JP2016226280A - 複数電動機の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】単一のインバータに接続された複数個の電動機を安定的かつ効率的に制御できるようにするための複数電動機の制御方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る複数電動機の制御方法は、前記複数の電動機の総累積稼働時間情報に基づいて複数の電動機それぞれの稼働優先順位を算出する優先順位算出ステップ（Ｓ４１０）、及び前記稼働優先順位に基づいて、前記複数の電動機に対する稼働または停止を制御する電動機制御ステップ（Ｓ４２０，Ｓ４３０）を含む。【選択図】図４

Description

本発明は、複数電動機の制御方法に関し、さらに詳細には、単一のインバータに接続された複数個の電動機を安定的かつ効率的に制御できるようにするための複数電動機の制御方法に関する。

例えば、管路システムのように単一のインバータに複数個の電動機を接続して制御するように構成されたシステムの場合、管路の圧力のフィードバックを受けてＰＩＤ運転をするようになることが一般的である。このとき、インバータと直接接続されて動作されるメイン電動機の運転速度が管理者の設定速度以上であるにもかかわらず、管路のフィードバック値が設定基準値未満である場合、システムが要する圧力の生成のために一つ以上の補助電動機がさらに駆動され得る。ここで、一つ以上の補助電動機は、リレー等を通してインバータに接続される。図１には、通常の複数電動機制御システムの構成の一例示図を示した。図１を参照すると、通常の複数電動機制御システムは、単一のインバータ１１０、メイン電動機１２０、多数の補助電動機１３０及びリレー１４０等を備えることを確認することができる。即ち、管路Ｐ内の圧力がメイン電動機１２０の駆動だけで維持されにくい場合、リレー１４０を通して接続された多数の補助電動機１３０がさらに駆動され得るようにすることで、管路内の圧力を設定基準値以上に維持させるように動作することとなる。

ところが、このような通常の複数電動機制御システムは、補助電動機１３０の動作を配慮するための別途のアルゴリズムを備えていないため、一部の補助電動機だけが集中的に作動するようになるという問題点がある。図２は、図１のシステムにおいて、従来の技術に係る電動機の動作状態を説明するためのグラフであり、図３は、図２において、それぞれの補助電動機の総累積稼働時間を示したグラフである。

先ず、図２を参照すると、管路Ｐ内のフィードバック電圧を設定基準値（ｓｅｔｐｏｉｎｔ）以上に維持（ｂ）させるためにさらなる補助電動機の駆動が漸次増えるようになり（ｃ）、これによって、全体的なインバータの出力周波数が増加すること（ａ）を確認することができる。しかし、＜ステップ１＞を通して補助電動機１、補助電動機２及び補助電動機３が順次に追加稼働した後、＜ステップ２＞及び＜ステップ３＞を通してもまた同様に補助電動機１、補助電動機２及び補助電動機３が順次に追加稼働することにより、結果としてシステムの設定時に決定された優先順位によって上位優先順位の補助電動機にのみ過大な負荷が集中するという問題点がある。さらには、多くのシステムの場合、補助電動機の追加稼働がこれ以上必要でないと判断されると、下位順位補助電動機の稼働を先に停止させるように設計されることもある。言い換えれば、補助電動機の追加稼働が必要な場合は、補助電動機１、補助電動機２及び補助電動機３を順次に稼働させた後、補助電動機の稼働停止時には、補助電動機３、補助電動機２及び補助電動機１の順に停止がなされるようにすることで、上記のような問題点をさらに深刻化させるようになる。

図３のグラフを通して、図２におけるそれぞれの補助電動機の総累積稼働時間を示した。図３を参照すると、それぞれのステップ（＜ステップ１＞乃至＜ステップ３＞）毎に優先順位の補助電動機の稼働時間がさらに長いため、全ステップの累積稼働時間の場合、それぞれの補助電動機に設定された稼働優先順位によって顕著に大きな差を示すことを確認することができる。そして、このような累積稼働時間の大きな格差により一部の補助電動機にのみ機械的ストレス等が集中することで、故障等のような非効率的なシステム作動を招くようになるという問題点がある。

