JP5908273B2 - 同期モータ駆動装置 - Google Patents

Description

本発明は、同期モータ駆動装置に関し、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に関する。

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。

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、圧縮機の同期モータの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。

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。

特許第４５０５９３２号公報 特開平８−１９２６３号公報

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、３相交流電源や整流回路（コンバータ回路）の特性に応じて、入力交流電流を精度よく推定することが困難である。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。

本発明の目的は、簡易な構成で、精度のよ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を提供することである。

本発明は、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ＰＷＭ信号に基づき３相交流電流に変換し、同期モータへ出力するインバータ回路と、ＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータとを備え、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、同期モータの回転部が３６０度のｎ分の１の機械角度だけ回転する毎に直流電圧とインバータ回路の電源電流とに基づき瞬時電力を算出し、算出したｎ個の瞬時電力を平均して同期モータの有効電力を算出する有効電力計算部と、直流電圧および同期モータの有効電力に対する直流電圧の変化量に基づき交流電力の電圧実効値を算出する電圧実効値計算部と、同期モータの有効電力または回転速度に基づき交流電力の力率を算出する手段と、同期モータの有効電力、電圧実効値および力率に基づき交流電力の電流実効値を推定する入力電流計算部とを有し、ｎは２以上の整数である、同期モータ駆動装置である。

本発明の同期モータ駆動装置において、マイクロコンピュータは、直流電圧に基づき直流電圧モニタ信号を生成する直流電圧モニタ回路と、直流電圧モニタ信号に基づき直流電圧を検出する直流電圧検出部と、をさらに有することが望ましい。

本発明の同期モータ駆動装置において、マイクロコンピュータは、同期モータの有効電力に対する直流電圧の変化量の関係を格納する手段をさらに有することが望ましい。

本発明の同期モータ駆動装置において、マイクロコンピュータは、直流電圧のリプル周期を検出する手段をさらに有し、電圧実効値計算部は、直流電圧のリプル周期および直流電圧の変化量に基づき交流電力の電圧実効値を算出することが望ましい。

本発明の同期モータ駆動装置において、マイクロコンピュータは、同期モータの有効電力に対するマイクロコンピュータの消費電力の比例定数を保持する比例定数格納部をさらに有し、入力電流計算部は、同期モータの有効電力に比例定数を乗算した値を同期モータの有効電力に加算した値を総合有効電力とし、その総合有効電力、電圧実効値および力率に基づき交流電力の電流実効値を推定することが望ましい。

本発明の同期モータ駆動装置において、ＰＷＭ信号生成部は、入力電流計算部の出力が所定の値を超えた場合、同期モータの回転数を低下させることが望ましい。

本発明は、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、直流電圧を第１のＰＷＭ信号に基づき３相交流電流に変換し、第１の同期モータへ出力する第１のインバータ回路と、直流電圧を第２のＰＷＭ信号に基づき３相交流電流に変換し、第２の同期モータへ出力する第２のインバータ回路と、第１のＰＷＭ信号および第２のＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータとを備え、マイクロコンピュータは、第１のＰＷＭ信号を生成する第１のＰＷＭ信号生成部と、第２のＰＷＭ信号を生成する第２のＰＷＭ信号生成部と、第１の同期モータの回転部が３６０度のｎ分の１の機械角度だけ回転する毎に直流電圧と第１のインバータ回路の電源電流とに基づき瞬時電力を算出し、算出したｎ個の瞬時電力を平均して第１の同期モータの有効電力を算出する第１の有効電力計算部と、第２の同期モータの回転部が３６０度のｍ分の１の機械角度だけ回転する毎に直流電圧と第２のインバータ回路の電源電流とに基づき瞬時電力を算出し、算出したｍ個の瞬時電力を平均して第２の同期モータの有効電力を算出する第２の有効電力計算部と、直流電圧および第１の同期モータの有効電力と第２の同期モータの有効電力とを加算した同期モータの有効電力に対する直流電圧との変化量に基づき交流電力の電圧実効値を算出する電圧実効値計算部と、第１の同期モータおよび第２の同期モータの有効電力または回転速度に基づき、交流電力の力率を算出する手段と、第１の同期モータの有効電力、電圧実効値および力率に基づき交流電力の第１の推定電流実効値を求めるとともに、第２の同期モータの有効電力、電圧実効値および力率に基づき交流電力の第２の推定電流実効値を求め、第１および第２の推定電流実効値を加算して交流電力の電流実効値を求める入力電流計算部とを有し、ｎ，ｍの各々は２以上の整数である、同期モータ駆動装置である。

本発明によれば、簡易な構成で、精度のよ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を提供することができる。

