本發(fā)明涉及一種使用渦輪來控制流體的流量的渦輪式流量控制裝置。

背景技術(shù)：

在大廈等的空調(diào)控制系統(tǒng)、化工廠等中，使用有流量控制閥作為控制各種流體的流量的流量控制裝置。例如，在空調(diào)控制系統(tǒng)中，在去往空調(diào)機(jī)的換熱器的冷熱水的供給通道上設(shè)置有流量控制閥，通過空調(diào)控制裝置來控制該流量控制閥的開度，由此，去往空調(diào)機(jī)的換熱器的冷熱水的供給量得到控制，從而調(diào)節(jié)來自空調(diào)機(jī)的去往控制對(duì)象空間的調(diào)節(jié)空氣的溫度。

另外，近年來，隨著對(duì)地球環(huán)境的意識(shí)的提高，作為空調(diào)控制系統(tǒng)中的以往的流量控制閥的替換品，一直在推進(jìn)渦輪式流量控制裝置的開發(fā)。例如，在專利文獻(xiàn)1中揭示有一種渦輪式流量控制裝置，其包括將渦輪的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電機(jī)，通過上述發(fā)電機(jī)的扭矩來控制在流路中流動(dòng)的流體的流量，并且在流量控制裝置內(nèi)使用通過上述發(fā)電機(jī)而獲得的電能。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】

【專利文獻(xiàn)】

【專利文獻(xiàn)1】日本專利特開2015-96791號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

【發(fā)明要解決的問題】

然而，以往的渦輪式流量控制裝置僅僅通過發(fā)電機(jī)的扭矩控制來控制流體的流量，因此存在流量控制的可調(diào)比比以往的流量控制閥低的問題。例如，上述以往的渦輪式流量控制裝置的可調(diào)比在差壓30kpa下為“4：1”左右，在將渦輪式流量控制裝置用作流量控制閥的替換品的情況下，在實(shí)際使用時(shí)需要“100：1”左右的可調(diào)比。

因此，在本申請(qǐng)之前，本申請(qǐng)發(fā)明者等人對(duì)如下渦輪式流量控制裝置進(jìn)行了研究：將從管道流入的冷熱水經(jīng)由定子葉片而流通至發(fā)電機(jī)(渦輪)，并且，通過對(duì)構(gòu)成定子葉片的葉片的角度和發(fā)電機(jī)的扭矩進(jìn)行控制來控制冷熱水的流量。根據(jù)該流量控制裝置，與以往的渦輪式流量控制裝置相比，可提高流量控制的可調(diào)比。

另一方面，本申請(qǐng)發(fā)明者等人所研究的上述流量控制裝置中，為了高精度地算出發(fā)電機(jī)的扭矩和定子葉片的葉片的角度的控制量，必須測定定子葉片的葉片的角度，從而在該測定中使用有角度傳感器。

通常，角度傳感器為精密設(shè)備，因此不適于在高溫多濕的環(huán)境、發(fā)生較大振動(dòng)這樣的環(huán)境下使用。另一方面，流量控制裝置是直接設(shè)置在供冷熱水等控制對(duì)象流體流動(dòng)的管道等上而加以使用的。因而，在將角度傳感器內(nèi)置于流量控制裝置中的情況下，對(duì)于內(nèi)置的角度傳感器而言，使用環(huán)境較為惡劣。因此，不容易長期保持上述流量控制裝置內(nèi)的角度傳感器的可靠性，有流量控制裝置的可靠性降低之虞。

因此，在本申請(qǐng)發(fā)明之前，本申請(qǐng)發(fā)明者等人對(duì)不使用角度傳感器而通過運(yùn)算處理來推斷定子葉片的葉片的角度的方法進(jìn)行了研究，以規(guī)避上述的角度傳感器的可靠性問題。然而，由于上述方法是使用推斷值而非由角度傳感器得到的高精度的實(shí)測值來進(jìn)行流量控制，因此，與使用角度傳感器的情況相比，不能否定流量控制的精度降低的可能性。

本發(fā)明是鑒于上述問題而成，本發(fā)明的目的在于在渦輪式流量控制裝置中一方面保持流量控制的精度、另一方面提高可靠性。

【解決問題的技術(shù)手段】

本發(fā)明的流量控制裝置(1)的特征在于，包括：發(fā)電機(jī)(16)，其具有承受流體而旋轉(zhuǎn)的渦輪(160)，通過所述渦輪的旋轉(zhuǎn)來發(fā)電；定子葉片(17)，其具備基體(170)和多個(gè)葉片(171)，所述基體(170)與渦輪同軸配置，所述多個(gè)葉片(171)在基體上沿與基體的軸(p)正交的方向延伸，而且具有承受流體的主面(171b)，設(shè)置為主面與正交于基體的軸的平面所成的槳距角(agv)可變；流量推斷部(131)，其根據(jù)渦輪的角速度(ω)、發(fā)電機(jī)的扭矩(t)以及槳距角來推斷流體的流量；控制部(132、133、14、15、24、25)，它們以由流量推斷部推斷出的流量(qz)與流體的設(shè)定流量(qref)一致的方式控制發(fā)電機(jī)的扭矩，而且通過馬達(dá)驅(qū)動(dòng)來控制葉片的槳距角；角度檢測部(23)，其檢測槳距角；角度推斷部(26、36)，它們根據(jù)馬達(dá)(250、350)的旋轉(zhuǎn)角度來推斷槳距角；以及異常判定部(27)，其判定角度檢測部是否有異常，在由異常判定部判定為無異常的情況下，流量推斷部根據(jù)由角度檢測部檢測到的槳距角的檢測值(agv_r(n))來推斷流量，在由異常判定部判定為有異常的情況下，流量推斷部根據(jù)由角度推斷部算出的槳距角的推斷值(agv_e(n))來推斷流量。

在上述流量控制裝置中，異常判定部可在根據(jù)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度而算出的槳距角的值(agv_ck(n))與由角度檢測部得到的槳距角的檢測值(agv_r(n))一致的情況下判定為角度檢測部無異常，在算出的槳距角的值與由角度檢測部得到的槳距角的檢測值不一致的情況下判定為角度檢測部有異常。

在上述流量控制裝置中，控制部可包括：槳距角目標(biāo)值算出部(133)，其以由流量推斷部推斷出的流量與流體的設(shè)定流量一致的方式算出槳距角的目標(biāo)值(agvref)；馬達(dá)(250、350)，它們通過驅(qū)動(dòng)葉片來調(diào)節(jié)槳距角；以及定子葉片控制部(24、34)，它們以葉片的槳距角與由槳距角目標(biāo)值算出部算出的槳距角的目標(biāo)值一致的方式算出馬達(dá)的操作量而驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，異常判定部可通過對(duì)此前剛剛由槳距角檢測部檢測到的槳距角的檢測值加上或減去與馬達(dá)的操作量相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度來算出槳距角。

在上述流量控制裝置中，馬達(dá)可為步進(jìn)馬達(dá)，馬達(dá)的操作量可為輸入至馬達(dá)的脈沖數(shù)。

在上述流量控制裝置中，馬達(dá)可為通過所供給的交流電源所生成的旋轉(zhuǎn)磁場而旋轉(zhuǎn)的同步馬達(dá)，馬達(dá)的操作量可為馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)時(shí)間。

再者，在上述說明中，作為一例，以附加括號(hào)的方式來記載對(duì)應(yīng)于發(fā)明的構(gòu)成要素的附圖上的參考符號(hào)。

【發(fā)明的效果】

通過以上所說明的內(nèi)容，根據(jù)本發(fā)明，可在渦輪式流量控制裝置中一方面保持流量控制的精度、另一方提高可靠性。

附圖說明

圖1為表示使用實(shí)施方式1的渦輪式流量控制裝置的空調(diào)控制系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。

