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WO2018173563A1 - ポンプシステム、ポンプ流量推定装置およびポンプ流量推定方法 - Google Patents

ポンプシステム、ポンプ流量推定装置およびポンプ流量推定方法 Download PDF

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WO2018173563A1
WO2018173563A1 PCT/JP2018/005265 JP2018005265W WO2018173563A1 WO 2018173563 A1 WO2018173563 A1 WO 2018173563A1 JP 2018005265 W JP2018005265 W JP 2018005265W WO 2018173563 A1 WO2018173563 A1 WO 2018173563A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
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estimated value
pump
power
motor
head
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/005265
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
山縣　裕巳
正剛 稲葉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nidec Corp
Original Assignee
Nidec Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nidec Corp filed Critical Nidec Corp
Priority to JP2019507437A priority Critical patent/JPWO2018173563A1/ja
Publication of WO2018173563A1 publication Critical patent/WO2018173563A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present application relates to a pump system, a pump flow rate estimation device, and a pump flow rate estimation method.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-288231 discloses a technique for estimating a flow rate without using a flow meter.
  • the flow rate is estimated on the assumption that the actual suction head, which is the difference in level between the water level of the water tank and the pump center level, is a known constant value.
  • the water level of the well varies depending on the season, and can vary greatly depending on the pumping situation of other wells around it.
  • the assumption that the actual suction head is a constant value does not hold. Therefore, the above flow rate estimation method has a problem that accurate flow rate estimation cannot be performed in a situation where the water level changes like a well.
  • a flow meter that can accurately measure the flow rate is generally expensive. For example, in developing countries, in order to use water pumped from many deep wells for irrigation, a technique for accurately estimating the pump flow rate without using an expensive flow meter is required.
  • the embodiment of the present disclosure provides a pump system, a pump flow rate estimating apparatus, and a pump flow rate estimating method capable of estimating a flow rate with high accuracy without using a flow meter even when the head can change.
  • the pump system of the present disclosure includes a pump that pumps liquid at a first level to a second level that is higher than the first level, a permanent magnet synchronous motor that operates the pump, and the permanent A motor driving device electrically connected to the magnet synchronous motor and supplying electric power to the permanent magnet synchronous motor; and electrically connected to at least one of the permanent magnet synchronous motor and the motor driving device to monitor the electric power Measurement data, first data defining the relationship between the head defined by the difference between the first level and the second level, the number of revolutions of the permanent magnet synchronous motor per unit time, and the power; and A storage device storing second data defining a relationship between a discharge amount per predetermined time by the pump and the lift and the power; Serial motor driving device, and a said measuring circuit controller, and connected to the storage device.
  • the control device determines an estimated value of the head from the first data stored in the storage device based on the measured value or estimated value of the rotational speed and the monitor value of the power, and the head of the head Based on the estimated value and the monitor value of the power, the estimated value of the discharge amount is determined from the second data stored in the storage device, and the estimated value of the discharged amount is output.
  • the pump flow estimator of the present disclosure is, in an exemplary embodiment, a pump flow estimator used with a pump system, wherein the pump system causes a liquid at a first level to be second higher than the first level. And a permanent magnet synchronous motor that operates the pump, and a motor drive device that is electrically connected to the permanent magnet synchronous motor and supplies electric power to the permanent magnet synchronous motor.
  • the pump flow rate estimating device is electrically connected to at least one of the permanent magnet synchronous motor and the motor driving device, and is defined by a measurement circuit that monitors the power and a difference between the first level and the second level.
  • the control device determines an estimated value of the head from the first data stored in the storage device based on the measured value or estimated value of the rotational speed and the monitor value of the power, and the head of the head Based on the estimated value and the monitor value of the power, the estimated value of the discharge amount is determined from the second data stored in the storage device, and the estimated value of the discharged amount is output.
  • the pump flow estimation method of the present disclosure includes a pump that pumps liquid at a first level to a second level that is higher than the first level, a permanent magnet synchronous motor that operates the pump,
  • a pump flow rate estimation method in a pump system comprising: a motor drive device electrically connected to the permanent magnet synchronous motor and supplying electric power to the permanent magnet synchronous motor, wherein the first level and the second level Using the first data that defines the relationship between the head defined by the difference, the number of revolutions per unit time of the permanent magnet synchronous motor, and the power, the measured value or estimated value of the number of revolutions and the monitor value of the power
  • the estimated value of the head is determined from the second data, and the second data for defining the relationship between the discharge amount per predetermined time by the pump, the head, and the electric power. Is used to determine the estimated value of the amount discharged from said the estimate of the lift and the monitor value of the power.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating pumping of liquid by a submersible pump.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating pumping of liquid by a submersible pump.
  • FIG. 2B is a graph showing the relationship between the motor rotation speed R
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating an example of a pump system according to the present disclosure.
  • FIG. 5 is a diagram schematically illustrating a configuration example of an embodiment of a pump system according to the present disclosure.
  • FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a change in the water level in the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an internal configuration of a control unit that can be used in the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of an inverter circuit that can be used in the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a flowchart illustrating some of the operations that may be performed in the pump system of the present disclosure.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating another part of the operations that can be performed in the pump system of the present disclosure.
  • FIG. 11 is a diagram schematically illustrating a modification of the pump system according to the present disclosure.
  • FIG. 12 is a graph illustrating time dependency of electric power (generated electric power and motor electric power consumption) in the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 13 is a graph illustrating the time dependence of the estimated value of the flow rate and the estimated value of the head according to the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 14 is a graph illustrating the time dependency of the motor rotation speed and the flow rate in the embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 15 is a graph showing a relationship between an estimated value of the flow rate in the embodiment of the present disclosure and a value of the flow rate measured by the flow meter (comparative example).
  • the inventors have determined the “head” necessary for estimating the pump flow rate as the power consumption of the motor and the unit time of the motor. I found out that it can be obtained from the number of revolutions.
  • the term “lift” is defined by the difference (level difference) between the first level and the second level. Further, in the present specification, “the number of rotations of the motor per unit time” may be simply referred to as “the number of rotations of the motor” or “the motor speed”.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration example in which the liquid 12 stored in the first liquid tank 11L is pumped up by the pumping pipe 13 and given to the second liquid tank 11U.
  • the pump unit 100 includes a pump and a motor, and operates in a state where the pump unit 100 is completely immersed in the liquid of the first liquid tank 11L.
  • the pump of the pump unit 100 has blades (not shown) such as an impeller. The blades are mechanically connected to the rotation shaft of the motor and rotate according to the rotation of the motor.
  • the liquid 12 sucked from a suction port (not shown) of the pump unit 100 is pushed upward in the pumping pipe 13 by the pump unit 100.
  • the height difference H from the level (first level) L1 of the liquid level of the first liquid tank 11L to the highest pumping position (second level) L2 is the actual lifting height.
  • the pump unit 100 pumps, for example, deep well water
  • most of the energy given to the liquid by the pump unit 100 is converted into an increase in potential energy.
  • the remaining energy can be consumed as in-tube losses and fluid kinetic energy.
  • the difference in height (actual head) between the first level and the second level can be treated as the total head.
  • the in-pipe loss or the like cannot be ignored, a value obtained by adding the in-pipe loss to the actual head may be used as the “lift” in the present disclosure.
  • the simple term “lift” means “actual lift”.
  • the inequality of h1 ⁇ h2 ⁇ h3 ⁇ h4 ⁇ h5 holds.
  • the rotational speed R of the motor increases as the power consumption P increases.
  • the power consumption P of the motor increases as the lift H increases.
  • the rotational speed R of the motor is the rotational speed per unit time of the motor, and is typically the rotational speed per minute (unit: rpm).
  • the graph of FIG. 2A expresses the relationship between the head H, the rotational speed R of the motor, and the power consumption P.
  • data indicating the relationship between the head H, the rotational speed R of the motor, and the power consumption P is obtained through experiments or simulations. Reference is made to the value of head H from rotation speed R and power consumption P.
  • the head H is discrete and sparse.
  • the relationship between the motor rotation speed R and the power consumption P can be obtained by experiments or the like for a larger number of different heads.
  • the head H is dense and can be continuous at the limit of the number of complements.
  • the interval or pitch of the lift H in this graph corresponds to the resolution of the estimated value of the lift.
  • the relationship between the motor rotation speed R and the power consumption P may be obtained for a plurality of heads that differ by 0.5 meters.
  • the relationship between the head H, the motor speed R, and the power consumption P can also be expressed by an approximate function F1 (R, P). If such an approximate function F1 (R, P) is used, the head H is calculated when the motor speed R and the power consumption P are given.
  • the above relationship can be expressed by a table such as a lookup table instead of using an approximate function.
  • a table such as a lookup table instead of using an approximate function.
  • the aforementioned table has a configuration in which the value of the head H is assigned to each of the possible sets of the rotational speed R and the power consumption P.
  • the above approximate functions (formulas) and tables are data (first data) that define the relationship between the head, the rotational speed of the motor, and the power consumption. If there is first data that defines the relationship between the head, the rotational speed of the motor, and the power consumption, the head can be estimated from the rotational speed of the motor and the power consumption during the operation of the pump system. Even in situations where it is difficult to actually measure the water level, such as in a deep well, the present disclosure makes it possible to estimate the head with high accuracy. Note that the rotational speed and power consumption of the motor can be easily measured or estimated when executing the control algorithm of the permanent magnet synchronous motor. In addition, since the power consumption of the motor substantially matches the power (supply power) supplied to the motor, in this disclosure, the power consumption of the motor is equivalent to the power (supply power) supplied to the motor. It may be broken.
  • the pump discharge amount Q is a discharge amount per predetermined time. When the predetermined time is 1 minute, the discharge amount per predetermined time corresponds to a “flow rate” expressed in units of liters / minute or cubic meters / minute.
  • the “discharge amount Q” on the vertical axis in the graphs of FIG. 3A and FIG. 3B is the discharge amount per minute (unit: liter / minute) and corresponds to the flow rate of the pump.
  • the scale of the vertical axis is arbitrary.
  • the unit of the horizontal axis is, for example, watts, and its scale is arbitrary.
  • FIG. 3A can be obtained by actually measuring the relationship between the power consumption P of the motor and the pump discharge amount Q for each of a plurality of different heads.
  • FIG. 3B shows a graph created by complementing the data of FIG. 3A. The graph of FIG. 3B shows the relationship between the pump discharge amount Q, the lift H, and the motor power consumption P. Based on this relationship, the pump discharge amount Q can be expressed by an approximate function F2 (P, H). If such an approximate function F2 (P, H) is used, when the motor power consumption P and the head H are given, the pump discharge amount Q is calculated.
  • the above relationship can be expressed by a table such as a lookup table instead of using an approximate function.
  • a table such as a lookup table instead of using an approximate function.
  • the head is estimated based on the rotational speed of the motor and the power consumption. For this reason, for example, even if the water level of the well changes depending on the pumping condition and season in the surrounding area, it is possible to estimate the pump discharge amount with high accuracy in consideration of the change in the pump head.
  • the “lift” in the present disclosure can be interpreted as a parameter that reflects the actual head fluctuation in the estimation of the flow rate. Therefore, the estimated value of the lift does not need to match the actual value of the distance H from the first level to the second level.
  • the motor power consumption has a value obtained by subtracting “loss” from the power supplied to the motor. Most of this loss is due to the Joule heat of the cable. The amount of loss by the cable is about several percent of the power supplied to the motor. For this reason, the loss can be ignored. Further, in each pump system, the length of the cable and the specific resistance of the conductor do not fluctuate, so the magnitude of the resistance causing the loss can be treated as a constant value.
  • the relationship between the power consumption of the motor and the power supplied to the motor can also be approximated by a simple relationship (for example, a proportional relationship). In the present application, the operation of the present disclosure will be described using the power consumption of the motor as an example. As described above, the power consumption of the motor and the power supplied to the motor can be treated equivalently, and the significance of distinguishing between the two is considered. There is no.
  • FIG. 4 shows an example of the pump system 1000 in the present embodiment.
  • the pump system 1000 includes a pump unit 100 and a control unit 200.
  • the pump unit 100 includes a pump 10 and a motor 20 that operates the pump 10.
  • the pump 10 in the present embodiment is a submersible pump that is used while being immersed in water.
  • the pump system of the present disclosure can be suitably used for pumping deep well water, but the target of pumping is not limited to water, and may be hot water, petroleum, or other liquids.
  • the pump 10 can pump the liquid at the first level to a second level higher than the first level using a pumping pipe not shown in FIG. As described with reference to FIG. 1, the head is defined by the difference (level difference) between the first level and the second level.
