論 文

キャリア周波数変調PWM法 とその低電磁音化の評価

正員 霧 斌(東 洋電機製造)

正員 宮下 一郎(東 洋電機製造)

正員 曽根 悟(東 京大学)

Carrier Frequency Modulation PWM Method and its Evaluation of Low Magnetic Noise Effect

Bin Kaku, Member, Ichirou Miyashita, Member (Toyo Electric Mfg Co.,LTD.) Satoru Sone, Member (The University of Tokyo)

To solve the acoustic magentic noise problem, the carrier frequency sinusoidal modulation PWM method has been proposed. But, there are some unresolved problems, such as how to determine the amplitude and frequency of the sinusoidal function which is used to modulate the carrier frequency, and within a certain

carrier frequency range, how to select the PWM method to get the lowest acoustic magnetic noise.In this paper, first, the harmonics analysis for the carrier frequency sinusoidal modulation PWM is

presented. Next, the relation among the harmonics spread effect, the amplitude and frequency of the sinusoidal function is discussed. The optimum values (amplitude and frequency) are determined based on the calculation of the author defined HSF (harmonics spread factor). And then, based on the author proposed induction motor acoustic magnetic noise vs. harmonic current characteristic function ( NHCC function ), the

applicable carrier frequency ranges of the two kinds of low acoustic magnetic noise PWM methods are clarified. Finally, the experimental results are shown to verify the effectiveness of the proposed PWM method for reducing the peak values of harmonics. The low acoustic magnetic noise effect obtained by the

proposed PWM method is also evaluated by the actual measurement and psychological test.

キー ワー ド:電 圧 形 イ ンバ ー タ,キ ャ リア周波 数変 調PWM方 法,電 磁騒 音

1.ま え が き

最 近,高 効率化,省 エ ネ ルギ ー化 などの 目的か ら,三 相

誘導電 動 機(以 下,単 にモ ー タ とい う)を イ ンバ ー タな ど

の歪 み 電源 で可 変速 度駆動 す る用 途 が増 大 してい る。 しか

し,イ ンバ ー タの 歯 力 波 形 に含 まれ る高 調 波 成 分 に よる

モータ の電磁 騒 音等 が問 題 とな っ てい る。環 境 適合 性 向上

の観点 か ら,電 磁 騒 音 を低 滅す る ため のPWM変 調 法 に間

しての研 究 が盛 ん に行 われ て いる(1)、(7>。 電磁 騒音 低減

PWM法 に は,大 別 して二 つ の方 法 が ある。 一つ は高調 波

成分の エ ネ ルギ ー を低 減す るこ と に よって電 磁 騒音 を低 減

す る方 法 で あ り,代 表例 と して文 献(1)～(3)の よ う

な高調 波電 流 の実 効 値 を低 減す る方 法が挙 げ られ る。 も う

一つは 高調 波 の周 波 数 分布 を拡 散 させ る こ とに よって電磁

騒音 を低 減 す る 方法 で あ り,代 表 例 と して 文 献(4)～

(7)の ような キ ャ リア周 波数 を変 調す る方 法 が挙 げ られ

る。 キ ャ リア周 波 数 変 調PWM方 法 に おい て,次 の二種類

の方法が あ る。

(1)キ ャ リア周 波数 ラ ンダム変調PWM方 法 。

瞬 時キ ャ リア周 波数fsが 下式 で表現 出で きます。

fs(t)=fso+Random Data…(1)

ラ ンダム変調 用 の ランダムデ ー タと して は,一 様 分布 の

ラ ン ダムデ ー タが よ く使 われて い ます。 しか し,一 様分 布

の ラ ンダムデ ー タを 使 うので,こ れ らの論文 の実験 結果 に

示 したよ うに高調 波成 分の ピー ク値 は まだ残 っ てい ます。

(2)キ ャ リア周 波 数正弦 波変調PWM方 法 。

瞬 時キ ャ リア周 波 数fsは 下式 で表現 で き ます 。

fs(t)=fSO+Acos2πf△r……(2)

