(57)【要約】【課題】モータから容器の外部への漏れ電流を低減するための技術を提供する。【解決手段】本開示の流体用ポンプ（１００）は、容器（１０）と、３相の巻線（２４，２６，２８）を有するモータ（１１）と、モータ（１１）の動力によって液体を吸入及び吐出するポンプ機構（１２）と、モータ（１１）に電流を流してモータ（１１）を駆動する駆動装置（３０）とを備えている。駆動装置（３０）は、ポンプ機構（１２）の起動前において、機械角で３６０度を超えてモータ（１１）が回転することを禁止しつつ３相の巻線（２４，２６，２８）から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させる。【選択図】図４
2018127925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、
前記容器の内部に配置され、３相の巻線を有するモータと、
前記容器の内部において前記モータの下方に配置され、前記モータの動力によって液体を吸入及び吐出するポンプ機構と、
前記モータに電流を流して前記モータを駆動する駆動装置と、
を備え、
前記駆動装置は、前記ポンプ機構の起動前において、（ａ）機械角で３６０度を超えて前記モータが回転することを禁止しつつ前記３相の巻線から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させる第１モード、（ｂ）前記モータを実質的に回転させることなく前記３相の巻線から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させる第２モード、及び（ｃ）前記ポンプ機構への流体の流入を実質的に禁止できる回転速度で前記モータが回転と停止とを複数回繰り返すように前記３相の巻線に電流を流して熱を発生させる第３モード、からなる群より選ばれる少なくとも１つのモードにて前記モータに電流を供給する、流体用ポンプ。
【請求項２】
前記３相の巻線が第１相巻線、第２相巻線及び第３相巻線を含み、
前記駆動装置は、前記第１モードにおいて、前記第１相巻線に電流を流さず前記第２相巻線及び前記第３相巻線に直流電流を流す制御と、前記第２相巻線に電流を流さず前記第１相巻線及び前記第３相巻線に直流電流を流す制御とを実行する、請求項１に記載の流体用ポンプ。
【請求項３】
前記３相の巻線が第１相巻線、第２相巻線及び第３相巻線を含み、
前記駆動装置は、前記第１モードにおいて、前記第１相巻線に電流を流さず前記第２相巻線及び前記第３相巻線に直流電流を流す制御と、前記３相の巻線に同時に直流電流を流す制御とを実行する、請求項１又は２に記載の流体用ポンプ。
【請求項４】
前記モータに供給されるべき電流の波形が台形波であり、
前記台形波の立ち上がり時間が前記台形波の立ち下がり時間よりも長い、請求項１〜３のいずれか１項に記載の流体用ポンプ。
【請求項５】
前記駆動装置は、前記第２モードにおいて、前記３相の巻線に高周波電流を流す、請求項１〜４のいずれか１項に記載の流体用ポンプ。
【請求項６】
前記高周波電流は、前記モータが回転せずに振動する周波数を有する電流である、請求項５に記載の流体用ポンプ。
【請求項７】
前記第３モードにおいて、前記モータは、１０ｒｐｍ未満の回転速度で一方向への回転と停止とを繰り返す、請求項１〜６のいずれか１項に記載の流体用ポンプ。
【請求項８】
前記駆動装置は、前記３相の巻線に電流を供給するためのインバータ回路を含み、
前記流体用ポンプの通常運転時に前記インバータ回路において使用されるべき最も低いスイッチング周波数が周波数Ｆ１であるとき、
前記駆動装置は、前記第１モード、前記第２モード及び前記第３モードにおいて、前記周波数Ｆ１よりも低いスイッチング周波数にて前記インバータ回路を制御して前記３相の巻線に電流を流す、請求項１〜７のいずれか１項に記載の流体用ポンプ。
【請求項９】
前記流体用ポンプの通常運転時に前記３相の巻線に印加されるべき電圧が電圧Ｖ１であるとき、
前記駆動装置は、前記第１モード、前記第２モード及び前記第３モードにおいて、前記電圧Ｖ１よりも低い電圧を前記３相の巻線に印加する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の流体用ポンプ。
【請求項１０】
前記駆動装置は、前記モータの温度が前記液体の沸点を上回るまで、前記第１モード、前記第２モード及び前記第３モードから選ばれる少なくとも１つのモードにて、前記モータに電流を供給する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の流体用ポンプ。
【請求項１１】
前記モータと前記ポンプ機構とを連結しているシャフトと、
