(57)【要約】  本発明のモータ制御装置(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、送風機(１０４)が供給する風量(Ｑ)を計算する風量計算部(１１３)と、風量(Ｑ)に対する目標風量(Ｑ＊)の比率の２乗をモータトルク（Ｔ）に乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果をトルク指令（Ｔ＊）として生成するトルク指令生成部（１１４）と、を備える。
2014041720.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およびモータトルクを取得し、
前記モータ速度および前記モータトルクに基づいて前記送風機の風量を計算する風量計算部と、
前記風量に対する目標風量の比率の２乗を前記モータトルクに乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果を利用してトルク指令を生成するトルク指令生成部と、
を備えたモータ制御装置。
【請求項２】
前記トルク指令に前記モータトルクを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更に有する、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
最小トルクおよび最大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トルクと前記最大トルクの範囲内に制限する、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
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の所定の範囲外である場合には、前記トルク指令と前記モータトルクとの差が前記第１の所定の範囲内に収まるように前記トルク指令を修正する、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
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２の所定の範囲内である場合と、今回得られたモータトルクと前回得られたモータトルクとの差が前記第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する、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記モータ速度は、前記モータ速度を検出する第１の検出部から当該モータ速度を示す第１の検出信号が入力されることにより取得される、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータトルクは、前記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の検出部から当該モータトルクまたは当該モータに流れる電流が入力されることにより取得される、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項８】
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およびモータトルクを取得することと、
取得した前記モータ速度および前記モータトルクに基づいて前記送風機の風量を計算することと、
前記風量に対する目標風量の比率の２乗を前記モータトルクに乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果を利用してトルク指令を生成することと、
を含むモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ制御装置及びモータ制御方法に関し、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。【０００４】
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。【０００５】
【数１】
2014041720.tif 000003
【０００６】
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。【０００７】
【数２】
2014041720.tif 000004
【０００８】
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と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であるという関係の式である。【０００９】
特許文献１記載のモータ制御装置による風量一定制御について、以下、図６を用いて説明する。図６は、従来技術によるモータ制御装置による風量一定制御を説明する図である。【００１０】
図６において、曲線６０１は風量が目標風量Ｑ＊になるトルク−速度特性を示している（以下、「風量一定曲線」と呼ぶ）。曲線６０２は、モータが取り付けられる圧損条件に特有のモータのトルク−速度特性を示す（以下、「圧損曲線」と呼ぶ）。いま、モータの動作点が圧損曲線６０２上の点Ａ１にあると想定する。このとき、式（２）によって計算される目標モータ速度Ｓａは、現在の動作点Ａ１と同じモータトルクＴ１を得る風量一定曲線６０１上の点Ｂ１におけるモータ速度Ｓａ１である。そして、式（１）によって現在の動作点Ａ１のモータ速度Ｓ１から上記Ｓａ１を引いた差分（図６中ΔＳで示す）のゲインＫ倍をモータ速度Ｓ１に加えた結果が、モータの指示速度Ｓ＊（図示せず）として出力される。そして、この指示速度Ｓ＊に従ってモータ速度が制御されることにより、動作点が移動する。【００１１】
移動先の動作点でも同様に式（２）と式（１）とによって新たな指示速度Ｓ＊が計算される。これを繰り返すことにより、動作点は図６のＡ２、Ａ３と移動していき、最終的にモータ速度Ｓと目標モータ速度Ｓａの差分がゼロになる動作点、つまり圧損曲線６０２と風量一定曲線６０１の交点Ｅに落ち着くことになる。【００１２】
特許文献１記載のモータ制御装置は、以上のようにモータトルクおよび目標風量を用いて、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ことにより、圧損条件や静圧の変化によらない風量一定制御を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【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】
【００１４】
特許文献１に示されている従来の技術では、モータ速度がどのような変化過程を経て収束するかは、式（１）のゲインＫの値によって変わってくる。例えば、ゲインＫの値が小さい場合、計算周期に対して指示速度Ｓ＊の変化が小さいため、収束に至るまでに時間がかかる。一方、ゲインＫの値が大きい場合、計算される指示速度Ｓ＊の変化が大きくなり、図６における収束点Ｅを行ったり戻ったりして、速度が安定に収束しない。このようなことがないように、ゲインＫの値を変えながら実験を行い、最適値を求める。【００１５】
しかしながら、ゲインＫの最適値は空調システムの圧損条件によって変化する。ある圧損条件においては安定制御を行えるゲインＫを用いても、フィルタの目詰まりやベントキャップの開閉によって変化した圧損条件のもとでは、ゲイン過剰となって動作点が安定に収束しない場合がある。このため、使用する圧損条件の変化を想定して、不安定になりやすい動作領域でも安定に送風機が動作できるように、ゲインＫを十分小さい値にすることが望まれる。【００１６】
しかし、ゲインＫの値が小さいと収束に至るまでに時間がかかるため、目標風量を変化させたり、圧損条件が変わったりした場合、再び目標風量に収束するまでに長い時間がかかる課題があった。【００１７】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、送風機の風量を目標風量に向けて高速に追従させ、且つ安定に収束させるモータ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】
【００１８】
上記目的を達成するための本発明のある態様(aspect)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およびモータトルクを取得し、前記モータのモータ速度およびモータトルクに基づいて送風機の風量を計算する風量計算部と、風量に対する目標風量の比率の２乗をモータトルクに乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果をトルク指令として生成するトルク指令生成部とを備えている。【００１９】
また、本発明の他の形態(aspect)のモータ制御方法は、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およびモータトルクを取得することと、取得した前記モータ速度および前記モータトルクに基づいて前記送風機の風量を計算することと、前記風量に対する目標風量の比率の２乗を前記モータトルクに乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果を利用してトルク指令を生成することと、を含んでいる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のモータ制御装置及びモータ制御方法によれば、目標風量を達成するモータトルクに等しいトルク指令に従ってモータを制御することによって、風量を目標風量に向けて高速に追従させ、且つ安定に収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置を具備したモータ制御システムの構成例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におけるトルク指令生成部１１５の処理例を示すフローチャートである。
