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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-08-16
(45)【発行日】2024-08-26
(54)【発明の名称】モータ制御回路、電圧値算出方法及びプログラム
(51)【国際特許分類】
H02P 23/14 20060101AFI20240819BHJP
H02P 21/14 20160101ALI20240819BHJP
H02P 27/08 20060101ALI20240819BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20240819BHJP
【ＦＩ】
H02P23/14
H02P21/14
H02P27/08
H02M7/48 Z
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020204984
(22)【出願日】2020-12-10
(65)【公開番号】P2022092274
(43)【公開日】2022-06-22
【審査請求日】2023-05-19
(73)【特許権者】
【識別番号】000000538
【氏名又は名称】株式会社コロナ
(74)【代理人】
【識別番号】100104329
【弁理士】
【氏名又は名称】原田 卓治
(74)【代理人】
【識別番号】100175019
【弁理士】
【氏名又は名称】白井 健朗
(74)【代理人】
【識別番号】100195648
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 悠太
(72)【発明者】
【氏名】野水 清貴
(72)【発明者】
【氏名】川上 学
(72)【発明者】
【氏名】宮尾 豪
(72)【発明者】
【氏名】松野 泰聖
【審査官】若林 治男
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－１３２１３１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－１５１３４２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｐ ２３／１４
Ｈ０２Ｐ ２１／１４
Ｈ０２Ｐ ２７／０８
Ｈ０２Ｍ ７／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、前記直流電圧を用いてモータを駆動するインバータ回路と、
前記インバータ回路に前記モータの各相に対応する三相のＰＷＭ信号を出力する信号出力部と、前記直流電圧を検出する電圧センサから取得した前記直流電圧の値に基づき前記交流電圧の値を算出する交流電圧算出部と、を有する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記直流電圧を用いて駆動される対象の合計消費電力を算出する消費電力算出部と、
前記合計消費電力と電圧補正値との関係を示す予め記憶された補正情報に基づいて前記電圧補正値を決定する電圧補正値決定部と、
前記コンバータ回路と前記インバータ回路の間に設けられた電流センサから、前記インバータ回路から前記コンバータ回路へ流れる電流の値を取得する電流取得部と、をさらに有し、
キャリア周期の１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のうち、オンの期間が最も長いものを第１信号とし、オンの期間が前記第１信号の次に長いものを第２信号とし、オフの期間が最も長いものを第３信号とすると、
前記電流取得部は、
前記第１信号がオフからオンになった直後の第１タイミング、前記第２信号がオフからオンになった直後の第２タイミング、前記第２信号がオンからオフになる直前の第３タイミング、及び、前記第１信号がオンからオフになる直前の第４タイミングのうち、３以上のタイミングで前記電流の瞬時値を取得し、
取得した各タイミングでの前記電流の瞬時値と、前記１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のそれぞれのオン又はオフを示す状態を考慮して求めた電流供給期間とに基づき、前記１周期内における平均電流値を算出し、
前記消費電力算出部は、
前記電流取得部が算出した前記平均電流値と、前記電圧センサから取得した前記直流電圧の値とに基づき、前記合計消費電力に含まれる前記モータの消費電力を算出し、
前記交流電圧算出部は、
前記直流電圧の値に、前記電圧補正値決定部によって決定された前記電圧補正値を加算した値を、定数で除することで前記交流電圧の値を算出する、
モータ制御回路。
【請求項2】
前記モータは、コンプレッサ用のモータであり、前記直流電圧を用いてファンモータを駆動するファンモータ駆動回路をさらに備え、
前記消費電力算出部は、
前記ファンモータの回転数を算出し、算出した前記回転数に基づき、前記合計消費電力に含まれる前記ファンモータの消費電力を算出する、
請求項１に記載のモータ制御回路。
【請求項3】
前記制御回路は、
前記消費電力算出部が算出した前記合計消費電力と、前記交流電圧算出部が算出した前記交流電圧の値と用いて、前記コンバータ回路に供給される交流電流値を推定する交流電流推定部をさらに有する、
請求項１又は２に記載のモータ制御回路。
【請求項4】
交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路、及び、前記直流電圧を用いてモータを駆動するインバータ回路を備える回路において、前記交流電圧の値を算出する電圧値算出方法であって、前記インバータ回路に前記モータの各相に対応する三相のＰＷＭ信号を出力する信号出力ステップと、
前記直流電圧の値を取得し、取得した前記直流電圧の値に基づき前記交流電圧の値を算出する交流電圧算出ステップと、
前記直流電圧を用いて駆動される対象の合計消費電力を算出する消費電力算出ステップと、
前記合計消費電力と電圧補正値との関係を示す予め記憶された補正情報に基づいて前記電圧補正値を決定する電圧補正値決定ステップと、
前記インバータ回路から前記コンバータ回路へ流れる電流の値を取得する電流取得ステップと、を備え、