キ ャ リア周 波数 正 弦波 変調 にお い て,二 つ の パ ラメ ー タ

Aとfaが ある。 従来 の方 法(4)で はA/f△ を一 つ のパ ラ

メ ー タ と して,シ ミ ュ レーシ ョン 及 び実験 結 果 に よって最

電 学論D, 118巻2号,平 成10年 179

適 なA/f△ を決め る。 しか し,具 体 的 にAとfoを どの よ

うに決 まる か につ い て はっ き り して い ませ ん。 そ こで,筆

者 らは,こ れ らの問 題 を解 決 す る ため に,ま ず,キ ャ リア

周 波 数 変 調 の 鳳的,即 ちキ ャ リア 周 波数 変調 に よ り高調波

の振 幅 を平均 化 させ る とい う 目的 か ら,数 理 統 計理論 の分

散 の概 念 を利 用 し,高 調 波 拡 散係数HSFを 定義 して,こ

のHSFを 最 小 に なる よ うにAとf△ を決 め る新 しい キャ

リア周 波数 正弦 波変 調PWM方 法 を提 案 す る。 さらに,筆

者 らが 提 唱 した モ ー タの 電磁 騒 音一 高 調 波 電 流 特性 曲線

(NHCC曲 線) (3)に 基づ いて,モ ー タに生 じる電磁騒

音 を予 測 し,こ れ よ り二種 類 の低 電 磁音PWM方 法 の有効

な使用 範 囲 を明確 にす る。

本 論 文で は,ま ず,非 同期PWM変 調 にお け る波形 解析

方 法(8)(9)を 基 づ い てキ ャ リア周 波 数 正弦 波変 調PWM

方 法 を 用い た場 合 の 高調 波成 分 を解析 し,提 案 す る方法 の

原理 に つ いて述 べ る 。次 に,モ ー タの電磁 騒 音 一高 調波電

流 特性 曲線 を利 用 して,二 種類 のPWM方 法 にお けるモ ー

タの電 磁 騒 音 を予測 す る上 で,低 電磁 音 化 の ため に各 キ ャ

リア周 波数 領域 に お い て どの種 類 の低 電磁 音PWM方 法 を

選択 す るか を明確 に す る。最 後,シ ミュ レー シ ョン及 び実

験 結果 に よ り提 案 す る方法 の有効 性 を確 認す る。

2. キ ャ リ ア 周 波 数 正 弦 波 変 調 に お け る

高 調 波 分 析

以下 の検 討 では キ ャ リア周波 数 が 充分 高 い,し か も非 同

期PWM制 御 を採 用 す る と仮定 す る。非 同期PWM制 御 で

は,信 号 波 の一 周期 内 に含 まれ るPWMパ タ ー ンに繰 り返

し性 が ない の で,信 号 波 の角 周 波数wlを 基 準 に して,そ

の倍 調 波 を フー リエ 解 析す る方 法 の 道用 に無 理 が ある。 む

しろ,キ ャ リア波 の角 周波 数 ωsを 基 準 に して,そ の側帯

波 の 分 布 を考察 す る方 法 が適 して いる(8)(9)。 図1に

キ ャ リ ア波 一周期 に おけ る インバ ー タの 出力 稲 電圧 パ ルス

波 形 を示 す。 フ ー リエ 展 開に よ り,こ のパ ル ス 波形 は式

(3)で 与 え られ る。

(3)

た だ し,式(3)に お いて,Eは イ ンバ ー タ の入力 直流 電

圧,ωsは キ ャ リア波 の角 周波 数,TSは キ ャリア波 の周期

Tdは パ ルス の 幅 であ る。 PWM変 調 の場 合 に, TSとTd

に は次 の よう な関係 式が あ る。

(4)

