JP2013187925A

JP2013187925A - モータ駆動装置

Info

Publication number: JP2013187925A
Application number: JP2012048749A
Authority: JP
Inventors: Kenji Sugiura; 賢治杉浦
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-09-19

Abstract

【課題】ＰＷＭ制御によるモータの駆動において、キャリア周波数の音の周囲への影響を抑えるために周波数を可聴域外とすることがスイッチングによる損失低減の妨げとなる。
【解決手段】外部から印加される周波数指令は、キャリア周波数受信器１０に入力され、キャリア周波数受信器１０はキャリア周波数可変インバータ２０が受け取ることのできる指令信号に必要に応じて変換しキャリア周波数指令として出力する。キャリア周波数可変インバータ２０は、外部から印加されるＤｕｔｙ指令とキャリア周波数指令とに基づいてＰＷＭ制御を行い、モータ３０に電力を供給する。キャリア周波数指令が例えばＡＨｚからＢＨｚに変化すると、インバータ出力のスイッチングの周波数が変化する。その際、Ｄｕｔｙ指令に変化がなければオンとオフの比率は変化しない。また、Ｄｕｔｙ指令が変化すると、スイッチングのオンとオフの比率が変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば空調機器、燃焼用ファンモータを搭載した給湯機、空気清浄機並びに複写機、プリンタ等の情報機器に使用されるブラシレスＤＣモータなどを駆動するモータ駆動装置に関する。

従来、ブラシレスＤＣモータ（以下、単にモータと記す）を駆動する場合、その速度やトルクを任意に変化させるための技術としてＰＷＭ（パルス幅変調：ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を用いることが多い。

図５はこの種の技術におけるモータ駆動装置の回路構成図である。

図５において、インバータ１２０は、予め設定されたキャリア周波数情報１５０からのキャリア周波数指令と外部から入力されるＤｕｔｙ指令に基づいてＰＷＭ制御を行い、モータ１３０に電力を供給する。

図６を用いてその動作を説明する。キャリア周波数指令は設定された固定値であり、インバータの出力はそのキャリア周波数でスイッチングしている。そのスイッチング波形はＤｕｔｙ指令で決定される。

例えばＤｕｔｙ指令が７５％であれば、スイッチング波形は７５％がオン、２５％がオフの波形となり、モータには７５％の電圧が印加される。また、Ｄｕｔｙ指令が５０％に変化するとスイッチング波形も変化し、５０％がオン、５０％がオフの波形となり、モータには５０％の電圧が印加される。

この際、モータへの電圧印加がオン、オフされるためスイッチング音と呼ばれるキャリア周波数の騒音が発生することが知られている。よって、モータの静音性を求められる用途では、キャリア周波数指令は図７に示すように可聴域外に設定されることが多い。

ここで、スイッチング波形のオン、オフの比率に関してはスイッチングの速さの影響およびデッドタイムと呼ばれるスイッチの同時オンを防止するための時間遅れの影響は無視している。

また、従来技術としては、特許文献１に記載のものがあり、モータの固定子鉄心の剛性を上げて形状変化を抑えることでキャリア周波数の音を抑制している。

また、従来技術として、特許文献２には、耳障りな騒音を低減し空気調和機の快適な運転を可能にすることを課題として、室内側と室外側の運転状態を用いて圧縮機の運転周波数を指令する制御演算装置と、固定スクロールと電動機に連結されたクランク軸を介して駆動される旋回スクロールとを有するスクロール型圧縮機とされ前記運転周波数で容量制御が可能とされた前記圧縮機と、鉄製の胴部側板、頭部カバー、下部カバーで、かつ電動機及び圧縮機が覆われるように形成される密閉容器と、運転周波数に関わらず４ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下のキャリア周波数を決定し、指令された運転周波数で電動機を駆動するインバータを備える構成について示されている。

また、従来技術として、特許文献３には、昼間と判別されると騒音目標値が高く、夜間と判別されると騒音目標値が低く補正され、目標値よりも実側される騒音レベルが低くなるように、送風機及び圧縮機の運転を制御することにより、環境に応じて、室外ユニツトにより生じる騒音の許容レベルを可変し、快適な空調を図ることを課題として、光センサより検知された室外の明るさから昼夜を判別し、昼間は騒音目標値を高く、夜間は低く補正し、騒音センサで実側される騒音レベルがこれより低くなるように圧縮機及び送風機の運転を制御する。

