JP3741101B2

JP3741101B2 - モータ冷却制御システム

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Publication number: JP3741101B2
Application number: JP2002345741A
Authority: JP
Inventors: 詔夫竹内; 健三藤原; 明俊成松; 次郎磯野
Original assignee: Mitsubishi Electric Plant Engineering Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Plant Engineering Corp
Priority date: 2002-11-28
Filing date: 2002-11-28
Publication date: 2006-02-01
Anticipated expiration: 2022-11-28
Also published as: KR20040047529A; KR100544779B1; JP2004180454A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はモータ冷却制御システムに関し、特に、インバータで駆動されるファンの回転速度を制御するためのモータ冷却制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータ冷却装置として図２に示すものがある。図２に示すこのモータ冷却装置は、モータ１１０のフレーム１１１に取り付けられ、モータ１１０を冷却するための冷却手段１１２と、モータ１１０の発熱を検出する温度検出手段１１３と、温度検出手段１１３の検出信号に応じて冷却手段１１２を連続的に制御して、モータ１１０の温度を最適化するための制御部１１４とを備えており、主に、射出成型機のケーシング内に組み込まれているビルトイン型モータの冷却に適用されることを目的として構成されている。なお、冷却手段１１２は、前記のビルトイン型モータのフレーム内に設置されたモータファンから構成されており、検出手段１１３は、温度センサ等から構成されている。以下の説明においては、冷却手段１１２をモータファン１１２と呼び、温度検出手段１１３を温度センサ１１３と呼ぶこととする（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１３６７０８号公報
【０００４】
次に、動作について説明する。モータ１１０の運転時において、モータ１１０は発熱するが、モータ１１０の温度を検出することができる個所に設置された温度センサ１１３の信号に応じて、該モータファン１１２の回転速度を制御する。即ち、モータ１１０の温度が高くなれば、モータファン１１２の回転速度を増加して冷却風量を増やしモータ１１０の温度を下降させ、逆に、モータ１１０の温度が低くなれば、モータファン１１２の回転速度を減少して冷却風量を減らしモータ１１０の温度を上昇させてモータ１１０の温度を適切に（ほぼ一定に）維持するよう制御する。この場合、モータ１１０の発熱を検出する温度検出手段として温度センサ１１３ではなく電流検出器のような負荷を検出する手段を用いてもよい。また、温度を適切に維持するよう回転速度を制御するということは、冷却手段を必要以上に稼働させることを防止でき、結果として、省エネルギーとして適用できるということでもある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来のモータ冷却装置では省エネルギーを実現するために、被冷却モータの発熱を検出する手段として温度センサや、あるいは、負荷検出手段を用いているが、以下のような問題点があった。
【０００６】
温度センサを用いる方法では温度センサの出力信号に断線またはノイズなどによる外乱が生じた場合には、演算制御された冷却風量が不適正となり、万一過少風量となった場合は巻線焼損事故となる危険性があるため、温度センサの信号による冷却風量制御は十分な温度余裕を持って適用されているのが一般的である。そのため、十分な省エネルギー効果が得られないという問題点があった。
【０００７】
また、たとえば鉄鋼圧延設備等、既設モータ冷却システムの省エネルギー化を行う場合には、被冷却モータへの温度センサ追加取り付けが必要となる。具体的には被冷却モータを分解して、風量制御に値する適正な温度の得られる部位への温度センサの取り付け、および、被冷却モータの再組立・復旧等の工事が発生し、その工事費用と工事期間中の稼働停止による生産機会損失は無視できないものであった。さらにそうして取り付けられた温度センサの温度出力と該モータの負荷との関係が検証されなければ冷却風量制御のための信号として使用するのが難しいなどの問題点があった。
【０００８】
