同期モータ駆動装置およびそれを備えた冷凍サイクルを有する機器
【課題】簡易な構成で、精度の良い有効電力の計算および入力交流電流の推定が可能な同期モータ駆動装置およびそれを備えた冷凍サイクルを有する機器を提供する
【解決手段】マイクロコンピュータ（Ａ１）により、３相のインバータを有するインバータ回路（３）の直流電流（Ｉｄｃ）を、同期モータ（４）の機械的一回転の周期に亘って測定し、３相の各インバータの瞬時電力を計算する。３相の各インバータの瞬時電力から同期モータ駆動装置（ＭＤ１）の有効電力を算出し、さらに、商用交流入力電流（Ｉａｃ）の実効値を推定する。
【解決手段】マイクロコンピュータ（Ａ１）により、３相のインバータを有するインバータ回路（３）の直流電流（Ｉｄｃ）を、同期モータ（４）の機械的一回転の周期に亘って測定し、３相の各インバータの瞬時電力を計算する。３相の各インバータの瞬時電力から同期モータ駆動装置（ＭＤ１）の有効電力を算出し、さらに、商用交流入力電流（Ｉａｃ）の実効値を推定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期モータ駆動装置およびそれを備えた冷凍サイクルを有する機器に関し、特に、インバータ回路で生成した３相交流電力を同期モータへ供給する、同期モータ駆動装置およびそれを備えた冷凍サイクルを有する機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期モータを駆動する同期モータ駆動装置は、一例として、圧縮機、蒸発器、および凝縮器による冷凍サイクルを有する機器で使用されている。冷凍サイクルを有する機器として、冷凍装置や空調装置（以下、冷凍・空調装置、とも記載する。）が例示される。冷凍・空調装置では、圧縮機やファンモータとして、同期モータ駆動装置でその動作が制御される同期モータが採用される場合が多い。
【０００３】
同期モータ駆動装置は、商用交流電源から供給される交流電力（以下、交流電圧および交流電流をも意味する。）をコンバータ回路で直流電力（以下、直流電圧および直流電流をも意味する。）に変換し、その直流電力をインバータ回路で交流電力（交流電流）に変換して、同期モータを駆動する。インバータ回路は、コンバータ回路が出力する直流電圧を、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）等でチョッピングすることにより、周波数可変の交流電流を生成する。
【０００４】
冷凍・空調装置は、商用交流電源から供給される入力交流電流が、ブレーカを作動させる電流を超えないように、交流回路部にヒューズを備えている。しかしながら、冷凍・空調装置の連続性および快適性を維持するため、入力交流電流が所定の値以上になると、冷凍・空調装置は、圧縮機のモータ回転数を低下させる制御を行っている。この入力交流電流の検出には、一般的に、高価なカレントトランス（以下、ＣＴとも記載する。）等の電流センサが採用されている。
【０００５】
特許第４５０５９３２号公報（特許文献１）には、ＣＴを使わずに、インバータ４への出力電流を検出するシャント抵抗１２を利用して、３相交流電源２からの入力交流電流を推定する構成が開示されている。特開平８−１９２６３号公報（特許文献２）には、ＰＷＭインバータの主回路１１の直流側電流を電流センサ１２で検出し、各相別の電流に分配する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５０５９３２号公報
【特許文献２】特開平８−１９２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、シャント抵抗１２に流れる電流を積分回路１９で積分し、その積分値と、予め実験により求めておいた入力交流電流との相関関係に基づき、入力交流電流を推定している。このため、積分回路が必要となり、インバータ回路の構成が複雑となる。さらに、空調装置の入力交流電流は、圧縮機のみではなく、たとえば、ファンモータやその他パワーモジュール部での熱損失等でも消費される。特許文献１の構成では、それらに起因する入力交流電流を検出することが出来ない。
【０００８】
本発明の目的は、簡易な構成で、精度の良い有効電力の計算および入力交流電流の推定が可能な同期モータ駆動装置およびそれを備えた冷凍サイクルを有する機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、直流電圧を３相交流電流に変換し同期モータへ出力する、３相のインバータを有するインバータ回路と、３相のインバータのスイッチングを制御するＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータと、インバータ回路の直流電流を検出する電流検出回路と、を備え、マイクロコンピュータは、同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時刻で直流電流を検出し、複数の検出時刻で検出した直流電流を、３相の各インバータの瞬時電流に分配し、直流電圧と瞬時電流とに基づき、３相の各インバータの瞬時電力を算出する、同期モータ駆動装置である。
【００１０】
本発明において、マイクロコンピュータは、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、インバータ回路の直流電流を、ＰＷＭ信号に基づき、３相の各インバータの瞬時電流に分配する瞬時電流分配部と、直流電圧および各瞬時電流に基づき、３相の各インバータの瞬時電力を算出する瞬時電力計算部、とを有することが好ましい。
【００１１】
本発明において、電流検出回路は、コンバータ回路とインバータ回路との電源配線間に設けられた抵抗の両端の電圧から、インバータ回路の直流電流を検出することが好ましい。
【００１２】
本発明は、商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、直流電圧を３相交流電流に変換し同期モータへ出力する、３相のインバータを有するインバータ回路と、３相のインバータのスイッチングを制御するＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータと、３相の各インバータの直流電流を検出する電流検出回路と、を備え、マイクロコンピュータは、同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時刻で３相の各インバータの直流電流を検出し、複数の検出時刻で検出した３相の各インバータの直流電流を、３相の各インバータの瞬時電流として出力し、直流電圧、瞬時電流、およびＰＷＭ信号に基づき、３相の各インバータの瞬時電力を算出する、同期モータ駆動装置である。
【００１３】
本発明において、マイクロコンピュータは、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、３相の各インバータの直流電流を、３相の各インバータの瞬時電流として出力する瞬時電流検出部と、直流電圧および各瞬時電流に基づき、３相の各ＰＷＭインバータの瞬時電力を算出する瞬時電力計算部、とを有することが好ましい。
【００１４】
本発明において、電流検出回路は、３相の各インバータと電源配線との間に各々設けられた抵抗の両端の電圧から、３相の各インバータの直流電流を検出することが好ましい。
【００１５】
本発明において、マイクロコンピュータは、さらに、複数の検出時刻における３相のインバータの瞬時電力の加算結果を、複数の検出時刻の設定数で除算した有効電力を出力する有効電力計算部を有することが好ましい。
【００１６】
本発明において、マイクロコンピュータは、さらに、同期モータの極数の値を保持する同期モータ極数格納部を有することが好ましい。
【００１７】
本発明において、マイクロコンピュータは、さらに、複数の検出時刻を等間隔に設定するモータの電気角度を保持する検出周期格納部を有することが好ましい。
【００１８】
本発明において、マイクロコンピュータは、さらに、有効電力に対する熱損失分の電力の比率の値を格納する比例定数格納部を有することが好ましい。
【００１９】
本発明において、マイクロコンピュータは、さらに、有効電力および熱損失分の電力の和とコンバータ回路に入力される商用交流電流と交流電圧との力率との関係を示す力率テーブル、または、同期モータの回転速度と力率との関係を示す力率テーブルを有することが好ましい。
【００２０】
本発明において、マイクロコンピュータは、さらに、有効電力、熱損失分の電力、力率テーブルおよびコンバータの入力に印加される交流電圧の実効値に基づき、コンバータの入力に印加される交流電流の実効値の推定値を出力する入力電流計算部を有することが好ましい。
【００２１】
本発明は、商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、直流電圧を３相交流電流に変換し第１の同期モータへ出力する、３相のインバータを有する第１のインバータ回路と、直流電圧を３相交流電流に変換し第２の同期モータへ出力する、３相のインバータを有する第２のインバータ回路と、第１の３相のインバータのスイッチングを制御する第１のＰＷＭ信号および第２の３相のインバータのスイッチングを制御する第２のＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータと、第１のインバータ回路の第１の直流電流を検出する第１の電流検出回路と、第２のインバータ回路の第２の直流電流を検出する第２の電流検出回路とを備え、マイクロコンピュータは、第１の同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時刻で第１の直流電流を検出し、第２の同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時間で第２の直流電流を検出し、複数の検出時刻で検出した第１の直流電流を、第１の３相の各インバータの瞬時電流に分配し、複数の検出時刻で検出した第２の直流電流を、第２の３相の各インバータの瞬時電流に分配し、直流電圧および第１の３相の各インバータの瞬時電流に基づき、第１の３相の各インバータ別の瞬時電力を算出し、直流電圧および第２の３相の各インバータの瞬時電流に基づき、第２の３相の各インバータの瞬時電力を算出する同期モータ駆動装置である。
【００２２】
本発明は、以上に記載の同期モータ駆動装置を備えた冷凍サイクルを有する機器である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、簡易な構成で、精度の良い有効電力の計算および入力交流電流の推定が可能な同期モータ駆動装置およびそれを備えた冷凍サイクルを有する機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態１に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１の全体構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示されたマイクロコンピュータＡ１の具体的な構成を示す回路ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る同期モータ駆動装置における、インバータ回路が出力する３相交流電流の波形を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る同期モータ駆動装置における、総合有効電力と力率との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る同期モータ駆動装置における、同期モータの単位時間あたりの回転数と力率との対応関係を示す図である。
【図６】実施の形態１の変形例に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１１の全体構成を示す回路ブロック図である。
【図７】図６に示されたマイクロコンピュータＡ２１の具体的な構成を示す回路ブロック図である。
【図８】実施の形態２に係る同期モータ駆動装置ＭＤ２の全体構成を示す回路ブロック図である。
【図９】図８に示されたマイクロコンピュータＡ３の具体的な構成を示す回路ブロック図である。
【図１０】本発明の各実施の形態に係る同期モータ駆動装置において、電流検出回路５Ａを内部に取り込んだマイクロコンピュータＡの具体的な構成を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載ある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。実施の形態の図面において、同一の参照符号や参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、実施の形態の説明において、同一の参照符号等を付した部分等に対しては、重複する説明は繰り返さない場合がある。
＜実施の形態１＞
図１を参照して、本発明の実施の形態１における、同期モータ駆動装置ＭＤ１の構成および動作を説明する。
【００２６】
同期モータ駆動装置ＭＤ１は、コンバータ回路２、インバータ回路３、電流検出抵抗（シャント抵抗）Ｒ１、電流検出回路５、およびマイクロコンピュータＡ１より構成される。
【００２７】
