CN104521135A - 电动机控制装置和电动机控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的电动机控制装置(110)是对驱动送风机(104)的电动机(105)进行控制的装置，具备：风量计算部(113)，其计算由送风机(104)供给的风量(Q)；以及转矩指令生成部(114)，其生成使目标风量(Q*)相对于风量(Q)的比率的平方乘以电动机转矩(T)所得的结果、或者使上述目标风量相对于上述风量的比率的平方乘以上次输出的转矩指令所得的结果，来作为转矩指令(T*)。

Description

电动机控制装置和电动机控制方法

技术领域

本发明涉及一种电动机控制装置和电动机控制方法，特别涉及一种进行换气、制冷制热的空调系统中的送风机的风量控制方法。

背景技术

在进行换气、制冷制热的空调系统中，决定空调系统的压力损失的条件(下面称为“压损条件”)根据具有送风机的空调装置的设置状态、使用状态而不同。例如，根据与空调装置连接的风道的形状、长度的差异而压损条件不同。另外，由于在空调装置的吹出口、吸入口处安装的过滤器的堵塞而产生压损条件的经时变化。由于这种压损条件的差异、经时变化，得到规定的风量所需要的静压也发生变化。因此，存在以下情况：即使以同一转矩或转速对同一规格的多台空调装置进行驱动，得到的风量也有偏差。或者，存在以下情况：即使以固定的转矩或转速对某个空调装置进行驱动，也无法将风量维持为固定。因此，近年来要求即使压损条件、静压发生变化也将风量控制成维持目标风量(下面称为“风量固定控制”)。

作为实现风量固定控制的技术，例如有使用压力传感器的方式。但是，在易设置性、长期使用时的可靠性上存在问题。因此，正在研究不使用压力传感器而利用风量固定控制所需的送风机固有的特性(下面称为“风机特性”)的各种方式。在这种方式中，在进行基于风量固定控制的运转之前，事先进行测量送风机的电动机的物理量(电动机速度、电动机转矩等)与风量的关系的测量实验。然后，利用通过该测量实验得到的风机特性来进行风量固定控制。

作为这种风量固定控制的技术，例如已知专利文献1。根据专利文献1所示的以往技术，基于下述的式(1)来计算出驱动送风机的电动机的指示速度。

[式1]

S^*＝S+K×(S-Sa)  …(1)

在此，S*是电动机的指示速度，S是电动机速度，Sa是目标电动机速度，K是增益。基于下述的式(2)来计算出目标电动机速度Sa。

[式2]

$\mathrm{Sa}=\underset{n=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{m=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left(k_{\mathrm{nm}}{T}^n{Q}^{*m}\right)\right)\·\·\·\left(2\right)$

在此，T是电动机转矩，Q*是目标风量，k_nm(n＝0，1，2，…，j、m＝0，1，2，…，i)是常数，而且i和j是有限值。式(2)是表示以下关系的式子：在电动机转矩为T的情况下，为了使风量为目标风量Q*而需要的电动机速度为Sa。

下面，使用图6来说明专利文献1记载的电动机控制装置的风量固定控制。图6是说明基于以往技术的电动机控制装置的风量固定控制的图。

在图6中，曲线601表示风量为目标风量Q*的转矩-速度特性(下面称为“风量固定曲线”)。曲线602表示安装了电动机的压损条件所特有的电动机的转矩-速度特性(下面称为“压损曲线”)。假设当前电动机的动作点位于压损曲线602上的点A1。此时，基于式(2)计算出的目标电动机速度Sa为风量固定曲线601上的得到与当前的动作点A1相同的电动机转矩T1的点B1处的电动机速度Sa1。然后，输出根据式(1)将从当前的动作点A1的电动机速度S1减去上述Sa1所得的差(图6中以ΔS表示)的增益K倍与电动机速度S1相加所得的结果，来作为电动机的指示速度S*(未图示)。然后，按照该指示速度S*来控制电动机速度，由此动作点移动。

在移动目的地的动作点处也同样利用式(2)和式(1)计算新的指示速度S*。通过重复这一处理，动作点会依次移动到图6的A2、A3，最终稳定在电动机速度S与目标电动机速度Sa之差为零的动作点、即压损曲线602与风量固定曲线601的交点E。

专利文献1记载的电动机控制装置如上那样使用电动机转矩和目标风量来计算针对电动机速度的必要修正值，基于该修正值来输出指示速度，由此使不受压损条件、静压的变化的影响的风量固定控制成为可能。