キャリア周期の１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のうち、オンの期間が最も長いものを第１信号とし、オンの期間が前記第１信号の次に長いものを第２信号とし、オフの期間が最も長いものを第３信号とすると、
前記電流取得ステップでは、
前記第１信号がオフからオンになった直後の第１タイミング、前記第２信号がオフからオンになった直後の第２タイミング、前記第２信号がオンからオフになる直前の第３タイミング、及び、前記第１信号がオンからオフになる直前の第４タイミングのうち、３以上のタイミングで前記電流の瞬時値を取得し、
取得した各タイミングでの前記電流の瞬時値と、前記１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のそれぞれのオン又はオフを示す状態を考慮して求めた電流供給期間とに基づき、前記１周期内における平均電流値を算出し、
前記消費電力算出ステップでは、
前記電流取得ステップで算出した前記平均電流値と、前記直流電圧の値とに基づき、前記合計消費電力に含まれる前記モータの消費電力を算出し、
前記交流電圧算出ステップでは、
前記直流電圧の値に、前記電圧補正値決定ステップで決定した前記電圧補正値を加算した値を、定数で除することで前記交流電圧の値を算出する、
電圧値算出方法。
【請求項5】
交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路、及び、前記直流電圧を用いてモータを駆動するインバータ回路を備える回路において、前記交流電圧の値を算出するプログラムであって、コンピュータを、
前記インバータ回路に前記モータの各相に対応する三相のＰＷＭ信号を出力する信号出力手段、
前記直流電圧の値を取得し、取得した前記直流電圧の値に基づき前記交流電圧の値を算出する交流電圧算出手段、
前記直流電圧を用いて駆動される対象の合計消費電力を算出する消費電力算出手段、
前記合計消費電力と電圧補正値との関係を示す予め記憶された補正情報に基づいて前記電圧補正値を決定する電圧補正値決定手段、
前記インバータ回路から前記コンバータ回路へ流れる電流の値を取得する電流取得手段、として機能させ、
キャリア周期の１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のうち、オンの期間が最も長いものを第１信号とし、オンの期間が前記第１信号の次に長いものを第２信号とし、オフの期間が最も長いものを第３信号とすると、
前記電流取得手段は、
前記第１信号がオフからオンになった直後の第１タイミング、前記第２信号がオフからオンになった直後の第２タイミング、前記第２信号がオンからオフになる直前の第３タイミング、及び、前記第１信号がオンからオフになる直前の第４タイミングのうち、３以上のタイミングで前記電流の瞬時値を取得し、
取得した各タイミングでの前記電流の瞬時値と、前記１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のそれぞれのオン又はオフを示す状態を考慮して求めた電流供給期間とに基づき、前記１周期内における平均電流値を算出し、
前記消費電力算出手段は、
前記電流取得手段が算出した前記平均電流値と、前記直流電圧の値とに基づき、前記合計消費電力に含まれる前記モータの消費電力を算出し、
前記交流電圧算出手段は、
前記直流電圧の値に、前記電圧補正値決定手段によって決定された前記電圧補正値を加算した値を、定数で除することで前記交流電圧の値を算出する、
プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、モータ制御回路、電圧値算出方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
従来のモータ制御回路として、交流電源による交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ回路と、この直流電圧に基づいてモータを駆動するインバータ回路と、インバータ回路を制御する制御回路とを備えるものが知られている。例えば、モータは、空気調和機のコンプレッサを駆動する。制御回路は、交流電源からコンバータ回路に流れる交流電流を監視し、交流電源に定められた電流容量を超えると予測した場合には、モータの入力電力を抑える制御を行う。
【0003】
交流電流を監視する方法としては、交流電源とコンバータ回路の間に設けられたカレントトランス（以下、ＣＴ）を用いる方法がある。しかしながら、ＣＴを用いると、回路基板の小型化を阻害する虞があるだけでなく、発熱や電力損失も懸念される。この問題に対処するため、例えば特許文献１には、ＣＴを用いずに交流電流値を推定する空気調和機の駆動回路が記載されている。
【0004】
特許文献１に記載の駆動回路は、インバータ回路からコンバータ回路に流れる直流電流を検出する電流検出素子と、コンバータ回路の出力端に接続された直流電圧検知部とを備える。駆動回路は、電流検出素子で検出した電流に基づき求めた直流電流値と、直流電圧検知部が検知した直流電圧とに基づき直流電力を求める。そして、駆動回路は、求めた直流電力を交流電圧と力率の積によって除することにより交流電流値を推定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特許第３８６６１２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載の手法では、交流電流値を推定する際に用いる数式において、交流電圧の箇所に１００Ｖ、２００Ｖといった定格電圧を代入する。しかしながら、実際の交流電圧は変動するため、固定の定格電圧を用いると、実際の交流電圧が変動した分、算出される交流電流値に誤差が生じる。
【0007】
本発明は、上記実状を鑑みてなされたものであり、交流電圧を良好な精度で推定できるモータ制御回路、電圧値算出方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係るモータ制御回路は、
交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、