本発明は、前述した問題点を解決するために案出されたものであって、単一のインバータに接続された複数個の電動機をより安定的かつ効率的に制御できるようにするための複数電動機の制御方法を提供することを目的とする。

本発明の目的は、以上において言及した目的に制限されず、言及されていない本発明の他の目的及び長所は、下記の説明により理解でき、本発明の実施形態によってより明確に理解できるだろう。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示した手段及びその組み合わせにより実現され得ることが容易に分かるだろう。

上述の目的を達成するための本発明は、単一のインバータを通して複数の電動機を制御するための複数電動機制御システムに適用される複数電動機の制御方法において、前記複数の電動機を構成するそれぞれの電動機に対する総累積稼働時間情報を利用して電動機稼働優先順位を算出する優先順位算出ステップ、及び前記優先順位算出ステップを通して算出された優先順位に対応するように前記複数の電動機に対する稼働または停止を制御する電動機制御ステップを含んで構成される。

この場合、前記電動機制御ステップはまた、さらなる電動機の稼働が要求される場合、前記優先順位算出ステップを通して算出された電動機稼働優先順位が最も高い電動機を稼働する電動機稼働ステップ、及び稼働中の電動機のうち、一部の電動機の稼働停止が要求される場合、前記優先順位算出ステップを通して算出された電動機稼働優先順位が最も低い電動機を稼働停止させる電動機稼働停止ステップ等の細部ステップを含んでなり得る。

ここで、前記優先順位算出ステップを通して算出されるそれぞれの電動機に対する稼働優先順位は、それぞれの電動機の総累積稼働時間に反比例するように設定されることが好ましい。

このとき、本発明の複数電動機の制御方法は、前記優先順位算出ステップを通して算出されるそれぞれの電動機に対する稼働優先順位が、それぞれの電動機の総累積稼働時間情報に対して総累積ＯＮ／ＯＦＦ回数情報または最近の稼働時間情報等を含む加重値情報の付加を通して算出されるように構成され得る。

また、本発明の複数電動機の制御方法は、現在稼働中の電動機のうち、累積稼働時間が最も長い一電動機の総稼働時間と、現在停止中の電動機のうち、累積稼働時間が最も短い他電動機の総稼働時間の差が規定された限界範囲を超える場合、前記一電動機及び他電動機を取り替え稼動する電動機取り替えステップをさらに含むように構成され得る。

ここで、前記電動機取り替えステップを通して一電動機及び他電動機の間の取り替え稼働がなされる場合は、所定時間以上、前記一電動機及び他電動機の同時稼働が行われるように構成されることが好ましい。

前述したような本発明によると、単一のインバータに接続された複数個の補助電動機を制御するにあたって、常に総累積稼働時間が相対的に短い補助電動機を先に稼動する。これにより、全体的な補助電動機の間の稼働時間をバランスよく維持させることができ、結果として安定的かつ効率的な複数電動機の制御が可能であるという等の長所がある。

通常の複数電動機制御システムの構成の一例示図である。 図１のシステムにおいて、従来の技術に係る電動機の動作状態を説明するためのグラフである。 図２において、それぞれの補助電動機の総累積稼働時間を示したグラフである。 本発明の一実施形態に係る複数電動機の制御方法を説明するためのフローチャートである。 図１のシステムにおいて、本発明の各実施形態に係る電動機の動作状態を説明するためのグラフである。 図５において、それぞれの補助電動機の総累積稼働時間を示したグラフである。

前述した目的、特徴及び長所は、添付の図面を参照して詳細に後述され、これにより、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施することができるだろう。本発明を説明するにあたって、本発明と関連した公知の技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に濁す恐れがあると判断される場合は、詳細な説明を省略する。

