JP2010288320A - 負荷駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２つのインバータのそれぞれに接続される巻線を近接して設ける場合に、キャリア音を低減又は抑制する技術を提供する。
【解決手段】出力が略等しい第１及び第２の三相インバータ１０，２０が、それぞれ第１電機子巻線ｍ１と、第２の電機子巻線ｍ２とに接続される。第１の電機子巻線ｍ１と第２の電機子巻線ｍ２とは圧縮機３０において互いに近接して設けられ、圧縮機３０が駆動されるときに協働する。第１の三相インバータ１０の第１キャリア周波数と、第２の三相インバータ２０の第２キャリア周波数とは互いに略等しく、第１の三相インバータ１０のデューティ値と、第２の三相インバータ２０のデューティ値とは互いに略等しく、第１の三相インバータ１０と第２の三相インバータ２０とは同じスイッチングパターンで動作し、第１キャリア信号Ｃ１と第２キャリア信号Ｃ２との位相差ｄが１１７．５度〜２４２．５度の範囲にある。
【選択図】図１

Description

本発明は、負荷駆動装置に関し、特に２つのインバータが近接して設けられる負荷駆動装置に関するものである。

例えば、空気調和機等のインバータを搭載した機器の場合、インバータのキャリア周波数によって特有の音（キャリア音）が発生する。このため必要に応じて、インバータを搭載した機器を防音材で覆うほか、騒音対策のための様々な技術が提案されており、下掲の特許文献１や特許文献２等に開示されている。なお、特許文献３には２組の三相巻線を有する六相モータに対して、２組の三相インバータを並列に接続する態様が示されている。

特開平５−１８４１８２号公報 特開平９−０４７０２６号公報 特開２００８−１７９２８５号公報

上記特許文献１に開示の技術では、キャリア周波数を高くすることで静音化を図り、効率の低下を回避するために低負荷時にキャリア周波数を下げる技術が開示されている。当該技術は、低容量モータをインバータ駆動する場合においては奏効であるが、大容量モータをインバータ駆動する場合には奏効しない。これは、大容量モータをインバータ駆動する場合には、スイッチング損失が非常に大きいために、キャリア周波数の増加に限界があるためである。

上記特許文献２に開示の技術では、インバータ搭載機器のキャリア音をホワイトノイズに近づけている。しかしながらホワイトノイズであっても不快に感じることがある。

本発明は上記課題に鑑み、２つのインバータを近接して設ける場合、特に２組の三相巻線が互いに近接した状態で協働して１つの三相負荷を駆動する場合に、スイッチング損失を増大させることなく、当該三相負荷におけるキャリア音を低減又は抑制する技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明に係る負荷駆動装置の第１の態様は、出力が略等しい第１及び第２のインバータ（１０，２０）と、前記第１のインバータに接続される第１の三相巻線（ｍ１）と、前記第２のインバータに接続されて前記第１の三相巻線に近接して設けられる第２の三相巻線（ｍ２）とが協働して駆動する三相負荷（３０）とを備え、前記第１のインバータのキャリア信号（Ｃ１）の周波数たる第１キャリア周波数と、前記第２のインバータのキャリア信号（Ｃ２）の周波数たる第２キャリア周波数とは互いに略等しく、前記第１インバータのデューティ値と、前記第２のインバータのデューティ値とは互いに略等しく、前記第１インバータと前記第２インバータとは同じスイッチングパターンで動作し、前記第１キャリア周波数と前記第２キャリア周波数との位相差（ｄ）が１１７．５度〜２４２．５度の範囲にある。

本発明に係る負荷駆動装置の第２の態様は、その第１の態様であって、前記位相差（ｄ）が１１７．５度〜１７５度又は１８５度〜２４２．５度の範囲にある。

本発明に係る負荷駆動装置の第３の態様は、その第１又は第２の態様であって、前記位相差（ｄ）を制御する制御部（３０）を更に備える。

本発明に係る負荷駆動装置の第４の態様は、その第３の態様であって、前記制御部（４０）は、前記位相差（ｄ）を任意の値に変更することを操作者から受付ける操作部（４２）を有する。

本発明に係る負荷駆動装置の第１の態様によれば、スイッチング素子での損失を増大させることなく、三相負荷でのキャリア音を低減できる。特に、スイッチング周波数が低くても、２つのインバータを有するからなる大容量モータのインバータ駆動システムのキャリア音を、１つのインバータに接続される三相巻線から発生するキャリア音と同じかそれよりも小さくすることができる。

