JP6727239B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

例えばポンプ駆動を始めとする各種機器の駆動に用いられる回転電機に関し、特にインバータ（以下、「電力変換装置」とも言う）や各種の回路基板、コンデンサ、ノイズフィルタ等が回転電機と一体に構成された構造の回転電機組立体についての温度上昇に対する抑制制御及び保護に関する。

屋外に単独で設置されるポンプでは、その駆動を行うための回転電機も、単独で取り付けられる。そのため、当該回転電機は、回転電機本体と共に、当該回転電機に駆動電流を供給するためのインバータや、内部にマイコンを搭載し、内部／外部との有線／無線インターフェイスを構成すると共に、各種の運転制御を行う制御基板、更には、耐サージ回路付のノイズフィルタやＤＣリアクトルなどを含め、オールインワンで搭載した、所謂、回転電機組立体として構成されることが一般的である。

一般的に電動機内部にサーマルリレーを設け、モータの焼損を防ぐために所定の温度になると電力の供給を遮断する構造が知られている。（特許文献１参照）

また、インバータにおいてサーマル機能を持たせ、所定の温度を検出すると出力を低減し、発熱を抑える方法が知られている。（特許文献２参照）

特開平6-178442号公報 特開平9-9684号公報

しかしながら、上述した従来技術を用いた電動機とインバータの組合せでは、電動機とインバータのそれぞれに温度検出手段を設ける必要があり、また、電動機とインバータのそれぞれに冷却ファンなどの冷却装置を取り付ける必要があり、部品点数が多くなり、構造も複雑になる。さらには電動機とインバータの温度上昇量が完全に一致しない為、冷却のための制御方法が複雑になる。

本発明は、上述した従来技術における課題に鑑みて達成されたものであり、温度管理をするための構成部品を低減しつつ、電動機とインバータを熱的に一体として温度管理を容易にすることをその目的とする。

上記の目的を達成するために、例えば、ハウジングと、前記ハウジングに固定された固定子と、
回転軸に固定された回転子と、前記ハウジングの外周部に配置され、前記固定子に駆動電流を供給する電力変換装置と、前記ハウジングの外周部に前記電力変換装置とは離間して位置し、前記電力変換装置を介して前記回転電機を制御する制御基板と、前記電力変換装置内であって、前記電力変換装置と前記ハウジングが熱的に接触する領域に位置して前記制御基板に検出値を出力する温度検出器を備え、
前記制御基板が、前記温度検出器により検出された温度が所定の温度未満である場合、前記電力変換装置より出力する交流電力の周波数を指定した値まで上げる構成とする。

上述した本発明によれば、温度管理をするための構成部品を低減し、さらには電動機とインバータを熱的に一体とすることで温度管理を容易にすることができる。

回転電機組立体の全体構成が示す外観斜視図である。 回転電機組立体のカバー内に内蔵される回転電機部分の全体構造を示す展開斜視図である。 回転電機組立体をカバー内に収納する際の各部を示す展開斜視図である。 回転電機組立体において、ハウジングに取り付ける電力変換装置とステータ（電機子）との位置関係の他の例を説明する一部切断斜視図である。 制御＆I/F基板（制御回路）に記憶するメモリの内容である。 制御＆I/F基板（制御回路）に記憶するメモリの内容である。 高温検出時の縮退運転制御フローである。 判定値ＴＤＧ確認処理の制御フローである。 指令速度減算処理の制御フローである。 指令速度加算処理の制御フローである。 温検出時の縮退運転制御フローである。 温検出時の縮退運転制御フローである。 温検出時の縮退運転制御フローである。 寿命予測制御フローである。 温度勾配に関する説明図である。 電力変換装置の回路構成図である。

以下、本発明になる実施の形態の詳細について、図面を参照しながら説明する。

まず、図１には、本発明の一実施例である、例えば屋外設置ポンプの駆動用の回転電機組立体の全体構成である。符号１０は、回転電機本体の外周を覆うカバーを示しており、略円筒形状の外形を備えている。このカバー１０は、板状の共振抑制材料を、例えば、押圧加工等を行って、所定の形状に形成されている。より具体的には、カバーの内側に吸音材、防音材、制振材、防振材等を取り付けることによって、騒音や振動の抑制が可能である。