前記容器の内部において前記モータと前記ポンプ機構との間に配置され、前記シャフトが貫通している仕切り部材と、
をさらに備えた、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の流体用ポンプ。
【請求項１２】
容器と、
前記容器の内部に配置され、３相の巻線を有するモータと、
前記容器の内部において前記モータの下方に配置され、前記モータの動力によって液体を吸入及び吐出するポンプ機構と、
を備えた液体用ポンプの運転方法であって、
前記ポンプ機構の起動前において、（ａ）機械角で３６０度を超えて前記モータが回転することを禁止しつつ前記３相の巻線から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させる第１モード、（ｂ）前記モータを実質的に回転させることなく前記３相の巻線から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させる第２モード、及び（ｃ）前記ポンプ機構への流体の流入を実質的に禁止できる回転速度で前記モータが回転と停止とを複数回繰り返すように前記３相の巻線に電流を流して熱を発生させる第３モード、からなる群より選ばれる少なくとも１つのモードにて前記モータに電流を供給することを含む、流体用ポンプの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、流体用ポンプ及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今、太陽光などの自然エネルギー又は各種排熱を利用するエネルギーシステムが注目されている。そのようなエネルギーシステムの１つは、ランキンサイクルシステムである。ランキンサイクルシステムは、作動流体から取り出した動力によって電力を生成する。高温高圧の作動流体は、ポンプ及び熱源（太陽熱、地熱、自動車の排熱などの熱源）によって生成される。
【０００３】
特許文献１は、冷凍装置の圧縮機のポンプダウン運転後に圧縮機の内部においてモータが液相の冷媒に浸かり、圧縮機の起動時に漏れ電流が増大することを指摘している。漏れ電流を減らすために、特許文献１は、ポンプダウン運転後の初回の運転において、通常運転時のキャリア周波数よりも低いキャリア周波数を用いて予備運転を行うことを提案している（図１０参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、低いキャリア周波数を用いて圧縮機を運転したとしても、漏れ電流を十分に低減することは難しい。
【０００６】
本開示の目的は、モータから容器の外部への漏れ電流を低減するための技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本開示は、
容器と、
前記容器の内部に配置され、３相の巻線を有するモータと、
前記容器の内部において前記モータの下方に配置され、前記モータの動力によって液体を吸入及び吐出するポンプ機構と、
前記モータに電流を流して前記モータを駆動する駆動装置と、
を備え、
前記駆動装置は、前記ポンプ機構の起動前において、（ａ）機械角で３６０度を超えて前記モータが回転することを禁止しつつ前記３相の巻線から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させる第１モード、（ｂ）前記モータを実質的に回転させることなく前記３相の巻線から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させる第２モード、及び（ｃ）前記ポンプ機構への流体の流入を実質的に禁止できる回転速度で前記モータが回転と停止とを複数回繰り返すように前記３相の巻線に電流を流して熱を発生させる第３モード、からなる群より選ばれる少なくとも１つのモードにて前記モータに電流を供給する、流体用ポンプを提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示の技術によれば、モータから容器の外部への漏れ電流を十分に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係るポンプの縦断面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、Ｖ相巻線及びＷ相巻線に電流を流したときのモータの概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、Ｕ相巻線及びＷ相巻線に電流を流したときのモータの概略図である。
【図３】図３は、第１モードの予熱運転において各巻線に流れる直流電流を示すタイムチャートである。
