流量控制装置

摘要

本发明提高涡轮式流量控制装置的可靠性。本发明的流量控制装置(1)的特征在于，包括：发电机(16)，其通过涡轮(160)的旋转来发电；定子叶片(17)，其具有多个叶片(171)，所述多个叶片(171)桨距角(Agv)可变地设置于与涡轮同轴配置的基体(170)上；流量推断部(131)，其根据涡轮的角速度(ω)、发电机的扭矩(T)以及推断出的桨距角来推断流体的流量；控制部(132、133、14、15、24、25)，其以由流量推断部推断出的流量(QZ)与流体的设定流量(Qref)一致的方式控制发电机的扭矩，而且通过驱动马达(250)来控制叶片的桨距角(Agv)；以及角度推断部(26)，其根据马达的旋转角度来推断桨距角。

权利要求

1.一种流量控制装置，其包括发电机，所述发电机具有承受流体而旋转的涡轮，通过所述涡轮的旋转来发电，所述流量控制装置的特征在于，还包括：

定子叶片，其具备基体和多个叶片，所述基体与所述涡轮同轴配置，所述多个叶片在所述基体上沿与所述基体的轴正交的方向延伸，而且具有承受所述流体的主面，并被设置为所述主面与正交于所述轴的平面所成的桨距角可变；

角度推断部，其推断所述桨距角；

流量推断部，其根据所述涡轮的角速度、所述发电机的扭矩以及由所述角度推断部所推断出的所述桨距角来推断所述流体的流量；以及控制部，其以由流量推断部推断出的流量与所述流体的设定流量一致的方式控制所述发电机的扭矩，而且通过驱动马达来控制所述叶片的所述桨距角，所述角度推断部根据所述马达的旋转角度来推断所述桨距角。

2.根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于，所述控制部包括：

桨距角目标值算出部，其以由所述流量推断部推断出的流量与所述流体的设定流量一致的方式算出所述桨距角的目标值；

所述马达，其通过驱动所述叶片来调节桨距角；以及定子叶片控制部，其以所述叶片的所述桨距角与由所述桨距角目标值算出部算出的所述桨距角的目标值一致的方式算出所述马达的操作量，并根据该操作量驱动所述马达，所述角度推断部通过对使所述马达返回到原点时的桨距角的初始值累积加上或减去与所述马达的所述操作量相应的所述旋转角度，来算出所述桨距角的推断值。

3.根据权利要求2所述的流量控制装置，其特征在于，所述马达为步进马达，

所述马达的操作量为输入至所述马达的脉冲数。

4.根据权利要求2所述的流量控制装置，其特征在于，所述马达为通过所供给的交流电源所生成的旋转磁场而旋转的同步马达，所述马达的操作量为所述马达的驱动时间。

说明书

流量控制装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种使用涡轮来控制流体的流量的涡轮式流量控制装置。

背景技术

[0002] 在大厦等的空调控制系统、化工厂等中，使用有流量控制阀作为控制各种流体的流量的流量控制装置。例如，在空调控制系统中，在去往空调机的换热器的冷热水的供给通道上设置有流量控制阀，通过空调控制装置来控制该流量控制阀的开度，由此，去往空调机的换热器的冷热水的供给量得到控制，从而调节来自空调机的去往控制对象空间的调节空气的温度。

[0003] 另外，近年来，随着对地球环境的意识的提高，作为空调控制系统中的以往的流量控制阀的替换品，一直在推进涡轮式流量控制装置的开发。例如，在专利文献1中揭示有一种涡轮式流量控制装置，其包括将涡轮的旋转动能转换为电能的发电机，通过上述发电机的扭矩来控制在流路中流动的流体的流量，并且在流量控制装置内使用通过上述发电机而获得的电能。

[0004] 【现有技术文献】

[0005] 【专利文献】

[0006] 【专利文献1】日本特开2015-96791号公报

发明内容

[0007] 【发明要解决的问题】

[0008] 然而，以往的涡轮式流量控制装置仅仅通过发电机的扭矩控制来控制流体的流量，因此存在流量控制的可调比比以往的流量控制阀低的问题。例如，上述以往的涡轮式流量控制装置的可调比在差压30kPa下为“4：1”左右，在将涡轮式流量控制装置用作流量控制阀的替换品的情况下，在实际使用时需要“100：1”左右的可调比。

[0009] 因此，在本申请之前，本申请发明者等人对如下涡轮式流量控制装置进行了研究：将从管道流入的冷热水经由定子叶片而流通至构成发电机的涡轮，并且，通过对构成定子叶片的叶片的角度和发电机的扭矩进行控制来控制冷热水的流量。根据该流量控制装置，与以往的涡轮式流量控制装置相比，可提高流量控制的可调比。

[0010] 另一方面，本申请发明者等人所研究的上述流量控制装置中，为了高精度地算出发电机的扭矩和定子叶片的叶片的角度的控制量，必须测定定子叶片的叶片的角度，从而在该测定中使用有角度传感器。

[0011] 通常，角度传感器为精密设备，因此不适于在高温多湿的环境、发生较大振动这样的环境下使用，但由于流量控制装置是直接设置在供冷热水等控制对象流体流动的管道等上而加以使用的，因而对于内置于流量控制装置的角度传感器而言，使用环境较为恶劣。因此，不容易长期保持上述流量控制装置内的角度传感器的可靠性，有流量控制装置的可靠性降低之虞。

[0012] 本发明是鉴于上述问题而成，本发明的目的在于提高涡轮式流量控制装置的可靠性。

[0013] 【解决问题的技术手段】

[0014] 本发明的流量控制装置(1)的特征在于，包括：发电机(16)，其具有承受流体而旋转的涡轮(160)，通过所述涡轮的旋转来发电；定子叶片(17)，其具备基体(170)和多个叶片(171)，所述基体(170)与涡轮同轴配置，所述多个叶片(171)在基体上沿与基体的轴(P)正交的方向延伸，而且具有承受流体的主面(171b)，并被设置为主面与正交于基体的轴的平面所成的桨距角(Agv)可变；角度推断部(26、36)，其推断桨距角；流量推断部(131)，其根据涡轮的角速度(ω)、发电机的扭矩(T)以及由角度推断部推断出的桨距角来推断流体的流量；以及控制部(132、133、14、15、24、25)，其以由流量推断部推断出的流量(QZ)与流体的设定流量(Qref)一致的方式控制发电机的扭矩，并通过驱动马达(250、350)来控制叶片的桨距角(Agv)，角度推断部根据马达的旋转角度来推断桨距角。