上記に代わる検出手段として電流検出器のような負荷検出手段を用いる場合があるが、負荷の検出は従来より被冷却モータの速度制御や負荷の監視に適用されてきた公知の技術である。そのため省エネルギーを実施するために負荷信号を用いることは比較的容易であるが、検出した負荷とモータの発熱または温度を精度よく関係付ける方法が明らかにされていないため負荷信号を用いた冷却風量制御に関しても十分な温度余裕を持って適用しなければならず、この場合も、十分な省エネルギー効果が得られないなどの問題点があった。
【０００９】
この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、精度よく冷却風量を制御して、省エネルギーに適したモータ冷却制御システムを得ることを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明は、内部に巻線を有する被冷却モータの冷却の制御を行うためのモータ冷却制御システムであって、インバータと、上記インバータにより駆動されるファンモータと、上記ファンモータにより駆動されて冷却風を出力して、上記被冷却モータの上記巻線が適正温度を保つように冷却を行うファンと、上記被冷却モータの負荷電流の情報が入力される負荷情報入力手段と、入力された上記負荷電流の情報に基づいて、上記巻線の冷却のために上記ファンが必要風量を発生するように上記インバータを制御する省エネルギー演算制御部とを備え、上記省エネルギー演算制御部は、入力された上記負荷電流の二乗平均平方根値（ＲＭＳ）と上記被冷却モータの上記巻線の熱時定数とを組み合わせた等価二乗平均平方根値（等価ＲＭＳ）を用いて、上記巻線の温度上昇の推定計算値を演算することにより、上記必要風量を求めるモータ冷却制御システムである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。なお、本実施の形態においては、製鉄や製紙等に用いられる鉄鋼圧延設備等の比較的大型の直流モータや交流モータを冷却するためのモータ冷却制御システムについて説明するが、その場合に限らず、小形のモータにも本発明は適用することが可能である。図１において、１０は内部に巻線を有し、当該巻線に対して後述するファン１２からの冷却風量の供給を受けて当該巻線を冷却させながら駆動する被冷却モータ、１２はこの被冷却モータ１０に冷却風を供給するファン、１５はこのファン１２に回転動力を与えるファンモータ、１６はこのファンモータ１５の電源駆動装置であるインバータ、１４は被冷却モータ１０の負荷電流情報を得てインバータ１６の出力周波数を演算して、インバータ１６に当該周波数を指令する省エネルギー演算制御部、１７はファン１２からの冷却風が通過する冷却風管路である。
【００１２】
なお、省エネルギー演算制御部１４は、図３に示すように、被冷却モータ１０の負荷電流情報に基づいてインバータ１６の出力周波数を計算する省エネルギー演算部１４１と計算された周波数をインバータに出力する省エネルギー制御出力部１４２とにより構成されている。また、省エネルギー演算部１４１は図９に示すように被冷却モータ１０の負荷電流情報に基づいて後述する等価ＲＭＳ（ＲｏｏｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）を計算する等価ＲＭＳ計算部２１と、刻々の等価ＲＭＳから巻線の温度上昇値を推定計算する温度上昇計算部２２と、温度上昇計算値に基づいてファン１２から出力する必要風量を計算する風量計算部２３と、必要風量値に基づいてインバータ１６の出力周波数を計算する周波数計算部２４とにより構成されている。省エネルギー制御出力部１４２は制御出力部２５により構成されている。
【００１３】
次に動作について説明する。まず、はじめに、図１に示す実施の形態１のシステム全体の動作について説明する。被冷却モータ１０の変化する負荷は被冷却モータ１０に設けられた検出手段（図示省略）により負荷電流情報として検出され、省エネルギー演算制御部１４に入力される。省エネルギー演算制御部１４では、後述する動作によりインバータ１６の出力周波数が計算され、それに基づいた出力指令がインバータ１６に出される結果、ファンモータ１５が当該出力指令に基づく回転速度で運転され、ファン１２が所定の風量を発生して被冷却モータ１０を冷却する。変化する負荷電流は刻々検出され、省エネルギー演算制御部１４は適切なタイミングでファン１２の回転速度を変更する。この結果、省エネルギー演算制御部１４で温度上昇許容値を設定しておけば必要十分な風量に制御され、変化する負荷に対応して時々刻々必要十分な風量を実現することによって電力量が必要最小限となる省エネルギー制御が実現できる。しかしながら、ここで、インバータ１６の出力周波数を求めるために、被冷却モータ１０の巻線の温度上昇を精度よく推定する必要があるが、温度上昇は、過去の温度上昇の履歴の影響を大きく受ける（すなわち、現時点の負荷が同じでも以前の温度上昇が高いか低いかによって現時点の温度上昇が異なる）ため、それを加味する必要がある。そのため、本実施の形態においては、後述の省エネルギー演算制御部１４において、等価ＲＭＳという演算値を用いることにより過去の温度上昇の履歴を加味して、温度上昇の推定計算を行い、それに基づいて、インバータ１６の出力周波数の計算を行っている。
【００１４】
