(57)【要約】【課題】電力変換装置に接続された負荷から発生するキャリア周波数に依存した騒音を快適にする。また、電動機を運転する際、特に電気車両用電力変換装置においては、力行状態か回生状態かの判別が騒音からできないと，操作者の誤操作や電気車両の乗車者の乗り物酔いに繋がる。【解決手段】搬送波と電圧指令を比較することによりスイッチング指令を生成する直流電圧を交流電圧に変換する電力変換装置において、該搬送波の周波数を２つもしくはそれ以上の周波数に一定時間ごとに繰り返し切り替えることにより、発生する騒音が快適な和音となるようにする。また、電動機を力行運転する際と回生運転をする際で切り替える搬送波の周波数の組み合わせを変えることにより、力行状態か回生状態かを容易に判別可能とし、操作者の誤操作や電気車両の乗車者の乗り物酔いを防ぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
搬送波と電圧指令を比較することによりスイッチング指令を生成する直流電圧を交流電圧に変換する電力変換装置において、該搬送波の周波数を２つもしくはそれ以上の周波数に一定時間ごとに繰り返し切り替えることにより、発生する騒音が和音となることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１の電力変換装置において、搬送波は２つの周波数を繰り返し、その周波数の比率が４対５となることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１の電力変換装置において、搬送波は２つの周波数を繰り返し、その周波数の比率が５対６となることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１の電力変換装置において、搬送波は３つの周波数を繰り返し、その周波数の比率が４対５対６となることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１の電力変換装置において、搬送波は３つの周波数を繰り返し、その周波数の比率が１０対１２対１５となることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
電動機を駆動する電力変換装置において、力行時は請求項２から請求項５のいずれかの電力変換装置とし、回生時は請求項２から請求項５のうち力行時と異なる電力変換装置となることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流を交流に変換する電力変換装置に関するものであり、特に装置や接続される機器の騒音を快適にするものである。
【背景技術】
【０００２】
図５に一例として従来の技術による電源装置のブロック図を示し、この図および図２の三角波キャリア比較によるスイッチング指令生成の一例を示した図に基づいて従来の技術を説明する。
【０００３】
キャリア生成器５は、直流電圧Ｖｄｃの幅を持つ、キャリア周波数指令ｆｃａ＊を周波数とする三角波キャリア（搬送波）を生成する。
【０００４】
キャリア比較器２は、三相の電圧指令ＶＵ＊、ＶＶ＊、ＶＷ＊と三角波キャリア（搬送波）の大きさを比較し、それぞれの相の電圧指令が三角波キャリア（搬送波）より大きければ１を、小さければ０を、それぞれの相のスイッチング指令ＳＵ、ＳＶ、ＳＷとして出力する。
【０００５】
電力変換器３は、それぞれの相のスイッチング指令が１であれば直流電圧の電位の高い方の電位を、スイッチング指令が０であれば直流電圧の低い方の電位を、三相の出力電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷとして出力する。
【０００６】
三相の出力電圧ＶＵ、ＶＶ、ＶＷには、負荷４が接続される。負荷４は、電動機等である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２２０８９５号公報
【特許文献２】特開平１０−２３４１９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、三角波キャリア比較により発生する電圧はキャリア周波数成分の高調波が多く含まれるため、負荷からキャリア周波数に依存した騒音が発生する。
【０００９】
特許文献１においては、キャリア周波数をランダムに変化させることにより不快な騒音を抑えているが、この手法ではランダムにキャリア周波数が変化するため、制御演算の負担増加や制御特性の悪化の要因となる。
