(57)【要約】【課題】共振を防止しつつ、不具合を検出することができる駆動装置を提供する。【解決手段】駆動装置は、第１電動機組立体１Ａおよび第２電動機組立体１Ｂと、第１電動機組立体１Ａおよび第２電動機組立体１Ｂに電気的に接続された周波数ジャンプ制御部６３を備える。周波数ジャンプ制御部６３は、第１インバータ３Ａへの指令周波数が周波数ジャンプ帯域内にある場合は、周波数ジャンプ帯域の下限値または上限値に相当する周波数の交流電力を第１インバータ３Ａに出力させるように構成されており、周波数ジャンプ制御部は、第１振動センサ６０Ａの出力値の最大値と第２振動センサ６０Ｂの出力値の最大値との差が、予め設定された許容値よりも大きいときに、警報信号を発する。【選択図】図１
2020099167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電動機組立体および第２電動機組立体と、
前記第１電動機組立体および前記第２電動機組立体に電気的に接続された周波数ジャンプ制御部を備え、
前記第１電動機組立体は、第１電動機と、前記第１電動機に交流電力を供給する第１インバータと、前記第１インバータに固定された第１振動センサを備え、前記第１インバータは、前記第１電動機に固定されており、
前記第２電動機組立体は、第２電動機と、前記第２電動機に交流電力を供給する第２インバータと、前記第２インバータに固定された第２振動センサを備え、前記第２インバータは、前記第２電動機に固定されており、
前記周波数ジャンプ制御部は、前記第１インバータへの指令周波数が周波数ジャンプ帯域内にある場合は、前記周波数ジャンプ帯域の下限値または上限値に相当する周波数の交流電力を前記第１インバータに出力させるように構成されており、
前記周波数ジャンプ制御部は、前記第１振動センサの出力値の最大値と前記第２振動センサの出力値の最大値との差が、予め設定された許容値よりも大きいときに、警報信号を発するように構成されている、駆動装置。
【請求項２】
前記周波数ジャンプ制御部は、前記第１電動機および前記第２電動機の運転中に前記第１振動センサの出力値および前記第２振動センサの出力値を取得し、前記第１振動センサの出力値の最大値および前記第２振動センサの出力値の最大値を決定し、前記第１振動センサの出力値の最大値と、前記第２振動センサの出力値の最大値との差を算出し、前記差が前記許容値よりも大きいときに、警報信号を発するように構成されている、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記周波数ジャンプ制御部は、前記差が前記許容値よりも大きく、かつ前記第１振動センサの出力値の最大値および前記第２振動センサの出力値の最大値のうちの少なくとも１つが、予め設定された上限値よりも大きいときに、警報信号を発するように構成されている、請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記周波数ジャンプ制御部は、警報信号を発するとともに、前記第１電動機または前記第２電動機を停止させるように構成されている、請求項２または３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記周波数ジャンプ帯域は、しきい値よりも大きい前記第１振動センサの出力値に対応する前記第１インバータへの第１指令周波数の範囲である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記第１インバータは、電気回路を有するインバータ基板と、スイッチング素子と、前記インバータ基板および前記スイッチング素子を収容するインバータケーシングを備えており、
前記第１振動センサは、前記インバータ基板に固定されている、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記インバータケーシングの内部空間の少なくとも一部は、樹脂で充填されており、
前記インバータ基板および前記第１振動センサは、前記樹脂に埋設されている、請求項６に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記インバータ基板は、前記第１電動機の駆動軸に対して垂直である、請求項６または７に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータと電動機が一体に構成された電動機組立体を備えた駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータと電動機が一体に構成された電動機組立体は、ポンプなどの回転機械の駆動源として使用される。電動機組立体が組み込まれた機械システムでは、回転速度が機械システムの固有振動数と一致すると、共振が起こり、大きな振動や騒音が発生する。そこで、共振を回避する周波数ジャンプの機能がインバータに備えられている。
【０００３】
周波数ジャンプは、共振が起こりうる周波数ジャンプ帯域を回避して電動機を駆動する機能である。周波数ジャンプ帯域の設定は、次のように行われる。電動機組立体に振動センサを設置し、モータの回転速度（すなわち、インバータの出力周波数）を徐々に変えながら、振動のピーク（極大値）に基づいて固有振動数を決定し、その固有振動数をインバータに入力する。インバータは、入力された固有振動数を中心とする周波数ジャンプ帯域を設定し、記憶装置に格納する。
【０００４】