た だ し,ω1は イ ンバ ー タの出 力基 本 波 角周 波数,aは

イ ンバ ー タの 電圧 変調 率 であ る。 式(4)を 式(3)に 代

図1 イ ンバ ー タ の 出 力 相 電 圧 パ ル ス 波 形

Fig.1. Phase voltage pulse of inverter in one carrier period

入 し,さ ら に,Bessel関 数 を 利 用 して 展 開 す る と,イ ン

バ ー タの 出 力 線 間 電 圧 は

(5)

となる。 式(5)か ら非 同期PWM変 調 にお け る イ ンバー

タの 出力線 間電圧 の 周波 数成分 は次 の よ うに なる。

基本波振幅

高調波周波数

高調波振幅

キャリア周波数fsを 変えることによって高調波の周波

数分布 も変えられる。この場合における高調波成分を分析

す るため に, 「角度 変調通信 方 式」(10)に 関す る公式 を次

の よ うに導 入 す る。

まず,正 弦波 の周 波 数 とい うも の を も う一 度 考 えて みる

必要 が あ る。一 般 的 に,正 弦 波 関 数 を拡張 して式(6)で

表す ことが で きる。

(6)

こ こで,φ(の は任 意の 時 間関 数 で あ り,正 弦波 はそ

の特 別 な場合 と して,φ(t)=ω 亡の よ うに時 間の一次

関数 で 表 され る場 合 に相 当す る。 φ(の はy(r)の 瞬

時位 相角 で あ り,瞬 時周波 数 が次 の ように定 義 で きる。

(7)

180 T. IEE Japan, Vol. 118-0, No. 2, '98

低電磁音PWM及 び低電磁音化の評価

式(6)は 次 の よ うに書 き直す こ とがで きる。

〓 … …(8)

イ ンバー タの キ ャ リア 周波 数fsが 定 数 では な く,時 間

の関 数 と して変化 す る場合 に,正 弦 波関 数 の 拡張 した表 現

を用 いて,式(3)は 次の ように書 き直 す こ とが で きる。

(4)

キ ャ リア 周波 数fsが 式(10)の よ うな正 弦波 であれ

ば,こ れ をキ ャ リア周 波 数正 弦波 変調PWMと 呼ぶ。

〓(10)

ここ で,fSOは 平 均 キ ャ リア 周 波 数,Aは 正 弦波変 調 の

幅,f△ は 正 弦波 変 調 の 周 波 数 であ る。 式(10)を 式

(9)に 代 入 し,Besse1関 数 を利用 して 展 開す ると,イ ン

バー タの 出力線 間電圧 は式(11)で 与 え られる時

(11)

上式 か ら,キ ャ リア 周 波 数 正 弦波 変 調PWMに お い て

は,線 間電圧 に含 まれ る高 調波 成分 は次 の通 りになる。

高調波周波数:〓

振幅〓

3.キ ャ リア 周 波 数 正 弦 波 変 調PWM

キャリア周波数正弦波変調PWM方 法の狙いは,高 調波

の周波数分布 をより広い周波数範囲に拡散することであ

る。式(10)に おいて,ニ つのパラメータ,即 ち,正 弦

波変調の幅Aと 周波数f△ である。これらのパラメータの

決め方に関して次のような選定方法がよいと考える。

〈3.1>キ ャリア周波数正弦波変調の振幅A

キャリア周波数変調の効果,即 ち,高 調波の周波数分布

を より広 い周 波 数範 囲 に拡散 させ るた め には,キ ャリア周

波数 正弦 波変 調 の振幅Aを で きる だ け大 き くす れ ば よい。

しか し,現 実 にス イ ッチ ング素子 の動作 周波 数 の制 限が あ

る。即 ち,瞬 時ス イ ッチ ング周 波数fsmax=fSO+Aは

素子 の最大 動作 周波 数 よ り小 さ くしなけれ ば な らない。

図2に 通常 の キ ャ リア 三角 波PWM方 法 に お け る イ ン

バ ー タ出力線 間 電圧 の スペ ク トル を示 し,高 調波 が キ ャ リ

ア周波 数 の整 数 倍の と こ ろ を 中心 に分 布 す る、こ とが わか

る。 図2に 示 す よう に,式(1O)で キ ャ リ ア周 波数 を変

調す る と き,隣 接 す る整 数倍 の キ ャリア周波 数の 真 ん中 の

ところ に新 しい高調 波成 分が 出 ない よ うにす る ため に,A

は下 式(12)の 如 く決 め る必 要が あ る｡

(12)