本発明に係る負荷駆動装置の第２の態様によれば、２つのインバータを設けたとしても、１つのインバータを設けた場合よりも、キャリア音を低減できる。つまり、１つの大容量インバータで１つの三相負荷を駆動するときの三相巻線でのキャリア音の大きさに比して、小容量インバータ（当該大容量インバータの半分の容量）２つで当該１つの三相負荷を駆動するときの各三相巻線でのキャリア音の大きさを半分か又は半分以下に抑制できる。

本発明に係る負荷駆動装置の第３の態様によれば、位相差の制御が容易である。

２つのインバータを設けた場合には、キャリア音はこれらのインバータが協働して駆動する負荷の２つの三相巻線に対する相対的な位置によって変化する。本発明に係る負荷駆動装置の第４の態様によれば、操作者が位相差を変更することができ、操作者が不快に感じるキャリア音の低減に資する。

実施例に係る負荷駆動装置を例示する図である。 キャリアの波形を例示する図である。 ２つのキャリア周波数の位相差に対する騒音をシミュレートした図である。 図３の一部拡大図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図１を初めとする以下の図には、本発明に関係する要素のみを示す。

〈装置構成の概要〉
図１に示すように、負荷駆動装置１００は例えば、第１の三相インバータ１０と、第２の三相インバータ２０と、三相負荷たる圧縮機３０と、三相電源５０と、コンバータ５２と、平滑用コンデンサ５３とを備えている。

三相電源５０で生成された交流電流はリアクトル５１を介してコンバータ５２に入力されて整流され、直流電流に変換される。当該直流電流はその脈動（リプル）が平滑用コンデンサ５３で低減されて第１の三相インバータ１０及び第２の三相インバータ２０のそれぞれへと向けて出力される。

第１の三相インバータ１０及び第２の三相インバータ２０のそれぞれは例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor；絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）等の半導体スイッチング素子１１〜１６，２１〜２６によって所望の三相交流を生成する。なお、第１の三相インバータ１０及び第２の三相インバータ２０のそれぞれは必ずしもＩＧＢＴである必要はなく、ＭＯＳ−ＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、サイリスタ、ＩＧＣＴ（Integrated Gate Commutated Thyristor）素子等が採用されても良い。また、第１の三相インバータ１０及び第２の三相インバータ２０のそれぞれは必ずしもＳｉ（シリコン）素子である必要はなく、ＳｉＣ（炭化ケイ素）素子、ＧａＮ（窒化ガリウム）素子等が採用されても良い。

第１の三相インバータ１０と第２の三相インバータ２０とは、出力が略等しく、両者が協働して圧縮機３０を駆動する。すなわち、圧縮機３０が有するモータが、第１の三相インバータ１０に接続される三相巻線たる第１の電機子巻線ｍ１と、第２の三相インバータ２０に接続される三相巻線たる第２の電機子巻線ｍ２とを含み、三相負荷として機能する。第１の電機子巻線ｍ１及び第２の電機子巻線ｍ２は互いに近接して設けられる。ここで「近接」とは、第１の三相インバータ１０又は第２の三相インバータ２０が単独で動作した場合の、第１の電機子巻線ｍ１又は第２の電機子巻線ｍ２でのキャリア音のそれぞれを、負荷駆動装置１００の操作者が識別できない程度に近接していることを指す。本実施例では、同じモータに採用されている場合を例示する。

図２に示すように、第１の三相インバータ１０のキャリア信号たる第１のキャリア信号Ｃ１の周波数と、第２の三相インバータ２０のキャリア信号たる第２のキャリア信号Ｃ２の周波数とが互いに略等しい。よって、第１の三相インバータ１０のデューティ値と、第２の三相インバータ２０のデューティ値とは互いに略等しい。さらに、第１の三相インバータ１０と第２の三相インバータ２０とは同じスイッチングパターンで動作する。図２では第１のキャリア信号Ｃ１に対して、位相差の異なる３つの第２のキャリア信号Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３を例示している。

