JP2001025258A - Ｐｗｍインバータ - Google Patents

Ｐｗｍインバータ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電動機の電磁気音が人に不快感を与えないよ
う、インバータを高周波化するのではコストアップにな
るし、ＥＭＩノイズを増加させる。 【解決手段】 基本キャリア周波数設定器６は電動機か
ら発生する電磁気音が人の可聴周波数範囲になる基本キ
ャリア周波数を設定する。係数データテーブル７は基本
キャリア周波数を係数倍するための係数データをもつ。
係数選択回路８は 電動機の負荷状態やインバータの冷
却フィン状態に応じて係数を周期的または時間間隔を変
える。乗算器９は、基本キャリア周波数に係数を乗じて
三角波周波数を制御する。これにより、キャリア周波数
は、インバータまたは電動機の異常を警告する場合に
は、単音の甲高い音質、または３音のマイナーコードに
する。正常状態では、３音のメジャーコード、またはメ
ジャーコードとマイナーコードを混在させる。さらにビ
ート音の発生を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、正弦波と三角波
（キャリア）の比較によりＰＷＭ波形を生成して電動機
を駆動するＰＷＭインバータに係り、特に電動機より発
生する電磁気音の音質改善機能を持たせた三角波キャリ
ア発生手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種のＰＷＭインバータの基本構成
は、図３に示すようになる。電圧形インバータ主回路１
は、整流器ＲＥＣと平滑コンデンサＣを直流電源とし、
パワートランジスタを使用した半導体スイッチＳＵ〜Ｓ
ＺとダイオードＤ１〜Ｄ６のブリッジアームの点弧位相
制御により周波数と電圧を制御した交流電力を電動機に
供給する。
【０００３】この制御装置は、電動機の速度検出信号等
から三相電圧指令作成回路２に位相及び振幅を制御した
正弦波の三相電圧信号を得、コンパレータ３によって三
相電圧信号と三角波発生回路４からの三角波（キャリ
ア）信号との振幅比較を行うことでＰＷＭ波形信号を生
成し、デットタイム作成回路５によってＰＷＭ波形信号
間にデットタイムを加え、主回路１の各スイッチＳＵ〜
ＳＺのゲート信号を得る。
【０００４】上記の基本構成において、ＰＷＭインバー
タで駆動される電動機からは、三角波キャリア周波数を
主成分とする電磁気音が発生する。特に、２ｋＨｚ〜４
ｋＨｚ程度までの周波数における「ピー」や「キーン」
という、単音の甲高い音質は、人が不快に感じる場合が
多い。
【０００５】そこで、従来では、ＰＷＭインバータの出
力容量に余裕をもたせたり、高速のスイッチ素子を採用
することによって、可能な限り三角波キャリア周波数を
高くし、電磁気音を聞こえにくくする方法が取られてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来、三角波キャリア
周波数を高くした電磁気音の抑制方法は、ＰＷＭインバ
ータのコストアップにつながるばかりでなく、ＥＭＩノ
イズ（漏れ電流や放射電界）を増加させる欠点がある。
【０００７】本発明の目的は、キャリアの高周波化を施
すことを不要にし、電動機から発生する電磁気音が人に
不快感を与えないようにしたＰＷＭインバータを提供す
ることにある。
【０００８】本発明の他の目的は、電動機から発生する
電磁気音を有効利用できるようにしたＰＷＭインバータ
を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、電動機から発
生する電磁気音が人の可聴周波数範囲になるようＰＷＭ
インバータの基本キャリア周波数を低くしておき、この
基本キャリア周波数を異なる音階の周波数に周期的また
は時間間隔を変えて切換え、この切換えを電動機やイン
バータの運転状態に応じて行うことにより、電動機から
発生する電磁気音が人に不快感を与えないようにすると
共に、電磁気音の違いで電動機及びインバータの運転状
態の通報音として利用するようにしたもので、以下の構
成を特徴とする。