【図４】図４は、第１モードの予熱運転及びそれに続く通常運転を示すタイムチャートである。
【図５】図５は、Ｖ相巻線及びＶ相巻線のそれぞれに＋Ｉ／２の電流を流し、Ｗ相巻線に−Ｉの電流を流したときのモータの概略図である。
【図６】図６は、第１モードの変形例の予熱運転において各巻線に流れる直流電流を示すタイムチャートである。
【図７】図７は、第２モードの予熱運転において各巻線に流れる高周波交流電流を示すタイムチャートである。
【図８】図８は、第２モードの予熱運転及びそれに続く通常運転を示すタイムチャートである。
【図９】図９は、第３モードの予熱運転において各巻線に流れる直流電流を示すタイムチャートである。
【図１０】図１０は、特許文献１に記載された圧縮機の運転方法を示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本開示の基礎となった知見）
漏れ電流は、静電容量Ｃと電圧の時間変化ｄｖ／ｄｔとの積で表される。モータが液相の冷媒に浸かっている場合、静電容量Ｃは大きい。電圧が高いと電圧の時間変化ｄｖ／ｄｔも大きい。したがって、低いキャリア周波数でモータを駆動するだけでモータから容器の外部への漏れ電流を十分に減らすことは難しい。
【００１１】
本開示の第１態様にかかる流体用ポンプは、
容器と、
前記容器の内部に配置され、３相の巻線を有するモータと、
前記容器の内部において前記モータの下方に配置され、前記モータの動力によって液体を吸入及び吐出するポンプ機構と、
前記モータに電流を流して前記モータを駆動する駆動装置と、
を備え、
前記駆動装置は、前記ポンプ機構の起動前において、（ａ）機械角で３６０度を超えて前記モータが回転することを禁止しつつ前記３相の巻線から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させる第１モード、（ｂ）前記モータを実質的に回転させることなく前記３相の巻線から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させる第２モード、及び（ｃ）前記ポンプ機構への流体の流入を実質的に禁止できる回転速度で前記モータが回転と停止とを複数回繰り返すように前記３相の巻線に電流を流して熱を発生させる第３モード、からなる群より選ばれる少なくとも１つのモードにて前記モータに電流を供給するものである。
【００１２】
第１態様によれば、短時間でモータの温度を上昇させることができ、モータに付着した液相の作動流体を気化させることができる。これにより、モータから容器の外部への漏れ電流を十分に低減することができる。
【００１３】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかる流体用ポンプの前記３相の巻線が第１相巻線、第２相巻線及び第３相巻線を含み、前記駆動装置は、前記第１モードにおいて、前記第１相巻線に電流を流さず前記第２相巻線及び前記第３相巻線に直流電流を流す制御と、前記第２相巻線に電流を流さず前記第１相巻線及び前記第３相巻線に直流電流を流す制御とを実行する。第２相巻線及び第３相巻線だけでなく、第１相巻線にも直流電流を流すことによって、第１相巻線の温度を効率的に上昇させることができる。
【００１４】
本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様にかかる流体用ポンプの前記３相の巻線が第１相巻線、第２相巻線及び第３相巻線を含み、前記駆動装置は、前記第１モードにおいて、前記第１相巻線に電流を流さず前記第２相巻線及び前記第３相巻線に直流電流を流す制御と、前記３相の巻線に同時に直流電流を流す制御とを実行する。第３態様によれば、３相の巻線の温度を上げることができるだけでなく、騒音がさらに抑制されうる。
【００１５】
本開示の第４態様において、例えば、第１〜第３態様のいずれか１つにかかる流体用ポンプの前記モータに供給されるべき電流の波形が台形波であり、前記台形波の立ち上がり時間が前記台形波の立ち下がり時間よりも長い。電流値を緩やかに増加させると、ロータが滑らかに定位置まで回転するので、振動及び騒音の発生を防止できる。
【００１６】
本開示の第５態様において、例えば、第１〜第４態様のいずれか１つにかかる流体用ポンプの前記駆動装置は、前記第２モードにおいて、前記３相の巻線に高周波電流を流す。第５態様によれば、より短い時間でモータの温度を上げることができ、エネルギーも節約できる。
【００１７】
本開示の第６態様において、例えば、第５態様にかかる流体用ポンプの前記高周波電流は、前記モータが回転せずに振動する周波数を有する電流である。第６態様によれば、モータは高周波電流の周波数に同期した速度で回転できず、ポンプ機能は発揮されない。
