(57)【要約】  本発明のモータ制御装置は、ファンモータを制御する装置であって、所定の風量値に維持するようモータ速度を制御する。そのために、モータ速度を示す第１の作動パラメータまたはモータトルクを示す第２の作動パラメータを入力する入力端を含む。また、所定の風量値とモータトルクを用いて、所定の時間間隔にてモータ速度に対する必要な修正値を計算するモータ速度目標値演算部を含む。また、この必要な修正値に基づいてモータの指示速度を出力する出力端を含む。
2008117515.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンを駆動するモータを制御するモータ制御装置において、
モータ速度を示す第１の作動パラメータまたはモータトルクを示す第２の作動パラメータの少なくとも一方を入力する入力端と、
所定の風量値と前記モータトルクを用いて、所定の時間間隔にて前記モータ速度に対する必要な修正値を計算するモータ速度目標値演算部と、
前記必要な修正値に基づいて前記モータの指示速度を出力する出力端とを備え、
前記所定の風量値に維持するよう前記モータ速度を制御するモータ制御装置。
【請求項２】
前記第１の作動パラメータは、前記モータ速度を検出する第１の検出器により出力される請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記第２の作動パラメータは、前記モータの電流を検出する第２の検出器により出力される請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記指示速度に従って前記モータを駆動し、前記所定の風量値を達成する速度で前記モータ速度を制御するモータ駆動制御部を更に有する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記必要な修正値は、前記モータ速度と前記モータ速度の目標値との差にゲインを掛けることにより得られ、前記目標値は前記モータトルクと前記所定の風量値とより求められる請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記目標値（Ｓａ）は以下の（数１３）によって求められる請求項５記載のモータ制御装置。
【数１３】
2008117515.tif 000018
ここでＴは前記モータトルク、Ｑ*は前記所定の風量値、ｋnm（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ、ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数、そしてｉとｊは有限値である。
【請求項７】
前記指示速度は、前記モータ速度と前記必要な修正値との和から求められる請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記指示速度（Ｓ*）は以下の（数１４）によって求められる請求項７記載のモータ制御装置。
【数１４】
2008117515.tif 000019
ここで、Ｓは前記モータ速度、Ｔは前記モータトルク、Ｑ＊は前記所定の風量値、Ｋはゲイン、ｋnm（ｎ＝０，１，２，・・・,ｊ、ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数、ｉとｊは有限値である。
【請求項９】
前記有限値ｉとｊは、ｉ＝１、ｊ＝２である請求項６または請求項８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記定数は少なくとも２ビット以上の数からなるビットで表示され、その内少なくとも１ビットは仮数として使用され、他の少なくとも１ビットは指数として使用される請求項６または請求項８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記定数は、１６ビットのデータで表示される請求項６または請求項８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記定数は、前記モータトルクと前記モータ速度と前記所定の風量値のデータとを用いて最小２乗法から求められる請求項６または請求項８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
前記必要な修正値は、前回求めた指示速度と前記モータ速度の目標値との差にゲインを掛けることにより得られ、前記目標値は前記モータトルクと前記所定の風量値とより求められる請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
前記指示速度は、前記前回求めた指示速度と前記必要な修正値の和から求められる請求項１３記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記モータ速度演算装置は、最小指示速度および最大指示速度を記憶しており、前記最小指示速度と前記最大指示速度の範囲内で前記指示速度を出力する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１６】
前記モータ速度演算装置は、前記モータトルクと前回得られたモータトルクとを比較して、前記必要な修正値を計算する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１７】
前記所定の風量値を記憶するメモリを更に有する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１８】
前記メモリは複数の風量値を記憶し、前記複数の風量値の１つが前記所定の風量値として選択される請求項１７記載のモータ制御装置。
【請求項１９】
手動で操作されるスイッチを更に有し、前記スイッチの操作によって前記複数の風量値から前記所定の風量値が選択される請求項１８記載のモータ制御装置。
【請求項２０】
選択信号を受信する通信部を更に有し、前記選択信号により前記複数の風量値から前記所定の風量値が選択される請求項１８記載のモータ制御装置。
【請求項２１】
前記所定の風量値を指示する信号を受信する通信部を更に有する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項２２】
少なくとも前記モータ速度演算装置を有する第１のユニットと、少なくとも前記入力端と前記出力端とを有する第２のユニットとを備え、前記第１のユニットと前記第２のユニットとの間でデータ通信を行う請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項２３】
前記データ通信は、前記第１のパラメータと前記第２のパラメータと前記指示速度のうち少なくとも１つを含む請求項２２記載のモータ制御装置。
【請求項２４】
ファンを駆動するモータを制御する制御方法において、
前記モータ速度を示す第１の作動パラメータを認識する第１のステップと、
前記モータトルクを示す第２の作動パラメータを認識する第２のステップと、
所定の風量値と前記モータトルクを用いて、所定の時間間隔にて前記モータ速度に対する必要な修正値を計算する第３のステップと、
前記必要な修正値に基づいて前記モータの指示速度を出力する第４のステップと、を含み
前記所定の風量値に維持するよう前記モータ速度を制御するモータ制御方法。
【請求項２５】
前記第１のステップは、前記モータ速度を検出する第１の検出器により求められる請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項２６】
前記第２のステップは、前記モータの電流を検出する第２の検出器により求められる請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項２７】
前記第３のステップは、前記モータ速度と前記モータ速度の目標値との差にゲインを掛けることにより求められる請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項２８】
前記第３のステップは、以下の（数１５）を用いてモータ速度の目標値（Ｓａ）を求めることを含む請求項２４記載のモータ制御方法。
【数１５】
2008117515.tif 000020
ここでＴは前記モータトルク、Ｑ＊は前記所定の風量値、ｋnm（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ、ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数、そしてｉとｊは有限値である。
【請求項２９】
前記第４のステップは、前記モータ速度と前記必要な修正値を加えることにより求められる請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項３０】
前記指示速度（Ｓ*）は以下の（数１６）によって求められる請求項２９記載のモータ制御方法。
【数１６】
2008117515.tif 000021
ここでＳは前記モータ速度、Ｔは前記モータトルク、Ｑ＊は前記所定の風量値、Ｋはゲイン、ｋnm（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ、ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数、ｉとｊは有限値である。
【請求項３１】
前記有限値ｉとｊは、ｉ＝１，ｊ＝２である請求項２８または請求項３０のいずれか一項に記載のモータ制御方法。
【請求項３２】
前記定数は少なくとも２ビット以上の数からなるビットで表示され、その内少なくとも１ビットは仮数として使用され、他の少なくとも１ビットは指数として使用される請求項２８または請求項３０のいずれか一項に記載のモータ制御方法。
【請求項３３】
前記定数は、１６ビットのデータである請求項２８または請求項３０のいずれか一項に記載のモータ制御方法。
【請求項３４】
前記定数は、前記モータトルクと前記モータ速度と風量のデータを用いて最小２乗法から求められる請求項２８または請求項３０のいずれか一項に記載のモータ制御方法。
【請求項３５】
前記必要な修正値は、前回求めた指示速度と前記モータ速度の目標値との差にゲインを掛けることにより得られ、前記目標値は前記モータトルクと前記所定の風量値とより求められる請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項３６】
前記指示速度は、前記前回求めた指示速度と前記必要な修正値の和から求められる請求項３５記載のモータ制御方法。
【請求項３７】
前記第４のステップは、最小指示速度および最大指示速度を記憶するモータ速度演算装置を有し、前記最小指示速度と前記最大指示速度の範囲内で前記指示速度を出力する請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項３８】
前記モータトルクと前回得られたモータトルクとを比較し、その差がわずかでない場合は、前記第３のステップに進む請求項２４記載のモータ制御装置。
【請求項３９】
前記所定の風量値はメモリに記憶される請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項４０】
前記メモリは複数の風量値を記憶し、前記複数の風量値の１つが前記所定の風量値として選択される請求項３９記載のモータ制御方法。
【請求項４１】
手動で操作されるスイッチを更に有し、前記スイッチの操作によって前記複数の風量値から前記所定の風量値が選択される請求項３９記載のモータ制御方法。
【請求項４２】
選択信号を受信する通信部を更に有し、前記選択信号により前記複数の風量値から前記所定の風量値が選択される請求項３９記載のモータ制御方法。
【請求項４３】
前記所定の風量値を指示する信号を受信する通信部を更に有する請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項４４】
