(57)【要約】  実験工数を少なくしつつ、圧損条件や静圧の変化によらない風量一定制御を行うことができるモータ制御装置、モータ制御方法および送風装置を提供する。モータ制御装置(110)は、送風機(104)を駆動するモータ(105)を制御する装置であって、モータ(105)のモータ速度(ω)を取得し、送風機(104)が供給する風量を目標風量(Q*)に一致させるトルク指令(T*)を生成するトルク指令生成部(114)を備え、トルク指令生成部(114)は、目標風量(Q*)をモータ速度(ω)で除した変数の多項式とモータ速度(ω)の２乗との積としてトルク指令(T*)を計算する。
2014024359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送風機を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を生成するトルク指令生成部を備え、
前記トルク指令生成部は、前記目標風量を前記モータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算する、モータ制御装置。
【請求項２】
前記トルク指令生成部は、以下の式によって前記トルク指令を計算する、請求項１に記載のモータ制御装置。
【数１】
2014024359.tif 000020
ここで、Ｔ＊はトルク指令、ωはモータ速度、Ｑ＊は目標風量、ｉは０以上の整数で有限値、αｎ（ｎ＝０，１，２，・・，ｉ）およびβは定数である。
【請求項３】
送風機を駆動するモータを制御するモータ制御方法であって、
前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を生成する第１のステップを含み、
前記第１のステップは、前記目標風量をモータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算する、モータ制御方法。
【請求項４】
前記第１のステップは、下記の式によって前記トルク指令を計算する、請求項３に記載のモータ制御方法。
【数２】
2014024359.tif 000021
ここで、Ｔ＊はトルク指令、ωはモータ速度、Ｑ＊は目標風量、ｉは０以上の整数で有限値、αｎ（ｎ＝０，１，２，・・，ｉ）およびβは定数である。
【請求項５】
前記送風機を前記モータによって１つのモータ速度で駆動させながら前記モータのモータトルクと前記風量とを測定し、
得られた前記モータトルクを得られた前記風量に関する多項式に回帰または近似させて前記多項式の係数を求め、
得られた前記多項式の係数が前記定数αｎの因数となるように前記定数αｎの値を演算し、
前記モータトルクおよび前記風量の測定で用いた前記１つのモータ速度を前記定数βの値とする、請求項３に記載のモータ制御方法。
【請求項６】
前記風量に関する多項式に回帰または近似させて得られた前記多項式の係数を前記定数αｎの値とする、請求項５に記載のモータ制御方法。
【請求項７】
前記風量に関する多項式に回帰または近似させて得られた前記多項式の係数に前記送風機の寸法の変化比率の整数乗を乗算した値を前記定数αｎの値とする、請求項５に記載のモータ制御方法。
【請求項８】
送風機と、前記送風機を駆動するモータと、前記モータの駆動を制御するモータ制御装置とを備える送風装置であって、
前記モータ制御装置は、
前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を前記目標風量および前記モータ速度に基づいて生成するトルク指令生成部と、
前記モータのモータトルクを取得し、前記モータトルクを前記トルク指令に一致させるように前記モータへの駆動電圧を制御する信号を生成するトルク制御部と、を備え、
前記トルク指令生成部は、前記目標風量を前記モータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算する、送風装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置、モータ制御方法および送風装置に関し、特に、換気や冷暖房を行う空調システムにおける送風機の風量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
換気や冷暖房を行う空調システム、特に１つの送風機からの風をダクトを通じて１または複数の部屋に送るような空調システムにおいて、送風機を有する空調装置の設置状態や使用状態によって、空調システムの圧力損失を決める条件（以下、「圧損条件」と呼ぶ）が異なる。例えば、空調装置に接続されたダクトの形状や長さの違いにより圧損条件が異なる。また、空調装置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により圧損条件の経時変化が生じる。この圧損条件の差異や経時変化によって、所定の風量を得るために必要な静圧も変わってくる。このため、同一仕様の複数台の空調装置を、同一のトルクないしは回転速度で駆動しても、得られる風量がばらつく場合がある。あるいは、ある空調装置を一定のトルクないしは回転速度で駆動しても、風量を一定に維持できない場合がある。そこで、近年、圧損条件や静圧が変化しても、風量を目標風量に維持するように制御（以下、「風量一定制御」と呼ぶ）することが求められている。【０００３】
風量一定制御を実現する技術として、例えば圧力センサを用いる方式がある。しかし、設置容易性や長期使用時の信頼性に問題がある。そこで、圧力センサを用いることなく、風量一定制御に必要な送風機固有の特性（以下、「ブロワ特性」と呼ぶ）を利用する種々の方式が検討されている。このような方式では、風量一定制御による運転に先立って、事前に送風機のモータの物理量（モータ速度、モータトルク等）と風量との関係を計測する計測実験を行う。そして、この計測実験で得られたブロワ特性を利用して風量一定制御を行っている。
このような風量一定制御の技術として、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、送風機を駆動するモータの指示速度を下記の式（１）から算出している。【０００４】
【数１】
2014024359.tif 000003
【０００５】
ここで、Ｓ＊はモータの指示速度、Ｓはモータ速度、Ｓａは目標モータ速度、Ｋはゲインである。目標モータ速度Ｓａは下記の式（２）から算出している。【０００６】
【数２】
2014024359.tif 000004
【０００７】
ここで、Ｔはモータトルク、Ｑ＊は目標風量、ｋｎｍ（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ、ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数、そしてｉおよびｊは有限値である。式（２）はモータトルクがＴの場合に風量が目標風量Ｑ＊になるために必要なモータ速度がＳａであるという関係を表す式である。【０００８】
定数ｋｎｍは送風機に固有の係数であり、予め計測実験を行うことにより求められる。この計測実験において、まず送風機を風洞実験設備に接続し、異なる静圧下でモータ速度を変えながらモータトルクと風量を計測する。そして、式（２）がこの計測データを平均的に満足する回帰式となるように、最小二乗法を用いて定数ｋｎｍの値を算出する。【０００９】
特許文献１記載のモータ制御装置は、上記のように、事前に計測実験により求めた定数ｋｎｍを適用した式（２）と式（１）によって指示速度Ｓ＊を計算し、モータ速度Ｓを該指示速度Ｓ＊に追従させる速度制御を行うことによって風量一定制御を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００８／１１７５１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に示されている従来の技術において、風量一定制御時に風量が目標風量とどのくらいの精度で一致しているかは、式（２）が実際の送風機のブロワ特性をどのくらい正確に回帰できているかに依存する。つまり、定数ｋｎｍの正確度に依存する。仮に誤差を含む定数ｋｎｍを式（２）に用いた場合、誤ったブロワ特性に基づいてモータが制御されるため、風量誤差が生じ、所望の目標風量が得られなくなる。【００１２】
定数ｋｎｍの正確度は、取得した計測データから回帰式である式（２）を得る際の回帰誤差に大きく影響される。回帰誤差を小さく抑えるためには、十分な計測データ数および十分な計測範囲を確保しながら計測実験を行う必要がある。なぜなら、計測データ数が少ないと、計測データと計測データの間のブロワ特性を正確に回帰できず、また、計測範囲が十分でないと、計測した範囲より外側のブロワ特性を正確に回帰できないためである。【００１３】
特許文献１に示されている従来の技術では、十分な計測範囲を確保するために、静圧およびモータ速度の両方を実際の使用範囲全体に渡って変化させる必要があった。つまり、風洞実験設備の静圧を、風量一定制御による運転時に想定される静圧の変化幅の全体に渡って変化させ、なおかつモータ速度を、風量一定制御による運転時に使用するモータ速度範囲全体に渡って変化させながら計測を行う必要があった。このため、多数のデータを計測しなければならず、その結果として多くの実験工数を必要とする課題があった。【００１４】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、実験工数を少なくしつつ、圧損条件や静圧の変化によらない風量一定制御を行うことができるモータ制御装置、モータ制御方法および送風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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明のある態様におけるモータ制御装置は、送風機を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を生成するトルク指令生成部を備え、前記トルク指令生成部は、前記目標風量を前記モータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算するものである。【００１６】
上記構成によれば、目標風量を達成するモータ出力を自動的に探索しながらモータを制御するため、圧損条件や静圧が変化しても風量一定制御を実現できる。また、トルク指令が、目標風量をモータ速度で除した変数の多項式とモータ速度の２乗との積として求められるため、実験工数を少なくしつつ、圧損条件や静圧の変化によらず精度よく風量一定制御を行うことができる。【００１７】
また、本発明の他の態様におけるモータ制御方法は、送風機を駆動するモータを制御するモータ制御方法であって、前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を生成する第１のステップを含み、前記第１のステップは、前記目標風量をモータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算するものである。【００１８】
また、本発明の他の態様における送風装置は、送風機と、前記送風機を駆動するモータと、前記モータの駆動を制御するモータ制御装置とを備える送風装置であって、前記モータ制御装置は、上記構成を備えているものである。【００１９】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は以上に説明したように構成され、実験工数を少なくしつつ、圧損条件や静圧の変化によらず精度よく風量一定制御を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明に係る一実施形態におけるモータ制御装置が適用された空調装置を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置におけるモータトルク−モータ速度特性を示すグラフである。
【図３】図３は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置におけるトルク指令生成部の処理を示すフローチャートである。
【図４】図４は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置においてブロワ係数を算出するため構成を示すブロック図である。
【図５】図５は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置においてブロワ係数を算出するための実施手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は表１の計測データおよびその回帰曲線をプロットした風量−モータトルク特性を示すグラフである。
【図７】図７は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置においてブロワ係数を算出する際の試験運転のための構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図８は本発明に係る実施形態におけるモータ制御装置の変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（本発明の概要）
まず、本発明の概要について説明する。前述したとおり、風量一定制御を行う方法として、従来のモータ制御装置においては、送風機ごとに、風量一定制御に必要な送風機固有のブロワ特性（モータの物理量と風量との関係）を得るための計測実験が事前に行われる。このような計測実験において、従来の構成では、前述した式（２）に基づいて計測実験を行っていたため、モータの物理量と風量との関係には一義性がなかった。そのため、計測実験においては、風量に関連する静圧とモータの物理量であるモータ速度との両方を実際の使用範囲全体に渡って変化させる必要があった。つまり、風洞実験設備の静圧を、風量一定制御による運転時に想定される静圧の変化幅の全体に渡って変化させ、なおかつモータ速度を、風量一定制御による運転時に使用するモータ速度範囲全体に渡って変化させながら計測を行う必要があった。このため、実験工数が多く、計測実験の結果として得られる係数も近似的なものとなり、精度を高くするのは難しかった。
【００２３】
そこで、本発明の発明者らは、以上の問題点を踏まえ、鋭意研究した結果、流れの相似性（Similarity of flows）の概念をこのようなモータ制御装置に導入することにより、