本発明の実施の形態１に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態１に係るマイクロコンピュータＡ１の構成を示す回路図である。 本発明の各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。 本発明の各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。 本発明の各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。 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の構成を示す回路ブロック図である。 本発明の実施の形態１の変形例に係るマイクロコンピュータＡ２１の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態２に係る同期モータ駆動装置ＭＤ２の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態２に係るマイクロコンピュータＡ３の構成を示す回路図である。 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の構成を示す回路図である。 本発明の各実施形態における同期モータの有効電力と降下直流電圧との関係を示す図である。 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、コンバータ回路の具体的構成を示す回路図である。

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に係る同期モータ駆動装置ＭＤ１の構成および動作を説明する。

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、抵抗Ｒｄｃ１、抵抗Ｒｄｃ２、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。

コンバータ回路２は、電圧実効値Ｖａｃおよび電流実効値Ｉａｃを有する商用交流電源１から供給される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の具体例を図１２に示す。図１２（ａ）は、電圧実効値Ｖａｃが、例えば、２００Ｖの交流電圧から２００Ｖの直流電圧Ｖｄｃを出力するコンバータ回路である。交流電圧はダイオードブリッジＤＢおよびコンデンサＣにより整流・平滑化され、２００Ｖの直流電圧Ｖｄｃとして出力される。

図１２（ｂ）は、電圧実効値Ｖａｃが、例えば、１００Ｖの交流電圧から２００Ｖの直流電圧Ｖｄｃを出力するコンバータ回路である。交流電圧は、ダイオードブリッジＤＢ、コンデンサＣ１およびコンデンサＣ２で構成される倍電圧回路により、２００Ｖに昇圧された直流電圧Ｖｄｃに変換される。同期モータ駆動装置ＭＤ１に供給される電圧実効値Ｖａｃの値に応じて、必要な構成を有するコンバータ回路が選択される。

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。

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。

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、増幅して直流電流モニタ信号Ｉｄｃ＿ｓｉｇとしてマイクロコンピュータＡ１に出力する。

抵抗Ｒｄｃ１および抵抗Ｒｄｃ２は、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２との間に直列接続され、直流電圧モニタ回路を形成する。抵抗Ｒｄｃ１および抵抗Ｒｄｃ２の接続点から、直流電圧Ｖｄｃを両抵抗で分圧した直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１がマイクロコンピュータＡ１へ出力される。

図２を参照して、本発明の実施の形態１に係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。

（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モニタ信号Ｉｄｃ＿ｓｉｇ、ＰＷＭ信号生成部７から出力されるＰＷＭ信号および直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１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。

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の値を検出する瞬時直流電圧検出部６２１を有する。

（瞬時電流Ｉｕ（ｔ）／Ｉｖ（ｔ）／Ｉｗ（ｔ）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モニタ信号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。

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、直流電流モニタ信号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。

瞬時直流電圧検出部６２１は、入力された直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１に基づき、設定され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の値を検出し、瞬時電力計算部６２および電圧実効値計算部６４１へ出力する。

瞬時直流電圧検出部６２１は、さらに、直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１に基づき直流電圧Ｖｄｃのリプル周期ｆ＿ｒｐｌを検出して出力する。コンバータ回路２は交流電圧をダイオードブリッジで全波整流し、さらに平滑回路でリプル電圧を低減して直流電圧Ｖｄｃを出力する。しかし、直流電圧Ｖｄｃには、全波整流の結果として、商用交流電源１の２倍の周期を有するリプル（脈動）が残る。このリプル周期は、直流電圧Ｖｄｃを抵抗分圧して生成される直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１のリプル周期ｆ＿ｒｐｌに反映される。

リプル周期ｆ＿ｒｐｌは、直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１の値を所定の検出周期で検出し、検出した値を平均化処理して求める。検出周期は、ノイズキャンセルを考慮し、例えば、数マイクロ秒毎に設定する。検出された交流電圧の周期が５０Ｈｚおよび６０Ｈｚである場合、その２倍の周期を有するリプル周期ｆ＿ｒｐｌは、各々、１０ミリ秒および８．３３ミリ秒となる。

従って、直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１から交流電圧（即ち、商用交流電源１）の周期を検出するには、最低でも１ミリ秒程度毎に直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１の値を検出する必要がある。この検出周期は、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、数マイクロ秒から数百マイクロ秒までの時間に設定することが望ましい。

入力電流推定部６は、さらに、商用交流電源１の電圧実効値Ｖａｃを算出する電圧実効値計算部６４１、交流電圧および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。

電圧実効値計算部６４１は、瞬時直流電圧検出部６２１が出力する直流電圧Ｖｄｃおよびリプル周期ｆ＿ｒｐｌと、有効電力計算部６３が出力する有効電力Ｐとに基づき、後述する計算式により電圧実効値Ｖａｃを算出する。

（瞬時電力ｐ（ｔ）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。瞬時直流電圧検出部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の値を検出して出力する。瞬時電力ｐ（ｔ）は、瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）、およびＩｗ（ｔ）と瞬時直流電圧検出部６２１から出力される直流電圧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。

