CN101647193B - 电机控制装置和其控制方法、以及电机装置 - Google Patents

Abstract

本发明的电机控制装置是控制风扇电机的装置，控制电机速度，以维持规定的风量值。因此，包括输入端，其输入表示电机速度的第1工作参数或表示电机转矩的第2工作参数。此外，还包括电机速度目标值运算单元，其使用规定的风量值和电机转矩，按规定的时间间隔计算对电机速度的必要的修正值。此外，还包括输出端，其基于该必要的修正值输出电机的指示速度。

Description

电机控制装置和其控制方法、以及电机装置

技术领域

本发明涉及电机控制装置和其控制方法、以及电机装置。更具体地说，本发明涉及进行空调装置等的电机控制的风扇电机和换气扇等的送风装置的风量控制方法。

背景技术

近年来，在换气扇或空调机的空调***中，为了居室的状况或空调***的最佳化而寻求控制，以便即使静压因过滤器的堵塞、吹出口设置的通风口(vent)的状态而变化，也仍然为规定的风量值。

作为达到规定的风量值的技术，例如已知专利文献1。根据专利文献1所公开的以往技术，电机施加电压和电机速度之间的关系为(式1)的关系。

N＝1.027×Kt×V/(Kp×R×Q×D²+1.027×Kt×Ke)…(式1)

其中，静压系数为Kp、叶轮的直径为D、转矩常数为Kt、电枢电路的总电阻为R、感应电压常数为Ke时，根据指示风量Q和施加电压V来计算规定电机速度N，并控制施加电压V，以使运转电机速度和规定电机速度相等。

在专利文献1所公开的以往的技术中，在导出(式1)的过程中，根据对电机的施加电压V和电枢电路的总电阻R、感应电压E，由(式2)之间的关系而求电机电流I。

V＝E+I×R   (式2)

即，取代控制电机电流I，控制对电机的施加电压。但是，电枢电路的总电阻R因电机的发热和环境温度而改变，即使控制对电机的施加电压V，电机电流I也因电枢电路的总电阻R的影响而不能正确地控制，所以存在因电机的发热和环境温度而发生风量的误差的课题。

本发明用于解决上述以往的课题，目的在于，提供对于温度变化等变化因素，能够通过检测电机的电流而高精度地维持规定的风量值的电机控制装置及其控制方法、以及电机装置。

专利文献1：日本专利申请特开平6-153579号公报

发明内容

本发明的电机控制装置，是对驱动风扇的电机进行控制的装置，包括输入端，输入表示电机速度的第一工作参数或表示电机转矩的第二工作参数的至少一个。此外，包括电机速度目标值运算单元，使用规定的风量值和电机转矩，按规定的时间间隔计算对电机速度的必要的修正值。此外，包括输出端，基于必要的修正值，输出电机的指示速度。控制电机速度，以维持规定的风量值。

根据该结构，能够提供可进行控制以高精度地达到规定的风量值而不发生因电机的发热和环境温度造成的误差的电机控制装置。此外，根据本发明的电机控制装置，可以通过使用电机的转矩信息，高精度地求规定的风量值所需的指示速度而不受温度左右，可以更高精度地维持规定的风量值。

此外，将达到规定的风量值的目标电机速度Sa设为(式3)，以(T为电机转矩，Q*为规定的风量值，k_nm为常数，其中n＝0，1，2，…，j，m＝0，1，2，…，i，而且i和j为有限值)来表示。而且，通过将指示速度S*设为(式4)，可以使电机速度S接近目标电机速度Sa，所以可以接近所指令的规定的风量值Q*。

$\mathrm{Sa}=\underset{n=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{m=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left(k_{\mathrm{nm}}{T}^n{Q}^{*m}\right)\right)$ …(式3)

S^*＝S+K×(S-S_a)…(式4)

此外，本发明的电机控制方法，具有对驱动风扇的电机进行控制的以下步骤。包括：第一步骤，识别表示电机速度的第一工作参数；以及第二步骤，识别表示电机转矩的第二工作参数。还包括：第三步骤，使用规定的风量值和电机转矩，按规定的时间间隔计算对电机速度的必要的修正值；以及第四步骤，基于该必要的修正值，输出电机的指示速度。由此，是控制电机速度，以维持规定的风量值的电机控制方法。

根据该方法，可以通过使用电机的转矩信息，高精度地求规定的风量值所需的指示速度而不受温度左右，可以更高精度地维持规定的风量值。

此外，本发明的电机装置，具有风扇、驱动该风扇的电机和控制该电机的电机驱动装置。该电机驱动装置包括：将直流电源变换为交流并驱动电机的逆变器；检测表示电机速度的第一工作参数的第一检测器；检测表示电机转矩的第二工作参数的第二检测器；以及电机控制装置。而且，该电机控制装置包括：电机速度运算装置，至少使用由所述风扇产生的规定的风量值和电机转矩，按规定的时间间隔计算对电机速度的必要的修正值，并基于该修正值而输出指示速度。由此，电机装置根据指示速度来驱动控制电机，并以达到规定的风量值的速度来驱动控制电机。

