JP2004208468A - 電動機駆動装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ラジオ放送又はテレビジョン放送等の搬送波の周波数帯域において、電動機駆動装置のＰＷＭ信号の高次の周波数の振幅を低減することにより、ノイズそのものを低減することを可能とした電動機駆動制御装置を提供する。
【解決手段】電動機駆動装置１は、ラジオ受信機又はテレビジョン受信機を搭載した車両に配設された電動機２と、電動機２を駆動する電動機駆動手段３１と、変調部３２３にて変調周波数を生成し、この変調周波数及びデューティー制御信号に基づきデューティー制御回路３２４にて変調ＰＷＭ信号を生成し、この変調ＰＷＭ信号に基づき電動機駆動手段３１を制御する電動機制御手段３２と、電動機制御手段３２を介して電動機２へ駆動用電力を供給する電力供給源４とを備える。
【選択図】図１
【解決手段】電動機駆動装置１は、ラジオ受信機又はテレビジョン受信機を搭載した車両に配設された電動機２と、電動機２を駆動する電動機駆動手段３１と、変調部３２３にて変調周波数を生成し、この変調周波数及びデューティー制御信号に基づきデューティー制御回路３２４にて変調ＰＷＭ信号を生成し、この変調ＰＷＭ信号に基づき電動機駆動手段３１を制御する電動機制御手段３２と、電動機制御手段３２を介して電動機２へ駆動用電力を供給する電力供給源４とを備える。
【選択図】図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジオ受信機又はテレビジョン受信機を搭載した車両に配設された電動機駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に配設された電動機はＰＷＭ信号により駆動しており、このＰＷＭ信号の高次の高調波がラジオ放送やテレビジョン放送にノイズとして混入する問題があった。この問題を解決するために、例えば、電動機駆動制御装置（電動機駆動部、電動機制御部）をシールドケースにより被覆して遮蔽することにより、電動機駆動制御装置の外部に漏れるノイズを抑制する方法がある。しかし、シールドケースにより被覆することは、電動機駆動制御装置の大型化につながる。さらに、電動機駆動制御装置と電動機とを接続する電線及び電動機は、シールドケースにより被覆されないため、この電線又は電動機部分から発生したノイズがラジオ放送等に混入することになる。また、電動機へ駆動用電力を供給する電力供給源及びこの電力供給源と電動機駆動制御装置とを接続する電線もシールドケースにより被覆されないため、電力供給源及びその接続電線部分から発生したノイズがラジオ放送等に混入することになる。
【０００３】
そこで、シールドケースを使用することなくノイズを低減する方法が、特開平５−２１１４５１号公報や特開平１１−４９００１号公報に開示されている。これらの公報には、ＰＷＭ信号の周波数の整数倍をラジオ放送の搬送波の周波数と一致させるか若しくは大きくずらす方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２１１４５１号公報
【特許文献２】
特開平１１−４９００１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＡＭラジオ放送は、搬送波の周波数は９ｋＨｚの整数倍となる単一周波数であるが、実際には多くの周波数成分を含んでいる。具体的には、ＡＭラジオ放送の搬送波は、搬送波周波数を中心とする所定の周波数帯域幅を有する上側波及び下側波とを含んでいる。すなわち、ＰＷＭ信号の周波数をラジオ放送の搬送波の周波数から大きくずらしたとしても、ＰＷＭ信号の周波数が所定の帯域幅を有する上側波及び下側波の中に含まれる場合にはノイズが発生する。なお、ＰＷＭ信号の周波数をすべてのラジオ放送の搬送波に常に一致させるのは困難である。また、ＦＭラジオ放送も、ＰＷＭ信号の周波数の整数倍が放送帯域に混入すると、上記同様ノイズが発生する場合がある。
【０００６】
また、自動選局機能を備えたラジオ受信機等の場合には、ＰＷＭ信号の周波数の整数倍の周波数を検出して同調するという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、ラジオ等の搬送波周波数帯域において、ＰＷＭ信号の周波数の整数倍の振幅を低減することにより、ノイズそのものを低減することを可能とした電動機駆動制御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及び発明の効果】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、周波数を変調させた変調周波数からなる変調ＰＷＭ信号に基づき電動機駆動手段を駆動することを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の電動機駆動装置は、ラジオ受信機又はテレビジョン受信機を搭載した車両に配設された電動機と、該電動機を駆動する電動機駆動手段と、ＰＷＭ信号を発生させると共に該ＰＷＭ信号に基づき前記電動機駆動手段を制御する電動機制御手段と、該電動機制御手段を介して前記電動機へ駆動用電力を供給する電力供給源とを備えた電動機駆動装置において、前記ＰＷＭ信号は、周波数の所定帯域幅内を変調させた変調周波数からなる変調ＰＷＭ信号であることを特徴とする。
【００１０】