前記第１の作動パラメータおよび前記第２の作動パラメータの少なくとも一方は、データ通信によって送受信される請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項４５】
前記指示速度は、データ通信によって出力される請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項４６】
ファンと前記ファンを駆動するモータと前記モータを制御するモータ駆動装置を有するモータ装置において、
前記モータ駆動装置は、直流電源を交流に変換し前記モータを駆動するインバータと、モータ速度を示す第１の作動パラメータを検出する第１の検出器と、モータトルクを示す第２の作動パラメータを検出する第２の検出器と、モータ制御装置とを含み、
前記モータ制御装置は、少なくとも前記ファンによる所定の風量値および前記モータトルクを用いて、所定の時間間隔で前記モータ速度に対する必要な修正値を計算し、前記修正値に基づいて指示速度を出力するモータ速度演算装置を含み、
前記指示速度に従って前記モータを駆動制御し、前記所定の風量値を達成する速度で前記モータを駆動制御するモータ装置。
【請求項４７】
空調装置に搭載される請求項４６記載のモータ装置。
【請求項４８】
前記空調装置は、一般家庭の家屋、業務用建築物、クリーンルームまたは業務用空調のいずれか１つに備えられる請求項４７記載のモータ装置。
【請求項４９】
前記空調装置は、車、バス、鉄道車両、航空機または船舶のいずれか１つに備えられる請求項４７記載のモータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置とその制御方法、及びモータ装置に関する。詳しくは、空調装置などのモータ制御を行うファンモータや換気扇などの送風装置の風量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、換気扇あるいはエアコンの空調システムにおいて、居室の状況あるいは空調システムの最適化のためにフィルタの目詰まり、吹き出し口に設けられたベントの状態により静圧が変化しても所定の風量値になるように制御することが求められている。【０００３】
所定の風量値にする技術として例えば特許文献１が知られている。特許文献１に示される従来の技術によれば、モータ印加電圧とモータ速度の関係が（数１）の関係にある。【０００４】
【数１】
2008117515.tif 000003
【０００５】
ここで、静圧係数Ｋｐ、羽根車の径Ｄ、トルク定数Ｋｔ、電機子回路の全抵抗Ｒ、誘起電圧定数Ｋｅであるとき、指示風量Ｑと印加電圧Ｖから規定モータ速度Ｎを算出し、運転モータ速度と規定モータ速度が等しくなるように印加電圧Ｖを制御するものである。【０００６】
特許文献１に示されている従来の技術では、（数１）を導出する過程でモータ電流Ｉをモータへの印加電圧Ｖと電機子回路の全抵抗Ｒ、誘起電圧Ｅから（数２）の関係から求めている。【０００７】
【数２】
2008117515.tif 000004
【０００８】
つまり、モータ電流Ｉを制御する代わりに、モータへの印加電圧Ｖを制御するようにしている。しかしながら、電機子回路の全抵抗Ｒはモータの発熱および雰囲気温度によって変化するため、モータへの印加電圧Ｖを制御してもモータ電流Ｉが電機子回路の全抵抗Ｒの影響により正確に制御できないために、モータの発熱および雰囲気温度により風量の誤差が発生するという課題があった。【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、温度変化などの変化要因に対し、モータの電流を検出することによって精度良く所定の風量値を維持することができるモータ制御装置とその制御方法、及びモータ装置を提供することを目的とする。
【特許文献１】日本特許出願特開平６−１５３５７９号公報
【発明の開示】
【００１０】
本発明のモータ制御装置は、ファンを駆動するモータを制御する装置であって、モータ速度を示す第１の作動パラメータまたはモータトルクを示す第２の作動パラメータの少なくとも一方を入力する入力端を含む。また、所定の風量値とモータトルクを用いて、所定の時間間隔にてモータ速度に対する必要な修正値を計算するモータ速度目標値演算部を含む。また、この必要な修正値に基づいてモータの指示速度を出力する出力端を含み、所定の風量値に維持するようモータ速度を制御する。
【００１１】
この構成により、モータの発熱および雰囲気温度による誤差の発生がなく精度よく所定の風量値になるように制御を行うことが可能なモータ制御装置を提供できる。また、本発明のモータ制御装置によれば、モータのトルク情報を用いることにより温度に左右されることなく所定の風量値に必要な指示速度を精度よく求めることができ、より精度良く所定の風量値を維持することができる。
【００１２】
また、所定の風量値になる目標モータ速度Ｓａを（数３）とし、（Ｔはモータトルク、Ｑ*は所定の風量値、ｋnm（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ、ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数、そしてｉとｊは有限値）で表す。そして、指示速度Ｓ*を（数４）とすることにより、モータ速度Ｓを目標モータ速度Ｓａに近づけることできるため、指令した所定の風量値Ｑ＊に近づけることできる。
【００１３】
【数３】
2008117515.tif 000005
【００１４】
【数４】
2008117515.tif 000006
【００１５】
また、本発明のモータ制御方法は、ファンを駆動するモータを制御する次のステップを有する。モータ速度を示す第１の作動パラメータを認識する第１のステップと、モータトルクを示す第２の作動パラメータを認識する第２のステップを含む。さらに、所定の風量値とモータトルクを用いて、所定の時間間隔にてモータ速度に対する必要な修正値を計算する第３のステップと、この必要な修正値に基づいてモータの指示速度を出力する第４のステップを含む。これにより、所定の風量値に維持するようモータ速度を制御するモータ制御方法である。
【００１６】
この方法により、モータのトルク情報を用いることにより温度に左右されることなく所定の風量値に必要な指示速度を精度よく求めることができ、より精度良く所定の風量値を維持することができる。
【００１７】
また、本発明のモータ装置は、ファンとこのファンを駆動するモータとこのモータを制御するモータ駆動装置を有する。このモータ駆動装置は、直流電源を交流に変換しモータを駆動するインバータと、モータ速度を示す第１の作動パラメータを検出する第１の検出器と、モータトルクを示す第２の作動パラメータを検出する第２の検出器と、モータ制御装置とを含む。さらに、このモータ制御装置は、少なくとも前記ファンによる所定の風量値およびモータトルクを用いて、所定の時間間隔でモータ速度に対する必要な修正値を計算し、この修正値に基づいて指示速度を出力するモータ速度演算装置を含む。これにより、指示速度に従ってモータを駆動制御し、所定の風量値を達成する速度で前記モータを駆動制御する。
【００１８】
この構成により、モータのトルク情報を用いることにより温度に左右されることなく所定風量に必要な指示速度を精度よく求めることができ、より精度良く所定の風量値を維持することができる。
【００１９】
また、本発明は、上述のモータ装置を搭載した空調装置を含む。この空調装置は、一般家庭の家屋、業務用建築物またはクリーンルームなどに備えられるものであり、静圧が変化しても所定の風量値に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１におけるモータ速度演算装置内部のブロック図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態１におけるモータ速度演算装置の処理を示すフローチャートである。
【図４】図４は本発明の実施の形態１における係数のデータ構成の一例を示す図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態１における所定の風量値を達成するためのモータトルクとモータ速度の関係の一例を示すグラフである。
【図６】図６は本発明の実施の形態１における環境曲線が変化した場合の制御方式を説明するグラフである。
【図７】図７は本発明の実施の形態２の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２１】
１    交流電源
２    交直変換回路
３    コンデンサ
４    モータ
５    インバータ
６    電流検出器（第２の検出器）
７    速度センサ（第１の検出器）
８    ファン
１０    モータ制御装置
１１    モータ速度検出部
１２    電流検出部
１３    モータ速度演算装置
１３ａ    モータ速度目標値演算部
１３ｂ    ゲインＫ
１３ｃ    トルク変換器
１３ｄ    メモリ
１３ｅ    スイッチ
１３ｆ    通信部
１４    モータ駆動制御部
１５    通信部
１６    第１のユニット
１７    第２のユニット
１９    モータ駆動装置
２０    モータ装置
２１ａ，２１ｂ    入力端
２５    出力端
３０    空調装置
３１    空気通路
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明のモータ制御装置は、ファンを駆動するモータを制御するものである。モータ速度を示す第１の作動パラメータまたはモータトルクを示す第２の作動パラメータの少なくとも一方が入力される入力端を含む。また、所定の風量値とモータトルクを用いて、所定の時間間隔にてモータ速度に対する必要な修正値を計算するモータ速度目標値演算部を含む。さらに、必要な修正値に基づいてモータの指示速度を出力する出力端を含む。この構成により、指示速度に従ってモータの速度を制御することによって、所定の風量値に維持することができるモータ制御装置を実現するものである。【００２３】
例えば、モータ速度検出器からモータ速度Ｓ、電流検出器からモータ電流をそれぞれ求め、得られたモータ電流をトルクＴに変換し、所定の風量値Ｑ*を用いて（数５）から指示速度Ｓ*を算出して、算出された指示速度に従ってモータを周期的に制御する。ここでＫはゲイン、ｋ00、ｋ01、ｋ10、ｋ11、ｋ20、ｋ21は定数を表す。【００２４】
【数５】
2008117515.tif 000007
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１を示すブロック図である。まず、図1に示す本発明の実施の形態１のモータ制御装置の基本構成は次の通りである。【００２７】
所定の風量値を維持するようにモータ４を制御するモータ制御装置１０は、モータ速度を示す第１の作動パラメータを入力するための入力端２１ａ、またはモータトルクを示す第２の作動パラメータを入力するための入力端２１ｂの少なくともいずれか一方を入力するための入力端を備える。また、同モータ制御装置１０は、少なくとも所定の風量値およびモータトルクを用いて、所定の時間間隔にてモータ速度に対する必要な修正値を計算するモータ速度演算装置１３を備える。さらに、同モータ制御装置１０は、所定の風量値を達成する速度でモータの速度を制御するために必要な修正値に基づいて必要な指示速度を出力するモータ駆動制御部１４と、その指示速度を出力する出力端２５を備える。【００２８】
また、図1に示す本発明の実施の形態１のモータ装置２０の基本構成は次の通りである。所定の風量値を維持するように動作するモータ装置２０は、ファン８とこのファン８を駆動するモータ４とこのモータ４を制御するモータ駆動装置１９を含む。このモータ駆動装置１９は、直流電源を交流に変換しモータ４を駆動するインバータ５と、モータ速度を示す第１の作動パラメータを検出する第１の検出器７と、モータトルクを示す第２の作動パラメータを検出する第２の検出器６と、モータ制御装置１０とを含む。【００２９】