根据该结构，可以通过使用电机的转矩信息，高精度地求规定的风量值所需的指示速度而不受温度左右，可以更高精度地维持规定的风量值。

此外，本发明包含装载了上述电机装置的空调装置。该空调装置配备在普通家庭的房间、办公用建筑物、超净室(clean room)等中，即使静压改变也可以保证为规定的风量值。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的结构的方框图。

图2是本发明的实施方式1的电机速度运算装置内部的方框图。

图3是表示本发明的实施方式1的电机速度运算装置的处理的流程图。

图4是表示一例本发明的实施方式1的系数的数据结构的图。

图5是表示一例本发明的实施方式1的用于达到规定的风量值的电机转矩和电机速度之间的关系的曲线图。

图6是说明本发明的实施方式1的环境曲线已改变时的控制方式的曲线图。

图7是表示本发明的实施方式2的结构的方框图。

标号说明

1 交流电源

2 交直流变换电路

3 电容器

4 电机

5 逆变器

6 电流检测器(第2检测器)

7 速度传感器(第1检测器)

8 风扇

10         电机控制装置

11         电机速度检测单元

12         电流检测单元

13         电机速度运算装置

13a        电机速度目标值运算单元

13b        增益K

13c        转矩变换器

13d        存储器

13e        开关

13f        通信单元

14         电机驱动控制单元

15         通信单元

16         第1单元(unit)

17         第2单元

19         电机驱动装置

20         电机装置

21a、21b   输入端

25         输出端

30         空调装置

31         空气通路

具体实施方式

本发明的电机控制装置，是对驱动风扇的电机进行控制的装置。它包括：输入端，输入表示电机速度的第一工作参数或表示电机转矩的第二工作参数的至少一个。此外，还包括：电机速度目标值运算单元，使用规定的风量值和电机转矩，按规定的时间间隔计算对电机速度的必要的修正值。而且，包括：输出端，基于必要的修正值，输出电机的指示速度。根据该结构，通过根据指示速度而控制电机的速度，从而实现能够维持规定的风量值的电机控制装置。

例如，分别从电机速度检测器求电机速度S，从电流检测器求电机电流，将获得的电机电流变换为转矩T，并使用规定的风量值Q*，根据(式5)计算指示速度S*，从而根据算出的指示速度而周期地控制电机。这里，K为增益，k00、k01、k10、k11、k20、k21表示常数。

S^*＝S+K×{S-((k₂₁×T²×Q^*)+(k₂₀×T²)+(k₁₁×T×Q^*)+(k₁₀×T)+(k₀₁×Q^*)+k₀₀)}

                            …(式5)

以下，关于本发明的实施方式，用附图进行说明。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1的方框图。首先，图1所示的本发明的实施方式1的电机控制装置的基本结构如下。

以维持规定的风量值而控制电机4的电机控制装置10包括：输入端，包括用于输入表示电机速度的第1工作参数的输入端21a、或用于输入表示电机转矩的第2工作参数的输入端21b的至少一方。此外，该电机控制装置10还包括：至少使用规定的风量值和电机转矩，按规定的时间间隔计算对电机速度的必要的修正值的电机速度运算装置13。而且，该电机控制装置10还包括：为了以达到规定的风量值的速度来控制电机的速度，基于必要的修正值而输出必要的指示速度的电机驱动控制单元14；以及输出该指示速度的输出端25。

此外，图1所示的本发明的实施方式1的电机装置20的基本结构如下。以维持规定的风量值而动作的电机装置20包括：风扇8；驱动该风扇8的电机4；以及控制该电机4的电机驱动装置19。该电机驱动装置19包括：将直流电源变换为交流并驱动电机4的逆变器5；检测表示电机速度的第1工作参数的第1检测器7；检测表示电机转矩的第2工作参数的第2检测器6；以及电机控制装置10。

该电机控制装置10包括：至少使用风扇8产生的规定的风量值和电机转矩，以规定的时间间隔计算对电机速度的必要的修正值，并基于该修正值而输出指示速度的电机速度运算装置13。而且，该电机控制装置10还包括：为了以达到规定的风量值的速度来控制电机的速度，基于必要的修正值而输出必要的指示速度的电机驱动控制单元14。

此外，在将图1所示的本发明的实施方式1应用于空调装置时的基本结构如下。维持规定的风量值的空调装置30包括：空气通路31；对该空气通路31送风空气的送风单元即配备了风扇8的电机4。此外，该空调装置30还包括：检测表示电机速度的第1工作参数的第1检测器即速度传感器7；以及检测表示电机转矩的第2工作参数的第2检测器即电流检测器6。