コンバータ回路２は、交流電圧および交流電流の実効値が、各々、ＶａｃおよびＩａｃである商用交流電源１から供給される入力交流電力を直流電圧Ｖｄｃに変換し、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２間に出力する。インバータ回路３は、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２間に接続される３相（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ相）のインバータ（Ｑｕ／Ｑｘ、Ｑｖ／Ｑｙ、Ｑｗ／Ｑｚ）を有する。３相の各インバータは、直流電圧Ｖｄｃを３相の交流電流（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ相）に変換して、同期モータ４に供給する。
【００２８】
マイクロコンピュータＡ１は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、３相の各インバータのスイッチングを制御する。このスイッチング制御により、インバータ回路３は、直流電圧Ｖｄｃから３相の交流電流を生成する。
【００２９】
コンバータ回路２の出力側とインバータ回路３の入力側とは、正極直流ラインＰＬ１および負極直流ラインＰＬ２で接続され、両回路間の負極直流ラインＰＬ２上には、電流検出抵抗Ｒ１が設けられている。電流検出回路５は、電流検出抵抗Ｒ１の両端に発生する電圧に基づき、インバータ回路３を流れる直流電流Ｉｄｃを検出し、増幅して直流電流信号Ｉｄｃ＿ｓｉｇとしてマイクロコンピュータＡ１に出力する。
【００３０】
図２を参照して、本発明の実施の形態１における、マイクロコンピュータＡ１の構成および動作を説明する。
【００３１】
（構成）
マイクロコンピュータＡ１は、ＰＷＭ信号生成部７と、入力電流推定部６とを有する。ＰＷＭ信号生成部７は、ＰＷＭ信号を生成してインバータ回路３へ出力する。入力電流推定部６は、電流検出回路５から出力される直流電流信号Ｉｄｃ＿ｓｉｇおよびＰＷＭ信号生成部７から出力されるＰＷＭ信号に基づき、商用交流電源１から同期モータ駆動装置ＭＤ１に供給される入力交流電流の推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔを計算し、ＰＷＭ信号生成部７に出力する。
【００３２】
入力電流推定部６は、瞬時電流分配部６１、瞬時電力計算部６２、有効電力計算部６３、および入力電流計算部６４を有する。さらに、同期モータ駆動装置ＭＤ１が駆動する同期モータ４の極数を格納する同期モータ極数格納部６１２、インバータ回路３の直流電流Ｉｄｃの検出周期を格納する検出周期格納部６１３、直流電流Ｉｄｃを検出するモータの電気角度のピッチを設定する検出電気角度設定部６１１、および直流電流Ｉｄｃを検出した時刻におけるコンバータ回路２が出力する直流電圧Ｖｄｃの値を格納する瞬時直流電圧格納部６２１を有する。
【００３３】
入力電流推定部６は、さらに、商用交流電源１の交流電圧の実効値Ｖａｃの値を格納する電圧実効値格納部６４１、入力交流電圧および入力交流電流間の力率を格納する力率テーブル６４２、および同期モータ駆動装置ＭＤ１の熱損失エネルギーを消費電力に換算する比例定数格納部６４３を有する。
【００３４】
（瞬時電流の検出）
瞬時電流分配部６１は、所定の時刻ｔで検出した直流電流信号Ｉｄｃ＿ｓｉｇに基づき、時刻ｔにおいてインバータ回路３に流れる直流電流Ｉｄｃを、３相（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ相）の各インバータに流れる瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）に分配する。インバータ回路３の直流電流Ｉｄｃは、３相の各インバータから負極直流ラインＰＬ２に流れる電流の合計である。その３相の各インバータに流れる電流は、マイクロコンピュータＡ１に含まれるＰＷＭ信号生成部７が出力するＰＷＭ信号で制御される。
【００３５】
瞬時電流分配部６１は、３相の各インバータのスイッチング直前と直後のタイミングで、直流電流信号Ｉｄｃ＿ｓｉｇの変化分を求める。その変化分をＰＷＭ信号のスイッチング情報に基づき３相の各インバータに分配することで、インバータ回路３を流れる直流電流Ｉｄｃを、３相の各インバータに分配する。
【００３６】
（有効電力の計算）
瞬時電力計算部６２は、３相の瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）に基づき、所定の時刻ｔにおける瞬時電力ｐ（ｔ）を計算する。瞬時直流電圧格納部６２１は、コンバータ回路２が出力する、時刻ｔにおける直流電圧Ｖｄｃの値を格納している。瞬時電力ｐ（ｔ）は、瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）と瞬時直流電圧格納部６２１に格納されている直流電圧Ｖｄｃに基づき、以下の式で計算される。なお、以降の式で、記号”＊”は乗算記号を、記号”／”は除算記号を、各々意味する。
【００３７】
ｐ（ｔ）＝ｐｕ（ｔ）＋ｐｖ（ｔ）＋ｐｗ（ｔ）
ここで、ｐｕ（ｔ）、ｐｖ（ｔ）およびｐｗ（ｔ）は、各々、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の瞬時電力であり、下記の式により求められる。
ｐｕ（ｔ）＝Ｖｄｃ＊Ｕ相ＰＷＭデューティ比＊Ｉｕ（ｔ）
ｐｖ（ｔ）＝Ｖｄｃ＊Ｖ相ＰＷＭデューティ比＊Ｉｖ（ｔ）
ｐｗ（ｔ）＝Ｖｄｃ＊Ｗ相ＰＷＭデューティ比＊Ｉｗ（ｔ）
ＰＷＭデューティ比とは、ＰＷＭ波形のデューティ比である。
【００３８】
有効電力計算部６３は、瞬時電力計算部６２から出力される瞬時電力ｐ（ｔ）を所定の周期Ｔに亘り積算し、その積算結果を周期Ｔで除算して、有効電力Ｐを計算する。モータの場合は、まず、モータが機械的に１回転する時間を周期Ｔとし、この周期Ｔに亘り複数の時刻ｔ１〜ｔｎを設定する。同期モータ４で消費される有効電力Ｐは、各時刻における瞬時電力ｐ（ｔ１）〜ｐ（ｔｎ）の総和を周期Ｔで除算して得られる。
Ｐ＝（ｐ（ｔ１）＋ｐ（ｔ２）＋ … ＋ｐ（ｔｎ））／Ｔ
有効電力Ｐは、上記の計算式により求められる。
【００３９】
（瞬時電力の検出タイミング）
図３を参照して、同期モータ４の機械的１回転の周期Ｔで設定する瞬時電力ｐ（ｔ）の検出時刻ｔ１〜ｔｎについて説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１において、インバータ回路３が出力する３相交流電流の波形を示す模式図である。横軸は、同期モータ４の機械的１回転、つまり機械角度３６０°に対応する範囲を示す。縦軸は、インバータ３の相別（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ相)の出力電流波形を模式的に示す。
【００４０】
４極３相の構造を有する同期モータの場合、機械的１回転の間に、電気的には２回転する。つまり、機械角度３６０°は、電気角度７２０°に対応する。図３では、同期モータの機械的１回転の周期Ｔにおいて、電気角度３０°の時刻をｔ１とし、以降、電気角度６０°毎（電気角度６０°のピッチ）に検出時刻を設定する。周期Ｔにおける最後の検出時刻ｔｎは、電気角度６９０°に対応する時刻となり、検出回数は総計１２回となる。
【００４１】
本実施の形態１では、瞬時電力の検出を電気角度６０°を周期と設定して説明した。有効電力の計算精度は、瞬時電力の検出時間（設定する電気角度のピッチ）を、より小さく設定することで向上可能となる。実際には、マイクロコンピュータＡ１の処理性能や他の演算処理との関係を考慮して、瞬時電力ｐ（ｔ）を検出する電気角度のピッチは、１°、１０°、３０°、または６０°の周期から選択することが好ましい。但し、選択する電気角度のピッチが大きすぎると、有効電力計算部が出力する計算結果の精度が低下する。従って、設定する電気角度のピッチは、６０°以下とすることが好ましい。
【００４２】
図２に戻り、入力電流推定部６が有する、検出電気角度設定部６１１、同期モータ極数格納部６１２、検出周期格納部６１３、および有効電力計算部６３の動作を説明する。
【００４３】
同期モータ極数格納部６１２は、インバータ回路３が駆動する同期モータ４の極数を格納している。本実施の形態では、４極３相の構造を有する同期モータを一例として説明している。この場合、同期モータ極数格納部６１２には、同期モータの極数が４極であることを示す情報が格納される。本実施の形態に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１は、同期モータ極数格納部６１２に書き込む情報を変更することで、容易に、他の構造を有する同期モータを制御することが可能となる。
【００４４】
検出周期格納部６１３は、同期モータ４の機械的１回転の周期Ｔにおいて、瞬時電力ｐ（ｔ）を検出する電気角度のピッチを格納している。本実施の形態に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１は、電気角度のピッチが変更可能であり、ユーザが必要とする精度で有効電力を計算することが可能となる。
【００４５】
検出電気角度設定部６１１は、電流検出回路５が出力する直流電流信号Ｉｄｃ＿ｓｉｇを検出する時刻ｔを、瞬時電流分配部６１に出力する。瞬時電流分配部６１は、指定された時刻ｔにおける、インバータ回路３が有する３相の各インバータに流れる瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）を計算する。同期モータ極数格納部６１２および検出周期格納部６１３から出力される情報に基づき、検出電気角度設定部６１１は、検出時刻ｔとして、時刻ｔ１から時刻ｔｎを順次出力する。
【００４６】
有効電力計算部６３は、上記の通り、各時刻における瞬時電力ｐ（ｔ１）〜ｐ（ｔｎ）の総和を周期Ｔで除算して、同期モータ４で消費される有効電力Ｐを算出する。以下に、具体的な同期モータ４の極数および検出する電気角度のピッチを例に、有効電力Ｐの計算式を説明する。
【００４７】
同期モータ４が４極３相構造の場合は、機械的１回転は電気的２回転に対応する。従って、電気角度６０°のピッチでインバータ回路３の瞬時電力ｐ（ｔ）を検出した場合、検出回数は１２回となる。従って、有効電力Ｐは、次の通り計算される。
Ｐ＝（ｐ（ｔ１）＋ … ＋ｐ（ｔ１２））／１２
４極３相の同期モータの有効電力Ｐは、上記計算式により求められる。
【００４８】
同期モータ４が６極３相構造の場合は、機械的１回転は電気的３回転に対応する。従って、電気角度６０°のピッチでインバータ回路３の瞬時電力ｐ（ｔ）を検出した場合、検出回数は１８回となる。その有効電力Ｐは、次の通り計算される。
Ｐ＝（ｐ（ｔ１）＋ … ＋ｐ（ｔ１８））／１８
６極３相の同期モータの有効電力Ｐは、上記計算式により求められる。
【００４９】
（同期モータ駆動装置の総合有効電力）
図１において、商用交流電源１から同期モータ駆動装置ＭＤ１へ供給される入力交流電圧および入力交流電流の実効値は、各々、ＶａｃおよびＩａｃである。入力交流電圧と入力交流電流との位相差を”θ”とすると、その有効電力は、Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）となる。ここで、同期モータ駆動装置ＭＤ１が消費する総合有効電力をＰ＿ｍｄ１とすると、両者の有効電力の値には、
Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）＝Ｐ＿ｍｄ１
という関係が成立する。
【００５０】
図１に示す同期モータ駆動装置ＭＤ１において、商用交流電源１からダイオードブリッジ等で構成されるコンバータ回路２へ供給される有効電力と、コンバータ回路２の出力電力とは、ほぼ等しいと考えられる。このコンバータ回路２の出力電力は、主に、インバータ回路３で駆動される同期モータ４で消費される。この同期モータ４の有効電力は、図２に示す有効電力計算部６３が出力する有効電力Ｐとして求められる。図１に示す同期モータ４は、冷凍サイクルを有する機器に含まれる圧縮機で使用されているものとし、その同期モータ４の有効電力をＰ＿ｃｏｍｐと記載する。
【００５１】
さらに、コンバータ回路２の出力電力は、上記圧縮機用同期モータ４の有効電力Ｐ＿ｃｏｍｐに加えて、インバータ回路３を制御するマイクロコンピュータＡ１部の熱損失に起因する消費電力が無視できない場合もある。インバータ回路３のチョッピング動作を制御するＩＰＭ（マイクロコンピュータＡ１）の熱損失分の電力をＰ＿ｉｐｍ１とする。このＰ＿ｉｐｍ１は、インバータ回路３が駆動する同期モータ４の有効電力Ｐ＿ｃｏｍｐに比例する。その比例定数をｋ１とすると、以下の関係が成立する。
Ｐ＿ｉｐｍ１＝ｋ１＊Ｐ＿ｃｏｍｐ
なお、比例定数ｋ１は実験等により得られる値であり、マイクロコンピュータＡ１に格納される。
【００５２】
以上から、同期モータ駆動装置ＭＤ１が消費する総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１は、同期モータ４の有効電力Ｐ＿ｃｏｍｐおよびＩＰＭの熱損失分の電力Ｐ＿ｉｐｍ１の和となる。以下に、商用交流電源１からコンバータ回路２へ供給される有効電力と同期モータ駆動装置ＭＤ１で消費される総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１との関係を示す。
Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）＝Ｐ＿ｍｄ１ … 式１
Ｐ＿ｍｄ１＝Ｐ＿ｃｏｍｐ＋Ｐ＿ｉｐｍ１＝（１＋ｋ１）＊Ｐ＿ｃｏｍｐ … 式２
即ち、総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１は、同期モータ４の有効電力と比例定数ｋ１により求められる。
【００５３】
（入力電流実効値の推定）
式１と式２から、入力交流電流の実効値Ｉａｃは、以下の式で求められる。
Ｉａｃ＝（１＋ｋ１）＊Ｐ＿ｃｏｍｐ／（Ｖａｃ＊ｃｏｓ（θ）） … 式３
以下に、入力交流電圧の実効値Ｖａｃと力率ｃｏｓ（θ）の算出方法を説明する。
【００５４】