なお、電動機駆動手段とは、スイッチング素子を含む回路である。このスイッチング素子は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等である。そして、このスイッチング素子が、電動機制御手段から出力された変調ＰＷＭ信号に基づきＯＮ・ＯＦＦ動作を行う。つまり、このスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦ動作の周波数信号がノイズとなり得るものである。
【００１１】
そして、変調ＰＷＭ信号は、上述したように周波数の所定帯域幅内を変調させた変調周波数からなる信号である。この変調ＰＷＭ信号の振幅が最大となる周波数が基本周波数である。つまり、変調ＰＷＭ信号は、基本周波数を含む所定帯域幅内を変調させた信号である。
【００１２】
そして、電動機制御手段は、変調ＰＷＭ信号に基づき電動機駆動手段を制御することにより、変調ＰＷＭ信号の基本周波数の整数倍の周波数の振幅、すなわち変調ＰＷＭ信号の高次の高調波の振幅が低減する。なお、一般に、フーリエ変換の理論より、高次の高調波ほど振幅は低減するものである。すなわち、従来のように、電動機駆動手段を駆動するＰＷＭ信号の周波数を一定にした場合であっても高次の高調波ほど振幅は低減する。しかし、電動機駆動手段を駆動するＰＷＭ信号の周波数を一定にした場合に比べて、電動機駆動手段を駆動するＰＷＭ信号の周波数を変調させた場合は、高次の高調波ほど振幅はより低減することになる。なお、ラジオ放送やテレビジョン放送の周波数帯域に比べて、前記ＰＷＭ信号の周波数は非常に低いものであるため、該放送の周波数帯域における高調波の振幅の差は著しい。
【００１３】
つまり、ラジオ放送やテレビジョン放送の周波数帯域において、電動機駆動手段を駆動するＰＷＭ信号の周波数の高次の高調波の振幅は非常に小さくなる。このことは、ラジオ放送やテレビジョン放送に混入するノイズそのものを低減することになる。従って、ラジオ放送等の搬送波の周波数とＰＷＭ信号の周波数の高次の高調波とが一致していない場合であっても、ノイズそのものを低減することができる。このことは、従来のように、シールドケースを使用しなくてもノイズを低減できるため、装置の高コスト化及び大型化することがなくなる。なお、シールドケースも併せて使用することにより、よりノイズを低減させることになることは明らかである。また、特開平５−２１１４５１号公報や特開平１１−４９００１号公報に記載された方法のように、ＰＷＭ信号の周波数をラジオ放送の搬送波と一致させる等、複雑な設定を行う必要がなく、任意にＰＷＭ信号の周波数を設定することができる。
【００１４】
さらに、ＰＷＭ信号の周波数の高次の高調波の振幅が小さいため、自動選局機能を備えたラジオ受信機等の場合であっても、ＰＷＭ信号の周波数の高次の高調波を検出して同調することを抑制することになる。
【００１５】
また、前記電動機は、前記車両に配設された車両用空調装置の空調ファン駆動用電動機であるようにするとよい。一般に、車両用空調装置は、ラジオ受信機又はテレビジョン受信機の近傍に配設される。すなわち、車両用空調装置の空調ファン駆動用電動機のＰＷＭ信号の周波数がラジオ放送又はテレビジョン放送のノイズとして混入するおそれが高い。そこで、本発明の電動機駆動装置の電動機を車両用空調装置の空調ファン駆動用電動機とすることにより、より効果的にラジオ放送等のノイズを低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明を図面を参照してより詳しく説明する。
【００１７】
（電動機駆動装置の構成）
図１に示すように、本発明の電動機駆動装置１は、電動機２と、電動機駆動制御部３と、バッテリ（電力供給源）４とから構成される。なお、電動機駆動制御部３は、電動機駆動部（電動機駆動手段）３１と、電動機制御部（電動機制御手段）３２とから構成される。
【００１８】
電動機２は、車両用空調装置の空調ファン、電動パワーステアリング装置、又はパワーウインドウ装置等に使用される電動機である。この電動機２と電動機駆動制御部３とは、電線により接続されている。
【００１９】
電動機駆動部３１は、パワーＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）３１１と、フライホイールダイオード３１２と、キャパシタ３１３、インダクタ３１４とから構成される。まず、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート端子には、後述するデューティー制御回路から出力された所定のＰＷＭ信号が入力される。この入力されるＰＷＭ信号に基づきパワーＭＯＳＦＥＴ３１１がＯＮ・ＯＦＦ動作を行う。パワ−ＭＯＳＦＥＴ３１１のソ−ス端子は接地され、ドレイン端子はフライホイ−ルダイオ−ド３１２のアノ−ド側、及び端子３３を介して電動機２の一方側の端子に接続されている。フライホイ−ルダイオ−ド３１２のカソ−ド側は、端子３４を介して電動機２の他方側の端子に、及びキャパシタ３１３の一方側の端子、及びインダクタ３１４の一方側の端子に接続されている。キャパシタ３１３の他方側の端子は接地されている。インダクタ３１４の他方側の端子は、端子３５を介してバッテリ４の正極端子に接続されている。なお、バッテリ４の負極端子は接地されている。
【００２０】
