(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正弦波と三角波キャリアの比較によりＰＷＭ波形を生成して電動機を駆動するＰＷＭインバータにおいて、
前記三角波キャリアの発生手段は、
電動機から発生する電磁気音が人の可聴周波数範囲になる基本キャリア周波数を設定する設定器と、
前記基本キャリア周波数を係数倍するための係数データをもつ係数データテーブルと、
電動機またはインバータの運転状態に応じて前記係数データテーブルの係数データを周期的または時間間隔を切換えて前記基本キャリア周波数の乗数として得る係数選択回路とを備え、
前記係数データテーブルは、前記基本キャリア周波数を根音として短調の和音（マイナーコード）を構成する３つの音階の周波数になる係数をもつ第１の係数データと、前記基本キャリア周波数を根音として長調の和音（メジャーコード）を構成する３つの音階の周波数になる係数をもつ第２の係数データと、前記マイナーコードとメジャーコードの音階を組み合わせた４つの音階の周波数になる係数をもつ第３の係数データとを備え、
前記係数選択回路は、
インバータまたは電動機の異常を警告する場合には、前記第１の係数データの係数の１つを選択、または前記第１の係数データの係数を該係数に対応した３つの音階が明確に聞き取れる時間間隔で周期的に切換える第１の係数選択手段と、
インバータまたは電動機の正常状態では、前記第２の係数データの係数を該係数に対応した３つの音階が明確に聞き取れる時間間隔で周期的に切換える第２の係数選択手段と、
前記第１の係数データの係数または第２の係数データの係数を該係数に対応した３つの音階が明確に聞き取れない時間間隔で周期的に切換える第３の係数選択手段と、
前記第１の係数データの係数または第２の係数データの係数を該係数に対応した３つの音階に周期的に切換えるモードと、前記第３の係数データの係数を該係数に対応した４つの音階に周期的に切換えるモードを選択し、インバータの出力周波数とキャリア切換え時間間隔との関係で発生するビート音の発生を抑制する第４の係数選択手段とを備えたことを特徴とするＰＷＭインバータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正弦波と三角波（キャリア）の比較によりＰＷＭ波形を生成して電動機を駆動するＰＷＭインバータに係り、特に電動機より発生する電磁気音の音質改善機能を持たせた三角波キャリア発生手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のＰＷＭインバータの基本構成は、図３に示すようになる。電圧形インバータ主回路１は、整流器ＲＥＣと平滑コンデンサＣを直流電源とし、パワートランジスタを使用した半導体スイッチＳＵ〜ＳＺとダイオードＤ１〜Ｄ６のブリッジアームの点弧位相制御により周波数と電圧を制御した交流電力を電動機に供給する。
【０００３】
この制御装置は、電動機の速度検出信号等から三相電圧指令作成回路２に位相及び振幅を制御した正弦波の三相電圧信号を得、コンパレータ３によって三相電圧信号と三角波発生回路４からの三角波（キャリア）信号との振幅比較を行うことでＰＷＭ波形信号を生成し、デットタイム作成回路５によってＰＷＭ波形信号間にデットタイムを加え、主回路１の各スイッチＳＵ〜ＳＺのゲート信号を得る。
【０００４】
上記の基本構成において、ＰＷＭインバータで駆動される電動機からは、三角波キャリア周波数を主成分とする電磁気音が発生する。特に、２ｋＨｚ〜４ｋＨｚ程度までの周波数における「ピー」や「キーン」という、単音の甲高い音質は、人が不快に感じる場合が多い。
【０００５】
そこで、従来では、ＰＷＭインバータの出力容量に余裕をもたせたり、高速のスイッチ素子を採用することによって、可能な限り三角波キャリア周波数を高くし、電磁気音を聞こえにくくする方法が取られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、三角波キャリア周波数を高くした電磁気音の抑制方法は、ＰＷＭインバータのコストアップにつながるばかりでなく、ＥＭＩノイズ（漏れ電流や放射電界）を増加させる欠点がある。