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。

（瞬時電力の検出時刻ｔ１〜ｔｎ）
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。

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。

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。

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。

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。

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。

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モニタ信号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、瞬時電流分配部６１に対して、インバータ回路３に流れる直流電流Ｉｄｃの検出時刻ｔ１〜ｔｎを通知する。

（有効電力Ｐの計算）
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ｎで除算した以下の式１で求められる。
Ｐ＝（ｐ（ｔ１）＋ｐ（ｔ２）＋ … ＋ｐ（ｔｎ））／ｎ … 式１
有効電力計算部６３は、式１に記載の通り、各時刻における瞬時電力ｐ（ｔ１）〜ｐ（ｔｎ）の総和をｎで除算して、同期モータ４で消費される有効電力Ｐを算出し、入力電流計算部６４および電圧実効値計算部６４１へ出力する。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。

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。

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。

（同期モータ駆動装置の総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１）
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へ供給される交流電圧および交流電流の実効値は、各々、ＶａｃおよびＩａｃである。この交流電圧と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。

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。同期モータ４の有効電力Ｐの計算式は式１に示す通りである。

さらに、コンバータ回路２の出力電力は、同期モータ４の有効電力Ｐ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
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。

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２
Ｐ＿ｍｄ１＝Ｐ＋Ｐ＿ｉｐｍ１＝（１＋ｋ１）＊Ｐ … 式３
式１、式２および式３から、入力交流電源の電流実効値Ｉａｃ、同期モータ４の有効電力Ｐ、交流電圧の実効値Ｖａｃ、および力率ｃｏｓ（θ）は、以下の式４の関係を有する。
Ｉａｃ＝（１＋ｋ１）＊Ｐ／（Ｖａｃ＊ｃｏｓ（θ）） … 式４
以下に、交流電圧の実効値Ｖａｃと力率ｃｏｓ（θ）の算出方法を説明する。

（交流電圧の実効値Ｖａｃの計算）
図１に示す商用交流電源１の電圧実効値Ｖａｃの計算方法について説明する。同期モータ４の回転速度が上昇するに従いコンバータ回路２の出力電流が増加するため、コンバータ回路２の直流電圧Ｖｄｃは低下する。即ち、コンバータ回路２が有効電力Ｐを出力していない場合に比べて、同期モータ４へ有効電力Ｐを供給しているコンバータ回路２の直流電圧Ｖｄｃは低下する。この直流電圧Ｖｄｃの降下分を降下直流電圧ΔＶｄｃとする。降下直流電圧ΔＶｄｃは負の値を有し、コンバータ回路２が同期モータ４へ有効電力Ｐを供給していないときの直流電圧Ｖｄｃを基準値とする降下電圧値である。

図１２（ａ）に示すコンバータ回路２が有効電力Ｐを出力している場合、電圧実効値Ｖａｃ、直流電圧Ｖｄｃおよび降下直流電圧ΔＶｄｃとは以下の関係を有する。
Ｖａｃ＝（Ｖｄｃ−ΔＶｄｃ）／√２
＝（Ｖｄｃ＋ａｂｓ（ΔＶｄｃ））／√２ … 式５
ここで、√２は２の平方根、ａｂｓ（ΔＶｄｃ）はΔＶｄｃの絶対値である。

コンバータ回路２が図１２（ｂ）に示す倍電圧回路の場合、電圧実効値Ｖａｃ、直流電圧Ｖｄｃおよび降下直流電圧ΔＶｄｃとは以下の関係を有する。
Ｖａｃ＝（Ｖｄｃ−ΔＶｄｃ）／２／√２
＝（Ｖｄｃ＋ａｂｓ（ΔＶｄｃ））／２／√２ … 式５１
コンバータ回路２の回路構成に基づき、いずれか一方の式が選択される。

図１１を参照して、降下直流電圧ΔＶｄｃの計算方法を説明する。
図１１は、同期モータ４の有効電力Ｐ（横軸）に対する降下直流電圧ΔＶｄｃ（縦軸）の変化を示す６本のグラフである。６本のグラフは、大別すると、商用交流電圧の周波数が５０Ｈｚのグループと６０Ｈｚのグループとに分けられる。各グループは、さらに、交流電圧の実効値が９０Ｖ、１００Ｖ、および１１０Ｖの場合のグラフで構成される。６本のグラフに示される通り、同期モータ４の有効電力Ｐが増加すると、降下直流電圧ΔＶｄｃは減少（ΔＶｄｃの絶対値は増加）する。即ち、コンバータ回路２が出力する直流電圧Ｖｄｃは減少する。

図１１に示される通り、有効電力Ｐと降下直流電圧ΔＶｄｃとは反比例に近い関係を有し、その関係は入力交流電圧の周波数で更に変化することがわかる。従って、商用交流電圧の各周波数別に、有効電力Ｐと降下直流電圧ΔＶｄｃのデータテーブル（以下、単に、データテーブルとも記載する）をマイクロコンピュータＡ１に格納しておき、有効電力Ｐおよび商用交流電圧の周波数を指定することにより、降下直流電圧ΔＶｄｃを求めることが出来る。

