JPH07294036A

JPH07294036A - 極低温冷凍装置

Info

Publication number: JPH07294036A
Application number: JP6089864A
Authority: JP
Inventors: Hisao Honda; 久夫本田; Tetsuo Kishimoto; 哲郎岸本
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1994-04-27
Filing date: 1994-04-27
Publication date: 1995-11-10

Abstract

(57)【要約】【目的】極低温冷凍装置のシンクロナスモータを制御す
るインバータ装置において、３相交流電流から２相交流
電流に変換するため従来必要であった相変換トランスが
不要となるようにし、合わせて周波数のみならず電圧も
可変とする制御が行えるようにする。【構成】インバータ装置において、電源からの３相交流
電流は、昇圧トランス３で昇圧された後、コンバータ部
５で直流電流に変換され，その後、専用インバータ部７
で２相交流電流に変換される。このとき、極低温冷凍装
置の温度が温度センサー２５で検出され、温度が高いと
制御回路部１１が２相交流電流の設定周波数を高く設定
する。また、２相交流電流の設定周波数を高くしたとき
は、設定電圧も同様に高くし、シンクロナスモータ１７
のトルクが小さくならないようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、極低温冷凍装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】極低温冷凍装置は、例えばヘリウム圧縮
機と極低温用膨脹器とを閉回路で接続したものであり、
極低温冷凍装置の起動時には、電動モータの回転数を高
めて、圧縮・膨脹のサイクル数を増やすことにより、低
温度が安定するまでの時間即ち冷却降下時間を短縮する
ことが知られている。この電動モータの回転数の変更
は、インバータ装置によって行われる。即ち、電源から
の交流電流の周波数を変えることで、電動モータの回転
数を変える。

【０００３】しかし、電動モータがシンクロナスモータ
の場合には、９０度位相のずれた２相交流電流が必要と
なる。

【０００４】この２相交流電流を得るために、一般に
は、単相交流の電源と、シシンクナスモータのコイル自
身の定数と、外付けのコンデンサーと、抵抗と、によっ
て直列発振回路を形成し、９０度位相差の２相交流電流
を発生させて使用している。しかし、前記したように周
波数を変更するには、前記発振回路の定数を可変にする
ことが必要となる。このためには前記コンデンサーの容
量を可変にすることが考えられるが、これに使用される
ような容量耐圧の可変コンデンサーはないので、シンク
ロナスモータの回転数の変更はできなかった。

【０００５】そこで、特開平２−２６１０９４号公報に
おいては、電源からの３相交流電流を汎用３相汎用イン
バータを用いて周波数可変とし、更に３相を２相とする
ため相変換トランスを介してシンクロナスモータに接続
していた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
技術（特開平２−２６１０９４号公報）によれば、汎用
３相インバータから出力された交流電流が相変換トラン
スに入力され、この交流電流には高調波のものが含まれ
るので、相変換トランスでの損失が大きくなってしま
う。また、損失が大きくなるため、２相交流電流の周波
数を可変とする以外に電圧をも可変とすることには難が
あった。

【０００７】この発明は、以上の問題点を解決するため
になされたもので、電力の損失が小さく、しかも周波数
可変のみならず電圧可変の制御をも容易に行って、シン
クロナスモータの回転数の変更をすることができる極低
温冷凍装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、請求項１の発明は、シンクロナスモータにより運
転される極低温冷凍装置であって、極低温冷凍装置の温
度を検出する温度センサーと、温度センサーにより検出
された温度が高いほど設定周波数を高くする制御回路部
と、電源からの１相または３相交流電流を前記設定周波
数の９０度位相差の２相交流電流に変換するインバータ
装置と、前記設定周波数の２相交流電流によって駆動さ
れるシンクロナスモータと、を備えた極低温冷凍装置で
ある。

【０００９】また、請求項２の発明は、更に、インバー
タ装置は、電源からの１相または３相交流電流の電圧を
昇圧する昇圧トランスと、昇圧された１相または３相交
流電流を直流電流に変換するコンバータ部と、直流電流
を設定周波数の２相交流電流に変換するインバータ部
と、からなり、制御回路部は、設定周波数を高くしたと
きは２相交流電流の設定電圧も高くする請求項１記載の
極低温冷凍装置である。

