(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
暖房・換気・空気調節（ＨＶＡＣ）システムにおいて変速モータを用いて一定気流を提供するための方法であって、前記方法は、
（ａ）前記モータのモータ制御作業点を得るために、前記モータの電力および速度を決定することであって、前記モータ制御作業点は、前記モータの電力および速度を規定する、ことと、
（ｂ）前記ＨＶＡＣシステムに対して標的気流速度を得ることと、
（ｃ）前記ＨＶＡＣシステムにおいて前記標的気流速度を起こす前記モータの標的気流作業点を決定することであって、前記標的気流作業点は、前記ＨＶＡＣシステムに対して得られた前記標的気流速度に少なくとも部分的に基づいて決定され、前記標的気流作業点は、前記ＨＶＡＣシステムにおいて前記標的気流速度を起こす前記モータの電力および速度を規定する、ことと、
（ｄ）前記モータ制御作業点が前記モータの前記標的気流作業点におよそ等しいか否かを決定することと、
（ｅ）前記モータ制御作業点が前記標的気流作業点におよそ等しくない場合に前記モータの電力および速度を連続的に調節することであって、前記モータの電力および速度を連続的に調節することは、前記モータの電力を調節し、その後に前記モータの速度を調節することを含み、前記モータの電力および速度は、前記モータの前記モータ制御作業点が前記標的気流作業点におよそ等しくなるまで連続的に調節され、その結果、前記ＨＶＡＣシステムによって提供される気流は、前記モータの電力および速度を連続的に調節するステップの前後において前記標的気流速度で一定に維持される、ことと
を含む、方法。
【請求項２】
前記ＨＶＡＣシステムにおいて前記標的気流速度を起こす前記モータの前記標的気流作業点を決定することは、一定気流モデル上の前記標的気流作業点を識別することを含み、前記一定気流モデルは、前記ＨＶＡＣシステムにおいて前記標的気流速度を起こす複数のモータ制御作業点を規定する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記モータ制御作業点が前記モータの前記標的気流作業点におよそ等しいか否かを決定することは、前記モータ制御作業点が前記一定気流モデル上に識別された前記標的気流作業点におよそ等しいか否かを決定することを含む、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記電力を調節することは、前記モータ制御作業点が前記一定気流モデル上の前記標的気流作業点におよそ等しくない場合、前記モータの前記モータ制御作業点が前記一定気流モデル上の前記標的気流作業点におよそ等しくなるまで前記モータの速度を調節することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記ＨＶＡＣシステムにおいて前記標的気流速度より高い一定気流速度を起こす、第１の一定気流モデル上のモータ制御作業点と、前記ＨＶＡＣシステムにおいて前記標的気流速度より低い一定気流速度を起こす、第２の一定気流モデル上のモータ制御作業点との間を補間することによって前記一定気流モデルを決定することをさらに含む、請求項２に記載の方法。
【請求項６】
前記モータに結合されたインバータ上の直流（ＤＣ）バス電圧およびＤＣバス電流の瞬時値に少なくとも部分的に基づいて前記電力を決定することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記モータに結合されたインバータ上の直流（ＤＣ）バス電圧と前記モータの位相電流とに少なくとも部分的に基づいて前記電力を決定することをさらに含み、前記位相電流は、前記モータの固定子の複数の位相巻線上の電流に対応する、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記モータ制御作業点が前記標的気流作業点におよそ等しい場合に前記モータの一定の前記モータ制御作業点を維持することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記モータが前記ＨＶＡＣシステムにおいて一定気流を提供するようにステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返すことをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記モータは、永久磁石モータである、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
暖房・換気・空気調節（ＨＶＡＣ）システムにおいて一定気流を提供するための装置であって、前記装置は、
変速モータと、
前記変速モータに結合され、かつ、前記変速モータの動作を制御するように構成されたモータコントローラと
を備え、
前記モータコントローラは、プロセッサを備え、
前記プロセッサは、
（ａ）前記モータのモータ制御作業点を得るために、前記モータの電力および速度を決定するステップであって、前記モータ制御作業点は、前記モータの電力および速度を規定する、ステップと、
（ｂ）前記ＨＶＡＣシステムに対して標的気流速度を得るステップと、
（ｃ）前記ＨＶＡＣシステムにおいて前記標的気流速度を起こす前記モータの標的気流作業点を決定するステップであって、前記標的気流作業点は、前記ＨＶＡＣシステムに対して得られた前記標的気流速度に少なくとも部分的に基づいて決定され、前記標的気流作業点は、前記ＨＶＡＣシステムにおいて前記標的気流速度を起こす前記モータの電力および速度を規定する、ステップと、
（ｄ）前記モータ制御作業点が前記モータの前記標的気流作業点におよそ等しいか否かを決定するステップと、
（ｅ）前記モータ制御作業点が前記標的気流作業点におよそ等しくない場合に前記モータの電力および速度を連続的に調節することであって、前記モータの電力および速度を連続的に調節することは、前記モータの電力を調節し、その後に前記モータの速度を調節することを含み、前記モータの電力および速度は、前記モータの前記モータ制御作業点が前記標的気流作業点におよそ等しくなるまで連続的に調節され、その結果、前記ＨＶＡＣシステムによって提供される気流は、前記モータの電力および速度を連続的に調節するステップの前後において前記標的気流速度で一定に維持される、ステップと
を行うように構成されている、装置。
【請求項１２】
前記ＨＶＡＣシステムにおいて前記標的気流速度を起こす前記モータの前記標的気流作業点を決定するステップを行うように構成された前記プロセッサは、一定気流モデル上の前記標的気流作業点を識別するステップを行うように構成されているプロセッサを備え、前記一定気流モデルは、前記ＨＶＡＣシステムにおいて前記標的気流速度を起こす複数のモータ制御作業点を規定する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記モータ制御作業点が前記モータの前記標的気流作業点におよそ等しいか否かを決定するステップを行うように構成された前記プロセッサは、前記モータ制御作業点が前記一定気流モデル上に識別された前記標的気流作業点におよそ等しいか否かを決定するステップを行うように構成されているプロセッサを備える、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記電力を調節するステップを行うように構成された前記プロセッサは、前記モータ制御作業点が前記一定気流モデル上の前記標的気流作業点におよそ等しくない場合、前記モータの前記モータ制御作業点が前記一定気流モデル上の前記標的気流作業点におよそ等しくなるまで前記モータの速度を調節するステップを行うように構成されているプロセッサを備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記プロセッサは、前記ＨＶＡＣシステムにおいて前記標的気流速度より高い一定気流速度を起こす、第１の一定気流モデル上のモータ制御作業点と、前記ＨＶＡＣシステムにおいて前記標的気流速度より低い一定気流速度を起こす、第２の一定気流モデル上のモータ制御作業点との間を補間することによって前記一定気流モデルを決定するステップを行うようにさらに構成されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記プロセッサは、前記モータに結合されたインバータ上の直流（ＤＣ）バス電圧およびＤＣバス電流の瞬時値に少なくとも部分的に基づいて前記電力を決定するステップを行うようにさらに構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１７】
