JP2020145804A - 電動機組立体および給水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】配線省力化を実現することができる電動機組立体を提供する。【解決手段】電動機組立体３は、モータ１０と、内部にモータ１０が配置されたモータケーシング１１と、モータ１０の可変速手段であるインバータ１２と、内部にインバータ１２が配置され、かつモータケーシング１１に着脱可能に取り付けられたインバータケース１３と、制御盤６に格納された制御部５とインバータ１２とを、特定省電力通信方式を通じて通信する通信モジュール１５と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、電動機組立体および給水装置に関するものである。

ビルやマンションなどの建物では、一般的に給水装置が使用されている。一般的な給水装置は、ポンプ、モータ、インバータ、および制御盤を備えている。このような建物では、制御盤の周囲に作業スペースを確保することが困難である場合がある。

給水装置を建物に新規に設置する場合は、制御プログラムを制御盤の制御部に入力する操作など、制御盤に対する作業が必要となる。給水装置のメンテナンスを行う場合にも、制御盤に対する作業が必要となる。しかしながら、上述したように、制御盤の周囲に作業スペースを確保することが困難である場合には、制御盤に対する作業を行うことが困難となるため、作業効率が低下する。

したがって、作業スペースを確保することができる場所に遠隔操作装置を設置する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、遠隔操作装置と制御盤とはＬＡＮ（Local Area Network）または専用通信線で接続されている。

特開２０１５−２０９８１７号公報

しかしながら、特許文献１では、給水装置の制御に必要な圧力センサ、流量センサ、振動センサなどの各種センサを結ぶ信号線は、制御盤に接続されている。このような構成では、制御盤とポンプ設備との間に信号線を敷設する必要がある。制御盤とポンプ設備との間の距離が大きい場合には、信号線の敷設に労力を必要とし、信号線の保守および信号線の切断を防止する構成が必要となる。また、制御盤とポンプ設備とを１つの床体に配置する給水ユニットの場合には、煩雑な配線、断線、および誤配線のおそれがある。

そこで、本発明は、配線省力化を実現することができる電動機組立体を提供することを目的とする。本発明は、該電動機組立体を備えた給水装置を提供することを目的とする。

一態様では、モータと、内部に前記モータが配置されたモータケーシングと、前記モータの可変速手段であるインバータと、内部に前記インバータが配置され、かつ前記モータケーシングに着脱可能に取り付けられたインバータケースと、制御盤に格納された制御部と前記インバータとを、特定省電力通信方式を通じて通信する通信モジュールと、を備えた、電動機組立体が提供される。

一態様では、前記特定省電力通信方式は、電力線通信方式または無線通信方式である。
一態様では、前記電動機組立体は、内部に端子部が配置された端子箱を備えており、前記通信モジュールは、前記端子箱の内部に配置されている。
一態様では、前記通信モジュールは、前記インバータケースの内部に配置されている。

一態様では、ポンプと、前記ポンプを運転する電動機組立体と、前記ポンプの運転の制御に必要な物理量を検出するセンサと、前記センサによって検出された値に基づいて、前記電動機組立体を制御する制御部が格納された制御盤と、を備え、前記電動機組立体は、モータと、内部に前記モータが配置されたモータケーシングと、前記モータの可変速手段であるインバータと、内部に前記インバータが配置され、かつ前記モータケーシングに着脱可能に取り付けられたインバータケースと、前記インバータと前記制御部とを、特定省電力通信方式を通じて通信する通信モジュールと、を備えた、給水装置が提供される。

一態様では、前記特定省電力通信方式は、電力線通信方式または無線通信方式である。
一態様では、前記電動機組立体は、内部に端子部が配置された端子箱を備えており、前記通信モジュールは、前記端子箱の内部に配置されている。
一態様では、前記通信モジュールは、前記インバータケースの内部に配置されている。

一態様では、前記給水装置は、前記ポンプの運転を遠隔操作可能な遠隔操作装置と、前記遠隔操作装置に接続された電力ケーブルと、前記電力ケーブルに接続され、前記遠隔操作装置と前記制御盤とを、電力線通信方式で通信する通信部と、を備えている。
一態様では、前記通信部は、前記制御盤の内部に収容されている。

