(57)【要約】【課題】ハウリングを起こす可能性のある参照用マイクロフォンを用いることなく、高価な参照用振動ピックアップを用いることもなく、モータ騒音を打ち消すことができる信頼性とコスト性にすぐれたモータ駆動制御装置及びそれを用いたヒートポンプ式給湯機を提供する。【解決手段】インバータ１２、評価用マイクロフォン５２、ＭＣＵ３０、および付加音源５１によりモータ駆動制御装置を構成している。インバータ１２は、スイッチングによりモータ１３への駆動電力を作る。ＭＣＵ３０は、モータ１３に流れる電流から同モータ１３の回転を検出しその回転に同期してインバータ１２のスイッチングを制御するモータ制御部４０、およびこのモータ制御部４０で検出される回転および評価用マイクロフォン５２の検知音に応じてモータ１３の音と逆位相の打消用の音信号を生成するアクティブ消音部５０を有している。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチングによりモータへの駆動電力を作るインバータと、
前記モータの音が伝わる空間に設けられた評価用の音検知手段と、
前記モータに流れる電流から同モータの回転を検出しその回転に同期して前記インバータのスイッチングを制御するモータ制御手段、およびこのモータ制御手段で検出される回転および前記音検知手段の検知音に応じて前記モータの音と逆位相の打消用の音信号を生成するアクティブ消音手段を有する制御部と、
前記アクティブ消音手段で生成された音信号を音に変換して放射する付加音源と、
を備えたことを特徴とするモータ駆動制御装置。
【請求項２】
前記アクティブ消音手段で生成される音信号は、前記モータ制御手段で検出される回転に応じた所定周波数を有し、前記音検知手段の検知音に応じて波形の位相および振幅が調整されることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記モータ制御手段によるインバータ制御の合間に、前記アクティブ消音手段による消音処理を実行することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載のモータ駆動制御装置を用いたヒートポンプ式給湯機において、
前記モータは、冷凍サイクルの運転により貯湯タンクに湯水を蓄えるヒートポンプ式給湯機の圧縮機モータであることを特徴とするヒートポンプ式給湯機。
【請求項５】
前記付加音源は、前記モータの周囲に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
【請求項６】
前記付加音源は、前記モータの周囲の防音材に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、モータを駆動しながらモータの音を打ち消すモータ駆動制御装置及びそれを用いたヒートポンプ式給湯機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
空気調和機や冷蔵庫が設置されている場所では、圧縮機などのモータ音が騒音となって居住者に伝わり、居住者に不快感を与えることがある。
【０００３】
安価な深夜電力で運転されることが多いヒートポンプ式給湯機の場合は、圧縮機などのモータ音が深夜の静かな時間帯に大きな騒音となって周囲に響き渡ってしまう。
【０００４】
このような騒音を防ぐ手段として、騒音源の音と逆位相の波形の音を生成して放射するアクティブ消音（能動消音ともいう）の技術が知られている（例えば、特許文献１，２，３および非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２５３００３９号公報（冷蔵庫）
【０００６】
【特許文献２】
特開平６−２１４５７６号公報（能動消音装置）
【０００７】
【特許文献３】
特開平７−１３４５９０号公報（能動消音装置）
【０００８】
【非特許文献１】
日本機会学会論文集（Ｃ編）６１巻５８６号（１９９５−６）
論文Ｎｏ．９４−１４４３　ｐ．２２８−２３３