【００１８】
本開示の第７態様において、例えば、第１〜第６態様のいずれか１つにかかる流体用ポンプ前記第３モードにおいて、前記モータは、１０ｒｐｍ未満の回転速度で一方向への回転と停止とを繰り返す。このような回転速度において、ポンプは、作動流体を十分に昇圧できない。そのため、３相の巻線の温度を上げて、モータに付着した液相の作動流体を気化させることができる。
【００１９】
本開示の第８態様において、例えば、第１〜第７態様のいずれか１つにかかる流体用ポンプ前記駆動装置は、前記３相の巻線に電流を供給するためのインバータ回路を含み、前記流体用ポンプの通常運転時に前記インバータ回路において使用されるべき最も低いスイッチング周波数が周波数Ｆ１であるとき、前記駆動装置は、前記第１モード、前記第２モード及び前記第３モードにおいて、前記周波数Ｆ１よりも低いスイッチング周波数にて前記インバータ回路を制御して前記３相の巻線に電流を流す。低いスイッチング周波数にてインバータ回路を制御することは、電圧の時間変化ｄｖ／ｄｔを小さくして漏れ電流を低減することを意味する。
【００２０】
本開示の第９態様において、例えば、第１〜第８態様のいずれか１つにかかる前記流体用ポンプの通常運転時に前記３相の巻線に印加されるべき電圧が電圧Ｖ１であるとき、前記駆動装置は、前記第１モード、前記第２モード及び前記第３モードにおいて、前記電圧Ｖ１よりも低い電圧を前記３相の巻線に印加する。電圧Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２を３相の巻線に印加すると、電圧の時間変化ｄｖ／ｄｔが減少し、漏れ電流も低減する。
【００２１】
本開示の第１０態様において、例えば、第１〜第９態様のいずれか１つにかかる流体用ポンプ前記駆動装置は、前記モータの温度が前記液体の沸点を上回るまで、前記第１モード、前記第２モード及び前記第３モードから選ばれる少なくとも１つのモードにて、前記モータに電流を供給する。第１０態様によれば、モータに付着した液相の作動流体を確実に気化させることができる。
【００２２】
本開示の第１１態様において、例えば、第１〜第１０態様のいずれか１つにかかる流体用ポンプは、前記モータと前記ポンプ機構とを連結しているシャフトと、前記容器の内部において前記モータと前記ポンプ機構との間に配置され、前記シャフトが貫通している仕切り部材と、をさらに備えている。仕切り部材は、モータへの液相の作動流体の接触を妨げる。モータの周囲の空間は、常時、気相の作動流体で満たされる。その結果、漏れ電流がさらに低減されうる。
【００２３】
本開示の第１２態様にかかる流体用ポンプの運転方法は、
容器と、
前記容器の内部に配置され、３相の巻線を有するモータと、
前記容器の内部において前記モータの下方に配置され、前記モータの動力によって液体を吸入及び吐出するポンプ機構と、
を備えた液体用ポンプの運転方法であって、
前記ポンプ機構の起動前において、（ａ）機械角で３６０度を超えて前記モータが回転することを禁止しつつ前記３相の巻線から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させる第１モード、（ｂ）前記モータを実質的に回転させることなく前記３相の巻線から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させる第２モード、及び（ｃ）前記ポンプ機構への流体の流入を実質的に禁止できる回転速度で前記モータが回転と停止とを複数回繰り返すように前記３相の巻線に電流を流して熱を発生させる第３モード、からなる群より選ばれる少なくとも１つのモードにて前記モータに電流を供給することを含むものである。
【００２４】
第１２態様によれば、第１態様と同じ効果が得られる。
【００２５】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００２６】
図１に示すように、流体用ポンプ１００（以下、単に「ポンプ１００」と称する）は、容器１０、モータ１１、ポンプ機構１２及び駆動装置３０を備えている。モータ１１及びポンプ機構１２が共通の１つの容器１０に収められている。モータ１１は、シャフト１３によってポンプ機構１２に連結されている。シャフト１３は、鉛直方向に平行に延びている。ポンプ１００は、吸入管２０及び吐出管２１をさらに備えている。吸入管２０及び吐出管２１は、それぞれ、容器１０に取り付けられている。
【００２７】