上記円筒形カバー１０の軸方向における一方の端部（図の奥側）には、後にも説明する遠心ファン５８を内蔵する冷却カバー２０が取り付けられ、また、他方の端部（図の手前側、負荷側）には、以下に述べる回転電機のエンドブラケット１１が取り付けられている。更に、上記円筒形カバー１０の外周面には、後にも説明する電力変換装置を収納したケース（電力変換装置用ケース）３０や、端子箱４０が、それぞれ、取り付けられている。

図２には、上記カバー１０内に内蔵される回転電機５０の構成を示す展開図である。本例は、その一例としての永久磁石式回転電機である。符号５１は、略円筒状のハウジング（又は、「フレーム」とも言う）を示しており、このハウジング５１は、伝熱性（熱伝導性）に優れたアルミニウム等の材料を押し出すことにより形成されている。また、このハウジング５１は、図にも示すように、その外周表面の全体には、円筒形の回転軸に沿って並列に延びた多数の冷却フィン５２Ｌ、５２Ｓを形成している。また、このハウジング５１の外周表面の一部（図では、上部）には、上述した電力変換装置（即ち、電力変換装置用ケース）３０を取り付けるための比較的大きな面積の平面５３を形成しており、その周囲には、水平方向に、比較的大きい（長く延びた）冷却フィン５２Ｌを形成している。

なお、この円筒状のハウジング５１の内部には、上記永久磁石式回転電機の固定子（ステータ）５４を構成する電機子が挿入して固定されると共に、当該電機子５４の円筒状の内部空間内には、複数の永久磁石を円筒状に配置して構成された回転子（ロータ）５５が挿入され、所定の隙間を介して、回転自在に取り付けられている。また、図における符号５６は、上記回転子（ロータ）５５と一体に形成された回転軸（シャフト）であり、回転電機の回転駆動力を、当該軸を介して、例えば、ポンプ等の被駆動機器に伝達する。また、図中の符号５７は、上述したエンドブラケット１１とは反対側において、ハウジング５１の端部に取り付けられたエンドブラケットであり、更に、図中の符号５８は、当該エンドブラケット５７の外側で上記回転軸（シャフト）５６に取り付けられる遠心ファン（冷却ファン）を示している。

図３は、上述した回転電機５０を図１に示したカバー１０の内部に収納する際の各部を示す展開図である。即ち、回転電機５０は、そのハウジング５１の外周表面の一部、例えば、図の例では、下部周辺の比較的短い冷却フィン５２が形成されている部分には、その外形断面が略円弧状に形成された制御＆I/F基板用ケース６０や平滑コンデンサ用ケース７０が取り付けられ、その後、上記カバー１０の内部に挿入される（図の矢印を参照）。また、ハウジング５１の平面５３には、カバー１０の一部に設けられた開口部５１１を介して、インバータを構成する発熱素子であるパワースイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴなど）や温度検出器を一部に備えた電力変換装置３１が、取り付けらる。そして、その保護のためのカバー（電力変換装置用カバー）３０が外側から取り付けられる。更に、ハウジング５１の外周表面の一部には、上述した端子箱４０が取り付けられる（図の矢印を参照）。そして、ハウジング５１の他の端部（図の左端）には、上述した冷却カバー２０が取り付けられる。また、図中の符号２１は、当該冷却カバー２０の壁面の略中央部に、多数、メッシュ状に形成した、外部の空気を取り入れるための小孔を示している。

即ち、上述した回転電機本体やその周辺装置をも含めた回転電機組立体によれば、回転電機の運転に伴って回転する回転軸（シャフト）５６により、その先端に取り付けられた遠心ファン５８が回転し、外部からの空気がカバー１０の内部に導かれ、ハウジング５１の外周表面に多数形成された冷却フィン５２の間を流れて熱交換を行なう（図２の白抜きの矢印を参照）。その後、外部からの空気は、他端のエンドブラケット１１との間の隙間を通って外部に流出する。即ち、遠心ファン５８の回転により生じる空気流により、その外周表面に冷却フィン５２が多数形成されたハウジング５１が冷却される。

なお、電力変換装置３１は、上述したように、回転電機の発熱を外部に排出するために固定子（ステータ）５４の外周に一体に設けたハウジング５１の一部、即ち、その取り付け用平面部５３に直接的に取り付けられる。このことによれば電力変換装置３１は、伝熱性に優れた材料で形成されたハウジング５１と、熱的に一体となり、電力変換装置３１の内部にある温度検出器で、電力変換装置３１自身の温度とハウジング５１の温度を一体管理出来ることとなる。

