説明

負荷駆動装置

【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。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
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。
【背景技術】
【0002】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平5−184182号公報
【特許文献2】特開平9−047026号公報
【特許文献3】特開2008−179285号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【課題を解決するための手段】
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【0010】
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。
【発明の効果】
【0011】
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。
【0012】
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。
【0013】
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。
【0014】
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。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】実施例に係る負荷駆動装置を例示する図である。
【図2】キャリアの波形を例示する図である。
【図3】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4】図3の一部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
〈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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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。
【0024】
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。
【0025】
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。
【0026】
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。
【0027】
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。
【符号の説明】
【0028】
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

【特許請求の範囲】
【請求項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)。
【請求項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)。
【請求項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)。
【請求項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)。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2010−288320(P2010−288320A)
【公開日】平成22年12月24日(2010.12.24)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−138145(P2009−138145)
【出願日】平成21年6月9日(2009.6.9)
【出願人】(000002853)ダイキン工業株式会社 (7,604)
【Fターム(参考)】