[0015] 在上述流量控制装置中，控制部也可以包括：桨距角目标值算出部(133)，其以由流量推断部推断出的流量与流体的设定流量一致的方式算出桨距角的目标值(Agvref)；马达(250、350)，它们通过驱动叶片来调节桨距角；以及定子叶片控制部(24、34)，它们以叶片的桨距角与由桨距角目标值算出部(133)算出的桨距角的目标值一致的方式算出马达的操作量(Pstm、Tsm)，并根据该操作量驱动马达，桨距角推断部通过对使马达返回到原点时的桨距角的初始值累积加上或减去与马达的操作量相应的旋转角度，来算出桨距角的推断值(Agv_e(n))。

[0016] 在上述流量控制装置中，马达(250)可为步进马达，马达的操作量可为输入至马达的脉冲数(Pstm)。

[0017] 在上述流量控制装置中，马达(350)可为通过所供给的交流电源生成的旋转磁场而旋转的同步马达，马达的操作量可为马达的驱动时间(Tsm)。

[0018] 再者，在上述说明中，作为一例，以附加括号的方式来记载对应于发明的构成要素的附图上的参考符号。

[0019] 【发明的效果】

[0020] 通过以上所说明的内容，根据本发明，可提高涡轮式流量控制装置的可靠性。

附图说明

[0021] 图1为表示使用实施方式1的涡轮式流量控制装置的空调控制系统的构成的图。

[0022] 图2为表示实施方式1的流量控制装置的内部构成的框图。

[0023] 图3为表示实施方式1的流量控制装置的外观的一部分的立体图。

[0024] 图4为表示实施方式1的流量控制装置的外观的一部分的分解立体图。

[0025] 图5为表示实施方式1的流量控制装置中的定子叶片的构成的图。

[0026] 图6为用以说明实施方式1的流量控制装置中的定子叶片的桨距角的图。

[0027] 图7为表示实施方式1的流量控制装置中的定子叶片的桨距角(0度)的一例的图。

[0028] 图8为表示实施方式1的流量控制装置中的定子叶片的桨距角(45度)的一例的图。

[0029] 图9为表示实施方式1的流量控制装置中的定子叶片的桨距角(0度)的一例的图。

[0030] 图10为表示实施方式1的流量控制装置中的定子叶片的桨距角(45度)的一例的图。

[0031] 图11为表示展示无因次流量、无因次扭矩及桨距角的关系的三维曲面的一例的图。

[0032] 图12为表示由实施方式1的流量控制装置进行的桨距角的调节以及推断相关的处理的流程的流程图。

[0033] 图13为表示由实施方式1的流量控制装置进行的桨距角的调节以及推断相关的另一处理流程的流程图。

[0034] 图14为表示实施方式2的流量控制装置的内部构成的框图。

[0035] 图15为表示由实施方式2的流量控制装置进行的桨距角的调节以及推断相关的处理流程的流程图。

[0036] 图16为表示由实施方式2的流量控制装置进行的桨距角的调节以及推断相关的另一处理流程的流程图。

[0037] 图17为表示实施方式3的流量控制装置的内部构成的框图。

[0038] 图18为表示实施方式2的流量控制装置的另一内部构成的框图。

具体实施方式

[0039] 下面，参考附图，对本发明的实施方式进行说明。再者，在以下的说明中，对在各实施方式中共通的构成要素标注同一参考符号，并省略重复的说明。

[0040] 《实施方式1》

[0041] 图1为表示使用本发明的实施方式1的涡轮式流量控制装置的空调控制系统的构成的图。

[0042] 该图所示的空调控制系统1是对例如大厦等建筑物内的控制对象空间2的温度进行调节的系统。具体而言，空调控制系统1包括空调机3、空调控制装置4、外部电源5、流量控制装置100及温度传感器6。

[0043] 空调机(FCU)3是用以朝控制对象空间2供给经调和后的空气的装置。空调机3包括换热器(冷热水盘管)31和风机32。再者，作为空调机3的换热器31，有以1根盘管在制冷时利用冷水进行换热、在制热时利用热水进行换热的单盘管型，以及以2根盘管在制冷时在冷水盘管进行换热、在制热时在热水盘管进行换热的双盘管型的换热器。在该例中，换热器31为单盘管型。

[0044] 流量控制装置100设置在供给至空调机3的换热器31的冷热水的供给通道(流路)上，是用以控制上述冷热水的流量的涡轮式流量控制装置。图1中例示的是将流量控制装置100设置在从空调机3的换热器31送回的冷热水的回水管路LR上的情况，但也可设置在对换热器31供给冷热水的供水管路LS上。

[0045] 流量控制装置100通过由流量控制装置100内部的发电机发出的电力来工作，但在发出的电力不足时，会从外部电源5得到电力供给而工作。此外，由流量控制装置100内部的发电机发出的剩余电力再生至商用电源而供给至其他控制器、传感器等。再者，流量控制装置100的具体构成将于后文叙述。

[0046] 在控制对象空间2内设置有测量控制对象空间2内的温度作为室内温度的温度传感器6。由温度传感器6测量到的室内温度的测量值tpv的信息被发送至空调控制装置4。

[0047] 空调控制装置(控制器)4以室内温度的测量值tpv与室内温度的设定值tsp的偏差变为零的方式算出供给至换热器31的冷热水的设定流量Qsp，并将算出的设定流量Qsp的信息给予流量控制装置100。

