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発明の名称 インバータ制御装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−104756(P2007−104756A)
公開日 平成19年4月19日(2007.4.19)
出願番号 特願2005−288095(P2005−288095)
出願日 平成17年9月30日(2005.9.30)
代理人 【識別番号】100097445
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄
発明者 杉本 智弘 / 小川 正則 / 懸 忍 / 長谷川 輝幸
要約 課題
インバータ制御装置において、整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であると発生するうなり音を抑制する。

解決手段
交流電源1を入力とし、ダイオードブリッジ5、前記ダイオードブリッジ5の交流入力側または直流出力側に接続される小容量のリアクタ6からなる整流回路と、前記ダイオードブリッジ5の直流出力側に接続される小容量のコンデンサ7と、直流電力から交流電力に変換するインバータ回路2と、前記交流電力により駆動されるモータ3と、前記モータ3が駆動されるよう前記インバータ回路2を制御するインバータ制御部8とを備え、前記インバータ制御部8は、入力される指示周波数により駆動される前記モータ3の運転周波数の整数倍の値が、前記交流電源1の周波数の略2倍となるとき、前記モータ3の運転周波数を、増加・減少が同じ割合となるように変動させる。
特許請求の範囲
【請求項1】
交流電源を入力とし、ダイオードブリッジ、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される小容量のリアクタからなる整流回路と、前記ダイオードブリッジの直流出力側に接続される小容量のコンデンサと、直流電力から交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力により駆動されるモータと、前記モータが駆動されるよう前記インバータ回路を制御するインバータ制御部とを備え、前記インバータ制御部は、入力される指示周波数により駆動される前記モータの運転周波数の整数倍の値が、前記交流電源の周波数の略2倍となるとき、前記モータの運転周波数を、増加・減少が同じ割合となるように変動させることを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項2】
インバータ制御部は、モータの運転周波数の整数倍の値と交流電源の周波数の2倍の値との差により生じるうなり音の周期よりも速く、前記モータの運転周波数を変動させることを特徴とする請求項1に記載のインバータ制御装置。
【請求項3】
インバータ制御部は、モータの運転周波数を、指示運転周波数を中心に正弦波状に変動させることを特徴とする請求項1または2に記載のインバータ制御装置。
【請求項4】
変動させた後の正弦波状の運転周波数は上下非対称の波形で、交流電源の周波数の2倍に近い側の半端の運転時間が、他方に比べて長いことを特徴とする請求項3記載のインバータ制御装置。
【請求項5】
請求項1〜4のいずれか1項に記載のインバータ制御装置を有する空気調和機。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータ等を駆動させるインバータ制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、空気調和機に用いられるインバータ制御装置は、圧縮機のモータの運転周波数が、電源周波数の整数倍(50Hzまたは60Hz×n:n=1、2、3、……)に近い周波数の場合、圧縮機の運転が不安定になったり、異常音や異常振動が発生するなどの問題があった。そこで、運転周波数が電源周波数の整数倍の近くである場合、例えば、電源周波数が50Hzであれば、50×n±1Hzの範囲を運転禁止周波数として、その周波数を避けて運転していた。
【0003】
そこで、運転周波数が、前記運転禁止周波数の範囲にある場合においても、実質的に運転周波数そのもので運転した場合と等価であり、電源周波数の整数倍の近くの周波数で運転することが可能な空気調和機の制御装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この方法を用いた空気調和機の制御装置について説明する。
【0004】
図4は、この空気調和機の制御装置のブロック図を示している。図は、交流電源1からの交流電力はコンバータ5によって直流電力に変換され、変換された直流電力は平滑コンデンサ7によって平滑され、インバータ2で任意周波数の交流電力に変換される。この交流電力は、モータ3に供給され、モータ3によって圧縮機4が駆動される。
【0005】
また、図5は、運転要求周波数fが50Hzである場合、この空気調和機の制御装置によって実際に運転される周波数を示すグラフである。図に示すように、電源周波数を50Hzとして、一定時間T毎に運転禁止区域ぎりぎりで、第一の運転周波数fとして、50+2=52Hzで第一の運転時間T1だけ運転し、次に第二の運転周波数fとして50−2=48Hzで第二の運転時間T2だけ運転し、次に第一の運転周波数の52Hzで第一の運転時間T1だけ運転し、……と以後交互に続け、それぞれの時間T1とT2を、T1=T2として設定しておけば、実質的には平均値的に50Hzで運転したのと等価になる。
【0006】
運転禁止周波数の値に応じて、予め2つの周波数とそれに対応する2つの運転時間を定めておき、運転禁止周波数での運転要求がある時、予め定めた2つの周波数でそれぞれに対応する時間だけ交互に運転させることによって、実質的に運転周波数そのもので運転した場合と等価になり、運転禁止周波数での運転を避けることができる。
