JPH0861287A - ポンプ用インバータユニット及びそのユニットを備えたポンプ装置 - Google Patents

ポンプ用インバータユニット及びそのユニットを備えたポンプ装置

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JPH0861287A
JPH0861287A JP6210661A JP21066194A JPH0861287A JP H0861287 A JPH0861287 A JP H0861287A JP 6210661 A JP6210661 A JP 6210661A JP 21066194 A JP21066194 A JP 21066194A JP H0861287 A JPH0861287 A JP H0861287A
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pump
inverter unit
motor
output
voltage
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JP6210661A
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Masakazu Yamamoto
雅和 山本
Yoshio Miyake
良男 三宅
Kouji Isemoto
耕司 伊勢本
Keita Uei
圭太 上井
Yoshiaki Miyazaki
義晶 宮崎
Hajime Chiyoushiya
一 丁子谷
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Ebara Corp
Ebara Densan Ltd
Original Assignee
Ebara Corp
Ebara Densan Ltd
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
    • F04D15/0066—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems by changing the speed, e.g. of the driving engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D15/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or systems
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な回路構成によりポンプの運転に十分な
信頼性及び動作特性を確保することのできるインバータ
ユニット及びそのインバータユニットを備えたポンプ装
置を提供する。 【構成】 モータで駆動されるポンプに使用するインバ
ータユニットにおいて、前記インバータユニット５４
は、三相商用電源電力を整流して直流化するコンバータ
部６４と、該コンバータ部で形成された直流から任意の
周波数及び電圧の交流電力を形成するインバータ部６６
とからなり、制御装置６８の指令により該インバータ部
で形成された任意の周波数及び電圧の交流電力は、前記
商用電源の相結線Ｒ，Ｓ，Ｔとは無関係に前記モータ１
に所定の相の三相電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はモータで駆動されるポン
プに使用するインバータユニット及びそのユニットを備
えたポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、商用電力を所定の周波数・電
圧に変換して出力するインバータユニットは広く知られ
ており、ポンプを駆動するモータの省エネ運転等に広く
使用されている。最近では、ポンプに内蔵されたモータ
を駆動するための専用のインバータを設け、「インバー
タポンプ」と称しているものもある。しかしながら、係
る「インバータポンプ」は既存のインバータユニット
と、モータを内蔵したポンプとを単純に組合せただけで
あり、互いに独立して機能していたものを単に組合わせ
たものに過ぎない。従来のインバータユニットは、モー
タの回転速度及び供給電圧を任意に変化させる目的で構
成されており、そのため回路構成にマイクロコンピュー
タ等を採用し、部品構成も複雑となり、様々の機能を提
供できる反面、高価となり、また複雑な機能によりトリ
ップ等が発生しやすいという問題点を有していた。
【０００３】また、過電流あるいは欠相等に対する保護
装置も、電流検出器、電圧検出器、遮断器等をインバー
タユニットと商用電源間あるいはインバータユニットと
モータ間に挿入する必要があった。このため、インバー
タユニットの周辺の回路構成も複雑となり、装置が大型
化するという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のイ
ンバータユニットは、高度の機能を有しているにも係わ
らず、その潜在的能力を充分に発揮させるのは困難であ
り、特に、ポンプをスムーズに加減速でき、異常時には
停止できる交流電源が欲しいような場合には、係る従来
技術に示されるインバータユニットは不向きであった。
【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、ポンプ及びモータを保護のための機能を回路を単
純化した専用のインバータユニットに組込み、簡単な回
路構成によりポンプの運転に十分な信頼性及び動作特性
を確保することのできるインバータユニット及びそのイ
