(57)【要約】【課題】モーター駆動装置とそれによって制御されるモーターの消費電力料金を算出する装置を提供する。【解決手段】モーター駆動装置５内に、モーター負荷に応じてモーターへ電力を供給するインバーター５２に接続された制御部５３と、制御部５３に接続された入力部５２およびディスプレイ５４を備え、制御部５３がインバーター５１の出力電圧、出力電流および力率からモーターの瞬間的な負荷電力Ｐｏｕｔを算出し、Ｐｏｕｔにモーター駆動装置５の内部消費電力Ｐｉを加算して瞬間的な消費電力の合計Ｐを算出し、Ｐを１時間当たりの消費電力Ｐｈに変換して、入力部５２から入力された電力料金単価Ｅｃと動作時間ＴをＰｈに乗じてモーター駆動装置５とモーターの電気エネルギー消費量に対する料金を算出し、ディスプレイ５４に表示する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モーターと、当該モーターを制御するモーター駆動装置とを有するモーター駆動系における電気エネルギー消費量の料金算出方法であって、
（ａ）前記モーター駆動装置の出力電圧、出力電流、および力率から瞬間的な負荷電力Ｐｏｕｔを算出する段階と、
（ｂ）前記瞬間的な負荷電力Ｐｏｕｔに前記モーター駆動装置の内部消費電力Ｐｉを加えることによって瞬間的な消費電力の合計Ｐを算出する段階と、
（ｃ）前記瞬間的な消費電力の合計Ｐに前記モーター駆動装置の動作時間Ｔと電気料金単価Ｅｃを乗じることによって前記モーター駆動系の電気エネルギー消費量の料金Ｍを算出する段階と、
を有することを特徴とするモーター駆動系の電気料金算出方法。
【請求項２】
前記（ｂ）の段階と前記（ｃ）の段階の間に、
前記瞬間的な消費電力の合計Ｐを、１時間当たりの消費電力の合計Ｐｈに変換する段階をさらに有し、
前記モーター駆動系の電気エネルギー消費量の料金Ｍは、前記１時間当たりの消費電力の合計Ｐｈに前記モーター駆動装置の動作時間Ｔと前記電気料金単価Ｅｃを乗じることによって算出することを特徴とする請求項１記載のモーター駆動系の電気料金算出方法。
【請求項３】
前記モーター駆動装置の前記内部消費電力Ｐｉは、前記モーター駆動装置の待機時消費電力と前記モーター駆動装置内のパワーモジュールの消費電力からなることを特徴とする請求項１または２記載のモーター駆動系の電気料金算出方法。
【請求項４】
前記待機時消費電力は、前記モーター駆動装置の消費電力を長期間測定した結果から得られた前記モーターが停止中における前記モーター駆動装置の消費電力であることを特徴とする請求項３記載のモーター駆動系の電気料金算出方法。
【請求項５】
前記パワーモジュールの消費電力は、前記モーター駆動装置のさまざまな動作状況で測定された値であることを特徴とする請求項３記載のモーター駆動系の電気料金算出方法。
【請求項６】
モーターと、当該モーターを制御するためのインバーターを含むモーター駆動装置とを有するモーター駆動系の電気エネルギー消費量の料金を算出する電気料金算出装置であって、
動作時間および電力料金単価を入力するための入力部と、
前記インバーターに接続され、前記インバーターの出力電圧、出力電流、および力率と、前記入力部から入力された前記動作時間および前記電力料金単価から電気エネルギー消費量の料金を算出する制御部と、
前記制御部に接続され、前記制御部によって算出された料金が表示されるディスプレイと、
を有することを特徴とするモーター駆動系の電気料金算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーター駆動系の電気料金算出方法およびその装置に関し、特に、モーターをモーター駆動装置によって制御しているモーター駆動系の電気エネルギー消費量にかかる料金を算出する方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
モーター駆動装置は、モーターの回転速度を所定の範囲内となるように制御する。このためにモーター駆動装置はインバーターを備える。
【０００３】
そして、このようなインバーターを備えたモーター駆動装置は、実際の負荷に応じてモーターの出力パワーを調整することができる。これにより従来の固定速度モーターで起こっていた電力浪費の問題を防いでいる。
【０００４】
このようなモーター駆動装置は、家庭（たとえばエアコンや、冷蔵庫、電子レンジなど）において広範囲に使われている。
【０００５】
また、工業的にみてもモーターの使用による電力消費は大きいので、このようなモーター駆動装置は工業分野においても使用が広がっている。
【０００６】
このようなインバーターを持つモーター駆動装置は、エネルギーを節約する機能を有する。しかし、ユーザーはモーター駆動装置それ自体の電気エネルギー消費量を知ることができていない。