【特許文献1】特開平7−31193号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上記従来の構成では、インバータの入力側に接続されている整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であると、電源周波数の2倍の周波数(50Hzなら100Hz、または60Hzなら120Hz)で直流電圧がほぼ0Vまで落ち込むので、この電源周波数の2倍の周波数と、禁止周波数よりやや高い運転周波数と禁止周波数よりやや低い運転周波数とで交互に運転した場合、禁止周波数よりやや高い運転周波数の整数倍、および禁止周波数よりやや低い運転周波数の整数倍との周波数の差により、モータにうなり音が生じるという課題を有している。
【0008】
本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、モータを実質的に電源
周波数の2倍の近くの周波数で運転することが可能であり、且つ整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、モータのうなり音を抑制することができるインバータ制御装置を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記従来の課題を解決するために、本発明によるインバータ制御装置は、交流電源を入力とし、ダイオードブリッジ、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される小容量のリアクタからなる整流回路と、前記ダイオードブリッジの直流出力側に接続される小容量のコンデンサと、直流電力から交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力により駆動されるモータと、前記モータが駆動されるよう前記インバータ回路を制御するインバータ制御部とを備え、前記インバータ制御部は、入力される指示周波数により駆動される前記モータの運転周波数の整数倍の値が、前記交流電源の周波数の略2倍となるとき、前記モータの運転周波数を、増加・減少が同じ割合となるように変動させることを特徴とするもので、モータの運転周波数の整数倍の周波数が電源周波数の2倍に近い値の範囲にある場合、運転周波数を増加・減少と同じ割合で変動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明のインバータ制御装置によれば、圧縮機を実質的に電源周波数の2倍の近くの周波数で運転することが可能であり、且つ整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、圧縮機のうなり音を抑制することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0011】
第1の発明は、交流電源を入力とし、ダイオードブリッジ、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される小容量のリアクタからなる整流回路と、前記ダイオードブリッジの直流出力側に接続される小容量のコンデンサと、直流電力から交流電力に変換するインバータ回路と、前記交流電力により駆動されるモータと、前記モータが駆動されるよう前記インバータ回路を制御するインバータ制御部とを備え、前記インバータ制御部は、入力される指示周波数により駆動される前記モータの運転周波数の整数倍の値が、前記交流電源の周波数の略2倍となるとき、前記モータの運転周波数を、増加・減少が同じ割合となるように変動させることを特徴とするインバータ制御装置で、圧縮機を実質的に電源周波数の2倍の近くの周波数で運転することが可能であり、且つ整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、圧縮機のうなり音を抑制することが可能である。
【0012】
第2の発明は、インバータ制御部は、モータの運転周波数の整数倍の値と交流電源の周波数の2倍の値との差により生じるうなり音の周期よりも速く、前記モータの運転周波数を変動させることを特徴とするもので、モータを実質的に電源周波数の整数倍の近くの周波数で運転することが可能であり、且つ整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、モータのうなり音を抑制することが可能である。
【0013】
第3の発明は、インバータ制御部は、モータの運転周波数を、指示運転周波数を中心に正弦波状に変動させることを特徴とするもので、滑らかに周波数を変動することができ、実質的に電源周波数の整数倍の近くの周波数で運転することが可能であり、且つ整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、モータのうなり音を抑制することが可能である。
【0014】
第4の発明は、変動させた後の正弦波状の運転周波数は上下非対称の波形で、交流電源の周波数の2倍に近い側の半端の運転時間が、他方に比べて長いことを特徴とするもので、滑らかに周波数を変動することができ、実質的に電源周波数の整数倍の近くの周波数で
運転することが可能であり、且つ整流用の平滑コンデンサが極めて小容量であっても、モータのうなり音を抑制することが可能である。
【0015】
第5の発明は、特に、第1〜4のいずれか1つの発明のインバータ制御装置を有する空気調和機であることを特徴とするものである。
【0016】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【0017】
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態であるインバータ制御装置のブロック図である。
【0018】
