(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可変バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、前記ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、前記ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、前記磁極位置検出部における検出結果に基づいて前記ＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの前記演算実回転数Ｎ１と前記ポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数１）から目標回転数Ｎｐを演算し、前記演算実回転数Ｎ１と前記演算された目標回転数Ｎｐとを比較した結果に基づいて前記ＤＣモータに印加する電圧を制御することを特徴とするポンプ制御装置。
【数１】
0004617536.tif 000022
【請求項２】
可変バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、前記ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、前記ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、前記磁極位置検出部における検出結果に基づいて前記ＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの前記演算実回転数Ｎ１と前記ポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数２）から目標電圧Ｖｐを演算し、前記演算された目標電圧Ｖｐと実印加電圧Ｖ０とを比較した結果に基づいて前記ＤＣモータに印加する電圧を制御することを特徴とするポンプ制御装置。
【数２】
0004617536.tif 000023
【請求項３】
固定バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、前記ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、前記ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、前記磁極位置検出部における検出結果に基づいて前記ＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの前記演算実回転数Ｎ１と前記ポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数３）から目標回転数Ｎｐを演算し、前記演算実回転数Ｎ１と前記演算された目標回転数Ｎｐとを比較した結果に基づいて前記ＤＣモータに印加する電圧を制御することを特徴とするポンプ制御装置。
【数３】
0004617536.tif 000024
【請求項４】
固定バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、前記ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、前記ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、前記磁極位置検出部における検出結果に基づいて前記ＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの前記演算実回転数Ｎ１と前記ポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数４）から目標電圧Ｖｐを演算し、前記演算された目標電圧Ｖｐと実印加電圧Ｖ０とを比較した結果に基づいて前記ＤＣモータに印加する電圧を制御することを特徴とするポンプ制御装置。
【数４】
0004617536.tif 000025
【請求項５】
可変バルブもしくは固定バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、前記ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するとともに定格流量Ｑ０が得られる目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐをあらかじめ各揚程毎に記憶するポンプ特性記憶部と、前記ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、前記磁極位置検出部における検出結果に基づいて前記ＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの前記演算実回転数Ｎ１と前記ポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加した時に可変バルブもしくは固定バルブを有する配管系で推定された運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）の揚程Ｈ１における目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐを前記ポンプ特性記憶部から読み出し、前記演算実回転数Ｎ１と前記読み出した目標回転数Ｎｐとの比較結果もしくは実印加電圧Ｖ０と前記読み出した目標電圧Ｖｐとの比