专利文献1：国际公开第2008/117515号

发明内容

发明要解决的问题

在专利文献1所示的以往技术中，电动机速度经过什么样的变化过程后收敛是根据式(1)的增益K的值而变化的。例如，在增益K的值小的情况下，相对于计算周期而言指示速度S*的变化小，因此达到收敛为止要耗费时间。另一方面，在增益K的值大的情况下，计算出的指示速度S*的变化变大，在图6中的收敛点E处来来回回，速度不会稳定地收敛。为了避免这种情况，一边改变增益K的值一边进行实验，来求出最优值。

然而，增益K的最优值根据空调系统的压损条件而变化。即使使用在某压损条件下是能够进行稳定控制的增益K，在由于过滤器的堵塞、通气罩(日语：ベントキャップ)的开闭而发生了变化的压损条件下有时也会变得增益过剩而动作点不会稳定地收敛。因此，期望的是，设想所使用的压损条件的变化来将增益K设为足够小的值，使得送风机在容易变得不稳定的动作区域中也能够稳定地动作。

但是，当增益K的值小时，达到收敛为止要耗费时间，因此存在以下问题：在改变目标风量或压损条件发生变化的情况下，直到再次收敛为目标风量为止耗费长时间。

本发明用于解决上述以往的问题，目的在于提供一种使送风机的风量向目标风量高速地跟踪、且稳定地收敛的电动机控制装置。

用于解决问题的方案

用于达到上述目的的本发明的某个方面(aspect)所涉及的电动机控制装置对驱动送风机的电动机进行控制，该电动机控制装置获取上述电动机的电动机速度和电动机转矩，具备：风量计算部，其基于上述电动机的电动机速度和电动机转矩来计算送风机的风量；以及转矩指令生成部，其生成使目标风量相对于风量的比率的平方乘以电动机转矩所得的结果、或者使上述目标风量相对于上述风量的比率的平方乘以上次输出的转矩指令所得的结果，来作为转矩指令。

另外，本发明的另一方式(aspect)的电动机控制方法对驱动送风机的电动机进行控制，该电动机控制方法包括：获取上述电动机的电动机速度和电动机转矩；基于所获取到的上述电动机速度和上述电动机转矩来计算上述送风机的风量；以及利用使目标风量相对于上述风量的比率的平方乘以上述电动机转矩所得的结果、或者使上述目标风量相对于上述风量的比率的平方乘以上次输出的转矩指令所得的结果，来生成转矩指令。

发明的效果

根据本发明的电动机控制装置和电动机控制方法，按照与达到目标风量的电动机转矩相等的转矩指令来控制电动机，由此能够使风量向目标风量高速地跟踪、且稳定地收敛。

附图说明

图1是表示具备本发明的实施方式1所涉及的电动机控制装置的电动机控制系统的结构例的框图。

图2是表示本发明的实施方式1中的转矩指令生成部115的处理例的流程图。

图3是表示图2中的修正步骤的处理例的流程图。

图4是说明本发明的实施方式1中的转矩-风量特性的图。

图5是说明本发明的实施方式1中的压损条件变化时的转矩-风量特性的图。

图6是说明基于以往技术的电动机控制装置的风量固定控制的图。

具体实施方式

(本发明的着眼点)

本案申请的发明人们为了使风量向目标风量高速地跟踪且稳定地收敛，作为从流体力学中的流动的相似性(Similarity of flows)推导出的法则而着眼于以下的法则：一般在风扇、鼓风机等送风机中在固定的压损条件下风量与转速成正比的法则以及轴转矩与转速的平方成正比的法则。此外，这些法则在送风机以外的一般的流体机械中也成立。在此，如果送风机与电动机的轴不摇动或该轴不偏离地被结合，则可视为送风机的转速与电动机速度相等、送风机的轴转矩与电动机转矩相等。因而，以上的从流动的相似性推导出的两个法则能够视为风量与电动机速度成正比的法则和电动机转矩与电动机速度的平方成正比的法则。而且，根据这些等视法则，目标风量相对于风量的比率的平方与实现目标风量的风量值的电动机转矩相对于电动机转矩的比率相等这个关系成立，因此将使目标风量相对于风量的比率的平方乘以电动机转矩所得的结果(目标风量相对于风量的比率的平方与电动机转矩之积)设为转矩指令。由此，即使由于压损条件的变化而目标风量大幅变化，由于转矩指令迅速地变化为实现新的目标风量的电动机转矩的值，因此也能够使风量向目标风量高速地跟踪。