アクティブ消音装置の基本構成を図１０および図１１に示している。
【０００９】
図１０の例は、騒音源１の近傍に参照用マイクロフォン２を設置するとともに、騒音源１の音が伝わる空間に付加音源３および評価用マイクロフォン４を設置し、マイクロフォン２，４で取込んだ音をアクティブ消音ユニット５に供給する。アクティブ消音ユニット５は、マイクロフォン２，４で取込まれる音に基づき、騒音源１から伝わる音を打消すための音信号を生成する。この音信号が付加音源４により実際の音に変換されて放射される。
【００１０】
図１１の例は、参照用マイクロフォン２の設置に代えて、参照用振動ピックアップ（振動センサ）６を騒音源１の筐体に取付けている。
【００１１】
このようなアクティブ消音装置を空気調和機、冷蔵庫、ヒートポンプ式給湯機などの機器に組み込むことにより、モータ騒音を打ち消すことができる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ただし、アクティブ消音装置を機器に組み込む場合、機器内の限られた空間にアクティブ消音装置を収容することになり、参照用マイクロフォン２、付加音源３、評価用マイクロフォン４などの設置場所に制限を受けることがある。設置場所によっては付加音源３から放射された音が参照用マイクロフォン２に入り込み、ハウリングを起こすことがある。
【００１３】
参照用振動ピックアップ６のような高価な部品が使用されたアクティブ消音装置を組み込んだ場合には、コストの上昇を招くという問題がある。
【００１４】
この発明は上記の事情を考慮したもので、その目的は、ハウリングを起こす可能性のある参照用マイクロフォンを用いることなく、高価な参照用振動ピックアップを用いることもなく、モータ騒音を打ち消すことができる信頼性およびコスト性にすぐれたモータ駆動制御装置及びそれを用いたヒートポンプ式給湯機を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明のモータ駆動制御装置は、インバータ、評価用の音検知手段、制御部、および付加音源により構成されている。インバータは、スイッチングによりモータへの駆動電力を作る。制御部は、モータに流れる電流から同モータの回転を検出しその回転に同期してインバータのスイッチングを制御するモータ制御手段、およびこのモータ制御手段で検出される回転および音検知手段の検知音に応じてモータの音と逆位相の打消用の音信号を生成するアクティブ消音手段を有している。このアクティブ消音手段で生成される音信号が付加音源で実際の音に変換されて放射される。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、商用交流電源１０に整流回路１１が接続され、その整流回路１１の出力端にスイッチング回路１２が接続されている。
【００１７】
スイッチング回路１２は、上流側スイッチング素子と下流側スイッチング素子との直列回路を三相分設けたもので、Ｕ相用の上流側および下流側スイッチング素子としてトランジスタＴｕ＋，Ｔｕ−、Ｖ相用の上流側および下流側スイッチング素子としてトランジスタＴｖ＋，Ｔｖ−、Ｗ相用の上流側および下流側スイッチング素子としてトランジスタＴｗ＋，Ｔｗ−を備えている。なお、逆起電力防止用のダンパダイオードＤが各トランジスタに並列接続されている。
【００１８】
このスイッチング回路１２のトランジスタＴｕ＋，Ｔｕ−の相互接続点、トランジスタＴｖ＋，Ｔｖ−の相互接続点、およびトランジスタＴｗ＋，Ｔｗ−の相互接続点に、モータ１３の各相巻線が接続されている。モータ１３は、たとえば、永久磁石が装着されたロータおよび各相巻線が装着されたステータからなる永久磁石型同期モータである。
【００１９】
スイッチング回路１２の各トランジスタが所定のシーケンスでオン，オフされることにより、モータ１３の各相巻線に順次に電流が流れ、その各相巻線から発せられる磁界とロータの永久磁石が発する磁界との相互作用により、モータ１３のロータが回転する。
【００２０】