圖2為表示實(shí)施方式1的流量控制裝置的內(nèi)部構(gòu)成的框圖。

圖3為表示實(shí)施方式1的流量控制裝置的外觀的一部分的立體圖。

圖4為表示實(shí)施方式1的流量控制裝置的外觀的一部分的分解立體圖。

圖5為表示實(shí)施方式1的流量控制裝置中的定子葉片的構(gòu)成的圖。

圖6為用以說明實(shí)施方式1的流量控制裝置中的定子葉片的槳距角的圖。

圖7為表示實(shí)施方式1的流量控制裝置中的定子葉片的槳距角(0度)的一例的圖。

圖8為表示實(shí)施方式1的流量控制裝置中的定子葉片的槳距角(45度)的一例的圖。

圖9為表示實(shí)施方式1的流量控制裝置中的定子葉片的槳距角(0度)的一例的圖。

圖10為表示實(shí)施方式1的流量控制裝置中的定子葉片的槳距角(45度)的一例的圖。

圖11為表示展示無因次流量、無因次扭矩及槳距角的關(guān)系的三維曲面的一例的圖。

圖12為表示由實(shí)施方式1的流量控制裝置進(jìn)行的定子葉片的控制的流程的流程圖。

圖13為表示實(shí)施方式1的正常模式下的槳距角的調(diào)節(jié)的流程的圖。

圖14為表示實(shí)施方式1的異常判定處理的流程的圖。

圖15為表示實(shí)施方式1的無角度傳感器模式下的槳距角的調(diào)節(jié)的流程的圖。

圖16為表示實(shí)施方式1的流量控制裝置的正常模式下的槳距角的調(diào)節(jié)的另一例的流程圖。

圖17為表示實(shí)施方式1的流量控制裝置的無角度傳感器模式下的槳距角的調(diào)節(jié)的另一例的流程圖。

圖18為表示實(shí)施方式2的流量控制裝置的內(nèi)部構(gòu)成的框圖。

圖19為表示由實(shí)施方式2的流量控制裝置進(jìn)行的定子葉片的控制的流程的流程圖。

圖20為表示實(shí)施方式2的正常模式下的槳距角的調(diào)節(jié)的流程的圖。

圖21為表示實(shí)施方式2的異常判定處理的流程的圖。

圖22為表示實(shí)施方式2的無角度傳感器模式下的槳距角的調(diào)節(jié)的流程的圖。

圖23為表示實(shí)施方式2的流量控制裝置的正常模式下的槳距角的調(diào)節(jié)的另一例的流程圖。

圖24為表示實(shí)施方式2的流量控制裝置的無角度傳感器模式下的槳距角的調(diào)節(jié)的另一例的流程圖。

圖25為表示實(shí)施方式3的流量控制裝置的內(nèi)部構(gòu)成的框圖。

圖26為表示實(shí)施方式2的流量控制裝置的另一內(nèi)部構(gòu)成的框圖。

具體實(shí)施方式

下面，參考附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。再者，在以下的說明中，對(duì)在各實(shí)施方式中共通的構(gòu)成要素標(biāo)注同一參考符號(hào)，并省略重復(fù)的說明。

《實(shí)施方式1》

圖1為表示使用本發(fā)明的實(shí)施方式1的渦輪式流量控制裝置的空調(diào)控制系統(tǒng)的構(gòu)成的圖。

該圖所示的空調(diào)控制系統(tǒng)1是對(duì)例如大廈等建筑物內(nèi)的控制對(duì)象空間2的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。具體而言，空調(diào)控制系統(tǒng)1包括空調(diào)機(jī)3、空調(diào)控制裝置4、外部電源5、流量控制裝置100及溫度傳感器6。

空調(diào)機(jī)(fcu)3是用以朝控制對(duì)象空間2供給經(jīng)調(diào)和后的空氣的裝置?？照{(diào)機(jī)3包括換熱器(冷熱水盤管)31和風(fēng)機(jī)32。再者，作為空調(diào)機(jī)3的換熱器31，有以1根盤管在制冷時(shí)利用冷水進(jìn)行換熱、在制熱時(shí)利用熱水進(jìn)行換熱的單盤管型，以及以2根盤管在制冷時(shí)在冷水盤管進(jìn)行換熱、在制熱時(shí)在熱水盤管進(jìn)行換熱的雙盤管型的換熱器。在該例中，換熱器31為單盤管型。

流量控制裝置100設(shè)置在供給至空調(diào)機(jī)3的換熱器31的冷熱水的供給通道(流路)上，是用以控制上述冷熱水的流量的渦輪式流量控制裝置。圖1中例示的是將流量控制裝置100設(shè)置在從空調(diào)機(jī)3的換熱器31送回的冷熱水的回水管路lr上的情況，但也可設(shè)置在對(duì)換熱器31供給冷熱水的供水管路ls上。

流量控制裝置100通過由流量控制裝置100內(nèi)部的發(fā)電機(jī)發(fā)出的電力來工作，但在發(fā)出的電力不足時(shí)，會(huì)從外部電源5得到電力供給而工作。此外，由流量控制裝置100內(nèi)部的發(fā)電機(jī)發(fā)出的剩余電力再生至商用電源而供給至其他控制器、傳感器等。再者，流量控制裝置100的具體構(gòu)成將于后文敘述。

在控制對(duì)象空間2內(nèi)設(shè)置有測量控制對(duì)象空間2內(nèi)的溫度作為室內(nèi)溫度的溫度傳感器6。由溫度傳感器6測量到的室內(nèi)溫度的測量值tpv的信息被發(fā)送至空調(diào)控制裝置4。

空調(diào)控制裝置(控制器)4以室內(nèi)溫度的測量值tpv與室內(nèi)溫度的設(shè)定值tsp的偏差變?yōu)榱愕姆绞剿愠龉┙o至換熱器31的冷熱水的設(shè)定流量qsp，并將算出的設(shè)定流量qsp的信息給予流量控制裝置100。

根據(jù)空調(diào)控制系統(tǒng)1，通過空調(diào)控制裝置4來控制在流量控制裝置100中流動(dòng)的冷熱水的流量，由此，去往空調(diào)機(jī)3的換熱器31的冷熱水的供給量得到控制，從而調(diào)節(jié)從空調(diào)機(jī)3去往控制對(duì)象空間2的調(diào)和空氣的溫度。

接著，對(duì)可運(yùn)用于上述空調(diào)控制系統(tǒng)1的、本發(fā)明的一實(shí)施方式的流量控制裝置100進(jìn)行具體說明。

圖2～4為表示實(shí)施方式1的流量控制裝置100的構(gòu)成的圖。

圖2展示的是表示流量控制裝置100的內(nèi)部構(gòu)成的框圖，圖3展示的是表示流量控制裝置100的外觀的一部分的立體圖，圖4展示的是圖3所示的流量控制裝置100的分解立體圖。

流量控制裝置100為如下渦輪式流量控制裝置：將從管道流入的冷熱水經(jīng)由定子葉片而流通至構(gòu)成發(fā)電機(jī)的渦輪，并且，通過控制構(gòu)成定子葉片的葉片的角度和發(fā)電機(jī)的扭矩來控制冷熱水的流量。

流量控制裝置100的特征之一在于，判定用以檢測定子葉片的葉片的角度的角度傳感器有無異常，在無異常的情況下，以根據(jù)角度傳感器的檢測結(jié)果來控制流量的正常模式工作，在有異常的情況下，以不使用角度傳感器而通過運(yùn)算來推斷葉片的角度、并使用該推斷值來控制流量的無角度傳感器模式工作。

如圖2所示，流量控制裝置100包括數(shù)據(jù)通信部11、系統(tǒng)控制部12、流量控制部13、逆變器控制部14、逆變器15、發(fā)電機(jī)16、定子葉片17、蓄電部18、電源部19、商用電源再生部20、位置傳感器21、存儲(chǔ)部22、角度檢測部23、定子葉片控制部24、驅(qū)動(dòng)部25、角度推斷部26、異常判定部27及選擇部28，與空調(diào)控制裝置4之間以及與外部電源5之間有線連接。

上述的數(shù)據(jù)通信部11、系統(tǒng)控制部12、流量控制部13、存儲(chǔ)部22、逆變器控制部14、定子葉片控制部24、角度推斷部26、異常判定部27、選擇部28、電源部19、商用電源再生部20等構(gòu)成流量控制裝置100的各功能部例如是通過硬件和程序來實(shí)現(xiàn)的，所述硬件由處理器、時(shí)鐘電路、通信電路、存儲(chǔ)裝置、數(shù)字輸入輸出電路、模擬輸入輸出電路、電力電子電路等構(gòu)成，所述程序與這些硬件協(xié)作而實(shí)現(xiàn)各種功能。

流量控制裝置100將從管路(圖1的例子的情況下為回水管路lr)流入的冷熱水經(jīng)由定子葉片17而流通至構(gòu)成發(fā)電機(jī)16的渦輪160，并且，通過控制發(fā)電機(jī)16的扭矩和定子葉片17來控制冷熱水的流量。

首先，對(duì)配置在流量控制裝置100內(nèi)部的流路內(nèi)的定子葉片17及發(fā)電機(jī)16進(jìn)行說明。

如圖4所示，發(fā)電機(jī)16的渦輪160和定子葉片17在流量控制裝置100內(nèi)部的供冷熱水流通的流路內(nèi)以它們的軸心與上述流路的軸心一致的方式配置。