此外，该空调装置30至少使用规定的风量值和电机转矩，以规定的时间间隔计算对电机速度的必要的修正值。而且，包括：基于该必要的修正值而输出必要的指示速度的电机速度运算装置13；以及根据必要的指示速度而驱动控制电机4，并以达到规定的风量值的速度来驱动控制电机的电机驱动控制单元14。

下面，关于图1所示的本实施方式，进一步详细地说明。在图1中，本实施方式包括：交流电源1；将交流电源1的交流变换为直流的交直流变换电路2；使交直流变换电路2输出的直流电压平滑的电容器3；电机4；风扇8。此外，本实施方式1还包括：将电容器3的直流电压变换为交流并驱动电机4的、由开关电路构成的逆变器5；检测从逆变器5输出的直流电流的电流检测器6。

此外，本实施方式1还包括：检测电机的转子的速度的速度传感器7；控制逆变器5的电机控制装置10。电机控制装置10包括：由速度传感器7检测速度的电机速度检测单元11；由电流检测器6的信号来检测电机4的电流的电流检测单元12；根据来自电机速度检测单元11和电流检测单元12的信息，计算指示速度的电机速度运算装置13。

下面，说明图1的动作。由交直流变换电路2将来自交流电源1的交流电流变换为直流，并由电容器3进行平滑。在电容器3的两端，产生直流电压，通过电流检测器6输入到逆变器5。使构成逆变器5的六个晶体管进行开关动作(switching)，从而驱动电机。流过电机4的电流通过逆变器5、电流检测器6而流动，所以通过在电流检测器6的两端感应的电压来检测电流。将电流检测器6检测的电流例如通过滤波器等进行平均。以使其产生与电机4的旋转对应的信号来安装速度传感器7。此外，如果能够检测电机速度，则只要根据电机电流等能够估计电机速度，也可以不使用速度传感器7。

通过来自速度传感器7的信号，电机速度检测单元11检测电机4的电机速度。这里检测出的电机速度被输出到电机速度运算装置13和电机驱动控制单元14。此外，电机速度运算装置13使用设定风量(规定的风量值)、由电流检测单元12检测出的电机电流和由电机速度检测单元11检测出的电机速度，运算下一个运算周期的电机指示速度。

下面，图2表示电机速度运算装置13的内部控制方框图。电机速度运算装置13包括：电机速度目标值运算单元13a；转矩变换器13c；存储器13d。如图2所示，由电流检测单元12检测出的电机电流I，通过转矩变换器13c而变换为电机转矩T，电机速度目标值运算单元13a使用设定风量(规定的风量值)和电机转矩，根据(式6)运算目标电机速度Sa。

$\mathrm{Sa}=\underset{n=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{m=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left(k_{\mathrm{nm}}{T}^n{Q}^{*m}\right)\right)$ …(式6)

其中，T为电机转矩，Q*为设定风量，k_nm(m＝0，1，2，…，i，n＝0，1，2，…，j)为常数，i和j为有限值。

下面，说明有关(式6)的导出。即使改变静压，也成为规定的风量值的电机转矩T和电机速度S之间的关系用(式7)来近似。

$S=\underset{m=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left(a_n{T}^n\right)$ …(式7)

其中，a_n(n＝0，1，2，…，j)为常数，j为有限的值。而且，常数a_n进行作为风量Q的函数这样的(式8)的近似时，根据(式7)和(式8)而求得(式9)。

$a_n=\underset{m=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left(k_{\mathrm{nm}}{Q}^m\right)$ …(式8)

其中，k_nm(m＝0，1，2，…，i，n＝0，1，2，…，j)为常数，i、j为有限的值。

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

(式9)是电机转矩T和风量Q的情况下电机速度为S的关系的式子。在(式9)中，将风量Q设为设定风量Q*，电机速度S设为目标电机速度Sa时，产生(式6)。因此，在电机速度目标值运算单元13a中使用(式6)，进行求必要的目标电机速度Sa的处理，以便在电机转矩为T时设定风量为Q*。

在图2中，从电机速度S中减去由电机速度目标值运算单元13a求得的目标电机速度Sa，并将该值乘以增益13b、K，将该值相加了电机速度S后的值设为指示速度S*。即，在电机速度运算装置13中进行(式10)的运算。

$S^{*}=S+K\×\{S-\underset{n=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{m=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left(k_{\mathrm{nm}}{T}^n{Q}^{*m}\right)\right)\}$ …(式10)

