(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流手段及びこの整流手段に直列に接続されたリアクタを有する直流電源装置において、前記交流電圧が零点を通過した後の所定の短期間、前記リアクタを介して、前記交流電源を短絡する第１の短絡手段と、前記第１の短絡手段が前記交流電源を短絡する前後の少なくとも一方にて、前記所定の短期間よりも短い期間、前記リアクタを介して、前記交流電源を短絡する第２の短絡手段とを備え前記第２の短絡手段は、前記第１の短絡手段の短絡期間から前記リアクタの固有振動周期の略１／６の期間だけ間隔を空け、かつ、前記リアクタの固有振動周期の略１／６の期間だけ短絡することを特徴とする直流電源装置。
【請求項２】
前記第２の短絡手段は、前記第１の短絡手段の短絡期間から前記リアクタの固有振動周期の１／６よりも僅かに長い期間だけ間隔を空け、かつ、前記リアクタの固有振動周期の１／６よりも僅かに短い期間だけ短絡させることを特徴とする請求項１に記載の直流電源装置。
【請求項３】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流手段及びこの整流手段に直列に接続されたリアクタを有する直流電源装置において、前記交流電圧が零点を通過した後の所定の短期間、前記リアクタを介して、前記交流電源を短絡する第１の短絡手段と、前記第１の短絡手段が前記交流電源を短絡する前後の少なくとも一方にて、前記所定の短期間よりも短い期間、前記リアクタを介して、前記交流電源を短絡する第２の短絡手段と、前記リアクタの振動振幅を検出する振動検出手段と、前記第２の短絡手段の短絡及び短絡解除の時刻を逐次変化させ、前記振動検出手段によって検出される前記リアクタの振動振幅が最小になる時刻を検出し、この時刻を設定する短絡時刻設定手段とを備え、前記第２の短絡手段は、前記短絡時刻設定手段によって設定された短絡時刻に従って、短絡及び短絡解除を実行することを特徴とする直流電源装置。
【請求項４】
前記振動検出手段は、前記リアクタを流れる電流を検出する電流センサと、この電流センサの出力信号から前記リアクタの固有振動成分を抽出するハイパスフィルタと、このハイパスフィルタの出力信号から振動振幅を検出する振幅値検出手段とを含むことを特徴とする請求項３に記載の直流電源装置。
【請求項５】
前記振動検出手段は、前記リアクタを構成する鉄芯の振動を検出する圧電素子と、この圧電素子の出力信号から前記リアクタの固有振動成分を抽出するハイパスフィルタと、このハイパスフィルタの出力信号から振動振幅を検出する振幅値検出手段とを含むことを特徴とする請求項３に記載の直流電源装置。
【請求項６】
前記振動検出手段は、前記リアクタから発生する音を検出する集音マイクと、この集音マイクの出力信号から前記リアクタの固有振動成分を抽出するハイパスフィルタと、このハイパスフィルタの出力信号から振動振幅を検出する振幅値検出手段とを含むことを特徴とする請求項３に記載の直流電源装置。
【請求項７】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流手段及びこの整流手段に直列に接続されたリアクタを有する直流電源装置において、前記交流電圧が零点を通過した後の所定の短期間、前記リアクタを介して、前記交流電源を短絡する第１の短絡手段と、前記第１の短絡手段が前記交流電源を短絡する前後の少なくとも一方にて、前記所定の短期間よりも短い期間、前記リアクタを介して、前記交流電源を短絡する第２の短絡手段と、前記リアクタの振動振幅を、前記リアクタの固有振動数毎に検出する振動検出手段と、前記第２の短絡手段の短絡及び短絡解除の時刻を逐次変化させ、前記振動検出手段によって検出される前記リアクタの振動振幅が最小になる時刻を前記リアクタの固有振動数毎に検出し、これらの時刻を設定する短絡時刻設定手段とを備え、前記第２の短絡手段は、前記短絡時刻設定手段によって設定された短絡時刻に従って、前記リアクタの固有振動数毎に短絡及び短絡解除を実行することを特徴とする直流電源装置。
【請求項８】
前記振動検出手段は、前記リアクタの振動成分を検出するセンサと、このセンサの出力信号から前記リアクタの固有振動成分を抽出する複数のバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルタの出力信号から振動成分毎に振動振幅を検出する振幅値検出手段とを含むことを特徴とする請求項７に記載の直流電源装置。
【請求項９】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流手段及びこの整流手段に直列に接続されたリアクタを有する直流電源装置において、前記交流電圧が零点を通過した後の所定の短期間、前記リアクタを介して、前記交流電源を短絡する第１の短絡手段と、前記第１の短絡手段が前記交流電源を短絡する前後の少なくとも一方にて、前記所定の短期間よりも短い期間、前記リアクタを介して、前記交流電源を短絡する第２の短絡手段と、前記第１の短絡手段の短絡期間と前記第２の短絡手段の短絡期間との間隔を設定する休止時間設定手段と、前記第２の短絡手段の短絡時間を設定する短絡時間設定手段とを備え、前記第２の短絡手段は設定された間隔時間及び短絡時間に従って短絡及び短絡解除を実行することを特徴とする直流電源装置。
【請求項１０】
さらに、前記リアクタの温度を検出する温度センサと、前記温度センサの温度検出値に応じて、休止時間設定手段で設定された間隔時間及び前記短絡時間設定手段で設定された短絡時間を補正して前記第２の短絡手段に加える設定値補正手段と、
を備えたことを特徴とする請求項８に記載の直流電源装置。
【請求項１１】
交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流手段及びこの整流手段に直列に接続されたリアクタを有する直流電源装置において、前記交流電圧が零点を通過した後の所定の短期間、前記リアクタを介して、前記交流電源を短絡する第１の短絡手段と、前記第１の短絡手段が前記交流電源を短絡する前後の少なくとも一方にて、前記所定の短期間よりも短い期間、前記リアクタを介して、前記交流電源を短絡する第２の短絡手段と、前記第１の短絡手段の短絡期間と前記第２の短絡手段の短絡期間との間隔を設定するための複数種類の間隔時間データ、及び、前記第２の短絡手段の短絡時間を設定するための複数種類の短絡時間データを記憶する記憶手段と、予め定められたスケジュールに従って前記記憶手段に記憶された間隔時間データ及び短絡時間データを前記第２の短絡手段に加える設定データ選択手段とを備え、前記第２の短絡手段は前記設定データ選択手段で選択されたデータに従って短絡及び短絡解除を実行することを特徴とする直流電源装置。
【請求項１２】
前記第２の短絡手段は、前記第１の短絡手段が前記交流電源を短絡する前後の少なくとも一方にて、複数回に亘って、前記リアクタを介して、前記交流電源を短絡することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の直流電源装置。
【請求項１３】
交流を直流に変換するコンバータ装置と、このコンバータ装置で変換された直流を可変電圧、可変周波数の交流に変換して圧縮機駆動電動機に供給するインバータ装置とを備えた空気調和機において、前記コンバータ装置として請求項１乃至１２のいずれかに記載の直流電源装置を用いたことを特徴とする空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、改善された高い電源力率をもって交流電圧を直流電圧に整流する直流電源装置に係り、更に詳しくは、電源力率の改善処理によって発生する騒音を低減し得るようにした直流電源装置及びこの直流電源装置を用いた空気調和機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電源装置からより多くの有効電力を取り出すには、電源力率を改善することが有効であり、このために簡易的に電源力率を改善する方法が提案されている。また、電源力率を改善することにより、近年問題となりつつある電源の高調波電流を低減できる場合が多く、国内外の高調波電流規制にも対応することができる。電源装置の力率を改善する従来の方法として、例えば特開平２−２９９４７０号に開示されたものがある。この開示においては、交流入力電圧が零点を通過した後の適当な短期間にのみスイッチング素子をオンして、交流電源を、リアクタを介して、短絡することにより、電源電流の導通期間を拡大し、電源力率を改善している。
【０００３】
また、従来の他の電源力率の改善方法としては、例えば、特開平７−７９４６号に開示されたものがある。この開示においても同様に交流電圧の零点通過時刻から所定の遅延時間後にスイッチング素子を所定時間オンすることにより、電源力率を改善している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の力率改善方法はいずれも交流電圧の零点通過時刻から適当な遅延時間後に所定時間、交流電源をリアクタを介して短絡し、これにより電流波形の導通角を拡大して、電源力率を改善するものであるが、この場合に、リアクタを短絡することにより、リアクタから「ジー」というような不快な騒音が発生するという問題がある。
