JPH1080191A - 可変速電動機駆動システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主電動機と従属電動機の駆動に同一のインバ
ータ装置の共用可能な低価格の可変速電動機駆動システ
ムを提供すること。 【解決手段】 給水ポンプ駆動用の三相誘導電動機４
に、インバータ装置ＩＮＶから所定の周波数で所定の電
圧の三相交流電圧を供給して、図示されていない給水ポ
ンプを所定の回転速度で駆動するシステムにおいて、イ
ンバータ装置ＩＮＶから出力される可変周波数可変電圧
の三相交流電圧を整流する三相ブリッジ整流回路５を設
け、薬液注入用ポンプ駆動用の直流電動機６に、三相誘
導電動機４の端子電圧と同じ可変電圧の直流電圧を供給
するようにしたもの。三相誘導電動機４の回転速度にほ
ぼ比例して直流電動機６の回転速度が変わるので、給水
量に比例して、給水中に供給される滅菌用薬液の量を自
動的に制御することができる。 【効果】 簡単な構成で経済的である。装置がインバー
タ一台で纏まる為、設置場所を取らない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、インバータを用い
た電動機の駆動システムに係り、特に、このインバータ
駆動の電動機の運転に関連した動作が要求される別の電
気装置を有するシステムに関する。

【０００２】従って、本発明は、例えば、滅菌のため、
送水量に比例させて、薬品を注入する浄水場のポンプシ
ステムや、芳香付けのため、送風量に比例させて、香料
を混ぜる送風システムに利用できる。

【０００３】また、機械駆動用の電動機の回転数に比例
して調光することにより、機械の動きを眼に見える形に
する遊技施設等に利用でき、更には可変電圧直流電源を
使って作業をする自動化された電気分解や電気メッキ設
備、或いは自動化された磁石の着磁装置にも使用でき
る。

【０００４】

【従来の技術】例えば、家庭用など、比較的小容量のポ
ンプ装置の可変速運転のための従来技術としては、双方
向性サイリスタ(ＦＬＳ)に代表される半導体素子を用
い、これにより誘導電動機を電圧制御して可変速運転が
得られるようにしていた。

【０００５】そして、このとき、滅菌用として、ポンプ
の送水量に比例して薬液を注入する場合があるが、この
ときには、ポンプ駆動用の誘導電動機(主電動機)とは別
に、薬品注入用ポンプの駆動用の電動機(従属電動機)と
して、例えば数１０Ｗ程度の小容量単相誘導電動機を用
い、これをポンプ駆動用の誘導電動機と同一の可変電圧
出力で駆動することにより、ポンプの送水量に比例した
量の薬液が注入されるようにしていた。

【０００６】また、遊園地などに設置されている遊技機
械では、主電動機で駆動される機械の動きに連動して照
明機器(従属機器)照明光の強さを制御することにより、
遊技気分の高揚を図るようにしたシステムがあるが、こ
のとき、従来技術では、遊技機械の動きに連動する制御
量を、サイリスタなどの半導体素子を用いた調光装置に
導き、これにより調光用電圧制御を行なうようにしてい
た。

【０００７】さらに、コンベアなど搬送機械を用いて自
動化された電気メッキシステムや、ゴム磁石の着磁／消
磁装置などでは、従来から、機械を動かす電動機の駆動
電源(主電源)と、電気メッキ用や着磁／消磁用の電源
(従属電源)の２種類の電源装置が用いられていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ポン
プや機械駆動用の電動機の電源としてインバータ装置を
用いた場合について配慮がされておらず、以下に説明す
る問題が有った。すなわち、近年、インバータ装置の価
格低下と小型化は目覚ましく、これに伴って、上記した
ポンプや各種機械駆動用の電動機の電源としてインバー
タ装置を用い、高効率で、かつ従来は不可能であった各
種制御が容易な可変電圧可変周波数制御方式が適用され
るようになって来ている。

【０００９】しかしながら、このとき、上記した主電動
機の駆動にインバータ装置を適用した場合、上記従属電
動機としては、コンデンサ進相方式が一般的であるた
め、インバータ装置の出力を、この従属電動機に供給し
たとすると、インバータ装置の出力中には、商用周波数
の数倍の高次高調波成分が含まれているため、これが進
相用のコンデンサに流れ、この結果、損失が大きくなっ
て発熱が過大になり、焼損の虞れを生じてしまう。