較結果に基づいて前記ＤＣモータに印加する電圧を制御することを特徴とするポンプ制御装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記ＤＣモータの印加電圧としてＰＷＭ制御された電圧を用い、定格電圧Ｖ０におけるＰＷＭのデューティ比がＡで目標電圧がＶｐであるときは、ＰＷＭのデューティ比をＡ×（Ｖｐ／Ｖ０）とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載のポンプ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エアコン、給湯器などの家電機器に使用され、効率の良いＰＷＭ制御で能力可変をするＤＣモータをポンプの駆動源とするポンプ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
機器組込み用の循環ポンプにおいては、給湯器に代表されるように、従来はＡＣモータを駆動源とする為、ポンプの能力可変ができず、更に商用電源の周波数５０／６０Ｈｚによってポンプの能力が変わるという不具合があった。このことを図９の従来のＡＣポンプ（ＡＣモータで駆動されるポンプ）の特性をもって説明する。
【０００３】
図９は従来のＡＣポンプ特性の電源周波数依存性を示す図である。
【０００４】
図９において、１０１は商用電源周波数が５０Ｈｚの場合の従来のＡＣポンプ特性、１０２は商用電源周波数が６０Ｈｚの場合の従来のＡＣポンプ特性、１０３はある配管条件のもとで、商用電源が６０Ｈｚの場合のポンプの運転点である。このように商用電源周波数６０Ｈｚのほうが、５０Ｈｚの場合よりもポンプ性能が高いのが一般的である。また、Ｑ０はポンプ能力として必要な定格流量を示す。一般的に機器組込みポンプで必要なことは、どんな配管条件でも定格流量が確保されることである。
【０００５】
図１０は従来のポンプ制御装置を示す回路図であり、吐出流量一定の制御を行うポンプ周りの回路を示しており、この回路は例えば特公昭５９−４７１５５号公報に記載されている。この公報においては、吐出流量を一定に保つように高精度に回転速度を制御する発明が記載されている。
【０００６】
図１０において、１０５はポンプ１０６を駆動するポンプ駆動電動機、１０５ａはポンプ駆動電動機１０５の回転数を検出するタコジェネレーター等の速度検出器、１０８は流量設定器１１４で設定された流量設定値Ｑｓを得る回転数Ｎｓを演算する速度演算器、１０９、１０９’は入力値の絶対値を得る絶対値演算器、１１０、１１０’は絶対値演算器１０９、１０９’の出力値と微少回転数設定器１１１、１１１’の設定値ＮＬとを比較する比較器、１１２、１１２’は比較器１１０、１１０’の出力レベルにより制御されるリードリレー、１１３は流量制御におけるＰＩ制御を行うＰＩ制御器、１１５はポンプ駆動電動機１０５の回転数制御を行う速度制御器、１１６はポンプの吐出流量を計測する流量センサ、Ｒ１ａはリレー１１２の接点、Ｒ２ａ、Ｒ２ｂはリレー１１２’の接点である。
【０００７】
このように構成されたポンプ制御装置について、その動作を説明する。
【０００８】
まず、速度演算器１０８は、流量設定器１１４で設定された流量Ｑｓを得る回転数Ｎｓ演算し、速度制御器１１５は、ポンプ１０６の回転数が演算回転数Ｎｓになるようにポンプ駆動電動機１０５を制御する。これと同時に速度指令値（つまり演算回転数）Ｎｓとポンプ駆動電動機１０５に設けた速度検出器１０５ａからの回転数Ｎｉとの偏差ε１が絶対値演算器１０９を経て比較器１１０に入力され、最少回転数設定器１１１の設定値ＮＬと比較され、ＮＬの方が大きいときは比較器１１０の出力電流によってリードリレー１１２が励磁されて接点Ｒ１ａを閉じる。これにより、流量設定器１１４の設定値ＱｓがＰＩ制御器１１３に入力され、その出力Ｎ０は漸次増加し、演算回転数Ｎｓとの偏差ε２が設定値ＮＬより小さくなったところでリードリレー１１２’が励磁され、接点Ｒ２ｂは開くと共に接点Ｒ２ａは閉じ、流量センサ１１６からの計測流量はＰＩ制御器１１３にフィードバックされ、ポンプ１０６の吐出流量を制御する流量制御へ移行し、ＰＩ制御器１１３の出力回転数Ｎ０と演算回転数Ｎｓとが一致するように速度制御器１１５を介してポンプ駆動電動機１０５を制御する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のＡＣポンプ特性（図９）を使用するようなポンプ制御装置では、ＡＣモータ１０５をポンプ１０６の駆動源としており、配管状況や商用電源の周波数に対応するために、給湯器側の熱交換器で能力制御する必要があり、制御が煩雑であるという問題点を有していた。また、ポンプ１０６が必要能力以上の能力で動作してしまい、無駄な電力を消費してしまうという問題点も有していた。さらに、特公昭５９−４７１５５号公報に記載されたようなポンプ制御装置では、能力可変ができるモータ１０５を駆動源とするポンプ１０６を使用しているが、定格流量を確保するために流量センサ１１６を必要とするという問題点を有していた。
【００１０】
このポンプ制御装置では、流量センサを用いることなく、また無駄に電力を消費することなく、あらゆる配管状況に対応して、ポンプの定格流量を確保することが要求されている。
【００１１】