【０００７】
図１は従来のモーター駆動系の構成を示すブロック図である。
【０００８】
モーター駆動装置３は、モーター２と電気メーター１の間で配置されている。電気メーター１の一端は電気的に電源１１に接続されている。
【０００９】
したがって、ユーザーは、電気メーター１から読み出した値（メータ値）に電気料金単価を乗じることによって、消費された電気エネルギーの利用料金を計算する必要がある。これは、ユーザーにとって不便である。
【００１０】
さらに、電気メーター１は、一つのモーター駆動装置３専用に設けられていることは少なく、むしろ、複数のさまざまな電気設備によって共有されている場合が多い。したがって、多くの場合は電気メーターの読みだけからは、一つひとつのモーター駆動装置３とそれにつながるモーター２のエネルギー消費量を知ることはできない。
【００１１】
さらに、電気メーター１は、特定の時間の範囲内での正確な消費エネルギーではなく、これまでに消費されたエネルギーを累積的に示すことができるだけである。
【００１２】
さらにまた、電気メーター１は、住宅の電気エネルギー消費量を計数するために電力会社によって一般に提供されている。
【００１３】
したがって、このような電気メーター１は、各々の電気設備や機器に独立に提供することは事実上行われていないし、また、一つの電気設備（ここではモーター駆動装置）ごとに備えるのは経済的でない。
【００１４】
一方、従来のモーター駆動装置の中には、表示のためのディスプレイと、入力のための入力部だけを備えるものがあるが、電気エネルギー消費量などを演算する機能を持っていない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
そこで、本発明の目的は、モーター駆動装置とそれによって制御されているモーターとからなるモーター駆動系における消費電力の料金を、個別にかつ容易に算出するための方法、およびその装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を解決するための本発明は、モーターと、当該モーターを制御するモーター駆動装置とを有するモーター駆動系における電気エネルギー消費量の料金算出方法であって、（ａ）前記モーター駆動装置の出力電圧、出力電流、および力率から瞬間的な負荷電力Ｐｏｕｔを算出する段階と、（ｂ）前記瞬間的な負荷電力Ｐｏｕｔに前記モーター駆動装置の内部消費電力Ｐｉを加えることによって瞬間的な消費電力の合計Ｐを算出する段階と、（ｃ）前記瞬間的な消費電力の合計Ｐに前記モーター駆動装置の動作時間Ｔと電気料金単価Ｅｃを乗じることによって前記モーター駆動系の電気エネルギー消費量の料金Ｍを算出する段階と、を有することを特徴とするモーター駆動系の電気料金算出方法である。
【００１７】
また上記目的を解決するための本発明は、モーターと、当該モーターを制御するためのインバーターを含むモーター駆動装置とを有するモーター駆動系の電気エネルギー消費量の料金を算出する電気料金算出装置であって、動作時間および電力料金単価を入力するための入力部と、前記インバーターに接続され、前記インバーターの出力電圧、出力電流、および力率と、前記入力部から入力された前記動作時間および前記電力料金単価から電気エネルギー消費量の料金を算出する制御部と、前記制御部に接続され、前記制御部によって算出された料金が表示されるディスプレイと、を有することを特徴とするモーター駆動系の電気料金算出装置である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、モーター駆動装置からの出力電圧、出力電流、および力率を得て、これらからモーターの瞬間的な負荷電力を算出し、さらに瞬間的な消費電力の合計をモーター駆動装置の内部消費電力を加えることによって算出する。そして、電気エネルギー消費量の合計料金を得るために、入力された動作時間と電力料金単価が瞬間的な消費電力の合計に乗じられる。これにより、ユーザーは、特定の時間（入力した動作時間）の間に、モーター駆動装置によって消費された電力を含めて、一つひとつのモーターとそれに接続されているモーターが消費した電力に対応した電気料金を個別にかつ容易に知ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付した図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
【００２０】