図１に示す商用交流電源１の入力交流電圧の実効値Ｖａｃの計算方法について説明する。同期モータ４（圧縮機）の停止期間中、コンバータ回路２が出力する直流電圧Ｖｄｃ＿ｏｆｆは、入力交流電圧の実効値Ｖａｃの√２（２の平方根）倍となる。従って、実効値Ｖａｃは、次の式により求められる。
【００５５】
Ｖａｃ＝Ｖｄｃ＿ｏｆｆ／√２−降下総合電圧値
ここで、降下総合電圧値とは、コンバータ回路２の直流出力電圧のリプル電圧やダイオードブリッジ等に起因する降下電圧の和であり、あらかじめマイクロコンピュータＡ１に設定値を格納しておく。
【００５６】
この直流電圧Ｖｄｃ＿ｏｆｆの検出は、直流電圧Ｖｄｃの検出と同様に行う。即ち、コンバータ回路２が正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２間に出力する直流電圧Ｖｄｃを、同期モータ４の停止期間中に測定し、マイクロコンピュータＡ１に格納する。
【００５７】
入力交流電圧の実効値Ｖａｃの、別の計算方法について説明する。まず、同期モータ４（圧縮機）が停止期間中のコンバータ回路２が出力する直流電圧を実験等で開発時に測定し、その値Ｖｄｃ＿ｒｅｆをマイクロコンピュータＡ１に記憶させる。そのＶｄｃ＿ｒｅｆと、同期モータ４（圧縮機）停止期間中の直流電圧Ｖｄｃ＿ｏｆｆとの比から、現在の電源から供給される入力交流電圧の実効値Ｖａｃを、以下の式で算出してもよい。
【００５８】
Ｖａｃ＝定格交流電圧＊Ｖｄｃ＿ｏｆｆ／Ｖｄｃ＿ｒｅｆ
ここで、定格交流電圧とは、同期モータ駆動装置ＭＤ１が動作する定格交流電圧の値である。この式によると、√２の除算が不要となり、マイクロコンピュータＡ１によるＶａｃの計算が簡略化される。
【００５９】
図４を参照して、入力交流電圧と入力交流電流の力率ｃｏｓ（θ）の計算方法を説明する。図４は、同期モータ駆動装置ＭＤ１の総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１と力率との関係を予め実験等で求めたテーブルの一例であり、マイクロコンピュータＡ１に格納される。マイクロコンピュータＡ１で算出した総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１を図４のテーブルに当てはめ、力率を求める。
【００６０】
図５を参照して、力率を求める他の方法を説明する。図５は、同期モータ４の単位時間当たりの回転数（ｒｐｍ）、即ち、回転速度と力率との関係を示すテーブルの一例であり、マイクロコンピュータＡ１に格納される。マイクロコンピュータＡ１で算出した総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１を図５のテーブルに当てはめ、力率を求める。
【００６１】
図２を参照して、入力電流計算部６４、電圧実効値格納部６４１、力率テーブル６４２、および比例定数格納部６４３の動作を説明する。
【００６２】
入力電流計算部６４は、有効電力計算部６３から出力される同期モータ４の有効電力Ｐに基づき、商用交流電源１から供給される入力交流電流の実効値Ｉａｃを推定し、推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔとして出力する。同期モータ４が圧縮機用のものである場合、有効電力Ｐを、有効電力Ｐ＿ｃｏｍｐと表記する。
【００６３】
この推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算には、電圧実効値格納部６４１に格納されるＶｄｃ＿ｏｆｆ、力率テーブル６４２に格納される力率の値、および比例定数格納部６４３に格納される比例定数ｋ１が各々引用される。推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算式は、以下の通りとなる。
Ｉａｃ＿ｅｓｔ＝（１＋ｋ１）＊Ｐ＿ｃｏｍｐ／（Ｖａｃ＊ｃｏｓ（θ））
推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算式は、上記の式３に対応する。
【００６４】
ＰＷＭ信号生成部７は、入力された推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔが所定の値を越えた場合、インバータ回路３へ出力するＰＷＭ信号のデューティーを変更し、同期モータ４の回転数を低下させる。この回転数制御により、同期モータ駆動装置ＭＤ１は、冷凍・空調装置の連続運転を維持することができる。
【００６５】
以上のように、実施の形態１の同期モータ駆動装置ＭＤ１は、ＩＰＭとして動作するマイクロコンピュータＡ１が備える汎用演算処理機能を使用することにより、複雑な構成の回路部品を追加することなく、冷凍サイクルを有する機器の連続運転を維持することができる。また、ＩＰＭの熱損失分の電力も同期モータ駆動装置ＭＤ１の有効電力に加えることにより、より正確に入力電流実効値を推定することができる。
＜実施の形態１の変形例＞
図６を参照して、本発明の実施の形態１の変形例に係る、同期モータ駆動装置ＭＤ１１の構成および動作について説明する。
【００６６】
図６に示す同期モータ駆動装置ＭＤ１１は、交流電圧および交流電流の実効値が、各々、ＶａｃおよびＩａｃである商用交流電源１から供給される入力交流電力を、直流電圧Ｖｄｃに変換し、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２間に出力するコンバータ回路２を有する。図１に示す同期モータ駆動装置ＭＤ１と異なり、同期モータ駆動装置ＭＤ１１は、正極直流ラインＰＬ１および負極直流ラインＰＬ２に並列に接続される、インバータ回路３１およびインバータ回路３２を有する。
【００６７】
インバータ回路３１および３２は、直流電圧Ｖｄｃから３相交流電流を生成し、各々、冷凍・空調装置の圧縮機用同期モータ４１および室外機のファン用同期モータ４２に供給する。マイクロコンピュータＡ２１は、ＰＷＭ信号１およびＰＷＭ信号２を生成し、各々、インバータ回路３１および３２のスイッチング動作を制御する。
【００６８】
コンバータ回路２とインバータ回路３１間を接続する負極直流ラインＰＬ２１上には、電流検出抵抗Ｒ１１が設けられている。コンバータ回路２とインバータ回路３２間を接続する負極直流ラインＰＬ２２上には、電流検出抵抗Ｒ２１が設けられている。電流検出抵抗Ｒ１１およびＲ２１の両端に発生する電圧に基づき、電流検出回路１（５１）および電流検出回路２（５２）は、各々、インバータ回路３１および３２を流れる直流電流Ｉｄｃ１およびＩｄｃ２を検出し、増幅して、直流検出信号Ｉｄｃ１＿ｓｉｇおよびＩｄｃ２＿ｓｉｇをマイクロコンピュータＡ２１に出力する。
【００６９】
図７を参照して、マイクロコンピュータＡ２１の構成および動作を説明する。マイクロコンピュータＡ２１は、第１の入力電流推定部６Ｍ、第２の入力電流推定部６ＦＭ、ＰＷＭ信号生成部１（７Ｍ）、およびＰＷＭ信号生成部２（７ＦＭ）を有する。ＰＷＭ信号生成部１（７Ｍ）およびＰＷＭ信号生成部２（７ＦＭ）は、各々、ＰＷＭ信号１および２を生成し、インバータ回路３１および３２へ出力する。
【００７０】
第１の入力電流推定部６Ｍは、直流検出信号Ｉｄｃ１＿ｓｉｇおよびＰＷＭ信号生成部１から出力されるＰＷＭ信号１に基づき、商用交流電源１から圧縮機用同期モータ４１に供給される入力交流電流の推定電流実効値Ｉａｃ１＿ｅｓｔを計算し、ＰＷＭ信号生成部１に出力する。第２の入力電流推定部６ＦＭは、直流検出信号Ｉｄｃ２＿ｓｉｇおよびＰＷＭ信号生成部２から出力されるＰＷＭ信号２に基づき、商用交流電源１からファン用同期モータ４２に供給される入力交流電流の推定電流実効値Ｉａｃ２＿ｅｓｔを計算し、ＰＷＭ信号生成部２に出力する。
【００７１】
第１の入力電流推定部６Ｍおよび第２の入力電流推定部６ＦＭは、いずれもその構成は図２に示す入力電流推定部６と同一である。但し、同期モータ極数格納部１（６１２Ｍ）および同期モータ極数格納部２（６１２ＦＭ）には、各々、圧縮機用同期モータ４１およびファン用同期モータ４２が有するモータの極数を示す数値が格納される。検出周期格納部１（６１３Ｍ）および検出周期格納部２（６１３ＦＭ）には、瞬時電力を検出する電気角度のピッチが格納される。比例定数格納部１（６４３Ｍ）および比例定数格納部２（６４３ＦＭ）には、実験等で得られた同期モータの有効電力に対するマイクロコンピュータＡ２１の熱損失分の電力の比率が格納される。
【００７２】
図６において、商用交流電源１の入力交流電圧と入力交流電流との位相差を”θ”とすると、その有効電力は、Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）となる。同期モータ駆動装置ＭＤ１１が消費する総合有効電力をＰ＿ｍｄ１１とすると、両者の有効電力の値には、
Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）＝Ｐ＿ｍｄ１１
という関係が成立する。
【００７３】
図７の第１の入力電流推定部６Ｍにおいて、比例定数格納部１（６４３Ｍ）にはｋ１が格納され、第２の入力電流推定部６ＦＭにおいて、比例定数格納部２（６４３ＦＭ）にはｋ２が格納されているとする。入力電流推定部６Ｍで求めた圧縮機用同期モータ４１の有効電力をＰ＿ｃｏｍｐとし、入力電流推定部６ＦＭで求めたｆａｎ用同期モータ４２の有効電力をＰ＿ｆａｎとする。
【００７４】
インバータ回路３１および３２のチョッピング動作制御に起因するＩＰＭ（マイクロコンピュータＡ２１）の熱損失分の電力Ｐ＿ｉｐｍ２１は、以下の式により求められる。
Ｐ＿ｉｐｍ２１＝ｋ１＊Ｐ＿ｃｏｍｐ＋ｋ２＊Ｐ＿ｆａｎ
従って、Ｐ＿ｃｏｍｐおよびＰ＿ｆａｎをも加えた同期モータ駆動装置ＭＤ１１の総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１１は、
Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）＝Ｐ＿ｍｄ１１
Ｐ＿ｍｄ１１＝（１＋ｋ１）＊Ｐ＿ｃｏｍｐ＋（１＋ｋ２）＊Ｐ＿ｆａｎ
となる。
【００７５】
図７の第１入力電流推定部６Ｍが出力する第１の推定電流実効値Ｉａｃ１＿ｅｓｔ、および第２の入力電流推定部６ＦＭが出力する第２の推定電流実効値Ｉａｃ２＿ｅｓｔは、
各々、以下の通りとなる。
Ｉａｃ１＿ｅｓｔ＝（１＋ｋ１）＊Ｐ＿ｃｏｍｐ／（Ｖａｃ＊ｃｏｓ（θ））
Ｉａｃ２＿ｅｓｔ＝（１＋ｋ２）＊Ｐ＿ｆａｎ／（Ｖａｃ＊ｃｏｓ（θ））
なお、Ｖａｃおよび力率ｃｏｓ（θ）の値は、実施の形態１と同様に求める。
【００７６】
マイクロコンピュータＡ２１は、上記Ｉａｃ１＿ｅｓｔとＩａｃ２＿ｅｓｔの和が、所定の値を超えた場合、インバータ３１およびインバータ３２を適宜制御して、圧縮機用同期モータ４１およびｆａｎ用同期モータ４２の回転数を低下させる。この回転数制御により、同期モータ駆動装置ＭＤ１は、冷凍・空調装置の連続運転を維持することができる。
【００７７】
以上のように、実施の形態１の変形例に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１１は、圧縮機用同期モータとファン用同期モータの、ＩＰＭの熱損失分の電力も含めた総合有効電力を各々算出することが可能となる。これにより、冷凍サイクルを有する機器の総合的な有効電力をより高精度で把握することができる。
＜実施の形態２＞
図８を参照して、本発明の実施の形態２に係る、同期モータ駆動装置ＭＤ２の構成および動作について説明する。
【００７８】
図８に示す同期モータ駆動装置ＭＤ２は、コンバータ回路２、インバータ回路３、シャント抵抗Ｒ１、電流検出回路５３、およびマイクロコンピュータＡ３より構成される。
【００７９】
コンバータ回路２は、交流電圧および交流電流の実効値が、各々、ＶａｃおよびＩａｃである商用交流電源１から供給される入力交流電力を直流電圧Ｖｄｃに変換し、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２間に出力する。インバータ回路３は、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２間に接続される３相（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ相）のインバータ（Ｑｕ／Ｑｘ、Ｑｖ／Ｑｙ、Ｑｗ／Ｑｚ）を有する。３相の各インバータは、直流電圧Ｖｄｃを３相の交流電流（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ層）に変換して、同期モータ４に供給する。
【００８０】
マイクロコンピュータＡ３は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、３相の各インバータのスイッチングを制御する。このスイッチング制御により、インバータ回路３は、直流電圧Ｖｄｃから３相の交流電流を生成する。
【００８１】
コンバータ回路２の出力側とインバータ回路３の入力側とは、正極直流ラインＰＬ１および負極直流ラインＰＬ２で接続され、両回路間の負極直流ラインＰＬ２上には、シャント抵抗Ｒ１が設けられている。
【００８２】
図８において、本発明の実施の形態２が、実施の形態１および実施の形態１の変形例と相違する点は、次の通りである。即ち、インバータ回路３を構成する３相（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ層）の各インバータと負極直流ラインＰＬ２と間に、各々に、電流検出抵抗Ｒｕ，Ｒｖ、Ｒｗが配置されていることである。実施の形態１等では、インバータ回路３の直流電流Ｉｄｃをシャント抵抗でもある抵抗Ｒ１で検出していた。実施の形態２では、抵抗Ｒ１は、シャント抵抗として使用し、インバータ回路３の過電流を検出するために使用する。