前記プロセッサは、前記モータに結合されたインバータ上の直流（ＤＣ）バス電圧と前記モータの位相電流とに少なくとも部分的に基づいて前記電力を決定するステップを行うようにさらに構成されており、前記位相電流は、前記モータの固定子の複数の位相巻線上の電流に対応する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１８】
前記プロセッサは、前記モータ制御作業点が前記標的気流作業点におよそ等しい場合に前記モータの一定の前記モータ制御作業点を維持するステップを行うようにさらに構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項１９】
前記プロセッサは、前記モータが前記ＨＶＡＣシステムにおいて一定気流を提供するようにステップ（ａ）〜（ｅ）を繰り返すステップを行うようにさらに構成されている、請求項１１に記載の装置。
【請求項２０】
前記モータは、永久磁石モータである、請求項１１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変速モータのための一定気流制御方法に関し、特に、ＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法ならびにそれを使用したＨＶＡＣシステムおよび他の変速モータシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣブラシレス永久磁石同期モータの略であるＰＭモータは、ＥＣＭモータとも称され得る。異なるサービス環境に起因して、ＰＭモータは、概して、一定回転速度制御、一定トルク制御、一定気流制御等を含む、異なる制御モードを有する。一定気流制御は、ＨＶＡＣ（暖房換気システム）における一般的モードである。
【０００３】
家庭用空気調節装置の屋内換気パイプでは、静圧が、多くの場合、例えば、パイプまたはフィルタ内に粉塵堆積物が詰まることに起因して、時間が経過するにつれて変化する。パイプの異なる設置に起因して、静圧は、多くの場合、製造業者の実験室の公称システムの標準的静圧より高い。一定気流制御は、これらの条件において、ユーザのために一定気流を提供し、それによって、広範囲の静圧下で換気、冷房、または暖房の快適な効果を維持し、システム効率的かつエネルギー節約的動作を行い得る。
【０００４】
一般的一定気流制御方法は、直接、気流メータを搭載することである。これは、コストを増加させるだけでなく、気流不良に起因する潜在的制御不良ももたらす。現在の空気調節装置製造業者は、概して、気流メータを伴わない一定気流制御方法を使用する。時として、静圧の変化を監視し、速度を調整することが要求される。いくつかの計算式は、対数計算または高次多項式を伴い、したがって、モータコントローラのＭＣＵは、高性能コンピューティング能力を有することが要求され、したがって、コストは、さらに増加される。
【０００５】
米国特許第ＵＳ４８０６８３３号（特許文献１）は、一定気流を取得するために、モータの回転速度が外部静圧に対して変化させられることを開示している。外部静圧の変化は、モータの内蔵回転速度メータによって感知される回転速度の変化に従って、計算される。気流計算は、トルクおよび回転速度の関数によって制御される。米国特許第ＵＳ５７３６８２３ａ号（特許文献２）も、同様に、トルクおよび回転速度の関数によって制御される一定気流制御方法を開示している。
【０００６】
前述の一定気流制御方法は、トルクを重要な制御変数として使用しており、以下の技術的問題を有する。
１）トルクは、機械的変数であり、決定されること、および計算されることが困難であり、したがって、制御正確度に影響を及ぼすであろう。
２）トルク制御は、多くの場合、動的制御の用途において使用されるが、一定気流制御は、典型的には、定常状態制御であり、したがって、トルク制御は、あまり適用可能ではない。
３）トルク制御は、モータ制御において比較的に複雑であり、最良実施例は、より優れたトルク制御を実現するためのベクトル制御である。しかしながら、システムトルク制御の正確度は、システムハードウェアおよびソフトウェアのコストによって制約される。
４）トルクは、消費者および政府がシステムの動作を管理および理解することを可能にする特性パラメータではない。
【０００７】
言い換えると、トルクは、直接決定されることが困難な機械的変数である。一定気流制御を実現するために、トルクを変数制御として利用することは、複雑な動作および高コストをもたらすであろう。さらに、トルクは、政府によって推奨されるエネルギー節約および環境管理ならびに規格に関連付けられることが困難であり、直感的ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４，８０６，８３３号明細書
【特許文献２】米国特許第５，７３６，８２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、ＰＭモータ直接電力制御式一定気流制御の方法ならびにそれを使用したＨＶＡＣシステムおよび他の変速モータシステムを提供することである。本発明は、特に、定常状態における気流制御のために好適であり、単純アルゴリズム、ＣＰＵ動作のための低要件、低コスト、および高制御正確度を有し、エネルギー保存および排出量削減の制御のために有利である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の目的は、以下の技術的解決策によって達成される。
【００１１】
ＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法であって、ＰＭモータは、ＨＶＡＣシステム内に搭載され、風力ホイールを駆動し、回転させ、固定子アセンブリ、永久磁石アセンブリ、およびモータコントローラを提供され、モータコントローラは、モータ動作パラメータ検出回路およびマイクロプロセッサを備え、
ステップＡ）モータコントローラを始動させ、標的気流ＩＮ−ＣＦＭを受信または事前設定するステップと、
ステップＢ）標的気流ＩＮ−ＣＦＭに従って、対応する関数Ｐ＝ｆ（ｎ）を取得するステップであって、ｎは、回転速度を示し、Ｐは、モータの入力電力を示す、ステップと、
ステップＣ）直接電力制御式一定気流制御モードに入り、モータが、関数Ｐ＝ｆ（ｎ）の制御トラックに沿って、定常作業点（ｐｔ、ｎｔ）に到達することを可能にするように、モータを制御するか、またはモータの速度がゼロである場合、モータを始動させるステップであって、ｐｔ、ｎｔは、一定気流を満たす制御関数Ｐ＝ｆ（ｎ）のトラック上の入力電力と回転速度との対である、ステップと、