ンバータユニットを備えたポンプ装置を提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、モータで駆動
されるポンプに使用するインバータユニットにおいて、
前記インバータユニットは、三相商用電源電力を整流し
て直流化するコンバータ部と、該コンバータ部で形成さ
れた直流から任意の周波数及び電圧の交流電力を形成す
るインバータ部とからなり、該インバータ部で形成され
た任意の周波数及び電圧の交流電力は、前記商用電源の
相結線とは無関係に前記モータに所定の相の三相電力を
供給することを特徴とする。
【０００７】また、前記ポンプ用インバータユニット
は、前記インバータユニットの生成する周波数及び電圧
を指令する制御装置を更に備え、前記モータの始動に要
する時間を予め設定しておき、該時間内に定格周波数及
び電圧に徐々に上昇させるソフトスタート機能を備えた
ことを特徴とする。
【０００８】また、前記ポンプ用インバータユニット
は、前記インバータユニットの生成する周波数及び電圧
を指令する制御装置を更に備え、前記モータの停止に要
する時間を予め設定しておき、該時間内に定格周波数及
び電圧から徐々に停止させるソフトストップ機能を備え
たことを特徴とする。
【０００９】また、前記インバータユニットには過電流
検出器を備え、該過電流検出器により過電流が検出され
た場合には、前記インバータユニットの出力を低下させ
る手段を備えたことを特徴とする。
【００１０】また、前記過電流を検出した場合に、予め
設定した定格電流値となるように前記出力周波数及び電
圧を低下させる手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】また、前記インバータユニットは、１次側
および２次側の欠相状態を検出する検出器を備え、該欠
相状態が検出されたならば、前記ポンプを停止する手段
を備えたことを特徴とする。
【００１２】また、前記インバータユニットは、ポンプ
の空転状態を検出する検出器を備え、該ポンプの空転が
検出された場合には前記ポンプへの出力を停止する手段
を備えたことを特徴とする。
【００１３】また、前記電流検出器は、検出された電流
値が予め設定した電流値よりも低い場合には、前記ポン
プへの出力を停止する手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】また、前記モータの始動に要する時間の中
で、ある一定の周波数及び電圧で出力する期間を設け、
該期間における電流値が予め設定した電流値よりも低い
ことを検出して、前記交流出力を停止する機能を設けた
ことを特徴とする。
【００１５】また、前記ポンプには満水検知器を備え、
該満水検知器が前記ポンプの空転状態を検出した場合に
は、前記インバータユニットの出力を停止する機能を備
えたことを特徴とする。
【００１６】また、前記モータの固定子巻線にサーマル
プロテクタを設け、該サーマルプロテクタが予め設定し
た温度にて出力する信号を前記制御装置により検出し
て、前記インバータユニットの出力を停止する手段を備
えたことを特徴とする。
【００１７】また、前記インバータユニットは、出力周
波数と出力電圧との関係を一義的に定めたものであるこ
とを特徴とする。
【００１８】また、前記インバータユニットは、前記出
力周波数及び出力電圧を連続的（アナログ的）ではなく
離散的（デジタル的）に出力するものであることを特徴
とする。
【００１９】また、前記ポンプは、全周流型ポンプであ
ることを特徴とする。
【００２０】また、前記ポンプは、自液潤滑軸受型のキ
ャンドモータポンプであることを特徴とする。
【００２１】また、前記インバータユニットは、前記全
周流型ポンプの外面に取付けられたものであることを特
徴とする。
【００２２】また、前記インバータユニットは、前記全
周流型ポンプの吐出圧力の作用しない部位に配置された
ことを特徴とする。
【００２３】
【作用】前記インバータユニットの出力は直流から形成
された任意の周波数及び電圧の交流電力である。従っ
て、商用電源の相結線とは無関係となり、駆動するモー
タにインバータ部で定めた相の三相電力を供給すること
ができる。このため、モータに与えられる相が逆とな
り、ポンプが逆転するという問題を生じる恐れがない。
従って、ポンプの逆転に伴う吐出量不足、羽根車ナット
の脱落に伴う羽根車の脱落等の問題からポンプを保護す
ることができる。
【００２４】ソフトスタート機能を備えることから、起
動／停止を激しく繰り返す運転の場合にも、大きな始動
電流が流れないためモータが異常に発熱するという問題
を防止することができる。ソフトスタート機能によりポ
ンプの回転数が徐々に高まるため、ポンプに接続された
配管、あるいはポンプ自身に激しい圧力変動が生じな
い。そのため、ポンプ及び周辺の配管系の機械的な疲労
破壊を防止することができる。また、異常に高い始動ト
ルクが発生しないため、主軸、あるいは羽根車ボス部等
の疲労破壊を防ぐことができる。
【００２５】ソフトストップ機能を備えていることか
ら、ポンプの急激な停止が防止され、上述と同様にポン
プ及び周辺の配管系の激しい圧力変動が防止され、各部
の疲労破壊を防止することができる。
【００２６】モータおよびインバータユニットを過電流
から保護するための機能を備えたことから、例えばポン
プが過大流量（過負荷）で使用され、モータが過負荷状
態になった場合にもインバータユニットの出力を低下し
てモータ及びポンプを保護することができる。
【００２７】過電流を検出した場合に、あらかじめ設定
した定格電流値となるように出力周波数を低下させてモ