【００８３】
３相の各インバータと電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗとの接続点の電位は、電流検出回路５３に入力される。電流検出回路５３は、各相の電位の値を各インバータに流れる直流電流信号Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、およびＩｒｗに変換して、マイクロコンピュータＡ３に出力する。
【００８４】
図９を参照して、本発明の実施例の形態２に係る、マイクロコンピュータＡ３の構成および動作について説明する。
【００８５】
（構成）
マイクロコンピュータＡ３は、入力電流推定部６ＡおよびＰＷＭ信号生成部７とを有する。ＰＷＭ信号生成部７は、ＰＷＭ信号を生成してインバータ回路３へ出力する。入力電流推定部６Ａは、電流検出回路５３から出力される直流電流信号Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、ＩｒｗとＰＷＭ信号生成部７から出力されるＰＷＭ信号とに基づき、商用交流電源１から同期モータ駆動装置ＭＤ２に供給される入力交流電流の推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔを計算し、ＰＷＭ信号生成部７に出力する。
【００８６】
入力電流推定部６Ａは、瞬時電流検出部６１Ａ、瞬時電力計算部６２Ａ、有効電力計算部６３、および入力電流計算部６４を有する。さらに、同期モータ駆動装置ＭＤ２が駆動する同期モータ４の極数を格納する同期モータ極数格納部６１２、インバータ回路３の直流電流Ｉｄｃの検出周期を格納する検出周期格納部６１３、直流電流Ｉｄｃを検出するモータの電気角度のピッチを設定する検出電気角度設定部６１１、および直流電流Ｉｄｃを検出した時刻におけるコンバータ回路２が出力する直流電圧Ｖｄｃの値を格納する瞬時直流電圧格納部６２１を有する。
【００８７】
（瞬時電流の検出）
入力電流推定部６Ａは、さらに、商用交流電源１の交流電圧の実効値Ｖａｃの値を格納する電圧実効値格納部６４１、入力交流電圧および入力交流電流間の力率を格納する力率テーブル６４２、および同期モータ駆動装置ＭＤ２の熱損失エネルギーを消費電力に換算する比例定数格納部６４３を有する。
【００８８】
瞬時電流検出部６１Ａは、所定の時刻ｔで検出した直流電流信号Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗに基づき、時刻ｔにおいて３相の各インバータに流れる瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）として出力する。実施の形態１と異なり、瞬時電流検出部６１ＡへＰＷＭ信号を入力して３相の瞬時電流に分配する必要はない。
【００８９】
（有効電力の計算）
瞬時電力計算部６２Ａは、３相の瞬時電流およびＰＷＭ信号生成部７から出力されるＰＷＭ信号に基づき、所定の時刻ｔにおける瞬時電力ｐ（ｔ）を計算する。瞬時直流電圧格納部６２１は、コンバータ回路２が出力する、時刻ｔにおける直流電圧Ｖｄｃの値を格納している。瞬時電力ｐ（ｔ）は、瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）と瞬時直流電圧格納部６２１に格納されている直流電圧Ｖｄｃに基づき、以下の式で計算される。なお、以下の式で、記号”＊”は乗算記号を、記号”／”は除算記号を、各々意味する。
【００９０】
ｐ（ｔ）＝ｐｕ（ｔ）＋ｐｖ（ｔ）＋ｐｗ（ｔ）
ここで、ｐｕ（ｔ）、ｐｖ（ｔ）およびｐｗ（ｔ）は、各々、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の瞬時電力であり、下記の式により求められる。
ｐｕ（ｔ）＝Ｖｄｃ＊Ｕ相ＰＷＭデューティ比＊Ｉｕ（ｔ）
ｐｖ（ｔ）＝Ｖｄｃ＊Ｖ相ＰＷＭデューティ比＊Ｉｖ（ｔ）
ｐｗ（ｔ）＝Ｖｄｃ＊Ｗ相ＰＷＭデューティ比＊Ｉｗ（ｔ）
ＰＷＭデューティ比とは、ＰＷＭ波形のデューティ比である。
【００９１】
有効電力計算部６３は、瞬時電力計算部６２Ａから出力される瞬時電力ｐ（ｔ）を所定の周期Ｔに亘り積算し、その積算結果を周期Ｔで除算して、有効電力Ｐを計算する。モータの場合は、モータの機械的１回転の周期Ｔに亘り、複数の時刻ｔ１〜ｔｎを設定する。同期モータ４で消費される有効電力Ｐは、各時刻における瞬時電力ｐ（ｔ１）〜ｐ（ｔｎ）の総和を周期Ｔで除算して得られる。
Ｐ＝（ｐ（ｔ１）＋ｐ（ｔ２）＋ …… ＋ｐ（ｔｎ））／Ｔ
有効電力Ｐは、上記の計算式により求められる。
【００９２】
瞬時電流の検出タイミングや、入力電流計算部６４で必要となる、電圧実効値格納部６４１、力率テーブル６４２、および定数格納部６４３に格納されている情報やその設定方法は、実施例の形態１と同様であり、重複しての説明は省略する。
＜実施の形態の変形例＞
図１０を参照して、本発明の各実施の形態に共通な変形例を説明する。
【００９３】
図１０に示すマイクロコンピュータＡは、各実施の形態が有する電流検出回路５、５１、５２、５３をマイクロコンピュータＡの内部に電流検出回路５Ａとして取り込んだ構成を有する。電流検出回路は、電流検出抵抗に流れる電流により発生する電圧を、その電流値に変換する機能を有する。電圧−電流変換回路である電流検出回路５Ａを、マイクロコンピュータに内蔵される演算増幅器で構成した。
【００９４】
図１０に示すマイクロコンピュータＡに含まれる他の回路、即ち、入力電流推定部６およびＰＷＭ信号生成部７の構成や動作は、他の実施の形態に係るものと同一であり、説明は省略する。
【００９５】
以上のように、本発明の各実施の形態に共通な変形例の同期モータ駆動装置は、電流検出回路をマイクロコンピュータに内蔵させた。これにより、同期モータ駆動装置を、より一層小型かつ安価に提供することができる。
【００９６】
また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９７】
１ 商用交流電源、２ コンバータ回路、３，３１，３２ インバータ回路、４，４１，４２ 同期モータ、５，５１，５２，５３ 電流検出回路、Ｒ１，Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗ 電流検出抵抗、Ａ１，Ａ２１，Ａ３，Ａ マイクロコンピュータ、Ｉａｃ 入力交流電流、Ｖａｃ 入力交流電圧、ＰＬ１，ＰＬ１１ 正極直流ライン、ＰＬ２，ＰＬ２２ 負極直流ライン、ＭＤ１，ＭＤ１１，ＭＤ２ 同期モータ駆動装置、Ｉｄｃ＿ｓｉｇ，Ｉｄｃ１＿ｓｉｇ，Ｉｄｃ２＿ｓｉｇ 直流電流信号、６，６Ｍ，６ＦＭ，６Ａ 入力電流推定部、Ｉａｃ＿ｅｓｔ，Ｉａｃ１＿ｅｓｔ，Ｉａｃ２＿ｅｓｔ 推定電流実効値。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期モータ駆動装置およびそれを備えた冷凍サイクルを有する機器に関し、特に、インバータ回路で生成した３相交流電力を同期モータへ供給する、同期モータ駆動装置およびそれを備えた冷凍サイクルを有する機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
同期モータを駆動する同期モータ駆動装置は、一例として、圧縮機、蒸発器、および凝縮器による冷凍サイクルを有する機器で使用されている。冷凍サイクルを有する機器として、冷凍装置や空調装置（以下、冷凍・空調装置、とも記載する。）が例示される。冷凍・空調装置では、圧縮機やファンモータとして、同期モータ駆動装置でその動作が制御される同期モータが採用される場合が多い。
【０００３】
同期モータ駆動装置は、商用交流電源から供給される交流電力（以下、交流電圧および交流電流をも意味する。）をコンバータ回路で直流電力（以下、直流電圧および直流電流をも意味する。）に変換し、その直流電力をインバータ回路で交流電力（交流電流）に変換して、同期モータを駆動する。インバータ回路は、コンバータ回路が出力する直流電圧を、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）等でチョッピングすることにより、周波数可変の交流電流を生成する。
【０００４】
冷凍・空調装置は、商用交流電源から供給される入力交流電流が、ブレーカを作動させる電流を超えないように、交流回路部にヒューズを備えている。しかしながら、冷凍・空調装置の連続性および快適性を維持するため、入力交流電流が所定の値以上になると、冷凍・空調装置は、圧縮機のモータ回転数を低下させる制御を行っている。この入力交流電流の検出には、一般的に、高価なカレントトランス（以下、ＣＴとも記載する。）等の電流センサが採用されている。
【０００５】
特許第４５０５９３２号公報（特許文献１）には、ＣＴを使わずに、インバータ４への出力電流を検出するシャント抵抗１２を利用して、３相交流電源２からの入力交流電流を推定する構成が開示されている。特開平８−１９２６３号公報（特許文献２）には、ＰＷＭインバータの主回路１１の直流側電流を電流センサ１２で検出し、各相別の電流に分配する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５０５９３２号公報
【特許文献２】特開平８−１９２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、シャント抵抗１２に流れる電流を積分回路１９で積分し、その積分値と、予め実験により求めておいた入力交流電流との相関関係に基づき、入力交流電流を推定している。このため、積分回路が必要となり、インバータ回路の構成が複雑となる。さらに、空調装置の入力交流電流は、圧縮機のみではなく、たとえば、ファンモータやその他パワーモジュール部での熱損失等でも消費される。特許文献１の構成では、それらに起因する入力交流電流を検出することが出来ない。
【０００８】
本発明の目的は、簡易な構成で、精度の良い有効電力の計算および入力交流電流の推定が可能な同期モータ駆動装置およびそれを備えた冷凍サイクルを有する機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、直流電圧を３相交流電流に変換し同期モータへ出力する、３相のインバータを有するインバータ回路と、３相のインバータのスイッチングを制御するＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータと、インバータ回路の直流電流を検出する電流検出回路と、を備え、マイクロコンピュータは、同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時刻で直流電流を検出し、複数の検出時刻で検出した直流電流を、３相の各インバータの瞬時電流に分配し、直流電圧と瞬時電流とに基づき、３相の各インバータの瞬時電力を算出する、同期モータ駆動装置である。
【００１０】
本発明において、マイクロコンピュータは、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、インバータ回路の直流電流を、ＰＷＭ信号に基づき、３相の各インバータの瞬時電流に分配する瞬時電流分配部と、直流電圧および各瞬時電流に基づき、３相の各インバータの瞬時電力を算出する瞬時電力計算部、とを有することが好ましい。
【００１１】
本発明において、電流検出回路は、コンバータ回路とインバータ回路との電源配線間に設けられた抵抗の両端の電圧から、インバータ回路の直流電流を検出することが好ましい。
【００１２】
本発明は、商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、直流電圧を３相交流電流に変換し同期モータへ出力する、３相のインバータを有するインバータ回路と、３相のインバータのスイッチングを制御するＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータと、３相の各インバータの直流電流を検出する電流検出回路と、を備え、マイクロコンピュータは、同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時刻で３相の各インバータの直流電流を検出し、複数の検出時刻で検出した３相の各インバータの直流電流を、３相の各インバータの瞬時電流として出力し、直流電圧、瞬時電流、およびＰＷＭ信号に基づき、３相の各インバータの瞬時電力を算出する、同期モータ駆動装置である。
【００１３】
本発明において、マイクロコンピュータは、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、３相の各インバータの直流電流を、３相の各インバータの瞬時電流として出力する瞬時電流検出部と、直流電圧および各瞬時電流に基づき、３相の各ＰＷＭインバータの瞬時電力を算出する瞬時電力計算部、とを有することが好ましい。
【００１４】
本発明において、電流検出回路は、３相の各インバータと電源配線との間に各々設けられた抵抗の両端の電圧から、３相の各インバータの直流電流を検出することが好ましい。
【００１５】
本発明において、マイクロコンピュータは、さらに、複数の検出時刻における３相のインバータの瞬時電力の加算結果を、複数の検出時刻の設定数で除算した有効電力を出力する有効電力計算部を有することが好ましい。
【００１６】
本発明において、マイクロコンピュータは、さらに、同期モータの極数の値を保持する同期モータ極数格納部を有することが好ましい。
【００１７】
本発明において、マイクロコンピュータは、さらに、複数の検出時刻を等間隔に設定するモータの電気角度を保持する検出周期格納部を有することが好ましい。
【００１８】
本発明において、マイクロコンピュータは、さらに、有効電力に対する熱損失分の電力の比率の値を格納する比例定数格納部を有することが好ましい。