【００１０】一方、このため、従属電動機として三相誘
導電動機を用い、これを主電動機と並列にインバータ装
置の出力に接続する方法も考えられるが、この場合に
は、汎用品としては、ほとんど市場に供給されていない
数１０Ｗの小型の三相誘導電動機を必要とするため、高
価になってしまい、インバータ装置の適用による経済性
が相殺されてしまうという問題があった。

【００１１】また、上記従来技術は、主電源と従属電源
の、２種類の異なった電源装置を必要とする点について
配慮がされておらず、コスト低減の点に問題があった。

【００１２】本発明の目的は、主電動機と従属電動機の
駆動に同一のインバータ装置の共用可能な低価格の可変
速電動機駆動システムを提供することにあり、他の目的
は、単一のインバータ装置で、主電源と従属電源の２種
の電源装置が兼用できるようにした低価格の可変速電動
機駆動システムを提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的は、三相誘導電
動機駆動用のインバータ装置の出力を整流回路で可変直
流電圧に変換した後、従属電気装置である直流電動機や
白熱電球、ソレノイドバルブなどに印加するようにして
達成される。

【００１４】なお、白熱電球等の様に交流でも同等の性
能を維持できるものは整流する必要は無い。

【００１５】インバータ装置は可変電圧可変周波数の交
流を出力し、三相誘導電動機を可変速駆動する。整流回
路は交流電圧を直流に変換する。直流電動機は、従来の
単相小型電動機の代りに、例えば滅菌ポンプなどの従属
装置を駆動する。従って、三相誘導電動機で給水ポンプ
を駆動させるようにした場合、滅菌ポンプなどの従属装
置の回転速度も、給水ポンプの回転速度に従属させるこ
とができる。

【００１６】そして、このとき、単相誘導電動機よりも
更に安価で、汎用品として入手し易い直流電動機を用い
るので、低価格にすることができる。従属電気装置が照
明機器の場合には、三相誘導電動機で運転される機械の
動きに合わせて光量を変化させることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明による可変速電動機
駆動システムについて、図示の実施形態により詳細に説
明する。図１は、本発明を、浄水場などのポンプシステ
ムに適用した場合の一実施形態例で、図において、１は
順変換器(コンバータ)で、商用電源などの電源系統から
受電した三相交流電圧(交流電力)を直流電圧(直流電力)
に変換する働きをする。

【００１８】２は平滑用のコンデンサで、順変換器１か
ら出力される直流電圧により充電され、平滑化された直
流電圧を得る働きをする。３は逆変換器(インバータ)
で、順変換器１から出力され、コンデンサ２で平滑化さ
れた直流電圧を、任意の周波数で任意の電圧の三相交流
電圧(交流電力)に変換する働きをする。従って、これら
順変換器１とコンデンサ２、それに逆変換器３により、
全体として周知の電圧形インバータ装置ＩＮＶを構成し
ていることになる。

【００１９】４は三相誘導電動機で、給水ポンプを駆動
する主電動機を構成している。そして、インバータ装置
ＩＮＶから所定の周波数で所定の電圧の三相交流電圧が
供給されることにより、図示されていない給水ポンプを
所定の回転速度で駆動する働きをする。５は三相ブリッ
ジ整流回路で、インバータ装置ＩＮＶから出力される可
変周波数可変電圧の三相交流電圧を整流して、可変電圧
の直流電圧(直流電力)に変換する働きをする。

【００２０】６は直流電動機で、薬液注入用ポンプ駆動
用の従属電動機を構成している。そして、三相ブリッジ
整流回路５から供給される直流電圧により駆動され、図
示されていない薬液注入用ポンプを所定の回転速度で駆
動する働きをする。

【００２１】次に、この図１の実施形態例の動作につい
て説明する。インバータ装置ＩＮＶは、図示してない制
御装置からの信号により動作し、そのときどきで要求さ
れている給水量に応じて所定の周波数Ｆで所定の電圧Ｖ
の三相交流電圧を発生し、給水ポンプ駆動用の誘導電動
機４に供給することにより、必要とする給水量が得られ
るようにする。