本発明は、流量センサを用いることなく、また無駄に電力を消費することなく、あらゆる配管状況に対応して、ポンプの定格流量を確保することができるポンプ制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明のポンプ制御装置は、可変バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、磁極位置検出部における検出結果に基づいてＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの演算実回転数Ｎ１とポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、制御部は、予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数１）から目標回転数Ｎｐを演算し、演算実回転数Ｎ１と演算された目標回転数Ｎｐとを比較した結果に基づいてＤＣモータに印加する電圧を制御する構成を備えている。
【００１３】
これにより、流量センサを用いることなく、また無駄に電力を消費することなく、あらゆる配管状況に対応して、ポンプの定格流量を確保することができるポンプ制御装置が得られる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載されたポンプ制御装置は、可変バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、磁極位置検出部における検出結果に基づいてＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの演算実回転数Ｎ１とポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、制御部は、予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数１）から目標回転数Ｎｐを演算し、演算実回転数Ｎ１と演算された目標回転数Ｎｐとを比較した結果に基づいてＤＣモータに印加する電圧を制御することとしたものである。
【００１５】
この構成により、流量センサを用いることなく、ポンプ回転数は定格流量Ｑ０を吐出する目標回転数Ｎｐに設定されるので、可変バルブの配管系のあらゆる配管状況に応じて定格流量Ｑ０が確保され、またポンプは適正能力で運転され、無駄な電力消費が生じることもないという作用を有する。
【００１６】
請求項２に記載されたポンプ制御装置は、可変バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、磁極位置検出部における検出結果に基づいてＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの演算実回転数Ｎ１とポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、制御部は、予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数２）から目標電圧Ｖｐを演算し、演算された目標電圧Ｖｐと実印加電圧Ｖ０とを比較した結果に基づいてＤＣモータに印加する電圧を制御することとしたものである。
【００１７】
この構成により、流量センサを用いることなく、ポンプ回転数は定格流量Ｑ０を吐出する目標回転数Ｎｐに設定されるので、可変バルブの配管系のあらゆる配管状況に応じて定格流量Ｑ０が確保され、ポンプは適正能力で運転されると共に無駄な電力消費が生じることもないという作用を有する。また、回転数制御をせずに電圧をオープンループで制御するため、制御部における制御動作が簡単になり、短時間で適正運転に移行するという作用を有する。
【００１８】
請求項３に記載のポンプ制御装置は、固定バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、磁極位置検出部における検出結果に基づいてＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの演算実回転数Ｎ１とポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、制御部は、予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数３）から目標回転数Ｎｐを演算し、演算実回転数Ｎ１と演算された目標回転数Ｎｐとを比較した結果に基づいてＤＣモータに印加する電圧を制御することとしたものである。
【００１９】
この構成により、流量センサを用いることなく、ポンプ回転数は定格流量Ｑ０を吐出する目標回転数Ｎｐに設定されるので、可変バルブの配管系のあらゆる配管状況に応じて定格流量Ｑ０が確保され、またポンプは適正能力で運転され、無駄な電力消費が生じることもないという作用を有する。
【００２０】
請求項４に記載のポンプ制御装置は、固定バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、磁極位置検出部における検出結果に基づいてＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの演算実回転数Ｎ１とポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、制御部は、予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数４）から目標電圧Ｖｐを演算し、演算された目標電圧Ｖｐと実印加電圧Ｖ０とを比較した結果に基づいてＤＣモータに印加する電圧を制御することとしたものである。
【００２１】