【００１９】
本発明において、マイクロコンピュータは、さらに、有効電力および熱損失分の電力の和とコンバータ回路に入力される商用交流電流と交流電圧との力率との関係を示す力率テーブル、または、同期モータの回転速度と力率との関係を示す力率テーブルを有することが好ましい。
【００２０】
本発明において、マイクロコンピュータは、さらに、有効電力、熱損失分の電力、力率テーブルおよびコンバータの入力に印加される交流電圧の実効値に基づき、コンバータの入力に印加される交流電流の実効値の推定値を出力する入力電流計算部を有することが好ましい。
【００２１】
本発明は、商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、直流電圧を３相交流電流に変換し第１の同期モータへ出力する、３相のインバータを有する第１のインバータ回路と、直流電圧を３相交流電流に変換し第２の同期モータへ出力する、３相のインバータを有する第２のインバータ回路と、第１の３相のインバータのスイッチングを制御する第１のＰＷＭ信号および第２の３相のインバータのスイッチングを制御する第２のＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータと、第１のインバータ回路の第１の直流電流を検出する第１の電流検出回路と、第２のインバータ回路の第２の直流電流を検出する第２の電流検出回路とを備え、マイクロコンピュータは、第１の同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時刻で第１の直流電流を検出し、第２の同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時間で第２の直流電流を検出し、複数の検出時刻で検出した第１の直流電流を、第１の３相の各インバータの瞬時電流に分配し、複数の検出時刻で検出した第２の直流電流を、第２の３相の各インバータの瞬時電流に分配し、直流電圧および第１の３相の各インバータの瞬時電流に基づき、第１の３相の各インバータ別の瞬時電力を算出し、直流電圧および第２の３相の各インバータの瞬時電流に基づき、第２の３相の各インバータの瞬時電力を算出する同期モータ駆動装置である。
【００２２】
本発明は、以上に記載の同期モータ駆動装置を備えた冷凍サイクルを有する機器である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、簡易な構成で、精度の良い有効電力の計算および入力交流電流の推定が可能な同期モータ駆動装置およびそれを備えた冷凍サイクルを有する機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態１に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１の全体構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示されたマイクロコンピュータＡ１の具体的な構成を示す回路ブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る同期モータ駆動装置における、インバータ回路が出力する３相交流電流の波形を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る同期モータ駆動装置における、総合有効電力と力率との関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る同期モータ駆動装置における、同期モータの単位時間あたりの回転数と力率との対応関係を示す図である。
【図６】実施の形態１の変形例に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１１の全体構成を示す回路ブロック図である。
【図７】図６に示されたマイクロコンピュータＡ２１の具体的な構成を示す回路ブロック図である。
【図８】実施の形態２に係る同期モータ駆動装置ＭＤ２の全体構成を示す回路ブロック図である。
【図９】図８に示されたマイクロコンピュータＡ３の具体的な構成を示す回路ブロック図である。
【図１０】本発明の各実施の形態に係る同期モータ駆動装置において、電流検出回路５Ａを内部に取り込んだマイクロコンピュータＡの具体的な構成を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。実施の形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載ある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。実施の形態の図面において、同一の参照符号や参照番号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。また、実施の形態の説明において、同一の参照符号等を付した部分等に対しては、重複する説明は繰り返さない場合がある。
＜実施の形態１＞
図１を参照して、本発明の実施の形態１における、同期モータ駆動装置ＭＤ１の構成および動作を説明する。
【００２６】
同期モータ駆動装置ＭＤ１は、コンバータ回路２、インバータ回路３、電流検出抵抗（シャント抵抗）Ｒ１、電流検出回路５、およびマイクロコンピュータＡ１より構成される。
【００２７】
コンバータ回路２は、交流電圧および交流電流の実効値が、各々、ＶａｃおよびＩａｃである商用交流電源１から供給される入力交流電力を直流電圧Ｖｄｃに変換し、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２間に出力する。インバータ回路３は、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２間に接続される３相（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ相）のインバータ（Ｑｕ／Ｑｘ、Ｑｖ／Ｑｙ、Ｑｗ／Ｑｚ）を有する。３相の各インバータは、直流電圧Ｖｄｃを３相の交流電流（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ相）に変換して、同期モータ４に供給する。
【００２８】
マイクロコンピュータＡ１は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、３相の各インバータのスイッチングを制御する。このスイッチング制御により、インバータ回路３は、直流電圧Ｖｄｃから３相の交流電流を生成する。
【００２９】
コンバータ回路２の出力側とインバータ回路３の入力側とは、正極直流ラインＰＬ１および負極直流ラインＰＬ２で接続され、両回路間の負極直流ラインＰＬ２上には、電流検出抵抗Ｒ１が設けられている。電流検出回路５は、電流検出抵抗Ｒ１の両端に発生する電圧に基づき、インバータ回路３を流れる直流電流Ｉｄｃを検出し、増幅して直流電流信号Ｉｄｃ＿ｓｉｇとしてマイクロコンピュータＡ１に出力する。
【００３０】
図２を参照して、本発明の実施の形態１における、マイクロコンピュータＡ１の構成および動作を説明する。
【００３１】
（構成）
マイクロコンピュータＡ１は、ＰＷＭ信号生成部７と、入力電流推定部６とを有する。ＰＷＭ信号生成部７は、ＰＷＭ信号を生成してインバータ回路３へ出力する。入力電流推定部６は、電流検出回路５から出力される直流電流信号Ｉｄｃ＿ｓｉｇおよびＰＷＭ信号生成部７から出力されるＰＷＭ信号に基づき、商用交流電源１から同期モータ駆動装置ＭＤ１に供給される入力交流電流の推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔを計算し、ＰＷＭ信号生成部７に出力する。
【００３２】
入力電流推定部６は、瞬時電流分配部６１、瞬時電力計算部６２、有効電力計算部６３、および入力電流計算部６４を有する。さらに、同期モータ駆動装置ＭＤ１が駆動する同期モータ４の極数を格納する同期モータ極数格納部６１２、インバータ回路３の直流電流Ｉｄｃの検出周期を格納する検出周期格納部６１３、直流電流Ｉｄｃを検出するモータの電気角度のピッチを設定する検出電気角度設定部６１１、および直流電流Ｉｄｃを検出した時刻におけるコンバータ回路２が出力する直流電圧Ｖｄｃの値を格納する瞬時直流電圧格納部６２１を有する。
【００３３】
入力電流推定部６は、さらに、商用交流電源１の交流電圧の実効値Ｖａｃの値を格納する電圧実効値格納部６４１、入力交流電圧および入力交流電流間の力率を格納する力率テーブル６４２、および同期モータ駆動装置ＭＤ１の熱損失エネルギーを消費電力に換算する比例定数格納部６４３を有する。
【００３４】
（瞬時電流の検出）
瞬時電流分配部６１は、所定の時刻ｔで検出した直流電流信号Ｉｄｃ＿ｓｉｇに基づき、時刻ｔにおいてインバータ回路３に流れる直流電流Ｉｄｃを、３相（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ相）の各インバータに流れる瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）に分配する。インバータ回路３の直流電流Ｉｄｃは、３相の各インバータから負極直流ラインＰＬ２に流れる電流の合計である。その３相の各インバータに流れる電流は、マイクロコンピュータＡ１に含まれるＰＷＭ信号生成部７が出力するＰＷＭ信号で制御される。
【００３５】
瞬時電流分配部６１は、３相の各インバータのスイッチング直前と直後のタイミングで、直流電流信号Ｉｄｃ＿ｓｉｇの変化分を求める。その変化分をＰＷＭ信号のスイッチング情報に基づき３相の各インバータに分配することで、インバータ回路３を流れる直流電流Ｉｄｃを、３相の各インバータに分配する。
【００３６】
（有効電力の計算）
瞬時電力計算部６２は、３相の瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）に基づき、所定の時刻ｔにおける瞬時電力ｐ（ｔ）を計算する。瞬時直流電圧格納部６２１は、コンバータ回路２が出力する、時刻ｔにおける直流電圧Ｖｄｃの値を格納している。瞬時電力ｐ（ｔ）は、瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）と瞬時直流電圧格納部６２１に格納されている直流電圧Ｖｄｃに基づき、以下の式で計算される。なお、以降の式で、記号”＊”は乗算記号を、記号”／”は除算記号を、各々意味する。
【００３７】
ｐ（ｔ）＝ｐｕ（ｔ）＋ｐｖ（ｔ）＋ｐｗ（ｔ）
ここで、ｐｕ（ｔ）、ｐｖ（ｔ）およびｐｗ（ｔ）は、各々、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の瞬時電力であり、下記の式により求められる。
ｐｕ（ｔ）＝Ｖｄｃ＊Ｕ相ＰＷＭデューティ比＊Ｉｕ（ｔ）
ｐｖ（ｔ）＝Ｖｄｃ＊Ｖ相ＰＷＭデューティ比＊Ｉｖ（ｔ）
ｐｗ（ｔ）＝Ｖｄｃ＊Ｗ相ＰＷＭデューティ比＊Ｉｗ（ｔ）
ＰＷＭデューティ比とは、ＰＷＭ波形のデューティ比である。
【００３８】
有効電力計算部６３は、瞬時電力計算部６２から出力される瞬時電力ｐ（ｔ）を所定の周期Ｔに亘り積算し、その積算結果を周期Ｔで除算して、有効電力Ｐを計算する。モータの場合は、まず、モータが機械的に１回転する時間を周期Ｔとし、この周期Ｔに亘り複数の時刻ｔ１〜ｔｎを設定する。同期モータ４で消費される有効電力Ｐは、各時刻における瞬時電力ｐ（ｔ１）〜ｐ（ｔｎ）の総和を周期Ｔで除算して得られる。
Ｐ＝（ｐ（ｔ１）＋ｐ（ｔ２）＋ … ＋ｐ（ｔｎ））／Ｔ
有効電力Ｐは、上記の計算式により求められる。
【００３９】
（瞬時電力の検出タイミング）
図３を参照して、同期モータ４の機械的１回転の周期Ｔで設定する瞬時電力ｐ（ｔ）の検出時刻ｔ１〜ｔｎについて説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１において、インバータ回路３が出力する３相交流電流の波形を示す模式図である。横軸は、同期モータ４の機械的１回転、つまり機械角度３６０°に対応する範囲を示す。縦軸は、インバータ３の相別（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ相)の出力電流波形を模式的に示す。
【００４０】
４極３相の構造を有する同期モータの場合、機械的１回転の間に、電気的には２回転する。つまり、機械角度３６０°は、電気角度７２０°に対応する。図３では、同期モータの機械的１回転の周期Ｔにおいて、電気角度３０°の時刻をｔ１とし、以降、電気角度６０°毎（電気角度６０°のピッチ）に検出時刻を設定する。周期Ｔにおける最後の検出時刻ｔｎは、電気角度６９０°に対応する時刻となり、検出回数は総計１２回となる。
【００４１】
本実施の形態１では、瞬時電力の検出を電気角度６０°を周期と設定して説明した。有効電力の計算精度は、瞬時電力の検出時間（設定する電気角度のピッチ）を、より小さく設定することで向上可能となる。実際には、マイクロコンピュータＡ１の処理性能や他の演算処理との関係を考慮して、瞬時電力ｐ（ｔ）を検出する電気角度のピッチは、１°、１０°、３０°、または６０°の周期から選択することが好ましい。但し、選択する電気角度のピッチが大きすぎると、有効電力計算部が出力する計算結果の精度が低下する。従って、設定する電気角度のピッチは、６０°以下とすることが好ましい。
【００４２】
図２に戻り、入力電流推定部６が有する、検出電気角度設定部６１１、同期モータ極数格納部６１２、検出周期格納部６１３、および有効電力計算部６３の動作を説明する。
【００４３】