図８および図９は、周波数ジャンプを説明するグラフである。縦軸はインバータの出力周波数を表し、横軸はインバータに入力される指令周波数を表している。図８に示すように、指令周波数が上昇して、周波数ジャンプ帯域に達すると、インバータの出力周波数は周波数ジャンプ帯域の下限値Ｌに固定される。上昇中の指令周波数が周波数ジャンプ帯域内にある間は、インバータの出力周波数は周波数ジャンプ帯域の下限値Ｌに維持される。指令周波数が周波数ジャンプ帯域を超えると、インバータの出力周波数は指令周波数と同じ周波数に復帰する。
【０００５】
図９に示すように、指令周波数が低下して、周波数ジャンプ帯域に達すると、インバータの出力周波数は周波数ジャンプ帯域の上限値Ｈに固定される。低下中の指令周波数が周波数ジャンプ帯域内にある間は、インバータの出力周波数は周波数ジャンプ帯域の上限値Ｈに維持される。指令周波数が周波数ジャンプ帯域を下回ると、インバータの出力周波数は指令周波数と同じ周波数に復帰する。
【０００６】
このような周波数ジャンプ機能によれば、インバータは、共振が起こりうる周波数帯域を避けて電動機を回転させることができる。したがって、インバータおよび電動機が組み込まれた機械システムの共振を未然に防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３３６９４６号公報
【特許文献２】特表２００８−５３６４６７号公報
【特許文献３】特開２０１６−１１１７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
インバータおよび電動機を備えた電動機組立体を含む機械システムの固有振動数は、機械システム自身のみならず、機械システムに固定された配管などの付加物に依存して変わりうる。特に、複数の電動機組立体を備えた駆動装置では、共振が発生する条件はより複雑である。このため、上述した周波数ジャンプの機能が正常に動作しているときでも、機械システムの設置環境の変化、または機械システム自体の状態の変化により、電動機組立体が大きく振動することがある。しかしながら、振動が共振に起因するものか、あるいは機械システム自体の不具合によるものかを判断することは難しい。振動が共振に起因して起こっているのであれば、適切な周波数ジャンプ帯域を設定することにより振動を回避することができる。これに対し、振動が機械システムの不具合に起因して起こっている場合には、機械システムのダメージを最小にするために電動機組立体の運転を直ちに停止する必要がある。
【０００９】
そこで、本発明は、共振を防止しつつ、不具合を検出することができる駆動装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一態様では、第１電動機組立体および第２電動機組立体と、前記第１電動機組立体および前記第２電動機組立体に電気的に接続された周波数ジャンプ制御部を備え、前記第１電動機組立体は、第１電動機と、前記第１電動機に交流電力を供給する第１インバータと、前記第１インバータに固定された第１振動センサを備え、前記第１インバータは、前記第１電動機に固定されており、前記第２電動機組立体は、第２電動機と、前記第２電動機に交流電力を供給する第２インバータと、前記第２インバータに固定された第２振動センサを備え、前記第２インバータは、前記第２電動機に固定されており、前記周波数ジャンプ制御部は、前記第１インバータへの指令周波数が周波数ジャンプ帯域内にある場合は、前記周波数ジャンプ帯域の下限値または上限値に相当する周波数の交流電力を前記第１インバータに出力させるように構成されており、前記周波数ジャンプ制御部は、前記第１振動センサの出力値の最大値と前記第２振動センサの出力値の最大値との差が、予め設定された許容値よりも大きいときに、警報信号を発するように構成されている、駆動装置が提供される。
【００１１】
一態様では、前記周波数ジャンプ制御部は、前記第１電動機および前記第２電動機の運転中に前記第１振動センサの出力値および前記第２振動センサの出力値を取得し、前記第１振動センサの出力値の最大値および前記第２振動センサの出力値の最大値を決定し、前記第１振動センサの出力値の最大値と、前記第２振動センサの出力値の最大値との差を算出し、前記差が前記許容値よりも大きいときに、警報信号を発するように構成されている。
一態様では、前記周波数ジャンプ制御部は、前記差が前記許容値よりも大きく、かつ前記第１振動センサの出力値の最大値および前記第２振動センサの出力値の最大値のうちの少なくとも１つが、予め設定された上限値よりも大きいときに、警報信号を発するように構成されている。
一態様では、前記周波数ジャンプ制御部は、警報信号を発するとともに、前記第１電動機または前記第２電動機を停止させるように構成されている。
【００１２】
一態様では、前記周波数ジャンプ帯域は、しきい値よりも大きい前記第１振動センサの出力値に対応する前記第１インバータへの第１指令周波数の範囲である。
一態様では、前記第１インバータは、電気回路を有するインバータ基板と、スイッチング素子と、前記インバータ基板および前記スイッチング素子を収容するインバータケーシングを備えており、前記第１振動センサは、前記インバータ基板に固定されている。
一態様では、前記インバータケーシングの内部空間の少なくとも一部は、樹脂で充填されており、前記インバータ基板および前記第１振動センサは、前記樹脂に埋設されている。
一態様では、前記インバータ基板は、前記第１電動機の駆動軸に対して垂直である。
【発明の効果】
【００１３】