【０００５】
このような騒音を防止するには、リアクタの剛性を向上して騒音を抑えたり、またはリアクタの周囲を覆って防音するなどの対策が必要となるが、このような対策の結果、コストアップを招くという問題がある。更に、このような騒音低減対策を行った場合に、該対策に使用される材料の信頼性や経年変化なども解決しなければならない問題として発生する。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、リアクタの短絡による不快な騒音の発生を簡単な構成により経済的に低減し得る直流電源装置及びこの直流電源装置を用いた空気調和機を提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の直流電源装置は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流手段及びこの整流手段に直列に接続されたリアクタを有するものであって、交流電圧が零点を通過した後の所定の短期間、リアクタを介して、交流電源を短絡する第１の短絡手段と、第１の短絡手段が交流電源を短絡する前後の少なくとも一方にて、所定の短期間よりも短い期間、リアクタを介して、交流電源を短絡する第２の短絡手段とを備え、第２の短絡手段は、第１の短絡手段の短絡期間からリアクタの固有振動周期の略１／６の期間だけ間隔を空け、かつ、リアクタの固有振動周期の略１／６の期間だけ短絡するようにしたもので、これによって、力率を改善しながらもリアクタの短絡により発生する騒音を簡単な構成により経済的かつ適確に防止することができる。
【０００８】
請求項２に記載の直流電源装置は、第２の短絡手段が、第１の短絡手段が短絡期間からリアクタの固有振動周期の１／６よりも僅かに長い期間だけ間隔を空け、かつ、リアクタの固有振動周期の１／６よりも僅かに短い期間だけ短絡させるようにしたので、振動の減衰に伴って発生することが有り得る騒音をも防止することができる。
【０００９】
請求項３に記載の直流電源装置は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流手段及びこの整流手段に直列に接続されたリアクタを有するものであって、交流電圧が零点を通過した後の所定の短期間、リアクタを介して、交流電源を短絡する第１の短絡手段と、第１の短絡手段が交流電源を短絡する前後の少なくとも一方にて、所定の短期間よりも短い期間、リアクタを介して、交流電源を短絡する第２の短絡手段と、リアクタの振動振幅を検出する振動検出手段と、第２の短絡手段の短絡及び短絡解除の時刻を逐次変化させ、振動検出手段によって検出されるリアクタの振動振幅が最小になる時刻を検出し、この時刻を設定する短絡時刻設定手段とを備え、第２の短絡手段は、短絡時刻設定手段によって設定された短絡時刻に従って、短絡及び短絡解除を実行するようにしたので、リアクタの重量や寸法のバラツキが大きくても振動を低く抑えて騒音の発生を防止することができる。
【００１０】
請求項４に記載の直流電源装置は、振動検出手段が、リアクタを流れる電流を検出する電流センサと、この電流センサの出力信号からリアクタの固有振動成分を抽出するフィルタと、このフィルタの出力信号から振動振幅を検出する振幅値検出手段とを含むので、振動振幅を確実に検出することができる。
【００１１】
請求項５に記載の直流電源装置は、振動検出手段が、リアクタを構成する鉄芯の振動を検出する圧電素子と、この圧電素子の出力信号からリアクタの固有振動成分を抽出するフイルタと、このフィルタの出力信号から振動振幅を検出する振幅値検出手段とを含むので、振動振幅を確実に検出することができる。
【００１２】
請求項６に記載の直流電源装置は、振動検出手段が、リアクタから発生する音を検出する集音マイクと、この集音マイクの出力信号からリアクタの固有振動成分を抽出するフイルタと、このフィルタの出力信号から振動振幅を検出する振幅値検出手段とを含むので、振動振幅を確実に検出することができる。
【００１３】
請求項７に記載の直流電源装置は、固有振動点が複数個存在するリアクタであっても、各振動成分毎に振動の最小点を探索して、それぞれ騒音低減のための短絡及び短絡解除を実行するので、振動を低く抑えて騒音の発生を防止することができる。
【００１４】
請求項８に記載の直流電源装置は、リアクタの振動成分を検出するセンサの出力信号からリアクタの固有振動成分を抽出する複数のバンドパスフィルタを用い、かつ、これらのバンドパスフィルタの出力信号から振動成分毎に振動振幅を検出するようにしたので、固有振動点が複数個存在するリアクタにも容易に対応することができる。
【００１５】
請求項９に記載の直流電源装置は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流手段及びこの整流手段に直列に接続されたリアクタを有するものであって、交流電圧が零点を通過した後の所定の短期間、リアクタを介して、交流電源を短絡する第１の短絡手段と、第１の短絡手段が交流電源を短絡する前後の少なくとも一方にて、所定の短期間よりも短い期間、リアクタを介して、交流電源を短絡する第２の短絡手段と、第１の短絡手段の短絡期間と第２の短絡手段の短絡期間との間隔を設定する休止時間設定手段と、第２の短絡手段の短絡時間を設定する短絡時間設定手段とを備え、第２の短絡手段は設定された休止時間及び短絡時間に従って短絡及び短絡解除を実行するようにしたので、騒音が最小となる点を手動により調整できる。
【００１６】
請求項１０に記載の直流電源装置は、さらに、リアクタの温度を検出する温度センサと、温度センサの温度検出値に応じて、間隔時間設定手段で設定された間隔時間及び短絡時間設定手段で設定された短絡時間を補正して第２の短絡手段に加える設定値補正手段とを備えるので、時間の経過に応じてリアクタの固有振動数が次第にずれたとしても、騒音の増大を抑制することができる。
【００１７】
請求項１１に記載の直流電源装置は、交流電源からの交流電圧を直流電圧に整流する整流手段及びこの整流手段に直列に接続されたリアクタを有するものであって、交流電圧が零点を通過した後の所定の短期間、リアクタを介して、交流電源を短絡する第１の短絡手段と、第１の短絡手段が交流電源を短絡する前後の少なくとも一方にて、所定の短期間よりも短い期間、リアクタを介して、交流電源を短絡する第２の短絡手段と、第１の短絡手段の短絡期間と第２の短絡手段の短絡期間との間隔を設定するための複数種類の間隔時間データ、及び、第２の短絡手段の短絡時間を設定するための複数種類の短絡時間データを記憶する記憶手段と、予め定められたスケジュールに従って記憶手段に記憶された間隔時間データ及び短絡時間データを第２の短絡手段に加える設定データ選択手段とを備え、第２の短絡手段は設定データ選択手段で選択されたデータに従って短絡及び短絡解除を実行するようにしたので、スケジュールに従った負荷の変動等による騒音の発生を未然に防止することができる。
【００１８】
請求項１２に記載の直流電源装置は、第２の短絡手段が、第１の短絡手段が交流電源を短絡する前後の少なくとも一方にて、複数回に亘って、リアクタを介して、交流電源を短絡するようにしたので、騒音の発生をさらに適確に防止することができる。
【００１９】
請求項１３に記載の空気調和機は、交流を直流に変換するコンバータ装置と、このコンバータ装置で変換された直流を可変電圧、可変周波数の交流に変換して圧縮機駆動電動機に供給するインバータ装置とを備える場合、コンバータ装置として請求項１乃至１２のいずれかに記載の直流電源装置を用いたので、力率を改善しながらも騒音を経済的かつ適確に防止した空気調和機を提供することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の理解を容易にするために、本願と同一の出願人により特願平８−２３０９５８号として出願された基礎技術を最初に説明した後で、本願発明の好適な実施形態について説明する。
【００２１】
本発明の基礎技術としての直流電源装置の第１の構成例を図１に示し、その動作を説明するための各部の波形を図２に示す。図１に示す直流電源装置は、交流電源１の一方の出力端に一端が接続されたリアクタ２を有し、このリアクタ２は他端は４個のダイオードからなり、電流の方向を揃えている第１のダイオードブリッジ３及び全波整流器を構成している第２のダイオードブリッジ５のそれぞれの一方の入力端に接続されている。第１及び第２のダイオードブリッジ３及び５のそれぞれの他方の入力端は交流電源１の他方の出力端に接続されている。
【００２２】
