内に配設され、インバータの主回路を構成する主回路素子３ａを含むインバータユニット３と、ケース２内に配設され、主回路素子３ａを制御するインバータ制御装置４と、主回路素子３ａの発熱を冷却するものであって、冷却媒体が循環可能に冷却媒体流入側配管０２及び冷却媒体流出側配管０３を備えた冷却フィン３ｂと、冷却媒体を通す１次側冷却媒体配管０１及び冷却媒体流入側配管０２及び冷却媒体流出側配管０３との間で冷却媒体を循環し、１次側冷却媒体配管０１内の冷却媒体とで熱交換し、１次側冷却媒体配管０１に対して近接配置され内部に冷却媒体を通す２次側冷却媒体配管０５を備えた熱交換器１１と、熱交換器１１の２次側冷却媒体配管０５に対して並列に接続されたバイパス配管０４並びに冷却フィン３ｂとの冷却媒体流出側配管０３との接続点に配設され、冷却フィン３ｂ側から流出させる冷却媒体を２次側冷却媒体配管０５及びバイパス配管０４に分配する電動三方弁９と、２次側冷却媒体配管０５及びバイパス配管０４との冷却フィン３ｂとの冷却媒体流入側配管０２の途中に配設され、冷却フィン３ｂと熱交換器１１の２次側冷却媒体配管０５との間に冷却媒体を循環させるための冷却媒体ポンプ１０ａを備えたインバータ冷却装置である。

このような前提において、以下に述べる技術的特徴を備えたものである。

すなわち、ケース２内の吸気口６近くの室温を検出する室温検出器５と、室温検出器５で検出した室温から結露しない露点温度を求め、この露点温度を設定温度とするインバータ入力冷却媒体温度設定器１３と、冷却媒体温度設定器１３からの温度設定値とインバータ装置１の入力冷却温度の検出温度の偏差から電動三方弁９の開度制御を行い、流入側配管０２を通る冷却媒体の温度制御を行うインバータ入力冷却媒体温度制御器１４と、主回路素子３ａのスイッチングロス及びオンロスを含むインバータロスを演算するロス演算器（図示しないが、ここではインバータ制御装置４内に備えている）と、ロス演算器からのインバータロスと冷却媒体温度設定器１３からの設定温度に基づいて冷却媒体ポンプ１０ａの速度設定値を出力するポンプ速度設定器１５と、ポンプ速度設定器１５の速度設定値に基づき冷却媒体ポンプ１０ａを駆動するポンプ駆動用インバータ装置１７と、ポンプ速度設定器１５からの速度設定値と、熱交換器１１の１次配管０１内の冷却媒体の温度を検出する媒体温度検出器７ｂ及び熱交換器１１の２次配管０５内の冷却媒体の温度を検出する媒体温度検出器７ａの検出値の差（温度差）に基づき冷却媒体温度制御器１４から電動三方弁９に与える開度指令（バルブ開度）に対して温度制御器ゲインを切替えるゲイン切替手段１６とを具備したものである。

このような構成において、インバータ装置１で発生する発熱は、冷却フィン３ｂにより冷却される。すなわち、冷却フィン３ｂは、主回路素子３ａを冷却フィン３ｂに物理的に接触させることによって主回路素子３ａのスイッチングにより発生する熱を冷却する。また冷却フィン３ｂは、インバータ装置１の外部から供給された２次冷却媒体の循環により冷却フィン３ｂを冷却する。２次側媒体冷却ポンプ１０ａはインバータ装置１の冷却フィン３ｂに供給する２次冷却媒体を循環する。熱交換器１１は、インバータ装置１の冷却フィン３ｂからの２次冷却媒体の熱を１次冷却媒体に熱交換する。１次側冷却媒体ポンプ１０ｂは、１次冷却媒体を循環させ外部に熱を廃熱する。インバータ装置１のケース２に設けられた吸気口６は、インバータ装置１の外気を取り込み、インバータ装置１内の冷却フィン３ｂの上以外で発熱するインバータ制御装置４、コンデンサ３ｃ、電線３ｄに空気を送風する。排気口８は、インバータ装置１内の冷却フィン３ｂの上以外で発熱した空気をインバータ装置１の外部に排出する。インバータ入力冷却媒体温度設定器１３は、インバータ装置１内では一番温度が低い吸気部の室温を検出できるよう設置した室温検出器５からインバータ装置１内の温度を検出し、その温度を冷却媒体設定温度とする。