ステップＤ）直接電力制御式一定気流制御モードを保ち、モータの動作パラメータに従って、モータのリアルタイム入力電力Ｐｉを計算し、電力インクリメント値
【００１２】
【数１】
0006340434.tif 000002
【００１３】
を計算するステップと、
ステップＥ）電力インクリメント値ΔＰが設定値Ｐｓｅｔより小さい場合、現在の作業点を保つステップと、
ステップＦ）電力インクリメント値ΔＰが設定値Ｐｓｅｔより大きいかまたはそれに等しい場合、電力／回転速度制御論理によって、速度ループの動作時間に到達したかどうかを計算し、速度ループの動作時間にまだ到達していない場合、現在の作業点を保つステップと、
ステップＧ）速度ループの動作時間にすでに到達している場合、トラック上の新しい作業点（Ｐｉ、ｎｉ）を実現する、すなわち、ｐｔ＝Ｐｉおよびｎｔ＝ｎｉとなるように、
【００１４】
【数２】
0006340434.tif 000003
【００１５】
に従って速度を調節するための速度制御回路に入り、ステップＣに戻るステップであって、ｎｉは、リアルタイム回転速度を示す、ステップと
を含むことを特徴とする、方法が、提供される。
【００１６】
モータ動作パラメータ検出回路は、バス電流検出回路と、バス電圧検出回路とを備え、バス電流検出回路およびバス電圧検出回路は、リアルタイムバス電流Ｉｂｕｓおよびリアルタイムバス電圧Ｖｂｕｓを検出し、モータのリアルタイム入力電力は
【００１７】
【数３】
0006340434.tif 000004
【００１８】
である。
【００１９】
モータ動作パラメータ検出回路は、位相線電流検出回路と、バス電圧検出回路とを備え、位相線電流検出回路およびバス電圧検出回路は、マイクロプロセッサに入力される位相電流およびバス電圧データを検出し、リアルタイム位相電流およびリアルタイムバス電圧Ｖｂｕｓは、α−β座標における電流ＩαおよびＩβと電圧ＶαおよびＶβとに変換され、モータのリアルタイム入力電力は、Ｐｉ＝３／２（Ｉα・Ｖα＋Ｉβ・Ｖβ）である。
【００２０】
関数Ｐ＝ｆ（ｎ）は、オリジナルデータを最初に収集し、常時、いくつかの標的気流に対して低静圧から高静圧に調節し（静圧は、実際に加えられる静圧範囲にわたることができる）、静圧を調節するプロセスにおいて、モータが回転速度制御状態であるようにし、モータの回転速度ｎとリアルタイム入力電力Ｐｉとを調節することによって、気流を標的気流に保ち、モータの回転速度ｎとリアルタイム入力電力Ｐｉとのグループが、いくつかの標的気流の各々に対して生成されるように、この瞬間のモータの定常回転速度ｎおよび対応するリアルタイム入力電力Ｐｉを記憶し、次いで、曲線適合法によって、いくつかの標的気流の各々に対応する関数Ｐ＝ｆ（ｎ）を生成するような方法において得られる。
【００２１】
外部入力標的気流値ＩＮ−ＣＦＭが、既に決定されたいくつかの標的気流のうちの１つに等しくない場合、任意の外部入力標的気流値ＩＮ−ＣＦＭに対応する関数Ｐ＝ｆ（ｎ）は、過程全体において任意の標的気流の一定気流制御を実現するように、補間法によって適合および計算され得る。
【００２２】
モータのリアルタイム入力電力Ｐｉは、低域通過デジタルフィルタによって処理され、リアルタイムバス電流Ｉｂｕｓおよびリアルタイムバス電圧Ｖｂｕｓのデータは、収集されている間、低域通過デジタルフィルタによって処理される。
【００２３】
関数関係Ｐ＝ｆ（ｎ）は、多項式関数：
【００２４】
【数４】
0006340434.tif 000005
【００２５】
であり、
【００２６】
【数５】
0006340434.tif 000006
【００２７】
は全て、係数であり、ｎは、モータの回転速度値を示し、標的気流の各々は、係数
【００２８】
【数６】
0006340434.tif 000007
【００２９】
のグループに対応し、係数は、記憶され、マイクロプロセッサは、関数関係Ｐ＝ｆ（ｎ）を得るように、入力標的気流値ＩＮ−ＣＦＭに従って、テーブルルックアップ法または補間法によって、係数
【００３０】
【数７】
0006340434.tif 000008
【００３１】
の対応するグループを取得する。
【００３２】
関数関係Ｐ＝ｆ（ｎ）は、二次関数：
【００３３】
【数８】
0006340434.tif 000009
【００３４】
である。
【００３５】
請求項１から８のいずれかに記載のＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法を使用するＨＶＡＣシステムであって、ＰＭモータと風力ホイールとを備え、ＰＭモータは、風力ホイールを駆動し、回転させ、固定子アセンブリ、永久磁石回転子アセンブリ、およびモータコントローラを提供され、ＰＭモータは、直接電力制御によって、一定気流制御を実現するシステムが提供される。
【００３６】
請求項１から８のいずれかに記載のＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法を使用する変速モータシステムであって、変速モータと風力ホイールとを備え、変速モータは、風力ホイールを駆動し、回転させ、固定子アセンブリ、回転子アセンブリ、およびモータコントローラを提供され、変速モータは、直接電力制御によって一定気流制御を実現するシステムが提供される。
【００３７】
従来技術と比較して、本発明は、１）実験によって、いくつかの入力標的気流値ＣＦＭｓｅｔに対応する関数Ｐ＝ｆ（ｎ）を取得し、モータの回転速度ｎに従って、関数Ｐ＝ｆ（ｎ）を通して、対応するモータ入力電力の計算値Ｐｔを計算し、リアルタイムバス電流Ｉｂｕｓまたは位相電流およびリアルタイムバス電圧Ｖｂｕｓを検出し、ベクトルα−β座標における電流ＩαおよびＩβと電圧ＶαおよびＶβとを計算し、モータのリアルタイム入力電力Ｐｉを計算し、モータ入力電力の計算値Ｐｔとモータのリアルタイム入力電力Ｐｉを比較し、閉ループ制御を行うことによって、特に、定常状態における一定気流制御に好適であり、高正確度および低コストを有することと、２）本発明の一定気流は、直接、モータの入力電力を制御し、モータ入力電力は、電気的変数であり、容易かつ正確に決定されることができ、モータ入力電力は、より高い正確度を有する、ＤＣバス電圧、ＤＣバス電流、または位相電流から得られ得、直接電力制御は、システムの定常状態制御に好適であり、気流制御自体が、典型的定常状態制御問題であり、したがって、システムは、直接電力制御と気流制御を整合させることによって、より正確かつ安定し、直接電力制御は、モータ速度制御によって実現され、したがって、高正確度および低コストを有することと、３）モータのリアルタイム入力電力Ｐｉは、低域通過デジタルフィルタによって処理され、したがって、計算の正確度は、より高く、コストは、より低いこととの効果を有する。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
ＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法であって、ＰＭモータは、ＨＶＡＣシステム内に搭載され、風力ホイールを駆動し、回転させ、固定子アセンブリ、永久磁石アセンブリ、およびモータコントローラを提供されており、前記モータコントローラは、モータ動作パラメータ検出回路およびマイクロプロセッサを備え、前記方法は、
ステップＡ）前記モータコントローラを始動させ、標的気流ＩＮ−ＣＦＭを受信または事前設定するステップと、
ステップＢ）前記標的気流ＩＮ−ＣＦＭに従って、対応する関数Ｐ＝ｆ（ｎ）を取得するステップであって、ｎは、回転速度を示し、Ｐは、前記モータの入力電力を示す、ステップと、