図2 キ ャリア周波 数可 変調 範囲

Fig.2. Adjustable range of carrier frequency

〈3.2> キ ャ リア 周 波 数 正 弦 波 変 調 の 周 波 数f△

周 波 数 分布 の拡散 効 果 を評 価す るた め に,高 調 波の スペ

ク トル の 分散 を高調 波拡 散 の評価 量H5F(高 調 波拡 散係

数,Harmonics Spread Factor)と して次の よ う定 義す る。

HSF=E[(An-Ao)2] (13)

た だ し,E(・)は 平 均 値 を求 める こ と を意味 す る。 Ah

は各高調 波成 分 の振幅 で あ り,Ao=El(Ah)は 各 高調 波

成分の 振 幅の平 均値 で ある。即 ち,各 高調 波 成 分 の振 幅 は

平 均値 に対す るバ ラツ キが小 さけれ ば小 さい ほ どHSFが

小 さ くな り,高 調波 分 布 の拡散 効 果が 大 き くな る と考 えて

い る。

図3に,式(10)で キ ャ リア周波 数 を変 調 し,平 均 ス

イ ッチ ング周 波 数fsｏ=500Hz,1(kHz), 2

(kHz), 3(kHz), A=fsｏ/2の 場 合 に おけ る

HSFと1og(A/f△)と の 関係 を示す 。 この 結 果 に

よれば,log(A/f△)=3の 付 近 で,即 ち,f△=A

＊10-3(kHz)の とき, HSFが 非常 に小 さ く,周 波

数分布 の拡 散効 果が大 きい こ とが わか る。

電学論D, 118巻2号,平 成10年 181

図3 ス ペ ク トル の 分 散 効 果 とA/f△ と の 関 係

Fig.3. Relation between spectrum spread effect and A/f△

4. 各 キ ャ リ ア 周 波 数 領 域 に お け る 低 電

磁 音PWMの 決 定 法

〈4.1>NNCC関 数(Acoustic magnetic Noise

vs, Harmonic Current Characteristic電 磁 騒 音-

高 調 波 電 流 特 性 曲線)に よ る 低 電 磁 音 化 の 評 価 参

考 文 献(3)に 著者 らは新 しい イ ンバ ー タ ・モ ータシ ステ

ム にお ける電 磁 騒音 の予測 法 を提 案 した。 こ の方 法 を利用

して,提 案 の キ ャ リア周波 数 正弦 波 変調PWMに よる低電

磁 音 化の 効 果 につ いて評 価 で きる。

まず,NHCC関 数 に よる電磁 騒 音の予 測 法 について述

べ る。 モ ー タの単 一 高 調波 電 流 に対 す る騒 音 の応答 を表す

るNHCC関 数,即 ち,モ ー タの 電磁 騒音 一高 調波電 流特

性 関 数は 次 の よ うに定 義 す る。

正弦 波 電 源 に単 一 高調 波 成分 を加 えてモ ー タに印加 す る

と,モ ー タ に単 一 高 調 波電 流が 流 れ る。 この と き,モ ー タ

に発 生 す る電 磁騒 音 レベ ルLaと 単 一高調 波 電流Inと の関

係 関数Lo=f(Ih)を モ ー タ の電磁騒 音一 高調 波電 流特

性 関数 と呼 ぶ。 図4に,あ る7.5(kW)の モ ータ を対

象 と して 実 測 したNHCC曲 線 を 示す 。 この 曲線 に基 づい

モ ー タの 高調 波 電流 成分 か ら,下 式 に よって,モ ー タの電

磁 騒音Lを 予 測 す る こ とが で きる。

(14)