インバータ入力冷却媒体温度制御器１４は、インバータ入力冷却温度検出器７ａの検出温度とインバータ入力冷却媒体温度設定器１３の設定温度の差をＰＩＤコントローラに入力し偏差を零にするように電動三方弁９の開度を制御する。温度制御ゲイン切替手段１６は、ポンプ速度設定器１５からのポンプ速度および熱交換器１１の１次２次冷却媒体の温度差から適切なゲインをインバータ入力冷却媒体温度制御器１４に設定する。

ここで、図２により温度制御ゲイン切替手段１６の具体的構成について説明する。予めポンプ速度が高速になるにつれゲインを高く補正するものであって、例えばメモリテーブルからなるポンプ速度ゲイン補正器１８と、熱交換器１１の１次２次冷却媒体の温度差が大きくなるにつれ、ゲインを低く補正するものであって、例えばメモリテーブルからなる１次２次冷却媒体温度差ゲイン補正器１９と、両補正器１８、１９の出力を乗算して得られる制御装置ゲインを出力する乗算器２０とを備えている。

インバータ制御装置４は、予め求めたインバータ装置１の主回路素子３ａの特性カーブに出力電流、出力電圧、入力電圧を入力し主回路素子３ａのスイッチングロスおよび主回路素子３ａのオンロスを求めインバータユニット３で発生するロスを計算する。ポンプ速度設定器１５はインバータ入力冷却媒体設定温度とインバータユニット３の主回路素子３ａの動作最大温度から決まるインバータ出口温度設定（上限）との差をとりインバータユニット３の出口の温度上昇値を求める。

一般的に流れている冷却媒体の温度上昇はインバータロスに比例、ポンプ速度（冷却媒体の流量）に反比例するため、ポンプ速度設定器１５は、インバータロスをインバータ装置１の温度上昇値で除算し、この値に比例したポンプ速度とすることでインバータロスおよび室温に見合ったポンプ速度を求める。このポンプ速度をポンプ駆動用インバータ装置１７の速度基準として２次側冷却ポンプ１０を駆動する。

以上述べた第１の実施形態によれば、インバータ装置１の出力に応じて２次側冷却媒体ポンプ１０ａの回転数を制御して消費電力の低減を図ると共に、ケース２内の温度とケース２内に取込まれる空気の温度との温度差により発生する冷却フィン３ｂの結露を防止することができ、しかも結露防止の制御を精度よく行うことができる。

具体的には、インバータ装置１の自己発熱によりインバータ装置１では一番温度が低いケース２の吸気口６近くの室温を検出する室温検出器５からケース内の温度を検出し、この温度から結露しない露点温度を求め、この露点温度を冷却媒体設定温度とし、インバータ装置入力冷却温度の検出温度の差を零にするように電動三方弁９の開度制御を行うことでインバータ入力冷却装置の温度制御を行い、この温度制御は、ポンプ速度と、熱交換器の１次２次の冷却媒体温度の差から各制御系に合った制御ゲインに切替える。