モータの物理量と風量との関係において一義性を見い出すことができるという知見を得た。具体的には、流れの相似性においてモータ出力がモータ速度の３乗に比例し、風量がモータ速度に比例し、モータ出力がモータトルクとモータ速度との積であることからモータトルクがモータ速度の２乗に比例することを利用し、風量一定制御を、目標風量をモータ速度で除した変数の多項式と、モータ速度の２乗との積として計算されるトルク指令を用いて制御する。このようにモータ速度およびモータトルクと風量との関係が一義的となる式を用いることにより、１つのモータ速度でデータ計測を行えばすべてのモータ速度に適用可能なブロワ係数の値を求めることができる。したがって、少ない実験工数によっても圧損条件や静圧の変化によらず精度よく風量一定制御を実現することができる。
【００２４】
以下、本発明の実施形態で利用されるトルク指令の導出式について説明する。
【００２５】
ある送風機をあるモータによって１つのモータ速度ωＳで駆動させ、当該１つのモータ速度ωＳを維持しながら送風機が設置されている環境の静圧を変化させたとする。そして、このときのモータトルクＴＳと風量ＱＳとの関係が、下記の多項式（３）に回帰されるとする。
【００２６】
【数３】
2014024359.tif 000005
【００２７】
ここで、ｉは０以上の整数で回帰式の次数を表す有限値、Ｋｎは回帰式の係数を表す定数（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）である。
【００２８】
一般にファンやブロアなどの送風機において、流れの相似性により、軸動力は回転速度の３乗に比例し、風量は回転速度に比例する。この法則は送風機以外の一般の流体機械においても成り立つ。ここで、送風機とモータの軸とがぶれたりずれたりせずに結合されているならば、送風機の軸動力はモータ出力に等しく、送風機の回転速度はモータ速度に等しいとみなせる。よって、モータ出力はモータ速度の３乗に比例し、風量はモータ速度に比例する。また、モータ出力はモータトルクとモータ速度との積であること利用すると、送風機を駆動するモータトルクがモータ速度の２乗に比例する関係も導かれる。したがって、上記流れの相似性により下記の式（４）および式（５）が成り立つ。
【００２９】
【数４】
2014024359.tif 000006
【００３０】
【数５】
2014024359.tif 000007
【００３１】
上記２式は、送風機を駆動するモータのモータ速度がωＳからωに変化したとき、モータトルクがモータ速度の変化率（ω／ωＳ）の２乗の比率でＴＳからＴに変化し、同時に風量がモータ速度の変化率（ω／ωＳ）と同じ比率でＱＳからＱに変化するという関係を表す。ここで、式（４）および式（５）を式（３）に適用すると、下記の式（６）が導出される。
【００３２】
【数６】
2014024359.tif 000008
【００３３】
ここで、Ｔはモータトルク、ωはモータ速度、Ｑは風量、ｉは０以上の整数で式（３）の次数と同じ有限値、Ｋｎは式（３）の係数と同じ定数（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）、ωＳは式（３）を得る際の特定のモータ速度である。
【００３４】
上記の式（８）は、任意のモータ速度ωに対し風量がＱになるようなモータ出力がＰであるという関係を表す。ここで、風量Ｑを目標風量Ｑ＊、モータトルクＴをトルク指令Ｔ＊で置き換え、定数Ｋｎ、ωＳをそれぞれαｎ、βで置き換えると、以下の式（７）が導出される。
【００３５】
【数７】
2014024359.tif 000009
【００３６】
ここで、ωはモータ速度、Ｑ＊は目標風量、ｉは０以上の整数で有限値、αｎ（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）とβは定数である。
【００３７】
上記の式（７）において、目標風量Ｑ＊をモータ速度ωで除した変数の多項式が（αｎ／β２−ｎ）・（ω＊／Ｑ＊）ｎに相当し、この多項式にモータ速度ωの２乗ω２をかけることにより、式（７）が得られる。
【００３８】
以上により、１つのモータ速度ωＳで送風機を駆動させながらモータトルクと風量とを計測し、その計測結果を式（３）に回帰すれば、ωＳとＫｎとからただちにブロワ係数αｎ、βの値を決定できる。
【００３９】
以上より、本発明のある態様に係るモータ制御装置は、送風機を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を生成するトルク指令生成部を備え、前記トルク指令生成部は、前記目標風量を前記モータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算するものである。
【００４０】
前記トルク指令生成部は、上記の式（７）によって前記トルク指令を計算してもよい。
【００４１】
前記モータ制御装置は、所定の最小モータトルクおよび最小モータトルクより大きい最大モータトルクを記憶する記憶手段を備え、前記トルク指令生成部は、前記トルク指令を前記最小モータトルクと前記最大モータトルクとの間の範囲内に制限してもよい。
【００４２】
前記トルク指令生成部は、前記トルク指令と前記モータトルクとの差が第１の所定の範囲内である場合と、今回得られた前記モータトルクと前回得られたモータトルクとの差が第２の所定の範囲内である場合との少なくともいずれか１つの場合に、前回出力したトルク指令と同じ値の前記トルク指令を出力してもよい。
【００４３】
前記モータ制御装置は、前記モータのモータトルクを取得し、前記モータトルクを前記トルク指令に一致させるように前記モータへの駆動電圧を制御する信号を生成するトルク制御部を有してもよい。
【００４４】
前記モータ制御装置は、前記モータ速度を検出する第１の検出部を有してもよい。
【００４５】
前記モータ制御装置は、前記モータのモータトルクまたは前記モータに流れる電流を検出する第２の検出部を有してもよい。
【００４６】
前記モータ制御装置は、前記目標風量を記憶するメモリを有してもよい。
【００４７】
前記メモリは、複数の風量値を記憶し、前記トルク指令生成部は、前記複数の風量値のうちの１つを前記目標風量として選択してもよい。
【００４８】
前記モータ制御装置は、手動で操作されるスイッチを有し、前記スイッチの操作によって前記複数の風量値のうちの１つを前記目標風量として選択可能に構成されてもよい。
【００４９】
前記モータ制御装置は、前記複数の風量値から前記目標風量を選択する選択信号を受信する通信部を更に有してもよい。
【００５０】
前記モータ制御装置は、前記目標風量を指示する信号を受信する通信部を有してもよい。
【００５１】
前記モータ制御装置は、少なくとも前記トルク指令生成部を有する第１のユニットと、少なくとも前記トルク制御部を有する第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ってもよい。
【００５２】
前記第１のユニットは、前記データ通信によって少なくとも前記トルク指令を前記第２のユニットに送信し、前記第２のユニットは、前記データ通信によって前記モータトルクの情報を含む検出信号を前記第１のユニットに送信してもよい。
【００５３】
また、本発明の他の態様に係るモータ制御装置は、送風機を駆動するモータを制御するモータ制御方法であって、前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を生成する第１のステップを含み、前記第１のステップは、前記目標風量をモータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算するものである。
【００５４】
前記第１のステップは、上記の式（７）によって前記トルク指令を計算してもよい。
【００５５】
前記モータ制御方法は、所定の最小モータトルクおよび最小モータトルクより大きい最大モータトルクを記憶するステップを含み、前記第１のステップは、前記トルク指令を前記最小モータトルクと前記最大モータトルクとの間の範囲内に制限して出力してもよい。
【００５６】
前記モータ制御方法は、前記トルク指令と前記モータトルクとの差が第１の所定の範囲内である場合と、今回得られた前記モータトルクと前回得られたモータトルクとの差が第２の所定の範囲内である場合との少なくともいずれか１つの場合に、前記トルク指令を前回出力したトルク指令と同じ値に設定する第２のステップを含んでもよい。
【００５７】
前記モータ制御方法は、前記モータのモータトルクを取得し、前記モータトルクを前記トルク指令に一致させるように前記モータへの駆動電圧を制御する信号を生成する第３のステップを含んでもよい。
【００５８】
前記モータ制御方法は、前記送風機を前記モータによって１つのモータ速度で駆動させながら前記モータのモータトルクと前記風量とを測定し、得られた前記モータトルクを得られた前記風量に関する多項式に回帰または近似させて前記多項式の係数を求め、得られた前記多項式の係数が前記定数αｎの因数となるように前記定数αｎの値を演算し、前記モータトルクおよび前記風量の測定で用いた前記１つのモータ速度を前記定数βの値としてもよい。
【００５９】
前記モータ制御方法は、前記風量に関する多項式に回帰または近似させて得られた前記多項式の係数を前記定数αｎの値としてもよい。
【００６０】
前記モータ制御方法は、前記風量に関する多項式に回帰または近似させて得られた前記多項式の係数に前記送風機の寸法の変化比率の整数乗を乗算した値を前記定数αｎの値としてもよい。
【００６１】
また、本発明の他の態様に係る送風装置は、送風機と、前記送風機を駆動するモータと、前記モータの駆動を制御するモータ制御装置とを備える送風装置であって、前記モータ制御装置は、前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を前記目標風量および前記モータ速度に基づいて生成するトルク指令生成部と、前記モータのモータトルクを取得し、前記モータトルクを前記トルク指令に一致させるように前記モータへの駆動電圧を制御する信号を生成するトルク制御部と、を備え、前記トルク指令生成部は、前記目標風量を前記モータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算するものである。
【００６２】
前記送風装置は、空調装置に搭載されてもよい。
【００６３】
前記空調装置は、一般家屋、業務用建築物、商業用建築物、クリーンルームおよび業務用空調設備のうちのいずれか１つに備えられてもよい。
【００６４】
前記空調装置は、車、バス、鉄道車両、航空機および船舶のうちのいずれか１つに備えられてもよい。
【００６５】
以下、本発明の一実施形態におけるモータ制御装置およびモータ制御方法について、図面を参照しながら説明する。本実施形態のモータ制御装置において行われる風量一定制御は、圧損条件や静圧の変化によらず風量を目標風量に維持するものである。本実施形態におけるブロワ係数の算出例においては、このような風量一定制御を実現するために必要な送風機固有のブロワ係数を得るために実施される計測実験およびそれに基づく計算について説明する。この計測実験およびそれに基づく計算は、風量一定制御に先立って実施される。なお、これらの実施形態によって本発明が限定されるものではない。
【００６６】
（実施形態）
図１は、本発明に係る一実施形態におけるモータ制御装置が適用された空調装置を示すブロック図である。図１に示されるように、本実施形態における送風装置として構成される空調装置１０１は、送風経路１０２へ空気を送り込む送風機１０４、送風機１０４を駆動するモータ１０５、交流電源１０３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１０５に供給するインバータ１０７、モータ１０５の回転子（図示せず）の位置を検出する位置検出器１０８、モータ１０５の電流を検出する電流検出器１０９、および空調装置１０１の風量を目標風量Ｑ＊に制御するモータ制御装置１１０を備えている。
【００６７】
モータ制御装置１１０は、位置検出器１０８の出力信号からモータ速度ωを検出する速度検出部１１１、電流検出器１０９の出力信号からモータトルクＴを検出するトルク検出部１１２、外部入力された目標風量Ｑ＊を記憶するメモリ１１３、モータ速度ωとメモリ１１３から読み出した目標風量Ｑ＊とに基づいてトルク指令Ｔ＊を生成するトルク指令生成部１１４、モータトルクＴをトルク指令Ｔ＊に追従させるためのインバータへの駆動制御信号を出力するトルク制御部１１５、およびスイッチ１１６を備えている。本実施形態における速度検出部１１１は、第１の変動量であるモータ速度を検出する第１の検出部として機能し、トルク検出部１１２は、第２の変動量であるモータトルクまたはモータ１０５に流れる電流を検出する第２の検出部として機能する。
【００６８】
次に、図１に示す空調装置１０１の動作および構成要素の詳細を説明する。送風機１０４は送風経路１０２を通じて所望の場所へ空気を供給する。送風機１０４は、本実施形態において多翼ファンである。ただし、送風機１０４の構造や形式は特に限定されるものではなく、多翼ファンでなくてもよい。モータ１０５は送風機１０４と結合された状態で回転して、送風機１０４を駆動する。モータ１０５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１０５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、例えば誘導モータや電磁石同期モータでもよい。コンバータ１０６は、交流電源１０３の交流電圧を整流・平滑して、所定の直流電圧に変換する。インバータ１０７は、モータ制御装置１１０から入力される駆動制御信号に従って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１０５に駆動電圧として供給する。ここで、インバータ１０７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１０５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。位置検出器１０８はモータ１０５に取り付けられており、モータ１０５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１０８は不要である。電流検出器１０９は、モータ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１０９を挿入して電流を検出してもよい。
【００６９】
次に、モータ制御装置１１０の動作および構成要素を説明する。
【００７０】