【図３】図３は図２における修正ステップスの処理例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におけるトルク−風量特性を説明する図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態１における圧損条件変化時のトルク−風量特性を説明する図である。
【図６】図６は従来技術によるモータ制御装置による風量一定制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（本発明の着眼点）
本件出願に係る発明者等は、風量を目標風量に向けて高速に追従させ、且つ安定に収束させるために、流体力学における流れの相似性（Similarity of flows）から導出される法則として、一般にファンやブロア等の送風機において一定の圧損条件のもとでは風量は回転速度に比例する法則と、軸トルクが回転速度の２乗に比例する法則とに着眼した。なお、これらの法則は、送風機以外の一般の流体機械においても成立する。ここで、送風機とモータとの軸が振れたり又は該軸がずれたりせずに結合されているならば、送風機の回転速度はモータ速度に等しく、送風機の軸トルクはモータトルクに等しいとみなせる。したがって、以上の流れの相似性から導出される２つの法則は、風量はモータ速度に比例する法則と、モータトルクはモータ速度の２乗に比例する法則とみなすことができる。そして、これらのみなし法則によって、風量に対する目標風量の比率の２乗はモータトルクに対する目標風量の風量値を実現するモータトルクの比率に等しいという関係が成り立つので、風量に対する目標風量の比率の２乗をモータトルクに乗算した結果（風量に対する目標風量の比率の２乗とモータトルクとの積）をトルク指令とすることした。これにより、圧損条件の変化により目標風量が大きく変化しても、トルク指令が速やかに新たな目標風量を実現するモータトルクの値に変化するので、風量を目標風量に向けて高速に追従させることが可能となる。
【００２３】
また、モータはトルク制御されるため、急峻な過渡状態時を除けばトルク指令とモータトルクは略等しくなるので、風量に対する目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果（風量に対する目標風量の比率の２乗と前回出力したトルク指令との積）をトルク指令としてもよい。
【００２４】
具体的には、本件出願に係る第１の発明のモータ制御装置は、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およびモータトルクを取得し、モータ速度およびモータトルクに基づいて送風機の風量を計算する風量計算部と、風量に対する目標風量の比率の２乗をモータトルクに乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果をトルク指令として生成するトルク指令生成部とを備えている。
【００２５】
この構成によって、上記トルク指令生成部は目標風量を達成するモータトルクに等しいトルク指令を生成することができる。
【００２６】
また、本件出願に係る第２の発明は、第１の発明において、前記トルク指令に前記モータトルクを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更に有する、モータ制御装置である。
【００２７】
また、本件出願に係る第３の発明は、第１の発明において、最小トルクおよび最大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トルクと前記最大トルクの範囲内に制限する、モータ制御装置である。
【００２８】
また、本件出願に係る第４の発明は、第１の発明において、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の所定の範囲外である場合には、前記トルク指令と前記モータトルクとの差が前記第１の所定の範囲内に収まるように前記トルク指令を修正する、モータ制御装置である。
【００２９】
また、本件出願に係る第５の発明は、第１の発明において、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２の所定の範囲内である場合と、今回得られたモータトルクと前回得られたモータトルクとの差が前記第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する、モータ制御装置である。
【００３０】
また、本件出願に係る第６の発明は、第１の発明において、前記モータ速度は、前記モータ速度を検出する第１の検出部から当該モータ速度を示す第１の検出信号が入力されることにより取得される、モータ制御装置である。
【００３１】
また、本件出願に係る第７の発明は、第１の発明において、前記モータトルクは、前記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の検出部から当該モータトルクまたは当該モータに流れる電流が入力されることにより取得される、モータ制御装置である。
【００３２】
また、本件出願に係る第８の発明は、送風機を駆動するモータを制御するモータ制御方法において、前記モータのモータ速度およびモータトルクを取得することと、取得した前記モータ速度および前記モータトルクに基づいて前記送風機の風量を計算することと、前記風量に対する目標風量の比率の２乗を前記モータトルクに乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果を利用してトルク指令を生成することと、を含むモータ制御方法である。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置を具備したモータ制御システムの構成例を示すブロック図である。図１のモータ制御システムは、空調装置１０１と、空調装置１０１により供給される空気が通る送風経路１０２と、交流電源１０３と、送風機１０４と、送風機１０４を駆動するモータ１０５と、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と、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と、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と、モータ１０５の電流を検出する電流検出器１０９と、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とを含む。
【００３５】
空調装置１０１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と、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と、送風機１０４の供給する風量Ｑを計算する風量計算部１１３と、外部入力された目標風量Ｑ＊を記憶するメモリ１１４と、風量計算部１１３が計算した風量Ｑとメモリ１１４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１１５と、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１１６と、スイッチ１１７とを含む。ここで、速度検出部１１１は、公知の他の手段（例えば、回転計、速度センサ等）を用いてモータ速度ωを検出してもよい。また、トルク検出部１１２は、公知の他の手段（例えば、トルクメータ等）を用いてモータトルクＴを検出してもよい。
【００３６】
次に、図１の動作と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、本実施の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良い。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、本実施の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良い。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。しかし、検出した電流からモータトルクを推定できれば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への直流ラインに挿入して電流を検出しても良い。
【００３７】
モータ制御装置１１０の動作および構成要素を説明する。
【００３８】
