流量控制裝置的制作方法

本發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：

在大廈等的空調控制系統、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，在空調控制系統中，在去往空調機的換熱器的冷熱水的供給通道上設置有流量控制閥，通過空調控制裝置來控制該流量控制閥的開度，由此，去往空調機的換熱器的冷熱水的供給量得到控制，從而調節來自空調機的去往控制對象空間的調節空氣的溫度。

另外，近年來，隨著對地球環境的意識的提高，作為空調控制系統中的以往的流量控制閥的替換品，一直在推進渦輪式流量控制裝置的開發。例如，在專利文獻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動能轉換為電能的發電機，通過上述發電機的扭矩來控制在流路中流動的流體的流量，并且在流量控制裝置內使用通過上述發電機而獲得的電能。

【現有技術文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】日本特開2015-96791號公報

技術實現要素：

【發明要解決的問題】

然而，以往的渦輪式流量控制裝置僅僅通過發電機的扭矩控制來控制流體的流量，因此存在流量控制的可調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，在實際使用時需要“100：1”左右的可調比。

因此，在本申請之前，本申請發明者等人對如下渦輪式流量控制裝置進行了研究：將從管道流入的冷熱水經由定子葉片而流通至構成發電機的渦輪，并且，通過對構成定子葉片的葉片的角度和發電機的扭矩進行控制來控制冷熱水的流量。根據該流量控制裝置，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比。

另一方面，本申請發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電機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備，因此不適于在高溫多濕的環境、發生較大振動這樣的環境下使用，但由于流量控制裝置是直接設置在供冷熱水等控制對象流體流動的管道等上而加以使用的，因而對于內置于流量控制裝置的角度傳感器而言，使用環境較為惡劣。因此，不容易長期保持上述流量控制裝置內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。

本發明是鑒于上述問題而成，本發明的目的在于提高渦輪式流量控制裝置的可靠性。

【解決問題的技術手段】

本發明的流量控制裝置(1)的特征在于，包括：發電機(16)，其具有承受流體而旋轉的渦輪(160)，通過所述渦輪的旋轉來發電；定子葉片(17)，其具備基體(170)和多個葉片(171)，所述基體(170)與渦輪同軸配置，所述多個葉片(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)，并被設置為主面與正交于基體的軸的平面所成的槳距角(agv)可變；角度推斷部(26、36)，其推斷槳距角；流量推斷部(131)，其根據渦輪的角速度(ω)、發電機的扭矩(t)以及由角度推斷部推斷出的槳距角來推斷流體的流量；以及控制部(132、133、14、15、24、25)，其以由流量推斷部推斷出的流量(qz)與流體的設定流量(qref)一致的方式控制發電機的扭矩，并通過驅動馬達(250、350)來控制葉片的槳距角(agv)，角度推斷部根據馬達的旋轉角度來推斷槳距角。

在上述流量控制裝置中，控制部也可以包括：槳距角目標值算出部(133)，其以由流量推斷部推斷出的流量與流體的設定流量一致的方式算出槳距角的目標值(agvref)；馬達(250、350)，它們通過驅動葉片來調節槳距角；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值算出部(133)算出的槳距角的目標值一致的方式算出馬達的操作量(pstm、tsm)，并根據該操作量驅動馬達，槳距角推斷部通過對使馬達返回到原點時的槳距角的初始值累積加上或減去與馬達的操作量相應的旋轉角度，來算出槳距角的推斷值(agv_e(n))。

在上述流量控制裝置中，馬達(250)可為步進馬達，馬達的操作量可為輸入至馬達的脈沖數(pstm)。

在上述流量控制裝置中，馬達(350)可為通過所供給的交流電源生成的旋轉磁場而旋轉的同步馬達，馬達的操作量可為馬達的驅動時間(tsm)。

再者，在上述說明中，作為一例，以附加括號的方式來記載對應于發明的構成要素的附圖上的參考符號。

【發明的效果】

通過以上所說明的內容，根據本發明，可提高渦輪式流量控制裝置的可靠性。

附圖說明

圖1為表示使用實施方式1的渦輪式流量控制裝置的空調控制系統的構成的圖。

圖2為表示實施方式1的流量控制裝置的內部構成的框圖。

圖3為表示實施方式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為表示實施方式1的流量控制裝置中的定子葉片的構成的圖。

