JPH033685A - モータ端子箱取付けソリッドステート始動機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的に、モータ用ソリッドステート始動機
に関し、より詳細には、モータ端子箱に取り付けられ得
るコンパクトな水冷ソリッドステート始動機に関する。

及呈旦互ユ ソリッドステートモータ始動機は当技術において公知で
あり、モータ始動中に、とりわけ、制御されたモータ電
流を供給するために多相ＡＣモータに適用される。ソリ
ッドステート始動機は、モータのラインに跨る始動ある
いは低電圧の始動を行うことが出来る従来の電気機械的
始動機の使用に置き換わる。ソリッドステートモータ始
動機は改善された制御を行うが、作動中に熱を生じる。

ソリッドステート始動機は複数の３端子パワー半導体デ
バイス、例えば、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、パワ
ートランジスタ、ゲートターンオフデバイス（ＧＴＯ）
等を含んでおり、これらのデバイスはそれぞれ、デバイ
スの制御端子、例えば、ＳＣＲのゲート端子に適用され
る制御信号によって導通状態に駆動されるっ当技術にお
いて周知の方法では、各ＡＣ電源における半導体デバイ
スを電源とモータ間に直列に、例えば、ＡＣスイッチと
して接続することにより、これらのデバイスをモータ始
動中に選択的に導通状態に駆動して始動電流量を調節す
ることが出来る。詳細に述べると、半導体デバイスは、
ＡＣスイッチとして構成されると、モータ始動中に所定
の最大電流を超えないように電源電圧の各サイクルの一
部の期間しか導通しないように制御される。モータ安定
状態作動中に、半導体デバイスは通常、全導通状態に、
即ち、閉スィッチに似た状態になるように制御される。

ソリッドステート始動機は、一般的にその関連のモータ
の近くに取り付けられる。例えば、冷却器装置において
、種々の機械部品、モータ、及びソリッドステート始動
機が共通の構造ベースに取り付けられる。斯かるシステ
ムに、これ以後、スキッド取り付はシステムと呼ばれる
。しかしながら、始動機が共通ベースに取り付けられて
も、システムは始動機とモータとを相互接続するための
ケーブル配線及びケーブル配管を依然として必要とする
。

作動中、パワー半導体デバイスは熱を発生するが、この
熱は所定作動限度内に諸デバイスを維持するために除去
されなければならないっ詳細に述べると、所要量の電流
を運ぶために接合部温度を最大値に又はその下に維持す
る必要があるため、斯かるデバイスはデバイス接合部冷
却容量の関数として電流を運ぶように定格化されている
。パワー半導体デバイスは空冷又は水冷されてきた。空
冷デバイスの腸合、半導体デバイスと関連の冷却フィン
を含む組立ユニットは物理的にかなり大きく、それ故、
大きな物理的取り付は空間を必要とする。このことは、
装置全体の物理的コンパクト性が通常望まれるスキッド
取付は装置には特に好ましくない。

水冷パワー半導体デバイスを含む組立ユニットは通常、
それらの空冷のパワー半導体デバイスよりも小型である
。市販の水冷ＳＣＲユニットの一例として、各々が２つ
のＳＣＲデバイスを含むペンシルベニア州ヤングウッド
在のノミワレツクス社製造の誘電カモジュールが挙げら
れる。斯かるユニットを用いることにより、それらの取
り付けのために割当られる空間は小さくて良い。しかし
ながら、斯かるユニットに関連する諸問題が存在する。

例えば、装置冷却水を供給する工業用冷却器装置では、
半導体デバイスの冷却要求条件は、それらが冷却水によ
って冷却される場合、装置に冷却負荷を付加的に課さな
ければならないことを意味する。斯かる１次冷却装置を
利用する別の不都合は、冷却水が露点を下回る温度にお
かれて、半導体デバイス上に又はその近くに凝縮の形成
を生じ、その結果、デバイスの誘電強度に悪影響を生じ
ることである。更に、冷却器装置凝縮器の水あるいは半
導体デバイス冷却用の他の冷却システム水を直接使用す
ることは、好ましくないことがある。何となれば、水は
各半導体デバイスに関連する冷却エレメントを通過する
のに充分に清潔でない場合がある。更に、冷却水の圧力
が、半導体デバイス冷却に対して高すぎる場合がある。

更に、市販の水冷ＳＣＲユニットは、ＳＣＲが短時間に
わたってより大量の熱を生じると、始動中に最適の冷却
効果を与えていない。

上記の間頭に鑑みて、コンパクトで且つ液冷却型のモー
タ始動ｍを提供する試みが他者によって為されてきた。

例えば、米国特許第４，０８４，４０６号には、モータ
駆動圧縮器及びモータを駆動するためのソリッドステー
ト始動機を含む冷却装置が開示されている。始動機を構
成するＳＣＲは、封止された始動機箱の中に取り付けら
れている。この開示された装置では、ＳＣＲに接続され
た６つの電気端子スタッドが始動機箱の外面に耶り付け
られているカバープレートを通って突起し、このカバー
プレートは、モータ端子箱にボルト締めされた時にモー
タ端子箱の覆いとして作用することを必要とする。モー
タリードは、端子スタッドに直接接続されている。ＳＣ
Ｒが中に取り付けられる始動轡、箱は、封止されて、こ
れにより冷却器作動中に、冷却器圧縮器によって循環す
る冷媒に充填されるようにしなければならない。循環さ
れた冷媒はＳＣＲを冷却する。その結果、ＳＣＲは冷却
器システムにとって冷却負荷を意味する。冷媒が汚染す
ると、ＳＣＲの性能に悪影響を与える。

又、冷媒が圧縮型作動によって循環されるため、始動機
箱を充填するために冷却された冷媒の循環は、モータが
最初に始動した時に遅延する場合がおる。斯くして、半
導体デバイスが最大モータ電流を通し且つ最大の熱を発
生する時のモータ作動中にＳＣＲを冷却したい時に冷媒
が得られない場合が生じる。半導体デバイスは冷媒が充
填された容器に浸されるため、半導体デバイスのための
ゲート制御が別の箱の中に収納されている。