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でモータ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良い。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良い。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軸電流でも良い。また、速度検出部１１１とトルク検出部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、外部に配しても良い。ただし、外部に配する場合は、計算されたモータ速度ωないしモータトルクＴをモータ制御装置１１０へと入力する構成とする。
【００３９】
風量計算部１１３は、速度検出部１１１から入力したモータ速度ωと、トルク検出部１１２から入力したモータトルクＴとに基づいて、送風機１０４の供給する風量Ｑを計算する。計算手段は特に限定されるものではないが、本実施の形態では、下記の式（３）によって風量Ｑを計算する。
【００４０】
【数３】
2014041720.tif 000005
【００４１】
ここで、ωはモータ速度、Ｔはモータトルク、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。
【００４２】
上記の式（３）は、任意のモータ速度ωと任意のモータトルクＴに対して、風量がＱにな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、予め計測実験を実施することにより求められる。
【００４３】
以下、この計測実験および式（３）の導出について説明する。
【００４４】
まず、送風機を一定モータ速度ωＳで駆動させながら、送風機が設置されている環境の静圧を変化させる。そして、このときの風量ＱＳとモータトルクＴＳの関係を下記の多項式（４）に回帰する。
【００４５】
【数４】
2014041720.tif 000006
【００４６】
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。
【００４７】
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、一定の圧損条件のもとでは風量は回転速度に比例する法則と、軸トルクは回転速度の２乗に比例する法則とが導出される。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、送風機とモータとの軸がぶれたり又は当該軸がずれたりせずに結合されているならば、送風機の回転速度はモータ速度に等しく、送風機の軸トルクはモータトルクに等しいとみなせる。よって、以上の流れの相似性により導出された２つの法則は、風量はモータ速度に比例する法則と、モータトルクはモータ速度の２乗に比例する法則とみなすことができる。以上により、下記の式（５）および式（６）が成り立つ。
【００４８】
【数５】
2014041720.tif 000007
【００４９】
【数６】
2014041720.tif 000008
【００５０】
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、風量がモータ速度の変化率（ω／ωＳ）と同じ比率でＱＳからＱに変化し、同時に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に変化するという関係を表す。ここで、式（５）および式（６）を式（４）に適用すると、下記の式（７）が導出される。
【００５１】
【数７】
2014041720.tif 000009
【００５２】
ここで、Ｑは風量、ωはモータ速度、Ｔはモータトルク、ｉは０以上の整数で式（４）の次数と同じ有限値、Ｋｎは式（４）の係数と同じ定数（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）、ωＳは式（４）を得る際の特定のモータ速度である。
【００５３】
上記の式（７）において、定数Ｋｎ、ωＳをそれぞれαｎ、βで置き換えると、式（３）が導出される。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て、その計測結果を式（４）に回帰すれば、ＫｎとωＳとからただちにブロワ係数αｎ、βの値を決定できる。
【００５４】
以上、風量計算部１１３における風量計算式（３）の根拠およびブロワ係数αｎ、βを求める計測実験について説明した。
【００５５】
メモリ１１４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１１５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＊は複数あっても良い。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１１７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良い。
【００５６】
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良い。この場合、受信された目標風量Ｑ＊はメモリ１１４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。
【００５７】
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良いか等によって決定される。また目標風量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。
【００５８】
トルク指令生成部１１５は、風量計算部１１３が計算した風量Ｑとメモリ１１４から読み出した目標風量Ｑ＊とに基づいて、モータ１０５のトルクを指示するトルク指令Ｔ＊を生成する。
【００５９】
図２は、トルク指令生成部１１５の処理例を示すフローチャートである。トルク指令Ｔ＊の生成は、最初の計算ステップＳ２０１とその次の修正ステップス（ステップＳ３０１からＳ３０３）の２段階で行われる。
【００６０】
最初の計算ステップＳ２０１は、下記の式（８）を用いてトルク指令Ｔ＊を計算する。
【００６１】
【数８】
2014041720.tif 000010
【００６２】
ここで、Ｑ＊は目標風量、Ｑは風量、Ｔはモータトルクである。
【００６３】
上記の式（８）の導出および根拠について述べる。式（８）は流れの相似性に基づいて下記のように導出される。
【００６４】
まず、流れの相似性より導かれる上記の式（５）および式（６）とから（ω／ωＳ）を消去して下記の式（９）を導く。
【００６５】
【数９】
2014041720.tif 000011
【００６６】
この式（９）は、送風機の風量がＱＳからＱに変化したとき、モータトルクが風量の変化率（Ｑ／ＱＳ）の２乗の比率でＴＳからＴに変化するという関係を表す。ここで、ＴＳをトルク指令Ｔ＊に、ＱＳを目標風量Ｑ＊にそれぞれ置き換えて変形すれば、上記の式（８）が得られる。
【００６７】
式（８）を用いることによる作用および効果を述べる。式（８）によって計算されるトルク指令Ｔ＊の値は、目標風量Ｑ＊を達成するモータトルクである。つまり、式（８）で計算されるトルク指令Ｔ＊でモータをトルク制御することにより、風量Ｑが目標風量Ｑ＊に等しくなる。このため、式（８）を用いてトルク制御することにより、迅速に目標風量Ｑ＊を得ることができる。
【００６８】
次に、図２の修正ステップス（ステップＳ３０１からＳ３０３）について説明する。図３は、本実施の形態の図２における修正ステップスの処理例を示すフローチャートである。
【００６９】
ステップＳ３０１は、ステップＳ２０１で計算されたトルク指令Ｔ＊が所定の最小トルクと所定の最大トルク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、所定の最小トルクより小さい場合はトルク指令Ｔ＊を所定の最小トルクに修正し、所定の最大トルクを超えている場合はトルク指令Ｔ＊を所定の最大トルクに修正する。
【００７０】
このステップＳ３０１の効果を説明する。
【００７１】
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。この場合に、風量計算部１１３が風量Ｑを計算する際、式（７）のωに小さい値が代入されるために、モータ制御装置１１０の演算分解能の限界により風量Ｑが実際よりも大きく計算される場合がある。この結果、送風機１０４の供給風量に誤差が生じたり、モータ１０５が減速していき最終的に停止したりする。そこで、トルク指令Ｔ＊に下限値である所定の最小トルクを設けることにより、風量誤差やモータの停止を防止できる。
【００７２】
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。そのためトルク指令Ｔ＊に上限である所定の最大トルクを設けることにより、制御の不安定化や空調装置の故障を防止できる。
【００７３】
次のステップＳ３０２は、まず、下記の式（１０）によって、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との差であるトルク偏差ΔＴを計算する。
【００７４】
【数１０】
2014041720.tif 000012
【００７５】
そして、このトルク偏差ΔＴが第１の所定の範囲内である場合にはトルク指令Ｔ＊を修正せず、トルク指令Ｔ＊をステップＳ３０３に受け渡す。一方、トルク偏差ΔＴが所定の範囲外である場合にはトルク偏差ΔＴが第２の所定の範囲内に収まるようにトルク指令Ｔ＊を修正する。
【００７６】
修正方法の例としては、所定の絶対値Ｌを設けて、モータトルクＴにＬを加えた（Ｔ＋Ｌ）を上限値、モータトルクＴからＬを減じた（Ｔ−Ｌ）を下限値とし、トルク指令Ｔ＊が上限値（Ｔ＋Ｌ）を超える場合にはトルク指令Ｔ＊を上限値（Ｔ＋Ｌ）に修正し、トルク指令Ｔ＊が下限値（Ｔ−Ｌ）より小さい場合にはトルク指令Ｔ＊を下限値（Ｔ−Ｌ）に修正する。