特に、上述の実施例では、電力変換装置３１が配置される円筒状ハウジング５１の上部に形成した取り付け用の平面５３の周辺は、その他の部分に比べて薄くなっていることから、電力変換装置３１とハウジング５１とがより熱的に一体となる。

また、上述したように、本発明によれば、制御＆I/F基板用ケース６０やコンデンサ用ケース７０についても、ハウジング５１の外周表面の一部に取り付けられていることから、これらケースの内部における発熱も、上記と同様に、ハウジング５１の外周に形成した冷却フィン５２を介して、効率的に外部へ排出することが可能となる。

また、上述したように、本発明によれば、制御＆I/F基板用ケース６０やコンデンサ用ケース７０についても、ハウジング５１の外周表面の一部に取り付けられて（固定されて）いることから、これらケースの温度もハウジングを形成する材料の熱伝導率より、電力変換装置３１内部の温度検出器で推定することが可能である。さらには検出した温度より各部品、特にコンデンサの寿命予測をより正確に行なうことが出来る。

なお、この制御＆I/F基板用ケース６０とは、その内部に、制御用のコントローラ（制御基板、制御回路、制御用マイコン）と共に、通信用のI/F基板を内蔵し、その内部に樹脂材等を注入したものであり、耐環境性や耐衝撃性にも優れたものである。そして、この制御＆I/F基板用ケース６０を回転電機の一部に取り付けることによれば、屋外設置ポンプの駆動制御と共に、無線／有線による外部との通信機能をも可能となる。また、これによれば、例えば、制御＆I/F基板に、圧力センサ、流量センサ等を搭載することによれば、これらの量をフィードバック信号として自動制御を可能とし、更には、サポートセンサに伝達（通信）することにより、集中管理や統合省エネモニタシステム等も実現可能となる。即ち、これにより、屋外設置ポンプの運転管理や省エネ運転等が可能となると共に、遠隔監視制御や集中管理、更には、複数のポンプによるシステム化をも実現することが可能となる。

また、コンデンサ用ケース７０とは、その内部に、上記電力変換装置３１のインバータ回路の一部（部品）を構成する平滑コンデンサを収容したものであり、上記と同様に、その内部に樹脂材等を注入することにより、耐環境性や耐衝撃性を図っている。また、インバータの一部を構成するＤＣリアクトルは、本例では、上記電力変換装置３１の一部に組み込まれているものとして説明したが、このＤＣリアクトルについても、同様に、専用ケース内に内蔵してハウジング５１の外周表面の一部に取り付けてもよい。

加えて、本発明では、上記の実施例に代えて、例えば、図４にも示すように、電力変換装置３１における発熱部（図のメッシュ部）Ｈが、上記円筒形状のハウジング５１の平面部５３上で、その回転中心軸上において、回転電機側の発熱部であるステータ（電機子）５４の中心部（図に破線Ｂで示す）の位置と一致するように配置する。電力変換装置３１とハウジング５１が接触する領域に温度検出器を設置して制御すれば、電力変換装置３１とハウジング５１がより熱的に一体となり、正確な温度制御が可能となる。

図１６には本発明における電力変換装置３１の回路構成図を示す。入力される交流電力は順変換器１で直流電力に変換される。変換された直流電力は、平滑コンデンサ２により平滑された後に、パワースイッチング素子により構成される逆変換器３にて任意の周波数の交流電力に変換されて回転電機５０に供給される。逆変換器は駆動回路８により駆動される。温度検出器９で検出された温度情報は制御回路５に入力され、駆動回路８は制御回路５からの指令により制御され、速度の増減を行う。制御回路５に接続された操作表示部７により各種設定を行うことができる。また、第２の空冷ファン６は電動機の運転と連動せず、回転軸とは独立して回転駆動し、制御回路５により制御される。

なお、平滑コンデンサ２は、コンデンサ用ケース７０に格納され、制御回路５は、制御＆IF基板用ケースに収納され、構造上は電力変換装置用ケース３０とは離れた位置に配置される。

図５及び図６には制御＆I/F基板内における制御回路内の記憶部に記憶する、揮発性メモリの内容と不揮発性メモリの内容を示す。尚、制御＆I/F基板内に記憶部を持たず、外部に記憶装置を取り付けて代用しても差し支えない。