発明の要約 本発明の目的は、上記の諸問題及び不都合を課せられな
いモータ用ソリッドステート始動機装置を提供すること
にある。

本発明の別の目的は、上記の諸問題を生じない水冷半導
体デバイスを含むソリッドステート始動機を提供するこ
とにある。

本発明の更に別の目的は、半導体デバイス、半導体デバ
イス用制御、モータリード及びノモワーリードが全て唯
１つの端子箱の中に収納されているコンパクトなソリッ
ドステート始動機を提供することにある。

又別の目的は、コンパクトであシ月つモータに直接取り
付けられて、これによりケーブル配線の必要を最小限に
するソリッドステート始動機を提供することにある。

上記諸口的を達成するために且つ本発明の目的に従って
、本明細書に実施されているように、電動モータ用電力
調節装置であって、上記モータが上記モータを駆動する
ための電源への接続のためのモータ電力リードを含む電
動モータ用電力調節装置が提供される。この装置は、端
子箱、上記電源と上記リードとの間に結合されており且
つ上記端子箱内に収納されている複数のパワー半導体デ
バイスであって、少なくともモータ作動の始動期間中に
上記モータへの電力の流れを調節するための複数の・パ
ワー半導体デバイス、各上記半導体デバイスを冷却液を
用いることによって冷却するための手段であって、冷却
液が出入りする上記端子箱から独立し且つその中に収納
されている封止液流ニレメンｌｒ含む冷却手段、及び上
記パワー半導体デバイスと結合している制御手段であっ
て、制御信号に従って上記パワー半導体デバイスを駆動
するための制御手段を含む。

好ましい実施例の説明 ここで図面について説明する。第１図、３図及び５図は
、本発明に従って構成されたソリッドステート始動機装
置１０２を含む、商業あるいは工業環境に用いられるよ
うなスキッド取り付は冷却器装置１００を示している。

装置１００は、凝縮器１０４、冷却器１０６、及びこれ
らの凝縮器及び冷却器との間でＲ−１１又はＲ−２２等
の市販の冷媒を循環せしめるためのＡＣモータ１１０に
よって、駆動される圧縮器１０８を含んでいる。冷却器
１０６を通って循環される冷媒は水を冷却し、この水は
冷却水取入れライン１１２に受けられて、冷却水排出ラ
イン１１４を経由して冷却負荷に帰還する。ポンプ１１
６は、水を冷却器に循環する。

冷却水ライン１１２及び１」４並びにポンプ１１６は、
冷却器システムの１次冷却ループを構成する。

冷却器１０６を通過する水を冷却することによって加熱
された冷媒は、圧縮器によって凝縮器１０４に圧送され
、ここで冷却器システムの２次冷却ループを循環した冷
却水によって冷却される。この２次冷却ループは、取入
れライン１２０、排出ライン１２２、循環ポンプ１２４
、及び冷却塔１２６を含む。ポンプ１１６及び１２４、
凝縮器１０４、冷却器１０６、及び冷却塔１２６は、標
準の構造を有する。

図面に図示された好ましい実施例では、始動機１０２は
、３つのＳＣＲモジュール１３０．１３２及び１３４、
ＳＣＲ用冷却装置、及びＳＣＲ用制御システムを含む。

各ＳＣＲモジュールは、反転−並列接続された対のＳＣ
Ｒから成ることが好筐しく、これら３つのＳＣＲモジュ
ールは、モータ１１０を駆動するための３相ＡＣ１ｇ、
源のＡ％Ｂ及びＣ位相とそれぞれ関連する。以下により
詳細に説明するように、これら３つのモジュールは３相
ＡＣスイツチを形成するように構成されるのが好ましい
。各ＳＣＲモジュールは、冷却水供給器に接続されて水
冷却を可能にするように適応されている組立ユニットと
して提供されるのが好ましい。

各ＳＣＲモジュールは上記の誘電カモジュールとして提
供され得るが、このモジュールの好ましい構成が以下に
述べられている。

３つのＳＣＲモジュール及び熱交換器１４２に冷却水を
循環せしめるためのポンプ１４０が提供されており、こ
のポンプは熱交換器の帰還ライン１４４に接続されてお
９、冷却水は排出ライン１４６を経由して熱交換器から
排出される。ライン１４４及び１４６は、熱交換器１４
２の１次ル−プを形成する。熱交換器１４２０２次ルー
プは、帰還及び排出ライン１５０及び１５２をそれぞれ
経由して凝縮器１０４と同じ２次冷却ループに接続され
ている。ポンプ１２４の作動によって、２次ループのラ
イン１２０と１２２の間に圧力差が存在し、これにより
、ここにそれぞれ接続されているライン１５０及び１５
２を通る流れは、この圧力差によって駆動される。斯く
して、ＳＣＲモジュールを冷却する熱交換器１４２の１
次冷却ループは、閉ループとなっており、これにより冷
却水の清潔に関する心配が少なくなる。更に、ＳＣＲモ
ジュールの冷却によ・つて冷却器装置１００の１次冷却
ループに負担がかかることがない。熱交換器１４２は、
例えば２．８６ｍ０．Ｄ、銅管内に１．９ｃｍ　Ｏ，Ｄ
、鋼管から成る管中管熱交換器として提供されるのが好
ましく、熱交換器１次ループ水は管間の環状空間を流れ
る。好ましい熱交換器の構成が第７ａ図に図示されてお
υ且つ以下に述べられている。ポンプ１４０は、例えば
、４．５　ｇｐｍの流速を確立するように提供され得る
。

第２図は、モータ１１０への電力の供給を線図で示して
いる。冷却器装置が設置される商業又は工業環境におい
て通常得られるように、電力が３相ＡＣ電源２００から
出される。電源の各々のＡ、Ｂ及びＣ位相は、装置１０
２のＡＣスイッチ２０２に接続されている。上記のごと
く、ＡＣスイッチは、それぞれＳＣＲモータ１３０．１
３２及び１３４を含む３対のＳＣＲから構成されており
、ＡＣスイッチのＳＣＲ対はこのように呼ばれる。

第２図から分かるように、この好ましい実施例において
、６対の５ＣＲＨ１他方のＳＣＲのカソードに接続され
ている一方のＳＣＲのアノードに反転−並列接続されて
いる。ＳＣＲモジュール１３０．１３２及び１３４は、
モータの３つのパワーリード導体２１０，２１２及び２
１４にそれぞれ接続されている。