ータおよびインバータユニットを保護する機能を設けた
ことから、ポンプが過負荷状態になった場合にもインバ
ータユニットの出力周波数が低下して回転数が減少し、
ポンプ、モータおよびインバータユニットが保護され
る。
【００２８】インバータユニットの１次側および２次側
の欠相状態を検出し、モータへの出力を停止する機能を
設けたことから、欠相が発生した場合にポンプ及びモー
タを保護することができる。また、吸込側の本配管に急
激な圧力変動が生じることを防止でき、ウォータハンマ
（水撃現象）から配管その他を保護することができる。
【００２９】ポンプの空転状態を検出し、モータへの出
力を停止する機能を設けたことから、ポンプの空運転を
防止することができる。特に自液潤滑軸受型のキャンド
モータポンプ等では、空運転を行うと軸受を痛めてしま
うことがあるが、このような問題の生じる恐れがなくな
る。
【００３０】定格電圧・周波数時の電流値があらかじめ
設定した電流値よりも低いことを検出して、モータへの
出力を停止する機能を備えたことから、定格周波数・電
圧まで上昇した時点で空運転している場合にこれを解除
することができる。
【００３１】前述のソフトスタート時にあらかじめ設定
した周波数・電圧で出力される一定期間を設け、この間
における電流値があらかじめ設定した電流値よりも低い
ことを検出してモータへの出力を停止する機能を備えた
ことから、定格周波数・電圧に達する前に、すなわちポ
ンプの回転数があまり上昇しない時点で空運転を検出し
てポンプを停止させることができる。空運転の防止によ
り、例えば硬くてもろいＳｉＣ等の材質で製作された自
液潤滑軸受を使用する場合にはその保護に特に有効であ
る。
【００３２】ポンプに満水検出器を設け、その満水検出
器によりポンプの空運転状態を検出した場合にモータへ
の出力を停止する機能を備えたことからポンプの空運転
を完全に防止することができる。
【００３３】モータの固定子巻線にサーマルプロテクタ
を設け、そのサーマルプロテクタがあらかじめ設定した
温度で発生する信号を検出してモータへの出力を停止す
る機能を設けたことから、高温の液体の流入、あるいは
締切運転によるモータ巻線温度の上昇からモータを保護
することができる。
【００３４】インバータユニットの出力周波数と出力電
圧との関係を一義的に定めたことから、インバータユニ
ットの不要な機能が削除される。このため、使用者が誤
ってインバータユニットを操作することでモータ等に損
傷を与える可能性を低くすることができる。また、上述
のような不要な機能の削減ができるので、その部分の製
造コストを削減し、種々の有効な機能の増加に振り当て
ることができる。
【００３５】インバータユニットの出力周波数・電圧を
離散的（デジタル的）に変更するようにしたことから、
同様に従来のインバータユニットの無駄な機能が削除さ
れ、製造コストの低減、あるいは有効な機能の向上に振
り当てることができる。
【００３６】また、インバータユニットを全周流型ポン
プに適用することから、特に全周流型ポンプでは相回転
方向の確認が難しいが、逆相回転の恐れがないというこ
とはポンプの安全運転上、有効である。また、全周流型
ポンプにおいては締切り運転時にポンプ内の水温が上昇
し、モータの温度も上昇するが、サーマルプロテクタに
より出力を停止してモータを保護することができる。
【００３７】自液潤滑軸受型のキャンドモータポンプを
用いる場合には、空運転すると軸受が破損する可能性が
高いが、空運転時の出力停止等の機能により安全性を高
めることができる。
【００３８】インバータユニットを全周流型ポンプの外
面に取付けることから、インバータユニットが簡便にか
つ確実に冷却できる。このため、冷却不良によるインバ
ータユニットの動作不良を発生するという問題が解決さ
れ、ひいてはポンプ装置全体としての信頼性が向上す
る。
【００３９】インバータユニットを全周流型ポンプの吐
出圧力の作用しない部位に配置したことから、ポンプ吐
出圧によるポンプ外面の変形や振動からインバータユニ
ットを保護することができ、ひいてはポンプ装置全体と
しての信頼性が向上する。
【００４０】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図１乃至図
７を参照しながら説明する。
【００４１】図１は本発明の一実施例の全周流型両吸込
ポンプの断面図である。全周流型両吸込ポンプは中央に
キャンドモータ１を備えており、このキャンドモータ１
の主軸２の両軸端に軸方向外方に開口した吸込部を有す
る羽根車３Ａ，４Ａ；３Ｂ，４Ｂがそれぞれ固定されて
いる。キャンドモータ１の両側部に設けられたポンプ部
は締切揚程が同一で流量は異なっている。そして、これ
らキャンドモータ１及び羽根車３Ａ，４Ａ；３Ｂ，４Ｂ
を収容する外筒５及び左右のカバー６，７が設けられて
いる。外筒５とカバー６及び外筒５とカバー７とは、フ
ランジ８，９で固定されている。羽根車３Ａ，４Ａ；３
Ｂ，４Ｂの各翼は板金により製作されている。
【００４２】前記外筒５は両端部近傍にそれぞれ吸込窓
５ａ，５ｂを具備し、外筒５の外部には、これら吸込窓
５ａ，５ｂを接続するように吸込ケース１０が設置され
ている。吸込ケース１０は中央部にポンプ吸込口１１が
開口している。また吸込ケース１０内に空気溜りができ
ないように、外筒５の外周部の吸込窓５ａ，５ｂの円周
方向の幅を吸込ケース１０の幅と対応させている。そし
て、ポンプ吸込口１１には吸込フランジ１２が設けられ
ている。
【００４３】外筒５の内部には、仕切板１５，１６が固
定されている。仕切板１５，１６は開口部１５ａ，１６
ａにゴム等の弾性材からなるシール部材１７，１７が固