發(fā)電機(jī)16是通過在冷熱水的水流下旋轉(zhuǎn)的渦輪的旋轉(zhuǎn)來發(fā)電的功能部。如圖4所示，發(fā)電機(jī)16包括渦輪(轉(zhuǎn)子)160和定子161。渦輪160與流量控制裝置100內(nèi)部的流路的軸p同軸配置。雖未圖示，但渦輪160例如是由一體設(shè)置在埋入有永磁鐵的環(huán)的內(nèi)側(cè)的葉輪構(gòu)成，承受在管路中流動(dòng)的冷熱水的水流而使得上述環(huán)與上述葉輪一體旋轉(zhuǎn)。在定子161上纏繞有線圈，將該線圈作為定子繞組，通過由渦輪160的旋轉(zhuǎn)引起的電磁感應(yīng)來發(fā)電。

位置傳感器21檢測構(gòu)成渦輪160的上述環(huán)內(nèi)所埋入的永磁鐵的磁極的位置作為渦輪160的磁極位置。作為位置傳感器21，例如可使用霍爾ic、增量式編碼器、絕對(duì)式編碼器等。

再者，在本實(shí)施方式中，是將設(shè)置位置傳感器21的情況展示為一例，但若是可通過位置傳感器21以外的其他手段來實(shí)現(xiàn)渦輪160的磁極位置的檢測和渦輪160的角速度的算出，則也可不設(shè)置位置傳感器21。此外，也可設(shè)為將上述其他手段與位置傳感器21組合而成的構(gòu)成。再者，作為該情況下的位置傳感器21，與上述一樣，例如可使用霍爾ic、增量式編碼器、絕對(duì)式編碼器等。

定子葉片17以即便承受冷熱水的水流也不會(huì)旋轉(zhuǎn)的方式固定在上述流路內(nèi)，對(duì)流體(冷熱水)進(jìn)行整流。具體而言，如圖5所示，定子葉片17具有基體170和多個(gè)葉片171，所述基體170與渦輪同軸配置，所述多個(gè)葉片171在基體170上沿與基體170的軸(軸p)正交的方向延伸。

多個(gè)葉片171在基體170上沿與基體170的軸(軸p)正交的方向延伸，并且，例如以等間隔沿基體170的圓周方向排列配置。如圖6所示，各葉片171的承受流體的主面171b與正交于基體170的軸(軸p)的平面(x-z面)所成的角(以下，稱為“槳距角”)agv可調(diào)。再者，在以下的說明中，有時(shí)將各葉片171的槳距角agv稱為“定子葉片17的槳距角agv”。

在本實(shí)施方式中，作為一例，如圖6所示，將直線b與直線a所成的角作為槳距角agv。此處，直線b是從z方向觀察定子葉片17時(shí)連結(jié)回轉(zhuǎn)軸172與葉片171的端部171a的直線，所述回轉(zhuǎn)軸172將葉片171支承在基體170的外周面并使葉片171回轉(zhuǎn)。此外，直線a是穿過回轉(zhuǎn)軸172且與正交于軸p的平面(x-z面)平行的直線。

圖7～10表示定子葉片17的槳距角agv的調(diào)節(jié)例。

圖7展示的是槳距角agv＝0度時(shí)的從z軸方向觀察的定子葉片17的立體圖，圖8展示的是槳距角agv＝45度時(shí)的從z軸方向觀察的定子葉片17的立體圖。此外，圖9展示的是槳距角agv＝0度時(shí)的從y軸方向觀察的定子葉片17的俯視圖，圖10展示的是槳距角agv＝45度時(shí)的從y軸方向觀察的定子葉片17的俯視圖。

根據(jù)圖7～10可理解，通過增大定子葉片17的槳距角agv，可增加流入至流量控制裝置100內(nèi)的冷熱水的流量。

接著，使用圖2，對(duì)流量控制裝置100中的用以控制渦輪160和定子葉片17的周邊的功能部進(jìn)行說明。

數(shù)據(jù)通信部11是與空調(diào)控制裝置4之間進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的收發(fā)的功能部。數(shù)據(jù)通信部11例如從空調(diào)控制裝置4接收冷熱水的流量的設(shè)定值等數(shù)據(jù)，并且將與流量控制裝置100的內(nèi)部狀態(tài)(工作狀態(tài)等)有關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)送至空調(diào)控制裝置4。

系統(tǒng)控制部12是用以對(duì)流量控制裝置100的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)括性控制的功能部。系統(tǒng)控制部12例如輸入由數(shù)據(jù)通信部11接收到的各種設(shè)定值等接收數(shù)據(jù)，并將流量控制裝置100的內(nèi)部狀態(tài)等發(fā)送數(shù)據(jù)輸出至數(shù)據(jù)通信部11。此外，系統(tǒng)控制部12例如從由數(shù)據(jù)通信部11接收到的接收數(shù)據(jù)中取出冷熱水的流量的目標(biāo)值(以下，稱為“流量目標(biāo)值”)qref，并將該取出的流量設(shè)定值qref輸出至流量控制部13。

流量控制部13是用以經(jīng)由逆變器控制部14及逆變器15而控制發(fā)電機(jī)16的渦輪160、并且經(jīng)由定子葉片控制部24及驅(qū)動(dòng)部25而控制定子葉片17的槳距角，由此控制冷熱水的流量的功能部。具體而言，流量控制部13包括流量推斷部131、扭矩目標(biāo)值算出部132及槳距角目標(biāo)值算出部133。

流量推斷部131是根據(jù)渦輪160的角速度ω、發(fā)電機(jī)16的扭矩t以及槳距角agv來推斷流體的流量的功能部。下面，對(duì)流量推斷部131算出流量推斷值qz的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

我們知道，渦輪式流量控制裝置中的無因次流量πq和無因次扭矩πt可通過著眼于流量、扭矩目標(biāo)值、角速度而根據(jù)白金漢的π定理進(jìn)行因次解析，從而由式(1)及式(2)加以定義。

【式1】

【式2】

此處，ρ[kg/m³]為流體的密度，d[m]為渦輪160的直徑(流量控制裝置100內(nèi)部的流路的內(nèi)徑)，q為流體(冷熱水)的流量，ω為渦輪160的角速度，tref為發(fā)電機(jī)16的扭矩目標(biāo)值。

此外，根據(jù)本申請(qǐng)發(fā)明者等人的研究，在渦輪式流量控制裝置中，無因次流量πq、無因次扭矩πt及槳距角agv的關(guān)系可通過如圖11所示的一個(gè)三維曲面300來表達(dá)。

此外，由于無因次流量πq與流量q之間存在上述式(1)所示的關(guān)系，因此在流量控制裝置100中流動(dòng)的冷熱水的流量推斷值qz可通過式(3)來表達(dá)。

【式3】

qz＝d³ω％q…(3)

上述的密度ρ、渦輪160的直徑d、式(2)、(3)等關(guān)系式以及表達(dá)3維曲面的關(guān)系式等流量控制的運(yùn)算所需的各種信息以函數(shù)信息221的形式預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部22中。流量推斷部131通過從存儲(chǔ)部22中讀出函數(shù)信息221并進(jìn)行規(guī)定的運(yùn)算來推斷流量。

具體而言，首先，流量推斷部131讀出以函數(shù)信息221的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部22中的密度ρ、直徑d以及式(2)的關(guān)系式的信息并計(jì)算式(2)，由此算出無因次扭矩πt。

接著，流量推斷部131根據(jù)算出的無因次扭矩πt的值、槳距角agv以及從存儲(chǔ)部22中讀出的表達(dá)3維曲面的關(guān)系式的信息來算出無因次流量πq。此處，作為槳距角agv，使用由后文敘述的角度檢測部23檢測到的槳距角的檢測值agv_r、或者由后文敘述的角度推斷部26算出的槳距角的推斷值agv_e。

其后，流量推斷部131根據(jù)算出的無因次流量πq和從存儲(chǔ)部22中讀出的式(3)的信息來算出流量推斷值qz。通過以上運(yùn)算，流量推斷值qz得以求出。

扭矩目標(biāo)值算出部132是以由流量推斷部131推斷出的冷熱水的流量(以下，稱為“流量推斷值”)qz與流量設(shè)定值qref一致的方式算出發(fā)電機(jī)16的扭矩目標(biāo)值tref的功能部。例如，扭矩目標(biāo)值算出部132通過基于流量目標(biāo)值qref與流量推斷值qz的差分的pi(proportional-integral比例-積分)控制律來算出扭矩目標(biāo)值tref。

槳距角目標(biāo)值算出部133是以流量推斷值qz與流量設(shè)定值qref一致的方式算出定子葉片17的槳距角目標(biāo)值agvref的功能部。例如，槳距角目標(biāo)值算出部133通過基于流量目標(biāo)值qref與流量推斷值qz的差分的pi控制律來算出槳距角目標(biāo)值agvref。