另外，由于对电动机进行转矩控制，因此除了急剧的过渡状态时以外转矩指令与电动机转矩大致相等，因此，也可以将使目标风量相对于风量的比率的平方乘以上次输出的转矩指令所得的结果(目标风量相对于风量的比率的平方与上次输出的转矩指令之积)设为转矩指令。

具体地说，本案申请所涉及的第一发明的电动机控制装置是对驱动送风机的电动机进行控制的电动机控制装置，该电动机控制装置获取上述电动机的电动机速度和电动机转矩，具备：风量计算部，其基于电动机速度和电动机转矩来计算送风机的风量；以及转矩指令生成部，其生成使目标风量相对于风量的比率的平方乘以电动机转矩所得的结果、或者使上述目标风量相对于上述风量的比率的平方乘以上次输出的转矩指令所得的结果，来作为转矩指令。

通过该结构，上述转矩指令生成部能够生成与达到目标风量的电动机转矩相等的转矩指令。

另外，本案申请所涉及的第二发明是如下的电动机控制装置：在第一发明中，还具有转矩控制部，该转矩控制部生成以使上述电动机转矩与上述转矩指令一致的方式控制对上述电动机的驱动电压的信号。

另外，本案申请所涉及的第三发明是如下的电动机控制装置：在第一发明中，具备存储最小转矩和最大转矩的存储单元，上述转矩指令生成部将上述转矩指令限制在上述最小转矩与上述最大转矩的范围内。

另外，本案申请所涉及的第四发明是如下的电动机控制装置：在第一发明中，在上述转矩指令与上述电动机转矩之差处于第一规定范围外的情况下，上述转矩指令生成部对上述转矩指令进行修正使得上述转矩指令与上述电动机转矩之差收敛于上述第一规定范围内。

另外，本案申请所涉及的第五发明是如下的电动机控制装置：在第一发明中，在上述转矩指令与上述电动机转矩之差处于第二规定范围内的情况和本次得到的电动机转矩与上次得到的电动机转矩之差处于上述第二规定范围内的情况中的至少任一个情况下，上述转矩指令生成部输出与上次输出的转矩指令相同的值的上述转矩指令。

另外，本案申请所涉及的第六发明是如下的电动机控制装置：在第一发明中，通过从检测上述电动机速度的第一检测部输入表示该电动机速度的第一检测信号，来获取上述电动机速度。

另外，本案申请所涉及的第七发明是如下的电动机控制装置：在第一发明中，通过从检测上述电动机转矩或流过上述电动机的电流的第二检测部输入该电动机转矩或该流过电动机的电流，来获取上述电动机转矩。

另外，本申请所涉及的第八发明是对驱动送风机的电动机进行控制的电动机控制方法，该电动机控制方法包括：获取上述电动机的电动机速度和电动机转矩；基于所获取到的上述电动机速度和上述电动机转矩来计算上述送风机的风量；以及利用使目标风量相对于上述风量的比率的平方乘以上述电动机转矩所得的结果、或者使上述目标风量相对于上述风量的比率的平方乘以上次输出的转矩指令所得的结果，来生成转矩指令。

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。此外，本发明并不限定于该实施方式。

(实施方式1)

图1是表示具备本发明的实施方式1所涉及的电动机控制装置的电动机控制系统的结构例的框图。图1的电动机控制系统包括：空调装置101；由空调装置101供给的空气所通过的送风路径102；交流电源103；送风机104；驱动送风机104的电动机105；将来自交流电源103的交流电力转换为直流电力的转换器106；将直流电力转换为交流电力后供给到电动机105的逆变器107；检测电动机105的转子(未图示)的位置的位置检测器108；检测电动机105的电流的电流检测器109；以及将空调装置101的风量控制为目标风量Q*的电动机控制装置110。

空调装置101包括：速度检测部111，其根据位置检测器108的输出信号来检测电动机速度ω；转矩检测部112，其根据电流检测器109的输出信号来检测电动机转矩T；风量计算部113，其计算由送风机104供给的风量Q；存储器114，其存储从外部输入的目标风量Q*；转矩指令生成部115，其基于风量计算部113计算出的风量Q和从存储器114读出的目标风量Q*来生成转矩指令T*；转矩控制部116，其输出用于使电动机转矩T跟踪转矩指令T*的针对逆变器的驱动控制信号；以及开关117。在此，速度检测部111也可以使用公知的其它手段(例如转速计、速度传感器等)来检测电动机速度ω。另外，转矩检测部112也可以使用公知的其它手段(例如转矩表等)来检测电动机转矩T。