電動機制御部３２は、基本クロック発生部３２１と、ランダムクロック発生部３２２と、変調部３２３と、デューティー制御回路３２４とから構成される。基本クロック発生部３２１は、上述したパワーＭＯＳＦＥＴ３１１に入力するＰＷＭ信号の周波数の基本となる基本周波数ｆ0からなる信号を発生させる。この基本周波数ｆ0は、例えば２０ｋＨｚである。なお、基本クロック発生部３２１は、例えば水晶振動子を含む水晶発信回路等からなる。ランダムクロック発生部３２２は、基本周波数ｆ0を変調するための変調用周波数ｆ1からなる信号を発生させる。この変調用周波数ｆ1は、例えば１００Ｈｚである。なお、ランダムクロック発生部３２２は、例えば水晶振動子を含む水晶発振回路等からなる。
【００２１】
変調部３２３は、基本周波数ｆ0と変調用周波数ｆ1とに基づき、ＰＷＭ信号の周波数（変調周波数）Ｆを決定する。具体的には、所定時間毎に、ＰＷＭ信号の変調周波数Ｆを数１〜数３に示すＦ１からＦ３の間をランダムに変化させる。例えば、変調周波数Ｆの値をＦ１→Ｆ２→Ｆ３→Ｆ２→Ｆ１の順に変化させて、これを繰り返す。この場合は、基本周波数ｆ0が２０ｋＨｚとなり、変調周波数Ｆの周波数帯域幅は２０ｋＨｚを中心とした±１００Ｈｚとなる。すなわち、変調周波数Ｆの周波数帯域幅は２００Ｈｚとなる。
【００２２】
【数１】
Ｆ１＝ｆ0＋ｆ1
【００２３】
【数２】
Ｆ２＝ｆ0
【００２４】
【数３】
Ｆ３＝ｆ0−ｆ1
【００２５】
デューティー制御回路３２４は、デューティー設定端子３６から入力されたデューティー制御信号及び変調部３２３から出力された変調周波数Ｆに基づき、変調ＰＷＭ信号を生成する。デューティー設定端子３６から入力されるデューティー制御信号は、例えばデューティー比である。デューティー比とは、ＰＷＭ信号の１周期におけるＯＮ時間の割合を示すものである。例えば、デューティー比が０．５の場合は、ＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合が等しいことになる。変調ＰＷＭ信号とは、ＯＮ・ＯＦＦ信号であって、デューティー制御信号及び変調周波数Ｆから算出される。そして、変調周波数Ｆは、Ｆ１〜Ｆ３に変調されるため、例えばデューティー比が一定であった場合でも、僅かにＯＮ時間及びＯＦＦ時間は変更することになる。ただし、周波数帯域幅は基本周波数ｆ0に対して僅かであるのでほとんど影響を及ぼさない。
【００２６】
さらに、デューティー制御回路３２４は、生成した変調ＰＷＭ信号をパワーＭＯＳＦＥＴ３１１に出力する。すなわち、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート端子は、この変調ＰＷＭ信号に基づき動作することになる。つまり、変調ＰＷＭ信号がＯＮ信号の場合にはパワーＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート端子はＯＮ動作し、変調ＰＷＭ信号がＯＦＦ信号の場合にはパワーＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート端子はＯＦＦ動作する。なお、電動機２を車両用空調装置の空調ファンに使用される電動機の場合とすると、デューティー制御信号は、設定風量や設定温度に基づき設定されるものである。
【００２７】
（電動機駆動装置の動作）
次に、上述した構成からなる電動機駆動装置１の動作について説明する。まず、電動機制御部３２にて変調ＰＷＭ信号が決定される。すなわち、デューティー設定端子３６から入力されたデューティー制御信号及び変調部３２３から出力された変調周波数Ｆに基づき変調ＰＷＭ信号が決定される。そして、変調ＰＷＭ信号がＯＮ信号のときには、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート端子のゲート電圧が１０Ｖとなりゲート端子がＯＮ動作する。一方、変調ＰＷＭ信号がＯＦＦ信号のときには、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート端子のゲート電圧が０Ｖとなりゲート端子がＯＦＦ動作する。
【００２８】
ゲート端子がＯＮ動作した場合には、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のドレイン端子には、バッテリ４から供給され、インダクタンス３１４を通り、電動機２を通った電圧１２Ｖがかかり、ドレイン端子にドレイン電流Ｉｄが流れる。このドレイン電流Ｉｄの電流値は、ＯＮ時間の経過に伴い減少する。一方、ゲート端子がＯＦＦ動作した場合には、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のドレイン端子にドレイン電流Ｉｄは流れない。この場合は、フライホイールダイオード３１２にフライホイール電流Ｉｆが流れる。このフライホイール電流Ｉｆの電流値は、ＯＦＦ時間の経過に伴い増加する。なお、ゲート端子がＯＮ動作する場合には、フライホイール電流Ｉｆは流れない。
【００２９】
従って、電動機２に流れる電流値Ｉｍは、ドレイン電流Ｉｄとフライホイール電流Ｉｆとを合成した値となる。すなわち、電動機２に流れる電流値Ｉｍは、ゲート端子がＯＮ動作の場合はドレイン電流Ｉｄの電流値となり、ゲート端子がＯＦＦ動作の場合はフライホイール電流Ｉｆの電流値となる。
【００３０】
（ラジオ放送等に混入するノイズ）
次に、上述した本実施形態の電動機駆動装置１を適用した場合におけるラジオ放送又はテレビジョン放送に混入するノイズについて、従来の電動機駆動装置を適用した場合と比較して説明する。
【００３１】