存儲(chǔ)部22是存儲(chǔ)流量控制裝置100中的用以實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)處理的各種程序、各種參數(shù)等信息的存儲(chǔ)部。例如，在存儲(chǔ)部22中存儲(chǔ)有例如用于上述的流量的推斷處理的函數(shù)信息221、用于后文敘述的槳距角的推斷處理的與驅(qū)動(dòng)部25的馬達(dá)有關(guān)的信息(以下，稱為“馬達(dá)信息”)222等。

逆變器控制部14是用以控制逆變器15的功能部。具體而言，逆變器控制部14以發(fā)電機(jī)16的扭矩達(dá)到扭矩目標(biāo)值tref的方式利用扭矩控制律來運(yùn)算對(duì)逆變器15的相電壓設(shè)定值。此外，逆變器控制部14根據(jù)由位置傳感器21檢測到的渦輪160的磁極位置來算出渦輪160的當(dāng)前角速度ω，并且根據(jù)來自逆變器15的發(fā)電機(jī)16的定子161的定子繞組的當(dāng)前的相電壓值及相電流值來算出渦輪160的當(dāng)前扭矩t。算出的角速度ω及扭矩t用于由流量推斷部131進(jìn)行的流量推斷值qz的算出。逆變器15接受來自電源部19的主電源而工作。將與由逆變器控制部14算出的相電壓設(shè)定值相應(yīng)的相電壓施加至發(fā)電機(jī)16的定子161的定子繞組，并且將由發(fā)電機(jī)16發(fā)出的電力供給至蓄電部18。

電源部19以來自外部電源5的電力和蓄電部18中所積蓄的電力為輸入，對(duì)流量控制裝置100內(nèi)的各功能部供給電源。在本實(shí)施方式中，將從電源部19供給至逆變器15的電源作為主電源，將從電源部19供給至數(shù)據(jù)通信部11、系統(tǒng)控制部12、流量控制部13、逆變器控制部14、定子葉片控制部24、角度推斷部26及存儲(chǔ)部22等的電源稱為控制電源。

電源部19將來自外部電源5的電力與蓄電部18中所積蓄的電力合并而得的電力分配至各功能部，但優(yōu)先分配蓄電部18中所積蓄的電力。例如，在蓄電部18中所積蓄的電力不足的情況下，將與供給自外部電源5的電力合并而得的電力分配至各功能部，在蓄電部18中所積蓄的電力有剩余的情況下，將該剩下的電力作為剩余電力經(jīng)由商用電源再生部20而再生至商用電源(該例中為外部電源5)，從而將電力供給至其他控制器及傳感器等。

驅(qū)動(dòng)部25是根據(jù)由后文敘述的定子葉片控制部24設(shè)定的馬達(dá)的操作量來驅(qū)動(dòng)定子葉片17的葉片171，由此調(diào)節(jié)槳距角的功能部。例如，驅(qū)動(dòng)部25是由如下構(gòu)件構(gòu)成：馬達(dá)250，其使定子葉片17的葉片171回轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)電路(未圖示)，其根據(jù)由定子葉片控制部24設(shè)定的馬達(dá)250的操作量來生成用以驅(qū)動(dòng)馬達(dá)250的驅(qū)動(dòng)信號(hào)(例如電信號(hào))；以及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)(未圖示)，其將馬達(dá)250的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為葉片171的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

馬達(dá)250例如為步進(jìn)馬達(dá)。以下，有時(shí)將馬達(dá)250記作步進(jìn)馬達(dá)250。上述動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)例如將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為定子葉片17的回轉(zhuǎn)軸172的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由此使得與回轉(zhuǎn)軸172連結(jié)的葉片171回轉(zhuǎn)，從而改變定子葉片17的槳距角agv。作為上述動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)，例如可運(yùn)用目前已知的連桿機(jī)構(gòu)等。

再者，驅(qū)動(dòng)部25的上述驅(qū)動(dòng)電路及上述動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)只要具有可通過步進(jìn)馬達(dá)250來控制定子葉片17的槳距角的結(jié)構(gòu)即可，并不限定于上述連桿機(jī)構(gòu)。

定子葉片控制部24是用以通過控制驅(qū)動(dòng)部25來控制定子葉片17的槳距角的功能部。具體而言，定子葉片控制部24以定子葉片17的槳距角與槳距角目標(biāo)值agvref一致的方式算出驅(qū)動(dòng)部25的步進(jìn)馬達(dá)250的操作量，并將該操作量設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部25。更具體而言，定子葉片控制部24以定子葉片17的槳距角agv與槳距角目標(biāo)值agvref一致的方式算出作為步進(jìn)馬達(dá)250的操作量的脈沖數(shù)pstm并設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部25。設(shè)定好脈沖數(shù)pstm的驅(qū)動(dòng)部25通過上述驅(qū)動(dòng)電路來生成與脈沖數(shù)pstm相應(yīng)的脈沖信號(hào)并供給至步進(jìn)馬達(dá)250，由此使定子葉片17的葉片171回轉(zhuǎn)。

角度檢測部23是檢測定子葉片17的槳距角的功能部。角度檢測部23例如安裝在定子葉片17上。角度檢測部23具有角度傳感器。作為上述角度傳感器，可例示電位計(jì)、霍爾ic、增量式編碼器及絕對(duì)式編碼器等。此外，角度檢測部23具有可存儲(chǔ)由上述角度傳感器檢測到的多次的槳距角的檢測值agv_r的信息的寄存器等存儲(chǔ)部(未圖示)。

角度推斷部26根據(jù)步進(jìn)馬達(dá)250的旋轉(zhuǎn)角度來推斷槳距角agv。更具體而言，角度推斷部26通過計(jì)算下述式(4)來算出槳距角的推斷值agv_e(n)。

【式4】

agv_e(n)＝agv_e(n-1)+pstm×astm…(4)

此處，agv_e(n)表示槳距角的推斷值[deg]，agv_e(n－1)表示此前剛剛算出的槳距角的推斷值[deg]。此外，astm為步進(jìn)馬達(dá)250的步進(jìn)角度[deg/pstm]，例如以馬達(dá)信息222的形式預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部22中。此外，如上所述，pstm為作為步進(jìn)馬達(dá)250的操作量的脈沖數(shù)，是由定子葉片控制部24算出的值。

例如，在步進(jìn)馬達(dá)250與定子葉片17的各葉片171之間的動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)無減速機(jī)構(gòu)的情況下，如式(4)所示，表示馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度的“pstm×astm”就成為定子葉片17的槳距角的變動(dòng)量。通過對(duì)該槳距角的變動(dòng)量加上此前剛剛算出的槳距角的推斷值agv_e(n－1)，可求出槳距角的推斷值agv_e(n)。

異常判定部27是判定角度檢測部23是否有異常的功能部。具體而言，異常判定部27根據(jù)步進(jìn)馬達(dá)250的旋轉(zhuǎn)角度來算出槳距角的值agv_ck，在算出的槳距角的值agv_ck與由角度檢測部23得到的槳距角的檢測值agv_r一致的情況下，判定角度檢測部23無異常，在算出的槳距角的值agv_ck與由角度檢測部23得到的槳距角的檢測值agv_r不一致的情況下，判定角度檢測部23有異常。

更具體而言，異常判定部27通過計(jì)算下述式(5)來算出槳距角agv_ck。

【式5】

agv_ck(n)＝agv_r(n-1)+pstm×astm…(5)

此處，agv_ck(n)表示槳距角的推斷值[deg]，agv_r(n－1)表示此前剛剛由角度檢測部23檢測到的槳距角的檢測值[deg]。此外，與上述式(4)一樣，astm及pstm是使用以馬達(dá)信息222的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部22中的信息。

如式(5)所示，通過對(duì)此前剛剛由角度檢測部23檢測到的槳距角的檢測值agv_r(n－1)加上表示槳距角的變動(dòng)量(馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度)的“pstm×astm”，可求出用于角度檢測部23的異常判定的槳距角的值agv_ck(n)。

選擇部28根據(jù)異常判定部27的判定結(jié)果來選擇由角度檢測部23得到的槳距角的檢測值agv_r(n)以及由角度推斷部26得到的槳距角的推斷值agv_e(n)中的某一方并給予流量推斷部131。

具體而言，在由異常判定部27判定為無異常的情況下，選擇部28選擇由角度檢測部23檢測到的槳距角的檢測值agv_r(n)并給予流量推斷部131。流量推斷部131將所輸入的槳距角的檢測值agv_r(n)作為槳距角agv，通過上述方法來推斷流量。

另一方面，在由異常判定部27判定為有異常的情況下，選擇部28選擇由角度推斷部26算出的槳距角的推斷值agv_e(n)并給予流量推斷部131。流量推斷部131將所輸入的槳距角的推斷值agv_e(n)作為槳距角agv，通過上述方法來推斷流量。