定され、底部１５ｂ，１６ｂに吸込開口１５ｃ，１６ｃ
が形成されている。
【００４４】また仕切板１５，１６の内側には、それぞ
れ第１内ケーシング１８Ａ，１８Ｂ及び第２内ケーシン
グ１９Ａ，１９Ｂが設置されている。第１内ケーシング
１８Ａ，１８Ｂは戻り羽根１８ａ，１８ａを有し、第２
内ケーシング１９Ａ，１９Ｂはガイドベーン又はボリュ
ートを構成する案内装置１９ａ，１９ａを有している。
第２内ケーシング１９Ａ，１９Ｂはインロー嵌合部を有
し、このインロー嵌合部がキャンドモータ１のモータフ
レーム２４と嵌合されている。第１内ケーシング１８
Ａ，１８Ｂと仕切板１５，１６との間隙にはシール部材
２０，２０がそれぞれ介装されており、このシール部材
２０，２０によって吸込側（低圧側）と吐出側（高圧
側）とがシールされている。第１，第２内ケーシング１
８Ａ，１８Ｂ；１９Ａ，１９Ｂの内端には、それぞれラ
イナーリング２１が配設されている。
【００４５】前記キャンドモータ１のモータフレーム２
４は略円筒状のフレーム外胴２５と、このフレーム外胴
２５の両側開口部に設けられたフレーム側板２６，２７
とから構成されている。モータフレーム外胴２５にはケ
ーブルハウジング２２が溶接によって固定されており、
モータフレーム外胴２５内のコイルからリード線を外部
に引出すとともにこのケーブルハウジング２２内で電源
ケーブル４６と接続するようになっている。ケーブルハ
ウジング２２には、電源ケーブル４６を保持するための
ケーブルコネクタ４７が溶接されている。
【００４６】前記モータフレーム２４内には、ステータ
２８及びロータ２９が配設されている。ロータ２９は主
軸２によって支持されており、また、ステータ２８の内
側には円筒状のキャン３０が嵌着されている。
【００４７】前記フレーム側板２６，２７には、軸受ハ
ウジング３１，３２が着脱可能に設けられており、この
軸受ハウジング３１，３２はラジアル軸受３３，３４を
それぞれ保持しており、ラジアル軸受３３は主軸２に嵌
合された軸スリーブ３５を回転支承し、ラジアル軸受３
４は主軸２に嵌合された軸スリーブ３６を回転支承する
ようになっている。前記軸受ハウジング３１，３２とモ
ータフレーム側板２６，２７との固定は、すきまばめの
インローと弾性材からなるＯリング３７，３８によって
それぞれなされている。
【００４８】しかして、外筒５とキャンドモータ１のモ
ータフレーム２４との間には環状の空間４０が形成さ
れ、外筒５の外周部には開口５ｃが形成され、この開口
部に吐出ノズル４１が固定されている。吐出ノズル４１
には吐出口４１ａが開口されるとともに吐出フランジ４
２が固定されている。
【００４９】さらに、本実施例においては、図１に示す
ように外筒５の一端を塞ぐカバー６にインバータユニッ
ト５４が固定され、このインバータユニット５４を被う
ようにカバー５５が設けられている。インバータユニッ
ト５４は取扱液が接触するカバー６に固定されているた
め、インバータユニット５４は効率よく冷却される。イ
ンバータユニット等の高度集積回路は一般に外力や振動
に弱いが、この点で特にポンプ吐出圧力の加わる外筒外
周（吐出圧力によって変形する）よりも、吸込圧力しか
加わらないカバー６の外面に取付けた方が信頼性が高
い。
【００５０】次に、前述のように構成された全周流型両
吸込ポンプの動作を説明する。ポンプ吸込口１１より吸
い込まれた流体は、吸込ケース１０によって左右に分岐
して吸込窓５ａ，５ｂよりポンプ部に流入する。ポンプ
部に流入した流体は、仕切板１５，１６に形成された吸
込開口１５ｃ，１６ｃを通って羽根車３Ａ，３Ｂ；４
Ａ，４Ｂにより昇圧される。羽根車４Ａ，４Ｂから吐出
された流体は、それぞれ案内装置１９ａ，１９ａを経て
遠心方向から軸方向に流れ方向が転換された後、外筒５
とキャンドモータ１のモータフレーム２４との間に形成
された環状流路４０に流入し、この流路４０を流れる間
に合流し外筒５の開口５ｃより吐出ノズル４１を経て吐
出口４１ａより吐出される。
【００５１】本実施例によれば、モータフレーム外胴２
５は全周がポンプ吐出液にて囲まれることになり、均一
な圧力を受けるため、不均一な歪みや変形を生じること
がない。また、外筒５の内周部に仕切壁１５，１６を設
けているので、外筒内部をポンプ吸込圧力側とポンプ吐
出圧力側に分離でき、外筒内部の半径方向および円周方
向の圧力分布を均一にできる。
【００５２】図２は、インバータユニット５４の回路構
成を示すプロック図である。
【００５３】インバータユニット５４は三相商用電源
Ｒ，Ｓ，Ｔにその入力側が接続され、ポンプＰに内蔵さ
れたモータ１にその出力側が接続されている。インバー
タユニット５４は、三相交流を整流して直流化するコン
バータ部６４と、直流電力を蓄える平滑コンデンサ６５
と、直流電力を任意の周波数・電圧の三相交流に変換す
るインバータ部６６とから構成される。インバータ部６
６は、パルス幅変調（ＰＷＭ）型のインバータであり、
パワートランジスタ等の電力開閉素子がＰＷＭ信号発生
器６９の信号に応じて開閉され、直流電圧から、任意の
周波数・電圧を形成してモータ１に供給する。
【００５４】制御装置６８は、ＰＷＭ信号発生器６９の
動作を制御することにより、インバータユニット５４か
らモータ１への電力の供給を制御する。商用電源側に設
けられた電流検出器９１，９２，９３は、それぞれ商用
電源の各相Ｒ，Ｓ，Ｔの電流値を検出して制御装置６８
に伝達する。同様に、電流検出器９４，９５，９６は、
インバータユニット５４の出力側のモータ１に接続され
る各相の電流値を検出し制御装置６８に伝達する。イン
バータユニット５４内の入力側の各相間に接続された電