【０００７】
本発明の目的は、キャリアの高周波化を施すことを不要にし、電動機から発生する電磁気音が人に不快感を与えないようにしたＰＷＭインバータを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、電動機から発生する電磁気音を有効利用できるようにしたＰＷＭインバータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電動機から発生する電磁気音が人の可聴周波数範囲になるようＰＷＭインバータの基本キャリア周波数を低くしておき、この基本キャリア周波数を異なる音階の周波数に周期的または時間間隔を変えて切換え、この切換えを電動機やインバータの運転状態に応じて行うことにより、電動機から発生する電磁気音が人に不快感を与えないようにすると共に、電磁気音の違いで電動機及びインバータの運転状態の通報音として利用するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００１０】
正弦波と三角波キャリアの比較によりＰＷＭ波形を生成して電動機を駆動するＰＷＭインバータにおいて、
前記三角波キャリアの発生手段は、
電動機から発生する電磁気音が人の可聴周波数範囲になる基本キャリア周波数を設定する設定器と、
前記基本キャリア周波数を係数倍するための係数データをもつ係数データテーブルと、
電動機またはインバータの運転状態に応じて前記係数データテーブルの係数データを周期的または時間間隔を切換えて前記基本キャリア周波数の乗数として得る係数選択回路とを備え、
前記係数データテーブルは、前記基本キャリア周波数を根音として短調の和音（マイナーコード）を構成する３つの音階の周波数になる係数をもつ第１の係数データと、前記基本キャリア周波数を根音として長調の和音（メジャーコード）を構成する３つの音階の周波数になる係数をもつ第２の係数データと、前記マイナーコードとメジャーコードの音階を組み合わせた４つの音階の周波数になる係数をもつ第３の係数データとを備え、
前記係数選択回路は、
インバータまたは電動機の異常を警告する場合には、前記第１の係数データの係数の１つを選択、または前記第１の係数データの係数を該係数に対応した３つの音階が明確に聞き取れる時間間隔で周期的に切換える第１の係数選択手段と、
インバータまたは電動機の正常状態では、前記第２の係数データの係数を該係数に対応した３つの音階が明確に聞き取れる時間間隔で周期的に切換える第２の係数選択手段と、
前記第１の係数データの係数または第２の係数データの係数を該係数に対応した３つの音階が明確に聞き取れない時間間隔で周期的に切換える第３の係数選択手段と、
前記第１の係数データの係数または第２の係数データの係数を該係数に対応した３つの音階を周期的に切換えるモードと、前記第３の係数データの係数を該係数に対応した４つの音階を周期的に切換えるモードを選択し、インバータの出力周波数とキャリア切換え時間間隔との関係で発生するビート音の発生を抑制する第４の係数選択手段とを備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態を示す装置構成図である。同図が図３と異なる部分は、三角波発生回路４の出力周波数（キャリア周波数）を制御状態に応じて切換える手段を備えた点にある。この切換手段は、基本キャリア周波数設定器６と、係数データテーブル７と、係数選択回路８及び乗算器９で構成される。
【００１５】
基本キャリア周波数設定器６は、基本キャリア周波数が固定値として設定され、三角波発生回路４が発生する三角波周波数の基準値を設定する。この基本キャリア周波数は、インバータ主回路の半導体スイッチに高周波素子を不要にする比較的低い周波数にされ、電動機から発生する電磁気音が人の可聴周波数範囲になるよう設定される。