このモータ制御装置１０は、少なくともファン８による所定の風量値およびモータトルクを用いて、所定の時間間隔でモータ速度に対する必要な修正値を計算し、この修正値に基づいて指示速度を出力するモータ速度演算装置１３を含む。さらに、同モータ制御装置１０は、所定の風量値を達成する速度でモータの速度を制御するために必要な修正値に基づいて必要な指示速度を出力するモータ駆動制御部１４を備える。【００３０】
また、図1に示す本発明の実施の形態１を空調装置に適用した場合の基本構成は次の通りである。所定の風量値を維持する空調装置３０は、空気通路３１と、この空気通路３１に空気を送風する送風部であるファン８を備えたモータ４を備える。また、同空調装置３０は、モータ速度を示す第１の作動パラメータを検出する第１の検出器である速度センサ７と、モータトルクを示す第２の作動パラメータを検出する第２の検出器である電流検出器６を備える。【００３１】
また、同空調装置３０は、少なくとも所定の風量値およびモータトルクを用いて、所定の時間間隔で、モータ速度に対する必要な修正値を計算する。そして、同必要な修正値に基づいて必要な指示速度を出力するモータ速度演算装置１３と、必要な指示速度に従ってモータ４を駆動制御し、所定の風量値を達成する速度でモータを駆動制御するモータ駆動制御部１４を備える。【００３２】
次に、図１に示す本実施の形態について、さらに詳細に説明する。図１において、本実施の形態は、交流電源１、交流電源１の交流を直流に変換する交直変換回路２、交直変換回路２の出力の直流電圧を平滑するコンデンサ３、モータ４、ファン８を含む。また、本実施の形態１は、コンデンサ３の直流電圧を交流に変換しモータ４を駆動するスイッチング回路からなるインバータ５、インバータ５から出力される直流電流を検出する電流検出器６を含む。【００３３】
また、本実施の形態１は、モータの回転子の速度を検出する速度センサ７、インバータ５を制御するモータ制御装置１０を含む。モータ制御装置１０は、速度センサ７から速度を検出するモータ速度検出部１１、電流検出器６の信号からモータ４の電流を検出する電流検出部１２、モータ速度検出部１１と電流検出部１２からの情報を元に指示速度を計算するモータ速度演算装置１３を備える。【００３４】
次に、図１の動作について説明する。交流電源１からの交流電流を交直変換回路２にて直流に変換し、コンデンサ３にて平滑化する。コンデンサ３の両端には、直流電圧が発生しており、電流検出器６を介してインバータ５へ入力する。インバータ５を構成する６つのトランジスタをスイッチングさせて、モータを駆動する。モータ４に流れる電流は、インバータ５、電流検出器６を介して流れるため、電流検出器６の両端に誘起される電圧にて電流は検出される。電流検出器６で検出される電流を例えばフィルタ等で平均化する。速度センサ７は、モータ４の回転に応じた信号を発生させるように取り付けられている。またモータ速度を検出できるように構成されていれば、モータ電流等からモータ速度を推定できれば速度センサ７を用いなくても良い。【００３５】
速度センサ７からの信号によりモータ速度検出部１１では、モータ４のモータ速度を検出する。ここで検出されたモータ速度はモータ速度演算装置１３とモータ駆動制御部１４へ出力される。また、モータ速度演算装置１３は、設定風量（所定の風量値）と電流検出部１２にて検出されたモータ電流とモータ速度検出部１１にて検出されたモータ速度を使用して次の演算周期のモータ指示速度を演算する。【００３６】
次に、図２は、モータ速度演算装置１３の内部制御ブロック図を示す。モータ速度演算装置１３は、モータ速度目標値演算部１３ａ、トルク変換器１３ｃ、メモリ１３ｄを備える。図２に示したように、電流検出部１２によって検出したモータ電流Ｉは、トルク変換器１３ｃを介してモータトルクＴに変換され、モータ速度目標値演算部１３ａは、設定風量（所定の風量値）とモータトルクを用いて（数６）により目標モータ速度Ｓａを演算する。【００３７】
【数６】
2008117515.tif 000008
【００３８】
ここでＴはモータトルク、Ｑ*は設定風量、ｋnm（ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ、ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ）は定数、ｉとｊは有限の値である。【００３９】
次に（数６）の導出について説明する。静圧を変化させても、所定の風量値になるためのモータトルクＴとモータ速度Ｓの関係は（数７）で近似される。【００４０】
【数７】
2008117515.tif 000009
【００４１】
ここでａｎ（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ）は定数、ｊは有限の値である。更に定数ａｎが風量Ｑの関数であるという（数８）の近似を行うと、（数７）と（数８）から（数９）が求まる。【００４２】
【数８】
2008117515.tif 000010
【００４３】
ここでｋnm（ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ、ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ）は定数、ｉ，ｊは有限の値である。【００４４】
【数９】
2008117515.tif 000011
【００４５】
（数９）はモータトルクＴと風量Ｑの場合にモータ速度がＳとなるという関係の式である。（数９）において風量Ｑを設定風量Ｑ*、モータ速度Ｓを目標モータ速度Ｓａとすると、（数６）が生じる。よってモータ速度目標値演算部１３ａでは（数６）を用いてモータトルクがＴの場合に設定風量がＱ*になるために必要な目標モータ速度Ｓａを求める処理を行っている。【００４６】
図２においてモータ速度目標値演算部１３ａで求めた目標モータ速度Ｓａをモータ速度Ｓから減算し、その値をゲイン１３ｂ、Ｋを乗じ、その値にモータ速度Ｓを加算した値を指示速度Ｓ*とする。つまりモータ速度演算装置１３では（数１０）の演算を行っている。【００４７】
【数１０】
2008117515.tif 000012
【００４８】
（数１０）によりモータ速度Ｓを目標モータ速度Ｓａに近づけるように動作する。【００４９】
以降、今回は特に（数１０）においてｉ＝１、ｊ＝２として説明を行う。この場合、（数１０）は（数１１）のようになる。【００５０】
【数１１】
2008117515.tif 000013
【００５１】
比例ゲイン１３ｂ、Ｋは速度制御を行う際に発振しない値とする。指示速度演算は周期的に行われ、例えば毎秒１０回行う。【００５２】
またモータ速度演算装置１３はＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶部（以下、メモリと称す）１３ｄを有している。このＲＯＭには設定風量が予め記憶されており、モータ速度目標値演算部１３ａは上記演算を行う際に、ＲＯＭから設定風量を読み出して演算に利用する。記憶される設定風量は複数あっても良い。この場合、モータ速度演算装置１３に設けられたスイッチ１３ｅを手動で操作することにより、記憶されている複数の設定風量から１つを選択する。更にモータ速度演算装置１３は通信部１３ｆを介して外部機器と交信できるようになっている。この通信部１３ｆを利用して、外部から通信により、複数の設定風量の中から１つを選択することも可能である。【００５３】
また、必ずしも設定風量は予めＲＯＭに記憶されている必要はない。通信部１３ｆを介して外部から通信により、設定風量を適宜モータ速度演算装置１３に送信するようにしてもよい。この場合、通信により送られてきた設定風量はメモリ１３ｄ内のＲＡＭ等に記憶され、新たな設定風量が送られてくる都度更新されるようになっている。【００５４】
第３図は上述したモータ速度演算装置１３の処理を示すフローチャートである。モータ速度演算装置１３は、第３図に示す処理を１秒間に、例えば１０回行う。即ち１秒間に１０回、第３図に示す処理を行うため起動がかかる。モータ速度演算装置１３は、まずモータ速度検出部１１からの信号に基づきモータ速度を計算する。（ステップＳＴ１）。次いでモータ速度演算装置１３は、電流検出部１２からの信号に基づいてモータトルク値を計算する。（ステップＳＴ２）。モータ速度演算装置１３は、得られたトルク値と、前回得られたトルク値を比較し、その差がわずかである場合には処理を終了する。（ステップＳＴ３）。このトルクの比較処理については後に詳述する。もしトルク差が閾値を越える場合は、モータ速度演算装置１３は、得られたモータ速度およびモータトルク値を使用して上述した数式の演算を行い、指示速度Ｓ*を計算して出力する。（ステップＳＴ４）。【００５５】
次に上述したファン付きモータを、例えば一般家庭用の空調装置の送風装置として設置する場合について説明する。【００５６】
まず風洞実験設備にモータを接続し、実際にモータを運転して定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00を求める。風洞内では様々な静圧を実現できるようになっており、異なる静圧の下で、モータ速度を変えながら風量を測定する。即ち静圧を変えることで異なる運転環境を作り出している。表１は定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00を求める際に使用したデータの一部を示し、表２はそのデータを用いて算出した定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00を示している。【００５７】
【表１】
2008117515.tif 000014
【００５８】
【表２】
2008117515.tif 000015
【００５９】
表１のデータを得るには、モータは速度制御を行い、モータ速度の指令値を１００ｒ／ｍｉｎから１０００ｒ／ｍｉｎまで１００ｒ／ｍｉｎ毎に設定し、静圧を０．０ｉｎｃｈＡｑから１．０ｉｎｃｈＡｑまで０．１ｉｎｃｈＡｑ毎に変えた時のモータ速度と風量とモータトルクのデータを取得する。表１のモータ速度とモータトルクと風量のデータを（数９）に当てはめて最小２乗法を用いると定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00は表２のように求まる。求められた定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00はモータ速度目標値演算部１３ａ内のＲＯＭ等のメモリに書き込まれる。【００６０】
図４に、定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00のデータフォーマットを示す。データは１つの定数に対して１６ビットとなっており、最上位ビット（１５ビット）は仮数部の符号を表し、０が正、１が負である。１０から１４ビットは指数部を表し、負の値は２の補数をとる。０から９ビットは仮数部の絶対値を表すため、０から１０２３までの値を取り、もし仮数が１０２３より大きい値を取る場合は有効数字を３桁として、４桁目を四捨五入する。このようにして表２の値を変換した値を表３に示す。【００６１】
【表３】
2008117515.tif 000016
【００６２】
モータ速度目標値演算部１３ａにプロセッサを用いる場合、表２の係数をそのまま用いるとＣ言語等では４バイト以上の記憶容量が必要であるが、前述のような変換を行うと２バイトとなるため、定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00を保存するＲＯＭ等の記憶容量が少なくてすむ。どのビットをどの用途として使用するかは特に問題ではなく、例えば、最下位ビット（０ビット）を仮数部の符号としてもよい。また仮数部の符号、仮数部の絶対値をひとまとめにして１１ビット分を用いて２の補数表示としても良い。また定数データは１６ビットである必要はなく、例えば仮数を１０ビット、指数を５ビットとしてデータを１５ビット、仮数を１０ビット、指数を７ビットとして１７ビットとしても良い。【００６３】