この構成により、流量センサを用いることなく、ポンプ回転数は定格流量Ｑ０を吐出する目標回転数Ｎｐに設定されるので、可変バルブの配管系のあらゆる配管状況に応じて定格流量Ｑ０が確保され、ポンプは適正能力で運転されると共に無駄な電力消費が生じることもないという作用を有する。また、回転数制御をせずに電圧をオープンループで制御するため、制御部における制御動作が簡単になり、短時間で適正運転に移行するという作用を有する。
【００２２】
請求項５に記載のポンプ制御装置は、可変バルブもしくは固定バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、前記ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するとともに定格流量Ｑ０が得られる目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐをあらかじめ各揚程毎に記憶するポンプ特性記憶部と、前記ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、前記磁極位置検出部における検出結果に基づいて前記ＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの演算実回転数Ｎ１とポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、前記制御部は、前記ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加した時に可変バルブもしくは固定バルブを有する配管系で推定された運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）の揚程Ｈ１における目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐを前記ポンプ特性記憶部から読み出し、前記演算実回転数Ｎ１と前記読み出した目標回転数Ｎｐとの比較結果もしくは実印加電圧Ｖ０と前記読み出した目標電圧Ｖｐとの比較結果に基づいて前記ＤＣモータに印加する電圧を制御することとしたものである。
【００２３】
この構成により、制御部は目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐを演算する必要がなく、制御部における処理動作が簡単になり、高速化が図れるという作用を有する。
【００２４】
請求項６に記載のポンプ制御装置は、請求項１乃至５のいずれか１に記載のポンプ制御装置において、制御部は、ＤＣモータの印加電圧としてＰＷＭ制御された電圧を用い、定格電圧Ｖ０におけるＰＷＭのデューティ比がＡで目標電圧がＶｐであるときは、ＰＷＭのデューティ比をＡ×（Ｖｐ／Ｖ０）とすることとしたものである。
【００２５】
この構成により、印加電圧の調整が可能な可変電源が不要となり、コスト低減を図れると共に効率の良い電圧調整が可能になるという作用を有する。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図８を用いて説明する。
【００２７】
（実施の形態１）
まず、図１を用いて理論の面を説明する。
【００２８】
図１は、水量（流量）と揚程との関係を示す図であり、基本となる定格電圧Ｖ０を印加したときのポンプ特性を実曲線で表す。
【００２９】
図１において、ポイントＡは定格電圧Ｖ０印加時のポンプの定格点である流量Ｑ０、揚程Ｈ０、回転数Ｎ０を表している。そこで、次にある配管系にポンプが設置された時、定格電圧Ｖ０が印加された時の運転点（流量Ｑ１、揚程Ｈ１、回転数Ｎ１）がＢだとする。この配管系が可変バルブの配管系の場合、運転点Ｂから定格流量Ｑ０になるように制御された結果、運転点がＣ（流量Ｑ０、揚程Ｈ１、回転数Ｎｐ１、印加電圧Ｖｐ１）となることを表している。また前記配管系が固定バルブの配管系の場合、運転点Ｂから定格流量Ｑ０になるように制御された結果、運転点がＤ（流量Ｑ０、揚程Ｈ２、回転数Ｎｐ２、印加電圧Ｖｐ２）となることを表している。
【００３０】
ここで、揚程Ｈと回転数Ｎとは、基本理論として（数５）の関係にある。
【００３１】
【数５】
0004617536.tif 000002
【００３２】
そこで、回転数を制御対象とした時、可変バルブの配管系の場合の目標回転数Ｎｐ１は、定格点Ａから運転点Ｃに移行すると考えて、（数６）に示す式で導出される。
【００３３】
【数６】
0004617536.tif 000003
【００３４】
次に、固定バルブの配管系を考えた場合、ポンプの配管抵抗Ｒと流量Ｑとは基本理論として（数７）の関係にある。
【００３５】
【数７】
0004617536.tif 000004
【００３６】
よって、ポンプの揚程Ｈと流量Ｑとの関係も（数８）の通りとなる（図１の点線）。
【００３７】
【数８】
0004617536.tif 000005
【００３８】
この関係を用い、固定バルブの配管系の場合の目標回転数Ｎｐ２は、定格点Ａから運転点Ｄに移行すると考えて、（数９）に示す式で導出される。
【００３９】
【数９】
0004617536.tif 000006
【００４０】
次に、ＤＣモータへの印加電圧を制御対象とした場合について説明する。まずＤＣモータの出力Ｗｏｕｔは（数１０）の式で表される。
【００４１】
【数１０】
0004617536.tif 000007
【００４２】
ここで、ＶはＤＣモータへの印加電圧（ボルト）、αとβは相切換えの転流のタイミングに依存する係数、ＶＢは１相の巻線に誘起される誘起電圧（ボルト）、Ｖｅはモータの駆動用回路による電圧降下の大きさ（ボルト）、Ｚは巻線のインピーダンス（Ω）である。また誘起電圧ＶＢは回転数Ｎと（数１１）に示す関係がある。