圧検出器９７，９８は各相間の電圧値を検出し制御装置
６８に伝達する。インバータ部６６の出力側の各相間に
接続された電圧検出器９９，１００は同様に各相間の出
力側電圧値を検出し制御装置６８に伝達する。補助電源
部６７は制御装置６８に電源を供給する。
【００５５】上記の構成のインバータユニット５４の内
部に、整流部としてコンバータ部６４が設けられてお
り、入力側の三相交流商用電源は一旦整流され直流電力
に変換される。そして、インバータ部６６によりＰＷＭ
信号発生器６９の信号に基づいて任意の周波数・電圧の
交流電力が新たに形成される。従って、モータ１に供給
される出力電圧の相関係は、三相交流商用電源の相関係
とは無関係であり、ポンプＰの回転方向は、インバータ
部６６の出力電圧の相関係のみによって決まってくる。
このため、たとえ商用電源の相結線に誤りがあっても、
それによってモータ１が逆方向に回転するという問題は
全く生じない。このため、入力側の結線ミスによるポン
プＰの逆転を防止するのに有効である。
【００５６】次に、インバータユニット５４のインバー
タ部６６はＰＷＭ信号発生器６９の信号に基づいて任意
の周波数・電圧の交流電力を形成しモータ１に供給す
る。ＰＷＭ信号発生器６９の構成と動作の一例を図３乃
至図７に従って説明する。
【００５７】図５は、ＰＷＭインバータのＰＷＭ信号発
生装置のブロック図である。発振器７１は、モータ加速
時に用いられる比較的低速のクロック周波数（１０ｋH
z）の発振器であり、発振器７２は、定常時に用いられ
る、比較的高速のクロック周波数（２００ｋHz）の発振
器である。スイッチ７３は、モータの加速時と定常時の
発振器を切り替えるためのスイッチであり、発振器切り
替え信号線８６によって、発振器の選択が行われる。カ
ウンタ７４はプリセット可能な直列入力並列出力の７４
ビットのカウンタである。カウンタ７４のプリセットは
プリセット回路７５によって行われる。４個の４ビット
カウンタの出力は、図示のように、リードオンリメモリ
（ＲＯＭ）７６のアドレスに入力される。
【００５８】ここで、リードオンリメモリ７６はプリン
ト配線板上にソケットを介して半導体素子が搭載されて
おり、符号８７はソケット端子の接続部を示す。従っ
て、リードオンリメモリ７６のリード端子はソケットに
容易に抜き差し可能な、即ちリードオンリメモリは容易
に交換可能な構造となっている。又、他の実施例では、
ソケット端子の接続部８７にメモリカードが挿入可能と
なっており、メモリカード上にリードオンリメモリが搭
載されている。従って、メモリカードを交換することに
より、リードオンリメモリを交換することができる。
尚、リードオンリメモリとしては、記憶内容が固定され
ているＲＯＭ、又は電気的に書き換え可能のＥＰＲＯＭ
が用いられる。
【００５９】リードオンリメモリ７６は、６４ｋワード
×８ビットの構成で、８ビットの並列データ出力端子を
有する。８ビットのデータ出力は、ラッチ回路７７に入
力され、ラッチされる。リードオンリメモリ７６の出力
８ビットのうち、１ビット（Ｄ7）は、発振器の切り替
え信号線８６に接続され、比較的低速の発振器７１と、
比較的高速の発振器７２を切り替える。リードオンリメ
モリ７６の出力８ビットのうちの他の１ビット（Ｄ6）
は、プリセット信号線１５に接続され、カウンタ７４
を、プリセット回路７５によってセットされた値にプリ
セットする。従って、リードオンリメモリ７６のあるア
ドレスによって、このビットが１になると、カウンタ
は、プリセットされ、リードオンリメモリの読み出され
るワードのアドレスは、プリセット回路７５に設定され
たアドレスに移動する。
【００６０】リードオンリメモリ７６の出力８ビットの
うち、残りの６ビット（Ｄ5〜Ｄ0）は、ＰＷＭインバー
タのモータを駆動するＰＷＭ信号データである。この６
ビットのＰＷＭ信号は、ラッチ回路７７によってラッチ
された後で、ドライバ７８に入力される。ドライバ７８
は、６ビットのディジタル信号であるＰＷＭ（パルス幅
変調）信号を、対応するアナログ信号である時間幅のパ
ルスに変換する。そしてインバータ部６６のトランジス
タ等を、対応する時間幅のパルスによりＯＮ状態にする
ことにより、ディジタルのＰＷＭ信号で規定された時間
幅のパルスがインバータ部６６に与えられ、そのパルス
の時間幅の直流電源電圧がモータ１に与えられる。な
お、コンバータ部６４は、３相の商用電源を整流するこ
とによって、直流電源電圧を形成する。即ち、インバー
タ部６６にはコンバータ部６４によって商用電源を整流
された直流電源が与えられ、インバータ部６６は、ＰＷ
Ｍ信号に基づく時間幅の直流電源電圧のパルスがモータ
１に印加される。尚、モータ１は、誘導性の負荷である
ため、モータ１に流れる電流は、正弦波に近い波形とな
る。
【００６１】図６は、ＲＯＭ７６の内容であるＲＯＭマ
ップの説明図である。Ｄ7は、発振器切り替え信号であ
り、「０」は、比較的低速の発振器７１（１０ｋＨ
ｚ）、「１」は、比較的高速の発振器７２（２００ｋＨ
ｚ）の選択を意味する。Ｄ6は、プリセット信号であ
り、この信号が「１」になると、カウンタ７４は、予め
プリセット回路７５に設定されたプリセット値にセット
される。即ち、カウンタの出力が、プリセット値になる
ので、リードオンリメモリ７６のアドレスは、プリセッ
ト値に移動する。Ｄ5〜Ｄ0は、モータ１に印加する時間
幅のパルスをディジタル符号化した６ビットのＰＷＭ信
号である。
【００６２】メモリアドレスは１６進記号（Ｈ）によっ
て表現され、最下層が００００Ｈである。電源投入時
に、カウンタクリア信号により、００００Ｈよりスター