インバータ装置１のロスを求めるために、予め求めてあるインバータ装置の主回路素子３ａの特性カーブに出力電流、出力電圧、入力電圧を入力し主回路素子のスイッチングロスおよび主回路素子３ａのオンロスを求めインバータユニット３で発生するロスを計算する。インバータ入力冷却装置の冷却媒体の設定温度とインバータユニット３の主回路素子３ａの動作最大温度から決まるインバータ出口温度設定（上限）との差をとり、インバータユニット３の温度上昇値をもとめる。一般的に冷却装置に流れている冷却媒体の温度上昇はインバータロスに比例、ポンプ速度（冷却水の流量）に反比例するため、インバータロスをインバータ装置温度上昇値で除算しこの値に比例したポンプ速度とすることでインバータロスおよび室温に見合ったポンプ速度を求める。このポンプ速度をポンプ駆動用のインバータ装置１の速度基準として２次冷却ポンプ１０ａを駆動する。これらの動作によりインバータ装置１内の主回路素子３ａを冷却する冷却フイン３ｂに発生する結露を防止することができる。

図３は第２の実施形態を説明するための概略構成図であり、図１の実施形態と異なるのは、温度制御ゲイン切替手段１６の代わりに温度制御ゲイン切替手段１６ｂを設けた点が異なる。

温度制御ゲイン切替手段１６ｂは、図４に示すようにポンプ速度ゲイン補正器１８と、１次２次冷却媒体温度差ゲイン補正器１９と、第１の乗算器２０と、以下に述べるインバータ入力冷却媒体温度設定器１３からの温度設定値と１次２次冷却媒体の温度差の偏差に基づき温度制御の安定性を判断する安定性判断手段２９とを備えたものである。

ポンプ速度ゲイン補正器１８は、ポンプ速度が高速になるにつれゲインを高く補正する。１次２次冷却媒体温度差ゲイン補正器１９は、１次２次冷却媒体の温度差が大きくなるにつれてゲインを低く補正する。第１の乗算器２０は、ポンプ速度ゲイン補正器１８の出力と１次２次冷却媒体温度差ゲイン補正器１９の出力を乗算する。

安定性判断手段２９は、安定化判断器２１と、余裕判断器２２と、設定温度変化判断器２３と、論理和回路２４と、論理積回路２５と、ゲイン切替器２８とを備えている。

安定化判断器２１は、熱交換器１１の１次配管０１内の冷却媒体温度検出値と、流入側配管０２内の冷却媒体温度検出値との温度偏差を入力し、温度偏差の絶対値が基準値例えば０．５Ｋ以下のとき、論理値“１”を出力する。

余裕判断器２２は、安定化判断器２１に入力される温度偏差が負で、冷却媒体温度設定値の上限値に対する余裕を判断し、上限値例えば１０Ｋ以上になると論理値“１”を出力する。

設定温度変化判断器２３は、冷却媒体温度設定値の変化絶対値が所定値例えば０．５Ｋ以下のとき、論理値“１”を出力する。

論理和回路２４は、安定化判断器２１及び余裕判断器２２の出力の何れかが論理値“１”のとき論理値“１”を出力する。論理積回路２５は、論理和回路２４の出力が論理値“１”で、設定温度変化判断器２３の出力が論理値“１”のとき論理値“１”を出力する。

ゲイン切替器２８は、通常ゲイン２６と低ゲイン２７のいずれかに切替可能になっていて、論理積回路２５の出力が論理値“１”のとき低ゲイン２７になり、かつ論理積回路２５の出力が論理値“０”のとき通常ゲイン２６となる。第２の乗算器３０は、ゲイン切替器２８の出力と第１の乗算器２０の出力を乗算して温度制御の安定性を考慮した温度制御器ゲインを出力する。

このように構成された第２の実施形態によれば、結露制御の性能を損なうことなく、電動三方弁の寿命を延ばすことができる。

すなわち、インバータ入力冷却媒体温度設定器１３の出力である冷却媒体の温度設定値と、ポンプ速度設定器１５と、インバータ装置入口冷却媒体温度検出器７ａとインバータ入力冷却媒体温度設定器１３の偏差を監視し、温度制御の偏差の絶対値が所定期間小さく安定した状態においては低いゲインを出力する信号を出力する。また、ポンプ速度設定器１５の出力、インバータ冷却媒体温度設定器１３の変化を検出し制御系の変化が発生した場合は、通常ゲイン２６に戻すが、冷却媒体の設定値の上限までに余裕があり偏差が負側（実際の冷却媒体の温度が高い）場合は、低いゲイン２７のままとする。つまり、冷却媒体温度設定器１３からの冷却媒体の温度設定値と、インバータ装置入力冷却媒体検出器７ａからの検出温度との偏差の変化から温度制御の安定性を判断するようにしたので、第２の実施形態によれば結露の性能を損なうことなく電動三方弁９の寿命を延ばすことができる。

