JPH11311196A

JPH11311196A - ポンプ装置

Info

Publication number: JPH11311196A
Application number: JP10118132A
Authority: JP
Inventors: Yukio Murai; 井幸夫村
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 1999-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】回転数が高くなる事と相関的に生じる電動機
冷却系の性能向上を配慮して、性能を向上する事が出来
るポンプ装置の提供。【解決手段】電動機（１２）によって駆動され、可変
速制御装置（２０、２０Ａ）と、電動機一次巻線温度を
検出する温度検出手段（１６、１６Ａ）を備え、前記可
変速制御装置（２０、２０Ａ）は、電動機一次巻線が許
容値に近い温度となった状態で運転されるように、電動
機一次巻線の許容温度或いはその近傍の数値に予め設定
された設定温度と、前記温度検出手段によって求められ
た計測値とを比較して、計測値が設定値よりも低温であ
る場合は出力周波数を上昇して、計測値が設定値よりも
高温である場合は出力周波数を低下するように構成され
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電動機で駆動されるポン
プ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、可変速制御をしない誘導電動機
によって駆動される一般的な遠心ポンプの性能曲線を示
している。誘導電動機によって駆動される遠心ポンプ
は、その運転域の全範囲に亘って概略一定の回転数で運
転され、その軸動力は一般に流量の増大に伴って増加す
る。そのため、低流量域では、誘導電動機は本来の定格
出力よりも小さい出力を行っており、遠心ポンプは定格
運転時に比較して小さな負荷で運転されている。

【０００３】図９は、可変速制御装置及び電動機を有す
るポンプ装置の性能曲線を示している。ここで、可変速
制御装置を有するポンプ装置は、どの流量域において
も、電動機へ供給される電流が電動機定格電流に略等し
い一定値になるように制御されている。

【０００４】図９で示す（可変速制御装置を有する）ポ
ンプ装置の場合、電動機へ供給される電流が一定値（定
格電流に略等しい数値）になるように制御されている結
果、図８で示す（可変速制御をしない誘導電動機によっ
て駆動される一般的な遠心ポンプ）の場合に比較して、
低流量域では、運転電流（図９の「運転電流２」）が増
加しており、回転数（図９の「回転数２」）が高くなっ
ていると共に、高い揚程（図９の「揚程２」）を実現し
ている。一般的な遠心ポンプの場合（図８の場合）の運
転電流、回転数、揚程は、図８及び図９ではそれぞれ
「運転電流１」、「回転数１」、「揚程１」で示されて
いる。そして、図９から明らかなように、少なくとも低
流量域（図９において左側の領域）においては、「運転
電流２」、「回転数２」、「揚程２」は、それぞれ、
「運転電流１」、「回転数１」、「揚程１」よりも高い
数値となっている。このように、可変速制御装置及び電
動機を有するポンプ装置は、特に低流量域におけるポン
プ装置の各種性能を向上するのに非常に有効である。

【０００５】ここで、定格電流値は、一義的に許容電流
を意味するものではない。電動機に流すことができる電
流は、巻線温度によって決まる絶縁寿命を基本に、その
上限値が決定されるべきである。特に可変速制御を行な
う場合には、運転速度を高くして回転数を増加させる
と、電動機に装備された冷却系（回転子フィンや外部フ
ァン）の冷却風量も増加し、電動機に供給される電流値
が同一であっても巻線温度を低下させる事が出来る。す
なわち、原動機の許容電流の数値を回転数と相関的に増
加させることが可能である。図９で示したような性能曲
線を有する定電流制御の場合、すなわち可変速制御装置
及び電動機を有するポンプ装置における定電流制御の場
合においては、可変速制御に伴って許容電流値が増加す
るという上述の事項は考慮されていない。したがって、
この点（可変速制御に伴って許容電流値が増加する旨）
を加味すれば、ポンプの性能をさらに向上させることが
出来る。

【０００６】しかし、従来、その様な事項を考慮したポ
ンプ装置は全く提案されていなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来技術で
は全く考慮されていなかった事項、すなわち、回転数が
高くなる事と相関的に生じる電動機冷却系の性能向上を
配慮して、性能を向上する事が出来るポンプ装置の提供
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のポンプ装置は、
電動機によって駆動され、可変速制御装置と、電動機一
次巻線温度を検出する温度検出手段を備え、前記可変速
制御装置は、電動機一次巻線が許容値に近い温度となっ
た状態で運転されるように、電動機一次巻線の許容温度
或いはその近傍の数値に予め設定された設定温度と、前
記温度検出手段によって求められた計測値とを比較し
て、計測値が設定値よりも低温である場合は出力周波数
を上昇して、計測値が設定値よりも高温である場合は出
力周波数を低下するように構成されている。