ラジオ放送等に混入するノイズは、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のＰＷＭ信号の周波数Ｆの高調波が影響を及ぼす。具体的には、上述したドレイン電流Ｉｄ、フライホイール電流Ｉｆ又は電動機電流Ｉｍの高調波が影響を及ぼす。ここで、図２に、フーリエ変換により得られたＰＷＭ信号の周波数（Ｈｚ）に対する信号強度（振幅）を示す。図２（ａ）は本実施形態の電動機駆動装置の場合を示し、図２（ｂ）は従来の電動機駆動装置の場合を示す。なお、本実施形態の電動機駆動装置における変調ＰＷＭ信号の周波数Ｆは基本周波数ｆ0（＝２０ｋＨｚ）に変調用周波数ｆ1（＝１００Ｈｚ）を加減等した値である。一方、従来の電動機駆動装置におけるＰＷＭ信号の周波数Ｆは一定値の２０ｋＨｚである。そして、図２（ａ）（ｂ）に示すスペクトルのうち最左側に示すスペクトルが基本波、すなわちＰＷＭ信号又は変調ＰＷＭ信号の周波数Ｆを示す。そして、基本波の右側の複数のスペクトルは、高調波を示す。
【００３２】
図２（ａ）（ｂ）から明らかなように、何れの場合も、基本波の信号強度が最も高く、高調波の周波数が高い程信号強度は減少している。これは、フーリエ変換の理論により明らかである。そして、図２（ｂ）に示すように、従来の場合は、ＰＷＭ信号の周波数Ｆが一定値の２０ｋＨｚであるので、その整数倍となる周波数に高い信号強度を示しており、その他の周波数においては信号強度はほぼ０である。
【００３３】
一方、図２（ａ）に示すように、本実施形態の場合は、基本波は、周波数Ｆが基本周波数ｆ0である２０ｋＨｚを中心として周波数の上下方向に変調用周波数ｆ1である１００Ｈｚの周波数帯域幅を有している。この基本波は、基本周波数ｆ0の周波数２０ｋＨｚの位置の信号強度が最も高く、周波数が基本周波数ｆ0の周波数２０ｋＨｚから周波数の上下方向に遠ざかるにつれて信号強度が減少している。そして、周波数帯域幅を超えた周波数における信号強度はほぼ０となる。また、高調波は、基本波の基本周波数ｆ0の整数倍の周波数を信号強度の最大値として、その周波数の上下方向にある周波数帯域幅を有している。この周波数帯域幅は、高次の高調波ほど基本周波数ｆ0の整数倍の周波数から広がっている。例えば、１００次の高調波の場合には、基本周波数ｆ0の整数倍の周波数が２０００ｋＨｚとなり、周波数帯域幅が上下方向に約１０ｋＨｚとなる。
【００３４】
そして、図２（ａ）（ｂ）を比較すると、高調波の信号強度の最大値が、従来の場合に比べて本実施形態の場合は低減していることが分かる。さらに、高次の高調波ほど信号強度の最大値が従来に比べてより低減している。なお、図２（ａ）の下側の一点鎖線は本実施形態の高調波の信号強度の最大値を繋いだ線であり、上側の一点鎖線は従来の高調波の信号強度の最大値（図２（ｂ）に示す）を繋いだ線である。これは、本実施形態の場合は、基本波の周波数を変調したことにより、高次の高調波における周波数が大きく分散されたためである。
【００３５】
ここで、ＡＭラジオ放送は、５３１〜１６０２ｋＨｚの周波数帯域における搬送波を有してる。また、ＦＭラジオ放送は、７６〜９０ＭＨｚの周波数帯域の搬送波を有している。すなわち、搬送波の周波数が低いＡＭラジオ放送の場合に、基本周波数ｆ0の周波数を２０ｋＨｚとすると、約２６〜８０倍の高調波となる。例えば、基本周波数ｆ0の周波数の１５倍以上、好ましくは２０倍以上の高調波帯域がラジオ放送の周波数帯域となるようにすることで、確実にノイズを低減することができる。従って、基本周波数ｆ0の周波数は２０ｋＨｚに限られず、１６〜３５ｋＨｚ、好ましくは１６〜２０ｋＨｚであればよい。なお、１６ｋＨｚ以下の周波数帯域は、可聴周波数帯域となるため、基本周波数ｆ0の周波数は１６ｋＨｚ以上とする方がよい。また、ラジオ放送のうち周波数の最も低いＡＭラジオの５３１ｋＨｚの場合であっても十分にノイズを低減することができるようにするために、基本周波数ｆ0の周波数の上限値は、最も低いラジオ放送の周波数５３１ｋＨｚの３５分の１以下、好ましくは２５分の１以下とするとよい。
【００３６】
また、高次の高調波帯域における信号強度の最大値は、変調用周波数ｆ1によって変化するものである。例えば、変調用周波数ｆ1を２００Ｈｚとした場合には、１００Ｈｚの場合に比べてより高次の高調波の信号強度の最大値は低減する。また、高次の高調波帯域における信号強度の最大値は、変調部３２３の変調方法によっても変化するものである。例えば、本実施形態では、Ｆ１→Ｆ２→Ｆ３→Ｆ２→Ｆ１の順に繰り返したが、この順序を変更することによっても前記信号強度の最大値は変化する。例えば、Ｆ１→Ｆ２→Ｆ３→Ｆ１→Ｆ２→Ｆ３の順にした場合等である。その他、変調ＰＷＭ周波数Ｆを上述の３段階でなく、４段階や５段階、好ましくは無段階等とすることによっても、前記信号強度の最大値は変化する。
【００３７】
なお、本実施形態では、電動機駆動制御装置３をシールドケースにより被覆していないが、このように行うことでよりノイズを低減することができる。さらに、電動機２、電動機２と電動機駆動制御装置３とを接続する電線、及びバッテリ４と電動機駆動制御装置３とを接続する電線をシールドケースやシールド材等により被覆することにより、よりノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動機駆動装置の構成を示す図である。
【図２】ＰＷＭ信号の周波数に対する信号強度を示す図である。
【符号の説明】
１ ・・・ 電動機駆動装置
２ ・・・ 電動機
３ ・・・ 電動機駆動制御部