〈4.2> 各キャ リア周波数領域 における低電磁音

PWM法 の選択 低電磁音PWM方 法には,大 別して

二種類の方法がある。第一の方法は文献(1)～(3)の

ような高調波電流の実効値を低減するPWM方 法が挙げら

れる。第二の方法は本論文で検討 した高調波の周波数分布

をより広い周波数範囲に拡散することによって電磁騒音を

低減する方法である。ここで,上 述のNHCC関 数を利用

して二種類の低電磁音PWMの 使用範囲を次のように決定

図4 モー タの電磁 騒音一 高 調 波電 流特 性 関数

Fig.4. Magnetic noise-harmonic current characteristic

す る。

まず,二 種 類 のPWM方 法 にお いて,イ ンバ ー タで モー

タを駆 動 す る ときの モ ー タ電流 の 高 調波 成分 を計算 し,こ

れ を111,I１2,・ Ｉ1」と記 入 す る。jは 高 調波の

番号 で あ る。次 に,番 号jに 対応 す る基準 値 電流Iｏjと 電

磁 騒音Lojが 図4か ら得 られ る。 これ らの値 を式(14)

に代 入 す る と,二 種 類 のPWM方 法 にお け る 電磁 騒音 対

キ ャ リア周波 数 特性 曲線L1,L2が 求め られ,恥 とL2

との交 点 か ら,二 種 類 の低 電磁音PWM方 法 の使 用範 囲が

決め られる。 図5は 計算結 果の例 で あ り,2 (kHz)以

下 の キ ャ リア周 波数 領 域 に第一 の 低電 磁音PWM方 法,2

(kHz)以 上 の キ ャ リア周 波 数領 域 に第 二 の低 電磁音

PWM方 法 を使 えば,よ り大 きな低 電 磁音 化 効 果 が ある こ

とを示 す。

一○一 第 一の低 電磁 音PWM方 法

一□一 第 二の低 電磁 音PWM方 法

キ ャ リア周波数fs(kHz)

図5各 低 電磁音PWMの 比較(シ ミュ レー シ ョン結 果)

Fig.5. Comparisonaf results (simulation)

5. シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 及 び 実 験 結 果

実験 用の モ ー タは7.5(kW)の モ ー タ で あ り,定 格

線 間電 圧200(V),定 格 電流30(A),定 格 周 波数

182 T. IEE Japan, Vol. 118-D, No. 2, '98

低電磁音PWM及 び低電磁音化の評価

周 波数(kHz)

(a)キ ャ リア 周 波 数fs=2(kHz)(変 調 あ り)

(a) Carrier frequency fs=2 (kHx) (proposedmethod)

周 波 数(1.25kHz/div)

(a) キ ャ リ ア周 波 数fs=2(kHz) (変 調 あ り)

(a) Carrier frequency fs=2 (kHz) (proposedmethod)

周 波数(kHZ)

(b) キ ャ リ ア 周 波 数fs=1 (kHz) (変 調 な し)

(b) Carrier frequency fs=1 (kHz) (conventional method)

周 波 数(1.25kHz/div)

(b) キ ャ リ ア周 波 数fs=1(kHz) (変 調 な し)

(b) Carrier frequency fs=1(kHz) (conventional method)

周 波 数(kHz)

(c) キ ャ リ ア 周 波 数fs=2(kHz)(変 調 な し)

(c) Carrier frequency fs=2(kHz) (conventional method)

周 波 数(1.25kHz/div)

(c) キ ャ リ ア 周 波 数fsニ2(kHz)(変 調 な.し)

(c) Carrier frequency fs=2 (kHz) (conventional method)

周 波 数(kHz)

(d) キ ャ リ ア 周 波 数fs=3(kHz) (変 調 な し)