  • the motor 20 is a permanent magnet synchronous motor.
  • a typical example of a permanent magnet synchronous motor is a brush thread DC motor.
  • the motor 20 has a configuration capable of operating in water.
  • the motor 20 is a “sensorless type” that does not have a rotational position detection sensor such as a Hall element or a rotary encoder.
  • the control unit 200 is usually installed and used on the ground.
  • the control unit 200 includes a motor driving device 30 that supplies electric power to the motor 20 to drive the motor 20, and a measurement circuit 40 that monitors this electric power (power consumption).
  • the motor driving device 30 is electrically connected to the motor 20 by a cable 50.
  • the cable 50 is illustrated as a single line, but the actual cable 50 may be a bundle of a plurality of wires through which currents of U, V, and W phases respectively flow, for example.
  • the cable 50 may include wiring connected to a water level gauge (not shown).
  • a typical example of the motor drive device 30 includes an inverter circuit.
  • the inverter circuit includes a bridge circuit in which a plurality of switching elements are connected to each other, and can generate a plurality of phases of AC power from a DC power supply.
  • the motor drive device 30 may include a gate driver circuit that drives the gate of each switching element in the inverter circuit.
  • the gate driver circuit may be included in the control device 70 described later.
  • the measurement circuit 40 is electrically connected to at least one of the motor 20 and the motor drive device 30.
  • the measurement circuit 40 monitors the power supplied to the motor 20 from the motor drive device 30 (power consumption of the motor). This power (power consumption of the motor) can be obtained from the voltage applied to the motor 20 and the current flowing through the motor 20.
  • the voltage applied to the motor and the current flowing through the motor are measured when driving a permanent magnet synchronous motor such as a brushless DC motor. For this reason, using the measurement circuit 40 for monitoring power does not particularly complicate the configuration of the apparatus and does not increase the manufacturing cost.
  • the measurement circuit 40 may be separated into a circuit for measuring voltage and a circuit for measuring current. In the example of FIG. 4, the measurement circuit 40 is connected to the motor drive device 30 and the cable 50, but the connection destination of the measurement circuit 40 is not limited to this example.
  • the pump system 1000 further includes a storage device 60 and a control device 70.
  • the storage device 60 and the control device 70 are provided inside the control unit 200.
  • a typical example of the storage device 60 is a semiconductor memory, but the storage device 60 may be composed of another storage medium.
  • the storage device 60 is described as one block, but the storage device 60 may include a plurality of memory devices.
  • the plurality of memory devices that make up the storage device 60 may include different types of storage media, for example, non-volatile memory devices such as EEPROMs, solid state drives, hard disk drives, and volatile memory devices such as RAM.
  • a part of the plurality of memory devices may be a removable memory device.
  • a typical example of the control device 70 is a semiconductor device composed of one or a plurality of semiconductor integrated circuit chips.
  • the main part of the control device 70 in the present embodiment can be realized by a commercially available microcontroller unit (MCU).
  • MCU microcontroller unit
  • the control device 70 and the storage device 60 do not have to be separate electronic components. At least a part of the storage device 60 may be mounted in one semiconductor package together with a semiconductor chip constituting the control device 70.
  • the storage device 60 stores first data that defines the relationship between the head, the rotational speed of the motor 20, and the power consumption. By using the first data, an estimated value of the head can be determined from the rotation speed and power consumption of the motor 20. Although the rotation speed of the motor 20, that is, the motor speed, can be detected by a rotor position sensor attached to the motor 20, the motor 20 used in this embodiment is a sensorless type that does not include a rotor position sensor. . For this reason, in this embodiment, an estimated value of the motor speed (the number of rotations) is acquired from the rotational position of the rotor estimated in the course of executing the vector control algorithm.
  • the storage device 60 also stores second data that defines the relationship between the discharge amount (pump flow rate) per predetermined time by the pump 10 and the head and motor power consumption. By using the second data, the estimated value of the discharge amount per predetermined time by the pump 10 can be determined from the head and the power consumption.
  • the first data and the second data are stored in the storage device 60 from the shipment stage of the pump system.
  • the first data and the second data may be written to the storage device 60 when the pump system 1000 is installed at the site or after that.
  • the contents of the first data and the second data may be updated after the installation of the pump system 1000 or may be partially corrected.
  • the control device 70 is connected to the motor drive device 30, the measurement circuit 40, and the storage device 60 by a bus line or other wiring.
  • the control device 70 determines the estimated value of the lift from the first data stored in the storage device 60 based on the measured value or estimated value of the motor speed and the monitored value of the motor power consumption.
  • the controller 70 stores the estimated value of the lift in the storage device 60 or another storage device.
  • the control device 70 determines the estimated value of the discharge amount from the second data stored in the storage device 60 based on the estimated value of the head and the monitor value of the motor power consumption, and the estimated value of the discharged amount Is output.
  • the stored estimated value of the head is read from the storage device, and the monitor value of the motor power consumption is obtained from the measurement circuit.
  • the first data does not necessarily need to be data after interpolation as shown in FIG. 2B.
  • numerical data defining the relationship between the rotational speed and the power may be included for each of a relatively small number of pre-selected heads (for example, 5 to 10).
  • the control device 70 acquires the measured value or estimated value of the rotational speed and the monitor value of the power, and then based on the numerical data, from a plurality of preselected values of the head, for example, by interpolation calculation, An estimated value of the head can be calculated.
  • the pump system 1000 further includes a communication device 80 and a power generation device 90.
  • a power storage device such as a secondary battery may be provided in addition to the power generation device 90 or instead of the power generation device 90.
  • the communication device 80 is connected to the control device 70.
  • the communication device 80 can be connected to the Internet and other networks by wireless and / or wired.
  • Examples of external devices that communicate with the pump system 1000 via the communication device 80 may include a mobile terminal such as a smartphone, a computer that can function as a cloud server, and the like.
  • the control device 70 acquires the measured value or estimated value of the rotational speed and the power monitor value at least once a day, and updates the estimated value of the head.
  • the control device 70 can transmit information including an estimated value of the discharge amount per unit time by the pump 10 from the communication device 80 to the outside.
  • the control device 70 may periodically transmit information including an estimated value of the discharge amount (flow rate) per unit time by the pump 10 from the communication device 80 to the outside, or respond to a request from the outside. May be transmitted.
  • the information including the estimated value of the discharge amount may include, for example, the discharge amount per day, the discharge amount per hour, and the discharge amount every several minutes. Such information may include other motor information related to the power consumption, rotation speed, etc. of the motor 20.
  • the communication device 80 it is possible to monitor the pump discharge amount (flow rate) and the like even from a remote location.
  • the control device 70 is also connected to the power generation device 90. In a preferred embodiment, it is programmed to control the operation of the power generator 90.
  • the power generation device 90 supplies power from the motor drive device 30.
  • An example of the power generation device 90 is a solar power generation device including a solar battery (Photovoltaic Cells) panel, and supplies DC power to the motor drive device 30. Even when a power storage device is connected to the motor drive device 30 instead of the power generation device 90, DC power is supplied from the power storage device to the motor drive device 30.
  • Electric power may be supplied to the motor drive device 30 directly or indirectly from the grid (grid) without using the power generation device 90.
  • a circuit for converting alternating current into direct current may be provided in front of or inside the motor drive device 30.
  • the control device 70 can perform not only operations necessary for estimating the lift and discharge amount, but also operations necessary for motor control and power generation control. That is, the control device 70 generates a signal for controlling the motor driving device 30 and sends this signal to the motor driving device 30. Moreover, the control apparatus 70 produces
  • FIG. 5 schematically shows a configuration example of an embodiment (solar pump system) in which the solar battery panel is responsible for the power generation function of the pump system.
  • the pump system 2000 in the present embodiment includes a pump unit 100 including the pump 10 and the motor 20 located near the bottom of the well 400, a pumping pipe 13 connected to the pump unit 100, a control unit 200 located on the ground, And a solar cell panel 300 that generates electric power to be supplied to the pump unit 100.
  • the length of the pumping pipe 13 may be, for example, 10 meters or more and 100 meters or less.
  • the pump 10 can pump the water at the first level L1 to the second level L2 higher than the first level L1 through the pumping pipe 13.
  • the head H is represented by H1 + H2.
  • FIG. 6 schematically shows a state in which the water level of the well indicated by the first level L1 is lower than that in the example of FIG. 5 in the pump system 2000 of the present embodiment.
  • the distance H1 from the first level L1 to the ground G changes, so that the head H changes even if the distance H2 from the ground G to the second level L2 is constant.
  • the change of the head H requires that the curve to be selected from the group of curves shown in the graph of FIG. 3B is changed when the discharge amount is estimated.
  • an estimated value of the head H can be acquired based on the first data described above. For this reason, according to the fluctuation
  • the upper part of the well 400 is closed with a lid 15.
  • One end of the pumping pipe 13 is connected to the pump unit 100, and the other end is connected to the discharge pipe 14.
  • the tip of the discharge pipe 14 is disposed so as to discharge water into a tank for storing water or an irrigation channel.
  • the cable 50 electrically connects the motor 20 in the pump unit 100 and the ground control unit 200 through the opening hole of the lid 15.
  • the solar cell panel 300 is supported by a column 64 of a base 62 fixed to the ground G.
  • the power generation device including the solar cell panel 300 is electrically connected to the control unit 200 (see FIG. 4).
  • the control unit 200 is also supported by the column 64.
  • the ground G shown in the figure is flat, the ground G may be inclined or undulated.
  • the internal configuration of the control unit 200 includes a motor drive device 30, a measurement circuit 40, a storage device 60, and a control device 70 as described with reference to FIG. 4 is provided in the same housing as the control unit 200, and the antenna of the communication device 80 is not shown.
  • 4 includes a solar cell panel 300 as shown in FIG. 5, a known power generation control circuit (not shown) for controlling the electric power generated by the solar cell panel 300 is added to the control unit 200. Can be done.
  • the power generation control circuit may include a converter such as a step-down circuit or a step-up circuit.
  • MPPT Maximum Power Point Tracker
  • a part or all of the computations necessary for MPPT control may be executed by the control device 70 of FIG.
  • the calculation required for MPPT control may be performed by another microcontroller (not shown).
  • the amount of power generated by the solar cell panel 300 changes according to the solar altitude. For this reason, the control apparatus 70 in this embodiment produces
  • FIG. When the solar altitude is high and the amount of power generated by the solar cell panel 300 is relatively large, the motor 20 is driven by the motor driving device 30 so that the power consumption is increased.
  • the control unit 200 includes an inverter circuit 30 ⁇ / b> A that functions as the motor driving device 30, a current measuring device 40 ⁇ / b> A and voltage measuring device 40 ⁇ / b> B that function as the measuring circuit 40, and a semiconductor integrated function that functions as the control device 70.
  • the semiconductor integrated circuit 72 further includes a microcontroller unit (MCU) 70A, a memory 46, and A / D conversion circuits 42 and 44.
  • MCU microcontroller unit
  • the inverter circuit 30A is electrically connected to a brushless DC motor 20A having a stator 20S and a rotor 20R. More specifically, stator 20S has a U-phase winding, a V-phase winding, and a W-phase winding, and is electrically connected to the U-phase output, V-phase output, and W-phase output of inverter circuit 30A, respectively. It is connected to the.
  • FIG. 8 is a diagram showing a basic configuration of the inverter circuit 30A.
  • the inverter circuit 30A is electrically connected to the three-phase (U, V, W phase) windings of the motor 20A.
  • the inverter circuit 30 ⁇ / b> A illustrated in FIG. 8 is a general-purpose inverter circuit including a full bridge inverter, and can generally be used by being connected to a DC power source 500.
  • the power generation device 90 described above functions as the DC power source 500.
  • the voltage output from the DC power supply 500 can change according to the amount of power generated by the solar cell panel.
  • the inverter circuit 30A in FIG. 8 includes switching elements HS 1 , HS 2 , HS 3 , LS 1 , LS 2 , and LS 3 .
  • Each of the switching elements HS 1 , HS 2 , HS 3 , LS 1 , LS 2 , LS 3 is, for example, a MOS field effect transistor (MOSFET) having a built-in free-wheeling diode or free-wheeling diode elements connected in parallel. It can be a MOSFET.
  • An insulated gate bipolar transistor (IGBT) may be used instead of the MOSFET.
  • These switching elements HS 1 , HS 2 , HS 3 , LS 1 , LS 2 , LS 3 constitute a three-phase full bridge circuit.
