JPH07245965A - インバータ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 発熱素子冷却用の強制冷却手段が停止された
まま運転が継続された場合でも、装置自体の温度が異常
に上昇する事態を確実に防止して装置全体の信頼性の向
上を実現すること。 【構成】 全波整流回路１及びインバータ主回路４は、
放熱フィン及びファン装置６により冷却される。温度検
出器７は、放熱フィンの温度に応じた電圧レベルの温度
信号Ｓｄを出力する。コンパレータ８は、温度信号Ｓｄ
と予め設定された過熱検出温度Ｔmax とがＳｄ≧Ｖref1
の関係になったときに過熱検出信号Ｓohを出力してイン
バータ装置の運転を停止させる。演算回路９は、温度信
号Ｓｄに基づいて検出した放熱フィンの温度上昇率に応
じた電圧レベルの上昇率信号Δｄを出力する。コンパレ
ータ１０は、上昇率信号Δｄと最大温度上昇率Δmax に
対応した基準電圧信号Ｖref2とを比較し、Δｄ≧Ｖref2
の関係になったとき異常温度上昇検出信号Ｓａを出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電動機の可変速駆
動などに利用されるインバータ装置、特には発熱部の冷
却を放熱体及び強制冷却手段を利用して行うようにした
インバータ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３には従来のインバータ装置の一例が
示されている。この図３において、順変換器を構成する
全波整流回路１は、交流電源２の出力を整流するように
なっており、平滑コンデンサ３は全波整流回路１からの
直流出力を平滑して逆変換器を構成するインバータ主回
路４に与えるようになっている。このインバータ主回路
４は、パワートランジスタのような半導体スイッチング
素子を三相ブリッジ接続すると共に、各スイッチング素
子と逆並列状態でフライホイールダイオードを接続した
構成となっており、入力電力をスイッチングして交流電
力に変換し、その変換出力により三相の交流電動機５を
駆動するようになっている。

【０００３】全波整流回路１内の整流素子及びインバー
タ主回路４内のスイッチング素子などのように通電に伴
い発熱する素子は、放熱体を構成する図示しない放熱フ
ィン上に取り付けられており、その放熱フィンは強制冷
却手段としての例えばファン装置６により冷却される構
成となっている。温度検出器７は、放熱フィンの温度
（ひいては上記のような発熱素子の温度）を検出するよ
うに設けられており、その検出温度に応じた電圧レベル
の温度信号Ｓｄを出力する。コンパレータ８は、上記温
度信号Ｓｄと、予め設定された過熱検出温度Ｔmax に対
応した基準電圧信号Ｖref1とを比較するようになってお
り、Ｓｄ≧Ｖref1の状態となったとき、つまり温度検出
器７による検出温度が過熱検出温度Ｔmax に達したとき
に、過熱検出信号Ｓohを出力してインバータ装置の運転
（インバータ主回路４のスイッチング動作）を停止させ
る構成となっている。

【０００４】上記のような構成では、交流電動機５の駆
動に伴い全波整流回路１内の整流素子及びインバータ主
回路４内のスイッチング素子などが発熱するようになる
が、放熱フィン及びファン装置６による冷却作用によっ
て、それらの素子の異常な温度上昇が抑制される。この
ようなインバータ装置の運転時において、ファン装置６
が何らかの原因で故障して冷却機能を失った場合には、
放熱フィンの等価熱抵抗が増大して全波整流回路１及び
インバータ主回路４内での温度上昇が大きくなるが、こ
のような場合には、温度検出器７による検出温度が上昇
するようになり、その検出温度が予め設定された過熱検
出温度Ｔmax に達したときに、コンパレータ８から過熱
検出信号Ｓohが出力されてインバータ装置が運転停止さ
れるから、上記各素子が熱破壊に至る事態が未然に防止
される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】インバータ装置の運転
時にファン装置６が不用意に停止された場合の過熱保護
動作は上述のように行われるが、インバータ装置の周囲
温度が低い場合、或いはインバータ装置を通じて供給さ
れる負荷電流のレベルが低い場合などには、インバータ
装置の運転時にファン装置６が停止されたときでも、放
熱フィンの温度ひいては温度検出器７による検出温度が
過熱検出温度Ｔmax まで上昇しないことが往々にしてあ
り、このような状態時にはインバータ装置の運転がその
まま継続されることになる。