スイッチング回路１２とモータ１３との間の通電路に電流検知器２１，２２が設けられ、その電流検知器２１，２２の出力が制御部であるＭＣＵ３０に供給される。
【００２１】
ＭＣＵ３０は、モータ１３に流れる電流（電流検知器２１，２２の検知出力）から同モータ１３の回転を検出しその回転に同期してインバータ１２のスイッチングを制御するモータ制御部（モータ制御手段）４０、およびこのモータ制御手段で検出される回転および後述の評価用マイクロフォン５２の検知音に応じてモータ１３の音と逆位相の打消用の音信号を生成するアクティブ消音部（アクティブ消音手段）５０を有している。
【００２２】
ＭＣＵ３０のモータ制御部４０は、次のように構成されている。
ロータ回転速度の指令値ωｍが加算部４１を介してＰＩ制御部４２に供給される。ＰＩ制御部４２は、指令値ωｍに基づき、ステータ巻線電流の指令値ｉｑｔを発する。この指令値ｉｑｔが加算部４３を介してＰＩ制御部４４に供給され、そのＰＩ制御部４４からステータ巻線電圧の指令値ｖｑｔが発せられる。この指令値ｖｑｔが駆動信号生成部４５に供給される。
【００２３】
上記電流検知器２１，２２の検知出力が電流検出部４６に取込まれる。電流検出部４６は、電流検知器２１，２２の検知電流に対応するレベルの電圧信号を出力するとともに、検知電流のうちトルク分電流ｉｑを検出する。このうち、電流検知器２１，２２の検知電流に対応するレベルの電圧信号は、駆動信号生成用として駆動信号生成部４５に供給される。トルク分電流ｉｑは、上記指令値ｉｑｔに対する減算要素として加算部４３に供給されるとともに、回転速度検出部４７に供給される。
【００２４】
回転速度検出部４７は、トルク分電流ｉｑに応じてモータ１３の回転速度ωを検出する。この回転速度ωは、上記指令値ωｍに対する減算要素として加算部４１に供給されるとともに、積分部４８で積分されて図２のように１周期がロータ１回転に対応する鋸波状電圧波形のロータ回転位置信号θとなる。このロータ回転位置信号θは、上記駆動信号生成部４５およびアクティブ消音部５０に供給される。
【００２５】
駆動信号生成部４５は、指令値ｖｑｔ、電流検出部４６の出力、およびロータ回転位置信号θに応じたベクトル制御演算により、スイッチング回路１２の各トランジスタに対する駆動信号を生成し出力する。
【００２６】
ここで、モータの騒音は、モータの回転に起因するもので、特に顕著な騒音（ピーク）の周波数は、モータの回転数の整数倍となっている。これはＤＣモータの場合、モータ駆動時に発生させる回転磁界がモータの回転数の整数倍の周期を用いること、また圧縮機の場合には圧縮気体の吸込みから吐出がモータの回転数の整数倍であるためモータのトルク変動もモータの回転数の整数倍となっていることからこのような関係となる。このため、モータの騒音は、モータの回転数の整数倍の周波数の騒音をケースことで大幅に低減できる。また、使用者においては不快感を感じさせる騒音は低周波であることから回転数の２倍の周波数を低減することが重要である。
【００２７】
ＭＣＵ３０のアクティブ消音部５０は、モータ制御部４０のロータ回転位置信号θからモータ１３の回転数を捕らえ、打消用の音信号として、その回転数の整数倍例えば２倍の周波数を設定し、続いて打消用の音信号の位相及び振幅を決定する演算係数を評価用マイクロフォン５２の検知音に応じて補正することにより、モータ１３の回転に応じた所定周波数（回転数の整数倍たとえば２倍の周波数）を有し且つ評価用マイクロフォン５２の検知音に応じて位相および振幅が調整された波形の音信号をモータ音に対する打消用として生成する。ここでの位相および振幅の調整は、音信号をモータ音と逆位相の波形に合わせ込むためのいわゆるフィードバック制御である。
【００２８】
アクティブ消音部５０で生成される音信号は、付加音源５１で実際の音に変換されて空間に放射される。モータの回転数が変化した場合には、ロータ回転位置信号θが変化するため、これによりアクティブ消音部５０は、変化後の回転数に対応した新たな周波数へと打消用の音信号の周波数を変化させる。続いて評価用マイクロフォン５２の検知音に基づき打消用の音信号の位相及び振幅を決定する。