接著，對(duì)由實(shí)施方式1的流量控制裝置100進(jìn)行的定子葉片的控制的流程進(jìn)行說明。

圖12為表示由實(shí)施方式1的流量控制裝置100進(jìn)行的定子葉片17的控制的流程的流程圖。

例如，在電源接通后的初始狀態(tài)下，流量控制裝置100被設(shè)定為正常模式(s1)。如上所述，在正常模式下，流量控制裝置100使用角度檢測部23的檢測結(jié)果來進(jìn)行流量控制。

在正常模式下，當(dāng)由流量控制部13(槳距角目標(biāo)值算出部133)算出的槳距角目標(biāo)值agvref被設(shè)定(輸入)至定子葉片控制部24時(shí)，進(jìn)行槳距角的調(diào)節(jié)(s2)。

圖13為表示正常模式下的槳距角的調(diào)節(jié)的流程的圖。

如圖13所示，在正常模式下，定子葉片控制部24算出使定子葉片17的槳距角達(dá)到槳距角目標(biāo)值agvref的脈沖數(shù)pstm，并將算出的脈沖數(shù)pstm作為馬達(dá)的操作量而設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部25(s21)。關(guān)于脈沖數(shù)pstm的算出方法，可使用與上述式(4)相同的關(guān)系式來算出。例如，在從初始狀態(tài)(agv_r(n－1)＝0)起初次變更槳距角的情況下，在上述式(4)的agv_e(n)中代入“agvref”、在agv_e(n－1)中代入“0”，并代入存儲(chǔ)部22中所存儲(chǔ)的值作為astm，來求解pstm，由此可算出使槳距角達(dá)到槳距角目標(biāo)值agvref的脈沖數(shù)pstm。

此時(shí)，定子葉片控制部24將設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部25的脈沖數(shù)pstm的信息也設(shè)定(輸入)至異常判定部27。

驅(qū)動(dòng)部25根據(jù)所設(shè)定的脈沖數(shù)pstm來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)250(s22)。由此，葉片171以定子葉片17的槳距角與槳距角目標(biāo)值agvref一致的方式回轉(zhuǎn)。

在圖12的步驟s2之后，異常判定部27根據(jù)所設(shè)定的脈沖數(shù)pstm而開始角度檢測部23的異常判定處理(s3)。

圖14為表示步驟s3的異常判定處理的流程的圖。

如圖14所示，首先，異常判定部27根據(jù)所設(shè)定的脈沖數(shù)pstm、從存儲(chǔ)部22中讀出的步進(jìn)角度astm、以及此前剛剛由角度檢測部23檢測到的槳距角的檢測值agv_r(n－1)來計(jì)算上述式(5)，由此算出槳距角的推斷值agv_ck(n)(s31)。

接著，異常判定部27判定步驟s31中算出的槳距角的推斷值agv_ck(n)與由角度檢測部23檢測到的該時(shí)間點(diǎn)下的槳距角的檢測值agv_r(n)是否一致(s32)。在槳距角的推斷值agv_ck(n)與槳距角的檢測值agv_r(n)一致的情況下，異常判定部27判定角度檢測部23無異常(s33)。另一方面，在槳距角的推斷值agv_ck(n)與槳距角的檢測值agv_r(n)不一致的情況下，異常判定部27判定角度檢測部23有異常(s34)。

在步驟s3的異常判定處理中，在判定為“無異?！钡那闆r下，如圖12所示，定子葉片控制部24判定槳距角目標(biāo)值agvref是否被變更(s4)。在槳距角目標(biāo)值agvref被變更的情況下，返回至步驟s2，以槳距角達(dá)到變更后的槳距角目標(biāo)值agvref的方式在正常模式下執(zhí)行上述處理(s2、s3)。在步驟s4中，在槳距角目標(biāo)值agvref未被變更的情況下，固定槳距角直至槳距角目標(biāo)值agvref被變更為止。

另一方面，在步驟s3的異常判定處理中，在判定為“有異?！钡那闆r下，如圖12所示，流量控制裝置100從正常模式轉(zhuǎn)變?yōu)闊o角度傳感器模式(s5)。在無角度傳感器模式下，流量控制裝置100以不使用角度檢測部23的檢測結(jié)果的方式進(jìn)行流量控制。

具體而言，在流量控制裝置100的工作模式已轉(zhuǎn)變?yōu)闊o角度傳感器模式的情況下，首先，定子葉片控制部24使步進(jìn)馬達(dá)250返回原點(diǎn)(s6)。例如，另行設(shè)置用以檢測步進(jìn)馬達(dá)250已來到原點(diǎn)的開關(guān)，定子葉片控制部24使步進(jìn)馬達(dá)250工作，當(dāng)從上述開關(guān)輸出檢測信號(hào)后，停止步進(jìn)馬達(dá)250的工作。

接著，角度推斷部26將槳距角的推斷值agv_e的初始值設(shè)定為“0”(s7)。其后，進(jìn)行槳距角的調(diào)節(jié)(s8)。

圖15為表示無角度傳感器模式下的槳距角的調(diào)節(jié)的流程的圖。

如圖15所示，與正常模式一樣，定子葉片控制部24算出使槳距角達(dá)到槳距角目標(biāo)值agvref的脈沖數(shù)pstm并設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部25(s81)，驅(qū)動(dòng)部25根據(jù)所設(shè)定的脈沖數(shù)pstm來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)250(s82)。

此時(shí)，定子葉片控制部24將設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部25的脈沖數(shù)pstm的信息也設(shè)定(輸入)至角度推斷部26。

接著，角度推斷部26像上述那樣根據(jù)所設(shè)定的脈沖數(shù)pstm來計(jì)算上述式(4)，由此算出槳距角的推斷值agv_e(n)(s83)。

例如，在剛剛使步進(jìn)馬達(dá)250返回原點(diǎn)之后的初次(第1次)執(zhí)行的步驟s83中，代入步驟s7中所設(shè)定的槳距角的推斷值agv_e的初始值(＝0)作為式(4)的“agv_e(n－1)”，算出槳距角的推斷值agv_e(n)。另一方面，在第2次以后執(zhí)行的步驟s83中，代入此前剛剛在步驟s83中算出的槳距角的推斷值作為式(4)的“agv_e(n－1)”，算出槳距角的推斷值agv_e(n)。

即，角度推斷部26通過對(duì)使馬達(dá)返回原點(diǎn)時(shí)的槳距角的初始值(agv_e＝0)累積加上或減去與馬達(dá)的操作量(例如脈沖數(shù)pstm)相應(yīng)的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度來算出槳距角的推斷值agv_e(n)。

其后，當(dāng)步驟s8完成時(shí)，如圖12所示，定子葉片控制部24判定槳距角目標(biāo)值agvref是否被變更(s9)。在槳距角目標(biāo)值agvref被變更的情況下，返回至步驟s8，以槳距角與變更后的槳距角目標(biāo)值agvref一致的方式執(zhí)行上述處理(s81～s83)。另一方面，在步驟s9中，在槳距角目標(biāo)值agvref未被變更的情況下，固定槳距角直至槳距角目標(biāo)值agvref被變更為止。

通過以上步驟，得以進(jìn)行定子葉片17的控制。

最后，對(duì)流量控制裝置100的整體的工作的流程進(jìn)行說明。

首先，流量控制裝置100通過數(shù)據(jù)通信部11接收因冷熱水的供給目標(biāo)的負(fù)荷變動(dòng)而來自空調(diào)控制裝置4的冷熱水的新的流量目標(biāo)值qref。由數(shù)據(jù)通信部11接收到的流量目標(biāo)值qref被送至系統(tǒng)控制部12。

接著，系統(tǒng)控制部12將流量目標(biāo)值qref的信息送至流量控制部13。在流量控制部13中，首先，流量推斷部131根據(jù)由逆變器控制部14算出的渦輪160的角速度ω以及扭矩t的信息、和槳距角的信息，通過上述方法來算出流量推斷值qz。此處，如上所述，在正常模式的情況下，上述槳距角的信息為槳距角的檢測值agv_r，在無角度傳感器模式的情況下，上述槳距角的信息為由角度推斷部26推斷出的槳距角的推斷值agv_e。

其后，扭矩目標(biāo)值算出部132通過上述方法來算出使由流量推斷部131算出的流量推斷值qz與流量目標(biāo)值qref一致這樣的扭矩目標(biāo)值tref并送至逆變器控制部14。此外，槳距角目標(biāo)值算出部133通過上述方法來算出使由流量推斷部131算出的流量推斷值qz與流量目標(biāo)值qref一致這樣的槳距角目標(biāo)值agvref并送至定子葉片控制部24。

