(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風手段である３相ファンモーターと、
上アーム、下アームの半導体スイッチング素子が直列に接続されたハーフブリッジ回路が３個並列に接続され、前記ハーフブリッジ回路における３個の出力端子と前記ファンモーターの３つの各相端子とがそれぞれ接続されており、前記半導体スイッチング素子を駆動することにより直流電圧を変換した交流電圧を前記ファンモーターに印加するインバーター装置と、
前記インバーター装置に接続され、前記上アームもしくは下アームの半導体スイッチング素子をパルス幅変調信号で制御駆動する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
周期がそれぞれ異なりかつ同一信号内で一定の周期を有する３つのキャリア周期信号を生成し、
前記生成した３つのキャリア周期信号から３つのパルス幅変調信号を生成し、
前記パルス幅変調信号を前記ハーフブリッジ回路における前記上アームと下アームのいずれか一方の半導体スイッチング素子に供給する送風機器のモーターインバーター駆動装置。
【請求項２】
インバーター装置の複数のアームの半導体スイッチング素子のうち、冷却条件の悪い配置
にある半導体スイッチング素子には低速のキャリア周期のパルス幅変調信号を、
冷却条件の良い配置にある半導体スイッチング素子には高速のキャリア周期のパルス幅変調信号を予め割り当てて駆動する請求項１記載のモーターインバーター駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファンモーターの回転数を可変可能な送風機器のモーターインバーター駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ファンモーターの回転数を可変可能な送風機器のモーターインバーター駆動方式として、パルス幅変調方式（以下、ＰＷＭ方式と称す）により、ファンモーターに印加する交流電圧の周波数と電圧を可変させて、回転数を変化させて駆動している。一般的にファンモーターへ印加する上アーム、下アームの半導体スイッチング素子が直列に接続されたハーフブリッジ回路が、２個並列接続された単相の、あるいは、３個並列接続された三相の通電方式となるインバーター装置であって、この時の電動モーターの印加電圧はパルス状の矩形波電圧となり、これら矩形波成分を形成する各々半導体スイッチング素子は同一の固定されたキャリア周期により生成されたＰＷＭ信号で駆動していた。この半導体スイッチング素子が駆動されるとキャリア周期成分の電気ノイズが発生することとなるので、この電気ノイズを現減衰させるためにノイズフィルター回路を構成し、電気用品安全法などのＥＭＩ規格で規定された上限値を越えた電気ノイズが機器の外部に漏れることを防いでいた。
【０００３】
そこで、図６に示すように、この発生する電気ノイズの量を小さくし、前記ノイズフィルター回路の構成部品を安価なものとしてコストダウンを図る手段として、各々のハーフブリッジ回路の半導体スイッチング素子を制御駆動させる前記キャリア周期Ｔを適宜任意に同一に可変させることによって、発生する電気ノイズの周波数成分Ｆｃを時間的に分散させ、電気ノイズレベルを低減させる提案がなされている（これに類似する先行文献としては特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２８９７７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一つのスイッチ素子の動作だけで解決するのではなく、スイッチ素子全体の動作バランスからの視点に立ったもので、容易にシステムを構築できる観点から提案するものである。
【０００６】
このような従来の送風機器のモーターインバーター駆動装置において、ＥＭＩ規格、例えば電気用品安全法の雑音の強さ、で制定された上限値は、周波数毎にｄＢ値として決められており、電気ノイズが同一の周波数成分で発生するとノイズレベルが増加する、例えば同一パワーの発生レベルであれば２倍の６ｄＢ、こととなるので、機器内で発生する電気ノイズは同一周波数で発生しないことが求められている。
【０００７】