速度検出部１１１は、位置検出器１０８の出力信号に基づいてモータ速度ω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１０５を駆動する場合には、位置検出器１０８の出力信号を用いる代わりに、モータ電流やモータ駆動電圧を用いてモータ速度ωを計算する構成としてもよい。トルク検出部１１２は、電流検出器１０９の出力信号に基づいてモータトルクＴを計算する。ここで、モータトルクＴは、モータ１０５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、速度検出部１１１およびトルク検出部１１２は図１に示されるようにモータ制御装置１１０の内部にある必要はなく、外部に配してもよい。ただし、外部に配する場合は、計算されたモータ速度ωおよびモータトルクＴをモータ制御装置１１０へと入力する構成とする。
【００７１】
メモリ１１３は、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶部である。このＲＯＭには目標風量Ｑ＊が予め記憶されており、トルク指令生成部１１４は後述の演算を行う際に、ＲＯＭから目標風量Ｑ＊を読み出して演算に利用する。記憶される目標風量Ｑ＊は複数あってもよい。この場合、モータ制御装置１１０の外部からの通信入力によって複数の目標風量Ｑ＊から１つを選択する。あるいは、モータ制御装置１１０に設けられたスイッチ１１６を手動で操作することにより、複数の目標風量Ｑ＊から１つを選択するようにしてもよい。
【００７２】
また、必ずしも目標風量Ｑ＊は予めＲＯＭに記憶されている必要はない。モータ制御装置１１０の外部からの通信入力により、目標風量Ｑ＊を適宜モータ制御装置１１０に送信するようにしてもよい。この場合、受信された目標風量Ｑ＊はメモリ１１３内のＲＡＭ等に記憶され、新たな目標風量Ｑ＊が送られてくる都度更新されるようになっている。
【００７３】
外部から通信入力される目標風量Ｑ＊の値は、モータ１０５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Ｑ＊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よいか等によって決定される。すなわち、目標風量Ｑ＊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Ｑ＊は高めに設定されることがある。目標風量Ｑ＊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。
【００７４】
トルク指令生成部１１４は、速度検出部１１１から取得したモータ速度ωとメモリ１１３から読み出した目標風量Ｑ＊とに基づいてトルク指令Ｔ＊を計算し、トルク制御部１１５に出力する。具体的には、目標風量Ｑ＊をモータ速度ωで除した変数の多項式とモータ速度ωの２乗との積としてトルク指令Ｔ＊を計算する。
【００７５】
本実施形態では、特にトルク指令生成部１１４が上記の式（７）によってトルク指令Ｔ＊を計算する。
【００７６】
上記の式（７）は、任意のモータ速度ωに対し風量が目標風量Ｑ＊になるようなモータトルクがＴ＊であるという関係を表す。この関係を特徴づける係数αｎ、βは、送風機の形状や寸法に対し固有の値を持つ。以下、この係数αｎ、βをブロワ係数と呼ぶ。ブロワ係数αｎ、βの値は、風量一定制御での運転に先立って、予め計測実験や計算を実施することにより求められる。この計測実験やそれに基づく計算に関しては、後述する。
【００７７】
トルク制御部１１５は、トルク検出部１１２から取得したモータトルクＴと、トルク指令生成部１１４から取得したトルク指令Ｔ＊との比較結果に基づいて、モータトルクＴをトルク指令Ｔ＊に追従させるためのインバータ１０７への駆動制御信号を出力し、モータ１０５をトルク制御する。
【００７８】
スイッチ１１６は、モータ制御装置１１０に設けられ、手動操作によって、メモリ１１３に記憶されている複数の目標風量Ｑ＊から一つを選択できるようになっている。さらに、手動操作によって、モータ制御装置１１０内の制御ブロック構成を切り替えられるようになっている。
【００７９】
本実施形態におけるモータ制御装置１１０は、スイッチ１１６や外部からの通信入力によって複数のモードに切り替えることができる。複数のモードには、少なくとも風量一定制御モードと、速度制御モードとを含んでいる。風量一定制御モードは、前述のように、ルク検出部１１２から取得したモータトルクＴと、トルク指令生成部１１４から取得したトルク指令Ｔ＊との比較結果に基づいて、モータトルクＴをトルク指令Ｔ＊に追従させるためのインバータ１０７への駆動制御信号を出力し、モータ１０５をトルク制御する制御モードである。また、速度制御モードは、後述する速度制御部が、速度検出部１１１から取得したモータ速度ωとトルク検出部１１２から取得したモータトルクＴとに基づいて駆動制御信号を生成する速度制御モードとを含んでいる。
【００８０】
本実施形態では風量一定制御モードが選択されている。なお、速度制御モードは、トルク指令生成部１１４で使用される式（７）のブロワ係数αｎ、βの値を求めるために実施する計測実験において利用される。なお、スイッチ１１６を用いる代わりに外部からの通信入力によって制御ブロック構成を切り替える構成としてもよい。
【００８１】
以上のように構成されたモータ制御装置１１０について、以下にその動作を、図２を用いて説明する。
【００８２】
図２は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置におけるモータトルク−モータ速度特性を示すグラフである。図２において、曲線２０１は風量が目標風量Ｑ＊になるときのモータトルク−モータ速度特性を示している（以下、「風量一定曲線」と呼ぶ）。曲線２０２および２０３はそれぞれ、送風経路１０２を含む空調システム内の圧損条件に特有のモータトルク−モータ速度特性である（以下「圧損曲線」と呼ぶ）。モータ１０５は、この圧損曲線上で動作できる。
【００８３】
いま、空調システムの圧損条件が圧損曲線２０２で示され、モータ１０５の動作点が点Ｄ０にあると想定する。このとき、動作点Ｄ０は圧損曲線２０２と風量一定曲線２０１との交点にあるため、送風機１０４は目標風量Ｑ＊に等しい風量を供給している。なお、このときのモータトルクはＴ１である。
【００８４】
ここで空調環境が変化し、圧損曲線が２０２から２０３に変化したとする。例えば、送風経路１０２の複数の吐出口に設けられたベントキャップの幾つかが閉じられ、空調すべき部屋数が変わり、空調システムの圧力損失が大きくなったとする。このとき、モータ１０５はトルク制御部１１５によってトルク制御されているため、動作点はモータトルクＴ１を維持しながら新たな圧損曲線２０３上の点Ｃ１に移動する。
【００８５】
動作点が点Ｃ１に移動後、トルク指令生成部１１４は、メモリ１１３から読み出した目標風量Ｑ＊と、速度検出部１１１で検出された現在のモータ速度ω１とを式（７）に代入し、トルク指令Ｔ＊を計算する。このとき計算されるトルク指令Ｔ＊は、現在の動作点Ｃ１と同じモータ速度ω１となる風量一定曲線２０１上の点Ｄ１におけるモータトルクＴ２である。そして、このＴ＊＝Ｔ２がトルク制御部１１５へ出力される。次に、トルク制御部１１５は、このトルク指令Ｔ＊＝Ｔ２とトルク検出部１１２で検出された現在のモータトルクＴ＝Ｔ１との差異に基づいて、インバータ１０７への駆動制御信号を出力し、モータ１０５をトルク制御する。
【００８６】
ここで、トルク制御によって動作点がＣ１からＣ２に移動したとする。この移動先の動作点Ｃ２でも同様にして、トルク指令生成部１１４は、風量一定曲線２０１上で現在のモータ速度ω２となる点Ｄ２でのモータトルクＴ３を、トルク指令Ｔ＊として生成する。そして、トルク制御部１１５が、このトルク指令Ｔ＊＝Ｔ３に従ってトルク制御を行う。これを繰り返すことにより、動作点は点Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、・・・と移動していき、最終的に、トルク検出部１１２で検出されるモータトルクＴとトルク指令生成部１１４で生成されるトルク指令Ｔ＊とがＴＥで一致する動作点、つまり圧損曲線２０３と風量一定曲線２０１との交点Ｅに落ち着くことになる。このとき、送風機１０４が供給する風量が目標風量Ｑ＊と等しくなり、風量一定制御が達成される。
【００８７】
また、圧損曲線が２０３から２０２に戻った場合には、上述の過程とは逆の方向に向かい、動作点は圧損曲線２０２に沿って移動し、風量一定曲線２０１との交点Ｄ０に戻る。
【００８８】
次に、本実施形態のモータ制御装置１１０における風量一定制御の動作安定化機能および保護機能について述べる。
【００８９】
図３は、本発明に係る一実施形態のモータ制御装置におけるトルク指令生成部１１４の処理を示すフローチャートである。トルク指令生成部１１４は、予め速度検出部１１１で検出されたモータ速度ωとメモリ１１４に記憶されている目標風量Ｑ＊とを取得する。
【００９０】
最初のステップＳ３０１において、トルク指令生成部１１４は、取得したモータ速度ωおよび目標風量Ｑ＊から上述した式（７）によってトルク指令Ｔ＊を計算する。次のステップＳ３０２において、トルク指令生成部１１４は、ステップＳ３０１で計算したトルク指令Ｔ＊が所定の最小モータトルクと所定の最大モータトルクとの間の範囲内であるか否かを判断し、範囲内であればトルク指令Ｔ＊を修正せず、所定の最小モータトルクより小さい場合はトルク指令Ｔ＊を最小モータトルクに修正し、所定の最大モータトルクを超えている場合はトルク指令Ｔ＊を所定の最大モータトルクに修正する。
【００９１】
このステップＳ３０２の効果を説明する。送風経路１０２内の圧力損失が小さい場合など、目標風量Ｑ＊の風量値を得るためにモータ速度ωをそれほど必要としない空調環境がある。このような空調環境においては、モータ速度ωが極低速となる場合がある。この場合、トルク指令生成部１１４によるトルク指令Ｔ＊の計算時において、式（７）のωに小さい値が代入される。このため、モータ制御装置１１０の演算分解能の限界によりトルク指令Ｔ＊が略ゼロとして計算される場合がある。略ゼロのトルク指令Ｔ＊に従ってトルク制御を行うと、モータ１０５が減速する。そして、このようなトルク制御が繰り返されるとトルク指令Ｔ＊がゼロの状態が続き、モータ１０５が停止してしまう。これを回避するために、トルク指令Ｔ＊に下限である最小モータトルクを設け、必ず最小モータトルク以上に制御することにより、モータ１０５の停止を防止できる。
【００９２】
逆に送風経路１０２内の圧力損失が大きい場合では、目標風量Ｑ＊の風量値を得るためにトルク指令Ｔ＊が高い値になる場合がある。この場合、モータ１０５の能力を超える動作を実現しようとして動作が不安定になったり、モータ電流が過大になったりする場合がある。モータ電流が過大になって定格電流値を超えると、モータ巻線の発熱によりモータ１０５が故障したり、効率が著しく低下したりする。また、モータトルクＴの上限を設けないと、送風機１０４に異物が巻き込まれるなどして過負荷状態になっても、モータ１０５がさらにトルクを出そうとして送風機１０４やモータ１０５を含む空調装置１０１を故障させるおそれがある。これを回避するために、トルク指令Ｔ＊に上限である最大モータトルクを設け、必ず最大トルク以下に制御することにより、制御の不安定化や空調装置の故障を防止できる。
【００９３】
次のステップＳ３０３において、トルク指令生成部１１４は、トルク指令Ｔ＊とトルク検出部１１２で検出されたモータトルクＴとの差を計算する。そして、該差が所定の範囲（第１の所定の範囲）外であればトルク指令生成部１１４は、トルク指令Ｔ＊をそのまま出力する。一方、該差が所定の範囲内である場合は、トルク指令生成部１１４は、モータトルクＴの変化が僅かであると判断して、トルク指令Ｔ＊をトルク指令生成部１１４が前回出力したトルク指令Ｔ＊ｐｒｅｖと同じ値に修正する。そして、トルク指令生成部１１４は、この修正されたトルク指令Ｔｐｒｅｖ＊をトルク制御部１１５に出力する。
【００９４】
このステップＳ３０３の効果を説明する。仮にステップＳ３０３を行わず、僅かなモータトルクＴの変化によってもトルク指令Ｔ＊を変化させるようにすると、モータトルクＴの変化にトルク指令Ｔ＊が追従しようとして振動し、空調装置１０１の供給する風量がいつまでも目標風量Ｑ＊の風量値を行ったり戻ったりして安定に収束しない。これを回避するために、本実施形態においては、上記所定の範囲によってトルク検出の不感帯を設けている。これにより、収束点付近でトルク指令Ｔ＊が振動するのを防止し、風量を安定に目標風量Ｑ＊に収束させることができる。
【００９５】
なお、このステップＳ３０３において、トルク指令Ｔ＊とモータトルクＴとの差が第１の所定の範囲内にあるか否かを判定する代わりに、今回得られたモータトルクＴと前回得られたモータトルクＴとの差が第２の所定の範囲内にあるか否かを判定することによりトルク指令Ｔ＊を変更するか否かを決定してもよい。
【００９６】
以上のように、本実施形態のモータ制御装置１１０は、送風機１０４が供給する風量を目標風量Ｑ＊に一致させるトルク指令Ｔ＊を目標風量Ｑ＊およびモータ速度ωに基づいて計算するトルク指令生成部１１４と、モータトルクＴをトルク指令Ｔ＊に一致させるようにインバータ１０７への駆動制御信号を出力するトルク制御部１１５と、を備えた構成である。
【００９７】
このように構成することにより、圧損条件や静圧が変化しても、目標風量Ｑ＊を達成するモータトルクＴを自動的に探索しながらモータ１０５を制御するため、圧損条件や静圧の変化によらず精度よく風量一定制御を行うことができる。
【００９８】
（ブロワ係数の算出例１）
上述した実施形態における風量一定制御では、トルク指令Ｔ＊を式（７）によって計算している。式（７）におけるブロワ係数αｎ、βの値は送風機の形状や寸法ごとに異なり、風量一定制御での運転に先立って予め計測実験と計算を実施することにより求められる。以下、ブロワ係数αｎ、βの値を求める計測実験およびそれに基づく計算例について説明する。
【００９９】
図４は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置においてブロワ係数を算出するため構成を示すブロック図である。図４は、図１に示す実施形態における空調装置１０１を送風経路１０２から取り外し、風洞実験設備４２０に接続した構成である。
【０１００】
ブロワ係数を算出する際には、図１におけるモータ制御装置１１０は、速度制御モードを実行するモータ制御装置４１０に設定が切り替えられている。したがって、図４の例においては、速度制御モードで動作するモータ制御装置４１０として、速度検出部１１１、トルク検出部１１２、メモリ１１３および速度制御部４１５を備えた構成が示されている。