共振が起こっているとき、第１電動機組立体と第２電動機組立体は、同じように振動する。これに対し、第１電動機組立体または第２電動機組立体のどちらかに不具合が発生している場合、あるいは第１電動機組立体または第２電動機組立体に連結されている回転機械（例えばポンプ）に不具合が発生している場合は、両者は異なる態様で振動する。本実施形態によれば、周波数ジャンプ制御部は、第１振動センサの出力値の最大値と第２振動センサの出力値の最大値の差に基づいて、不具合が発生していることを正しく決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】複数の電動機組立体を備えた駆動装置の上面図である。
【図２】図１の矢印Ａで示す方向から見た駆動装置の図である。
【図３】第１電動機組立体の一実施形態を示す断面図である。
【図４】第１電動機組立体の他の実施形態を示す断面図である。
【図５】周波数ジャンプ帯域を決定および設定する方法の一実施形態を説明するグラフである。
【図６】周波数ジャンプ帯域を決定および設定する方法の一実施形態を説明するグラフである。
【図７】上述した実施形態に係る駆動装置が組み込まれたポンプ装置の一実施形態を示す模式図である。
【図８】指令周波数が上昇しているときの周波数ジャンプを説明するグラフである。
【図９】指令周波数が低下しているときの周波数ジャンプを説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、複数の電動機組立体を備えた駆動装置の上面図であり、図２は、図１の矢印Ａで示す方向から見た駆動装置の図である。本実施形態の駆動装置は、共通の架台１５に固定された第１電動機組立体１Ａおよび第２電動機組立体１Ｂと、第１電動機組立体１Ａおよび第２電動機組立体１Ｂに電気的に接続された周波数ジャンプ制御部６３を備えている。周波数ジャンプ制御部６３の配置は特に限定されない。例えば、周波数ジャンプ制御部６３は架台１５上に配置されてもよいし、第１電動機組立体１Ａまたは第２電動機組立体１Ｂ上に配置されてもよい。一実施形態では、駆動装置は、第１電動機組立体１Ａおよび第２電動機組立体１Ｂに加えて、１つまたは複数の電動機組立体をさらに備えてもよい。
【００１６】
第１電動機組立体１Ａは、第１電動機２Ａと、第１電動機２Ａに交流電力を供給する第１インバータ３Ａと、第１インバータ３Ａに固定された第１振動センサ６０Ａを備えている。第１インバータ３Ａは第１電動機２Ａに固定されており、第１電動機２Ａと第１インバータ３Ａは一体的な構造体を構成している。第２電動機組立体１Ｂは、第２電動機２Ｂと、第２電動機２Ｂに交流電力を供給する第２インバータ３Ｂと、第２インバータ３Ｂに固定された第２振動センサ６０Ｂを備えている。第２インバータ３Ｂは第２電動機２Ｂに固定されており、第２電動機２Ｂと第２インバータ３Ｂは一体的な構造体を構成している。
【００１７】
第１電動機組立体１Ａと第２電動機組立体１Ｂは、同じ構成を有している。したがって、特に説明しない第２電動機組立体１Ｂの構成および動作は、第１電動機組立体１Ａと同じであるので、第２電動機組立体１Ｂの重複する説明を省略する。
【００１８】
図３は、第１電動機組立体１Ａの一実施形態を示す断面図である。図３に示すように、第１電動機組立体１Ａは、第１電動機２Ａと、第１電動機２Ａに交流電力を供給する第１インバータ３Ａを備えている。第１インバータ３Ａは第１電動機２Ａに固定されており、第１電動機２Ａと第１インバータ３Ａは一体的な構造体を構成している。第１電動機２Ａの駆動軸５は第１インバータ３Ａを貫通して延びている。
【００１９】
第１電動機２Ａは、駆動軸５と、駆動軸５に固定された回転子６と、回転子６の周囲に配置された固定子７と、回転子６および固定子７を収容するモータケーシング１０を備えている。駆動軸５は、モータケーシング１０に固定された２つの軸受２７，２８によって回転可能に支持されている。第１インバータ３Ａは、電力線（図示せず）によって固定子７に接続されている。第１インバータ３Ａが固定子７に交流電力を供給すると、固定子７は回転子６の周りに回転磁界を形成する。回転子６は、回転磁界によって回転し、駆動軸５は回転子６とともに回転する。
【００２０】
第１インバータ３Ａは、電気回路４１を有するインバータ基板４２と、コンデンサ４３と、スイッチング素子４４と、インバータ基板４２およびスイッチング素子４４を収容するインバータケーシング２１を備えている。インバータケーシング２１は、モータケーシング１０に固定されている。
【００２１】
駆動軸５は、モータケーシング１０およびインバータケーシング２１を貫通して延びている。モータケーシング１０およびインバータケーシング２１は、駆動軸５と同心状に配置されている。本実施形態では、モータケーシング１０およびインバータケーシング２１は、駆動軸５に沿って直列に配置されているため、第１電動機組立体１Ａをコンパクトにすることができる。
【００２２】
駆動軸５の一端は、図示しない回転機械（例えばポンプ）に連結される。駆動軸５の他端には、冷却ファン２５が固定されている。この冷却ファン２５は第１インバータ３Ａの外側に配置されており、第１インバータ３Ａの端面に隣接している。第１電動機２Ａが回転すると、冷却ファン２５が回転し、インバータケーシング２１およびモータケーシング１０の外面に空気の流れを形成する。第１電動機組立体１Ａは、冷却ファン２５を覆うファンカバー５１を備えている。ファンカバー５１は、インバータケーシング２１に固定されている。
【００２３】