ステップＣ）直接電力制御式一定気流制御モードに入るステップであって、前記入るステップは、前記モータを制御するか、または前記モータの速度がゼロである場合、前記モータを始動させ、前記モータが、前記関数Ｐ＝ｆ（ｎ）の制御トラックに沿って定常作業点（ｐｔ、ｎｔ）に到達することを可能にすることを含み、ｐｔ、ｎｔは、前記一定気流を満たす前記制御関数Ｐ＝ｆ（ｎ）のトラック上の入力電力と回転速度との対である、ステップと、
ステップＤ）前記直接電力制御式一定気流制御モードを維持するステップであって、前記維持するステップは、前記モータの動作パラメータに従って、前記モータのリアルタイム入力電力Ｐｉを計算することと、電力インクリメント値
【数５０】
0006340434.tif 000010
を計算することとを含む、ステップと、
ステップＥ）前記電力インクリメント値ΔＰが設定値Ｐｓｅｔより小さい場合、前記現在の作業点を維持するステップと、
ステップＦ）前記電力インクリメント値ΔＰが前記設定値Ｐｓｅｔより大きいかまたはそれに等しい場合、電力／回転速度制御論理によって、速度ループの動作時間に到達したかどうかを計算し、前記速度ループの動作時間にまだ到達していない場合、前記現在の作業点を維持するステップと、
ステップＧ）前記速度ループの動作時間にすでに到達している場合、速度制御回路を開始し、前記速度を
【数５１】
0006340434.tif 000011
に従って調節し、前記トラック上の新しい作業点（Ｐｉ、ｎｉ）を実現すること、すなわち、ｐｔ＝Ｐｉおよびｎｔ＝ｎｉにすることと、ステップＣに戻ることとを行うステップであって、ｎｉは、リアルタイム回転速度を示す、ステップと
を含むことを特徴とする、方法。
（項目２）
前記モータ動作パラメータ検出回路は、バス電流検出回路と、バス電圧検出回路とを備え、前記バス電流検出回路および前記バス電圧検出回路は、リアルタイムバス電流Ｉｂｕｓおよびリアルタイムバス電圧Ｖｂｕｓを検出し、前記モータのリアルタイム入力電力は、
【数５２】
0006340434.tif 000012
であることを特徴とする、項目１に記載のＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法。
（項目３）
前記モータ動作パラメータ検出回路は、位相線電流検出回路と、バス電圧検出回路とを備え、前記位相線電流検出回路および前記バス電圧検出回路は、位相電流およびバス電圧データを検出し、前記マイクロプロセッサに入力し、リアルタイム位相電流とリアルタイムバス電圧Ｖｂｕｓとは、α−β座標における電流ＩαおよびＩβと電圧ＶαおよびＶβとに変換され、前記モータのリアルタイム入力電力は、Ｐｉ＝３／２（Ｉα・Ｖα＋Ｉβ・Ｖβ）であることを特徴とする、項目１に記載のＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法。
（項目４）
前記関数Ｐ＝ｆ（ｎ）は、
オリジナルデータを最初に収集し、常時、いくつかの標的気流に対して低静圧から高静圧に調節することであって、前記静圧は、実際に加えられる静圧範囲にわたる、ことと、
前記静圧を調節するプロセスにおいて、前記モータが回転速度制御状態であるようにし、前記モータの回転速度ｎとリアルタイム入力電力Ｐｉとを調節することによって、前記気流を標的気流に保ち、前記モータの回転速度ｎとリアルタイム入力電力Ｐｉとのグループが前記いくつかの標的気流の各々に対して生成されるように、この瞬間における前記モータの定常回転速度ｎおよび対応するリアルタイム入力電力Ｐｉを記録することと、
次いで、曲線適合法によって、前記いくつかの標的気流の各々に対応する関数Ｐ＝ｆ（ｎ）を生成することと
を行うような方法において得られることを特徴とする、項目１、２、または３に記載のＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法。
（項目５）
外部入力標的気流値ＩＮ−ＣＦＭが、既に決定された前記いくつかの標的気流のうちの１つに等しくない場合、任意の外部入力標的気流値ＩＮ−ＣＦＭに対応する関数Ｐ＝ｆ（ｎ）が補間法によって適合および計算されることにより、過程全体において任意の標的気流の一定気流制御を実現することを特徴とする、項目４に記載のＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法。
（項目６）
前記モータのリアルタイム入力電力Ｐｉは、低域通過デジタルフィルタによって処理され、前記リアルタイムバス電流Ｉｂｕｓおよび前記リアルタイムバス電圧Ｖｂｕｓのデータは、収集されている間、前記低域通過デジタルフィルタによって処理されることを特徴とする、項目２に記載のＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法。
（項目７）
前記関数関係Ｐ＝ｆ（ｎ）は、多項式関数：
【数５３】
0006340434.tif 000013
であり、
【数５４】
0006340434.tif 000014
は全て、係数であり、ｎは、前記モータの回転速度値を示し、前記標的気流の各々は、係数
【数５５】
0006340434.tif 000015
のグループに対応し、前記係数は、記憶され、前記マイクロプロセッサは、前記入力標的気流値ＩＮ−ＣＦＭに従って、テーブルルックアップ法または補間法によって、前記係数
【数５６】
0006340434.tif 000016
の対応するグループを取得し、前記関数関係Ｐ＝ｆ（ｎ）を得ることを特徴とする、項目４に記載のＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法。
（項目８）
前記関数関係Ｐ＝ｆ（ｎ）は、二次関数：
【数５７】
0006340434.tif 000017
であることを特徴とする、項目７に記載のＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法。
（項目９）
項目１から８のいずれかに記載のＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法を使用するＨＶＡＣシステムであって、
前記システムは、ＰＭモータと風力ホイールとを備え、前記ＰＭモータは、前記風力ホイールを駆動し、回転させ、固定子アセンブリ、永久磁石回転子アセンブリ、およびモータコントローラを提供されており、前記ＰＭモータは、直接電力制御によって、一定気流制御を実現する、システム。
（項目１０）
項目１から８のいずれかに記載のＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法を使用する、変速モータシステムであって、前記システムは、変速モータと風力ホイールとを備え、前記変速モータは、前記風力ホイールを駆動し、回転させ、固定子アセンブリ、回転子アセンブリ、およびモータコントローラを提供されており、前記変速モータは、直接電力制御によって一定気流制御を実現する、システム。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、従来の空気調節ファンシステムの構造概略図である。
【図２】図２は、本発明による、ＰＭモータの設置概略図である。
【図３】図３は、本発明による、ＰＭモータの３Ｄ略図である。
【図４】図４は、本発明による、ＰＭモータのモータコントローラの３Ｄ略図である。
【図５】図５は、本発明による、ＰＭモータの断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態１による、ＰＭモータのモータコントローラの実装回路のブロック図である。