圖6為用以說明實施方式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系的三維曲面的一例的圖。

圖12為表示由實施方式1的流量控制裝置進行的槳距角的調節以及推斷相關的處理的流程的流程圖。

圖13為表示由實施方式1的流量控制裝置進行的槳距角的調節以及推斷相關的另一處理流程的流程圖。

圖14為表示實施方式2的流量控制裝置的內部構成的框圖。

圖15為表示由實施方式2的流量控制裝置進行的槳距角的調節以及推斷相關的處理流程的流程圖。

圖16為表示由實施方式2的流量控制裝置進行的槳距角的調節以及推斷相關的另一處理流程的流程圖。

圖17為表示實施方式3的流量控制裝置的內部構成的框圖。

圖18為表示實施方式2的流量控制裝置的另一內部構成的框圖。

具體實施方式

下面，參考附圖，對本發明的實施方式進行說明。再者，在以下的說明中，對在各實施方式中共通的構成要素標注同一參考符號，并省略重復的說明。

《實施方式1》

圖1為表示使用本發明的實施方式1的渦輪式流量控制裝置的空調控制系統的構成的圖。

該圖所示的空調控制系統1是對例如大廈等建筑物內的控制對象空間2的溫度進行調節的系統。具體而言，空調控制系統1包括空調機3、空調控制裝置4、外部電源5、流量控制裝置100及溫度傳感器6。

空調機(fcu)3是用以朝控制對象空間2供給經調和后的空氣的裝置。空調機3包括換熱器(冷熱水盤管)31和風機32。再者，作為空調機3的換熱器31，有以1根盤管在制冷時利用冷水進行換熱、在制熱時利用熱水進行換熱的單盤管型，以及以2根盤管在制冷時在冷水盤管進行換熱、在制熱時在熱水盤管進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設置在供給至空調機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設置在從空調機3的換熱器31送回的冷熱水的回水管路lr上的情況，但也可設置在對換熱器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內部的發電機發出的電力來工作，但在發出的電力不足時，會從外部電源5得到電力供給而工作。此外，由流量控制裝置100內部的發電機發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的具體構成將于后文敘述。

在控制對象空間2內設置有測量控制對象空間2內的溫度作為室內溫度的溫度傳感器6。由溫度傳感器6測量到的室內溫度的測量值tpv的信息被發送至空調控制裝置4。

空調控制裝置(控制器)4以室內溫度的測量值tpv與室內溫度的設定值tsp的偏差變為零的方式算出供給至換熱器31的冷熱水的設定流量qsp，并將算出的設定流量qsp的信息給予流量控制裝置100。

根據空調控制系統1，通過空調控制裝置4來控制流經流量控制裝置100的冷熱水的流量，由此，去往空調機3的換熱器31的冷熱水的供給量得到控制，從而調節從空調機3去往控制對象空間2的調和空氣的溫度。

接著，對可運用于上述空調控制系統1的、本發明的一實施方式的流量控制裝置100進行具體說明。

圖2～4為表示實施方式1的流量控制裝置100的構成的圖。

圖2展示的是表示流量控制裝置100的內部構成的框圖，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由定子葉片而流通至構成發電機的渦輪，并且，通過控制構成定子葉片的葉片的角度和發電機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，其為不具有用以檢測構成定子葉片的葉片的角度的角度傳感器的無傳感器結構。

如圖2所示，流量控制裝置100包括數據通信部11、系統控制部12、流量控制部13、逆變器控制部14、逆變器15、發電機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、存儲部22、定子葉片控制部24、驅動部25以及角度推斷部26，與空調控制裝置4之間以及與外部電源5之間有線連接。

上述的數據通信部11、系統控制部12、流量控制部13、存儲部22、逆變器控制部14、定子葉片控制部24、角度推斷部26、電源部19、商用電源再生部20等構成流量控制裝置100的各功能部例如是通過硬件和程序來實現的，所述硬件由處理器、時鐘電路、通信電路、存儲裝置、數字輸入輸出電路、模擬輸入輸出電路、電力電子電路等構成，所述程序與這些硬件協作而實現各種功能。

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)流入的冷熱水經由定子葉片17而流通至構成發電機16的渦輪160，并且，通過控制發電機16的扭矩和定子葉片17來控制冷熱水的流量。