図３において、第１電動機２Ａは模式的に描かれている。第１電動機２Ａは、例えば、回転子６に永久磁石を用いた永久磁石型モータである。しかしながら、第１電動機２Ａは、永久磁石型モータに限定されず、誘導モータやＳＲモータなど、様々な種類のモータであってもよい。
【００２４】
インバータケーシング２１は、その外周面に冷却フィン５６を有している。冷却フィン５６は、駆動軸５の長手方向に延びている。インバータケーシング２１は、その端面に冷却フィン３６をさらに有している。冷却フィン３６は、冷却ファン２５に隣接しており、駆動軸５から放射状に延びている。モータケーシング１０は、その外周面に冷却フィン５７を有している。冷却フィン５７は、駆動軸５の長手方向に延びている。
【００２５】
冷却ファン２５によって形成される空気の流れは、冷却フィン３６、冷却フィン５６、および冷却フィン５７に接触しながら、第１インバータ３Ａおよび第１電動機２Ａの外面上を流れる。第１インバータ３Ａおよび第１電動機２Ａは、この空気の流れによって冷却される。スイッチング素子４４は、インバータケーシング２１の内面に接触しており、かつ冷却フィン３６の裏側に位置している。このような配置により、スイッチング素子４４は、冷却ファン２５によって形成される空気の流れによって効率よく冷却される。
【００２６】
インバータ基板４２は、冷却フィン３６の裏側の位置において、インバータケーシング２１の内面に固定されている。第１電動機２Ａの駆動軸５は、インバータ基板４２を貫通して延びている。インバータ基板４２は、駆動軸５に対して垂直である。第１電動機組立体１Ａは、駆動軸５の外周面を覆う筒状壁５０をさらに備えている。この筒状壁５０は、第１インバータ３Ａ内に配置されている。インバータ基板４２は、駆動軸５および筒状壁５０が貫通する環状形状を有しており、駆動軸５と同心状に配置されている。筒状壁５０は、第１インバータ３Ａと固定子７とを接続する上記電力線（図示せず）が駆動軸５に接触することを防止することができる。
【００２７】
第１電動機組立体１Ａは、第１インバータ３Ａに固定された第１振動センサ６０Ａをさらに備えている。本実施形態では、第１振動センサ６０Ａは、インバータ基板４２に固定されている。一実施形態では、第１振動センサ６０Ａは、インバータケーシング２１に固定されてもよい。この第１振動センサ６０Ａは、第１電動機２Ａの回転に起因して発生する振動の大きさを測定するための振動検出器である。第１インバータ３Ａは第１電動機２Ａに固定され、第１振動センサ６０Ａは第１インバータ３Ａに固定されているので、第１振動センサ６０Ａは、振動の大きさを正確に検出することができる。
【００２８】
本実施形態では、第１振動センサ６０Ａは、特に、第１電動機２Ａの回転速度が、図１に示す駆動装置が組み込まれた機械システム（例えば給水装置などのポンプ装置）の固有振動数に一致したときの共振を検出するために用いられる。共振が発生したときの振動の方向は、駆動軸５に対して垂直である。インバータ基板４２は、駆動軸５に対して垂直であるので、共振が発生したときにインバータ基板４２は撓みにくい（変形しにくい）。したがって、インバータ基板４２に固定された第１振動センサ６０Ａは、共振を精度良く検出することができる。
【００２９】
図４に示すように、インバータ基板４２の撓みを防ぎ、かつ振動が第１振動センサ６０Ａに効率よく伝わるようにするために、インバータケーシング２１の内部空間の少なくとも一部を樹脂６８で充填し、インバータ基板４２および第１振動センサ６０Ａを樹脂６８に埋設してもよい。
【００３０】
図３に戻り、周波数ジャンプ制御部６３は、第１インバータ３Ａに隣接して配置されている。一実施形態では、周波数ジャンプ制御部６３は、第１インバータ３Ａ内に配置されてもよい。より具体的には、周波数ジャンプ制御部６３は、インバータ基板４２またはインバータケーシング２１に固定されてもよい。
【００３１】
周波数ジャンプ制御部６３は、プログラムを格納する記憶装置６３ａと、プログラムに従って演算を実行する演算装置６３ｂを有している。本実施形態では、演算装置６３ｂは、第１インバータ３Ａとは独立に設けられているが、第１インバータ３Ａの演算装置が、周波数ジャンプ制御部６３の演算装置として機能してもよい。第１振動センサ６０Ａは、周波数ジャンプ制御部６３に電気的に接続されており、第１振動センサ６０Ａの出力値は周波数ジャンプ制御部６３に送られるようになっている。図１に示す第２振動センサ６０Ｂも、周波数ジャンプ制御部６３に電気的に接続されており、第２振動センサ６０Ｂの出力値は周波数ジャンプ制御部６３に送られるようになっている。
【００３２】
周波数ジャンプ制御部６３は、第１振動センサ６０Ａの出力値に基づいて周波数ジャンプ帯域を決定するように構成されている。より具体的には、周波数ジャンプ制御部６３は、第１振動センサ６０Ａの出力値をしきい値と比較し、しきい値よりも大きい出力値に対応する第１インバータ３Ａへの指令周波数の範囲を決定し、決定した指令周波数の範囲を周波数ジャンプ帯域に設定するように構成されている。周波数ジャンプ制御部６３は、決定された周波数ジャンプ帯域を記憶装置６３ａに記憶する。
【００３３】