【００１０】

【作用】温度センサーが極低温冷凍装置の温度を検出
し、検出された温度が高いと制御回路部は設定周波数を
高くする。この設定周波数をもとに、インバータ装置は
電源からの１相または３相交流電流を９０度位相差の２
相交流電流に変換する。よって、前記設定周波数の２相
交流電流によってシンクロナスモータが駆動される。
請求項２の発明では、電源からの交流電流は昇圧トラン
スで昇圧され、コンバータ部で直流電流に変換され、イ
ンバータ部で２相交流電流に変換される。また、このイ
ンバータ部を制御する回路部により、２相交流電流の周
波数を高くした時は設定電圧も高くされる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明の一実施例を、図１乃至図３
において説明する。即ち、図１が全体概略図であり、図
１のインバータ装置の構成を図２に示す。また、図２の
より具体的な回路を図３に示す。

【００１２】この実施例において電源の交流電流は、１
２０度位相差の３相交流電流である。この電源は、まず
インバータ装置１内の昇圧トランス３に接続される。昇
圧トランス３は、３相交流電流を直流電流に変換するコ
ンバータ部５に接続される。コンバータ部５は、直流電
流を２相交流電流に変換するインバータ部７に接続され
る。

【００１３】コンバータ部３は各相の整流を行う複数の
ダイオード９からなる。インバータ部７は、制御回路部
１１によりスイッチングのタイミングを制御され駆動さ
れる複数のトランジスタ１３からなる。制御回路部１１
は、トランジスタ１３のスイッチングのタイミングを制
御してつくる２相交流電流の設定周波数を高くしたとき
は、同時に設定電圧を高くする制御を行う。ダイオード
９とトランジスタ１３の間には、ダイオード９により整
流され凹凸のある直流電流をより平滑化するためのコン
デンサー１５が設けられている。

【００１４】インバータ部７は、シンクロナスモータ１
７に接続されている。シンクロナスモータ１７は２個の
電磁石１９により、永久磁石からなるローター２１が回
転される。

【００１５】シンクロナスモータ１７はクライオポンプ
ユニット２３のドライブ機構（図示せず）を駆動して極
低温冷凍装置を運転する。極低温冷凍装置を構成するク
ライオポンプユニット２３の例えばコールドパネル２３
Ｐには温度センサー２５が設けられ、検出信号を温度検
出装置２７に送る。温度検出装置２７は、検出信号を処
理し温度信号として制御回路部１１へ送る。

【００１６】以下、この実施例の作用を説明する。ま
ず、電源からは１２０度位相差の３相交流電流が給電さ
れる。そして、まず各相の電圧が、昇圧トランス３によ
り昇圧される（図３（Ａ）（Ｂ））。その後、コンバー
タ部５のダイオード９により、整流が行われ直流電流が
作られる（図３（Ｃ））。ダイオード９を出た直後の直
流電流は凹凸を有するが、コンデンサー１５により平滑
化される（図３（Ｄ））。

【００１７】そして、インバータ部７のトランジスタ１
３群により、任意のパルス幅及び間隔をもったパルス状
の電圧が作られ（図３（Ｅ））全体として２相交流電流
がつくられる（図３（Ｅ）点線）。このときトランジス
タ１３のスイッチングは、出力される２相交流電流が９
０度位相差を有するものとなるようタイミングが制御さ
れる。

【００１８】この２相交流電流の周波数及び電圧は任意
に変更できる。即ち、制御回路部１１がトランジスタ１
３のスイッチングのタイミングを変えることにより、各
パルスの間隔を変えることで周波数を小さくしたり（図
３（Ｅ））、大きくしたり（図３（Ｆ））することがで
きる。また、パルス幅などを変えパルスの密度を変える
ことで、電圧を高くすることができる（図３（Ｆ））。

【００１９】周波数あるいは電圧の設定は、温度センサ
ー２５の検出した温度に基づき、制御回路部１１が設定
する。即ち、極低温冷凍装置の温度を温度センサー２５
が検出し、この検出した温度が高いときには設定周波数
を高くする。また温度が低いときには設定周波数を低く
する。

【００２０】例えば、検出された温度が２０Ｋの設定温
度より高い場合には、高い周波数、例えば１００ヘルツ
の２相交流電流が出力される。これによりシンクロナス
モータ１７の回転数が高くなる。また、前記設定温度よ
り低くなった場合には、定常の周波数、例えば６０ヘル
ツの２相交流電流が出力される。これによりシンクロナ
スモータ１７は定常の回転数となる。

【００２１】更に、設定周波数を高くするときには設定
電圧をも高くする。この周波数と電圧との関係は、シン
クロナスモータ１７に供給される電流の大きさが一定と
なるように、予め決めておく。