装置１０２は、パワー半導体デバイスを駆動するための
制御手段を含んでいる。本明細書に実施されているよう
に、制御手段は、ＳＣＲのそれぞれのゲート端子に選択
的応用のためのゲーティング信号を発生するためのＳＣ
Ｒゲーティング回路として提供される。ゲーティング回
路２２０の好ましい構成によると、この回路はこれらの
ゲーテインク信号を発生するために、１つのラインーラ
イン電圧、例えば、電源２００のＶＡＢを表す基準電圧
信号を必要とし且つこの信号を入力２２２として受ける
ように接続されている。この基準電圧信号は、ＡＣ電源
のＡ、Ｂ及びＣライン電圧を受けるように結合されてい
る電圧検知モジュール２２４によって与えられる。検知
モジュール２２４は、電圧ラインーライン電圧に相当す
る信号レベル電圧を派生するための３相変圧器を含むの
が好ましい。本明細書では、開位相又は不正位相回転を
検出するための検出回路がＳＣＲゲーティング回路に含
まれることが好ましい。検知モジュール２２４はそれ故
、この検出回路に応用されるためのライン２２６及び２
２８に、残りの２つのラインーライン電圧、例えば、Ｖ
ＢＣ及びＶＣＡを表す信号も与える。

当技術において公知の方法によって、好ましく構成され
るゲーティング回路は又、モータ１１０に流れるべき適
当な大きさの電流を生成するために、リード導体２１０
．２１２及び２１４間に必要とされる電圧を表す電力制
御信号を必要とし且つこの信号を入力２３０として受け
るように接続されている。電力制御信号を与えるために
、装置１００は更に、モータ１１０の各リード導体２１
０．２１２及び２１４に流れる電流を表す信号を受ける
ように結合されている制御論理ユニット２３２を含む。

電流変圧器２４０．２４２及び２１４の形にある３つの
電流検知デバイスは、モータリード２１０．２１２及び
２１４にそれぞれ結合されており、これらのリードに流
れる電流にそれぞれ比例する電流信号ＩＡ、ＩＢ及びｆ
ｃを供給する。

制御論理２３２は、モータリードにおける実際の電流を
予め設定された電流の大きさと比較するための回路を含
み且つこの比較に応答して電力制御信号を発生する。

信号ＯＯの好ましい構成によると、制御論理２３２は、
３つの電源ラインーライン電圧を表す３つの電圧信号を
ライン２４６．２４７及び２４８に受けるように接続さ
れている。この制御論理は更に、上記の検知回路からの
信号、ＳＣＲ使用温度を表す信号、運転／停止信号及び
ゲーティング回路２２０のフェーズロックループのアウ
トオブロック状態を制御ライン２５０に受けるように接
続され得る。この制御論理は、開位相、不正位相回転又
は高ＳＣＲ温度等の悪条件の指示に応答して電力制御信
号の発生を一時停止し、その結果、ＳＣＲが導通を停止
するようになっている。制御論理２３２は、例えば、ユ
ーザ監視ステーションへの伝達のために、その出力５２
に、少な（ともこれらのパラメータを表す電源電圧及び
モータ電流及び／又は遠隔測定信号を供給することがさ
らに好ましい。好ましい制御論理ユニットが、ヨークイ
ンターナショナルコーポレーションによって製造されて
いる。

ＳＣＲゲーティング回路２２０は、米国特許用４４９９
．５３４号にゲーティング回路として開示されている。

好ましい実施例において、回路２２０は、ゲーティング
回路として提供され得る。更に、ゲーティング回路２２
０は、当技術において公知の且つ３端子半導体デバイス
の作動を制御するための制御信号を発生するのに好適な
他の回路として提供し得る。

第３図は、７ステム１００におけるモジュールｌＯの端
子箱の中に取り付けられている始動機１０２の好ましい
物理的構成を示している。始動機１０２は、モジュール
１０の板金端子箱３００に収納されている。この端子箱
は、半導体デバイス１３０．１３２及び１３４を収納し
ている区画室３０４を含んでいる。端子箱は又、選択自
由の従来の成形ケース断接少なくとも３１０を含んでい
る。

第３図に図示されているように１断接スイツチの端子パ
ッド３１２．３１４及び３１６が、電源の位相Ａ、Ｂ及
びＣからそれぞれ供給されているパワーケーブル３１８
．３２０及び３２２にそれぞれ接続されている。これら
のパワーケーブルは、電線管３２４を通って区画室３０
４に入っているのが好ましい。

これらの断接スイッチ負荷は、横バスバー３３０．３３
２及び３３４に接続されている。バスバー３３０．３３
２及び３３４は、断接スイッチ負荷端子とＳＣＲモジュ
ール１３０．１３２及び１３４のそれぞれ端子パッド３
３６．３３８及び３４０との間に接続を行う。第４図は
、第３図の断面図４−４を示しており、且つ各横バスバ
ーの構成を示している。第４図には又、バスバー３３０
．３３２及び３３４を指示するための絶縁体３５０．３
５２及び３５４が図示されている。これらのＳＣＲモジ
ュールは、モータに近くなるように、端子箱３００の後
部に向け゛られてセットされている。

ゲーティング制御回路２２０は、端子箱３００の前部に
向けて配置されている。

第３図及び４図に図示されているように、区画室３０２
及び３０４を分離するためのバリヤ３５６がＳＣＲモジ
ュールに隣接する端子箱３００の全高にわたって延設さ
れているが、このバリヤの下部は、バスバーの通過を可
能にするために切られている。バリヤ３５６は、始動機
の設置又は修理の期間中に取外すことが出来る端子箱の
カバープレート３５８まで延設されている。端子箱の後
壁３６０は、モータリードを挿入することが出来るアパ
ーチュア３６２を含んでいる。