トする。起動時は、Ｄ7は０であり、比較的低い周波数
の発振器７１が選択されている。そして、発振器７１
よりの方形波を、カウンタ７４でダウンカウントし、メ
モリアドレスは順次下方に移動する。そして、各メモリ
アドレスにおけるＤ5〜Ｄ0よりＰＷＭ信号が出力され、
そのディジタルのＰＷＭ信号に対応する時間幅の直流電
源電圧パルスをモータ１に印加する。モータの起動時
は、突入電流を避けるため、最初は幅の狭いパルスが与
えられ、順次幅が広くなることにより、スムーズなモー
タの起動を達成する。
【００６３】カウンタ７４によるダウンカウントが進
み、メモリアドレスが下方に移動するとともに、メモリ
データＤ5〜Ｄ0のＰＷＭ信号は、除々にモータの回転周
波数を上げ、それに比例してモータに印加される等価的
な正弦波電圧を上げていく。即ち、Ｖ（電圧）／ｆ（周
波数）を一定にすることによって、加速時の突入電流を
避け、スムーズな加速を達成する。
【００６４】モータの回転数が上昇し、メモリアドレ
スが第１のアドレスに達すると、そのメモリアドレスに
おいては、Ｄ7 が「１」となり、Ｄ6 も「１」となる。
発振器切り替え信号が「１」となり、プリセット信号が
「１」となったので、発振器切り替え信号線８６より、
スイッチ７３が切り替えられ、比較的高い周波数（２０
０ｋHz）の発振器７２が作動する。それと共に、プリセ
ット信号が「１」となるので、プリセット信号線８５よ
りカウンタ７４がプリセット回路７５によって定められ
たプリセット値である第２のアドレスにカウンタ７４の
出力は移動する。従って、カウンタの出力であるリード
オンリメモリのアドレスは、プリセットされた第２のア
ドレスに移動する。
【００６５】そして、この時点より定常回転時となる。
比較的高速のクロック周波数（２００ｋHz）の発振器
７２によってカウンタ７４がアップカウントされ、それ
に伴って、定常回転時の、等価的な正弦波を形成するよ
うに、Ｄ5〜Ｄ0のＰＷＭ信号が逐次読み出され、ドライ
バ７８を経てパワーモジュールによりモータに、直流電
源電圧パルスとして印加される。図７は、定常時のＰＷ
Ｍ波形の説明図である。ｕ，ｖ，ｗの各相には、図示さ
れるような時間幅の直流電源電圧の振幅のパルスがモー
タ１に印加される。モータ１は、誘導性負荷なので、各
相の電流波形は、正弦波に近くなる。
【００６６】定常回転時の１サイクル分が終了すると、
メモリアドレスは第３のアドレスとなり、ここでプリ
セット信号は「１」となる。従ってカウンタはプリセッ
ト値の位置に出力がセットされ、メモリアドレスは第２
のアドレスに戻る。そして定常回転時の次のサイクルが
スタートする。以降、このサイクルが繰り返される。
【００６７】図３は、本発明の一実施例のモータの回転
数制御特性の説明図である。起動時から、モータの加
速段階においては、比較的低速（１０ｋHz）の発振器
７１の信号で、カウンタ７４を駆動することによって、
長い時間幅（１００μＳ）のＰＷＭ信号を形成できる。
従って、低速領域のきめ細かな制御を比較的少ないメモ
リ使用量で行うことができる。の段階でリードオンリ
メモリの第１のアドレスに達すると、発振器切り替え信
号が１になり、発振器は比較的高速のクロック周波数
（２００ｋHz）に切り替えられる。そしての過程が繰
り返され、モータを一定速度で高速回転させる。この段
階では、短い時間幅（５μＳ）のＰＷＭ信号を形成でき
る。従って、高速領域の一定速度での運転を比較的少な
いメモリ使用量で行うことができる。
【００６８】従って、係るソフトスタート機能により一
定時間ＴA 内に回転数および電圧を徐々に上げていくこ
とにより電気的には加速時の突入電流を避けることがで
き、機械的にはスムーズなポンプの加速を達成すること
ができる。同様に、図４に示すようにインバータユニッ
ト５４にソフトストップ機能を持たせることができる。
これは、状態で一定速度で回転しているモータに状態
において停止信号を与え、状態ではＰＷＭ信号発生
器６９内のＲＯＭ７６の信号周波数・電圧を低下させて
行き、状態において周波数・電圧をゼロとする。従っ
て、状態から状態に至る時間ＴB でモータが徐々に
回転数を下げて緩やかに停止する。これによりポンプの
吸込・吐出側の急激な圧力の変動を防ぐことが可能とな
り、ポンプに接続される配管内の外乱的な圧力の変動を
少なくすることができる。
【００６９】次に電流検出器および電圧検出器等による
保護動作について説明する。まず、直流部分には電流検
出器７０が設けられており、直流部分に流れる電流が検
出され、制御装置６８にその電流値が伝達される。制御
装置６８は、送られた電流値が過電流であるか否かを判
定し、過電流時には制御装置６８からＰＷＭ信号発生器
６９に停止信号を出力し、インバータ部６６からの交流
出力を解除することによりインバータ部６６をオフ状態
にしてモータ１およびインバータユニット５４を保護す
る。
【００７０】また、制御装置６８は電流検出器７０から
伝達される電流値をあらかじめ設定した定格電流値と比
較し、制御装置６８からインバータ部６６の周波数・電
圧を下げる機能を有する。すなわち、電流検出器７０に
より過電流が検出された場合には、ＰＷＭ信号発生器６
９に指令を出して定格周波数・電圧よりも低い所定の周
波数・電圧をインバータ部６６から出力させるようにす
る。これにより、定格電流値を越える状態となった場合
には、電圧及び周波数が下がることから負荷が低減し、
モータ１およびインバータ部６６及びポンプＰとが保護
される。
【００７１】また、図２に示すようにインバータユニッ
ト５４の中に１次側の電流検出器９１，９２，９３およ
び２次側の電流検出器９４，９５，９６を設けることに