[0048] 根据空调控制系统1，通过空调控制装置4来控制流经流量控制装置100的冷热水的流量，由此，去往空调机3的换热器31的冷热水的供给量得到控制，从而调节从空调机3去往控制对象空间2的调和空气的温度。

[0049] 接着，对可运用于上述空调控制系统1的、本发明的一实施方式的流量控制装置100进行具体说明。

[0050] 图2～4为表示实施方式1的流量控制装置100的构成的图。

[0051] 图2展示的是表示流量控制装置100的内部构成的框图，图3展示的是表示流量控制装置100的外观的一部分的立体图，图4展示的是图3所示的流量控制装置100的分解立体图。

[0052] 流量控制装置100为如下涡轮式流量控制装置：将从管道流入的冷热水经由定子叶片而流通至构成发电机的涡轮，并且，通过控制构成定子叶片的叶片的角度和发电机的扭矩来控制冷热水的流量。流量控制装置100的特征之一在于，其为不具有用以检测构成定子叶片的叶片的角度的角度传感器的无传感器结构。

[0053] 如图2所示，流量控制装置100包括数据通信部11、系统控制部12、流量控制部13、逆变器控制部14、逆变器15、发电机16、定子叶片17、蓄电部18、电源部19、商用电源再生部20、位置传感器21、存储部22、定子叶片控制部24、驱动部25以及角度推断部26，与空调控制装置4之间以及与外部电源5之间有线连接。

[0054] 上述的数据通信部11、系统控制部12、流量控制部13、存储部22、逆变器控制部14、定子叶片控制部24、角度推断部26、电源部19、商用电源再生部20等构成流量控制装置100的各功能部例如是通过硬件和程序来实现的，所述硬件由处理器、时钟电路、通信电路、存储装置、数字输入输出电路、模拟输入输出电路、电力电子电路等构成，所述程序与这些硬件协作而实现各种功能。

[0055] 流量控制装置100将从管路(图1的例子的情况下为回水管路LR)流入的冷热水经由定子叶片17而流通至构成发电机16的涡轮160，并且，通过控制发电机16的扭矩和定子叶片17来控制冷热水的流量。

[0056] 首先，对配置在流量控制装置100内部的流路上的定子叶片17及发电机16进行说明。

[0057] 如图4所示，发电机16的涡轮160和定子叶片17在流量控制装置100内部的供冷热水流通的流路内以它们的轴心与上述流路的轴心一致的方式配置。

[0058] 发电机16是通过在冷热水的水流下旋转的涡轮的旋转来发电的功能部。如图4所示，发电机16包括涡轮(转子)160和定子161。涡轮160与流量控制装置100内部的流路的轴P同轴配置。虽未图示，但涡轮160例如是由一体设置在埋入有永磁铁的环的内侧的叶轮构成，承受在管路中流动的冷热水的水流而使得上述环与上述叶轮一体旋转。在定子161上缠绕有线圈，将该线圈作为定子绕组，通过由涡轮160的旋转引起的电磁感应来发电。

[0059] 位置传感器21检测构成涡轮160的上述环内所埋入的永磁铁的磁极的位置作为涡轮160的磁极位置。作为位置传感器21，例如可使用霍尔IC、增量式编码器、绝对式编码器等。

[0060] 再者，在本实施方式中，是将设置位置传感器21的情况展示为一例，但若是可通过位置传感器21以外的其他手段来实现涡轮160的磁极位置的检测和涡轮160的角速度的算出，则也可不设置位置传感器21。此外，也可设为将上述其他手段与位置传感器21组合而成的构成。再者，作为该情况下的位置传感器21，与上述一样，例如可使用霍尔IC、增量式编码器、绝对式编码器等。

[0061] 定子叶片17以即便承受冷热水的水流也不会旋转的方式固定在上述流路内，对流体(冷热水)进行整流。具体而言，如图5所示，定子叶片17具有基体170和多个叶片171，所述基体170与涡轮同轴配置，所述多个叶片171在基体170上沿与基体170的轴(轴P)正交的方向延伸。

[0062] 多个叶片171在基体170上沿与基体170的轴(轴P)正交的方向延伸，并且，例如以等间隔沿基体170的圆周方向排列配置。如图6所示，各叶片171的承受流体的主面171b与正交于基体170的轴(轴P)的平面(X-Z面)所成的角(以下，称为“桨距角”)Agv可调。再者，在以下的说明中，有时将各叶片171的桨距角Agv称为“定子叶片17的桨距角Agv”。

[0063] 在本实施方式中，作为一例，如图6所示，将直线B与直线A所成的角作为桨距角Agv。此处，直线B是从Z方向观察定子叶片17时连结回转轴172与叶片171的端部171a的直线，所述回转轴172将叶片171支承在基体170的外周面并使叶片171回转。此外，直线A是穿过回转轴172且与正交于轴P的平面(X-Z面)平行的直线。

[0064] 图7～10表示定子叶片17的桨距角Agv的调节例。

[0065] 图7展示的是桨距角Agv＝0度时的从Z轴方向观察的定子叶片17的立体图，图8展示的是桨距角Agv＝45度时的从Z轴方向观察的定子叶片17的立体图。此外，图9展示的是桨距角Agv＝0度时的从Y轴方向观察的定子叶片17的俯视图，图10展示的是桨距角Agv＝45度时的从Y轴方向观察的定子叶片17的俯视图。

[0066] 根据图7～10可理解，通过增大定子叶片17的桨距角Agv，可增加流入至流量控制装置100内的冷热水的流量。

[0067] 接着，使用图2，对流量控制装置100中的用以控制涡轮160和定子叶片17的周边的功能部进行说明。

[0068] 数据通信部11是与空调控制装置4之间进行各种数据的收发的功能部。数据通信部11例如从空调控制装置4接收冷热水的流量的设定值等数据，并且将与流量控制装置100的内部状态(工作状态等)有关的数据发送至空调控制装置4。