首先，對配置在流量控制裝置100內部的流路上的定子葉片17及發電機16進行說明。

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

發電機16是通過在冷熱水的水流下旋轉的渦輪的旋轉來發電的功能部。如圖4所示，發電機16包括渦輪(轉子)160和定子161。渦輪160與流量控制裝置100內部的流路的軸p同軸配置。雖未圖示，但渦輪160例如是由一體設置在埋入有永磁鐵的環的內側的葉輪構成，承受在管路中流動的冷熱水的水流而使得上述環與上述葉輪一體旋轉。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的旋轉引起的電磁感應來發電。

位置傳感器21檢測構成渦輪160的上述環內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、絕對式編碼器等。

再者，在本實施方式中，是將設置位置傳感器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現渦輪160的磁極位置的檢測和渦輪160的角速度的算出，則也可不設置位置傳感器21。此外，也可設為將上述其他手段與位置傳感器21組合而成的構成。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、絕對式編碼器等。

定子葉片17以即便承受冷熱水的水流也不會旋轉的方式固定在上述流路內，對流體(冷熱水)進行整流。具體而言，如圖5所示，定子葉片17具有基體170和多個葉片171，所述基體170與渦輪同軸配置，所述多個葉片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。再者，在以下的說明中，有時將各葉片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時連結回轉軸172與葉片171的端部171a的直線，所述回轉軸172將葉片171支承在基體170的外周面并使葉片171回轉。此外，直線a是穿過回轉軸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的調節例。

圖7展示的是槳距角agv＝0度時的從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度時的從y軸方向觀察的定子葉片17的俯視圖。

根據圖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內的冷熱水的流量。

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

數據通信部11是與空調控制裝置4之間進行各種數據的收發的功能部。數據通信部11例如從空調控制裝置4接收冷熱水的流量的設定值等數據，并且將與流量控制裝置100的內部狀態(工作狀態等)有關的數據發送至空調控制裝置4。

系統控制部12是用以對流量控制裝置100的整個系統進行統括性控制的功能部。系統控制部12例如輸入由數據通信部11接收到的各種設定值等接收數據，并將流量控制裝置100的內部狀態等發送數據輸出至數據通信部11。此外，系統控制部12例如從由數據通信部11接收到的接收數據中取出冷熱水的流量的目標值(以下，稱為“流量目標值”)qref，并將該取出的流量設定值qref輸出至流量控制部13。

流量控制部13是用以經由逆變器控制部14及逆變器15而控制發電機16的渦輪160、并且經由定子葉片控制部24及驅動部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、扭矩目標值算出部132及槳距角目標值算出部133。

流量推斷部131是根據渦輪160的角速度ω、發電機16的扭矩t以及由角度推斷部26算出的槳距角的推斷值agv_e來推斷流體的流量的功能部。下面，對流量推斷部131算出流量推斷值qz的方法進行詳細說明。

我們知道，一直以來，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、扭矩目標值、角速度而根據白金漢的π定理進行因次解析，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內部的流路的內徑)，q為流體(冷熱水)的流量，ω為渦輪160的角速度，tref為發電機16的扭矩目標值。

此外，根據本申請發明者的研究，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的關系可通過如圖11所示的一個三維曲面300來表達。

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

【式3】

qz＝d³ωπq…(3)

上述的密度ρ、渦輪160的直徑d、式(2)、(3)等關系式以及表達三維曲面的關系式等流量控制的運算所需的各種信息以函數信息221的形式預先存儲在存儲部22中。流量推斷部131通過從存儲部22中讀出函數信息221并進行規定的運算來推斷流量。

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

接著，流量推斷部131根據算出的無因次扭矩πt的值、由后述的角度推斷部26算出的槳距角的推斷值agv_e以及從存儲部22中讀出的表達三維曲面的關系式的信息來算出無因次流量πq。

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

扭矩目標值算出部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與流量設定值qref一致的方式算出發電機16的扭矩目標值tref的功能部。例如，扭矩目標值算出部132通過基于流量目標值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值tref。