【００４３】
【数１１】
0004617536.tif 000008
【００４４】
この関係を使うと、（数１０）は（数１２）のようになる。
【００４５】
【数１２】
0004617536.tif 000009
【００４６】
一方、ポンプの仕事Ｌ（Ｗ，ワット）は（数１３）のように表すことができる。
【００４７】
【数１３】
0004617536.tif 000010
【００４８】
以上の関係式を用い、配管系が可変バルブの時の目標電圧Ｖｐ１を導き出すと、（数１４）のようになる。
【００４９】
【数１４】
0004617536.tif 000011
【００５０】
（数１４）を展開し変形すると、（数１５）となる。
【００５１】
【数１５】
0004617536.tif 000012
【００５２】
ここで（数１６）の条件が成立すると、（数１７）の式が導出される。
【００５３】
【数１６】
0004617536.tif 000013
【００５４】
【数１７】
0004617536.tif 000014
【００５５】
次に、配管系が固定バルブの時の目標電圧Ｖｐ２を導き出すと、（数１８）で示すようになる。
【００５６】
【数１８】
0004617536.tif 000015
【００５７】
（数１８）を配管系が可変バルブの場合と同じように展開し変形すると、（数１９）に示すようになる。
【００５８】
【数１９】
0004617536.tif 000016
【００５９】
以上が今回の発明に係る制御の理論面からの説明である。
【００６０】
図２は、本発明の実施の形態１によるポンプ制御装置を示すブロック図である。
【００６１】
図２において、１は駆動源であるＤＣモータ６のマグネットロータの磁極位置をホール素子等によって検出する磁極位置検出部、２は磁極位置検出部１で検出された磁極位置をマグネットロータの実回転数（ポンプ８の実回転数）に変換する回転数変換部、３は定格電圧Ｖ０印加時のポンプ特性（流量Ｑ、揚程Ｈ、回転数Ｎ）を記憶しているポンプ特性記憶部、４は回転数変換部２の出力である回転数Ｎ１を入力し、この回転数Ｎ１とポンプ特性記憶部３からのデータとに基づいて、ポンプ８が配置されている配管系でのポンプの運転点（Ｑ１、Ｈ１）を予測する配管系予測部、５は配管系予測部４で予測されたポンプ運転点（Ｑ１、Ｈ１）から定格流量Ｑ０に制御するため、前記理論面での説明により導き出されたように、配管系が可変バルブもしくは固定バルブに合わせて、目標回転数Ｎｐ１もしくはＮｐ２又は目標電圧Ｖｐ１もしくはＶｐ２を算出するとともに、ＤＣモータ６に印可する電圧の大きさをＰＷＭ制御等により調整する電圧調整信号ａを出力する制御部である。ここでＰＷＭ制御の場合は、電圧調整信号ａはデュティ比をＡ×Ｖｐ１／Ｖ０（Ａは例えば０．５）として矩形波で出力される。更に制御部５は、磁極位置検出部１の信号により、モータの複数の巻線に流す電流を切換える複数のトランジスタ群で構成されるドライブ部７のどのトランジスタをＯＮするか決定するドライバ制御信号ｂを生成する。９はドライバ制御信号ｂと電圧調整信号ａを入力し、２つの信号を合成してドライブ部７に出力するプリドライブ部である。ここで目標回転数で制御する場合は、一般的にＰＩＤ制御等を使いながら制御部５は、実回転数と目標回転数とを比較し、電圧調整信号ａを随時生成する。
【００６２】
このような構成、動作を有するポンプ制御装置について、その制御特性を図３〜図８を用いて説明する。図３は可変バルブの時に水量を制御した場合のポンプ特性（流量Ｑ、揚程Ｈ、消費電力Ｗ）を示す図であり、図４は可変バルブの時に回転数を制御した場合の任意の揚程Ｈ１に対する目標回転数Ｎｐ１との関係を表す図、図５は可変バルブの時にＤＣモータ６への印加電圧を制御した場合の任意の揚程Ｈ１に対する目標電圧Ｖｐ１との関係を表す図、図６は固定バルブの時に制御した場合のポンプ特性（流量Ｑ、揚程Ｈ、消費電力Ｗ）を示す図、図７は固定バルブの時に回転数を制御した場合の任意の揚程Ｈ１と（数２０）との積に対する目標回転数Ｎｐ１との関係を表す図、図８は固定バルブの時にＤＣモータ６への印加電圧を制御した場合の任意の揚程Ｈ１と（数２０）との積に対する目標電圧Ｖｐ１との関係を表す図である。
【００６３】
【数２０】
0004617536.tif 000017
【００６４】
まず図３から説明する。図３の点線はＨ−Ｑ特性を表し、実線はＨ−Ｗ特性を表している。例えば、定格電圧Ｖ０＝９０Ｖ印加時、回転数２９３０（ｒ／ｍｉｎ）が検出され、この検出された回転数によりポンプ特性記憶部３から現在の運転点（Ｈ１、Ｑ１）＝（３．３ｍ、２８．６Ｌ／ｍｉｎ）が導き出される。一方実線のＨ−Ｗ特性を見て分かるように未制御の場合、一般のポンプである遠心ポンプでは、大流量側（低揚程側）程消費電力が増大するが、実際はこのような可変バルブの配管系で定格流量に制御すると、定格点での消費電力よりはるかに小さい消費電力で済むことがわかる。例えば前記未制御での運転点では消費電力が５６Ｗとなるところが、定格流量５Ｌ／ｍｉｎに制御すると１６Ｗで済み、約４０Ｗの省エネ効果が得られる。
【００６５】
次に、図４を用いて可変バルブ時の実験での目標回転数と理論での目標回転数とが一致することを実証する。図４に近似曲線式を同時に掲載しているが、式を見て分かるように理論上累乗の値は０．５であるが、実験での近似曲線では０．５１とほぼ一致するとともに、近似曲線の相関係数（数２１）と非常に一致した結果となっている。
【００６６】
【数２１】
0004617536.tif 000018
【００６７】