【０１０１】
速度制御部４１５は、外部から速度指令ω＊を受信し、モータ速度ωを該速度指令ω＊に追従させるような駆動制御信号をインバータ１０７へ出力することにより、モータ１０５を速度制御する。
【０１０２】
メモリ１１３は、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶部である。後述の計測実験と計算から求めたブロワ係数値とを記憶させることができる。
【０１０３】
空調装置４０１におけるその他の構成要素は風量一定制御の上記実施形態と同じであり、同じ構成要素の動作の説明は省略する。
【０１０４】
風洞実験設備４２０は、実際の空調システムの環境を再現、模擬する装置である。風洞実験設備４２０は、送風機１０４に接続される第１のチャンバー４２５と、第１のチャンバー４２５の先端に設けられたノズル４２１と、ノズル４２１を介して第１のチャンバー４２５に接続された第２のチャンバー４２６と、第２のチャンバー４２６の先端に接続された補助ブロア４２２と、第１のチャンバー４２３内の静圧を計測する静圧計測器４２７と、ノズル４２１の前後における両チャンバー４２５，４２６内の圧力差に基づいて風量を計測する風量計測器４２８とを備えている。
【０１０５】
風洞実験設備４２０は、ノズル４２１の開閉および補助ブロア４２２の回転数調整によって、ノズル４２１前後の圧力差を調整できる。また、第１チャンバー４２５および第２チャンバー４２６内にはそれぞれ整流グリル４２３，４２４が設けられ、これらは空気の流れを整流する役割を有する。静圧計測器４２７は、第１のチャンバー４２５内の圧力と大気圧との圧力差によって静圧を計測し、風量計測器４２８はノズル４２１前後の圧力差に基づいて風量を計測する。なお、風洞実験設備４２０の構成は上記に限定されるものではなく、静圧および風量を調整および計測できる構成であればよい。
【０１０６】
図５は、本発明に係る一実施形態のモータ制御装置においてブロワ係数を算出するための実施手順を示すフローチャートである。
【０１０７】
最初のステップＳ５０１において、図４に示されるように空調装置４０１を風洞実験設備４２０に接続する。
【０１０８】
次のステップＳ５０２において、スイッチ１１６の手動操作や通信入力によって、モータ制御装置４０１の制御ブロック構成を図４に示されるように速度制御モードに設定する。
【０１０９】
次のステップＳ５０３において、１つの速度値に定められた速度指令ω＊をモータ制御装置４１０に入力し、送風機１０４を当該１つの速度で一定の速度制御を行う。そして、速度一定のまま幾つかの異なる静圧状態を作り出し、このときの風量とモータトルクとを計測する。静圧の調整は、風洞実験設備４２０におけるノズル４２１の開閉および補助ブロア４２２の回転数調整によって行う。静圧の計測は静圧計測器４２７によって行う。風量の計測は、風量計測器４２８で観測されるノズル前後の圧力差を温度等で補正計算することによって行う。下記表１はこの計測実験で用いたモータ速度［ｍｉｎ−１］、計測されたモータトルク［Ｎ・ｍ］および風量［ｍ３／ｍｉｎ］の一例である。
【０１１０】
【表１】
2014024359.tif 000010
【０１１１】
次のステップＳ５０４において、計測したデータを式（３）に回帰して、係数Ｋｎの値からブロワ係数αｎの値を決定する。本実施形態では回帰式の次数を２とする。この場合、回帰式は式（３）でｉ＝２として得られる下記の式（８）の２次多項式になる。
【０１１２】
【数８】
2014024359.tif 000011
【０１１３】
ここで、ＴＳは計測したモータトルク、ＱＳは計測した風量、Ｋ２、Ｋ１、Ｋ０は回帰式の係数を表す定数である。
【０１１４】
この係数Ｋ２、Ｋ１、Ｋ０の値がブロワ係数αｎ（ｎ＝０，１，２）となる。また、ステップＳ５０３の計測で用いたモータ速度がブロワ係数βの値となる。下記表２は、表１の計測データを最小二乗法により式（８）に回帰した場合に得られるブロワ係数αｎ（ｎ＝０，１，２）およびβの値である。また、図６は、表１の計測データおよびその回帰曲線をプロットした風量−モータトルク特性を示すグラフである。
【０１１５】
【表２】
2014024359.tif 000012
【０１１６】
次のステップＳ５０５において、得られたブロワ係数αｎ、βの値が通信入力等の手段によってメモリ１１３に記憶される。
【０１１７】
次のステップ５０６において、スイッチ１１６の手動操作や通信入力によってモータ制御装置４１０を速度制御モードから風量一定制御モードに切り替え、試験運転のためのブロック構成にする。図７は、本発明に係る一実施形態のモータ制御装置においてブロワ係数を算出する際の試験運転のための構成の一例を示すブロック図である。図７における空調装置１０１およびモータ制御装置１１０の構成は図１に示す風量一定制御時の構成と同じである。すなわち、図１における空調装置１０１を風洞実験設備４２０に接続した状態にする。
【０１１８】
最後のステップＳ５０７において、モータ制御装置１１０に幾つかの目標風量Ｑ＊を入力して、風量一定制御モードにおける試験運転を実施する。そして、計測される風量が目標風量Ｑ＊と正常に一致しているかを確認する。
【０１１９】
風量一定制御中、トルク指令生成部１１４はメモリ１１３から係数αｎ、βの値を読み出してトルク指令Ｔ＊の計算に使用する。ただし、必ずしもブロワ係数αｎ、βの値はＲＯＭに記憶されている必要はなく、モータ制御装置１１０の外部からの通信入力によりモータ制御装置１１０に送信するようにしてもよい。この場合、受信されたαｎ、βの値はメモリ１１３内のＲＡＭ等に記憶されるようにしてもよい。
【０１２０】
以上のように、上記のような演算手順によれば、１つのモータ速度でデータ計測を行えばブロワ係数の値を求めることができる。このため、特許文献１に示されている従来の技術のようにモータ速度を変えながら計測を行う必要がなく、少ない実験工数によっても風量一定制御を実現することができる。
【０１２１】
なお、トルク指令Ｔ＊の計算式は式（７）に限られない。すなわち、目標風量Ｑ＊をモータ速度ωで除した変数の多項式とモータ速度ωの２乗との積としてトルク指令Ｔ＊を計算する計算式であれば、ブロワ係数算出の際に本実施形態と同じ作用および効果が得られる。例えば、トルク指令Ｔ＊の計算式を下記の式（９）としてもよい。
【０１２２】
【数９】
2014024359.tif 000013
【０１２３】
ここで、Ｔ＊はトルク指令、ωはモータ速度、Ｑ＊は目標風量、ｉは０以上の整数で有限値、γｎは送風機固有のブロワ特性を表すブロワ係数（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）である。
【０１２４】
この場合、式（９）においてγｎを下記の式（１０）に示すように定義すれば、式（９）は、結局、式（７）と同じになる。
【０１２５】
【数１０】
2014024359.tif 000014
【０１２６】
よって、この場合も計測データの回帰式である式（３）の係数Ｋｎ＝αｎと計測時のモータ速度ωＳ＝βとから直ちにブロワ係数γｎの値が求められる。すなわち、この場合も１つのモータ速度でデータ計測を行えば風量一定制御を実現できるブロワ係数の値を求めることができる。
【０１２７】
以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置およびその制御方法は、目標風量をモータ速度で除した変数の多項式と、モータ速度の２乗との積としてトルク指令を計算する手段を備えている。すなわち、本実施形態におけるモータ制御装置およびその制御方法においては、目標風量から一義的に導出されるトルク指令を用いて風量一定制御が行われる。このため、１つのモータ速度でデータ計測を行えばすべてのモータ速度に適用可能なブロワ係数の値を求めることができる。したがって、少ない実験工数によっても風量一定制御を実現することができる。
【０１２８】
（ブロワ係数の算出例２）
上述したように、ブロワ特性を計測実験により取得することによって、ブロワ係数αｎ、βの値を算出することができる。ただし、予めαｎ、βの値が分かっている送風機と同様の構造を持つ送風機については、必ずしも上述の計測実験を行わなくともαｎ、βの値を求めることが可能な場合がある。その場合のブロワ係数αｎ、βの算出例について以下で説明する。
【０１２９】
まず、ブロワ係数αｎ、βの値が既知の送風機Ａと、未知の送風機Ｂを用意する。そして、送風機Ａと送風機Ｂとの寸法比を計算する。本例においては、送風機Ｂの羽根車外径が送風機ＡのＤ倍であるとする。そして、寸法比とモータトルクとの関係、寸法比と風量との関係を用いてブロワ係数αｎ、βの値を求める。
【０１３０】
一般的に、送風機において、送風機の回転速度が同じであれば、送風機を駆動するモータトルクは羽根車外径の５乗に比例し、風量は羽根車外径の３乗に比例する関係がある。よって、下記の式（１１）および式（１２）が成り立つ。
【０１３１】
【数１１】
2014024359.tif 000015
【０１３２】
【数１２】
2014024359.tif 000016
【０１３３】
ここで、ＴＡは送風機Ａを駆動するモータトルク、ＴＢは送風機Ｂを駆動するモータトルク、ＱＡは送風機Ａの風量、ＱＢは送風機Ｂの風量、Ｄは羽根車外径の寸法比である。
【０１３４】
また、送風機Ａのトルク指令計算式が下記の式（１３）で表されるとする。
【０１３５】
【数１３】
2014024359.tif 000017
【０１３６】
ここで、ＴＡ＊はトルク指令、ωはモータ速度、ＱＡ＊は目標風量、αＡｎ（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）とβは定数である。
【０１３７】
上記の式（１３）に対し式（１１）および式（１２）を適用することにより、送風機Ｂのトルク指令ＴＢ＊は下記の式（１４）で表すことができる。
【０１３８】
【数１４】
2014024359.tif 000018
【０１３９】
ここで、ＴＢ＊はトルク指令、ωはモータ速度、ＱＢ＊は目標風量、αＢｎ（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）とβは定数、Ｄは羽根車外径の寸法比である。
【０１４０】
したがって、既知のブロワ係数αＡｎに羽根車外径の寸法比Ｄの（５−３ｎ）乗（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）を乗算することにより、未知のブロワ係数αＢｎの値を決定することができる。下記表３は、表２のブロワ係数値を有する送風機Ａと同構造を有し、１．２倍の羽根車外径を有する送風機Ｂにおけるブロワ係数値である。
【０１４１】
【表３】
2014024359.tif 000019
【０１４２】
以上のように、ブロワ係数値の本算出例によれば、ブロワ係数値が既知の送風機と同様の構造を持つ他の送風機については、両送風機の寸法比を用いてブロワ係数値を求めることができる。したがって、本例によれば、計測実験を行うことなくブロワ係数を算出することができる。
【０１４３】
（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。
【０１４４】
図８は、本発明に係る実施形態におけるモータ制御装置の変形例を示すブロック図である。図１に示す実施形態においては、トルク制御部１１５、速度検出部１１１およびトルク検出部１１２が、トルク指令生成部１１４と同じモータ制御装置１１０内に構成されている。本変形例においては、この代わりに、図８に示す構成を備えている。
【０１４５】
すなわち、本変形例におけるモータ制御装置は、少なくともトルク指令生成部１１４を含む第１のユニット８１０と、少なくともトルク制御部１１５、速度検出部１１１およびトルク検出部１１２を含む第２のユニット８１１と、第１のユニット８１０と第２のユニット８１１との間でデータ通信を行う通信部８１２とを備えている。
【０１４６】
図８に示すように、第１のユニット８１０と第２のユニット８１１とは、例えばＲＳ２３２Ｃ規格の通信ケーブルなどにより構成される通信部８１２によって相互に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８１１における速度検出部１１１で検出されたモータ速度ωおよびトルク検出部１１２で検出されたモータトルクＴは、通信部８１２を介して第１のユニット８１０に送られる。それらのデータを使用して第１のユニット８１０はトルク指令Ｔ＊を演算し、通信部８１２を介して第２のユニット８１１におけるトルク制御部１１５に送る。トルク制御部１１５は、受信したトルク指令Ｔ＊に従ってインバータ１０７へ駆動制御信号を出力し、モータ１０５をトルク制御する。
【０１４７】
上記図８に示すような変形例の構成によっても、上記実施形態と同様の作用および効果が得られる。
【０１４８】
なお、以上の説明は本発明に係るモータ制御装置を有する送風装置が一般家屋に適用された場合の例について主に説明したが、一般家屋の他にも、例えばビルなどの業務用または商業用建築物、クリーンルームなどの業務用空調設備、車、バス、鉄道車両、航空機、船舶等の移動体に適用することも可能である。
【０１４９】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
本発明は、圧損条件や静圧の変化によらず風量一定制御を行うためのモータ制御装置に有用であり、一般家屋、業務用建築物、商業用建築物、車両等の空調設備として有用である。
【符号の説明】
【０１５１】
１０１、４０１  空調装置（送風装置）
１０２  送風経路
１０３  交流電源
１０４  送風機
１０５  モータ
１０６  コンバータ
１０７  インバータ
１０８  位置検出器
１０９  電流検出器
１１０、４１０  モータ制御装置
１１１  速度検出器
１１２  トルク検出器
１１３  メモリ
１１４  トルク指令生成部
１１５  トルク制御部
１１６  スイッチ
４１５  速度制御部
４２０  風洞実験設備
４２１  ノズル
４２２  補助ブロア
４２３、４２４  整流グリル
４２５、４２６  チャンバー
４２７  静圧計測器
４２８  風量計測器
８１０  第１のユニット
８１１  第２のユニット
８１２  通信部
【図１】
2014024359.tif 000022
【図２】
2014024359.tif 000023
【図３】
2014024359.tif 000024
【図４】
2014024359.tif 000025
【図５】
2014024359.tif 000026
【図６】