  • Each gate electrode (gate terminal) of the switching elements HS 1 , HS 2 , HS 3 , LS 1 , LS 2 , LS 3 is connected to the MCU 70A of FIG.
  • switching elements HS 1 and LS 1 have a first connection point N 1 between high side line PL connected to the positive side of DC power supply 500 and low side line NL connected to the negative side. Are connected in series.
  • the first connection point N1 is connected to one end of the U-phase winding in the stator 20S.
  • the switching elements HS 2 and LS 2 are connected in series between the high side line PL and the low side line NL via the second connection point N2.
  • the second connection point N2 is connected to one end of the V-phase winding in the stator 20S.
  • the switching elements HS 3 and LS 3 are connected in series via the third connection point N3 between the high side line PL and the low side line NL.
  • the third connection point N3 is connected to one end of the W-phase winding in the stator 20S.
  • the U-phase, V-phase, and W-phase windings are connected by Y connection or delta connection. For this reason, for example, when a current is passed through the U-phase winding, the current needs to be fed back through at least one of the V-phase winding and the W-phase winding.
  • Opening / closing of the switching elements HS 1 , HS 2 , HS 3 , LS 1 , LS 2 , LS 3 in the inverter circuit 30A can typically be controlled according to a pulse width modulation (PWM) signal formed by the MCU 70A.
  • PWM pulse width modulation
  • the rotor 20R has a plurality of permanent magnets (not shown).
  • the rotational speed of rotor 20R that is, the rotational speed per unit time, can be variably controlled by the frequency of the AC voltage applied to each of the U-phase winding, V-phase winding, and W-phase winding of stator 20S.
  • the magnitude of the current flowing through each of the U-phase winding, V-phase winding, and W-phase winding of the stator 20S is measured by the current measuring device 40A.
  • the measurement result of the current measuring device 40A is input to the A / D conversion circuit 42 of the semiconductor integrated circuit 72.
  • the configuration and connection of the current measuring device 40A are not limited to the illustrated example, and are arbitrary.
  • the magnitude of the voltage applied to the motor 20A is defined by the voltage applied to the inverter circuit 30A, that is, the magnitude of the voltage between the high side line PL and the low side line NL.
  • This voltage is measured by the voltage measuring device 40B.
  • the measurement result of the voltage measuring device 40B is input to the A / D conversion circuit 44 of the semiconductor integrated circuit 72.
  • the configuration and connection of the voltage measuring device 40B are not limited to the illustrated example, and are arbitrary.
  • the voltage measuring device 40B can also function as a voltage protection circuit.
  • the MCU 70A receives the outputs of the A / D conversion circuits 42 and 44.
  • the MCU 70A executes various algorithms according to the program recorded in the memory 46. These algorithms include a control algorithm for the motor 20A.
  • a typical example of the motor control algorithm is a vector control algorithm.
  • the sensorless vector control algorithm in order to monitor the operation state of the motor, the current value, voltage value, rotation speed, and the like of the motor are sensed every 50 microseconds. Specifically, the rotational position and rotational speed of the rotor 20R can be estimated with high accuracy based on the magnitude of the current detected by the current measuring device 40A.
  • the MCU 70A of the present embodiment acquires an estimated value of the rotation speed of the rotor 20R, in other words, an estimated value of the motor rotation number per unit time.
  • the estimated value of the rotational speed is used not only for controlling the motor 20A but also for estimating the head by the MCU 70A.
  • the MCU 70A can acquire the power consumption value of the motor 20A based on the outputs of the A / D conversion circuits 42 and 44. This power consumption is used for both the estimation of the head and the estimation of the discharge amount.
  • the memory 46 may function as the storage device 60 that stores the first data and the second data described above. Further, such a storage device 60 may be composed of a memory device different from the memory 46.
  • step S1 the MCU 70A in FIG. 7 reads the setting value before starting the head from the storage device 60 in FIG. 4 (or the memory 46 in FIG. 7).
  • the pre-startup set value may be a fixed default value, or may be an estimated head value recorded in the storage device 60 or the like at the end of the previous operation.
  • step S2 the MCU 70A determines whether or not the first specified time has elapsed.
  • the time measurement can be executed based on, for example, a count value by a timer (not shown) included in the MCU 70A.
  • the first specified time is, for example, 1 second. In the case of Yes, it progresses to step S3. In the case of No, the determination in step S2 is repeated until the first specified time has elapsed.
  • step S3 the MCU 70A acquires a measured value of the motor current.
  • step S4 the MCU 70A obtains a measured value of the motor voltage. Acquisition (monitoring) of these measurement values can be performed by the current measuring device 40A and the voltage measuring device 40B shown in FIG. The power consumption of the motor is determined from the measured values of the motor current and voltage.
  • step S5 the MCU 70A acquires an estimated value of the motor rotation speed. The estimated value of the motor rotation speed can be acquired during the vector control process executed by the MCU 70A.
  • the order of steps S3, S4, and S5 is not particularly limited, and steps S3, S4, and S5 may be executed simultaneously.
  • step S6 the MCU 70A checks the stability of the motor operation. More specifically, the MCU 70A monitors whether or not the motor control operation is normal based on, for example, the rotation speed of the motor, the input power, and the magnitude and / or fluctuation of the power consumption.
  • the stability of the motor operation can be evaluated according to the value of.
  • the process proceeds to step S10, and the previous head estimation value is read. Note that the number of rotations of the motor, the input power, and the power consumption are detected at intervals of, for example, 50 microseconds in the process of executing sensorless vector control. For this reason, when an abnormality occurs in the operation of the motor, it is quickly detected separately from the flow shown in FIG.
  • the acquisition of the motor current value, voltage value, and rotation speed in steps S3 to S5 may be an average value of, for example, one minute of measured values or estimated values acquired for performing motor vector control.
  • step S7 the MCU 70A determines whether or not the second specified time has elapsed.
  • the second specified time is, for example, 10 minutes. In the case of Yes, it progresses to step S8 of FIG. In the case of No, the processing from step S2 to step S7 is repeated until the second specified time has elapsed.
  • the pump system designer changes the second specified time, the update interval of the head estimated value is adjusted.
  • step S8 the MCU 70A determines whether or not the motor operation is sufficiently stable to perform the flow rate estimation process of the present disclosure. In the case of Yes, it progresses to step S9. If No, the head is not estimated and the process proceeds to step S10.
  • step S10 the MCU 70A reads from the storage device the estimated value of the head that has been acquired by the previous processing and recorded in the storage device.
  • the motor power consumption and rotational speed may fluctuate immediately after the pump system is started, immediately before it is stopped, or when the sunshine fluctuation is severe. In such a case, it is preferable not to estimate the head.
  • Step S8 the MCU 70A determines whether or not the motor operation is stable, selects the time when the motor operation is stable, and acquires the estimated value of the lift. Since the head does not change greatly in a short time (for example, 10 minutes or less), select the time when the motor operation is stable, obtain an estimated value of the head, and the transient period until the motor operation becomes stable is Even if the estimated value is continuously used, a large error does not occur. Whether or not the operation is stable can be determined, for example, based on whether or not fluctuations in the rotation speed and power of the motor are below a predetermined level.
  • the MCU 70A refers to the first data from the monitor value of the motor power consumption obtained in steps S3, S4, and S5 and the estimated value of the motor rotation speed, and acquires the estimated value of the head. Specifically, the MCU 70A reads the numerical value of the first data from the storage device 60 in FIG. 4 or the memory 46 in FIG. This numerical value is the value of the head corresponding to the monitor value of the motor power consumption and the estimated value of the motor rotational speed when the first data is in a table format. When the first data includes a set of coefficients that define a mathematical formula for calculating the head, the MCU 70A obtains the set of coefficients from the first data and performs an operation for obtaining an estimated value of the head.
  • step S11 the MCU 70A determines whether or not the difference between the acquired estimated current head value and the previous estimated head value is equal to or less than a specified value.
  • This specified value is, for example, 2 meters.
  • MCU70A updates a head estimated value.
  • step S13 the MCU 70 ⁇ / b> A updates the previous lift estimated value to a value increased or decreased by a specified value (for example, 2 meters) according to the difference between the latest lift estimated value and the previous lift estimated value. .
  • a specified value for example, 2 meters
  • step S14 the MCU 70A acquires an estimated value of the flow rate (discharge amount) with reference to the second data from the estimated value of the head and the power consumption of the motor. After performing the process of step S14, the process returns to step S2 of FIG.
  • the monitor value of the motor power consumption and the estimated value of the rotational speed are acquired every minute, and the estimated value of the head is updated every ten minutes.
  • the estimated head value is updated, the estimated flow rate is obtained.
  • an estimated flow rate is obtained every 10 minutes. For example, assuming that the estimated value of the flow rate acquired at time t is q (t) liter / minute, the discharge amount for 10 minutes is q (t) ⁇ liter.
  • the total discharge amount during that period can be obtained. For example, the total discharge amount (total amount of water pumped up in one day) during the time when the pump system is operating can be obtained every day.
  • the pump system operated by solar power generation stops at night when power is not generated.
  • every day when starting for the first time of the day, there can be a situation where there is no water in the pumping pipe of the pump system. Therefore, water is not discharged from the pump system during a period in which water is pushed up from the pump to the discharge port of the pumping pipe after startup. Therefore, when the integrated value of the actual discharge amount is obtained, the estimated value of the discharge amount obtained immediately after startup should not be included in the calculation.
  • the control device determines the estimated value of the discharge amount and outputs the estimated value of the discharge amount, the liquid is first pumped from the first level to the second level after the pump is started.
  • a value corresponding to the liquid amount is subtracted from the estimated value of the discharge amount. For this reason, after starting, the time until the inside of the empty pumping pipe is filled with water and the discharge starts is obtained. Do not perform integration. The time until the inside of the empty pumping pipe is filled with water and the discharge is started can be calculated according to the length of the piping such as the pumping pipe. The contents of such processing can be determined by a program that defines the operation of the MCU 70A of FIG.
  • a set of components that function as a “pump flow rate estimation device” may be manufactured and sold separately from the pump unit 100.
  • Such a pump flow rate estimation device is electrically connected to at least one of a permanent magnet synchronous motor and a motor drive device, and has a measuring circuit for monitoring power and a head defined by the difference between the first level and the second level. Is stored in the first data that defines the relationship between the rotational speed per unit time and the electric power of the permanent magnet synchronous motor, and the second data that defines the relationship between the pump discharge amount per predetermined time, the lift, and the power
  • This control device determines an estimated head value from the first data stored in the storage device based on the measured value or estimated value of the rotational speed and the monitor value of power, and Based on the estimated value and the power monitor value, the estimated value of the discharge amount is determined from the second data stored in the storage device, and the estimated value of the discharge amount is output.
  • FIG. 11 shows an example in which the lengths of the pipes (the pumping pipe 13 and the discharge pipe 14) are changed from the initial design values at the installation site.
  • the distance H2 from the ground G to the second level L2 becomes longer. This leads to an increase in the head (actual head) H indicated by H1 + H2.
  • the extension of the discharge pipe 14 in the horizontal and lateral directions does not change the lift (actual lift) H indicated by H1 + H2.
  • the discharge amount (flow rate) during pump operation can be measured using a water meter or a flow meter. ) Is preferably measured.
  • the estimated value of the discharge amount (flow rate) acquired during operation of the pump system is compared with the actual measurement value, and correction may be performed so that the estimated value approaches the actual measurement value.
  • Such correction includes a method of correcting a mathematical expression or table that defines the first data and the second data, or a method of adding a correction amount to the value estimated by the above-described method or multiplying a correction coefficient. It can be realized by using.
  • the cause of the difference between the actually measured value and the estimated value is due to the estimation error of the head, it is possible to improve the accuracy of the flow estimation only by correcting the estimated value of the head obtained by referring to the first data. .
  • the motor drive device 30 including the inverter circuit is arranged in the control unit 200 located on the ground, but the pump system of the present disclosure is not limited to this example.
  • a part or all of the motor drive device 30 may be disposed in the pump unit 100.
  • One motor module may include the motor 20 and the motor driving device 30.
  • the cable extending from the pump unit 100 to the ground may include a power line connected to the power generation device and a signal line connected to the control device. .
  • FIG. 12 is a graph showing time dependence of power and output for the pump system 2000 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the horizontal axis is time, and shows the period from sunrise to sunset in one day.
  • the vertical axis is power.
  • the broken line in the graph indicates the electric power (power generation amount per unit time) generated by the power generation device including the solar battery panel, and the solid line indicates the power consumption of the motor. These electric powers have substantially the same magnitude as each other, and change greatly even in one day.