ポンプ１００がランキンサイクル装置に使用される場合、作動流体は、例えば、有機作動流体である。有機作動流体は、例えば、ハロゲン化炭化水素、炭化水素、アルコールなどの有機化合物である。ハロゲン化炭化水素は、例えば、Ｒ−１２３、Ｒ−３６５ｍｆｃ又はＲ−２４５ｆａである。炭化水素は、例えば、プロパン、ブタン、ペンタン、イソペンタンなどのアルカンである。アルコールは、例えば、エタノールである。これらの有機作動流体は単独で使用されてもよいし、これらの有機作動流体の二種類以上が混合されて使用されてもよい。作動流体として、水、二酸化炭素、アンモニウムなどの無機作動流体を使用してもよい。
【００２８】
モータ１１を駆動すると、シャフト１３が回転する。モータ１１のトルクがシャフト１３によってポンプ機構１２に伝達され、ポンプ機構１２が駆動される。吸入管２０を通じて、容器１０の外部からポンプ機構１２に液相の作動流体が吸い込まれる。加圧された作動流体は、吐出管２１を通じて、ポンプ機構１２から容器１０の外部に吐出される。モータ１１の周囲の空間は、低圧かつ気相の作動流体によって満たされている。低圧かつ気相の作動流体の誘電率は、ポンプ機構１２で加圧された後の高圧かつ液相の作動流体の誘電率よりも低い。そのため、作動流体を介して、モータ１１から容器１０の外部に電流が漏れにくい。
【００２９】
ポンプ１００の構造を詳しく説明する。
【００３０】
容器１０は、筒状の胴部１０ａ及び２つの蓋部１０ｂを有する。胴部１０ａの両端のそれぞれが蓋部１０ｂで閉じられている。吸入管２０は、胴部１０ａを貫通し、容器１０の内部から外部まで延びている。吐出管２１も胴部１０ａを貫通し、容器１０の内部から外部まで延びている。
【００３１】
容器１０は、鋳鉄、ステンレス鋼などの金属材料で作られており、十分な耐圧性を有する。容器１０は、吸入空間１８（モータ室）及び吐出空間１９（ポンプ室）を内部に有する。吸入空間１８と吐出空間１９とは互いに隔てられている。ポンプ１００は密閉型のポンプである。容器１０の内部空間は、吸入管２０及び吐出管２１のみを通じて容器１０の外部に連通している。
【００３２】
モータ１１は、容器１０の吸入空間１８に配置されている。鉛直方向において、モータ１１は、ポンプ機構１２の上方に位置している。モータ１１は、ステータ１１ａ及びロータ１１ｂを備えている。ロータ１１ｂがシャフト１３に固定されている。ステータ１１ａは、容器１０の内周面に固定されている。容器１０には、モータ１１に電力を供給するための端子１７が設けられている。
【００３３】
モータ１１は、例えば、３相の巻線を有する永久磁石同期モータである。３相の巻線には、Ｕ相巻線（第１相巻線）、Ｖ相巻線（第２相巻線）及びＷ相巻線（第３相巻線）が含まれる。モータ１１において、Ｕ相巻線の位置、Ｖ相巻線の位置及びＷ相巻線の位置は、相互に入れ替わってもよい。つまり、「Ｕ」「Ｖ」「Ｗ」の記号は、３相の巻線を互いに区別するために便宜的に付与されているにすぎない。モータ１１の極数も特に限定されない。極数は、例えば、２、４、６又は８である。モータ１１のスロットの数も特に限定されない。スロットの数は、例えば、３又は６である。３相の巻線の結線方法は、Ｙ結線であってもよく、Δ結線であってもよい。
【００３４】
駆動装置３０は、マイクロコンピュータ及びインバータ回路を含む。インバータ回路は、例えば、３相インバータ回路である。３相インバータ回路は、３組の半導体スイッチング素子を有する。インバータ回路に３相の巻線が接続され、インバータ回路を通じて、３相の巻線に電流が供給される。マイクロコンピュータは、例えば、入出力回路、演算回路及び記憶装置を有する。マイクロコンピュータには、３相インバータ回路を用いてモータ１１を制御するためのプログラムが格納されている。モータ１１の制御方法は、例えば、ＰＷＭ制御である。駆動装置３０は、電源（図示せず）に接続されている。駆動装置３０は、所望の大きさの直流電圧を生成するための電源回路を有していてもよい。
【００３５】
駆動装置３０は、ＰＷＭ制御において使用されるキャリア周波数を変更できるように構成されていてもよい。設定可能なキャリア周波数の範囲は、例えば、４〜１０ｋＨｚである。キャリア周波数を下げると、インバータ回路から発生する高周波ノイズ及び漏れ電流を減らすことができる。キャリア周波数は、インバータ回路におけるスイッチング周波数に一致していてもよいし、異なっていてもよい。
【００３６】
ポンプ１００は、さらに、温度センサ３６を備えている。温度センサ３６は、モータ１１の表面、例えば、ステータ１１ａに取り付けられている。シャフト１３の長手方向において、温度センサ３６は、ステータ１１ａの下部に取り付けられている。ステータ１１ａにおいて、温度センサ３６は、３相の巻線のいずれかに接していてもよい。温度センサ３６のセンサ信号は駆動装置３０に入力される。温度センサ３６によってモータ１１の表面の温度を測定することができる。
【００３７】
