(57)【要約】【課題】管路のばらつきや経年変化が大きいシステムにおいても適切に流量制御できる流体制御装置を提供する。【解決手段】流体機械を駆動するモータと、モータの回転を制御するモータ制御部とを備え、モータ制御部は、モータのトルクを検出するトルク検出部と、モータの回転数を検出する回転数検出部と、流体機械に接続された管路の管路抵抗係数を推定する管路抵抗係数推定部とを備え、管路抵抗係数推定部は、モータの所定の回転時におけるモータの回転数およびトルクと、予め決定されたモータの粘性摩擦係数およびクーロン摩擦力とに基づいて、管路抵抗係数を推定する構成を含む。【選択図】図１
2020105908.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体機械を駆動するモータと、前記モータの回転を制御するモータ制御部とを備え、
前記モータ制御部は、
前記モータのトルクを検出するトルク検出部と、
前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、
前記流体機械に接続された管路の管路抵抗係数を推定する管路抵抗係数推定部と、
前記管路抵抗係数の推定開始のトリガとして定められた第一の事象の発生に応答して、定められた第一回転数指令値を前記モータの回転数指令値に設定する第一回転数指令値設定部と、
前記回転数指令値を修正する回転数指令値修正部と、
前記モータの回転数が前記回転数指令値に一致するように前記モータに流す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、
前記モータの巻線に流れる電流が前記電流指令値に一致するように前記モータに印加する電圧指令値を生成する電圧指令値生成部と、を備え、
前記管路抵抗係数推定部は、前記モータの所定の回転時における前記モータの回転数およびトルクと、予め決定された前記モータの粘性摩擦係数および前記モータのクーロン摩擦力とに基づいて、前記管路抵抗係数を推定する構成を含み、
前記回転数指令値修正部は、前記電流指令値が所定の電流制限値以下となるように前記回転数指令値を修正し、前記電圧指令値が所定の電圧制限値以下となるように前記回転数指令値を修正する構成を含む、流体制御装置。
【請求項２】
前記管路抵抗係数推定部は、下記の式（１）によって前記管路抵抗係数を推定する、請求項１に記載の流体制御装置。
【数１】
2020105908.tif 000005
ここで、Ｔは前記モータのトルク、Ｓは前記モータの回転数、Ｋ２は前記管路抵抗係数、Ｋ１は前記モータの粘性摩擦係数、Ｆ０は前記モータのクーロン摩擦力である。
【請求項３】
前記モータ制御部は、
前記流体機械が移送する流体の目標流量を取得する目標流量取得部と、
複数の管路抵抗係数ごとに前記管路の流量と前記モータの回転数との相関関係を予め記憶しておき、前記管路抵抗係数推定部で推定された前記管路抵抗係数に基づいて前記管路の流量と前記モータの回転数との相関関係を決定する相関関係決定部と、
前記相関関係および前記目標流量より決定される第二回転数指令値を生成する第二回転数指令値生成部と、
流量制御開始のトリガとして定められた第二の事象の発生に応答して、前記第二回転数指令値を前記モータの回転数指令値に設定する第二回転数指令値設定部と、を含む、請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項４】
前記第一の事象は、前記流体機械の運転開始である、請求項１に記載の流体制御装置。
【請求項５】
前記第二の事象は、前記第一の事象の発生から所定時間の経過である、請求項３に記載の流体制御装置。
【請求項６】
前記第二の事象は、前記モータの回転数の変動が所定時間、所定範囲内に整定した時点である、請求項３に記載の流体制御装置。
【請求項７】
流体機械を駆動するモータと、前記モータの回転を制御するモータ制御部とを備え、
前記モータ制御部は、
前記モータのトルクを検出するトルク検出部と、
前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、