揮発性メモリの１０００番地には初期の指令速度（運転開始時の指令周波数）Ｈｚｉを記録する。１００１番地には現在の指令速度（現在の指令周波数）ＨｚＮを記録する。１００２番地には温度上昇時の指令速度減算量ＨｚＤを記憶する。１００３番地には温度低下時の指令速度加算量ＨｚＡを記憶する。１００４番地には温度判定処理を行なう周期を設定するタイマの残り時間ＴＮ１を記憶する。１００５番地から１００７番地には温度判定値１から３であるＴＤＧ１からＴＤＧ３を記憶する。１１００番地には寿命加速量ＬＭＡを記憶する。

不揮発性メモリの２００１番地には温度判定処理を行なう周期ＴＭ１を予め記憶しておく。２００２番地には温度勾配計算を実行するか否かを選択するパラメータＳＬＴを予め記憶しておく。２００３番地には温度勾配係数ＴＧを予め記憶しておく。２００４番地には測定地点と対象部品間の距離ＤＳを予め記憶しておく。２００５番地には温度勾配係数ＴＧと測定地点−部品間距離ＤＳより求まる温度勾配量ＴＸを計算し、記憶する。２００６番地から２００８番地には保護温度基準値１から３であるＴ１からＴ３を予め記憶しておく。

３００１番地には縮退運転を行なっている間に縮退運転中であることを示す信号を出力するか否かを選択するパラメータＳＬＳを予め記憶しておく。３００２番地には温度上昇によって、あるいは縮退運転の結果により電動機を停止させた場合に、電動機が停止したことを示す信号を出力するか否かを選択するパラメータＳＬＰを予め記憶しておく。

４００１番地から４０１９番地には温度検出値に対する許容する最大の出力速度に関するデータを予め記憶しておく。５００１番地から５０Ｘ９番地には温度検出値に対する部品１、部品２、…、部品Ｘの寿命加速量を予め記憶しておく。６１０１番地から６１０Ｘ番地には現在の部品１、部品２、…、部品Ｘの寿命加算量（積算値）を記憶する。

図７は本発明の制御フローである。１０１ステップにおいて運転を開始した後、１０２ステップで判定値ＴＤＧ１からＴＤＧ３を確認する処理（判定値ＴＤＧ確認処理）を実行する。１０３ステップで不揮発性メモリ２００１番地に予め記憶しておいた温度判定の周期用タイマＴＭ１の設定値を、揮発性メモリ１００４番地のタイマ１の残り時間ＴＮ１に記憶し、ＴＮ１のカウントダウンを開始する。１０４ステップで指定した速度に到達した後、１１１ステップでタイマＴＮ１のカウントが終了していない場合はタイマＴＮ１のカウント終了を待ち、タイマＴＮ１のカウントが終了している場合は、１１２ステップで温度検出器が検出した温度が揮発性メモリ１００５番地に記憶した温度判定値１未満か否かを判断する。ここで、１０４ステップにおける指定した速度に到達する処理は省略して上記の判定を開始することも可能である。検出値が温度判定値１未満の場合には１３２ステップで指令速度加算処理を行ない、１５１ステップでタイマのカウントを再開して、１０４ステップに戻る。逆に検出値が温度判定値１以上の場合には１２２ステップで指令速度減算処理を行ない、１５１ステップでタイマのカウントを再開して、１０４ステップに戻る。

図８は１０２ステップの判定値ＴＤＧ確認処理の詳細である。２０２ステップで不揮発性メモリ２００２番地に予め記憶しておいた温度勾配の計算処理の有無を選択するパラメータＳＬＴを確認し、ＳＬＴが０に設定されている場合には温度勾配の計算なしとして２２１ステップに進む。

２２１ステップ以降では温度勾配の計算を行なわず、２２１ステップで不揮発性メモリ２００６番地に予め記憶しておいた保護温度基準値１（Ｔ１）を揮発性メモリ１００５番地の温度判定値１（ＴＤＧ１）に、同様に２２２ステップで不揮発性メモリ２００７番地に予め記憶しておいた保護温度基準値２（Ｔ２）を揮発性メモリ１００６番地の温度判定値２（ＴＤＧ２）に、２２３ステップで不揮発性メモリ２００８番地に予め記憶しておいた保護温度基準値３（Ｔ３）を揮発性メモリ１００７番地の温度判定値３（ＴＤＧ３）に記憶する。その後、１０３ステップに進む。

ＳＬＴが１に設定されている場合には温度勾配の計算ありとして２１０ステップに進む。２１０ステップで不揮発性メモリ２００３番地に予め記憶しておいた温度勾配係数ＴＧと、不揮発性メモリ２００４番地に予め記憶しておいた測定地点−部品間距離ＤＳとを乗算し、その結果を温度勾配量ＴＸとして不揮発性メモリ２００５番地に記憶する。