【０００９】本発明のポンプ装置の実施に際して、前記
温度検出手段は、電動機の一次巻線に直接取り付けられ
た温度センサであるのが好ましい。或いは、前記温度検
出手段は、電動機設置個所の雰囲気温度を検出する温度
センサと、電動機へ供給される電流の電流を計測する計
測手段と、該計測手段により計測されたパラメータと電
動機一次巻線温度との相関特性を記憶する記憶手段と、
温度センサ及び計測手段による計測結果と記憶手段に記
憶されている相関特性とを用いて電動機一次巻線温度を
決定する決定手段、とを備えているのが好ましい。

【００１０】かかる構成を具備する本発明の可変速制御
ポンプによれば、温度検出手段によって検出された電動
機の一次巻線温度が、常に信号として可変速制御装置に
フィードバックされており、該巻線の絶縁寿命を決定す
る設定温度（電動機一次巻線の許容温度或いはその近傍
の数値）を目標値として、電動機を制御している。その
ため電動機は、要求されている寿命に対応する物理量で
ある電動機の一次巻線温度に対応して、その能力をフル
に発揮することができる。換言すれば、可変速制御に伴
って許容電流値が増加したならば、その増加した許容電
流値に相当する分だけ、電動機の負荷を増加することが
出来るのである。すなわち、本発明のポンプ装置で用い
られている可変速制御によれば、配管抵抗が大きくポン
プの運転点が低流量域に有る場合には、定電流制御を行
なった場合よりも更に回転数を高めて運転することがで
きる。従って、従来の単純な定電流制御で運転されるポ
ンプに比較して、より高い吐出圧力を得ることができる
のである。

【００１１】そして本発明によれば、遠心ポンプの性
能、特に汎用ポンプの低流量域での性能を著しく向上す
ることができる。従って、従来のポンプに比較して、よ
り小形のポンプで同様の性能を発揮することが出来るの
で、ポンプ設備の小形化に大いに寄与することができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図１は、本発明に基づくポンプ装置
の第１実施形態を示している。図１において、全体を符
号１０で示すポンプ装置は、電動機１２とポンプ１４が
一体に構成されており、電動機１２の一次巻線（電動機
一次巻線：図１では図示せず）には温度検出手段１６が
組み込まれている。なお図１の実施形態では、温度検出
手段１６は、電動機１２の一次巻線に直接取り付けられ
た温度センサであり、例えばサーミスタや熱電対等で構
成されている。

【００１３】温度検出装置１６は、信号ケーブル１８及
び電動機１２のターミナルボックス１９を経由して、例
えばインバータで構成された可変速制御装置２０に接続
されている。ここで可変速制御装置２０には電源ケーブ
ル２２及び電動機ケーブル２４が接続されている。そし
て、電源ケーブル２２は商用電源２６に接続されてお
り、電動機ケーブル２４は電動機１２に接続されてい
る。換言すれば、定電圧、定周波数の商用電源２６が電
源ケーブル２４を介して可変速制御装置２０に接続され
ており、可変速制御装置２０によって周波数が調整され
た状態で、電動機１２に電流が供給される。一方、温度
検出手段１６で検出された電動機１２の一次巻線の温度
は、温度検出手段１６の検出信号或いは出力信号とし
て、信号ケーブル１８を介して可変速制御装置２０へフ
ィードバックされるのである。

【００１４】可変速制御装置２０について、図２を参照
して詳細に説明する。可変速制御装置２０は、商用電流
の周波数を所定の数値に調整するための調整手段３０
と、電動機一次巻線の許容温度或いはその近傍の数値に
予め設定された設定温度を記憶する設定温度記憶手段３
２と、温度検出手段１６の検出された電動機一次巻線温
度と記憶手段３２に記憶されている前記設定温度とを比
較する比較手段３４と、前記各手段間で信号を伝達する
ための信号伝達ラインＢ１、Ｂ２、とを有している。そ
して後述するように、検出された電動機一次巻線温度
と、予め設定された前記設定温度とが比較され、その比
較結果に基づき、前記設定温度を目標値として、電動機
ケーブル２４を介して電動機１２へ供給される電流の周
波数が決定される。