[0069] 系统控制部12是用以对流量控制装置100的整个系统进行统括性控制的功能部。系统控制部12例如输入由数据通信部11接收到的各种设定值等接收数据，并将流量控制装置100的内部状态等发送数据输出至数据通信部11。此外，系统控制部12例如从由数据通信部11接收到的接收数据中取出冷热水的流量的目标值(以下，称为“流量目标值”)Qref，并将该取出的流量设定值Qref输出至流量控制部13。

[0070] 流量控制部13是用以经由逆变器控制部14及逆变器15而控制发电机16的涡轮160、并且经由定子叶片控制部24及驱动部25而控制定子叶片17的桨距角，由此控制冷热水的流量的功能部。具体而言，流量控制部13包括流量推断部131、扭矩目标值算出部132及桨距角目标值算出部133。

[0071] 流量推断部131是根据涡轮160的角速度ω、发电机16的扭矩T以及由角度推断部26算出的桨距角的推断值Agv_e来推断流体的流量的功能部。下面，对流量推断部131算出流量推断值QZ的方法进行详细说明。

[0072] 我们知道，一直以来，涡轮式流量控制装置中的无因次流量πq和无因次扭矩πt可通过着眼于流量、扭矩目标值、角速度而根据白金汉的π定理进行因次解析，从而由式(1)及式(2)加以定义。

[0073] 【式1】

[0074]

[0075] 【式2】

[0076]

[0077] 此处，ρ[kg/m3]为流体的密度，D[m]为涡轮160的直径(流量控制装置100内部的流路的内径)，Q为流体(冷热水)的流量，ω为涡轮160的角速度，Tref为发电机16的扭矩目标值。

[0078] 此外，根据本申请发明者的研究，在涡轮式流量控制装置中，无因次流量πq、无因次扭矩πt及桨距角Agv的关系可通过如图11所示的一个三维曲面300来表达。

[0079] 此外，由于无因次流量πq与流量Q之间存在上述式(1)所示的关系，因此在流量控制装置100中流动的冷热水的流量推断值QZ可通过式(3)来表达。

[0080] 【式3】

[0081] Qz＝D3ωπq…(3)

[0082] 上述的密度ρ、涡轮160的直径D、式(2)、(3)等关系式以及表达三维曲面的关系式等流量控制的运算所需的各种信息以函数信息221的形式预先存储在存储部22中。流量推断部131通过从存储部22中读出函数信息221并进行规定的运算来推断流量。

[0083] 具体而言，首先，流量推断部131读出以函数信息221的形式存储在存储部22中的密度ρ、直径D以及式(2)的关系式的信息并计算式(2)，由此算出无因次扭矩πt。

[0084] 接着，流量推断部131根据算出的无因次扭矩πt的值、由后述的角度推断部26算出的桨距角的推断值Agv_e以及从存储部22中读出的表达三维曲面的关系式的信息来算出无因次流量πq。

[0085] 其后，流量推断部131根据算出的无因次流量πq和从存储部22中读出的式(3)的信息来算出流量推断值QZ。通过以上运算，流量推断值QZ得以求出。

[0086] 扭矩目标值算出部132是以由流量推断部131推断出的冷热水的流量(以下，称为“流量推断值”)QZ与流量设定值Qref一致的方式算出发电机16的扭矩目标值Tref的功能部。例如，扭矩目标值算出部132通过基于流量目标值Qref与流量推断值QZ的差分的PI(Proportional-Integral比例-积分)控制律来算出扭矩目标值Tref。

[0087] 桨距角目标值算出部133是以流量推断值QZ与流量设定值Qref一致的方式算出定子叶片17的桨距角目标值Agvref的功能部。例如，桨距角目标值算出部133通过基于流量目标值Qref与流量推断值QZ的差分的PI控制律来算出桨距角目标值Agvref。

[0088] 存储部22是存储流量控制装置100中的用以实现各种数据处理的各种程序、各种参数等信息的存储部。例如，在存储部22中存储有用于上述的流量的推断处理的函数信息221以及用于后文叙述的桨距角的推断处理的与驱动部25的马达有关的信息(以下，称为“马达信息”)222等。

[0089] 逆变器控制部14是用以控制逆变器15的功能部。具体而言，逆变器控制部14以发电机16的扭矩达到扭矩目标值Tref的方式利用扭矩控制律来运算对逆变器15的相电压设定值。此外，逆变器控制部14根据由位置传感器21检测到的涡轮160的磁极位置来算出涡轮160的当前角速度ω，并且根据来自逆变器15的发电机16的定子161的定子绕组的当前的相电压值及相电流值来算出涡轮160的当前扭矩T。算出的角速度ω及扭矩T用于由流量推断部131进行的流量推断值QZ的算出。逆变器15接受来自电源部19的主电源而工作。将与由逆变器控制部14算出的相电压设定值相应的相电压施加至发电机16的定子161的定子绕组，并且将由发电机16发出的电力供给至蓄电部18。

[0090] 电源部19以来自外部电源5的电力和蓄电部18中所积蓄的电力为输入，对流量控制装置100内的各功能部供给电源。在本实施方式中，将从电源部19供给至逆变器15的电源作为主电源，将从电源部19供给至数据通信部11、系统控制部12、流量控制部13、逆变器控制部14、定子叶片控制部24、角度推断部26及存储部22等的电源称为控制电源。

[0091] 电源部19将来自外部电源5的电力与蓄电部18中所积蓄的电力合并而得的电力分配至各功能部，但优先分配蓄电部18中所积蓄的电力。例如，在蓄电部18中所积蓄的电力不足的情况下，将与供给自外部电源5的电力合并而得的电力分配至各功能部，在蓄电部18中所积蓄的电力有剩余的情况下，将该剩下的电力作为剩余电力经由商用电源再生部20而再生至商用电源(该例中为外部电源5)，从而将电力供给至其他控制器及传感器等。