図２は、本実施形態におけるモーター駆動系の全体の構成を示すブロック図であり、図３は、このモーター駆動系の電気料金算出方法の流れを示すフローチャートであり、図４は、このモーター駆動系に用いられているモーター駆動装置の内部構成を示すブロック図である。
【００２１】
このモーター駆動系においては、モーター駆動装置５はモーター４と電源６の間に接続される。ここで、モーター４は、たとえば３相の交流モーターである。また、電源６は、家庭用または工業用などの交流電源である。
【００２２】
そしてモーター駆動装置５は、後述するようにインバーターが内蔵されており、電源６からの電力をモーター４の負荷（たとえばモーター４の速度やモーター４のトルク）に応じて、適宜供給するようになっている。
【００２３】
モーター駆動装置５の詳細は後に説明するが、その内部に演算手段となる制御部を備えており、制御部によって電気エネルギー消費量の料金が算出されて、算出された料金はディスプレイに表示される。このディスプレイは、本実施形態においてはモーター駆動装置５に設けられている。
【００２４】
このモーター駆動系の電気料金の算出方法を、図３を参照して説明する。
【００２５】
ここで、３相（３Φ）モーターの瞬間的な負荷電力Ｐは、下記（１）式で表される。
【００２６】
Ｐ＝３×Ｖ×Ｉ×ｃｏｓθ  …（１）
式中、Ｖは電圧を表し、Ｉは電流を表し、θは電気角を表し、ｃｏｓθは力率を表す。
【００２７】
また、単相の瞬間的な負荷電力は、Ｖ×Ｉ×ｃｏｓθである。
【００２８】
このモーター駆動系の電気料金の算出方法は、まず、瞬間的な負荷電力Ｐｏｕｔが第一に算出される（ステップ７０１）。
【００２９】
ここで、出力電圧Ｖ、出力電流Ｉ、力率ｃｏｓθはモーター駆動装置５から得られ、上記（１）式に従ってモーター４の瞬間的な負荷電力Ｐｏｕｔを算出する。なお、ここで瞬間的な負荷電力Ｐｏｕｔは、１秒間当たりの負荷電力である。
【００３０】
続いて、瞬間的な消費電力の合計Ｐが算出される（ステップ７０２）。瞬間的な消費電力の合計Ｐは、モーター４の瞬間的な負荷電力Ｐｏｕｔとモーター駆動装置５の内部消費電力Ｐｉの合計である。すなわちＰ＝Ｐｏｕｔ＋Ｐｉである。
【００３１】
ここでモーター駆動装置５の内部消費電力Ｐｉは、待機時消費電力とパワーモジュールの消費電力からなる。
【００３２】
待機時消費電力は、モーター駆動装置５の消費電力を長期間測定した結果から得られたモーター４が停止中におけるモーター駆動装置５の消費電力である。このモーター駆動系を別途図１に示したような電機メーターで電力を計測すれば、モーター４とモーター駆動装置５全体を足し合わせた電力消費量がわかるので、これを長期間計測すれば、その間にモーター停止中の間の消費電力もわかり、すなわち、その間の消費電力がモーター駆動装置単体の待機時消費電力となる。
【００３３】
一方、パワーモジュールの消費電力は、モーター駆動装置５のさまざまな動作状況で測定された値である。パワーモジュール自体はインバーターを構成する半導体モジュールであり、それ自体は、本質的に電力をそれほど消費するものではない。しかしながら、モーター４へ出力する電力によって多少変動があるため、ここでは、さまざまな動作状況、すなわちモーター４の回転速度がさまざまな制御されている状態で計測されたモーター駆動装置５内のパワーモジュールの消費電力を測定し、たとえばその平均値を使用することにしている。なお、平均値に代えて、パワーモジュールの最大消費電力や、時間的に最も長く使用されている動作状態（時間的に最も長く使用されているモーター４の回転速度）のときの消費電力などを使用してもよい。
【００３４】
そしてこれら内部消費電力Ｐｉは、あらかじめそのモーター駆動装置５の内部消費電力として測定すれば、その後は変化することはない。したがって、内部消費電力Ｐｉは、あらかじめモーター駆動装置５の制御部５３に記憶、設定しておくとよい。なお、あらかじめ記憶させずに、後から入力するようにしてもよい。
【００３５】
続いて、瞬間的な消費電力の合計Ｐは、１時間当たりの消費電力（消費電力合計毎時Ｐｈ）に変換される（ステップ７０３）。この変換はＰｈ＝３６００×Ｐにより行われる。
【００３６】
そして、電気エネルギー消費量に対する合計料金Ｍを、この消費電力合計毎時Ｐｈから算出する（ステップ７０４）。
【００３７】
合計料金Ｍの算出は、まず合計の電気エネルギー消費量を得るために、消費電力合計毎時Ｐｈに動作時間Ｔを乗じる。
【００３８】
そして、電力料金単価Ｅｃを上記合計の電気エネルギー消費量に乗じることで合計の電気エネルギー消費量における合計料金Ｍを算出する。すなわち、Ｍ＝Ｐ×Ｔ×Ｅｃである。なお、ここで動作時間Ｔは、ユーザーによって入力されたモーター駆動装置５の動作時間である。また、電力料金単価Ｅｃは、１時間あたりの消費電力に対する料金であり、電力料金の単価とも言うべきものである。なお、電力料金単価Ｅｃは、地域、契約などによって異なる場合があるので、ここでは適宜ユーザーが入力することとしている。