前記流体機械に接続された管路の管路抵抗係数を推定する管路抵抗係数推定部と、を備え、
前記管路抵抗係数推定部は、前記モータの所定の回転時における前記モータの回転数およびトルクと、予め決定された前記モータの粘性摩擦係数および前記モータのクーロン摩擦力とに基づいて、前記管路抵抗係数を推定する構成を含む、流体制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプや送風機、圧縮機などの流体機械を駆動するモータを制御するモータ制御部を有し、流体機械に接続されている管路の状態を推定して、推定した管路状態に基づいて希望の流量を確保するように流体機械を制御する流体制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体又は液体の移送、圧送、循環、供給などを行う流体処理システムにおいては、流体機械の設置状態や設置される管路系の状態により、流体が管路系から受ける抵抗の大きさが異なる。例えば、管路の形状や長さの違いにより管路抵抗が異なる。また、流体機械の吐出口や吸込口に取り付けられたフィルタの目詰まりや、管路への異物の混入により、管路抵抗が経時的に変化する。これら管路抵抗のばらつきや経時変化により、希望の流量を得るために必要な圧力も変わってくる。このため、同一のトルクや回転数で同一仕様の流体機械を駆動しても流量がばらつく場合がある。あるいは、ある流体機械を一定のトルクや回転数で駆動しても、流量が一定に維持されない場合がある。
【０００３】
そこで、従来、接続されている管路の状態を自動的に把握して、把握した管路状態に対応して風量を希望風量に調整する風量制御装置が供されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１に記載された風量制御装置は、送風装置と、送風装置のファンを駆動するモータと、モータの回転を制御する制御装置とを備えている。この制御装置は、所定回転数で前記モータを回転させることにより送風機のブロワを回転させ、回転が安定したらモータのトルクを初期モータトルク信号として測定する。このとき、この初期モータトルク信号は管路の形状や長さなどの管路抵抗条件が反映されたものとなっている。この初期モータトルク信号に対応した風量と回転数との関係を表現する計算式が予め記憶されることにより、測定された初期モータトルク信号とこの計算式とから、希望風量に対応する回転数が計算される。計算された回転数で運転することにより、管路抵抗条件に応じて風量が希望風量に調整される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２１４６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のように、特許文献１に示されている従来の技術において、管路抵抗条件は、所定回転数でモータを回転させたときのトルクに基づいて把握されている。このため、流量を希望流量に制御する運転に先立って、所定回転数でモータを回転させる必要がある。
【０００７】
しかし、流体機械の設置環境毎に管路抵抗条件のばらつきが大きい流体処理システムにおいては、所定回転数でモータを回転させるのに必要な巻線電流や駆動電圧が、モータに印加できる上限を上回ってしまう場合がある。また、管路抵抗条件が大きく経年変化する流体処理システムにおいては、使用年月の経過とともに所定回転数でモータを回転させるのに必要な巻線電流や駆動電圧が、モータに印加できる上限を上回ってしまう場合がある。これらの場合、所定回転数でモータを駆動できず、管路抵抗条件の把握を行うことができないため、流量を希望流量に制御する運転を行うことができない。