図１５に示すように、ＴＧは温度勾配係数であり、その材料の熱の伝わりやすさ（熱伝導性）である。ＤＳは発熱部の中心から測定地点又は温度検出部までの距離である。ＴＧ、ＤＳは設計値により求めることができる。また、実際に試験を行なって部品の実際の温度と検出温度の差（温度低下）よりＴＸを求めても良い。

２１１ステップ以降では温度判定値に温度勾配量を考慮し、２１１ステップで不揮発性メモリ２００６番地に予め記憶しておいた保護温度基準値１（Ｔ１）から温度勾配量を引いた値を揮発性メモリ１００５番地の温度判定値１（ＴＤＧ１）にする。
同様に、２１２ステップで不揮発性メモリ２００７番地に予め記憶しておいた保護温度基準値２（Ｔ２）から温度勾配量を引いた値を揮発性メモリ１００６番地の温度判定値２（ＴＤＧ２）にする。同様に、２１３ステップで不揮発性メモリ２００８番地に予め記憶しておいた保護温度基準値３（Ｔ３）から温度勾配量を引いた値を揮発性メモリ１００７番地の温度判定値３（ＴＤＧ３）に記憶する。その後、１０３ステップに進む。

図９は１２２ステップの指令速度減算処理の詳細である。３０１ステップで揮発性メモリ１００１番地に記憶している現在の指令速度ＨｚＮから、揮発性メモリ１００２番地に記憶している温度上昇時の指令速度減少量ＨｚＤを引き、その結果を新たに現在の指令速度ＨｚＮとして揮発性メモリ１００１番地に記憶し直す。３０２ステップで不揮発性メモリ３００１番地に予め記憶しておいた縮退運転信号の出力有無を選択するパラメータＳＬＳを確認し、ＳＬＳが０に設定されている場合には、３０４ステップで縮退運転信号の出力なしとして１５１ステップに進む。ＳＬＳが１に設定されている場合には、３０３ステップで縮退運転信号を出力し、１５１ステップに進む。

図１０は１３２ステップの指令速度加算処理の詳細である。４０１ステップで揮発性メモリ１００１番地に記憶している現在の指令速度ＨｚＮに、揮発性メモリ１００３番地に記憶している温度低下時の指令速度加算量ＨｚＡを加え、その結果を新たに現在の指令速度ＨｚＮとして揮発性メモリ１００１番地に記憶し直す。

４０２ステップで現在の指令速度ＨｚＮと、揮発性メモリ１０００番地に記憶されている初期の指令速度Ｈｚｉを比較し、一致する場合には４０３ステップに進む。一致しない場合は１５１ステップに進む。

４０３ステップで現在縮退運転信号が出力されているか否かを確認し、縮退運転信号が出力されている場合には、４０４ステップで縮退運転信号の出力を停止し、１５１ステップに進む。縮退運転信号が出力されていない場合には、１５１ステップに進む。

また、制御回路５より縮退運転信号を出すことで電力変換装置が高温状態になっていることを認識することができ、操作表示部７より警告表示等で警告を発することが可能となる。

例えばポンプであれば、周波数を下げることで温度が下がることが期待できるが、周波数を下げることで出力（圧力や流量／吐出水量）が減少し、十分な仕事を出来ない場合がある。このような場合に、上記の警告を発することで、完全に故障する前に、未然にメンテナンスを行うことも可能となる。

温度に応じて指令速度の減算量、加算量を変化するのも良い。その場合は不揮発性メモリに温度と、その温度に対応した減算量、加算量を予め記憶しておき、温度検出器が検出した温度に応じて揮発性メモリ１００２番地の指令速度減算量ＨｚＤと、揮発性メモリ１００３番地の指令速度加算量ＨｚＡとを更新し、新たに記憶し直す。

温度判定値を複数持ち、判定値にヒステリシスを持たせるのが望ましい。また、２乗低減トルク特性を持つ負荷を運転する場合、低速域ではほとんど仕事を行なわないことが知られている。よって縮退運転の結果、所定の速度を下回った場合には電動機の運転を停止する機能を持たせるのが望ましい。図１１には判定値を複数持ち、さらに第２の判定値を超過した場合、或いは所定の速度を下回った場合には電動機の運転を停止する例を示す。