2014024359.tif 000027
【図７】
2014024359.tif 000028
【図８】
2014024359.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月22日(2014.8.22)
【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、モータ制御方法および送風装置に関し、特に、換気や冷暖房を行う空調システムにおける送風機の風量制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
換気や冷暖房を行う空調システム、特に１つの送風機からの風をダクトを通じて１または複数の部屋に送るような空調システムにおいて、送風機を有する空調装置の設置状態や使用状態によって、空調システムの圧力損失を決める条件（以下、「圧損条件」と呼ぶ）が異なる。例えば、空調装置に接続されたダクトの形状や長さの違いにより圧損条件が異なる。また、空調装置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により圧損条件の経時変化が生じる。この圧損条件の差異や経時変化によって、所定の風量を得るために必要な静圧も変わってくる。このため、同一仕様の複数台の空調装置を、同一のトルクないしは回転速度で駆動しても、得られる風量がばらつく場合がある。あるいは、ある空調装置を一定のトルクないしは回転速度で駆動しても、風量を一定に維持できない場合がある。そこで、近年、圧損条件や静圧が変化しても、風量を目標風量に維持するように制御（以下、「風量一定制御」と呼ぶ）することが求められている。
【０００３】
風量一定制御を実現する技術として、例えば圧力センサを用いる方式がある。しかし、設置容易性や長期使用時の信頼性に問題がある。そこで、圧力センサを用いることなく、風量一定制御に必要な送風機固有の特性（以下、「ブロワ特性」と呼ぶ）を利用する種々の方式が検討されている。このような方式では、風量一定制御による運転に先立って、事前に送風機のモータの物理量（モータ速度、モータトルク等）と風量との関係を計測する計測実験を行う。そして、この計測実験で得られたブロワ特性を利用して風量一定制御を行っている。
このような風量一定制御の技術として、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、送風機を駆動するモータの指示速度を下記の式（１）から算出している。
【０００４】
【数１】
2014024359.tif 000030
【０００５】
ここで、Ｓ＊はモータの指示速度、Ｓはモータ速度、Ｓａは目標モータ速度、Ｋはゲインである。目標モータ速度Ｓａは下記の式（２）から算出している。
【０００６】
【数２】
2014024359.tif 000031
【０００７】
ここで、Ｔはモータトルク、Ｑ＊は目標風量、ｋｎｍ（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ、ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数、そしてｉおよびｊは有限値である。式（２）はモータトルクがＴの場合に風量が目標風量Ｑ＊になるために必要なモータ速度がＳａであるという関係を表す式である。
【０００８】
定数ｋｎｍは送風機に固有の係数であり、予め計測実験を行うことにより求められる。この計測実験において、まず送風機を風洞実験設備に接続し、異なる静圧下でモータ速度を変えながらモータトルクと風量を計測する。そして、式（２）がこの計測データを平均的に満足する回帰式となるように、最小二乗法を用いて定数ｋｎｍの値を算出する。
【０００９】
特許文献１記載のモータ制御装置は、上記のように、事前に計測実験により求めた定数ｋｎｍを適用した式（２）と式（１）によって指示速度Ｓ＊を計算し、モータ速度Ｓを該指示速度Ｓ＊に追従させる速度制御を行うことによって風量一定制御を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】国際公開第２００８／１１７５１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に示されている従来の技術において、風量一定制御時に風量が目標風量とどのくらいの精度で一致しているかは、式（２）が実際の送風機のブロワ特性をどのくらい正確に回帰できているかに依存する。つまり、定数ｋｎｍの正確度に依存する。仮に誤差を含む定数ｋｎｍを式（２）に用いた場合、誤ったブロワ特性に基づいてモータが制御されるため、風量誤差が生じ、所望の目標風量が得られなくなる。
【００１２】
定数ｋｎｍの正確度は、取得した計測データから回帰式である式（２）を得る際の回帰誤差に大きく影響される。回帰誤差を小さく抑えるためには、十分な計測データ数および十分な計測範囲を確保しながら計測実験を行う必要がある。なぜなら、計測データ数が少ないと、計測データと計測データの間のブロワ特性を正確に回帰できず、また、計測範囲が十分でないと、計測した範囲より外側のブロワ特性を正確に回帰できないためである。
【００１３】
特許文献１に示されている従来の技術では、十分な計測範囲を確保するために、静圧およびモータ速度の両方を実際の使用範囲全体に渡って変化させる必要があった。つまり、風洞実験設備の静圧を、風量一定制御による運転時に想定される静圧の変化幅の全体に渡って変化させ、なおかつモータ速度を、風量一定制御による運転時に使用するモータ速度範囲全体に渡って変化させながら計測を行う必要があった。このため、多数のデータを計測しなければならず、その結果として多くの実験工数を必要とする課題があった。
【００１４】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、実験工数を少なくしつつ、圧損条件や静圧の変化によらない風量一定制御を行うことができるモータ制御装置、モータ制御方法および送風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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明のある態様におけるモータ制御装置は、送風機を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を生成するトルク指令生成部を備え、前記トルク指令生成部は、前記目標風量を前記モータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算するものである。
【００１６】
上記構成によれば、目標風量を達成するモータ出力を自動的に探索しながらモータを制御するため、圧損条件や静圧が変化しても風量一定制御を実現できる。また、トルク指令が、目標風量をモータ速度で除した変数の多項式とモータ速度の２乗との積として求められるため、実験工数を少なくしつつ、圧損条件や静圧の変化によらず精度よく風量一定制御を行うことができる。
【００１７】
また、本発明の他の態様におけるモータ制御方法は、送風機を駆動するモータを制御するモータ制御方法であって、前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を生成する第１のステップを含み、前記第１のステップは、前記目標風量をモータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算するものである。
【００１８】
また、本発明の他の態様における送風装置は、送風機と、前記送風機を駆動するモータと、前記モータの駆動を制御するモータ制御装置とを備える送風装置であって、前記モータ制御装置は、上記構成を備えているものである。
【００１９】
本発明の上記目的、他の目的、特徴、及び利点は、添付図面参照の下、以下の好適な実施態様の詳細な説明から明らかにされる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は以上に説明したように構成され、実験工数を少なくしつつ、圧損条件や静圧の変化によらず精度よく風量一定制御を行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明に係る一実施形態におけるモータ制御装置が適用された空調装置を示すブロック図である。
【図２】図２は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置におけるモータトルク−モータ速度特性を示すグラフである。
【図３】図３は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置におけるトルク指令生成部の処理を示すフローチャートである。
【図４】図４は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置においてブロワ係数を算出するため構成を示すブロック図である。
【図５】図５は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置においてブロワ係数を算出するための実施手順を示すフローチャートである。
【図６】図６は表１の計測データおよびその回帰曲線をプロットした風量−モータトルク特性を示すグラフである。
【図７】図７は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置においてブロワ係数を算出する際の試験運転のための構成の一例を示すブロック図である。
【図８】図８は本発明に係る実施形態におけるモータ制御装置の変形例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（本発明の概要）
まず、本発明の概要について説明する。前述したとおり、風量一定制御を行う方法として、従来のモータ制御装置においては、送風機ごとに、風量一定制御に必要な送風機固有のブロワ特性（モータの物理量と風量との関係）を得るための計測実験が事前に行われる。このような計測実験において、従来の構成では、前述した式（２）に基づいて計測実験を行っていたため、モータの物理量と風量との関係には一義性がなかった。そのため、計測実験においては、風量に関連する静圧とモータの物理量であるモータ速度との両方を実際の使用範囲全体に渡って変化させる必要があった。つまり、風洞実験設備の静圧を、風量一定制御による運転時に想定される静圧の変化幅の全体に渡って変化させ、なおかつモータ速度を、風量一定制御による運転時に使用するモータ速度範囲全体に渡って変化させながら計測を行う必要があった。このため、実験工数が多く、計測実験の結果として得られる係数も近似的なものとなり、精度を高くするのは難しかった。
【００２３】
そこで、本発明の発明者らは、以上の問題点を踏まえ、鋭意研究した結果、流れの相似性（Similarity of flows）の概念をこのようなモータ制御装置に導入することにより、
モータの物理量と風量との関係において一義性を見い出すことができるという知見を得た。具体的には、流れの相似性においてモータ出力がモータ速度の３乗に比例し、風量がモータ速度に比例し、モータ出力がモータトルクとモータ速度との積であることからモータトルクがモータ速度の２乗に比例することを利用し、風量一定制御を、目標風量をモータ速度で除した変数の多項式と、モータ速度の２乗との積として計算されるトルク指令を用いて制御する。このようにモータ速度およびモータトルクと風量との関係が一義的となる式を用いることにより、１つのモータ速度でデータ計測を行えばすべてのモータ速度に適用可能なブロワ係数の値を求めることができる。したがって、少ない実験工数によっても圧損条件や静圧の変化によらず精度よく風量一定制御を実現することができる。
【００２４】
以下、本発明の実施形態で利用されるトルク指令の導出式について説明する。
【００２５】
ある送風機をあるモータによって１つのモータ速度ωＳで駆動させ、当該１つのモータ速度ωＳを維持しながら送風機が設置されている環境の静圧を変化させたとする。そして、このときのモータトルクＴＳと風量ＱＳとの関係が、下記の多項式（３）に回帰されるとする。
【００２６】
【数３】
2014024359.tif 000032
【００２７】
ここで、ｉは０以上の整数で回帰式の次数を表す有限値、Ｋｎは回帰式の係数を表す定数（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）である。
【００２８】
一般にファンやブロアなどの送風機において、流れの相似性により、軸動力は回転速度の３乗に比例し、風量は回転速度に比例する。この法則は送風機以外の一般の流体機械においても成り立つ。ここで、送風機とモータの軸とがぶれたりずれたりせずに結合されているならば、送風機の軸動力はモータ出力に等しく、送風機の回転速度はモータ速度に等しいとみなせる。よって、モータ出力はモータ速度の３乗に比例し、風量はモータ速度に比例する。また、モータ出力はモータトルクとモータ速度との積であること利用すると、送風機を駆動するモータトルクがモータ速度の２乗に比例する関係も導かれる。したがって、上記流れの相似性により下記の式（４）および式（５）が成り立つ。
【００２９】
【数４】
2014024359.tif 000033
【００３０】
【数５】
2014024359.tif 000034
【００３１】
上記２式は、送風機を駆動するモータのモータ速度がωＳからωに変化したとき、モータトルクがモータ速度の変化率（ω／ωＳ）の２乗の比率でＴＳからＴに変化し、同時に風量がモータ速度の変化率（ω／ωＳ）と同じ比率でＱＳからＱに変化するという関係を表す。ここで、式（４）および式（５）を式（３）に適用すると、下記の式（６）が導出される。
【００３２】
【数６】
2014024359.tif 000035
【００３３】
ここで、Ｔはモータトルク、ωはモータ速度、Ｑは風量、ｉは０以上の整数で式（３）の次数と同じ有限値、Ｋｎは式（３）の係数と同じ定数（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）、ωＳは式（３）を得る際の特定のモータ速度である。
【００３４】
上記の式（８）は、任意のモータ速度ωに対し風量がＱになるようなモータ出力がＰであるという関係を表す。ここで、風量Ｑを目標風量Ｑ＊、モータトルクＴをトルク指令Ｔ＊で置き換え、定数Ｋｎ、ωＳをそれぞれαｎ、βで置き換えると、以下の式（７）が導出される。
【００３５】
【数７】
2014024359.tif 000036
【００３６】