第１のダイオードブリッジ３の両出力端は例えばバイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴなどからなるスイッチング素子である短絡素子４のコレクタとエミッタ間に接続され、この短絡素子４がオンした場合に、第１のダイオードブリッジ３及びリアクタ２を介して交流電源１を短絡し、これにより直流電源装置の電源力率を改善し得るようになっている。短絡素子４のゲートは短絡素子駆動手段１２に接続され、この短絡素子駆動手段１２によって短絡素子４が駆動されることにより短絡素子４はオンするようになっている。
【００２３】
交流電源１の両出力端には例えばフォトカプラ、カレントトランスなどからなるゼロクロス検出手段１０が接続され、これによりこのゼロクロス検出手段１０は交流電源１の交流電圧、すなわち図２の符号２１で示すような正弦波形を有する交流電圧が零点、すなわちゼロクロス点を通過する時点を検出し、この検出信号を駆動信号生成手段１１に供給するようになっている。
【００２４】
駆動信号生成手段１１は、例えばマイクロコンピュータ、専用回路などから構成され、図２の符号２４ａ及び２６ａでそれぞれ示す力率改善パルスとこの力率改善パルスよりも非常に小さな幅の騒音低減パルスを生成し、これらの力率改善パルス２４ａ及び騒音低減パルス２６ａを短絡素子駆動手段１２に提供する。短絡素子駆動手段１２はこれらの力率改善パルス２４ａ及び騒音低減パルス２６ａに応答して短絡素子４をオン状態に駆動し、これにより第１のダイオードブリッジ３及びリアクタ２を介して交流電源１を短絡する。この結果、力率改善パルス２４ａにより短絡素子４がオンした場合には、第１のダイオードブリッジ３及びリアクタ２を介して交流電源１を短絡することにより、電源力率を改善することができると共に、騒音低減パルス２６ａにより短絡素子４がオンした場合には、電源力率の改善のためにリアクタ２が短絡されることにより発生する騒音を低減することができる。
【００２５】
また、第２のダイオードブリッジ５の出力端は平滑用電解コンデンサ６，７，８を介して負荷９に接続され、これにより交流電源１からの交流電圧は第２のダイオードブリッジ５及び平滑用電解コンデンサ６，７，８により倍電圧整流され、直流電圧として負荷９に供給されるようになっている。
【００２６】
以上のように構成される直流電源装置において、図２の符号２１で示すような交流電圧が交流電源１から供給されると、この交流電圧はリアクタ２を介して第２のダイオードブリッジ５及び平滑用電解コンデンサ６，７，８からなる倍電圧整流回路に供給されて直流電圧として負荷９に供給されると共に、この交流電圧が零点を通過すると、この零点通過がゼロクロス検出手段１０で検出され、この検出信号により駆動信号生成手段１１が駆動される。
【００２７】
駆動信号生成手段１１は、ゼロクロス検出手段１０の零点検出出力信号により駆動されると、交流電源の零点通過後に図２に示す力率改善パルス２４ａ及び騒音低減パルス２６ａを発生する。力率改善パルス２４ａ及び騒音低減パルス２６ａは短絡素子駆動手段１２を介して短絡素子４をオン状態に駆動し、これにより第１のダイオードブリッジ３及びリアクタ２を介して交流電源１を短絡する。この結果、力率改善パルス２４ａに応答して短絡素子４がリアクタ２を介して交流電源１を短絡した場合には、電源電流の導通期間を拡大し、直流電源装置の電源力率を改善し、また騒音低減パルス２６ａに応答して短絡素子４が動作した場合には、力率改善パルス２４ａによってリアクタ２が短絡された後に、リアクタ２の短絡が解放されて短絡電流がオフとなる時の騒音を低減することができる。
【００２８】
具体的には、図２において、符号２２で示す力率改善前の電源電流波形に対して力率改善パルス２４ａにより力率改善を施した後の電源電流波形は符号２３で示すように電源電流の導通期間が拡大され、これにより電源力率が改善されていることがわかる。そして、力率改善パルス２４ａに続いてパルス幅の非常に小さい騒音低減パルス２６ａを出力して短絡素子４を短絡することにより、力率改善パルス２４ａによりリアクタ２が短絡された場合の短絡電流オフ時のリアクタによる騒音を電源電流の波形及び電源力率にほとんど変化なく、低減することができる。
【００２９】
図３は、本発明の基礎技術としての直流電源装置の第２の構成例に係わる直流電源装置の各部の信号波形を示す図である。この第２の構成例は、上述した第１の構成例において力率改善パルス２４ａ及び騒音低減パルス２６ａの順序を逆にした点が異なるのみであり、その他の構成及び作用は第１の構成例と同じである。
【００３０】
なお、第２の構成例の回路構成は、図１に示したものと基本的には同じであるが、駆動信号生成手段１１から発生する力率改善パルス２４ａ及び騒音低減パルス２６ａの発生順序が逆となり、図３に示すように短い期間の騒音低減パルス２６ａが先に発生し、それから力率改善パルス２４ａが発生するようになっている点が異なるのみである。また、図３の信号波形図において、２１及び２２はそれぞれ図２と同様に交流電源１の交流電圧の波形及び力率改善前の電流波形であり、２５は力率改善及び騒音改善を行った場合の電流波形である。
【００３１】
第２の構成例のように、騒音低減パルス２６ａを力率改善パルス２４ａの前に発生して、力率改善パルス２４ａによりリアクタ２を介して交流電源１を短絡する前に騒音低減パルス２６ａでリアクタ２を瞬時短絡することにより、リアクタ２の短絡電流オン時の騒音を低減することができる。その後、力率改善パルス２４ａによりリアクタ２を介して交流電源１を短絡することにより、電源電流の導通期間を図３の符号２５で示すように拡大して、電源力率を改善することができる。
【００３２】
なお、図１ないし図３で示した第１及び第２の構成例では、騒音低減パルス２６ａを力率改善パルス２４ａの前または後に発生し、これによりリアクタ２を介して交流電源１を短絡することにより、リアクタ２の短絡電流オフまたはオン時の騒音を低減しているが、力率改善パルス２４ａの前及び後の両方において騒音低減パルス２６ａを発生することにより、リアクタ２の短絡電流のオフ及びオン時の両方の騒音をさらに適確に低減することができることは勿論のことである。図４は、本発明の基礎技術としての直流電源装置の第３の構成例を示す図である。同図に示す直流電源装置は、全波整流器を構成している第２のダイオードブリッジ５の一方の出力端にリアクタ２の一端を接続し、このリアクタ２の他端と第２のダイオードブリッジ５の他方の出力端との間にスイッチングトランジスタからなる短絡素子４のコレクタ及びエミッタを接続し、この短絡素子４がオンした場合、リアクタ２及び第２のダイオードブリッジ５を介して交流電源１を短絡するように構成している。さらに、リアクタ２の他端は逆流防止用のダイオード１３を介して平滑用電解コンデンサ８及び負荷９に接続されている。ダイオード１３は短絡素子４がオンしてリアクタ２及び第２のダイオードブリッジ５を介して交流電源１を短絡した場合に、平滑用電解コンデンサ８が短絡素子４で短絡されないように作用している。
【００３３】
また、交流電源１の両出力端に接続されているゼロクロス検出手段１０、駆動信号生成手段１１、及び短絡素子駆動手段１２の構成及び作用は、図１に示したものと同じであり、駆動信号生成手段１１は図２に示すように力率改善パルス２４ａ及びこの力率改善パルス２４ａに続いて騒音低減パルス２６ａを発生し、これらのパルスにより短絡素子駆動手段１２を介して短絡素子４をオン状態に駆動することにより、第１の構成例と同様に力率改善パルス２４ａで電源力率を改善し、さらに騒音低減パルス２６ａでリアクタ２の短絡電流オフ時の騒音を低減することができる。また、このような力率改善パルス２４ａと騒音低減パルス２６ａの順序の代わりに、駆動信号生成手段１１は図３に示すように騒音低減パルス２６ａを先に発生した後、続いて力率改善パルス２４ａを発生し、これらのパルスにより短絡素子駆動手段１２を介して短絡素子４をオン状態に駆動することにより、第２の構成例と同様に騒音低減パルス２６ａでリアクタ２の短絡電流オン時の騒音を低減し、さらに力率改善パルス２４ａで電源力率を改善することができる。
【００３４】
図５は、本発明の基礎技術としての直流電源装置の第４の構成例に係わる各部の信号波形を示す図である。この第４の構成例は、上述した第１の構成例において力率改善パルス２４ａに続いて複数（本構成例では、２個）の騒音低減パルス２６ａ，２６ｂを発生するように構成した点が異なるのみであり、その他の構成及び作用は第１の構成例と同じである。すなわち、図５において、２１及び２２はそれぞれ交流電源１の交流電圧の波形及び力率改善前の電流波形、２７は力率改善及び駆動改善を行った場合の電流波形、２４ａは力率改善パルス、２６ａ，２６ｂは騒音低減パルスである。
【００３５】
また、この第４の構成例の直流電源装置の回路構成は図１または図４に示すものと基本的に同じであり、駆動信号生成手段１１において力率改善パルス２４ａに続いて複数の騒音低減パルス２６ａ，２６ｂを発生するように構成している点が異なるのみである。
【００３６】
第４の構成例のように、力率改善パルス２４ａに続いて、複数の騒音低減パルス２６ａ，２６ｂを発生することにより、力率改善パルス２４ａで力率を改善した後に、リアクタ２の短絡電流オフ時に発生する騒音をさらに適確に低減することが可能である。なお、複数の騒音低減パルス２６ａ，２６ｂを力率改善パルス２４ａの後に発生する代わりに、図３に示したように、複数の騒音低減パルス２６ａ，２６ｂを力率改善パルス２４ａの前に発生することも可能であり、この場合にはリアクタ２の短絡電流オン時の騒音を低減することができる。