前記直流電圧を用いてモータを駆動するインバータ回路と、
前記インバータ回路に前記モータの各相に対応する三相のＰＷＭ信号を出力する信号出力部と、前記直流電圧を検出する電圧センサから取得した前記直流電圧の値に基づき前記交流電圧の値を算出する交流電圧算出部と、を有する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記直流電圧を用いて駆動される対象の合計消費電力を算出する消費電力算出部と、
前記合計消費電力と電圧補正値との関係を示す予め記憶された補正情報に基づいて前記電圧補正値を決定する電圧補正値決定部と、
前記コンバータ回路と前記インバータ回路の間に設けられた電流センサから、前記インバータ回路から前記コンバータ回路へ流れる電流の値を取得する電流取得部と、をさらに有し、
キャリア周期の１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のうち、オンの期間が最も長いものを第１信号とし、オンの期間が前記第１信号の次に長いものを第２信号とし、オフの期間が最も長いものを第３信号とすると、
前記電流取得部は、
前記第１信号がオフからオンになった直後の第１タイミング、前記第２信号がオフからオンになった直後の第２タイミング、前記第２信号がオンからオフになる直前の第３タイミング、及び、前記第１信号がオンからオフになる直前の第４タイミングのうち、３以上のタイミングで前記電流の瞬時値を取得し、
取得した各タイミングでの前記電流の瞬時値と、前記１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のそれぞれのオン又はオフを示す状態を考慮して求めた電流供給期間とに基づき、前記１周期内における平均電流値を算出し、
前記消費電力算出部は、
前記電流取得部が算出した前記平均電流値と、前記電圧センサから取得した前記直流電圧の値とに基づき、前記合計消費電力に含まれる前記モータの消費電力を算出し、
前記交流電圧算出部は、
前記直流電圧の値に、前記電圧補正値決定部によって決定された前記電圧補正値を加算した値を、定数で除することで前記交流電圧の値を算出する。
交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路と、
前記直流電圧を用いてモータを駆動するインバータ回路と、
前記インバータ回路に前記モータの各相に対応する三相のＰＷＭ信号を出力する信号出力部と、前記直流電圧を検出する電圧センサから取得した前記直流電圧の値に基づき前記交流電圧の値を算出する交流電圧算出部と、を有する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、
前記直流電圧を用いて駆動される対象の合計消費電力を算出する消費電力算出部と、
前記合計消費電力と電圧補正値との関係を示す予め記憶された補正情報に基づいて前記電圧補正値を決定する電圧補正値決定部と、
前記コンバータ回路と前記インバータ回路の間に設けられた電流センサから、前記インバータ回路から前記コンバータ回路へ流れる電流の値を取得する電流取得部と、をさらに有し、
キャリア周期の１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のうち、オンの期間が最も長いものを第１信号とし、オンの期間が前記第１信号の次に長いものを第２信号とし、オフの期間が最も長いものを第３信号とすると、
前記電流取得部は、
前記第１信号がオフからオンになった直後の第１タイミング、前記第２信号がオフからオンになった直後の第２タイミング、前記第２信号がオンからオフになる直前の第３タイミング、及び、前記第１信号がオンからオフになる直前の第４タイミングのうち、３以上のタイミングで前記電流の瞬時値を取得し、
取得した各タイミングでの前記電流の瞬時値と、前記１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のそれぞれのオン又はオフを示す状態を考慮して求めた電流供給期間とに基づき、前記１周期内における平均電流値を算出し、
前記消費電力算出部は、
前記電流取得部が算出した前記平均電流値と、前記電圧センサから取得した前記直流電圧の値とに基づき、前記合計消費電力に含まれる前記モータの消費電力を算出し、
前記交流電圧算出部は、
前記直流電圧の値に、前記電圧補正値決定部によって決定された前記電圧補正値を加算した値を、定数で除することで前記交流電圧の値を算出する。
【0009】
上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る電圧値算出方法は、
交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路、及び、前記直流電圧を用いてモータを駆動するインバータ回路を備える回路において、前記交流電圧の値を算出する電圧値算出方法であって、
前記インバータ回路に前記モータの各相に対応する三相のＰＷＭ信号を出力する信号出力ステップと、
前記直流電圧の値を取得し、取得した前記直流電圧の値に基づき前記交流電圧の値を算出する交流電圧算出ステップと、
前記直流電圧を用いて駆動される対象の合計消費電力を算出する消費電力算出ステップと、
前記合計消費電力と電圧補正値との関係を示す予め記憶された補正情報に基づいて前記電圧補正値を決定する電圧補正値決定ステップと、
前記インバータ回路から前記コンバータ回路へ流れる電流の値を取得する電流取得ステップと、を備え、
キャリア周期の１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のうち、オンの期間が最も長いものを第１信号とし、オンの期間が前記第１信号の次に長いものを第２信号とし、オフの期間が最も長いものを第３信号とすると、
前記電流取得ステップでは、
前記第１信号がオフからオンになった直後の第１タイミング、前記第２信号がオフからオンになった直後の第２タイミング、前記第２信号がオンからオフになる直前の第３タイミング、及び、前記第１信号がオンからオフになる直前の第４タイミングのうち、３以上のタイミングで前記電流の瞬時値を取得し、