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、管路のばらつきや経年変化が大きいシステムにおいても適切に流量制御できる流体制御装置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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る流体制御装置は、流体機械を駆動するモータと、前記モータの回転を制御するモータ制御部とを備え、前記モータ制御部は、前記モータのトルクを検出するトルク検出部と、前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、前記流体機械に接続された管路の管路抵抗係数を推定する管路抵抗係数推定部と、前記管路抵抗係数の推定開始のトリガとして定められた第一の事象の発生に応答して、定められた第一回転数指令値を前記モータの回転数指令値に設定する第一回転数指令値設定部と、前記回転数指令値を修正する回転数指令値修正部と、前記モータの回転数が前記回転数指令値に一致するように前記モータに流す電流指令値を生成する電流指令値生成部と、前記モータの巻線に流れる電流が前記電流指令値に一致するように前記モータに印加する電圧指令値を生成する電圧指令値生成部と、を備え、前記管路抵抗係数推定部は、前記モータの所定の回転時における前記モータの回転数およびトルクと、予め決定された前記モータの粘性摩擦係数および前記モータのクーロン摩擦力とに基づいて、前記管路抵抗係数を推定する構成を含み、前記回転数指令値修正部は、前記電流指令値が所定の電流制限値以下となるように前記回転数指令値を修正し、前記電圧指令値が所定の電圧制限値以下となるように前記回転数指令値を修正する構成を含んでいる。
【００１０】
この構成によれば、モータの回転数、トルク、粘性摩擦係数およびクーロン摩擦力から管路抵抗係数を推定することにより、予め定められた回転数以外の任意の回転数においても管路抵抗条件を推定することができる。また、１つの動作点におけるモータの回転数およびトルクを検出すれば管路抵抗係数を推定できるため、短時間での推定が可能である。
【００１１】
さらに、この構成によれば、モータに印加できる巻線電流および駆動電圧の上限を超えないように回転数が自動的に修正されるため、巻線電流および駆動電圧の上限に制約されることなく管路抵抗係数を推定できる。
【００１２】
前記管路抵抗係数推定部は、下記の式（１）によって前記管路抵抗係数を推定してもよい。
【００１３】
【数１】
2020105908.tif 000003
【００１４】
ここで、Ｔは前記モータのトルク、Ｓは前記モータの回転数、Ｋ２は前記管路抵抗係数、Ｋ１は前記モータの粘性摩擦係数、Ｆ０は前記モータのクーロン摩擦力である。
【００１５】
前記モータ制御装置は、前記流体機械が移送する流体の目標流量を取得する目標流量取得部と、複数の管路抵抗係数ごとに管路の流量とモータの回転数との相関関係を予め記憶しておき、管路抵抗係数推定部で推定された管路抵抗係数に基づいて管路の流量とモータの回転数との相関関係を決定する相関関係決定部と、相関関係および目標流量より決定される第二回転数指令値を生成する第二回転数指令値生成部と、流量制御開始のトリガとして定められた第二の事象の発生に応答して、第二回転数指令値を回転数指令値に設定する第二回転数指令値設定部と、を含んでいてもよい。
【００１６】
これによれば、予め記憶されている管路の流量とモータの回転数との相関関係から、推定した管路抵抗係数にふさわしい相関関係を選択できる。そして、選択された相関関係により目標流量となる回転数指令値を計算し、この回転数指令値でモータを制御することで、管路の状況に応じた流量制御を行うことができる。
【００１７】
第一の事象は、流体機械の運転開始時であってもよい。
【００１８】
これによれば、流体機械の運転開始の度に管路抵抗係数が推定されるため、管路の経年変化がある場合にも適切な管路抵抗係数を推定することができる。
【００１９】
第二の事象は、第一の事象の発生から所定時間経過後であってもよい。
【００２０】
これによれば、モータの回転数が安定するまで管路抵抗係数の推定が継続されるため、精度よく推定された管路抵抗係数に基づいた流量制御を行うことができる。
【００２１】
第二の事象は、管路抵抗係数の推定が開始されてから、モータの回転数の変動が所定時間、所定範囲内に整定した時点であってもよい。
【００２２】