ＳＣＲゲーティング回路２２０は、回路取付はパネル３
６６の上に取付けられている回路基板３６４の上に構成
配置されており、この回路基板の一部分が第３図に線図
で示されている。電圧検知モジュール回路は又、区画室
３０２内に取付ゆられるのが好ましい。斯くして、始動
機１０２を構成しているＳＣＲモジュール及びゲーティ
ング回路は、モジュール１０の端子箱内に取付けられて
いる。端子箱３００の機能は、第３図の断面図５−５で
ある第５図に更に図示されている。斯くして、端子箱３
００がモータに取付けられていることが分かる。モータ
パワーリードが出ているモータ１１０の開口に端子箱３
００を取付けるための矩形の断面を有するアダプタ３６
８が配設されている。端子箱３００の後壁３６０の矩形
開口３６２は、アダプタ３６８と整合されている。それ
故、モータリード２１０，２１２及び１４は、開口３６
２を通って突出しており且つそれぞれＳＣＲモータ１３
０，１３２及び１３４で終端する。

第３図に示されているように、各位相リードは当接術に
おいて公知のように２つの導体から成り得る。

ここで再び第３図について説明する。端子箱３００は、
始動機ｉｏｏの冷却器１０６（第１図）を構成している
円筒状部材３７４に固定されている２つの部材３７０及
び３７２、例えば、チャンネル鋼部材によって支持され
ている。第３図から分かるように、円筒状部材３７６は
部材３７４の後に配置されており且つ始動機１００の凝
縮器１０４を構成している。モータ１１０は、その−端
をその凝縮器１０８（第３図に図示せず）への結合によ
って且つ他端を部材３７４に固定されている部材３７８
によって支持されている。

第６図は、ＳＣＲモジュール６００を図示している。モ
ジュール６００は、バス型端子バー６０６と導電接触し
ている５ＣＲ６０２及び６０４の形を取る半導体ディス
ク型デバイスを含んでおり、このバーは銅から製造され
ているのが好ましい。

モジュール６００は、冷却液を用いて冷却手段を冷却す
るための手段を含んでいる。ニューハンプシャー州ハド
ソン在のコメリクス社製造のＣｈｏ−ｔｈｅｒｍ　ｌ　
６７１等の公称０．０４ｃｒｎ厚の１枚の絶縁材６０８
によって端子バー６０６を水冷プレート６１０から電気
的に絶縁する。プレート６１０は、銅から製造されてい
るのが好ましく、プレートを通る水等の冷却液の循環の
ために、第６図において人口６１２及び出口６１４に連
通している水流通路をその中に有する。プレート６１０
を循環する冷却液は、熱交換器１４２から受けられるよ
うＫ（矢印１４４　）、図示されており（第１図）、プ
レートから排出される冷媒は熱交換器に帰還する（矢印
１４６）。水入口は、第６図において、出口６１４のす
ぐ背部に配置されているように図示されている。

モジュール６００は又、銅から製造されるのが好ましい
バス型端子バー６３０を含む。モジュール６００は更に
、５ＣＲ６０２及び６０４と端子バー６３０との間にそ
れぞれ介在している金属ブロック６３２及び６３４の形
を取る２つの熱シンク体を含む。ブロック６３２及び６
３４は、形状が矩形であり鋼から製造されているのが好
ましい。

ブロック６３２及び６３４は、端子バー６３０に導電接
触しており且つ５ＣＲ６０２及び６０４にそれぞれ導電
接触している。更に、これらのブロックはまた、それぞ
れの５ＣＲ６０２及び６０４並びに端子バー６３０と熱
伝導接触している。各ブロック６３２．６３４は、端子
バー６３０とこれに接触しているＳＣＲとの間に導電経
路を与える。ここで銘記すべきように、各ブロック６３
２．６３４は端子バー６３０とＳＣＲの一方との間に介
在するのが好ましいが、端子バー６３０は各ブロックと
対応のＳＣＲとの間に介在し得る。

５ＣＲ６０２及び６０４の一方のカソード極面と他方の
ＳＣＲのアノード極面が互いに同一の端子バーに当接す
るように配置された５ＣＲ６０２及び６０４により、Ａ
Ｃスイッチ２０２の各半導体モジュールの上記の反転−
並列電気的構成が達成される。横パスパー及びモータ端
子リードへの電気的接続を行うために端子バー６０６及
び６３０に穴６４０及び６４２がそれぞれ与えられる。

ゲーティング信号を受けるためのゲートリード６４４及
び６４６が、５ＣＲ６０２，６０４から出ているように
それぞれ示されている。

モジュール６００は更に、ボールベアリング６５２及び
６５４並びに金属ディスク６５６及び６５８を経由して
端子バー６３０に圧力を適用するために、例えばステン
レ２′ｊ１１４から製造されている圧力プレート６５０
を含んでいる。各ベアリング及び金属ディスクは、一方
のＳＣＲの中心と垂直整合して配置されている。スルー
ボルト６００は、圧力プレート６５０、端子バー６０６
及び６３０並びに絶縁材６０８を通っており、冷却プレ
ート６１０中に図示されない手段によって固定される。

圧力プレート６５０を通って突出しているポル）６６０
の端部は、ばね座金６６２及びナツト６６４を受けるよ
うにねじが切られている。

ナツト６６４は、圧縮取付は力を端子バー６０６及び６
３０にまたがって加えて２つの金属ブロック及び半導体
デバイスを圧縮するように締め付けられる。これらの圧
力プレート、ベアリング及び金属ディスクの配置によっ
て、２つのＳＣＲの間に圧縮力が等分に配分される。ス
ルーボルト６６０は、好ましくは、絶縁スリーブによっ
て端子バー６０６及び６３０かも絶縁される。０．０７
６ｃｒｎ厚のアラミツド絶縁紙（プラウエア州つィルミ
ングトン在のＥ、　Ｌジュボ／　デ　ネモーア社製造の
Ｈｏｍｅｘ絶縁材）等の１枚の電気絶縁材６７０が、端
子バーを圧力プレート６５０、ポールベアリング６５２
．６５４及び金属ディスク６５６．６５８から電気的に
絶縁するために配設されている。フロック６３２には、
半導体デバイスの作動の期間中、ブロック温度を監視す
るために接続されているサーミスタ６７２が配設されて
いることが好ましい。