以下、添付の図面を参照して、本発明に係る好ましい実施形態を詳細に説明する。図面において同一の参照符号は、同一または類似した構成要素を指すものとして用いられる。

図４は、本発明の一実施形態に係る複数電動機の制御方法を説明するためのフローチャートである。

先ず、本発明の実施形態に係る複数電動機の制御方法は、先に説明された図１の複数電動機制御システム等に適用可能な技術である。図１に示したように、複数電動機制御システムは、インバータ１１０、インバータ１１０に直接接続されるメイン電動機１２０及びそれぞれのリレー１４０を通してインバータ１１０に選択的に接続される複数の補助電動機１３０を含む。このような図１の複数電動機制御システムは、メイン電動機１２０だけでは出力が足りない場合、複数の補助電動機１３０の少なくとも一つをさらに稼動する。

言い換えれば、本発明に係る方法は、メイン電動機１２０と複数の補助電動機１３０とを含み、管路Ｐ内のフィードバック圧力がメイン電動機１２０だけの駆動で維持されない場合、リレー１４０を通して接続された多数の補助電動機１３０をさらに駆動する電動機制御システムに有用に適用され得る。しかし、本発明が必ずしもこのような構成に限定されて適用されるものではないことはもちろんである。

参考までに、さらに簡略な説明のために、以下において、メイン電動機と共にさらに駆動され得る補助電動機は、「電動機」と略称できる。

図４を参照すると、本発明の一実施形態に係る複数電動機の制御方法は、優先順位算出ステップ（Ｓ４１０）、電動機稼働ステップ（Ｓ４２０）及び電動機稼働停止ステップ（Ｓ４３０）等を含む。

即ち、優先順位算出ステップ（Ｓ４１０）は、それぞれの電動機に対して総累積稼働時間情報等を活用し、稼働優先順位を算出するための過程である。

先ず、本発明の一実施形態に係る複数電動機の制御方法の優先順位算出ステップ（Ｓ４１０）は、複数の電動機の総累積稼働時間情報に基づいて、複数の電動機それぞれの稼働優先順位を算出するステップである。言い換えれば、システムの制御部は、複数の電動機それぞれに対して総累積稼働時間情報を計算して管理し、計算された各電動機の総累積稼働時間に反比例するように複数の電動機それぞれの稼働優先順位を設定（Ｓ４１０）する。即ち、一実施形態によると、各電動機の稼働優先順位は、各電動機の累積稼働時間に反比例する。

次いで、さらなる補助電動機の稼働が要求される場合（Ｓ４１５）、複数の電動機の少なくとも一つを稼働優先順位の高い順に稼働する電動機稼働ステップ（Ｓ４２０）が実施される。このとき、複数の電動機は、稼働優先順位が高いもの、即ち、総累積稼働時間が短いものから優先して稼働する。

そして、複数の補助電動機が現在稼働中（Ｓ４２０）であり、システムの制御部等から稼働中の補助電動機のうち一部の電動機に対する稼働停止要求が伝達（Ｓ４２５）されると、稼働中の電動機の少なくとも一つを稼働優先順位の低い順に稼働停止させる電動機稼働停止ステップ（Ｓ４３０）が実施される。このとき、稼働中の電動機のうち稼働優先順位が低いもの、即ち、総累積稼働時間が高いものから優先して稼働停止される。

併せて、複数の補助電動機のうち、現在稼働中である第１電動機の総累積稼働時間と停止中である第２電動機の総累積稼働時間との間の格差が、システムに規定された所定の限界範囲を超える場合（Ｓ４３５）、稼働中の第１電動機の代わりに、稼働停止中である第２電動機を取り替え稼動する電動機取り替えステップ（Ｓ４４０）等がさらに行われ得る。

言い添えると、優先順位によって現在稼働中である電動機の連続稼働時間が長くなる等の場合、現在稼働中の電動機と停止中の電動機との間の総累積稼働時間の格差が大きくなることがある。このような格差が規定された基準値以上に大きくなる場合、自動で稼働中の第１電動機を停止させ、停止中の第２電動機を代わりに稼働する電動機の取り替え稼働（Ｓ４４０）が実施され得る。このために、本発明の実施形態に係る複数電動機の制御方法は、それぞれの電動機の稼働時間情報をリアルタイムで把握可能できるように、累積稼働時間情報更新ステップ（Ｓ４５０）を含む。