【００１０】正弦波と三角波キャリアの比較によりＰＷ
Ｍ波形を生成して電動機を駆動するＰＷＭインバータに
おいて、前記三角波キャリアの発生手段は、電動機から
発生する電磁気音が人の可聴周波数範囲になる基本キャ
リア周波数を設定する設定器と、前記基本キャリア周波
数を係数倍するための係数データをもつ係数データテー
ブルと、電動機またはインバータの運転状態に応じて前
記係数データテーブルの係数を周期的または時間間隔を
変えて前記基本キャリア周波数の乗数として得る係数選
択回路とを備えたことを特徴とする。
【００１１】また、前記三角波キャリアの発生手段は、
インバータまたは電動機の異常を警告する場合には、単
音の甲高い音質のキャリア周波数、または３音のマイナ
ーコードであることが認識できる時間間隔で周期的に切
換えたキャリア周波数を発生することを特徴とする。
【００１２】また、前記三角波キャリアの発生手段は、
インバータまたは電動機の正常状態では、３音のメジャ
ーコードであることが認識できる時間間隔で周期的に切
換えたキャリア周波数、またはメジャーコードかマイナ
ーコードかの判別ができなくなる時間間隔で切換えたキ
ャリア周波数を発生することを特徴とする。
【００１３】また、前記三角波キャリアの発生手段は、
前記メジャーコードかマイナーコードかの判別ができな
くなる時間間隔でキャリア周波数を切換えている場合、
２つのコードを構成する４つの音階を周期的に切換え、
インバータの出力周波数に応じて３つの音階を切換える
モードと４つの音階を切換えるモードを選択し、インバ
ータの出力周波数とキャリア切換え時間間隔との関係で
発生するビート音の発生を抑制することを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本実
施形態を示す装置構成図である。同図が図３と異なる部
分は、三角波発生回路４の出力周波数（キャリア周波
数）を制御状態に応じて切換える手段を備えた点にあ
る。この切換手段は、基本キャリア周波数設定器６と、
係数データテーブル７と、係数選択回路８及び乗算器９
で構成される。
【００１５】基本キャリア周波数設定器６は、基本キャ
リア周波数が固定値として設定され、三角波発生回路４
が発生する三角波周波数の基準値を設定する。この基本
キャリア周波数は、インバータ主回路の半導体スイッチ
に高周波素子を不要にする比較的低い周波数にされ、電
動機から発生する電磁気音が人の可聴周波数範囲になる
よう設定される。
【００１６】係数データテーブル７は、上記の基本キャ
リア周波数設定器６で設定される基本キャリア周波数を
１としてこの周波数を係数倍するための複数の係数デー
タが書込まれている。
【００１７】係数選択回路８は、係数データテーブル７
の係数データを選択して乗算器９の乗数として発生する
もので、この係数選択信号として電動機の負荷状態（正
常負荷／過負荷）や冷却フィン状態（正常／過熱）な
ど、電動機及びインバータの運転状態に対応させた制御
信号が与えられる。
【００１８】乗算器９は、基本キャリア周波数設定器６
で設定する基本キャリア周波数に対して、係数選択回路
８で選択した係数を乗じ、これを三角波発生回路４のキ
ャリア周波数制御信号として出力する。
【００１９】以上の構成により、三角波キャリア周波数
は、係数選択回路８で選択する係数に応じて切換えられ
るものであり、この切換えを負荷状態や冷却フィン状態
に応じて適当な時間間隔で変化させることにより、三角
波キャリア周波数で発生する電磁気音の音色を変化させ
る。
【００２０】これにより、本実施形態は、キャリア周波
数を高くして電磁気音を聞こえにくくするのではなく、
電磁気音をインバータや電動機の運転状態を通報する手
段として利用する。例えば、インバータの異常（過負
荷、冷却フィンの過熱等）を警告する場合には、人が不
快に感じる音質や「暗く寂しい」印象を受ける音質と
し、通常の状態では、人が不快に感じない音質や「明る
く朗らか」な印象を受ける音質とする音色制御をする。
以下に具体的な方法を詳細に説明する。
【００２１】（ａ）異常を警告する場合の１（不快に感
じる音質への変更） キャリア周波数を人が不快と感じやすい、２ｋＨｚ〜４