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

存儲部22是存儲流量控制裝置100中的用以實現各種數據處理的各種程序、各種參數等信息的存儲部。例如，在存儲部22中存儲有用于上述的流量的推斷處理的函數信息221以及用于后文敘述的槳距角的推斷處理的與驅動部25的馬達有關的信息(以下，稱為“馬達信息”)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以發電機16的扭矩達到扭矩目標值tref的方式利用扭矩控制律來運算對逆變器15的相電壓設定值。此外，逆變器控制部14根據由位置傳感器21檢測到的渦輪160的磁極位置來算出渦輪160的當前角速度ω，并且根據來自逆變器15的發電機16的定子161的定子繞組的當前的相電壓值及相電流值來算出渦輪160的當前扭矩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算出的相電壓設定值相應的相電壓施加至發電機16的定子161的定子繞組，并且將由發電機16發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，對流量控制裝置100內的各功能部供給電源。在本實施方式中，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供給至數據通信部11、系統控制部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。

驅動部25是根據由后文敘述的定子葉片控制部24設定的馬達的操作量來驅動定子葉片17的葉片171，由此調節槳距角的功能部。例如，驅動部25是由如下構件構成：馬達250，其使定子葉片17的葉片171回轉；驅動電路(未圖示)，其根據由定子葉片控制部24設定的馬達250的操作量來生成用以驅動馬達250的驅動信號(例如電信號)；以及動力傳遞機構(未圖示)，其將馬達250的旋轉運動轉換為葉片171的旋轉運動。

馬達250例如為步進馬達。以下，有時將馬達250記作步進馬達250。上述動力傳遞機構例如將馬達的旋轉運動轉換為定子葉片17的回轉軸172的旋轉運動，由此使得與回轉軸172連結的葉片171回轉，從而改變定子葉片17的槳距角agv。作為上述動力傳遞機構，例如可運用目前已知的連桿機構等。

再者，驅動部25的上述驅動電路及上述動力傳遞機構只要具有可通過步進馬達250來控制定子葉片17的槳距角的結構即可，并不限定于上述連桿機構。

定子葉片控制部24是用以通過控制驅動部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值agvref一致的方式算出構成驅動部25的步進馬達的操作量，并將該操作量設定至驅動部25。更具體而言，定子葉片控制部24以定子葉片17的槳距角與槳距角目標值agvref一致的方式算出作為上述的步進馬達的操作量的脈沖數pstm并輸入(設定)至驅動部25。設定好脈沖數pstm的驅動部25通過上述驅動電路來生成與脈沖數pstm相應的脈沖信號并供給至步進馬達250，由此使定子葉片17的葉片171回轉。

角度推斷部26根據步進馬達250的旋轉角度來推斷槳距角agv。更具體而言，角度推斷部26通過計算下述式(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，agv_e(n－1)表示此前剛剛算出的槳距角的推斷值。此外，astm為步進馬達250的步進角度[deg/pstm]，例如以馬達信息222的形式預先存儲在存儲部22中。此外，如上所述，pstm作為步進馬達250的操作量而為脈沖數，是由定子葉片控制部24算出的值。

如式(4)所示，例如在步進馬達250與定子葉片17的各葉片171之間的動力傳遞機構無減速機構的情況下，表示馬達的旋轉角度的“pstm×astm”就成為槳距角的變動量。通過對該槳距角的變動量加上或者減去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)。所算出的槳距角的推斷值agv_e(n)被輸入至流量推斷部131，用于上述的流量推斷相關的運算。

接著，對槳距角的調節以及推斷相關的處理的流程進行說明。

圖12為表示由流量控制裝置100進行的槳距角的調節以及推斷的處理的流程的流程圖。

例如，當由流量控制部13(槳距角目標值算出部133)算出的槳距角目標值agvref被設定(輸入)至定子葉片控制部24時，開始槳距角的調節以及推斷相關的處理。

首先，首先，定子葉片控制部24使步進馬達250返回原點(s1)。例如，另行設置用以檢測步進馬達250已來到原點的開關，定子葉片控制部24使步進馬達250工作，當從上述開關輸出檢測信號后，停止步進馬達250的工作。