【００３７】
なお、第４の構成例のように、複数の騒音低減パルス２６ａ，２６ｂを発生しても、これらの騒音低減パルスは力率改善パルス２４ａに比べてパルス幅の極めて短く、直流電源装置の電流波形にほとんど変化はなく、力率に対する影響もない。
【００３８】
図６は、本発明の基礎技術としての直流電源装置の第５の構成例に係わる各部の信号波形を示す図である。この第５の構成例は、上述した第１の構成例において複数の連続した力率改善パルス２４ａ，２４ｂを発生すると共に、この力率改善パルスの各々に続いて騒音低減パルス２６ａ，２６ｂを１つずつ発生するようにしたものである。なお、図６では、複数の力率改善パルス２４ａ，２４ｂ及び騒音低減パルス２６ａ，２６ｂはそれぞれ２個の場合について図示されている。このように複数の連続した力率改善パルス２４ａ，２４ｂを発生すると共に、この複数の力率改善パルス２４ａ，２４ｂの各々に続いて１つの騒音低減パルス２６ａ，２６ｂを発生することにより、直流電源装置の力率を改善すると共に、リアクタ２の電流オフ時の騒音を適確に低減することが可能である。なお、図６に示す第５の構成例では、複数の力率改善パルスの各々の後に１つずつの騒音低減パルスを発生しているが、この代わりに複数の力率改善パルスの各々の前に１つずつ騒音低減パルスを発生することにより、直流電源装置の力率を改善し得ると共に、リアクタ２の電流オン時の騒音を低減することができる。
【００３９】
なお、図６に示す第５の構成例では、各力率改善パルス毎に１つの騒音低減パルスを発生しているが、この代わりに各力率改善パルス毎に複数の騒音低減パルス２６ｂを発生してもよく、またこの場合、騒音低減パルスは力率改善パルスの前または後のいずれに発生してもよく、さらに力率改善パルス前の及び後の両方に発生してもよい。力率改善パルスの前及び後の両方に騒音低減パルスを発生した場合に、リアクタ２の短絡電流オン及びオフ時の両方の騒音を適確に低減することができる。
【００４０】
次に、図７を参照して、力率改善パルス２４ａ及び騒音低減パルス２６ａを発生する駆動信号生成手段１１について説明する。リアクタ２の振動による騒音を低減するためにリアクタ２の短絡素子４で短絡する騒音低減パルス２６ａは、直流電源装置の力率を改善するためにリアクタ２の短絡素子４で短絡する力率改善パルス２４ａに比べてパルス幅が極めて短く、ほとんど電流波形に変化を与えることがなく、力率にも影響を与えない時間幅のパルスである。
【００４１】
駆動信号生成手段１１は、例えばマイクロコンピュータに内蔵されているタイマ機能を用いて構成することもできるし、または専用の波形生成回路で構成することも可能であるが、図７では一例としてカウンタ、コンパレータ、４つのレジスタＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを用いた場合の動作を説明している。そして、４つのレジスタの各々に各パルス間の期間及び各パルス幅を記憶しておく。具体的には、ゼロクロス検出手段１０からのゼロクロス発生時点から力率改善パルス２４ａが発生するまでの期間をＤ１としてレジスタＡに記憶し、Ｄ１に力率改善パルス２４ａのパルス幅を加えた値をＤ２としてレジスタＢに記憶し、さらにＤ２に力率改善パルス２４ａと騒音低減パルス２６ａとの間の休止期間を加えた値をＤ３としてレジスタＣに記憶し、またＤ３に騒音低減パルス２６ａのパルス幅を加えた値をＤ４としてレジスタＤに記憶しておく。
【００４２】
そして、ゼロクロス検出手段１０からのゼロクロス発生時点でゼロクロス割り込みをかけて、カウンタを起動し、このカウンタの値を各レジスタの値とコンパレータで比較し、カウンタの値がレジスタＡに記憶された値Ｄ１に達した場合に、力率改善パルス２４ａを停止し、カウンタの値がレジスタＢに記憶された値Ｄ２に達した場合に、力率改善パルス２４ａを停止し、さらにカウンタの値がレジスタＣに記憶した値に達した場合に、騒音低減パルス２６ａを発生し、カウンタの値がレジスタＤに記憶された値Ｄ４に達した場合に、騒音低減パルス２６ａを停止するように構成し、各レジスタの値を適宜設定することにより、所望のパルス幅及び休止期間を有する力率改善パルス２４ａ及び騒音低減パルス２６ａを適確かつ簡単に発生することができる。
【００４３】
なお、図７では、力率改善パルス２４ａを発生した後に、騒音低減パルス２６ａを発生しているが、各レジスタの値を変更することにより、力率改善パルス２４ａを発生する前に騒音低減パルス２６ａを発生することも簡単に行うことができる。さらに、複数の力率改善パルス及び複数の騒音低減パルスを発生したり、各力率改善パルス毎に１つまたは複数の騒音低減パルスを発生するようにすることもレジスタを追加することにより可能であるし、または１つのレジスタの値を順次書き換えるように構成することにより、レジスタの数を増やすことなく可能である。
【００４４】
次に、図８ないし図１１を参照して、力率改善パルスと騒音低減パルスとの間の休止時間及び騒音低減パルスのパルス幅、すなわちリアクタ２の短絡時間について詳細に説明する。
【００４５】
リアクタ２の騒音の発生原因は、電流が急激にオン、オフする時にリアクタが加振させられ、リアクタが固有振動数で振動するためである。電流の立ち上がりと立ち下がりでは、反応方向の力が生じる。そして、リアクタの振動はＴ＝１ｍｓ程度継続している。
【００４６】
まず、騒音低減パルスが１個の場合について図８及び図９の騒音低減パルス数＝１の場合を参照して説明する。力率改善パルスの終了時点を図８に示すようにｔ＝０として、騒音低減パルスの発生までの休止時間ｘを、騒音低減パルスの短絡時間をｙ、リアクタの固有振動数をｆ、角周波数ω＝２πｆとすると、電流がオン、オフする時にリアクタに発生する振動は次式のようになる。
【００４７】
ｔ＝０で発生する振動は、ｓｉｎ  （ωｔ）
ｔ＝ｘで発生する振動は、ｓｉｎ  （ω（ｔ−ｘ）−π）
ｔ＝ｘ＋ｙで発生する振動は、ｓｉｎ  （ω（ｔ−ｘ−ｙ））
リアクタの振動の実効値は、ｔ＝０〜ｔまでの間で以下のようになる。
【００４８】
【数１】
0003570834.tif 000002
ここで、
Ｆ（ｔ）＝ｓｉｎ  （ωｔ）＋ｓｉｎ  （ω（ｔ−ｘ）−π）＋ｓｉｎ  （ω（ｔ−ｘ−ｙ））
である。
【００４９】
リアクタの振動の実効値の最小値は、上式のＶｅｆｆから求められるが、簡単なものでは、Ｆ（ｔ）＝０を満たせばよい。この式から振動が最小となる値を計算すると、図９の騒音低減パルス数＝１の場合に示すように、力率改善パルスと騒音低減パルスとの間の休止時間ｘ及び騒音低減パルスの短絡時間ｙは、それぞれ
ｘ＝ｙ−π／（３ω）
となる。
【００５０】
以上の説明では、休止時間と短絡時間が等しいとして説明してきたが、リアクタの振動は周期関数であるので、休止時間と短絡時間はそれぞれの位相が２ａπ／ω（ａ＝０，１，２，３，…）及び２ｂπ／ω（ｂ＝０，１，２，３，…）ずれたとしても同様な効果を実現でき、休止時間ｘ及び短絡時間ｙはそれぞれ次式に示すように
ｘ＝±π／（３ω）＋２ａπ／ω
ｙ＝±π／（３ω）＋２ｂπ／ω
とすればよい。この場合、ｘ＞０，ｙ＞０であり、ａ，ｂの値は同一である必要はない。但し、休止時間ｘの式の第１項の符号を＋とした場合は、短絡時間ｙの式の第１項の符号は＋であり、逆に休止時間ｘの式の第１項の符号を−とした場合は、短絡時間ｙの式の第１項の符号も−となる。
【００５１】
以上は騒音低減パルスが１個の場合について説明したが、次に騒音低減パルスがｎ個（ｎ−１，２，３，・・・）の場合について説明する。なお、一般式を上述したリアクタの振動の実効値Ｆ（ｔ）になぞらえて表現するために、騒音低減パルスの発生時刻の表示を図１０のように行う。すなわち、第ｉ番目の騒音低減パルスの立上がり及び立下がり時刻を、力率改善パルスの終了時刻を基準時刻  （ｔ＝０）として、それぞれ、αｉ  ，βｉ  とすると、０〜Ｔまでの間でリアクタの振動の実効値は次式のようになる。
【００５２】
【数２】
0003570834.tif 000003
ここで、
【００５３】
【数３】
0003570834.tif 000004
である。
【００５４】
リアクタの振動の実効値の最小値は、Ｇ（ｔ）＝０となればよく、このＧ（ｔ）＝０を満たすαｉ  ，βｉ  の関係は多数存在し、一例としては、図９に示すように休止時間ｘ及び短絡時間ｙは互いに等しく、騒音低減パルスの数ｎ＝２の場合には次式のようになる。
ｘｉ  ＝ｙｉ  ＝π／（５ω）
同様に、等しい騒音低減パルスがｎ（ｎ＝１，２，３，…）個ある場合には、次式のようになる。
ｘｉ  ＝ｙｉ  ＝π／（（２ｎ＋１）ω）
また、周期関数の性質から、位相が２ａπ／ω（ａ＝０，１，２，３，…）ずれた場合には、次式のようになる。
ｘｉ  ＝ｙｉ  ＝π／（（２ｎ＋１）ω）＋２ａπ／ω