【００２２】一方、このとき、インバータ装置ＩＮＶの
交流出力は、三相ブリッジ整流回路５にも供給されてい
る。そこで、この三相ブリッジ整流回路５の出力には、
インバータ装置ＩＮＶから、このときに出力されている
交流電圧Ｖに比例した直流電圧Ｅ(Ｅ∝Ｖ)が現われてお
り、これが直流電動機６に供給されることになり、この
結果、この直流電動機６は、交流電圧Ｖに比例した回転
速度で薬液注入用ポンプを駆動することになる。

【００２３】周知のように、誘導電動機４は、それに供
給されている交流電圧の周波数Ｆにほぼ比例した回転速
度で回転するが、このとき、このようなインバータ装置
ＩＮＶを用いたシステムでは、トルク一定制御のため、
これも周知のように、この交流電圧の周波数に比例して
電圧を変化させる、いわゆるＦ／Ｖ一定制御を適用する
のが一般的であり、従って、誘導電動機４の端子電圧Ｖ
も、この電動機の回転速度にほぼ比例していることにな
る。

【００２４】この結果、直流電動機６の回転速度は、誘
導電動機４の回転速度にほぼ比例して制御されることに
なり、給水量に比例して、給水中に供給される滅菌用薬
液の量を自動的に制御すること、すなわち、給水量が多
いときは、注入される薬液の量も多くなり、小水量のと
きは、注入薬液の量も少なくなる制御が、自動的に得ら
れることになる。

【００２５】従って、この図１の実施形態例によれば、
従属電動機である直流電動機６の駆動に、主電動機であ
る三相誘導電動機４を駆動するためのインバータ装置Ｉ
ＮＶを共用することができ、このとき、従属電動機とし
て安価に供給されている汎用の直流電動機が用いられて
いるので、低価格のシステムを容易に得ることができ
る。

【００２６】また、この図１の実施形態例によれば、主
電動機である三相誘導電動機４と従属電動機である直流
電動機６に対する電力供給が、同一のインバータ装置Ｉ
ＮＶから行なわれているので、直流電動機６に対する電
源供給用の線路は、三相誘導電動機４に対する電源供給
線路の、三相誘導電動機４の近傍から分岐させるだけで
済み、従って、電源供給に必要な主な線路としては、主
電動機に対する布線のみで良く、工事費が少なくできる
という利点がある。

【００２７】次に、図２により、本発明を可変光量照明
付き遊技機械に適用した場合の一実施形態例について、
説明する。この図２において、三相誘導電動機４は遊技
機械駆動用であり、そして、７は整流用のダイオード
で、８は照明用の白熱電球であり、その他は、図１の実
施形態例と同じである。なお、ここで、遊技機械として
は、例えば回転木馬(メリーゴーラウンド)などが挙げら
れる。

【００２８】ダイオード７は、インバータ装置ＩＮＶか
ら三相誘導電動機４に供給されている交流電圧を整流
し、直流電圧に変換して白熱電球８に供給し、これによ
り、三相誘導電動機４の端子電圧Ｖ、すなわち、回転速
度に応じて白熱電球８の明るさを制御する働きをする。
従って、この実施形態例では、白熱電球８が、主電動機
に対する従属装置となっている。

【００２９】この結果、インバータ装置ＩＮＶを動作さ
せ、三相誘導電動機４により遊技機械を動かしてやれ
ば、その動きに合わせて白熱電球８の光量が変化される
ことになり、例えば、回転木馬の動きが早くなれば、明
るくなり、動きが遅くなれば、照明も暗くなるので、臨
場感を高めることができる。

【００３０】そして、この図２の実施形態例によれば、
２系統の電源を用い、一方の電源の出力電圧に応じて、
他方の電源の出力電圧を制御させることなく、簡単に、
主電動機である三相誘導電動機４の回転速度に応じて、
白熱電球８の照度を自動的に変化させることができ、低
価格のシステム構築を容易に得ることができる。なお、
この図２の実施形態例では、従属装置が白熱電球８なの
で、ダイオード７は、省略しても実施可能である。

【００３１】次に、図３により、本発明を自動化電気分
解／メッキ装置に適用した場合の一実施形態例につい
て、説明する。この図３においては、三相誘導電動機４
は、チェインコンベアなどの被メッキ対象物の搬送装置
であり、そして、９は単相ブリッジ整流回路、１０は電
解槽である。