【図７】図７は、図６の対応する回路図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態１による、一定気流制御方法のフロー図である。
【図９】図９は、本発明による、実験によって決定された一定気流適合曲線のグループである。
【図１０】図１０は、本発明による、１／３ＨＰＰＭモータの直接電力制御式一定気流の実験データの適合曲線である。
【図１１】図１１は、本発明による、補間法によって判じられた任意の入力気流実験データの適合曲線である。
【図１２】図１２は、本発明の実施形態１による、一定気流制御方法の制御論理図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態１による、一定気流制御方法の制御プロセスの概略図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施形態１による、一定気流制御方法の別の制御プロセスの概略図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態１による、一定気流制御方法の実験的に検証された試験結果を示す、略図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施形態２による、ＰＭモータのモータコントローラの実装回路のブロック図である。
【図１７】図１７は、図１２の対応する回路図である。
【図１８】図１８は、従来の典型的ＰＭモータベクトル制御の概略図である。
【図１９】図１９は、従来の典型的ＰＭモータベクトル制御のそれぞれの座標系の関係グラフである。
【図２０】図２０は、本発明の実施形態２による、一定気流制御方法の制御論理図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
本発明は、具体的実施形態および付随の図面を参照して詳細に以下に説明される。
【００４０】
本発明では、図１に示されるように、送風機システム（ガス炉または空気ハンドラ等）が、典型的空気調節換気パイプ内に搭載される。送風機システムは、図において「モータ＋風力ホイール」と置き換えられている。パイプもまた、空気フィルタとともに、図の中に提供される。モータが始動されると、送風機システムは、送風を開始する。空気出口の数および空気入口の数は、部屋の数に関連するため、パイプの設計の汎用規格は、存在しない。一方、フィルタも、異なる圧力降下を有し得、したがって、異なるパイプ内の従来の単相ＡＣモータ（ＰＳＣモータ）を用いて運ばれる、送風機システムの実際の気流は、異なるであろう。図２に示されるように、１）製品の制御は、ＨＶＡＣコントローラによって行われ、これは、全製品動作デバイスを制御し、カスタマイズされたインターフェースおよびプロトコルの周辺回路を用いて、ＰＭモータコントローラに送信すべき情報を設定する。２）モータコントローラは、モータ制御のためのマイクロプロセッサ（単一チップまたはＤＳＰ電子プレート）を含む。モータコントローラは、電力をコントローラの各回路に提供するための電力供給部分を提供される。電力供給源は、ＤＣバス電圧および電流を有する。したがって、モータの制御は、電力伝送を行うであろう。低コストかつ大量生産されるモータコントローラは、通常、電流および電圧感知ハードウェアとして、および、制御モータドライバを制御し、モータ制御（例えば、ベクトル制御、直接トルク制御、および他のタイプのセンサ制御または非センサ制御）を実行するためのシステムフィードバックとして並列抵抗回路を使用する。任意の電子構成要素の動作周期の変化が検出正確度および持続性に影響を及ぼす理由であることは、周知である。３）ＰＭモータの回転子が磁石および構造とともにＰＭモータ上に提供され、固定子側またはスロットに多相巻線が存在する。温度が変動すると、永久磁石および巻線抵抗が変化し、したがって、モータ制御の異なる変化をもたらすことが可能である。通常、モータの製造中、ある程度の変化もまた、生成されるであろう。新しいモータおよび古いモータにかかわらず、モータの劣化は、制御の正確度および持続性の要因である。寿命期間において、モータの磁石の磁束は、温度変化に起因して消磁されるであろう。加えて、モータシャフト不良の潜在的リスクおよびシステムの安全性が、リアルタイムで検出または監視されるべきである。４）送風機：送風機は、モータシャフト上に搭載され、回転によって生成される気流は、ある速度にある。搭載される位置は、動作に影響を及ぼし、摩擦増加、低流量、および誤った回転方向さえもたらし得る。５）フィルタ：フィルタは、規則的間隔で交換および保守されるべきである。しかしながら、長時間、追跡できないことが可能性として考えられる。これは、摩擦を増加させ、さらに、気流圧力に影響を及ぼすであろう。６）パイプ制御：パイプシステムは、変化させられる可能性が高い。粉塵、パイプ破裂、領域制御、およびオン／オフ空気ポートの切り替えは、システム圧力の変化である。前述の実際の条件に従って、一定気流制御が行われる場合、多くの不安定要因を生じさせるであろう。
【００４１】
図３、４、および５に示されるように、ＰＭモータは、典型的には、モータコントローラ２と、単一モータ本体１とから成る。単一モータ本体１は、固定子アセンブリ１２と、回転子アセンブリ１３と、エンクロージャアセンブリ１１とを含む。回転子アセンブリ１３は、エンクロージャアセンブリ１１上に搭載される。単一モータ本体１は、回転子の位置を検出するために、ホールセンサ１４を提供される。回転子アセンブリ１３は、固定子アセンブリ１２の内側または外側に納められる。モータコントローラ２は、制御ボックス２２と、制御ボックス２２の内側に搭載される制御回路基板２１とを含む。制御回路基板２１は、概して、電力供給回路と、マイクロプロセッサと、バス電流検出回路と、インバータ回路と、回転子位置測定回路１４（すなわち、ホールセンサ）とを含む。電力供給回路は、各回路部分に電力を提供する。回転子位置測定回路は、回転子位置信号を検出し、回転子位置信号をマイクロプロセッサに入力する。バス電流検出回路は、検出されたバス電流をマイクロプロセッサに入力する。バス電圧検出回路は、ＤＣバス電圧をプロセッサに入力する。マイクロプロセッサは、インバータ回路を制御し、インバータ回路は、オンまたはオフに切り替えられるように固定子アセンブリ１２の各位相コイル巻線を制御する。
【００４２】
（実施形態１）
図６および７に示されるように、ＰＭモータは、３相ブラシレスＤＣ永久磁石同期モータであると仮定される。回転子位置測定回路１４は、概して、３つのホールセンサを採用する。３つのホールセンサは、それぞれ、３６０°電気角サイクルで回転子の位置を検出する。固定子アセンブリ１２の各位相コイル巻線の電力オンは、３相６ステップ制御モードを形成するように、１２０°電気角毎に１回変化させられる。ＡＣ  ＩＮＰＵＴが、ダイオードＤ７、Ｄ８、Ｄ９、およびＤ１０から成る全波整流回路を通過し、次いで、ＤＣバス電圧Ｖｂｕｓが、コンデンサＣ１の１つの端子から出力される。ＤＣバス電圧Ｖｂｕｓは、入力ＡＣ電圧に関連する。ＡＣ  ＩＮＰＵＴの電圧が決定された後、３相巻線の線間電圧ＵＰは、ＰＷＭチョッピング出力電圧である。ＵＰ＝Ｖｂｕｓ＊ｗであり、式中、ｗは、マイクロプロセッサによってインバータ回路に入力されるＰＷＭ信号のデューティ比である。線間電圧ＵＰを変化させることは、ＤＣバス電流Ｉバスを変化させ得る。インバータ回路は、電子切り替え器Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、およびＱ６から成る。電子切り替え器Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５、およびＱ６の制御端子は、マイクロプロセッサによって出力される６つのＰＷＭ信号（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、およびＰ６）によって制御される。インバータ回路はまた、バス電流Ｉｂｕｓを検出するために、レジスタＲ１に接続される。バス電流検出回路は、レジスタＲ１の検出されたバス電流Ｉｂｕｓを変換し、次いで、それをマイクロプロセッサに伝送する。モータ入力電力制御は、電子切り替え器Ｑ７によって制御される。マイクロプロセッサによって出力されるＰＷＭ信号（すなわち、Ｐ０）は、モータ入力電力を制御するように、電子切り替え器Ｑ７の定時の切りかえ替を制御する。