【００７７】
このステップＳ３０２の効果を説明する。仮にモータトルクＴを急激に変化させたとすると、モータトルクＴや送風経路２内の圧力の過渡的な変化により、実際の風量と風量計算部１１３によって計算される風量Ｑとが大きく乖離し、風量を安定に制御できなくなるおそれがある。そこで上記のように第１の所定の範囲を設けてモータトルクＴの急激な変化を防止することにより、風量Ｑの乖離による制御の不安定化を防止できる。
【００７８】
次のステップＳ３０３は、トルク偏差ΔＴが第２の所定の範囲外であればトルク指令Ｔ＊をそのまま出力し、第２の所定の範囲内である場合は、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１１５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、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。
【００７９】
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。そのため上記第２の所定の範囲によってトルク検出の不感帯を設けることにより、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。なお、トルク指令Ｔ＊とモータトルクＴとの差の代わりに、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との差を利用しても良い。
【００８０】
以上、トルク指令生成部１１５の動作について説明した。
【００８１】
トルク制御部１１６は、トルク検出部１１２から入力したモータトルクＴと、トルク指令生成部１１５から入力したトルク指令Ｔ＊とに基づいて、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。
【００８２】
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４、図５を用いて説明する。
【００８３】
図４は、本実施の形態１におけるトルク−風量特性を説明する図である。図４において、曲線５０１は、送風経路１０２を含む空調システム内の圧損条件に特有のトルク−風量特性である（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。
【００８４】
いま、ある空調システムにおいてモータ１０５の動作点が圧損曲線５０１上の点Ｄ０にあると想定する。そして、目標風量Ｑ＊が８００ＣＦＭで与えられ、所定の最小トルクが０．５Ｎｍ、所定の最大トルクが５Ｎｍ、第１の所定の範囲が絶対誤差１Ｎｍ、第２の所定の範囲が絶対誤差０．１Ｎｍにそれぞれ設定されているとする。点Ｄ０において、送風機１０４の供給風量は４００ＣＦＭであり、モータトルクＴは１Ｎｍである。このとき、モータ制御装置１１０は下記のようにして風量一定制御を行う。
【００８５】
まず、風量計算部１１３が現在の動作点Ｄ０における風量４００ＣＦＭを計算する。次に、トルク指令生成部１１４が下記の工程でトルク指令Ｔ＊を生成する。
【００８６】
最初の計算ステップＳ２０１は、式（８）においてＴに１Ｎｍ、Ｑ＊に８００ＣＦＭ、Ｑに４００ＣＦＭを代入してトルク指令Ｔ＊＝４［Ｎｍ］を計算する。よって、図４における点Ｄ３が目標の動作点となる。
【００８７】
次いで修正ステップス（ステップＳ３０１からＳ３０３）がトルク指令Ｔ＊を修正する。ステップＳ３０１は、トルク指令Ｔ＊＝４［Ｎｍ］が所定の最小トルク０．５Ｎｍと所定の最大トルク５Ｎｍの範囲内か否かを判断する。この場合、範囲内であるため、ステップＳ３０２にトルク指令Ｔ＊をそのまま受け渡す。
【００８８】
次のステップＳ３０２は、まず式（１０）によってトルク偏差ΔＴを計算する。計算されるトルク偏差ΔＴ＝｜４−１｜＝３［Ｎｍ］は、第１の所定の範囲である絶対誤差１Ｎｍを超えているため、トルク指令Ｔ＊は現在のモータトルクＴ＝１［Ｎｍ］に所定の絶対誤差１Ｎｍを加えた上限値２Ｎｍに修正される。よって、目標動作点は図４において当初の点Ｄ３から点Ｄ１へと修正される。
【００８９】
次いでトルク制御部１１６が、ステップＳ３０２で修正されたトルク指令Ｔ＊＝２［Ｎｍ］を受け取り、モータ１０５をトルク制御する。
【００９０】
トルク制御によって動作点が目標の点Ｄ１に移動した後も、上述と同様に新たなトルク指令Ｔ＊が生成され、トルク制御が行われる。この繰り返しにより、動作点は最終的に目標風量８００［ＣＦＭ］を達成する点Ｄ３に収束し、風量一定制御が達成される。このときのモータトルクＴは４Ｎｍである。
【００９１】
ここで、仮に圧力変動などによってモータトルクＴが４Ｎｍから僅かに変動したとしても、その変化幅が０．１Ｎｍ以内であれば、トルク指令生成部１１５の修正ステップＳ３０３によってトルク指令Ｔ＊の変動が回避され、動作点の安定化が図られる。
【００９２】
なお、空調システムの圧損条件が変化した場合には、動作点が修正される。図５は、本実施の形態における圧損条件変化時のトルク−風量特性を説明する図である。
【００９３】
図５に示すように、圧損曲線が５０１から５０２に変化したとする。この場合、モータ１０５はトルク制御されているため、動作点はモータトルクＴ＝４［Ｎｍ］を維持しながら、Ｄ３からＤ４に移動する。点Ｄ４における送風機１０４の供給風量は９００ＣＦＭであり、目標風量８００ＣＦＭに対して１００ＣＦＭの誤差を持つ。
【００９４】
次いでトルク指令生成部１１４の計算ステップＳ２０１が、式（８）のＴに４Ｎｍ、Ｑ＊に８００ＣＦＭ、Ｑに９００ＣＦＭを代入して、トルク指令Ｔ＊を計算する。計算されるトルク指令Ｔ＊は約３．１６Ｎｍである。このときのトルク偏差ΔＴは約−０．８４Ｎｍであるため、第１の所定の範囲内（絶対誤差１Ｎｍ以下）かつ第２の所定の範囲外（絶対誤差０．１Ｎｍ以上）となる。よって、トルク指令Ｔ＊は修正されずにそのままトルク制御部１１６に出力される。そして、トルク制御によって、動作点は目標風量８００ＣＦＭを達成する点Ｄ５に迅速に移動し、風量一定制御が達成される。
【００９５】
以上のように、本実施の形態のモータ制御装置１１０は、モータ速度ωおよびモータトルクＴに基づいて送風機１０４の風量Ｑを計算する風量計算部１１３と、風量Ｑに対する目標風量Ｑ＊の比率の２乗をモータトルクＴに乗算した結果をトルク指令Ｔ＊として生成するトルク指令生成部１１４とを備えた構成である。
【００９６】
このように構成することにより、送風機の風量Ｑを目標風量Ｑ＊に向けて高速に追従させ、且つ安定に収束させることができる。
【００９７】
（他の実施の形態）
次に、本発明の実施の形態１の代替構成について説明する。
【００９８】
実施の形態１では、式（３）によって風量Ｑを計算したが、その他の計算式を利用しても良い。例えば、空調システムの圧損条件を変化させながら風量Ｑ、モータ速度ω、モータトルクＴを計測し、その計測データを回帰した下記の式（１１）を用いても良い。
【００９９】
【数１１】
2014041720.tif 000013
【０１００】
ここで、Ｑは風量、ωはモータ速度、Ｔはモータトルク、ｉとｊは０以上の整数で有限値、Ｋｎｍ（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ、  ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数である。
【０１０１】
実施の形態１の式（３）では、風量一定制御による運転に先立って、１つのモータ速度でモータを駆動させる計測実験を行えば、ブロワ係数αｎ、βを算出できたが、上記の式（１１）では、モータ速度を変化させながら風量Ｑ、モータ速度ω、モータトルクＴを計測しないと定数Ｋｎｍを決定できない。このため、式（３）を用いる場合よりも多くの実験工数を必要とする。しかし、この式（１１）によっても風量Ｑを計算することができる。
【０１０２】
また、モータ１０５はトルク制御されるため、急峻な過渡状態時を除けばトルク指令Ｔ＊とモータトルクＴはほぼ等しくなる。このため、トルク指令Ｔ＊の計算式として、実施の形態１の式（８）の代わりに下記の式（１２）を用いても良い。
【０１０３】
【数１２】
2014041720.tif 000014
【０１０４】
ここで、Ｔ＊はトルク指令、Ｔｐｒｅｖ＊はトルク指令生成部１１５が前回出力したトルク指令、Ｑ＊は目標風量、Ｑは風量である。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
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、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】
【０１０６】
１０１  空調装置
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  モータ制御装置
１１１  速度検出器
１１２  トルク検出器
１１３  風量計算部
１１４  メモリ
１１５  トルク指令生成部
１１６  トルク制御部
１１７  スイッチ
５０１、５０２、６０２  圧損曲線
６０１  風量一定曲線
【図１】
2014041720.tif 000015
【図２】
2014041720.tif 000016
【図３】
2014041720.tif 000017
【図４】
2014041720.tif 000018