従来技術では、上記を回避するために半導体スイッチング素子を制御駆動させるキャリア周期Ｔを適宜任意に全てのスイッチング素子に対して同一に可変させることによって、発生する電気ノイズの周波数成分Ｆｃを時間的に分散させているが、常にキャリア周期Ｔを変化させ続ける必要があり、各々のハーフブリッジ回路の半導体スイッチング素子を制御駆動させるＰＷＭ信号を生成するＣＰＵの演算動作に負担がかかり、ノイズフィルター回路の構成部品は安価な部品で構成できても、演算動作の高性能なＣＰＵの採用が必要でコストｕｐ要因となっており、更にコストダウンが実現できることが求められていた。
【０００８】
また、各々のハーフブリッジ回路の半導体スイッチング素子は物理的に同一箇所には実装できないため、各々の半導体スイッチング素子が同一のキャリア周期であるＰＷＭ信号により駆動することとなるので、周波数成分が支配的なスイッチング損失が同一、すなわち発熱量も同一となり、半導体スイッチング素子の安全動作上、半導体スイッチング素子の実装配置にも制約が生じ、送風機器の小型化の障害とならない様に、半導体スイッチング素子の発熱量を極力抑えて実装配置の自由度を上げ、小型化に寄与することが求められていた。
【０００９】
そこで、本発明は、上記従来の課題を解決するもので、個々の半導体スイッチング素子からの発生ノイズを低減すれば全体の発生ノイズも低減できるという個別最適の視点ではなく、インバーター装置全体の最適動作によって発生ノイスを低減させる全体最適の視点によるものであり、各々のハーフブリッジ回路のＰＷＭ信号のキャリア周期を異なるキャリア周期に設定して、発生する電気ノイズの発生周波数を常に分散させて電気ノイズレベルを低減させ、また、冷却効果の悪い箇所へ配置される半導体スイッチング素子のキャリア周期を一番低速とすることで発熱量を抑え、コストダウンができ、小型化も可能な送風機器のモーターインバーター駆動装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そして、この目的を達成するために、本発明は、送風手段であるファンモーターを備えた送風機器において、上アーム、下アームの半導体スイッチング素子が直列に接続されたハーフブリッジ回路が複数個並列に接続され、その各出力端子と前記ファンモーターの各相端子が接続されており、前記半導体スイッチング素子を駆動することにより直流電圧を変換した交流電圧を前記ファンモーターに印加するインバーター装置を備え、前記上アームもしくは下アームの半導体スイッチング素子をパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号と称す）で制御駆動する制御装置を接続し、この制御装置には、該ハーフブリッジ回路毎に異なるＰＷＭ信号のキャリア周期を生成し、この異なるキャリア周期を使って、該ハーフブリッジ回路毎に前記上アーム、下アームの半導体スイッチング素子を制御駆動するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段を備えたことを特徴としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【００１１】
また、インバーター装置の複数のアームの半導体スイッチング素子のうち、冷却条件の悪い配置にある半導体スイッチング素子には低速のキャリア周期で、冷却条件の良い配置にある半導体スイッチング素子には高速のキャリア周期のＰＷＭ信号を予め割り当てて駆動することを特徴としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、送風手段であるファンモーターを備えた送風機器において、上アーム、下アームの半導体スイッチング素子が直列に接続されたハーフブリッジ回路が複数個並列に接続され、その各出力端子と前記ファンモーターの各相端子が接続されており、該半導体スイッチング素子を駆動することにより直流電圧を変換した交流電圧を前記ファンモーターに印加するインバーター装置を備え、前記上アームもしくは下アームの半導体スイッチング素子をパルス幅変調信号（以下、ＰＷＭ信号と称す）で制御駆動する制御装置を接続し、この制御装置には、該ハーフブリッジ回路毎に異なるＰＷＭ信号のキャリア周期