装置１００の作動において、モジュール１１０は、始動
機１０２によって付勢されて圧縮器１０８を駆動し、こ
れにより、冷媒が凝縮器１０４と冷却器１０６との間で
循環し、冷却器１０６による冷却水の冷却負荷への供給
を行う。モータ始動の期間中、モータ電流は、制御論理
２３２によって監視され、論理２３２はこれに応答して
電力制御信号を発明し、この信号はＳＣＲゲーティング
回路に適用される。このゲーティング回路は、電力制御
信号及び底圧検知モジュールから受けられる基準電圧信
号に応答して、ＡＣスイッチ２０２のＳＣＲへの選択的
適用のためのゲーティング信号を発生し、モータ始動電
流は、大きさが所定の最高成流に限定される。ＳＣＲは
、作動期間中に熱を発生し、それに接触している水冷プ
レートを通って循環する冷却水によって一部、冷却され
る。

ＳＣＲ冷却水は、熱交換器１４２の１次冷却ループとし
て循環する。熱交換器１４２０２次ループは、冷却器シ
ステム凝縮器１０４の帰還及び排出ライ／１２０及び１
２２からタッピングされる。

凝縮器帰還及び排出ラインは、冷却塔１２６を含む冷却
器２次冷却ループに接続されている。ライン１２０と１
２２との圧力差によって熱交換器１４２を通る冷却塔水
の循環が駆動される。

ＳＣＲを冷却するように適用された冷却液は、常に冷却
塔中の水の温度と等しいかあるいは上回る温度を有する
。その結果、ＳＣＲの温度は常に、周囲の空気の露点を
上回っている。それ故、ｓＣＲの冷却は、始動機の作動
を低下せしめるような凝縮をもたらさない。

好ましいＳＣＲモジュール６００の作動によると、モー
タ始動中に発生するＳＣＲ接合部熱は、モータ安定状態
作動中に発生する熱の量よりも大きい。モータ始動及び
モータ始動電流の導通に相当する作動の過渡期間中釦発
生したＳＣＲ接合部熱の有意の部分は、その中の各金属
ブロックによって吸収される。始動熱の小部分とモータ
安定状態作動の期間中に発生したＳＣＲ接合部熱の大部
分は、水冷プレートによって吸収される。

冷却器始動機１００は、スキッド取付はユニットとして
構成されるのが好ましく、第１図に図示されているよう
に、凝縮器１０４、冷却器１０６、圧縮器１０８、モー
タ１１０、始動機１０２、ポンプ１４０及び熱交換器１
４２を含んでおり、これらは全て共通の構造ペース上に
取付けられている。更に、ＳＣＲゲーテイ／グ回路２２
０並びに水冷ＳＣＲモータ１３０．１３２及び１３４を
含むＡＣスイッチ２０２から構成されている始動機１０
２は、モータに直接接続されている端子箱内に取付けら
れている。

第７ａ図及び７ｂ図は、３つの好ましいＳＣＲモジュー
ル６００に冷却水を画壇するために配設された封止され
た液回路を図示している。第７ａ図において、端子箱３
００は、第３図のように前から見ている。しかしながら
、端子箱の外部背面に取付けられている液回路の素子が
図示されているだけである。さらに、冷却器１０６を構
成する円筒状部材３７４は、封止された液回路の円筒状
部材３７６の形を取る凝縮器１０４への連結をより明瞭
に示すために、第７図には図示されない。

第７ａ図について説明する。入ロヘソダライン７００及
び出口ヘッダライン７０２が端子箱３００の後壁３６０
の外部表面に水平に取付けられている。穴７０６及び７
０８等の１対の穴が、各ＳＣＲモジュールのための後壁
３６０に配設されている。

６対の穴は、ＳＣＲモジュール６００（７）入口６１２
及び出口６１４と整合するように配置されている。

第７ａ図における断面７ｂ−７ｂである第７ｂ図は、後
壁３６０の内面に取付けられている１つのＳＣＲモジュ
ールの水冷プレート６１０の一部分である。このプレー
トは簡瀬を期するために、第７ａ図からは意図的に省略
されている。各ヘッダ７００．７０２は、後壁３６０の
外面に取付けられている、例えば鋼から構成されている
支持ブラケットに圧締められている。第７ｂ図は、ヘッ
ダ７０２を支持するための支持ブラケット及びクランプ
７１２並びにヘッダ７００を支持するための支持ブラケ
ット７１４及びクランプ７１６を図示している。タップ
ライン７２０は、穴７０８を通してＳＣＲモジュールの
ヘッダ７０２と出口６１４とを接続している。同様に、
タップライン７２２は、穴７０６を通過し、ヘッダ７０
０をモジュール人口６１２と接続する。モジュール水入
口及び出口への接続からの漏水が端子箱３００の内部に
入り込まないように防止するために、水冷プレート６１
００周辺部と取付はプレート７２６との間にガスケット
７２４が配置されている。取付はプレート７２６は、壁
３６０に締め付けられている。

各入口及び出口は、タップラインと水冷プレートとの間
の接続を封止するために、各タップライン上の圧縮取付
は部品のねじ込雄エレメント、例えば、タップ７１０上
のエレメントを受けるためのねじ込開口として提供され
るのが好ましい。

再び第７ａ図について説明する。入口ヘッダ７００は、
好ましい管内前熱交換器７３０の出口に連結している。

熱交換器７３０の構造が、第８図に図示されている。熱
交換器の入ロア３２は、水ライン７３４を経由して凝縮
器の一端に取付けられている水箱７３６に接続されてい
る。熱交換器の出ロア３７は、ライン７３８を経由して
、凝縮器の他端に取付けられている水箱７４０に接続さ
れている。水箱７３６と７４０との圧力差の結果、凝縮
器からの冷却水は２次冷媒として熱交換器の内管７４２
を通って流れる。ＳＣＲモジュールを通って循環する熱
交換器の１次冷媒は、内管７４２と外管７４４との間に
形成された環状空間を通過する。１次冷媒は斯（して、
２次冷媒によって冷却される。入口ヘッダ７００は、ラ
イン７５０を通して熱交換器の１次冷媒出ロア５２に接
続されている。出ロア５２は、栓付き排水管７５４を含
むＴ−接続体の一部である。熱交換器の１次冷媒入ロア
５６は、循環ポンプ７５８の排出側に接続されている。

