(57)【要約】【課題】  信号線を極力使用しない簡便な方法で且つ確実にポンプ及び交流電動機の発熱保護を行うことができるポンプ駆動装置を提供すること。【解決手段】  交流電源１からの入力を受け、可変電圧及び可変周波数を出力するインバータ２と、このインバータ２の出力で駆動される交流電動機４と、この交流電動機４に機械的に接続されたポンプ５と、前記交流電動機４の速度を直接または間接的に検出する速度検出手段と、前記交流電動機４の負荷を直接または間接的に検出する負荷検出手段と、前記インバータ２の出力を制御する制御部とで構成し、前記制御部は、前記速度検出手段により得られた前記交流電動機４の推定速度が第1の所定値以上で、且つ前記負荷検出手段により得られた前記交流電動機４の推定負荷が第2の所定値以下のとき、前記インバータ２を停止させるようにする。【選択図】  図１
2006063825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの入力を受け、可変電圧及び可変周波数を出力するインバータと、
このインバータの出力で駆動される交流電動機と、
この交流電動機に機械的に接続されたポンプと、
前記交流電動機の速度を直接または間接的に検出する速度検出手段と、
前記交流電動機の負荷を直接または間接的に検出する負荷検出手段と、
前記インバータの出力を制御する制御部と
から構成され、
前記制御部は、
前記速度検出手段により得られた前記交流電動機の推定速度が第1の所定値以上で、
且つ前記負荷検出手段よりより得られた前記交流電動機の推定負荷が第2の所定値以下のとき、
前記インバータを停止させるようにしたことを特徴とするポンプ駆動装置。
【請求項２】
前記速度検出手段は、
前記交流電動機に取り付けた速度検出器による速度信号または前記インバータの速度基準、
前記インバータの出力周波数または出力周波数基準、
前記インバータの出力電圧または出力電圧基準、
及び前記インバータをベクトル制御したとき演算により求めた誘起電圧を前記交流電動機の磁束で除した速度信号
の少なくとも1つによることを特徴とする請求項１に記載のポンプ駆動装置。
【請求項３】
前記負荷検出手段は、
前記インバータの出力電流または出力電流基準、
若しくは前記インバータをベクトル制御したとき演算により求めたトルク電流またはトルク電流基準によることを特徴とする請求項１に記載のポンプ駆動装置。
【請求項４】
前記交流電動機の推定速度の増加に応じて前記第2の所定値を自動的に増大させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のポンプ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプを負荷とする交流電動機をインバータで駆動する改良されたポンプ駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体負荷を汲み上げるポンプは通常交流電動機で駆動されるが、近年、省エネルギーを目的としてこの交流電動機をインバータで可変速駆動する用途が拡大している。
【０００３】
このような流体負荷を扱うポンプは、駆動用の交流電動機を組み込んだ形の一体構造となっている場合が多く、またポンプおよび交流電動機の冷却には汲み上げる流体そのものを冷却媒体として冷却効率を上げる工夫が為されている。
【０００４】
流体負荷自身を冷却媒体とする場合は流体の流量が何らかの原因で極端に減少した場合は、冷却能力が低下し、ポンプ及び駆動用の交流電動機が温度上昇により焼損するなどの問題があった。この為、流体の流量または圧力をセンサーにより検出して所謂小流量状態になったときにポンプを停止させる保護動作、あるいはポンプに温度センサーを取り付けて温度異常によりポンプを停止させる保護動作を行うなどの工夫が為されている（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−１０７８７３号公報（第２−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特に、ポンプの中でも地中の深いところで液中に沈めてこの液体を汲み上げるポンプ、例えば石油採取用のポンプでは、駆動用インバータからポンプおよびこれを駆動する交流電動機までの距離が長く、特許文献１に示されたような各種のセンサーを用いるとセンサーからインバータまでの距離が非常に長くなり、経済性の問題がある上、動力線と信号線（センサーケーブル）を長い距離に渡って並行に配線する必要があるため、ノイズの影響を受けやすくその信頼性にも問題があった。