[0092] 驱动部25是根据由后文叙述的定子叶片控制部24设定的马达的操作量来驱动定子叶片17的叶片171，由此调节桨距角的功能部。例如，驱动部25是由如下构件构成：马达250，其使定子叶片17的叶片171回转；驱动电路(未图示)，其根据由定子叶片控制部24设定的马达250的操作量来生成用以驱动马达250的驱动信号(例如电信号)；以及动力传递机构(未图示)，其将马达250的旋转运动转换为叶片171的旋转运动。

[0093] 马达250例如为步进马达。以下，有时将马达250记作步进马达250。上述动力传递机构例如将马达的旋转运动转换为定子叶片17的回转轴172的旋转运动，由此使得与回转轴172连结的叶片171回转，从而改变定子叶片17的桨距角Agv。作为上述动力传递机构，例如可运用目前已知的连杆机构等。

[0094] 再者，驱动部25的上述驱动电路及上述动力传递机构只要具有可通过步进马达250来控制定子叶片17的桨距角的结构即可，并不限定于上述连杆机构。

[0095] 定子叶片控制部24是用以通过控制驱动部25来控制定子叶片17的桨距角的功能部。具体而言，定子叶片控制部24以定子叶片17的桨距角与桨距角目标值Agvref一致的方式算出构成驱动部25的步进马达的操作量，并将该操作量设定至驱动部25。更具体而言，定子叶片控制部24以定子叶片17的桨距角与桨距角目标值Agvref一致的方式算出作为上述的步进马达的操作量的脉冲数Pstm并输入(设定)至驱动部25。设定好脉冲数Pstm的驱动部25通过上述驱动电路来生成与脉冲数Pstm相应的脉冲信号并供给至步进马达250，由此使定子叶片17的叶片171回转。

[0096] 角度推断部26根据步进马达250的旋转角度来推断桨距角Agv。更具体而言，角度推断部26通过计算下述式(4)来算出桨距角的推断值Agv_e(n)。

[0097] 【式4】

[0098] Agv_e(n)＝AgV_e(n-1)+Pstm×Astm…(4)

[0099] 此处，Agv_e(n)表示桨距角的推断值，Agv_e(n－1)表示此前刚刚算出的桨距角的推断值。此外，Astm为步进马达250的步进角度[deg/Pstm]，例如以马达信息222的形式预先存储在存储部22中。此外，如上所述，Pstm作为步进马达250的操作量而为脉冲数，是由定子叶片控制部24算出的值。

[0100] 如式(4)所示，例如在步进马达250与定子叶片17的各叶片171之间的动力传递机构无减速机构的情况下，表示马达的旋转角度的“Pstm×Astm”就成为桨距角的变动量。通过对该桨距角的变动量加上或者减去此前刚刚算出的桨距角的推断值Agv_e(n－1)，可求出桨距角的推断值Agv_e(n)。所算出的桨距角的推断值Agv_e(n)被输入至流量推断部131，用于上述的流量推断相关的运算。

[0101] 接着，对桨距角的调节以及推断相关的处理的流程进行说明。

[0102] 图12为表示由流量控制装置100进行的桨距角的调节以及推断的处理的流程的流程图。

[0103] 例如，当由流量控制部13(桨距角目标值算出部133)算出的桨距角目标值Agvref被设定(输入)至定子叶片控制部24时，开始桨距角的调节以及推断相关的处理。

[0104] 首先，首先，定子叶片控制部24使步进马达250返回原点(S1)。例如，另行设置用以检测步进马达250已来到原点的开关，定子叶片控制部24使步进马达250工作，当从上述开关输出检测信号后，停止步进马达250的工作。

[0105] 接着，角度推断部26将桨距角的推断值Agv_e的初始值设定为“0”(S2)。

[0106] 接着，定子叶片控制部24算出使桨距角达到桨距角目标值Agvref的脉冲数Pstm，并将算出的脉冲数Pstm作为马达的操作量而输入(设定)至驱动部25(S3)。关于脉冲数Pstm的算出方法，可使用与上述式(4)相同的关系式来算出。例如，在上述式(4)的Agv_e(n)中代入“Agvref”、在Agv_e(n－1)中代入“0”，并代入存储部22中所存储的值作为Astm，来求解Pstm，由此可算出使桨距角达到桨距角目标值Agvref的脉冲数Pstm。

[0107] 此时，定子叶片控制部24将设定至驱动部25的脉冲数Pstm的信息也设定(输入)至角度推断部26。

[0108] 接着，驱动部25根据所设定的脉冲数Pstm来驱动步进马达250(S4)。另外，角度推断部26像上述那样根据所设定的脉冲数Pstm来计算上述式(4)，由此算出桨距角的推断值Agv_e(n)(S5)。

[0109] 例如，在刚刚使步进马达250返回原点之后的初次(第1次)执行的步骤S5中，代入步骤S2中所设定的桨距角的推断值Agv_e的初始值(＝0)作为式(4)的“Agv_e(n－1)”，算出桨距角的推断值Agv_e(n)。另一方面，在第2次以后执行的步骤S25中，代入此前刚刚在步骤S5中算出的桨距角的推断值作为式(4)的“Agv_e(n－1)”，算出桨距角的推断值Agv_e(n)。

[0110] 即，角度推断部26通过对使马达返回原点时的桨距角的初始值(Agv_e＝0)累积加上与马达的操作量(例如脉冲数Pstm)相应的马达的旋转角度来算出桨距角的推断值Agv_e(n)。

[0111] 其后，定子叶片控制部24判定桨距角目标值Agvref是否被变更(S6)。在桨距角目标值Agvref被变更的情况下，返回至步骤S3，以桨距角与变更后的桨距角目标值Agvref一致的方式执行上述处理(S3～S6)。另一方面，在步骤S6中，在桨距角目标值Agvref未被变更的情况下，固定桨距角直至桨距角目標值Agvref被变更为止。

[0112] 通过以上处理，得以进行定子叶片17的桨距角的调节和桨距角的推断。

[0113] 最后，对流量控制装置100的整体的工作的流程进行说明。

[0114] 首先，流量控制装置100通过数据通信部11接收因冷热水的供给目标的负荷变动而来自空调控制装置4的冷热水的新的流量目标值Qref。由数据通信部11接收到的流量目标值Qref被送至系统控制部12。