接着，说明图1的动作和结构要素的详情。送风机104通过送风路径102向期望的场所供给空气。送风机104在本实施方式中为多叶片风扇。但是，送风机104的构造、形式没有特别限定，也可以不是多叶片风扇。电动机105在与送风机104结合的状态下旋转，来驱动送风机104。电动机105在本实施方式中为永磁同步电动机。但是，电动机105的构造、形式没有特别限定，也可以是其它电动机、例如感应电动机、电磁同步电动机。转换器106将交流电源103的交流电压进行整流、平滑来转换为规定的直流电压。逆变器107按照从电动机控制装置110输入的驱动控制信号进行半导体开关动作，将来自转换器106的直流电压转换为交流，并将其作为驱动电压提供给电动机105。在此，逆变器107内部的开关结构、开关动作方式只要适合于驱动电动机105的目的即可，没有特别限定。位置检测器108安装于电动机105，输出与电动机105的转子(未图示)的位置相应的信号。此外，在能够通过估计来检测转子的位置、速度的情况下，不需要位置检测器108。电流检测器109直接检测电动机的相电流，输出与相电流值相应的信号。但是，只要能够根据检测出的电流估计出电动机转矩，则不管在哪个部分检测电流都可以，例如也可以插入到从转换器106向逆变器107的直流线来检测电流。

说明电动机控制装置110的动作和结构要素。

速度检测部111基于位置检测器108的输出信号来计算电动机速度ω。但是，在以通过估计来检测转子的位置、速度的无传感器控制方式对电动机105进行驱动的情况下，也可以构成为使用电动机电流、电动机驱动电压来计算电动机速度ω，来代替使用位置检测器108的输出信号。转矩检测部112基于电流检测器109的输出信号来计算电动机转矩T。在此，电动机转矩T也可以是包含电动机105的转矩信息的物理量、例如电动机电流、电动机电流中的对转矩有贡献的向量分量。对转矩有贡献的向量分量例如也可以是对电动机电流进行d-q转换时得到的q轴电流。另外，速度检测部111和转矩检测部112无需如图1所示那样位于电动机控制装置110的内部，也可以配置于外部。其中，在配置于外部的情况下，构成为将计算出的电动机速度ω或电动机转矩T输入到电动机控制装置110。

风量计算部113基于从速度检测部111输入的电动机速度ω和从转矩检测部112输入的电动机转矩T，来计算由送风机104供给的风量Q。计算手段没有特别限定，在本实施方式中，利用下述的式(3)来计算风量Q。

[式3]

$Q=\underset{n=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}[{\mathrm{\α}}_n\·{\left(\frac{\mathrm{\ω}}{\mathrm{\β}}\right)}^{1-2n}\·T^n]\·\·\·\left(3\right)$

在此，ω是电动机速度，T是电动机转矩，i是0以上的整数且为有限值，α_n(n＝0，1，2，…，i)和β是常数。

上述的式(3)表示相对于任意的电动机速度ω和任意的电动机转矩T而言风量为Q这样的关系。使该关系具有特征的系数α_n、β具有与送风机的形状、尺寸相对的固有的值。下面，将该系数α_n、β称为风机系数(日语：ブロワ係数)。通过在进行风量固定控制下的运转之前预先实施测量实验，来求出风机系数α_n、β的值。

下面，说明该测量实验和式(3)的推导。

首先，一边以固定电动机速度ω_S对送风机进行驱动，一边改变设置了送风机的环境的静压。然后，将此时的风量Q_S与电动机转矩T_S的关系回归为下述的多项式(4)。

[式4]

$Q_S=\underset{n=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}(K_n\·{T_S}^n)\·\·\·\left(4\right)$

在此，i是0以上的整数且为表示回归式的次数的有限值，K_n是表示回归式的系数的常数(n＝0，1，2，…，i)。

一般在风扇、鼓风机等送风机中，根据流动的相似性可以推导出以下两个法则：在固定的压损条件下风量与转速成正比的法则；以及轴转矩与转速的平方成正比的法则。该法则在送风机以外的一般的流体机械中也成立。在此，如果送风机与电动机的轴不摇动或该轴不偏离地被结合，则可视为送风机的转速与电动机速度相等、送风机的轴转矩与电动机转矩相等。因此，以上的根据流动的相似性推导出的两个法则能够视为风量与电动机速度成正比的法则和电动机转矩与电动机速度的平方成正比的法则。根据以上，下述的式(5)和式(6)成立。