４ ・・・ バッテリ（電力供給源）
３１ ・・・ 電動機駆動部（電動機駆動手段）
３２ ・・・ 電動機制御部（電動機制御手段）
３６ ・・・ デューティー設定端子
３１１ ・・・ パワーＭＯＳＦＥＴ
３２１ ・・・ 基本クロック発生部
３２２ ・・・ ランダムクロック発生部
３２３ ・・・ 変調部
３２４ ・・・ デューティー制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラジオ受信機又はテレビジョン受信機を搭載した車両に配設された電動機駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両に配設された電動機はＰＷＭ信号により駆動しており、このＰＷＭ信号の高次の高調波がラジオ放送やテレビジョン放送にノイズとして混入する問題があった。この問題を解決するために、例えば、電動機駆動制御装置（電動機駆動部、電動機制御部）をシールドケースにより被覆して遮蔽することにより、電動機駆動制御装置の外部に漏れるノイズを抑制する方法がある。しかし、シールドケースにより被覆することは、電動機駆動制御装置の大型化につながる。さらに、電動機駆動制御装置と電動機とを接続する電線及び電動機は、シールドケースにより被覆されないため、この電線又は電動機部分から発生したノイズがラジオ放送等に混入することになる。また、電動機へ駆動用電力を供給する電力供給源及びこの電力供給源と電動機駆動制御装置とを接続する電線もシールドケースにより被覆されないため、電力供給源及びその接続電線部分から発生したノイズがラジオ放送等に混入することになる。
【０００３】
そこで、シールドケースを使用することなくノイズを低減する方法が、特開平５−２１１４５１号公報や特開平１１−４９００１号公報に開示されている。これらの公報には、ＰＷＭ信号の周波数の整数倍をラジオ放送の搬送波の周波数と一致させるか若しくは大きくずらす方法が記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２１１４５１号公報
【特許文献２】
特開平１１−４９００１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＡＭラジオ放送は、搬送波の周波数は９ｋＨｚの整数倍となる単一周波数であるが、実際には多くの周波数成分を含んでいる。具体的には、ＡＭラジオ放送の搬送波は、搬送波周波数を中心とする所定の周波数帯域幅を有する上側波及び下側波とを含んでいる。すなわち、ＰＷＭ信号の周波数をラジオ放送の搬送波の周波数から大きくずらしたとしても、ＰＷＭ信号の周波数が所定の帯域幅を有する上側波及び下側波の中に含まれる場合にはノイズが発生する。なお、ＰＷＭ信号の周波数をすべてのラジオ放送の搬送波に常に一致させるのは困難である。また、ＦＭラジオ放送も、ＰＷＭ信号の周波数の整数倍が放送帯域に混入すると、上記同様ノイズが発生する場合がある。
【０００６】
また、自動選局機能を備えたラジオ受信機等の場合には、ＰＷＭ信号の周波数の整数倍の周波数を検出して同調するという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、ラジオ等の搬送波周波数帯域において、ＰＷＭ信号の周波数の整数倍の振幅を低減することにより、ノイズそのものを低減することを可能とした電動機駆動制御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及び発明の効果】
そこで、本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、周波数を変調させた変調周波数からなる変調ＰＷＭ信号に基づき電動機駆動手段を駆動することを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の電動機駆動装置は、ラジオ受信機又はテレビジョン受信機を搭載した車両に配設された電動機と、該電動機を駆動する電動機駆動手段と、ＰＷＭ信号を発生させると共に該ＰＷＭ信号に基づき前記電動機駆動手段を制御する電動機制御手段と、該電動機制御手段を介して前記電動機へ駆動用電力を供給する電力供給源とを備えた電動機駆動装置において、前記ＰＷＭ信号は、周波数の所定帯域幅内を変調させた変調周波数からなる変調ＰＷＭ信号であることを特徴とする。
【００１０】
なお、電動機駆動手段とは、スイッチング素子を含む回路である。このスイッチング素子は、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ等である。そして、このスイッチング素子が、電動機制御手段から出力された変調ＰＷＭ信号に基づきＯＮ・ＯＦＦ動作を行う。つまり、このスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦ動作の周波数信号がノイズとなり得るものである。
【００１１】
そして、変調ＰＷＭ信号は、上述したように周波数の所定帯域幅内を変調させた変調周波数からなる信号である。この変調ＰＷＭ信号の振幅が最大となる周波数が基本周波数である。つまり、変調ＰＷＭ信号は、基本周波数を含む所定帯域幅内を変調させた信号である。
【００１２】