当該省エネルギー演算制御部１４における、インバータ１６の出力周波数の計算方法について説明する。
【００１５】
まず、はじめに、省エネルギー演算制御部１４の等価ＲＭＳ計算部２１の動作について説明する。一般に、被冷却モータ１０の負荷電流は被冷却モータ１０自身の運転制御に必要な情報として検出されており、省エネルギー演算制御部１４の入力情報として容易に得られるものである。また負荷電流から計算される負荷電流二乗平均平方根値（ＲＭＳ）も被冷却モータ１０の発熱の状態を近似的に示す保守監視情報として活用されており、容易に得られる場合が多い。負荷の性質として持つ変化速度に応じて負荷電流Ｉｎを適当なサンプリング周期ｄｔ（たとえば１秒）で取り込み、等価ＲＭＳ計算部２１に蓄積する。熱時定数より短い時間Ｔ（たとえば３分間）を選び、その間に蓄積された負荷電流のサンプリング値Ｎ個（たとえば６０個ｘ３分間＝１８０個）を下式（１）により計算してＴ分間負荷電流二乗平均平方根値（以下、Ｔ分間ＲＭＳ）を計算する。
【００１６】
【数１】

【００１７】
さらに、Ｔ分間ＲＭＳ（Ｉ_ｒｍｓ）より下式（２）を用いて、ＲＭＳに巻線の過去の負荷による温度上昇の履歴を加味した負荷電流二乗平方根平均値を求める。すなわち、被冷却モータ１０の負荷電流のＲＭＳと被冷却モータ１０の巻線の熱時定数とを組み合わせたものを演算する。本明細書において、当該平均値を、負荷電流等価二乗平均平方根値と名付け、以下、等価ＲＭＳと略し、記号Ｉｒｍｓｅｑ（Ｉ_{ｒｍｓｅｑ}）で表すこととする。
【００１８】
【数２】

【００１９】
このようにして、等価ＲＭＳ計算部２１においては、負荷電流情報を得て等価ＲＭＳ値を計算する。
【００２０】
次に、温度上昇計算部２２の動作について説明する。一般的に巻線の発熱は負荷電流の二乗に比例する負荷損と負荷に依存しない固定損の和で表される。そのため巻線の温度上昇値は負荷電流に対し二次関数となる。負荷が一定の場合と違って、変動する負荷の場合は、現時点以前の負荷による温度上昇の履歴を受ける（すなわち現時点の負荷が同じでも以前の温度上昇が高いか低いかによって現時点の温度上昇が異なる）ので、巻線の温度上昇値は負荷電流に対し二次関数にはならず、過去の履歴によるばらつきが大きい。一方、ＲＭＳの代わりに等価ＲＭＳを用いるとばらつきの小さい精度良い二次関数が得られる。
【００２１】
図４（ａ）に、負荷電流の二乗平均平方根値であるＲＭＳと被冷却モータ１０の巻線の温度上昇との関係を示したグラフを示し、図４（ｂ）に、負荷電流の二乗平均平方根値であるＲＭＳに巻線の過去の負荷による温度上昇の履歴を加味した等価二乗平均平方根値（等価ＲＭＳ）と被冷却モータ１０の巻線の温度上昇との関係を示したグラフを示す。図４（ａ）と比較すれば、図４（ｂ）の方が、大幅にばらつきが小さいことが一目瞭然である。ばらつきの小さい等価ＲＭＳを用いて、近似曲線を求めることにより、温度上昇値を推定計算すれば、ＲＭＳを用いていた従来の場合に比べ、精度よく温度上昇の推定計算を行うことができる。なお、近似曲線は、巻線に貼付された温度素子により得られる温度を統計処理して得てもよいし、被冷却モータ１０の製作時の工場試験データや設計理論データより得てもよいが、いずれの場合も、予め求めておいて、省エネルギー演算制御部１２に定数として設定しておく。このようにして温度上昇計算部２２では、刻々の等価ＲＭＳから巻線の温度上昇値を推定計算する。
【００２２】
次に、風量計算部２３の動作について説明する。風量計算部２３では、省エネルギーのために風量を何程に低減できるか計算する。風量を低減すると温度上昇値が増加する関係があるので、風量計算部２３に風量と温度上昇値の関係式を予め定数として入力しておく。また、温度上昇計算部２２で計算された温度上昇値と温度上昇許容値とを用いる。一例として、下式（３）を用いて省エネルギー後の必要風量を得る。この場合、温度上昇は許容値になる。
【００２３】
【数３】

【００２４】
このようにして、風量計算部２３では温度上昇計算値を得て必要風量を計算する。なお、ここで、必要風量とは、ファンモータ１５の駆動電力の省エネルギーを目的に、被冷却モータの巻線温度（または巻線温度上昇）推定計算値が予め設定された所定の許容量を超えない範囲で、必要最小限の冷却風量のことであり、後述の周波数計算部２４においては、そのような冷却風量となるようにファンモータ１５の回転速度を制御するためのインバータ１６の出力周波数を計算する。
【００２５】
周波数計算部２４の動作について説明する。風量計算部２３で得られた省エネルギー後の必要風量を得るためのインバータの周波数をファン１２と冷却風管路１７の特性より計算する。一例として下式（４）を用いることができる。インバータを設置後、実際の特性を測定して関係式を得ることもできる。
【００２６】
【数４】

【００２７】
このようにして周波数計算部２４においては、風量計算部２３で得られた風量値を得てインバータ１６の出力周波数を計算する。
【００２８】
次に、制御出力部２５の動作について説明する。制御出力部２５では、周波数計算部２４で得られた周波数をインバータ１６が規定する物理的な信号に変換し、インバータ１６に出力する。一例として周波数（ｆ）０〜５０Hzを制御電流（Ｉs）４〜２０mAに変換して出力するように規定するインバータに対しては、下式（５）を用いて変換する。