【００２９】
付加音源５１は、音検知手段である評価用マイクロフォン５２と共に、モータ１３の近傍に設置される。この場合、付加音源５１、評価用マイクロフォン５２、およびモータ１３が正三角形の各頂点位置に配置されるのが最良である。
【００３０】
なお、ＭＣＵ３０は、図３に示すように、モータ制御部４０によるモータ駆動制御を所定の制御周期で一定時間ずつ実行し、そのモータ駆動制御の実行の合間にアクティブ消音部５０によるアクティブ消音処理を実行する。
【００３１】
上記モータ１３は、たとえばヒートポンプ式給湯機の圧縮機モータとして使用される。ヒートポンプ式給湯機は、冷凍サイクルの運転により貯湯タンクに湯水を蓄えるもので、図４に示すように、圧縮機６１、水熱交換器６２、膨張弁６３、室外熱交換器６４を配管接続して冷凍サイクルを構成し、水熱交換器６２に貯湯タンク６６、ポンプ６７を配管接続して水循環サイクルを構成している。圧縮機６１の運転により水熱交換器６２を通して冷媒が循環するとともに、貯湯タンク６６内の水がポンプ６７の運転により水熱交換器６２を通して循環することにより、圧縮機６１から吐出される冷媒の熱が湯水と貯湯タンク６６に蓄えられる。
【００３２】
圧縮機６１、膨張弁６３、室外熱交換器６４は、室外ファン６５と共に、図５に示す熱源ユニット６０に収容されている。この熱源ユニット６０に隣接して貯湯タンク６６が設置される。
【００３３】
熱源ユニット６０は、図６および図７に示すように、内部が仕切壁６８によって２つの空間に仕切られ、通気口６０ａと対応する側の空間に室外熱交換器６４および室外ファン６５が収容され、他方の空間に圧縮機６１が収容されている。６１ｓはサクションカップである。
【００３４】
熱源ユニット６０の内側天井面には、両空間に望む状態に、制御器ボックス６９が取付けられている。この制御器ボックス６９に、上記整流回路１１、スイッチング回路１２、ＭＣＵ３０などが収容されている。
【００３５】
上記付加音源５１としてスピーカ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆの少なくとも１つが用意され、そのスピーカが上記評価用マイクロフォン５２と共に圧縮機６１の近傍に配置されている。
【００３６】
したがって、モータ１３が起動して圧縮機６１の運転が始まるのに伴い、モータ１３の動作音が生じるが、その動作音と逆位相の波形の音がＭＣＵ３０のアクティブ消音部５０で生成されて付加音源５１（スピーカ５１ａ，５１ｂ，５１ｃ，５１ｄ，５１ｅ，５１ｆのいずれか）から放射される。この放射により、モータ１３の動作音が打ち消される。
【００３７】
三次元消音を行う場合のスピーカ配置については、騒音源となるモータに近接していたほうが消音効果が大きいことが例えば「三次元空間における能動消音に関する研究」日本機会学会論文集（Ｃ編）６１巻５８６号（１９９５−６）論文Ｎｏ．９４−１４４３　ｐ．２２８−２３３などで知られている。
【００３８】
以上のように、モータ１３のモータの回転を捕らえてモータ１３の音に対する打消用の音信号を生成することにより、従来のようなハウリングを起こす可能性のある参照用マイクロフォンを用いることなく、高価な参照用振動ピックアップを用いることもなく、モータ騒音（とくに低周波音）を打ち消すことができる。ハウリングが起きないので品質が向上するとともに、高価な参照用振動ピックアップを用いないので、コストの低減が図れる。
【００３９】
安価な深夜電力時間帯に運転されることが多いヒートポンプ式給湯機であっても、周囲に騒音の迷惑をかけることがなく、製品としての信頼性が向上する。
【００４０】
従来のようにアクティブ消音装置を機器に組込む場合、アクティブ消音装置を機器の制御部に信号線接続する必要があるが、当該モータ駆動制御装置の場合は、モータ制御部４０およびアクティブ消音部５０がＭＣＵ３０に一体的に組込まれているので、信号線接続が不要であり、参照用マイクロフォンや参照用振動ピックアップが不要であることと合わせ、構成の簡略化および小形化が図れる。