図２に示す電圧実効値計算部６４１は、リプル周期ｆ＿ｒｐｌ、直流電圧Ｖｄｃ、有効電力Ｐ、およびデータテーブル（図示せず）に基づき、電圧実効値Ｖａｃを計算する。瞬時直流電圧検出部６２１が出力するリプル周期ｆ＿ｒｐｌから商用交流電源１の周波数が判別され、データテーブルに格納される２つのデータ群のうち、判別した周波数のデータ群が選択される。以上により、同期モータ４の有効電力Ｐに対応した降下直流電圧ΔＶｄｃが決定される。さらに、有効電力計算部６３が出力する有効電力Ｐに基づき、データテーブルを参照して降下直流電圧ΔＶｄｃが決定される。

電圧実効値計算部６４１は、決定した降下直流電圧ΔＶｄｃおよび瞬時直流電圧検出部６２１が出力する直流電圧Ｖｄｃを式５または式５１に当てはめ、電圧実効値Ｖａｃを計算し、入力電流計算部６４へ出力する。

有効電力Ｐと降下直流電圧ΔＶｄｃとの関係をデータテーブルの形式でマイクロコンピュータＡ１に格納する代わりに、各交流電圧の周波数別に、両者の関係を近似式に設定して演算処理してもよい。近似式は２次式でもよいし、有効電力Ｐの範囲を適宜分割し、分割した電力区間を１次式で近似してもよい。

同期モータ４の回転数が変化する頻度に応じて、降下直流電圧ΔＶｄｃを計算してもよい。例えば、同じ回転数でＴ秒間以上継続して同期モータ４が回転した場合に、降下直流電圧ΔＶｄｃを計算する構成としてもよい。有効電力Ｐがある程度の期間に亘って変化しない場合、この計算方法により誤差の少ない電圧実効値Ｖａｃを推定できる。継続期間として設定する時間Ｔは、予め、マイクロコンピュータＡ１に設定しておく。

以上の構成により、商用交流電源１の周波数やコンバータ回路２の回路構成に対応して、同期モータ４の運転期間中における商用交流電源１の電圧実効値Ｖａｃが検出可能となる。また、運転期間中に交流電圧に変動があった場合でも、その電圧実効値Ｖａｃを検出することができる。

（力率ｃｏｓ（θ）の計算）
図４を参照して、交流電圧と交流電流の力率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。

同期モータ駆動装置ＭＤ１の総合有効電力Ｐ＿ｍｄ１と力率ｃｏｓ（θ）との関係をテーブルの形式でマイクロコンピュータＡ１に格納する代わりに、両者の関係を近似式に設定して演算処理してもよい。

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。

（推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算）
図２を参照して、入力電流計算部６４による推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算方法を説明する。

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から供給される交流電源の電流実効値Ｉａｃを推定し、推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔとして出力する。

この推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算には、電圧実効値計算部６４１が出力する電圧実効値Ｖａｃ、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／（Ｖａｃ＊ｃｏｓ（θ））
推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算式は、上記の式４に対応する。

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。

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。

図６に示す同期モータ駆動装置ＭＤ１１は、電圧実効値Ｖａｃおよび電流実効値Ｉａｃの商用交流電源１から供給される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。

コンバータ回路２は、同期モータ駆動装置ＭＤ１１に供給される交流電源の電圧実効値Ｖａｃの値に応じて、図１２（ａ）または図１２（ｂ）に示されるものが適宜選択される。

インバータ回路３１およびインバータ回路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およびインバータ回路３２のスイッチング動作を制御する。

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および抵抗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およびインバータ回路３２を流れる直流電流Ｉｄｃ１およびＩｄｃ２を検出し、増幅して、直流電流モニタ信号Ｉｄｃ１＿ｓｉｇおよび直流電流モニタ信号Ｉｄｃ２＿ｓｉｇをマイクロコンピュータＡ２１に出力する。

同期モータ駆動装置ＭＤ１１は、さらに、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２との間に直列接続される抵抗Ｒｄｃ１および抵抗Ｒｄｃ２で構成される直流電圧モニタ回路を有する。抵抗Ｒｄｃ１および抵抗Ｒｄｃ２の接続点から、直流電圧Ｖｄｃを両抵抗で分圧した直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１１がマイクロコンピュータＡ２１へ出力される。

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、第１のＰＷＭ信号生成部７Ｍ、および第２のＰＷＭ信号生成部７ＦＭを有する。第１のＰＷＭ信号生成部７Ｍおよび第２のＰＷＭ信号生成部７ＦＭは、各々、ＰＷＭ信号１およびＰＷＭ信号２を生成し、インバータ回路３１およびインバータ回路３２へ出力する。