一態様では、前記ポンプは、複数のポンプであり、前記電動機組立体は、複数の電動機組立体である。
一態様では、前記複数の電動機組立体のそれぞれは、内部に端子部が配置された端子箱を備えており、前記複数の電動機組立体のそれぞれに設けられた通信モジュールは、前記端子箱の内部に配置されている。
一態様では、前記複数の電動機組立体のそれぞれに設けられた通信モジュールは、前記複数の電動機組立体のそれぞれに設けられたインバータケースの内部に配置されている。
一態様では、前記複数の電動機組立体のそれぞれは、内部に端子部が配置された端子箱を備えており、前記複数の通信モジュールは、前記複数の電動機組立体の一方の前記端子箱の内部に配置された第１通信モジュールと、前記複数の電動機組立体の他方のインバータケースの内部に配置された第２通信モジュールと、を備えている。

通信モジュールは、制御盤内の制御部とインバータとを特定省電力通信方式を通じて通信する。したがって、電動機組立体は、配線省力化を実現することができる。

給水装置の一実施形態を示す図である。 電動機組立体を示す図である。 給水装置の通信を示す図である。 給水装置の制御を示すフローチャートである。 インバータケースの内部に配置された通信モジュールを示す図である。 給水装置の他の実施形態を示す図である。 給水装置のさらに他の実施形態を示す図である。 給水装置のさらに他の実施形態を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下で説明する図面において、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、給水装置１の一実施形態を示す図である。図１に示すように、給水装置１は、ポンプ２と、ポンプ２を運転する電動機組立体３と、ポンプ２の運転の制御に必要な物理量を検出するセンサ４と、センサ４によって検出された値に基づいて、電動機組立体３を制御する制御部５が格納された制御盤６と、を備えている。

ポンプ２は、吸込ポート２０および吐出ポート２１が形成されたポンプケーシング２２と、ポンプケーシング２２の内部に配置された羽根車２３とを備えている。羽根車２３は、回転軸２５に固定されている。回転軸２５は、カップリング２６を介して電動機組立体３の駆動軸７に連結されている。

電動機組立体３の駆動により、羽根車２３が回転軸２５とともに回転すると、液体は、吸込ポート２０の吸込口２０ａを通じて、ポンプケーシング２２の内部に吸い込まれる。その後、液体は、吐出ポート２１の吐出口２１ａを通じて外部に移送される。

図１に示す実施形態では、センサ４は、吐出ポート２１の吐出口２１ａに取り付けられた圧力センサ４Ａと、カップリング２６に取り付けられた振動センサ４Ｂとを備えている。振動センサ４Ｂの取り付け位置については、振動センサ４Ｂは電動機組立体３に取り付けられている、と表現されてもよく、または、ポンプ２に取り付けられている、と表現されてもよい。

給水装置１に設けられたセンサ４は、上記圧力センサ４Ａおよび振動センサ４Ｂには限定されない。センサ４は、ポンプ２および電動機組立体３のうちの少なくとも１つに設けられてもよい。一実施形態では、センサ４は、ポンプ２に設けられた流量センサ（図示しない）であってもよく、または、電動機組立体３に設けられた温度センサ（図示しない）であってもよい。

図２は、電動機組立体３を示す図である。電動機組立体３は、後述するインバータ１２が内蔵された一体型構造を有する機械装置である。図２に示すように、電動機組立体３は、モータ１０と、内部にモータ１０が配置されたモータケーシング１１と、モータ１０の可変速手段であるインバータ１２と、内部にインバータ１２が配置され、かつモータケーシング１１に着脱可能に取り付けられたインバータケース１３と、インバータ１２と制御盤６（より具体的には、制御部５）とを、特定省電力通信方式を通じて通信する通信モジュール１５と、を備えている。

モータ（回転要素）１０は、駆動軸７を回転させる回転子（ロータ）３０および固定子（ステータ）３１を備えている。回転子３０は、駆動軸７に固定されており、固定子３１は、回転子３０を囲んで、電力を巻線（コイル）３１ｂが受けて回転磁界を形成する。固定子３１は、ステータコア３１ａと、ステータコア３１ａに巻かれた複数の巻線３１ｂとを備えている。回転子３０は、回転子３０と固定子３１との間に形成される回転磁界によって回転し、回転子３０が固定された駆動軸７は回転子３０とともに回転する。