【００２２】この２相電流により励磁される電磁石１９
が、永久磁石からなるローター２１を回転させる。

【００２３】以上説明したように、この実施例によれ
ば、従来のように汎用３相インバータを用いて２相交流
電流を作るのではなく、いわば専用のインバータ装置１
により２相交流電流を作ることになるので、インバータ
装置１から出力される交流電流を従来のように相変換ト
ランスを介してではなく直接にシンクロナスモータ１７
へ供給することができる。従って、高調波を含む２相交
流電流が従来のように相変換トランスを通らずに済み、
電力の損失が小さい。また、従来のような相変換トラン
スを使用しなくて済むので、２相交流電流の電圧を変え
る制御も容易に行える。

【００２４】また、昇圧トランス３により電源からの交
流電流は予め昇圧されるので、電源電圧よりも高い出力
電圧をシンクロナスモータへ供給できる。換言すれば、
電源電圧を越えて設定電圧の設定幅を十分に広くとるこ
とができる。さらに、この昇圧トランス３はインバータ
装置１の前段部分に備えられるので、高調波を含む２相
交流電流がこの昇圧トランス３を通ることがなく、従っ
て昇圧トランス３による電力の損失を避けることができ
る。

【００２５】また、２相交流電流の設定周波数および設
定電圧は、温度センサー２５により検出される極低温冷
凍装置の温度により設定されるため、希望の設定温度ま
で確実にシンクロナスモータ１７を制御できる。この点
に関して、従来は例えば特開昭６０−１７１３５９に記
載されるように、閉回路を流通するヘリウムガスの圧力
に応じてインバータ装置により電動モータへの交流電流
の周波数を可変にする技術があるが、この実施例は圧力
ではなく温度によって制御するので、制御がより直接的
に行われることになる。

【００２６】なお、以上の実施例においては周波数を設
定温度により段階的に制御するものであったが、他の実
施例では段階的ではなく連続的に制御することも可能で
ある。また、以上の実施例においては電源からの交流
電流は３相交流電流としたが、他の実施例においては１
相の交流電流であっても良い。

【００２７】また、以上の実施例においてはインバータ
部７はいわゆるＰＷＭインバータとして説明したが、他
の実施例においては電圧制御インバータであっても良い
し、電流制御インバータであっても構わない。

【００２８】また、以上の実施例においてインバータ部
７はＢＰＴ（バイポーラパワートランジスタ）を用いる
ものであった（図３）が、他の実施例においてはサイリ
スタ、あるいは他のＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのトラ
ンジスタを用いるものであっても良い。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１または２
の発明によれば、インバータ装置により周波数が変換さ
れ高調波を含む２相交流電流は、従来技術のインバータ
装置により変換された交流電流ように相変換トランスな
どのトランスに入力されることがないので、電力の損失
が小さい。また、極低温冷凍装置の温度によって２相交
流電流の周波数を変えるので、極低温冷凍装置の希望す
る設定温度へ確実にシンクロナスモータを制御できる。

【００３０】また、請求項２の発明によれば、インバー
タ装置から出力された２相交流電流を、従来のように相
変換トランスを介さずに、直接にシンクロナスモータへ
供給できるので、このインバータ装置において電圧を可
変とする制御を容易に行うことができる。また、設定周
波数を高くしたときは設定電圧も高くすることにより、
シンクロナスモータへの電流が小さくなってしまうのを
防ぎ、従って、トルクが小さくなることを防ぎ、よって
周波数を可変にしても脱調などの不都合を生じるのを防
止できる。また、電源からの交流電流をまず昇圧トラン
スで昇圧することで、２相交流電流の設定電圧を十分に
高くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す全体概略ブロック図
である。

【図２】図１の要部を示すブロック図である。

【図３】図２をより具体的に表した回路図である。

【符号の説明】

１インバータ装置３昇圧トランス５コンバータ部７インバータ部９ダイオード１１制御回路部１３トランジスタ１５コンデンサー１７シンクロナスモータ１９電磁石２１ロータ２３クライオポンプユニット２５温度センサー２７温度検出装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シンクロナスモータにより運転される極低
温冷凍装置であって、極低温冷凍装置の温度を検出する
温度センサーと、温度センサーにより検出された温度が
高いほど設定周波数を高くする制御回路部と、電源から
の１相または３相交流電流を前記設定周波数の９０度位
相差の２相交流電流に変換するインバータ装置と、前記
設定周波数の２相交流電流によって駆動されるシンクロ
ナスモータと、を備えた極低温冷凍装置。
【請求項２】インバータ装置は、電源からの１相または
３相交流電流の電圧を昇圧する昇圧トランスと、昇圧さ
れた１相または３相交流電流を直流電流に変換するコン
バータ部と、直流電流を設定周波数の２相交流電流に変
換するインバータ部と、からなり、制御回路部は、設定
周波数を高くしたときは２相交流電流の設定電圧も高く
する請求項１記載の極低温冷凍装置。