同期モータ極数格納部６１２は、インバータ回路３が駆動する同期モータ４の極数を格納している。本実施の形態では、４極３相の構造を有する同期モータを一例として説明している。この場合、同期モータ極数格納部６１２には、同期モータの極数が４極であることを示す情報が格納される。本実施の形態に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１は、同期モータ極数格納部６１２に書き込む情報を変更することで、容易に、他の構造を有する同期モータを制御することが可能となる。
【００４４】
検出周期格納部６１３は、同期モータ４の機械的１回転の周期Ｔにおいて、瞬時電力ｐ（ｔ）を検出する電気角度のピッチを格納している。本実施の形態に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１は、電気角度のピッチが変更可能であり、ユーザが必要とする精度で有効電力を計算することが可能となる。
【００４５】
検出電気角度設定部６１１は、電流検出回路５が出力する直流電流信号Ｉｄｃ＿ｓｉｇを検出する時刻ｔを、瞬時電流分配部６１に出力する。瞬時電流分配部６１は、指定された時刻ｔにおける、インバータ回路３が有する３相の各インバータに流れる瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）を計算する。同期モータ極数格納部６１２および検出周期格納部６１３から出力される情報に基づき、検出電気角度設定部６１１は、検出時刻ｔとして、時刻ｔ１から時刻ｔｎを順次出力する。
【００４６】
有効電力計算部６３は、上記の通り、各時刻における瞬時電力ｐ（ｔ１）〜ｐ（ｔｎ）の総和を周期Ｔで除算して、同期モータ４で消費される有効電力Ｐを算出する。以下に、具体的な同期モータ４の極数および検出する電気角度のピッチを例に、有効電力Ｐの計算式を説明する。
【００４７】
同期モータ４が４極３相構造の場合は、機械的１回転は電気的２回転に対応する。従って、電気角度６０°のピッチでインバータ回路３の瞬時電力ｐ（ｔ）を検出した場合、検出回数は１２回となる。従って、有効電力Ｐは、次の通り計算される。
Ｐ＝（ｐ（ｔ１）＋ … ＋ｐ（ｔ１２））／１２
４極３相の同期モータの有効電力Ｐは、上記計算式により求められる。
【００４８】
同期モータ４が６極３相構造の場合は、機械的１回転は電気的３回転に対応する。従って、電気角度６０°のピッチでインバータ回路３の瞬時電力ｐ（ｔ）を検出した場合、検出回数は１８回となる。その有効電力Ｐは、次の通り計算される。
Ｐ＝（ｐ（ｔ１）＋ … ＋ｐ（ｔ１８））／１８
６極３相の同期モータの有効電力Ｐは、上記計算式により求められる。
【００４９】
（同期モータ駆動装置の総合有効電力）
図１において、商用交流電源１から同期モータ駆動装置ＭＤ１へ供給される入力交流電圧および入力交流電流の実効値は、各々、ＶａｃおよびＩａｃである。入力交流電圧と入力交流電流との位相差を”θ”とすると、その有効電力は、Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）となる。ここで、同期モータ駆動装置ＭＤ１が消費する総合有効電力をＰ＿ｍｄ１とすると、両者の有効電力の値には、
Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）＝Ｐ＿ｍｄ１
という関係が成立する。
【００５０】
図１に示す同期モータ駆動装置ＭＤ１において、商用交流電源１からダイオードブリッジ等で構成されるコンバータ回路２へ供給される有効電力と、コンバータ回路２の出力電力とは、ほぼ等しいと考えられる。このコンバータ回路２の出力電力は、主に、インバータ回路３で駆動される同期モータ４で消費される。この同期モータ４の有効電力は、図２に示す有効電力計算部６３が出力する有効電力Ｐとして求められる。図１に示す同期モータ４は、冷凍サイクルを有する機器に含まれる圧縮機で使用されているものとし、その同期モータ４の有効電力をＰ＿ｃｏｍｐと記載する。
【００５１】
さらに、コンバータ回路２の出力電力は、上記圧縮機用同期モータ４の有効電力Ｐ＿ｃｏｍｐに加えて、インバータ回路３を制御するマイクロコンピュータＡ１部の熱損失に起因する消費電力が無視できない場合もある。インバータ回路３のチョッピング動作を制御するＩＰＭ（マイクロコンピュータＡ１）の熱損失分の電力をＰ＿ｉｐｍ１とする。このＰ＿ｉｐｍ１は、インバータ回路３が駆動する同期モータ４の有効電力Ｐ＿ｃｏｍｐに比例する。その比例定数をｋ１とすると、以下の関係が成立する。
Ｐ＿ｉｐｍ１＝ｋ１＊Ｐ＿ｃｏｍｐ
なお、比例定数ｋ１は実験等により得られる値であり、マイクロコンピュータＡ１に格納される。
【００５２】
以上から、同期モータ駆動装置ＭＤ１が消費する総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１は、同期モータ４の有効電力Ｐ＿ｃｏｍｐおよびＩＰＭの熱損失分の電力Ｐ＿ｉｐｍ１の和となる。以下に、商用交流電源１からコンバータ回路２へ供給される有効電力と同期モータ駆動装置ＭＤ１で消費される総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１との関係を示す。
Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）＝Ｐ＿ｍｄ１ … 式１
Ｐ＿ｍｄ１＝Ｐ＿ｃｏｍｐ＋Ｐ＿ｉｐｍ１＝（１＋ｋ１）＊Ｐ＿ｃｏｍｐ … 式２
即ち、総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１は、同期モータ４の有効電力と比例定数ｋ１により求められる。
【００５３】
（入力電流実効値の推定）
式１と式２から、入力交流電流の実効値Ｉａｃは、以下の式で求められる。
Ｉａｃ＝（１＋ｋ１）＊Ｐ＿ｃｏｍｐ／（Ｖａｃ＊ｃｏｓ（θ）） … 式３
以下に、入力交流電圧の実効値Ｖａｃと力率ｃｏｓ（θ）の算出方法を説明する。
【００５４】
図１に示す商用交流電源１の入力交流電圧の実効値Ｖａｃの計算方法について説明する。同期モータ４（圧縮機）の停止期間中、コンバータ回路２が出力する直流電圧Ｖｄｃ＿ｏｆｆは、入力交流電圧の実効値Ｖａｃの√２（２の平方根）倍となる。従って、実効値Ｖａｃは、次の式により求められる。
【００５５】
Ｖａｃ＝Ｖｄｃ＿ｏｆｆ／√２−降下総合電圧値
ここで、降下総合電圧値とは、コンバータ回路２の直流出力電圧のリプル電圧やダイオードブリッジ等に起因する降下電圧の和であり、あらかじめマイクロコンピュータＡ１に設定値を格納しておく。
【００５６】
この直流電圧Ｖｄｃ＿ｏｆｆの検出は、直流電圧Ｖｄｃの検出と同様に行う。即ち、コンバータ回路２が正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２間に出力する直流電圧Ｖｄｃを、同期モータ４の停止期間中に測定し、マイクロコンピュータＡ１に格納する。
【００５７】
入力交流電圧の実効値Ｖａｃの、別の計算方法について説明する。まず、同期モータ４（圧縮機）が停止期間中のコンバータ回路２が出力する直流電圧を実験等で開発時に測定し、その値Ｖｄｃ＿ｒｅｆをマイクロコンピュータＡ１に記憶させる。そのＶｄｃ＿ｒｅｆと、同期モータ４（圧縮機）停止期間中の直流電圧Ｖｄｃ＿ｏｆｆとの比から、現在の電源から供給される入力交流電圧の実効値Ｖａｃを、以下の式で算出してもよい。
【００５８】
Ｖａｃ＝定格交流電圧＊Ｖｄｃ＿ｏｆｆ／Ｖｄｃ＿ｒｅｆ
ここで、定格交流電圧とは、同期モータ駆動装置ＭＤ１が動作する定格交流電圧の値である。この式によると、√２の除算が不要となり、マイクロコンピュータＡ１によるＶａｃの計算が簡略化される。
【００５９】
図４を参照して、入力交流電圧と入力交流電流の力率ｃｏｓ（θ）の計算方法を説明する。図４は、同期モータ駆動装置ＭＤ１の総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１と力率との関係を予め実験等で求めたテーブルの一例であり、マイクロコンピュータＡ１に格納される。マイクロコンピュータＡ１で算出した総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１を図４のテーブルに当てはめ、力率を求める。
【００６０】
図５を参照して、力率を求める他の方法を説明する。図５は、同期モータ４の単位時間当たりの回転数（ｒｐｍ）、即ち、回転速度と力率との関係を示すテーブルの一例であり、マイクロコンピュータＡ１に格納される。マイクロコンピュータＡ１で算出した総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１を図５のテーブルに当てはめ、力率を求める。
【００６１】
図２を参照して、入力電流計算部６４、電圧実効値格納部６４１、力率テーブル６４２、および比例定数格納部６４３の動作を説明する。
【００６２】
入力電流計算部６４は、有効電力計算部６３から出力される同期モータ４の有効電力Ｐに基づき、商用交流電源１から供給される入力交流電流の実効値Ｉａｃを推定し、推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔとして出力する。同期モータ４が圧縮機用のものである場合、有効電力Ｐを、有効電力Ｐ＿ｃｏｍｐと表記する。
【００６３】
この推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算には、電圧実効値格納部６４１に格納されるＶｄｃ＿ｏｆｆ、力率テーブル６４２に格納される力率の値、および比例定数格納部６４３に格納される比例定数ｋ１が各々引用される。推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算式は、以下の通りとなる。
Ｉａｃ＿ｅｓｔ＝（１＋ｋ１）＊Ｐ＿ｃｏｍｐ／（Ｖａｃ＊ｃｏｓ（θ））
推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算式は、上記の式３に対応する。
【００６４】
ＰＷＭ信号生成部７は、入力された推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔが所定の値を越えた場合、インバータ回路３へ出力するＰＷＭ信号のデューティーを変更し、同期モータ４の回転数を低下させる。この回転数制御により、同期モータ駆動装置ＭＤ１は、冷凍・空調装置の連続運転を維持することができる。
【００６５】
以上のように、実施の形態１の同期モータ駆動装置ＭＤ１は、ＩＰＭとして動作するマイクロコンピュータＡ１が備える汎用演算処理機能を使用することにより、複雑な構成の回路部品を追加することなく、冷凍サイクルを有する機器の連続運転を維持することができる。また、ＩＰＭの熱損失分の電力も同期モータ駆動装置ＭＤ１の有効電力に加えることにより、より正確に入力電流実効値を推定することができる。
＜実施の形態１の変形例＞
図６を参照して、本発明の実施の形態１の変形例に係る、同期モータ駆動装置ＭＤ１１の構成および動作について説明する。
【００６６】
図６に示す同期モータ駆動装置ＭＤ１１は、交流電圧および交流電流の実効値が、各々、ＶａｃおよびＩａｃである商用交流電源１から供給される入力交流電力を、直流電圧Ｖｄｃに変換し、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２間に出力するコンバータ回路２を有する。図１に示す同期モータ駆動装置ＭＤ１と異なり、同期モータ駆動装置ＭＤ１１は、正極直流ラインＰＬ１および負極直流ラインＰＬ２に並列に接続される、インバータ回路３１およびインバータ回路３２を有する。
【００６７】
インバータ回路３１および３２は、直流電圧Ｖｄｃから３相交流電流を生成し、各々、冷凍・空調装置の圧縮機用同期モータ４１および室外機のファン用同期モータ４２に供給する。マイクロコンピュータＡ２１は、ＰＷＭ信号１およびＰＷＭ信号２を生成し、各々、インバータ回路３１および３２のスイッチング動作を制御する。
【００６８】
コンバータ回路２とインバータ回路３１間を接続する負極直流ラインＰＬ２１上には、電流検出抵抗Ｒ１１が設けられている。コンバータ回路２とインバータ回路３２間を接続する負極直流ラインＰＬ２２上には、電流検出抵抗Ｒ２１が設けられている。電流検出抵抗Ｒ１１およびＲ２１の両端に発生する電圧に基づき、電流検出回路１（５１）および電流検出回路２（５２）は、各々、インバータ回路３１および３２を流れる直流電流Ｉｄｃ１およびＩｄｃ２を検出し、増幅して、直流検出信号Ｉｄｃ１＿ｓｉｇおよびＩｄｃ２＿ｓｉｇをマイクロコンピュータＡ２１に出力する。
【００６９】
図７を参照して、マイクロコンピュータＡ２１の構成および動作を説明する。マイクロコンピュータＡ２１は、第１の入力電流推定部６Ｍ、第２の入力電流推定部６ＦＭ、ＰＷＭ信号生成部１（７Ｍ）、およびＰＷＭ信号生成部２（７ＦＭ）を有する。ＰＷＭ信号生成部１（７Ｍ）およびＰＷＭ信号生成部２（７ＦＭ）は、各々、ＰＷＭ信号１および２を生成し、インバータ回路３１および３２へ出力する。
【００７０】
第１の入力電流推定部６Ｍは、直流検出信号Ｉｄｃ１＿ｓｉｇおよびＰＷＭ信号生成部１から出力されるＰＷＭ信号１に基づき、商用交流電源１から圧縮機用同期モータ４１に供給される入力交流電流の推定電流実効値Ｉａｃ１＿ｅｓｔを計算し、ＰＷＭ信号生成部１に出力する。第２の入力電流推定部６ＦＭは、直流検出信号Ｉｄｃ２＿ｓｉｇおよびＰＷＭ信号生成部２から出力されるＰＷＭ信号２に基づき、商用交流電源１からファン用同期モータ４２に供給される入力交流電流の推定電流実効値Ｉａｃ２＿ｅｓｔを計算し、ＰＷＭ信号生成部２に出力する。
【００７１】