そして、電動機制御手段は、変調ＰＷＭ信号に基づき電動機駆動手段を制御することにより、変調ＰＷＭ信号の基本周波数の整数倍の周波数の振幅、すなわち変調ＰＷＭ信号の高次の高調波の振幅が低減する。なお、一般に、フーリエ変換の理論より、高次の高調波ほど振幅は低減するものである。すなわち、従来のように、電動機駆動手段を駆動するＰＷＭ信号の周波数を一定にした場合であっても高次の高調波ほど振幅は低減する。しかし、電動機駆動手段を駆動するＰＷＭ信号の周波数を一定にした場合に比べて、電動機駆動手段を駆動するＰＷＭ信号の周波数を変調させた場合は、高次の高調波ほど振幅はより低減することになる。なお、ラジオ放送やテレビジョン放送の周波数帯域に比べて、前記ＰＷＭ信号の周波数は非常に低いものであるため、該放送の周波数帯域における高調波の振幅の差は著しい。
【００１３】
つまり、ラジオ放送やテレビジョン放送の周波数帯域において、電動機駆動手段を駆動するＰＷＭ信号の周波数の高次の高調波の振幅は非常に小さくなる。このことは、ラジオ放送やテレビジョン放送に混入するノイズそのものを低減することになる。従って、ラジオ放送等の搬送波の周波数とＰＷＭ信号の周波数の高次の高調波とが一致していない場合であっても、ノイズそのものを低減することができる。このことは、従来のように、シールドケースを使用しなくてもノイズを低減できるため、装置の高コスト化及び大型化することがなくなる。なお、シールドケースも併せて使用することにより、よりノイズを低減させることになることは明らかである。また、特開平５−２１１４５１号公報や特開平１１−４９００１号公報に記載された方法のように、ＰＷＭ信号の周波数をラジオ放送の搬送波と一致させる等、複雑な設定を行う必要がなく、任意にＰＷＭ信号の周波数を設定することができる。
【００１４】
さらに、ＰＷＭ信号の周波数の高次の高調波の振幅が小さいため、自動選局機能を備えたラジオ受信機等の場合であっても、ＰＷＭ信号の周波数の高次の高調波を検出して同調することを抑制することになる。
【００１５】
また、前記電動機は、前記車両に配設された車両用空調装置の空調ファン駆動用電動機であるようにするとよい。一般に、車両用空調装置は、ラジオ受信機又はテレビジョン受信機の近傍に配設される。すなわち、車両用空調装置の空調ファン駆動用電動機のＰＷＭ信号の周波数がラジオ放送又はテレビジョン放送のノイズとして混入するおそれが高い。そこで、本発明の電動機駆動装置の電動機を車両用空調装置の空調ファン駆動用電動機とすることにより、より効果的にラジオ放送等のノイズを低減することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、実施形態を挙げ、本発明を図面を参照してより詳しく説明する。
【００１７】
（電動機駆動装置の構成）
図１に示すように、本発明の電動機駆動装置１は、電動機２と、電動機駆動制御部３と、バッテリ（電力供給源）４とから構成される。なお、電動機駆動制御部３は、電動機駆動部（電動機駆動手段）３１と、電動機制御部（電動機制御手段）３２とから構成される。
【００１８】
電動機２は、車両用空調装置の空調ファン、電動パワーステアリング装置、又はパワーウインドウ装置等に使用される電動機である。この電動機２と電動機駆動制御部３とは、電線により接続されている。
【００１９】
電動機駆動部３１は、パワーＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）３１１と、フライホイールダイオード３１２と、キャパシタ３１３、インダクタ３１４とから構成される。まず、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート端子には、後述するデューティー制御回路から出力された所定のＰＷＭ信号が入力される。この入力されるＰＷＭ信号に基づきパワーＭＯＳＦＥＴ３１１がＯＮ・ＯＦＦ動作を行う。パワ−ＭＯＳＦＥＴ３１１のソ−ス端子は接地され、ドレイン端子はフライホイ−ルダイオ−ド３１２のアノ−ド側、及び端子３３を介して電動機２の一方側の端子に接続されている。フライホイ−ルダイオ−ド３１２のカソ−ド側は、端子３４を介して電動機２の他方側の端子に、及びキャパシタ３１３の一方側の端子、及びインダクタ３１４の一方側の端子に接続されている。キャパシタ３１３の他方側の端子は接地されている。インダクタ３１４の他方側の端子は、端子３５を介してバッテリ４の正極端子に接続されている。なお、バッテリ４の負極端子は接地されている。
【００２０】
電動機制御部３２は、基本クロック発生部３２１と、ランダムクロック発生部３２２と、変調部３２３と、デューティー制御回路３２４とから構成される。基本クロック発生部３２１は、上述したパワーＭＯＳＦＥＴ３１１に入力するＰＷＭ信号の周波数の基本となる基本周波数ｆ0からなる信号を発生させる。この基本周波数ｆ0は、例えば２０ｋＨｚである。なお、基本クロック発生部３２１は、例えば水晶振動子を含む水晶発信回路等からなる。ランダムクロック発生部３２２は、基本周波数ｆ0を変調するための変調用周波数ｆ1からなる信号を発生させる。この変調用周波数ｆ1は、例えば１００Ｈｚである。なお、ランダムクロック発生部３２２は、例えば水晶振動子を含む水晶発振回路等からなる。
【００２１】
変調部３２３は、基本周波数ｆ0と変調用周波数ｆ1とに基づき、ＰＷＭ信号の周波数（変調周波数）Ｆを決定する。具体的には、所定時間毎に、ＰＷＭ信号の変調周波数Ｆを数１〜数３に示すＦ１からＦ３の間をランダムに変化させる。例えば、変調周波数Ｆの値をＦ１→Ｆ２→Ｆ３→Ｆ２→Ｆ１の順に変化させて、これを繰り返す。この場合は、基本周波数ｆ0が２０ｋＨｚとなり、変調周波数Ｆの周波数帯域幅は２０ｋＨｚを中心とした±１００Ｈｚとなる。すなわち、変調周波数Ｆの周波数帯域幅は２００Ｈｚとなる。