第１の入力電流推定部６Ｍは、直流電流モニタ信号Ｉｄｃ１＿ｓｉｇおよび第１のＰＷＭ信号生成部７Ｍ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、第１のＰＷＭ信号生成部７Ｍに出力する。第２の入力電流推定部６ＦＭは、直流電流モニタ信号Ｉｄｃ２＿ｓｉｇおよび第２のＰＷＭ信号生成部７ＦＭ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、第２のＰＷＭ信号生成部７ＦＭに出力する。

図７に示す第１の入力電流推定部６Ｍは、以下の点を除いて、図２に示す実施の形態１に係る入力電流推定部６と同一の構成を有する。図２における瞬時直流電圧検出部６２１は、直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１に基づき、設定され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の値を検出し、瞬時電力計算部６２および電圧実効値計算部６４１へ出力する。これに対し、図７に示す第１の入力電流推定部６Ｍが備える瞬時直流電圧検出部６２１（図示せず）は、直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１１に基づき直流電圧Ｖｄｃの値を検出する。

図７に示す第１の入力電流推定部６Ｍは、圧縮機用同期モータ４１のモータ極数を格納する第１の同期モータ極数格納部６１２Ｍ、瞬時電力を検出する電気角度を格納する第１の検出周期格納部６１３Ｍ、および比例定数ｋ１を格納する第１の比例定数格納部６４３Ｍを備える。

図７に示す第２の入力電流推定部６ＦＭは、以下の点を除いて、図２に示す実施の形態１の係る入力電流推定部６と同一の構成を有する。図２における瞬時直流電圧検出部６２１は、直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１に基づき、直流電圧Ｖｄｃのリプル周期ｆ＿ｒｐｌおよび直流電圧Ｖｄｃを検出する。

これに対し、第２の入力電流推定部６ＦＭは、図２における瞬時直流電圧検出部６２１を備えない。瞬時電力計算部６２および電圧実効値計算部６４１は、第１の入力電流推定部６Ｍの瞬時直流電圧検出部６２１から出力されるそれらデータに基づき、瞬時電力ｐ（ｔ）および電圧実効値Ｖａｃを計算する。即ち、第１の入力電流推定部６Ｍのみ、直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１１から直流電圧Ｖｄｃのリプル周期ｆ＿ｒｐｌおよび直流電圧Ｖｄｃを検出する機能を有する。

必要に応じ、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が、直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１１から直流電圧Ｖｄｃのリプル周期ｆ＿ｒｐｌおよび直流電圧Ｖｄｃを検出する機能を備えてもよい。また、その検出機能を第２の入力電流推定部６ＦＭが備えてもよい。

第２の入力電流推定部６ＦＭは、ファン用同期モータ４２のモータ極数を格納する第２の同期モータ極数格納部６１２ＦＭ、瞬時電力を検出する電気角度を格納する第２の検出周期格納部６１３ＦＭ、および比例定数ｋ２を格納する第２の比例定数格納部６４３ＦＭを備える。

図６において、商用交流電源１の交流電圧と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。実施の形態１と同じく、ＶａｃおよびＩａｃは商用交流電源１の電圧実効値および電流実効値である。

図７において、第１の入力電流推定部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、第２の入力電流推定部６ＦＭで求めたファン用同期モータ４２の有効電力をＰ＿ｆａｎとする。

インバータ回路３１およびインバータ回路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の計算式は、
Ｐ＿ｉｐｍ２１＝ｋ１＊Ｐ＿ｃｏｍｐ＋ｋ２＊Ｐ＿ｆａｎ
となる。

従って、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。

商用交流電源１の電圧実効値Ｖａｃは、実施の形態１における式５または式５１により求める。式５または式５１において、直流電圧Ｖｄｃおよび降下直流電圧ΔＶｄｃは、実施の形態１と同様に、図７の第１の入力電流推定部６Ｍが備える瞬時直流電圧検出部６２１および有効電力計算部６３の出力に基づき計算する。降下直流電圧ΔＶｄｃは、図７に示すマイクロコンピュータＡ２１が備えるデータテーブル（図示せず）に基づき求める。

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））
電圧実効値Ｖａｃおよび力率ｃｏｓ（θ）の値は、実施の形態１と同様に求める。

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、インバータ回路３１およびインバータ回路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ＭＤ１１は、冷凍・空調装置の連続運転を維持することができる。

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。

＜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。

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、抵抗Ｒｄｃ１、抵抗Ｒｄｃ２、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。

コンバータ回路２は、電圧実効値Ｖａｃおよび電流実効値Ｉａｃを有する商用交流電源１から供給される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は、同期モータ駆動装置ＭＤ２に供給される交流電源の電圧実効値Ｖａｃの値に応じて、図１２（ａ）または図１２（ｂ）に示すものが適宜選択される。