静圧が小さい場合では、設定風量を出力するためにモータ速度をそれほど必要としなくなるため、モータ速度は極低速となる。また定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00の値によってはモータ速度演算装置１３の出力である指示速度Ｓ*がマイナスで出力される場合があり、この場合は逆回転することになる。このような場合にモータが逆回転して、送風システムにあるに係わらず吸い込みとなるため使用者が異常であると判断してしまうことがないように、モータの指示速度Ｓ*に下限となる最小モータ速度を設けることにより、モータを逆回転させたりすることを避けることができる。またモータトルクに下限を設けることにより同様な効果を得られる。【００６４】
逆に静圧が大きい場合では、モータ速度演算装置１３の出力であるモータの指示速度Ｓ*が異常に高い値となり、モータの能力値を超えたり、モータが高速で回ることによりファン、モータの振動が大きくなり、ファンまたはモータが故障するおそれがある。そのためモータの指示速度Ｓ*に上限を設けることによりファンまたはモータの故障を避けることができる。またモータトルクに上限を設けることにより同様な効果を得ることができる。【００６５】
図５は、所定の風量値を達成するためのモータトルクとモータ速度の関係の一例を表すグラフである。モータの指示速度に下限と上限を設けた場合のモータ速度演算装置１３の出力を、設定風量を４００から１５００ＣＦＭと変化させた場合について、横軸をモータトルク、縦軸をモータ速度とて示している。【００６６】
また空調環境曲線の変化が小さくトルクの変化が微小の場合には、トルク検出に不感帯を設けて指示速度演算を行わないようにすることにより、更に安定した制御を行うことができる。即ち図３のフローチャートに示すように、モータ速度演算装置１３は、１秒間に１０回、モータの指示速度Ｓ*の計算を試みる。そして各計算前に計算に使用するモータトルク値を取得する。（ステップＳＴ２）。モータ速度演算装置１３はモータトルク値を取得した際、その値と前回取得したモータトルク値を比較し、それらの差が僅かである場合には第３図の処理を終了して、モータの指示速度Ｓ*を算出するための計算を行わない（ステップＳＴ３）。【００６７】
こうして定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00が記憶されたモータ速度演算装置１３は、目標風量が設定されることにより、（数１０）を用いて指示速度Ｓ*を計算して出力することが可能になる。目標風量は、モータが取り付けられる空調環境に基づいて決定される。即ち目標風量は、屋内の空調対象となる部屋の中で基準となる部屋にどれだけの風量を送り込む必要があるか、空調設備にとってどれだけの風量であれば効率が良いか等によって決定される。また目標風量は、空調設備が設置される地域の気候等によって補正されることもある。例えば温暖で湿度の高い地域では、目標風量は高めに設定されることがある。目標風量は、事前に空調環境が分かっている場合には、モータの設置前に設定することができる。勿論、設置時に空調環境を見て設定することも可能である。【００６８】
次にモータを回転させて空調設備を運転する場合のモータの制御について説明する。図６において、曲線Ｆは風量が一定の場合のモータ速度とモータトルクとの関係を示している。風量は上述のようにして設定された目標風量であり、この曲線上であれば風量は常に目標風量を維持し一定である。図６では例として目標風量が８００ＣＦＭで設定されているとする。この風量一定曲線Ｆと交差しているのが空調環境に特有の曲線Ｃ１である。モータ速度演算装置１３は、上記の（数１０）を用いて、図６に示す風量一定曲線Ｆと空調環境曲線Ｃ１との交点Ｅ１であるモータ速度を算出し、算出した速度でモータを回転指示する。【００６９】
ここで空調環境が変化し、環境曲線がＣ１からＣ２に変わったとする。例えば吹き出し口に設けられたベントが開かれ、或いは閉じられて空調すべき部屋数が変わった場合、空調環境曲線が変化する。またフィルタが目詰まりを起こした場合でも空調環境曲線は変化する。空調環境がＣ２に変化したことにより、モータの運転状況はＥ１点から曲線Ｃ２上のＰ点に移動する。移動することにより、風量は目標風量から外れることになる。上述したように、指示速度演算は周期的に、例えば毎秒１０回行われている。従って運転状況がＰ点に移動した直後の演算において、モータ速度演算装置１３により新たな指示速度Ｓ*Pが計算される。これにより、モータ速度が変化して運転状況がＱに移動する。【００７０】
このＱ点おいて更に新たな指示速度Ｓ*Qが計算され、これによってモータ速度が変化して、運転状況がＲ点に移動する。これを繰り返して最終的にモータ速度は、空調環境曲線Ｃ２と風量一定曲線Ｆの交点Ｅ２によって示されるモータ速度に落ち着くことになる。また空調環境がＣ２からＣ１に戻った場合には、上述した過程と逆の方向に向かい、モータ速度は曲線Ｃ１に沿って移動し、交点Ｅ１に戻る。モータ速度がどのような変化過程を経て収束するかは、比例ゲイン１３ｂ、Ｋの値によって変わってくる。例えば比例ゲイン１３ｂ、Ｋの値が小さい場合、連続する計算で算出される速度の変化が小さいため、収束に至るまでの図６に示す速度の変化の回数が多くなる。即ち、収束までに時間がかかることになる。【００７１】
一方比例ゲイン１３ｂ、Ｋが大きいと、計算された指示速度が一足飛びに空調環境曲線と風量所定曲線との交点を飛び越すことになるため、いつまで経っても速度が安定せず目標風量に達することができなくなる。このようなことがないように比例ゲイン１３ｂ、Ｋを設定する。具体的には、ゲインの値を変えながら実験を行い、最適値を求める。本発明の発明者が行った実験では、０．２がゲインの最適値になるという結果を得ているが、これは単なる一例である。【００７２】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２の構成を示すブロック図である。実施の形態１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略する。図１に示す実施の形態１の構成では、モータ速度検出部１１と電流検出部１２の出力をモータ速度演算装置１３に入力しているが、図７に示す実施の形態２のような構成としても良い。【００７３】
即ち、モータ制御装置１０ａは、少なくともモータ速度演算装置１３を含む第１のユニット１６と、少なくとも入力端２１ａ、２１ｂと出力端２５とを含む第２のユニット１７とを備える。第２のユニット１７は、さらに速度センサ７から速度を検出するモータ速度検出部１１、電流検出器６の信号からモータ４の電流を検出する電流検出部１２、及び所定の風量値を達成する速度でモータを駆動制御するモータ駆動制御部１４とを備える。そして、第１のユニット１６と第２のユニット１７との間でデータ通信を行う通信部１５とを備えている。【００７４】
図７において、第１のユニット１６と第２のユニット１７とは、ＲＳ２３２Ｃ等の通信部１５によってデータのやり取りができるようになっている。第２のユニット１７における電流検出部１２で検出されたモータ電流およびモータ速度検出部１１で検出されたモータ速度は、通信部１５を介して第１のユニット１６に送られる。それらのデータを使用して第１のユニット１６内のモータ速度演算装置１３により指示速度Ｓ*を演算し、通信部１５を介して第２のユニット１７におけるモータ駆動制御部１４に送られる。モータ駆動制御部１４は、指示速度Ｓ*を指示速度として速度制御を行う。【００７５】
次に、実施の形態１と実施の形態２とを含めて、本発明の共通的な作用や代替構成、及び本発明の更なる展開等について説明する。【００７６】
上述した実施の形態では、直流ラインに電流検出器６を入れてモータ電流を計測しているが、モータの相電流を直接検出するようにしてもよい。また、相電流を用いてｄ−ｑ変換を行い、ｑ軸電流を算出してモータトルクを検出しても良い。また、本発明はモータトルクから指示速度を演算しているため、モータトルク情報が含まれている電流を検出すれば良く、いかなる部分にて電流を検出してもモータトルクを推定することができれば同等の効果を発揮することができる。【００７７】
また、以上の説明は本発明品が一般家庭用に設置された場合について説明してきたが、ビル、クリーンルーム、車、バス、鉄道車両、航空機、船舶等に設置される等、業務用空調として用いられても良い。【００７８】
また、モータはブラシレスモータ、埋め込み磁石同期モータ、インダクションモータ、ブラシ付きモータ等でモータ速度とモータトルクを検出できればどのような形態のモータであっても良い。【００７９】
また、モータの制御方式が速度制御方式であるため指示速度とモータ速度はほぼ等しくなるため、図２においてモータ速度演算装置１３でモータ速度Ｓを用いて（数１０）のように計算をおこなっているが、モータ速度Ｓではなく前周期の指示速度Ｓｚ*を用いて（数１２）のように計算を行っても良い。【００８０】
【数１２】
2008117515.tif 000017
【００８１】
（数１１）のようにふらつき易いモータ速度を用いる代わりに（数１２）のように指示速度を用いることにより制御の安定性が増す。【００８２】
このように、本発明のモータ制御装置によれば、電流検出器６を用いて検出したモータ電流を利用することによって、温度変化などの変化要因に対しも精度の良い風量制御を実現することができる。さらには、簡易な制御処理とすることで制御処理用のＣＰＵを安価なものを使用でき、製品としての低コスト化も実現できる。更には制御式に使用する定数を記憶するバイト数を少なくしたため、記憶容量が少なくて済み、更なる低コスト化も実現できる。【００８３】
また、目標モータ速度Ｓａを求める式において、それぞれの定数を少なくとも２ビット以上の数からなるビットとし、その内少なくとも１ビットは仮数として使用され、他の少なくとも１ビットは指数として使用することにより、定数を格納するためのメモリを節約することができる。【００８４】
また、最小指示速度および最大指示速度の範囲で必要な指示速度を出力することにより、モータの逆回転、過回転によるモータまたはファンの故障を防止することができる。【００８５】
また、モータトルクと前回得られたモータトルクの差が僅かな場合には、指示速度の計算処理を行わないようにすることにより、いつまで経っても速度つまりは風量が安定しないというようなことを防止することができる。【００８６】
また、所定の風量値を記憶するメモリを有することにより、外部から所定の風量値を与える必要のない構成が可能となる。【００８７】
また、複数の風量値を記憶するメモリを有し、スイッチにより複数の風量値の１つが選択することができるようにすることにより、使用者が簡単に希望の所定の風量値を選択することができる。【００８８】
また、選択信号を受信する通信部を有することにより、遠隔地から希望の所定の風量値を選択することができる。【００８９】
また、上述のモータ装置を適用した空調装置では、静圧が変化しても風量を一定に保つことができる。さらに、空調装置が一般家庭用の家屋に備えられたものにおいては、フィルタ等の目詰まりにより静圧が変化しても風量を所定に保つことができる。また、空調装置がビルに備えられたものにおいては、吹き出し口の開閉により静圧が変化しても風量を所定に保つことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明のモータ制御装置では、風量を所定の風量値に制御するようなシステムに最適であり、一般家庭の家屋、業務用建築物、車両等の空調設備として有用である。
【図１】
2008117515.tif 000022
【図２】
2008117515.tif 000023
【図３】
2008117515.tif 000024
【図４】
2008117515.tif 000025
【図５】