【図５】
2014041720.tif 000019
【図６】
2014041720.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成26年11月18日(2014.11.18)
【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、モータ制御装置及びモータ制御方法に関し、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。
【０００４】
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。
【０００５】
【数１】
2014041720.tif 000021
【０００６】
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。
【０００７】
【数２】
2014041720.tif 000022
【０００８】
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と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であるという関係の式である。
【０００９】
特許文献１記載のモータ制御装置による風量一定制御について、以下、図６を用いて説明する。図６は、従来技術によるモータ制御装置による風量一定制御を説明する図である。
【００１０】
図６において、曲線６０１は風量が目標風量Ｑ＊になるトルク−速度特性を示している（以下、「風量一定曲線」と呼ぶ）。曲線６０２は、モータが取り付けられる圧損条件に特有のモータのトルク−速度特性を示す（以下、「圧損曲線」と呼ぶ）。いま、モータの動作点が圧損曲線６０２上の点Ａ１にあると想定する。このとき、式（２）によって計算される目標モータ速度Ｓａは、現在の動作点Ａ１と同じモータトルクＴ１を得る風量一定曲線６０１上の点Ｂ１におけるモータ速度Ｓａ１である。そして、式（１）によって現在の動作点Ａ１のモータ速度Ｓ１から上記Ｓａ１を引いた差分（図６中ΔＳで示す）のゲインＫ倍をモータ速度Ｓ１に加えた結果が、モータの指示速度Ｓ＊（図示せず）として出力される。そして、この指示速度Ｓ＊に従ってモータ速度が制御されることにより、動作点が移動する。
【００１１】
移動先の動作点でも同様に式（２）と式（１）とによって新たな指示速度Ｓ＊が計算される。これを繰り返すことにより、動作点は図６のＡ２、Ａ３と移動していき、最終的にモータ速度Ｓと目標モータ速度Ｓａの差分がゼロになる動作点、つまり圧損曲線６０２と風量一定曲線６０１の交点Ｅに落ち着くことになる。
【００１２】
特許文献１記載のモータ制御装置は、以上のようにモータトルクおよび目標風量を用いて、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ことにより、圧損条件や静圧の変化によらない風量一定制御を可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【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】
【００１４】
特許文献１に示されている従来の技術では、モータ速度がどのような変化過程を経て収束するかは、式（１）のゲインＫの値によって変わってくる。例えば、ゲインＫの値が小さい場合、計算周期に対して指示速度Ｓ＊の変化が小さいため、収束に至るまでに時間がかかる。一方、ゲインＫの値が大きい場合、計算される指示速度Ｓ＊の変化が大きくなり、図６における収束点Ｅを行ったり戻ったりして、速度が安定に収束しない。このようなことがないように、ゲインＫの値を変えながら実験を行い、最適値を求める。
【００１５】
しかしながら、ゲインＫの最適値は空調システムの圧損条件によって変化する。ある圧損条件においては安定制御を行えるゲインＫを用いても、フィルタの目詰まりやベントキャップの開閉によって変化した圧損条件のもとでは、ゲイン過剰となって動作点が安定に収束しない場合がある。このため、使用する圧損条件の変化を想定して、不安定になりやすい動作領域でも安定に送風機が動作できるように、ゲインＫを十分小さい値にすることが望まれる。
【００１６】
しかし、ゲインＫの値が小さいと収束に至るまでに時間がかかるため、目標風量を変化させたり、圧損条件が変わったりした場合、再び目標風量に収束するまでに長い時間がかかる課題があった。
【００１７】
本発明は上記従来の課題を解決するものであり、送風機の風量を目標風量に向けて高速に追従させ、且つ安定に収束させるモータ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】
【００１８】
上記目的を達成するための本発明のある態様(aspect)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およびモータトルクを取得し、前記モータのモータ速度およびモータトルクに基づいて送風機の風量を計算する風量計算部と、風量に対する目標風量の比率の２乗をモータトルクに乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果をトルク指令として生成するトルク指令生成部とを備えている。
【００１９】
また、本発明の他の形態(aspect)のモータ制御方法は、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およびモータトルクを取得することと、取得した前記モータ速度および前記モータトルクに基づいて前記送風機の風量を計算することと、前記風量に対する目標風量の比率の２乗を前記モータトルクに乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果を利用してトルク指令を生成することと、を含んでいる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のモータ制御装置及びモータ制御方法によれば、目標風量を達成するモータトルクに等しいトルク指令に従ってモータを制御することによって、風量を目標風量に向けて高速に追従させ、且つ安定に収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置を具備したモータ制御システムの構成例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におけるトルク指令生成部１１５の処理例を示すフローチャートである。
【図３】図３は図２における修正ステップスの処理例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におけるトルク−風量特性を説明する図である。
【図５】図５は本発明の実施の形態１における圧損条件変化時のトルク−風量特性を説明する図である。
【図６】図６は従来技術によるモータ制御装置による風量一定制御を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（本発明の着眼点）
本件出願に係る発明者等は、風量を目標風量に向けて高速に追従させ、且つ安定に収束させるために、流体力学における流れの相似性（Similarity of flows）から導出される法則として、一般にファンやブロア等の送風機において一定の圧損条件のもとでは風量は回転速度に比例する法則と、軸トルクが回転速度の２乗に比例する法則とに着眼した。なお、これらの法則は、送風機以外の一般の流体機械においても成立する。ここで、送風機とモータとの軸が振れたり又は該軸がずれたりせずに結合されているならば、送風機の回転速度はモータ速度に等しく、送風機の軸トルクはモータトルクに等しいとみなせる。したがって、以上の流れの相似性から導出される２つの法則は、風量はモータ速度に比例する法則と、モータトルクはモータ速度の２乗に比例する法則とみなすことができる。そして、これらのみなし法則によって、風量に対する目標風量の比率の２乗はモータトルクに対する目標風量の風量値を実現するモータトルクの比率に等しいという関係が成り立つので、風量に対する目標風量の比率の２乗をモータトルクに乗算した結果（風量に対する目標風量の比率の２乗とモータトルクとの積）をトルク指令とすることした。これにより、圧損条件の変化により目標風量が大きく変化しても、トルク指令が速やかに新たな目標風量を実現するモータトルクの値に変化するので、風量を目標風量に向けて高速に追従させることが可能となる。
【００２３】
また、モータはトルク制御されるため、急峻な過渡状態時を除けばトルク指令とモータトルクは略等しくなるので、風量に対する目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果（風量に対する目標風量の比率の２乗と前回出力したトルク指令との積）をトルク指令としてもよい。
【００２４】
具体的には、本件出願に係る第１の発明のモータ制御装置は、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およびモータトルクを取得し、モータ速度およびモータトルクに基づいて送風機の風量を計算する風量計算部と、風量に対する目標風量の比率の２乗をモータトルクに乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果をトルク指令として生成するトルク指令生成部とを備えている。
【００２５】