【０００６】ところが、このような運転が継続された場
合には、インバータ装置自体の温度（例えばインバータ
装置を収納するためのケース内の温度）が非常に高くな
るのに対して、インバータ装置には、平滑コンデンサ３
などのように温度上昇による悪影響が寿命に及ぶことが
避けられない回路素子が多数搭載されており、従って前
記従来構成では、これらの回路素子の寿命が著しく低下
する虞があり、これが装置全体の信頼性の低下に繋がる
という問題点があった。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、発熱素子を冷却するための強制冷却手
段が停止されたまま運転が継続された場合でも、装置自
体の温度が異常に上昇する事態を確実に防止できて装置
全体の信頼性の向上を実現できるようになるインバータ
装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、直流出力をスイッチングして可変電圧・可
変周波数の交流出力を発生するインバータ主回路を備
え、少なくとも前記インバータ主回路内のスイッチング
素子を放熱体及び強制冷却手段を利用して冷却するよう
にしたインバータ装置において、前記放熱体の温度を検
出する温度検出手段と、この温度検出手段による検出温
度が予め設定された過熱検出温度に達したときに過熱検
出信号を発生する過熱判定手段と、前記温度検出手段の
検出温度に基づいて前記放熱体の温度上昇率を検出する
温度上昇率検出手段と、この温度上昇率検出手段による
検出温度上昇率が予め設定された最大温度上昇率に達し
たときに異常温度上昇検出信号を発生する温度上昇率判
定手段とを備えた構成としたものである（請求項１）。

【０００９】また、上記と同様前提のインバータ装置に
おいて、前記放熱体の温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段による検出温度が予め設定された過熱
検出温度に達したときに過熱検出信号を発生する過熱判
定手段と、前記強制冷却手段が正常に機能している状態
での前記放熱体の温度を、前記インバータ主回路の負荷
率及びインバータ主回路の運転開始前における前記温度
検出手段の検出温度に基づいて推定する温度推定手段
と、前記温度検出手段による検出温度が前記温度推定手
段による推定温度より高くなったときに異常温度上昇検
出信号を発生する異常温度判定手段とを備えた構成とす
ることもできる（請求項２）。

【００１０】

【作用】請求項１記載のインバータ装置では、その運転
状態において、強制冷却手段が何らかの原因で故障して
冷却機能を失った場合には、放熱体の等価熱抵抗が増大
してインバータ主回路の温度ひいては放熱体の温度が上
昇するようになる。このような温度上昇は温度検出手段
により検出されるものであり、その検出温度が予め設定
された過熱検出温度に達したときには、過熱判定手段か
ら過熱検出信号が出力されるようになる。従って、斯様
な過熱検出信号に基づいてインバータ装置を運転停止さ
せるなどの制御を行うことができ、インバータ主回路が
熱破壊に至る事態を未然に防止できるようになる。

【００１１】上記のような強制冷却手段の故障発生時に
おいて、インバータ装置の周囲温度が低い場合、或いは
インバータ装置を通じて供給される負荷電流のレベルが
低い場合などには、前記温度検出手段による検出温度が
過熱検出温度まで上昇しないことがあるが、このような
場合には、放熱体の等価熱抵抗が増大した状態となっ
て、その放熱体の温度上昇率が正常時より大きくなる。
このため、温度上昇率検出手段により検出される温度上
昇率が予め設定された最大温度上昇率に達するようにな
って、温度上昇率判定手段から異常温度上昇検出信号が
出力されることになるから、斯様な異常温度上昇検出信
号に基づいて強制冷却手段に異常が発生している旨を報
知するなどの制御を行うことができる。この結果、イン
バータ装置自体の温度が異常に高くなって内部の他の回
路素子に温度上昇による悪影響が及ぶ事態を未然に防止
することが可能となる。