取得した各タイミングでの前記電流の瞬時値と、前記１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のそれぞれのオン又はオフを示す状態を考慮して求めた電流供給期間とに基づき、前記１周期内における平均電流値を算出し、
前記消費電力算出ステップでは、
前記電流取得ステップで算出した前記平均電流値と、前記直流電圧の値とに基づき、前記合計消費電力に含まれる前記モータの消費電力を算出し、
前記交流電圧算出ステップでは、
前記直流電圧の値に、前記電圧補正値決定ステップで決定した前記電圧補正値を加算した値を、定数で除することで前記交流電圧の値を算出する。
交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路、及び、前記直流電圧を用いてモータを駆動するインバータ回路を備える回路において、前記交流電圧の値を算出する電圧値算出方法であって、
前記インバータ回路に前記モータの各相に対応する三相のＰＷＭ信号を出力する信号出力ステップと、
前記直流電圧の値を取得し、取得した前記直流電圧の値に基づき前記交流電圧の値を算出する交流電圧算出ステップと、
前記直流電圧を用いて駆動される対象の合計消費電力を算出する消費電力算出ステップと、
前記合計消費電力と電圧補正値との関係を示す予め記憶された補正情報に基づいて前記電圧補正値を決定する電圧補正値決定ステップと、
前記インバータ回路から前記コンバータ回路へ流れる電流の値を取得する電流取得ステップと、を備え、
キャリア周期の１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のうち、オンの期間が最も長いものを第１信号とし、オンの期間が前記第１信号の次に長いものを第２信号とし、オフの期間が最も長いものを第３信号とすると、
前記電流取得ステップでは、
前記第１信号がオフからオンになった直後の第１タイミング、前記第２信号がオフからオンになった直後の第２タイミング、前記第２信号がオンからオフになる直前の第３タイミング、及び、前記第１信号がオンからオフになる直前の第４タイミングのうち、３以上のタイミングで前記電流の瞬時値を取得し、
取得した各タイミングでの前記電流の瞬時値と、前記１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のそれぞれのオン又はオフを示す状態を考慮して求めた電流供給期間とに基づき、前記１周期内における平均電流値を算出し、
前記消費電力算出ステップでは、
前記電流取得ステップで算出した前記平均電流値と、前記直流電圧の値とに基づき、前記合計消費電力に含まれる前記モータの消費電力を算出し、
前記交流電圧算出ステップでは、
前記直流電圧の値に、前記電圧補正値決定ステップで決定した前記電圧補正値を加算した値を、定数で除することで前記交流電圧の値を算出する。
【0010】
上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係るプログラムは、
交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路、及び、前記直流電圧を用いてモータを駆動するインバータ回路を備える回路において、前記交流電圧の値を算出するプログラムであって、
コンピュータを、
前記インバータ回路に前記モータの各相に対応する三相のＰＷＭ信号を出力する信号出力手段、
前記直流電圧の値を取得し、取得した前記直流電圧の値に基づき前記交流電圧の値を算出する交流電圧算出手段、
前記直流電圧を用いて駆動される対象の合計消費電力を算出する消費電力算出手段、
前記合計消費電力と電圧補正値との関係を示す予め記憶された補正情報に基づいて前記電圧補正値を決定する電圧補正値決定手段、
前記インバータ回路から前記コンバータ回路へ流れる電流の値を取得する電流取得手段、として機能させ、
キャリア周期の１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のうち、オンの期間が最も長いものを第１信号とし、オンの期間が前記第１信号の次に長いものを第２信号とし、オフの期間が最も長いものを第３信号とすると、
前記電流取得手段は、
前記第１信号がオフからオンになった直後の第１タイミング、前記第２信号がオフからオンになった直後の第２タイミング、前記第２信号がオンからオフになる直前の第３タイミング、及び、前記第１信号がオンからオフになる直前の第４タイミングのうち、３以上のタイミングで前記電流の瞬時値を取得し、
取得した各タイミングでの前記電流の瞬時値と、前記１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のそれぞれのオン又はオフを示す状態を考慮して求めた電流供給期間とに基づき、前記１周期内における平均電流値を算出し、
前記消費電力算出手段は、
前記電流取得手段が算出した前記平均電流値と、前記直流電圧の値とに基づき、前記合計消費電力に含まれる前記モータの消費電力を算出し、
前記交流電圧算出手段は、
前記直流電圧の値に、前記電圧補正値決定手段によって決定された前記電圧補正値を加算した値を、定数で除することで前記交流電圧の値を算出する。
交流電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータ回路、及び、前記直流電圧を用いてモータを駆動するインバータ回路を備える回路において、前記交流電圧の値を算出するプログラムであって、
コンピュータを、
前記インバータ回路に前記モータの各相に対応する三相のＰＷＭ信号を出力する信号出力手段、
前記直流電圧の値を取得し、取得した前記直流電圧の値に基づき前記交流電圧の値を算出する交流電圧算出手段、
前記直流電圧を用いて駆動される対象の合計消費電力を算出する消費電力算出手段、
前記合計消費電力と電圧補正値との関係を示す予め記憶された補正情報に基づいて前記電圧補正値を決定する電圧補正値決定手段、
前記インバータ回路から前記コンバータ回路へ流れる電流の値を取得する電流取得手段、として機能させ、
キャリア周期の１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のうち、オンの期間が最も長いものを第１信号とし、オンの期間が前記第１信号の次に長いものを第２信号とし、オフの期間が最も長いものを第３信号とすると、