１１２ステップ以前は図７と同様であるため、説明を割愛する。１１２ステップで温度検出器が検出した温度が揮発性メモリ１００５番地に記憶した温度判定値１（ＴＤＧ１）未満か否かを判断する。検出値が温度判定値１（ＴＤＧ１）未満の場合には、１３１ステップで温度検出器が検出した温度が揮発性メモリ１００７番地に記憶した温度判定値３（ＴＤＧ３）未満か否かを判断する。検出値が温度判定値３（ＴＤＧ３）未満の場合には１３２ステップで指令速度加算処理を行ない、１５１ステップでタイマのカウントを再開して、１０４ステップに戻る。逆に１３１ステップで検出値が温度判定値３（ＴＤＧ３）以上の場合には、１５１ステップでタイマのカウントを再開して、１０４ステップに戻る。

１１２ステップで、検出値が温度判定値１（ＴＤＧ１）以上の場合には、１２１ステップで温度検出器が検出した温度が揮発性メモリ１００６番地に記憶した温度判定値２（ＴＤＧ２）未満か否かを判断する。検出値が温度判定値２（ＴＤＧ２）未満の場合には１２２ステップで指令速度減算処理を行ない、１２３ステップで揮発性メモリ１００１番地に記憶している現在の指令速度ＨｚＮが、不揮発性メモリ２００９番地に記憶している電動機停止判定速度ＨｚＤＧ以上か否かを判断する。現在の指令速度ＨｚＮが電動機停止判定速度ＨｚＤＧ以上の場合には、１５１ステップでタイマのカウントを再開して、１０４ステップに戻る。

１２１ステップで検出値が温度判定値２以上の場合、或いは１２３ステップで現在の指令速度ＨｚＮが電動機停止判定速度ＨｚＤＧ未満の場合は１２４ステップで電動機の運転を停止し、１２５ステップで電動機停止信号を出力した後、１０１ステップに戻る。ここで、１２４ステップにおいて電動機を停止せず速度ＨｚＤＧで運転状態のまま保持することも可能である。この場合は、１５１ステップでタイマのカウントを再開し、１０４ステップに戻る。

所定の温度を超えた場合に、電動機の運転と連動せず、回転軸とは独立して回転駆動する第２の空冷ファンを運転させることもできる。この場合、第２のファンの起動／停止回数を低減するために温度判定値は複数持つことが望ましい。図１２には判定値を複数持ち、さらに第２の判定値を超過した場合に、回転軸とは独立して回転駆動する第２の空冷ファンを運転させる例を示す。

図１１との相違点のみ説明する。１３２ステップで指令速度加算処理を行なった後、第２の空冷ファンを停止する。１２１ステップで温度検出器が検出した温度が温度判定値２未満の場合には１２２ステップで指令速度減算処理を行ない、１５１ステップでタイマのカウントを再開して、１０４ステップに戻る。１２１ステップで検出値が温度判定値２以上の場合、１２６ステップで第２の空冷ファンを運転し、１５１ステップでタイマのカウントを再開して、１０４ステップに戻る。

第２の空冷ファンの位置は、遠心ファン５８が抵抗となるため、これより離れた位置が望ましい。具体的には、ハウジング５１とエンドブラケット１１の間に設置するか、電力変換装置３１が配置される平面５３上の負荷側に設置するのがよい。

縮退運転の方法として、温度検出器が検出した温度に応じてデータテーブルより指令速度の上限値を取得し、運転速度（電動機の回転数）を制限することも可能である。図１３には検出した温度に応じて運転速度を制限する例を示す。

１１１ステップ以前は他の発明例と同様であるため、説明を割愛する。１４１ステップで不揮発性メモリ４００１番地から４０１９番地のデータテーブルより、温度検出器が検出した温度で許容される最大の出力速度ＤＨＸを取得する。不揮発性メモリ４００１番地から４００９番地のデータに温度検出値と完全に一致するデータがない場合、次の式１のように最も近い２つのデータより近似計算するのが望ましい。例えば温度検出値が９２．５℃の場合は不揮発性メモリ４００１番地（ＤＴ１）と４００２番地（ＤＴ２）、およびそれに対応する４０１１番地（ＤＨ１）と４０１２番地（ＤＨ２）のデータより
ＤＨＸ＝（ＤＨ２−ＤＨ１）×（ＤＴ２−ＤＴ１）＋ＤＨ１ ・・・式１
と求まる。このＤＨＸを揮発性メモリ１１０２に記憶しておく。