この構成によって、上記トルク指令生成部は目標風量を達成するモータトルクに等しいトルク指令を生成することができる。
【００２６】
また、本件出願に係る第２の発明は、第１の発明において、前記トルク指令に前記モータトルクを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更に有する、モータ制御装置である。
【００２７】
また、本件出願に係る第３の発明は、第１の発明において、最小トルクおよび最大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トルクと前記最大トルクの範囲内に制限する、モータ制御装置である。
【００２８】
また、本件出願に係る第４の発明は、第１の発明において、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の所定の範囲外である場合には、前記トルク指令と前記モータトルクとの差が前記第１の所定の範囲内に収まるように前記トルク指令を修正する、モータ制御装置である。
【００２９】
また、本件出願に係る第５の発明は、第１の発明において、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２の所定の範囲内である場合と、今回得られたモータトルクと前回得られたモータトルクとの差が前記第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する、モータ制御装置である。
【００３０】
また、本件出願に係る第６の発明は、第１の発明において、前記モータ速度は、前記モータ速度を検出する第１の検出部から当該モータ速度を示す第１の検出信号が入力されることにより取得される、モータ制御装置である。
【００３１】
また、本件出願に係る第７の発明は、第１の発明において、前記モータトルクは、前記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の検出部から当該モータトルクまたは当該モータに流れる電流が入力されることにより取得される、モータ制御装置である。
【００３２】
また、本件出願に係る第８の発明は、送風機を駆動するモータを制御するモータ制御方法において、前記モータのモータ速度およびモータトルクを取得することと、取得した前記モータ速度および前記モータトルクに基づいて前記送風機の風量を計算することと、前記風量に対する目標風量の比率の２乗を前記モータトルクに乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果を利用してトルク指令を生成することと、を含むモータ制御方法である。
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００３４】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係るモータ制御装置を具備したモータ制御システムの構成例を示すブロック図である。図１のモータ制御システムは、空調装置１０１と、空調装置１０１により供給される空気が通る送風経路１０２と、交流電源１０３と、送風機１０４と、送風機１０４を駆動するモータ１０５と、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と、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と、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と、モータ１０５の電流を検出する電流検出器１０９と、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とを含む。
【００３５】
空調装置１０１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と、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と、送風機１０４の供給する風量Ｑを計算する風量計算部１１３と、外部入力された目標風量Ｑ＊を記憶するメモリ１１４と、風量計算部１１３が計算した風量Ｑとメモリ１１４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１１５と、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１１６と、スイッチ１１７とを含む。ここで、速度検出部１１１は、公知の他の手段（例えば、回転計、速度センサ等）を用いてモータ速度ωを検出してもよい。また、トルク検出部１１２は、公知の他の手段（例えば、トルクメータ等）を用いてモータトルクＴを検出してもよい。
【００３６】
次に、図１の動作と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、本実施の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良い。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、本実施の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良い。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。しかし、検出した電流からモータトルクを推定できれば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への直流ラインに挿入して電流を検出しても良い。
【００３７】
モータ制御装置１１０の動作および構成要素を説明する。
【００３８】
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でモータ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良い。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良い。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軸電流でも良い。また、速度検出部１１１とトルク検出部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、外部に配しても良い。ただし、外部に配する場合は、計算されたモータ速度ωないしモータトルクＴをモータ制御装置１１０へと入力する構成とする。
【００３９】
風量計算部１１３は、速度検出部１１１から入力したモータ速度ωと、トルク検出部１１２から入力したモータトルクＴとに基づいて、送風機１０４の供給する風量Ｑを計算する。計算手段は特に限定されるものではないが、本実施の形態では、下記の式（３）によって風量Ｑを計算する。
【００４０】
【数３】
2014041720.tif 000023
【００４１】
ここで、ωはモータ速度、Ｔはモータトルク、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。
【００４２】
上記の式（３）は、任意のモータ速度ωと任意のモータトルクＴに対して、風量がＱにな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、予め計測実験を実施することにより求められる。
【００４３】
以下、この計測実験および式（３）の導出について説明する。
【００４４】
まず、送風機を一定モータ速度ωＳで駆動させながら、送風機が設置されている環境の静圧を変化させる。そして、このときの風量ＱＳとモータトルクＴＳの関係を下記の多項式（４）に回帰する。
【００４５】
【数４】
2014041720.tif 000024
【００４６】
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。
【００４７】
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、一定の圧損条件のもとでは風量は回転速度に比例する法則と、軸トルクは回転速度の２乗に比例する法則とが導出される。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、送風機とモータとの軸がぶれたり又は当該軸がずれたりせずに結合されているならば、送風機の回転速度はモータ速度に等しく、送風機の軸トルクはモータトルクに等しいとみなせる。よって、以上の流れの相似性により導出された２つの法則は、風量はモータ速度に比例する法則と、モータトルクはモータ速度の２乗に比例する法則とみなすことができる。以上により、下記の式（５）および式（６）が成り立つ。
【００４８】
【数５】
2014041720.tif 000025
【００４９】
【数６】
2014041720.tif 000026
【００５０】
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、風量がモータ速度の変化率（ω／ωＳ）と同じ比率でＱＳからＱに変化し、同時に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に変化するという関係を表す。ここで、式（５）および式（６）を式（４）に適用すると、下記の式（７）が導出される。
【００５１】
【数７】
2014041720.tif 000027
【００５２】