【００２９】
【数５】

【００３０】
以上のように、本実施の形態においては、被冷却モータ１０の変化する負荷電流情報を得て、当該情報を用いて、等価ＲＭＳ計算部２１において、被冷却モータ１０の負荷電流二乗平均平方根値（ＲＭＳ）に巻線の過去の負荷による温度上昇の履歴を加味した等価ＲＭＳを求め、温度上昇計算部２２において、当該等価ＲＭＳを用いて被冷却モータ１０の巻線の温度上昇値を推定計算し、それに基づいて、風量計算部２３において必要風量を計算し、次に、周波数計算部２４において当該必要風量からインバータ１６の出力周波数を計算し、それに対応する回転速度でファンモータ１５をインバータ１６が駆動するようにしたので、過去の履歴の影響を大きく受ける温度上昇を精度よく推定することができるため、被冷却モータ１０に供給する冷却風量を必要十分な量に演算制御することができ、被冷却モータ１０の性能を損なうことなく、効率のよい省エネルギーを実現することができる。
【００３１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、被冷却モータ１０の負荷電流が単一の場合について述べたが、負荷電流が複数でしかも発熱する巻線が複数の場合でも、図５に示すように、省エネルギー演算制御部１４の計算部分を分割・並列し、それぞれ計算した所要風量のうち最大の風量を発生させるよう周波数計算部２４を構成することができる。
【００３２】
すなわち、図５に示すように、等価ＲＭＳ計算部２１、温度上昇計算部２２、および、風量計算部２３を、省エネルギー演算制御部１４内に複数個ずつ設けて（図５の例では、２１Ａ〜２１Ｃ、２２Ａ〜２２Ｃ、２３Ａ〜２３Ｃのそれぞれ３個ずつ）、各負荷電流毎、または、各巻線ごとに、並列に処理を行って、それぞれ計算した所要風量のうち最大の風量を発生させるよう周波数計算部２４を構成する。周波数計算部２４の出力は、制御出力部２５に入力される。
【００３３】
これは１台の冷却ファン１２で複数の被冷却モータ１０を冷却する図７の例や、被冷却モータ１０が直流モータあるいは同期モータのように、内部に、主回路巻線と界磁巻線のようにモータ内部の同一通風系統内に複数の巻線を有して、主回路電流以外に界磁電流がそれぞれの巻線を流れて発熱する事例などにも適用可能である。直流モータの場合の電機子巻線や補極巻線は主回路電流による温度上昇値が計算され、界磁巻線は界磁電流による温度上昇値が計算されるが、それぞれの巻線が温度上昇許容値に達する必要風量を求め、そのうちのいずれか大きい方の風量を発生させる周波数を採用することによっていずれの巻線も温度上昇許容値以内で必要最小限の風量となり、結果として省エネルギー制御が実現できる。
【００３４】
実施の一例を図６に示す。図６において、Ｑｉは主回路巻線の必要風量、Ｑｆは界磁巻線の必要風量、Ｑｍａｘは必要風量ＱｉおよびＱｆの大きい方の値、Ｆはインバータ１６の出力周波数である。図６から明らかなように、刻々の必要風量ＱｉおよびＱｆの大きい方の値であるＱｍａｘを求め、それに基づいて、インバータ１６の出力周波数Ｆを求めることで、いずれの巻線も温度上昇許容値以内で必要最小限の風量となり、結果として省エネルギー制御が実現できていることがわかる。なお、Ｑｍａｘと周波数Ｆとは、ほぼ、同じ推移で変化していることがわかる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態においては、被冷却モータが複数個、あるいは、被冷却モータが複数の巻線を備えている場合で、かつ、それぞれの負荷が異なる場合に、それぞれ計算される複数の必要最小限の冷却風量を比較し、そのうちの最も大きな値を選択するようにしたので、複数巻線の全てがそれぞれ設定された許容温度上昇値以内となって、経時的に変化する負荷に対応して冷却風量は系全体として常に必要最小限となり、結果として精度のよい省エネルギーが実現される。
【００３６】
なお、複数組のファンモータ１５およびファン１２で、複数の被冷却モータ１０に冷却風を供給する場合にも、上記と同様に、複数の必要最小限の冷却風量を比較し、そのうちの最も大きな値を選択するようにし、複数組のファンモータ１５およびファン１２を組み合わせて用いて、全体として当該選択された必要最小限の冷却風量で冷却を行うようにして、省エネルギーを実現する。
【００３７】
実施の形態３．
等価ＲＭＳは温度上昇値とよい相関を持っているが、いずれも瞬時の値だけではなく現時点以前の値にも左右されるため、現時点以前の値がない計算開始時においては初期値の影響を大きく受ける。そのため、本実施の形態においては、初期値の影響を少なくして、省エネルギー演算制御部１４で等価ＲＭＳを用いて計算する巻線の温度上昇値の計算開始直後の真値とのずれを防止するための方法について説明する。
【００３８】
すなわち、本実施の形態においては、モータ冷却制御システム始動時には等価ＲＭＳをより早く実際値と一致させるように、等価ＲＭＳの初期値として、システム始動前直近のＲＭＳ平均値を用いて（あるいは、安全サイドで１．０ユニット（１００パーセント）として）、計算するようにする。