根据(式10)进行动作，以使电机速度S接近目标电机速度Sa。

以下，本次特别说明在(式10)中i＝1、j＝2。这种情况下，(式10)成为(式11)。

S^*＝S+K×{S-((k₂₁×T²×Q^*)+(k₂₀×T²)+(k₁₁×T×Q^*)+(k₁₀×T)+(k₀₁×Q^*)+k₀₀))

                  …(式11)

比例增益13b、K设为进行速度控制时不产生振荡的值。指示速度运算周期地进行，例如每秒进行10次。

此外，电机速度运算装置13具有RAM和ROM等构成的存储单元(以下，称为存储器)13d。在该ROM中预先存储设定风量，电机速度目标值运算单元13a进行上述运算时，从ROM中读出设定风量并将其用于运算。存储的设定风量也可以有多个。这种情况下，通过以人工方式操作在电机速度运算装置13中设置的开关13e，从所存储的多个设定风量中选择一个。而且，电机速度运算装置13通过通信单元13f，可以与外部设备通信。利用该通信单元13f，从外部通过通信，也可以从多个设定风量中选择一个。

此外，设定风量也不一定需要预先存储在ROM中。也可以通过通信单元13f而从外部进行通信，从而将设定风量发送到合适的电机速度运算装置13。这种情况下，通过通信发送来的设定风量被存储在存储器13d内的RAM等中，每次发送来新的设定风量时都进行更新。

图3是表示上述电机速度运算装置13的处理的流程图。电机速度运算装置13在1秒期间例如进行10次图3所示的处理。即，需要在1秒期间起动10次来进行图3所示的处理。电机速度运算装置13首先基于来自电机速度检测单元11的信号，计算电机速度(步骤ST1)。接着，电机速度运算装置13基于来自电流检测单元12的信号，计算电机转矩(步骤ST2)。电机速度运算装置13将获得的转矩值和上次获得的转矩值进行比较，在它们的差是很小的情况下结束处理(步骤ST3)。关于该转矩的比较处理，后面详细论述。如果转矩差超过阈值的情况下，则电机速度运算装置13使用所获得的电机速度和电机转矩值来进行上述算式的运算，计算并输出指示速度S*(步骤ST4)。

下面说明将上述带有风扇的电机例如作为普通家庭用的空调装置的送风装置来设置的情况。

首先，将电机连接到风洞实验设备上，实际地运转电机而求常数k21、k20、k11、k10、k01、k00。在风洞内能够实现各种各样的静压，在不同的静压下，一边改变电机速度，一边测量风量。即，通过改变静压而做出不同运转环境。表1表示在求常数k21、k20、k11、k10、k01、k00时使用的一部分数据，表2表示使用这些数据算出的常数k21、k20、k11、k10、k01、k00。

[表1]

[表2]

将表1的数据代入(式13)并使用最小二乘法所得的值
	k21＝1.3546E-01
k20＝-3.0596E+02
	k11＝-4.0813E-01
k10＝1.6273E+03
	k01＝-7.3921E-01
k00＝3.5088E+02

为了获得表1的数据，对电机进行速度控制，并获得将电机速度的指令值从100r/min至1000r/min为止每100r/min地进行设定，将静压从0.0inchAq至1.0inchAq为止每改变了0.1inchAq时的电机速度、风量和电机转矩的数据。若表1的电机速度、电机转矩和风量的数据代入(式9)并使用最小二乘法，则常数k21、k20、k11、k10、k01、k00如表2那样可求得。求得的常数k21、k20、k11、k10、k01、k00被写入到电机速度目标值运算单元13a内的ROM等存储器中。

图4表示常数k21、k20、k11、k10、k01、k00的数据格式。数据对于一个常数为16比特，最高位(15比特)表示尾数部分的符号，0为正，1为负。10至14比特表示指数部分，负的值取2的补数。0至9比特表示尾数部分的绝对值，所以取0至1023为止的值，如果尾数取比1023大的值时，有效数字为3位，将第4位四舍五入。表3表示这样变换了表2的值后所得的值。

[表3]

变换了表2的值后所得的值
	k21＝351
k20＝-2333
	k11＝1187
k10＝-2664
	k01＝-32462
k00＝29831

在电机速度目标值运算单元13a中使用处理器时，若直接使用表2的系数，则在C语言等中需要4字节以上的存储容量，但如果进行上述变换，则变为2字节，所以保存常数k21、k20、k11、k10、k01、k00的ROM等的存储容量较小即可。将哪个比特作为哪个用途来使用并没有特别的问题，例如，也可以将最低位比特(0比特)作为尾数部分的符号。此外，也可以将尾数部分的符号、尾数部分的绝对值归结到一起，使用11比特作为2的补数来表示。此外，常数数据不需要16比特，例如也可以使尾数为10比特、指数为5比特，从而数据为15比特，尾数为10比特、指数为7比特，从而为17比特。