【００１５】ここで前記設定温度は、例えば一次巻線を
含む電気材料の寿命が４０，０００ｈとなるように、巻
線、ワニス及び絶縁物の種類に応じて設定される。ここ
で使用条件に応じては、例えば２０，０００ｈの寿命し
か要求されないのであれば、４０，０００ｈの寿命とな
るように設定された設定温度に対して、例えば更に１０
℃高くして、ポンプの性能のさらなる向上を図る事も可
能である。

【００１６】次に図３のフローチャートをも参照して、
図１、図２の実施形態の作用を説明する。先ず、温度検
出手段１６により電動機一次巻線温度を検出し、信号ケ
ーブル１８を介して可変速制御装置２０に計測値（電動
機一次巻線温度）を読み込ませる（ステップＳ１：図
３）。次に、設定温度記憶手段３２（図２）に記憶させ
た設定温度を読み込み（ステップＳ２）、前記計測値
（電動機一次巻線温度）と設定温度とを、可変速制御装
置２０内の比較手段３４（図２）で比較する（ステップ
Ｓ３）。

【００１７】電動機一次巻線温度が設定温度に等しい場
合、すなわちステップＳ３において「電動機一次巻線温
度＝設定温度」の場合は、電動機ケーブル２４（図１）
を介して電動機１２へ供給されている駆動電流の周波数
（換言すれば、可変速制御装置２０の出力周波数）を、
そのまま維持する（ステップＳ４）。そしてステップＳ
１の前段階にリターンする。ここで、「電動機一次巻線
温度が設定温度に等しい」なる文言は、電動機一次巻線
温度と設定温度とが完全に一致している場合を意味する
のではなく、両者が概略等しい場合を包含するものであ
る。

【００１８】ステップＳ３において、検出手段１６の計
測結果である電動機一次巻線温度が設定温度よりも低い
場合（「電動機一次巻線温度＜設定温度」の場合）は、
電動機ケーブル２４を介して電動機１２へ供給されてい
る駆動電流の周波数（出力周波数）を上昇して、電動機
１２の一次巻線温度を昇温せしめる（ステップＳ５）。
そして、ステップＳ１以前の段階へリターンする。

【００１９】検出手段１６の計測結果である電動機一次
巻線温度が設定温度よりも高温である場合（「電動機一
次巻線温度＞設定温度」の場合）は、電動機ケーブル２
４を介して電動機１２へ供給されている駆動電流の周波
数（出力周波数）を低下して、電動機１２の一次巻線温
度を降温せしめる（ステップＳ６）。そして、ステップ
Ｓ１以前の段階へリターンする。

【００２０】図４は、上述した実施形態の効果を性能曲
線により示している。図４において、「運転電流２」、
「回転数２」、「揚程２」と表示されている特性は、上
述した通り、図９で示す（可変速制御装置を有する）ポ
ンプ装置の場合の運転電流、回転数、揚程をそれぞれ示
している。一方、図４において「運転電流３」、「回転
数３」、「揚程３」で示されているのは、図１−３の実
施形態における運転電流、回転数、揚程である。図４か
ら明らかなように、特に低流量域（図４において左側の
領域）においては、「運転電流３」、「回転数３」、
「揚程３」は、それぞれ、「運転電流２」、「回転数
２」、「揚程２」よりも高い数値となっている。すなわ
ち、図１−３の実施形態によれば、可変速制御装置を有
する従来技術に比較して、高性能を達成する事が出来
る。

【００２１】図１−４の実施形態では、電動機一次巻線
（図示せず）に温度検出手段１６を直接取付けて、電動
機一次巻線の実温度を検出し、可変速制御装置２０から
電動機１２へ供給（或いは出力）される駆動電流の周波
数を制御している。これに対して、電動機一次巻線の温
度上昇特性が予め分かっており、可変速制御装置の出力
周波数に応じた電動機一次巻線温度の推定ができる場合
は、電動機一次巻線の温度を直接検出する手段（図１の
温度検出手段１６）を省略し、その代わりに、電動機１
２が設置される環境の雰囲気温度を可変速制御装置に取
り込んで、一次巻線の温度上昇推定値と雰囲気温度の和
を演算し、その値を設定温度の数値に等しくする制御が
可能である。図５−図７で示す本発明の第２実施形態
は、その様な発想のもとに提案されたものである。