【００１２】また、請求項２記載のインバータ装置で
は、その運転状態において、温度推定手段が、強制冷却
手段の正常機能状態での放熱体の温度を、インバータ主
回路の負荷率及びインバータ主回路の運転開始前におけ
る温度検出手段の検出温度に基づいて推定するようにな
る。このとき、インバータ装置の運転状態で強制冷却手
段が正常に機能している場合には、温度検出手段による
検出温度が上記温度推定手段による推定温度を越えるこ
とがなく、異常温度判定手段から異常温度上昇検出信号
が出力されることはない。

【００１３】これに対して、強制冷却手段の故障した場
合には、放熱体の等価熱抵抗が増大するようになるた
め、放熱体の温度が、前記温度推定手段による推定温度
を越えるようになって、異常温度判定手段から異常温度
上昇検出信号が出力されるようになるから、その異常温
度上昇検出信号をもって、インバータ装置自体の温度が
異常に高くなって内部の他の回路素子に温度上昇による
悪影響が及ぶ事態を未然に防止することが可能となる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の第１実施例について図１を参
照しながら説明する。但し、本実施例においては、図３
に示した従来構成と同一の構成部分が存在するから、そ
れらの構成部分については同一符号を付すことによって
詳細な説明を省略する。

【００１５】図１において、温度検出器７が本発明でい
う温度検出手段に相当し、コンパレータ８が本発明でい
う過熱判定手段に相当する。温度上昇率検出手段を構成
する演算回路９は、温度検出器７からの温度信号Ｓｄに
基づいて図示しない放熱フィンの温度上昇率を検出する
ようになっており、検出した温度上昇率に対応した電圧
レベルの上昇率信号Δｄを出力する。温度上昇率判定手
段を構成するコンパレータ１０は、上記上昇率信号Δｄ
と、予め設定された最大温度上昇率Δmax に対応した基
準電圧信号Ｖref2とを比較するようになっており、Δｄ
≧Ｖref2の状態となったとき、つまり温度検出器７によ
る検出温度の上昇率が最大温度上昇率Δmax に達したと
きに、異常温度上昇検出信号Ｓａを出力する。尚、この
ような異常温度上昇検出信号Ｓａが出力された場合に
は、その旨を報知するなどの制御が行われる。

【００１６】上記のような構成において、交流電動機５
の駆動状態、つまりインバータ装置の運転状態におい
て、ファン装置６が何らかの原因で故障して冷却機能を
失った場合には、放熱フィンの等価熱抵抗が増大して全
波整流回路１内の整流素子及びインバータ主回路４内の
スイッチング素子の温度が上昇することになる。このよ
うな温度上昇に応じて温度検出器７による検出温度が予
め設定された過熱検出温度Ｔmax に達したときには、コ
ンパレータ８から過熱検出信号Ｓohが出力されるから、
この加熱検出信号Ｓohによりインバータ装置を運転停止
させるなどの制御を行うことにより、上記各素子が熱破
壊に至る事態を未然に防止できるようになる。

【００１７】これに対して、ファン装置６の故障発生時
において、インバータ装置の周囲温度が低い場合、或い
はインバータ装置を通じて供給される負荷電流のレベル
が低い場合などには、温度検出器７による検出温度が過
熱検出温度Ｔmax まで上昇しないことがあり、このよう
な状態時には前記過熱検出信号Ｓohが出力されずに、イ
ンバータ装置の運転がそのまま継続されることになる。

【００１８】しかし、上記のようにファン装置６の故障
により放熱フィンの等価熱抵抗が増大した場合には、そ
の放熱フィンの温度上昇率が正常時より大きくなるもの
であり、従って前記最大温度上昇率Δmax を正常時の温
度上昇率より所定値だけ高い値に設定しておけば、演算
回路９からの温度上昇率信号Δｄが当該最大温度上昇率
Δmax に対応した基準電圧信号Ｖref2に達したときに、
コンパレータ１０から異常温度上昇検出信号Ｓａが出力
されるから、その検出信号Ｓａに基づいてファン装置６
に異常が発生している旨を報知するなどの制御を行うこ
とができる。この結果、インバータ装置自体の温度が異
常に高くなって、平滑コンデンサ３などのように温度上
昇による悪影響が寿命に及ぶことが避けられない回路素
子の寿命低下を来たす虞がなくなり、装置全体の信頼性
を向上させ得るようになる。