接著，角度推斷部26將槳距角的推斷值agv_e的初始值設定為“0”(s2)。

接著，定子葉片控制部24算出使槳距角達到槳距角目標值agvref的脈沖數pstm，并將算出的脈沖數pstm作為馬達的操作量而輸入(設定)至驅動部25(s3)。關于脈沖數pstm的算出方法，可使用與上述式(4)相同的關系式來算出。例如，在上述式(4)的agv_e(n)中代入“agvref”、在agv_e(n－1)中代入“0”，并代入存儲部22中所存儲的值作為astm，來求解pstm，由此可算出使槳距角達到槳距角目標值agvref的脈沖數pstm。

此時，定子葉片控制部24將設定至驅動部25的脈沖數pstm的信息也設定(輸入)至角度推斷部26。

接著，驅動部25根據所設定的脈沖數pstm來驅動步進馬達250(s4)。另外，角度推斷部26像上述那樣根據所設定的脈沖數pstm來計算上述式(4)，由此算出槳距角的推斷值agv_e(n)(s5)。

例如，在剛剛使步進馬達250返回原點之后的初次(第1次)執行的步驟s5中，代入步驟s2中所設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次以后執行的步驟s25中，代入此前剛剛在步驟s5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通過對使馬達返回原點時的槳距角的初始值(agv_e＝0)累積加上與馬達的操作量(例如脈沖數pstm)相應的馬達的旋轉角度來算出槳距角的推斷值agv_e(n)。

其后，定子葉片控制部24判定槳距角目標值agvref是否被變更(s6)。在槳距角目標值agvref被變更的情況下，返回至步驟s3，以槳距角與變更后的槳距角目標值agvref一致的方式執行上述處理(s3～s6)。另一方面，在步驟s6中，在槳距角目標值agvref未被變更的情況下，固定槳距角直至槳距角目標值agvref被變更為止。

通過以上處理，得以進行定子葉片17的槳距角的調節和槳距角的推斷。

最后，對流量控制裝置100的整體的工作的流程進行說明。

首先，流量控制裝置100通過數據通信部11接收因冷熱水的供給目標的負荷變動而來自空調控制裝置4的冷熱水的新的流量目標值qref。由數據通信部11接收到的流量目標值qref被送至系統控制部12。

接著，系統控制部12將流量目標值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、和由角度推斷部26推斷出的槳距角的推斷值agv_e的信息，通過上述方法來算出流量推斷值qz。

其后，扭矩目標值算出部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與流量目標值qref一致這樣的扭矩目標值tref并送至逆變器控制部14。此外，槳距角目標值算出部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與流量目標值qref一致這樣的槳距角目標值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的扭矩目標值tref，算出使發電機16的發電機16的扭矩t與扭矩目標值tref一致這樣的相電壓設定值并送至逆變器15，逆變器15接收來自逆變器控制部14的相電壓設定值而對發電機16的定子161的定子繞組供給與上述相電壓設定值相應的相電壓。

此外，定子葉片控制部24接收來自槳距角目標值算出部133的槳距角目標值agvref，以定子葉片17的槳距角與槳距角目標值agvref一致的方式算出作為驅動步進馬達250的操作量的脈沖數pstm，并設定至驅動部25。驅動部25按照所設定的脈沖數pstm來驅動步進馬達250而使定子葉片17的各葉片171回轉，由此調節定子葉片17的槳距角。

通過以上控制，發電機16的扭矩t變得與扭矩目標值tref一致，而且定子葉片17的槳距角變得與槳距角目標值agvref一致，從而使得在流量控制裝置100內的流路中流動的冷熱水的流量以達到流量目標值qref的方式得到調節。

以上，根據本發明的流量控制裝置，使用根據馬達的旋轉角度算出的定子葉片的槳距角的推斷值agv_e來進行流量控制，因此不需要用以檢測定子葉片17的槳距角的角度傳感器。由此，即使在配置流量控制裝置那樣的苛刻的環境下，也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，根據上述流量控制裝置，由于通過對使馬達返回原點時的槳距角的初始值(agv_e＝0)累積加上與馬達的操作量(例如驅動時間tsm)相應的馬達的旋轉角度來算出槳距角的推斷值agv_e(n)，因此無須使用復雜的運算處理即可高精度地推斷槳距角。