逆變器控制部14接收來自流量控制部13的扭矩目標(biāo)值tref，算出使發(fā)電機(jī)16的發(fā)電機(jī)16的扭矩t與扭矩目標(biāo)值tref一致這樣的相電壓設(shè)定值并送至逆變器15，逆變器15接收來自逆變器控制部14的相電壓設(shè)定值而對(duì)發(fā)電機(jī)16的定子161的定子繞組供給與上述相電壓設(shè)定值相應(yīng)的相電壓。

此外，定子葉片控制部24接收來自槳距角目標(biāo)值算出部133的槳距角目標(biāo)值agvref，以定子葉片17的槳距角與槳距角目標(biāo)值agvref一致的方式驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)250。此時(shí)，如上所述，定子葉片控制部24根據(jù)異常判定部27的判定結(jié)果，在正常模式或無角度傳感器模式中的某一模式下驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)250而使定子葉片17的各葉片171回轉(zhuǎn)，由此調(diào)節(jié)定子葉片17的槳距角。

通過以上控制，發(fā)電機(jī)16的扭矩t變得與扭矩目標(biāo)值tref一致，而且定子葉片17的槳距角變得與槳距角目標(biāo)值agvref一致，從而使得在流量控制裝置100內(nèi)的流路中流動(dòng)的冷熱水的流量以達(dá)到流量目標(biāo)值qref的方式得到調(diào)節(jié)。

以上，根據(jù)本發(fā)明的流量控制裝置，在檢測定子葉片的槳距角的角度檢測部23無異常的情況下，使用由角度檢測部23得到的槳距角的檢測值agv_r來進(jìn)行流量控制，在角度檢測部23有異常的情況下，不使用角度檢測部23而是使用由角度推斷部26得到的槳距角的推斷值agv_e來進(jìn)行流量控制，因此，一方面可保持流量控制的精度、另一方面可提高流量控制裝置的可靠性。即，即便在本流量控制裝置被設(shè)置在苛刻環(huán)境下的情況下，也可進(jìn)行使用角度傳感器的高精度的流量控制，并且，即便在角度傳感器發(fā)生故障的情況下，也會(huì)通過運(yùn)算來推斷槳距角而進(jìn)行流量控制，因此，可避免由角度傳感器的可靠性所引起的流量控制裝置的可靠性的降低。

此外，根據(jù)本發(fā)明的流量控制裝置，由于即便在角度傳感器(角度檢測部23)發(fā)生故障的情況下也可繼續(xù)進(jìn)行流量控制，因此可避免在更換發(fā)生故障的角度傳感器之前的期間內(nèi)停止流量控制裝置，使得用戶方便性增加。

此外，根據(jù)本流量控制裝置，通過對(duì)根據(jù)與馬達(dá)的操作量(例如脈沖數(shù)pstm)相應(yīng)的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度(pstm×astm)而算出的槳距角的值(agv_ck(n))與槳距角目標(biāo)值agvref進(jìn)行比較來判定角度檢測部23有無異常，因此，無須使用復(fù)雜的運(yùn)算處理即可進(jìn)行高精度的角度檢測部23的異常判定。

進(jìn)而，通過使用步進(jìn)馬達(dá)作為使定子葉片的葉片回轉(zhuǎn)的馬達(dá)，可實(shí)現(xiàn)定子葉片的槳距角的高精度控制，而且馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度(pstm×astm)的算出變得容易。

再者，在實(shí)施方式1的流量控制裝置100中，在正常模式及無角度傳感器模式下的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理中例示的是如下控制方法，但并不限定于此，該方法為：根據(jù)槳距角目標(biāo)值agvref來算出需要的步進(jìn)馬達(dá)250的操作量(脈沖數(shù)pstm)，根據(jù)該操作量來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)250。例如，由于由定子葉片進(jìn)行的流量控制無需高速的響應(yīng)，因此例如也可采用如下控制方法：使步進(jìn)馬達(dá)250每次旋轉(zhuǎn)單位步幅，當(dāng)定子葉片17的槳距角與槳距角目標(biāo)值agvref一致時(shí)，停止步進(jìn)馬達(dá)250的旋轉(zhuǎn)。下面，分別展示正常模式下的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理(步驟s2)的另一例和無角度傳感器模式下的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理(步驟s8)的另一例。

圖16為表示正常模式下的槳距角的調(diào)整相關(guān)的處理(步驟s2)的另一例的流程圖。

與上述圖13的處理流程一樣，當(dāng)所算出的槳距角目標(biāo)值agvref被輸入(設(shè)定)至定子葉片控制部24時(shí)，定子葉片控制部24將單位脈沖數(shù)pstm_0反復(fù)設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部25直至槳距角的檢測值agv_r與槳距角目標(biāo)值agvref一致為止，由此使步進(jìn)馬達(dá)階段性地旋轉(zhuǎn)。

具體而言，首先，定子葉片控制部24將單位脈沖數(shù)pstm_0設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部25(s24)。此處，單位脈沖數(shù)pstm_0為1以上的值即可，其值無特別限定。

接著，驅(qū)動(dòng)部25根據(jù)所設(shè)定的脈沖數(shù)pstm_0來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)250(s25)。接著，定子葉片控制部24判定由角度檢測部23檢測到的槳距角的檢測值agv_r(n)與槳距角目標(biāo)值agvref是否一致(s26)。在槳距角的檢測值agv_r(n)與槳距角目標(biāo)值agvref不一致的情況下，再次返回至步驟s24，以設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部25的脈沖數(shù)每次增加pstm_0的方式使步進(jìn)馬達(dá)250階段性地旋轉(zhuǎn)直至槳距角的檢測值agv_r(n)與槳距角目標(biāo)值agvref一致為止(s24～s26)。另一方面，在槳距角的檢測值agv_r(n)與槳距角目標(biāo)值agvref已一致的情況下，停止步進(jìn)馬達(dá)250的旋轉(zhuǎn)，從而停止定子葉片17的旋轉(zhuǎn)(s27)。

圖17為表示無角度傳感器模式下的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理(步驟s8)的另一例的流程圖。

與上述圖15的處理流程一樣，當(dāng)步進(jìn)馬達(dá)250返回原點(diǎn)(s6)、槳距角的推斷值agv_e的初始值被設(shè)定為“0”時(shí)(s7)，定子葉片控制部24將單位脈沖數(shù)pstm_0反復(fù)設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部25直至槳距角的推斷值agv_e與槳距角目標(biāo)值agvref一致為止，由此使步進(jìn)馬達(dá)階段性地旋轉(zhuǎn)。

具體而言，首先，與正常模式的情況一樣(參考圖16)，定子葉片控制部24將單位脈沖數(shù)pstm_0設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部25(s24)，驅(qū)動(dòng)部25根據(jù)所設(shè)定的脈沖數(shù)pstm_0來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)馬達(dá)250(s25)。

接著，角度推斷部26根據(jù)所設(shè)定的脈沖數(shù)pstm_0來算出槳距角的推斷值agv_e(n)(s86)。算出方法與圖15的情況相同。

接著，定子葉片控制部24判定步驟s86中算出的槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標(biāo)值agvref是否一致(s87)。在槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標(biāo)值agvref不一致的情況下，再次返回至圖17的步驟s24，以設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部25的脈沖數(shù)每次增加pstm_0的方式使步進(jìn)馬達(dá)250階段性地旋轉(zhuǎn)直至槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標(biāo)值agvref一致為止(s24～s87)。另一方面，在槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標(biāo)值agvref已一致的情況下，停止步進(jìn)馬達(dá)250的旋轉(zhuǎn)，從而停止定子葉片17的旋轉(zhuǎn)(s88)。

根據(jù)以上處理流程，與圖13及圖15所示的處理流程一樣，可實(shí)現(xiàn)使用步進(jìn)馬達(dá)250的定子葉片17的槳距角的調(diào)節(jié)。

《實(shí)施方式2》

圖18為表示實(shí)施方式2的流量控制裝置的內(nèi)部構(gòu)成的框圖。

實(shí)施方式2的流量控制裝置101與實(shí)施方式1的流量控制裝置100的不同點(diǎn)在于具有同步馬達(dá)而非步進(jìn)馬達(dá)，根據(jù)該同步馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度來算出定子葉片的槳距角，其他內(nèi)容與實(shí)施方式1的流量控制裝置100相同。再者，下面，對(duì)實(shí)施方式2的流量控制裝置101中的與實(shí)施方式1的流量控制裝置100的不同點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)說明，對(duì)于與實(shí)施方式1的流量控制裝置100相同的內(nèi)容則省略詳細(xì)說明。

如圖18所示，流量控制裝置101具有同步馬達(dá)350而非步進(jìn)馬達(dá)250。此處，同步馬達(dá)350是通過所供給的交流電源(例如50hz或60hz的商用電源)所生成的旋轉(zhuǎn)磁場而旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)。