[0115] 接着，系统控制部12将流量目标值Qref的信息送至流量控制部13。在流量控制部13中，首先，流量推断部131根据由逆变器控制部14算出的涡轮160的角速度ω以及扭矩T的信息、和由角度推断部26推断出的桨距角的推断值Agv_e的信息，通过上述方法来算出流量推断值QZ。

[0116] 其后，扭矩目标值算出部132通过上述方法来算出使由流量推断部131算出的流量推断值QZ与流量目标值Qref一致这样的扭矩目标值Tref并送至逆变器控制部14。此外，桨距角目标值算出部133通过上述方法来算出使由流量推断部131算出的流量推断值QZ与流量目标值Qref一致这样的桨距角目标值Agvref并送至定子叶片控制部24。

[0117] 逆变器控制部14接收来自流量控制部13的扭矩目标值Tref，算出使发电机16的发电机16的扭矩T与扭矩目标值Tref一致这样的相电压设定值并送至逆变器15，逆变器15接收来自逆变器控制部14的相电压设定值而对发电机16的定子161的定子绕组供给与上述相电压设定值相应的相电压。

[0118] 此外，定子叶片控制部24接收来自桨距角目标值算出部133的桨距角目标值Agvref，以定子叶片17的桨距角与桨距角目标值Agvref一致的方式算出作为驱动步进马达250的操作量的脉冲数Pstm，并设定至驱动部25。驱动部25按照所设定的脉冲数Pstm来驱动步进马达250而使定子叶片17的各叶片171回转，由此调节定子叶片17的桨距角。

[0119] 通过以上控制，发电机16的扭矩T变得与扭矩目标值Tref一致，而且定子叶片17的桨距角变得与桨距角目标值Agvref一致，从而使得在流量控制装置100内的流路中流动的冷热水的流量以达到流量目标值Qref的方式得到调节。

[0120] 以上，根据本发明的流量控制装置，使用根据马达的旋转角度算出的定子叶片的桨距角的推断值Agv_e来进行流量控制，因此不需要用以检测定子叶片17的桨距角的角度传感器。由此，即使在配置流量控制装置那样的苛刻的环境下，也可避免由角度传感器的可靠性所引起的流量控制装置的可靠性的降低。

[0121] 此外，根据上述流量控制装置，由于通过对使马达返回原点时的桨距角的初始值(Agv_e＝0)累积加上与马达的操作量(例如驱动时间Tsm)相应的马达的旋转角度来算出桨距角的推断值Agv_e(n)，因此无须使用复杂的运算处理即可高精度地推断桨距角。

[0122] 另外，通过使用步进马达作为使定子叶片的叶片回转的马达，可实现定子叶片的桨距角的高精度控制，而且马达的旋转角度的算出变得容易。

[0123] 再者，在实施方式1的流量控制装置100中，在桨距角的调节以及推断相关的处理中例示的是如下控制方法，但并不限定于此：根据桨距角目标值Agvref来算出需要的步进马达250的操作量(脉冲数Pstm)，根据该操作量来驱动步进马达250。例如，由于由定子叶片进行的流量控制无需高速的响应，因此例如也可采用如下控制方法：使步进马达250每次旋转单位步幅，当定子叶片17的桨距角与桨距角目标值Agvref一致时，停止步进马达250的旋转。下面展示具体例子。

[0124] 图13为表示由流量控制装置100进行的桨距角的调节以及推断相关的另一处理的流程的流程图。

[0125] 与上述图12的处理流程一样，当所算出的桨距角目标值Agvref被设定至定子叶片控制部24时，定子叶片控制部24使步进马达250返回原点(S1)，角度推断部26将桨距角的推断值Agv_e的初始值设定为“0”(S2)。

[0126] 接着，定子叶片控制部24将单位脉冲数Pstm_0反复设定至驱动部25直至桨距角的推断值Agv_e与桨距角目标值Agvref一致为止，由此使步进马达阶段性地旋转。具体而言，首先，定子叶片控制部24将单位脉冲数Pstm_0设定至驱动部25(S8)。此处，单位脉冲数Pstm_0为1以上的值即可，其值无特别限定。

[0127] 接着，驱动部25根据所设定的脉冲数Pstm_0来驱动步进马达250(S9)。另外，角度推断部26根据所设定的脉冲数Pstm_0来算出桨距角的推断值Agv_e(n)(S10)。算出方法与图12的情况相同。

[0128] 接着，定子叶片控制部24判定在步骤S10中算出的桨距角的推断值Agv_e(n)与桨距角目标值Agvref是否一致(S11)。在桨距角的推断值Agv_e(n)与桨距角目标值Agvref不一致的情况下，再次返回至步骤S8，以设定至驱动部25的脉冲数每次增加Pstm_0的方式使步进马达250阶段性地旋转直至桨距角的推断值Agv_e(n)与桨距角目标值Agvref一致为止(S8～S11)。在桨距角的推断值Agv_e(n)与桨距角目标值Agvref已一致的情况下，停止步进马达250的旋转，从而停止定子叶片17的旋转(S12)。

[0129] 其后，定子叶片控制部24判定桨距角目标值Agvref是否被变更(S13)。在桨距角目标值Agvref被变更的情况下，返回至步骤S8，以桨距角成为变更后的桨距角目标值Agvref的方式执行上述处理(S3～S6)。另一方面，在步骤S13中，在桨距角目标值Agvref未被变更的情况下，固定桨距角直至桨距角目標值Agvref被变更为止。

[0130] 根据以上处理流程，与图12所示的处理流程一样，可实现使用步进马达250的定子叶片17的桨距角的调节和基于步进马达250的旋转角度的桨距角的推断。

[0131] 《实施方式2》

[0132] 图14为表示实施方式2的流量控制装置的内部构成的框图。

[0133] 实施方式2的流量控制装置101与实施方式1的流量控制装置100的不同点在于具有同步马达而非步进马达，根据该同步马达的旋转角度来推断定子叶片的桨距角，其他内容与实施方式1的流量控制装置100相同。再者，下面，对实施方式2的流量控制装置101中的与实施方式1的流量控制装置100的不同点进行详细说明，对于与实施方式1的流量控制装置100相同的内容则省略详细说明。