ポンプの吸引側は、ライン７６０を通してヘッダ７０２
に接続されている。

斯（して、ポンプ７５８は、１次冷媒を出口ヘッダ７０
２かも出して、熱交換器を通じて入口ヘッダ７００に戻
す循環を行う。熱交換器７３０及びポンプ７５８は、第
１図に図示されている熱交換器１４２及びポンプ１４０
にそれぞれ相当する。

更に、ライン７３４及び７３８は、第１図に図示されて
いるライン１５０及び１５２にそれぞれ相当する。更に
、熱交換器量ロア５２及び入ロア５６はそれぞれ第１図
のライン１４６及び１４４に相当する。ここで銘記すべ
きように、熱交換型入ロア５６及びこれを外管７４４に
接続しているパイプ部分の配向は、熱交換器の構造をよ
り明瞭に説明するために、第８図では第７ａ図とは異な
って配置されている。

斯くして、３つのモジュール６００は、端子箱内に配置
されており、各々は、箱内に収納されている封止液流上
ｌ／メントを表す水冷プレート６１０を含んでいる。更
に、これらの封止液流エレメントは、端子箱の外部に取
付けられている封止液流回路に接続されており、この回
路は液冷却プレートを通して循環された液を冷却するた
めの熱交換器を含む。ここで銘記すべきように、全ての
配管を端子箱の外部に取付けることが望ましいが、この
配管の特定の部分、例えば、ヘッダ７００及び７０２は
、端子箱内に取付けられ得る。

本発明は冷却器装置に組み込まれる水冷モータ始動機を
含むように説明されてきたが、本発明はこのような環境
に限定されるものではない。熱ポンプ装置は冷却器装置
１００と類似して機械的に構成されており且つ圧縮器を
利用して、冷媒を循環し、外部負荷に加熱又は冷却を行
う。斯かる装置は又、装置に冷却負荷をかけることなく
、熱交換器１４２によって利用され得るような外部冷却
水源に対するアクセスを有し得る。更に、本発明は、冷
却器又は熱ポンプシステムに組み込まれるモータ始動機
に限定されるものではない。モータ端子箱取付は水冷却
始動機は、コンパクトなノリラドステート始動機を用い
たく且つ冷却水の適当なソースが得られる如何なるモー
タの応用にも組み込まれ得る。

本発明に係るモータ端子箱取付は水冷却始動機は、始動
機専用の熱交換器を通して冷却されるように説明されて
きたが、他の型の熱交換器及び液冷却源を用いる事が出
来る。冷却水の開冷却ループソース、即ち、ＳＣＲが発
生した熱を運搬する水がＳＣＲに帰還しないループ、が
得られる場合、水の清潔さ及び露点に関する上記の注意
事項を条件にするならば、斯かる冷却源を用いることが
出来る。更に、熱交換器を含む冷却源が得られ且つＳＣ
Ｒによって表される冷却負担が心配でない場合、斯かる
冷却源も、もちろん、利用できる。

本発明に係る始動機は水によって冷却されるＳＣＲを含
むように説明されてきたが、他の冷媒を用いてＳＣＲを
冷却することができる。入手できるならば、清潔さ及び
露点に関する上記の注意事項を条件にいれて、他の冷却
液を循環させてＳＣＲを冷却しても良い。

本発明に係るモータ端子箱取付は始動機はＳＣＲを含む
ように説明されてきたが、本発明は、モータへの電流の
流れを調節するように構成されている、任意の半導体デ
バイス、例えば、パワートランジスタを用いて、等しい
有効性でもって、実施し得る。

本発明に係るモータ端子箱取付は始動機はＡＣモータへ
の電力の流れを調節するためのＡＣスイッチを含む状態
で説明されてきたが、本発明は他の形のモータ制御にも
適用できる。例えば、ＤＣモータ作動は、電源とＤＣモ
ータの間に結合された整流器回路として構成された３端
子半導体デバイスの選択的作動によって調節され得る。

斯（して、整流器回路は、ＤＣモータのモータ端子箱の
中に取付けられ且つ水冷３端子半導体デバイスを含み得
る。更に、本発明は、可変速度モータを駆動するために
ソリッドステートインバータを含む始動機によって実施
し得る。更に、本発明は、単相装置又は３相以外を有す
る多相装置にも等しい有効性でもって実施し得る。

好ましい実施例において、電圧検知モジュールはゲーテ
ィング回路と共に取付けられる。しかしながら、本発明
は、基準電圧信号の外部源としてみなされ且つゲーティ
ング回路から別に取付けられている電圧検知モジュール
によって実施され得る。

本発明は、寸法がコンパクトで且つモータに直接接続さ
れ得て、これによりケーブル配線を最小限にする改良さ
れたソリッドステート始動機を提供するものである。特
に、モータと始動機との間、及び半導体エレメントと半
導体デバイス用のゲート制御のための別の箱の間の配線
及び導管がな（なる。始動機によって発生した熱は、近
辺の環境ヤ空調システムではなく、冷却塔に追い込まれ
る。

それ故、始動機のための冷却要求条件によって冷却器の
空調容敬が低下することもない。更に、壱在的な凝縮に
関する諸問題も解消するが、何となれば、冷却塔水の温
度は常に露点に等しいかそれより高いからである。水浸
しになった冷却器における半導体を直接冷却するのに装
置冷媒を用いることなく汚染と熱衝撃の諸問題も解消さ
れる。更に、本発明は、冷却器の冷媒回路への始動機の
接続を必要としない。更に、始動及び運転後の冷却を行
うために圧縮器を運転する必要がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る実施例に従って製造された水冷
ソリッドステート始動機を含む冷却器システムの線図。 第２図は、第１図に図示されているソリッドステート始
動機に関連する電気回路の線図。第３図は、第１図に図
示されているソリッドステート始動機及びモータの物理
的配置を示す図。第４図は、第３図に示されている断面
図４−４゜第５図は、第３図に示されている断面図５−
５゜第６図は、水冷半導体デバイス用モジュールの好ま
しい構成を示す図。第７ａ図及び７ｂ図は、ＳＣＲモジ
ュールに冷却水を循環するための封止された液回路を示
す図。第８図は、好ましい熱交換器の構成を示す図。 １００・・・スキッド取付は冷却器袋！、１０２・・・
ソリッドステート始動機装置、１０４・・・凝縮器、１
０６・・・冷却器、１０８・・・圧縮器、１１０・・・
ＡＣモータ、１１２・・・冷却水取入れライン、１１４
・・・冷却水排出ライン、１１６・・・ポンプ、１２４
・・・循環ポンプ、１３０，１３２．１３４・・・ＳＣ
Ｒモジュール、１４２・・・熱交換器、１４４・・・帰
還ライン。 （外４名） 図面の浄書（内容に変更なし） 雉曾 六Ｊ實 ＦＩＧ、　２ ＦＩＧ、　４ ＦＩＧ、　５ ＦＩＧ、６