図１に示す駆動装置の運転中は、周波数ジャンプ制御部６３は、駆動装置の外部に配置された制御装置（図示せず）に接続されている。制御装置は、例えば、第１電動機組立体１Ａおよび第２電動機組立体１Ｂに連結された複数のポンプの運転を制御するための制御装置である。この制御装置から第１指令周波数が周波数ジャンプ制御部６３に入力される。第１指令周波数は、第１インバータ３Ａが第１電動機２Ａに供給すべき交流電力の周波数の指令値である。周波数ジャンプ制御部６３は、第１インバータ３Ａへの第１指令周波数が周波数ジャンプ帯域外にある場合は、第１指令周波数と同じ周波数の交流電力を第１インバータ３Ａに出力させ、第１インバータ３Ａへの第１指令周波数が周波数ジャンプ帯域内にある場合は、周波数ジャンプ帯域の下限値または上限値に相当する周波数の交流電力を第１インバータ３Ａに出力させるように構成されている。このような機能は、周波数ジャンプ機能と呼ばれる。本明細書では、第１インバータ３Ａおよび第２インバータ３Ｂから出力される交流電力の周波数を、出力周波数という。
【００３４】
周波数ジャンプ機能は、図８および図９を参照して説明した動作と同じである。すなわち、図８に示すように、指令周波数（本実施形態では第１指令周波数）が上昇して、周波数ジャンプ帯域に達すると、第１インバータ３Ａの出力周波数は周波数ジャンプ帯域の下限値Ｌに固定される。上昇中の指令周波数が周波数ジャンプ帯域内にある間は、第１インバータ３Ａの出力周波数は周波数ジャンプ帯域の下限値Ｌに維持される。指令周波数が周波数ジャンプ帯域を超えると、第１インバータ３Ａの出力周波数は指令周波数と同じ周波数に復帰する。
【００３５】
図９に示すように、指令周波数が低下して、周波数ジャンプ帯域に達すると、第１インバータ３Ａの出力周波数は周波数ジャンプ帯域の上限値Ｈに固定される。低下中の指令周波数が周波数ジャンプ帯域内にある間は、第１インバータ３Ａの出力周波数は周波数ジャンプ帯域の上限値Ｈに維持される。指令周波数が周波数ジャンプ帯域を下回ると、第１インバータ３Ａの出力周波数は指令周波数と同じ周波数に復帰する。
【００３６】
第２電動機２Ｂを運転するときは、上述した外部の制御装置から第２指令周波数が周波数ジャンプ制御部６３に入力される。第２指令周波数は、第２インバータ３Ｂが第２電動機２Ｂに供給すべき交流電力の周波数の指令値である。第２インバータ３Ｂは、第２指令周波数に相当する周波数を持つ交流電力を第２電動機２Ｂに供給する。
【００３７】
第２電動機組立体１Ｂは、第１電動機組立体１Ａと実質的に同じ構成を有している。したがって、第１電動機組立体１Ａ用に設定された上記周波数ジャンプ帯域は、第２電動機組立体１Ｂの運転にも適用できる。すなわち、周波数ジャンプ制御部６３は、第２インバータ３Ｂへの第２指令周波数が周波数ジャンプ帯域外にある場合は、第２指令周波数と同じ周波数の交流電力を第２インバータ３Ｂに出力させ、第２インバータ３Ｂへの第２指令周波数が周波数ジャンプ帯域内にある場合は、周波数ジャンプ帯域の下限値または上限値に相当する周波数の交流電力を第２インバータ３Ｂに出力させるように構成されている。
【００３８】
第１電動機組立体１Ａおよび第２電動機組立体１Ｂが組み込まれた機械システム（例えば給水装置などのポンプ装置）の固有振動数は、機械システム自身のみならず、機械システムに固定された配管などの付加物に依存して変わりうる。本実施形態によれば、第１振動センサ６０Ａと周波数ジャンプ制御部６３との組み合わせにより、機械システムが設置された後に、周波数ジャンプ帯域の決定および設定を自動で実行することができる。したがって、第１電動機組立体１Ａおよび第２電動機組立体１Ｂを含む機械システムの共振が防止される。
【００３９】
一実施形態では、周波数ジャンプ帯域の決定および設定は、第１電動機組立体１Ａおよび第２電動機組立体１Ｂの通常運転の前の試運転時に実行される。図５に示すように、試運転では、周波数ジャンプ制御部６３は、第１インバータ３Ａへの第１指令周波数を０から最大周波数（定格周波数）Ｆｍａｘまで変化させ、第１電動機２Ａの回転速度を変化させながら、第１振動センサ６０Ａの出力値を取得する。本実施形態では、周波数ジャンプ制御部６３は、第１インバータ３Ａへの第１指令周波数を０から最大周波数Ｆｍａｘまで直線的に変化させ、第１電動機２Ａの回転速度を一定の加速度で直線的に変化させるように構成されている。周波数ジャンプ制御部６３は、取得した第１振動センサ６０Ａの出力値をしきい値と比較し、しきい値よりも大きい第１振動センサ６０Ａの出力値に対応する第１指令周波数の範囲Ｒ１，Ｒ２を決定し、決定された範囲Ｒ１，Ｒ２を周波数ジャンプ帯域に設定する。周波数ジャンプ制御部６３は、周波数ジャンプ帯域Ｒ１，Ｒ２を記憶装置６３ａ内に記憶する。図５に示す例では、２つの周波数ジャンプ帯域Ｒ１，Ｒ２が設定される。周波数ジャンプ制御部６３に設定可能な周波数ジャンプ帯域の数は、予め定められている。
【００４０】
第１電動機２Ａの運転中に、外部の制御装置から周波数ジャンプ制御部６３に入力された第１指令周波数が、上記複数の周波数ジャンプ帯域Ｒ１，Ｒ２のうちのいずれかにある場合は、周波数ジャンプ制御部６３は、その周波数ジャンプ帯域の下限値または上限値に相当する周波数の交流電力を第１インバータ３Ａに出力させる。
【００４１】
周波数ジャンプ制御部６３は、周波数ジャンプ帯域Ｒ１，Ｒ２を第２電動機組立体１Ｂの運転にも適用する。すなわち、第２電動機２Ｂの運転中に周波数ジャンプ制御部６３に入力された第２指令周波数が、上記複数の周波数ジャンプ帯域Ｒ１，Ｒ２のうちのいずれかにある場合は、周波数ジャンプ制御部６３は、その周波数ジャンプ帯域の下限値または上限値に相当する周波数の交流電力を第２インバータ３Ｂに出力させる。
【００４２】