１４２ステップで揮発性メモリ１００１番地に記憶している現在の指令速度ＨｚＮが、揮発性メモリ１１０２番地に記憶したＤＨＸ以上か否かを判断する。現在の指令速度ＨｚＮが最大速度ＤＨＸ以上の場合には、１４３ステップでＤＨＸを新たに現在の指令速度ＨｚＮとして揮発性メモリ１００１番地に記憶し直し、１５１ステップでタイマのカウントを再開して、１０４ステップに戻る。

現在の指令速度ＨｚＮが最大速度ＤＨＸ未満の場合には、１４４ステップで揮発性メモリ１０００番地に記憶している初期の指令速度Ｈｚｉが、揮発性メモリ１１０２番地に記憶したＤＨＸ以上か否かを判断する。初期の指令速度ＨｚＮが最大速度ＤＨＸ以上の場合には、１４５ステップでＤＨＸを新たに現在の指令速度ＨｚＮとして揮発性メモリ１００１番地に記憶し直し、１５１ステップでタイマのカウントを再開して、１０４ステップに戻る。初期の指令速度ＨｚＮが最大速度ＤＨＸ未満の場合には、指令速度の変更は行なわず、１５１ステップでタイマのカウントを再開して、１０４ステップに戻る。

本発明の他の実施態様は、電動機が停止している状態で、温度検出器が所定の温度以上を検出した場合、電動機の運転を開始するものである。電動機の運転を行なうことで回転電機本体やその周辺装置をも含めた回転電機組立体を、回転電機の運転に伴って回転する回転軸（シャフト）５６により、その先端に取り付けられた遠心ファン５８が回転し、外部からの空気がカバー１０の内部に導かれ、ハウジング５１の外周表面に多数形成された冷却フィン５２の間を流れて熱交換を行ない（上記図２の白抜きの矢印を参照）、その後、他端のエンドブラケット１１との間の隙間を通って外部に流出する。即ち、遠心ファン５８の回転により生じる空気流により、その外周表面に冷却フィン５２が多数形成されたハウジング５１が冷却されるものである。

屋外の直射日光下などに置かれた場合には回転電機組立体が停止状態においても高温になる恐れがあり、高温になった場合にはあえて回転電機を運転させることで遠心ファンにより冷却を行なうことで回転電機組立体の保護を行なう。

本発明のさらに他の実施態様は、温度検出器が検出した温度より各部品の寿命予測を行なうものである。図１４にその実施例を示す。

ステップ１１１以前は他の発明と同様であるため、説明は割愛する。１４６ステップで不揮発性メモリ５００１番地から５０X９番地のデータテーブルより、温度検出器が検出した温度に対して、その温度における各部品の寿命加速量を取得する。不揮発性メモリ５００１番地から５００９番地のデータに温度検出値と完全に一致するデータがない場合、次の式２のように最も近い２つのデータより近似計算するのが望ましい。例えば部品１において温度検出値が１０．０℃の場合は不揮発性メモリ５００１番地（ＤＪ１）と５００２番地（ＤＪ２）、およびそれに対応する５０１１番地（Ｊ１１）と５０１２番地（Ｊ１２）のデータより
Ｊ１Ａ＝（Ｊ１２−Ｊ１１）×（ＤＪ２−ＤＪ１）＋Ｊ１１ ・・・式２
と求まる。このＪ１Ａを揮発性メモリ１２０１番地に記憶しておく。同様にＪ２ＡからＪＸＡまでを求め、揮発性メモリ１２０２番地から１２０９番地に記憶しておく。

１４７ステップで不揮発性メモリ６１０１番地から６１０９番地に記憶されている、現在の部品１から部品９の寿命加速量（積算値）ＬＭ１からＬＭ９に、現在の温度における寿命加速量Ｊ１ＡからＪ１９をそれぞれ加え、新たに部品１から部品９の寿命加速量（積算値）として揮発性メモリ６１０１番地から６１０９番地にＬＭ１からＬＭ９を記憶し直す。１４８ステップで寿命加速量（積算値）ＬＭ１からＬＭ９がそれぞれ不揮発性メモリ７１０１番地から７１０９番地に記憶されているＬＤＧ１からＬＤＧ９を超えているか否かを判断する。いずれかの部品の寿命加速量（積算値）が部品寿命判定値を超えている場合には１４９ステップで部品寿命信号を出力し、１５１ステップに進む。いずれの部品も寿命判定値未満である場合には、そのまま１５１ステップに進む。１５１ステップでタイマのカウントを再開して、１０４ステップに戻る。