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。

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。

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。

抵抗Ｒｄｃ１および抵抗Ｒｄｃ２は、正極直流ラインＰＬ１と負極直流ラインＰＬ２との間に直列接続され、直流電圧モニタ回路を形成する。抵抗Ｒｄｃ１および抵抗Ｒｄｃ２の接続点から、直流電圧Ｖｄｃを両抵抗で分圧した直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ２がマイクロコンピュータＡ３へ出力される。

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。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。

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。

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。

（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、直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ２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。

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の値を検出する瞬時直流電圧検出部６２１を有する。

（瞬時電流Ｉｕ（ｔ）／Ｉｖ（ｔ）／Ｉｗ（ｔ）の検出）
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）を出力する。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。

瞬時直流電圧検出部６２１は、入力された直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ２に基づき、設定され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の値を検出し、瞬時電力計算部６２Ａおよび電圧実効値計算部６４１へ出力する。

瞬時直流電圧検出部６２１は、さらに、直流電圧モニタ信号Ｖｄｃ＿ｓｉｇ２に基づき直流電圧Ｖｄｃのリプル周期ｆ＿ｒｐｌを出力する。リプル周期ｆ＿ｒｐｌの検出方法は実施の形態１と同様である。

入力電流推定部６Ａは、さらに、商用交流電源１の電圧実効値Ｖａｃの値を計算する電圧実効値計算部６４１、交流電圧および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。

電圧実効値計算部６４１は、有効電力計算部６３が出力する有効電力Ｐおよび瞬時直流電圧検出部６２１が出力するリプル周期ｆ＿ｒｐｌに基づき、データテーブルを参照して降下直流電圧ΔＶｄｃを決定する。さらに、電圧実効値計算部６４１は、決定した降下直流電圧ΔＶｄｃおよび瞬時直流電圧検出部６２１が出力する直流電圧Ｖｄｃに基づき、後述する計算式により電圧実効値Ｖａｃを算出する。

（瞬時電力ｐ（ｔ）の計算）
瞬時電力計算部６２Ａは、３相の瞬時電流Ｉｕ（ｔ）、Ｉｖ（ｔ）およびＩｗ（ｔ）と、ＰＷＭ信号生成部７から出力されるＰＷＭ信号と、瞬時直流電圧検出部６２１が出力する直流電圧Ｖｄｃとに基づき、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）と瞬時直流電圧検出部６２１から出力される直流電圧Ｖｄｃに基づき、以下の式で計算される。

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。
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。

瞬時電力ｐ（ｔ）の検出時刻は、図３に示す実施の形態１における検出時刻と同様に設定される。同期モータ４の機械的１回転（機械角度３６０°）の周期Ｔに対応する電気角度に亘り、所定の電気角度の検出ピッチで検出時刻ｔ１〜ｔｎを設定する。この機械的１回転の周期Ｔに対応する電気角度は同期モータ４の極数に依存する。図９と図２に示す検出周期格納部６１３は、ともに、瞬時電力ｐ（ｔ）を検出する電気角度のピッチを格納する。図９と図２に示す同期モータ極数格納部６１２は、ともに、同期モータ４の極数を格納する。

図９に示す検出電気角度設定部６１１は、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、瞬時電流検出部６１Ａに対して、直流電流信号Ｉｒｕ／Ｉｒｖ／Ｉｒｗの検出時刻ｔ１〜ｔｎを通知する。

（有効電力Ｐの計算）
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）の総和をｎで除算して有効電力Ｐを算出する。有効電力Ｐの計算式は、以下の式１Ａとなる。
Ｐ＝（ｐ（ｔ１）＋ｐ（ｔ２）＋ … ＋ｐ（ｔｎ））／ｎ … 式１Ａ
ここで、式１Ａは、実施の形態１における式１に対応する。

（同期モータ駆動装置の総合有効電力Ｐ＿ｍｄ２）
図８において、商用交流電源１から同期モータ駆動装置ＭＤ２へ供給される交流電圧および交流電流の実効値は、各々、ＶａｃおよびＩａｃである。その交流電圧と交流電流との位相差を”θ”とすると、有効電力は、Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）となる。ここで、同期モータ駆動装置ＭＤ２が消費する総合有効電力をＰ＿ｍｄ２とすると、両者の有効電力の値には、
Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）＝Ｐ＿ｍｄ２
という関係が成立する。

図８に示す同期モータ駆動装置ＭＤ２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９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。同期モータ４の有効電力Ｐの計算式は、実施の形態１と同様に、式１Ａに示す通りである。

さらに、コンバータ回路２の出力電力は、上記同期モータ４の有効電力Ｐ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Ａ３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Ａ３）の熱損失分の電力をＰ＿ｉｐｍ３とする。このＰ＿ｉｐｍ３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＿ｉｐｍ３＝ｋ１＊Ｐ
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Ａ３に格納される。