そして、電動機の取り替え稼働（Ｓ４４０）がなされる場合、電動機の稼働空白が発生する状況を防止するために、一定時間の間取り替えられる電動機の間の同時稼働が行われ得る。

即ち、第１電動機から第２電動機への稼働取り替えのために第１電動機の稼働停止と第２電動機の稼働開始が同時になされるようになると、他電動機の出力が正常水準に達するまでの時間の間、一定程度の稼働空白が発生し得る問題点がある。このような問題点の発生を防止するために、第２電動機の出力が正常水準に達した後に第１電動機の稼働を停止させることができる。そして、システムに備えられた電動機の作動特性等に鑑みて、取り替えられる電動機の間に一定時間の間、同時稼働が行われ得る。この場合、電動機の同時稼働のために設定される時間の変更等が管理者の操作によりなされるように構成され得ることはもちろんである。しかし、本発明が必ずしもこのような構成に限定されるものではない。

言い換えれば、稼働中の電動機のうち総累積稼働時間が最も長い第１電動機の代わりに、稼働停止中の電動機のうち総累積稼働時間が最も短い第２電動機に取り替えること（Ｓ４４０）において、第２電動機の出力が正常水準に達し得る程度の所定期間の間、第１及び第２電動機を同時稼動する。そして、第２電動機の出力が正常水準に達すると、第１電動機を稼働停止させ、第２電動機だけを稼動する。

従って、以上において説明したような本発明の一実施形態に係る複数電動機の制御方法を適用する場合、それぞれの電動機の総累積稼働時間情報によって自然に複数の電動機を交互に稼動することができる。これにより、従来の技術の場合、一部の電動機だけに負荷が過度に集中する等の問題点を解決できるだけでなく、これを通じて、より安定的かつ効率的な複数電動機制御システムを運用できるようになる等の効果を得ることができる。

このとき、稼働中の電動機に対する総累積稼働時間情報がリアルタイムで更新保存（Ｓ４５０）できることは前述したとおりである。

一方、本発明の他の一実施形態に係る複数電動機の制御方法は、優先順位算出ステップ（Ｓ４１０）において、複数の電動機それぞれの稼働優先順位は、各電動機の総累積稼働時間情報とともに、さらに複数の電動機の総累積ＯＮ／ＯＦＦ回数情報及び最近の稼働時間情報の少なくとも一つに基づいて算出され得る。

言い換えれば、図４の一実施形態によると、各電動機の総累積稼働時間だけを利用して各電動機の稼働優先順位を算出する。

これとは異なり、本発明の他の一実施形態によると、それぞれの電動機の総累積ＯＮ／ＯＦＦ回数情報や最近の稼働時間情報等を利用した加重値を算出し、これを電動機の稼働優先順位の算定時に適用する。これにより、より精密かつ現実的な優先順位算出が可能となり得る。ここで、最近の稼働時間情報とは、現在から数時間乃至数日内になされた該当電動機に対する稼働時間情報である。最近の稼働時間情報において、時間範囲は、管理者等の使用者により設定や変更等が可能であるように構成され得る。例示的に、最近の稼働時間情報は、通常、２４〜４８時間以内になされた該当電動機に対する集中稼働時間情報を意味し得る。

しかし、本発明の実施形態に係る加重値算定に適用可能な情報がただ電動機の総累積ＯＮ／ＯＦＦ回数情報や最近の集中稼働時間情報等に限定されないことはもちろんであり、実際に具現されたシステムの環境等を考慮して管理者等により加重値構成因子及びその割合等が決定され得ることは、通常の技術者にとって自明であるだろう。

参考までに、本発明の一実施形態及び他の実施形態に係る複数電動機の制御方法において、２つ以上の電動機の優先順位が同一に算出される場合に対する解決方法としては、通常のいかなる方式が適用されても構わない。