2008117515.tif 000026
【図６】
2008117515.tif 000027
【図７】
2008117515.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成21年6月15日(2009.6.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置とその制御方法、及びモータ装置に関する。詳しくは、空調装置などのモータ制御を行うファンモータや換気扇などの送風装置の風量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、換気扇あるいはエアコンの空調システムにおいて、居室の状況あるいは空調システムの最適化のためにフィルタの目詰まり、吹き出し口に設けられたベントの状態により静圧が変化しても所定の風量値になるように制御することが求められている。
【０００３】
所定の風量値にする技術として例えば特許文献１が知られている。特許文献１に示される従来の技術によれば、モータ印加電圧とモータ速度の関係が（数１）の関係にある。
【０００４】
【数１】
2008117515.tif 000029
【０００５】
ここで、静圧係数Ｋｐ、羽根車の径Ｄ、トルク定数Ｋｔ、電機子回路の全抵抗Ｒ、誘起電圧定数Ｋｅであるとき、指示風量Ｑと印加電圧Ｖから規定モータ速度Ｎを算出し、運転モータ速度と規定モータ速度が等しくなるように印加電圧Ｖを制御するものである。
【０００６】
特許文献１に示されている従来の技術では、（数１）を導出する過程でモータ電流Ｉをモータへの印加電圧Ｖと電機子回路の全抵抗Ｒ、誘起電圧Ｅから（数２）の関係から求めている。
【０００７】
【数２】
2008117515.tif 000030
【０００８】
つまり、モータ電流Ｉを制御する代わりに、モータへの印加電圧Ｖを制御するようにしている。しかしながら、電機子回路の全抵抗Ｒはモータの発熱および雰囲気温度によって変化するため、モータへの印加電圧Ｖを制御してもモータ電流Ｉが電機子回路の全抵抗Ｒの影響により正確に制御できないために、モータの発熱および雰囲気温度により風量の誤差が発生するという課題があった。
【０００９】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、温度変化などの変化要因に対し、モータの電流を検出することによって精度良く所定の風量値を維持することができるモータ制御装置とその制御方法、及びモータ装置を提供することを目的とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】日本特許出願特開平６−１５３５７９号公報
【発明の概要】
【００１１】
本発明のモータ制御装置は、ファンを駆動するモータを制御する装置であって、モータ速度を示す第１の作動パラメータまたはモータトルクを示す第２の作動パラメータの少なくとも一方を入力する入力端を含む。また、所定の風量値とモータトルクを用いて、所定の時間間隔にてモータ速度に対する必要な修正値を計算するモータ速度目標値演算部を含む。また、この必要な修正値に基づいてモータの指示速度を出力する出力端を含み、所定の風量値に維持するようモータ速度を制御する。
【００１２】
この構成により、モータの発熱および雰囲気温度による誤差の発生がなく精度よく所定の風量値になるように制御を行うことが可能なモータ制御装置を提供できる。また、本発明のモータ制御装置によれば、モータのトルク情報を用いることにより温度に左右されることなく所定の風量値に必要な指示速度を精度よく求めることができ、より精度良く所定の風量値を維持することができる。
【００１３】
また、所定の風量値になる目標モータ速度Ｓａを（数３）とし、（Ｔはモータトルク、Ｑ*は所定の風量値、ｋnm（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ、ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数、そしてｉとｊは有限値）で表す。そして、指示速度Ｓ*を（数４）とすることにより、モータ速度Ｓを目標モータ速度Ｓａに近づけることできるため、指令した所定の風量値Ｑ＊に近づけることできる。
【００１４】
【数３】
2008117515.tif 000031
【００１５】
【数４】
2008117515.tif 000032
【００１６】
また、本発明のモータ制御方法は、ファンを駆動するモータを制御する次のステップを有する。モータ速度を示す第１の作動パラメータを認識する第１のステップと、モータトルクを示す第２の作動パラメータを認識する第２のステップを含む。さらに、所定の風量値とモータトルクを用いて、所定の時間間隔にてモータ速度に対する必要な修正値を計算する第３のステップと、この必要な修正値に基づいてモータの指示速度を出力する第４のステップを含む。これにより、所定の風量値に維持するようモータ速度を制御するモータ制御方法である。
【００１７】
この方法により、モータのトルク情報を用いることにより温度に左右されることなく所定の風量値に必要な指示速度を精度よく求めることができ、より精度良く所定の風量値を維持することができる。
【００１８】
また、本発明のモータ装置は、ファンとこのファンを駆動するモータとこのモータを制御するモータ駆動装置を有する。このモータ駆動装置は、直流電源を交流に変換しモータを駆動するインバータと、モータ速度を示す第１の作動パラメータを検出する第１の検出器と、モータトルクを示す第２の作動パラメータを検出する第２の検出器と、モータ制御装置とを含む。さらに、このモータ制御装置は、少なくとも前記ファンによる所定の風量値およびモータトルクを用いて、所定の時間間隔でモータ速度に対する必要な修正値を計算し、この修正値に基づいて指示速度を出力するモータ速度演算装置を含む。これにより、指示速度に従ってモータを駆動制御し、所定の風量値を達成する速度で前記モータを駆動制御する。
【００１９】
この構成により、モータのトルク情報を用いることにより温度に左右されることなく所定風量に必要な指示速度を精度よく求めることができ、より精度良く所定の風量値を維持することができる。
【００２０】
また、本発明は、上述のモータ装置を搭載した空調装置を含む。この空調装置は、一般家庭の家屋、業務用建築物またはクリーンルームなどに備えられるものであり、静圧が変化しても所定の風量値に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１におけるモータ速度演算装置内部のブロック図
【図３】本発明の実施の形態１におけるモータ速度演算装置の処理を示すフローチャート
【図４】本発明の実施の形態１における係数のデータ構成の一例を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における所定の風量値を達成するためのモータトルクとモータ速度の関係の一例を示すグラフ
【図６】本発明の実施の形態１における環境曲線が変化した場合の制御方式を説明するグラフ
【図７】本発明の実施の形態２の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明のモータ制御装置は、ファンを駆動するモータを制御するものである。モータ速度を示す第１の作動パラメータまたはモータトルクを示す第２の作動パラメータの少なくとも一方が入力される入力端を含む。また、所定の風量値とモータトルクを用いて、所定の時間間隔にてモータ速度に対する必要な修正値を計算するモータ速度目標値演算部を含む。さらに、必要な修正値に基づいてモータの指示速度を出力する出力端を含む。この構成により、指示速度に従ってモータの速度を制御することによって、所定の風量値に維持することができるモータ制御装置を実現するものである。
【００２３】
例えば、モータ速度検出器からモータ速度Ｓ、電流検出器からモータ電流をそれぞれ求め、得られたモータ電流をトルクＴに変換し、所定の風量値Ｑ*を用いて（数５）から指示速度Ｓ*を算出して、算出された指示速度に従ってモータを周期的に制御する。ここでＫはゲイン、ｋ00、ｋ01、ｋ10、ｋ11、ｋ20、ｋ21は定数を表す。
【００２４】
【数５】
2008117515.tif 000033
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１を示すブロック図である。まず、図1に示す本発明の実施の形態１のモータ制御装置の基本構成は次の通りである。
【００２７】
所定の風量値を維持するようにモータ４を制御するモータ制御装置１０は、モータ速度を示す第１の作動パラメータを入力するための入力端２１ａ、またはモータトルクを示す第２の作動パラメータを入力するための入力端２１ｂの少なくともいずれか一方を入力するための入力端を備える。また、同モータ制御装置１０は、少なくとも所定の風量値およびモータトルクを用いて、所定の時間間隔にてモータ速度に対する必要な修正値を計算するモータ速度演算装置１３を備える。さらに、同モータ制御装置１０は、所定の風量値を達成する速度でモータの速度を制御するために必要な修正値に基づいて必要な指示速度を出力するモータ駆動制御部１４と、その指示速度を出力する出力端２５を備える。
【００２８】
また、図1に示す本発明の実施の形態１のモータ装置２０の基本構成は次の通りである。所定の風量値を維持するように動作するモータ装置２０は、ファン８とこのファン８を駆動するモータ４とこのモータ４を制御するモータ駆動装置１９を含む。このモータ駆動装置１９は、直流電源を交流に変換しモータ４を駆動するインバータ５と、モータ速度を示す第１の作動パラメータを検出する第１の検出器７と、モータトルクを示す第２の作動パラメータを検出する第２の検出器６と、モータ制御装置１０とを含む。
【００２９】
このモータ制御装置１０は、少なくともファン８による所定の風量値およびモータトルクを用いて、所定の時間間隔でモータ速度に対する必要な修正値を計算し、この修正値に基づいて指示速度を出力するモータ速度演算装置１３を含む。さらに、同モータ制御装置１０は、所定の風量値を達成する速度でモータの速度を制御するために必要な修正値に基づいて必要な指示速度を出力するモータ駆動制御部１４を備える。
【００３０】
また、図1に示す本発明の実施の形態１を空調装置に適用した場合の基本構成は次の通りである。所定の風量値を維持する空調装置３０は、空気通路３１と、この空気通路３１に空気を送風する送風部であるファン８を備えたモータ４を備える。また、同空調装置３０は、モータ速度を示す第１の作動パラメータを検出する第１の検出器である速度センサ７と、モータトルクを示す第２の作動パラメータを検出する第２の検出器である電流検出器６を備える。
【００３１】
また、同空調装置３０は、少なくとも所定の風量値およびモータトルクを用いて、所定の時間間隔で、モータ速度に対する必要な修正値を計算する。そして、同必要な修正値に基づいて必要な指示速度を出力するモータ速度演算装置１３と、必要な指示速度に従ってモータ４を駆動制御し、所定の風量値を達成する速度でモータを駆動制御するモータ駆動制御部１４を備える。
【００３２】
次に、図１に示す本実施の形態について、さらに詳細に説明する。図１において、本実施の形態は、交流電源１、交流電源１の交流を直流に変換する交直変換回路２、交直変換回路２の出力の直流電圧を平滑するコンデンサ３、モータ４、ファン８を含む。また、本実施の形態１は、コンデンサ３の直流電圧を交流に変換しモータ４を駆動するスイッチング回路からなるインバータ５、インバータ５から出力される直流電流を検出する電流検出器６を含む。
【００３３】
また、本実施の形態１は、モータの回転子の速度を検出する速度センサ７、インバータ５を制御するモータ制御装置１０を含む。モータ制御装置１０は、速度センサ７から速度を検出するモータ速度検出部１１、電流検出器６の信号からモータ４の電流を検出する電流検出部１２、モータ速度検出部１１と電流検出部１２からの情報を元に指示速度を計算するモータ速度演算装置１３を備える。