ここで、このことについて図３の冷却装置制御装置１２のインバータ入力冷却媒体温度設定器１３、ポンプ速度設定器１５と、温度制御ゲイン切替手段１６がない場合には、次のような問題が生じるが、前述した本発明の第２の実施形態ではその問題を解決できることについて、説明する。

主回路素子３ａの発熱は冷却フィン３ｂで冷却されるが、インバータ装置１内の冷却フィン３ｂ上以外で発熱するインバータ制御装置４、コンデンサ３ｃ、電線３ｄ等で発生する熱については、容量の大きいインバータ装置１においては無視することができず、空気冷却がない閉構造するとインバータ装置１内の盤内温度が上昇するが、一般にインバータ装置１内に使われているコンデンサや電子部品についてはアレニウスの法則に従い温度が高いと故障発生率が加速する。このため、インバータ装置１の冷却フィン３ｂ以外で発熱する熱についても放熱する必要がある。この部分の．冷却はインバータ装置１の外部から空気を供給して冷却する方式が一般的に使われる。

このインバータ装置１において、冷却フィン３ｂの温度が低く吸気口６から吸気が高い状態でかつ吸気口６の吸気が高湿度の場合は冷却フィン３ｂに結露が発生する。このためインバータ入力冷却媒体の設定は室温よりも冷却媒体の温度を高い値とする。また、２次冷却装置のポンプはインバータ装置１のロスに応じて必要な冷却媒体の流量をポンプ駆動インバータ装置１７によりポンプ速度を可変させ供給する。本装置においては、インバータ装置１のロスに応じ冷却媒体の流量が変化した場合および熱交換器１１の１次と２次の温度差が変化した場合においては制御系が変化する。

但し、温度制御のため熱交換器１１の２次側冷却媒体量を調整している電動三方弁９の寿命は操作量により決まるので応答を早くするために操作量が振動的な制御ゲインに調整するのは好ましくない。

しかしながら、図３の実施形態では、応答および外乱応答を遅くすることができるので、全ての領域で制御の操作量である電動三方弁９を振動的ではなく安定系制御にすることができる。

（変形例）
前述の実施形態では、冷却フィンと熱交換器の間を循環する冷却媒体として冷却媒体を例に挙げて説明したが、これに限らず何でもよい。

本発明のインバータ冷却装置の第１の実施形態を説明するための概略構成図。図１の温度制御ゲイン切替器を説明するためのブロック図。本発明のインバータ冷却装置の第２の実施形態を説明するための概略構成図。図３の温度制御ゲイン切替器を説明するためのブロック図。従来のインバータ冷却装置の一例を説明するための図。

符号の説明

０１…１次側冷却媒体配管、０２…２次冷却媒体流入側配管、０３…２次冷却媒体流出側配管、０４…２次媒体バイパス配管、０５…２次側冷却媒体配管、１…インバータ装置、２…ケース、３…インバータユニット、３ａ…主回路素子、３ｂ…冷却フィン、３ｃ…コンデンサ、３ｄ…電線、４…インバータ制御装置、５…室温検出器、６…吸気口、７ａ…インバータ装置入口冷却媒体温度検出器、７ｂ…インバータ装置出口冷却媒体温度検出器、８…排気口、９…電動三方弁、１０ａ…２次側冷却媒体ポンプ、１０ｂ…１次側冷却媒体ポンプ、１１…熱交換器、１２…冷却媒体冷却装置制御装置、１３…インバータ入力冷却媒体温度設定器、１４…インバータ冷却媒体温度制御器、１５…ポンプ速度設定器、１６…温度制御ゲイン切替手段、１６ｂ…温度制御ゲイン切替手段、１７…ポンプ駆動インバータ装置。