ただし、ただ電動機の総累積稼働時間情報だけで優先順位を算出する本発明の一実施形態の場合は、先に言及したような電動機の総累積ＯＮ／ＯＦＦ回数情報や最近の集中稼働時間情報等を同一優先順位の処理に適用することができる。

そして、様々な加重値を適用して優先順位を算出するようにする本発明の他の実施形態の場合は、総累積稼働時間情報により加重値を付与する等の方式により同一優先順位を処理することができる。

しかし、本発明が必ずしもこれに限定されないことはもちろんであり、先に言及したように、２つ以上の電動機の優先順位が同一に算出される場合に対する解決方法としては、通常のいかなる方式も適用可能であるだろう。

図５は、図１のシステムにおいて、本発明の各実施形態に係る電動機の動作状態を説明するためのグラフである。

図５を参照すると、管路Ｐ内のフィードバック電圧を設定基準値（ｓｅｔｐｏｉｎｔ）以上に維持（ｂ）させるために、さらなる補助電動機の駆動が漸次増えるようになり（ｃ）、これによって、全体的なインバータの出力周波数が増加すること（ａ）を確認することができる。

図２に示したように、従来の技術によると、全ステップにおいて常に補助電動機１から順に追加稼働していた。

これに対し、図５に示したように、本発明の一実施形態及び他の一実施形態によると、＜ステップ１＞において補助電動機１、補助電動機２及び補助電動機３が順次に追加稼働したと仮定するとき、＜ステップ２＞においては、＜ステップ１＞の累積稼働時間情報等を活用して算出された優先順位によって補助電動機４、補助電動機５及び補助電動機３が順次に追加稼働する。そして、＜ステップ３＞においては、＜ステップ１＞及び＜ステップ２＞での電動機稼働情報（総累積稼働時間情報等）を活用して決定された優先順位によって補助電動機５、補助電動機２及び補助電動機４が順次に追加稼働する。

即ち、本発明の各実施形態が適用される場合、従来の複数電動機制御方式とは異なり、一部の電動機だけに負荷が過度に集中する等の状況が発生しなくなることを確認することができ、これによって、安定的かつ効率的なシステムの維持及び運用が可能であることが分かる。

参考までに、図１には、管路Ｐ内に一つのメイン電動機１２０と５個の補助電動機１３０及び補助電動機それぞれに接続される５個のリレー１４０を備えるシステムの構成が示されているが、これは、本発明の実施形態を説明するためのシステムの一例示図であるだけで、本発明が必ずしもこのような構成を有するシステムにのみ限定されて適用されるものではないことはもちろんである。

図６は、図５において、それぞれの補助電動機の累積稼働時間を示したグラフである。

図６を参照すると、５個の補助電動機が一定程度均一な総累積稼働時間を示していることを確認することができる。図６を通して、現在、総累積稼働時間が最も短い補助電動機３に最も高い優先順位が与えられることとなり、従って、次のステップに補助電動機の稼働要求がある場合、補助電動機３、補助電動機２及び補助電動機４の順に追加稼働がなされることを容易に確認することができる。

しかし、本発明の各実施形態に係る複数電動機の制御方法に適用される優先順位の算出が、ただ電動機の総累積稼働時間情報のみによって決定されるものではなく、電動機が備えられた実際の具現システムの環境等を考慮して管理者等により決定された様々な構成因子及び割合等を有する様々な加重値が付加され得る等については、前述している。

併せて、二つ以上の補助電動機が同一の稼働優先順位を有するようになる場合、電動機の総累積ＯＮ／ＯＦＦ回数情報や最近の集中稼働時間情報または電動機の総累積稼働時間情報等に加重値を付加する方式等を通して、同一優先順位を有する電動機の間の細部的な優先順位を区別できるように構成され得ることもまた前述している。