第１の入力電流推定部６Ｍおよび第２の入力電流推定部６ＦＭは、いずれもその構成は図２に示す入力電流推定部６と同一である。但し、同期モータ極数格納部１（６１２Ｍ）および同期モータ極数格納部２（６１２ＦＭ）には、各々、圧縮機用同期モータ４１およびファン用同期モータ４２が有するモータの極数を示す数値が格納される。検出周期格納部１（６１３Ｍ）および検出周期格納部２（６１３ＦＭ）には、瞬時電力を検出する電気角度のピッチが格納される。比例定数格納部１（６４３Ｍ）および比例定数格納部２（６４３ＦＭ）には、実験等で得られた同期モータの有効電力に対するマイクロコンピュータＡ２１の熱損失分の電力の比率が格納される。
【００７２】
図６において、商用交流電源１の入力交流電圧と入力交流電流との位相差を”θ”とすると、その有効電力は、Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）となる。同期モータ駆動装置ＭＤ１１が消費する総合有効電力をＰ＿ｍｄ１１とすると、両者の有効電力の値には、
Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）＝Ｐ＿ｍｄ１１
という関係が成立する。
【００７３】
図７の第１の入力電流推定部６Ｍにおいて、比例定数格納部１（６４３Ｍ）にはｋ１が格納され、第２の入力電流推定部６ＦＭにおいて、比例定数格納部２（６４３ＦＭ）にはｋ２が格納されているとする。入力電流推定部６Ｍで求めた圧縮機用同期モータ４１の有効電力をＰ＿ｃｏｍｐとし、入力電流推定部６ＦＭで求めたｆａｎ用同期モータ４２の有効電力をＰ＿ｆａｎとする。
【００７４】
インバータ回路３１および３２のチョッピング動作制御に起因するＩＰＭ（マイクロコンピュータＡ２１）の熱損失分の電力Ｐ＿ｉｐｍ２１は、以下の式により求められる。
Ｐ＿ｉｐｍ２１＝ｋ１＊Ｐ＿ｃｏｍｐ＋ｋ２＊Ｐ＿ｆａｎ
従って、Ｐ＿ｃｏｍｐおよびＰ＿ｆａｎをも加えた同期モータ駆動装置ＭＤ１１の総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１１は、
Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）＝Ｐ＿ｍｄ１１
Ｐ＿ｍｄ１１＝（１＋ｋ１）＊Ｐ＿ｃｏｍｐ＋（１＋ｋ２）＊Ｐ＿ｆａｎ
となる。
【００７５】
図７の第１入力電流推定部６Ｍが出力する第１の推定電流実効値Ｉａｃ１＿ｅｓｔ、および第２の入力電流推定部６ＦＭが出力する第２の推定電流実効値Ｉａｃ２＿ｅｓｔは、
各々、以下の通りとなる。
Ｉａｃ１＿ｅｓｔ＝（１＋ｋ１）＊Ｐ＿ｃｏｍｐ／（Ｖａｃ＊ｃｏｓ（θ））
Ｉａｃ２＿ｅｓｔ＝（１＋ｋ２）＊Ｐ＿ｆａｎ／（Ｖａｃ＊ｃｏｓ（θ））
なお、Ｖａｃおよび力率ｃｏｓ（θ）の値は、実施の形態１と同様に求める。
【００７６】
マイクロコンピュータＡ２１は、上記Ｉａｃ１＿ｅｓｔとＩａｃ２＿ｅｓｔの和が、所定の値を超えた場合、インバータ３１およびインバータ３２を適宜制御して、圧縮機用同期モータ４１およびｆａｎ用同期モータ４２の回転数を低下させる。この回転数制御により、同期モータ駆動装置ＭＤ１は、冷凍・空調装置の連続運転を維持することができる。
【００７７】
以上のように、実施の形態１の変形例に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１１は、圧縮機用同期モータとファン用同期モータの、ＩＰＭの熱損失分の電力も含めた総合有効電力を各々算出することが可能となる。これにより、冷凍サイクルを有する機器の総合的な有効電力をより高精度で把握することができる。
＜実施の形態２＞
図８を参照して、本発明の実施の形態２に係る、同期モータ駆動装置ＭＤ２の構成および動作について説明する。
【００７８】
図８に示す同期モータ駆動装置ＭＤ２は、コンバータ回路２、インバータ回路３、シャント抵抗Ｒ１、電流検出回路５３、およびマイクロコンピュータＡ３より構成される。
【００７９】
コンバータ回路２は、交流電圧および交流電流の実効値が、各々、ＶａｃおよびＩａｃである商用交流電源１から供給される入力交流電力を直流電圧Ｖｄｃに変換し、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２間に出力する。インバータ回路３は、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２間に接続される３相（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ相）のインバータ（Ｑｕ／Ｑｘ、Ｑｖ／Ｑｙ、Ｑｗ／Ｑｚ）を有する。３相の各インバータは、直流電圧Ｖｄｃを３相の交流電流（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ層）に変換して、同期モータ４に供給する。
【００８０】
マイクロコンピュータＡ３は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成し、３相の各インバータのスイッチングを制御する。このスイッチング制御により、インバータ回路３は、直流電圧Ｖｄｃから３相の交流電流を生成する。
【００８１】
コンバータ回路２の出力側とインバータ回路３の入力側とは、正極直流ラインＰＬ１および負極直流ラインＰＬ２で接続され、両回路間の負極直流ラインＰＬ２上には、シャント抵抗Ｒ１が設けられている。
【００８２】
図８において、本発明の実施の形態２が、実施の形態１および実施の形態１の変形例と相違する点は、次の通りである。即ち、インバータ回路３を構成する３相（Ｕ相／Ｖ相／Ｗ層）の各インバータと負極直流ラインＰＬ２と間に、各々に、電流検出抵抗Ｒｕ，Ｒｖ、Ｒｗが配置されていることである。実施の形態１等では、インバータ回路３の直流電流Ｉｄｃをシャント抵抗でもある抵抗Ｒ１で検出していた。実施の形態２では、抵抗Ｒ１は、シャント抵抗として使用し、インバータ回路３の過電流を検出するために使用する。
【００８３】
３相の各インバータと電流検出抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗとの接続点の電位は、電流検出回路５３に入力される。電流検出回路５３は、各相の電位の値を各インバータに流れる直流電流信号Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、およびＩｒｗに変換して、マイクロコンピュータＡ３に出力する。
【００８４】
図９を参照して、本発明の実施例の形態２に係る、マイクロコンピュータＡ３の構成および動作について説明する。
【００８５】
（構成）
マイクロコンピュータＡ３は、入力電流推定部６ＡおよびＰＷＭ信号生成部７とを有する。ＰＷＭ信号生成部７は、ＰＷＭ信号を生成してインバータ回路３へ出力する。入力電流推定部６Ａは、電流検出回路５３から出力される直流電流信号Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、ＩｒｗとＰＷＭ信号生成部７から出力されるＰＷＭ信号とに基づき、商用交流電源１から同期モータ駆動装置ＭＤ２に供給される入力交流電流の推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔを計算し、ＰＷＭ信号生成部７に出力する。
【００８６】
入力電流推定部６Ａは、瞬時電流検出部６１Ａ、瞬時電力計算部６２Ａ、有効電力計算部６３、および入力電流計算部６４を有する。さらに、同期モータ駆動装置ＭＤ２が駆動する同期モータ４の極数を格納する同期モータ極数格納部６１２、インバータ回路３の直流電流Ｉｄｃの検出周期を格納する検出周期格納部６１３、直流電流Ｉｄｃを検出するモータの電気角度のピッチを設定する検出電気角度設定部６１１、および直流電流Ｉｄｃを検出した時刻におけるコンバータ回路２が出力する直流電圧Ｖｄｃの値を格納する瞬時直流電圧格納部６２１を有する。
【００８７】
（瞬時電流の検出）
入力電流推定部６Ａは、さらに、商用交流電源１の交流電圧の実効値Ｖａｃの値を格納する電圧実効値格納部６４１、入力交流電圧および入力交流電流間の力率を格納する力率テーブル６４２、および同期モータ駆動装置ＭＤ２の熱損失エネルギーを消費電力に換算する比例定数格納部６４３を有する。
【００８８】
瞬時電流検出部６１Ａは、所定の時刻ｔで検出した直流電流信号Ｉｒｕ、Ｉｒｖ、Ｉｒｗに基づき、時刻ｔにおいて３相の各インバータに流れる瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）として出力する。実施の形態１と異なり、瞬時電流検出部６１ＡへＰＷＭ信号を入力して３相の瞬時電流に分配する必要はない。
【００８９】
（有効電力の計算）
瞬時電力計算部６２Ａは、３相の瞬時電流およびＰＷＭ信号生成部７から出力されるＰＷＭ信号に基づき、所定の時刻ｔにおける瞬時電力ｐ（ｔ）を計算する。瞬時直流電圧格納部６２１は、コンバータ回路２が出力する、時刻ｔにおける直流電圧Ｖｄｃの値を格納している。瞬時電力ｐ（ｔ）は、瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）と瞬時直流電圧格納部６２１に格納されている直流電圧Ｖｄｃに基づき、以下の式で計算される。なお、以下の式で、記号”＊”は乗算記号を、記号”／”は除算記号を、各々意味する。
【００９０】
ｐ（ｔ）＝ｐｕ（ｔ）＋ｐｖ（ｔ）＋ｐｗ（ｔ）
ここで、ｐｕ（ｔ）、ｐｖ（ｔ）およびｐｗ（ｔ）は、各々、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の瞬時電力であり、下記の式により求められる。
ｐｕ（ｔ）＝Ｖｄｃ＊Ｕ相ＰＷＭデューティ比＊Ｉｕ（ｔ）
ｐｖ（ｔ）＝Ｖｄｃ＊Ｖ相ＰＷＭデューティ比＊Ｉｖ（ｔ）
ｐｗ（ｔ）＝Ｖｄｃ＊Ｗ相ＰＷＭデューティ比＊Ｉｗ（ｔ）
ＰＷＭデューティ比とは、ＰＷＭ波形のデューティ比である。
【００９１】
有効電力計算部６３は、瞬時電力計算部６２Ａから出力される瞬時電力ｐ（ｔ）を所定の周期Ｔに亘り積算し、その積算結果を周期Ｔで除算して、有効電力Ｐを計算する。モータの場合は、モータの機械的１回転の周期Ｔに亘り、複数の時刻ｔ１〜ｔｎを設定する。同期モータ４で消費される有効電力Ｐは、各時刻における瞬時電力ｐ（ｔ１）〜ｐ（ｔｎ）の総和を周期Ｔで除算して得られる。
Ｐ＝（ｐ（ｔ１）＋ｐ（ｔ２）＋ …… ＋ｐ（ｔｎ））／Ｔ
有効電力Ｐは、上記の計算式により求められる。
【００９２】
瞬時電流の検出タイミングや、入力電流計算部６４で必要となる、電圧実効値格納部６４１、力率テーブル６４２、および定数格納部６４３に格納されている情報やその設定方法は、実施例の形態１と同様であり、重複しての説明は省略する。
＜実施の形態の変形例＞
図１０を参照して、本発明の各実施の形態に共通な変形例を説明する。
【００９３】
図１０に示すマイクロコンピュータＡは、各実施の形態が有する電流検出回路５、５１、５２、５３をマイクロコンピュータＡの内部に電流検出回路５Ａとして取り込んだ構成を有する。電流検出回路は、電流検出抵抗に流れる電流により発生する電圧を、その電流値に変換する機能を有する。電圧−電流変換回路である電流検出回路５Ａを、マイクロコンピュータに内蔵される演算増幅器で構成した。
【００９４】
図１０に示すマイクロコンピュータＡに含まれる他の回路、即ち、入力電流推定部６およびＰＷＭ信号生成部７の構成や動作は、他の実施の形態に係るものと同一であり、説明は省略する。
【００９５】
以上のように、本発明の各実施の形態に共通な変形例の同期モータ駆動装置は、電流検出回路をマイクロコンピュータに内蔵させた。これにより、同期モータ駆動装置を、より一層小型かつ安価に提供することができる。
【００９６】
また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９７】
１ 商用交流電源、２ コンバータ回路、３，３１，３２ インバータ回路、４，４１，４２ 同期モータ、５，５１，５２，５３ 電流検出回路、Ｒ１，Ｒ１１，Ｒ２１，Ｒｕ，Ｒｖ，Ｒｗ 電流検出抵抗、Ａ１，Ａ２１，Ａ３，Ａ マイクロコンピュータ、Ｉａｃ 入力交流電流、Ｖａｃ 入力交流電圧、ＰＬ１，ＰＬ１１ 正極直流ライン、ＰＬ２，ＰＬ２２ 負極直流ライン、ＭＤ１，ＭＤ１１，ＭＤ２ 同期モータ駆動装置、Ｉｄｃ＿ｓｉｇ，Ｉｄｃ１＿ｓｉｇ，Ｉｄｃ２＿ｓｉｇ 直流電流信号、６，６Ｍ，６ＦＭ，６Ａ 入力電流推定部、Ｉａｃ＿ｅｓｔ，Ｉａｃ１＿ｅｓｔ，Ｉａｃ２＿ｅｓｔ 推定電流実効値。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、
前記直流電圧を３相交流電流に変換し、同期モータへ出力する３相のインバータを有するインバータ回路と、
前記３相のインバータのスイッチングを制御するＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータと、
前記インバータ回路の直流電流を検出する電流検出回路と、を備える同期モータ駆動装置であって、
前記マイクロコンピュータは、
前記同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時刻で前記直流電流を検出し、
前記複数の検出時刻で検出した前記直流電流を、前記３相の各インバータの瞬時電流に分配し、
前記直流電圧と前記瞬時電流とに基づき、前記３相の各インバータの瞬時電力を算出する、
同期モータ駆動装置。
【請求項２】
前記マイクロコンピュータは、
前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記インバータ回路の直流電流を、前記ＰＷＭ信号に基づき、前記３相の各インバータの瞬時電流に分配する瞬時電流分配部と、
前記直流電圧および前記各瞬時電流に基づき、前記３相の各インバータの瞬時電力を算出する瞬時電力計算部、とを有する、請求項１記載の同期モータ駆動装置。
【請求項３】
