JP4498197B2 - 電動機を冷却する冷却ファンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機を冷却するファンを制御する冷却ファン制御装置に関する。

電動機を冷却するファンは一般に、常時安定的に電動機を冷却するために、交流２００Ｖ又は直流２４Ｖ等の商用電源に直接接続されて使用される。従って冷却ファンは定速回転を行う。このような運転方法では、高回転又は高トルクでの電動機の過熱を防止するために一般にファンは比較的高い回転数で回転するので、ファンによる無視できない騒音が常時発生することになる。また連続運転であるため消費電力及びそれに伴うコストが無視できず、さらに冷却ファン自体の寿命も短くなりがちであった。

これらの問題を解決するために、冷却される電動機の温度情報に基づいて冷却ファンの運転を制御する装置又は方法がいくつか提案されている。例えば特許文献１には、電動機の界磁コイルに感温素子を設け、界磁コイルの温度が８０℃に保たれるように冷却用ファンモータの回転数を制御する制御装置が開示されている。また特許文献２には、電動機のステータの温度を温度検出センサにより検出し、ステータの温度が許容上限温度を超えないように冷却ファンの回転数を変化させる制御方法及び装置が開示されている。さらに特許文献３には、電動サーボモータの電動機の巻線温度を抵抗法により求め、巻線温度が上限温度を超えたら冷却用ファンモータの運転を開始し、巻線温度が下限温度を下回ったら冷却用ファンモータの運転を停止する制御方法が開示されている。

また、特許文献４に示すように、モータの回転数及び入力電流値から巻線温度を推定して、その推定温度が設定値以上の場合に冷却ファンの運転を行う制御方法も提案されている。

実開昭６１−１５９８９６号公報 特開平１１−３７０９７号公報 特開平５−２１５０６１号公報 特許第３２７９０４２号公報

上記特許文献に記載されるような冷却ファンの制御方法又は装置によれば、高回転の冷却ファンによる騒音が常時発生する等の問題は解決することができる。しかしながら、それらの方法又は装置による冷却ファンの制御は、測定又は推測された電動機の温度（巻線温度）に基づいて行われる。従って、一般には電動機停止直後は冷却ファンによる冷却は不要又は軽減可能であるが、温度に基づく方法では電動機停止後も暫くは冷却ファンの高速運転が続く場合があり、騒音さらには消費電力の面で不都合である。より具体的に言えば、電動機停止時には作業者間で口頭連絡を行う等の比較的静かな状態が要求される場合が少なくなく、そのようなときの冷却ファンの回転による騒音は好ましくない。また、電動機の巻線温度又は巻線温度の推測に必要な運転データを測定できない状況では、冷却ファンの制御を行うことはできない。

そこで本発明は、電動機の冷却を過不足なく行えるとともに、電動機の巻線温度や回転数が測定できない場合でも冷却ファンの適切な制御が可能な冷却ファン制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、電動機を冷却する冷却ファンを制御する冷却ファン制御装置であって、前記電動機を制御する電動機制御装置からの、前記電動機を制御するための指令に基づいて前記冷却ファンの動作を制御する、冷却ファン制御装置を提供する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の冷却ファン制御装置において、前記電動機は該電動機を制動するブレーキを有し、前記冷却ファン制御装置は前記電動機制御装置からの指令に基づいて前記ブレーキの動作を制御する、冷却ファン制御装置を提供する。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の冷却ファン制御装置において、前記電動機は該電動機の温度を検出する温度センサを有し、前記電動機制御装置は前記温度センサからの温度情報に基づいて前記冷却ファン制御装置への指令を補正する、冷却ファン制御装置を提供する。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却ファン制御装置において、前記電動機制御装置は、前記電動機の駆動を制御する制御部と駆動用アンプとを有し、前記指令は前記制御部から前記冷却ファン制御装置に送信される、冷却ファン制御装置を提供する。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の冷却ファン制御装置において、前記指令は前記駆動用アンプを経由して前記冷却ファン制御装置に送信される、冷却ファン制御装置を提供する。

請求項６に記載の発明は、請求項４又は５に記載の冷却ファン制御装置において、前記指令はシリアル通信によって送信される、冷却ファン制御装置を提供する。

請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれか１項に記載の冷却ファン制御装置において、前記駆動用アンプと前記冷却ファン制御装置とは、前記駆動用アンプから前記冷却ファン制御装置に直流電流を送るためのＤＣリンク回線によって互いに接続される、冷却ファン制御装置を提供する。

請求項８に記載の発明は、請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷却ファン制御装置において、前記指令は前記電動機に関する位置指令、速度指令及びトルク指令の少なくとも１つである、冷却ファン制御装置を提供する。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の冷却ファン制御装置において、前記位置指令、速度指令及びトルク指令の少なくとも１つに基づいて前記冷却ファンの稼動及び停止を切替える、冷却ファン制御装置を提供する。