以上から、同期モータ駆動装置ＭＤ３が消費する総合有効電力Ｐ＿ｍｄ３は、同期モータ４の有効電力ＰおよびＩＰＭの熱損失分の電力Ｐ＿ｉｐｍ３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ＭＤ３で消費される総合有効電力Ｐ＿ｍｄ３との関係を示す。
Ｖａｃ＊Ｉａｃ＊ｃｏｓ（θ）＝Ｐ＿ｍｄ３ … 式２Ａ
Ｐ＿ｍｄ１＝Ｐ＋Ｐ＿ｉｐｍ３＝（１＋ｋ１）＊Ｐ … 式３Ａ
ここで、式２Ａおよび式３Ａは、実施の形態１における式２および式３に対応する。

式１Ａ、式２Ａおよび式３Ａから、交流電流の実効値Ｉａｃ、同期モータ４の有効電力Ｐ、交流電圧の実効値Ｖａｃ、および力率ｃｏｓ（θ）は、以下の式４Ａの関係を有する。
Ｉａｃ＝（１＋ｋ１）＊Ｐ／（Ｖａｃ＊ｃｏｓ（θ）） … 式４Ａ
ここで、式４Ａは、実施の形態１における式４に対応する。

（交流電圧の実効値Ｖａｃの計算）
以下に、交流電圧の実効値Ｖａｃと力率ｃｏｓ（θ）の算出方法を説明する。

図８に示す商用交流電源１の入力電圧実効値Ｖａｃの計算方法について説明する。同期モータ４の回転速度が上昇するに従いコンバータ回路２の出力電流が増加するため、コンバータ回路２の直流電圧Ｖｄｃは低下する。実施の形態１と同様に、その直流電圧Ｖｄｃの降下分を降下直流電圧ΔＶｄｃとする。

図１２（ａ）に示すコンバータ回路２が有効電力Ｐを出力している場合、電圧実効値Ｖａｃ、直流電圧Ｖｄｃおよび降下直流電圧ΔＶｄｃとは以下の関係を有する。
Ｖａｃ＝（Ｖｄｃ−ΔＶｄｃ）／√２
＝（Ｖｄｃ＋ａｂｓ（ΔＶｄｃ））／√２ … 式５Ａ
ここで、√２は２の平方根、ａｂｓ（ΔＶｄｃ）はΔＶｄｃの絶対値である。

コンバータ回路２が図１２（ｂ）に示す倍電圧回路の場合、電圧実効値Ｖａｃ、直流電圧Ｖｄｃおよび降下直流電圧ΔＶｄｃとは以下の関係を有する。
Ｖａｃ＝（Ｖｄｃ−ΔＶｄｃ）／２／√２
＝（Ｖｄｃ＋ａｂｓ（ΔＶｄｃ））／２／√２ … 式５１Ａ
コンバータ回路２の回路構成に基づき、いずれか一方の式が選択される。ここで、式５Ａおよび式５１Ａは、実施の形態１における式５および式５１に各々対応する。

実施の形態１と同様に、図１１に示す６本のグラフを商用交流電源１の各周波数別に、有効電力Ｐと降下直流電圧ΔＶｄｃのデータテーブルとしてマイクロコンピュータＡ３に格納しておき、有効電力Ｐおよび入力交流電圧の周波数を指定することにより、降下直流電圧ΔＶｄｃを求めることが出来る。

以上の構成により、同期モータ４の運転期間中における商用交流電源１の電圧実効値Ｖａｃの検出が可能となる。また、運転期間中に交流電圧に変動があった場合でも、その電圧実効値Ｖａｃを検出することができる。

実施の形態１と同様に、マイクロコンピュータＡ３に格納した図４または図５に示すテーブルに基づき、入力交流電圧と入力交流電流の力率ｃｏｓ（θ）を求める。

（推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算）
図９を参照して、入力電流計算部６４による推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算方法を説明する。

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。

この推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算には、電圧実効値計算部６４１が出力する電圧実効値Ｖａｃ、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／（Ｖａｃ＊ｃｏｓ（θ））
この推定電流実効値Ｉａｃ＿ｅｓｔの計算式は、上記の式４Ａに対応する。

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ＭＤ２は、冷凍・空調装置の連続運転を維持することができる。

以上のように、実施の形態２の同期モータ駆動装置ＭＤ２は、ＩＰＭとして動作するマイクロコンピュータＡ３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ＭＤ２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。

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。

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。

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。

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。

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、Ｒｄｃ１,Ｒｄｃ２ 抵抗、Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１,Ｖｄｃ＿ｓｉｇ１１,Ｖｄｃ＿ｓｉｇ２ 直流電圧モニタ信号、Ａ１,Ａ２１,Ａ３ マイクロコンピュータ、Ｉａｃ 電流実効値、Ｖａｃ 電圧実効値、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 直流電流モニタ信号、６,６Ｍ,６ＦＭ，６Ａ 入力電流推定部、Ｉａｃ＿ｅｓｔ,Ｉａｃ１＿ｅｓｔ,Ｉａｃ２＿ｅｓｔ 推定電流実効値、Ｌ コイル、ＤＢ ダイオードブリッジ、Ｃ,Ｃ１,Ｃ２ キャパシタ。