前記電流取得手段は、
前記第１信号がオフからオンになった直後の第１タイミング、前記第２信号がオフからオンになった直後の第２タイミング、前記第２信号がオンからオフになる直前の第３タイミング、及び、前記第１信号がオンからオフになる直前の第４タイミングのうち、３以上のタイミングで前記電流の瞬時値を取得し、
取得した各タイミングでの前記電流の瞬時値と、前記１周期内における前記三相のＰＷＭ信号のそれぞれのオン又はオフを示す状態を考慮して求めた電流供給期間とに基づき、前記１周期内における平均電流値を算出し、
前記消費電力算出手段は、
前記電流取得手段が算出した前記平均電流値と、前記直流電圧の値とに基づき、前記合計消費電力に含まれる前記モータの消費電力を算出し、
前記交流電圧算出手段は、
前記直流電圧の値に、前記電圧補正値決定手段によって決定された前記電圧補正値を加算した値を、定数で除することで前記交流電圧の値を算出する。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、交流電圧を良好な精度で推定できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の一実施形態に係るモータ制御回路を主に示す構成図。
【図2】同上実施形態に係る制御回路の主要機能を示すブロック図。
【図3】（ａ）は三相変調方式でＰＷＭ制御を行う場合のキャリア周期の１周期内における第１～第３信号を示す図であり、（ｂ）は当該１周期内における直流電流の挙動を示す図。
【図4】（ａ）は二相変調方式でＰＷＭ制御を行う場合のキャリア周期の１周期内における第１～第３信号を示す図であり、（ｂ）は当該１周期内における直流電流の挙動を示す図。
【図5】同上実施形態に係る補正情報を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【0014】
本実施形態に係るモータ制御回路１００は、図１に示すように、コンバータ回路１０と、電圧センサ２０と、電流センサ３０と、コンプレッサ用のモータＭ１を駆動するインバータ回路４０と、ファンモータＭ２を駆動するファンモータ駆動回路５０と、制御回路６０と、を備える。
【0015】
コンバータ回路１０は、商用電源等の交流電源１１による交流電圧Ｖａを直流電圧Ｖｄに変換して出力する。コンバータ回路１０は、全波整流回路（フルブリッジ）１２と、平滑化回路１３とを有する。全波整流回路１２は、印加される交流電圧Ｖａを全波整流して、直流電圧を出力する。平滑化回路１３は、直列接続の関係にある電解コンデンサ１３ａ及び電解コンデンサ１３ｂを有し、全波整流回路１２からの脈動する出力を平滑化する。なお、交流電源１１には電流容量が定められており、その容量以上で使用するとブレーカ等の保護装置が働き、通電を遮断する。
【0016】
電圧センサ２０は、コンバータ回路１０が出力する直流電圧Ｖｄの値を測定する周知の構成である。電圧センサ２０は、直流電圧Ｖｄの値を示す検出信号を制御回路６０に供給する。
【0017】
電流センサ３０は、コンバータ回路１０とインバータ回路４０の間に設けられ、インバータ回路４０からコンバータ回路１０へ流れる電流Ｉｄ（直流電流）の値を検出する。電流センサ３０は、例えば、シャント抵抗とシャント抵抗の両端間の電圧降下を測定する電圧計などから構成され、電流Ｉｄの値を示す検出信号を制御回路６０に供給する。なお、電流センサ３０は、過電流検出のために設けられた周知の構成である。
【0018】
インバータ回路４０は、３対のスイッチング素子を備えた周知の構成であって、制御回路６０からのＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗに従って、直流入力電圧をＵ，Ｖ，Ｗの３相の出力電圧に変換して、駆動対象であるコンプレッサ用のモータＭ１の３つのモータ端子に印加する。インバータ回路４０は、例えば、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）から構成される。
【0019】
モータＭ１は、空気調和機のコンプレッサ装置２００に設けられる３相ブラシレスモータである。コンプレッサ装置２００は、モータＭ１と、モータＭ１の回転によって駆動される図示せぬコンプレッサとを備える。
【0020】
ファンモータ駆動回路５０は、コンバータ回路１０が出力する直流電圧Ｖｄを用いて空気調和機のファンを回転させるファンモータＭ２を駆動する。ファンモータ駆動回路５０は、３対のスイッチング素子を備えた周知の構成である。例えば、ファンモータＭ２は、３相ブラシレスモータである。
【0021】
制御回路６０は、空気調和機の一部又は全体の動作を制御するマイクロコンピュータから構成され、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備える。ＲＯＭは、ＣＰＵの処理手順を定めるとともに、コンピュータを後述の各部として機能させるプログラムＰＧ、後述の補正情報Ｄ１、ファンモータ情報Ｄ２などの固定データを予め記憶する。ＲＡＭは、各種の演算結果などを一時的に記憶する。
【0022】
例えば、制御回路６０は、外部より回転数指令を受信し、回転数指令により指示された目標回転数でモータＭ１を回転させるように、インバータ回路４０を介してモータＭ１を駆動制御する。制御回路６０は、周知のベクトル制御を行って、モータＭ１の各端子に印加すべき電圧（Ｕ，Ｖ，Ｗの各相への電圧指令値）を求め、求めた印加電圧が得られるようにインバータ回路４０のスイッチング素子を切り替えるためのＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを生成する。そして、制御回路６０は、生成したＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗをインバータ回路４０に出力する。また、制御回路６０は、同様にベクトル制御を行ってファンモータ駆動回路５０を介してファンモータＭ２を駆動制御する。また、制御回路６０は、電流センサ３０から取得した電流Ｉｄの値が、予め定めた閾値以上になった場合、インバータ回路４０を停止可能である。
