(57)【要約】【課題】整流用のコンデンサが極めて小容量でもうなり音を抑制できるインバータ制御装置を提供する。【解決手段】交流電源１を入力とし直流電力に変換する整流回路２と、直流電力をモータ４を駆動する任意の周波数の交流電力に変換するインバータ回路３と、インバータ回路３の周波数を制御する周波数制御手段５と、モータ４の目標運転周波数を入力する目標周波数入力手段６と、交流電源１の電源周波数を検出する電源周波数検出手段７と、モータ４の周波数を検出するモータ周波数検出手段８とを備え、周波数制御手段５は、入力された目標運転周波数と、検出されたモータ４の周波数と、検出された電源周波数およびその２倍の周波数に基づいて、インバータ回路３に駆動信号を出力するもので、周波数制御手段５で運転周波数を時間的に変化させて、モータ４のうなり音を大幅に抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を入力とし直流電力に変換する整流回路と、前記直流電力をモータを駆動する任意の周波数の交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の周波数を制御する周波数制御手段と、前記モータの目標運転周波数を入力する目標周波数入力手段と、前記交流電源の電源周波数を検出する電源周波数検出手段と、前記モータの周波数を検出するモータ周波数検出手段とを備え、前記周波数制御手段は、前記目標周波数入力手段により入力された目標運転周波数と、前記モータ周波数検出手段により検出された前記モータの周波数と、前記電源周波数検出手段により入力された電源周波数およびその電源周波数の２倍の周波数に基づいて、前記インバータ回路に駆動信号を出力することを特徴とするインバータ制御装置。
【請求項２】
周波数制御手段によって、モータ周波数検出手段により検出されたモータの周波数のｎ倍（ｎは、整数）が、電源周波数検出手段により検出された交流電源の電源周波数の２倍となる値の近傍であるとき、前記モータの運転周波数を、上下に幅を持ち、前記モータの周波数のｎ倍と、前記交流電源の電源周波数の２倍となる値との差である周波数の周期以内に、周期的に変化する補正波形運転周波数とすると共に、前記補正波形運転周波数を、異なる目標運転周波数であっても、前記モータの周波数のｎ倍と前記交流電源の電源周波数の２倍との差が同じ場合、同じ割合とした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】
請求項１または２に記載のインバータ制御装置で駆動されるモータを内蔵した圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機などに使用されるインバータ制御装置及び圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の空気調和機等に用いられるインバータ制御装置は、空気調和機に内蔵された圧縮機の運転周波数が、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インバータ制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
以下に、この方法を用いたインバータ制御装置について図３、４を用いて説明する。
【０００５】
図３は、上記特許文献１に開示された空気調和機のブロック図を示すものである。
【０００６】
図３において、交流電源１からの交流電力は整流回路２によって直流電力に変換され、変換された直流電力はコンデンサ１０によって平滑され、インバータ回路３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４に供給され、モータ４によって圧縮機１１が駆動される。
【０００７】
また、図４は、運転要求周波数ｆＣが５０Ｈｚである場合の、この空気調和機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４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ｆ１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ｆ２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、第一、第二の時間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。
【０００８】
このように、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ようにしたものである。
【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】
【０００９】
しかしながら、上記従来のインバータ制御装置の構成では、インバータ回路３の入力側に接続されている整流用のコンデンサ１０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０