【００２２】図５は、第２実施形態にかかるポンプ装置
の全体構成を示しており、図１と概略同様である。但
し、図１或いは第１実施形態においては、電動機１２の
一次巻線（図示せず）に直接取り付けられた温度検出手
段１６を有しているのに対して、図５の第２実施形態で
は、電動機１２が設置される環境の雰囲気温度、すなわ
ち電動機１２設置個所の気温（電動機１２が水中モータ
である場合は水温）を計測する温度検出手段１６Ａ（温
度センサ）が設けられている。そして、この温度検出手
段１６Ａの出力信号は、信号ケーブル１８Ａを介して、
可変速制御装置２０Ａに伝達される。

【００２３】図６を参照して、第２実施形態における可
変速制御装置２０Ａについて説明する。可変速制御装置
２０Ａは、第１実施形態における可変速制御装置２０と
同様に、商用電源２６からの商用電流の周波数を所定の
数値に調整するための調整手段３０と、電動機一次巻線
の許容温度或いはその近傍の数値に予め設定された設定
温度を記憶する設定温度記憶手段３２、とを有してい
る。それと共に可変速制御装置２０Ａは、電動機ケーブ
ル２４を介して電動機１２へ供給される電動機駆動用電
流の周波数（出力周波数）を計測する駆動電流用の計測
手段４２と、電動機１２へ供給される駆動用電流の周波
数と電動機一次巻線温度との相関特性を記憶する特性記
憶手段４４と、温度検出手段１６Ａで計測した電動機１
２設置個所の雰囲気温度と計測手段４２の計測データと
特性記憶手段４４で記憶している特性とから電動機一次
巻線温度を決定する電動機一次巻線温度決定手段４６
と、該決定手段４６で求められた電動機一次巻線温度と
設定温度記録手段３２に記録されている設定温度とを比
較する比較手段３４Ａ、とを備えている。

【００２４】ここで、電動機一次巻線温度決定手段４６
は、計測手段４２で計測された出力周波数のデータと、
特性記憶手段４４に予め記憶されていた上述の相関特性
（出力周波数と電動機一次巻線温度との相関特性）とを
用いて、電動機一次巻線温度と電動機１２の設置個所に
おける雰囲気温度との温度差Δｔを求める。そして、温
度検出手段１６Ａで計測された雰囲気温度をＴｍ、電動
機一次巻線温度をＴｃとすれば、電動機一次巻線温度Ｔ
ｃは、次式で求められる。Ｔｃ＝Ｔｍ＋Δｔ・・・式１なお、上述された通り、電動機一次巻線温度決定手段４
６で求められた電動機一次巻線温度は、比較手段３４Ａ
において、設定温度記録手段３２に記録されている設定
温度と比較される。

【００２５】次に、図７のフローチャートを参照して、
図４−図７の第２実施形態の作用を説明する。先ず、温
度検出手段１６Ａで計測された雰囲気温度Ｔｍを読み込
むと共に、計測手段４２で計測されたデータ、すなわち
電動機ケーブル２４を介して電動機１２へ供給される電
動機駆動用電流の周波数（出力周波数）の計測データ
を、データ送信用ラインＢ１１を介して読み込む（図７
のステップＳ１１）。

【００２６】次に、送信ラインＢ１２を介して、特性記
憶手段４４で記憶されている相関特性、すなわち、電動
機１２へ供給される駆動用電流の周波数と電動機一次巻
線温度との相関特性を読み込む（ステップＳ１２）。

【００２７】次にステップＳ１３で、計測手段４２で読
み込まれたデータとステップＳ１２で読み込まれた相関
特性から、電動機一次巻線温度と電動機１２の設置個所
における雰囲気温度との温度差Δｔを求める。そして、
ステップＳ１１で読み込まれた電動機１２設置個所の雰
囲気温をＴｍと、前記温度差Δｔとから、前記式（１）
に基いて、その状況における電動機一次巻線温度Ｔｃが
求まる。

【００２８】ステップＳ１４では、設定温度記憶手段３
２で記憶されている設定温度が読み込まれ、ステップＳ
１５において、設定温度とステップＳ１３で求められた
電動機一次巻線温度Ｔｃとが、比較手段３４Ａにおいて
比較される。