【0023】
この実施形態の制御回路６０は、図２に示すように、主な機能として、ＰＷＭ信号出力部６１と、瞬時値取得部６２と、直流電流算出部６３と、消費電力算出部６４と、交流電圧算出部６５と、電圧補正値決定部６６と、交流電流推定部６７と、を備える。
【0024】
ＰＷＭ信号出力部６１は、ＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを生成してインバータ回路４０に出力する。具体的に、ＰＷＭ信号出力部６１は、前述のように求めた電圧指令値（モータＭ１の回転数に同期した周波数の正弦波）とキャリア（例えば三角波形の変調波）とを比較することにより、経時的にオン又はオフに変化するＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗを生成する。生成されるＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗは、モータＭ１のＵ－Ｖ相間電圧、Ｖ－Ｗ相間電圧、Ｗ－Ｕ相間電圧の各相間電圧の平均電圧が正弦波状に変調された出力電圧となるように、キャリアの周期（以下、キャリア周期Ｔ）内でのそれぞれのデューティが異なる。ＰＷＭ信号出力部６１は、このように生成したＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗをインバータ回路４０へ出力する。インバータ回路４０は、ＰＷＭ信号Ｓｕがオンの期間に応じた電圧をモータＭ１のＵ相に出力し、ＰＷＭ信号Ｓｖがオンの期間に応じた電圧をモータＭ１のＶ相に出力し、ＰＷＭ信号Ｓｗがオンの期間に応じた電圧をモータＭ１のＷ相に出力する。これにより、各相間電圧の平均電圧が正弦波状に変調された出力電圧となる。
【0025】
また、ＰＷＭ信号出力部６１は、三相変調方式又は二相変調方式でインバータ回路４０を制御可能である。以下では、図３（ａ）、図４（ａ）に示すように、キャリア周期Ｔの１周期内におけるＰＷＭ信号Ｓｕ，Ｓｖ，Ｓｗのうち、オンの期間が最も長いものを第１信号Ｓ１とし、オンの期間が第１信号Ｓ１の次に長いものを第２信号Ｓ２とし、オフの期間が最も長いものを第３信号Ｓ３とする。
図３（ａ）は、三相変調方式の場合のキャリア周期Ｔの１周期内の第１～第３信号Ｓ１～Ｓ３を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す１周期内における電流Ｉｄの値の実際の挙動を示す。
図４（ａ）は、二相変調方式の場合のキャリア周期Ｔの１周期内の第１～第３信号Ｓ１～Ｓ３を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す１周期内における電流Ｉｄの値の実際の挙動を示す。
図３（ａ）は、三相変調方式の場合のキャリア周期Ｔの１周期内の第１～第３信号Ｓ１～Ｓ３を示す。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す１周期内における電流Ｉｄの値の実際の挙動を示す。
図４（ａ）は、二相変調方式の場合のキャリア周期Ｔの１周期内の第１～第３信号Ｓ１～Ｓ３を示す。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す１周期内における電流Ｉｄの値の実際の挙動を示す。
【0026】
瞬時値取得部６２は、電流センサ３０から以下に述べる複数のタイミングで電流Ｉｄの瞬時値を取得する。瞬時値の取得タイミングは、三相変調方式と二相変調方式の場合で同様である。具体的には図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、瞬時値取得部６２は、第１信号Ｓ１がオフからオンになった直後の第１タイミングＡ１、第２信号Ｓ２がオフからオンになった直後の第２タイミングＡ２、第２信号Ｓ２がオンからオフになる直前の第３タイミングＡ３、及び、第１信号Ｓ１がオンからオフになる直前の第４タイミングＡ４で電流Ｉｄの瞬時値を取得する。以下、電流Ｉｄの瞬時値として、第１タイミングＡ１での瞬時値をＩ１、第２タイミングＡ２での瞬時値をＩ２、第３タイミングＡ３での瞬時値をＩ３、第４タイミングＡ４での瞬時値をＩ４とする。
【0027】
なお、第１～第４タイミングＡ１～Ａ４は、ＰＷＭ信号がオフ及びオンの一方から他方に切り替わってから電流Ｉｄの値が安定するまでの期間を考慮して予め定められている。例えば、第１タイミングＡ１は、第１信号Ｓ１がオフからオンになってから第１設定期間の経過後の時点である。第２タイミングＡ２は、第２信号Ｓ２がオフからオンになってから第２設定期間の経過後の時点である。第３タイミングＡ３は、第２信号Ｓ２がオンからオフになる時点よりも第３設定期間だけ前の時点である。第４タイミングＡ４は、第１信号Ｓ１がオンからオフになる時点よりも第４設定期間だけ前の時点である。第１～第４設定期間の各設定期間は、μｓオーダーの期間である。各設定期間の長さは任意であるが、後に説明する平均電流値ＩＡＶの算出方法と、キャリア周期Ｔ内における電流Ｉｄの値の遷移を考慮すると、少なくとも、第１設定期間と第４設定期間が等しく、第２設定期間と第３設定期間が等しいことが好ましい。この実施形態では、一例として、第１～第４設定期間の全てが５μｓの長さに設定されている。
【0028】
直流電流算出部６３は、上記各タイミングで取得した電流Ｉｄの瞬時値Ｉ１～Ｉ４と、キャリア周期Ｔの１周期内における三相のＰＷＭ信号（つまり、第１～第３信号Ｓ１～Ｓ３）のそれぞれのオン又はオフを示す状態を考慮して求めた電流供給期間とに基づき、当該１周期内における平均電流値ＩＡＶを算出する。三相変調方式と二相変調方式で算出手法が異なるため、以下、場合分けして説明する。
【0029】
三相変調方式の場合、直流電流算出部６３は、次に示す［数１］の式に基づいてキャリア周期Ｔの１周期内における平均電流値ＩＡＶを算出する。ここでの第１～第４期間ｔ１～ｔ４は、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して分かるように、以下のように定められる。
第１期間ｔ１：第１信号Ｓ１がオフからオンになってから第２信号Ｓ２がオフからオンになるまでの期間