ｋＨｚ程度の「ピー」や「キーン」という単音の甲高い
音質となる周波数に固定する。これは通常の制御方式で
発生するものと同じであるが、本実施形態では異常を警
告する場合のみ係数選択回路８が係数１を選択すること
で発生させる。
【００２２】（ｂ）異常を警告する場合の２（「暗く寂
しい」印象を受ける音質への変更） 基本となるキャリア周波数を根音として、人が「暗く寂
しい」印象を受ける短調の和音（例えばドミ♭ソ：マイ
ナーコード）を構成する３つの音階の周波数を、係数選
択回路８で周期的（周波数１→周波数２→周波数３→周
波数１→…の順）に切換えるものである。
【００２３】以上までの、警告音を発生する場合の実際
のキャリア周波数は、基本となるキャリア周波数：ＦＣ
＿ＳＥＴに、下記の表１に示す係数を乗じた値とする。
なお、周波数の切換え間隔によって印象が変化するた
め、マイナーコードであることを強調するためには３つ
の音階が明確に聞き取れる程度の切換え間隔：Ｔｃ（ｓ
ｅｃ）（１秒間に６０音階（２０周期）程度→切換え間
隔：１７ｍｓ程度）とする必要がある。
【００２４】
【表１】
【００２５】（ｃ）通常の場合の１（「明るく朗らか」
な印象を受ける音質への変更） 基本となるキャリア周波数を根音として、人が「明るく
朗らか」な印象を受ける長調の和音（例えばドミソ：メ
ジャーコード）を構成する３つの音階の周波数を、係数
選択回路８が周期的（周波数１→周波数２→周波数３→
周波数１→…の順）に切換えるものである。実際のキャ
リア周波数は、基本となるキャリア周波数：ＦＣ＿ＳＥ
Ｔ（Ｈｚ）に、下記の表２に示す係数を乗じた値とな
る。
【００２６】なお、周波数の切換え間隔によって印象が
変化するため、メジャーコードであることを強調するた
めには３つの音階が明確に聞き取れる程度の切換え間
隔：Ｔｃ（ｓ）（１秒間に６０音階（２０周期）程度→
１７ｍｓ程度）とする必要がある。
【００２７】
【表２】
【００２８】（ｄ）通常の場合の２（不快に感じにくい
音質への変更） キャリア周波数の切換え間隔を短く（８ｍｓ程度→１秒
間に１２０音階（４０周期）程度）していくと、メジャ
ーコードかマイナーコードかの判別ができなくなり、ど
ちらの場合でも「ザー」といった、人が不快に感じにく
い音質に変化する。
【００２９】従って、積極的に何かを通報しようとする
場合以外は、インバータの制御周期：Ｔｓ（ｓｅｃ）の
正数倍の比較的短い時間（２ｍｓ〜１０ｍｓ）毎にキャ
リア周波数を切換えることとする。
【００３０】（第２の実施形態）前記の第１の実施形態
で、キャリア周波数の切換え間隔：Ｔｃ（ｓｅｃ）は、
音階を明確にするためには長く、不快に感じにくくする
ためには短くするものの、インバータ出力周波数：Ｆｏ
（Ｈｚ）とは無関係に一定の周期（制御周期：Ｔｓ（ｓ
ｅｃ）の正数倍）としていた。
【００３１】しかし、インバータ出力周波数：Ｆｏ（Ｈ
ｚ）が、切換え間隔：Ｔｃ（ｓｅｃ）によって決まる周
波数：Ｆｎ＝１／（３＊Ｔｃ＊ｎ）（Ｈｚ）（ｎ＝６，
３，１）に接近すると、６＊｜Ｆｎ−Ｆｏ｜（Ｈｚ）の
周波数をもったビート音が発生する。これは、積極的に
何かを通報しようとする場合以外の通常運転時には、気
になる挙動である。
【００３２】そこで、本実施形態では、通常運転状態で
キャリア周波数切換え間隔：Ｔｃ（ｓ）を短く設定して
いる場合には、第１の実施形態の（ｄ）に示した通り、
音階の構成によらず、人が不快に感じにくい音質となる
ことから、前記の表１と表２の音階を組み合わせた４つ
の音階の周波数を周期的に切換える設定を別途用意して
おき、ビート音の発生に起因する周波数をＦｎ’＝１／
（４＊Ｔｃ＊ｎ）（Ｈｚ）（ｎ＝６，３，１）に変更す
ることを可能にする。このときの係数例を下記の表３に
示す。なお、この切換えは、ＰＷＭインバータの出力周
波数に応じて、自動的に行うことも可能である。
【００３３】
【表３】
【００３４】以上のキャリア周波数切換え機能を実現す
る構成を図２に示す。同図では、係数データテーブルと
して係数データテーブル７の他に、前記の表１と表２の
音階を組み合わせた４つの音階の周波数を周期的に切換
える係数をもつ係数データテーブル７Ａを設け、係数選