Claims

外気を内部に取り込む吸気口及び内部に取り込んだ外気を外部に排気する排気口を有するケースと、
前記ケース内に配設され、インバータの主回路を構成する主回路素子を含むインバータユニットと、
前記ケース内に配設され、前記主回路素子を制御するインバータ制御装置と、
前記主回路素子の発熱を冷却するものであって、冷却媒体が循環可能に流入側配管及び流出側配管を備えた冷却フィンと、
冷却媒体を通す１次配管及び前記流入側配管及び流出側配管との間で冷却媒体を循環し、前記１次配管内の冷却媒体とで熱交換し、前記１次配管に対して近接配置され内部に冷却媒体を通す２次配管を備えた熱交換器と、
前記熱交換器の２次配管に対して並列に接続されたバイパス配管並びに前記冷却フィンとの前記流出側配管との接続点に配設され、前記冷却フィン側から流出させる冷却媒体を前記２次配管及び前記バイパス配管に分配する電動三方弁と、
前記２次配管及び前記バイパス配管との前記冷却フィンとへの前記流入側配管の途中に配設され、前記冷却フィンと前記熱交換器の２次側配管との間に前記冷却媒体を循環させるための冷却媒体ポンプと、
を備えたインバータ冷却装置において、
前記ケース内の吸気口近くの室温を検出する室温検出器と、
前記室温検出器で検出した室温から結露しない露点温度を求め、この露点温度を設定温度とする冷却媒体温度設定器と、
前記冷却媒体温度設定器からの温度設定値と前記インバータ装置の入力冷却温度の検出温度の偏差から前記電動三方弁の開度制御を行い、前記流入側配管を通る冷却媒体の温度制御を行う冷却媒体温度制御器と、
前記主回路素子のスイッチングロス及びオンロスを含むインバータロスを演算するロス演算器と、
前記ロス演算器からのインバータロスと前記冷却媒体温度設定器からの設定温度に基づいて前記冷却媒体ポンプの速度設定値を出力するポンプ速度設定器と、
前記ポンプ速度設定器の速度設定値に基づき前記冷却媒体ポンプを駆動するポンプ駆動用インバータ装置と、
前記ポンプ速度設定器からの速度設定値と前記熱交換器の１次配管及び２次配管内の冷却媒体の温度差に基づき前記冷却媒体温度制御器から前記電動三方弁に与える開度指令に対して温度制御器ゲインを切替えるゲイン切替手段と、
を具備したことを特徴とするインバータ冷却装置。
前記ゲイン切替手段は、前記ポンプ速度が高速になるにつれゲインを高く補正するポンプ速度ゲイン補正器と、前記１次２次冷却媒体の温度差が大きくなるにつれてゲインを低く補正する１次２次冷却媒体温度差ゲイン補正器と、前記ポンプ速度ゲイン補正器の出力と前記１次２次冷却媒体温度差ゲイン補正器の出力を乗算して温度制御器ゲインを出力する乗算器とを備えたことを特徴とする請求項１記載のインバータ冷却装置。
外気を内部に取り込む吸気口及び内部に取り込んだ外気を外部に排気する排気口を有するケースと、
前記ケース内に配設され、インバータの主回路を構成する主回路素子を含むインバータユニットと、
前記ケース内に配設され、前記主回路素子を制御するインバータ制御装置と、
前記主回路素子の発熱を冷却するものであって、冷却媒体が循環可能に流入側配管及び流出側配管を備えた冷却フィンと、
冷却媒体を通す１次配管及び前記流入側配管及び流出側配管との間で冷却媒体を循環し、前記１次配管内の冷却媒体とで熱交換し、前記１次配管に対して近接配置され内部に冷却媒体を通す２次配管を備えた熱交換器と、