【００１６】
係数データテーブル７は、上記の基本キャリア周波数設定器６で設定される基本キャリア周波数を１としてこの周波数を係数倍するための複数の係数データが書込まれている。
【００１７】
係数選択回路８は、係数データテーブル７の係数データを選択して乗算器９の乗数として発生するもので、この係数選択信号として電動機の負荷状態（正常負荷／過負荷）や冷却フィン状態（正常／過熱）など、電動機及びインバータの運転状態に対応させた制御信号が与えられる。
【００１８】
乗算器９は、基本キャリア周波数設定器６で設定する基本キャリア周波数に対して、係数選択回路８で選択した係数を乗じ、これを三角波発生回路４のキャリア周波数制御信号として出力する。
【００１９】
以上の構成により、三角波キャリア周波数は、係数選択回路８で選択する係数に応じて切換えられるものであり、この切換えを負荷状態や冷却フィン状態に応じて適当な時間間隔で変化させることにより、三角波キャリア周波数で発生する電磁気音の音色を変化させる。
【００２０】
これにより、本実施形態は、キャリア周波数を高くして電磁気音を聞こえにくくするのではなく、電磁気音をインバータや電動機の運転状態を通報する手段として利用する。例えば、インバータの異常（過負荷、冷却フィンの過熱等）を警告する場合には、人が不快に感じる音質や「暗く寂しい」印象を受ける音質とし、通常の状態では、人が不快に感じない音質や「明るく朗らか」な印象を受ける音質とする音色制御をする。以下に具体的な方法を詳細に説明する。
【００２１】
（ａ）異常を警告する場合の１（不快に感じる音質への変更）
キャリア周波数を人が不快と感じやすい、２ｋＨｚ〜４ｋＨｚ程度の「ピー」や「キーン」という単音の甲高い音質となる周波数に固定する。これは通常の制御方式で発生するものと同じであるが、本実施形態では異常を警告する場合のみ係数選択回路８が係数１を選択することで発生させる。
【００２２】
（ｂ）異常を警告する場合の２（「暗く寂しい」印象を受ける音質への変更）基本となるキャリア周波数を根音として、人が「暗く寂しい」印象を受ける短調の和音（例えばドミ♭ソ：マイナーコード）を構成する３つの音階の周波数を、係数選択回路８で周期的（周波数１→周波数２→周波数３→周波数１→…の順）に切換えるものである。
【００２３】
以上までの、警告音を発生する場合の実際のキャリア周波数は、基本となるキャリア周波数：ＦＣ＿ＳＥＴに、下記の表１に示す係数を乗じた値とする。なお、周波数の切換え間隔によって印象が変化するため、マイナーコードであることを強調するためには３つの音階が明確に聞き取れる程度の切換え間隔：Ｔｃ（ｓｅｃ）（１秒間に６０音階（２０周期）程度→切換え間隔：１７ｍｓ程度）とする必要がある。
【００２４】
【表１】
0003893801.tif 000002
【００２５】
（ｃ）通常の場合の１（「明るく朗らか」な印象を受ける音質への変更）
基本となるキャリア周波数を根音として、人が「明るく朗らか」な印象を受ける長調の和音（例えばドミソ：メジャーコード）を構成する３つの音階の周波数を、係数選択回路８が周期的（周波数１→周波数２→周波数３→周波数１→…の順）に切換えるものである。実際のキャリア周波数は、基本となるキャリア周波数：ＦＣ＿ＳＥＴ（Ｈｚ）に、下記の表２に示す係数を乗じた値となる。
【００２６】
なお、周波数の切換え間隔によって印象が変化するため、メジャーコードであることを強調するためには３つの音階が明確に聞き取れる程度の切換え間隔：Ｔｃ（ｓ）（１秒間に６０音階（２０周期）程度→１７ｍｓ程度）とする必要がある。
【００２７】
【表２】
0003893801.tif 000003
【００２８】
（ｄ）通常の場合の２（不快に感じにくい音質への変更）
キャリア周波数の切換え間隔を短く（８ｍｓ程度→１秒間に１２０音階（４０周期）程度）していくと、メジャーコードかマイナーコードかの判別ができなくなり、どちらの場合でも「ザー」といった、人が不快に感じにくい音質に変化する。