その他の例として、ｎ＝２の場合には、図１１に示すような騒音低減パルスも容易に想像できるが、これらも上述したＧ（ｔ）＝０を満たす関係の中の１つとして含まれる。なお、その他にはＧ（ｔ）＝０を満たす条件は存在するが、その説明は省略する。
【００５５】
上述したように、リアクタの固有振動数から騒音低減パルスの休止期間ｘと短絡時間ｙを決定することにより、リアクタの騒音を最も効果的に低減することができる。
【００５６】
図１２は本発明に係る直流電源装置の第１の実施形態の構成を示す回路図であり、図中、図１と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要素を示している。ここでは、図１に示したゼロクロス検出手段１０、駆動信号生成手段１１及び短絡素子駆動手段１２の代わりに、これらと同等の機能を有し、かつ、動作状態のシミュレーションを可能にするためのパルス発生回路３１，パルス発生回路３２、ダミー抵抗３３及びベース駆動回路３４を備えている。このうち、パルス発生回路３１は交流電圧のゼロクロス点を検出する機能と、検出されたゼロクロス点から所定の時間を経過後に力率改善パルスを発生するための電流パルスをダミー抵抗３３に流す機能とを有し、パルス発生回路３２は同じく交流電圧のゼロクロス点を検出する機能と、検出されたゼロクロス点から所定の時間を経過した後に騒音低減パルスを発生するための電流パルスをダミー抵抗３３に流す機能とを有しており、ベース駆動回路３４はホトカプラ等を含み、ダミー抵抗３３に電流が供給されたとき、これに応じて短絡素子４をオン動作させる機能を有している。
【００５７】
以下、直流電源装置の具体的なモデルと、そのシミュレーション結果を示す図１３乃至図１７をも参照してその動作を説明する。
【００５８】
いま、交流電源１の周波数が５０Ｈｚ  で電圧が１００Ｖであり、１．８ＫＷの（抵抗）負荷９が接続されているものとする。このとき、リアクタ２のインダクタンスが６．２ｍＨで、平滑用電解コンデンサ６，７のキャパシタンスがそれぞれ１０００μＦで、平滑用電解コンデンサ８のキャパシタンスが１５００μＦであったとする。ここで、図１３に示すように、交流電源電圧の正の半サイクル期間の時刻ｔ１  と、負のサイクル期間の時刻ｔ２  とでそれぞれ力率改善パルスによる短絡を解除したとき、リアクタ２の両端電圧は記号◇を連ねた波形で変化し、このとき、リアクタ２に流れる電流は内部を塗り潰した◇記号を連ねた波形で変化する。かかる、力率改善パルスによる短絡解除の後に騒音低減パルスを加えたとき、リアクタ２の両端電圧は記号□を連ねた波形で変化し、このとき、リアクタ２に流れる電流は内部を塗り潰した□記号を連ねた波形で変化する。これらの波形図から明らかなように、１サイクルに亘る電圧、電流波形は、騒音低減パルスの有無によっては殆ど変化しない。しかし、時刻ｔ１  の近傍を拡大すれば図１４に示した如く、両者に差が表れる。
【００５９】
この場合、リアクタ２の固有振動数が略８．３ＫＨｚ  であったとする。そこで、時刻ｔ１３にて力率改善パルスによる短絡を解除し、その後に騒音低減パルスを加えなかったときは、リアクタ２に流れる電流は折れ線Ｐに示したように、時刻ｔ１３まで交流電源電圧の増大に応じて増大し、その後は時刻ｔ１３の値を保持する。これに対して、時刻ｔ１１にて力率改善パルスによる短絡を解除し、時刻ｔ１２から時刻ｔ１４まで騒音低減パルスを加えた場合には、リアクタ２に流れる電流は折れ線Ｑに示すように、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までは時刻ｔ１１の値を維持し、時刻ｔ１２から時刻ｔ１４まで交流電源電圧の増大に応じて増大している。
【００６０】
なお、このシミュレーション結果は、リアクタ２の固有振動数が略８．３ＫＨｚ  であるため、騒音低減パルスのパルス幅を種々に変化させて最良な状態を示したもので、時刻ｔ１１と時刻ｔ１２（又は時刻ｔ１３）との時間間隔、つまり、休止時間ｘは略２０μｓｅｃで、さらに、時刻ｔ１２と時刻ｔ１４の時間間隔、つまり、騒音低減パルスのパルス幅（以下、短絡時間とも言う）ｙも略２０μｓｅｃである。
【００６１】
このように騒音低減パルスを印加しない場合と、騒音低減パルスを印加した場合との相違は、１００次を超える高調波成分に大きな影響を与える。図１５はこの関係を示したもので、騒音低減パルスを印加しない場合には、波形Ｈｏ  に示す高調波成分が含まれるのに対して、騒音低減パルスを印加した場合にはそのレベルが格段に低い波形Ｈｓ  に示す高調波成分しか含まれない。
【００６２】
このシミュレーション結果から明らかなように、リアクタ２の固有振動数が８．３ＫＨｚ  であれば、固有振動周期Ｔは約１２０．５μｓｅｃであり、これに対して、休止時間ｘ及び騒音低減パルスのパルス幅ｙを約２０μｓｅｃとした場合に、騒音低減効果が最も大きく、また、高調波成分を抑制する効果も大きいと言える。
【００６３】
かくして、休止時間ｘ及び騒音低減パルスのパルス幅ｙをリアクタの固有振動周期Ｔの略１／６とすることによって、高力率、低高調波でリアクタ騒音の発生が少ない直流電源装置が得られる。
【００６４】
ところで、力率改善パルスによる短絡を解除したことによって発生する振動が、図１６に示した如く、時刻ｔ０  を起点として正方向に増大する正弦波Ｘで表すと、騒音低減パルスによる短絡開始時の振動は時刻ｔ１  を起点として負方向に増大する正弦波Ｙで表現され、さらに、騒音低減パルスによる短絡解除に伴って発生する振動は時刻ｔ２  を起点として正方向に増大する正弦波Ｚで表現される。これらの正弦波Ｘ，Ｙ，Ｚを合成したものがリアクタの振動となる。記号△を連ねた曲線Ｒはその合成波形であって、時刻ｔ０  から時刻ｔ１  まで増大し、時刻ｔ１  から時刻ｔ２  まで減少して零となり、その後は零を維持する。つまり、時刻ｔ０  から時刻ｔ２  までの合成波形Ｒによる単振動は除去できないが、時刻ｔ２  以降の振動成分は確実に除去されることが分かる。
【００６５】
一方、リアクタの振動振幅は次第に減少するものであり、その減少割合が大きい場合には時刻ｔ２  以降の合成波形は必ずしも零にならないことがある。図１７はこの関係を示したもので、最初に発生する振動の正弦波Ｘの振幅が減少する過程で新たに発生する振動振幅とが相殺されず、正弦波Ｑに示したような振幅の小さい振動が現れる。この正弦波Ｑに示した振動を、正弦波Ｙで示した振動にて抑制するには、図中の正弦波Ｙ１  の代わりに、これよりも僅かに位相が遅れた正弦波Ｙ２  を発生させ、正弦波Ｘとの合成波形Ｒ１  の代わりに、正弦波Ｘとの合成波形Ｒ２  が得られるようにすれば良い。
【００６６】
しかして、リアクタの振幅の減衰が大きい場合には、休止時間ｘをリアクタの固有振動周期Ｔの１／６よりも僅かに長くし、逆に、騒音低減パルスのパルス幅ｙをリアクタの固有振動周期Ｔの１／６よりも僅かに短くすることによって、騒音をさらに低く抑えることができる。
【００６７】
なお、この実施形態では、力率改善パルスの後に騒音低減パルスを加える場合について説明したが、力率改善パルスの前に騒音低減パルスを加える場合も同様に、騒音低減のための短絡期間をリアクタの固有振動周期Ｔの１／６よりも僅かに短くすると共に、その短絡期間の終了から力率低減パルスによる短絡開始までの時間を固有振動周期Ｔの１／６よりも僅かに長くすれば良い。
【００６８】
図１８は本発明に係る直流電源装置の第２の実施形態の構成を、部分的にブロックで示した回路図である。図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この第２の実施形態は図１中の駆動信号生成手段１１が有する機能、すなわち、交流電圧がゼロクロス点を通過した後の所定の短期間、力率改善パルスを発生する機能と、その後に、所定の短期間よりも短い期間、騒音低減パルスを発生する機能のうち、後者の機能に係る騒音低減パルスの立上がり時刻α（力率改善パルスによる短絡解除の時点を基準点とする）及び立下がり時刻β（力率改善パルスによる短絡解除の時点を基準点とする）を自動的に決定し、この決定に従って駆動信号生成手段１１ａが騒音低減パルスを発生する構成になっている。
【００６９】
ここでは、図示省略のモード設定手段により自動調整モードに設定すると、騒音低減パルスの立上がり時刻α及び立下がり時刻βを決定するための、リアクタ電流検出手段３５、ハイパスフィルタ３６、増幅器３７、振幅値検出手段３８及び短絡時刻設定手段３９が設けられている。このうち、リアクタ電流検出手段３５はＣＴでなり、その検出信号がハイパスフィルタ３６に加えられる。ハイパスフィルタ３６は前述したリアクタ２の固有振動数の信号を通過させ、これよりも低い周波数成分の通過を阻止する。ハイパスフィルタ３６を介して得られた信号は、増幅器３７で増幅された後、振幅値検出手段３８に加えられる。振幅値検出手段３８は入力信号の振幅値を検出して短絡時刻設定手段３９に加える。短絡時刻設定手段３９はこれに加えられる振幅値が最小になるように騒音低減パルスの立上がり時刻α及び立下がり時刻βを決定し、その値をＥＥＰＲＯＭに記憶させるものである。
【００７０】
以下、この第２の実施形態の詳細な動作を、図１９〜図２２をも参照して以下に説明する。