  • the amount of power generated per unit time by sunlight also depends on the solar altitude and the cloud spreading state.
  • FIG. 13 is a graph showing an estimated value of the flow rate and an estimated value of the head obtained by the pump system 2000 according to the embodiment of the present disclosure.
  • the left vertical axis is the estimated flow rate
  • the right vertical axis is the estimated head height.
  • the horizontal axis is time, and shows the period from sunrise to sunset in one day. From this graph, a period (stable period) in which the estimated value of the head is stable and indicating about 30 meters and a period (unstable period) in which the estimated value fluctuates unstable before and after that period are observed. If the power supplied to the motor is too small, the control operation of the motor becomes unstable.
  • the estimated value of the head obtained during the unstable period as shown in the graph can be greatly different from the actual value of the head, it is not preferable to use it for estimating the flow rate. According to the procedure described with reference to FIGS. 9 and 10, the estimated head value is not updated during such an unstable period.
  • the flow rate increases or decreases according to the motor power consumption shown in FIG.
  • the greater the power supplied to the motor the greater the power consumption of the motor and the greater the flow rate (discharge amount per unit time).
  • FIG. 14 is a graph showing the time dependency of the motor rotation speed (rotation speed per minute) and the flow rate (discharge amount per minute).
  • the flow rate data shown in FIG. 14 is equal to the flow rate data shown in FIG. In this example, since the head is substantially constant, the flow rate changes according to the rotation speed of the motor.
  • FIG. 15 is a graph showing the motor power consumption dependency of the flow rate estimated by the pump system 2000 and the flow rate value (comparative example) measured by the flow meter in the embodiment of the present disclosure. According to the present embodiment, when the motor power consumption exceeds 1500 watts, the error between the estimated value of the flow rate and the actually measured value was about 5% or less.
  • the flow rate that is, the discharge amount per predetermined time can be estimated with high accuracy without providing a flow meter. Since the accuracy of this estimation is maintained even when the head height changes, it becomes possible to accurately monitor the amount of well pumped every day or every predetermined time as compared with the prior art.
  • the pump system of the present disclosure does not require a flow meter and can monitor the discharge amount with high accuracy even in a situation where the head changes. For this reason, it can be used for the purpose of pumping water from a well for irrigation or drinking.
  • the pump system of the present disclosure is not limited to pumping well water, and can be used for various apparatuses or systems that are required to pump liquid.

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

本開示のポンプシステムは、例示的な実施形態において、第１レベルにある液体を第１レベルよりも高い第２レベルに汲みあげるポンプ(10)と、ポンプを動作させるモータ(20)と、モータに電力を供給するモータ駆動装置(30)と、電力をモニタする測定回路(40)と、第１レベルと第２レベルとの差異によって規定される揚程とモータの単位時間あたりの回転数および電力との関係を規定する第１データ、ならびに、ポンプによる所定時間あたりの吐出し量と揚程および電力との関係を規定する第２データが格納された記憶装置(60)と制御装置(70)とを備える。制御装置は、回転数の測定値または推定値と電力のモニタ値とに基づいて第１データから揚程の推定値を決定し、揚程の推定値と電力のモニタ値とに基づいて第２データから前記吐出し量の推定値を決定し、吐出し量の前記推定値を出力する。

Description

ポンプシステム、ポンプ流量推定装置およびポンプ流量推定方法
　本願は、ポンプシステム、ポンプ流量推定装置およびポンプ流量推定方法に関する。
　一般にポンプの流量測定は流量計を用いて行われる。特開２００９－２８８２３１号公報は、流量計を用いずに流量を推定する技術を開示している。
特開２００９－２８８２３１号公報
　特開２００９－２８８２３１号公報に開示されている技術では、吸水槽の水位レベルとポンプ中心レベルとの高低差である吸込み実揚程が既知の一定値であることを前提として流量の推定が行われる。しかし、ポンプで例えば井戸の水を汲みあげる場合、井戸の水位は季節によって異なり、また、周りにある他の井戸の汲みあげ状況に応じても大きく変化し得る。言い換えると、上記の吸込み実揚程が一定値であるという仮定は成立しない。従って、上記の流量推定方法には、井戸のように水位が変化する状況で正確な流量推定ができないという課題がある。一方、流量を正確に測定できる流量計は一般に高価である。例えば発展途上にある国々において、多数の深井戸からポンプによって汲みあげた水を灌漑に利用するためには、高価な流量計を用いずにポンプ流量を正確に推定する技術が求められる。
　本開示の実施形態は、揚程が変化し得る場合でも流量計を用いずに正確度の高い流量推定が可能なポンプシステム、ポンプ流量推定装置およびポンプ流量推定方法を提供する。
　本開示のポンプシステムは、例示的な実施形態において、第１レベルにある液体を前記第１レベルよりも高い第２レベルに汲みあげるポンプと、前記ポンプを動作させる永久磁石同期モータと、前記永久磁石同期モータに電気的に接続され、前記永久磁石同期モータに電力を供給するモータ駆動装置と、前記永久磁石同期モータおよび前記モータ駆動装置の少なくとも一方に電気的に接続され、前記電力をモニタする測定回路と、前記第１レベルと前記第２レベルとの差異によって規定される揚程と前記永久磁石同期モータの単位時間あたりの回転数および前記電力との関係を規定する第１データ、ならびに、前記ポンプによる所定時間あたりの吐出し量と前記揚程および前記電力との関係を規定する第２データが格納された記憶装置と、前記モータ駆動装置、前記測定回路、および前記記憶装置に接続された制御装置とを備える。前記制御装置は、前記回転数の測定値または推定値と前記電力のモニタ値とに基づいて、前記記憶装置に格納された前記第１データから前記揚程の推定値を決定し、前記揚程の前記推定値と前記電力のモニタ値とに基づいて、前記記憶装置に格納された前記第２データから前記吐出し量の推定値を決定し、前記吐出し量の前記推定値を出力する。
　本開示のポンプ流量推定装置は、例示的な実施形態において、ポンプシステムとともに用いられるポンプ流量推定装置であって、前記ポンプシステムは、第１レベルにある液体を前記第１レベルよりも高い第２レベルに汲みあげるポンプと、前記ポンプを動作させる永久磁石同期モータと、前記永久磁石同期モータに電気的に接続され、前記永久磁石同期モータに電力を供給するモータ駆動装置とを有している。前記ポンプ流量推定装置は、前記永久磁石同期モータおよび前記モータ駆動装置の少なくとも一方に電気的に接続され、前記電力をモニタする測定回路と、前記第１レベルと前記第２レベルとの差異によって規定される揚程と前記永久磁石同期モータの単位時間あたりの回転数および前記電力との関係を規定する第１データ、ならびに、前記ポンプによる所定時間あたりの吐出し量と前記揚程および前記電力との関係を規定する第２データが格納された記憶装置と、前記モータ駆動装置、前記測定回路、および前記記憶装置に接続された制御装置とを備える。前記制御装置は、前記回転数の測定値または推定値と前記電力のモニタ値とに基づいて、前記記憶装置に格納された前記第１データから前記揚程の推定値を決定し、前記揚程の前記推定値と前記電力のモニタ値とに基づいて、前記記憶装置に格納された前記第２データから前記吐出し量の推定値を決定し、前記吐出し量の前記推定値を出力する。
　本開示のポンプ流量推定方法は、例示的な実施形態において、第１レベルにある液体を前記第１レベルよりも高い第２レベルに汲みあげるポンプと、前記ポンプを動作させる永久磁石同期モータと、前記永久磁石同期モータに電気的に接続され、前記永久磁石同期モータに電力を供給するモータ駆動装置とを備えるポンプシステムにおけるポンプ流量推定方法であって、前記第１レベルと前記第２レベルとの差異によって規定される揚程と前記永久磁石同期モータの単位時間あたりの回転数および前記電力との関係を規定する第１データを用いて、前記回転数の測定値または推定値と前記電力のモニタ値とから前記揚程の推定値を決定し、前記ポンプによる所定時間あたりの吐出し量と前記揚程および前記電力との関係を規定する第２データを用いて、前記揚程の前記推定値と前記電力のモニタ値とから前記吐出し量の推定値を決定する。
　本開示のポンプシステムの実施形態によれば、実揚程が変化しても正確度の高い流量の推定が可能になる。