ここで、ωはモータ速度、Ｑ＊は目標風量、ｉは０以上の整数で有限値、αｎ（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）とβは定数である。
【００３７】
上記の式（７）において、目標風量Ｑ＊をモータ速度ωで除した変数の多項式が（αｎ／β２−ｎ）・（ω＊／Ｑ＊）ｎに相当し、この多項式にモータ速度ωの２乗ω２をかけることにより、式（７）が得られる。
【００３８】
以上により、１つのモータ速度ωＳで送風機を駆動させながらモータトルクと風量とを計測し、その計測結果を式（３）に回帰すれば、ωＳとＫｎとからただちにブロワ係数αｎ、βの値を決定できる。
【００３９】
以上より、本発明のある態様に係るモータ制御装置は、送風機を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を生成するトルク指令生成部を備え、前記トルク指令生成部は、前記目標風量を前記モータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算するものである。
【００４０】
前記トルク指令生成部は、上記の式（７）によって前記トルク指令を計算してもよい。
【００４１】
前記モータ制御装置は、所定の最小モータトルクおよび最小モータトルクより大きい最大モータトルクを記憶する記憶手段を備え、前記トルク指令生成部は、前記トルク指令を前記最小モータトルクと前記最大モータトルクとの間の範囲内に制限してもよい。
【００４２】
前記トルク指令生成部は、前記トルク指令と前記モータトルクとの差が第１の所定の範囲内である場合と、今回得られた前記モータトルクと前回得られたモータトルクとの差が第２の所定の範囲内である場合との少なくともいずれか１つの場合に、前回出力したトルク指令と同じ値の前記トルク指令を出力してもよい。
【００４３】
前記モータ制御装置は、前記モータのモータトルクを取得し、前記モータトルクを前記トルク指令に一致させるように前記モータへの駆動電圧を制御する信号を生成するトルク制御部を有してもよい。
【００４４】
前記モータ制御装置は、前記モータ速度を検出する第１の検出部を有してもよい。
【００４５】
前記モータ制御装置は、前記モータのモータトルクまたは前記モータに流れる電流を検出する第２の検出部を有してもよい。
【００４６】
前記モータ制御装置は、前記目標風量を記憶するメモリを有してもよい。
【００４７】
前記メモリは、複数の風量値を記憶し、前記トルク指令生成部は、前記複数の風量値のうちの１つを前記目標風量として選択してもよい。
【００４８】
前記モータ制御装置は、手動で操作されるスイッチを有し、前記スイッチの操作によって前記複数の風量値のうちの１つを前記目標風量として選択可能に構成されてもよい。
【００４９】
前記モータ制御装置は、前記複数の風量値から前記目標風量を選択する選択信号を受信する通信部を更に有してもよい。
【００５０】
前記モータ制御装置は、前記目標風量を指示する信号を受信する通信部を有してもよい。
【００５１】
前記モータ制御装置は、少なくとも前記トルク指令生成部を有する第１のユニットと、少なくとも前記トルク制御部を有する第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ってもよい。
【００５２】
前記第１のユニットは、前記データ通信によって少なくとも前記トルク指令を前記第２のユニットに送信し、前記第２のユニットは、前記データ通信によって前記モータトルクの情報を含む検出信号を前記第１のユニットに送信してもよい。
【００５３】
また、本発明の他の態様に係るモータ制御装置は、送風機を駆動するモータを制御するモータ制御方法であって、前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を生成する第１のステップを含み、前記第１のステップは、前記目標風量をモータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算するものである。
【００５４】
前記第１のステップは、上記の式（７）によって前記トルク指令を計算してもよい。
【００５５】
前記モータ制御方法は、所定の最小モータトルクおよび最小モータトルクより大きい最大モータトルクを記憶するステップを含み、前記第１のステップは、前記トルク指令を前記最小モータトルクと前記最大モータトルクとの間の範囲内に制限して出力してもよい。
【００５６】
前記モータ制御方法は、前記トルク指令と前記モータトルクとの差が第１の所定の範囲内である場合と、今回得られた前記モータトルクと前回得られたモータトルクとの差が第２の所定の範囲内である場合との少なくともいずれか１つの場合に、前記トルク指令を前回出力したトルク指令と同じ値に設定する第２のステップを含んでもよい。
【００５７】
前記モータ制御方法は、前記モータのモータトルクを取得し、前記モータトルクを前記トルク指令に一致させるように前記モータへの駆動電圧を制御する信号を生成する第３のステップを含んでもよい。
【００５８】
前記モータ制御方法は、前記送風機を前記モータによって１つのモータ速度で駆動させながら前記モータのモータトルクと前記風量とを測定し、得られた前記モータトルクを得られた前記風量に関する多項式に回帰または近似させて前記多項式の係数を求め、得られた前記多項式の係数が前記定数αｎの因数となるように前記定数αｎの値を演算し、前記モータトルクおよび前記風量の測定で用いた前記１つのモータ速度を前記定数βの値としてもよい。
【００５９】
前記モータ制御方法は、前記風量に関する多項式に回帰または近似させて得られた前記多項式の係数を前記定数αｎの値としてもよい。
【００６０】
前記モータ制御方法は、前記風量に関する多項式に回帰または近似させて得られた前記多項式の係数に前記送風機の寸法の変化比率の整数乗を乗算した値を前記定数αｎの値としてもよい。
【００６１】
また、本発明の他の態様に係る送風装置は、送風機と、前記送風機を駆動するモータと、前記モータの駆動を制御するモータ制御装置とを備える送風装置であって、前記モータ制御装置は、前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を前記目標風量および前記モータ速度に基づいて生成するトルク指令生成部と、前記モータのモータトルクを取得し、前記モータトルクを前記トルク指令に一致させるように前記モータへの駆動電圧を制御する信号を生成するトルク制御部と、を備え、前記トルク指令生成部は、前記目標風量を前記モータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算するものである。
【００６２】
前記送風装置は、空調装置に搭載されてもよい。
【００６３】
前記空調装置は、一般家屋、業務用建築物、商業用建築物、クリーンルームおよび業務用空調設備のうちのいずれか１つに備えられてもよい。
【００６４】
前記空調装置は、車、バス、鉄道車両、航空機および船舶のうちのいずれか１つに備えられてもよい。
【００６５】
以下、本発明の一実施形態におけるモータ制御装置およびモータ制御方法について、図面を参照しながら説明する。本実施形態のモータ制御装置において行われる風量一定制御は、圧損条件や静圧の変化によらず風量を目標風量に維持するものである。本実施形態におけるブロワ係数の算出例においては、このような風量一定制御を実現するために必要な送風機固有のブロワ係数を得るために実施される計測実験およびそれに基づく計算について説明する。この計測実験およびそれに基づく計算は、風量一定制御に先立って実施される。なお、これらの実施形態によって本発明が限定されるものではない。
【００６６】
（実施形態）
図１は、本発明に係る一実施形態におけるモータ制御装置が適用された空調装置を示すブロック図である。図１に示されるように、本実施形態における送風装置として構成される空調装置１０１は、送風経路１０２へ空気を送り込む送風機１０４、送風機１０４を駆動するモータ１０５、交流電源１０３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１０５に供給するインバータ１０７、モータ１０５の回転子（図示せず）の位置を検出する位置検出器１０８、モータ１０５の電流を検出する電流検出器１０９、および空調装置１０１の風量を目標風量Ｑ＊に制御するモータ制御装置１１０を備えている。
【００６７】
モータ制御装置１１０は、位置検出器１０８の出力信号からモータ速度ωを検出する速度検出部１１１、電流検出器１０９の出力信号からモータトルクＴを検出するトルク検出部１１２、外部入力された目標風量Ｑ＊を記憶するメモリ１１３、モータ速度ωとメモリ１１３から読み出した目標風量Ｑ＊とに基づいてトルク指令Ｔ＊を生成するトルク指令生成部１１４、モータトルクＴをトルク指令Ｔ＊に追従させるためのインバータへの駆動制御信号を出力するトルク制御部１１５、およびスイッチ１１６を備えている。本実施形態における速度検出部１１１は、第１の変動量であるモータ速度を検出する第１の検出部として機能し、トルク検出部１１２は、第２の変動量であるモータトルクまたはモータ１０５に流れる電流を検出する第２の検出部として機能する。
【００６８】
次に、図１に示す空調装置１０１の動作および構成要素の詳細を説明する。送風機１０４は送風経路１０２を通じて所望の場所へ空気を供給する。送風機１０４は、本実施形態において多翼ファンである。ただし、送風機１０４の構造や形式は特に限定されるものではなく、多翼ファンでなくてもよい。モータ１０５は送風機１０４と結合された状態で回転して、送風機１０４を駆動する。モータ１０５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１０５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、例えば誘導モータや電磁石同期モータでもよい。コンバータ１０６は、交流電源１０３の交流電圧を整流・平滑して、所定の直流電圧に変換する。インバータ１０７は、モータ制御装置１１０から入力される駆動制御信号に従って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１０５に駆動電圧として供給する。ここで、インバータ１０７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１０５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。位置検出器１０８はモータ１０５に取り付けられており、モータ１０５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１０８は不要である。電流検出器１０９は、モータ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１０９を挿入して電流を検出してもよい。
【００６９】
次に、モータ制御装置１１０の動作および構成要素を説明する。
【００７０】
速度検出部１１１は、位置検出器１０８の出力信号に基づいてモータ速度ω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１０５を駆動する場合には、位置検出器１０８の出力信号を用いる代わりに、モータ電流やモータ駆動電圧を用いてモータ速度ωを計算する構成としてもよい。トルク検出部１１２は、電流検出器１０９の出力信号に基づいてモータトルクＴを計算する。ここで、モータトルクＴは、モータ１０５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、速度検出部１１１およびトルク検出部１１２は図１に示されるようにモータ制御装置１１０の内部にある必要はなく、外部に配してもよい。ただし、外部に配する場合は、計算されたモータ速度ωおよびモータトルクＴをモータ制御装置１１０へと入力する構成とする。
【００７１】
メモリ１１３は、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶部である。このＲＯＭには目標風量Ｑ＊が予め記憶されており、トルク指令生成部１１４は後述の演算を行う際に、ＲＯＭから目標風量Ｑ＊を読み出して演算に利用する。記憶される目標風量Ｑ＊は複数あってもよい。この場合、モータ制御装置１１０の外部からの通信入力によって複数の目標風量Ｑ＊から１つを選択する。あるいは、モータ制御装置１１０に設けられたスイッチ１１６を手動で操作することにより、複数の目標風量Ｑ＊から１つを選択するようにしてもよい。
【００７２】
また、必ずしも目標風量Ｑ＊は予めＲＯＭに記憶されている必要はない。モータ制御装置１１０の外部からの通信入力により、目標風量Ｑ＊を適宜モータ制御装置１１０に送信するようにしてもよい。この場合、受信された目標風量Ｑ＊はメモリ１１３内のＲＡＭ等に記憶され、新たな目標風量Ｑ＊が送られてくる都度更新されるようになっている。
【００７３】
外部から通信入力される目標風量Ｑ＊の値は、モータ１０５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Ｑ＊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よいか等によって決定される。すなわち、目標風量Ｑ＊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Ｑ＊は高めに設定されることがある。目標風量Ｑ＊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。
【００７４】
トルク指令生成部１１４は、速度検出部１１１から取得したモータ速度ωとメモリ１１３から読み出した目標風量Ｑ＊とに基づいてトルク指令Ｔ＊を計算し、トルク制御部１１５に出力する。具体的には、目標風量Ｑ＊をモータ速度ωで除した変数の多項式とモータ速度ωの２乗との積としてトルク指令Ｔ＊を計算する。
【００７５】
本実施形態では、特にトルク指令生成部１１４が上記の式（７）によってトルク指令Ｔ＊を計算する。
【００７６】
上記の式（７）は、任意のモータ速度ωに対し風量が目標風量Ｑ＊になるようなモータトルクがＴ＊であるという関係を表す。この関係を特徴づける係数αｎ、βは、送風機の形状や寸法に対し固有の値を持つ。以下、この係数αｎ、βをブロワ係数と呼ぶ。ブロワ係数αｎ、βの値は、風量一定制御での運転に先立って、予め計測実験や計算を実施することにより求められる。この計測実験やそれに基づく計算に関しては、後述する。
【００７７】