【００７１】
いま、交流電源１の電圧が図１９の符号２１に示すように、例えば、５０Ｈｚ  の正弦波形を有するものとする。ここで、駆動信号生成手段１１ａが力率改善パルスを発生して、時刻ｔ１  から時刻ｔ２  までリアクタ２を介して交流電源１を短絡すると、符号２３に示す波形の電流が流れる。すなわち、時刻ｔ２  以降の電流波形にリアクタ２の振動に伴なう数ＫＨｚ  の振動成分Ｈｔ  が重畳する。ハイパスフィルタ３６はこの振動成分Ｈｔ  を抽出して増幅器３７に加える。増幅器３７は抽出された振動成分Ｈｔ  を増幅して振幅値検出手段３８に加える。振幅値検出手段３８は、図２０に示すように、時刻ｔ２  から時刻ｔ３  までの一定時間Ｓだけ振動成分Ｈｔ  をサンプリングし、振幅値｜Ｈｔ  ｜を出力して短絡時刻設定手段３９に加える。短絡時刻設定手段３９は、サンプリング期間Ｓ内に定めた適当な点を始点として、騒音低減パルスの立上がり時刻αをサンプリング期間Ｓの全てに亘って変化させると共に、立下がり時刻βを変化させ、振幅値｜Ｈｔ  ｜が最小になる点を探し出す。
【００７２】
ここで、時刻ｔ２  を基準とし、振幅値｜Ｈｔ  ｜が最小になる点までの時間が図１４に示した休止時間ｘに対応し、時刻βとαとの差（β−α）が図１４に示した騒音低減パルスのパルス幅ｙに対応している。このようにして、振幅値｜Ｈｔ  ｜が最小になる点α及びβが決まると、短絡時刻設定手段３９はその値を、例えば、ＥＥＰＲＯＭに記憶させる。この騒音低減パルスの立上がり時刻α及び立下がり時刻βの決定は、自動調整モードに設定する毎に行われ、その後、電源の投入毎に駆動信号生成手段１１ａがＥＥＰＲＯＭの値α及びβを読出して、それらを立上がり、立下がりとする騒音低減パルスを発生する。
【００７３】
かくして、第２の実施形態によれば、自動調整モードに設定することにより、リアクタの重量や、寸法のばらつきにより固有振動数がばらついても、振動を最小限に抑えることができる。
【００７４】
一方、リアクタ２の振動が急速に減衰したり、あるいは、複数の振動成分を含む場合には、騒音低減パルスに対する休止時間ｘと短絡時間ｙとを異ならせることが騒音の低減に有効である。従って、この場合には、図２２（ａ）に示すように、先ず、振幅値｜Ｈｔ  ｜が最小になる時刻αｏ  を探索し、続いて、騒音低減パルスの立上がりをこのαｏ  に固定して、立下がり時刻を変化させ振幅値｜Ｈｔ  ｜が最小になる時刻βｏ  を探索し、得られた値をＥＥＰＲＯＭに記憶させる。
【００７５】
このようにすれば、リアクタを構成する材質、構造の変化にも容易に対応できる利点がある。
【００７６】
ところで、上述した第２の実施形態は、振動成分Ｈｔ  を検出するためにリアクタ電流を検出したが、リアクタの振動を直接検出し、その検出値に基づいて、振動が最小になる時刻α及びβを探索することもできる。
【００７７】
図２３はこの原理に従った第３の実施形態のセンサの取付け状態を示す側面図であり、図２４はこのセンサを用いた装置の全体構成を部分的にブロックで示した回路図である。この場合、リアクタ２はＥ字形の鉄芯４１の中央脚に巻線４２が装着されている。このＥ字形の鉄心の最も振幅が大きいと予測される部分の外周面に圧電素子４３が取付けられている。この圧電素子４３はリアクタ２の振動により発せられる応力を受ける。この圧電素子４３に加えられた応力は素子を変形させ、変形量に応じた電気信号が得られる。この電気信号は、図１８に示したと全く同様な構成のハイパスフィルタ３６及び増幅器３７を介して振幅値検出手段３８に加えられる。そこで、振幅値検出手段３８は、上述した一定時間Ｓだけ振動成分Ｈｔ  をサンプリングし、振幅値｜Ｈｔ  ｜を出力して短絡時刻設定手段３９に加える。短絡時刻設定手段３９は、サンプリング期間Ｓ内に定めた適当な点を始点として、サンプリング期間Ｓの全てに亘って、騒音低減パルスの立上がり時刻α及び立下がり時刻βを変化させ、振幅値｜Ｈｔ  ｜が最小になる点を探し出す。そして、振幅値｜Ｈｔ  ｜が最小な点αｏ  及びβｏ  をＥＥＰＲＯＭに記憶させる。
【００７８】
かくして、この第３の実施形態によれば、リアクタの重量や、寸法のばらつきによる固有振動数が広くばらついても、振動を最小限に抑えることができる。
【００７９】
ところで、本発明の目的がリアクタ２の振動に伴なう騒音の防止である点を考慮すれば、リアクタ２から発生する騒音自体を検出し、その検出値が最小になるように上記の時刻αｏ  ，βｏ  を決定することもできる。
【００８０】
図２５はこの考えに基づく第４の実施形態であり、図２４に示す圧電素子４３の代わりに、集音マイク４４を用いたもので、これ以外の構成は図２４と同一である。ここで、集音マイク４４はリアクタ２の振動成分を含めた種々の音を拾う可能性がある。そこで、ハイパスフィルタ３６を通して、リアクタ２の振動音に対応する成分を抽出するようにしている。この振動成分に対して上述したと全く同様な処理を行うことにより、リアクタの重量や、寸法のばらつきにより固有振動数がばらつく場合でも、振動を最小限に抑えることができる。なお、集音マイクが設置環境の音を拾うことを考慮すれば、本実施形態に係る集音マイク４４、ハイパスフィルタ３６、増幅器３７、振幅値検出手段３８及び短絡時刻設定手段３９を、実際の製造ラインの治具として用いることが、コスト面で有利で、かつ、適確な調整ができる特徴がある。
【００８１】
一方、上述した各実施形態は、リアクタ２の固有振動数が一つであることを前提としたものである。しかるに、リアクタ２の固有振動数が複数個存在し、これらの周波数成分がそのままハイパスフィルタ３６を通過した場合には、その合成値を最小にする騒音低減パルスの立上がり時刻αｏ  及び立下がり時刻βｏ  を決定するので、騒音の除去効果が不十分である場合も有り得る。
【００８２】
図２６はこの点を考慮した本発明に係る直流電源装置の第５の実施形態の構成を、部分的にブロックで示した回路図である。この実施形態は図１８に示した実施形態のハイパスフィルタ３６及び増幅器３７の代わりに、複数のバンドパスフィルタ３６ａ，３６ｂ，…，３６ｎと、これらの出力をそれぞれ増幅する増幅器３７ａ，３７ｂ，…，３７ｎが設けられている。また、これに対応して、振幅値検出手段３８ａが複数の増幅器の出力毎に各振幅値を検出し、短絡時刻設定手段３９ａに加える。さらに、短絡時刻設定手段３９ａは各振幅値毎に、騒音低減パルスの立上がり時刻α及び立下がり時刻βを決定する。従って、短絡時刻設定手段３９ａを構成する図示省略のＥＥＰＲＯＭには、ｎ個の各騒音低減パルスの立上がり及び立下がりの時刻（α１  ，β１  ），…，（αｎ  ，βｎ  ）が記憶される。そして、短絡時刻設定手段３９ａはこれら立上がり及び立下がりの時刻（α１  ，β１  ），…，（αｎ  ，βｎ  ）に応じた複数の騒音低減パルスを出力する。
【００８３】
かくして、図２６に示した第５の実施形態によれば、リアクタ２の固有振動数が複数個存在する場合でも、騒音を確実に除去できる効果がある。
【００８４】
なお、図２６に示した第５の実施形態では、振動センサとしてリアクタ電流検出手段３５を用いたが、その代わりに、図２４に示す圧電素子４３あるいは図２５に示す集音マイク４４を採用しても上述したと同様な効果が得られる。
【００８５】
図２７は本発明に係る直流電源装置の第６の実施形態の構成を、部分的にブロックで示した回路図であり、図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は、駆動信号生成手段１１ａが発生する騒音低減パルスの立上がり及び立下がりの時刻α，βの代わりに、前述の休止時間ｘ及び短絡時間ｙを手動設定するためのダイヤルスイッチ等の休止時間設定手段５１及び短絡時間設定手段５２を備え、さらに、リアクタ２の温度を検出するリアクタ温度センサ５３の検出値に応じて設定値補正手段５４が休止時間ｘ及び短絡時間ｙをそれぞれ補正して駆動信号生成手段１１ａに加えるようにしたものである。
【００８６】
直流電源装置を構成するリアクタ２の温度は、電源を投入してからの経過時間、負荷電流、周囲温度等によって変化し、この温度変化に応じてリアクタ２の固有振動数も変化する。一般にリアクタ２の温度が上昇すると固有振動数は低下する傾向にある。そこで、この実施形態は電源投入から適当な時点で、休止時間設定手段５１によって休止時間ｘを、短絡時間設定手段５２によって短絡時間ｙをそれぞれ設定して騒音が最小な状態にする。その後、負荷や環境の変化によって、リアクタ２の温度が変化した場合、リアクタ温度センサ５３の出力に応じて設定値補正手段５４が騒音を最小にする方向に休止時間ｘ及び短絡時間ｙを補正するので、実質的に騒音の無い状態に保持することができる。この実施形態によれば、休止時間ｘ及び短絡時間ｙを個々に設定するため、リアクタの振幅の減衰が大きい場合にも確実に騒音を防止することができる。
【００８７】