を生成し、この異なるキャリア周期を使って、前記ハーフブリッジ回路毎に前記上アーム、下アームの半導体スイッチング素子を制御駆動するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成手段を備えたことにより、インバーター装置から発生する電気ノイズの周波数成分を分散させて電気ノイズレベルを低減させることができるので、ノイズフィルター回路の構成部品（図示せず）をノイズ減衰効果の低い低コスト部品とすることができ、且つ、ＣＰＵの高度な演算機能を用いないで異なるキャリア周期を生成することにより安価なＣＰＵを採用できるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１の送風機器のブロック図
【図２】同ＰＷＭ信号生成手段のブロック図
【図３】同ＰＷＭ信号チャート図
【図４】同インバーター駆動信号チャート図
【図５】本発明の実施の形態１のインバーター装置実装図
【図６】従来の信号の図（（ａ）ＰＷＭ信号の図、（ｂ）時間的周期の変化を表すチャート図）
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の請求項１記載の発明は、送風手段である３相ファンモーターと、上アーム、下アームの半導体スイッチング素子が直列に接続されたハーフブリッジ回路が３個並列に接続され、前記ハーフブリッジ回路における３個の出力端子と前記ファンモーターの３つの各相端子とがそれぞれ接続されており、前記半導体スイッチング素子を駆動することにより直流電圧を変換した交流電圧を前記ファンモーターに印加するインバーター装置と、
前記インバーター装置に接続され、前記上アームもしくは下アームの半導体スイッチング素子をパルス幅変調信号で制御駆動する制御装置と、を備え、前記制御装置は、周期がそれぞれ異なりかつ同一信号内で一定の周期を有する３つのキャリア周期信号を生成し、前記生成した３つのキャリア周期信号から３つのパルス幅変調信号を生成し、前記パルス幅変調信号を前記ハーフブリッジ回路における前記上アームと下アームのいずれか一方の半導体スイッチング素子に供給する構成を有する。これにより、各々のハーフブリッジ回路毎に異なるキャリア周期のＰＷＭ方式によって、ファンモーターに印加する交流電圧の周波数と電圧を可変させて、回転数を変化させて駆動することができる。ファンモーターの可変駆動を行いながらも、インバーター装置により発生する電気ノイズの周波数成分は、キャリア周期の逆数となる周波数成分およびその高調波成分であるから、発生する電気ノイズの発生周波数が分散するので、インバーター装置から発生する電気ノイズレベルが低減することとなるので、ノイズフィルター回路の構成部品（図示せず）をノイズ減衰効果の低い低コスト部品とすることができ、且つ、ＣＰＵの高度な演算機能を用いないでキャリア周期を生成できることにより安価なＣＰＵを採用することができるという効果を奏する。
【００１５】
また、請求項２記載の発明は、インバーター装置の複数のアームの半導体スイッチング素子のうち、冷却条件の悪い配置にある半導体スイッチング素子には低速のキャリア周期で、冷却条件の良い配置にある半導体スイッチング素子には高速のキャリア周期のＰＷＭ信号を予め割り当てて駆動することを特徴とする構成を有する。これにより、冷却効果の悪い箇所へ配置される半導体スイッチング素子のキャリア周期を一番低速とすることで発熱量を抑えることとなるので、異なるキャリア周期により制御駆動する複数のアームの半導体スイッチング素子の実装を近づけることが可能で、より高密度実装が可能となるという効果を奏する。
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
（実施の形態１）