在静压较小时，为了输出设定风量而并不那么需要电机速度，所以电机速度为极低的低速。此外，根据常数k21、k20、k11、k10、k01、k00的值，有电机速度运算装置13的输出即指示速度S*以负值输出的情况，该情况为反旋转。这样的情况下，可以通过在电机的指示速度S*上设置作为下限的最小电机速度，避免使电机反旋转，以便不会产生电机速度反旋转，从而尽管在送风***中，但不因变为进风而使用户判断为异常的情况。此外，可以通过在电机转矩上设置下限而获得同样的效果。

相反在静压较大时，电机速度运算装置13的输出即电机的指示速度S*为异常高的值，超过了电机的能力值，并且风扇、电机的振动因电机以高速旋转而增大，会担心风扇或电机出现故障。因此，可以通过在电机的指示速度S*上设置上限而避免风扇或电机的故障。此外，可以通过在电机转矩上设置上限而获得同样的效果。

图5表示一例用于达到规定的风量值的电机转矩和电机速度之间关系的曲线图。对于从400至1500CFM改变了设定风量的情况，以横轴为电机转矩、纵轴为电机速度来表示在电机的指示速度上设置了下限和上限的情况下的电机速度运算装置13的输出。

此外，在空调环境曲线的变化较小、转矩的变化微小的情况下，可以通过在转矩检测上设置不灵敏段而不进行指示速度运算，进行更稳定的控制。即，如图3的流程图所示，电机速度运算装置13尝试1秒期间进行10次的电机的指示速度S*的计算。然后，在各个计算前获得计算中使用的电机转矩值(步骤ST2)。电机速度运算装置13在获得了电机转矩值时，将该值和上次获得的电机转矩值进行比较，在它们的差是很小的情况下，结束图3的处理，不进行用于计算电机的指示速度S*的计算(步骤ST3)。

这样存储了常数k21、k20、k11、k10、k01、k00的电机速度运算装置13，通过设定目标风量，可以使用(式10)来计算并输出指示速度S*。目标风量基于安装了电机的空调环境来决定。即，目标风量根据对在成为室内的空调对象的房间中作为基准的房间需要送入多大的风量、或根据空调设备为多大的风量则效率较高等来决定。此外，目标风量有时也根据空调设备设置的地区的气候等来校正。例如，在温暖并且湿度较高的地区，目标风量有时被较高地设定。在事先已知空调环境时，目标风量可以在电机的设置前设定。当然，也可以在设置时观察空调环境来进行设定。

下面说明使电机旋转从而运转空调设备时的电机的控制。在图6中，曲线F表示风量一定时的电机速度和电机转矩之间的关系。风量是上述那样设定的目标风量，如果在该曲线上，则风量总是维持目标风量并且是一定的。在图6中，作为例子，假设目标风量以800CFM来设定。与该风量恒定曲线F交叉的是空调环境中特有的曲线C1。电机速度运算装置13使用上述(式10)，计算在图6所示的风量恒定曲线F和空调环境曲线C1的交点E1的电机速度，并以算出的速度对电机进行旋转指示。

这里，假设空调环境变化，并且环境曲线从C1改变为C2。例如，在吹出口所设置的通风口被打开、或被关闭，从而改变了要进行空气调节的房间数时，空调环境曲线变化。此外，空调环境曲线在过滤器产生了堵塞时也发生变化。由于空调环境变化为C2，所以电机的运转状况从E1点移动到曲线C2上的P点。由于移动，风量偏离目标风量。如上所述，指示速度运算周期地、例如每秒进行10次。因此，在运转状况移动到P点的随后的运算中，由电机速度运算装置13计算新的指示速度S*^P。由此，电机速度变化，从而运转状况移动到Q。

在该Q点进一步计算新的指示速度S*^Q，由此电机速度变化，从而运转状况移动到R点。重复进行这样的过程，从而电机速度最终稳定到由空调环境曲线C2和风量恒定曲线F的交点E2所示的电机速度。此外，在空调环境从C2返回到C1时，向与上述过程相反的方向，电机速度沿曲线C1移动，返回到交点E1。电机速度经过什么样的变化过程而收敛，根据比例增益13b、K的值而改变。例如，在比例增益13b、K的值较小时，连续进行计算所算出的速度的变化较小，所以达到收敛为止的图6所示的速度的变化的次数增多。即，直至收敛为止，需要时间。

另一方面，若比例增益13b、K较大，则所计算的指示速度一下子跨越空调环境曲线和风量规定曲线的交点，所以速度无论多久都不稳定，不能达到目标风量。设定比例增益13b、K，以不出现这样的情况。具体地说，一边改变增益的值一边进行实验，求最佳值。在本发明的发明人进行的实验中，获得了增益的最佳值为0.2这样的结果，但该值是简单的一例。

(实施方式2)