【００１０】
また、騒音の周波数を分散させることにより、騒音が特定の周波数に集中しなくなるため、目立たなくなるが、騒音自体がなくなるわけではない。
【００１１】
三角波キャリア比較による電力変換装置で電動機駆動を行う場合、速度に比例した周波数となる電動機の機械的な騒音とは別に、電動機からキャリア周波数に依存した騒音が発生することとなる。キャリア周波数は、電動機回転速度に依存せずに一定となるように設定される場合や、特許文献２で提示されているように、速度上昇に伴いキャリアを低下させる速度領域がある場合もある。通常電動機騒音は速度に依存するのに対し、これらの手法を用いた場合、キャリア周波数に依存した電動機騒音からは、電動機が加速しているのか減速しているのか把握できない。例えば、特許文献２の手法では、速度によっては速度上昇に伴い音の高くなる騒音と、速度上昇に伴い音が低くなる騒音が混在するため、電動機が力行状態にあるか回生状態にあるか、操作者は困惑し誤操作の原因となる。また、このような手法を電気車両に用いると、乗車者は乗り物が加速しているのか減速しているのか把握できない場合がある。乗り物においては、複数の感覚の情報の不一致は、乗り物酔いの原因となることが知られており、この場合、体に感じる加速度と聴覚の情報が一致せず、乗車者の乗り物酔いの原因となる。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明によれば、搬送波と電圧指令を比較することによりスイッチング指令を生成する直流電圧を交流電圧に変換する電力変換装置において、該搬送波の周波数を２つもしくはそれ以上の周波数に一定時間ごとに繰り返し切り替えることにより、発生する騒音が和音となることを特徴とする電力変換装置。
【００１３】
請求項２の発明によれば、請求項１の電力変換装置において、搬送波は２つの周波数を繰り返し、その周波数の比率が４対５となることを特徴とする電力変換装置。
【００１４】
請求項３の発明によれば、請求項１の電力変換装置において、搬送波は２つの周波数を繰り返し、その周波数の比率が５対６となることを特徴とする電力変換装置。
【００１５】
請求項４の発明によれば、請求項１の電力変換装置において、搬送波は３つの周波数を繰り返し、その周波数の比率が４対５対６となることを特徴とする電力変換装置。
【００１６】
請求項５の発明によれば、請求項１の電力変換装置において、搬送波は３つの周波数を繰り返し、その周波数の比率が１０対１２対１５となることを特徴とする電力変換装置。
【００１７】
請求項６の発明によれば、電動機を駆動する電力変換装置において、力行時は請求項２から請求項５のいずれかの電力変換装置とし、回生時は請求項２から請求項５のうち力行時と異なる電力変換装置となることを特徴とする電力変換装置。
【発明の効果】
【００１８】
本発明により、三角波キャリア（搬送波）の周波数に依存した騒音が発生しても、心地よい和音となり、耳障りとならない。また、容易に力行状態と回生状態を識別可能となり、装置操作者の誤操作や、乗り物の乗車者の乗り物酔いを回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の電力変換装置の構成図の一例である。
【図２】三角波キャリア比較によるスイッチング指令生成の一例である。
【図３】実施例１および実施例２における三角波キャリアを説明する図である。
【図４】実施例３および実施例４における三角波キャリアを説明する図である。
【図５】従来例による電力変換装置の構成図の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を参照して、本発明にかかる電力変換装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
請求項１及び請求項２の発明の一実施例について説明するが、従来の技術と同一部分は省略する。
【００２２】
図１において、キャリア周波数指令器１は、キャリア周波数指令ｆｃａ＊を時間Ｔ１の間キャリア周波数ｆ１、時間Ｔ２の間キャリア周波数ｆ２とし、交互に出力する。キャリア生成器５はキャリア周波数指令ｆｃａ＊に基づいて三角波キャリアを生成するため、図３のような三角波キャリア波形が生成される。
【００２３】
ここで、キャリア周波数ｆ１とｆ２の比率は４対５となるようにする。
【００２４】