図１および図２に示すように、商用交流電源１に送風手段であるファンモーター２を有する送風機器３が接続されており、この送風機器３に備えられた前記ファンモーター２に接続されたＵ、Ｖ、Ｗ各相のハーフブリッジ回路の上アーム半導体スイッチング素子であるトランジスター４ｕ、４ｖ、４ｗと、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の下アーム半導体スイッチング素子であるトランジスター５ｕ、５ｖ、５ｗと、を有するインバーター装置６を備え、前記インバーター装置６の各々のトランジスター４ｕ、４ｖ、４ｗ、５ｕ、５ｖ、５ｗを制御駆動する制御装置７が接続されている。前記商用交流電源１と前記インバーター装置６の間に商用交流電圧を直流電圧Ｅに変換する交流−直流変換整流回路８と、前記インバーター装置６から発生した電気ノイズを抑制するノイズフィルター回路９が接続されている。また、前記制御装置７には、ＣＰＵ（図示せず）が実装され、その内部にＰＷＭ信号生成手段１０を備えており、ここでは、予め設定した第１のキャリア周期Ｔｃ１を生成する第１のキャリア周期Ｔｃ１生成手段１２と、予め設定した第２のキャリア周期Ｔｃ２を生成する第２のキャリア周期Ｔｃ２生成手段１３と、そして予め設定した第３のキャリア周期Ｔｃ３を生成する第３のキャリア周期Ｔｃ３生成手段１４とによるＵ、Ｖ、Ｗ相に個別に対応した異なる３つのキャリア周期を生成する手段を備え、モーター印加電圧・周波数判断手段１５により決定された信号をＵ、Ｖ、Ｗ相通電位相調整手段１６によりＵ、Ｖ、Ｗ相を１２０度位相順に調整する信号に分け、これら信号を、前記第１のキャリア周期Ｔｃ１生成手段１２により生成された第１のキャリア周期Ｔｃ１信号、第２のキャリア周期Ｔｃ２生成手段１３により生成された第２のキャリア周期Ｔｃ２信号、第３のキャリア周期Ｔｃ３生成手段１４により生成された第３のキャリア周期Ｔｃ３信号を、それぞれ、Ｕ＋ＰＷＭ信号生成手段１７、Ｖ＋ＰＷＭ信号生成手段１８、Ｗ＋ＰＷＭ信号生成手段１９に送信し、異なった３つのキャリア周期によるＵ＋、Ｖ＋、Ｗ＋のＰＷＭ信号が生成されて、前記各々のトランジスター４ｕ、４ｖ、４ｗへそれぞれ通電される。ここで、図３のチャート図に示すように、Ｕ＋ＰＷＭ信号生成手段１７、Ｖ＋ＰＷＭ信号生成手段１８、Ｗ＋ＰＷＭ信号生成手段１９では、各々のトランジスター４ｕ、４ｖ、４ｗのＰＷＭ信号Ｕ＋、Ｖ＋、Ｗ＋が、ファンモーター２へ印加する所望の交流電圧値Ｖ（＝Ｅ×ｄｕｔｙ比）がＵ、Ｖ、Ｗ各相ともに同一となるように、ｄｕｔｙ比＝Ｔｏｎ１／Ｔｃ１＝Ｔｏｎ２／Ｔｃ２＝Ｔｏｎ３／Ｔｃ３と制御された信号となるようにしている。
【００１８】
このような構成によれば、人間の可聴周波数（１５ｋＨｚ以上）を加味して、第１のキャリア周期Ｔｃ１を例えば５０μｓ（周波数成分は２０ｋＨｚ）、第２のキャリア周期Ｔｃ２は第１のキャリア周期Ｔｃ１に５μｓを加えて５５μｓ（周波数成分は約１８．２ｋＨｚ）、そして、第３のキャリア周期Ｔｃ３は第１のキャリア周期Ｔｃ１から５μｓ下げて４５μｓ（周波数成分は約２２．２ｋＨｚ）と、異なる３つのキャリア周期を設定して、図４のチャート図に示すように、制御装置７から各々のトランジスター４ｕ、４ｖ、４ｗ、５ｕ、５ｖ、５ｗに対して駆動信号が印加され、ファンモーター２に所望の電圧値Ｖおよび周波数Ｆの交流電圧を印加して駆動することになる。そして、回転数を変更する場合には、ｄｕｔｙ比を同一となるようにＴｏｎ１、Ｔｏｎ２、Ｔｏｎ３を可変させながら印加電圧値Ｖを変化させ、また、印加周波数Ｆを変化させて、所望の変化電圧値Ｖ１および周波数Ｆ１の交流電圧を可変し、ファンモーター２の回転数を可変して駆動させることになる。
【００１９】
このようにして、従来例と変わらないファンモーター２の可変駆動を行いながらも、インバーター装置６により発生する電気ノイズの周波数成分は、キャリア周期の逆数となる周波数成分およびその高調波成分であるから、発生する電気ノイズの発生周波数を分散させ得るので、インバーター装置６から発生する電気ノイズレベルを低減させることができる。
【００２０】
これにより、ノイズフィルター回路９の構成部品（図示せず）をノイズ減衰効果の低い低コスト部品とすることができ、且つ、ＣＰＵの高度な演算機能を用いないでキャリア周期を生成できることにより安価なＣＰＵを採用することによりコストダウン可能な送風機器のモーターインバーター駆動装置を提供できる。
【００２１】
なお、図中ではトランジスター４ｕ、４ｖ、４ｗ、５ｕ、５ｖ、５ｗをＭＯＳ−ＦＥＴ型として描いているが、バイポーラ型やＩＧＢＴ型等のデバイスを用いても作用効果に差はなく、以下の実施の形態でも同様であり説明を省略する。
【００２２】