【００３９】
次に、図４を参照して、上述した料金算出方法を実行するモーター駆動装置５の内部構成について説明する。
【００４０】
本実施形態においてモーター駆動装置５は、図４に示すように、インバーター５１と、入力部５２と、インバーター５１および入力部５２が接続された制御部５３と、制御部５３に接続されたディスプレイ５４とを有する。
【００４１】
ここで、インバーター５１はモーター４に接続されて、前述の図２に示したようにモーター駆動装置５として、モーター４を駆動するための電力をモーター４にかかる負荷に応じて供給している。
【００４２】
そして制御部５３は、プロセッサーとメモリーなどからなるプロセッサーモジュールであって、上述の料金算出方法を実行するためのプログラムを有する。
【００４３】
制御部５３は、インバーター５１の出力電圧Ｖ、出力電流Ｉ、および電気角θを、インバーター５１に流れる電流から取得して、これらから力率ｃｏｓθを求めた後、モーター４の瞬間的な出力Ｐｏｕｔを算出する。
【００４４】
また、入力部５２からは、電力料金単価Ｅｃと動作時間Ｔの入力が行われる。ここで、動作時間Ｔは消費電力の料金を知りたい時間だけ入力しておけばよい。
【００４５】
これにより制御部５３は、電気エネルギー消費量に対する料金を算出して、それからディスプレイ５４に算出された料金を表示する。
【００４６】
上述した方法と装置によれば、モーター駆動装置５が本質的に電気エネルギー消費量に対する料金を算出して、その結果をディスプレイ５４に表示することができる。したがって、本発明を適用することで、モーター４のために消費された電気エネルギーとそれに関連した料金を付加的な計測器なしに知ることができるようになる。つまり、普通、一つのモーター４に対して一つのモーター駆動装置５が装備されているので、本発明を適用したモーター駆動装置５があれば、別途電機メーターなどを付加する必要がないため、過度の費用増分なしで、個々のモーター駆動装置５とそれによって制御されているモーター４の電気エネルギー消費量に対応した使用料金を知ることが可能となる。
【００４７】
また、モーター駆動装置５が演算機能を有するようになっているので、配線は単純であり、そのためのコストも抑えることができる。
【００４８】
なお、算出された料金は、ディスプレイ５４で直接見ることができるのはもちろん、その他に、たとえば遠隔操作により取得できるようにしてもよい。たとえば、入力部５２やディスプレイ５４をモーター駆動装置５内ではなく、別途離れたところに設けるようにしてもよいのである。
【００４９】
本発明はさまざまな形態とすることができる。たとえば、モーター駆動装置５内にさらにメモリーユニットなどの記憶手段を装備して、モーター４の負荷に応じて変化する瞬間的な負荷電力を記憶して、それを累積記憶することで、モーター負荷が変化する場合の電気エネルギー消費量とそれに関連する料金を算出するようにしてもよい。この場合、記憶する瞬間的な負荷電力は、たとえば１秒ごとでもよい。もちろん、１／１０秒や１／１００秒などのように１秒に満たない期間ごとでもよいし、逆に１０秒ごと、１分ごとなど１秒より長い期間ごとに記憶するものであってもよい。その後の電気料金の算出方法は前述したものと同様である。
【００５０】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、さまざまな置換と変更態様が可能であり、本発明は特許請求の範囲に記載された範囲内で規定されることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】従来のモーター駆動系の構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態におけるモーター駆動系の全体の構成を示すブロック図である。
【図３】モーター駆動系の電気料金算出方法の流れを示すフローチャートである。
【図４】モーター駆動装置の内部構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
４…モーター、
５…モーター駆動装置、
６…電源、
５１…インバーター、
５２…入力部、
５３…制御部、
５４…ディスプレイ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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