[式5]

$\frac{Q}{Q_S}=\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_S}\·\·\·\left(5\right)$

[式6]

$\frac{T}{T_S}={\left(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_S}\right)}^2\·\·\·\left(6\right)$

上述两个式子表示以下的关系：在驱动送风机的电动机的电动机速度从ω_S变化为ω时，风量以与电动机速度的变化率(ω/ω_S)相同的比率从Q_S变化为Q，同时电动机转矩以电动机速度的变化率(ω/ω_S)的平方的比率从T_S变化为T。在此，当将式(5)和式(6)应用于式(4)时，可以推导出下述的式(7)。

[式7]

$Q=\underset{n=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}[K_n\·{\left(\frac{\mathrm{\ω}}{{\mathrm{\ω}}_S}\right)}^{1-2n}\·T^n]\·\·\·\left(7\right)$

在此，Q是风量，ω是电动机速度，T是电动机转矩，i是0以上的整数且为与式(4)的次数相同的有限值，K_n是与式(4)的系数相同的常数(n＝0，1，2，…，i)，ω_S是得到式(4)时的特定的电动机速度。

在上述的式(7)中，当分别以α_n、β来置换常数K_n、ω_S时，可以推导出式(3)。根据以上，只要一边以一个电动机速度ω_S来驱动送风机、一边测量电动机转矩和风量，并将其测量结果回归为式(4)，就能够基于K_n和ω_S直接决定风机系数α_n、β的值。

以上，说明了风量计算部113中的风量计算式(3)的依据和求出风机系数α_n、β的测量实验。

存储器114是由RAM、ROM等构成的存储部。在该ROM中预先存储有目标风量Q*，转矩指令生成部115在进行后述的运算时，从ROM读出目标风量Q*来利用于运算。所存储的目标风量Q*也可以有多个。在该情况下，通过来自电动机控制装置110的外部的通信输入来从多个目标风量Q*中选择一个。或者，也可以通过以手动方式对设置于电动机控制装置110的开关117进行操作来从多个目标风量Q*中选择一个。

另外，目标风量Q*未必需要预先存储在ROM中。也可以通过来自电动机控制装置110的外部的通信输入来将目标风量Q*适当地发送到电动机控制装置110。在该情况下，所接收到的目标风量Q*被存储到存储器114内的RAM等，每当新的目标风量Q*发送过来时都被更新。

从外部被通信输入的目标风量Q*的值是基于安装电动机105的空调环境来决定的。即，根据以下情况等来决定目标风量Q*：需要向在作为室内空调对象的房间中成为基准的房间送入多少风量、或者对空调设备来说多少风量时效率好。另外，还有时根据设置空调设备的地区的气候等对目标风量Q*进行校正。例如在温暖且湿度高的地区，有时目标风量Q*被设定得高。在事先了解空调环境的情况下，能够在设置电动机之前设定目标风量Q*。当然，也能够在设置时视空调环境来设定目标风量Q*。

转矩指令生成部115基于风量计算部113计算出的风量Q和从存储器114读出的目标风量Q*，来生成指示电动机105的转矩的转矩指令T*。

图2是表示转矩指令生成部115的处理例的流程图。转矩指令T*的生成是通过最初的计算步骤S201和接下来的修正步骤(步骤S301至步骤S303)这两个阶段进行的。

最初的计算步骤S201使用下述的式(8)来计算转矩指令T*。

[式8]

$T^{*}={\left(\frac{Q^{*}}{Q}\right)}^2\·T\·\·\·\left(8\right)$

在此，Q*是目标风量，Q是风量，T是电动机转矩。

叙述上述的式(8)的推导和依据。基于流动的相似性来如所下述那样推导出式(8)。

首先，从根据流动的相似性导出的上述的式(5)和式(6)消去(ω/ω_S)来导出下述的式(9)。

[式9]

$\frac{T}{T_S}={\left(\frac{Q}{Q_S}\right)}^2\·\·\·\left(9\right)$

该式(9)表示以下的关系：在送风机的风量从Q_S变化为Q时，电动机转矩以风量的变化率(Q/Q_S)的平方的比率从T_S变化为T。在此，只要将T_S置换为转矩指令T*、将Q_S置换为目标风量Q*来变形，就可以得到上述的式(8)。