(d) Carrier frequency fs=3(kHz) (conventional method)

図6 モ ー タ の 線 間 電 圧 ス ペ ク ト ル(シ ミ ュ レ ー シ ョ ン)

Fig.6. Spectrum of motor line-line voltage (simulation)

周 波 数(1.25kHz/div)

(d) キ ャ リ ア周 波 数fs=3 (kHz) (変 調 な し)

(d) Carrier frequency fs=3 (kHz) (conventional method)

図7 モ ー タの 線 間 電 圧 ス ペ ク トル(実 験 結 果)

Fig.7. Spectrum of motorline-line voltage (experiment)

電学論D, 118巻2号,平 成10年 183

50Hzで あ る。 モ ー タはIGBTイ ンバ ー タで駆 動 す る。

図6に 線 間電圧 ス ペ ク トルの シ ミュ レー シ ョン結 果 を示

す 。 図6(a)は 提 案 す る方法 に よる結 果,平 均 キ ヤ リア

周 波 数fsO=2 (kHz),キ ャ リァ周 波数 を正弦 波 関数

で変調 し,変 調幅A=fS0/2=1(kHz),変 調周 波

数f△=A＊10-3=1(Hz)で あ る。 この と き,最 大

キ ャ リ ア周波 数fsmax=3(kHz),最 小 キ ャリア周

波 数fSlnin=1(kHz)と な る 。 図6 (b),

(c), (d)に そ れ ぞ れ キ ャ リア周 波数(変 調 な し)

fs=1(kHz),2(kHz),3(kHZ)に 対応

す る線 間 電圧 の スペ ク トル を示す 。 提案 す る 方法 よ り電圧

スペ ク トル の ピー ク値 が大 幅 に低 減 され るこ とが わか る。

図7に 実験 結 果 を示 す 。図7に よれ ば,実 験 結 果 は シ ミュ

レーシ ョン結果 とよ く一 致す るこ とを確 認 した。

6. 低 電 磁 音 化 に 関 す る 評 価

提 案 す る方法 に よ る低 電 磁音化 の効 果 につ いて 評価す る

ため に,NL11型 騒音 計 で騒音 を測 った。 実験 は普通 の

実 験 室 で行 った。 暗 騒 音 は50(dB)以 下 であ るの で,

無視 した。 実験結 果 は5回 測 定 した結 果 の 平均 値 で あ る。

図8,図9に モー タの50%及 び100%負 荷 状態 の実

測結 果 を示 す 。従 来 のPWM方 法 では低 電磁 音 制 御が 合 ま

れ てい ない。 明 らか に,従 来 のPWM方 法 に 比 べ て,2、

8(kHz)キ ャ リ ア周 波数 領 域 にお い て提 案 す る方 法に

よ り電 磁騒 音が3～8(dB)ぐ らい低 減 で きる こ とを確

認 した 。 さらに,両 端の キ ャ リア 周 波数 領域 にお いて提案

のPWM方 法 はあ ま り低 電磁 音効 果 が ない こ とが わか る。

図10に モー タが定 格 状態 で,高 調 波電 流低 減 の 第一の低

電磁音PWM方 法及 び提案 の 第二 の低 電磁 音PWM方 法 に

よる電磁 騒 音の 測定 結 果 を示 す。 図4に 示 した計 算結 果の

通 りに,2(kHz)付 近 の所 は 二種 類 の低 電磁 音PWM

方法 の使用 範 囲の分 界点 で あ る こと を確 認 した。

一○一 第一 の低 電磁 音PWM方 法

→-ヨ-第 二 の低 電磁 音PWM方 法

一○-従来 方法

一-□-提 案 方法

図8 モ ー タ の 電 磁 騒 音(50%負 荷)

Fig.8. Motor magnetic noise (50% load)

一○一 従 来方 法

一□一 提 案方 法

図9 モ ー タ の 電 磁 騒 音 (100%負 荷)