次に、図５を用いて可変バルブ時の実験での目標電圧と理論での目標電圧とが一致することを実証する。図５に近似曲線式を同時に掲載しているが、式を見て分かるように理論上累乗の値は０．５であるが、実験での近似曲線では０．５８とほぼ一致するとともに、近似曲線の相関係数（数２２）と非常に一致した結果となっている。
【００６８】
【数２２】
0004617536.tif 000019
【００６９】
累乗の値の比較から分かるように、目標電圧が僅かに目標回転数よりも大きく理論と実験がずれているのは、理論においてポンプ効率が定格点と制御後の運転点とで一致している（数２３）としているからである。
【００７０】
【数２３】
0004617536.tif 000020
【００７１】
一般的に高揚程ほどポンプ効率が低下する（ηｐ１＞ηｐ０）ため、低揚程側の目標電圧が低下し、０．５より大きい側にずれているのである。よってポンプ効率を加味して目標電圧を決定する理論計算をすれば、累乗の値は実験値に酷似することとなる。
【００７２】
次に、図６を説明する。図６の点線はＨ−Ｑ特性を表し、実線はＨ−Ｗ特性を表している。例えば、定格電圧Ｖ０＝９０Ｖ印加時、回転数３２００（ｒ／ｍｉｎ）が検出され、この検出された回転数によりポンプ特性記憶部３から現在の運転点（Ｈ１，Ｑ１）＝（６．４ｍ，１０Ｌ／ｍｉｎ）が導き出される。一方、実線のＨ−Ｗ特性を見て分かるように、未制御の場合、一般のポンプである遠心ポンプでは、大流量側（低揚程側）程消費電力が増大するが、実際はこのような固定バルブの配管系で定格流量に制御すると、定格点での消費電力よりはるかに小さい消費電力で済むことがわかる。例えば、前記未制御での運転点では消費電力が４２Ｗ程度となるところが、定格流量５Ｌ／ｍｉｎに制御すると１０Ｗで済み、約３２Ｗの省エネルギー効果が得られる。
【００７３】
次に、図７を用いて固定バルブ時の実験での目標回転数と理論での目標回転数とが一致することを実証する。図７に近似曲線式を同時に掲載しているが、式を見て分かるように理論上累乗の値は０．５であるが、実験での近似曲線では０．５０と一致するとともに、近似曲線の相関係数（数２４）と非常に一致した結果となっている。
【００７４】
【数２４】
0004617536.tif 000021
【００７５】
次に、図８を用いて固定バルブ時の実験での目標電圧と理論での目標電圧とが一致することを実証する。図８に近似曲線式を同時に掲載しているが、式を見て分かるように理論上累乗の値は０．５であるが、実験での近似曲線では０．５１とほぼ一致するとともに、近似曲線の相関係数（数２２）と非常に一致した結果となっている。前記可変バルブにおけるように目標電圧が僅かに目標回転数よりも大きく理論と実験がずれていることは見られなかった。これは、理論においてポンプ効率が定格点と制御後の運転点で一致している（数２３）としていたことに対し、それがほぼ実証されたことを裏付けている。つまり固定バルブに関しては、理論で導き出した計算式が仮定を含めて非常に一致したことがわかる。
【００７６】
なお、定格流量Ｑ０が得られる目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐをあらかじめ各揚程毎にポンプ特性記憶部３に記憶し、制御部５は、ＤＣモータ６に定格電圧Ｖ０を印加した時に配管系で推定された運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）の揚程Ｈ１における目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐをポンプ特性記憶部３から読み出すようにしてもよく、この場合は制御部５における処理負担が軽減されることになる。
【００７７】
以上のように本実施の形態によれば、ＤＣモータ６に定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部３と、ＤＣモータ６のロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部１と、磁極位置検出部１における検出結果に基づいてＤＣモータ６の実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部２と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの演算実回転数Ｎ１とポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部４と、全体を制御する制御部５とを有し、制御部５は、予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数１）または（数３）から目標回転数Ｎｐを演算し、演算実回転数Ｎ１と演算された目標回転数Ｎｐとを比較した結果に基づいてＤＣモータ６に印加する電圧を制御するようにしたことにより、流量センサを用いることなく、ポンプ回転数を定格流量Ｑ０を吐出する目標回転数Ｎｐに設定することができるので、可変バルブまたは固定バルブの配管系のあらゆる配管状況に応じて定格流量Ｑ０を確保することができ、またポンプを適正能力で運転することができ、無駄な電力消費が生じることを防止することができる。
【００７８】