一実施形態では、周波数ジャンプ制御部６３は、図６に示すように、第１電動機２Ａおよび第２電動機２Ｂの運転中に周波数ジャンプ帯域Ｒ３を設定してもよい。より具体的には、周波数ジャンプ制御部６３は、第１電動機２Ａおよび第２電動機２Ｂの運転中に第１振動センサ６０Ａの出力値を取得し、第１振動センサ６０Ａの出力値をしきい値と比較し、しきい値よりも大きい第１振動センサ６０Ａの出力値に対応する第１指令周波数の範囲Ｒ３を決定し、決定された範囲Ｒ３を周波数ジャンプ帯域に設定する。周波数ジャンプ制御部６３は、周波数ジャンプ帯域Ｒ３を記憶装置６３ａ内に記憶する。
【００４３】
上述したように、周波数ジャンプ機能は、共振が起こると予想される周波数帯域を回避することで、図１に示す駆動装置が組み込まれた機械システムの安全な運転を確保することができる。しかしながら、上述した周波数ジャンプ帯域が既に設定されているにもかかわらず、共振が発生した場合には、駆動装置、または駆動装置に連結されたポンプなどの回転機械に何らかの不具合が発生していると推定される。
【００４４】
そこで、本実施形態では、周波数ジャンプ制御部６３は、第１振動センサ６０Ａの出力値の最大値と第２振動センサ６０Ｂの出力値の最大値との差が、予め設定された許容値よりも大きいときに、警報信号を発するように構成されている。より具体的には、周波数ジャンプ制御部６３は、第１電動機２Ａおよび第２電動機２Ｂの運転中に第１振動センサ６０Ａの出力値および第２振動センサ６０Ｂの出力値を取得し、第１振動センサ６０Ａの出力値の最大値および第２振動センサ６０Ｂの出力値の最大値を決定し、第１振動センサ６０Ａの出力値の最大値と、第２振動センサ６０Ｂの出力値の最大値との差を算出し、差が許容値よりも大きいときに、警報信号を発するように構成されている。
【００４５】
周波数ジャンプ制御部６３は、決定した第１振動センサ６０Ａの出力値の最大値および第２振動センサ６０Ｂの出力値の最大値を記憶装置６３ａ内に記憶する。周波数ジャンプ制御部６３は、第１電動機２Ａの運転中に新たに取得した第１振動センサ６０Ａの出力値を上記最大値と比較し、新たに取得した出力値が上記最大値よりも大きければ、第１振動センサ６０Ａの出力値の最大値を更新する。同様に、周波数ジャンプ制御部６３は、第２電動機２Ｂの運転中に新たに取得した第２振動センサ６０Ｂの出力値を上記最大値と比較し、新たに取得した出力値が上記最大値よりも大きければ、第２振動センサ６０Ｂの出力値の最大値を更新する。
【００４６】
共振が起こっているとき、第１電動機組立体１Ａと第２電動機組立体１Ｂは、同じように振動する。これに対し、第１電動機組立体１Ａまたは第２電動機組立体１Ｂのどちらかに不具合が発生している場合、あるいは第１電動機組立体１Ａまたは第２電動機組立体１Ｂに連結されている回転機械（例えばポンプ）に不具合が発生している場合は、両者は異なる態様で振動する。本実施形態によれば、周波数ジャンプ制御部６３は、第１振動センサ６０Ａの出力値の最大値と第２振動センサ６０Ｂの出力値の最大値の差に基づいて、不具合が発生していることを正しく決定することができる。
【００４７】
周波数ジャンプ制御部６３は、警報信号を発するとともに、第１振動センサ６０Ａの出力値の最大値と、第２振動センサ６０Ｂの出力値の最大値のうちの大きい方に対応する電動機の運転を停止してもよい。例えば、第１振動センサ６０Ａの出力値の最大値が第２振動センサ６０Ｂの出力値の最大値よりも大きい場合は、周波数ジャンプ制御部６３は、第１振動センサ６０Ａに対応する第１電動機２Ａの運転を停止させる。このような動作により、不具合が発生している電動機組立体へのダメージを最小にすることができる。
【００４８】
一実施形態では、第１電動機組立体１Ａまたは第２電動機組立体１Ｂの不具合をより正確に検出するために、周波数ジャンプ制御部６３は、上記差が許容値よりも大きく、かつ第１振動センサ６０Ａの出力値の最大値および第２振動センサ６０Ｂの出力値の最大値のうちの少なくとも１つが、予め設定された上限値よりも大きいときに、警報信号を発するように構成されてもよい。
【００４９】
次に、上述した実施形態に係る駆動装置をポンプ装置に適用した例について説明する。図７は、上述した実施形態に係る駆動装置が組み込まれたポンプ装置の一実施形態を示す模式図である。以下に説明する実施形態は、ポンプ装置を給水装置に適用した例であるが、上記駆動装置を備えたポンプ装置は、消火ポンプ装置や汚水ポンプなどの他のタイプのポンプ装置にも適用することができる。以下、上述した実施形態に係る駆動装置が組み込まれたポンプ装置を給水装置として説明する。
【００５０】
給水装置は、集合住宅などの建物に水を供給するためのポンプ装置である。図７に示すように、給水装置の吸込み口７１は、吸込管７３を介して受水槽７５に接続されている。受水槽７５は、図示しない水道本管から延びる導水管７７を通じて水が供給される。給水装置の吐出し口７２は給水管７８に接続されており、この給水管７８は、図示しない建物の給水栓（蛇口など）に連通している。
【００５１】
本実施形態の給水装置は、受水槽７５からの水を加圧して建物の各給水栓に水を供給するように構成される。このタイプの給水装置は、受水槽方式と呼ばれる。本発明は本実施形態に限定されず、給水装置は、水道本管に直接接続された直結給水方式であってもよい。この直結給水方式の給水装置は、受水槽を設けずに水道本管を直接、給水装置に接続して、水道本管の圧力を利用し、必要に応じて増圧することで建物の各給水栓に水を供給するように構成される。
【００５２】