【００３２】インバータ装置ＩＮＶにより三相誘導電動
機４を回転させてやると、図示してないチェインコンベ
アが駆動され、三相誘導電動機４の回転速度に対応した
速度で移送動作を開始する。そうすると、これに応じ
て、インバータ装置ＩＮＶから三相誘導電動機４に供給
されている交流電圧が単相ブリッジ整流回路９により整
流され、直流電圧となって電解槽１０に供給されるよう
になる。従って、ここでは、電解槽１０が従属装置にな
っている。

【００３３】三相誘導電動機４で駆動されているチェイ
ンコンベアには、被メッキ対象物となる物品が列をなし
て吊り下げられており、それらがチェインコンベアの移
動につれて順次、電解槽１０の中に移送され、電解液中
を通過するようにされ、これによりメッキが行なわれる
ようになっている。

【００３４】このとき、作業速度を上げるためには、チ
ェインコンベアの移動速度、すなわち、三相誘導電動機
４の回転速度を上げて、物品が電解液中に滞留する時間
が短縮されるようにし、他方、メッキの仕上りを良くす
るためには、メッキの進行速度を緩慢にする必要がある
ので、このときには、チェインコンベアの移動速度、す
なわち三相誘導電動機４の回転速度を下げ、物品が電解
液中に滞留する時間が長くなるようにする。

【００３５】しかして、このとき、基本的なメッキ条件
としては、物品が電解液中に滞留する時間に応じてメッ
キ電流を変化させてやる必要があり、このため、例え
ば、高速移動時、つまり物品が電解液中に滞留する時間
が短くなっているときには、電解槽１０のメッキ液にか
かる電圧を高くし、低速移動時、つまり物品が電解液中
に滞留する時間が長くなっているときには、メッキ液に
かかる電圧が低くなるように制御する必要がある。

【００３６】しかるに、この図３の実施形態例によれ
ば、電解槽１０の電源が、インバータ装置ＩＮＶの出
力、すなわち、三相誘導電動機４の端子電圧Ｖに依存し
ているため、チェインコンベアの移動速度にほぼ比例し
て、自動的にメッキ電流が制御されることになり、常に
最良のメッキ条件を得ることができる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、次に列挙する効果があ
る。主電動機に対する電源線の布線だけで済むので、工
事費が少ない。整流ダイオードの付加だけで、従属装置
の可変電圧が得られるため、装置のコストが安い。従属
電動機として、安価な直流電動機や電子機器冷却用無整
流子モータ(ファンモータ)が使用できるので、この点で
もコストダウンが得られる。

【００３８】インバータ装置とは別の可変電圧源が必要
とせず、一台のインバータ装置でシステムを構築できる
ので、この点でもコストの軽減が得られる。

【００３９】２種類の異なる負荷、例えば直流機と交流
機を同時に、同期を取って駆動できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による可変速電動機駆動システムの第１
の実施形態を示すブロック図である。

【図２】本発明による可変速電動機駆動システムの第２
の実施形態を示すブロック図である。

【図３】本発明による可変速電動機駆動システムの第３
の実施形態を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 順変換器(コンバータ） ２ 平滑用コンデンサ ３ 逆変換器（インバータ) ４ 三相誘導電動機(主電動機) ５ 三相ブリッジ整流回路 ６ 直流電動機(従属電動機) ７ 整流用ダイオード ８ 白熱電球 ９ 単相ブリッジ整流回路 １０ 電解槽

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田口 義行 千葉県習志野市東習志野７丁目１番１号 株式会社日立製作所産業機器事業部内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 可変周波数で可変電圧の交流電圧を出力
   するインバータ装置と、該インバータ装置により給電さ
   れ可変速駆動される交流電動機とを備えた可変速電動機
   駆動システムにおいて、 前記インバータ装置の出力に接続された整流回路と、 該整流回路の出力に接続された直流電動機とを設け、 前記交流電動機と直流電動機の回転速度の協調が自動的
   に与えられるように構成したことを特徴とする可変速電
   動機駆動システム。
2. 【請求項２】 可変周波数で可変電圧の交流電圧を出力
   するインバータ装置と、該インバータ装置により給電さ
   れ可変速駆動される交流電動機とを備えた可変速電動機
   駆動システムにおいて、 前記インバータ装置の出力に接続された従属電気装置を
   設け、 前記交流電動機の回転速度に協調して前記従属電気装置
   が自動的に制御されるように構成したことを特徴とする
   可変速電動機駆動システム。