また、制御部５は、予測された揚程Ｈ１とポンプ８の定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数２）または（数４）から目標電圧Ｖｐを演算し、演算された目標電圧Ｖｐと実印加電圧Ｖ０とを比較した結果に基づいてＤＣモータ６に印加する電圧を制御するようにしたことにより、流量センサを用いることなく、ポンプ回転数を定格流量Ｑ０を吐出する目標回転数Ｎｐに設定することができるので、可変バルブまたは固定バルブの配管系のあらゆる配管状況に応じて定格流量Ｑ０を確保することができ、ポンプ８を適正能力で運転できると共に無駄な電力消費が生じることを防止することができる。また、回転数制御をせずに電圧をオープンループで制御するので、制御部５における制御動作が簡単になり、短時間で適正運転に移行することができる。
【００７９】
さらに、ポンプ特性記憶部３は定格流量Ｑ０が得られる目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐをあらかじめ各揚程毎に記憶し、制御部５は、ＤＣモータ６に定格電圧Ｖ０を印加した時に可変バルブもしくは固定バルブを有する配管系で推定された運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）の揚程Ｈ１における目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐをポンプ特性記憶部３から読み出し、演算実回転数Ｎ１と読み出した目標回転数Ｎｐとの比較結果もしくは実印加電圧Ｖ０と読み出した目標電圧Ｖｐとの比較結果に基づいてＤＣモータ６に印加する電圧を制御するようにしたことにより、制御部５は目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐを演算する必要がなくなるので、制御部５における処理動作が簡単になり、高速化を図ることができる。
【００８０】
さらに、制御部５は、ＤＣモータ６の印加電圧としてＰＷＭ制御された電圧を用い、定格電圧Ｖ０におけるＰＷＭのデューティ比がＡで目標電圧がＶｐであるときは、ＰＷＭのデューティ比をＡ×（Ｖｐ／Ｖ０）とするようにしたことにより、印加電圧の調整が可能な可変電源が不要となり、コスト低減を図れると共に効率の良い電圧調整が可能になる。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に記載のポンプ制御装置によれば、可変バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、磁極位置検出部における検出結果に基づいてＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの演算実回転数Ｎ１とポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、制御部は、予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数１）から目標回転数Ｎｐを演算し、演算実回転数Ｎ１と演算された目標回転数Ｎｐとを比較した結果に基づいてＤＣモータに印加する電圧を制御することにより、流量センサを用いることなく、ポンプ回転数を定格流量Ｑ０を吐出する目標回転数Ｎｐに設定することができるので、可変バルブの配管系のあらゆる配管状況に応じて定格流量Ｑ０を確保することができ、またポンプを適正能力で運転することができ、無駄な電力消費が生じることを防止することができるという有利な効果が得られる。
【００８２】
請求項２に記載されたポンプ制御装置によれば、可変バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、磁極位置検出部における検出結果に基づいてＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの演算実回転数Ｎ１とポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、制御部は、予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数２）から目標電圧Ｖｐを演算し、演算された目標電圧Ｖｐと実印加電圧Ｖ０とを比較した結果に基づいてＤＣモータに印加する電圧を制御することにより、流量センサを用いることなく、ポンプ回転数を定格流量Ｑ０を吐出する目標回転数Ｎｐに設定することができるので、可変バルブの配管系のあらゆる配管状況に応じて定格流量Ｑ０を確保することができ、またポンプを適正能力で運転することができ、無駄な電力消費が生じることを防止することができるという有利な効果が得られ、また、回転数制御をせずに電圧をオープンループで制御することができるので、制御部における制御動作を簡単にして、短時間で適正運転に移行することができるという有利な効果が得られる。
【００８３】
請求項３に記載のポンプ制御装置によれば、固定バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、磁極位置検出部における検出結果に基づいてＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの演算実回転数Ｎ１とポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、制御部は、予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数３）から目標回転数Ｎｐを演算し、演算実回転数Ｎ１と演算された目標回転数Ｎｐとを比較した結果に基づいてＤＣモータに印加する電圧を制御することにより、流量センサを用いることなく、ポンプ回転数を定格流量Ｑ０を吐出する目標回転数Ｎｐに設定することができるので、可変バルブの配管系のあらゆる配管状況に応じて定格流量Ｑ０を確保することができ、またポンプを適正能力で運転することができ、無駄な電力消費が生じることを防止することができるという有利な効果が得られる。