另外，通過使用步進馬達作為使定子葉片的葉片回轉的馬達，可實現定子葉片的槳距角的高精度控制，而且馬達的旋轉角度的算出變得容易。

再者，在實施方式1的流量控制裝置100中，在槳距角的調節以及推斷相關的處理中例示的是如下控制方法，但并不限定于此：根據槳距角目標值agvref來算出需要的步進馬達250的操作量(脈沖數pstm)，根據該操作量來驅動步進馬達250。例如，由于由定子葉片進行的流量控制無需高速的響應，因此例如也可采用如下控制方法：使步進馬達250每次旋轉單位步幅，當定子葉片17的槳距角與槳距角目標值agvref一致時，停止步進馬達250的旋轉。下面展示具體例子。

圖13為表示由流量控制裝置100進行的槳距角的調節以及推斷相關的另一處理的流程的流程圖。

與上述圖12的處理流程一樣，當所算出的槳距角目標值agvref被設定至定子葉片控制部24時，定子葉片控制部24使步進馬達250返回原點(s1)，角度推斷部26將槳距角的推斷值agv_e的初始值設定為“0”(s2)。

接著，定子葉片控制部24將單位脈沖數pstm_0反復設定至驅動部25直至槳距角的推斷值agv_e與槳距角目標值agvref一致為止，由此使步進馬達階段性地旋轉。具體而言，首先，定子葉片控制部24將單位脈沖數pstm_0設定至驅動部25(s8)。此處，單位脈沖數pstm_0為1以上的值即可，其值無特別限定。

接著，驅動部25根據所設定的脈沖數pstm_0來驅動步進馬達250(s9)。另外，角度推斷部26根據所設定的脈沖數pstm_0來算出槳距角的推斷值agv_e(n)(s10)。算出方法與圖12的情況相同。

接著，定子葉片控制部24判定在步驟s10中算出的槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標值agvref是否一致(s11)。在槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標值agvref不一致的情況下，再次返回至步驟s8，以設定至驅動部25的脈沖數每次增加pstm_0的方式使步進馬達250階段性地旋轉直至槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標值agvref一致為止(s8～s11)。在槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標值agvref已一致的情況下，停止步進馬達250的旋轉，從而停止定子葉片17的旋轉(s12)。

其后，定子葉片控制部24判定槳距角目標值agvref是否被變更(s13)。在槳距角目標值agvref被變更的情況下，返回至步驟s8，以槳距角成為變更后的槳距角目標值agvref的方式執行上述處理(s3～s6)。另一方面，在步驟s13中，在槳距角目標值agvref未被變更的情況下，固定槳距角直至槳距角目標值agvref被變更為止。

根據以上處理流程，與圖12所示的處理流程一樣，可實現使用步進馬達250的定子葉片17的槳距角的調節和基于步進馬達250的旋轉角度的槳距角的推斷。

《實施方式2》

圖14為表示實施方式2的流量控制裝置的內部構成的框圖。

實施方式2的流量控制裝置101與實施方式1的流量控制裝置100的不同點在于具有同步馬達而非步進馬達，根據該同步馬達的旋轉角度來推斷定子葉片的槳距角，其他內容與實施方式1的流量控制裝置100相同。再者，下面，對實施方式2的流量控制裝置101中的與實施方式1的流量控制裝置100的不同點進行詳細說明，對于與實施方式1的流量控制裝置100相同的內容則省略詳細說明。

如圖14所示，流量控制裝置101具有同步馬達350而非步進馬達250。此處，同步馬達350是通過所供給的交流電源(例如50hz或60hz的商用電源)所生成的旋轉磁場而旋轉的馬達。

定子葉片控制部34以定子葉片17的槳距角agv與槳距角目標值agvref一致的方式算出構成驅動部35的同步馬達350的操作量，根據該操作量來驅動同步馬達350。更具體而言，定子葉片控制部34以定子葉片17的槳距角agv與槳距角目標值agvref一致的方式算出對馬達供給電力的時間(以下，稱為“驅動時間”)tsm作為同步馬達350的操作量并設定至驅動部35。設定好驅動時間tsm的驅動部35通過驅動電路以與驅動時間tsm的期間相應的方式對同步馬達350供給交流電，由此驅動同步馬達350而使定子葉片17的葉片171回轉。

角度推斷部36根據構成驅動部35的同步馬達350的旋轉角度來推斷槳距角agv。更具體而言，角度推斷部36通過計算下述式(5)來算出槳距角的推斷值agv_e(n)。