【００４１】
なお、ＭＣＵ３０に音声合成手段を組込み、保守・点検時の案内や注意を室外の作業員に知らせるための音声情報をその音声合成手段で生成し、生成した音声情報を消音用の付加音源５１から発することも可能である。
【００４２】
また、図８に示すように、熱源ユニット６０における圧縮機６１およびサクションカップ６１ｓを防音材７０で囲み、その防音材７０に付加音源５１として加振器５１ｇ，５１のいずれかを取付ける構成としてもよい。この場合、加振器５１ｇ，５１ｈのいずれかが振動音源、防音材７０が振動板（またはコーン紙）となり、消音用の音が防音材７０から発生する。この発生音によりモータ騒音を打ち消すことができる。断熱性を有する防音材７０を採用すれば、圧縮機６１から発生する高温度の熱が周囲に拡がるのを防ぐ断熱効果も得られる。
【００４３】
図９に示すように、モータ１３の各相のステータ巻線のうち、非通電相のステータ巻線に誘起する電圧を比較器２４，２５，２６のそれぞれ一方の入力端子に供給するとともに、整流回路１１の出力端に抵抗１４，１５の直列回路を接続し、抵抗１５に生じる基準電圧を比較器２４，２５，２６のそれぞれ他方の入力端子に供給し、モータ１３の回転に応じてパルス幅変化する信号を比較器２４，２５，２６から得るようにしてもよい。この比較器２４，２５，２６の出力信号は回転位置検出部４８に供給され、その回転位置検出部４８から鋸波状電圧波形のロータ回転位置信号θが得られ、それが駆動信号生成部４５およびアクティブ消音部５０に供給される。
【００４４】
その他、この発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、要旨を変えない範囲で種々変形実施可能である。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、ハウリングを起こす可能性のある参照用マイクロフォンを用いることなく、高価な参照用振動ピックアップを用いることもなく、モータ騒音を打ち消すことができる信頼性およびコスト性にすぐれたモータ駆動制御装置及びそれを用いたヒートポンプ式給湯機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】一実施形態におけるロータ回転位置信号の波形図。
【図３】一実施形態におけるモータ駆動制御の実行とアクティブ消音処理の実行との関係を示すタイムチャート。
【図４】一実施形態に関わるヒートポンプ式給湯機の構成を示す図。
【図５】同ヒートポンプ式給湯機の外観を示す図。
【図６】同ヒートポンプ式給湯機の熱源ユニットの内部構成を正面側から見た図。
【図７】同ヒートポンプ式給湯機の熱源ユニットの内部構成を上方から見た図。
【図８】一実施形態の変形例におけるヒートポンプ式給湯機の熱源ユニットの内部構成を上方から見た図。
【図９】一実施形態の他の変形例の構成を示すブロック図。
【図１０】従来のアクティブ消音装置の基本構成を示す図。
【図１１】従来のアクティブ消音装置の他の基本構成を示す図。
【符号の説明】
１２…スイッチング回路、１３…モータ、３０…ＭＣＵ、４０…モータ制御部、５０…アクティブ消音部、５１…付加音源、５２…評価用マイクロフォン、６０…熱源ユニット、６１…圧縮機、６２…水熱交換器、６３…膨張弁、６４…室外熱交換器、６５…室外ファン、６６…貯湯タンク、６７…ポンプ、７０…防音部材
【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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【図７】
2004117586.tif 000009
【図８】
2004117586.tif 000010
【図９】
2004117586.tif 000011
【図１０】
2004117586.tif 000012
【図１１】
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