Fig.9. Motor magnetic noise (100%load)

図10 各 低 電 磁 音PWMの 比 較 (実 験 結 果)

Fig.10. Comparison between low magnetic noise PWM

methods (experimental result)

人 間 の 耳 の聴 感 特 性 は 音 圧 レ ベ ル の 大 き さ や 周 波 数 の違

い に よ っ て 複 雑 に 変 わ る 。 こ れ を 考 え る と,図8 ,図9の

結 果 に 対 して,人 間 の 耳 は どの よ う に 反 応 す る か に つ い て

調 べ る た め に,次 の よ う な 心 理 実 験 を 行 っ た 。 図8,図9

口 提案方法は従来方法 よ りよい

〓提案方法は従来方法 と同 じ

■提案方法は従来方法 よ り悪い

図11 電磁騒音に関する心理実験(50%負 荷の場合)

Fig.11. Psychological test about magnetic noise (50%load)

184 T. IEE Japan, Vol. 118-D, No. 2, '98

低電磁音PWM及 び低電磁音化の評価

□ 提案方法は従来方法 よりよい

〓提案方法は従来方法 と同 じ

■ 提案方法は従来方法 より悪 い

図12電 磁 騒音 に関す る心理 実験(100%負 荷)

Fig.12. Psychological test about magnetic noise(100%load)

に示 した騒 音 を録音 して10人 に 聞かせ る。 音 に対 す る感

覚 は提 案 のPWM方 法 によ る音 の 感覚が 従来 のPWM方 法

よ り① よい② 同 じ③ 悪 い,と い うよ うな三 つ の結果 に分 け

る。聴 者の 感覚 につ いて ア ンケ ー トの形 で調 べ て見 ると,

図11,図12に 示 す よ うな結果 となった 。 この 図 におい

て,縦 軸 は上 述 の 三 つ の感 覚 を感 じて い る人 の割 合 で あ

る。 この結 果 に よれ ば,人 間の耳 の反応 と して は,3～6

(kHz)の キ ャ リア周 波 数範 囲 に提 案のPWM方 法 に よ

る音 の 感覚 が従 来 のPWM方 法 よ りよい こ とが わか る。2

(kHz)付 近 で(100%負 荷)86(dB)の 電磁 騒

音 の音 圧 レベ ル は人 間 の耳 の感度 の飽和 領域 で あ り,電 磁

騒音が6(dB)ぐ らい減 って も,人 間の 耳 は ほ とん ど騒

音 の低 減 を感 じない 。 これ に対 して,5(kHz)付 近で

もと も との電磁 騒音 は80(dB)で あ り,人 間の耳 の感

度 の飽 和 領域 で は な い の で,同 じ程 度 の電 磁 騒 音 の 低 減

量,即 ち,a電 磁 騒 音 が80(dB)か ら75(dB)ま で

減 る と,人 間の耳 は静 か に なった と感 じる。

7.あ と が き

本論 文で は,低 電 磁音 化 を 目指 す新 しい キ ャ リア周 波数

正弦波 変調PWM方 法 を提案 した 。本 提案 は 電磁 騒音 の低

減の た め に高調 波 の周 波 数分 布 を よ り広 い周 波数 領域 に拡

散す る 。周 波数 分布 の拡 散効 果 を評 価 す るた め に,高 調波

拡散係 数HSFを 定 義 し,こ れ を利 用 してHSFが 最 小 に

な るよ うにキ ャ リア周 波 数変 調 の幅 と周 波 数 を決 定す る。

実験 結 果 に よれ ば,提 案 方法 に よ り線 間電圧 スペ ク トル の

ピー ク値 が 大幅 に低 減 され るこ とを確 認 した。

さら に,著 者 らが 提 唱 したモ ー タの 電磁騒 音 一高調 波電

流特 性 曲線,い わ ゆ る モー タの単 一高調 波 電 流 に対 す る騒

音応 答 曲線 に基 づ い て,各 キ ヤ リア周 波数 領 域 にお ける二

種類 の 低 電磁 音PWMの 選択 法 を提 案 した。実験 結 果 に よ

れば,キ ャリア周波 数2～8kHzの 領域 で 提 案 す る方 法

に よっ て騒音 レベル で3～8(dB)ぐ らい の低 電磁 音 効

果 を確 認 した。 実際 の 人 間の耳 の反 応 を調 べ る た め にア ン

ケー トの 形で行 った 心理 実験 を実 施 し,3～6(kHz)