これによれば、モータの回転数が安定するまで管路抵抗係数の推定が継続されるため、精度よく推定された管路抵抗係数に基づいた流量制御を行うことができる。
【００２３】
本発明の他の態様に係る流体制御装置は、流体機械を駆動するモータと、前記モータの回転を制御するモータ制御部とを備え、前記モータ制御部は、前記モータのトルクを検出するトルク検出部と、前記モータの回転数を検出する回転数検出部と、前記流体機械に接続された管路の管路抵抗係数を推定する管路抵抗係数推定部と、を備え、前記管路抵抗係数推定部は、前記モータの所定の回転時における前記モータの回転数およびトルクと、予め決定された前記モータの粘性摩擦係数および前記モータのクーロン摩擦力とに基づいて、前記管路抵抗係数を推定する構成を含んでいる。
【００２４】
この構成によれば、モータの回転数、トルク、粘性摩擦係数およびクーロン摩擦力から管路抵抗係数を推定することにより、予め定められた回転数以外の任意の回転数においても管路抵抗条件を推定することができる。また、１つの動作点におけるモータの回転数およびトルクを検出すれば管路抵抗係数を推定できるため、短時間での推定が可能である。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は以上に説明したように構成され、モータに印加できる巻線電流と駆動電圧の上限を超えないように回転数を自動的に調整し、この調整された回転数で管路抵抗条件を推定できるため、管路のばらつきや経年変化が大きいシステムにおいても適切に流量制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施形態における流体制御装置が適用された流体処理システムを示す機能ブロック図
【図２】本発明の実施形態における管路ごとの管路の流量とモータの回転数との相関関係を示すグラフ
【図３】本発明の実施形態における管路ごとの静的運転状態でのモータの回転数とトルクとの関係を示すグラフ
【図４】本発明の実施形態における管路抵抗推定時の動作プロファイルを示すグラフ
【図５】本発明の実施形態におけるモータ制御部の変形例を示す機能ブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の一実施形態における流体制御装置について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２８】
（実施形態）
図１は、本実施形態における流体制御装置が適用された流体処理システムを示す機能ブロック図である。図１に示されるように、流体制御装置１０１は、管路１０２内に流れる流体を移送する流体機械１０３、流体機械１０３を駆動するモータ１０４、交流電源１０５からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ１０６、直流電力を交流電力に変換してモータ１０４に供給するインバータ１０７、モータ１０４の巻線に流れる電流を検出する電流検出器１０８、モータ１０４の位置を検出する位置検出器１０９、流体制御装置１０１が移送する流体の流量の目標流量Ｑ＊を取得する目標流量取得部１１０、および流体機械１０３が移送する流体の流量を目標流量Ｑ＊に制御するためにモータ１０４への印加電圧を制御するモータ制御部１１１を備えている。
【００２９】
モータ制御部１１１は、トルク検出部１１２、回転数検出部１１３、管路抵抗係数推定部１１５、第一回転数指令値設定部１１６、回転数指令値修正部１１７、電流指令値生成部１１８、電圧指令値生成部１１９、相関関係決定部１２０、第二回転数指令値生成部１２１および回転数指令値選択部１２２を備えている。
【００３０】
トルク検出部１１２は、電流検出器１０８の出力信号からモータのトルクＴを検出する。回転数検出部１１３は、位置検出器１０９の出力信号からモータの回転数Ｓを検出する。管路抵抗係数推定部１１５は、回転数検出部１１３、ＲＡＭやＲＯＭ等からなるメモリ１１４、検出した回転数Ｓとメモリ１１４から読み出したモータ１０４の摩擦定数とに基づいて管路１０２の管路抵抗係数を推定する。第一回転数指令値設定部１１６は、定められた第一回転数指令値を生成する。回転数指令値修正部１１７は、回転数指令値Ｓ＊を修正する。電流指令値生成部１１８は、回転数Ｓが回転数指令値Ｓ＊に一致するようにモータ１０４に流す電流指令値を生成する。電圧指令値生成部１１９は、モータの巻線に流れる電流が電流指令値に一致するようにモータ１０４に印加する電圧指令値を生成する。