【００２２】
【数１】
Ｆ１＝ｆ0＋ｆ1
【００２３】
【数２】
Ｆ２＝ｆ0
【００２４】
【数３】
Ｆ３＝ｆ0−ｆ1
【００２５】
デューティー制御回路３２４は、デューティー設定端子３６から入力されたデューティー制御信号及び変調部３２３から出力された変調周波数Ｆに基づき、変調ＰＷＭ信号を生成する。デューティー設定端子３６から入力されるデューティー制御信号は、例えばデューティー比である。デューティー比とは、ＰＷＭ信号の１周期におけるＯＮ時間の割合を示すものである。例えば、デューティー比が０．５の場合は、ＯＮ時間とＯＦＦ時間の割合が等しいことになる。変調ＰＷＭ信号とは、ＯＮ・ＯＦＦ信号であって、デューティー制御信号及び変調周波数Ｆから算出される。そして、変調周波数Ｆは、Ｆ１〜Ｆ３に変調されるため、例えばデューティー比が一定であった場合でも、僅かにＯＮ時間及びＯＦＦ時間は変更することになる。ただし、周波数帯域幅は基本周波数ｆ0に対して僅かであるのでほとんど影響を及ぼさない。
【００２６】
さらに、デューティー制御回路３２４は、生成した変調ＰＷＭ信号をパワーＭＯＳＦＥＴ３１１に出力する。すなわち、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート端子は、この変調ＰＷＭ信号に基づき動作することになる。つまり、変調ＰＷＭ信号がＯＮ信号の場合にはパワーＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート端子はＯＮ動作し、変調ＰＷＭ信号がＯＦＦ信号の場合にはパワーＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート端子はＯＦＦ動作する。なお、電動機２を車両用空調装置の空調ファンに使用される電動機の場合とすると、デューティー制御信号は、設定風量や設定温度に基づき設定されるものである。
【００２７】
（電動機駆動装置の動作）
次に、上述した構成からなる電動機駆動装置１の動作について説明する。まず、電動機制御部３２にて変調ＰＷＭ信号が決定される。すなわち、デューティー設定端子３６から入力されたデューティー制御信号及び変調部３２３から出力された変調周波数Ｆに基づき変調ＰＷＭ信号が決定される。そして、変調ＰＷＭ信号がＯＮ信号のときには、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート端子のゲート電圧が１０Ｖとなりゲート端子がＯＮ動作する。一方、変調ＰＷＭ信号がＯＦＦ信号のときには、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のゲート端子のゲート電圧が０Ｖとなりゲート端子がＯＦＦ動作する。
【００２８】
ゲート端子がＯＮ動作した場合には、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のドレイン端子には、バッテリ４から供給され、インダクタンス３１４を通り、電動機２を通った電圧１２Ｖがかかり、ドレイン端子にドレイン電流Ｉｄが流れる。このドレイン電流Ｉｄの電流値は、ＯＮ時間の経過に伴い減少する。一方、ゲート端子がＯＦＦ動作した場合には、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のドレイン端子にドレイン電流Ｉｄは流れない。この場合は、フライホイールダイオード３１２にフライホイール電流Ｉｆが流れる。このフライホイール電流Ｉｆの電流値は、ＯＦＦ時間の経過に伴い増加する。なお、ゲート端子がＯＮ動作する場合には、フライホイール電流Ｉｆは流れない。
【００２９】
従って、電動機２に流れる電流値Ｉｍは、ドレイン電流Ｉｄとフライホイール電流Ｉｆとを合成した値となる。すなわち、電動機２に流れる電流値Ｉｍは、ゲート端子がＯＮ動作の場合はドレイン電流Ｉｄの電流値となり、ゲート端子がＯＦＦ動作の場合はフライホイール電流Ｉｆの電流値となる。
【００３０】
（ラジオ放送等に混入するノイズ）
次に、上述した本実施形態の電動機駆動装置１を適用した場合におけるラジオ放送又はテレビジョン放送に混入するノイズについて、従来の電動機駆動装置を適用した場合と比較して説明する。
【００３１】
ラジオ放送等に混入するノイズは、パワーＭＯＳＦＥＴ３１１のＰＷＭ信号の周波数Ｆの高調波が影響を及ぼす。具体的には、上述したドレイン電流Ｉｄ、フライホイール電流Ｉｆ又は電動機電流Ｉｍの高調波が影響を及ぼす。ここで、図２に、フーリエ変換により得られたＰＷＭ信号の周波数（Ｈｚ）に対する信号強度（振幅）を示す。図２（ａ）は本実施形態の電動機駆動装置の場合を示し、図２（ｂ）は従来の電動機駆動装置の場合を示す。なお、本実施形態の電動機駆動装置における変調ＰＷＭ信号の周波数Ｆは基本周波数ｆ0（＝２０ｋＨｚ）に変調用周波数ｆ1（＝１００Ｈｚ）を加減等した値である。一方、従来の電動機駆動装置におけるＰＷＭ信号の周波数Ｆは一定値の２０ｋＨｚである。そして、図２（ａ）（ｂ）に示すスペクトルのうち最左側に示すスペクトルが基本波、すなわちＰＷＭ信号又は変調ＰＷＭ信号の周波数Ｆを示す。そして、基本波の右側の複数のスペクトルは、高調波を示す。
【００３２】