図１は、水中ポンプによる液体の汲みあげを模式的に示す図である。 図２Ａは、５個の異なる揚程（Ｈ＝ｈ１、ｈ２、・・・、ｈ５）ごとに、モータの回転数Ｒとモータの消費電力Ｐとの関係を示すグラフである。 図２Ｂは、より多数の異なる揚程（Ｈ＝ｈ０、・・・、ｈｐ、・・・、ｈｎ）ごとに、モータの回転数Ｒとモータの消費電力Ｐとの関係を示すグラフである。 図３Ａは、５個の異なる揚程（Ｈ＝ｈ１、ｈ２、・・・、ｈ５）ごとに、ポンプ吐出し量Ｑとモータの消費電力Ｐとの関係を示すグラフである。 図３Ｂは、より多数の異なる揚程（Ｈ＝ｈ０、・・・、ｈｐ、・・・、ｈｎ）ごとに、ポンプ吐出し量Ｑとモータの消費電力Ｐとの関係を示すグラフである。 図４は、本開示によるポンプシステムの例を示すブロック図である。 図５は、本開示によるポンプシステムの実施形態の構成例を模式的に示す図である。 図６は、本開示の実施形態において、水位の変化を模式的に示す図である。 図７は、本開示の実施形態に用いられ得るコントロールユニットの内部構成の例を示す図である。 図８は、本開示の実施形態に用いられ得るインバータ回路の構成例を示す図である。 図９は、本開示のポンプシステムで実行され得る動作の一部を示すフローチャートである。 図１０は、本開示のポンプシステムで実行され得る動作の他の一部を示すフローチャートである。 図１１は、本開示によるポンプシステムの変形例を模式的に示す図である。 図１２は、本開示の実施例における電力（発電電力およびモータ消費電力）の時間依存性を示すグラフである。 図１３は、本開示の実施例における流量の推定値および揚程の推定値の時間依存性を示すグラフである。 図１４は、本開示の実施例におけるモータ回転数および流量の時間依存性を示すグラフである。 図１５は、本開示の実施例における流量の推定値、および流量計で測定された流量の値（比較例）との関係を示すグラフである。
＜流量推定の基本原理＞
　本開示のポンプシステムの実施形態を説明する前に、本開示のポンプシステムで実行するポンプ流量推定の基本原理を説明する。
　本発明者らは、第１レベルにある液体を第１レベルよりも高い第２レベルに汲みあげるポンプシステムにおいて、ポンプ流量の推定に必要な「揚程」を、モータの消費電力およびモータの単位時間あたりの回転数から求め得ることを見いだした。本明細書における「揚程」の用語は、第１レベルと第２レベルとの差異（高低差）によって規定される。また本明細書では「モータの単位時間あたりの回転数」を単に「モータの回転数」または「モータ速度」と称することがある。
　図１は、第１液槽１１Ｌに蓄えられた液体１２を揚水管１３で汲みあげ、第２液槽１１Ｕに与える構成例を模式的に示す図である。ポンプユニット１００は、後に詳しく説明するように、ポンプとモータとを有し、第１液槽１１Ｌの液体内に完全に浸かった状態で動作する。ポンプユニット１００のポンプは、例えばインペラなどの不図示の羽根を有している。この羽根はモータの回転軸と機械的に連結され、モータの回転に応じて回転する。ポンプユニット１００の不図示の吸い込み口から吸い込まれた液体１２は、ポンプユニット１００によって揚水管１３の内部を上方に押しあげられる。図示される例においては、第１液槽１１Ｌの液面のレベル（第１レベル）Ｌ１から、汲みあげの最高位置（第２レベル）Ｌ２までの高低差Ｈが実揚程である。
　ポンプユニット１００が例えば深井戸の水を汲みあげる場合、ポンプユニット１００が液体に与えるエネルギの大部分は位置エネルギの増加に転化する。しかし、残りのエネルギは管内損失および流体運動エネルギとして消費され得る。管内損失および流体運動エネルギを無視できる場合、第１レベルと第２レベルとの高低差（実揚程）を全揚程として扱うこともできる。一方、管内損失などを無視できない場合は、本開示における「揚程」として、例えば管内損失を実揚程に加算した値を用いればよい。以下、簡単のため、管内損失などが無視できる場合、すなわち「全揚程」が「実揚程」に等しいと近似できる例を説明する。また、単なる「揚程」の用語は「実揚程」を意味するものとする。
　図２Ａは、複数の異なる揚程（Ｈ＝ｈ１、ｈ２、・・・、ｈ５）ごとに、モータの回転数Ｒとモータの消費電力Ｐとの関係を示すグラフである。ここで、ｈ１<ｈ２<ｈ３<ｈ４<ｈ５の不等式が成立する。図２Ａに示されるように、各揚程（Ｈ＝ｈ１、ｈ２、・・・、ｈ５）で、モータの回転数Ｒは消費電力Ｐの増加に伴って増大する。また、モータの回転数Ｒが同じでも、揚程Ｈが大きくなるほど、モータの消費電力Ｐは増大する。なお、前述したように、モータの回転数Ｒは、モータの単位時間あたりの回転数であり、典型的には、１分あたりの回転数（単位：ｒｐｍ）である。
　図２Ａのグラフは、揚程Ｈとモータの回転数Ｒおよび消費電力Ｐとの関係を表現しているといえる。本開示においてポンプ流量または吐出し量を推定するには、まず、揚程Ｈとモータの回転数Ｒおよび消費電力Ｐとの関係を示すデータを、実験またはシミュレーションにより、取得しておき、このデータを参照して、回転数Ｒおよび消費電力Ｐから揚程Ｈの値を決定する。
　図２Ａのグラフに示されるデータでは、揚程Ｈが離散的かつ疎である。より多数の異なる揚程についてモータの回転数Ｒと消費電力Ｐとの関係を実験などによって求めることもできる。しかし、図２Ａのグラフに示されるデータの補間処理を実行することにより、更の他の多数の揚程についてモータの回転数Ｒおよび消費電力Ｐとの関係を取得することもできる。図２Ｂのグラフは、図２Ａのデータから補完処理によって得られた極めて多数の揚程（Ｈ＝ｈ０からｈｎ）ごとにモータの回転数Ｒおよび消費電力Ｐとの関係を示す曲線を示している。図２Ｂのグラフでは、揚程Ｈは密であり、補完回数の極限では連続し得る。このグラフにおける揚程Ｈの間隔またはピッチは、揚程の推定値の分解能に相当する。分解能として例えば０．５メールが設定される場合、０．５メートルずつ異なる複数の揚程について、モータの回転数Ｒおよび消費電力Ｐとの関係を求めればよい。揚程の想定される変動の幅が例えば１０メートルから６０メートルの場合、揚程については、Ｈ＝１０、１０．５、１１、１１．５、・・・、５５．５、６０メートルのそれぞれについて、モータの回転数Ｒおよび消費電力Ｐとの関係を決定しておけばよい。
　揚程Ｈとモータ回転数Ｒおよび消費電力Ｐとの関係は、近似関数Ｆ１（Ｒ，Ｐ）によっても表現され得る。このような近似関数Ｆ１（Ｒ，Ｐ）を用いれば、モータの回転数Ｒおよび消費電力Ｐを与えると、揚程Ｈが算出される。
　近似関数を用いる代わりに、ルックアップテーブルなどのテーブルによって上記の関係を表現することもできる。図２Ｂを参照して、回転数Ｒ＝Ｒｐおよび消費電力Ｐ＝Ｐｐが与えられたときの、揚程Ｈの決定の仕方を説明する。回転数Ｒ＝Ｒｐを示す矢印と消費電力Ｐ＝Ｐｐを示す矢印とが交差する位置（ドット）を通過する曲線が破線で示されている。この破線の曲線は、揚程Ｈ＝ｈｐのときにおける回転数Ｒと消費電力Ｐとの関係を示している。このことから、揚程Ｈはｈｐであると推定できる。前述のテーブルは、回転数Ｒおよび消費電力Ｐの可能なセットのそれぞれに対して揚程Ｈの値が割り当てられた構成を有している。
　上記の近似関数（数式）およびテーブルは、いずれも、揚程とモータの回転数および消費電力との関係を規定するデータ（第１データ）である。揚程とモータの回転数および消費電力との関係を規定する第１データがあれば、ポンプシステムの動作時において、モータの回転数および消費電力から、揚程を推定することができる。深井戸のように水位を実際に測定することが困難な状況でも、本開示によれば高い精度で揚程の推定が可能になる。なお、モータの回転数および消費電力は、永久磁石同期モータの制御アルゴリズムを実行する際に、容易に測定または推定することができる。また、モータの消費電力は、モータに供給される電力（供給電力）に略一致するため、本開示においては、モータの消費電力は、モータに供給される電力（供給電力）と等価的に扱われてもよい。
　図３Ａは、複数の異なる揚程（Ｈ＝ｈ１、ｈ２、・・・、ｈ５）ごとに、モータの消費電力Ｐとポンプ吐出し量Ｑとの関係を示すグラフである。ポンプ吐出し量Ｑは、所定時間あたりの吐出し量である。所定時間を１分とするとき、所定時間あたりの吐出し量は、リットル／分または立方メートル／分の単位で表される「流量（ｆｌｏｗ　ｒａｔｅ）」に相当する。図３Ａおよび図３Ｂのグラフにおける縦軸の「吐出し量Ｑ」は、１分あたりの吐出し量（単位：リットル／分）であり、ポンプの流量に相当する。縦軸のスケールは任意である。横軸の単位は、例えばワットであり、そのスケールも任意である。
　図３Ａのデータは、異なる複数の揚程ごとに、モータの消費電力Ｐとポンプ吐出し量Ｑとの関係を実測することによって取得できる。図３Ｂは、図３Ａのデータを補完して作成されたグラフを示している。図３Ｂのグラフは、ポンプ吐出し量Ｑと揚程Ｈおよびモータ消費電力Ｐとの関係を示している。この関係に基づくと、ポンプ吐出し量Ｑは近似関数Ｆ２（Ｐ，Ｈ）によって表現され得る。このような近似関数Ｆ２（Ｐ，Ｈ）を用いれば、モータの消費電力Ｐおよび揚程Ｈを与えると、ポンプ吐出し量Ｑが算出される。
　近似関数を用いる代わりに、ルックアップテーブルなどのテーブルによって上記の関係を表現することもできる。図３Ｂを参照して、揚程Ｈ＝ｈｐおよび消費電力Ｐ＝Ｐｐが与えられたときの、ポンプ吐出し量Ｑの決定の仕方を説明する。揚程Ｈ＝ｈｐの曲線（破線）と消費電力Ｐ＝Ｐｐを示す矢印とが交差する位置（ドット）を求める。この位置（ドット）におけるポンプ吐出し量Ｑの読み、すなわちＱ＝Ｑｐがポンプ吐出し量Ｑの推定値である。
　このように本開示のポンプシステムによれば、ポンプの流量またはポンプ吐出し量を求めるために、まず、モータの回転数および消費電力に基づいて揚程の推定を行う。このため、例えば井戸の水位が周辺地域の汲みあげ状況、季節によって変化しても、それに伴う揚程の変化が考慮された、正確度の高いポンプ吐出し量の推定が実現する。
　なお、深井戸において、水中ポンプにモータの回転数検出センサを取り付けるには、センサ用の長いケーブル配線が必要であるため、敷設の手間およびコストが増加するという問題がある。しかし、センサレスのベクトル制御によって動作する永久磁石同期モータによれば、回転数検出センサを水中ポンプに取り付けなくとも、モータの回転数を正確に求めることが可能である。また、モータの消費電力も、モータ駆動装置の回路によって測定可能であるため、特別の装置を水中ポンプに取り付ける必要もない。
　上記の説明から明らかなように、本開示における「揚程」は、現実の揚程の変動を流量の推定に反映させるパラメータであると解釈することもできる。従って、揚程の推定値が、第１レベルから第２レベルまでの距離Ｈの現実の値に一致している必要はない。
　なお、モータの消費電力は、モータに供給される電力から「損失」を差し引いた値を持つ。この損失の大部分はケーブルのジュール熱である。ケーブルによる損失の大きさは、モータに供給される電力の数パーセント程度である。このため、損失は無視することもできる。また、個々のポンプシステムにおいて、ケーブルの長さおよび導体部の比抵抗は変動しないため、損失の原因となる抵抗の大きさは一定値と取り扱える。モータの消費電力とモータに供給される電力との関係も単純な関係（例えば比例関係）で近似できる。本願では、モータの消費電力を例として本開示の動作を説明するが、前述したように、モータの所費電力とモータに供給される電力とは等価に扱うことができ、両者を区別する意義はない。
＜ポンプシステムの基本構成＞
　以下、図４を参照して、本開示のポンプシステムの基本構成例を説明する。
　図４は、本実施形態におけるポンプシステム１０００の一例を示している。図示される例において、ポンプシステム１０００は、ポンプユニット１００とコントロールユニット２００とを備えている。
　ポンプユニット１００は、ポンプ１０と、ポンプ１０を動作させるモータ２０とを有している。本実施形態におけるポンプ１０は、水中に浸かった状態で使用される水中ポンプである。本開示のポンプシステムは、深井戸の水の汲みあげに好適に用いられ得るが、汲みあげの対象は水に限定されず、湯、石油、その他の液体であってもよい。ポンプ１０は、図４には記載されていない揚水管を用いて第１レベルにある液体を第１レベルよりも高い第２レベルに汲みあげることができる。揚程は、図１を参照して説明したように、第１レベルと第２レベルとの差異（高低差）によって規定される。
　モータ２０は、永久磁石同期モータである。永久磁石同期モータの典型例は、ブラシスレＤＣモータである。モータ２０は、水中での動作が可能な構成を備えている。好ましい態様において、モータ２０は、ホール素子、ロータリエンコーダなどの回転位置検出センサを有していない「センサレス型」である。
　コントロールユニット２００は、通常、地上に設置されて使用される。コントロールユニット２００は、モータ２０に電力を供給してモータ２０を駆動するモータ駆動装置３０と、この電力（消費電力）をモニタする測定回路４０とを備えている。
　モータ駆動装置３０は、ケーブル５０によってモータ２０に電気的に接続されている。簡単のため、ケーブル５０は１本の線で図示されているが、現実のケーブル５０は、例えばＵ、Ｖ、Ｗ相の電流がそれぞれ流れる複数の配線の束であり得る。ケーブル５０は、不図示の水位計に接続される配線を含んでいてもよい。モータ駆動装置３０の典型例は、インバータ回路を含む。インバータ回路は、複数のスイッチング素子が相互に接続されたブリッジ回路を含み、直流電源から複数相の交流電力を生成することができる。モータ駆動装置３０は、インバータ回路における各スイッング素子のゲートを駆動するゲートドライバ回路を含み得る。ゲートドライバ回路は、後述する制御装置７０に含まれていてもよい。