給水装置は、水を加圧する２台のポンプ８０と、２台のポンプ８０をそれぞれ駆動する第１電動機組立体１Ａおよび第２電動機組立体１Ｂと、ポンプ８０の吐出し側に配置された２つの逆止弁８２と、逆止弁８２の吐出し側に配置された２つのフロースイッチ８３と、フロースイッチ８３の吐出し側に配置された圧力センサ８５および圧力タンク８７を備えている。図７では、駆動装置の架台１５（図１参照）の図示は省略されている。
【００５３】
２台のポンプ８０には、２本の吐出し管８４Ａがそれぞれ接続されており、２つの逆止弁８２および２つのフロースイッチ８３は、これら吐出し管８４Ａにそれぞれ取り付けられている。吐出し集合管８４は、２本の吐出し管８４Ａの合流管である。圧力センサ８５および圧力タンク８７は、吐出し集合管８４の流出管８４Ｂに接続されている。圧力センサ８５は、２本の吐出し管８４Ａのうちの一方に接続されてもよい。
【００５４】
２台のポンプ８０には、これらポンプ８０の温度を測定するサーミスタ（温度センサ）９０がそれぞれ取り付けられている。吸込管７３の一端は各ポンプ８０の吸込側に接続されており、吸込管７３の他端は、上述した受水槽７５に接続されている。本実施形態では、ポンプ８０、逆止弁８２、およびフロースイッチ８３は２組設けられ、これらは並列に配置されている。一実施形態では、３組以上のポンプ８０、逆止弁８２、およびフロースイッチ８３を設けてもよい。その場合は、駆動装置は、３つ以上の電動機組立体を有する。
【００５５】
逆止弁８２は、ポンプ８０が停止しているときの水の逆流を防止するための弁である。フロースイッチ８３はポンプ８０を流れる水の流量を検出する流量検出器である。本実施形態におけるフロースイッチ８３は、ポンプ８０から吐き出された水の流量が所定の値以下にまで低下したことを検出する。一実施形態として、フロースイッチ８３は、ポンプ８０に流入する水の流量を検出してもよい。さらに一実施形態として、フロースイッチ８３は、ポンプ８０毎の２つのフロースイッチ８３に代えて、吐出し集合管８４の流出管８４Ｂにひとつのフロースイッチ８３を設けてもよいし、またはフロースイッチ８３がなくてもよい。圧力センサ８５は、ポンプ８０の吐出し圧力を測定するための水圧測定器である。一実施形態として、水圧測定器は、ポンプ８０の吐出し圧力が所定の設定値に達したときに作動する圧力スイッチであってもよい。圧力タンク８７は、ポンプ８０が停止している間の吐出し圧力を保持するための圧力保持器である。
【００５６】
給水装置は、ポンプ８０、第１電動機組立体１Ａ、および第２電動機組立体１Ｂの動作を制御する制御装置９１をさらに備えている。周波数ジャンプ制御部６３は、制御装置９１に通信線８９によって接続されている。制御装置９１は、第１電動機組立体１Ａの第１インバータ３Ａに第１指令周波数を送信し、第２電動機組立体１Ｂの第２インバータ３Ｂに第２指令周波数を送信するように構成されている。フロースイッチ８３、圧力センサ８５、およびサーミスタ９０は、制御装置９１に信号線によって接続されている。
【００５７】
第１電動機２Ａが運転中であって、第２電動機２Ｂが停止しているときに、建物での水の使用が停止されると、第１電動機２Ａに連結されたポンプ８０を流れる水の流量が低下する。フロースイッチ８３は、ポンプ８０を流れる水の流量が所定の値以下まで低下したこと（過少流量）を検出すると、過少流量検出信号を制御装置９１に送る。制御装置９１はこの過少流量検出信号を受け、第１インバータ３Ａに指令を出して吐出し圧力が所定の停止圧力に達するまでポンプ８０の回転速度を一時的に増加させ、圧力タンク８７に蓄圧した後にポンプ８０を停止させる。このようなポンプ８０の停止動作は、小水量停止動作と呼ばれる。また、小水量停止動作にて全てのポンプ８０が停止した状態を小水量停止状態と称す。なお、フロースイッチ８３に代えて／もしくは加えて、制御装置９１は、第１電動機２Ａの電流値が所定の値以下であることを検出することで過少流量の検出を行ってもよい。
【００５８】
全てのポンプ８０が小水量停止状態にあるときに建物内の水が使用されると、圧力タンク８７内に保持されている水が建物に供給される。圧力タンク８７は、ポンプ８０の頻繁な起動停止を防止し、且つ給水圧力の変化を円滑に保つ作用をする。建物内でさらに水が使用されると、圧力タンク８７内の水が少なくなり、結果として吐出し圧力が所定の始動圧力以下に低下する。この吐出し圧力は圧力センサ８５によって測定される。吐出し圧力が上記始動圧力以下まで低下すると、制御装置９１は２台のポンプ８０のうちの少なくとも一方の運転を開始するよう、第１インバータ３Ａおよび／または第２インバータ３Ｂに指令を出す。
【００５９】
ポンプ８０の運転中に、制御装置９１は、圧力センサ８５から送られる吐出し圧力の測定値に基づいて推定末端圧力一定制御または吐出圧力一定制御を実行する。吐出圧力一定制御では、吐出し圧力が所定の目標圧力を維持するように一定に制御される。推定末端圧力一定制御で制御装置９１は、ポンプ８０の吐出し圧力の目標圧力を適切に変化させることにより、建物内の末端の給水栓での水圧（末端圧）が所定の値を維持するように制御する。また、制御装置９１は、給水先での水の需要が増えたら待機中のポンプ８０を追加してもよい。このように、制御装置９１は、吐出し圧力の測定値に基づいてポンプ８０を制御する。なお、圧力センサ８５に代えて圧力スイッチを用いた場合、圧力スイッチは吐出し圧力の測定値が所定の始動圧以下にてＯＮ状態となり、制御装置９１は該ＯＮ状態の測定に基づいてポンプ８０の運転を開始する。
【００６０】