【００３１】
相関関係決定部１２０は、管路抵抗係数推定手段１１５で推定した管路抵抗係数に基づいて、メモリ１１４に記憶された管路１０２の流量と回転数との相関関係（流量−回転数特性）を示す複数のデータから１つの相関関係を選択することにより、当該相関関係を決定する。第二回転数指令値生成部１２１は、決定した相関関係と目標流量取得部１１０から取得した目標流量Ｑ＊とに基づいてモータ１０４の第二回転数指令値を生成する。回転数指令値選択部１２２は、第一回転数指令値および第二回転数指令値のうちのいずれかを選択して回転数指令値Ｓ＊に設定する（第一回転数指令値設定部および第二回転数指令値設定部として機能する）。
【００３２】
次に、図１に示す流体制御装置１０１の動作および構成要素の詳細を説明する。流体機械１０３は管路１０２を通じて所望の経路で流体を移送する。流体機械１０３は、本実施形態において遠心ポンプである。ただし、流体機械１０３の構造や形式、移送媒体は特に限定されるものではなく、回転するインペラを介して機械と流体の間でエネルギー変換を行う機械であれば、遠心ポンプでなくてもよい。モータ１０４は流体機械１０３と結合された状態で回転して、流体機械１０３を駆動する。モータ１０４は、本実施形態において永久磁石同期モータである。ただし、モータ１０４の構造や形式は特に限定されるものではなく、他のモータ、例えば誘導モータまたは電磁石同期モータでもよい。コンバータ１０６は、交流電源１０５の交流電圧を整流および平滑して、所定の直流電圧に変換する。交流電源１０５の代わりに直流電源を用い、コンバータ１０６を介さずにインバータ１０７に直流電圧を供給する構成としてもよい。
【００３３】
インバータ１０７は、モータ制御部１１１で作成される電圧指令値に従った半導体スイッチングを行い、コンバータ１０６からの直流電圧を交流電圧に変換して、モータ１０４に駆動電圧として供給する。ここで、インバータ１０７の内部におけるスイッチ構成やスイッチング方式は、モータ１０４を駆動する目的に適合していれば、特に限定されるものではない。電流検出器１０８は、モータ１０４の相電流を直接検出し、相電流値に応じた信号を出力する。なお、検出した電流からモータ１０４のトルクを推定できる限り、いかなる部分にて電流を検出してもよく、例えばコンバータ１０６からインバータ１０７への直流ラインに電流検出器１０８を挿入して電流を検出してもよい。位置検出器１０９はモータ１０４に取り付けられており、モータ１０４の回転子（図示せず）の位置に応じた信号を出力する。なお、回転子の位置や速度を推定によって検出できる場合には、位置検出器１０９は不要である。
【００３４】
次に、モータ制御部１１１の動作および構成要素を説明する。トルク検出部１１２は、電流検出器１０８の出力信号に基づいてモータ１０４のトルクＴを計算する。ここで、トルクＴは、モータ１０４のトルク情報を含む物理量、例えばモータ電流やモータ電流におけるトルクに寄与するベクトル成分であってもよい。トルクに寄与するベクトル成分は、例えば、モータ電流をｄ−ｑ変換した際のｑ軸電流でもよい。また、トルクＴは、トルクに寄与する電流ベクトル成分を、電流値の大きさやモータ近傍の検出温度に従って補正した結果でもよい。
【００３５】
回転数検出部１１３は、位置検出器１０９の出力信号に基づいて回転数Ｓを計算する。ただし、回転子の位置や速度を推定によって検出するセンサレス制御を用いてモータ１０４を駆動する場合には、位置検出器１０９の出力信号を用いる代わりに、モータ１０４の電流または駆動電圧を用いて回転数Ｓを計算する構成としてもよい。
【００３６】
メモリ１１４は、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶手段である。メモリ１１４には、モータ１０４の粘性摩擦係数とクーロン摩擦力とが予め記憶されている。また、メモリ１１４には、管路１０２が取り得る複数の管路抵抗係数ごとに設けられる、管路１０２の流量とモータ１０４の回転数との相関関係（複数の相関関係）も予め記憶されている。