また、外気温センサより検出された外気温が高いときは騒音目標値を低く、外気温が低いときには高く補正し、実側される騒音レベルがこれより低くなるように圧縮機及び送風機の運転を制御する。さらに、外気温に応じた室外ユニツトの騒音制御と昼夜に応じた騒音制御とをシリアルに組み合わせることによって、一年を通じて空調の快適性が向上する構成について示されている。

特開２００３−３２９２１号公報特開２０００−１２１１３３号公報特開平３−５９３３９号公報

モータのＰＷＭ制御を行う場合、キャリア周波数の音と共にスイッチングによるインバータの損失が課題となる。この損失はスイッチングの回数に応じて増減する特徴があり、キャリア周波数を可聴域外にすることは可聴域に設定するよりも損失が大きくなる課題を有している。

また、モータの固定子鉄心の剛性を上げることでキャリア周波数の音を抑制できるが、固定子鉄心の体積を増やすことなどによる剛性の向上はモータの効率の向上を妨げる課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、スイッチングによるキャリア周波数の音と損失の両課題を抑えることを可能にするものである。

本発明のモータ駆動装置は、外部から入力される周波数指令を受取りインバータのキャリア周波数指令を出力するキャリア周波数受信器と、キャリア周波数指令によりインバータのキャリア周波数を任意のタイミングで指令の周波数とするキャリア周波数可変インバータとを備え、入力される周波数指令に応じてモータを駆動するインバータの周波数を調整するものであり、モータ周辺の音の状態に合わせてキャリア周波数が調整されることで、キャリア周波数の音の周囲への影響およびスイッチングにより発生する損失の低減を行うものである。

また、本発明のモータ駆動装置は、外部から入力される音情報を受取り、その周波数と大きさを判別し概ね大きな音の周波数をキャリア周波数指令として出力する音周波数判定器と、キャリア周波数指令によりインバータのキャリア周波数を任意のタイミングで指令の周波数とするキャリア周波数可変インバータとを備え、入力される音情報に応じてモータを駆動するインバータの周波数を調整するものであり、モータ周辺の音の状態に合わせてキャリア周波数を調整することで、キャリア周波数の音の周囲への影響およびスイッチングにより発生する損失の低減を行うものである。

本発明のモータ駆動装置によれば、ＰＷＭ制御でのスイッチングによる騒音の周囲への影響およびスイッチングにより発生する損失を抑えることができる。

本発明の実施例１に係るモータ駆動装置の構成図本発明の実施例１および２のインバータの動作の説明図本発明の実施例１および２の音の説明図本発明の実施例２に係るモータ駆動装置の構成図従来のモータ駆動装置の構成図従来のインバータの動作の説明図従来の音の説明図

以下、本発明について、図面及び表を参照しながら説明する。なお、以下の実施例によって本発明が限定されるものではない。

第１の発明は、外部から入力される周波数指令を受取りインバータのキャリア周波数指令を出力するキャリア周波数受信器と、キャリア周波数指令によりインバータのキャリア周波数を任意のタイミングで指令の周波数とするキャリア周波数可変インバータとを備え、入力される周波数指令に応じてモータを駆動するインバータの周波数を調整するものであり、モータ周辺の音の状態に合わせてキャリア周波数が調整されることで、キャリア周波数の音の周囲への影響およびスイッチングにより発生する損失を低減できる。

第２の発明は、第１の発明において、音測定器から入力される音情報を受取り、その周波数と大きさを判別し概ね大きな音の周波数をキャリア周波数指令として出力する音周波数判定器と、キャリア周波数指令によりインバータのキャリア周波数を任意のタイミングで指令の周波数とするキャリア周波数可変インバータとを備え、入力される音情報に応じてモータを駆動するインバータの周波数を調整するものであり、モータ周辺の音の状態に合わせてキャリア周波数を調整することで、キャリア周波数の音の周囲への影響およびスイッチングにより発生する損失を低減できる。

図１は、本発明の実施例１におけるモータ駆動装置の構成を示した図であり、図２は、そのキャリア周波数可変インバータの動作を示した図であり、図３は、周囲の音とキャリア周波数の音を説明した図である。