叙述通过使用式(8)得到的作用和效果。利用式(8)计算出的转矩指令T*的值是达到目标风量Q*的电动机转矩。也就是说，通过以在式(8)中计算出的转矩指令T*对电动机进行转矩控制，风量Q会变得与目标风量Q*相等。因此，通过使用式(8)来进行转矩控制，能够迅速地得到目标风量Q*。

接着，说明图2的修正步骤(步骤S301至步骤S303)。图3是表示本实施方式的图2中的修正步骤的处理例的流程图。

步骤S301判断在步骤S201中计算出的转矩指令T*是否处于规定的最小转矩与规定的最大转矩的范围内，如果处于范围内则不修正转矩指令T*，在小于规定的最小转矩的情况下将转矩指令T*修正为规定的最小转矩，在超过规定的最大转矩的情况下将转矩指令T*修正为规定的最大转矩。

说明该步骤S301的效果。

存在送风路径102内的压力损失小的情况等不那么需要电动机速度ω以得到目标风量Q*的风量值的空调环境。在这种空调环境下，有时电动机速度ω变为极低速。在该情况下，在风量计算部113计算风量Q时，对式(7)的ω代入小的值，因此有时会由于电动机控制装置110的运算分辨率的极限而将风量Q计算得比实际大。其结果，送风机104的供给风量产生误差、或者电动机105逐渐减速并最终停止。因此，通过对转矩指令T*设置作为下限值的规定的最小转矩，能够防止风量误差、电动机的停止。

反之在送风路径102内的压力损失大的情况下，存在为了得到目标风量Q*的风量值而转矩指令T*成为高的值的情况。在该情况下，存在以下情况：试图实现超出电动机105的能力的动作而动作变得不稳定、或者电动机电流变得过大。当电动机电流变得过大而超过额定电流值时，由于电动机绕组的发热而电动机105发生故障或效率显著降低。另外，如果不设置电动机转矩T的上限，则存在以下担忧：尽管送风机104中卷入异物等而变为过载状态，但电动机105试图进一步加大转矩而使包括送风机104、电动机105的空调装置101发生故障。因此，通过对转矩指令T*设置作为上限的规定的最大转矩，能够防止控制的不稳定化、空调装置的故障。

接下来的步骤S302首先利用下述的式(10)来计算作为转矩指令T*与由转矩检测部112检测出的电动机转矩T之差的转矩偏差ΔT。

[式10]

ΔT＝T^*-T  …(10)

然后，在该转矩偏差ΔT处于第一规定范围内的情况下不修正转矩指令T*，将转矩指令T*转交给步骤S303。另一方面，在转矩偏差ΔT处于规定范围外的情况下对转矩指令T*进行修正使得转矩偏差ΔT收敛于第二规定范围内。

作为修正方法的例子，设置规定的绝对值L，将对电动机转矩T相加L所得的(T+L)设为上限值，将从电动机转矩T减去L所得的(T-L)设为下限值，在转矩指令T*超过上限值(T+L)的情况下将转矩指令T*修正为上限值(T+L)，在转矩指令T*小于下限值(T-L)的情况下将转矩指令T*修正为下限值(T-L)。

说明该步骤S302的效果。假如使电动机转矩T急剧变化，则存在以下担忧：由于电动机转矩T、送风路径2内的压力的过渡性变化，实际的风量与由风量计算部113计算的风量Q大幅偏离，无法稳定地控制风量。因此，如上所述那样设置第一规定范围来防止电动机转矩T的急剧变化，由此能够防止因风量Q偏离而引起的控制的不稳定化。

接下来的步骤S303如果转矩偏差ΔT处于第二规定范围外则将转矩指令T*按原样输出，在处于第二规定范围内的情况下，判断为电动机转矩T的变化微小，将转矩指令T*修正为与转矩指令生成部115上次输出的转矩指令T*_prev相同的值。然后，将修正得到的该转矩指令T_prev*输出到转矩控制部115。

说明该步骤S303的效果。假如不进行步骤S303而对于微小的电动机转矩T的变化也改变转矩指令T*，则转矩指令T*想要跟踪电动机转矩T的变化而振动，由空调装置101供给的风量总是在目标风量Q*的风量值处来来回回而不会稳定地收敛。因此，利用上述第二规定范围来设置转矩检测的不灵敏区，由此防止转矩指令T*在收敛点附近振动，从而能够使风量稳定地收敛为目标风量Q*。此外，也可以利用本次得到的电动机转矩T与上次得到的电动机转矩T之差以代替转矩指令T*与电动机转矩T之差。