制御装置９１は、圧力センサ８５から延びる信号線が接続された圧力信号入力端子９２、フロースイッチ８３から延びる信号線が接続された流量信号入力端子９３、サーミスタ９０から延びる信号線が接続された温度信号入力端子９４を備えている。吐出し圧力の測定値、過少流量検出信号、およびポンプ温度の測定値は、圧力信号入力端子９２、流量信号入力端子９３、および温度信号入力端子９４を通じて制御装置９１に入力されるようになっている。制御装置９１は、サーミスタ９０から送られてくるポンプ８０の温度の測定値が上限値を超えたときは、そのポンプ８０に連結された第１電動機２Ａまたは第２電動機２Ｂの運転を停止させる。
【００６１】
制御装置９１は、漏電遮断器（Earth  Leakage  Circuit  Breaker：ＥＬＢ）９６から延びる信号線が接続されたトリップ信号入力端子９８をさらに備えている。漏電遮断器９６は、商用電源１００に接続された電力線１０１に設けられている。電力線１０１は２つのインバータ３Ａ，３Ｂに接続されており、交流電力は、電力線１０１を通じてインバータ３Ａ，３Ｂに供給される。漏電遮断器９６が漏電を検出すると、漏電遮断器９６はトリップ信号を発する。このトリップ信号は、トリップ信号入力端子９８を通じて制御装置９１に入力される。制御装置９１は、トリップ信号を漏電遮断器９６から受信したときは、第１インバータ３Ａおよび／または第２インバータ３Ｂに指令を発して第１電動機２Ａおよび／または第２電動機２Ｂの運転を停止させる。
【００６２】
制御装置９１は、ポンプ８０が運転中であるかどうか（ポンプの発停）を示すＯＮ／ＯＦＦ信号である運転信号や、ポンプ８０やインバータ３Ａ，３Ｂなどの故障を知らせる故障信号を装置外部に出力するための出力端子１０４をさらに備えている。
【００６３】
制御装置９１には、操作パネル１１０が配置されている。操作パネル１１０は、ポンプ８０の試験・停止・自動運転を選択する運転切替スイッチ（操作部）１１２と、運転・故障を示すランプ１１３と、給水に関する設定（例えば始動圧や設定圧など）やインバータ３Ａ，３Ｂの設定等を行うのに使用される操作ボタン（操作部）１１４とを備えている。操作パネル１１０は、給水やインバータ３Ａ，３Ｂに関する情報を表示するための液晶ディスプレイや７セグメント表示器などからなる表示部１１５を備えている。
【００６４】
運転切替スイッチ１１２を操作することにより、ポンプ８０の運転状態を切り替えることができる。また、操作ボタン１１４を操作することによりインバータ３Ａ，３Ｂの設定（例えば加速時間や減速時間等の設定）や表示部１１５に表示する内容を変更する（切り替える）ことができるようになっている。
【００６５】
操作パネル１１０の運転切替スイッチ１１２を「試験」にすると、周波数ジャンプ制御部６３は、図５を参照して説明したように、第１電動機組立体１Ａに試運転を実行させ、周波数ジャンプ帯域を決定する。操作パネル１１０の運転切替スイッチ１１２を「自動」にすると、インバータ３Ａ，３Ｂは制御装置９１からの指令に従って電動機２Ａ，２Ｂおよびポンプ８０を可変速制御する。運転切替スイッチ１１２を「停止」にすると、制御装置９１は、吐出し圧力の状態にかかわらず、インバータ３Ａ，３Ｂ、電動機２Ａ，２Ｂおよびポンプ８０を停止する。
【００６６】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００６７】
１Ａ    第１電動機組立体
１Ｂ    第２電動機組立体
２Ａ    第１電動機
２Ｂ    第２電動機
３Ａ    第１インバータ
３Ｂ    第２インバータ
５      駆動軸
６      回転子
７      固定子
１０      モータケーシング
１５      架台
２１      インバータケーシング
２５      冷却ファン
２７，２８      軸受
３６      冷却フィン
４１      電気回路
４２      インバータ基板
４３      コンデンサ
４４      スイッチング素子
５０      筒状壁
５１      ファンカバー
５６      冷却フィン
５７      冷却フィン
６０Ａ    第１振動センサ
６０Ｂ    第２振動センサ
６３      周波数ジャンプ制御部
６３ａ    記憶装置
６３ｂ    演算装置
６８      樹脂
７１      吸込み口
７２      吐出し口
７３      吸込管
７５      受水槽
７７      導水管
７８      給水管
８０      ポンプ
８２      逆止弁
８３      フロースイッチ
８４      吐出し集合管
８５      圧力センサ
８７      圧力タンク
８９      通信線
９０      サーミスタ（温度センサ）
９１      制御装置
９２      圧力信号入力端子
９３      流量信号入力端子
９４      温度信号入力端子
９６      漏電遮断器
９８      トリップ信号入力端子
１００    商用電源
１０１    電力線
１０４    出力端子
１１０    操作パネル
１１２    運転切替スイッチ（操作部）
１１３    ランプ
１１４    操作ボタン（操作部）
１１５    表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2020099167.tif 000008
【図７】
2020099167.tif 000009
【図８】
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【図９】
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