なお、図２７に示した第６の実施形態によれば、リアクタ温度センサ５３の検出温度によって設定値補正手段５４が休止時間ｘ及び短絡時間ｙを補正したが、リアクタ２の温度変化に影響され難い構造あるいは環境の場合には、休止時間設定手段５１によって設定された休止時間ｘ及び短絡時間設定手段５２によって設定された短絡時間ｙをそのまま採用しても良い。
【００８８】
なお、図２７に示した第６の実施形態では、休止時間ｘ及び短絡時間ｙを設定したが、この代わりに、騒音低減パルスの立上がり時刻α及び立下がり時刻βを設定するようにしても良い。
【００８９】
図２８は本発明の直流電源装置に係る第７の実施形態の構成を、部分的にブロックで示した回路図である。図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態はリアクタ２の温度が１日の負荷の変化に応じて、あるいは、電源投入からの経過時間に応じて略一定のパターンで変化する場合に対応させたもので、記憶手段６０には、値が順次大きくなる騒音低減パルスの立上がり時刻α１  〜αｎ  と、値が順次大きくなる騒音低減パルスの立下がり時刻β１  〜βｎ  が記憶されている。設定データ選択手段６１はこれらの記憶データを、スケジュール作成手段６２の選択指令に応じて選択して駆動信号生成手段１１ａに加えるようになっている。この場合、立上がり時刻α１  に対応させて立下がり時刻β１  を、立上がり時刻α２  に対応させて立下がり時刻β２  を、・・・
というように選択しても良く、リアクタの振幅の減衰が大きい場合には、立上がり時刻α２  に対応させて立下がり時刻β１  を、立上がり時刻α３  に対応させて立下がり時刻β２  を、・・・というように選択してもよい。
【００９０】
かくして、第７の実施形態によれば、リアクタ２の温度が１日の負荷の変化に応じて、あるいは、電源投入からの経過時間に応じて変化する場合でも、そのパターンが一定であれば、騒音低減パルスの立上がり時刻α及び立下がり時刻βを自動的に決定すると同様な効果が得られ、また、リアクタの振幅の減衰が大きい場合にも対応できる。
【００９１】
なお、図２７及び図２８に示す第６及び第７の実施形態では、力率改善パルスの後に単一の騒音低減パルスを発生させる場合について説明したが、力率改善パルスの後に複数の騒音低減パルスを発生させる構成にしたり、力率改善パルスを複数個発生させて、それぞれの後に一つまたは複数の騒音低減パルスを発生させたり、あるいはまた、力率改善パルスを複数個発生させて、それぞれの前に一つまたは複数の騒音低減パルスを発生させたりすることによって、騒音防止の効果を一層高めることができる。
【００９２】
図２９は上述した直流電源装置のいずれかを適用した空気調和機の一実施形態の構成例を、部分的にブロックで示した回路図である。この実施形態は交流を直流に変換するコンバータ装置としての直流電源装置と、この直流電源装置から出力された直流を可変電圧、可変周波数の交流に変換して圧縮機駆動電動機に供給するインバータ装置とを備えている。ここに使用した直流電源装置は、図１８に例示したもので、図１８中の短絡素子駆動手段１２として、ベースドライブ電源８３とホトカプラ８９とを有し、負荷９の代わりに、インバータ装置９０を介して、圧縮機駆動電動機９１が接続されている。また、図１８に示した駆動信号生成手段１１ａ、ハイパスフィルタ３６、増幅器３７、振幅値検出手段３８及び短絡時刻設定手段３９の機能をマイクロコンピュータを内蔵する室外制御部８５に持たせたものである。
【００９３】
この空気調和機は室内機と室外機とでなり、室内機を交流電源１に接続する構成になっている。そして、室内機においては交流電源１から、ノイズフィルタ７１を介して、マイクロコンピュータを内蔵する室内制御部７２に動作電力を供給するようになっている。室内制御部７２にはリモコン装置７８からの指令を受信する受信部７３、室内温度を検出する温度センサ７４、運転状態を表示する表示器７５、図示省略の室内熱交換器を通して風を室内に循環させる室内ファン７６及び吹出し空気の方向を変えるルーバ７７が接続されている。
【００９４】
一方、室外機においても、ノイズフィルタ８１を介して、交流電源１から室外制御部８５及び圧縮機駆動電動機９１に動作電力を供給するようになっている。この場合、ノイズフィルタ８１の負荷側に、リアクタ２と電流検出器８２とが設けられている。そして、電流検出器８２の電流検出信号が室外制御部８５に入力される。また、ノイズフィルタ８１の負荷側の交流電圧を監視して、ゼロクロス点を検出するゼロクロス検出手段８４が設けられ、その検出信号が室外制御部８５に入力される。室外制御部８５には、さらに、室外熱交換器の温度を検出する温度センサ８６、運転モードに応じて冷媒の循環方向を変える四方弁８７、図示省略の室外熱交換器に風を送り込む室外ファン８８とが接続されている。また、室外制御部８５は室内制御部７２と信号を送受信してインバータ装置９０を制御すると共に、ホトカプラ８９にパルス電流を供給して短絡素子４をオン操作する構成になっている。
【００９５】
上記のように構成された空気調和機の実施形態の概略動作について以下に説明する。先ず、リモコン装置７８から運転開始、運転モード、室内設定温度、室内ファンの風速、風向等の指令が受信部７３に加えられる。これに応じて室内制御部７２は運転状態等を表示器７５に表示し、室内ファン７６及びルーバ７７の駆動制御を実行すると共に、設定温度と室内温度との偏差に応じて圧縮機駆動電動機９１を駆動する電源周波数（以下、圧縮機周波数と言う）を演算し、運転モード信号と併せて圧縮機周波数信号を室外制御部８５に送信する。室外制御部８５は運転モード信号に応じて四方弁８７を励磁（又は非励磁）状態とし、圧縮機周波数に従ってインバータ装置９０を制御し、室外ファン８８を駆動すると共に、温度センサ８６の検出信号等によって四方弁８７を制御して除霜運転等を行う。また、室外制御部８５は電流検出器８２による電流検出値が予め設定された制限値を越えないように、圧縮機周波数の補正等も行う。さらに、室外制御部８５は直流電源装置を構成するリアクタ２に対する強制通電制御及び騒音低減制御を実行する。この場合、室外制御部８５は、図１８に示した、ハイパスフィルタ３６及び増幅器３７を含み、さらに、マイクロコンピュータには、駆動信号生成手段１１ａ、振幅値検出手段３８及び短絡時刻設定手段３９の各機能を持たせている。そこで、室外制御部８５はゼロクロス検出器８４によって検出された交流電圧のゼロクロス点から、所定の時間を経過した時点にて力率改善パルスをホトカプラ８９に加える。この場合、ベースドライブ電源８３がホトカプラ８９の駆動電力を供給する。また、室外制御部８５はリアクタ２の振動に基づく騒音を防止する騒音低減パルスをホトカプラ８９に加える。このとき、電流検出器８２の検出電流値に基づいて、図１８を用いて説明したように、モード設定手段により自動調整モードに設定すると、騒音低減パルスの立上がり時刻α及び立下がり時刻βを決定する。もし、自動調整モードに設定されていなかった場合には、製造ラインの最終の製品段階又は前回の運転時に決定されて、ＥＥＰＲＯＭに記憶された値を読出して騒音低減パルスをホトカプラ８９に加える。
【００９６】
かくして、図２９に示した実施形態によれば、力率を改善しながらも騒音を経済的かつ適確に防止した空気調和機が得られる。
【００９７】
なお、図２９に示した実施形態では図１８を用いて説明した直流電源装置を採用したが、この代わりに、図１２〜図１７を用いて説明したように、予め測定して得られるリアクタ２の固有振動周期に基づいて騒音低減パルスの立上がり時刻α及び立下がり時刻βを決定するものでも良く、さらに、図２４を用いて説明した圧電素子の出力信号、あるいは、図２５を用いて説明した集音マイクの出力信号に基づいて騒音低減パルスの立上がり時刻α及び立下がり時刻βを決定するようにしても良い。
【００９８】
また、複数の固有振動数を有するリアクタ２を用いる場合には、図２６を用いて説明したように、固有振動数に対応する複数の騒音低減パルスをホトカプラ８９に加える構成を採用することが有利である。
【００９９】
さらに、自動設定が不要である場合には、図２７を用いて説明したように、休止時間設定手段及び短絡時間設定手段を設けるようにしても良く、あるいは、図２８を用いて説明したように、騒音低減パルスの立上がり時刻α及び立下がり時刻βを適宜に選択するようにしても、力率を改善しながらも騒音を経済的かつ適確に防止した空気調和機が得られる。
【０１００】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、請求項１に記載の直流電源装置によれば、交流電源を、リアクタを介して、力率改善パルスにによって短絡する短絡期間の前後の少なくとも一方にて、騒音低減パルスによって短絡させるに当たり、力率改善の短絡期間からリアクタの固有振動周期の略１／６だけ間隔を空け、かつ、リアクタの固有振動周期の略１／６の期間だけ短絡するようにしたので、力率を改善しながらもリアクタの短絡により発生する騒音を簡単な構成により経済的かつ適確に防止することができる。
【０１０１】