図１において、外部から印加される周波数指令は、キャリア周波数受信器１０に入力され、キャリア周波数受信器１０はキャリア周波数可変インバータ２０が受け取ることのできる指令信号に必要に応じて変換しキャリア周波数指令として出力する。キャリア周波数可変インバータ２０は、外部から印加されるＤｕｔｙ指令とキャリア周波数指令とに基づいてＰＷＭ制御を行い、モータ３０に電力を供給する。

図２を用いてキャリア周波数可変インバータ２０の動作を説明する。キャリア周波数指令が例えばＡＨｚからＢＨｚに変化すると、インバータ出力のスイッチングの周波数が変化する。その際、Ｄｕｔｙ指令に変化がなければオンとオフの比率は変化しない。また、Ｄｕｔｙ指令が変化すると、スイッチングのオンとオフの比率が変化する。その際、キャリア周波数指令に変化がなければスイッチングの周波数は変化しない。

次に図３を用いて周囲の音とキャリア周波数の音について説明する。周囲の音を音情報とし、キャリア周波数の音と合わせて示している。周囲の音のある周波数の音がキャリア周波数の音より大きく、キャリア周波数の音が周囲に影響を与えない場合には、周波数指令をその周波数として印加する。

この動作により、周囲の音の状態に合わせて周波数指令を印加すれば、スイッチングの周波数を可聴域に設定した場合であってもキャリア周波数の音が周囲に与える影響は少なく、またスイッチングの周波数は可聴域外に設定した場合より低いため損失を低減できる。ここで、周囲の音の状態に合わせて周波数指令は随時調整が可能である。

また、周囲に影響を与える度合いは周囲の音の大きさとキャリア周波数の音の大きさから推測が可能であり、影響が大きくなると判断した場合は周波数指令を可聴域外に設定すれば良い。

図４は、本発明の実施例２におけるモータ駆動装置の構成を示した図である。

図４において、音測定器４０はモータ周囲の音などを測定し、音情報を音周波数判定器１１に伝える。音周波数判定器１１は、その音の大きさや周波数から周囲に影響を与えないキャリア周波数を決定し、キャリア周波数可変インバータ２０が受け取ることのできるキャリア周波数指令として出力する。キャリア周波数可変インバータ２０は、外部から印加されるＤｕｔｙ指令とキャリア周波数指令とに基づいてＰＷＭ制御を行い、モータ３０に電力を供給する。

キャリア周波数可変インバータの動作および周囲の音とキャリア周波数の音の説明は実施例１と同じである。

この動作により、モータ周囲の音の大きさやその周波数に合わせてキャリア周波数が変化するため、周囲の音が大きく周波数が低ければキャリア周波数を下げてスイッチングにより発生する損失を低減できる。また周囲の音が小さければ、キャリア周波数を可聴域外とすることでモータの静音性を保つことができる。ここで、周囲の音を人が大きく感じる場合は、必ず可聴域にある周波数の音が大きいため、可聴域外にキャリア周波数を設定している場合に比べて確実にスイッチングによる損失を低減できる

本発明の利用分野は特に制限はなく、例えばモータの周囲の騒音が昼と夜で変化するような環境においてモータの静音性と高効率、低消費電力が求められる用途に広範囲に利用することができる。

１０キャリア周波数受信器
１１音周波数判定器
２０キャリア周波数可変インバータ
３０モータ
４０音測定器
１２０インバータ
１３０モータ
１５０キャリア周波数情報

Claims

外部から入力される周波数指令を受取りインバータのキャリア周波数指令を出力するキャリア周波数受信器と、前記キャリア周波数指令によりインバータのキャリア周波数を任意のタイミングで指令の周波数とするキャリア周波数可変インバータとを備え、入力される周波数指令に応じてモータを駆動するインバータの周波数を調整することを特徴としたモータ駆動装置。
請求項１記載のモータ駆動装置において、音測定器から入力される音情報を受取り、その周波数と大きさを判別し概ね大きな音の周波数をキャリア周波数指令として出力する音周波数判定器と、前記キャリア周波数指令によりインバータのキャリア周波数を任意のタイミングで指令の周波数とするキャリア周波数可変インバータとを備え、入力される音情報に応じてモータを駆動するインバータの周波数を調整することを特徴としたモータ駆動装置。