以上，说明了转矩指令生成部115的动作。

转矩控制部116基于从转矩检测部112输入的电动机转矩T和从转矩指令生成部115输入的转矩指令T*，来输出用于使电动机转矩T跟踪转矩指令T*的针对逆变器107的驱动控制信号，从而对电动机105进行转矩控制。

下面使用图4、图5来说明如上那样构成的电动机控制装置110的动作。

图4是说明本实施方式1中的转矩-风量特性的图。在图4中，曲线501是包括送风路径102的空调系统内的压损条件所特有的转矩-风量特性(下面称为“压损曲线”)。电动机105能够在该压损曲线上进行动作。

假设当前在某个空调系统中电动机105的动作点位于压损曲线501上的点D0。而且，以800CFM提供目标风量Q*，将规定的最小转矩设定为0.5Nm，将规定的最大转矩设定为5Nm，将第一规定范围设定为绝对误差1Nm，将第二规定范围设定为绝对误差0.1Nm。在点D0处，送风机104的供给风量为400CFM，电动机转矩T为1Nm。此时，电动机控制装置110如下所述那样进行风量固定控制。

首先，风量计算部113计算当前的动作点D0处的风量400CFM。接着，转矩指令生成部114以下述的工序来生成转矩指令T*。

最初的计算步骤S201在式(8)中对T代入1Nm、对Q*代入800CFM、对Q代入400CFM来计算出转矩指令T*＝4[Nm]。因此，图4中的点D3成为目标动作点。

接着，修正步骤(步骤S301至步骤S303)对转矩指令T*进行修正。步骤S301判断转矩指令T*＝4[Nm]是否处于规定的最小转矩0.5Nm与规定的最大转矩5Nm的范围内。在该情况下处于范围内，因此将转矩指令T*按原样转交给步骤S302。

接下来的步骤S302首先利用式(10)计算转矩偏差ΔT。计算出的转矩偏差ΔT＝|4-1|＝3[Nm]超过了作为第一规定范围的绝对误差1Nm，因此转矩指令T*被修正为对当前的电动机转矩T＝1[Nm]相加规定的绝对误差1Nm所得的上限值2Nm。因此，目标动作点在图4中从当初的点D3被修正为点D1。

接着，转矩控制部116受理经步骤S302修正后的转矩指令T*＝2[Nm]，对电动机105进行转矩控制。

在通过转矩控制而动作点移动到目标的点D1之后，也与上述同样地生成新的转矩指令T*并进行转矩控制。通过重复这一处理，动作点最终收敛于达到目标风量800[CFM]的点D3，达到风量固定控制。此时的电动机转矩T为4Nm。

在此，即使由于压力变动等而电动机转矩T从4Nm微小地变动，如果其变化幅度在0.1Nm以内，则也通过转矩指令生成部115的修正步骤S303来避免转矩指令T*的变动，从而实现动作点的稳定化。

此外，在空调系统的压损条件发生了变化的情况下，对动作点进行修正。图5是说明本实施方式中的压损条件变化时的转矩-风量特性的图。

设如图5所示那样压损曲线从501变化为502。在该情况下，由于对电动机105进行转矩控制，因此动作点一边维持电动机转矩T＝4[Nm]、一边从D3移动到D4。点D4处的送风机104的供给风量为900CFM，相对于目标风量800CFM有100CFM的误差。

接着，转矩指令生成部114的计算步骤S201对式(8)的T代入4Nm、对Q*代入800CFM、对Q代入900CFM，来计算转矩指令T*。计算出的转矩指令T*为约3.16Nm。此时的转矩偏差ΔT为约-0.84Nm，因此处于第一规定范围内(绝对误差1Nm以下)且第二规定范围外(绝对误差0.1Nm以上)。因此，转矩指令T*不被修正而按原样输出到转矩控制部116。然后，通过转矩控制，动作点迅速地移动到达到目标风量800CFM的点D5，达到风量固定控制。

如以上那样，本实施方式的电动机控制装置110构成为具备：风量计算部113，其基于电动机速度ω和电动机转矩T来计算送风机104的风量Q；以及转矩指令生成部114，其生成使目标风量Q*相对于风量Q的比率的平方乘以电动机转矩T所得的结果，来作为转矩指令T*。

通过构成为这种结构，能够使送风机的风量Q向目标风量Q*高速地跟踪且稳定地收敛。

(其它实施方式)