【００３４】
次に、図１の動作について説明する。交流電源１からの交流電流を交直変換回路２にて直流に変換し、コンデンサ３にて平滑化する。コンデンサ３の両端には、直流電圧が発生しており、電流検出器６を介してインバータ５へ入力する。インバータ５を構成する６つのトランジスタをスイッチングさせて、モータを駆動する。モータ４に流れる電流は、インバータ５、電流検出器６を介して流れるため、電流検出器６の両端に誘起される電圧にて電流は検出される。電流検出器６で検出される電流を例えばフィルタ等で平均化する。速度センサ７は、モータ４の回転に応じた信号を発生させるように取り付けられている。またモータ速度を検出できるように構成されていれば、モータ電流等からモータ速度を推定できれば速度センサ７を用いなくても良い。
【００３５】
速度センサ７からの信号によりモータ速度検出部１１では、モータ４のモータ速度を検出する。ここで検出されたモータ速度はモータ速度演算装置１３とモータ駆動制御部１４へ出力される。また、モータ速度演算装置１３は、設定風量（所定の風量値）と電流検出部１２にて検出されたモータ電流とモータ速度検出部１１にて検出されたモータ速度を使用して次の演算周期のモータ指示速度を演算する。
【００３６】
次に、図２は、モータ速度演算装置１３の内部制御ブロック図を示す。モータ速度演算装置１３は、モータ速度目標値演算部１３ａ、トルク変換器１３ｃ、メモリ１３ｄを備える。図２に示したように、電流検出部１２によって検出したモータ電流Ｉは、トルク変換器１３ｃを介してモータトルクＴに変換され、モータ速度目標値演算部１３ａは、設定風量（所定の風量値）とモータトルクを用いて（数６）により目標モータ速度Ｓａを演算する。
【００３７】
【数６】
2008117515.tif 000034
【００３８】
ここでＴはモータトルク、Ｑ*は設定風量、ｋnm（ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ、ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ）は定数、ｉとｊは有限の値である。
【００３９】
次に（数６）の導出について説明する。静圧を変化させても、所定の風量値になるためのモータトルクＴとモータ速度Ｓの関係は（数７）で近似される。
【００４０】
【数７】
2008117515.tif 000035
【００４１】
ここでａｎ（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ）は定数、ｊは有限の値である。更に定数ａｎが風量Ｑの関数であるという（数８）の近似を行うと、（数７）と（数８）から（数９）が求まる。
【００４２】
【数８】
2008117515.tif 000036
【００４３】
ここでｋnm（ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ、ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ）は定数、ｉ，ｊは有限の値である。
【００４４】
【数９】
2008117515.tif 000037
【００４５】
（数９）はモータトルクＴと風量Ｑの場合にモータ速度がＳとなるという関係の式である。（数９）において風量Ｑを設定風量Ｑ*、モータ速度Ｓを目標モータ速度Ｓａとすると、（数６）が生じる。よってモータ速度目標値演算部１３ａでは（数６）を用いてモータトルクがＴの場合に設定風量がＱ*になるために必要な目標モータ速度Ｓａを求める処理を行っている。
【００４６】
図２においてモータ速度目標値演算部１３ａで求めた目標モータ速度Ｓａをモータ速度Ｓから減算し、その値をゲイン１３ｂ、Ｋを乗じ、その値にモータ速度Ｓを加算した値を指示速度Ｓ*とする。つまりモータ速度演算装置１３では（数１０）の演算を行っている。
【００４７】
【数１０】
2008117515.tif 000038
【００４８】
（数１０）によりモータ速度Ｓを目標モータ速度Ｓａに近づけるように動作する。
【００４９】
以降、今回は特に（数１０）においてｉ＝１、ｊ＝２として説明を行う。この場合、（数１０）は（数１１）のようになる。
【００５０】
【数１１】
2008117515.tif 000039
【００５１】
比例ゲイン１３ｂ、Ｋは速度制御を行う際に発振しない値とする。指示速度演算は周期的に行われ、例えば毎秒１０回行う。
【００５２】
またモータ速度演算装置１３はＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶部（以下、メモリと称す）１３ｄを有している。このＲＯＭには設定風量が予め記憶されており、モータ速度目標値演算部１３ａは上記演算を行う際に、ＲＯＭから設定風量を読み出して演算に利用する。記憶される設定風量は複数あっても良い。この場合、モータ速度演算装置１３に設けられたスイッチ１３ｅを手動で操作することにより、記憶されている複数の設定風量から１つを選択する。更にモータ速度演算装置１３は通信部１３ｆを介して外部機器と交信できるようになっている。この通信部１３ｆを利用して、外部から通信により、複数の設定風量の中から１つを選択することも可能である。
【００５３】
また、必ずしも設定風量は予めＲＯＭに記憶されている必要はない。通信部１３ｆを介して外部から通信により、設定風量を適宜モータ速度演算装置１３に送信するようにしてもよい。この場合、通信により送られてきた設定風量はメモリ１３ｄ内のＲＡＭ等に記憶され、新たな設定風量が送られてくる都度更新されるようになっている。
【００５４】
第３図は上述したモータ速度演算装置１３の処理を示すフローチャートである。モータ速度演算装置１３は、第３図に示す処理を１秒間に、例えば１０回行う。即ち１秒間に１０回、第３図に示す処理を行うため起動がかかる。モータ速度演算装置１３は、まずモータ速度検出部１１からの信号に基づきモータ速度を計算する。（ステップＳＴ１）。次いでモータ速度演算装置１３は、電流検出部１２からの信号に基づいてモータトルク値を計算する。（ステップＳＴ２）。モータ速度演算装置１３は、得られたトルク値と、前回得られたトルク値を比較し、その差がわずかである場合には処理を終了する。（ステップＳＴ３）。このトルクの比較処理については後に詳述する。もしトルク差が閾値を越える場合は、モータ速度演算装置１３は、得られたモータ速度およびモータトルク値を使用して上述した数式の演算を行い、指示速度Ｓ*を計算して出力する。（ステップＳＴ４）。
【００５５】
次に上述したファン付きモータを、例えば一般家庭用の空調装置の送風装置として設置する場合について説明する。
【００５６】
まず風洞実験設備にモータを接続し、実際にモータを運転して定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00を求める。風洞内では様々な静圧を実現できるようになっており、異なる静圧の下で、モータ速度を変えながら風量を測定する。即ち静圧を変えることで異なる運転環境を作り出している。表１は定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00を求める際に使用したデータの一部を示し、表２はそのデータを用いて算出した定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00を示している。
【００５７】
【表１】
2008117515.tif 000040
【００５８】
【表２】
2008117515.tif 000041
【００５９】
表１のデータを得るには、モータは速度制御を行い、モータ速度の指令値を１００ｒ／ｍｉｎから１０００ｒ／ｍｉｎまで１００ｒ／ｍｉｎ毎に設定し、静圧を０．０ｉｎｃｈＡｑから１．０ｉｎｃｈＡｑまで０．１ｉｎｃｈＡｑ毎に変えた時のモータ速度と風量とモータトルクのデータを取得する。表１のモータ速度とモータトルクと風量のデータを（数９）に当てはめて最小２乗法を用いると定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00は表２のように求まる。求められた定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00はモータ速度目標値演算部１３ａ内のＲＯＭ等のメモリに書き込まれる。
【００６０】
図４に、定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00のデータフォーマットを示す。データは１つの定数に対して１６ビットとなっており、最上位ビット（１５ビット）は仮数部の符号を表し、０が正、１が負である。１０から１４ビットは指数部を表し、負の値は２の補数をとる。０から９ビットは仮数部の絶対値を表すため、０から１０２３までの値を取り、もし仮数が１０２３より大きい値を取る場合は有効数字を３桁として、４桁目を四捨五入する。このようにして表２の値を変換した値を表３に示す。
【００６１】
【表３】
2008117515.tif 000042
【００６２】
モータ速度目標値演算部１３ａにプロセッサを用いる場合、表２の係数をそのまま用いるとＣ言語等では４バイト以上の記憶容量が必要であるが、前述のような変換を行うと２バイトとなるため、定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00を保存するＲＯＭ等の記憶容量が少なくてすむ。どのビットをどの用途として使用するかは特に問題ではなく、例えば、最下位ビット（０ビット）を仮数部の符号としてもよい。また仮数部の符号、仮数部の絶対値をひとまとめにして１１ビット分を用いて２の補数表示としても良い。また定数データは１６ビットである必要はなく、例えば仮数を１０ビット、指数を５ビットとしてデータを１５ビット、仮数を１０ビット、指数を７ビットとして１７ビットとしても良い。
【００６３】
静圧が小さい場合では、設定風量を出力するためにモータ速度をそれほど必要としなくなるため、モータ速度は極低速となる。また定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00の値によってはモータ速度演算装置１３の出力である指示速度Ｓ*がマイナスで出力される場合があり、この場合は逆回転することになる。このような場合にモータが逆回転して、送風システムにあるに係わらず吸い込みとなるため使用者が異常であると判断してしまうことがないように、モータの指示速度Ｓ*に下限となる最小モータ速度を設けることにより、モータを逆回転させたりすることを避けることができる。またモータトルクに下限を設けることにより同様な効果を得られる。
【００６４】
逆に静圧が大きい場合では、モータ速度演算装置１３の出力であるモータの指示速度Ｓ*が異常に高い値となり、モータの能力値を超えたり、モータが高速で回ることによりファン、モータの振動が大きくなり、ファンまたはモータが故障するおそれがある。そのためモータの指示速度Ｓ*に上限を設けることによりファンまたはモータの故障を避けることができる。またモータトルクに上限を設けることにより同様な効果を得ることができる。
【００６５】
図５は、所定の風量値を達成するためのモータトルクとモータ速度の関係の一例を表すグラフである。モータの指示速度に下限と上限を設けた場合のモータ速度演算装置１３の出力を、設定風量を４００から１５００ＣＦＭと変化させた場合について、横軸をモータトルク、縦軸をモータ速度とて示している。
【００６６】
また空調環境曲線の変化が小さくトルクの変化が微小の場合には、トルク検出に不感帯を設けて指示速度演算を行わないようにすることにより、更に安定した制御を行うことができる。即ち図３のフローチャートに示すように、モータ速度演算装置１３は、１秒間に１０回、モータの指示速度Ｓ*の計算を試みる。そして各計算前に計算に使用するモータトルク値を取得する。（ステップＳＴ２）。モータ速度演算装置１３はモータトルク値を取得した際、その値と前回取得したモータトルク値を比較し、それらの差が僅かである場合には第３図の処理を終了して、モータの指示速度Ｓ*を算出するための計算を行わない（ステップＳＴ３）。