　測定回路４０は、モータ２０およびモータ駆動装置３０の少なくとも一方に電気的に接続されている。測定回路４０は、モータ駆動装置３０からモータ２０に供給される電力（モータの消費電力）をモニタする。この電力（モータの消費電力）は、モータ２０に印加される電圧とモータ２０を流れる電流とから求めることができる。一般に、モータに印加される電圧とモータを流れる電流は、ブラシレスＤＣモータなどの永久磁石同期モータを駆動するときに測定される。このため、電力をモニタするための測定回路４０を用いることは、特に装置の構成を複雑にすることはなく、製造コストの増加も生じない。測定回路４０は、電圧を測定する回路と電流を測定する回路とに分離されていてもよい。図４の例において、測定回路４０はモータ駆動装置３０およびケーブル５０に接続されているが、測定回路４０の接続先は、この例に限定されない。
　本実施形態におけるポンプシステム１０００は、さらに記憶装置６０および制御装置７０を備えている。図示されている例において、記憶装置６０および制御装置７０は、コントロールユニット２００の内部に設けられている。記憶装置６０の典型例は半導体メモリであるが、記憶装置６０は、他の記憶媒体から構成されていてもよい。また、図において、記憶装置６０は１個のブロックとして記載されているが、記憶装置６０は複数のメモリデバイスを含んでいてもよい。記憶装置６０を構成する複数のメモリデバイスは、異なる種類の記憶媒体、例えば、ＥＥＰＲＯＭ、ソリッドステートドライブ、ハードディスクドライブなどの不揮発性メモリデバイス、およびＲＡＭなどの揮発性メモリデバイスを含み得る。複数のメモリデバイスの一部が着脱可能なメモリデバイスであってもよい。
　制御装置７０の典型例は、１個または複数の半導体集積回路チップから構成された半導体装置である。本実施形態における制御装置７０の主要部は、市販のマイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）から実現され得る。制御装置７０と記憶装置６０とが別々の電子部品である必要はない。記憶装置６０の少なくとも一部が、制御装置７０を構成する半導体チップとともに１個の半導体パッケージ内に搭載されていてもよい。
　記憶装置６０には、揚程とモータ２０の回転数および消費電力との関係を規定する第１データが格納されている。第１データを用いることにより、モータ２０の回転数および消費電力から、揚程の推定値を決定することができる。モータ２０の回転数、すなわちモータ速度は、モータ２０に取り付けられたロータ位置センサによっても検出され得るが、本実施形態で使用されているモータ２０は、ロータ位置センサを備えていないセンサレス型である。このため、本実施形態では、ベクトル制御アルゴリズムを実行する過程で推定されるロータの回転位置からモータ速度（回転数）の推定値を取得する。
　記憶装置６０には、ポンプ１０による所定時間あたりの吐出し量（ポンプ流量）と揚程およびモータ消費電力との関係を規定する第２データも格納されている。第２データを用いることにより、揚程および消費電力から、ポンプ１０による所定時間あたりの吐出し量の推定値を決定することができる。
　ある好ましい態様において、第１データおよび第２データは、ポンプシステムの出荷段階から記憶装置６０に格納されている。しかし、ポンプシステム１０００が現場に設置されたとき、または、それ以降に、第１データおよび第２データが記憶装置６０に書き込まれてもよい。また、第１データおよび第２データの内容が、ポンプシステム１０００の設置後にアップデートされたり、部分的に修正されたりしてもよい。
　制御装置７０は、バスラインまたは他の配線などにより、モータ駆動装置３０、測定回路４０、および記憶装置６０に接続されている。制御装置７０は、モータ速度の測定値または推定値とモータ消費電力のモニタ値とに基づいて、記憶装置６０に格納された第１データから揚程の推定値を決定する。制御装置７０は、揚程の推定値を決定したとき、揚程の推定値を記憶装置６０または他の記憶装置に保存する。また、制御装置７０は、揚程の推定値とモータ消費電力のモニタ値とに基づいて、記憶装置６０に格納された第２データから吐出し量の推定値を決定し、吐出し量の推定値を出力する。なお、吐出し量の推定値を決定するときは、保存されている揚程の推定値を記憶装置から読み出し、モータ消費電力のモニタ値を測定回路から取得する。
　第１データは、必ずしも図２Ｂに示されているような補間後のデータである必要はない。例えば図２Ａに示されるように、揚程の予め選択された比較的少数の値（例えば５から１０個）のそれぞれについて回転数と電力との関係を規定する数値データを含んでいてもよい。この場合、制御装置７０は、回転数の測定値または推定値と電力のモニタ値とを取得した後、この数値データに基づいて、揚程の予め選択された複数の値から、例えば補間計算により、揚程の推定値を算出することができる。
　図４に示される例において、ポンプシステム１０００は、さらに通信装置８０および発電装置９０を備える。モータへの電力供給源としては、発電装置９０に加えて、または発電装置９０の代わりに、二次電池などの蓄電装置を備えていてもよい。
　通信装置８０は、制御装置７０に接続されている。通信装置８０は、無線および／または有線により、インターネットその他のネットワークに接続され得る。通信装置８０を介してポンプシステム１０００と通信する外部の機器の例は、スマートフォンなどの携帯端末、およびクラウドサーバとして機能し得るコンピュータなどを含み得る。
　制御装置７０は、１日に少なくとも１回、回転数の測定値または推定値と電力のモニタ値とを取得し、揚程の推定値を更新する。制御装置７０は、ポンプ１０による単位時間あたりの吐出し量の推定値を含む情報を通信装置８０から外部に送信し得る。また、制御装置７０は、ポンプ１０による単位時間あたりの吐出し量（流量）の推定値を含む情報を通信装置８０から外部に周期的に送信してもよいし、外部からの要求に応答して送信してもよい。吐出し量の推定値を含む情報は、例えば、１日あたりの吐出し量、１時間あたりの吐出し量、数分ごとの吐出し量を含み得る。このような情報は、モータ２０の消費電力、回転数などに関する他のモータ情報を含んでいてよい。このように本開示のポンプシステムによれば、通信装置８０を用いることにより、遠隔からでもポンプの吐出し量（流量）などをモニタすることが可能になる。
　制御装置７０は、発電装置９０にも接続されている。好ましい態様において、発電装置９０の動作を制御するようにプログラムされている。発電装置９０は、モータ駆動装置３０の電力を供給する。発電装置９０の例は、太陽電池（Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｃｅｌｌｓ）パネルを含む太陽光発電装置であり、直流電力をモータ駆動装置３０に供給する。発電装置９０の代わりに蓄電装置がモータ駆動装置３０に接続されている場合も、蓄電装置からモータ駆動装置３０には直流電力が供給される。
　発電装置９０を用いることなく、系統（グリッド）から直接または間接的にモータ駆動装置３０に電力が供給されてもよい。その場合、交流を直流に変換する回路がモータ駆動装置３０の前段または内部に設けられ得る。
　制御装置７０は、揚程および吐出し量の推定に必要な動作を行うだけではなく、モータ制御および発電制御に必要な動作を行うこともできる。すなわち、制御装置７０は、モータ駆動装置３０を制御する信号を生成し、この信号をモータ駆動装置３０に送出する。また、制御装置７０は、発電装置９０太陽電池パネルの発電量に応じて、モータ駆動装置を制御する信号を生成する。
＜実施形態＞
１．構成
　以下、本開示のポンプシステムの非限定的で例示的な実施形態を説明する。
　図５は、太陽電池パネルがポンプシステムの発電機能を担う実施形態（ソーラポンプシステム）の構成例を模式的に示している。
　本実施形態におけるポンプシステム２０００は、井戸４００の底近くに位置するポンプ１０およびモータ２０を含むポンプユニット１００と、ポンプユニット１００に接続された揚水管１３と、地上に位置するコントロールユニット２００と、ポンプユニット１００に供給する電力を生成する太陽電池パネル３００とを備えている。揚水管１３の長さは、例えば１０メートル以上１００メートル以下であり得る。
　ポンプ１０は、揚水管１３を介して、第１レベルＬ１にある水を第１レベルＬ１よりも高い第２レベルＬ２に汲みあげることができる。第１レベルＬ１から地面Ｇまでの距離をＨ１、地面Ｇから第２レベルＬ２までの距離をＨ２とすると、揚程Ｈは、Ｈ１＋Ｈ２で示される。図６は、本実施形態のポンプシステム２０００において、第１レベルＬ１で示される井戸の水位が図５の例に比べて低下した状態を模式的に示している。井戸の水位が変動すると、第１レベルＬ１から地面Ｇまでの距離Ｈ１が変化するため、地面Ｇから第２レベルＬ２までの距離Ｈ２が一定であっても、揚程Ｈが変化する。揚程Ｈが変化することは、吐出し量の推定を行うとき、図３Ｂのグラフに示される曲線群から選択するべき曲線を変更することを必要とする。本実施形態によれば、モータ２０の動作状態を地上でモニタすることにより、前述した第１データに基づいて揚程Ｈの推定値を取得することができる。このため、揚程Ｈの変動に応じて、適切な式またはテーブルを選択して正確度が向上した吐出し量の推定が実現する。
　井戸４００の上部は蓋１５で閉じられている。揚水管１３の一端はポンプユニット１００に接続され、他端は吐出管１４に接続されている。吐出管１４の先は、水を貯えるタンク、または灌漑用水路などに水を吐きだすように配置される。ケーブル５０は、蓋１５の開口孔を通ってポンプユニット１００内のモータ２０と地上のコントロールユニット２００とを電気的に接続している。
　太陽電池パネル３００は、地面Ｇに固定された台６２の支柱６４によって支持されている。太陽電池パネル３００を含む発電装置は、コントロールユニット２００に電気的に接続されている（図４参照）。図５に示されている例では、コントロールユニット２００も支柱６４によって支持されている。図に記載されている地面Ｇは平坦であるが、地面Ｇは傾斜していたり、起伏を有していたりしてもよい。
　コントロールユニット２００の内部構成は、図４を参照して説明したように、モータ駆動装置３０と、測定回路４０と、記憶装置６０と、制御装置７０と備えている。図４の通信装置８０の回路部分は、コントロールユニット２００と同一の筐体内に設けられており、通信装置８０のアンテナは図示されていない。図４の発電装置９０が図５に示されるような太陽電池パネル３００を含む場合、太陽電池パネル３００が生成する電力を制御するための公知の発電制御回路（不図示）がコントロールユニット２００に付加され得る。発電制御回路は、降圧回路または昇圧回路などのコンバータを含み得る。好ましい実施形態において、ＭＰＰＴ（Ｍａｘｉｍｕｍ　Ｐｏｗｅｒ　Ｐｏｉｎｔ　Ｔｒａｃｋｅｒ：最大電力点追従）制御が行われる。ＭＰＰＴ制御に必要な演算の一部または全部は、図４の制御装置７０が実行してもよい。ＭＰＰＴ制御に必要な演算は他のマイクロコントローラ（不図示）が行ってもよい。
　太陽電池パネル３００の発電量は太陽高度に応じて変化する。このため、本実施形態における制御装置７０は、太陽電池パネル３００の発電量に応じてモータ駆動装置３０を制御する信号を生成する。太陽高度が高く、太陽電池パネル３００の発電量が相対的に多いとき、モータ２０は、その消費電力が大きくなるようにモータ駆動装置３０によって駆動される。
　図７を参照して、本実施形態におけるコントロールユニット２００の構成例を説明する。図７に示される例において、コントロールユニット２００は、モータ駆動装置３０として機能するインバータ回路３０Ａと、測定回路４０として機能する電流測定器４０Ａおよび電圧測定器４０Ｂと、制御装置７０として機能する半導体集積回路７２とを有している。半導体集積回路７２は、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）７０Ａと、メモリ４６と、Ａ／Ｄ変換回路４２、４４とをさらに有している。
　インバータ回路３０Ａは、ステータ２０Ｓおよびロータ２０Ｒを有するブラシレスＤＣモータ２０Ａに電気的に接続されている。より詳細には、ステータ２０ＳはＵ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線を有しており、それぞれ、インバータ回路３０ＡのＵ相出力、Ｖ相出力、およびＷ相出力に電気的に接続されている。
　図８は、インバータ回路３０Ａの基本構成を示す図である。インバータ回路３０Ａは、モータ２０Ａの３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の巻線に電気的に接続されている。図８に例示されるインバータ回路３０Ａは、フルブリッジインバータを備える汎用的なインバータ回路であり、一般的には、直流電源５００に接続されて使用され得る。前述した発電装置９０が直流電源５００として機能する。ＭＰＰＴ制御を行うため、直流電源５００が出力する電圧は、太陽電池パネルの発電量に応じて変化し得る。