図２において、モータ１０は模式的に描かれている。モータ１０は、例えば、ロータに永久磁石を用いた永久磁石型モータである。しかしながら、モータ１０は、永久磁石型モータに限定されず、誘導モータやＳＲモータなど、様々な種類のモータであってもよい。

インバータ１２は、モータ１０に隣接して配置されており、モータ１０の動作（回転速度）を制御する。インバータ１２は、圧力変動などに応じてモータ１０の回転速度を制御し、例えば、省エネ運転など、個々の環境に応じた最適な制御を行うことができる。

インバータ１２を収容するインバータケース１３は、駆動軸７の軸線ＣＬ方向に沿ってモータケーシング１１に直列的に配置されている。駆動軸７は、モータケーシング１１およびインバータケース１３を貫通して延びており、モータケーシング１１およびインバータケース１３は、駆動軸７と同心状に配置されている。本実施形態では、モータケーシング１１およびインバータケース１３は、駆動軸７の軸線ＣＬ方向に直列的に配置されているため、電動機組立体３は、コンパクトな構造を有することができる。

駆動軸７の端部（すなわち、駆動軸７の反負荷側）には、駆動軸７と同心状に配置された冷却ファン３５が固定されている。冷却ファン３５は、インバータケース１３の外側の位置において、インバータケース１３に隣接している。インバータケース１３には、冷却ファン３５を囲むようにファンカバー３６が取り付けられている。

冷却ファン３５が駆動軸７とともに回転すると、空気はインバータケース１３およびモータケーシング１１に送られる。この空気は、インバータケース１３およびモータケーシング１１に接触してインバータ１２およびモータ１０の熱を奪う。

本実施形態では、制御部５は、電動機組立体３とは別個の制御盤６に格納される。したがって、制御部５は、インバータ１２から離れた位置に配置される。このような構造の場合、インバータ１２（またはモータ１０）には、電力線に加え、通信用の通信線が必要となる。このように、インバータ１２（またはモータ１０）からの電力線と、通信線とを含む複数の接続線が必要となるため、インバータ１２（またはモータ１０）の周りの配線が煩雑となり、作業性を損なう。また、遠方に配置された制御盤６に接続する場合、通信線へのノイズの影響や、物理的な断線の影響が考えられる。

そこで、本実施形態では、電動機組立体３は、通信モジュール１５を備えている。通信モジュール１５は、特定省電力通信方式を通じて、制御部５とインバータ１２とを通信する。特定省電力通信方式は、電力線通信方式または無線通信方式である。電力線通信方式は、ＰＬＣ（Power Line Communication）技術を用いた通信方式である。無線通信方式の一例として、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を用いた通信方式またはＬＥＤとフォトインタプラとを用いた光通信方式を挙げることができる。

図２に示すように、電動機組立体３は、内部に端子部４０が配置された端子箱４１を備えている。通信モジュール１５は、この端子箱４１の内部に配置されている。端子部４０には、電力線４５が接続されている。電力線４５は、制御盤６にも接続されている。圧力センサ４Ａの信号線４８および振動センサ４Ｂの信号線４９は、端子部４０に接続されている。

図２に示す実施形態では、インバータ１２には、インバータ１２と端子部４０とを電気的に接続する第１接続ケーブル４６と、インバータ１２とモータ１０とを電気的に接続する第２接続ケーブル４７とが接続されている。例えば、第１接続ケーブル４６は、電力の供給および通信を行うためのケーブルであり、第２接続ケーブル４７は、電力をモータ１０に供給するためのケーブルである。

特定省電力通信方式として、ＰＬＣ技術を用いた電力線通信方式が採用される場合、電力線４５は、それ自身で、電力の供給と通信とを行うことができる。圧力センサ４Ａおよび振動センサ４Ｂは、信号線４８，４９を通じて端子部４０に接続されている。圧力センサ４Ａおよび振動センサ４Ｂによって検出された信号（読み取り値）は、電力線通信方式によって、制御部５に送られる。このように、通信モジュール１５を設けることにより、電動機組立体３と制御盤６との間に、信号線を敷設する必要はない。したがって、電動機組立体３は、配線省力化を実現することができる。