【００３９】
以上のように、本実施の形態においては、等価ＲＭＳの初期値として、システム始動前直近のＲＭＳ平均値を用いて計算するようにしたので、より早く等価ＲＭＳを実際値と一致させることができ、等価ＲＭＳを用いて計算する巻線の温度上昇値の計算開始直後の真値とのずれを低減することができる。
【００４０】
実施の形態４．
上述の実施の形態においては、刻々の等価ＲＭＳを求め、それに応じて、温度上昇値を推定計算し、必要風量及びインバータの出力周波数を演算する例について説明したが、本実施の形態においては、演算されたインバータ周波数（または、ファンモータ回転速度）の変化に対して不感帯を設定し、当該不感帯の範囲内の小さい変化については、インバータ１６の出力周波数（またはファンモータ回転速度）は変化させずに、現行の出力周波数（または、回転速度）で駆動させておき、不感帯の範囲を超える大きな変化が生じたときに初めて、現行の出力周波数と異なる出力指令を出力するようにする。
【００４１】
以上のように、本実施の形態においては、すなわちインバータへの指令の小さい変化に対しては不感帯を設けるようにしたので、負荷が小刻みに微妙に変化する場合などに、ファンモータ回転速度が負荷の変化に応じて即応して、振動などの繰り返し応力によってファン軸系へ機械的損傷を与えてしまうようなことを防止することができる。
【００４２】
実施の形態５．
本実施の形態においては、ファンモータ１５が全閉外扇型（自力型）のように、モータの軸と同軸にファンの軸が設けられていて、モータの回転に合わせて冷却用のファンが同期して回転することにより、モータの冷却が自身で行えるものを例に挙げて説明する。この場合、ファンモータ１５の回転速度の低下に応じて、当然ながら、自己の冷却能力が低下する。そのため、本実施の形態においては、ファンモータ１５の回転速度を、ファンモータ１５の熱的許容最低回転速度以上に維持することとする。すなわち、上述の実施の形態における省エネルギー演算制御部１４において計算されたファンモータ回転速度では、ファンモータ自身が過熱する恐れがある程、低い場合には、周波数計算部２４において、当該ファンモータ回転速度を、ファンモータ１５が過熱しない程度の回転速度になるように指令を変更する。また、温度検出手段を用いて、ファンモータ１５の温度を検出し、過熱しない程度の回転速度になるように指令を変更してもよい。
【００４３】
以上のように、本実施の形態においては、ファンモータ１５の回転速度の最低側のしきい値をファンモータ１５の熱的許容最低回転速度として、それ以下にはしないようにしたので、ファンモータ１５自身が過熱してしまうことを防止することができる。
【００４４】
実施の形態６．
本実施の形態においては、被冷却モータ１０が主回路巻線と界磁巻線の有する場合を例に挙げて説明する。被冷却モータ１０が無負荷（すなわち主回路電流０）であるが、低速度で運転されている場合、界磁電流が高い値（強め界磁）となってしまうことは一般によく知られている。このときに、図６に示したＱｍａｘに基づいて必要風量を求めると、省エネルギー効果が低下するため、本実施の形態においては、被冷却モータの界磁電流を必要最小限度に低減制御することにより、被冷却モータ１０の必要風量を低減させ、インバータ１６への指令を行うようにする。
【００４５】
以上のように、本実施の形態においては、例えば、圧延機を例に挙げれば、圧延待ちの緩速運転のように、軸出力に影響のないタイミングで、界磁電流を軽減し、そうでない場合に比べて、被冷却モータ１０の冷却風量を低減することにより、無駄を削減して、さらなる省エネルギー効果を図る。
【００４６】
なお、上記の例においては、界磁電流を例に挙げて説明したが、その場合に限らず、複数の巻線のうちで、軸出力に影響のないタイミングで電流値が不必要に増加してしまう巻線があれば、当該巻線の電流を低減させるようにすれば、上記の効果が得られる。
【００４７】
実施の形態７．
本実施の形態においては、例えば、主回路巻線の他に界磁巻線をもつ被冷却モータのように、複数の巻線を有していて、被冷却モータの所要風量が、主に、そのうちの１つの巻線（例えば、界磁巻線）の所要風量で決まってしまい、省エネルギーが徹底されない場合などに適用させる例について説明する。
【００４８】
例えば、主回路巻線の負荷が軽い場合、上述の実施の形態２で説明した回転速度指令は等価ＲＭＳに従って低くなることが期待されるが、多くの場合、界磁巻線負荷は最大電流近くとなっており、必要風量をあまり減らすことができない。このため、界磁巻線に熱的余裕を持たせた設計を適用すれば、主回路の軽負荷による省エネルギーの余地を拡大することができる。
【００４９】
界磁巻線に熱的余裕を持たせた設計とは、具体的には、界磁巻線を構成している巻線の材料を抵抗値の小さいものにすれば、発生する熱量はオームの法則に従って小さくなる。抵抗値を小さくする方法として、具体的には、導線の太さを太くすれば、その分だけ、抵抗値は小さくなるので、できるだけ、導線の太さを太く形成するようにする。あるいは、導線を構成する金属として、出来るだけ抵抗値の小さいものを選択するようにする。