本発明はコンデンサのように温度によって寿命が大きく変わる部品の寿命予測に有効である。コンデンサの場合、およそ温度が１０℃上がることで寿命が半分になることが知られており、温度から寿命加速量を算出し、その積算値でコンデンサが寿命を迎える前に部品寿命信号を出力し、メンテナンスを行なうことができるのが利点である。

寿命予測においても温度勾配を考慮するのが望ましい。温度検出器から各部品までの温度勾配を考慮し、部品の設置位置での温度を使用して、寿命加算を行なうことでより精度よく寿命予測を行なうことができる。

即ち、本発明の回転電機組立体によれば、外周に冷却用のフィンを形成したハウジングをインバータ等の発熱部品の冷却部として直接的に利用することで、温度管理をするための構成部品を低減し、さらには電動機とインバータを熱的に一体とすることで温度管理を容易にし、もって、インバータを含む電力変換装置、そして各種の回路基板、更には、ノイズフィルタやコンデンサをも含めて一体に温度制御し、ひいては電動機と各部品を高温より保護し、また温度仕様の上限に近い温度で可能な限り運転を継続する回転電機組立体を提供することが可能となる。

上記の実施例においては、屋外設置ポンプの駆動用の回転電機組立体を、永久磁石式回転電機により構成するものとして説明したが、本発明はこれに限られることなくその他の形式の回転電機により構成されるものであってもよく、それによっても同様の効果が得られる。

１０…カバー、２０…冷却カバー、２１…小孔、５８…遠心ファン、
３０…電力変換装置用ケース、３１…電力変換装置、
４０…端子箱、
５０…回転電機（部分）、５１…ハウジング、
５２Ｌ、５２Ｓ…冷却フィン、５４…固定子（ステータ、電機子）、
５５…回転子（ロータ）、５６…回転軸（シャフト）、
６０…制御＆Ｉ／Ｆ基板用ケース、７０…平滑コンデンサ用ケース、
Ｈ…発熱部、Ｂ…電機子の中心部

Claims (4)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに固定された固定子と、
   回転軸に固定された回転子と、
   前記ハウジングの外周部に配置され、前記固定子に駆動電流を供給する電力変換装置と、
   前記ハウジングの外周部に前記電力変換装置とは離間して位置し、前記電力変換装置を介して前記回転電機を制御する制御基板と、
   前記電力変換装置内であって、前記電力変換装置と前記ハウジングが熱的に接触する領域に位置して前記制御基板に検出値を出力する温度検出器を備え、
   前記制御基板が、前記温度検出器により検出された温度が所定の温度未満である場合、前記電力変換装置より出力する交流電力の周波数を指定した値まで上げることを特徴とする回転電機。
   
2. ハウジングと、
   前記ハウジングに固定された固定子と、
   前記固定子とエアギャップを介して対向する回転子と、
   前記ハウジング外周にそれぞれ離間して配置される、電力変換部、前記電力変換部を制御する制御部及びコンデンサ部と、
   前記電力変換部と前記ハウジングが熱的に接触する領域に位置して前記制御部に検出値を出力する温度検出部と、を備え、
   前記制御部が、前記温度検出部により検出された温度が所定の温度未満である場合、前記電力変換部より出力する交流電力の周波数を指定した値まで上げる制御を行い、
   前記制御部が、前記温度検出部により検出された温度を用いて前記コンデンサの寿命予測を行うものである回転電機。
   
3. ハウジングに固定された固定子と、
   前記ハウジングに固定された固定子と、
   前記固定子とエアギャップを介して対向する回転子と、
   前記ハウジング外周にそれぞれ離間して配置される、電力変換部、前記電力変換部を制御する制御部と、
   前記電力変換部と前記ハウジングが熱的に接触する領域に位置して前記制御部に検出値を出力する温度検出部と、を備え、
   前記制御部が、前記温度検出部により検出された温度が所定の温度未満である場合、前記電力変換部より出力する交流電力の周波数を指定した値まで上げる制御を行い、
   前記制御部が通信ＩＦを備え、有線または無線で外部と通信を行うものである回転電機。
   
4. 請求項３に記載の回転電機において、
   前記制御部が、外部のセンサからの情報をフィードバック信号として制御を行うものである回転電機。

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