【００３７】
なお、各摩擦係数または複数の相関関係は、ＲＯＭに予め記憶されていてもよいし、モータ制御部１１１の外部からの入力により、当該データがＲＡＭに一時記憶されてもよい。ＲＡＭにデータが記憶される場合、新たなデータが送られてくる都度対応するデータが更新されるようになっていてもよい。
【００３８】
図２は本実施形態における管路ごとの管路の流量とモータの回転数との相関関係を示すグラフである。ここで、Ｋ２０、Ｋ２１、Ｋ２２が、流体機械１０３に接続される管路１０２を変化させたときの管路１０２ごとの管路抵抗係数を表し、各直線がその管路１０２ごとの管路１０２の流量とモータ１０４の回転数との相関関係を表している。
【００３９】
管路抵抗係数推定部１１５は、トルク検出部１１２から出力されたモータ１０４のトルクＴと、回転数検出部１１３から出力されたモータ１０４の回転数Ｓと、メモリ１１４から読み出したモータ１０４の粘性摩擦係数およびクーロン摩擦とに基づいて、管路抵抗係数を推定する。この管路抵抗係数は、管路１０２の形状、長さ、または管路１０２内の部品配置など、流体の流れを妨げる諸要因を反映した値になっている。本発明の発明者らが検討した例では、モータ１０４が一定速で回転している状態（以下、静的運転状態と呼ぶ）において、モータ１０４の回転数Ｓに対するモータ１０４のトルクＴは、管路抵抗係数とモータ１０４の粘性摩擦係数、およびモータ１０４のクーロン摩擦を用いて以下の式で表される。
【００４０】
【数２】
2020105908.tif 000004
【００４１】
ここで、Ｋ２は管路抵抗係数、Ｋ１はモータ１０４の粘性摩擦係数、Ｆ０はモータ１０４のクーロン摩擦力である。クーロン摩擦力Ｆ０は、摩擦力の大きさがモータ１０４の回転数速度に依らず一定となる摩擦力である。粘性摩擦係数Ｋ１、クーロン摩擦力Ｆ０はともに値が予め決定されている。したがって、管路抵抗係数推定部１１５が上記式を用いることにより、トルクＴと回転数Ｓとの検出値から管路抵抗係数Ｋ２を計算することができる。モータ１０４の回転数Ｓは予め決められた値でなくてよい。このため、任意の回転数にて管路抵抗係数を推定することができる。また、１つの動作点におけるモータ１０４の回転数ＳおよびトルクＴを検出すれば管路抵抗係数を推定できるため、短時間での推定が可能である。
【００４２】
第一回転数指令値作成部１１６は、管路抵抗係数の推定開始時の回転数指令値である第一回転数指令値を生成する。ここで、第一回転数指令値は、予め定められた固定の回転数であり、管路抵抗の推定精度を確保するために、なるべく高い回転数であることが望ましい。その理由を以下に説明する。
【００４３】
図３は本実施形態における管路ごとの静的運転状態でのモータの回転数とトルクとの関係を示すグラフである。ここで、Ｋ２０、Ｋ２１、Ｋ２２は管路ごとの管路抵抗係数を表す。各曲線はその管路ごとの回転数とトルクの関係を表し、本発明の発明者らが検討した例では、上記式（１）で近似される。図３において、第一回転数指令値をＳａに設定するよりも、Ｓｂに設定した場合の方が、各管路ごとに検出されるトルク同士の間隔が大きくなり、トルクの検出誤差に対する検出値の比（Ｓ／Ｎ比）を大きく確保することができる。つまり、第一回転数指令値が高回転数であるほど管路抵抗係数の推定精度を高めることができる。しかし、第一回転数指令値が高回転数であるほど、モータ１０４の回転に必要な巻線電流および駆動電圧が、モータ１０４に供給可能な上限を上回りやすくなる。当該上限を上回る場合には、次に述べる回転数指令値修正部１１７が回転数指令値を修正する。
【００４４】
回転数指令値修正部１１７は、電流指令値生成部１１８から出力される電流指令値が所定の電流制限値以下となり、かつ、電圧指令値生成部１１９から出力される電圧指令値が所定の電圧制限値以下となるように、回転数指令値Ｓ＊を修正する。ここで、所定の電流制限値および所定の電圧制限値は、モータに印加できる巻線電流および駆動電圧の上限に対応した値となっている。このため、モータに印加できる巻線電流および駆動電圧の上限を超えないように回転数が自動的に修正される。