【００６７】
こうして定数ｋ21、ｋ20、ｋ11、ｋ10、ｋ01、ｋ00が記憶されたモータ速度演算装置１３は、目標風量が設定されることにより、（数１０）を用いて指示速度Ｓ*を計算して出力することが可能になる。目標風量は、モータが取り付けられる空調環境に基づいて決定される。即ち目標風量は、屋内の空調対象となる部屋の中で基準となる部屋にどれだけの風量を送り込む必要があるか、空調設備にとってどれだけの風量であれば効率が良いか等によって決定される。また目標風量は、空調設備が設置される地域の気候等によって補正されることもある。例えば温暖で湿度の高い地域では、目標風量は高めに設定されることがある。目標風量は、事前に空調環境が分かっている場合には、モータの設置前に設定することができる。勿論、設置時に空調環境を見て設定することも可能である。
【００６８】
次にモータを回転させて空調設備を運転する場合のモータの制御について説明する。図６において、曲線Ｆは風量が一定の場合のモータ速度とモータトルクとの関係を示している。風量は上述のようにして設定された目標風量であり、この曲線上であれば風量は常に目標風量を維持し一定である。図６では例として目標風量が８００ＣＦＭで設定されているとする。この風量一定曲線Ｆと交差しているのが空調環境に特有の曲線Ｃ１である。モータ速度演算装置１３は、上記の（数１０）を用いて、図６に示す風量一定曲線Ｆと空調環境曲線Ｃ１との交点Ｅ１であるモータ速度を算出し、算出した速度でモータを回転指示する。
【００６９】
ここで空調環境が変化し、環境曲線がＣ１からＣ２に変わったとする。例えば吹き出し口に設けられたベントが開かれ、或いは閉じられて空調すべき部屋数が変わった場合、空調環境曲線が変化する。またフィルタが目詰まりを起こした場合でも空調環境曲線は変化する。空調環境がＣ２に変化したことにより、モータの運転状況はＥ１点から曲線Ｃ２上のＰ点に移動する。移動することにより、風量は目標風量から外れることになる。上述したように、指示速度演算は周期的に、例えば毎秒１０回行われている。従って運転状況がＰ点に移動した直後の演算において、モータ速度演算装置１３により新たな指示速度Ｓ*Pが計算される。これにより、モータ速度が変化して運転状況がＱに移動する。
【００７０】
このＱ点おいて更に新たな指示速度Ｓ*Qが計算され、これによってモータ速度が変化して、運転状況がＲ点に移動する。これを繰り返して最終的にモータ速度は、空調環境曲線Ｃ２と風量一定曲線Ｆの交点Ｅ２によって示されるモータ速度に落ち着くことになる。また空調環境がＣ２からＣ１に戻った場合には、上述した過程と逆の方向に向かい、モータ速度は曲線Ｃ１に沿って移動し、交点Ｅ１に戻る。モータ速度がどのような変化過程を経て収束するかは、比例ゲイン１３ｂ、Ｋの値によって変わってくる。例えば比例ゲイン１３ｂ、Ｋの値が小さい場合、連続する計算で算出される速度の変化が小さいため、収束に至るまでの図６に示す速度の変化の回数が多くなる。即ち、収束までに時間がかかることになる。
【００７１】
一方比例ゲイン１３ｂ、Ｋが大きいと、計算された指示速度が一足飛びに空調環境曲線と風量所定曲線との交点を飛び越すことになるため、いつまで経っても速度が安定せず目標風量に達することができなくなる。このようなことがないように比例ゲイン１３ｂ、Ｋを設定する。具体的には、ゲインの値を変えながら実験を行い、最適値を求める。本発明の発明者が行った実験では、０．２がゲインの最適値になるという結果を得ているが、これは単なる一例である。
【００７２】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２の構成を示すブロック図である。実施の形態１と同じ機能を有する構成要素には同じ参照符号を付し、詳細な説明は省略する。図１に示す実施の形態１の構成では、モータ速度検出部１１と電流検出部１２の出力をモータ速度演算装置１３に入力しているが、図７に示す実施の形態２のような構成としても良い。
【００７３】
即ち、モータ制御装置１０ａは、少なくともモータ速度演算装置１３を含む第１のユニット１６と、少なくとも入力端２１ａ、２１ｂと出力端２５とを含む第２のユニット１７とを備える。第２のユニット１７は、さらに速度センサ７から速度を検出するモータ速度検出部１１、電流検出器６の信号からモータ４の電流を検出する電流検出部１２、及び所定の風量値を達成する速度でモータを駆動制御するモータ駆動制御部１４とを備える。そして、第１のユニット１６と第２のユニット１７との間でデータ通信を行う通信部１５とを備えている。
【００７４】
図７において、第１のユニット１６と第２のユニット１７とは、ＲＳ２３２Ｃ等の通信部１５によってデータのやり取りができるようになっている。第２のユニット１７における電流検出部１２で検出されたモータ電流およびモータ速度検出部１１で検出されたモータ速度は、通信部１５を介して第１のユニット１６に送られる。それらのデータを使用して第１のユニット１６内のモータ速度演算装置１３により指示速度Ｓ*を演算し、通信部１５を介して第２のユニット１７におけるモータ駆動制御部１４に送られる。モータ駆動制御部１４は、指示速度Ｓ*を指示速度として速度制御を行う。
【００７５】
次に、実施の形態１と実施の形態２とを含めて、本発明の共通的な作用や代替構成、及び本発明の更なる展開等について説明する。
【００７６】
上述した実施の形態では、直流ラインに電流検出器６を入れてモータ電流を計測しているが、モータの相電流を直接検出するようにしてもよい。また、相電流を用いてｄ−ｑ変換を行い、ｑ軸電流を算出してモータトルクを検出しても良い。また、本発明はモータトルクから指示速度を演算しているため、モータトルク情報が含まれている電流を検出すれば良く、いかなる部分にて電流を検出してもモータトルクを推定することができれば同等の効果を発揮することができる。
【００７７】
また、以上の説明は本発明品が一般家庭用に設置された場合について説明してきたが、ビル、クリーンルーム、車、バス、鉄道車両、航空機、船舶等に設置される等、業務用空調として用いられても良い。
【００７８】
また、モータはブラシレスモータ、埋め込み磁石同期モータ、インダクションモータ、ブラシ付きモータ等でモータ速度とモータトルクを検出できればどのような形態のモータであっても良い。
【００７９】
また、モータの制御方式が速度制御方式であるため指示速度とモータ速度はほぼ等しくなるため、図２においてモータ速度演算装置１３でモータ速度Ｓを用いて（数１０）のように計算をおこなっているが、モータ速度Ｓではなく前周期の指示速度Ｓｚ*を用いて（数１２）のように計算を行っても良い。
【００８０】
【数１２】
2008117515.tif 000043
【００８１】
（数１１）のようにふらつき易いモータ速度を用いる代わりに（数１２）のように指示速度を用いることにより制御の安定性が増す。
【００８２】
このように、本発明のモータ制御装置によれば、電流検出器６を用いて検出したモータ電流を利用することによって、温度変化などの変化要因に対しも精度の良い風量制御を実現することができる。さらには、簡易な制御処理とすることで制御処理用のＣＰＵを安価なものを使用でき、製品としての低コスト化も実現できる。更には制御式に使用する定数を記憶するバイト数を少なくしたため、記憶容量が少なくて済み、更なる低コスト化も実現できる。
【００８３】
また、目標モータ速度Ｓａを求める式において、それぞれの定数を少なくとも２ビット以上の数からなるビットとし、その内少なくとも１ビットは仮数として使用され、他の少なくとも１ビットは指数として使用することにより、定数を格納するためのメモリを節約することができる。
【００８４】
また、最小指示速度および最大指示速度の範囲で必要な指示速度を出力することにより、モータの逆回転、過回転によるモータまたはファンの故障を防止することができる。
【００８５】
また、モータトルクと前回得られたモータトルクの差が僅かな場合には、指示速度の計算処理を行わないようにすることにより、いつまで経っても速度つまりは風量が安定しないというようなことを防止することができる。
【００８６】
また、所定の風量値を記憶するメモリを有することにより、外部から所定の風量値を与える必要のない構成が可能となる。
【００８７】
また、複数の風量値を記憶するメモリを有し、スイッチにより複数の風量値の１つが選択することができるようにすることにより、使用者が簡単に希望の所定の風量値を選択することができる。
【００８８】
また、選択信号を受信する通信部を有することにより、遠隔地から希望の所定の風量値を選択することができる。
【００８９】
また、上述のモータ装置を適用した空調装置では、静圧が変化しても風量を一定に保つことができる。さらに、空調装置が一般家庭用の家屋に備えられたものにおいては、フィルタ等の目詰まりにより静圧が変化しても風量を所定に保つことができる。また、空調装置がビルに備えられたものにおいては、吹き出し口の開閉により静圧が変化しても風量を所定に保つことができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明のモータ制御装置では、風量を所定の風量値に制御するようなシステムに最適であり、一般家庭の家屋、業務用建築物、車両等の空調設備として有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１    交流電源
２    交直変換回路
３    コンデンサ
４    モータ
５    インバータ
６    電流検出器（第２の検出器）
７    速度センサ（第１の検出器）
８    ファン
１０    モータ制御装置
１１    モータ速度検出部
１２    電流検出部
１３    モータ速度演算装置
１３ａ    モータ速度目標値演算部
１３ｂ    ゲインＫ
１３ｃ    トルク変換器
１３ｄ    メモリ
１３ｅ    スイッチ
１３ｆ    通信部
１４    モータ駆動制御部
１５    通信部
１６    第１のユニット
１７    第２のユニット
１９    モータ駆動装置
２０    モータ装置
２１ａ，２１ｂ    入力端
２５    出力端
３０    空調装置
３１    空気通路
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファンを駆動するモータを制御するモータ制御装置において、
モータ速度を示す第１の作動パラメータまたはモータトルクを示す第２の作動パラメータの少なくとも一方を入力する入力端と、
所定の風量値と前記モータトルクを用いて、所定の時間間隔にて前記モータ速度に対する必要な修正値を計算するモータ速度目標値演算部と、
前記必要な修正値に基づいて前記モータの指示速度を出力する出力端とを備え、
前記所定の風量値に維持するよう前記モータ速度を制御するモータ制御装置。
【請求項２】
前記第１の作動パラメータは、前記モータ速度を検出する第１の検出器により出力される請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
前記第２の作動パラメータは、前記モータの電流を検出する第２の検出器により出力される請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
前記指示速度に従って前記モータを駆動し、前記所定の風量値を達成する速度で前記モータ速度を制御するモータ駆動制御部を更に有する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
前記必要な修正値は、前記モータ速度と前記モータ速度の目標値との差にゲインを掛けることにより得られ、前記目標値は前記モータトルクと前記所定の風量値とより求められる請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記目標値（Ｓａ）は以下の（数１３）によって求められる請求項５記載のモータ制御装置。