択回路８Ａではこれらデータテーブルからの係数読み込
みに、３つの音階を切換えるモードと４つの音階を切換
えるモードを選択するし、ＰＷＭインバータ出力周波数
とキャリア切換え時間間隔との関係で発生するビート音
の発生を抑制する
【００３５】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によれば、電動機
から発生する電磁気音が人の可聴周波数範囲になるよう
ＰＷＭインバータの基本キャリア周波数を低くしてお
き、この基本キャリア周波数を異なる音階の周波数に周
期的または時間間隔を変えて切換え、この切換えを電動
機やインバータの運転状態に応じて行うようにしたた
め、以下の効果がある。
【００３６】（１）ＰＷＭインバータで駆動される電動
機から発生する電磁気音を、可聴範囲に保ったまま、人
に不快感を与えない音質に変更することができる。
【００３７】（２）装置のコストアップやＥＭＩノイズ
の増加を伴う、キャリア周波数の高周波化が不要にな
る。
【００３８】（３）ＰＷＭインバータで駆動される電動
機から発生する電磁気音を、ＰＷＭインバータの状態を
通報するための手段として利用することで、通報のため
の特別な音響設備（ブザー、スピーカ等）が不要にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す装置構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す装置構成図。
【図３】ＰＷＭインバータの基本構成図。
【符号の説明】
１…電圧形インバータ主回路 ２…三相電圧指令作成回路 ３…コンパレータ回路 ４…三角波発生回路 ５…デットタイム作成回路 ６…基本キャリア周波数設定器 ７、７Ａ…係数データテーブル ８、８Ａ…係数選択回路 ９…乗算器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 正弦波と三角波キャリアの比較によりＰ
    ＷＭ波形を生成して電動機を駆動するＰＷＭインバータ
    において、 前記三角波キャリアの発生手段は、 電動機から発生する電磁気音が人の可聴周波数範囲にな
    る基本キャリア周波数を設定する設定器と、 前記基本キャリア周波数を係数倍するための係数データ
    をもつ係数データテーブルと、 電動機またはインバータの運転状態に応じて前記係数デ
    ータテーブルの係数を周期的または時間間隔を変えて前
    記基本キャリア周波数の乗数として得る係数選択回路と
    を備えたことを特徴とするＰＷＭインバータ。
  2. 【請求項２】 前記三角波キャリアの発生手段は、イン
    バータまたは電動機の異常を警告する場合には、単音の
    甲高い音質のキャリア周波数、または３音のマイナーコ
    ードであることが認識できる時間間隔で周期的に切換え
    たキャリア周波数を発生することを特徴とする請求項１
    に記載のＰＷＭインバータ。
  3. 【請求項３】 前記三角波キャリアの発生手段は、イン
    バータまたは電動機の正常状態では、３音のメジャーコ
    ードであることが認識できる時間間隔で周期的に切換え
    たキャリア周波数、またはメジャーコードかマイナーコ
    ードかの判別ができなくなる時間間隔で切換えたキャリ
    ア周波数を発生することを特徴とする請求項１または２
    に記載のＰＷＭインバータ。
  4. 【請求項４】 前記三角波キャリアの発生手段は、前記
    メジャーコードかマイナーコードかの判別ができなくな
    る時間間隔でキャリア周波数を切換えている場合、２つ
    のコードを構成する４つの音階を周期的に切換え、イン
    バータの出力周波数に応じて３つの音階を切換えるモー
    ドと４つの音階を切換えるモードを選択し、インバータ
    の出力周波数とキャリア切換え時間間隔との関係で発生
    するビート音の発生を抑制することを特徴とする請求項
    ３に記載のＰＷＭインバータ。
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