【００４５】
相関関係決定部１２０は、管路抵抗係数推定部１１５から出力された管路抵抗係数に応じた管路１０２の流量とモータ１０４の回転数との相関関係を、複数の相関関係が記憶されたメモリ１１４から選択して読み出す。
【００４６】
第二回転数指令値生成部１２１は、相関関係決定部１２０から出力された管路１０２の流量とモータ１０４の回転数との相関関係と、目標流量取得部１１０から取得した目標流量Ｑ＊とに基づいて、モータ１０４の第二の回転数指令値を生成する。図２におけるＳｃ＊、Ｓｄ＊、Ｓｅ＊は、各管路ごとの第二回転数指令値を表している。
【００４７】
回転数指令値選択部１２２は、管路抵抗係数の推定開始のトリガとして定められた第一の事象の発生に応答して、第一回転数指令値設定部として機能し、第一回転数指令値を回転数指令値Ｓ＊に設定する。さらに、回転数指令値選択部１２２は、流量制御開始のトリガとして定められた第二の事象の発生に応答して、第二回転数指令値設定部として機能し、第二回転数指令値を回転数指令値Ｓ＊に設定する。本実施形態では、第一の事象は流体機械１０３の運転開始であり、第二の事象は流体機械１０３の運転開始から所定時間の経過である。
【００４８】
この回転数指令値選択部１２２の作用および効果について、以下に図４を用いて説明する。図４は本実施形態における管路抵抗推定時の動作プロファイルを示すグラフである。図４において、曲線４０１は管路１０２における静的運転状態時の回転数−トルク特性である。境界線４０２は、モータ１０４に供給される巻線電流および駆動電圧の上限値から規定される、モータ１０４の動作可能範囲（上限）を示す。境界線４０２で囲まれた範囲内でのみモータ１０４の運転が可能であることを示している。
【００４９】
いま、流体機械１０３が運転停止状態から運転開始に移行するものとする。このとき、回転数指令値選択部１２２は、第一の事象である運転開始をトリガとして、第一回転数指令値を回転数指令値Ｓ＊に設定する。図４においてＳｆ＊を第一回転数指令値とすると、運転開始後、モータ１０４の回転数はＳ０から順にＳ１、Ｓ２、Ｓ３、・・・と加速していく。このとき、モータ１０４が発生するトルクには、管路１０２における管路抵抗およびモータ１０４自身の摩擦に抗うトルク以外に、モータ１０４の加速に必要なトルクが含まれている。このため、加速中の動作点軌跡は図４の曲線（破線）４０３のようになり、静的運転状態時の回転数−トルク特性を示す曲線４０１に加速トルクが加わった軌跡になる。
【００５０】
運転開始後、十分な時間が経過すれば、モータは静的運転状態に移行する。図４の例において、第一回転数指令値Ｓｆ＊を実現する静的運転状態は、点Ａである。しかし、点Ａはモータの動作可能範囲である境界線４０２を越えている。したがって、上に述べたように、回転数指令値修正部１１７が回転数指令値Ｓ＊を修正する。この修正によって、動作点は最終的に静的運転状態時の回転数−トルク特性を示す曲線４０１とモータ１０４の動作可能範囲を示す境界線４０２との交点である点Ｂに収束する。点Ｂにおけるモータ１０４の回転数とトルクとの間には上記式（１）の関係が成立することから、管路抵抗係数を精度良く推定することが可能となる。
【００５１】
本実施形態においては、流量制御開始のトリガである第二の事象を、運転開始から所定時間の経過としている。この所定時間を予め調整することにより、モータ１０４が点Ｂに収束するまで管路抵抗係数の推定を継続させることができる。したがって、管路抵抗係数を精度よく推定することができる。また、精度よく推定された管路抵抗係数に基づいて流量制御を行うことができる。
【００５２】