[0134] 如图14所示，流量控制装置101具有同步马达350而非步进马达250。此处，同步马达350是通过所供给的交流电源(例如50Hz或60Hz的商用电源)所生成的旋转磁场而旋转的马达。

[0135] 定子叶片控制部34以定子叶片17的桨距角Agv与桨距角目标值Agvref一致的方式算出构成驱动部35的同步马达350的操作量，根据该操作量来驱动同步马达350。更具体而言，定子叶片控制部34以定子叶片17的桨距角Agv与桨距角目标值Agvref一致的方式算出对马达供给电力的时间(以下，称为“驱动时间”)Tsm作为同步马达350的操作量并设定至驱动部35。设定好驱动时间Tsm的驱动部35通过驱动电路以与驱动时间Tsm的期间相应的方式对同步马达350供给交流电，由此驱动同步马达350而使定子叶片17的叶片171回转。

[0136] 角度推断部36根据构成驱动部35的同步马达350的旋转角度来推断桨距角Agv。更具体而言，角度推断部36通过计算下述式(5)来算出桨距角的推断值Agv_e(n)。

[0137] 【式5】

[0138]

[0139] 此处，N为同步马达350的同步转速[rpm]，G为同步马达350与定子叶片17的叶片171之间的减速比。同步转速N及减速比G的信息例如以马达信息222的形式预先存储在存储部22中。此外，如上所述，Tsm为作为同步马达350的操作量的驱动时间，是由定子叶片控制部34算出的值。

[0140] 如式(5)所示，对表示同步马达350的旋转角度的“N×Tsm/60”乘以“360[deg]/G”而得的值成为定子叶片17的桨距角的变动量。通过对该桨距角的变动量加上此前刚刚算出的桨距角的推断值Agv_e(n－1)，可求出桨距角的推断值Agv_e(n)。

[0141] 接着，使用图15，对由实施方式2的流量控制装置进行的桨距角的调节以及推断相关的处理的流程进行说明。

[0142] 如图15所述，首先，与上述的图12的处理流程一样，所算出的桨距角目标值Agvref被输入(设定)至定子叶片控制部34，由此，定子叶片控制部34使同步马达350返回原点(S1)，角度推断部36将桨距角的推断值Agv_e的初始值设定为“0”(S2)。

[0143] 接着，定子叶片控制部34算出使桨距角达到桨距角目标值Agvref的驱动时间Tsm，将算出的驱动时间Tsm作为马达的操作量而设定至驱动部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”、并代入存储部22中所存储的值作为N及G，来求解Tsm，由此可算出用以使桨距角与桨距角目标值Agvref一致的驱动时间Tsm。此时，设定至驱动部35的驱动时间Tsm的信息也被设定(输入)至角度推断部36。

[0144] 接着，驱动部35根据所设定的驱动时间Tsm来驱动同步马达350(S24)。另外，角度推断部36像上述那样根据所设定的驱动时间Tsm来计算上述式(5)，由此算出桨距角的推断值Agv_e(n)(S25)。

[0145] 例如，在使同步马达350返回原点之后的初次(第1次)执行的步骤S25中，代入步骤S2中所设定的桨距角的推断值Agv_e的初始值(＝0)作为式(5)的“Agv_e(n－1)”而算出桨距角的推断值Agv_e(n)。另一方面，在使同步马达350返回原点之后的第2次以后执行的步骤S25中，代入此前刚刚在步骤S25中算出的桨距角的推断值作为式(5)的“Agv_e(n－1)”而算出桨距角的推断值Agv_e(n)。

[0146] 即，角度推断部36通过对使马达返回原点时的桨距角的初始值(Agv_e＝0)累积加上与马达的操作量(例如驱动时间Tsm)相应的马达的旋转角度来算出桨距角的推断值Agv_e(n)。

[0147] 其后，定子叶片控制部36判定桨距角目标值Agvref是否被变更(S26)。在桨距角目标值Agvref被变更的情况下，返回至步骤S23，以桨距角成为变更后的桨距角目标值Agvref的方式执行上述处理(S23～S26)。另一方面，在步骤S26中，在桨距角目标值Agvref未被变更的情况下，固定桨距角直至桨距角目標值Agvref被变更为止。

[0148] 通过以上处理，得以进行定子叶片17的桨距角的调节和桨距角的推断。

[0149] 以上，根据实施方式2的流量控制装置101，与实施方式1的流量控制装置100一样，针对使马达返回到原点时的桨距角的初始值(Agv_e＝0)，累积加上与作为马达的操作量的驱动时间Tsm相应的马达的旋转角度来算出桨距角的推断值Agv_e(n)，因此无须使用复杂的运算处理即可高精度地推断桨距角。

[0150] 此外，通过使用同步马达作为使定子叶片的叶片回转的马达，与使用步进马达的情况一样，可实现定子叶片的桨距角的高精度控制，而且马达的旋转角度的算出变得容易。

[0151] 再者，在实施方式2的流量控制装置101中，例示的是根据桨距角目标值Agvref来算出作为目标的同步马达的操作量(驱动时间Tsm)而驱动同步马达的控制方法，但并不限定于此。例如，也可以与实施方式1的流量控制装置100一样采用如下的控制方法：使同步马达每次旋转单位时间，当定子叶片17的桨距角与桨距角目标值Agvref一致时，停止同步马达的旋转。下面示出具体例。

[0152] 图16为表示由流量控制装置101进行的桨距角控制相关的另一处理的流程的流程图。

[0153] 与上述图15的处理流程一样，所算出的桨距角目标值Agvref被设定至定子叶片控制部34，由此，定子叶片控制部34将使同步马达350返回原点(S1)，角度推断部36将桨距角的推断值Agv_e的初始值设定为“0”(S2)。