【００５０】
以上のように、本実施の形態においては、全界磁（強め界磁）時に他の巻線に比べて負荷が大きいと予想される巻線については、熱的余裕を通常以上に持たせて、すなわち、当該巻線の抵抗値を低く抑えた設計にして、発生する熱量を低く抑えることにより、全体の必要風量を少なくするようにしたので、省エネルギー効果を高めることができる。
【００５１】
実施の形態８．
本実施の形態においては、上述の実施の形態１〜７の構成に、被冷却モータ１０の温度を検出するための温度検出手段（図２の１１３参照）を設けて、上述の省エネルギー演算制御部１４の温度上昇計算部２２で推定計算される温度上昇値と、温度検出手段によって検出された検出値とを比較しながら、二重に被冷却モータ１０の温度を監視するようにした。
【００５２】
なお、温度検出手段としては、例えば、測温抵抗体などの温度センサでもよく、あるいは、負荷検出器を設けて、オンライン抵抗法により、巻線の電流と両端電圧を経時的に検出することによって巻線抵抗を測定し、巻線の温度を演算するようにしてもよい。
【００５３】
以上のように、本実施の形態においては、省エネルギー演算制御部１４による被冷却モータ１０の温度上昇の推定計算と、温度検出手段による温度検出との両方を併用することによって、計算風量の妥当性を二重にチェックすることによって精度を高め、かつ、検出温度を直接監視することによって使用者の安心度を高めることができる。さらに、オンライン抵抗法を用いれば、負荷検出器が既存していれば、それのみで本発明のモータ冷却制御システムを構成することができ、システムが簡素化される。
【００５４】
なお、省エネルギー演算制御部１４による被冷却モータ１０の温度上昇の推定計算値と、温度検出手段による検出値との偏差に対するしきい値をあらかじめ設定しておき、偏差の値が当該しきい値以上になった場合には、いずれかの異常とみて、アラームを鳴らす等して使用者に警告するようにしてもよい。
【００５５】
実施の形態９．
本実施の形態においては、上述の実施の形態８の構成において、センサ、冷却系統、および、過負荷を問わず、何らかの原因にて、被冷却モータ１０の巻線温度が、予め設定された許容値を超えた場合に、省エネルギー演算制御部１４が、当該システムの設計時に定められた定格風量または最大風量を必要風量として、インバータ１６へ回転速度（周波数）指令を行うようにした。
【００５６】
なお、被冷却モータ１０の巻線温度は、温度検出手段による検出値で監視してもよく、あるいは、省エネルギー演算制御部１４の温度上昇計算部２２による推定計算値で監視と併用するようにしてもよい。
【００５７】
これにより、本実施の形態においては、被冷却モータ１０の巻線温度が異常に高くなった場合に、省エネルギー運転を継続せずに、あらかじめ設定された必要風量になるように、インバータ１６を制御するようにしたので、異常値に気づかずに少ない風量で運転を続け、冷却風量不足により巻線焼損などの事故が発生してしまうことを防止することができる。
【００５８】
実施の形態１０．
本実施の形態を図１および図３に示す。本実施の形態では省エネルギー演算制御部１４は省エネルギー演算部１４１と省エネルギー制御出力部１４２とから構成される。省エネルギー演算部の動作を図９に示す。各部の動作は、実施の形態１で説明した同一番号の部分と同一である。省エネルギー制御出力部の動作を図１０に示す。省エネルギー制御出力部は一定周期で実行される。まずインバータに制御出力するタイミングかどうかを判断する（ステップＳ２５１）。制御出力するタイミングでなければ、そのまま終了する。制御出力するタイミングであれば、省エネルギー演算部１４１が正常かどうかを判断する（ステップＳ２５２）。正常だと判断したときは省エネルギー演算部が出力した周波数をインバータに対する出力周波数とする（ステップＳ２５３）。正常ではないと判断したときは、予め定められた周波数をインバータに対する出力周波数とする（ステップＳ２５４）。次にこのようにして決定された周波数を制御電流値に変換しインバータに対して出力する（ステップＳ２５５）。本実施の形態において、上述の実施の形態１〜９において、省エネルギー演算部１４１の故障時の処理として、予め決められた周波数でのインバータ運転に切り替え、省エネルギー演算制御部１４の故障が復旧した時に再び省エネルギー運転に自動復帰または手動復帰する。なお、省エネルギー演算部１４１の故障の検出は、例えば、省エネルギー演算部１４１は省エネルギー制御出力部１４２に対し、一定時間ごとに健全性確認信号を送信するようにしておき、省エネルギー制御出力部１４２はこの信号が一定時間を相当過ぎても受信できなかったときに故障と判定するようにする。
【００５９】
以上のように、本実施の形態においては、省エネルギー演算部１４１が故障した場合には、自動的にまたは手動で、インバータ１６が、予め定められた（一定周波数の）周波数運転を行うようにしたので、異常値に気がつかずに少ない風量で運転することを避け、巻線の焼損などの事故が発生することを防止することができる。