图7是表示本发明的实施方式2的结构的方框图。在具有与实施方式1相同功能的结构元素上附加相同的参考标号，省略详细的说明。在图1所示的实施方式1的结构中，将电机速度检测单元11和电流检测单元12的输出输入到电机速度运算装置13，但也可以是图7所示的实施方式2那样的结构。

即，电机控制装置10a配有：至少包括电机速度运算装置13的第1单元16；以及至少包括输入端21a、21b和输出端25的第2单元17。第2单元17还配有：由速度传感器7检测速度的电机速度检测单元11；根据电流检测器6的信号检测电机4的电流的电流检测单元12；以及以达到规定的风量值的速度来驱动控制电机的电机驱动控制单元14。而且，在第1单元16和第2单元17之间配有进行数据通信的通信单元15。

在图7中，第1单元16和第2单元17通过RS232C等通信单元15而可以进行数据的交换。第2单元17中的电流检测单元12检测出的电机电流和电机速度检测单元11检测出的电机速度，通过通信单元15而传送到第1单元16。第1单元16内的电机速度运算装置13使用这些数据来运算指示速度S*，并通过通信单元15将其传送到第2单元17中的电机驱动控制单元14。电机驱动控制单元14将指示速度S*作为指示速度而进行速度控制。

下面，包括实施方式1和实施方式2，说明本发明的公共的作用和替代结构、以及本发明的进一步扩展等。

在上述实施方式中，在直流线路(line)中装入电流检测器6来测量电机电流，但也可以直接检测电机的相电流。此外，也可以使用相电流进行d-q变换，计算q轴电流而检测电机转矩。此外，本发明根据电机转矩来运算指示速度，所以也可以检测包含了电机转矩信息的电流，无论以什么样的部分来检测电流，只要能够估计电机转矩，则能够发挥同等的效果。

此外，以上的说明中说明了本发明的产品被设置在普通家庭中的情况，但也可以设置在大楼、超净室、车、公共汽车、轨道车辆、飞机、船舶等中，作为办公用空调来使用。

此外，电机也可以是无刷电机、嵌入磁铁同步电机、感应电机、电刷式电机等，只要可以检测电机速度和电机转矩，什么类型的电机都可以。

此外，电机的控制方式是速度控制方式，所以指示速度和电机速度大致相等，所以在图2中电机速度运算装置13使用电机速度S来进行(式10)那样的计算，但也可以使用上周期的指示速度Sz*而不是电机速度S来进行(式12)那样的计算。

$S^n={\mathrm{Sz}}^{*}+K\×\{S{z}^{*}-\underset{n=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{m=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left(k_{\mathrm{nm}}{T}^n{Q}^{*m}\right)\right)\}$ …(式12)

取代使用如(式11)那样容易不稳定的电机速度，通过使用如(式12)那样的指示速度，增加控制的稳定性。

这样，根据本发明的电机控制装置，通过利用了使用电流检测器6检测出的电机电流，对于温度变化等变化因素，也可以实现精度较高的风量控制。而且，通过进行简单的控制处理，可以使用便宜的控制处理用的CPU，还可以实现产品的低价格。而且，由于减少了存储在控制方式中使用的常数的字节数，所以存储容量较小即可，还可以实现进一步的低成本。

此外，在求目标电机速度Sa的算式中，通过将各个常数设为至少由2比特以上的数组成的比特，在其内至少1比特作为尾数来使用，其他的至少1比特作为指数来使用，可以节省用于存储常数的存储器。

此外，可以通过在最小指示速度和最大指示速度的范围中输出必要的指示速度，防止电机的反旋转、过旋转造成的电机或风扇的故障。

此外，在电机转矩和上次获得的电机转矩之差很小时，可以通过不进行指示速度的计算处理，防止速度即风量无论多久都不稳定的情况。

此外，通过具有存储规定的风量值的存储器，可以为不需要从外部提供规定的风量值的结构。

此外，可以通过具有存储多个风量值的存储器，并通过开关来选择多个风量值的一个，从而用户可以简单地选择希望的规定的风量值。

此外，通过具有用于接收选择信号的通信单元，可以从远程区域选择希望的规定的风量值。

此外，在应用了上述电机装置的空调装置中，即使静压变化，也可以将风量保证为一定的风量。而且，在空调装置配备在普通家庭的房间中的情况下，即使静压因过滤器等的堵塞而变化，也可以将风量保证为规定的风量。此外，在空调装置配备在大楼的情况下，即使静压因吹出口的开闭而变化，也可以将风量保证为规定的风量。

工业实用性

在本发明的电机控制装置中，最适合将风量控制为规定的风量值的***，作为普通家庭的房屋、办公用建筑物、车辆等空调设备是有用的。

Claims (40)