トルク制御部１１５は、トルク検出部１１２から取得したモータトルクＴと、トルク指令生成部１１４から取得したトルク指令Ｔ＊との比較結果に基づいて、モータトルクＴをトルク指令Ｔ＊に追従させるためのインバータ１０７への駆動制御信号を出力し、モータ１０５をトルク制御する。
【００７８】
スイッチ１１６は、モータ制御装置１１０に設けられ、手動操作によって、メモリ１１３に記憶されている複数の目標風量Ｑ＊から一つを選択できるようになっている。さらに、手動操作によって、モータ制御装置１１０内の制御ブロック構成を切り替えられるようになっている。
【００７９】
本実施形態におけるモータ制御装置１１０は、スイッチ１１６や外部からの通信入力によって複数のモードに切り替えることができる。複数のモードには、少なくとも風量一定制御モードと、速度制御モードとを含んでいる。風量一定制御モードは、前述のように、ルク検出部１１２から取得したモータトルクＴと、トルク指令生成部１１４から取得したトルク指令Ｔ＊との比較結果に基づいて、モータトルクＴをトルク指令Ｔ＊に追従させるためのインバータ１０７への駆動制御信号を出力し、モータ１０５をトルク制御する制御モードである。また、速度制御モードは、後述する速度制御部が、速度検出部１１１から取得したモータ速度ωとトルク検出部１１２から取得したモータトルクＴとに基づいて駆動制御信号を生成する速度制御モードとを含んでいる。
【００８０】
本実施形態では風量一定制御モードが選択されている。なお、速度制御モードは、トルク指令生成部１１４で使用される式（７）のブロワ係数αｎ、βの値を求めるために実施する計測実験において利用される。なお、スイッチ１１６を用いる代わりに外部からの通信入力によって制御ブロック構成を切り替える構成としてもよい。
【００８１】
以上のように構成されたモータ制御装置１１０について、以下にその動作を、図２を用いて説明する。
【００８２】
図２は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置におけるモータトルク−モータ速度特性を示すグラフである。図２において、曲線２０１は風量が目標風量Ｑ＊になるときのモータトルク−モータ速度特性を示している（以下、「風量一定曲線」と呼ぶ）。曲線２０２および２０３はそれぞれ、送風経路１０２を含む空調システム内の圧損条件に特有のモータトルク−モータ速度特性である（以下「圧損曲線」と呼ぶ）。モータ１０５は、この圧損曲線上で動作できる。
【００８３】
いま、空調システムの圧損条件が圧損曲線２０２で示され、モータ１０５の動作点が点Ｄ０にあると想定する。このとき、動作点Ｄ０は圧損曲線２０２と風量一定曲線２０１との交点にあるため、送風機１０４は目標風量Ｑ＊に等しい風量を供給している。なお、このときのモータトルクはＴ１である。
【００８４】
ここで空調環境が変化し、圧損曲線が２０２から２０３に変化したとする。例えば、送風経路１０２の複数の吐出口に設けられたベントキャップの幾つかが閉じられ、空調すべき部屋数が変わり、空調システムの圧力損失が大きくなったとする。このとき、モータ１０５はトルク制御部１１５によってトルク制御されているため、動作点はモータトルクＴ１を維持しながら新たな圧損曲線２０３上の点Ｃ１に移動する。
【００８５】
動作点が点Ｃ１に移動後、トルク指令生成部１１４は、メモリ１１３から読み出した目標風量Ｑ＊と、速度検出部１１１で検出された現在のモータ速度ω１とを式（７）に代入し、トルク指令Ｔ＊を計算する。このとき計算されるトルク指令Ｔ＊は、現在の動作点Ｃ１と同じモータ速度ω１となる風量一定曲線２０１上の点Ｄ１におけるモータトルクＴ２である。そして、このＴ＊＝Ｔ２がトルク制御部１１５へ出力される。次に、トルク制御部１１５は、このトルク指令Ｔ＊＝Ｔ２とトルク検出部１１２で検出された現在のモータトルクＴ＝Ｔ１との差異に基づいて、インバータ１０７への駆動制御信号を出力し、モータ１０５をトルク制御する。
【００８６】
ここで、トルク制御によって動作点がＣ１からＣ２に移動したとする。この移動先の動作点Ｃ２でも同様にして、トルク指令生成部１１４は、風量一定曲線２０１上で現在のモータ速度ω２となる点Ｄ２でのモータトルクＴ３を、トルク指令Ｔ＊として生成する。そして、トルク制御部１１５が、このトルク指令Ｔ＊＝Ｔ３に従ってトルク制御を行う。これを繰り返すことにより、動作点は点Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５、・・・と移動していき、最終的に、トルク検出部１１２で検出されるモータトルクＴとトルク指令生成部１１４で生成されるトルク指令Ｔ＊とがＴＥで一致する動作点、つまり圧損曲線２０３と風量一定曲線２０１との交点Ｅに落ち着くことになる。このとき、送風機１０４が供給する風量が目標風量Ｑ＊と等しくなり、風量一定制御が達成される。
【００８７】
また、圧損曲線が２０３から２０２に戻った場合には、上述の過程とは逆の方向に向かい、動作点は圧損曲線２０２に沿って移動し、風量一定曲線２０１との交点Ｄ０に戻る。
【００８８】
次に、本実施形態のモータ制御装置１１０における風量一定制御の動作安定化機能および保護機能について述べる。
【００８９】
図３は、本発明に係る一実施形態のモータ制御装置におけるトルク指令生成部１１４の処理を示すフローチャートである。トルク指令生成部１１４は、予め速度検出部１１１で検出されたモータ速度ωとメモリ１１４に記憶されている目標風量Ｑ＊とを取得する。
【００９０】
最初のステップＳ３０１において、トルク指令生成部１１４は、取得したモータ速度ωおよび目標風量Ｑ＊から上述した式（７）によってトルク指令Ｔ＊を計算する。次のステップＳ３０２において、トルク指令生成部１１４は、ステップＳ３０１で計算したトルク指令Ｔ＊が所定の最小モータトルクと所定の最大モータトルクとの間の範囲内であるか否かを判断し、範囲内であればトルク指令Ｔ＊を修正せず、所定の最小モータトルクより小さい場合はトルク指令Ｔ＊を最小モータトルクに修正し、所定の最大モータトルクを超えている場合はトルク指令Ｔ＊を所定の最大モータトルクに修正する。
【００９１】
このステップＳ３０２の効果を説明する。送風経路１０２内の圧力損失が小さい場合など、目標風量Ｑ＊の風量値を得るためにモータ速度ωをそれほど必要としない空調環境がある。このような空調環境においては、モータ速度ωが極低速となる場合がある。この場合、トルク指令生成部１１４によるトルク指令Ｔ＊の計算時において、式（７）のωに小さい値が代入される。このため、モータ制御装置１１０の演算分解能の限界によりトルク指令Ｔ＊が略ゼロとして計算される場合がある。略ゼロのトルク指令Ｔ＊に従ってトルク制御を行うと、モータ１０５が減速する。そして、このようなトルク制御が繰り返されるとトルク指令Ｔ＊がゼロの状態が続き、モータ１０５が停止してしまう。これを回避するために、トルク指令Ｔ＊に下限である最小モータトルクを設け、必ず最小モータトルク以上に制御することにより、モータ１０５の停止を防止できる。
【００９２】
逆に送風経路１０２内の圧力損失が大きい場合では、目標風量Ｑ＊の風量値を得るためにトルク指令Ｔ＊が高い値になる場合がある。この場合、モータ１０５の能力を超える動作を実現しようとして動作が不安定になったり、モータ電流が過大になったりする場合がある。モータ電流が過大になって定格電流値を超えると、モータ巻線の発熱によりモータ１０５が故障したり、効率が著しく低下したりする。また、モータトルクＴの上限を設けないと、送風機１０４に異物が巻き込まれるなどして過負荷状態になっても、モータ１０５がさらにトルクを出そうとして送風機１０４やモータ１０５を含む空調装置１０１を故障させるおそれがある。これを回避するために、トルク指令Ｔ＊に上限である最大モータトルクを設け、必ず最大トルク以下に制御することにより、制御の不安定化や空調装置の故障を防止できる。
【００９３】
次のステップＳ３０３において、トルク指令生成部１１４は、トルク指令Ｔ＊とトルク検出部１１２で検出されたモータトルクＴとの差を計算する。そして、該差が所定の範囲（第１の所定の範囲）外であればトルク指令生成部１１４は、トルク指令Ｔ＊をそのまま出力する。一方、該差が所定の範囲内である場合は、トルク指令生成部１１４は、モータトルクＴの変化が僅かであると判断して、トルク指令Ｔ＊をトルク指令生成部１１４が前回出力したトルク指令Ｔ＊ｐｒｅｖと同じ値に修正する。そして、トルク指令生成部１１４は、この修正されたトルク指令Ｔｐｒｅｖ＊をトルク制御部１１５に出力する。
【００９４】
このステップＳ３０３の効果を説明する。仮にステップＳ３０３を行わず、僅かなモータトルクＴの変化によってもトルク指令Ｔ＊を変化させるようにすると、モータトルクＴの変化にトルク指令Ｔ＊が追従しようとして振動し、空調装置１０１の供給する風量がいつまでも目標風量Ｑ＊の風量値を行ったり戻ったりして安定に収束しない。これを回避するために、本実施形態においては、上記所定の範囲によってトルク検出の不感帯を設けている。これにより、収束点付近でトルク指令Ｔ＊が振動するのを防止し、風量を安定に目標風量Ｑ＊に収束させることができる。
【００９５】
なお、このステップＳ３０３において、トルク指令Ｔ＊とモータトルクＴとの差が第１の所定の範囲内にあるか否かを判定する代わりに、今回得られたモータトルクＴと前回得られたモータトルクＴとの差が第２の所定の範囲内にあるか否かを判定することによりトルク指令Ｔ＊を変更するか否かを決定してもよい。
【００９６】
以上のように、本実施形態のモータ制御装置１１０は、送風機１０４が供給する風量を目標風量Ｑ＊に一致させるトルク指令Ｔ＊を目標風量Ｑ＊およびモータ速度ωに基づいて計算するトルク指令生成部１１４と、モータトルクＴをトルク指令Ｔ＊に一致させるようにインバータ１０７への駆動制御信号を出力するトルク制御部１１５と、を備えた構成である。
【００９７】
このように構成することにより、圧損条件や静圧が変化しても、目標風量Ｑ＊を達成するモータトルクＴを自動的に探索しながらモータ１０５を制御するため、圧損条件や静圧の変化によらず精度よく風量一定制御を行うことができる。
【００９８】
（ブロワ係数の算出例１）
上述した実施形態における風量一定制御では、トルク指令Ｔ＊を式（７）によって計算している。式（７）におけるブロワ係数αｎ、βの値は送風機の形状や寸法ごとに異なり、風量一定制御での運転に先立って予め計測実験と計算を実施することにより求められる。以下、ブロワ係数αｎ、βの値を求める計測実験およびそれに基づく計算例について説明する。
【００９９】
図４は本発明に係る一実施形態のモータ制御装置においてブロワ係数を算出するため構成を示すブロック図である。図４は、図１に示す実施形態における空調装置１０１を送風経路１０２から取り外し、風洞実験設備４２０に接続した構成である。
【０１００】
ブロワ係数を算出する際には、図１におけるモータ制御装置１１０は、速度制御モードを実行するモータ制御装置４１０に設定が切り替えられている。したがって、図４の例においては、速度制御モードで動作するモータ制御装置４１０として、速度検出部１１１、トルク検出部１１２、メモリ１１３および速度制御部４１５を備えた構成が示されている。
【０１０１】
速度制御部４１５は、外部から速度指令ω＊を受信し、モータ速度ωを該速度指令ω＊に追従させるような駆動制御信号をインバータ１０７へ出力することにより、モータ１０５を速度制御する。
【０１０２】
メモリ１１３は、ＲＡＭやＲＯＭ等からなる記憶部である。後述の計測実験と計算から求めたブロワ係数値とを記憶させることができる。
【０１０３】
空調装置４０１におけるその他の構成要素は風量一定制御の上記実施形態と同じであり、同じ構成要素の動作の説明は省略する。
【０１０４】
風洞実験設備４２０は、実際の空調システムの環境を再現、模擬する装置である。風洞実験設備４２０は、送風機１０４に接続される第１のチャンバー４２５と、第１のチャンバー４２５の先端に設けられたノズル４２１と、ノズル４２１を介して第１のチャンバー４２５に接続された第２のチャンバー４２６と、第２のチャンバー４２６の先端に接続された補助ブロア４２２と、第１のチャンバー４２３内の静圧を計測する静圧計測器４２７と、ノズル４２１の前後における両チャンバー４２５，４２６内の圧力差に基づいて風量を計測する風量計測器４２８とを備えている。
【０１０５】
風洞実験設備４２０は、ノズル４２１の開閉および補助ブロア４２２の回転数調整によって、ノズル４２１前後の圧力差を調整できる。また、第１チャンバー４２５および第２チャンバー４２６内にはそれぞれ整流グリル４２３，４２４が設けられ、これらは空気の流れを整流する役割を有する。静圧計測器４２７は、第１のチャンバー４２５内の圧力と大気圧との圧力差によって静圧を計測し、風量計測器４２８はノズル４２１前後の圧力差に基づいて風量を計測する。なお、風洞実験設備４２０の構成は上記に限定されるものではなく、静圧および風量を調整および計測できる構成であればよい。
【０１０６】
図５は、本発明に係る一実施形態のモータ制御装置においてブロワ係数を算出するための実施手順を示すフローチャートである。
【０１０７】
最初のステップＳ５０１において、図４に示されるように空調装置４０１を風洞実験設備４２０に接続する。
【０１０８】
次のステップＳ５０２において、スイッチ１１６の手動操作や通信入力によって、モータ制御装置４０１の制御ブロック構成を図４に示されるように速度制御モードに設定する。
【０１０９】
次のステップＳ５０３において、１つの速度値に定められた速度指令ω＊をモータ制御装置４１０に入力し、送風機１０４を当該１つの速度で一定の速度制御を行う。そして、速度一定のまま幾つかの異なる静圧状態を作り出し、このときの風量とモータトルクとを計測する。静圧の調整は、風洞実験設備４２０におけるノズル４２１の開閉および補助ブロア４２２の回転数調整によって行う。静圧の計測は静圧計測器４２７によって行う。風量の計測は、風量計測器４２８で観測されるノズル前後の圧力差を温度等で補正計算することによって行う。下記表１はこの計測実験で用いたモータ速度［ｍｉｎ−１］、計測されたモータトルク［Ｎ・ｍ］および風量［ｍ３／ｍｉｎ］の一例である。
【０１１０】
【表１】
2014024359.tif 000037
【０１１１】
次のステップＳ５０４において、計測したデータを式（３）に回帰して、係数Ｋｎの値からブロワ係数αｎの値を決定する。本実施形態では回帰式の次数を２とする。この場合、回帰式は式（３）でｉ＝２として得られる下記の式（８）の２次多項式になる。
【０１１２】
【数８】
2014024359.tif 000038
【０１１３】
ここで、ＴＳは計測したモータトルク、ＱＳは計測した風量、Ｋ２、Ｋ１、Ｋ０は回帰式の係数を表す定数である。