【式5】

此處，n為同步馬達350的同步轉速[rpm]，g為同步馬達350與定子葉片17的葉片171之間的減速比。同步轉速n及減速比g的信息例如以馬達信息222的形式預先存儲在存儲部22中。此外，如上所述，tsm為作為同步馬達350的操作量的驅動時間，是由定子葉片控制部34算出的值。

如式(5)所示，對表示同步馬達350的旋轉角度的“n×tsm/60”乘以“360[deg]/g”而得的值成為定子葉片17的槳距角的變動量。通過對該槳距角的變動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)。

接著，使用圖15，對由實施方式2的流量控制裝置進行的槳距角的調節以及推斷相關的處理的流程進行說明。

如圖15所述，首先，與上述的圖12的處理流程一樣，所算出的槳距角目標值agvref被輸入(設定)至定子葉片控制部34，由此，定子葉片控制部34使同步馬達350返回原點(s1)，角度推斷部36將槳距角的推斷值agv_e的初始值設定為“0”(s2)。

接著，定子葉片控制部34算出使槳距角達到槳距角目標值agvref的驅動時間tsm，將算出的驅動時間tsm作為馬達的操作量而設定至驅動部35(s23)。例如，在上述式(5)的agv_e(n)中代入“agvref”、在agv_e(n－1)中代入“0”、并代入存儲部22中所存儲的值作為n及g，來求解tsm，由此可算出用以使槳距角與槳距角目標值agvref一致的驅動時間tsm。此時，設定至驅動部35的驅動時間tsm的信息也被設定(輸入)至角度推斷部36。

接著，驅動部35根據所設定的驅動時間tsm來驅動同步馬達350(s24)。另外，角度推斷部36像上述那樣根據所設定的驅動時間tsm來計算上述式(5)，由此算出槳距角的推斷值agv_e(n)(s25)。

例如，在使同步馬達350返回原點之后的初次(第1次)執行的步驟s25中，代入步驟s2中所設定的槳距角的推斷值agv_e的初始值(＝0)作為式(5)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350返回原點之后的第2次以后執行的步驟s25中，代入此前剛剛在步驟s25中算出的槳距角的推斷值作為式(5)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通過對使馬達返回原點時的槳距角的初始值(agv_e＝0)累積加上與馬達的操作量(例如驅動時間tsm)相應的馬達的旋轉角度來算出槳距角的推斷值agv_e(n)。

其后，定子葉片控制部36判定槳距角目標值agvref是否被變更(s26)。在槳距角目標值agvref被變更的情況下，返回至步驟s23，以槳距角成為變更后的槳距角目標值agvref的方式執行上述處理(s23～s26)。另一方面，在步驟s26中，在槳距角目標值agvref未被變更的情況下，固定槳距角直至槳距角目標值agvref被變更為止。

通過以上處理，得以進行定子葉片17的槳距角的調節和槳距角的推斷。

以上，根據實施方式2的流量控制裝置101，與實施方式1的流量控制裝置100一樣，針對使馬達返回到原點時的槳距角的初始值(agv_e＝0)，累積加上與作為馬達的操作量的驅動時間tsm相應的馬達的旋轉角度來算出槳距角的推斷值agv_e(n)，因此無須使用復雜的運算處理即可高精度地推斷槳距角。

此外，通過使用同步馬達作為使定子葉片的葉片回轉的馬達，與使用步進馬達的情況一樣，可實現定子葉片的槳距角的高精度控制，而且馬達的旋轉角度的算出變得容易。

再者，在實施方式2的流量控制裝置101中，例示的是根據槳距角目標值agvref來算出作為目標的同步馬達的操作量(驅動時間tsm)而驅動同步馬達的控制方法，但并不限定于此。例如，也可以與實施方式1的流量控制裝置100一樣采用如下的控制方法：使同步馬達每次旋轉單位時間，當定子葉片17的槳距角與槳距角目標值agvref一致時，停止同步馬達的旋轉。下面示出具體例。

圖16為表示由流量控制裝置101進行的槳距角控制相關的另一處理的流程的流程圖。

與上述圖15的處理流程一樣，所算出的槳距角目標值agvref被設定至定子葉片控制部34，由此，定子葉片控制部34將使同步馬達350返回原點(s1)，角度推斷部36將槳距角的推斷值agv_e的初始值設定為“0”(s2)。