【００６０】
実施の形態１１．
本実施の形態においては、上述の実施の形態１〜１０の構成において、省エネルギー演算制御部１４で用いる内部プログラムを提供し、その対価として、インバータ実際稼働データや省電力量等の省エネルギー演算制御部１４の演算データを、ＬＡＮや、電話回線、あるいは、インターネットなどの通信手段を介して収集して、それに基づいて、省エネルギー成果への対価を請求する手段をさらに追加する。これにより、利便性がさらに向上する。
【００６１】
実施の形態１２．
本実施の形態においては、上述の実施の形態１〜１０におけるモータ冷却制御システムで得られるデータを通信手段を介して収集して当該設備の保守上の推奨（あるいは、カウンセリング）を行って、その対価を請求するアフタサービス事業手段を提供する。これにより利便性がさらに向上する。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、被冷却モータの負荷電流情報を得て、当該負荷電流の二乗平均平方根値（ＲＭＳ）と被冷却モータの巻線の熱時定数とを組み合わせた等価二乗平均平方根値（等価ＲＭＳ）を用いて巻線の温度上昇値を推定計算するようにしたので、精度よく、巻線の温度上昇を推定することができるので、被冷却モータに供給する冷却風量を必要十分な量に制御することができ、被冷却モータの性能を損なうことなく省エネルギーを効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１によるモータ冷却制御システムの構成を示す構成図である。
【図２】従来のモータ冷却装置の構成を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１によるモータ冷却制御システムに設けられた省エネルギー演算制御部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図４】（ａ）従来用いられていたＲＭＳと温度上昇の関係を統計的に示した説明図であり、（ｂ）本発明のモータ冷却制御システムで用いる等価ＲＭＳと温度上昇の関係を統計的に示した説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２によるモータ冷却制御システムに設けられた省エネルギー演算制御部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図６】図５に示した実施の形態２の構成において複数の負荷と巻線の温度上昇の変化の一例を示した説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２によるモータ冷却制御システムの構成の一例を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態２によるモータ冷却制御システムの被冷却モータに設けられた主回路巻線と界磁巻線の一例を示した説明図である。
【図９】本発明の実施の形態１および１０によるモータ冷却制御システムに設けられた省エネルギー演算部の構成を示したブロック図である。
【図１０】本発明の実施の形態１および１０によるモータ冷却制御システムに設けられた省エネルギー制御出力部の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
１０，１１０被冷却モータ、１２，１１２ファン、１４省エネルギー演算制御部、１５ファンモータ、１６インバータ、１７冷却風管路、２１，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ等価ＲＭＳ計算部、２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ温度上昇計算部、２３，２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ風量計算部、２４周波数計算部、２５制御出力部、１１１フレーム、１１３温度検出手段、１１４制御部、１４１省エネルギー演算部、１４２省エネルギー制御出力部。

Claims

内部に巻線を有する被冷却モータの冷却の制御を行うためのモータ冷却制御システムであって、
インバータと、
上記インバータにより駆動されるファンモータと、
上記ファンモータにより駆動されて冷却風を出力して、上記被冷却モータの上記巻線が適正温度を保つように冷却を行うファンと、
上記被冷却モータの負荷電流の情報が入力される負荷情報入力手段と、
入力された上記負荷電流の情報に基づいて、上記巻線の冷却のために上記ファンが必要風量を発生するように上記インバータを制御する省エネルギー演算制御部と
を備え、
上記省エネルギー演算制御部は、入力された上記負荷電流の二乗平均平方根値（ＲＭＳ）と上記被冷却モータの上記巻線の熱時定数とを組み合わせた等価二乗平均平方根値（等価ＲＭＳ）を用いて、上記巻線の温度上昇の推定計算値を演算することにより、上記必要風量を求める
ことを特徴とするモータ冷却制御システム。