【０１１４】
この係数Ｋ２、Ｋ１、Ｋ０の値がブロワ係数αｎ（ｎ＝０，１，２）となる。また、ステップＳ５０３の計測で用いたモータ速度がブロワ係数βの値となる。下記表２は、表１の計測データを最小二乗法により式（８）に回帰した場合に得られるブロワ係数αｎ（ｎ＝０，１，２）およびβの値である。また、図６は、表１の計測データおよびその回帰曲線をプロットした風量−モータトルク特性を示すグラフである。
【０１１５】
【表２】
2014024359.tif 000039
【０１１６】
次のステップＳ５０５において、得られたブロワ係数αｎ、βの値が通信入力等の手段によってメモリ１１３に記憶される。
【０１１７】
次のステップ５０６において、スイッチ１１６の手動操作や通信入力によってモータ制御装置４１０を速度制御モードから風量一定制御モードに切り替え、試験運転のためのブロック構成にする。図７は、本発明に係る一実施形態のモータ制御装置においてブロワ係数を算出する際の試験運転のための構成の一例を示すブロック図である。図７における空調装置１０１およびモータ制御装置１１０の構成は図１に示す風量一定制御時の構成と同じである。すなわち、図１における空調装置１０１を風洞実験設備４２０に接続した状態にする。
【０１１８】
最後のステップＳ５０７において、モータ制御装置１１０に幾つかの目標風量Ｑ＊を入力して、風量一定制御モードにおける試験運転を実施する。そして、計測される風量が目標風量Ｑ＊と正常に一致しているかを確認する。
【０１１９】
風量一定制御中、トルク指令生成部１１４はメモリ１１３から係数αｎ、βの値を読み出してトルク指令Ｔ＊の計算に使用する。ただし、必ずしもブロワ係数αｎ、βの値はＲＯＭに記憶されている必要はなく、モータ制御装置１１０の外部からの通信入力によりモータ制御装置１１０に送信するようにしてもよい。この場合、受信されたαｎ、βの値はメモリ１１３内のＲＡＭ等に記憶されるようにしてもよい。
【０１２０】
以上のように、上記のような演算手順によれば、１つのモータ速度でデータ計測を行えばブロワ係数の値を求めることができる。このため、特許文献１に示されている従来の技術のようにモータ速度を変えながら計測を行う必要がなく、少ない実験工数によっても風量一定制御を実現することができる。
【０１２１】
なお、トルク指令Ｔ＊の計算式は式（７）に限られない。すなわち、目標風量Ｑ＊をモータ速度ωで除した変数の多項式とモータ速度ωの２乗との積としてトルク指令Ｔ＊を計算する計算式であれば、ブロワ係数算出の際に本実施形態と同じ作用および効果が得られる。例えば、トルク指令Ｔ＊の計算式を下記の式（９）としてもよい。
【０１２２】
【数９】
2014024359.tif 000040
【０１２３】
ここで、Ｔ＊はトルク指令、ωはモータ速度、Ｑ＊は目標風量、ｉは０以上の整数で有限値、γｎは送風機固有のブロワ特性を表すブロワ係数（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）である。
【０１２４】
この場合、式（９）においてγｎを下記の式（１０）に示すように定義すれば、式（９）は、結局、式（７）と同じになる。
【０１２５】
【数１０】
2014024359.tif 000041
【０１２６】
よって、この場合も計測データの回帰式である式（３）の係数Ｋｎ＝αｎと計測時のモータ速度ωＳ＝βとから直ちにブロワ係数γｎの値が求められる。すなわち、この場合も１つのモータ速度でデータ計測を行えば風量一定制御を実現できるブロワ係数の値を求めることができる。
【０１２７】
以上のように、本実施形態におけるモータ制御装置およびその制御方法は、目標風量をモータ速度で除した変数の多項式と、モータ速度の２乗との積としてトルク指令を計算する手段を備えている。すなわち、本実施形態におけるモータ制御装置およびその制御方法においては、目標風量から一義的に導出されるトルク指令を用いて風量一定制御が行われる。このため、１つのモータ速度でデータ計測を行えばすべてのモータ速度に適用可能なブロワ係数の値を求めることができる。したがって、少ない実験工数によっても風量一定制御を実現することができる。
【０１２８】
（ブロワ係数の算出例２）
上述したように、ブロワ特性を計測実験により取得することによって、ブロワ係数αｎ、βの値を算出することができる。ただし、予めαｎ、βの値が分かっている送風機と同様の構造を持つ送風機については、必ずしも上述の計測実験を行わなくともαｎ、βの値を求めることが可能な場合がある。その場合のブロワ係数αｎ、βの算出例について以下で説明する。
【０１２９】
まず、ブロワ係数αｎ、βの値が既知の送風機Ａと、未知の送風機Ｂを用意する。そして、送風機Ａと送風機Ｂとの寸法比を計算する。本例においては、送風機Ｂの羽根車外径が送風機ＡのＤ倍であるとする。そして、寸法比とモータトルクとの関係、寸法比と風量との関係を用いてブロワ係数αｎ、βの値を求める。
【０１３０】
一般的に、送風機において、送風機の回転速度が同じであれば、送風機を駆動するモータトルクは羽根車外径の５乗に比例し、風量は羽根車外径の３乗に比例する関係がある。よって、下記の式（１１）および式（１２）が成り立つ。
【０１３１】
【数１１】
2014024359.tif 000042
【０１３２】
【数１２】
2014024359.tif 000043
【０１３３】
ここで、ＴＡは送風機Ａを駆動するモータトルク、ＴＢは送風機Ｂを駆動するモータトルク、ＱＡは送風機Ａの風量、ＱＢは送風機Ｂの風量、Ｄは羽根車外径の寸法比である。
【０１３４】
また、送風機Ａのトルク指令計算式が下記の式（１３）で表されるとする。
【０１３５】
【数１３】
2014024359.tif 000044
【０１３６】
ここで、ＴＡ＊はトルク指令、ωはモータ速度、ＱＡ＊は目標風量、αＡｎ（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）とβは定数である。
【０１３７】
上記の式（１３）に対し式（１１）および式（１２）を適用することにより、送風機Ｂのトルク指令ＴＢ＊は下記の式（１４）で表すことができる。
【０１３８】
【数１４】
2014024359.tif 000045
【０１３９】
ここで、ＴＢ＊はトルク指令、ωはモータ速度、ＱＢ＊は目標風量、αＢｎ（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）とβは定数、Ｄは羽根車外径の寸法比である。
【０１４０】
したがって、既知のブロワ係数αＡｎに羽根車外径の寸法比Ｄの（５−３ｎ）乗（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）を乗算することにより、未知のブロワ係数αＢｎの値を決定することができる。下記表３は、表２のブロワ係数値を有する送風機Ａと同構造を有し、１．２倍の羽根車外径を有する送風機Ｂにおけるブロワ係数値である。
【０１４１】
【表３】
2014024359.tif 000046
【０１４２】
以上のように、ブロワ係数値の本算出例によれば、ブロワ係数値が既知の送風機と同様の構造を持つ他の送風機については、両送風機の寸法比を用いてブロワ係数値を求めることができる。したがって、本例によれば、計測実験を行うことなくブロワ係数を算出することができる。
【０１４３】
（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。
【０１４４】
図８は、本発明に係る実施形態におけるモータ制御装置の変形例を示すブロック図である。図１に示す実施形態においては、トルク制御部１１５、速度検出部１１１およびトルク検出部１１２が、トルク指令生成部１１４と同じモータ制御装置１１０内に構成されている。本変形例においては、この代わりに、図８に示す構成を備えている。
【０１４５】
すなわち、本変形例におけるモータ制御装置は、少なくともトルク指令生成部１１４を含む第１のユニット８１０と、少なくともトルク制御部１１５、速度検出部１１１およびトルク検出部１１２を含む第２のユニット８１１と、第１のユニット８１０と第２のユニット８１１との間でデータ通信を行う通信部８１２とを備えている。
【０１４６】
図８に示すように、第１のユニット８１０と第２のユニット８１１とは、例えばＲＳ２３２Ｃ規格の通信ケーブルなどにより構成される通信部８１２によって相互に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８１１における速度検出部１１１で検出されたモータ速度ωおよびトルク検出部１１２で検出されたモータトルクＴは、通信部８１２を介して第１のユニット８１０に送られる。それらのデータを使用して第１のユニット８１０はトルク指令Ｔ＊を演算し、通信部８１２を介して第２のユニット８１１におけるトルク制御部１１５に送る。トルク制御部１１５は、受信したトルク指令Ｔ＊に従ってインバータ１０７へ駆動制御信号を出力し、モータ１０５をトルク制御する。
【０１４７】
上記図８に示すような変形例の構成によっても、上記実施形態と同様の作用および効果が得られる。
【０１４８】
なお、以上の説明は本発明に係るモータ制御装置を有する送風装置が一般家屋に適用された場合の例について主に説明したが、一般家屋の他にも、例えばビルなどの業務用または商業用建築物、クリーンルームなどの業務用空調設備、車、バス、鉄道車両、航空機、船舶等の移動体に適用することも可能である。
【０１４９】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【０１５０】
本発明は、圧損条件や静圧の変化によらず風量一定制御を行うためのモータ制御装置に有用であり、一般家屋、業務用建築物、商業用建築物、車両等の空調設備として有用である。
【符号の説明】
【０１５１】
１０１、４０１  空調装置（送風装置）
１０２  送風経路
１０３  交流電源
１０４  送風機
１０５  モータ
１０６  コンバータ
１０７  インバータ
１０８  位置検出器
１０９  電流検出器
１１０、４１０  モータ制御装置
１１１  速度検出器
１１２  トルク検出器
１１３  メモリ
１１４  トルク指令生成部
１１５  トルク制御部
１１６  スイッチ
４１５  速度制御部
４２０  風洞実験設備
４２１  ノズル
４２２  補助ブロア
４２３、４２４  整流グリル
４２５、４２６  チャンバー
４２７  静圧計測器
４２８  風量計測器
８１０  第１のユニット
８１１  第２のユニット
８１２  通信部
【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】
送風機を駆動するモータを制御するモータ制御装置であって、
前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を生成するトルク指令生成部を備え、
前記トルク指令生成部は、前記目標風量を前記モータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算する、モータ制御装置。
【請求項２】
前記トルク指令生成部は、以下の式によって前記トルク指令を計算する、請求項１に記載のモータ制御装置。
【数１】
2014024359.tif 000047
ここで、Ｔ＊はトルク指令、ωはモータ速度、Ｑ＊は目標風量、ｉは０以上の整数で有限値、αｎ（ｎ＝０，１，２，・・，ｉ）およびβは定数である。
【請求項３】
送風機を駆動するモータを制御するモータ制御方法であって、
前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を生成する第１のステップを含み、
前記第１のステップは、前記目標風量をモータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算する、モータ制御方法。
【請求項４】
前記第１のステップは、下記の式によって前記トルク指令を計算する、請求項３に記載のモータ制御方法。
【数２】
2014024359.tif 000048
ここで、Ｔ＊はトルク指令、ωはモータ速度、Ｑ＊は目標風量、ｉは０以上の整数で有限値、αｎ（ｎ＝０，１，２，・・，ｉ）およびβは定数である。
【請求項５】
前記送風機を前記モータによって１つのモータ速度で駆動させながら前記モータのモータトルクと前記風量とを測定し、
得られた前記モータトルクを得られた前記風量に関する多項式に回帰または近似させて前記多項式の係数を求め、
得られた前記多項式の係数が前記定数αｎの因数となるように前記定数αｎの値を演算し、
前記モータトルクおよび前記風量の測定で用いた前記１つのモータ速度を前記定数βの値とする、請求項３に記載のモータ制御方法。
【請求項６】
前記風量に関する多項式に回帰または近似させて得られた前記多項式の係数を前記定数αｎの値とする、請求項５に記載のモータ制御方法。
【請求項７】
前記風量に関する多項式に回帰または近似させて得られた前記多項式の係数に前記送風機の寸法の変化比率の整数乗を乗算した値を前記定数αｎの値とする、請求項５に記載のモータ制御方法。
【請求項８】
送風機と、前記送風機を駆動するモータと、前記モータの駆動を制御するモータ制御装置とを備える送風装置であって、
前記モータ制御装置は、
前記モータのモータ速度を取得し、前記送風機が供給する風量を目標風量に一致させるトルク指令を前記目標風量および前記モータ速度に基づいて生成するトルク指令生成部と、
前記モータのモータトルクを取得し、前記モータトルクを前記トルク指令に一致させるように前記モータへの駆動電圧を制御する信号を生成するトルク制御部と、を備え、
前記トルク指令生成部は、前記目標風量を前記モータ速度で除した変数の多項式と前記モータ速度の２乗との積として前記トルク指令を計算する、送風装置。
【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】
2014024359.tif 000049
【図２】
2014024359.tif 000050
【図３】
2014024359.tif 000051
【図４】
2014024359.tif 000052
【図５】
2014024359.tif 000053
【図６】
2014024359.tif 000054
【図７】
2014024359.tif 000055
【図８】
2014024359.tif 000056
【国際調査報告】
2014024359.tif 000057
2014024359.tif 000058
2014024359.tif 000059
2014024359.tif 000060