【００４３】
図８に示されるように、ＨＶＡＣシステムにおけるＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法が示される。ＰＭモータは、風力ホイールを駆動し、固定子アセンブリ、永久磁石回転子アセンブリ、およびモータコントローラを提供される。モータコントローラは、マイクロプロセッサと、インバータ回路と、回転子位置測定回路と、バス電流検出回路と、バス電圧検出回路と、モータ入力電力制御回路（図示せず）とを含み、回転子位置測定回路は、回転子位置信号を検出し、回転子位置信号をマイクロプロセッサに入力する。マイクロプロセッサは、モータのリアルタイム回転速度ｎを計算し、バス電流検出回路は、バス電流をマイクロプロセッサに入力する。バス電圧検出回路は、ＤＣバス電圧をプロセッサに入力する。マイクロプロセッサは、インバータ回路を制御する。インバータ回路は、オンまたはオフにされるように固定子アセンブリの各位相コイル巻線を制御する。マイクロプロセッサは、モータ入力電力制御回路を制御し、ＰＭモータは、ＰＭモータ直接電力制御の一定気流制御の方法が、以下のステップを含むことを特徴とする：
ステップＡ）モータコントローラを始動させ、標的気流ＩＮ−ＣＦＭを受信または事前設定すること；、
ステップＢ）標的気流ＩＮ−ＣＦＭに従って、対応する関数Ｐ＝ｆ（ｎ）を取得することであって、ｎは、回転速度を示し、Ｐは、モータの入力電力を示す、こと；
ステップＣ）直接電力制御式一定気流制御モードに入り、関数Ｐ＝ｆ（ｎ）の制御トラックに沿って定常作業点（ｐｔ、ｎｔ）に到達することを可能にするように、モータを制御すること、またはモータの速度が０であるとき、モータを始動させることであって、ｐｔ、ｎｔは、一定気流を満たす制御関数Ｐ＝ｆ（ｎ）のトラック上の入力電力と回転速度との対である、こと；
ステップＤ）直接電力制御式一定気流制御モードを保ち、モータの動作パラメータに従って、モータのリアルタイム入力電力Ｐｉを計算し、
【００４４】
【数９】
0006340434.tif 000018
【００４５】
を計算すること；
ステップＥ）電力インクリメント値ΔＰが設定値Ｐｓｅｔより小さい場合、現在の作業点を保つこと；
ステップＦ）電力インクリメント値ΔＰが設定値Ｐｓｅｔ以上の場合、電力／回転速度制御論理によって、速度ループの動作時間に到達したかどうかを計算し、速度ループの動作時間にまだ到達していない場合、現在の作業点を保つこと；
ステップＧ）速度ループの動作時間にすでに到達している場合、トラック上の新しい作業点（Ｐｉ、ｎｉ）を実現するように、すなわち、ｐｔ＝Ｐｉおよびｎｔ＝ｎｉを仮定し、
【００４６】
【数１０】
0006340434.tif 000019
【００４７】
に従って速度を調節するための速度制御回路に入り、ステップＣに戻ることであって、ｎｉは、リアルタイム回転速度を示す、こと。
【００４８】
上記関数Ｐ＝ｆ（ｎ）は、最初に、オリジナルデータを収集することと、常時、いくつかの標的気流に対して、低静圧から高静圧に調節することであって、静圧は、実際に加えられる静圧範囲にわたることができる、ことと、静圧を調節するプロセスにおいて、モータを一定回転速度制御にすることと、モータの回転速度ｎとリアルタイム入力電力Ｐｉとを調節することによって、気流を標的気流に保つことと、回転速度ｎとリアルタイム入力電力Ｐｉとのグループがいくつかの標的気流の各々に対して生成されるように、この瞬間におけるモータの定常回転速度ｎと対応するリアルタイム入力電力Ｐｉとを記録することと、次いで、曲線適合法によって、いくつかの標的気流の各々に対応する関数Ｐ＝ｆ（ｎ）を生成することとを行うような方法において得られる。
【００４９】
外部入力標的気流値ＩＮ−ＣＦＭが、既に決定されたいくつかの標的気流のうちの１つに等しくない場合、任意の外部入力標的気流値ＩＮ−ＣＦＭに対応する関数Ｐ＝ｆ（ｎ）は、過程全体において任意の標的気流の一定気流制御を実現するように、補間法によって適合および計算され得る。
【００５０】
関数関係Ｐ＝ｆ（ｎ）は、多項式関数：
【００５１】
【数１１】
0006340434.tif 000020
【００５２】
であり、
【００５３】
【数１２】
0006340434.tif 000021
【００５４】
は全て、係数であり、ｎは、モータの回転速度値を示し、標的気流の各々は、係数
【００５５】
【数１３】
0006340434.tif 000022
【００５６】
のグループに対応し、係数は、記憶され、マイクロプロセッサは、関数関係Ｐ＝ｆ（ｎ）を得るように、入力標的気流値ＩＮ−ＣＦＭに従って、テーブルルックアップ法または補間法によって、係数
【００５７】
【数１４】
0006340434.tif 000023
【００５８】
の対応するグループを取得する。
【００５９】
関数関係Ｐ＝ｆ（ｎ）は、二次関数：
【００６０】
【数１５】
0006340434.tif 000024
【００６１】
である。
【００６２】
本発明によって提供される直接電力制御式一定気流制御方法（一定気流制御装置方法のための直接Ｐ制御）の開発および数学的モデルは、概して、換気システム内において、ファンが、ＰＭモータドライバによって駆動され、定常状態において気流を生成するような方法で確立される。一定気流制御は、関係式：ＣＦＭ＝Ｆ（Ｐ、ｓｐｅｅｄ、ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を参照して、静圧下で速度および電力を制御することによって実現され、ＣＦＭは、気流を示し、Ｐは、電力を示し、ｓｐｅｅｄは、速度を示し、ｐｒｅｓｓｕｒｅは、静圧を示す。静圧が変化させられる場合、一定気流は、電力および速度の制御を通して維持される。静圧の増加に伴って、電力および速度もまた、静圧とともに変化する。一定気流ＣＦＭ曲線のクラスタが、図９に示されるように、決定され得る。これらの一定気流ＣＦＭ曲線に基づいて、制御モデルが、開発される。製品制御が、気流要件を決定すると、一定気流ＣＦＭは、特定の静圧下で、電力および速度を制御することによって提供される。図９では、特性曲線は、電力および速度の制御を保つ一定気流物理的特性を表す。電力および速度曲線の試験結果に基づいて、任意の設計内の気流システムの空気調節装置製造業者に対する全モータの定格電力範囲内において、典型的な二次関数が、モデルを開発および確立するための典型的関数としてより良好に使用され得ると結論付けられることができる：
【００６３】
【数１６】
0006340434.tif 000025
【００６４】
対応する座標内の曲線上の３つの未決定点（Ａ、Ｂ、およびＣ）、すなわち、データ（ｐ１、ｎ１）（ｐ２、ｎ２）、および（ｐ３、ｎ３）を選択することによって、係数Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３が、以下の式を参照して、取得される。