[0154] 接着，定子叶片控制部34将单位驱动时间Tsm_0反复设定至驱动部35直至桨距角的推断值Agv_e与桨距角目标值Agvref一致为止，由此使同步马达350阶段性地旋转。具体而言，首先，定子叶片控制部34将单位驱动时间Tsm_0设定至驱动部35(S27)。

[0155] 接着，驱动部35根据所设定的驱动时间Tsm_0来驱动同步马达350(S28)。另外，角度推断部36根据所设定的驱动时间Tsm_0来算出桨距角的推断值Agv_e(n)(S25)。算出方法与图15的情况相同。

[0156] 接着，定子叶片控制部34判定步骤S25中算出的桨距角的推断值Agv_e(n)与桨距角目标值Agvref是否一致(S29)。在桨距角的推断值Agv_e(n)与桨距角目标值Agvref不一致的情况下，再次返回至步骤S27，通过使设定至驱动部35的驱动时间每次增加单位驱动时间Tsm_0来使同步马达350阶段性地旋转直至桨距角的推断值Agv_e(n)与桨距角目标值Agvref一致为止(S27，S28，S25，S29)。另一方面，在桨距角的推断值Agv_e(n)与桨距角目标值Agvref已一致的情况下，停止同步马达350的旋转，从而停止定子叶片17的旋转(S30)。

[0157] 其后，定子叶片控制部34判定桨距角目标值Agvref是否被变更(S26)。在桨距角目标值Agvref被变更的情况下，返回至步骤S27，以桨距角成为变更后的桨距角目标值Agvref的方式执行上述处理(S27，S28，S25，S29)。另一方面，在步骤S26中，在桨距角目标值Agvref未被变更的情况下，固定桨距角直至桨距角目標值Agvref被变更为止。

[0158] 根据以上处理流程，与图15所示的处理流程一样，可实现使用同步马达的定子叶片17的桨距角的调节和基于同步马达的旋转角度的桨距角的推断。

[0159] 《实施方式3》

[0160] 图17为表示实施方式3的流量控制装置102的构成的图。

[0161] 图17所示的流量控制装置102与实施方式1的流量控制装置100的不同点在于与空调控制装置4之间以及与外部电源5之间无线连接，另一方面，其他内容与实施方式1的流量控制装置100相同。

[0162] 在流量控制装置102中，设置无线数据通信部30代替数据通信部11，通过天线29以无线方式进行与空调控制装置4之间的数据的收发。此外，在流量控制装置102中，设置无线电力输送接收部31代替商用电源再生部20，通过天线29以无线方式接收来自外部电源5的电力并送至电源部19，并且通过天线29以无线方式将来自电源部19的剩余电力再生至商用电源(该例中为外部电源5)，从而将电力供给至其他控制器及传感器等。

[0163] 根据流量控制装置102，由于与空调控制装置4之间以及与外部电源5之间是无线连接，因此可取消流量控制装置102与外部设备之间的线路。由此，可期待线路材料的取消、施工性/维护性的提高、布线工时的取消、恶劣环境下的作业工时的减少、已有建筑物的追加仪器装设及替换中的作业工时的减少等由无线化带来的对降低环境负荷的贡献。

[0164] 以上，根据实施方式，对由本发明者等人完成的发明进行了具体说明，但本发明并不限定于此，当然可在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。

[0165] 例如，在上述实施方式中，例示的是将流量控制装置100、101、102运用于空调控制系统1的情况，但并不限于此，可运用于各种流量控制的应用，进而，其运用范围可扩大至普通工业设备。

[0166] 此外，在上述实施方式中，例示的是流量控制装置100、101、102的控制对象流体为冷热水的情况，但并不限于此，也可为除冷热水以外的液体，并且，也可为煤气等气体。

[0167] 此外，在上述实施方式中，定子叶片17只要为桨距角是可变的形状即可，并不限定于图5、6等中例示的形状。

[0168] 此外，在实施方式3中，例示的是与空调控制装置4之间以及与外部电源5之间无线连接的流量控制装置102，但并不限于此，在流量控制装置102中，也可将与空调控制装置4之间以及与外部电源5之间中的任一方设为无线、将另一方设为与实施方式1的流量控制装置100相同的有线。

[0169] 此外，实施方式2的流量控制装置101也可与实施方式3的流量控制装置102一样加以无线化。例如，可像图18所示的流量控制装置103那样设为与空调控制装置4之间以及与外部电源5之间无线连接，也可将与空调控制装置4之间以及与外部电源5之间中的任一方设为无线、将另一方设为有线。

[0170] 符号说明

[0171] 1     空调控制系统

[0172] 2     控制对象空间

[0173] 3     空调机(FCU)

[0174] 4     空调控制装置

[0175] 5     外部电源

[0176] LR    回水管路

[0177] LS    供水管路

[0178] 31   换热器

[0179] 32    风机

[0180] 100、101、102、103 流量控制装置

[0181] 11    数据通信部

[0182] 12    系统控制部

[0183] 13    流量控制部

[0184] 131   流量推断部

[0185] 132   扭矩目标值算出部

[0186] 133   桨距角目标值算出部

[0187] 14    逆变器控制部

[0188] 15    逆变器

[0189] 16    发电机

[0190] 160   涡轮

[0191] 161   定子

[0192] 17    定子叶片

[0193] 170   基体

[0194] 171   叶片

[0195] 171a  叶片的端部

[0196] 171b  叶片的主面

[0197] 172   回转轴

[0198] 18    蓄电部

[0199] 19   电源部

[0200] 20   商用电源再生部

[0201] 21   位置传感器

[0202] 22   存储部

[0203] 221  函数信息

[0204] 222  马达信息

[0205] 24、34  定子叶片控制部

[0206] 25、35  驱动部

[0207] 250  步进马达

[0208] 350  同步马达

[0209] 26、36  角度推断部

[0210] 29   天线

[0211] 30   无线数据通信部。