　図８のインバータ回路３０Ａは、スイッチング素子ＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3、ＬＳ1、ＬＳ2、ＬＳ3を備えている。スイッチング素子ＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3、ＬＳ1、ＬＳ2、ＬＳ3は、それぞれ、例えば還流ダイオードを内蔵したＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、または、還流ダイオード素子が並列的に接続されたＭＯＳＦＥＴであり得る。ＭＯＳＦＥＴの代わりに、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）が用いられてもよい。これらのスイッチング素子ＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3、ＬＳ1、ＬＳ2、ＬＳ3は、３相のフルブリッジ回路を構成している。スイッチング素子ＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3、ＬＳ1、ＬＳ2、ＬＳ3のそれぞれのゲート電極（ゲート端子）は、図７のＭＣＵ７０Ａに接続されている。
　より詳細には、スイッチング素子ＨＳ1およびＬＳ1は、直流電源５００の正側に接続されたハイサイドラインＰＬと、負側に接続されたローサイドラインＮＬとの間で第１の接続点Ｎ１を介して直列に接続されている。第１の接続点Ｎ１は、ステータ２０ＳにおけるＵ相巻線の一端に接続されている。スイッチング素子ＨＳ2およびＬＳ2は、ハイサイドラインＰＬとローサイドラインＮＬとの間で第２の接続点Ｎ２を介して直列に接続されている。第２の接続点Ｎ２は、ステータ２０ＳにおけるＶ相巻線の一端に接続されている。スイッチング素子ＨＳ3およびＬＳ3は、ハイサイドラインＰＬとローサイドラインＮＬとの間で第３の接続点Ｎ３を介して直列に接続されている。第３の接続点Ｎ３は、ステータ２０ＳにおけるＷ相巻線の一端に接続されている。
　この例において、Ｕ相、Ｖ相、およびＷ相の巻線は、Ｙ結線またはデルタ結線によって接続されている。このため、例えばＵ相巻線に電流を流すとき、その電流は、Ｖ相巻線およびＷ相巻線の少なくとも一方を通って帰還する必要がある。
　インバータ回路３０Ａにおけるスイッチング素子ＨＳ1、ＨＳ2、ＨＳ3、ＬＳ1、ＬＳ2、ＬＳ3の開閉は、典型的には、ＭＣＵ７０Ａが形成するパルス幅変調（ＰＷＭ）信号に応じて制御され得る。ＰＷＭ信号のデューティを周期的に変化させることにより、擬似的正弦波の波形を持つ交流電圧をＵ相、Ｖ相、およびＷ相巻線に印加することができる。
　ロータ２０Ｒは複数の永久磁石（不図示）を有している。インバータ回路３０Ａからステータ２０ＳのＵ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線のそれぞれに交流電圧が印加されることにより、ロータ２０Ｒが回転する。ロータ２０Ｒの回転速度、すなわち単位時間あたりの回転数は、ステータ２０ＳのＵ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線のそれぞれに印加される交流電圧の周波数によって可変に制御され得る。
　ステータ２０ＳのＵ相巻線、Ｖ相巻線、およびＷ相巻線のそれぞれを流れる電流の大きさは電流測定器４０Ａによって測定される。電流測定器４０Ａの測定結果は、半導体集積回路７２のＡ／Ｄ変換回路４２に入力される。電流測定器４０Ａの構成および接続は、図示される例に限定されず、任意である。
　モータ２０Ａに印加される電圧の大きさは、インバータ回路３０Ａに与えられる電圧、すなわちハイサイドラインＰＬとローサイドラインＮＬとの間の電圧の大きさによって規定される。この電圧は、電圧測定器４０Ｂによって測定される。電圧測定器４０Ｂの測定結果は、半導体集積回路７２のＡ／Ｄ変換回路４４に入力される。電圧測定器４０Ｂの構成および接続は、図示される例に限定されず、任意である。電圧測定器４０Ｂは、電圧保護回路の機能も果たし得る。
　再び図７を参照する。ＭＣＵ７０Ａは、Ａ／Ｄ変換回路４２、４４の出力を受け取る。ＭＣＵ７０Ａは、メモリ４６に記録されているプログラムに従って種々のアルゴリズムを実行する。これらのアルゴリズムは、モータ２０Ａの制御アルゴリズムを含む。モータ制御アルゴリズムの典型例は、ベクトル制御アルゴリズムである。センサレス・ベクトル制御アルゴリズムによれば、モータの動作状態をモニタするため、モータの電流値、電圧値、および回転数などを例えば５０マイクロ秒ごとにセンシングする。具体的には、電流測定器４０Ａによって検出される電流の大きさに基づいて、ロータ２０Ｒの回転位置および回転速度を高い正確度で推定することができる。このようにして、本実施形態のＭＣＵ７０Ａは、ロータ２０Ｒの回転速度の推定値、言い換えると、単位時間あたりのモータ回転数の推定値を取得する。この回転数の推定値は、モータ２０Ａの制御のためだけではなく、ＭＣＵ７０Ａによる揚程の推定にも利用される。
　ＭＣＵ７０Ａは、Ａ／Ｄ変換回路４２、４４の出力に基づいてモータ２０Ａの消費電力の値を取得することができる。この消費電力は、揚程の推定、および吐出し量の推定の両方に用いられる。
　メモリ４６は、前述した第１データおよび第２データを格納する記憶装置６０として機能してもよい。また、このような記憶装置６０は、メモリ４６とは別のメモリデバイスから構成されていてもよい。
２．流量推定の動作
　次に、図９および図１０を参照して、本実施形態におけるポンプシステム２０００の流量推定動作の一例を説明する。また、適宜、図４、図５および図７も参照する。
　まず図９を参照する。ポンプシステム２０００を起動すると、ステップＳ１において、図７のＭＣＵ７０Ａは、図４の記憶装置６０（または図７のメモリ４６）から揚程の起動前設定値を読み込む。起動前設定値は、固定されたデフォルト値であってもよいし、前回の動作終了時点で記憶装置６０などに記録されていた揚程の推定値であってもよい。
　ステップＳ２において、ＭＣＵ７０Ａは、第１規定時間を経過したか否かを判定する。時間の計測は、例えばＭＣＵ７０Ａが備える不図示のタイマによるカウント値に基づいて実行され得る。第１規定時間は、例えば１秒である。Ｙｅｓの場合、ステップＳ３に進む。Ｎｏの場合、第１規定時間を経過するまで、ステップＳ２の判定が繰りかえされる。
　ステップＳ３において、ＭＣＵ７０Ａは、モータ電流の測定値を取得する。ステップＳ４において、ＭＣＵ７０Ａは、モータ電圧の測定値を取得する。これらの測定値の取得（モニタ）は、図７に示される電流測定器４０Ａおよび電圧測定器４０Ｂによって行われ得る。モータの電流および電圧の測定値からはモータの消費電力が定まる。ステップＳ５において、ＭＣＵ７０Ａは、モータ回転数の推定値を取得する。モータ回転数の推定値は、ＭＣＵ７０Ａが実行するベクトル制御の処理中に取得され得る。ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５の順序は、特に限定されず、ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５が同時に実行されてもよい。
　ステップＳ６において、ＭＣＵ７０Ａは、モータ動作の安定度チェックを行う。より詳細には、ＭＣＵ７０Ａは、例えばモータの回転数、入力電力、および消費電力の大きさおよび／または変動に基づいて、モータの制御動作が正常であるか否かを監視しているため、これらの値に応じてモータ動作の安定度を評価することができる。モータ動作が安定状態にないと判定されたときは、ステップＳ１０に進み、前回の揚程推定値を読み出す。なお、モータの回転数、入力電力、および消費電力の大きさは、センサレス・ベクトル制御を実行する過程において、例えば５０マイクロ秒間隔で検出される。このため、モータの動作に異常が発生したときは、図９に示されるフローとは別に迅速に検出される。また、ステップＳ３からＳ５におけるモータの電流値、電圧値、および回転数の取得は、モータのベクトル制御を行うために取得した測定値または推定値の例えば１分間における平均値であり得る。
　ステップＳ７において、ＭＣＵ７０Ａは、第２規定時間を経過したか否かを判定する。第２規定時間は、例えば１０分である。Ｙｅｓの場合、図１０のステップＳ８に進む。Ｎｏの場合、第２規定時間を経過するまで、ステップＳ２からステップＳ７までの処理が繰りかえされる。ポンプシステムの設計者が第２規定時間を変更することにより、揚程推定値の更新間隔が調整される。
　ステップＳ８において、ＭＣＵ７０Ａは、モータ動作が本開示の流量推定処理を行うために充分に安定した状態にあるか否かを判定する。Ｙｅｓの場合、ステップＳ９に進む。Ｎｏの場合、揚程の推定は行わず、ステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、ＭＣＵ７０Ａが前回の処理によって取得されて記憶装置に記録されている揚程の推定値を記憶装置から読み出す。ポンプシステムの起動直後、停止直前、または日照変動が激しいときなど、モータの消費電力および回転数が変動する場合がある。このような場合は、揚程の推定を実行しないことが好ましい。本実施形態では、ステップＳ８において、ＭＣＵ７０Ａは、モータ動作が安定しているか否かを判定し、モータ動作が安定しているときを選択して揚程の推定値を取得する。揚程は短時間（例えば１０分以下の時間）では大きく変化しないため、モータの動作が安定しているときを選択して揚程の推定値を取得し、モータの動作が安定するまでの過渡期間は、その推定値を継続的に使用しつづけても大きな誤差は生じない。動作が安定しているか否かは、例えばモータの回転数および電力の変動が所定レベル以下か否かによって判定可能である。
　ステップＳ９において、ＭＣＵ７０Ａは、ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ５で得たモータの消費電力のモニタ値およびモータ回転数の推定値から、第１データを参照して、揚程の推定値を取得する。具体記には、ＭＣＵ７０Ａが、図４の記憶装置６０または図７のメモリ４６から第１データの数値を読み出す。この数値は、第１データがテーブル形式の場合、モータの消費電力のモニタ値およびモータ回転数の推定値に対応する揚程の値である。第１データが揚程算出のための数式を規定する係数のセットを含んでいる場合、ＭＣＵ７０Ａは、当該係数のセットを第１データから得て、揚程の推定値を求めるための演算を実行する。
　ステップＳ１１において、ＭＣＵ７０Ａは、取得した現在の揚程の推定値と前回の揚程推定値との差異が規定値以下か否かを判定する。この規定値は、例えば２メートルである。Ｙｅｓの場合、ステップＳ１２に進み、ＭＣＵ７０Ａが揚程推定値を更新する。Ｎｏの場合、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３において、ＭＣＵ７０Ａは、最新の揚程推定値と前回の揚程推定値との差異の正負に応じて、前回の揚程推定値から規定値（例えば２メートル）だけ増加または減少させた値に更新する。このような処理を行うことにより、１度の更新によって変化し得る揚程変化量を規制することができる。前述したように揚程が短時間で大きく変動することは稀であり、規制範囲を超える大きな変動は、測定または計算のエラーに起因している可能性があるからである。
　ステップＳ１４において、ＭＣＵ７０Ａは、揚程の推定値およびモータの消費電力から、第２データを参照して、流量（吐出し量）の推定値を取得する。ステップＳ１４の処理を行った後、図９のステップＳ２に戻る。
　上記の例では、モータの消費電力のモニタ値および回転数の推定値は１分ごとに取得され、揚程の推定値は１０分ごとに更新される。揚程の推定値が更新されると、流量の推定値が取得される。
　この例におけるポンプ流量推定方法よれば、流量の推定値が１０分ごとに得られる。例えば時刻ｔに取得された流量の推定値がｑ（ｔ）リットル／分であったとすると、１０分間の吐出し量は、ｑ（ｔ）×リットルである。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間に取得された流量の推定値を積算すると、その期間における合計吐出し量を求めることができる。例えば、毎日、ポンプシステムが稼働している時間の合計吐出し量（１日に汲みあげた水の総量）を求めることができる。
　太陽光発電によって動作するポンプシステムは、発電しない夜間は停止する。このため、毎日、その日最初に起動するときは、ポンプシステムの揚水管内に水がないという状態が生じ得る。そのため、起動後、ポンプから揚水管の吐出口まで水が押し上げられていく期間は、ポンプシステムから水は吐出されない。従って、現実の吐出し量の積算値を求めるとき、起動直後に取得される吐出し量の推定値は計算に含めるべきではない。本実施形態では、制御装置が、吐出し量の推定値を決定して吐出し量の前記推定値を出力するとき、ポンプ起動後に液体が第１レベルから第２レベルに初めて汲みあげられるまでの液体量に相当する値を吐出し量の推定値から差し引く。このため、起動後、空であった揚水管の内部が水で満たされて吐出しが始まるまでの時間を求め、その時間においては、モータの消費電力に関わらず、合計吐出し量（水量）の積算を実行しない。空であった揚水管の内部が水で満たされて吐出しが始まるまでの時間は、揚水管などの配管の長さに応じて算出され得る。このような処理の内容は、図７のＭＣＵ７０Ａの動作を規定するプログラムによって決定され得る。