【００６５】
【数１７】
0006340434.tif 000026
【００６６】
；本方程式は、∂Ｆ／∂Ａ＝０、∂Ｆ／∂Ｂ＝０、および∂Ｆ／∂Ｃ＝０によって解決され、したがって、ｍ＝３である。
【００６７】
曲線適合プロセスは、曲線を説明する多項式を選択し、多項式の係数は、最小二乗法によって得られ得る。理論的には、
【００６８】
【数１８】
0006340434.tif 000027
【００６９】
が、使用されることができるが、実践的には、選択される二項式が、一般的要件を満たし得る。関数関係Ｐ＝ｆ（ｎ）は、二次関数：
【００７０】
【数１９】
0006340434.tif 000028
【００７１】
であり、Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３は全て、係数であり、ｎは、モータの回転速度値を示し、いくつかの決定される標的気流のうちの任意の１つは、係数Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３のグループに対応し、係数は、記憶され、マイクロプロセッサは、関数関係Ｐ＝ｆ（ｎ）を得るように、入力標的気流値ＩＮ−ＣＦＭに従って、ルックアップテーブルによって、係数Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３の対応するグループを取得する。ある負荷では、各標的気流は、具体的には、以下の表１として示される、係数Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３のグループに対応する。
【００７２】
【表１】
0006340434.tif 000029
【００７３】
図１０は、小型パイプを伴うＨＶＡＣシステムにおける１／３ＨＰ  ＰＭモータの直接電力制御式一定気流の実験データの適合曲線である。所与の標的気流に関して、本システムは、いくつかの典型的気流ＣＦＭを試験点として選択し、数学的モデル化のために、データベースを確立する。これらの典型的点は、最小および最大気流値を含み、いくつかの中間点が、製品仕様に従って加えられる。試験点として、５つの典型的気流ＣＦＭ、すなわち、それぞれ、１５０／３００／４５０／６００および７５０ＣＦＭがある。
【００７４】
表２は、試験データの結果の実施例を示す。回転モータの速度の範囲は、２００〜１４００ｒｐｍであり、システムの静圧は、０．１〜１Ｈ２Ｏである。事前設定された一定気流ＣＣＦＭ出力を保つことによって、図１０のモータ入力電力に対応する単位あたり値が、データベースを形成するように取得される。
【００７５】
【表２】
0006340434.tif 000030
【００７６】
最小二乗法によって、所定のＣＦＭ気流の各々に対応する電力および回転速度の二次関数が、標準的計算方法、すなわち、これらの方程式によって定義される電力と、特定の静圧下の任意のシステムの作業点の速度とによって得られる。入力気流ＩＮ−ＣＦＭが、事前に設定されると、モータシステムは、ＩＮ−ＣＦＭに対応する関数を定義し、その作業点のトラックは、関数定義に従う。方程式（３）−（７）は、標準的方程式を表し得、Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３は全て、定数である。
【００７７】
【数２０】
0006340434.tif 000031
【００７８】
したがって、
【００７９】
【数２１】
0006340434.tif 000032
【００８０】
が、得られる。方程式（３）−（７）のモデル化曲線は、いくつかの一定気流ＣＦＭのために要求される５つの選択された作業点のトラックを提供し、Ｐｏｗｅｒは、電力を示し、ｎは、回転速度を示す。
【００８１】
図１１に示されるように、要求される一定気流ＩＮ−ＣＦＭが、モデル化曲線のうちの１つではない場合、要求される一定気流ＩＮ−ＣＦＭを適合させるための新しい特性方程式が、補間法によって取得される。例えば、要求される一定気流ＩＮ−ＣＦＭ要求が受信されると、２つの隣接するモデル化曲線ＣＦＭ１−６００ｃｆｍとＣＦＭ２−４５０ｃｆｍとが識別され得る。次いで、２つの対応する方程式は、ＩＮ−ＣＦＭ＝５２５ｃｆｍ曲線の新しい方程式を計算するために使用され得る。要求されるＩＮ−ＣＦＭ＝５２５ｃｆｍに基づいて、３つの選択された速度ω１、ω２、およびω３の電力値が、計算され、次いで、Ｐ値が、線形加重補間を通して選択された速度における２つの電力点に対して２つのモデル曲線の方程式を使用することによって計算され得る。最初に、行列データが、以下のように列挙される。
【００８２】
【数２２】
0006340434.tif 000033
【００８３】
選択された速度ωに対応する一対の電力点（ｐ１ｉ、ｐ２ｉ）と、３対の電力点（ｐ１ｉ、ｐ２ｉ）に対応する選択された速度ω１、ω２、およびω３とに対して、Ｐｉ値が、線形加重補間によって計算され得る。
【００８４】
【数２３】
0006340434.tif 000034
【００８５】
重み値Ｗは、
【００８６】
【数２４】
0006340434.tif 000035
【００８７】
のような方法において計算される。
【００８８】
ＣＦＭ２≦ＩＮ−ＣＦＭ≦ＣＦＭ１および０≦Ｗ≦１であることに留意されたい。以下の行列方程式が、計算され得る。
【００８９】
【数２５】
0006340434.tif 000036
【００９０】
したがって、ＩＮ−ＣＦＭ＝５２５ｃｆｍに対応する関数
【００９１】
【数２６】
0006340434.tif 000037
【００９２】
が得られ得る。行列方程式を解くために、係数Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３が計算され得る。したがって、任意の入力気流ＩＮ−ＣＦＭに関して、電力方程式が得られ得る。本プロセスは、モータコントローラ内のマイクロプロセッサ（すなわち、単一チップ）の初期化中に完了され、したがって、電力の計算は、多くのリアルタイムＣＰＵリソースを消費するほど要求されない。
【００９３】
モータのリアルタイム入力電力Ｐｉは、低域通過デジタルフィルタによって処理される。無限パルス応答フィルタのフィルタ技法が、適用され、入力および出力は、サンプリング周期（ＰＷＭスイッチ周波数）内でサンプリングされると仮定される。電力入力の列は、
【００９４】
【数２７】
0006340434.tif 000038
【００９５】
として表され、電力出力の列は、
【００９６】
【数２８】
0006340434.tif 000039
【００９７】
として表される。同一時間点に対応して、低域通過フィルタは、
【００９８】
【数２９】
0006340434.tif 000040
【００９９】
と考えられ得、式中、Ｔは、時間定数を示す。
【０１００】
前述の項目後、漸化式および離散時間が、再び与えられ、低域通過フィルタは、指数関数的加重移動平均として表され得る。
【０１０１】
【数３０】
0006340434.tif 000041
【０１０２】
式中、
【０１０３】
【数３１】
0006340434.tif 000042
【０１０４】
である。
【０１０５】
定義に従って、平滑係数は、０≦α≦１である。α＝０．５である場合、時間定数は、サンプリング周期と等しくなる。α＜＜０．５である場合、時間定数は、明らかに、サンプリング間隔を上回る。
【０１０６】
【数３２】
0006340434.tif 000043
【０１０７】
電力フィルタは、ＤＰＣおよびａ≦０．０１によって制御される。したがって、Δｔ＝ａＴである。