第２期間ｔ２：第２信号Ｓ２がオフからオンになってから第３信号Ｓ３がオフからオンになるまでの期間
第３期間ｔ３：第３信号Ｓ３がオンからオフになってから第２信号Ｓ２がオンからオフになるまでの期間
第４期間ｔ４：第２信号Ｓ２がオンからオフになってから第１信号Ｓ１がオンからオフになるまでの期間
第１期間ｔ１：第１信号Ｓ１がオフからオンになってから第２信号Ｓ２がオフからオンになるまでの期間
第２期間ｔ２：第２信号Ｓ２がオフからオンになってから第３信号Ｓ３がオフからオンになるまでの期間
第３期間ｔ３：第３信号Ｓ３がオンからオフになってから第２信号Ｓ２がオンからオフになるまでの期間
第４期間ｔ４：第２信号Ｓ２がオンからオフになってから第１信号Ｓ１がオンからオフになるまでの期間
【0030】
【数1】
【0031】
二相変調方式の場合、直流電流算出部６３は、次に示す［数２］の式に基づいてキャリア周期Ｔの１周期内における平均電流値ＩＡＶを算出する。ここでの第１～第３期間ｔ１～ｔ３は、図４（ａ）及び図４（ｂ）を参照して分かるように、以下のように定められる。
第１期間ｔ１：第１信号Ｓ１がオフからオンになってから第２信号Ｓ２がオフからオンになるまでの期間
第２期間ｔ２：第２信号Ｓ２がオンの状態を保つ期間
第３期間ｔ３：第２信号Ｓ２がオンからオフになってから第１信号Ｓ１がオンからオフになるまでの期間
第１期間ｔ１：第１信号Ｓ１がオフからオンになってから第２信号Ｓ２がオフからオンになるまでの期間
第２期間ｔ２：第２信号Ｓ２がオンの状態を保つ期間
第３期間ｔ３：第２信号Ｓ２がオンからオフになってから第１信号Ｓ１がオンからオフになるまでの期間
【0032】
【数2】
【0033】
ここで、比較例として、第１タイミングＡ１での瞬時値Ｉ１と第２タイミングＡ２での瞬時値Ｉ２とを用いてキャリア周期Ｔ内の平均電流値を求める手法も考えられる。三相変調方式でこの手法を用いた場合には、Ｉ１（ｔ１＋ｔ４）＋Ｉ２（ｔ２＋ｔ３）をキャリア周期Ｔで割った値を、電流Ｉｄの平均電流値として算出できる。なお、ここでのｔ１～ｔ４は、図３（ｂ）と同様である。また、二相変調方式でこの手法を用いた場合、Ｉ１（ｔ１＋ｔ３）＋Ｉ２×ｔ２をキャリア周期Ｔで割った値を、電流Ｉｄの平均電流値として算出できる。なお、ここでのｔ１～ｔ３は、図４（ｂ）と同様である。
しかしながら、実際の電流Ｉｄの波形は、図３（ｂ）又は図４（ｂ）に示すように、キャリア周期Ｔ内で左右対称にならず、時間の経過により右肩上がりに増加するため、比較例の手法では、算出した平均値と実際の電流Ｉｄの平均値との間に、看過できない誤差が生じる虞がある。
一方、この実施形態の直流電流算出部６３は、キャリア周期Ｔ内における実際の電流Ｉｄの挙動を考慮した［数１］又は［数２］を用いて平均電流値ＩＡＶを算出する。これにより、電流Ｉｄを良好な精度で推定できる。
しかしながら、実際の電流Ｉｄの波形は、図３（ｂ）又は図４（ｂ）に示すように、キャリア周期Ｔ内で左右対称にならず、時間の経過により右肩上がりに増加するため、比較例の手法では、算出した平均値と実際の電流Ｉｄの平均値との間に、看過できない誤差が生じる虞がある。
一方、この実施形態の直流電流算出部６３は、キャリア周期Ｔ内における実際の電流Ｉｄの挙動を考慮した［数１］又は［数２］を用いて平均電流値ＩＡＶを算出する。これにより、電流Ｉｄを良好な精度で推定できる。
【0034】
消費電力算出部６４は、直流電圧Ｖｄを用いて駆動される対象の合計消費電力ΣＰを算出する。まず、消費電力算出部６４は、直流電流算出部６３が算出した平均電流値ＩＡＶと電圧センサ２０から取得した直流電圧Ｖｄの値とを乗算して、コンプレッサの消費電力ＰＣＯＭＰを求める（ＰＣＯＭＰ＝ＩＡＶ×Ｖｄ）。また、消費電力算出部６４は、ファンモータＭ２の回転数を測定し、予めＲＯＭに記憶されたファンモータＭ２の回転数と消費電力ＰＦＭとの関係を示すファンモータ情報Ｄ２を参照して、ファンモータＭ２の消費電力ＰＦＭを求める。なお、消費電力算出部６４は、周知の手法によりファンモータＭ２の回転数を測定する。例えば、消費電力算出部６４は、ファンモータＭ２の各相に流れる電流を検出する、図示せぬ電流センサから取得した値に基づいてファンモータＭ２の回転数を測定可能である。そして、消費電力算出部６４は、コンプレッサの消費電力ＰＣＯＭＰとファンモータＭ２の消費電力ＰＦＭの和を、合計消費電力ΣＰとして算出する。なお、消費電力算出部６４は、周知の手法でモータ制御回路１００が実装される基板の消費電力Ｐｅｔｃを求め、この消費電力Ｐｅｔｃをコンプレッサの消費電力ＰＣＯＭＰとファンモータＭ２の消費電力ＰＦＭの和にさらに加算した値を合計消費電力ΣＰとしてもよい。
【0035】
交流電圧算出部６５は、電圧センサ２０から取得した直流電圧Ｖｄの値に基づき交流電源１１の電圧である交流電圧Ｖａの値（実効値）を算出する。
【0036】
ここで、直流電圧Ｖｄの値から交流電圧Ｖａの実効値を算出する方法として、Ｖａ＝Ｖｄ／Ｃ（但し、Ｃは定数）の関係式を用いる手法がある。なお、この実施形態のモータ制御回路１００では、コンバータ回路１０が２つの電解コンデンサ１３ａ，１３ｂを用いた倍電圧整流回路として構成されているため、定数Ｃ＝２√２である。しかしながら、モータＭ１及びファンモータＭ２の動作中の直流電圧Ｖｄは、交流電圧Ｖａの実効値のＣ倍よりも小さくなるため、上記関係式をそのまま用いて交流電圧Ｖａの実効値を算出すると、算出した実効値と実際の交流電圧Ｖａとの間で誤差が生じてしまう。
【0037】
この問題に対処するため、交流電圧算出部６５は、次に示す［数３］の式に基づいて交流電圧Ｖａの実効値を算出する。但し、αは、後述の電圧補正値決定部６６によって決定される電圧補正値である。定数Ｃはこの実施形態では上記の通り２√２である。なお、平滑化回路１３が１つの電解コンデンサで構成される場合は、Ｃ＝√２である。
【0038】
【数3】
【0039】
電圧補正値決定部６６は、消費電力算出部６４が算出した合計消費電力ΣＰと、予めＲＯＭに記憶された補正情報Ｄ１とに基づいて電圧補正値αを決定する。補正情報Ｄ１は、図５に示すように、予め実験で測定した合計消費電力ΣＰ［Ｗ］と電圧補正値α［Ｖ］との関係を示す情報である。例えば、実験で、任意の合計消費電力ΣＰ［Ｗ］の場合に必要な電圧補正値αの値をプロットしたグラフを作成し、作成したグラフの近似曲線を示す式のデータを補正情報Ｄ１とすることができる。なお、補正情報Ｄ１は、合計消費電力ΣＰ［Ｗ］と電圧補正値αとの対応関係を定めたテーブルデータであってもよい。