Claims (28)

【特許請求の範囲】
1. １．電動モータ用電力調節システムであつて、上記モー
   タが上記モータを駆動するための電源への接続のための
   モータ電力リードを含む電動モータ用電力調節装置にお
   いて、 端子箱、 上記電源と上記リードとの間に結合されており且つ上記
   端子箱内に収納されている複数のパワー半導体デバイス
   であつて、少なくともモータ作動の始動期間中に上記モ
   ータへの電力の流れを調節するための複数のパワー半導
   体デバイス、 各上記半導体デバイスを冷却液を用いることによつて冷
   却するための手段であつて、冷却液が出入りする上記端
   子箱から独立し且つその中に収納されている封止液流エ
   レメントを含む冷却手段、及び 上記パワー半導体デバイスと結合している制御手段であ
   つて、制御信号に従つて上記パワー半導体デバイスを駆
   動するための制御手段 を含むことを特徴とする電力調節装置。
2. ２．上記制御手段が上記端子箱内に収納されていること
   を特徴とする請求項１記載の電力調節装置。
3. ３．上記端子箱が上記モータにすぐ隣接して定位されて
   いることを特徴とする請求項１記載の電力調節装置。
4. ４．上記モータのパワーリードが上記端子箱の中に直接
   突起しており上記端子箱の中で上記半導体デバイスと結
   合していることを特徴とする請求項３記載の電力調節装
   置。
5. ５．上記電源からのラインが上記端子箱の中に直接突起
   しており上記端子箱の中で上記半導体デバイスと結合し
   ていることを特徴とする請求項４記載の電力調節装置。
6. ６．上記封止液流エレメントが上記端子箱外に定位され
   た封止液冷媒流回路と結合されており、上記冷却手段が
   上記封止流回路と結合された熱交換器を含むことを特徴
   とする請求項１記載の電力調節装置。
7. ７．上記熱交換器及び上記封止液流回路が冷却液の閉ル
   ープ及び上記冷却液から熱を受けるための手段を形成し
   ていることを特徴とする請求項６記載の電力調節装置。
8. ８．各上記半導体デバイスが上記制御手段からの信号の
   適用によつて導通モードに駆動される３端子パワー半導
   体デバイスであることを特徴とする請求項１記載の電力
   調節装置。
9. ９．上記電源が多相ＡＣ電源であり且つ上記半導体デバ
   イスがＡＣスイツチを形成するように配置されているこ
   とを特徴とする請求項１記載の電力調節装置。
10. １０．上記冷却液が水であることを特徴とする請求項１
    記載の電力調節装置。
11. １１．上記半導体デバイスがシリコン制御整流器（ＳＣ
    Ｒ）であることを特徴とする請求項１記載の電力調節装
    置。
12. １２．電動モータ用電力調節装置であつて、上記モータ
    が上記モータを駆動するための電源への接続のためのモ
    ータ電力リードを含む電動モータ用電力調節装置におい
    て、 端子箱、 上記電源と上記リードとの間に結合されており且つ上記
    端子箱内に収納されている複数のパワー半導体デバイス
    であつて、少なくともモータ作動の始動期間中に上記モ
    ータへの電力の流れを調節するための複数のパワー半導
    体デバイス、 各上記半導体デバイスを冷却液を用いることによつて冷
    却するための手段であつて、冷却液が出入りする上記端
    子箱から独立し且つその中に収納されている封止液流エ
    レメントを含む冷却手段、上記モータへの好ましい電力
    の流れを表す制御信号を供給するための手段、及び 上記パワー半導体デバイス及び上記制御信号手段と結合
    している制御手段であつて、制御信号に従つて上記パワ
    ー半導体デバイスを駆動するための制御手段であつて上
    記端子箱内に収納されている制御手段 を含むことを特徴とする電力調節装置。
13. １３．上記封止液流エレメントが上記端子箱外に定位さ
    れた封止液冷媒流回路に結合されており、上記冷却手段
    が上記流回路と結合されている熱交換器を含み、上記熱
    交換器及び上記封止液流回路が冷却液の閉ループを形成
    していることを特徴とする請求項１２記載の電力調節装
    置。
14. １４．上記端子箱が上記モータに物理的に接続されてお
    り、上記モータのパワーリードが上記端子箱の中に直接
    突起しており上記端子箱の中で上記半導体デバイスと結
    合されていることを特徴とする請求項１３記載の電力調
    節装置。
15. １５．上記冷却手段が上記モータの始動中に熱シンクと
    して働くために上記半導体デバイスと物理的接触してい
    る１つ又はそれ以上のソリツド金属ブロツクを含むこと
    を特徴とする請求項１３記載の電力調節装置。
16. １６．各上記半導体デバイスがデバイスモジユールにお
    いて上記半導体デバイスの第２と第１半導体デバイスと
    して対になつており、各上記デバイスモジユールがデバ
    イス作動中に上記第１及び第２半導体デバイス内に発生
    する熱を受けるために上記半導体デバイスと熱接触して
    いる液冷却熱シンクであつて、上記液冷却熱シンクが上
    記冷却手段の１対の上記液流回路を形成している液冷却
    熱シンク及びデバイス作動中に第１及び第２半導体デバ
    イス内の熱を受けるために上記半導体デバイスと熱接触
    しているソリツド熱シンクを含み、上記液冷却熱シンク
    及び上記ソリツド熱シンクが、デバイス作動の所定の過
    渡及び安定状態期間中に、各上記第１及び第２半導体デ
    バイスにおける接合部温度を所定の最高接合部温度に又
    はその下に維持するためにそれぞれの第１及び第２所定
    熱容量を有することを特徴とする請求項１２記載の電力
    調節装置。
17. １７．上記電源が多相ＡＣ電源であり、上記冷却液が水