前記熱交換器の２次配管に対して並列に接続されたバイパス配管並びに前記冷却フィンとの前記流出側配管との接続点に配設され、前記冷却フィン側から流出させる冷却媒体を前記２次配管及び前記バイパス配管に分配する電動三方弁と、
前記２次配管及び前記バイパス配管との前記冷却フィンとへの前記流入側配管の途中に配設され、前記冷却フィンと前記熱交換器の２次側配管との間に前記冷却媒体を循環させるための冷却媒体ポンプと、
を備えたインバータ冷却装置において、
前記ケース内の吸気口近くの室温を検出する室温検出器と、
前記室温検出器で検出した室温から結露しない露点温度を求め、この露点温度を設定温度とする冷却媒体温度設定器と、
前記冷却媒体温度設定器からの温度設定値と前記インバータ装置の入力冷却温度の検出温度の偏差から前記電動三方弁の開度制御を行い、前記流入側配管を通る冷却媒体の温度制御を行う冷却媒体温度制御器と、
前記主回路素子のスイッチングロス及びオンロスを含むインバータロスを演算するロス演算器と、
前記ロス演算器からのインバータロスと前記冷却媒体温度設定器からの設定温度に基づいて前記冷却媒体ポンプの速度設定値を出力するポンプ速度設定器と、
前記ポンプ速度設定器の速度設定値に基づき前記冷却媒体ポンプを駆動するポンプ駆動用インバータ装置と、
前記ポンプ速度設定器からの速度設定値と、前記熱交換器の１次配管及び２次配管内の冷却媒体の温度差と、前記冷却媒体温度設定器からの設定温度と、前記冷却媒体温度設定器からの設定温度と前記熱交換器の１次配管及び２次配管内の冷却媒体の温度差との差に基づき前記冷却媒体温度制御器から前記電動三方弁に与える開度指令に対して温度制御器ゲインを切替えるゲイン切替手段と、
を具備したことを特徴とするインバータ冷却装置。
前記ゲイン切替手段は、
前記ポンプ速度が高速になるにつれゲインを高く補正するポンプ速度ゲイン補正器と、
前記１次２次冷却媒体の温度差が大きくなるにつれてゲインを低く補正する１次２次冷却媒体温度差ゲイン補正器と、
前記ポンプ速度ゲイン補正器の出力と前記１次２次冷却媒体温度差ゲイン補正器の出力を乗算する第１の乗算器と、
前記熱交換器の前記１次配管内の冷却媒体温度検出値と、前記流入側配管内の冷却媒体温度検出値との温度偏差を入力し、前記温度偏差の絶対値が基準値以下のとき、論理値“１”を出力する安定化判断器と、
前記安定化判断器に入力される温度偏差が負で、前記冷却媒体温度設定値の上限値に対する余裕を判断し、前記上限値が所定値以上になると論理値“１”を出力する余裕判断器と、
前記冷却媒体温度設定値の変化絶対値が所定値以下のとき、論理値“１”を出力する設定温度変化判断器と、
前記安定化判断器及び余裕判断器の出力の何れかが論理値“１”のとき論理値“１”を出力する論理和回路と、
前記論理和回路の出力が論理値“１”で、前記設定温度変化判断器の出力が論理値“１”のとき論理値“１”を出力する論理積回路と、
通常ゲインと低ゲインのいずれかに切替可能になっていて、前記論理積回路の出力が論理値“１”のとき前記低ゲインになり、かつ前記論理積回路の出力が論理値“０”のとき通常ゲインとなるゲイン切替器と、
前記ゲイン切替器の出力と前記第１の乗算器の出力を乗算して温度制御の安定性を考慮した温度制御器ゲインを出力する第２の乗算器と、
を備えたことを特徴とする請求項３記載のインバータ冷却装置。