以上の構成により、キャリア成分に起因する騒音が、４対５の周波数比率で交互に発生する。この比率は、純正律音階において長三度となる関係であり、調和した明るく朗らかな和音である。そのため、時間Ｔ１及びＴ２が人間の聴覚で分離できない程度に短い場合であれば、二つの音は交じり合った和音として心地よく聞こえる。時間Ｔ１及びＴ２が、人間の聴覚で分離可能な程度に長ければ、両者は楽器演奏のトレモロのように心地よく聞こえる。
【００２５】
よって、キャリア成分に起因する騒音が生じても、心地よい騒音となるため耳障りではない。
【００２６】
また、時間の比率を変えることにより、聞こえる印象を変えることが可能であるので、状況によって調整することが可能である。
【００２７】
また、キャリア周波数ｆ１とｆ２の比を、１対２の１／３乗としても良い。この場合、両者は平均律音階における長三度の関係となり、多くの楽器（例えばピアノなど）の長三度と同様な関係となる。
【実施例２】
【００２８】
次に請求項３の発明の一実施例について説明するが、実施例１と同一部分は省略する。
【００２９】
キャリア周波数ｆ１とｆ２の比率を、５対６となるようにする。
【００３０】
以上の構成により、キャリア成分に起因する騒音が、５対６の周波数比率で発生する。この比率は、純正律音階において短三度となる関係であり、調和した暗く寂しい和音である。
【００３１】
また、キャリア周波数ｆ１とｆ２の比を、１対２の１／４乗としても良い。この場合、両者は平均律音階における短三度の関係となり、多くの楽器（例えばピアノなど）の短三度と同様な関係となる。
【実施例３】
【００３２】
次に請求項４の発明の一実施例について説明するが、実施例１と同一部分は省略する
【００３３】
キャリア周波数指令器1は、キャリア周波数指令ｆｃａ＊を時間Ｔ１の間キャリア周波数ｆ１、時間Ｔ２の間キャリア周波数ｆ２、時間Ｔ３の間キャリア周波数ｆ３とし、交互に出力する。キャリア生成器５はキャリア周波数指令ｆｃａ＊に基づいて三角波キャリアを生成するため、図４のような三角波キャリア波形が生成される。
【００３４】
ここで、キャリア周波数ｆ１とｆ２とｆ３の比率は４対５対６となるようにする。
【００３５】
以上の構成により、キャリア成分に起因する騒音が、４対５対６の周波数比率で発生する。この比率は、純正律音階において長三和音となる関係であり、調和した明るく朗らかな和音である。
【００３６】
また、キャリア周波数ｆ１とｆ２とｆ３の比を、１対２の１／３乗対２の７／１２乗としても良い。この場合、両者は平均律音階における長三和音の関係となり、多くの楽器（例えばピアノなど）の長三和音と同様な関係となる。
【実施例４】
【００３７】
次に請求項５の発明の一実施例について説明するが、実施例３と同一部分は省略する。
【００３８】
ここで、キャリア周波数ｆ１とｆ２とｆ３の比率は１０対１２対１５となるようにする。
【００３９】
以上の構成により、キャリア成分に起因する騒音が、１０対１２対１５の周波数比率で発生する。この比率は、純正律音階において短三和音となる関係であり、調和した暗く寂しげな和音である。
【００４０】
また、キャリア周波数ｆ１とｆ２とｆ３の比を、１対２の１／４乗対２の７／１２乗としても良い。この場合、両者は平均律音階における短三和音の関係となり、多くの楽器（例えばピアノなど）の短三和音と同様な関係となる。
【実施例５】
【００４１】
次に請求項６の発明の一実施例について説明するが、実施例１から実施例４と同一部分は省略する。
【００４２】
電動機である負荷４を力行運転する場合は実施例１もしくは実施例３の発明を、回生運転する場合は実施例２もしくは実施例４の発明とする。
【００４３】
本発明により、力行運転と回生運転で騒音の響きが変化するため、操作者は容易に力行運転か回生運転かの区別ができる。また、電気車両に用いた場合でも、乗車者は加速しているか減速しているかを騒音により容易に区別できるため、乗り物酔いの心配はない。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明により、電動機駆動時の騒音を快適化できるため、多くの産業機器に有効利用可能である。特に、電気車両用電力変換装置に大いに有効である。
【符号の説明】
【００４５】
１      キャリア周波数指令器
２      キャリア比較器
３      電力変換器
４      負荷
５      キャリア生成器
【図１】
2011015452.tif 000003
【図２】
2011015452.tif 000004
【図３】
2011015452.tif 000005
【図４】
2011015452.tif 000006
【図５】
2011015452.tif 000007