請求項１０に記載の発明は、請求項８に記載の冷却ファン制御装置において、前記位置指令、速度指令及びトルク指令の少なくとも１つに基づいて前記冷却ファンの回転数を変更する、冷却ファン制御装置を提供する。

本発明に係る冷却ファン制御装置は、電動機制御装置からの制御情報に基づいて冷却ファンを制御することができるので、電動機を過不足なく冷却することができ、また電動機の状態を監視する温度センサ等の別途の手段を設ける必要もない。

以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は、本発明に係る冷却ファン制御装置を含む電動機システムの基本構成を示す図である。冷却ファン制御装置１０は、所定の用途に使用される電動機２０を冷却するように構成された冷却ファン３０の動作を制御する。また冷却ファン制御装置１０は、電動機２０を駆動制御する電動機制御装置４０に電気的又は磁気的に接続され、電動機制御装置４０からの制御情報に基づいて冷却ファン３０の動作を制御する。

電動機制御装置４０が冷却ファン制御装置１０に送る制御情報は、具体的には図２（ａ）〜（ｃ）に示すような電動機２０に関する位置指令、速度指令及びトルク指令等である。冷却ファン制御装置１０は、このような制御情報を電動機制御装置４０から受け取ることにより、冷却ファン３０を適切に作動させることができる。具体的には、図３に示すように、電動機２０にトルクが発生しているとき（図２（ｃ）参照）は電動機２０の発熱が大きいので冷却ファン３０を高回転で作動させ、電動機２０の定速運転中（図２（ｂ）参照）は冷却ファン３０を低回転で作動させることができる。これにより、電動機２０を過不足なく冷却することができ、例えば電動機停止時には冷却ファンの作動も停止して作業者間での口頭連絡を容易にする環境を実現することができる。また制御情報に基づいて電動機の温度等を推測することができるので、従来のように電動機の状態を知るために温度センサ等の手段を別途設ける必要もない。さらに、電動機制御装置４０又は冷却ファン制御装置１０に適当な表示手段を設けることにより、作業者が電動機及び冷却ファンの運転状態を確認することもできる。

図４は、本発明に係る冷却ファン制御装置を含む電動機システムの好適な第１の実施形態を示す図である。電動機制御装置すなわち電動機コントローラ４０は、電動機２０の制御指令を生成する制御部４２と、通信ケーブル４４を介して制御部４２から制御指令を受け取る駆動用アンプ４６とを有する。駆動用アンプ４６は、制御部４２からの制御指令に基づいて、動力線４８を介して電動機２０に電力供給する。また冷却ファン制御装置すなわち冷却ファン駆動ユニット１０は、通信ケーブル１２を介して制御部４２から制御情報を受け取り、その制御情報に基づいて冷却ファン３０を作動させる。ここで冷却ファン駆動ユニット１０による冷却ファン３０の運転方法は、上述の電動機２０の位置指令、速度指令及びトルク指令等に基づいて、冷却ファン３０の稼動及び停止を適時に切替える（電源をＯＮ／ＯＦＦする）方法であってもよいし、冷却ファン３０の回転数を適当に変更する（例えばインバータを用いて無段階に制御する）方法であってもよい。なお通信ケーブル１２は、ＲＳ２３２ＣやＵＳＢ等のシリアル通信用ケーブルであることが好ましい。このようなケーブルの使用により省線化を図ることができる。また駆動用アンプ４６及び冷却ファン駆動ユニット１０は、ＡＣ２００Ｖ等の適当な電源５０に接続される。

図４に示すように、電動機２０には電動機２０を制動するブレーキ２２を設けることも可能である。その場合、電動機コントローラ４０の制御部４２は、電動機２０の制御指令に加えてブレーキ２２の制御指令を冷却ファン駆動ユニット１０に送り、冷却ファン駆動ユニット１０はそれに基づいてブレーキ２２を作動（例えば図３の時間２秒におけるブレーキの解除、及び時間２４秒におけるブレーキの作動）させることができる。

制御情報に基づいて電動機２０の温度を推定することは可能であるが、より確実に電動機２０の温度を知るために、図４に示すように、電動機２０の温度を検出する温度センサ２４を電動機２０に取り付けてもよい。温度センサ２４により検出された電動機２０の温度データは電動機コントローラ４０の制御部４２に送られ、制御部４２はその温度データに基づいて冷却ファン駆動ユニット１０に送る制御指令を補正することができる。

図５は、図３に類似する図であって、温度センサ２４を用いて冷却ファンの回転数を変化させた状態を示す図である。温度センサ２４による電動機２０の温度測定値が比較的高い場合はそれに応じて冷却ファンの回転数を上げ（グラフＡ）、比較的低い場合もそれに応じて冷却ファンの回転数を下げる（グラフＢ）ことにより、常時適切な冷却を行うことができる。