上記省エネルギー演算制御部は、入力された上記負荷電流の二乗平均平方根値（ＲＭＳ）と上記被冷却モータの上記巻線の熱時定数とを組み合わせた等価二乗平均平方根値（等価ＲＭＳ）を用いて、上記巻線の温度上昇の推定計算値を演算することにより、上記必要風量を求める
ことを特徴とする請求項１に記載のモータ冷却制御システム。
上記省エネルギー演算制御部は、上記推定計算値が予め設定された許容値を超えない範囲で、必要最小限の冷却風量となるように上記インバータを制御することを特徴とする請求項１または２に記載のモータ冷却制御システム。
上記被冷却モータは、内部の同一通風系統内に複数の巻線を有しているものであって、
上記省エネルギー演算制御部は、上記複数の巻線のそれぞれに対する必要風量を求め、それらのうちの最大の必要風量に基づいて、上記インバータを制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のモータ冷却制御システム。
上記省エネルギー演算制御部は、上記インバータに対する指令に対し、指令となる上記インバータ周波数および上記ファンモータ回転速度の少なくともいずれか一方の小さい変化に対する不感帯を予め設定しておき、当該不感帯の範囲内の変化の場合には、現行のインバータ周波数またはファンモータ回転速度で上記インバータを駆動させる
ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のモータ冷却制御システム。
上記ファンモータが、回転速度の低下に応じて自己の冷却能力が低下する自己冷却型のものである場合、
上記省エネルギー演算制御部は、上記ファンモータの回転速度を当該ファンモータの熱的許容最低回転速度以上に維持するように、上記インバータを制御する
ことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のモータ冷却制御システム。
上記被冷却モータは、複数個設けられていて、
上記省エネルギー演算制御部は、上記複数の被冷却モータのそれぞれに対する必要風量を求め、それらのうちの最大の必要風量に基づいて、上記インバータを制御することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載のモータ冷却制御システム。
上記被冷却モータは、内部の同一通風系統内に複数の巻線を有しているものであって、
上記省エネルギー演算制御部は、上記複数の巻線のうち、負荷が最大のものにつき、当該巻線の界磁電流を必要最小限度に低減制御することによって、上記被冷却モータの必要風量を低減させる
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のモータ冷却制御システム。
上記被冷却モータは、内部の同一通風系統内に複数の巻線を有し、かつ、上記複数の巻線のうちの少なくとも１つが、負荷変動が小さく、最大定格負荷に近い負荷で運転されることが予想される巻線である場合に、
上記最大定格負荷に近い負荷で運転されることが予想される当該巻線の設計温度を低減させるように設計する
ことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のモータ冷却制御システム。
上記被冷却システムの上記巻線の巻線温度を検出する温度検出手段をさらに備え、上記推定計算値と上記温度検出手段による検出値とを比較することにより、上記巻線の温度を監視することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のモータ冷却制御システム。
上記被冷却モータの上記巻線の巻線温度が予め設定された許容値を超えた場合に、当該モータ冷却制御システムの定格風量または最大風量、あるいは、定められた風量を所要風量として、上記インバータを制御する
ことを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のモータ冷却制御システム。
上記省エネルギー演算制御部は、必要風量と必要風量を発生させるインバータ周波数を求める省エネルギー演算部と、省エネルギー演算部が求めたインバータ周波数をインバータに出力する省エネルギー制御出力部から構成され、上記省エネルギー演算部がインバータ周波数を求められなくなった場合に、上記制御出力部が、予め設定された一定の周波数をインバータに出力することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のモータ冷却制御システム。
上記インバータの実際稼働データや省電力量等の上記省エネルギー演算制御部の演算データを所定の通信手段を介して収集するための省エネルギー料金請求手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のモータ冷却制御システム。
上記通信手段を介して収集したデータに基づき、当該設備に対する保守情報を当該設備の保守・整備者に通報し保守上の適切な推奨を行って対価を請求するためのアフタサービス料金請求手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１３に記載のモータ冷却制御システム。