【０００６】
本発明は，上記の問題に鑑みてなされたもので、信号線を極力使用しない簡便な方法で且つ確実にポンプ及び交流電動機の発熱保護を行うことができるポンプ駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明によるポンプ駆動装置は、交流電源からの入力を受け、可変電圧及び可変周波数を出力するインバータと、このインバータの出力で駆動される交流電動機と、この交流電動機に機械的に接続されたポンプと、前記交流電動機の速度を直接または間接的に検出する速度検出手段と、前記交流電動機の負荷を直接または間接的に検出する負荷検出手段と、前記インバータの出力を制御する制御部とから構成され、前記制御部は、前記速度検出手段により得られた前記交流電動機の推定速度が第1の所定値以上で、且つ前記負荷検出手段よりより得られた前記交流電動機の推定負荷が第2の所定値以下のとき、前記インバータを停止させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ポンプ及び交流電動機の発熱が問題となる回転速度以上での冷却媒体の減少を自動的に検出して保護動作を行うようにしたので、確実にポンプ及び交流電動機の発熱保護を行うことができるポンプ駆動装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１０】
以下、図１及び図２を参照して本発明の実施例１に係るポンプ駆動装置を説明する。図１は本発明の実施例１に係るポンプ駆動装置の回路構成図である。
【００１１】
交流電源１からの交流入力を受け、インバータ２は可変周波数、可変電圧の交流を出力し、電流検出器３を介して交流電動機４を駆動している。交流電動機４の負荷はポンプ５となっている。尚、交流電源１は通常は３相である。
【００１２】
以下、図１の制御部分の構成について説明する。通常外部から与えられる速度基準１０の出力を、加減速レート回路１１によって所定の加速あるいは減速レートを超えないようにリミットをかける。加減速レート回路１１の出力である周波数指令ｆｍ＊は交流電動機４を可変速制御するインバータ制御回路１２の入力となる。インバータ制御回路１２においては、上記の周波数指令ｆｍ＊と電流検出器３で検出された電動機電流Ｉｍに基づいて可変電圧及び可変周波数指令をインバータ２に与える。尚、電動機電流Ｉｍは、インバータ制御回路１２が電流制御ループを持つときには必要であるが、必ずしもインバータ制御回路１２の入力として必要ではない場合もある。
【００１３】
低負荷検出器１３は上記周波数指令ｆｍ＊及び電動機電流Ｉｍを入力とし、周波数指令ｆｍ＊が所定値以上で且つ電動機電流Ｉｍが所定値以下であるとき、インバータ制御回路１２に対しインバータ２の運転を停止する指令を出力する。
【００１４】
次に図２を参照して本発明の動作とその効果について説明する。図２は本発明のポンプ駆動装置の動作説明図である。
【００１５】
図２の横軸は交流電動機４の回転速度ｎ、縦軸は交流電動機４の入力電流Ｉｍである。この交流電動機４の入力電流Ｉｍは、図１に示した構成において、インバータ２が速度基準１０の指令に従って適切に制御されたときのものである。このとき、負荷時電動機電流ＩｍＬは交流電動機４及びポンプ５の特性にもよるが、起動時を除いて回転速度ｎの２乗に略比例し、無負荷時電動機電流Ｉｍ０は回転速度ｎに略比例する。
【００１６】
今、図２の負荷時電動機電流ＩｍＬの点Ａで、交流電動機４及びポンプ５の運転を行っている場合を考える。運転を継続すると、ある時点で液体は汲み上げられ、交流電動機４及びポンプ５は液面より上がった状態となる。この時点で交流電動機４の負荷が低下し、その電流は無負荷時電動機電流Ｉｍ０の点Ｂに移行する。このとき、交流電動機４の回転速度ｎが図２に示した許容速度ｎ１以上であれば、無負荷運転時の損失が許容値を超え、冷却用の液体冷媒が無くなった状態の交流電動機４及びポンプ５は急激に温度上昇する。尚、許容速度ｎ１は、交流電動機４及びポンプ５の損失特性から求める。
【００１７】
上述の温度上昇を防ぐために、図１に示したように、上記の許容速度ｎ１に対応する値を越える速度基準ｆｍ＊で交流電動機４を運転中、電流検出器３で検出された交流電動機４の電流Ｉｍが所定値（図２に示した許容電流Ｉ１に相当）以下になったことを低負荷検出器１３で検出し、この低負荷検出器１３の出力信号をインバータ制御回路１２に与えて、インバータ２の運転を停止する。