ここで、Ｑは風量、ωはモータ速度、Ｔはモータトルク、ｉは０以上の整数で式（４）の次数と同じ有限値、Ｋｎは式（４）の係数と同じ定数（ｎ＝０，１，２，・・・，ｉ）、ωＳは式（４）を得る際の特定のモータ速度である。
【００５３】
上記の式（７）において、定数Ｋｎ、ωＳをそれぞれαｎ、βで置き換えると、式（３）が導出される。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て、その計測結果を式（４）に回帰すれば、ＫｎとωＳとからただちにブロワ係数αｎ、βの値を決定できる。
【００５４】
以上、風量計算部１１３における風量計算式（３）の根拠およびブロワ係数αｎ、βを求める計測実験について説明した。
【００５５】
メモリ１１４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１１５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＊は複数あっても良い。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１１７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良い。
【００５６】
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良い。この場合、受信された目標風量Ｑ＊はメモリ１１４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。
【００５７】
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良いか等によって決定される。また目標風量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。
【００５８】
トルク指令生成部１１５は、風量計算部１１３が計算した風量Ｑとメモリ１１４から読み出した目標風量Ｑ＊とに基づいて、モータ１０５のトルクを指示するトルク指令Ｔ＊を生成する。
【００５９】
図２は、トルク指令生成部１１５の処理例を示すフローチャートである。トルク指令Ｔ＊の生成は、最初の計算ステップＳ２０１とその次の修正ステップス（ステップＳ３０１からＳ３０３）の２段階で行われる。
【００６０】
最初の計算ステップＳ２０１は、下記の式（８）を用いてトルク指令Ｔ＊を計算する。
【００６１】
【数８】
2014041720.tif 000028
【００６２】
ここで、Ｑ＊は目標風量、Ｑは風量、Ｔはモータトルクである。
【００６３】
上記の式（８）の導出および根拠について述べる。式（８）は流れの相似性に基づいて下記のように導出される。
【００６４】
まず、流れの相似性より導かれる上記の式（５）および式（６）とから（ω／ωＳ）を消去して下記の式（９）を導く。
【００６５】
【数９】
2014041720.tif 000029
【００６６】
この式（９）は、送風機の風量がＱＳからＱに変化したとき、モータトルクが風量の変化率（Ｑ／ＱＳ）の２乗の比率でＴＳからＴに変化するという関係を表す。ここで、ＴＳをトルク指令Ｔ＊に、ＱＳを目標風量Ｑ＊にそれぞれ置き換えて変形すれば、上記の式（８）が得られる。
【００６７】
式（８）を用いることによる作用および効果を述べる。式（８）によって計算されるトルク指令Ｔ＊の値は、目標風量Ｑ＊を達成するモータトルクである。つまり、式（８）で計算されるトルク指令Ｔ＊でモータをトルク制御することにより、風量Ｑが目標風量Ｑ＊に等しくなる。このため、式（８）を用いてトルク制御することにより、迅速に目標風量Ｑ＊を得ることができる。
【００６８】
次に、図２の修正ステップス（ステップＳ３０１からＳ３０３）について説明する。図３は、本実施の形態の図２における修正ステップスの処理例を示すフローチャートである。
【００６９】
ステップＳ３０１は、ステップＳ２０１で計算されたトルク指令Ｔ＊が所定の最小トルクと所定の最大トルク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、所定の最小トルクより小さい場合はトルク指令Ｔ＊を所定の最小トルクに修正し、所定の最大トルクを超えている場合はトルク指令Ｔ＊を所定の最大トルクに修正する。
【００７０】
このステップＳ３０１の効果を説明する。
【００７１】
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。この場合に、風量計算部１１３が風量Ｑを計算する際、式（７）のωに小さい値が代入されるために、モータ制御装置１１０の演算分解能の限界により風量Ｑが実際よりも大きく計算される場合がある。この結果、送風機１０４の供給風量に誤差が生じたり、モータ１０５が減速していき最終的に停止したりする。そこで、トルク指令Ｔ＊に下限値である所定の最小トルクを設けることにより、風量誤差やモータの停止を防止できる。
【００７２】
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。そのためトルク指令Ｔ＊に上限である所定の最大トルクを設けることにより、制御の不安定化や空調装置の故障を防止できる。
【００７３】
次のステップＳ３０２は、まず、下記の式（１０）によって、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との差であるトルク偏差ΔＴを計算する。
【００７４】
【数１０】
2014041720.tif 000030
【００７５】
そして、このトルク偏差ΔＴが第１の所定の範囲内である場合にはトルク指令Ｔ＊を修正せず、トルク指令Ｔ＊をステップＳ３０３に受け渡す。一方、トルク偏差ΔＴが所定の範囲外である場合にはトルク偏差ΔＴが第２の所定の範囲内に収まるようにトルク指令Ｔ＊を修正する。
【００７６】
修正方法の例としては、所定の絶対値Ｌを設けて、モータトルクＴにＬを加えた（Ｔ＋Ｌ）を上限値、モータトルクＴからＬを減じた（Ｔ−Ｌ）を下限値とし、トルク指令Ｔ＊が上限値（Ｔ＋Ｌ）を超える場合にはトルク指令Ｔ＊を上限値（Ｔ＋Ｌ）に修正し、トルク指令Ｔ＊が下限値（Ｔ−Ｌ）より小さい場合にはトルク指令Ｔ＊を下限値（Ｔ−Ｌ）に修正する。
【００７７】
このステップＳ３０２の効果を説明する。仮にモータトルクＴを急激に変化させたとすると、モータトルクＴや送風経路２内の圧力の過渡的な変化により、実際の風量と風量計算部１１３によって計算される風量Ｑとが大きく乖離し、風量を安定に制御できなくなるおそれがある。そこで上記のように第１の所定の範囲を設けてモータトルクＴの急激な変化を防止することにより、風量Ｑの乖離による制御の不安定化を防止できる。
【００７８】
次のステップＳ３０３は、トルク偏差ΔＴが第２の所定の範囲外であればトルク指令Ｔ＊をそのまま出力し、第２の所定の範囲内である場合は、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１１５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、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。
【００７９】
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。そのため上記第２の所定の範囲によってトルク検出の不感帯を設けることにより、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。なお、トルク指令Ｔ＊とモータトルクＴとの差の代わりに、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との差を利用しても良い。
【００８０】
以上、トルク指令生成部１１５の動作について説明した。
【００８１】
トルク制御部１１６は、トルク検出部１１２から入力したモータトルクＴと、トルク指令生成部１１５から入力したトルク指令Ｔ＊とに基づいて、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。
【００８２】
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４、図５を用いて説明する。
【００８３】
図４は、本実施の形態１におけるトルク−風量特性を説明する図である。図４において、曲線５０１は、送風経路１０２を含む空調システム内の圧損条件に特有のトルク−風量特性である（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。
【００８４】
いま、ある空調システムにおいてモータ１０５の動作点が圧損曲線５０１上の点Ｄ０にあると想定する。そして、目標風量Ｑ＊が８００ＣＦＭで与えられ、所定の最小トルクが０．５Ｎｍ、所定の最大トルクが５Ｎｍ、第１の所定の範囲が絶対誤差１Ｎｍ、第２の所定の範囲が絶対誤差０．１Ｎｍにそれぞれ設定されているとする。点Ｄ０において、送風機１０４の供給風量は４００ＣＦＭであり、モータトルクＴは１Ｎｍである。このとき、モータ制御装置１１０は下記のようにして風量一定制御を行う。
【００８５】
まず、風量計算部１１３が現在の動作点Ｄ０における風量４００ＣＦＭを計算する。次に、トルク指令生成部１１４が下記の工程でトルク指令Ｔ＊を生成する。
【００８６】
最初の計算ステップＳ２０１は、式（８）においてＴに１Ｎｍ、Ｑ＊に８００ＣＦＭ、Ｑに４００ＣＦＭを代入してトルク指令Ｔ＊＝４［Ｎｍ］を計算する。よって、図４における点Ｄ３が目標の動作点となる。