1.电机控制装置，对根据指示速度，配有送风的风扇的电机进行控制，以使电机速度为用于达到与设定风量对应的风量的电机速度，包括：

电流检测单元，检测所述电机中流过的电机电流；

电机速度检测单元，检测所述电机的转子的速度即电机速度；

电机速度运算装置，使用表示所述设定风量的规定的风量值、所述电流检测单元检测的电机电流、所述电机速度检测单元检测的电机速度，计算用于指示电机速度的所述指示速度；以及

电机驱动控制单元，驱动控制所述电机以使其为根据所述指示速度的电机速度；

所述电机速度运算装置包括：

转矩变换器，将所述电流检测单元检测出的电机电流变换为电机转矩值；以及

电机速度目标值运算单元，使用所述规定的风量值和所述电机转矩值，按规定的时间间隔计算为了达到所述设定风量而作为必要的电机速度的目标电机速度，

所述电机速度运算装置基于所述电机速度检测单元检测的电机速度和所述目标电机速度，计算并输出所述指示速度，

所述电机速度目标值运算单元根据以下的式(6)运算目标电机速度，

$\mathrm{Sa}=\underset{n=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{m=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left(k_{\mathrm{nm}}{T}^n{Q}^{*m}\right)\right)$ …(式6)

其中，T为电机转矩，Q*为设定风量，k_nm为常数，其中m＝0，1，2，…，i，n＝0，1，2，…，j，而且i和j为有限值。

2.如权利要求1所述的电机控制装置，使用检测所述电机速度的速度传感器检测所述转子的速度。

3.如权利要求1所述的电机控制装置，所述转子的速度通过对所述电机速度进行估计来检测。

4.如权利要求1所述的电机控制装置，所述指示速度通过在将所述电机速度检测单元检测的所述电机速度和所述目标电机速度之间的差乘以增益所得的值，与所述电机速度检测单元检测的电机速度相加而求出。

5.如权利要求4所述的电机控制装置，所述指示速度S*根据以下的(式14)而求出：

$S^{*}=S+K\×\{S-\underset{n=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{m=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left(k_{\mathrm{nm}}{T}^n{Q}^{*m}\right)\right)\}$ …(式14)

其中，S为所述电机速度检测单元检测的电机速度，T为所述电机转矩，Q*为所述规定的风量值，K为增益，k_nm为常数，其中n＝0，1，2，…，j，m＝0，1，2，…，i，而且i和j为有限值。