【０１０８】
フィルタ出力から次のフィルタ出力への変化は、前の出力と入力との間の差異に比例する。この平滑指数関数的減衰割合は、連続時間系において示される。予期されるように、時間の増加に伴って、離散時間の平滑係数αは、減少し、電力出力の列は、
【０１０９】
【数３３】
0006340434.tif 000044
【０１１０】
として表され、反応は、比較的に低く、電力入力の列は、
【０１１１】
【数３４】
0006340434.tif 000045
【０１１２】
として表される。したがって、システムは、より高い慣性を有する。
【０１１３】
本フィルタ技法は、プロセスにも適用され、ＤＣバス電圧およびＤＣバス電流の２つの信号を計算し得る。
【０１１４】
ＤＰＣ（直接電力制御）は、回転速度制御を使用することによって、電力制御を実現することが分かる。電力／回転速度制御論理は、電力／回転速度回路時間定数を協調させるように機能し、システムの安定性を保証する。制御は、制御モータの正確な制御およびトルク制御を通して比較され得る。スカラー制御であるか、ベクトル制御であるかかにかかわらず、速度制御は、トルク制御より効率的であり、制御正確度が向上させられる。
【０１１５】
ＤＰＣ制御は、特有の電力およびファン負荷速度特性を通して、速度制御を実現する。モータが、ゼロ回転速度から高回転速度に動作させられるとき、電力もまた、ゼロから増加する。モータの回転速度は、図１３に示されるように、作業点Ａ（電力、速度）、すなわち、静圧点まで、上昇するであろう。静圧が急増すると、モータは、速度制御モード下で速度を維持するために、より多くの電力（またはより大きいトルク）を提供する。より高い静圧は、より大きい電力を要求するため、電力は、より高い電力まで急上昇するであろう。モータシステムが、同一速度において新しい作業点「Ｂ」まで到達すると、アルゴリズムは、電力／速度点「Ｃ」を決定するように、これが一定ＣＦＭトラック曲線作業点であるかどうか確認するであろう。しかしながら、Ｃ点は、定常作業点ではない。高電力のための要件に起因して、「Ｄ」点は、新しい定常作業点「Ｇ」がそのような反復において収束されるまで、除去され、プロセスは、終了される。
【０１１６】
実装中、電力の変動および急変は、制限された電力インクリメント制御を使用することによって低減させられることができる。図１４に示されるように、電力インクリメントは、ΔＰとして指定され得る。速度制御は、電力変化が電力インクリメントΔＰを超える限り、行われ得る。このように、全作業点が、対応する一定気流ＣＦＭのトラック曲線の正／負帯域幅下で機能する。気流制御システムは、静圧変化の過渡プロセスにおいて安定する。
【０１１７】
図１５に示されるように、モータのための前述の直接電力制御式一定気流制御方法およびアルゴリズムが、我々のＰＭモータコントローラにおいて試験された。全システム性能は、図１５に示される要件を満たす。
【０１１８】
図１２は、ＰＭモータスカラー制御用途における本アルゴリズムの論理図である。入力電力は、ＤＣバス電圧および電流から計算される。電力および回転速度は、最大電力Ｐｍａｘおよび最大回転速度ｎｍａｘ内に限定される。
【０１１９】
フィードバックＤＣバス電流／電圧に従って、モータのリアルタイム入力電力Ｐｉを計算することによって、モータ入力電力の計算値Ｐｔが、外部入力気流ＩＮ−ＣＦＭおよび電力／速度データ整合に従って、得られる。次いで、電力差ΔＰが、モータ入力電力の計算値Ｐｔとモータのリアルタイム入力電力Ｐｉを比較することによって、得られる。電力差ΔＰは、制限され、それによって、大きすぎる電力差ΔＰに起因する、電力調節における大きすぎる変動を回避する。電力差ΔＰは、速度制御を行うために電力／速度制御論理によって出力され、ＰＷＭ周波数コンバータは、回転速度制御を行う。
【０１２０】
（実施形態２）
本実施形態と実施形態１との間の最大の差異は、モータのリアルタイム入力電力Ｐｉの計算にある。実施形態１では、スカラー制御が、採用され、すなわち、モータのリアルタイム入力電力が、収集されたリアルタイムバス電流Ｉｂｕｓおよびリアルタイムバス電圧から計算され、すなわち、
【０１２１】
【数３５】
0006340434.tif 000046
【０１２２】
である。しかしながら、ＰＭモータは、本実施形態では、センサを伴わないベクトル制御を採用し、したがって、モータのリアルタイム入力電力Ｐｉの計算は、比較的に複雑である。
【０１２３】
図１６および１７に示されるように、ＰＭモータは、回転子位置センサを伴わないベクトル制御に基づく、３相ブラシレスＤＣ永久磁石同期モータであると仮定される。位相電流検出回路は、固定子巻線の位相電流を検出し、次いで、位相電流をマイクロプロセッサに入力する。マイクロプロセッサ内の流量観測器が、位相電流およびＤＣバス電圧に従って、回転子の回転速度ｎおよび位置を計算する。ＡＣ  ＩＮＰＵＴは、ダイオードＤ７、Ｄ８、Ｄ９、およびＤ１０から成る全波整流回路を通過し、次いで、ＤＣバス電圧Ｖｂｕｓが、コンデンサＣ１の１つの端子から出力される。ＤＣバス電圧Ｖｂｕｓは、入力ＡＣ電圧に関連する。図１８は、典型的ベクトル制御のブロック図である。
【０１２４】
図１９に示されるように、典型的ベクトル制御の座標系の略図が、示される。ベクトル制御は、教科書および特許文書に詳細に記録されており、したがって、ここでは繰り返されない。制御されるべき標的回転速度が既知である場合、閉ループ制御が、ベクトル制御によって実現され得る。図中には、３つの座標系、すなわち、固定デカルト座標系（α−β座標）、回転子回転座標（ｄ−ｑ軸座標）、および固定子束回転座標系（ｄｓ−ｑｓ軸座標）が、存在する。図中、ωは、回転子の速度を示し、θは、ｄ−ｑ軸座標とｄｓ−ｑｓ軸座標との間の回転角度を示し、δは、ｄ−ｑ軸座標およびｄｓ−ｑｓ軸座標の回転負荷角を示す。したがって、ｄ−ｑ軸座標系のベクトル電流およびベクトル電圧は、α−β座標系の電流および電圧に変換され得る。
【０１２５】
図１６および１７に示されるベクトル制御の間、モータ動作パラメータ検出回路は、位相電流検出回路と、バス電圧検出回路とを含む。位相電流検出回路およびバス電圧検出回路は、位相電流およびバス電圧データを検出し、次いで、それらをマイクロプロセッサに入力する。リアルタイム位相電流およびリアルタイムバス電圧Ｖｂｕｓは、αおよびβ座標内の電流ＩαおよびＩβと電圧ＶαおよびＶβとに変換される。モータのリアルタイム電力入力は、Ｐｉ＝３／２（Ｉα×Ｖα＋Ｉβ×Ｖβ）である。
【０１２６】
図２０に示されるように、センサを伴わないベクトル制御ＰＭモータシステムにおけるＤＰＣ一定気流制御方法の論理図が、示される。入力電力が、ベクトル制御によって計算される。電力は、フィルタ処理され、次いで、電力制御のために使用される。磁束観測器が、回転子の回転速度および位置を推定する。外部入力気流ＩＮ−ＣＦＭおよび電力／速度データ整合に従って、モータ入力電力の対応する計算値Ｐｔが、関数Ｐ＝ｆ（ｎ）を用いて計算される。次いで、電力差ΔＰが、モータ入力電力の計算値Ｐｔとモータのリアルタイム出力電力Ｐｉを比較することによって、得られる。電力差ΔＰは、制限され、それによって、大きすぎる電力差ΔＰに起因する電力調節における大きすぎる変動を回避する。電力差ΔＰは、速度制御を行うために、電力／速度制御論理によって出力され、速度ループ制御は、ベクトル制御によって実現される。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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