前記電流検出回路は、前記コンバータ回路と前記インバータ回路との電源配線間に設けられた抵抗の両端の電圧から、前記インバータ回路の直流電流を検出する、請求項１または２に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項４】
商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、
前記直流電圧を３相交流電流に変換し、同期モータへ出力する３相のインバータを有するインバータ回路と、
前記３相のインバータのスイッチングを制御するＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータと、
前記３相の各インバータの直流電流を検出する電流検出回路と、を備える同期モータ駆動装置であって、
前記マイクロコンピュータは、
前記同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時刻で前記３相の各インバータの直流電流を検出し、
前記複数の検出時刻で検出した前記３相の各インバータの直流電流を、前記３相の各インバータの瞬時電流として出力し、
前記直流電圧、前記瞬時電流、および前記ＰＷＭ信号に基づき、前記３相の各インバータの瞬時電力を算出する、
同期モータ駆動装置。
【請求項５】
前記マイクロコンピュータは、
前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記３相の各インバータの直流電流を、前記３相の各インバータの瞬時電流として出力する瞬時電流検出部と、
前記直流電圧および前記各瞬時電流に基づき、前記３相の各ＰＷＭインバータの瞬時電力を算出する瞬時電力計算部、とを有する、請求項４記載の同期モータ駆動装置。
【請求項６】
前記電流検出回路は、前記３相の各インバータと電源配線との間に各々設けられた抵抗の両端の電圧から、前記３相の各インバータの直流電流を検出する、請求項４または５に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項７】
前記マイクロコンピュータは、さらに、前記複数の検出時刻における前記３相のインバータの瞬時電力の加算結果を、前記複数の検出時刻の設定数で除算した有効電力を出力する有効電力計算部を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項８】
前記マイクロコンピュータは、さらに、前記同期モータの極数の値を保持する同期モータ極数格納部を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項９】
前記マイクロコンピュータは、さらに、前記複数の検出時刻を等間隔に設定する同期モータの電気角度を保持する検出周期格納部を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項１０】
前記マイクロコンピュータは、さらに、前記有効電力に対する熱損失分の電力の比率の値を格納する比例定数格納部を有する、請求項７から９のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項１１】
前記マイクロコンピュータは、さらに、前記有効電力および前記熱損失分の電力の和と前記コンバータ回路に入力される前記商用交流電流と交流電圧との力率との関係を示す力率テーブル、または、前記同期モータの回転速度と前記力率との関係を示す力率テーブルを有する、請求項１０記載の同期モータ駆動装置。
【請求項１２】
前記マイクロコンピュータは、さらに、前記有効電力、前記熱損失分の電力、前記力率テーブルおよび前記コンバータの入力に印加される交流電圧の実効値に基づき、前記コンバータの入力に印加される交流電流の実効値の推定値を出力する入力電流計算部を有する、請求項１１に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項１３】
商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、
前記直流電圧を３相交流電流に変換し、第１の同期モータへ出力する３相のインバータを有する第１のインバータ回路と、
前記直流電圧を３相交流電流に変換し、第２の同期モータへ出力する３相のインバータを有する第２のインバータ回路と、
前記第１の３相のインバータのスイッチングを制御する第１のＰＷＭ信号および前記第２の３相のインバータのスイッチングを制御する第２のＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータと、
前記第１のインバータ回路の第１の直流電流を検出する第１の電流検出回路と、
前記第２のインバータ回路の第２の直流電流を検出する第２の電流検出回路と、を備える同期モータ駆動装置であって、
前記マイクロコンピュータは、
前記第１の同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時刻で前記第１の直流電流を検出し、
前記第２の同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時間で前記第２の直流電流を検出し、
前記複数の検出時刻で検出した前記第１の直流電流を、前記第１の３相の各インバータの瞬時電流に分配し、
前記複数の検出時刻で検出した前記第２の直流電流を、前記第２の３相の各インバータの瞬時電流に分配し、
前記直流電圧および前記第１の３相の各インバータの瞬時電流に基づき、前記第１の３相の各インバータ別の瞬時電力を算出し、
前記直流電圧および前記第２の３相の各インバータの瞬時電流に基づき、前記第２の３相の各インバータの瞬時電力を算出する、同期モータ駆動装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置を備えた冷凍サイクルを有する機器。
【請求項１】
商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、
前記直流電圧を３相交流電流に変換し、同期モータへ出力する３相のインバータを有するインバータ回路と、
前記３相のインバータのスイッチングを制御するＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータと、
前記インバータ回路の直流電流を検出する電流検出回路と、を備える同期モータ駆動装置であって、
前記マイクロコンピュータは、
前記同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時刻で前記直流電流を検出し、
前記複数の検出時刻で検出した前記直流電流を、前記３相の各インバータの瞬時電流に分配し、
前記直流電圧と前記瞬時電流とに基づき、前記３相の各インバータの瞬時電力を算出する、
同期モータ駆動装置。
【請求項２】
前記マイクロコンピュータは、
前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記インバータ回路の直流電流を、前記ＰＷＭ信号に基づき、前記３相の各インバータの瞬時電流に分配する瞬時電流分配部と、
前記直流電圧および前記各瞬時電流に基づき、前記３相の各インバータの瞬時電力を算出する瞬時電力計算部、とを有する、請求項１記載の同期モータ駆動装置。
【請求項３】
前記電流検出回路は、前記コンバータ回路と前記インバータ回路との電源配線間に設けられた抵抗の両端の電圧から、前記インバータ回路の直流電流を検出する、請求項１または２に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項４】
商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、
前記直流電圧を３相交流電流に変換し、同期モータへ出力する３相のインバータを有するインバータ回路と、
前記３相のインバータのスイッチングを制御するＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータと、
前記３相の各インバータの直流電流を検出する電流検出回路と、を備える同期モータ駆動装置であって、
前記マイクロコンピュータは、
前記同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時刻で前記３相の各インバータの直流電流を検出し、
前記複数の検出時刻で検出した前記３相の各インバータの直流電流を、前記３相の各インバータの瞬時電流として出力し、
前記直流電圧、前記瞬時電流、および前記ＰＷＭ信号に基づき、前記３相の各インバータの瞬時電力を算出する、
同期モータ駆動装置。
【請求項５】
前記マイクロコンピュータは、
前記ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ信号生成部と、
前記３相の各インバータの直流電流を、前記３相の各インバータの瞬時電流として出力する瞬時電流検出部と、
前記直流電圧および前記各瞬時電流に基づき、前記３相の各ＰＷＭインバータの瞬時電力を算出する瞬時電力計算部、とを有する、請求項４記載の同期モータ駆動装置。
【請求項６】
前記電流検出回路は、前記３相の各インバータと電源配線との間に各々設けられた抵抗の両端の電圧から、前記３相の各インバータの直流電流を検出する、請求項４または５に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項７】
前記マイクロコンピュータは、さらに、前記複数の検出時刻における前記３相のインバータの瞬時電力の加算結果を、前記複数の検出時刻の設定数で除算した有効電力を出力する有効電力計算部を有する、請求項１から６のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項８】
前記マイクロコンピュータは、さらに、前記同期モータの極数の値を保持する同期モータ極数格納部を有する、請求項１から７のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項９】
前記マイクロコンピュータは、さらに、前記複数の検出時刻を等間隔に設定する同期モータの電気角度を保持する検出周期格納部を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項１０】
前記マイクロコンピュータは、さらに、前記有効電力に対する熱損失分の電力の比率の値を格納する比例定数格納部を有する、請求項７から９のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項１１】
前記マイクロコンピュータは、さらに、前記有効電力および前記熱損失分の電力の和と前記コンバータ回路に入力される前記商用交流電流と交流電圧との力率との関係を示す力率テーブル、または、前記同期モータの回転速度と前記力率との関係を示す力率テーブルを有する、請求項１０記載の同期モータ駆動装置。
【請求項１２】
前記マイクロコンピュータは、さらに、前記有効電力、前記熱損失分の電力、前記力率テーブルおよび前記コンバータの入力に印加される交流電圧の実効値に基づき、前記コンバータの入力に印加される交流電流の実効値の推定値を出力する入力電流計算部を有する、請求項１１に記載の同期モータ駆動装置。
【請求項１３】
商用交流電力を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、
前記直流電圧を３相交流電流に変換し、第１の同期モータへ出力する３相のインバータを有する第１のインバータ回路と、
前記直流電圧を３相交流電流に変換し、第２の同期モータへ出力する３相のインバータを有する第２のインバータ回路と、
前記第１の３相のインバータのスイッチングを制御する第１のＰＷＭ信号および前記第２の３相のインバータのスイッチングを制御する第２のＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータと、
前記第１のインバータ回路の第１の直流電流を検出する第１の電流検出回路と、
前記第２のインバータ回路の第２の直流電流を検出する第２の電流検出回路と、を備える同期モータ駆動装置であって、
前記マイクロコンピュータは、
前記第１の同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時刻で前記第１の直流電流を検出し、
前記第２の同期モータの機械的１回転周期に亘る複数の検出時間で前記第２の直流電流を検出し、
前記複数の検出時刻で検出した前記第１の直流電流を、前記第１の３相の各インバータの瞬時電流に分配し、
前記複数の検出時刻で検出した前記第２の直流電流を、前記第２の３相の各インバータの瞬時電流に分配し、
前記直流電圧および前記第１の３相の各インバータの瞬時電流に基づき、前記第１の３相の各インバータ別の瞬時電力を算出し、
前記直流電圧および前記第２の３相の各インバータの瞬時電流に基づき、前記第２の３相の各インバータの瞬時電力を算出する、同期モータ駆動装置。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか一項に記載の同期モータ駆動装置を備えた冷凍サイクルを有する機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−３８８５５（Ｐ２０１３−３８８５５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７１１３４（Ｐ２０１１−１７１１３４）
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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