【００２９】
従って、積極的に何かを通報しようとする場合以外は、インバータの制御周期：Ｔｓ（ｓｅｃ）の正数倍の比較的短い時間（２ｍｓ〜１０ｍｓ）毎にキャリア周波数を切換えることとする。
【００３０】
（第２の実施形態）
前記の第１の実施形態で、キャリア周波数の切換え間隔：Ｔｃ（ｓｅｃ）は、音階を明確にするためには長く、不快に感じにくくするためには短くするものの、インバータ出力周波数：Ｆｏ（Ｈｚ）とは無関係に一定の周期（制御周期：Ｔｓ（ｓｅｃ）の正数倍）としていた。
【００３１】
しかし、インバータ出力周波数：Ｆｏ（Ｈｚ）が、切換え間隔：Ｔｃ（ｓｅｃ）によって決まる周波数：Ｆｎ＝１／（３＊Ｔｃ＊ｎ）（Ｈｚ）（ｎ＝６，３，１）に接近すると、６＊｜Ｆｎ−Ｆｏ｜（Ｈｚ）の周波数をもったビート音が発生する。これは、積極的に何かを通報しようとする場合以外の通常運転時には、気になる挙動である。
【００３２】
そこで、本実施形態では、通常運転状態でキャリア周波数切換え間隔：Ｔｃ（ｓ）を短く設定している場合には、第１の実施形態の（ｄ）に示した通り、音階の構成によらず、人が不快に感じにくい音質となることから、前記の表１と表２の音階を組み合わせた４つの音階の周波数を周期的に切換える設定を別途用意しておき、ビート音の発生に起因する周波数をＦｎ’＝１／（４＊Ｔｃ＊ｎ）（Ｈｚ）（ｎ＝６，３，１）に変更することを可能にする。このときの係数例を下記の表３に示す。なお、この切換えは、ＰＷＭインバータの出力周波数に応じて、自動的に行うことも可能である。
【００３３】
【表３】
0003893801.tif 000004
【００３４】
以上のキャリア周波数切換え機能を実現する構成を図２に示す。同図では、係数データテーブルとして係数データテーブル７の他に、前記の表１と表２の音階を組み合わせた４つの音階の周波数を周期的に切換える係数をもつ係数データテーブル７Ａを設け、係数選択回路８Ａではこれらデータテーブルからの係数読み込みに、３つの音階を切換えるモードと４つの音階を切換えるモードを選択するし、ＰＷＭインバータ出力周波数とキャリア切換え時間間隔との関係で発生するビート音の発生を抑制する
【００３５】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、電動機から発生する電磁気音が人の可聴周波数範囲になるようＰＷＭインバータの基本キャリア周波数を低くしておき、この基本キャリア周波数を異なる音階の周波数に周期的または時間間隔を変えて切換え、この切換えを電動機やインバータの運転状態に応じて行うようにしたため、以下の効果がある。
【００３６】
（１）ＰＷＭインバータで駆動される電動機から発生する電磁気音を、可聴範囲に保ったまま、人に不快感を与えない音質に変更することができる。
【００３７】
（２）装置のコストアップやＥＭＩノイズの増加を伴う、キャリア周波数の高周波化が不要になる。
【００３８】
（３）ＰＷＭインバータで駆動される電動機から発生する電磁気音を、ＰＷＭインバータの状態を通報するための手段として利用することで、通報のための特別な音響設備（ブザー、スピーカ等）が不要になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す装置構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す装置構成図。
【図３】ＰＷＭインバータの基本構成図。
【符号の説明】
１…電圧形インバータ主回路
２…三相電圧指令作成回路
３…コンパレータ回路
４…三角波発生回路
５…デットタイム作成回路
６…基本キャリア周波数設定器
７、７Ａ…係数データテーブル
８、８Ａ…係数選択回路
９…乗算器
【図１】
0003893801.tif 000005
【図２】
0003893801.tif 000006
【図３】
0003893801.tif 000007