交流電圧算出部６５は、このように決定された電圧補正値αと、電圧センサ２０から取得した直流電圧Ｖｄの値を前述の［数３］の式に代入し、交流電圧Ｖａの実効値を算出する。
交流電圧算出部６５は、このように決定された電圧補正値αと、電圧センサ２０から取得した直流電圧Ｖｄの値を前述の［数３］の式に代入し、交流電圧Ｖａの実効値を算出する。
【0040】
交流電流推定部６７は、消費電力算出部６４が算出した合計消費電力ΣＰと、交流電圧算出部６５が算出した交流電圧Ｖａの実効値を、次に示す［数４］の式に代入し、交流電流Ｉａの値を算出（推定）する。但し、ｃｏｓθは、コンバータ回路１０の構成に応じて予め定められる力率である。
【0041】
【数4】
【0042】
なお、前述の消費電力Ｐｅｔｃに代えて、［数４］の式に、係数である回路効率ηを考慮してもよい。例えば、［数４］の式内に、力率ｃｏｓθに乗算する回路効率ηを設けてもよい。
【0043】
制御回路６０は、以上のように機能する各部によって、交流電流Ｉａの値を算出（推定）する。そして、制御回路６０は、空気調和機を過負荷の条件で運転する場合、または空気調和機の最大能力にて運転する場合、前述した交流電源１１の電流容量を越えて運転しないようにするため、以上のように推定した交流電流Ｉａの値が予め定めた上限値を越えると予測した場合は、交流電流Ｉａの大半を占めるコンプレッサ用のモータＭ１への入力電力を抑えるようにインバータ回路４０に指令を行う。また、制御回路６０は、推定した交流電流Ｉａの値が予め定めた下限値を下まわると予測した場合は、モータＭ１への入力電力を上げるようにインバータ回路４０に指令を行う。以上の制御によって、制御回路６０は、空気調和機の最大能力を交流電源１１の電流容量範囲内で持続して出力可能である。
【0044】
以上に説明したモータ制御回路１００によれば、電流Ｉｄの値を良好な精度で推定でき、交流電圧Ｖａの実効値を良好な精度で推定できる。したがって、電流Ｉｄの値（平均電流値ＩＡＶ）と交流電圧Ｖａの実効値とを用いて推定される交流電流Ｉａの精度も良好である。また、モータ制御回路１００によれば、キャリア周期Ｔ毎の電流Ｉｄの値（平均電流値ＩＡＶ）を用いて推定される交流電流Ｉａもキャリア周期Ｔ毎に監視できる。したがって、モータ制御回路１００は、先に述べた、コンプレッサ用のモータＭ１への入力電力の制御を良好に実行することもできる。また、モータ制御回路１００は、過電流検出用に従前から設けられている電流センサ３０からの瞬時値を用いて、交流電流Ｉａの値を推定できるため、交流電流Ｉａの値を測定するカレントトランス（ＣＴ）を省略できる。
【0045】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。以上では、プログラムＰＧが制御回路６０のＲＯＭに予め記憶されているものとしたが、着脱自在の記録媒体により配布・提供されてもよい。また、プログラムＰＧは、制御回路６０と接続された他の機器からダウンロードされるものであってもよい。また、制御回路６０は、他の機器と電気通信ネットワークなどを介して各種データの交換を行うことによりプログラムＰＧに従う各処理を実行してもよい。
【0046】
以上では、キャリア周期Ｔの１周期内において第１～第４タイミングＡ１～Ａ４で取得した瞬時値Ｉ１～Ｉ４を用いて平均電流値ＩＡＶを算出した例を説明したが、これに限られない。制御回路６０（直流電流算出部６３）は、第１～第４タイミングＡ１～Ａ４のうち、３以上のタイミングで取得した電流Ｉｄの瞬時値を用いて、平均電流値ＩＡＶを算出してもよい。例えば、直流電流算出部６３は、三相変調方式の場合、（Ｉ１＋Ｉ４）／２×（ｔ１＋ｔ４）＋Ｉ２×（ｔ２＋ｔ３）をキャリア周期Ｔで割った値を、電流Ｉｄの平均電流値ＩＡＶとして算出してもよい。なお、ここでのｔ１～ｔ４は、図３（ｂ）と同様である。また、直流電流算出部６３は、二相変調方式の場合、（Ｉ１＋Ｉ４）／２×（ｔ１＋ｔ３）＋Ｉ２×ｔ２をキャリア周期Ｔで割った値を、電流Ｉｄの平均電流値ＩＡＶとして算出してもよい。なお、ここでのｔ１～ｔ３は、図４（ｂ）と同様である。さらに、このように瞬時値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ４を用いる手法に限られず、直流電流算出部６３は、各タイミングでの電流の瞬時値Ｉ１～Ｉ４のうち任意の３つと、キャリア周期Ｔの１周期内における三相のＰＷＭ信号のそれぞれのオン又はオフを示す状態を考慮して求めた電流供給期間とに基づき、前記１周期内における平均電流値ＩＡＶを算出することも可能である。このようにしても、従来の手法よりも電流Ｉｄを良好な精度で推定できる。
【0047】
本発明の実施の形態を説明したが、この実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0048】
１００…モータ制御回路
１０…コンバータ回路
２０…電圧センサ
３０…電流センサ
４０…インバータ回路、Ｍ１…モータ
５０…ファンモータ駆動回路、Ｍ２…ファンモータ
６０…制御回路
６１…ＰＷＭ信号出力部、６２…瞬時値取得部、６３…直流電流算出部
６４…消費電力算出部、６５…交流電圧算出部、６６…電圧補正値決定部
６７…交流電流推定部
Ｔ…キャリア周期、Ｓ１…第１信号、Ｓ２…第２信号、Ｓ３…第３信号
ＰＧ…プログラム、Ｄ１…補正情報、Ｄ２…ファンモータ情報
１０…コンバータ回路
２０…電圧センサ
３０…電流センサ
４０…インバータ回路、Ｍ１…モータ
５０…ファンモータ駆動回路、Ｍ２…ファンモータ
６０…制御回路
６１…ＰＷＭ信号出力部、６２…瞬時値取得部、６３…直流電流算出部
６４…消費電力算出部、６５…交流電圧算出部、６６…電圧補正値決定部
６７…交流電流推定部
Ｔ…キャリア周期、Ｓ１…第１信号、Ｓ２…第２信号、Ｓ３…第３信号
ＰＧ…プログラム、Ｄ１…補正情報、Ｄ２…ファンモータ情報
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】