　なお、上記の実施形態において「ポンプ流量推定装置」として機能する部品のセットが、ポンプユニット１００から分離して製造販売されてもよい。このようなポンプ流量推定装置は、永久磁石同期モータおよびモータ駆動装置の少なくとも一方に電気的に接続され、電力をモニタする測定回路と、第１レベルと第２レベルとの差異によって規定される揚程と永久磁石同期モータの単位時間あたりの回転数および電力との関係を規定する第１データ、ならびに、ポンプによる所定時間あたりの吐出し量と揚程および電力との関係を規定する第２データが格納された記憶装置と、モータ駆動装置、前記測定回路、および記憶装置に接続された制御装置とを備える。この制御装置は、前述した制御装置と同様に、回転数の測定値または推定値と電力のモニタ値とに基づいて、記憶装置に格納された第１データから揚程の推定値を決定し、揚程の推定値と電力のモニタ値とに基づいて、記憶装置に格納された第２データから吐出し量の推定値を決定し、吐出し量の前記推定値を出力する。
＜変形例１＞
　図１１は、設置現場で配管（揚水管１３および吐出管１４）の長さが当初の設計値から変更された例を示している。揚水管１３の上端が上昇すると、地面Ｇから第２レベルＬ２までの距離Ｈ２が長くなる。このことは、Ｈ１＋Ｈ２で示される揚程（実揚程）Ｈの増加を招く。一方、吐出管１４が水平横方向に延びることは、Ｈ１＋Ｈ２で示される揚程（実揚程）Ｈを変化させない。しかし、吐出管１４が長くなると、管内損失が無視できる範囲を超えて増加する可能性がある。このようなことに起因して、第１データおよび第２データを作製したときの揚程（Ｈ＝ｈ１、ｈ２、・・・、ｈ５）と、実際に設置されたポンプシステムにおける揚程との間に差異が発生し得る。
　このような差異によって吐出し量の推定に大きな誤差が生じないようにするためには、現場にポンプシステムを設置したとき、水量計または流量計を用いて、ポンプ動作時における吐出し量（流量）を実測することが好ましい。この場合、ポンプシステムの動作時に取得された吐出し量（流量）の推定値と実測値と比較し、推定値が実測値に近づくように補正を実行しればよい。このような補正は、第１データおよび第２データを規定する数式またはテーブルを補正する方法、または、前述した方法で推定された値に補正量を加算したり、補正係数を掛けたりする方法を用いて実現し得る。実測値と推定値との差の原因が揚程の推定誤差に起因する場合、第１データを参照して得られた揚程の推定値を補正するだけで、流量推定の正確度を高めることもできる。
　なお、上記の実施形態では、インバータ回路を含むモータ駆動装置３０が地上に位置するコントロールユニット２００に配置されているが、本開示のポンプシステムは、この例に限定されない。モータ駆動装置３０の一部または全部がポンプユニット１００内に配置されていてもよい。１個のモータモジュールがモータ２０およびモータ駆動装置３０を備えていてもよい。このようなモータモジュールがポンプユニット１００内に配置される場合、ポンプユニット１００から地上に延びるケーブルには、発電装置に接続された電源線と、制御装置に接続された信号線とが含まれ得る。
＜実施例＞
　図１２は、本開示の実施形態におけるポンプシステム２０００について、電力および出力の時間依存性を示すグラフである。横軸は時間であり、１日のうちの日の出から日の入りまでの期間を示している。縦軸は、電力である。グラフ中の破線は、太陽電池パネルを備える発電装置が作り出す電力（単位時間あたりの発電量）を示し、実線はモータの消費電力を示している。これらの電力は相互に略等しい大きさを持ち、１日のうちでも大きく変化する。太陽光による単位時間あたりの発電量は、太陽高度および雲の拡がり状態にも依存する。
　図１３は、本開示の実施形態におけるポンプシステム２０００によって得られた流量の推定値および揚程の推定値を示すグラフである。左側の縦軸は流量の推定値であり、右側の縦軸は揚程の推定値である。横軸は時間であり、１日のうちの日の出から日の入りまでの期間を示している。このグラフからは、揚程の推定値が安定して約３０メートルを示している期間（安定期間）と、その期間の前後に不安定に変動する期間（不安定期間）とが観察される。モータに供給される電力が小さすぎると、モータの制御動作は不安定になる。グラフに示されるような不安定期間に取得された揚程の推定値は、揚程の現実の値から大きく異なり得るため、流量の推定に用いることは好ましくない。図９および図１０を参照しながら説明した手順に従えば、このような不安定期間に揚程の推定値の更新は行わない。
　なお、図１３に示される例では、流量が図１２に示されるモータ消費電力に応じて増減している。揚程が実質的に一定であるときは、モータに供給される電力が大きいほど、モータの消費電力が増加し、流量（単位時間あたりの吐出し量）も増加する。
　図１４は、モータ回転数（１分あたりの回転数）および流量（１分あたりの吐出し量）の時間依存性を示すグラフである。図１４に示されている流量のデータは、図１３に示されている流量のデータに等しい。この例では、揚程が実質的に一定であるため、モータの回転数に応じて流量が変化している。
　図１５は、本開示の実施形態におけるポンプシステム２０００によって推定された流量、および流量計で測定された流量の値（比較例）のモータ消費電力依存性を示すグラフである。本実施形態によれば、モータ消費電力が１５００ワットを超えるとき、流量の推定値と実測値との間の誤差は約５％以下であった。
　本実施例のポンプシステムによれば、流量計を備えることなく、高い正確度で流量、すちわち所定時間あたりの吐出し量を推定することができる。この推定の正確度は、揚程が変化しても維持されるため、従来技術に比べて毎日または所定時間ごとの井戸くみ上げ量を正確にモニタすることが可能になる。
　本開示のポンプシステムは、流量計を必要とせず、揚程が変化する状況でも吐出し量を高い正確度でモニタすることができる。このため、井戸から水を汲みあげて灌漑または飲用に供する用途に利用され得る。また、本開示のポンプシステムは、井戸水の汲みあげに限定されず、液体を汲みあげることが求められる種々の装置またはシステムに利用され得る。
　１０・・・ポンプ、１１Ｌ・・・第１液槽、１１Ｕ・・・第２液槽、１２・・・液体（水）、１３・・・揚水管、１４・・・吐出管、１５・・・井戸の蓋、２０・・・モータ、３０・・・モータ駆動装置、３０Ａ・・・インバータ回路、４０・・・測定回路、４０Ａ・・・電流測定回路、４０Ｂ・・・電圧測定回路、５０・・・ケーブル、６０・・・記憶装置、７０・・・制御装置、８０・・・通信装置、９０・・・発電装置、１００・・・ポンプユニット、２００・・・コントロールユニット、３００・・・太陽電池パネル、１０００・・・ポンプシステム、２０００・・・ポンプシステム

Claims (18)

  1. 　第１レベルにある液体を前記第１レベルよりも高い第２レベルに汲みあげるポンプと、
    　前記ポンプを動作させる永久磁石同期モータと、
    　前記永久磁石同期モータに電気的に接続され、前記永久磁石同期モータに電力を供給するモータ駆動装置と、
    　前記永久磁石同期モータおよび前記モータ駆動装置の少なくとも一方に電気的に接続され、前記電力をモニタする測定回路と、
    　前記第１レベルと前記第２レベルとの差異によって規定される揚程と前記永久磁石同期モータの単位時間あたりの回転数および前記電力との関係を規定する第１データ、ならびに、前記ポンプによる所定時間あたりの吐出し量と前記揚程および前記電力との関係を規定する第２データが格納された記憶装置と、
    　前記モータ駆動装置、前記測定回路、および前記記憶装置に接続された制御装置と、
    を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記回転数の測定値または推定値と前記電力のモニタ値とに基づいて、前記記憶装置に格納された前記第１データから前記揚程の推定値を決定し、
    　前記揚程の前記推定値と前記電力のモニタ値とに基づいて、前記記憶装置に格納された前記第２データから前記吐出し量の推定値を決定し、前記吐出し量の前記推定値を出力する、ポンプシステム。
  2. 　前記第１データおよび前記第２データのそれぞれは、テーブルまたは式によって表現されている、請求項１に記載のポンプシステム。
  3. 　前記制御装置は、前記揚程の推定値を決定したとき、前記揚程の前記推定値を前記記憶装置または他の記憶装置に保存し、
    　前記吐出し量の推定値を決定するときは、保存されている前記揚程の前記推定値を読み出し、前記電力のモニタ値を前記測定回路から取得する、請求項１または２に記載のポンプシステム。
  4. 　前記制御装置は、１日に少なくとも１回、前記回転数の測定値または推定値と前記電力のモニタ値とを取得し、前記揚程の前記推定値を更新する、請求項３に記載のポンプシステム。
  5. 　前記制御装置は、前記回転数および前記電力の変動が所定レベル以下のときに、前記回転数の測定値または推定値および前記電力のモニタ値を取得し、前記揚程の推定値を決定する、請求項１から４のいずれかに記載のポンプシステム。
  6. 　前記制御装置は、前記吐出し量の推定値を決定して前記吐出し量の前記推定値を出力するとき、ポンプ起動後に前記液体が前記第１レベルから前記第２レベルに初めて汲みあげられるまでの液体量に相当する値を前記吐出し量の前記推定値から差し引いて前記推定値を補正する、請求項１から５のいずれかに記載のポンプシステム。
  7. 　前記制御装置に接続された通信装置をさらに備え、
    　前記制御装置は、前記吐出し量の前記推定値を含む情報を前記通信装置から外部に送信する、請求項１から６のいずれかに記載のポンプシステム。
  8. 　前記制御装置は、前記吐出し量の前記推定値を含む前記情報を前記通信装置から外部に周期的に送信する、請求項７に記載のポンプシステム。
  9. 　前記制御装置は、外部からの要求に応答して、前記吐出し量の前記推定値を含む前記情報を前記通信装置から外部に送信する、請求項７または８に記載のポンプシステム。
  10. 　前記電力の供給源として機能する発電装置または蓄電装置をさらに備える、請求項１から９のいずれかに記載のポンプシステム。
  11. 　前記発電装置は太陽電池パネルを含む、請求項１０に記載のポンプシステム。
  12. 　前記第１データおよび前記第２データは、出荷段階から前記記憶装置に格納されている、請求項１から１１のいずれかに記載のポンプシステム。
  13. 　前記第１データは、前記揚程の予め選択された複数の値のそれぞれについて前記回転数と前記電力との関係を規定する数値データを含み、
    　前記制御装置は、前記回転数の測定値または推定値と前記電力のモニタ値とを取得した後、前記数値データに基づいて、前記揚程の予め選択された前記複数の値から計算によって前記揚程の推定値を算出する、請求項１から１２のいずれかに記載のポンプシステム。
  14. 　前記制御装置は、前記第１データおよび前記第２データの少なくとも一方を補正して用いる、請求項１から１３のいずれかに記載のポンプシステム。
  15. 　前記制御装置は、前記モータ駆動装置を制御する信号を生成し、前記信号を前記モータ駆動装置に送出する、請求項１から１４のいずれかに記載のポンプシステム。
  16. 　前記制御装置は、前記太陽電池パネルの発電量に応じて、前記モータ駆動装置を制御する信号を生成し、前記信号を前記モータ駆動装置に送出する、請求項１１に記載のポンプシステム。
  17. 　ポンプシステムとともに用いられるポンプ流量推定装置であって、前記ポンプシステムは、第１レベルにある液体を前記第１レベルよりも高い第２レベルに汲みあげるポンプと、前記ポンプを動作させる永久磁石同期モータと、前記永久磁石同期モータに電気的に接続され、前記永久磁石同期モータに電力を供給するモータ駆動装置とを有しており、
    　前記ポンプ流量推定装置は、
    　前記永久磁石同期モータおよび前記モータ駆動装置の少なくとも一方に電気的に接続され、前記電力をモニタする測定回路と、
    　前記第１レベルと前記第２レベルとの差異によって規定される揚程と前記永久磁石同期モータの単位時間あたりの回転数および前記電力との関係を規定する第１データ、ならびに、前記ポンプによる所定時間あたりの吐出し量と前記揚程および前記電力との関係を規定する第２データが格納された記憶装置と、
    　前記モータ駆動装置、前記測定回路、および前記記憶装置に接続された制御装置と、
    を備え、
    　前記制御装置は、
    　前記回転数の測定値または推定値と前記電力のモニタ値とに基づいて、前記記憶装置に格納された前記第１データから前記揚程の推定値を決定し、
    　前記揚程の前記推定値と前記電力のモニタ値とに基づいて、前記記憶装置に格納された前記第２データから前記吐出し量の推定値を決定し、前記吐出し量の前記推定値を出力する、ポンプ流量推定装置。
  18. 　第１レベルにある液体を前記第１レベルよりも高い第２レベルに汲みあげるポンプと、前記ポンプを動作させる永久磁石同期モータと、前記永久磁石同期モータに電気的に接続され、前記永久磁石同期モータに電力を供給するモータ駆動装置とを備えるポンプシステムにおけるポンプ流量推定方法であって、
    　前記第１レベルと前記第２レベルとの差異によって規定される揚程と前記永久磁石同期モータの単位時間あたりの回転数および前記電力との関係を規定する第１データを用いて、前記回転数の測定値または推定値と前記電力のモニタ値とから、前記揚程の推定値を決定し、
    　前記ポンプによる所定時間あたりの吐出し量と前記揚程および前記電力との関係を規定する第２データを用いて、前記揚程の前記推定値と前記電力のモニタ値とかせ、前記吐出し量の推定値を決定する、ポンプ流量推定方法。
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