    であることを特徴とする請求項１２記載の電力調節装置
    。
18. １８．外部冷却負荷に冷却を行うための冷却器装置であ
    つて、ＡＣモータによつて駆動される圧縮器を含み、上
    記モータが多相ＡＣ電源に結合するための１組のパワー
    リードを含む冷却器装置において、 過渡始動作動及び安定状態作動期間中に上記モータへの
    電力の流れを調節するために、上記ＡＣモータと上記Ａ
    Ｃ電源とを結合するためのＡＣスイツチ、 上記モータに取り付けられている端子箱であつて、上記
    ＡＣスイツチが上記ＡＣスイツチを形成するように構成
    されており且つ上記端子箱内に収納されている複数の３
    端子パワー半導体デバイスを含み、各上記半導体デバイ
    スが導通制御信号を上記デバイスの制御端子に適用する
    ことにより導通状態に駆動される端子箱、 第１冷却液を用いることにより各上記半導体デバイスを
    冷却するための手段であつて、冷却液が出入りする上記
    端子箱から独立し且つその中に収納されている封止液流
    エレメントを含む冷却手段、上記モータへの好ましい電
    力の流れを表す制御信号を供給するための手段、及び 上記パワー半導体デバイス及び上記制御信号手段と結合
    している制御手段であつて、制御信号に従つて上記パワ
    ー半導体デバイスを駆動するための制御手段であつて、
    上記端子箱内に収納されている制御手段であつて、上記
    モータパワーリードに上記ＡＣスイツチの１組の負荷端
    子が接続されている制御手段 を含み、 上記ＡＣスイツチが上記ＡＣスイツチに結合するために
    １組のライン端子を含むことを特徴とする冷却器装置。
19. １９．上記封止液流エレメントが上記端子箱外に定位さ
    れた封止液冷媒流回路と結合されており、上記冷却手段
    が上記第１冷媒を冷却するために上記封止液流回路と結
    合されている熱交換器手段を含み、上記熱交換器手段が
    上記第１冷却液を冷却するための第２冷却液を受けるよ
    うに結合されており、上記熱交換器手段が上記端子箱外
    に定位されており且つ上記封止流回路と共に冷却液の閉
    ループを形成していることを特徴とする請求項１８記載
    の冷却器装置。
20. ２０．上記第２冷媒が流通出来る排出及び帰還ラインを
    経由して冷却源に結合されている凝縮器手段を更に含み
    、上記熱交換器手段が上記排出及び帰還ラインに結合さ
    れており、これにより上記第２冷媒が上記排出及び帰還
    ラインとの圧力差によつて上記熱交換器手段を通る流れ
    に駆動されるようにしたことを特徴とする請求項１９記
    載の冷却器装置。
21. ２１．上記冷却器、上記モータ、上記凝縮器及び上記熱
    交換器が共通の構造ベースに取り付けられていることを
    特徴とする請求項２０記載の冷却器装置。
22. ２２．上記半導体デバイスがシリコン制御整流器（ＳＣ
    Ｒ）であり、且つ上記制御手段が上記ＳＣＲのそれぞれ
    のゲート端子への選択的適用のためにゲーテイング信号
    を発生することを特徴とする請求項２１記載の冷却器装
    置。
23. ２３．上記多相ＡＣ電源が３相ＡＣ電源であり、且つ上
    記モータが３相ＡＣモータであることを特徴とする請求
    項２２記載の冷却器装置。
24. ２４．上記半導体デバイスがＳＣＲであり、且つ上記制
    御手段が上記ＳＣＲのそれぞれのゲート端子への選択的
    適用のためにゲーテイング信号を発生することを特徴と
    する請求項１８記載の冷却器装置。
25. ２５．上記第１冷却液が水であることを特徴とする請求
    項２４記載の冷却器装置。
26. ２６．その一端を上記ＡＣスイツチのそれぞれのライン
    端子に結合され且つ他端において上記ＡＣ電源からの電
    気導体への接続のための端子を有する断接スイツチを更
    に有することを特徴とする請求項１８記載の冷却器装置
    。
27. ２７．上記ＡＣスイツチが上記多相電源の各位相のため
    の異なつた対のＳＣＲを含み、各ＳＣＲ対のＳＣＲが他
    方のＳＣＲのカソードに接続されている一方のＳＣＲの
    アノードと反転−並列状に電気的に接続されており、各
    対のＳＣＲが全体ユニツトとして構成され、且つ上記冷
    却手段が封止流回路と結合しており且つ上記対のＳＣＲ
    と熱伝導接触しており、上記第１冷却液が上記ＳＣＲを
    冷却するために上記冷却プレートを循環することを特徴
    とする請求項１８記載の冷却器装置。
28. ２８．上記ＡＣスイツチが上記多相電源の各位相のため
    の異なつた対のＳＣＲを含み、各ＳＣＲ対のＳＣＲが他
    方のＳＣＲのカソードに接続されている一方のＳＣＲの
    アノードと反転−並列状に電気的に接続されており、各
    対のＳＣＲが全体ユニツトとして構成され、各上記モジ
    ユールの２つのＳＣＲが第１及び第２デイスク型半導体
    デバイスであり、上記第１及び第２半導体デバイスが各
    々対向する面を有し、且つデバイス動作中の前記第１と
    第２の半導体デバイス内に発生した熱を受けるために該
    半導体との熱接触を有しており、前記液冷却熱シンクは
    前記冷却手段の冷却液流回路の一部と、デバイス動作中
    の前記第１と第２半導体デバイスとの熱接触するソリツ
    ド熱シンクを形成し、前記液冷却熱シンク及び前記ソリ
    ツド熱シンクは夫々デバイス作動の所定の過渡及び安定
    状態期間中に、各上記第１及び第２半導体デバイスにお
    ける接合部温度を所定の最高接合部温度に又はその下に
    維持するためにそれぞれの第１及び第２の所定熱容量を
    有することを特徴とする請求項１８記載の冷却器装置。