制御部５とインバータ１２との間の通信距離が近距離である場合、無線通信方式の一例として、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）を用いた通信方式を採用してもよい。この通信方式が採用される場合、高速の通信を行うことが可能である。無線通信方式の一例として、光通信方式を採用してもよい。これらのように、無線通信方式が採用される場合、電磁ノイズの影響は問題とならず、電磁ノイズの放出も抑えられ、高速で大量のデータ通信を行うことができる。この場合であっても、電動機組立体３は、配線省力化を実現することができる。

図３は、給水装置１の通信を示す図である。図４は、給水装置１の制御を示すフローチャートである。給水装置１がその運転を開始すると、各種物理量（本実施形態では、吐出側の圧力およびカップリング２６の振動）をセンサ４（本実施形態では、圧力センサ４Ａおよび振動センサ４Ｂ）が検出し、センサ読み取り値として出力する（図４のステップＳ１０１参照）。次いで、上記センサ読み取り値を通信モジュール１５が受信する（図４のステップＳ１０２参照）。その後、通信モジュール１５は、センサ読み取り値に応じた指令値Ａ（図３参照）を、省電力通信方式によって制御部５に送信する（図４のステップＳ１０３参照）。

制御部５は、通信モジュール１５から送信された指令値Ａを受信し（図４のステップＳ１０４参照）、指令値Ａに応じた指令値Ｂ（図３参照）を通信モジュール１５に送信する（図４のステップＳ１０５参照）。通信モジュール１５は、制御部５から送信された指令値Ｂを受信し（図４のステップＳ１０６参照）、通信モジュール１５は、指令値Ｂに応じた指令値Ｃ（図３参照）をインバータ１２に送信する（図４のステップＳ１０７参照）。その後、インバータ１２は、通信モジュール１５から送信された指令値Ｃを受信し、モータ１０の制御を行う（図４のステップＳ１０８参照）。このようにして、図４のステップＳ１０１からステップＳ１０８の繰り返しによって、給水装置１の運転中、モータ１０の制御が継続される。

一実施形態では、客先要求・製品形態・設置箇所に応じて、本実施形態に係る通信システムを既存の給水装置に新たに設けてもよい。この場合、オプションとしての通信装置（通信モジュール１５または通信モジュール１５と同様の機能を備えた装置）を既存の給水装置に新たに設置する。この実施形態によれば、既に設置されている、通信機能を有しない制御部を交換する必要はなく、様々な製品需要に対する対応が可能となる。

図１に示すように、給水装置１は、ポンプ２の運転を遠隔操作可能な遠隔操作装置５０と、遠隔操作装置５０に接続された電力ケーブル５１と、電力ケーブル５１に接続され、遠隔操作装置５０と制御部５とを、電力線通信方式で通信する通信部５２とを備えている。

電力ケーブル５１は、遠隔操作装置５０および通信部５２に接続されている。通信部５２は、制御盤６に格納されており、制御部５に接続されている。電力ケーブル５１は、電力の供給を可能とし、かつＰＬＣ技術を用いた電力線通信を可能とする。したがって、電力ケーブル５１のみで、電力の供給と通信とを行うことができる。一実施形態では、遠隔操作装置５０と通信部５２とは、無線通信方式で通信されてもよい。

図５は、インバータケース１３の内部に配置された通信モジュール１５を示す図である。特に説明しない実施形態の構成は、上述した実施形態の構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。上述した実施形態では、端子箱４１の内部に配置された通信モジュール１５を備えた給水装置１について、説明したが、図５に示すように、通信モジュール１５は、インバータケース１３の内部に配置されてもよい。

図５に示すように、インバータケース１３は、端子箱４１よりも制御部５に近接して配置されている。言い換えれば、インバータケース１３は、ファンカバー３６を挟んで制御盤６に対向している。したがって、通信モジュール１５をインバータケース１３に格納することにより、通信モジュール１５は、制御部５に近接して配置され、制御部５との通信をより確実に行うことができる。