Claims (7)

1. 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ＰＷＭ信号に基づき３相交流電流に変換し、同期モータへ出力するインバータ回路と、
   前記ＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータとを備え、
   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、
   前記同期モータの回転部が３６０度のｎ分の１の機械角度だけ回転する毎に前記直流電圧と前記インバータ回路の電源電流とに基づき瞬時電力を算出し、算出したｎ個の瞬時電力を平均して前記同期モータの有効電力を算出する有効電力計算部と、
   前記直流電圧および前記同期モータの有効電力に対する前記直流電圧の変化量に基づき前記交流電力の電圧実効値を算出する電圧実効値計算部と、
   前記同期モータの有効電力または回転速度に基づき前記交流電力の力率を算出する手段と、
   前記同期モータの有効電力、前記電圧実効値および前記力率に基づき前記交流電力の電流実効値を推定する入力電流計算部とを有し、ｎは２以上の整数である、同期モータ駆動装置。
2. 前記マイクロコンピュータは、
   前記直流電圧に基づき直流電圧モニタ信号を生成する直流電圧モニタ回路と、
   前記直流電圧モニタ信号に基づき前記直流電圧を検出する直流電圧検出部と、をさらに有する請求項１記載の同期モータ駆動装置。
3. 前記マイクロコンピュータは、
   前記同期モータの有効電力に対する前記直流電圧の変化量の関係を格納する手段をさらに有する、請求項１または請求項２記載の同期モータ駆動装置。
4. 前記マイクロコンピュータは、
   前記直流電圧のリプル周期を検出する手段をさらに有し、
   前記電圧実効値計算部は、前記直流電圧のリプル周期および前記直流電圧の変化量に基づき前記交流電力の電圧実効値を算出する、請求項１ないし請求項３いずれか記載の同期モータ駆動装置。
5. 前記マイクロコンピュータは、
   前記同期モータの有効電力に対する前記マイクロコンピュータの消費電力の比例定数を保持する比例定数格納部をさらに有し、
   前記入力電流計算部は、前記同期モータの有効電力に前記比例定数を乗算した値を前記同期モータの有効電力に加算した値を総合有効電力とし、その総合有効電力、前記電圧実効値および前記力率に基づき前記交流電力の電流実効値を推定する、請求項１ないし請求項４いずれか記載の同期モータ駆動装置。
6. 前記ＰＷＭ信号生成部は、前記入力電流計算部の出力が所定の値を超えた場合、前記同期モータの回転数を低下させる、請求項１ないし請求項５いずれか記載の同期モータ駆動装置。
7. 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、
   前記直流電圧を第１のＰＷＭ信号に基づき３相交流電流に変換し、第１の同期モータへ出力する第１のインバータ回路と、
   前記直流電圧を第２のＰＷＭ信号に基づき３相交流電流に変換し、第２の同期モータへ出力する第２のインバータ回路と、
   前記第１のＰＷＭ信号および前記第２のＰＷＭ信号を出力するマイクロコンピュータとを備え、
   前記マイクロコンピュータは、
   前記第１のＰＷＭ信号を生成する第１のＰＷＭ信号生成部と、
   前記第２のＰＷＭ信号を生成する第２のＰＷＭ信号生成部と、
   前記第１の同期モータの回転部が３６０度のｎ分の１の機械角度だけ回転する毎に前記直流電圧と前記第１のインバータ回路の電源電流とに基づき瞬時電力を算出し、算出したｎ個の瞬時電力を平均して前記第１の同期モータの有効電力を算出する第１の有効電力計算部と、
   前記第２の同期モータの回転部が３６０度のｍ分の１の機械角度だけ回転する毎に前記直流電圧と前記第２のインバータ回路の電源電流とに基づき瞬時電力を算出し、算出したｍ個の瞬時電力を平均して前記第２の同期モータの有効電力を算出する第２の有効電力計算部と、
   前記直流電圧および前記第１の同期モータの有効電力と前記第２の同期モータの有効電力を加算した同期モータの有効電力に対する前記直流電圧との変化量とに基づき前記交流電力の電圧実効値を算出する電圧実効値計算部と、
   前記第１の同期モータおよび前記第２の同期モータの有効電力または回転速度に基づき、前記交流電力の力率を算出する手段と、
   前記第１の同期モータの有効電力、前記電圧実効値および前記力率に基づき前記交流電力の第１の推定電流実効値を求めるとともに、前記第２の同期モータの有効電力、前記電圧実効値および前記力率に基づき前記交流電力の第２の推定電流実効値を求め、前記第１および第２の推定電流実効値を加算して前記交流電力の電流実効値を求める入力電流計算部とを有し、ｎ，ｍの各々は２以上の整数である、同期モータ駆動装置。

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