一方、本発明のまた他の実施形態によると、総累積稼働時間が短い順序、ＯＮ／ＯＦＦ切り換えの総回数が少ない順序及び最近の稼働時間が短い順序に基づいて、複数の補助電動機それぞれに対する稼働優先順位を算出する。そして、管路内の圧力がメイン電動機による出力だけでは足りない場合、複数の補助電動機の少なくとも一つを稼働優先順位の高い順に順次駆動する。以後、稼働停止要求が伝達されると、稼働中の補助電動機の少なくとも一つを稼働優先順位の低い順に順次停止させる。このように、複数の補助電動機は、より少なく消耗された順にさらに長時間の間駆動されるので、各補助電動機の消耗程度が互いに類似になり得る。これによって、複数の補助電動機が互いに類似した性能を有し得るので、複数の補助電動機を用いた制御がさらに容易になり、複数の補助電動機に対する管理がさらに容易になり得る。

以上のような本発明の各実施形態に係る複数電動機の制御方法によると、インバータに直接接続されたメイン電動機とは異なり、リレーまたはスイッチ等を通して選択的にインバータに接続される複数の補助電動機を制御するにあたって、総累積稼働時間情報等を活用して算出された優先順位の相対的に高い補助電動機を先に稼動する。これによって、全体的な補助電動機の間の稼働時間をバランスよく維持させることができる。これにより、従来の一部の電動機だけに集中的に負荷が加重されることによって発生していた電動機の頻繁な故障等の問題を解決できるようになり、さらには、結果として安定的かつ効率的な複数電動機システムの制御が可能である等の長所を提供することができる。

前述したような本発明は、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が、本発明の技術的思想を外れない範囲内で種々の置換、変形及び変更が可能であるので、前述した実施形態及び添付の図面により限定されるものではない。

本発明は、複数電動機の制御、さらに詳細には、単一のインバータに接続された複数個の電動機を安定的かつ効率的に制御できるようにするための複数電動機の制御に適用することができる。

１１０ ： インバータ
１２０ ： メイン電動機
１３０ ： 補助電動機
１４０ ： リレー
Ｐ ： 管路

Claims (6)

1. 単一のインバータを通して複数の電動機を制御するための複数電動機制御システムに適用される複数電動機の制御方法において、
   前記複数の電動機の総累積稼働時間情報に基づいて、前記複数の電動機それぞれの電動機稼働優先順位を算出する優先順位算出ステップ；及び
   前記複数の電動機それぞれの稼働優先順位に基づいて、前記複数の電動機に対する稼働または停止を制御する電動機制御ステップを含む、複数電動機の制御方法。
2. 前記電動機制御ステップは、
   さらなる電動機の稼働が要求される場合、前記複数の電動機の少なくとも一つを前記電動機稼働優先順位の高い順に稼働する電動機稼働ステップ；及び
   稼働中の電動機の少なくとも一つに対する稼働停止が要求される場合、前記稼働中の電動機の少なくとも一つを前記電動機稼働優先順位の低い順に稼働停止させる電動機稼働停止ステップを含む、請求項１に記載の複数電動機の制御方法。
3. 前記複数の電動機それぞれの稼働優先順位は、前記各電動機の総累積稼働時間に反比例する、請求項１または２に記載の複数電動機の制御方法。
4. 前記複数の電動機それぞれの稼働優先順位は、さらに前記複数の電動機の総累積ＯＮ／ＯＦＦ回数情報及び最近の稼働時間情報の少なくとも一つに基づいて算出される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複数電動機の制御方法。
5. 稼働中の電動機のうち、総累積稼働時間が最も長い第１電動機の総累積稼働時間と、稼働停止中の電動機のうち、総累積稼働時間が最も短い第２電動機の総累積稼働時間との間の格差が所定の限界範囲を超える場合、前記稼働中の第１電動機の代わりに、前記稼働停止中の第２電動機を取り替え稼動する電動機取り替えステップをさらに含む、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の複数電動機の制御方法。
6. 前記電動機取り替えステップにおいて、所定期間の間、前記第１及び第２電動機を同時稼働した後、前記第１電動機を稼働停止させる、請求項５に記載の複数電動機の制御方法。

Images