図２（ａ）（ｂ）から明らかなように、何れの場合も、基本波の信号強度が最も高く、高調波の周波数が高い程信号強度は減少している。これは、フーリエ変換の理論により明らかである。そして、図２（ｂ）に示すように、従来の場合は、ＰＷＭ信号の周波数Ｆが一定値の２０ｋＨｚであるので、その整数倍となる周波数に高い信号強度を示しており、その他の周波数においては信号強度はほぼ０である。
【００３３】
一方、図２（ａ）に示すように、本実施形態の場合は、基本波は、周波数Ｆが基本周波数ｆ0である２０ｋＨｚを中心として周波数の上下方向に変調用周波数ｆ1である１００Ｈｚの周波数帯域幅を有している。この基本波は、基本周波数ｆ0の周波数２０ｋＨｚの位置の信号強度が最も高く、周波数が基本周波数ｆ0の周波数２０ｋＨｚから周波数の上下方向に遠ざかるにつれて信号強度が減少している。そして、周波数帯域幅を超えた周波数における信号強度はほぼ０となる。また、高調波は、基本波の基本周波数ｆ0の整数倍の周波数を信号強度の最大値として、その周波数の上下方向にある周波数帯域幅を有している。この周波数帯域幅は、高次の高調波ほど基本周波数ｆ0の整数倍の周波数から広がっている。例えば、１００次の高調波の場合には、基本周波数ｆ0の整数倍の周波数が２０００ｋＨｚとなり、周波数帯域幅が上下方向に約１０ｋＨｚとなる。
【００３４】
そして、図２（ａ）（ｂ）を比較すると、高調波の信号強度の最大値が、従来の場合に比べて本実施形態の場合は低減していることが分かる。さらに、高次の高調波ほど信号強度の最大値が従来に比べてより低減している。なお、図２（ａ）の下側の一点鎖線は本実施形態の高調波の信号強度の最大値を繋いだ線であり、上側の一点鎖線は従来の高調波の信号強度の最大値（図２（ｂ）に示す）を繋いだ線である。これは、本実施形態の場合は、基本波の周波数を変調したことにより、高次の高調波における周波数が大きく分散されたためである。
【００３５】
ここで、ＡＭラジオ放送は、５３１〜１６０２ｋＨｚの周波数帯域における搬送波を有してる。また、ＦＭラジオ放送は、７６〜９０ＭＨｚの周波数帯域の搬送波を有している。すなわち、搬送波の周波数が低いＡＭラジオ放送の場合に、基本周波数ｆ0の周波数を２０ｋＨｚとすると、約２６〜８０倍の高調波となる。例えば、基本周波数ｆ0の周波数の１５倍以上、好ましくは２０倍以上の高調波帯域がラジオ放送の周波数帯域となるようにすることで、確実にノイズを低減することができる。従って、基本周波数ｆ0の周波数は２０ｋＨｚに限られず、１６〜３５ｋＨｚ、好ましくは１６〜２０ｋＨｚであればよい。なお、１６ｋＨｚ以下の周波数帯域は、可聴周波数帯域となるため、基本周波数ｆ0の周波数は１６ｋＨｚ以上とする方がよい。また、ラジオ放送のうち周波数の最も低いＡＭラジオの５３１ｋＨｚの場合であっても十分にノイズを低減することができるようにするために、基本周波数ｆ0の周波数の上限値は、最も低いラジオ放送の周波数５３１ｋＨｚの３５分の１以下、好ましくは２５分の１以下とするとよい。
【００３６】
また、高次の高調波帯域における信号強度の最大値は、変調用周波数ｆ1によって変化するものである。例えば、変調用周波数ｆ1を２００Ｈｚとした場合には、１００Ｈｚの場合に比べてより高次の高調波の信号強度の最大値は低減する。また、高次の高調波帯域における信号強度の最大値は、変調部３２３の変調方法によっても変化するものである。例えば、本実施形態では、Ｆ１→Ｆ２→Ｆ３→Ｆ２→Ｆ１の順に繰り返したが、この順序を変更することによっても前記信号強度の最大値は変化する。例えば、Ｆ１→Ｆ２→Ｆ３→Ｆ１→Ｆ２→Ｆ３の順にした場合等である。その他、変調ＰＷＭ周波数Ｆを上述の３段階でなく、４段階や５段階、好ましくは無段階等とすることによっても、前記信号強度の最大値は変化する。
【００３７】
なお、本実施形態では、電動機駆動制御装置３をシールドケースにより被覆していないが、このように行うことでよりノイズを低減することができる。さらに、電動機２、電動機２と電動機駆動制御装置３とを接続する電線、及びバッテリ４と電動機駆動制御装置３とを接続する電線をシールドケースやシールド材等により被覆することにより、よりノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電動機駆動装置の構成を示す図である。
【図２】ＰＷＭ信号の周波数に対する信号強度を示す図である。
【符号の説明】
１ ・・・ 電動機駆動装置
２ ・・・ 電動機
３ ・・・ 電動機駆動制御部
４ ・・・ バッテリ（電力供給源）
３１ ・・・ 電動機駆動部（電動機駆動手段）
３２ ・・・ 電動機制御部（電動機制御手段）
３６ ・・・ デューティー設定端子
３１１ ・・・ パワーＭＯＳＦＥＴ
３２１ ・・・ 基本クロック発生部
３２２ ・・・ ランダムクロック発生部
３２３ ・・・ 変調部
３２４ ・・・ デューティー制御回路
Claims (2)
- ラジオ受信機又はテレビジョン受信機を搭載した車両に配設された電動機と、
該電動機を駆動する電動機駆動手段と、
ＰＷＭ信号を発生させると共に該ＰＷＭ信号に基づき前記電動機駆動手段を制御する電動機制御手段と、
該電動機制御手段を介して前記電動機へ駆動用電力を供給する電力供給源とを備えた電動機駆動装置において、
前記ＰＷＭ信号は、周波数の所定帯域幅内を変調させた変調周波数からなる変調ＰＷＭ信号であることを特徴とする電動機駆動装置。 - 前記電動機は、前記車両に配設された車両用空調装置の空調ファン駆動用電動機であることを特徴とする請求項１記載の電動機駆動装置。
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