【数１３】
2008117515.tif 000044
ここでＴは前記モータトルク、Ｑ*は前記所定の風量値、ｋnm（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ、ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数、そしてｉとｊは有限値である。
【請求項７】
前記指示速度は、前記モータ速度と前記必要な修正値との和から求められる請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項８】
前記指示速度（Ｓ*）は以下の（数１４）によって求められる請求項７記載のモータ制御装置。
【数１４】
2008117515.tif 000045
ここで、Ｓは前記モータ速度、Ｔは前記モータトルク、Ｑ＊は前記所定の風量値、Ｋはゲイン、ｋnm（ｎ＝０，１，２，・・・,ｊ、ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数、ｉとｊは有限値である。
【請求項９】
前記有限値ｉとｊは、ｉ＝１、ｊ＝２である請求項６または請求項８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１０】
前記定数は少なくとも２ビット以上の数からなるビットで表示され、その内少なくとも１ビットは仮数として使用され、他の少なくとも１ビットは指数として使用される請求項６または請求項８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１１】
前記定数は、１６ビットのデータで表示される請求項６または請求項８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１２】
前記定数は、前記モータトルクと前記モータ速度と前記所定の風量値のデータとを用いて最小２乗法から求められる請求項６または請求項８のいずれか一項に記載のモータ制御装置。
【請求項１３】
前記必要な修正値は、前回求めた指示速度と前記モータ速度の目標値との差にゲインを掛けることにより得られ、前記目標値は前記モータトルクと前記所定の風量値とより求められる請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１４】
前記指示速度は、前記前回求めた指示速度と前記必要な修正値の和から求められる請求項１３記載のモータ制御装置。
【請求項１５】
前記モータ速度演算装置は、最小指示速度および最大指示速度を記憶しており、前記最小指示速度と前記最大指示速度の範囲内で前記指示速度を出力する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１６】
前記モータ速度演算装置は、前記モータトルクと前回得られたモータトルクとを比較して、前記必要な修正値を計算する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１７】
前記所定の風量値を記憶するメモリを更に有する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項１８】
前記メモリは複数の風量値を記憶し、前記複数の風量値の１つが前記所定の風量値として選択される請求項１７記載のモータ制御装置。
【請求項１９】
手動で操作されるスイッチを更に有し、前記スイッチの操作によって前記複数の風量値から前記所定の風量値が選択される請求項１８記載のモータ制御装置。
【請求項２０】
選択信号を受信する通信部を更に有し、前記選択信号により前記複数の風量値から前記所定の風量値が選択される請求項１８記載のモータ制御装置。
【請求項２１】
前記所定の風量値を指示する信号を受信する通信部を更に有する請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項２２】
少なくとも前記モータ速度演算装置を有する第１のユニットと、少なくとも前記入力端と前記出力端とを有する第２のユニットとを備え、前記第１のユニットと前記第２のユニットとの間でデータ通信を行う請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項２３】
前記データ通信は、前記第１のパラメータと前記第２のパラメータと前記指示速度のうち少なくとも１つを含む請求項２２記載のモータ制御装置。
【請求項２４】
ファンを駆動するモータを制御する制御方法において、
前記モータ速度を示す第１の作動パラメータを認識する第１のステップと、
前記モータトルクを示す第２の作動パラメータを認識する第２のステップと、
所定の風量値と前記モータトルクを用いて、所定の時間間隔にて前記モータ速度に対する必要な修正値を計算する第３のステップと、
前記必要な修正値に基づいて前記モータの指示速度を出力する第４のステップと、を含み
前記所定の風量値に維持するよう前記モータ速度を制御するモータ制御方法。
【請求項２５】
前記第１のステップは、前記モータ速度を検出する第１の検出器により求められる請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項２６】
前記第２のステップは、前記モータの電流を検出する第２の検出器により求められる請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項２７】
前記第３のステップは、前記モータ速度と前記モータ速度の目標値との差にゲインを掛けることにより求められる請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項２８】
前記第３のステップは、以下の（数１５）を用いてモータ速度の目標値（Ｓａ）を求めることを含む請求項２４記載のモータ制御方法。
【数１５】
2008117515.tif 000046
ここでＴは前記モータトルク、Ｑ＊は前記所定の風量値、ｋnm（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ、ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数、そしてｉとｊは有限値である。
【請求項２９】
前記第４のステップは、前記モータ速度と前記必要な修正値を加えることにより求められる請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項３０】
前記指示速度（Ｓ*）は以下の（数１６）によって求められる請求項２９記載のモータ制御方法。
【数１６】
2008117515.tif 000047
ここでＳは前記モータ速度、Ｔは前記モータトルク、Ｑ＊は前記所定の風量値、Ｋはゲイン、ｋnm（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ、ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数、ｉとｊは有限値である。
【請求項３１】
前記有限値ｉとｊは、ｉ＝１，ｊ＝２である請求項２８または請求項３０のいずれか一項に記載のモータ制御方法。
【請求項３２】
前記定数は少なくとも２ビット以上の数からなるビットで表示され、その内少なくとも１ビットは仮数として使用され、他の少なくとも１ビットは指数として使用される請求項２８または請求項３０のいずれか一項に記載のモータ制御方法。
【請求項３３】
前記定数は、１６ビットのデータである請求項２８または請求項３０のいずれか一項に記載のモータ制御方法。
【請求項３４】
前記定数は、前記モータトルクと前記モータ速度と風量のデータを用いて最小２乗法から求められる請求項２８または請求項３０のいずれか一項に記載のモータ制御方法。
【請求項３５】
前記必要な修正値は、前回求めた指示速度と前記モータ速度の目標値との差にゲインを掛けることにより得られ、前記目標値は前記モータトルクと前記所定の風量値とより求められる請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項３６】
前記指示速度は、前記前回求めた指示速度と前記必要な修正値の和から求められる請求項３５記載のモータ制御方法。
【請求項３７】
前記第４のステップは、最小指示速度および最大指示速度を記憶するモータ速度演算装置を有し、前記最小指示速度と前記最大指示速度の範囲内で前記指示速度を出力する請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項３８】
前記モータトルクと前回得られたモータトルクとを比較し、その差がわずかでない場合は、前記第３のステップに進む請求項２４記載のモータ制御装置。
【請求項３９】
前記所定の風量値はメモリに記憶される請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項４０】
前記メモリは複数の風量値を記憶し、前記複数の風量値の１つが前記所定の風量値として選択される請求項３９記載のモータ制御方法。
【請求項４１】
手動で操作されるスイッチを更に有し、前記スイッチの操作によって前記複数の風量値から前記所定の風量値が選択される請求項３９記載のモータ制御方法。
【請求項４２】
選択信号を受信する通信部を更に有し、前記選択信号により前記複数の風量値から前記所定の風量値が選択される請求項３９記載のモータ制御方法。
【請求項４３】
前記所定の風量値を指示する信号を受信する通信部を更に有する請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項４４】
前記第１の作動パラメータおよび前記第２の作動パラメータの少なくとも一方は、データ通信によって送受信される請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項４５】
前記指示速度は、データ通信によって出力される請求項２４記載のモータ制御方法。
【請求項４６】
ファンと前記ファンを駆動するモータと前記モータを制御するモータ駆動装置を有するモータ装置において、
前記モータ駆動装置は、直流電源を交流に変換し前記モータを駆動するインバータと、モータ速度を示す第１の作動パラメータを検出する第１の検出器と、モータトルクを示す第２の作動パラメータを検出する第２の検出器と、モータ制御装置とを含み、
前記モータ制御装置は、少なくとも前記ファンによる所定の風量値および前記モータトルクを用いて、所定の時間間隔で前記モータ速度に対する必要な修正値を計算し、前記修正値に基づいて指示速度を出力するモータ速度演算装置を含み、
前記指示速度に従って前記モータを駆動制御し、前記所定の風量値を達成する速度で前記モータを駆動制御するモータ装置。
【請求項４７】
空調装置に搭載される請求項４６記載のモータ装置。
【請求項４８】
前記空調装置は、一般家庭の家屋、業務用建築物、クリーンルームまたは業務用空調のいずれか１つに備えられる請求項４７記載のモータ装置。
【請求項４９】
前記空調装置は、車、バス、鉄道車両、航空機または船舶のいずれか１つに備えられる請求項４７記載のモータ装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2008117515.tif 000048
【図２】
2008117515.tif 000049
【図３】
2008117515.tif 000050
【図４】
2008117515.tif 000051
【図５】
2008117515.tif 000052
【図６】
2008117515.tif 000053
【図７】
2008117515.tif 000054
【国際調査報告】
2008117515.tif 000055
2008117515.tif 000056