また、ＰＷＭ駆動する半導体スイッチング素子を上アーム側として説明したが、下アーム側を用いても作用効果に差はなく、以下の実施の形態でも同様であり説明を省略する。
【００２３】
また、送風機器３を商用交流電源１に接続する機器として説明したが、交流−直流変換整流回路８の不要な直流電源に接続された送風機器３であっても、作用効果に差はなく、以下の実施の形態でも同様であり説明を省略する。
【００２４】
（実施の形態２）
さて、本実施の形態では、図５に示すとおり、実施の形態１に対して、トランジスター４ｕ、４ｖ、４ｗ、５ｕ、５ｖ、５ｗをプリント基板２０に実装したもので、プリント基板２０のＡ地点からＢ地点に向かって冷却の流れすなわち伝熱の流れが起きている状態を示している。そこで、Ｂ地点ではＡ地点からの熱が伝わり冷却配置が悪いとし、トランジスター４ｕ、５ｕをＢ地点近傍に、トランジスター４ｗ、５ｗをＡ地点近傍に配置している。なお、実施の形態１と同一構成部分については、同一符号を用いてその詳細な説明は省略する。
【００２５】
ここで、一般的に、トランジスターの損失Ｐｃは、
Ｐｃ＝Ｐｓａｔ＋Ｐｓｗ
Ｐｓａｔ：トランジスターに流れる定常電流と生じる電位差の積による定常損失
Ｐｓｗ：トランジスターのＯＮ／ＯＦＦ時に生じるスイッチング損失
で現される。また、スイッチング損失Ｐｓｗは、
Ｐｓｗ＝Ｎ×Ｅｓｗ
Ｎ：スイッチング回数。この場合、Ｎ＝交流電圧印加周期Ｔａｃ／キャリア周期／３。
【００２６】
Ｅｓｗ：ＯＮ／ＯＦＦ時の１回当たりのスイッチング損失
で現される。
【００２７】
このような構成によれば、トランジスターに流れる定常電流は、基本的には、各々のトランジスター４ｕ、４ｖ、４ｗは同一であり、生じる電位差は個体ばらつきはあるもののほぼ同等と見て差し支えなく、発熱量の差異は、ほぼ、スイッチング損失Ｐｓｗであり、キャリア周期Ｔｃ１は基本キャリア周期Ｔｃより遅いのでトランジスター４ｕの発熱は、トランジスター４ｖや４ｗより低くでき、より温度の高いトランジスター４ｖ側に近づけて実装が可能である。
【００２８】
これにより、異なる３つのキャリア周期によりＰＷＭ駆動させることでトランジスター４ｕ、４ｖ、４ｗの実装を近づけることが可能で、より高密度実装が可能となり、冷却効果の悪い箇所へ配置される半導体スイッチング素子のキャリア周期を一番低速とすることで発熱量を抑えた小型が可能な送風機器のモーターインバーター駆動装置を提供することができる。
【００２９】
なお、図中ではトランジスター４ｕ、４ｖ、４ｗ、５ｕ、５ｖ、５ｗをプリント基板２０に実装した例で説明したが金属板に取り付けた場合でも作用効果に差はなく、説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明にかかる送風機器のモーターインバーター駆動装置は、各々のハーフブリッジ回路のＰＷＭ信号のキャリア周期を異なるキャリア周期に設定して、発生する電気ノイズの発生周波数を分散させて電気ノイズレベルを低減させ、また、冷却効果の悪い箇所へ配置される半導体スイッチング素子のキャリア周期を一番低速とすることで発熱量を抑え、コストダウンができ、小型かも可能なので、モーターを駆動するモーターインバーター駆動装置において有用である。
【符号の説明】
【００３１】
１    商用交流電源
２    ファンモーター
３    送風機器
４ｕ  トランジスター
４ｖ  トランジスター
４ｗ  トランジスター
５ｕ  トランジスター
５ｖ  トランジスター
５ｗ  トランジスター
６    インバーター装置
７    制御装置
８    交流−直流変換整流回路
９    ノイズフィルター回路
１０  ＰＷＭ信号生成手段
１２  第１のキャリア周期Ｔｃ１生成手段
１３  第２のキャリア周期Ｔｃ２生成手段
１４  第３のキャリア周期Ｔｃ３生成手段
１５  モーター印加電圧・周波数判断手段
１６  Ｕ、Ｖ、Ｗ相通電位相調整手段
１７  Ｕ＋ＰＷＭ信号生成手段
１８  Ｖ＋ＰＷＭ信号生成手段
１９  Ｗ＋ＰＷＭ信号生成手段
２０  プリント基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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