のキ ャ リア周 波数 範 囲 にお いて提 案 のPWM方 法 によ る音

の感覚 が従 来のPWM方 法 よ りよい ことを確 認 した。

(平成9年2月27日 受付,平 成9年10月6日 再受 付)

文 献

(1) Pekik Argo Dahono・Yukihiko Sato・Teruo Kataoka:「Analysis

and Minimization of Harmonic in the AC and DC sides of PWM

Inverters」,電 学 論D, 115, 553 (平7-5)

(2) 霧 ・宮 下 ・曽 根:「 高 調波 電 流 実 効 値 を最 小 に す るPWM方 法 」

産 業 電 力 電 気 応 用研 究会 資 料,SPC・95-106

(3) 霍 ・宮 下 ・曽根:「 高 調 波 電 流 実効 値 最 小 のPWM変 調 法 及 び 低

電 磁 音 化 の評 価 」,電 学 論D,117,946(平9-8)

(4)「 イ ンバ ー タ ドラ イ ブハ ン ドブ ック」 日刊 工 業 新 聞 社

(5)雷 ・宮 下 ・曽 根:「 騒 音 低 減 を め ざす キ ャ リ ア周 波 数 変 調PWM

方 法 に 関 す る検 討 」,平 成8年 電気 学 会 産 業 応 用 部 門 全 国 大 会,

Vol.1,pp273

(6) Andrzej M. Trzynadlowski, Frede Blaabjerg, John K.Pedersen, R.Lynn Kirlin, Stanislaw Legowski, "Random Pulse Width

Modulation Techniques for Converter-Fed Drives Systems-A Review", IEEE Trans on Industry Applications, Vol. 30, No.5,

pp1166-1175, Sept/Oct, 1994(7) Bin Kaku, Ichiro Miyashita, Satoru Sone:" Novel Random PWM

Method Based on Normally Distributed Random Data", EPE'97 Proceedings, pp.1. 152-1. 157(8) 高橋 ・宮入:「PWMイ ンバータの出力波形 とゲー ト制御信号 と

の関係」,電 学論B, 95, 73 (昭和50-2)

(9) 松井景樹 ・佐藤則明:「PLLを 用いたPWMイ ンバー タにおけ

る変調の一方式」,電 学論B, 104巻, 4号, (昭和59)

(10) 瀧保夫:「 通信方式」,電 気通信学会

雷 斌(正 員) 1963年7月25日 生(中 国,唐 山)。1985

年7月,西 南交通大学工学部電気 工学科 卒業。19

87年4月 同大学 電気工学部電気 化自動化専攻修士

課 程修了,工 学修士 。現在東洋電 機製造(株)技 術

研 究所 にてパ ワーエ レク トロニ クス関連の研 究に従

事。

宮 下 一郎(正 員) 昭和13年7月22日 生。41年3月 東京大

学工学部電気工学科卒業。41年4月 東洋電機製造

(株)入 社。主 と して,パ ワーエ レク トロニクスと

モー タドライブ制御の研究開発 に従事。技術研究所

勤務。

曽根悟'(正員)昭和14年4月23日 生。37年3月 東京大学

工学部電気工学科卒業。42年 同 大学 大学院博士課

程修了。工学博士。59年 同大学 電気 工学科教授。

主 として,交 通システム工学 とパ ワーエ レク トロニ

クスの研究に従事。

電 学論D, 118巻2号,平 成10年 185