6.如权利要求1或权利要求5所述的电机控制装置，所述有限值i和j为i＝1、j＝2。

7.如权利要求1或权利要求5所述的电机控制装置，所述常数由至少两比特以上的数构成的比特来表示，其内至少一比特作为尾数来使用，其他的至少一比特作为指数来使用。

8.如权利要求1或权利要求5所述的电机控制装置，所述常数以16比特的数据来表示。

9.如权利要求1或权利要求5所述的电机控制装置，所述常数使用所述电机转矩值、所述电机速度检测单元检测的电机速度和所述规定的风量值的数据，根据最小二乘法而求出。

10.如权利要求1所述的电机控制装置，所述指示速度通过将上次求出的指示速度和所述目标电机速度之间的差乘以增益所得的值，与所述上次求出的指示速度相加而获得。

11.如权利要求1所述的电机控制装置，所述电机速度运算装置存储最小指示速度和最大指示速度，并在所述最小指示速度和所述最大指示速度的范围内输出所述指示速度。

12.如权利要求1所述的电机控制装置，所述电机速度运算装置比较所述电机转矩值和上次获得的电机转矩值，并计算所述指示速度。

13.如权利要求1所述的电机控制装置，还具有存储所述规定的风量值的存储器。

14.如权利要求13所述的电机控制装置，所述存储器存储多个风量值，所述多个风量值的一个风量值作为所述规定的风量值被选择。

15.如权利要求14所述的电机控制装置，还具有以人工方式操作的开关，通过操作所述开关而从所述多个风量值中选择所述规定的风量值。

16.如权利要求14所述的电机控制装置，还具有接收选择信号的通信单元，通过所述选择信号而从所述多个风量值中选择所述规定的风量值。

17.如权利要求1所述的电机控制装置，还具有接收用于指示所述规定的风量值的信号的通信单元。

18.如权利要求1所述的电机控制装置，还包括：

第一单元，至少具有所述电机速度运算装置；以及

第二单元，至少具有所述电流检测单元、所述电机速度检测单元和所述电机驱动控制单元，

在所述第一单元和所述第二单元之间进行数据通信。

19.如权利要求18所述的电机控制装置，所述数据通信包含所述电流检测单元检测出的电机电流、所述电机速度检测单元检测出的电机速度和所述指示速度中的至少一个。

20.电机控制方法，用于根据指示速度，对配有送风的风扇的电机进行控制，以使电机速度为用于达到与设定风量对应的风量的电机速度，该方法包括：

检测所述电机的转子的速度即电机速度的步骤；

检测所述电机中流过的电机电流的步骤；

将所述检测出的电机电流变换为电机扭矩值的步骤；

使用表示所述设定风量的规定的风量值和所述电机扭矩值，按规定的时间间隔，计算为了达到所述设定风量而必要的电机速度即目标电机速度的步骤；

基于检测所述电机速度的步骤中检测出的电机速度和计算所述目标电机速度的步骤中计算出的目标电机速度，计算并输出指示速度的步骤；以及

驱动控制所述电机以使其为根据所述指示速度的电机速度的步骤；

计算所述目标电机速度的步骤，使用以下的式(15)求所述目标电机速度，

$\mathrm{Sa}=\underset{n=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{m=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left(k_{\mathrm{nm}}{T}^n{Q}^{*m}\right)\right)$ …(式15)

其中，T为所述电机转矩，Q*为所述规定的风量值，k_nm为常数，其中n＝0，1，2，…，j，m＝0，1，2，…，i，而且i和j为有限值。

21.如权利要求20所述的电机控制方法，计算并输出所述指示速度的步骤，通过将在检测所述电机速度的步骤中检测出的电机速度和所述目标电机速度之间的差乘以增益所得的值，与检测电机速度的步骤中检测出的电机速度相加而求得。

22.如权利要求21所述的电机控制方法，所述指示速度S*根据以下的(式16)而求出：

$S^{*}=S+K\×\{S-\underset{n=0}{\overset{j}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{m=0}{\overset{i}{\mathrm{\Σ}}}\left(k_{\mathrm{nm}}{T}^n{Q}^{*m}\right)\right)\}$ …(式16)

其中，S为在检测所述电机速度的步骤中检测出的电机速度，T为所述电机转矩值，Q*为所述规定的风量值，K为增益，k_nm为常数，其中n＝0，1，2，…，j，m＝0，1，2，…，i，而且i和j为有限值。

23.如权利要求20或权利要求22所述的电机控制方法，所述有限值i和j为i＝1、j＝2。

24.如权利要求20或权利要求22所述的电机控制方法，所述常数由至少两比特以上的数构成的比特来表示，其内至少一比特作为尾数来使用，其他的至少一比特作为指数来使用。

25.如权利要求20或权利要求22所述的电机控制方法，所述常数是16比特的数据。

26.如权利要求20或权利要求22所述的电机控制方法，所述常数使用所述电机转矩值、检测所述电机速度的步骤中检测出的电机速度和所述规定的风量值的数据，根据最小二乘法而求出。

27.如权利要求20所述的电机控制方法，所述指示速度通过将上次求出的指示速度和所述目标电机速度之间的差乘以增益所得的值，与所述上次求出的指示速度相加而获得。

28.如权利要求20所述的电机控制方法，计算并输出所述指示速度的步骤，在存储的最小指示速度和最大指示速度的范围内输出所述指示速度。

29.如权利要求20所述的电机控制方法，计算所述目标电机速度的步骤，比较所述电机转矩值和上次获得的电机转矩值，并在它们的差不是很小时，计算所述目标电机速度。

30.如权利要求20所述的电机控制方法，在存储器中存储所述规定的风量值。

31.如权利要求30所述的电机控制方法，所述存储器存储多个风量值，所述多个风量值的一个风量值作为所述规定的风量值被选择。

32.如权利要求31所述的电机控制方法，还具有以人工方式操作的开关，通过操作所述开关而从所述多个风量值中选择所述规定的风量值。

33.如权利要求31所述的电机控制方法，还具有接收选择信号的通信步骤，通过所述选择信号而从所述多个风量值中选择所述规定的风量值。

34.如权利要求20所述的电机控制方法，还具有接收用于指示所述规定的风量值的信号的通信步骤。

35.如权利要求20所述的电机控制方法，还包括：

通过数据通信来发送接收在所述对电机电流进行检测的步骤中检测出的电机电流和在所述对电机速度进行检测的步骤中检测出的电机速度至少一个。

36.如权利要求20所述的电机控制方法，通过数据通信而输出所述指示速度。

37.电机装置，具有风扇、驱动所述风扇的电机和控制所述电机的电机驱动装置，

所述电机驱动装置包括：将直流电源变换为交流并驱动所述电机的逆变器；输出表示电机速度的信号的速度传感器；检测流过所述电机的电流的电流检测器；以及权利要求1记载的电机控制装置。

38.如权利要求37所述的电机装置，所述电机装置装载在空调装置上。

39.如权利要求38所述的电机装置，所述空调装置配备在普通家庭的房间或办公用建筑物中。

40.如权利要求38的电机装置，所述空调装置配备在车辆、飞机或船舶的任何一个上。