図６は、給水装置１の他の実施形態を示す図である。特に説明しない実施形態の構成は、上述した実施形態の構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。図６に示すように、給水装置１は、複数のポンプ２，２と、複数の電動機組立体３，３とを備えている。

図１乃至図５に示す実施形態では、１つの制御部５に対して、１つのインバータ１２が設けられた給水装置１について説明したが、制御部５の台数およびインバータ１２の台数の組み合わせは、図１乃至図５に示す実施形態には限定されない。例えば、１つの制御部５に対して、制御対象となるインバータ１２の数は複数であってもよい。

図６に示す実施形態では、２台のポンプ、および２台の電動機組立体が設けられているが、ポンプ２および電動機組立体３の数は、本実施形態には限定されない。３台以上のポンプ２および３台以上の電動機組立体３が設けられてもよい。図６に示すように、各電動機組立体３に設けられた各通信モジュール１５は、各インバータ１２と制御部５とを、特定省電力通信方式を通じて通信する。複数の通信モジュール１５の数は、複数の電動機組立体３の数に対応している。各通信モジュール１５は、各端子箱４１の内部に配置されている。

図７は、給水装置１のさらに他の実施形態を示す図である。特に説明しない実施形態の構成は、上述した実施形態の構成と同じであるので、その重複する説明を省略する。図７に示すように、複数の（本実施形態では、２つ）通信モジュール１５のそれぞれは、各インバータケース１３の内部に収容されてもよい。

一実施形態では、給水装置１は、インバータケース１３の内部に収容された通信モジュール１５および端子箱４１の内部に配置された通信モジュール１５の両方を備えてもよい。

図６および図７に示すように、複数のポンプ２および複数の電動機組立体３が設けられると、給水装置１に設けられるセンサの数は、ポンプ２の数および電動機組立体３の数に応じて顕著に増加する。したがって、各電動機組立体３と制御盤６との間に、膨大な数の信号線を敷設しなければならない。信号線は、電動機組立体３の外部に敷設されるため、作業者は、信号線が属する電動機組立体３を容易に特定することができず、配線作業やメンテナンス作業などの作業効率が低下してしまうおそれがある。

本実施形態によれば、各電動機組立体３は、通信モジュール１５を備えているため、各電動機組立体３と制御盤６との間に信号線を敷設する必要はない。したがって、作業者は、作業効率を向上することができる。

図８は、給水装置１のさらに他の実施形態を示す図である。図８に示すように、複数の通信モジュール１５は、複数の電動機組立体３の一方の端子箱４１の内部に配置された第１通信モジュール１５と、複数の電動機組立体３の他方のインバータケース１３の内部に配置された第２通信モジュール１５とを備えている。

図８に示す実施形態では、２台のポンプ２および２台の電動機組立体３が設けられているため、給水装置１は、２つの通信モジュール１５を備えている。２つの通信モジュール１５（すなわち、第１通信モジュール１５および第２通信モジュール１５）は、一方の電動機組立体３の端子箱４１の内部と、他方の電動機組立体３のインバータケース１３の内部とに分配されている。

図示しないが、３台のポンプ２および３台の電動機組立体３が設けられている場合、複数の通信モジュール１５は、第３通信モジュール１５をさらに備えている。第３通信モジュール１５は、３台目の電動機組立体３の端子箱４１の内部またはインバータケース１３の内部に配置される。４台以上のポンプ２および４台以上の電動機組立体３が設けられている場合であっても、通信モジュール１５の配置箇所は、任意に決定されることができる。

このように、電動機組立体３は、通信モジュール１５を収容可能なサイズを有する端子箱４１と、通信モジュール１５を収容可能なサイズを有するインバータケース１３とを備えている。したがって、通信モジュール１５は、電動機組立体３（および給水装置１）の設置環境に応じて、最適な位置に配置されることができる。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内において、種々の異なる形態で実施されてよいことは勿論である。