請求項２に記載の直流電源装置によれば、力率改善の短絡期間からリアクタの固有振動周期の１／６よりも僅かに長い時間だけ離隔し、かつ、リアクタの固有振動周期の１／６よりも僅かに短い期間だけ短絡させるようにしたので、振動の減衰に伴って発生することが有り得る騒音をも防止することができる。
【０１０２】
請求項３に記載の直流電源装置によれば、騒音低減の短絡の開始時刻及び短絡時間を、リアクタの振動が最小になるように自動決定するので、リアクタの重量や寸法のバラツキが大きくても振動を低く抑えて騒音の発生を防止することができる。
【０１０３】
請求項４，５，６に記載の直流電源装置によれば、振動検出手段としてそれぞれリアクタを流れる電流を検出する電流センサ、リアクタを構成する鉄芯の振動を検出する圧電素子、リアクタから発生する騒音を検出する集音マイクを用いているので、振動振幅を確実に検出することができる。
【０１０４】
請求項７に記載の直流電源装置によれば、リアクタの振動振幅を固有振動数毎に検出し、これらの固有振動数の振幅がそれぞれ最小になるように複数回に亘って短絡及び短絡解除を実行するので、固有振動数が複数個のリアクタであっても、振動をより低く抑えて騒音の発生を防止することができる。
【０１０５】
請求項８に記載の直流電源装置によれば、リアクタの振動成分を複数のバンドパスフィルタで検出するので、複雑な処理が不要になるという利点がある。
【０１０６】
請求項９に記載の直流電源装置によれば、力率改善の短絡期間に対する休止期間と、騒音低減の短絡時間とをそれぞれ設定し、その設定値に従って騒音低減の短絡及び短絡解除を実行するようにしたので、騒音が最小となる点を手動により調整できる。
【０１０７】
請求項１０に記載の直流電源装置によれば、さらに、リアクタの温度に応じて、手動設定された値を補正するので、時間の経過に応じてリアクタの固有振動周波数が次第にずれたとしても、騒音の増大を抑制することができる。
【０１０８】
請求項１１に記載の直流電源装置によれば、騒音低減のための短絡期間の開始時刻及び短絡期間を複数個記憶させ、予め定められたスケジュールに従ってデータを選択して短絡及び解除を実行するようにしたので、スケジュールに従った負荷の変動等による騒音の発生を未然に防止することができる。
【０１０９】
請求項１２に記載の直流電源装置によれば、力率改善の短絡期間の前後の少なくとも一方にて、複数回に亘って交流電源を短絡するようにしたので、騒音の発生をさらに適確に防止することができる。
【０１１０】
請求項１３に記載の空気調和機によれば、交流を直流に変換するコンバータ装置として、上述した直流電源装置のいずれかを用いたので、力率を改善しながらも騒音を経済的かつ適確に防止した空気調和機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基礎技術としての直流電源装置の第１の構成例を、部分的にブロックで示した回路図。
【図２】図１に示した装置の動作を説明するための各部の波形図。
【図３】本発明の基礎技術としての直流電源装置の第２の構成例に係わる各部の信号波形図。
【図４】本発明の基礎技術としての直流電源装置の第３の構成例を、部分的にブロックで示した回路図。
【図５】本発明の基礎技術としての直流電源装置の第４の構成例に係わる各部の信号波形図。
【図６】本発明の基礎技術としての直流電源装置の第５の構成例に係わる各部の信号波形図。
【図７】図１及び図４に示した装置の主要素の詳細な構成を説明するための説明図。
【図８】図１及び図４に示した装置の主要素の動作を説明するために、力率改善パルスと騒音低減パルスとの間の休止時間及び騒音低減パルスのパルス幅の関係を示したタイムチャート。
【図９】図１及び図４に示した装置の主要素の動作を説明するために、力率改善パルスと騒音低減パルスとの間の休止時間及び騒音低減パルスのパルス幅の関係を示したタイムチャート。
【図１０】図１及び図４に示した装置の主要素の動作を説明するために、力率改善パルスと騒音低減パルスとの間の休止時間及び騒音低減パルスのパルス幅の関係を示したタイムチャート。
【図１１】図１及び図４に示した装置の主要素の動作を説明するために、力率改善パルスと騒音低減パルスとの間の休止時間及び騒音低減パルスのパルス幅の関係を示したタイムチャート。
【図１２】本発明に係る直流電源装置の第１の実施形態の構成を示す回路図。
【図１３】図１２に示した第１の実施形態の動作を説明するための電圧、電流波形図。
【図１４】図１２に示した第１の実施形態の動作を説明するための電圧、電流波形図。
【図１５】図１２に示した第１の実施形態の動作を説明するための高調波電流波形図。
【図１６】図１２に示した第１の実施形態の動作を説明するための振動電流波形図。
【図１７】図１２に示した第１の実施形態の動作を説明するための振動電流波形図。
【図１８】本発明に係る直流電源装置の第２の実施形態の構成を、部分的にブロックで示した回路図。
【図１９】図１８に示した第２の実施形態の動作を説明ための電圧、電流波形図。
【図２０】図１８に示した第２の実施形態の動作を説明ための電圧、電流波形図。
【図２１】図１８に示した第２の実施形態の動作を説明するために、振動成分の振幅値と時間との関係を示した線図。
【図２２】図１８に示した第２の実施形態の動作を説明するために、振動成分の振幅値と時間との関係を示した線図。
【図２３】本発明に係る直流電源装置の第３の実施形態の、振動センサの取付け状態を示す図。
【図２４】本発明に係る直流電源装置の第３の実施形態の構成を、部分的にブロックで示した回路図。
【図２５】本発明に係る直流電源装置の第４の実施形態の構成を、部分的にブロックで示した回路図。
【図２６】本発明に係る直流電源装置の第５の実施形態の構成を、部分的にブロックで示した回路図。
【図２７】本発明に係る直流電源装置の第６の実施形態の構成を、部分的にブロックで示した回路図。
【図２８】本発明に係る直流電源装置の第７の実施形態の構成を、部分的にブロックで示した回路図。
【図２９】本発明に係る空気調和機の一実施形態の構成を、部分的にブロックで示した回路図。
【符号の説明】
１  交流電源
２  リアクタ
３  第１のダイオードブリッジ
４  短絡素子
５  第２のダイオードブリッジ
６，７，８  平滑用電解コンデンサ
９  負荷
１０，８４  ゼロクロス検出手段
１１  駆動信号生成手段
１２  短絡素子駆動手段
３１，３２  パルス発生回路
３３  ダミー抵抗
３４  ベース駆動回路
３５  リアクタ電流検出手段
３６  ハイパスフィルタ
３６ａ〜３６ｎ  バンドパスフィルタ
３７，３７ａ〜３７ｎ  増幅器
３８，３８ａ  振幅値検出手段
３９，３９ａ  短絡時刻設定手段
４１  鉄芯
４２  巻線
４３  圧電素子
４４  集音マイク
５１  休止時間設定手段
５２  短絡時間設定手段
５３  リアクタ温度センサ
５４  設定値補正手段
６０  記憶手段
６１  設定データ選択手段
６２  スケジュール作成手段
７２  室内制御部
７３  受信部
７８  リモコン装置
８２  電流検出器
８３  ベースドライブ電源
８５  室外制御部
８９  ホトカプラ
９０  インバータ装置
９１  圧縮機駆動電動機
【図１】
0003570834.tif 000005
【図２】
0003570834.tif 000006
【図３】
0003570834.tif 000007
【図４】
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【図５】
0003570834.tif 000009
【図６】
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【図７】
0003570834.tif 000011
【図８】
0003570834.tif 000012
【図９】
0003570834.tif 000013
【図１０】
0003570834.tif 000014
【図１１】
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【図１２】
0003570834.tif 000016
【図１３】
0003570834.tif 000017
【図１４】
0003570834.tif 000018
【図１５】
0003570834.tif 000019
【図１６】
0003570834.tif 000020
【図１７】
0003570834.tif 000021
【図１８】
0003570834.tif 000022
【図１９】
0003570834.tif 000023
【図２０】
0003570834.tif 000024
【図２１】
0003570834.tif 000025
【図２２】
0003570834.tif 000026
【図２３】
0003570834.tif 000027
【図２４】
0003570834.tif 000028
【図２５】
0003570834.tif 000029
【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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