接著，定子葉片控制部34將單位驅動時間tsm_0反復設定至驅動部35直至槳距角的推斷值agv_e與槳距角目標值agvref一致為止，由此使同步馬達350階段性地旋轉。具體而言，首先，定子葉片控制部34將單位驅動時間tsm_0設定至驅動部35(s27)。

接著，驅動部35根據所設定的驅動時間tsm_0來驅動同步馬達350(s28)。另外，角度推斷部36根據所設定的驅動時間tsm_0來算出槳距角的推斷值agv_e(n)(s25)。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s25中算出的槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標值agvref是否一致(s29)。在槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標值agvref不一致的情況下，再次返回至步驟s27，通過使設定至驅動部35的驅動時間每次增加單位驅動時間tsm_0來使同步馬達350階段性地旋轉直至槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標值agvref一致為止(s27，s28，s25，s29)。另一方面，在槳距角的推斷值agv_e(n)與槳距角目標值agvref已一致的情況下，停止同步馬達350的旋轉，從而停止定子葉片17的旋轉(s30)。

其后，定子葉片控制部34判定槳距角目標值agvref是否被變更(s26)。在槳距角目標值agvref被變更的情況下，返回至步驟s27，以槳距角成為變更后的槳距角目標值agvref的方式執行上述處理(s27，s28，s25，s29)。另一方面，在步驟s26中，在槳距角目標值agvref未被變更的情況下，固定槳距角直至槳距角目標值agvref被變更為止。

根據以上處理流程，與圖15所示的處理流程一樣，可實現使用同步馬達的定子葉片17的槳距角的調節和基于同步馬達的旋轉角度的槳距角的推斷。

《實施方式3》

圖17為表示實施方式3的流量控制裝置102的構成的圖。

圖17所示的流量控制裝置102與實施方式1的流量控制裝置100的不同點在于與空調控制裝置4之間以及與外部電源5之間無線連接，另一方面，其他內容與實施方式1的流量控制裝置100相同。

在流量控制裝置102中，設置無線數據通信部30代替數據通信部11，通過天線29以無線方式進行與空調控制裝置4之間的數據的收發。此外，在流量控制裝置102中，設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。

根據流量控制裝置102，由于與空調控制裝置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與外部設備之間的線路。由此，可期待線路材料的取消、施工性/維護性的提高、布線工時的取消、惡劣環境下的作業工時的減少、已有建筑物的追加儀器裝設及替換中的作業工時的減少等由無線化帶來的對降低環境負荷的貢獻。

以上，根據實施方式，對由本發明者等人完成的發明進行了具體說明，但本發明并不限定于此，當然可在不脫離其主旨的范圍內進行各種變更。

例如，在上述實施方式中，例示的是將流量控制裝置100、101、102運用于空調控制系統1的情況，但并不限于此，可運用于各種流量控制的應用，進而，其運用范圍可擴大至普通工業設備。

此外，在上述實施方式中，例示的是流量控制裝置100、101、102的控制對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，在實施方式3中，例示的是與空調控制裝置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，也可將與空調控制裝置4之間以及與外部電源5之間中的任一方設為無線、將另一方設為與實施方式1的流量控制裝置100相同的有線。

此外，實施方式2的流量控制裝置101也可與實施方式3的流量控制裝置102一樣加以無線化。例如，可像圖18所示的流量控制裝置103那樣設為與空調控制裝置4之間以及與外部電源5之間無線連接，也可將與空調控制裝置4之間以及與外部電源5之間中的任一方設為無線、將另一方設為有線。

符號說明

1空調控制系統

2控制對象空間

3空調機(fcu)

4空調控制裝置

5外部電源

lr回水管路

ls供水管路

31換熱器

32風機

100、101、102、103流量控制裝置

11數據通信部

12系統控制部

13流量控制部

131流量推斷部

132扭矩目標值算出部

133槳距角目標值算出部

14逆變器控制部

15逆變器

16發電機

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存儲部

221函數信息

222馬達信息

24、34定子葉片控制部

25、35驅動部

250步進馬達

350同步馬達

26、36角度推斷部

29天線

30無線數據通信部。