図６は、本発明に係る冷却ファン制御装置を含む電動機システムの第２の実施形態を示す図である。同実施形態が図４及び図５の実施形態と異なる点は、制御部４２からの制御指令が直接冷却ファン駆動ユニット１０に送られるのではなく、駆動用アンプ４６を経由することである。換言すれば、通信ケーブル１２は駆動用アンプ４６と冷却ファン駆動ユニット１０とを接続する。一般に制御部４２よりも駆動用アンプ４６の方が冷却ファン駆動ユニット１０との距離が近い場所に配置されるので、図５の場合よりもケーブル長さを節約することができる。

図７は、本発明に係る冷却ファン制御装置を含む電動機システムの第３の実施形態を示す図である。同実施形態が上述の実施形態と異なる点は、駆動用アンプ４６、電動機２０及び冷却ファン３０が複数（図示例では各々２つずつ）設けられることである。同図に示すような並列接続により、１つの制御部４２及び冷却ファン駆動ユニット１０を用いて、複数の電動機及び冷却ファンの制御が可能である。

また、図４及び図６の実施形態のように冷却ファン駆動ユニット１０にＡＣ２００Ｖ等の電源５０を接続する代わりに、駆動用アンプ４６と冷却ファン駆動ユニット１０とをＤＣリンク方式で互いに接続してもよい。具体的には、駆動用アンプ４６が内蔵する又は別途のコンバータ（図示せず）によって交流から直流に変換された電流を、図７に示すようなＤＣリンク回線１４を介して冷却ファン駆動ユニット１０に送ることができる。冷却ファン駆動ユニット１０は、複数の冷却ファンをインバータ等で制御するために各々の冷却ファンについて交流を直流に変換するユニットを有する必要があるが、ＤＣリンク方式を採用することにより、冷却ファン駆動ユニット１０自体に直流を供給することができ、部品数の低減を図ることができる。

本発明に係る冷却ファン制御装置を含む電動機システムの基本構成を示す図である。 （ａ）電動機に与えられる位置指令を示すグラフであり、（ｂ）速度指令を示すグラフであり、（ｃ）トルク指令を示すグラフである。 図２のような電動機制御が行われたときの冷却ファンの制御の一例を示すグラフである。 本発明に係る冷却ファン制御装置の第１の実施形態を含む電動機システムを示す図である。 図３に関連し、温度センサを用いて冷却ファンの回転数を変化させた図である。 本発明に係る冷却ファン制御装置の第２の実施形態を含む電動機システムを示す図である。 本発明に係る冷却ファン制御装置の第３の実施形態を含む電動機システムを示す図である。

符号の説明

１０ 冷却ファン制御装置
１２ 通信ケーブル
１４ ＤＣリンク回線
２０ 電動機
２２ ブレーキ
２４ 温度センサ
３０ 冷却ファン
４０ 電動機制御装置
４２ 制御部
４４ 通信ケーブル
４６ 駆動用アンプ
４８ 動力線
５０ 電源

Claims (10)

1. 電動機を冷却する冷却ファンを制御する冷却ファン制御装置であって、
   前記電動機を制御する電動機制御装置からの、前記電動機を制御するための指令に基づいて前記冷却ファンの動作を制御する、冷却ファン制御装置。
2. 前記電動機は該電動機を制動するブレーキを有し、前記冷却ファン制御装置は前記電動機制御装置からの指令に基づいて前記ブレーキの動作を制御する、請求項１に記載の冷却ファン制御装置。
3. 前記電動機は該電動機の温度を検出する温度センサを有し、前記電動機制御装置は前記温度センサからの温度情報に基づいて前記冷却ファン制御装置への指令を補正する、請求項１に記載の冷却ファン制御装置。
4. 前記電動機制御装置は、前記電動機の駆動を制御する制御部と駆動用アンプとを有し、前記指令は前記制御部から前記冷却ファン制御装置に送信される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の冷却ファン制御装置。
5. 前記指令は前記駆動用アンプを経由して前記冷却ファン制御装置に送信される、請求項４に記載の冷却ファン制御装置。
6. 前記指令はシリアル通信によって送信される、４又は５に記載の冷却ファン制御装置。
7. 前記駆動用アンプと前記冷却ファン制御装置とは、前記駆動用アンプから前記冷却ファン制御装置に直流電流を送るためのＤＣリンク回線によって互いに接続される、請求項４〜６のいずれか１項に記載の冷却ファン制御装置。
8. 前記指令は前記電動機に関する位置指令、速度指令及びトルク指令の少なくとも１つである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の冷却ファン制御装置。
9. 前記位置指令、速度指令及びトルク指令の少なくとも１つに基づいて前記冷却ファンの稼動及び停止を切替える、請求項８に記載の冷却ファン制御装置。
10. 前記位置指令、速度指令及びトルク指令の少なくとも１つに基づいて前記冷却ファンの回転数を変更する、請求項８に記載の冷却ファン制御装置。

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