１ 給水装置
２ ポンプ
３ 電動機組立体
４ センサ
４Ａ 圧力センサ
４Ｂ 振動センサ
５ 制御部
６ 制御盤
７ 駆動軸
１０ モータ
１１ モータケーシング
１２ インバータ
１３ インバータケース
１５ 通信モジュール
２０ 吸込ポート
２０ａ 吸込口
２１ 吐出ポート
２１ａ 吐出口
２２ ポンプケーシング
２３ 羽根車
２５ 回転軸
２６ カップリング
３０ 回転子（ロータ）
３１ 固定子（ステータ）
３１ａ ステータコア
３１ｂ 巻線
３５ 冷却ファン
３６ ファンカバー
４０ 端子部
４１ 端子箱
４５ 電力線
４６ 第１接続ケーブル
４７ 第２接続ケーブル
４８ 信号線
４９ 信号線
５０ 遠隔操作装置
５１ 電力ケーブル
５２ 通信部

Claims (14)

1. モータと、
   内部に前記モータが配置されたモータケーシングと、
   前記モータの可変速手段であるインバータと、
   内部に前記インバータが配置され、かつ前記モータケーシングに着脱可能に取り付けられたインバータケースと、
   制御盤に格納された制御部と前記インバータとを、特定省電力通信方式を通じて通信する通信モジュールと、を備えた、電動機組立体。
2. 前記特定省電力通信方式は、電力線通信方式または無線通信方式である、請求項１に記載の電動機組立体。
3. 前記電動機組立体は、内部に端子部が配置された端子箱を備えており、
   前記通信モジュールは、前記端子箱の内部に配置されている、請求項１または２に記載の電動機組立体。
4. 前記通信モジュールは、前記インバータケースの内部に配置されている、請求項１または２に記載の電動機組立体。
5. ポンプと、
   前記ポンプを運転する電動機組立体と、
   前記ポンプの運転の制御に必要な物理量を検出するセンサと、
   前記センサによって検出された値に基づいて、前記電動機組立体を制御する制御部が格納された制御盤と、を備え、
   前記電動機組立体は、
   モータと、
   内部に前記モータが配置されたモータケーシングと、
   前記モータの可変速手段であるインバータと、
   内部に前記インバータが配置され、かつ前記モータケーシングに着脱可能に取り付けられたインバータケースと、
   前記インバータと前記制御部とを、特定省電力通信方式を通じて通信する通信モジュールと、を備えた、給水装置。
6. 前記特定省電力通信方式は、電力線通信方式または無線通信方式である、請求項５に記載の給水装置。
7. 前記電動機組立体は、内部に端子部が配置された端子箱を備えており、
   前記通信モジュールは、前記端子箱の内部に配置されている、請求項５または６に記載の給水装置。
8. 前記通信モジュールは、前記インバータケースの内部に配置されている、請求項５または６に記載の給水装置。
9. 前記給水装置は、
   前記ポンプの運転を遠隔操作可能な遠隔操作装置と、
   前記遠隔操作装置に接続された電力ケーブルと、
   前記電力ケーブルに接続され、前記遠隔操作装置と前記制御盤とを、電力線通信方式で通信する通信部と、を備えた、請求項５乃至８のいずれか一項に記載の給水装置。
10. 前記通信部は、前記制御盤の内部に収容されている、請求項９に記載の給水装置。
11. 前記ポンプは、複数のポンプであり、
    前記電動機組立体は、複数の電動機組立体である、請求項５乃至１０のいずれか一項に記載の給水装置。
12. 前記複数の電動機組立体のそれぞれは、内部に端子部が配置された端子箱を備えており、
    前記複数の電動機組立体のそれぞれに設けられた通信モジュールは、前記端子箱の内部に配置されている、請求項１１に記載の給水装置。
13. 前記複数の電動機組立体のそれぞれに設けられた通信モジュールは、前記複数の電動機組立体のそれぞれに設けられたインバータケースの内部に配置されている、請求項１１に記載の給水装置。
14. 前記複数の電動機組立体のそれぞれは、内部に端子部が配置された端子箱を備えており、
    前記複数の通信モジュールは、
    前記複数の電動機組立体の一方の前記端子箱の内部に配置された第１通信モジュールと、
    前記複数の電動機組立体の他方のインバータケースの内部に配置された第２通信モジュールと、を備えている、請求項１１に記載の給水装置。

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