定子葉片控制部34以定子葉片17的槳距角與槳距角目標(biāo)值agvref一致的方式算出構(gòu)成驅(qū)動(dòng)部35的同步馬達(dá)350的操作量，根據(jù)該操作量來驅(qū)動(dòng)同步馬達(dá)350。更具體而言，定子葉片控制部34以定子葉片17的槳距角與槳距角目標(biāo)值agvref一致的方式算出對(duì)馬達(dá)供給電力的時(shí)間(以下，稱為“驅(qū)動(dòng)時(shí)間”)tsm作為同步馬達(dá)350的操作量并設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部35。設(shè)定好驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm的驅(qū)動(dòng)部35通過驅(qū)動(dòng)電路以與驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm的期間相應(yīng)的方式對(duì)同步馬達(dá)350供給交流電，由此驅(qū)動(dòng)同步馬達(dá)350而使定子葉片17的葉片171回轉(zhuǎn)。

角度推斷部36根據(jù)構(gòu)成驅(qū)動(dòng)部35的同步馬達(dá)350的旋轉(zhuǎn)角度來推斷槳距角agv。更具體而言，角度推斷部36通過計(jì)算下述式(6)來算出槳距角的推斷值agv_e(n)。

【式6】

此處，n為同步馬達(dá)350的同步轉(zhuǎn)速[rpm]，g為同步馬達(dá)350與定子葉片17的葉片171之間的減速比。同步轉(zhuǎn)速n及減速比g的信息例如以馬達(dá)信息222的形式預(yù)先存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部22中。此外，如上所述，tsm為作為同步馬達(dá)350的操作量的驅(qū)動(dòng)時(shí)間，是由定子葉片控制部34算出的值。

如式(6)所示，對(duì)表示同步馬達(dá)350的旋轉(zhuǎn)角度的“n×tsm/60”乘以“360[deg]/g”而得的值成為定子葉片17的槳距角的變動(dòng)量。通過對(duì)該槳距角的變動(dòng)量加上此前剛剛算出的槳距角的推斷值agv_e(n－1)，可求出槳距角的推斷值agv_e(n)。

異常判定部37根據(jù)同步馬達(dá)350的旋轉(zhuǎn)角度來算出槳距角的值agv_ck，在算出的槳距角的值agv_ck與由角度檢測部23得到的槳距角的檢測值agv_r一致的情況下，判定為角度檢測部23無異常，在算出的槳距角的值agv_ck與由角度檢測部23得到的槳距角的檢測值agv_r不一致的情況下，判定為角度檢測部23有異常。

具體而言，異常判定部37通過計(jì)算下述式(7)來算出用于異常判定的槳距角的值agv_ck。

【式7】

此處，agv_ck(n)表示槳距角的推斷值[deg]，agv_r(n－1)表示此前剛剛由角度檢測部23檢測到的槳距角的檢測值[deg]。此外，n及tsm與上述式(6)相同，使用以馬達(dá)信息222的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部22中的信息。

如式(7)所示，通過對(duì)此前剛剛由角度檢測部23實(shí)際檢測到的槳距角的檢測值agv_r(n－1)加上通過對(duì)表示同步馬達(dá)350的旋轉(zhuǎn)角度的“n×tsm/60”乘以“360[deg]/g”而算出的定子葉片17的槳距角的變動(dòng)量，可求出用于異常判定的槳距角agv_ck(n)。

接著，使用圖19～圖22，對(duì)由實(shí)施方式2的流量控制裝置進(jìn)行的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理的流程進(jìn)行說明。

如圖19所示，由實(shí)施方式2的流量控制裝置進(jìn)行的定子葉片的控制的整體的處理的流程與由實(shí)施方式1的流量控制裝置進(jìn)行的定子葉片的控制(參考圖12)相同，另一方面，正常模式時(shí)的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理(步驟s12)、異常判定處理(步驟s13)、以及無角度傳感器模式時(shí)的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理(步驟s18)不一樣。下面，對(duì)步驟s12、步驟s13及步驟s18進(jìn)行具體說明。

圖20為表示正常模式下的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理(步驟s12)的流程的圖。

如圖20所示，在正常模式下，定子葉片控制部34算出使定子葉片17的槳距角達(dá)到槳距角目標(biāo)值agvref的驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm，將算出的驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm作為馬達(dá)的操作量而設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部35(s121)。例如，在由角度檢測部23得到的槳距角的檢測值為agv(n－1)＝0的情況下，在上述式(6)的agv_e(n)中代入“agvref”、在agv_e(n－1)中代入“0”、并代入存儲(chǔ)部22中所存儲(chǔ)的值作為n及g，來求解tsm，由此可算出使槳距角與槳距角目標(biāo)值agvref一致的驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm。此時(shí)，設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部35的驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm的信息也被設(shè)定(輸入)至異常判定部37。

接著，驅(qū)動(dòng)部35根據(jù)所設(shè)定的驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm來驅(qū)動(dòng)同步馬達(dá)350(s122)。由此，葉片171以定子葉片17的槳距角與槳距角目標(biāo)值agvref一致的方式回轉(zhuǎn)。

在步驟s12之后，流量控制裝置101執(zhí)行異常判定處理(s13)。

圖21為表示實(shí)施方式2的異常判定處理(步驟s13)的流程的圖。

在實(shí)施方式2的異常判定處理中，首先，異常判定部37根據(jù)所設(shè)定的驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm、從存儲(chǔ)部22中讀出的n及g、以及此前剛剛由角度檢測部23檢測到的槳距角的檢測值agv_r(n－1)來計(jì)算上述式(7)，由此算出槳距角的值agv_ck(n)(s131)。

接著，異常判定部37判定步驟s131中算出的槳距角的值agv_ck(n)與由角度檢測部23檢測到的該時(shí)間點(diǎn)下的槳距角的檢測值agv_r(n)是否一致(s132)。在槳距角的值agv_ck(n)與槳距角的檢測值agv_r(n)一致的情況下，異常判定部37判定為角度檢測部23無異常(s133)。另一方面，在槳距角的值agv_ck(n)與槳距角的檢測值agv_r(n)不一致的情況下，異常判定部37判定為角度檢測部23有異常(s134)。

在步驟s13的異常判定處理中，在判定為角度檢測部23有異常的情況下，流量控制裝置101轉(zhuǎn)變?yōu)闊o角度傳感器模式，執(zhí)行槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理(步驟s18)。

圖22為表示無角度傳感器模式下的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理(步驟s18)的流程的圖。

如圖22所示，與正常模式的情況一樣，定子葉片控制部34算出使槳距角達(dá)到槳距角目標(biāo)值agvref的驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm并設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部35(s181)，驅(qū)動(dòng)部35根據(jù)所設(shè)定的驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm來驅(qū)動(dòng)同步馬達(dá)350(s182)。此時(shí)，定子葉片控制部34將設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部35的驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm的信息也設(shè)定(輸入)至角度推斷部36。

接著，角度推斷部36像上述那樣根據(jù)所設(shè)定的驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm來計(jì)算上述式(6)，由此算出槳距角的推斷值agv_e(n)(s183)。

例如，在使同步馬達(dá)350返回原點(diǎn)之后的初次(第1次)執(zhí)行的步驟s183中，代入步驟s7中所設(shè)定的槳距角的推斷值agv_e的初始值(＝0)作為式(6)的“agv_e(n－1)”而算出槳距角的推斷值agv_e(n)。另一方面，在使同步馬達(dá)350返回原點(diǎn)之后的第2次以后執(zhí)行的步驟s183中，代入此前剛剛在步驟s183中算出的槳距角的推斷值作為式(6)的“agv_e(n－1)”而算出槳距角的推斷值agv_e(n)。

即，角度推斷部36通過對(duì)使馬達(dá)返回原點(diǎn)時(shí)的槳距角的初始值(agv_e＝0)累積加上或減去與馬達(dá)的操作量(例如驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm)相應(yīng)的馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度來算出槳距角的推斷值agv_e(n)。

通過以上步驟s18的處理流程，得以進(jìn)行定子葉片17的槳距角的調(diào)節(jié)和槳距角的推斷。

以上，根據(jù)實(shí)施方式2的流量控制裝置101，與實(shí)施方式1的流量控制裝置100一樣，針對(duì)此前剛剛由角度檢測部23實(shí)際檢測到的槳距角的檢測值agv_r(n－1)，對(duì)根據(jù)與同步馬達(dá)350的操作量(例如驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm)相應(yīng)的同步馬達(dá)350的旋轉(zhuǎn)角度而求出的槳距角agv_ck(n)與槳距角目標(biāo)值agvref進(jìn)行比較，由此判定角度檢測部23有無異常，因此，無須使用復(fù)雜的運(yùn)算處理即可高精度地檢測角度檢測部23有無異常。