Ｖ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４にうなり音が発生し、それが圧縮機１１に伝播するという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、圧縮機などを駆動するモータを実質的に電源周波数の整数倍に近い周波数で運転することができると共に、整流用の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提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明のインバータ制御装置は、交流電源を入力とし直流電力に変換する整流回路と、前記直流電力をモータを駆動する任意の周波数の交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の周波数を制御する周波数制御手段と、前記モータの目標運転周波数を入力する目標周波数入力手段と、前記交流電源の電源周波数を検出する電源周波数検出手段と、前記モータの周波数を検出するモータ周波数検出手段とを備え、前記周波数制御手段は、前記目標周波数入力手段により入力された目標運転周波数と、前記モータ周波数検出手段により検出された前記モータの周波数と、前記電源周波数検出手段により入力された電源周波数およびその電源周波数の２倍の周波数に基づいて、前記インバータ回路に駆動信号を出力するもので、電源周波数及びその２倍の周波数によって、周波数制御手段で運転周波数を時間的に変化させて、駆動されるモータのうなり音を大幅に抑制することができる。
【００１２】
又、本発明の圧縮機は、請求項１または２に記載のインバータ制御装置で駆動されるモータを内蔵したもので、モータのうなり音が抑制されるので、圧縮機やそれが組み込まれた空気調和機などの機器の運転音や振動が大幅に低減される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のインバータ制御装置は、圧縮機などを駆動するモータを実質的に電源周波数の整数倍に近い周波数で運転することが可能であり、且つ整流用の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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、交流電源を入力とし直流電力に変換する整流回路と、前記直流電力をモータを駆動する任意の周波数の交流電力に変換するインバータ回路と、前記インバータ回路の周波数を制御する周波数制御手段と、前記モータの目標運転周波数を入力する目標周波数入力手段と、前記交流電源の電源周波数を検出する電源周波数検出手段と、前記モータの周波数を検出するモータ周波数検出手段とを備え、前記周波数制御手段は、前記目標周波数入力手段により入力された目標運転周波数と、前記モータ周波数検出手段により検出された前記モータの周波数と、前記電源周波数検出手段により入力された電源周波数およびその電源周波数の２倍の周波数に基づいて、前記インバータ回路に駆動信号を出力するもので、電源周波数及びその２倍の周波数によって、周波数制御手段で運転周波数を時間的に変化させて、駆動されるモータのうなり音を大幅に抑制できる。
【００１５】
第２の発明は、特に、第１の発明の周波数制御手段によって、モータ周波数検出手段により検出されたモータの周波数のｎ倍（ｎは、整数）が、電源周波数検出手段により検出された交流電源の電源周波数の２倍となる値の近傍であるとき、前記モータの運転周波数を、上下に幅を持ち、前記モータの周波数のｎ倍と、前記交流電源の電源周波数の２倍となる値との差である周波数の周期以内に、周期的に変化する補正波形運転周波数とすると
共に、前記補正波形運転周波数を、異なる目標運転周波数であっても、前記モータの周波数のｎ倍と前記交流電源の電源周波数の２倍との差が同じ場合、同じ割合としたもので、うなり音を抑制することができると共に、制御パターンを容易に設定することができる。
【００１６】
第３の発明は、圧縮機に、請求項１または２に記載のインバータ制御装置で駆動されるモータを内蔵したもので、モータのうなり音が抑制されるので、圧縮機やそれが組み込まれた空気調和機などの機器の運転音や振動が大幅に低減される。
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態におけるインバータ制御装置のブロック図である。
【００１９】
図１において、本実施の形態におけるインバータ制御装置は、ダイオードブリッジ２ａを用い、単相の交流電源１を入力とし直流電力に変換する整流回路２と、前記直流電力を任意の周波数の交流電力に変換すると共にモータ４を駆動するインバータ回路３と、ダイオードブリッジ２ａ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９と、ダイオードブリッジ２ａの直流出力側に接続される極めて小容量のコンデンサ１０と、インバータ回路３の周波数を制御する周波数制御手段５で構成されている。
【００２０】
周波数制御手段５は、目標周波数入力手段６から運転要求周波数が入力され、モータ４の周波数を検出するモータ周波数検出手段の出力と、電源周波数検出手段７で検出された交流電源１の電源周波数及びその電源周波数の２倍の周波数に基づき、インバータ回路３に駆動信号を出力するものである。
【００２１】
１１は、モータ４によって駆動される圧縮機である。
【００２２】
ここで、従来の空気調和機のインバータ制御装置では、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している。
【００２３】
しかしながら、ダイオードブリッジ２ａの直流出力側に接続されているコンデンサ１０が極めて小容量であると、インバータ３の直流母線間電圧は電源周波数の２倍の周期で大きく脈動し、ゼロとなる場合がある。例えば、電源周波数が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。
【００２４】
その結果、モータ４が禁止周波数の上限より、やや高い周波数である５２Ｈｚ、および禁止周波数の下限よりやや低い周波数である４８Ｈｚで一定期間動作している場合、この５２Ｈｚの２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。