【００１９】尚、上記実施例では、加熱判定手段、温度
上昇率検出手段及び温度上昇率判定手段をハードウエア
構成により実現した例を示したが、これらの機能をマイ
クロコンピュータのプログラムを利用して得るようにし
ても良いものであり、この場合には、インバータ主回路
４のスイッチング動作を制御するためのマイクロコンピ
ュータを利用することも可能である。

【００２０】次に、本発明の第２実施例について図２を
参照しながら説明するに、この実施例においても、図３
に示した従来構成と同一の構成部分が存在するから、そ
れらの構成部分については同一符号を付すことによって
詳細な説明を省略しながら述べる。

【００２１】記憶回路１１は、インバータ装置の運転前
における放熱フィンの温度に応じた初期温度値Ｔｏを、
温度検出器７からの温度信号Ｓｄに基づいて記憶する。
変流器などより成る電流検出器１２は、インバータ主回
路４の負荷電流を検出して負荷率検出回路１３に与える
ようになっている。この負荷率検出回路１３は、入力さ
れる負荷電流の大きさに基づいて、インバータ装置の負
荷率（インバータ主回路４の負荷率）を算出し、その算
出結果を温度上昇値出力回路１４に与える。

【００２２】上記温度上昇値出力回路１４は、ファン装
置６が正常に動作している状態での、インバータ装置の
負荷率と放熱フィンの温度上昇値との関係（つまりイン
バータ装置の運転時にファン装置６が正常に機能してい
る状態での放熱フィンの標準的な温度上昇度合）を予め
記憶しており、負荷率検出回路１３から入力された負荷
率に応じた温度上昇値δＴを出力する。加算回路１５
は、記憶回路１１からの初期温度値Ｔｏと温度上昇値出
力回路１４からの温度上昇値δＴとを加算し、その加算
結果に応じた電圧レベルの推定温度信号Ｓｄ′を出力す
る。従って、この推定温度信号Ｓｄ′は、ファン装置６
が正常に動作している状態での放熱フィンの実際の温度
に対応した値を示すことになる。尚、上記記憶回路１
１、電流検出器１２、負荷率検出回路１３、温度上昇値
出力回路１４及び加算回路１５によって、本発明でいう
温度推定手段１６が構成されるものである。

【００２３】異常温度判定手段を構成するコンパレータ
１７は、温度検出器７からの温度信号Ｓｄと加算回路１
５からの推定温度信号Ｓｄ′とを比較し、Ｓｄ＞（Ｓ
ｄ′＋α）の関係になったとき、つまり、放熱フィンの
実際の温度が、その時点でのインバータ装置の負荷率に
応じて決まる推定温度に所定の余裕温度α（零でも可）
を加算した温度を越えたときに異常温度上昇検出信号Ｓ
ａを出力する。

【００２４】このような構成によれば、インバータ装置
の運転状態でファン装置６が正常に機能している場合に
は、温度検出器７からの温度信号Ｓｄが、温度上昇値検
出回路１４から出力される温度上昇値δＴに余裕温度α
を加算した温度（推定温度信号Ｓｄ′により示される）
を越えることがなく、コンパレータ１７から異常温度上
昇検出信号Ｓａが出力されることはない。

【００２５】これに対して、ファン装置６の故障により
放熱フィンの等価熱抵抗が増大した場合には、その放熱
フィンの温度上昇度合が、温度上昇値出力回路１４に記
憶された標準的な温度上昇度合より大きくなる。このた
め、ファン装置６が故障したままの状態でインバータ装
置の運転が継続された場合には、温度検出器７からの温
度信号Ｓｄが、温度上昇値δＴに余裕温度αを加算した
温度を越えるようになる。この結果、コンパレータ１７
から異常温度上昇検出信号Ｓａが出力されるから、その
検出信号Ｓａをもってファン装置６に異常が発生してい
る旨を報知するなどの制御を行うようにすれば、前記第
１実施例と同様に装置全体の信頼性を向上させ得るよう
になる。