【００８４】
請求項４に記載のポンプ制御装置によれば、固定バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するポンプ特性記憶部と、ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、磁極位置検出部における検出結果に基づいてＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの演算実回転数Ｎ１とポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、制御部は、予測された揚程Ｈ１とポンプの定格点（流量Ｑ０，揚程Ｈ０，回転数Ｎ０）の揚程Ｈ０とを用いて（数４）から目標電圧Ｖｐを演算し、演算された目標電圧Ｖｐと実印加電圧Ｖ０とを比較した結果に基づいてＤＣモータに印加する電圧を制御することにより、流量センサを用いることなく、ポンプ回転数を定格流量Ｑ０を吐出する目標回転数Ｎｐに設定することができるので、可変バルブの配管系のあらゆる配管状況に応じて定格流量Ｑ０を確保することができ、またポンプを適正能力で運転することができ、無駄な電力消費が生じることを防止することができるという有利な効果が得られ、また、回転数制御をせずに電圧をオープンループで制御することができるので、制御部における制御動作を簡単にして、短時間で適正運転に移行することができるという有利な効果が得られる。
【００８５】
請求項５に記載のポンプ制御装置によれば、可変バルブもしくは固定バルブを有する配管系に配設されたポンプをＤＣモータにより駆動するポンプ制御装置であって、前記ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加している時のポンプ特性を記憶するとともに定格流量Ｑ０が得られる目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐをあらかじめ各揚程毎に記憶するポンプ特性記憶部と、ＤＣモータのロータの磁極位置を検出する磁極位置検出部と、磁極位置検出部における検出結果に基づいてＤＣモータの実回転数を演算して演算実回転数を得る回転数変換部と、定格電圧Ｖ０を印加しているときの演算実回転数Ｎ１とポンプ特性とに基づいて運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）を予測する配管系予測部と、全体を制御する制御部とを有し、制御部は、ＤＣモータに定格電圧Ｖ０を印加した時に可変バルブもしくは固定バルブを有する配管系で推定された運転点（流量Ｑ１，揚程Ｈ１）の揚程Ｈ１における目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐをポンプ特性記憶部から読み出し、演算実回転数Ｎ１と読み出した目標回転数Ｎｐとの比較結果もしくは実印加電圧Ｖ０と読み出した目標電圧Ｖｐとの比較結果に基づいてＤＣモータに印加する電圧を制御することにより、制御部は目標回転数Ｎｐもしくは目標電圧Ｖｐを演算する必要がないので、制御部における処理動作を簡単にして高速化を図ることができるという有利な効果が得られる。
【００８６】
請求項６に記載のポンプ制御装置によれば、請求項１乃至５のいずれか１に記載のポンプ制御装置において、制御部は、ＤＣモータの印加電圧としてＰＷＭ制御された電圧を用い、定格電圧Ｖ０におけるＰＷＭのデューティ比がＡで目標電圧がＶｐであるときは、ＰＷＭのデューティ比をＡ×（Ｖｐ／Ｖ０）とすることにより、印加電圧の調整が可能な可変電源が不要となるので、コスト低減を図ることができると共に効率良く電圧調整を行うことができるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水量（流量）と揚程との関係を示す図
【図２】本発明の実施の形態１によるポンプ制御装置を示すブロック図
【図３】可変バルブの時に水量を制御した場合のポンプ特性を示す図
【図４】可変バルブの時に回転数を制御した場合の任意の揚程に対する目標回転数との関係を表す図
【図５】可変バルブの時にＤＣモータへの印加電圧を制御した場合の任意の揚程に対する目標電圧との関係を表す図
【図６】固定バルブの時に制御した場合のポンプ特性を示す図
【図７】固定バルブの時に回転数を制御した場合の任意の揚程と（数２０）との積に対する目標回転数との関係を表す図
【図８】固定バルブの時にＤＣモータへの印加電圧を制御した場合の任意の揚程と（数２０）との積に対する目標電圧との関係を表す図
【図９】従来のＡＣポンプ特性の電源周波数依存性を示す図
【図１０】従来のポンプ制御装置を示す回路図
【符号の説明】
１  磁極位置検出部
２  回転数変換部
３  ポンプ特性記憶部
４  配管系予測部
５  制御部
６  ＤＣモータ
７  ドライブ部
８  ポンプ
９  プリドライブ部
【図１】
0004617536.tif 000026
【図２】
0004617536.tif 000027
【図３】
0004617536.tif 000028
【図４】
0004617536.tif 000029
【図５】
0004617536.tif 000030
【図６】
0004617536.tif 000031
【図７】
0004617536.tif 000032
【図８】
0004617536.tif 000033
【図９】
0004617536.tif 000034
【図１０】
0004617536.tif 000035