図1は、単相交流電源1を入力とし、交流電源を入力とする整流回路と直流電力から交流電力に変換するインバータ回路2と、この交流電力によりモータ3を介して駆動する圧縮機4とを含み、整流回路はダイオードブリッジ5と、前記ダイオードブリッジの交流入力側または直流出力側に接続される2mH以下の小容量のリアクタ6と、ダイオードブリッジの直流出力側に接続される極めて0.4μF以上で100μF以下の小容量のコンデンサ7と、インバータ回路2が出力する周波数すなわち圧縮機4の運転周波数を制御するインバータ制御部8で構成されている。通常、インバータ制御部8は、圧縮機4が、使用者が望む回転数(指示周波数)で駆動されるよう、インバータ回路2にドライブ信号Sgを供給するものである。
【0019】
次に、実施の形態1におけるインバータ制御装置の動作の説明を行う。単相交流電源1の出力である交流電圧は、整流回路により整流され、整流回路からは、直流電圧がインバータ回路2に出力される。整流回路の直流出力側に接続されているコンデンサ7および整流回路に接続されているリアクタ6が極めて小容量であると、インバータ回路2の出力に接続されているモータ負荷が大きい場合、インバータ回路2の直流母線間電圧は交流電源の2倍の周期で大きく脈動し、ゼロとなる場合がある。
【0020】
例えば、交流電源の周波数が50Hzの場合、2倍の100Hzの周期で大きく脈動し、ゼロとなる場合がある。また、ここで、圧縮機4の運転周波数を49Hzとすると、この運転周波数の整数倍の周波数、この場合は、2倍の98Hzと、電源周波数の2倍の100Hzの周期の差(2Hz)がうなり音となる。圧縮機4の運転周波数が99Hzの場合は、うなり音は1Hzの周期となる。
【0021】
従来の空気調和機の制御装置では、電源周波数を50Hzとした場合、電源周波数の整数倍±1Hzの周波数が禁止周波数とされており、指示周波数が49Hzである場合、禁止周波数の上限より、やや高い周波数と、禁止周波数の下限よりやや低い周波数とを交互に運転することで、実質的に49Hzで運転していることと等価となるようにされている。しかしながら、実際に52Hzおよび48Hzで一定期間動作しており、この52Hzの整数倍である104Hzと電源周波数の2倍である100Hzとの差、および48Hzの整数倍である96Hzと電源周波数の2倍である100Hzとの差がうなり音となり発生する。うなり音周期は、ともに4Hzである。
【0022】
次に、図2は、本発明の第1の実施の形態であるインバータ制御装置において、運転要求周波数が49Hzである場合、このインバータ制御装置によって実際に運転される周波数を示すグラフである。図2は、指示周波数が49Hzであることから、49Hzを中心に増加・減少が同じ割合となるように、正弦波状に変動させたものである。振幅は0.5Hz、周期は0.33secとする。図2のように正弦波状に変動させることにより、実質的に49Hzで動作させた場合と等価になり、また従来の運転禁止周波数の範囲での動
作になるが、運転周波数を常に変動させることで、各周波数での動作が瞬時であることから、不安定な動作となることもなく、安定した動作が可能である。
【0023】
また、実際には、48.5Hz〜49.5Hzの範囲で動作させているので、整数倍である97Hz〜99Hzの周波数と電源周波数の2倍の周波数である100Hzの周波数の差がうなり音となる。うなり音は1Hz〜3Hzとなり、周期は0.33sec〜1.0secとなるので、図2のように周期0.33secで動作させることにより、うなり音周期よりもはやく圧縮機4の運転周波数を変動させているので、うなり音が生じることがなく、うなり音を抑制することができる。ここで、振幅を0.5Hz、周期を0.33secに設定してるが、もちろんこれは別の数値であっても構わない。
【0024】
(実施の形態2)
図3は、本発明の第2の実施の形態であるインバータ制御装置において、指示周波数が49Hzである場合、このインバータ制御装置によって実際に運転される周波数を示すグラフである。図3は、指示周波数が49Hzであることから、49Hzを中心に増加・減少が同じ割合となるように、正弦波状に変動させ、この正弦波状の運転周波数が上下非対称の波形で、電源周波数の2倍に近い側の半端の運転時間が、他方に比べて長くするようにしたもので、実際には交流電源の周波数の2倍に近い側の半端の振幅が0.3Hz、半周期が0.278secであり、他方の振幅が0.5Hz、半周期が0.167secとしたものである。図3のように変動させることで、うなり音周期よりもはやく運転させているので、うなり音が生じることがなく、うなり音を抑制することができる。
【0025】
また、ここで、変動の1周期は0.44secとなり、図2に示す周期より長くなっている。周波数の変動速度が速すぎるとその変動音が騒音となる場合があるので、図3に示すように、上下非対称で正弦波状に変動させると、変動速度を遅くすることができ、変動音を抑制することができる。
【0026】
また、本発明のインバータ制御装置は、圧縮機を搭載した空気調和機に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【0027】
本発明のインバータ制御装置は、インバータ回路を使用してモータを駆動するインバータ制御装置に適用できる。例えば、インバータ回路を搭載した冷蔵庫、電気洗濯機、電気乾燥機、電気掃除機、送風機、ヒートポンプ給湯器等である。いずれの製品についても、モータ駆動装置を運転禁止周波数を設定することなくどうさせることができ、製品の設計の自由度が向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0028】
【図1】本発明の実施の形態1におけるインバータ制御装置の回路図
【図2】本発明の実施の形態1におけるインバータ制御装置の周波数制御図
【図3】本発明の実施の形態2におけるインバータ制御装置の周波数制御図
【図4】従来の空気調和機の制御装置の回路図
【図5】従来の空気調和機の制御装置の周波数制御図
【符号の説明】
【0029】
1 単相交流電源
2 インバータ回路
3 モータ
4 圧縮機
5 ダイオードブリッジ
6 リアクタ
7 コンデンサ
8 インバータ制御部




























 

 


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