より、１次側の欠相を電流検出器９１，９２，９３か
ら、２次側の欠相を電流検出器９４，９５，９６から検
出することができる。また、１次側の欠相は電圧検出器
９７，９８によって、また２次側の欠相は電圧検出器９
９，１００によっても検出可能である。いずれにしても
各検出器からの信号により欠相状態であると制御装置６
８により判定されるとインバータ部６６をオフ状態とし
てモータ１を停止させることができる。これにより、１
次側または２次側の欠相状態となった場合には、ポンプ
Ｐの運転を速やかに停止することにより、ポンプ、モー
タ、およびインバータの損傷を防止することができる。
【００７２】また、定格周波数・電圧で運転している際
に電流検出器７０により検出される電流値が定格負荷時
に比べて小さい場合には、ポンプが空運転していると考
えられる。このような場合には、制御装置６８はポンプ
の空運転と判定して制御装置６８からインバータ部６６
をオフ状態としてモータ１を停止させることができる。
【００７３】また、ポンプＰの起動時にソフトスタート
の時間ＴA 内の定められた時間ＴCの間にインバータ部
６６の出力周波数・電圧を一定状態とする。この時の電
流を電流検出器７０により検出し、インバータ部６６の
出力電圧に対して低い場合にはモータ１が空運転してい
ると考えられ、同様にインバータ部６６をオフ状態とし
てモータ１を停止させモータ１およびポンプＰを保護す
る。
【００７４】また、図１に示すように満水検知器をポン
プＰ内に設け、その信号をインバータユニット５４の制
御装置６８に送ることにより、満水状態である場合にイ
ンバータ部６６をオフ状態としてポンプＰを停止させる
機能を有する。これにより、空運転時にはモータ１への
出力を停止させてポンプＰを保護することができる。
【００７５】特に、自液潤滑軸受型のキャンドモータポ
ンプ等では、空運転を行うと軸受を傷めてしまうことが
あるので、特にこの種のポンプに有効である。また、制
御装置６８には、定格電圧・周波数時の電流値が予め設
定した電流値よりも低いことを検出してモータへの出力
を停止する機能を備える。この機能により同様に空運転
が検出され、定格周波数・電圧まで上昇で空運転を解除
することができる。
【００７６】同様に制御装置６８には、ソフトスタート
時に予め設定した周波数・電圧で出力される一定期間を
設け、この間における電流検出器９４，９５，９６の電
流値が予め設定した電流値よりも低いことを検出して、
ＰＷＭ信号発生器６９にモータへの出力を停止する機能
を備えている。この機能によりポンプの回転数があまり
上昇しない時点で空運転を検出してポンプを停止させる
ことができる。
【００７７】また、モータの固定子巻線にサーマルプロ
テクタを設け、その出力信号線を制御装置６８に接続
し、予め設定された巻線温度でモータへの出力を停止す
る機能を備えている。
【００７８】なお、以上の実施例の説明は全周流型両吸
込ポンプにＰＷＭ型インバータユニットを内蔵した例に
ついて説明したが、ポンプは本実施例のポンプに限られ
るものでなく、広く各種のポンプに適用できるのは勿論
のことである。また、インバータユニットについても、
本実施例では８ビットタイプのＰＷＭ型インバータにつ
いて説明したが、他の形式のインバータユニットについ
ても利用可能であることは勿論のことである。また、イ
ンバータユニットを本実施例のようにポンプに内蔵させ
ないで、外置き型として使用してもよいのは勿論のこと
である。このように本発明の主旨を逸脱することなく種
々の変形実施例が可能である。尚、各図中同一符号は同
一又は相当部分を示す。
【００７９】
【発明の効果】以上に説明したように本発明のインバー
タユニットによれば、簡単な回路構成により、ポンプを
ソフトスタート、ソフトストップ、及び各種の保護動作
をさせることができる。そして、このインバータユニッ
トを備えたポンプは、誤動作という問題が少なくなり、
又、安全性が高められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例のインバータユニットを備え
たポンプ装置の縦断面図。
【図２】本発明の一実施例のポンプ用インバータユニッ
トの回路ブロック図。
【図３】ソフトスタート機能を説明する線図。
【図４】ソフトストップ機能を説明する線図。
【図５】ＰＷＭ型インバータの回路ブロック図。
【図６】図５におけるＲＯＭマップの説明図。
【図７】図５におけるインバータユニットの定常時ＰＷ
Ｍ波形を示す説明図。
【符号の説明】
１ モータ ２ 主軸 ３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ 羽根車 １１ ポンプ吸込口 ４０ 環状流路 ４１ 吐出ノズル ５４ インバータユニット ６４ コンバータ部 ６５ コンデンサ ６６ インバータ部 ６７ 補助電源部 ６８ 制御部 ６９ ＰＷＭ信号発生器 ７０，９１，９２，９３，９４，９５，９６ 電流検
出器 ９７，９８，９９，１００ 電圧検出器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊勢本 耕司 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 上井 圭太 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 宮崎 義晶 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内 (72)発明者 丁子谷 一 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株 式会社荏原電産内