此外，通過使用同步馬達(dá)作為使定子葉片的葉片回轉(zhuǎn)的馬達(dá)，與使用步進(jìn)馬達(dá)的情況一樣，可實(shí)現(xiàn)定子葉片的槳距角的高精度控制，而且馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度(n×tsm/60)的算出變得容易。

再者，在實(shí)施方式2的流量控制裝置101中，例示的是根據(jù)槳距角目標(biāo)值agv_ref來算出作為目標(biāo)的同步馬達(dá)的操作量(驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm)而驅(qū)動(dòng)同步馬達(dá)的控制方法，但并不限定于此。例如，也可以與實(shí)施方式1的流量控制裝置100一樣采用如下的控制方法：使同步馬達(dá)每次旋轉(zhuǎn)單位時(shí)間，當(dāng)定子葉片17的槳距角與槳距角目標(biāo)值agv_ref一致時(shí)，停止同步馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)。下面，分別展示實(shí)施方式2的流量控制裝置101中的正常模式下的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理(步驟s12)的另一例和無角度傳感器模式下的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理(步驟s18)的另一例。

圖23為表示實(shí)施方式2的流量控制裝置101的正常模式下的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理(步驟s12)的另一例的流程圖。

與上述圖20的處理流程一樣，當(dāng)所算出的槳距角目標(biāo)值agvref被設(shè)定至定子葉片控制部34時(shí)，定子葉片控制部34將單位驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm_0反復(fù)設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部35直至槳距角的檢測值agv_r與槳距角目標(biāo)值agvref一致為止，由此使同步馬達(dá)350階段性地旋轉(zhuǎn)。

具體而言，首先，定子葉片控制部34將單位驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm_0設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部35(s124)。接著，驅(qū)動(dòng)部35根據(jù)所設(shè)定的單位驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm_0來驅(qū)動(dòng)同步馬達(dá)350(s125)。接著，定子葉片控制部34判定由角度檢測部23檢測到的槳距角的檢測值agv_r(n)與槳距角目標(biāo)值agvref是否一致(s126)。在槳距角的檢測值agv_r(n)與槳距角目標(biāo)值agvref不一致的情況下，再次返回至步驟s124，以設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部35的驅(qū)動(dòng)時(shí)間每次增加tsm_0的方式使同步馬達(dá)350階段性地旋轉(zhuǎn)直至槳距角的檢測值agv_r(n)與槳距角目標(biāo)值agvref一致為止(s124～s126)。其后，在槳距角的檢測值agv_r(n)與槳距角目標(biāo)值agvref已一致的情況下，停止同步馬達(dá)350的旋轉(zhuǎn)，從而停止定子葉片17的旋轉(zhuǎn)(s127)。

圖24為表示實(shí)施方式2的流量控制裝置101的無角度傳感器模式下的槳距角的調(diào)節(jié)相關(guān)的處理(步驟s18)的另一例的流程圖。

首先，與正常模式的情況一樣(參考圖23)，定子葉片控制部34將單位驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm_0設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部35(s124)，驅(qū)動(dòng)部35根據(jù)所設(shè)定的單位驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm_0來驅(qū)動(dòng)同步馬達(dá)350(s125)。此時(shí)，單位驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm_0的信息也被輸入(設(shè)定)至角度推斷部36。接著，角度推斷部36根據(jù)所設(shè)定的單位驅(qū)動(dòng)時(shí)間tsm_0來算出槳距角的推斷值agv_e(n)(s186)。算出方法與圖15的情況相同。

接著，定子葉片控制部34判定步驟s186中算出的槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標(biāo)值agvref是否一致(s187)。在槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標(biāo)值agvref不一致的情況下，再次返回至圖24的步驟s124，以設(shè)定至驅(qū)動(dòng)部35的驅(qū)動(dòng)時(shí)間每次增加tsm_0的方式使同步馬達(dá)350階段性地旋轉(zhuǎn)直至槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標(biāo)值agvref一致為止(s124～s187)。另一方面，在槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標(biāo)值agvref已一致的情況下，停止同步馬達(dá)350的旋轉(zhuǎn)，從而停止定子葉片17的旋轉(zhuǎn)(s188)。

根據(jù)以上處理流程，與圖20及圖22所示的處理流程一樣，可實(shí)現(xiàn)使用同步馬達(dá)350的定子葉片17的槳距角的調(diào)節(jié)。

《實(shí)施方式3》

圖25為表示實(shí)施方式3的流量控制裝置102的構(gòu)成的圖。

圖25所示的流量控制裝置102與實(shí)施方式1的流量控制裝置100的不同點(diǎn)在于與空調(diào)控制裝置4之間以及與外部電源5之間無線連接，另一方面，其他內(nèi)容與實(shí)施方式1的流量控制裝置100相同。

在流量控制裝置102中，設(shè)置無線數(shù)據(jù)通信部30代替數(shù)據(jù)通信部11，通過天線29以無線方式進(jìn)行與空調(diào)控制裝置4之間的數(shù)據(jù)的收發(fā)。此外，在流量控制裝置102中，設(shè)置無線電力輸送接收部31代替商用電源再生部20，通過天線29以無線方式接收來自外部電源5的電力并送至電源部19，并且通過天線29以無線方式將來自電源部19的剩余電力再生至商用電源(該例中為外部電源5)，從而將電力供給至其他控制器及傳感器等。

根據(jù)流量控制裝置102，由于與空調(diào)控制裝置4之間以及與外部電源5之間是無線連接，因此可取消流量控制裝置102與外部設(shè)備之間的線路。由此，可期待線路材料的取消、施工性/維護(hù)性的提高、布線工時(shí)的取消、惡劣環(huán)境下的作業(yè)工時(shí)的減少、已有建筑物的追加儀器裝設(shè)及替換中的作業(yè)工時(shí)的減少等由無線化帶來的對(duì)降低環(huán)境負(fù)荷的貢獻(xiàn)。

以上，根據(jù)實(shí)施方式，對(duì)由本發(fā)明者等人完成的發(fā)明進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明并不限定于此，當(dāng)然可在不脫離其主旨的范圍內(nèi)進(jìn)行各種變更。

例如，在上述實(shí)施方式中，例示的是將流量控制裝置100、101、102運(yùn)用于空調(diào)控制系統(tǒng)1的情況，但并不限于此，可運(yùn)用于各種流量控制的應(yīng)用，進(jìn)而，其運(yùn)用范圍可擴(kuò)大至普通工業(yè)設(shè)備。

此外，在上述實(shí)施方式中，例示的是流量控制裝置100、101、102的控制對(duì)象流體為冷熱水的情況，但并不限于此，也可為除冷熱水以外的液體，并且，也可為煤氣等氣體。

此外，在上述實(shí)施方式中，定子葉片17只要為槳距角是可變的形狀即可，并不限定于圖5、6等中例示的形狀。

此外，在實(shí)施方式3中，例示的是與空調(diào)控制裝置4之間以及與外部電源5之間無線連接的流量控制裝置102，但并不限于此，在流量控制裝置102中，也可將與空調(diào)控制裝置4之間以及與外部電源5之間中的任一方設(shè)為無線、將另一方設(shè)為與實(shí)施方式1的流量控制裝置100相同的有線。

此外，實(shí)施方式2的流量控制裝置101也可與實(shí)施方式3的流量控制裝置102一樣加以無線化。例如，可像圖26所示的流量控制裝置103那樣設(shè)為與空調(diào)控制裝置4之間以及與外部電源5之間無線連接，也可將與空調(diào)控制裝置4之間以及與外部電源5之間中的任一方設(shè)為無線、將另一方設(shè)為有線。

符號(hào)說明

1空調(diào)控制系統(tǒng)

2控制對(duì)象空間

3空調(diào)機(jī)(fcu)

4空調(diào)控制裝置

5外部電源

lr回水管路

ls供水管路

31換熱器

32風(fēng)機(jī)

100、101、102、103流量控制裝置

11數(shù)據(jù)通信部

12系統(tǒng)控制部

13流量控制部

131流量推斷部

132扭矩目標(biāo)值算出部

133槳距角目標(biāo)值算出部

14逆變器控制部

15逆變器

16發(fā)電機(jī)

160渦輪

161定子

17定子葉片

170基體

171葉片

171a葉片的端部

171b葉片的主面

172回轉(zhuǎn)軸

18蓄電部

19電源部

20商用電源再生部

21位置傳感器

22存儲(chǔ)部

221函數(shù)信息

222馬達(dá)信息

23角度檢測部

24、34定子葉片控制部

25、35驅(qū)動(dòng)部

250步進(jìn)馬達(dá)

350同步馬達(dá)

26、36角度推斷部

27、37異常判定部

28選擇部

29天線

30無線數(shù)據(jù)通信部

31無線電力輸送接收部。