【００２５】
図２は、本実施の形態におけるインバータ制御装置において、目標周波数入力手段６から入力される運転要求周波数が９８Ｈｚである場合、および運転要求周波数が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の時間的変化（補正波形）を示すグラフである。
【００２６】
まず、運転要求周波数が９８Ｈｚ（運転要求周波数２）である場合、９８Ｈｚを中心に、上下に幅を持ち、モータ４の周波数の９８Ｈｚと、交流電源の周波数の２倍の１００Ｈｚとの差である２Ｈｚの周期以内に、周期的に変化させる補正波形運転周波数で運転するものである。
【００２７】
補正波形は、電源周波数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、本実施の形態では、交流電源の周波数の２倍の１００Ｈｚに近い側の半端の振幅が０．６Ｈｚ、半周期が０．２７８ｓｅｃであり、他方の振幅が１．０Ｈｚ、半周期が０．１６７ｓｅｃとし、モータ４の運転周波数を時間的に変化させている。
【００２８】
従って、モータ４の運転周波数は、図２に示すように、９７．０Ｈｚ〜９８．６Ｈｚの範囲で動作しているので、電源周波数の２倍の周波数である１００Ｈｚの周波数との差がうなり音となる。うなり音は、１．４Ｈｚ〜３Ｈｚとなり、周期は０．３３ｓｅｃ〜０．７１ｓｅｃとなるので、図２のように、１周期を０．４４５ｓｅｃ（＝０．１６７ｓｅｃ＋０．２７８ｓｅｃ）で動作させることにより、うなり音周期よりもはやくモータ４の運転周波数を変化させているので、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。
【００２９】
ここで、振幅を＋０．６Ｈｚ、−１．０Ｈｚ、周期を０．２７８ｓｅｃ、０．１６７ｓｅｃに設定しているが、勿論これは、別の数値であっても構わない。９８Ｈｚを中心に増加・減少と同じ割合で変化することになるので、実質的にモータ周波数を９８Ｈｚで動作させた場合と等価になる。
【００３０】
さらに、運転要求周波数が４９Ｈｚ（運転要求周波数１）の場合、４９Ｈｚを中心に、上下に幅を持ち、周期的に変化させる補正運転周波数で運転する。このとき、発生するうなり音は、モータ４の運転周波数の４９Ｈｚの整数倍である９８Ｈｚと、交流電源の電源周波数の２倍である１００Ｈｚの差である。
【００３１】
つまり、運転要求周波数が９８Ｈｚの場合と同じうなり音となる。従って、運転要求周波数が４９Ｈｚの場合の補正波形運転周波数を、運転要求周波数が９８Ｈｚの場合と同じ割合にすると、うなり音を抑制することができる。
【００３２】
実際には、交流電源１の周波数の５０Ｈｚ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、モータ４の運転周波数を時間的に変化させることになる。
【００３３】
その結果、モータ４の運転周波数は、図２に示すように、４８．５Ｈｚ〜４９．３Ｈｚの範囲で動作しているので、その整数倍である９７Ｈｚ〜９８．６Ｈｚの周波数と交流電源の電源周波数の２倍である１００Ｈｚとの差がうなり音となる。ここで、図２に示すように、モータ４の運転周波数をうなり音よりも早く変化させているので、うなり音を抑制することができる。
【００３４】
上記のように、運転要求周波数が９８Ｈｚ、４９Ｈｚと異なる場合であっても、モータ周波数の整数倍と前記交流電源１の周波数の２倍である１００Ｈｚとの差が同じ場合、すなわち、運転要求周波数が９８Ｈｚでは、９８Ｈｚと１００Ｈｚとの差と、運転要求周波数が４９Ｈｚでは、４９Ｈｚの整数倍である９８Ｈｚと１００Ｈｚとの差が同じである場合、補正波形運転周波数を同じ割合にすることにより、つまり、運転要求周波数が４９Ｈｚの場合は、うなり音は、運転要求周波数の２倍の成分である９８Ｈｚで発生するので、運転要求周波数が９８Ｈｚの場合の補正波形運転周波数の１／２の振幅にすることにより、うなり音を抑制することが可能となる。
【００３５】
従って、９８Ｈｚの運転要求周波数でのモータ４の運転周波数を時間的に変化させる制御パターンを決めることにより、４９Ｈｚの制御パターンも決まることとなり、制御パターンを容易に決めることができる。
【００３６】
また、本発明のインバータ制御装置は、モータを駆動することにより動作する圧縮機に適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明のインバータ制御装置は、うなり音を大幅に抑制できるもので、圧縮機やそれを内蔵した空気調和機に限らず、インバータで駆動されるモータなどを有する冷蔵庫、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各種機器に適用できると共に、それらの機器の設計の自由度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【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ブロック図
【図２】同ンバータ制御装置の周波数制御を説明するためのグラフ
【図３】従来のインバータ制御装置を内蔵した空気調和機のブロック図
【図４】同インバータ制御装置の周波数制御を説明するためのグラフ
【符号の説明】
【００３９】
１  交流電源
２  整流回路
３  インバータ回路
４  モータ
５  周波数制御手段
６  目標周波数入力手段
７  電源周波数検出手段
８  モータ周波数検出手段
９  リアクタ
１０  コンデンサ
１１  圧縮機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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