【００８７】
次いで修正ステップス（ステップＳ３０１からＳ３０３）がトルク指令Ｔ＊を修正する。ステップＳ３０１は、トルク指令Ｔ＊＝４［Ｎｍ］が所定の最小トルク０．５Ｎｍと所定の最大トルク５Ｎｍの範囲内か否かを判断する。この場合、範囲内であるため、ステップＳ３０２にトルク指令Ｔ＊をそのまま受け渡す。
【００８８】
次のステップＳ３０２は、まず式（１０）によってトルク偏差ΔＴを計算する。計算されるトルク偏差ΔＴ＝｜４−１｜＝３［Ｎｍ］は、第１の所定の範囲である絶対誤差１Ｎｍを超えているため、トルク指令Ｔ＊は現在のモータトルクＴ＝１［Ｎｍ］に所定の絶対誤差１Ｎｍを加えた上限値２Ｎｍに修正される。よって、目標動作点は図４において当初の点Ｄ３から点Ｄ１へと修正される。
【００８９】
次いでトルク制御部１１６が、ステップＳ３０２で修正されたトルク指令Ｔ＊＝２［Ｎｍ］を受け取り、モータ１０５をトルク制御する。
【００９０】
トルク制御によって動作点が目標の点Ｄ１に移動した後も、上述と同様に新たなトルク指令Ｔ＊が生成され、トルク制御が行われる。この繰り返しにより、動作点は最終的に目標風量８００［ＣＦＭ］を達成する点Ｄ３に収束し、風量一定制御が達成される。このときのモータトルクＴは４Ｎｍである。
【００９１】
ここで、仮に圧力変動などによってモータトルクＴが４Ｎｍから僅かに変動したとしても、その変化幅が０．１Ｎｍ以内であれば、トルク指令生成部１１５の修正ステップＳ３０３によってトルク指令Ｔ＊の変動が回避され、動作点の安定化が図られる。
【００９２】
なお、空調システムの圧損条件が変化した場合には、動作点が修正される。図５は、本実施の形態における圧損条件変化時のトルク−風量特性を説明する図である。
【００９３】
図５に示すように、圧損曲線が５０１から５０２に変化したとする。この場合、モータ１０５はトルク制御されているため、動作点はモータトルクＴ＝４［Ｎｍ］を維持しながら、Ｄ３からＤ４に移動する。点Ｄ４における送風機１０４の供給風量は９００ＣＦＭであり、目標風量８００ＣＦＭに対して１００ＣＦＭの誤差を持つ。
【００９４】
次いでトルク指令生成部１１４の計算ステップＳ２０１が、式（８）のＴに４Ｎｍ、Ｑ＊に８００ＣＦＭ、Ｑに９００ＣＦＭを代入して、トルク指令Ｔ＊を計算する。計算されるトルク指令Ｔ＊は約３．１６Ｎｍである。このときのトルク偏差ΔＴは約−０．８４Ｎｍであるため、第１の所定の範囲内（絶対誤差１Ｎｍ以下）かつ第２の所定の範囲外（絶対誤差０．１Ｎｍ以上）となる。よって、トルク指令Ｔ＊は修正されずにそのままトルク制御部１１６に出力される。そして、トルク制御によって、動作点は目標風量８００ＣＦＭを達成する点Ｄ５に迅速に移動し、風量一定制御が達成される。
【００９５】
以上のように、本実施の形態のモータ制御装置１１０は、モータ速度ωおよびモータトルクＴに基づいて送風機１０４の風量Ｑを計算する風量計算部１１３と、風量Ｑに対する目標風量Ｑ＊の比率の２乗をモータトルクＴに乗算した結果をトルク指令Ｔ＊として生成するトルク指令生成部１１４とを備えた構成である。
【００９６】
このように構成することにより、送風機の風量Ｑを目標風量Ｑ＊に向けて高速に追従させ、且つ安定に収束させることができる。
【００９７】
（他の実施の形態）
次に、本発明の実施の形態１の代替構成について説明する。
【００９８】
実施の形態１では、式（３）によって風量Ｑを計算したが、その他の計算式を利用しても良い。例えば、空調システムの圧損条件を変化させながら風量Ｑ、モータ速度ω、モータトルクＴを計測し、その計測データを回帰した下記の式（１１）を用いても良い。
【００９９】
【数１１】
2014041720.tif 000031
【０１００】
ここで、Ｑは風量、ωはモータ速度、Ｔはモータトルク、ｉとｊは０以上の整数で有限値、Ｋｎｍ（ｎ＝０，１，２，・・・，ｊ、  ｍ＝０，１，２，・・・，ｉ）は定数である。
【０１０１】
実施の形態１の式（３）では、風量一定制御による運転に先立って、１つのモータ速度でモータを駆動させる計測実験を行えば、ブロワ係数αｎ、βを算出できたが、上記の式（１１）では、モータ速度を変化させながら風量Ｑ、モータ速度ω、モータトルクＴを計測しないと定数Ｋｎｍを決定できない。このため、式（３）を用いる場合よりも多くの実験工数を必要とする。しかし、この式（１１）によっても風量Ｑを計算することができる。
【０１０２】
また、モータ１０５はトルク制御されるため、急峻な過渡状態時を除けばトルク指令Ｔ＊とモータトルクＴはほぼ等しくなる。このため、トルク指令Ｔ＊の計算式として、実施の形態１の式（８）の代わりに下記の式（１２）を用いても良い。
【０１０３】
【数１２】
2014041720.tif 000032
【０１０４】
ここで、Ｔ＊はトルク指令、Ｔｐｒｅｖ＊はトルク指令生成部１１５が前回出力したトルク指令、Ｑ＊は目標風量、Ｑは風量である。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
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、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】
【０１０６】
１０１  空調装置
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  モータ制御装置
１１１  速度検出器
１１２  トルク検出器
１１３  風量計算部
１１４  メモリ
１１５  トルク指令生成部
１１６  トルク制御部
１１７  スイッチ
５０１、５０２、６０２  圧損曲線
６０１  風量一定曲線
【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およびモータトルクを取得し、
前記モータ速度および前記モータトルクに基づいて前記送風機の風量を計算する風量計算部と、
前記風量に対する目標風量の比率の２乗を前記モータトルクに乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果を利用してトルク指令を生成するトルク指令生成部と、
を備えたモータ制御装置。
【請求項２】
前記トルク指令に前記モータトルクを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更に有する、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項３】
最小トルクおよび最大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トルクと前記最大トルクの範囲内に制限する、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項４】
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の所定の範囲外である場合には、前記トルク指令と前記モータトルクとの差が前記第１の所定の範囲内に収まるように前記トルク指令を修正する、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項５】
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２の所定の範囲内である場合と、今回得られたモータトルクと前回得られたモータトルクとの差が前記第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する、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項６】
前記モータ速度は、前記モータ速度を検出する第１の検出部から当該モータ速度を示す第１の検出信号が入力されることにより取得される、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項７】
前記モータトルクは、前記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の検出部から当該モータトルクまたは当該モータに流れる電流が入力されることにより取得される、請求項１記載のモータ制御装置。
【請求項８】
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およびモータトルクを取得することと、
取得した前記モータ速度および前記モータトルクに基づいて前記送風機の風量を計算することと、
前記風量に対する目標風量の比率の２乗を前記モータトルクに乗算した結果、又は前記風量に対する前記目標風量の比率の２乗を前回出力したトルク指令に乗算した結果を利用してトルク指令を生成することと、
を含むモータ制御方法。
【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】
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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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【図６】
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【国際調査報告】
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