【００２６】尚、上記実施例では、過熱判定手段、温度
推定手段及び異常温度判定手段をハードウエア構成によ
り実現した例を示したが、これらの機能をマイクロコン
ピュータのプログラムを利用して得るようにしても良い
ものであり、この場合には、インバータ主回路４のスイ
ッチング動作を制御するためのマイクロコンピュータを
利用することも可能である。

【００２７】その他、本発明は上記した各実施例に限定
されるものではなく、次のような変形または拡張も可能
である。上記実施例では、交流電源を利用するために順
変換器である全波整流回路１を設ける構成としたが、電
池などのような直流駆動源を利用する場合は不要とな
る。強制冷却手段としては、ファン装置に限らず、ペル
チェ効果を利用した熱電冷却素子などを利用しても良い
ものである。駆動対象負荷は、交流電動機５に限らない
ものである。上記実施例では電圧制御形のインバータ装
置を例に挙げたが、電流制御形のインバータ装置にも適
用できるものであり、この場合には、順変換器であるコ
ンバータ回路内の素子を放熱フィン上に設けることが望
ましい。

【００２８】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、請
求項１記載のインバータ装置では、少なくともインバー
タ主回路内のスイッチング素子を放熱体及び強制冷却手
段を利用して冷却する場合に、その放熱体の温度上昇率
が予め設定された最大温度上昇率に達したときに異常温
度上昇検出信号を発生する構成とし、また、請求項２記
載のインバータ装置では、上記放熱体の温度が、強制冷
却手段が正常に機能している状態での放熱体の推定温度
より高くなったときに異常温度上昇検出信号を発生する
構成したから、発熱素子を冷却するための強制冷却手段
が停止されたまま運転が継続された場合でも、装置自体
の温度が異常に上昇する事態を確実に防止できて装置全
体の信頼性の向上を実現できるという優れた効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す電気的構成図

【図２】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図３】従来例を説明するための図１相当図

【符号の説明】

図面中、１は全波整流回路、４はインバータ主回路、５
は交流電動機、６はファン装置（強制冷却手段）、７は
温度検出器（温度検出手段）、８はコンパレータ（過熱
判定手段）、９は演算回路（温度上昇率検出手段）、１
０はコンパレータ（温度上昇率判定手段）、１１は記憶
回路、１３は負荷率検出回路、１４は温度上昇値出力回
路、１５は加算回路、１６は温度推定手段、１７はコン
パレータ（異常温度判定手段）を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直流出力をスイッチングして可変電圧・
   可変周波数の交流出力を発生するインバータ主回路を備
   え、 少なくとも前記インバータ主回路内のスイッチング素子
   を放熱体及び強制冷却手段を利用して冷却するようにし
   たインバータ装置において、 前記放熱体の温度を検出する温度検出手段と、 この温度検出手段による検出温度が予め設定された過熱
   検出温度に達したときに過熱検出信号を発生する過熱判
   定手段と、 前記温度検出手段の検出温度に基づいて前記放熱体の温
   度上昇率を検出する温度上昇率検出手段と、 この温度上昇率検出手段による検出温度上昇率が予め設
   定された最大温度上昇率に達したときに異常温度上昇検
   出信号を発生する温度上昇率判定手段とを備えたことを
   特徴とするインバータ装置。
2. 【請求項２】 直流出力をスイッチングして可変電圧・
   可変周波数の交流出力を発生するインバータ主回路を備
   え、 少なくとも前記インバータ主回路内のスイッチング素子
   を放熱体及び強制冷却手段を利用して冷却するようにし
   たインバータ装置において、 前記放熱体の温度を検出する温度検出手段と、 この温度検出手段による検出温度が予め設定された過熱
   検出温度に達したときに過熱検出信号を発生する過熱判
   定手段と、 前記強制冷却手段が正常に機能している状態での前記放
   熱体の温度を、前記インバータ主回路の負荷率及びイン
   バータ主回路の運転開始前における前記温度検出手段の
   検出温度に基づいて推定する温度推定手段と、 前記温度検出手段による検出温度が前記温度推定手段に
   よる推定温度より高くなったときに異常温度上昇検出信
   号を発生する異常温度判定手段とを備えたことを特徴と
   するインバータ装置。