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 モータで駆動されるポンプに使用するイ
    ンバータユニットにおいて、前記インバータユニット
    は、三相商用電源電力を整流して直流化するコンバータ
    部と、該コンバータ部で形成された直流から任意の周波
    数及び電圧の交流電力を形成するインバータ部とからな
    り、制御装置の指令により該インバータ部で形成された
    任意の周波数及び電圧の交流電力は、前記商用電源の相
    結線とは無関係に前記モータに所定の相の三相電力を供
    給することを特徴とするポンプ用インバータユニット。
  2. 【請求項２】 前記ポンプ用インバータユニットは、前
    記インバータユニットの生成する周波数及び電圧を指令
    する制御装置を更に備え、前記モータの始動に要する時
    間を予め設定しておき、該時間内に定格周波数及び電圧
    に徐々に上昇させるソフトスタート機能を備えたことを
    特徴とする請求項１に記載のポンプ用インバータユニッ
    ト。
  3. 【請求項３】 前記ポンプ用インバータユニットは、前
    記インバータユニットの生成する周波数及び電圧を指令
    する制御装置を更に備え、前記モータの停止に要する時
    間を予め設定しておき、該時間内に定格周波数及び電圧
    から徐々に停止させるソフトストップ機能を備えたこと
    を特徴とする請求項１に記載のポンプ用インバータユニ
    ット。
  4. 【請求項４】 前記インバータユニットは過電流検出器
    を備え、該過電流検出器により過電流が検出された場合
    には、前記インバータユニットの出力を低下させる手段
    を備えたことを特徴とする請求項１乃至３に記載のポン
    プ用インバータユニット。
  5. 【請求項５】 前記過電流を検出した場合に、予め設定
    した定格電流値となるように前記出力周波数及び電圧を
    低下させる手段を備えたことを特徴とする請求項４に記
    載のポンプ用インバータユニット。
  6. 【請求項６】 前記インバータユニットは、１次側およ
    び２次側の欠相状態を検出する検出器を備え、該欠相状
    態が検出されたならば、前記ポンプを停止する手段を備
    えたことを特徴とする請求項１乃至３に記載のポンプ用
    インバータユニット。
  7. 【請求項７】 前記インバータユニットは、ポンプの空
    転状態を検出する検出器を備え、該ポンプの空転が検出
    された場合には前記ポンプへの出力を停止する手段を備
    えたことを特徴とする請求項１乃至３に記載のポンプ用
    インバータユニット。
  8. 【請求項８】 前記電流検出器は、検出された電流値が
    予め設定した電流値よりも低い場合には、前記ポンプへ
    の出力を停止する手段を備えたことを特徴とする請求項
    １乃至３に記載のポンプ用インバータユニット。
  9. 【請求項９】 前記モータの始動に要する時間の中で、
    ある一定の周波数及び電圧で出力する期間を設け、該期
    間における電流値が予め設定した電流値よりも低いこと
    を検知して、前記交流出力を停止する機能を設けたこと
    を特徴とする請求項２に記載のポンプ用インバータユニ
    ット。
  10. 【請求項１０】 前記ポンプには満水検知器を備え、該
    満水検知器が前記ポンプの空転状態を検出した場合に
    は、前記インバータユニットの出力を停止する機能を備
    えたことを特徴とする請求項１乃至３に記載のポンプ用
    インバータユニット。
  11. 【請求項１１】 前記モータの固定子巻線にサーマルプ
    ロテクタを設け、該サーマルプロテクタが予め設定した
    温度にて出力する信号を前記制御装置により検出して、
    前記インバータユニットの出力を停止する手段を備えた
    ことを特徴とする請求項１乃至３に記載のポンプ用イン
    バータユニット。
  12. 【請求項１２】 前記インバータユニットは、出力周波
    数と出力電圧との関係を一義的に定めた出力を生成する
    ものであることを特徴とする請求項１乃至３に記載のポ
    ンプ用インバータユニット。
  13. 【請求項１３】 前記インバータユニットは、前記出力
    周波数及び出力電圧を連続的（アナログ的）ではなく離
    散的（デジタル的）に出力するものであることを特徴と
    する請求項１乃至３に記載のポンプ用インバータユニッ
    ト。
  14. 【請求項１４】 前記ポンプは、全周流型ポンプである
    ことを特徴とする請求項１乃至１３に記載のポンプ用イ
    ンバータユニットを備えたポンプ装置。
  15. 【請求項１５】 前記ポンプは、自液潤滑軸受型のキャ
    ンドモータポンプであることを特徴とする請求項１乃至
    １３に記載のポンプ用インバータユニットを備えたポン
    プ装置。
  16. 【請求項１６】 前記インバータユニットは、前記全周
    流型ポンプの外面に取付けられたものであることを特徴
    とする請求項１４に記載のポンプ装置。
  17. 【請求項１７】 前記インバータユニットは、前記全周
    流型ポンプの吐出圧力の作用しない部位に配置されたこ
    とを特徴とする請求項１６に記載のポンプ装置。
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