第１の電機子巻線ｍ１と第２の電機子巻線ｍ２とが互いに近接し、第１の三相インバータ１０と第２の三相インバータ２０とが上述の動作をするとき、キャリア周波数の基本波Ｆと第２高調波ＳＨとを考慮すると、キャリア音Ｎの大きさ（キャリア騒音率）は図３に示すように、第１のキャリア信号Ｃ１と第２のキャリア信号Ｃ２との位相差ｄによって変動する。ここで、図３の縦軸は、第１のキャリア信号Ｃ１と第２のキャリア信号Ｃ２との位相差ｄがゼロのときを基準（１００）にしたときの割合（百分率）で示している。

図４に示すように、第１のキャリア信号Ｃ１と第２のキャリア信号Ｃ２との位相差ｄは、１１７．５度以上かつ２４２．５度以下であることが望ましい。位相差ｄがこの範囲にあるとき、第１の電機子巻線ｍ１及び第２の電機子巻線ｍ２によるキャリア音は、それぞれが単独で発するキャリア音の和の半分以下になる。つまり、２つの三相インバータ１０，２０を搭載しているにもかかわらず、１つの三相インバータが発するキャリア音と同じかそれよりも低減できる。換言すれば、１つの大容量三相インバータで１つの負荷（圧縮機３０）を駆動するときの電機子巻線（図示省略）でのキャリア音の大きさに比して、当該大容量三相インバータの半分の容量をもつ三相インバータ１０，２０が協働して当該１つの負荷を駆動するときの電機子巻線ｍ１，ｍ２でのキャリア音の大きさは半分か又は半分以下である。

特に、位相差ｄが、１１７．５度より大きくてかつ１７５度より小さいか又は、１８５度より大きくてかつ２４２．５度より小さい場合には、２つの三相インバータ１０，２０を搭載しているにもかかわらず、１つの三相インバータが発するキャリア音よりも低減できる点でより望ましい。

２つの三相インバータのそれぞれに対応して電機子巻線を設けた場合には、キャリア音はこれら第１の電機子巻線ｍ１及び第２の電機子巻線ｍ２に対する相対的な位置によって変化する。そこで、負荷駆動装置１００は、位相差ｄを制御する制御部（Main Controller）４０を備えている。

制御部４０は、第１副制御部（Sub Controller 1）４１及び、第２副制御部（Sub Controller 2）４２を介して第１の三相インバータ１０と第２の三相インバータ２０との位相差ｄを制御する命令を行う。また、制御部４０は、位相差ｄを任意に変更することを操作者から受付ける操作部４４を有している。なお、操作部４４が受付ける位相差は、上述の範囲内であることが望ましい。

２つの三相インバータ１０，２０がそれぞれ第１の電機子巻線ｍ１又は第２の電機子巻線ｍ２に出力する場合、キャリア音は２つの電機子巻線ｍ１，ｍ２に対する相対的な位置によって変動する。したがって、キャリア音を不快に感じる場合には、操作者が操作部４４を操作することによってキャリア音の低減を図ることができる。

１００ 負荷駆動装置
１０，２０ 三相インバータ
３０ 圧縮機
４０ 制御部
４４ 操作部
Ｃ１，Ｃ２ キャリア周波数
ｄ 位相差

Claims (4)

1. 出力が略等しい第１及び第２インバータ（１０，２０）と、
   前記第１のインバータに接続される第１の三相巻線（ｍ１）と、前記第２のインバータに接続されて前記第１の三相巻線と近接して設けられる第２の三相巻線（ｍ２）とが協働して駆動する三相負荷（３０）とを備え、
   前記第１のインバータのキャリア信号（Ｃ１）の周波数たる第１キャリア周波数と、前記第２のインバータのキャリア信号（Ｃ２）の周波数たる第２キャリア周波数とは互いに略等しく、
   前記第１インバータのデューティ値と、前記第２インバータのデューティ値とは互いに略等しく、
   前記第１インバータと前記第２インバータとは同じスイッチングパターンで動作し、
   前記第１キャリア周波数と前記第２キャリア周波数との位相差（ｄ）が１１７．５度〜２４２．５度の範囲にある、負荷駆動装置（１００）。
2. 前記位相差（ｄ）が１１７．５度〜１７５度又は１８５度〜２４２．５度の範囲にある、請求項１記載の負荷駆動装置（１００）。
3. 前記位相差を制御する制御部（４０）を更に備える、請求項１又は請求項２記載の負荷駆動装置（１００）。
4. 前記制御部（４０）は、前記位相差（ｄ）を任意の値に変更することを操作者から受付ける操作部（４４）を有する、請求項３記載の負荷駆動装置（１００）。

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