以上のように、本実施形態の流体制御装置１０１は、流体機械１０３を駆動するモータ１０４と、モータ１０４の回転を制御するモータ制御部１１１とを備えている。モータ制御部１１１は、管路１０２の管路抵抗係数を、モータ１０４の所定の回転時におけるモータ１０４の回転数ＳおよびトルクＴと、予め決定されたモータ１０４の粘性摩擦係数およびクーロン摩擦力とに基づいて推定する管路抵抗係数推定部１１５を備えている。また、モータ制御部１１１は、モータ１０４に印加する電流指令値および電圧指令値が印加可能な上限値以下となるように回転数を修正する回転数指令値修正部１１７を備えている。さらに、モータ制御部１１１は、複数の管路抵抗係数ごとに管路１０２の流量とモータ１０４の回転数との相関関係を予め記憶しておき、管路抵抗係数推定部１１５で推定された管路抵抗係数に基づいて管路１０２の流量とモータ１０４の回転数との相関関係を決定する相関関係手段１２０と、決定された相関関係と目標流量Ｑ＊より決定される第二回転数指令値を生成する第二回転数指令値生成部１２１と、流体機械１０３の運転開始から所定時間経過後にこの第二回転数指令値を回転数指令値Ｓ＊として設定する第二回転数指令値設定手段（回転数指令値選択部１２２）とを備えている。したがって、モータ１０４に供給できる巻線電流および駆動電圧の上限を超えないように回転数を自動的に調整し、この調整された回転数で管路抵抗条件を推定できる。このため、管路１０２のばらつきや経年変化が大きいシステムにおいても適切に流量制御を行うことができる。
【００５３】
（実施形態の変形例）
次に、上記実施形態の変形例について説明する。図５は、本発明の実施形態におけるモータ制御部の変形例を示す機能ブロック図である。図５において、図１と同様の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。図１に示す実施形態において、トルク検出部１１２は、電流検出器１０８の出力信号に基づいてモータ１０４のトルクＴを計算し、管路抵抗係数推定部１１５にトルクＴを出力している。この代わりに、本変形例におけるモータ制御部５１１のトルク検出部５１２は、電流指令値生成部１１８から出力される電流指令値に基づいてトルク指令値Ｔ＊を検出する。また、図１に示す実施形態においては、管路抵抗係数推定部１１５は、トルク検出部１１２から出力されたモータ１０４のトルクＴおよび回転数検出部１１３から出力された回転数Ｓを管路抵抗係数の推定に用いている。この代わりに、本変形例におけるモータ制御部５１１の管路抵抗係数推定部５１５は、トルク検出部５１２から出力されたトルク指令値Ｔ＊と、回転数指令値修正部１１７によって修正された回転数指令値と、メモリ１１４から読み出したモータ１０４の粘性摩擦係数およびクーロン摩擦力とに基づいて、管路抵抗係数を推定する。
【００５４】
モータ１０４の静的運転状態においては、図１におけるモータ１０４のトルクＴと、図５におけるトルク指令Ｔ＊とはほぼ等しくなり、図１におけるモータ１０４の回転数Ｓと、図５における回転数指令値修正部１１７によって修正された回転数指令値とはほぼ等しくなる。このため、上記図５に示すようなモータ制御部５１１を備えた流体制御装置５０１によっても、図１に示す上記実施形態と同様の作用および効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のモータ制御部では、管路の状況に応じて流量を所定の流量値に制御するようなシステムに最適であり、ポンプや送風機、圧縮機などの流体機械に適用できる。
【符号の説明】
【００５６】
１０１、５０１  流体制御装置
１０２  管路
１０３  流体機械
１０４  モータ
１０５  交流電源
１０６  コンバータ
１０７  インバータ
１０８  電流検出器
１０９  位置検出器
１１０  目標流量取得部
１１１、５１１  モータ制御部
１１２、５１２  トルク検出部
１１３  回転数検出部
１１４  メモリ
１１５、５１５  管路抵抗係数推定部
１１６  第一回転数指令値生成部
１１７  回転数指令値修正部
１１８  電流指令値生成部
１１９  電圧指令値生成部
１２０  相関関数決定部
１２１  第二回転数指令値生成部
１２２  回転数指令値選択部（第一回転数指令値設定部、第二回転数指令値設定部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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