【００２９】ステップＳ１３で求められた電動機一次巻
線温度が設定温度に等しい場合、すなわちステップＳ１
５において「電動機一次巻線温度＝設定温度」の場合
は、駆動電流の周波数（出力周波数）は、そのまま維持
される（ステップＳ１６）。

【００３０】電動機一次巻線温度が設定温度よりも低い
場合（ステップＳ１５で「電動機一次巻線温度＜設定温
度」の場合）は、出力周波数を上昇して、電動機１２の
一次巻線温度を昇温せしめる（ステップＳ１７）。そし
て、ステップＳ１１以前の段階へリターンする。

【００３１】ステップＳ１３で求められた電動機一次巻
線温度が設定温度よりも高温である場合（ステップＳ１
５で「電動機一次巻線温度＞設定温度」の場合）は、出
力周波数を低下して、電動機１２の一次巻線温度を降温
せしめる（ステップＳ１８）。そして、ステップＳ１１
以前の段階へリターンする。

【００３２】図示の実施形態はあくまでも例示であり、
本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記載ではない旨を
付記する。

【００３３】

【発明の効果】本発明の作用効果を以下に列挙する。（１）電動機或いはポンプ装置の能力をフルに発揮し
て、特に定流量域の性能を向上する事が出来る。（２）高い圧力（吐出圧）を発生することができる。（３）ポンプ装置の小形化を実現することができる。（４）電動機は設定温度以上では使用されないので、
電動機に温度保護装置を設けたのと同じ効果があり、電
動機の信頼性向上にも効果がある。（５）電動機の寿命を短縮する恐れが無い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかるポンプ装置の全
体構成を示すブロック図。

【図２】図１の実施形態にかかる制御機構のブロック
図。

【図３】図１、図２の実施形態にかかるポンプ装置の制
御フローチャートを示す図。

【図４】図１−図３の実施形態の作用効果をポンプ性能
で示す特性図。

【図５】本発明の第２実施形態にかかるポンプ装置の全
体構成を示すブロック図。

【図６】図５の実施形態にかかる制御機構のブロック
図。

【図７】図５、図６の実施形態にかかるポンプ装置の制
御フローチャートを示す図。

【図８】一般的なポンプ装置の性能曲線を示す特性図。

【図９】可変速制御装置を用いた従来のポンプ装置の性
能曲線を示す特性図。

【符号の説明】

１０、１０Ａ・・・ポンプ装置１２・・・電動機１４・・・ポンプ１６、１６Ａ・・・温度検出手段１８・・・信号ケーブル１９・・・ターミナルボックス２０、２０Ａ・・・可変速制御装置２２・・・電源ケーブル２４・・・電動機ケーブル２６・・・商用電源３０・・・調整手段３２・・・設定温度記憶手段３４、３４Ａ・・・比較手段４２・・・駆動電流用の計測手段４４・・・特性記憶手段４６・・・電動機一次巻線温度決定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０２Ｐ 7/00 Ｈ０２Ｐ 7/00 Ｒ 7/63 ３０２Ｄ 7/63 ３０２Ｈ０２Ｋ 11/00 Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電動機によって駆動され、可変速制御装
置と、電動機一次巻線温度を検出する温度検出手段を備
え、前記可変速制御装置は、電動機一次巻線が許容値に
近い温度となった状態で運転されるように、電動機一次
巻線の許容温度或いはその近傍の数値に予め設定された
設定温度と、前記温度検出手段によって求められた計測
値とを比較して、計測値が設定値よりも低温である場合
は出力周波数を上昇して、計測値が設定値よりも高温で
ある場合は出力周波数を低下するように構成されている
ことを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】前記温度検出手段は、電動機の一次巻線
に直接取り付けられた温度センサである請求項１のポン
プ装置。
【請求項３】前記温度検出手段は、電動機設置個所の
雰囲気温度を検出する温度センサと、電動機へ供給され
る電流を計測する計測手段と、該計測手段により計測さ
れたパラメータと電動機一次巻線温度との相関特性を記
憶する記憶手段と、温度センサ及び計測手段による計測
結果と記憶手段に記憶されている相関特性とを用いて電
動機一次巻線温度を決定する決定手段、とを備えている
請求項１のポンプ装置。