【００１８】
このようにすることにより、ポンプ及び交流電動機の発熱が問題となる回転速度以上での冷却媒体の減少を自動的に検出し、確実にポンプ及び交流電動機の発熱保護を行うことができる。
【００１９】
尚、図２に示したように、許容電流Ｉ１を回転速度ｎによらず一定とすると、例えば許容電流Ｉ１を低めに設定したとき、交流電動機４及びポンプ５の運転特性によっては、最高速度の無負荷時電動機電流Ｉｍ０が許容電流Ｉ１を越えてしまうことがあるため、図２に示したように、許容電流Ｉ２（ｎ）を回転速度ｎの増加に応じて自動的に増加するように設定する構成としても良い。
【００２０】
また、この実施例１で用いた周波数基準ｆｍ＊に代えて、インバータ制御回路１２で演算によって求められるインバータ周波数基準を用いても良い。
【００２１】
更に、インバータ制御回路１２が所謂ベクトル制御を行っている場合には、上述の電流Ｉｍに代えて、トルク電流またはトルク電流基準を用いることも可能である。
【実施例２】
【００２２】
図３は、本発明の実施例２に係るポンプ駆動装置の回路構成図である。この実施例２の各部について、図１の実施例１に係るポンプ駆動装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、交流電動機４の端子電圧を検出する電圧検出器６を設け、その出力信号Ｖｍを、図１の周波数基準ｆｍ＊に代えて 低負荷検出器１３Ａの入力とするように構成した点である。
【００２３】
インバータ２はインバータ制御回路１２によって、出力周波数に略比例した電圧を出力するように制御しているので、実施例１の周波数基準ｆｍ＊に代えて、これと略比例関係にある出力電圧Ｖｍを採用することが可能となる。また、出力電圧Ｖｍそのものではなく、インバータ制御回路１２の内部で演算される出力電圧指令を用いても良い。
【００２４】
また、出力電圧Ｖｍの検出信号からインバータ２の出力周波数を検出し、この値を実施例１の周波数基準ｆｍ＊に代えて使用する構成としても良い。
【００２５】
更に、インバータ制御回路１２が所謂ベクトル制御を行っている場合には、演算により求めた誘起電圧を交流電動機４の磁束定数で除した速度信号を実施例１の周波数基準ｆｍ＊に代えて使用する構成としても良い。
【実施例３】
【００２６】
図４は、本発明の実施例３に係るポンプ駆動装置の回路構成図である。この実施例３の各部について、図１の実施例１に係るポンプ駆動装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明を省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、交流電動機４の回転速度ｎを検出する速度検出器７を設け、その出力信号を、図１の周波数基準ｆｍ＊に代えて 低負荷検出器１３Ｂの入力とした点である。
【００２７】
この実施例３の場合は、速度検出器７で検出された速度信号のケーブル配線を行う必要があるが、実施例１の周波数基準ｆｍ＊に代えて、速度検出器７によって検出された交流電動機４の速度ｎを採用することができることは明白である。
【００２８】
このような構成とすれば、実施例１及び実施例２の場合と同様、ポンプ及び交流電動機の発熱が問題となる回転速度以上での冷却媒体の減少を自動的に検出し、確実にポンプ及び交流電動機の発熱保護を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１に係るポンプ駆動装置のブロック構成図。
【図２】本発明のポンプ駆動装置の動作説明図。
【図３】本発明の実施例２に係るポンプ駆動装置のブロック構成図。
【図４】本発明の実施例３に係るポンプ駆動装置のブロック構成図。
【符号の説明】
【００３０】
１  交流電源
２  インバータ
３  電流検出器
４  交流電動機
５  ポンプ
６  電圧検出器
７  速度検出器
１０  速度基準
１１  加減速レート回路
１２  インバータ制御回路
１３、１３Ａ、１３Ｂ  低負荷検出器
【図１】
2006063825.tif 000003
【図２】
2006063825.tif 000004
【図３】
2006063825.tif 000005
【図４】
2006063825.tif 000006