接着，说明本发明的实施方式1的代替结构。

在实施方式1中，利用式(3)来计算风量Q，但是也可以利用其它计算式。例如也可以使用一边改变空调系统的压损条件一边测量风量Q、电动机速度ω、电动机转矩T并对该测量数据进行回归得到的下述的式(11)。

[式11]

$Q=\underset{n=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left[\underset{m=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}(K_{\mathrm{nm}}\·{\mathrm{\ω}}^n\·T^m)\right]\·\·\·\left(11\right)$

在此，Q是风量，ω是电动机速度，T是电动机转矩，i和j是0以上的整数且为有限值，K_nm(n＝0，1，2，…，j、m＝0，1，2，…，i)是常数。

在实施方式1的式(3)中，只要在进行基于风量固定控制的运转之前进行以一个电动机速度来驱动电动机的测量实验，就能够计算出风机系数α_n、β，但是在上述的式(11)中，若不一边改变电动机速度一边测量风量Q、电动机速度ω、电动机转矩T，则无法决定常数K_nm。因此，与使用式(3)的情况相比需要更多的实验工时。但是，利用该式(11)也能够计算风量Q。

另外，由于对电动机105进行转矩控制，因此除了急剧的过渡状态时以外，转矩指令T*与电动机转矩T大致相等。因此，也可以使用下述的式(12)来代替实施方式1的式(8)以作为转矩指令T*的计算式。

[式12]

$T^{*}={\left(\frac{Q^{*}}{Q}\right)}^2\·T_{\mathrm{prev}}^{*}\·\·\·\left(12\right)$

在此，T*是转矩指令，T_prev*是转矩指令生成部115上次输出的转矩指令，Q*是目标风量，Q是风量。

产业上的可利用性

本发明的电动机控制装置最适于如将风量控制为规定风量值那样的系统，作为一般家庭的房屋、业务用建筑物、商业用建筑物、车辆等的空调设备而有用。

附图标记说明

101：空调装置；102：送风路径；103：交流电源；104：送风机；105：电动机；106：转换器；107：逆变器；108：位置检测器；109：电流检测器；110：电动机控制装置；111：速度检测器；112：转矩检测器；113：风量计算部；114：存储器；115：转矩指令生成部；116：转矩控制部；117：开关；501、502、602：压损曲线；601：风量固定曲线。

Claims (8)

1.一种电动机控制装置，对驱动送风机的电动机进行控制，

该电动机控制装置获取上述电动机的电动机速度和电动机转矩，具备：

风量计算部，其基于上述电动机速度和上述电动机转矩来计算上述送风机的风量；以及

转矩指令生成部，其利用使目标风量相对于上述风量的比率的平方乘以上述电动机转矩所得的结果、或者使上述目标风量相对于上述风量的比率的平方乘以上次输出的转矩指令所得的结果，来生成转矩指令。

2.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

还具有转矩控制部，该转矩控制部生成以使上述电动机转矩与上述转矩指令一致的方式控制对上述电动机的驱动电压的信号。

3.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

具备存储最小转矩和最大转矩的存储单元，上述转矩指令生成部将上述转矩指令限制在上述最小转矩与上述最大转矩的范围内。

4.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

在上述转矩指令与上述电动机转矩之差处于第一规定范围外的情况下，上述转矩指令生成部对上述转矩指令进行修正使得上述转矩指令与上述电动机转矩之差收敛于上述第一规定范围内。

5.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

在上述转矩指令与上述电动机转矩之差处于第二规定范围内的情况和本次得到的电动机转矩与上次得到的电动机转矩之差处于上述第二规定范围内的情况中的至少任一个情况下，上述转矩指令生成部输出与上次输出的转矩指令相同的值的上述转矩指令。

6.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

通过从检测上述电动机速度的第一检测部输入表示该电动机速度的第一检测信号，来获取上述电动机速度。

7.根据权利要求1所述的电动机控制装置，其特征在于，

通过从检测上述电动机转矩或流过上述电动机的电流的第二检测部输入该电动机转矩或该流过电动机的电流，来获取上述电动机转矩。

8.一种电动机控制方法，对驱动送风机的电动机进行控制，该电动机控制方法包括：

获取上述电动机的电动机速度和电动机转矩；

基于所获取到的上述电动机速度和上述电动机转矩来计算上述送风机的风量；以及

利用使目标风量相对于上述风量的比率的平方乘以上述电动机转矩所得的结果、或者使上述目标风量相对于上述风量的比率的平方乘以上次输出的转矩指令所得的结果，来生成转矩指令。