容器１０の内部において、ポンプ機構１２は、モータ１１の下方に配置されている。ポンプ機構１２は、吸入孔２２及び吐出孔２３を有する。吸入孔２２は、作動流体を吸入するための孔であり、吸入空間１８に連通している。本実施形態では、吸入孔２２は、吸入空間１８に向かって開口している。吸入孔２２は、吸入空間１８の最下部に位置している。吐出孔２３は、作動流体を吐出するための孔であり、吐出空間１９に連通している。本実施形態では、吐出孔２３は、吐出空間１９に向かって開口している。
【００３８】
ポンプ機構１２は、上軸受部材１４、ポンプケース１５及び下軸受部材１６を備えている。ポンプケース１５は、上軸受部材１４と下軸受部材１６との間に配置されている。上軸受部材１４に吸入孔２２が設けられている。下軸受部材１６に吐出孔２３が設けられている。
【００３９】
ポンプ機構１２は、例えば、ギアポンプ、ピストンポンプ、ベーンポンプ、ロータリポンプなどの容積型ポンプの構造を有する。ポンプ機構１２は、遠心ポンプ、斜流ポンプ、軸流ポンプなどの速度型ポンプの構造を有していてもよい。
【００４０】
ポンプ機構１２の上軸受部材１４は、例えば、容器１０の内周面に溶接されている。ポンプ機構１２が容器１０に固定されている。吸入空間１８及び吐出空間１９は、上軸受部材１４によって互いに隔てられている。吸入空間１８及び吐出空間１９は、ポンプケース１５又は下軸受部材１６によって互いに隔てられていてもよい。容器１０の内周面は、空間を形成するための部分として、吸入空間１８を形成するための部分及び吐出空間１９を形成するための部分のみを有する。吸入空間１８及び吐出空間１９によって、ポンプ機構１２における作動流体の吸入又は作動流体の吐出に伴う脈動がポンプ１００の外部に伝播することを抑制できる。
【００４１】
吸入管２０は、容器１０の外部から容器１０の内部へと作動流体を導くための管であり、吸入空間１８に連通している。本実施形態では、吸入管２０は、吸入空間１８に向かって開口している。吸入空間１８を介して、吸入管２０がポンプ機構１２の吸入孔２２に連通している。吐出管２１は、容器１０の内部から容器１０の外部へと作動流体を導くための管であり、吐出空間１９に連通している。本実施形態では、吐出管２１は、吐出空間１９に向かって開口している。吐出空間１９を介して、ポンプ機構１２の吐出孔２３が吐出管２１に連通している。
【００４２】
シャフト１３の長手方向において、吸入管２０は、上軸受部材１４の上方かつモータ１１の下方に位置している。詳細には、吸入管２０は、シャフト１３の長手方向においてモータ１１とポンプ機構１２の吸入孔２２との間に位置している開口部２０ａを有する。このような位置関係によれば、作動流体は、モータ１１を避けて、吸入管２０からポンプ機構１２に速やかに供給されうる。望ましくは、作動流体は、モータ１１の周囲を通過せず、吸入管２０からポンプ機構１２に導かれる。
【００４３】
ポンプ１００は、さらに、仕切り板３３を備えている。仕切り板３３（仕切り部材）は、シャフト１３の長手方向において、モータ１１とポンプ機構１２との間に配置されている。詳細には、仕切り板３３は、シャフト１３の長手方向において、モータ１１と吸入管２０の開口部２０ａとの間に配置されている。ポンプ機構１２と仕切り板３３との間の空間に作動流体が一時的に貯められる。仕切り板３３は、モータ１１への液相の作動流体の接触を妨げる。モータ１１の周囲の空間は、常時、気相の作動流体で満たされる。その結果、漏れ電流がさらに低減されうる。
【００４４】
仕切り板３３は、吸入空間１８を上部吸入空間１８ａと下部吸入空間１８ｂとに仕切っている。モータ１１は、上部吸入空間１８ａに配置されている。吸入管２０の開口部２０ａは、下部吸入空間１８ｂに位置している。このような構造によれば、モータ１１への液相の作動流体の接触を確実に防ぐことができる。作動流体は、下部吸入空間１８ｂに一時的に貯められ、吸入孔２２を通じてポンプ機構１２に吸入される。
【００４５】
仕切り板３３は、平面視で円形の形状を有する。仕切り板３３は、その中央に軸シール３４を有する。シャフト１３は、軸シール３４を貫通している。仕切り板３３は、例えば、容器１０の内周面に溶接されている。これにより、仕切り板３３が容器１０に固定されている。
【００４６】
本実施形態によれば、作動流体が気液二相の場合、吸入空間１８の上部に気相の作動流体が保持され、吸入空間１８の下部に液相の作動流体が保持される。モータ１１の周囲の空間が気相の作動流体で満たされ、モータ１１に液相の作動流体が接触すること防止できる。端子１７に液相の作動流体が接触することも防止できる。気相の作動流体の誘電率は、液相の作動流体の誘電率よりも遥かに低いので、本実施形態によれば、漏れ電流をより効果的に低減することができる。
【００４７】
詳細には、作動流体は、下部吸入空間１８ｂに一時的に貯められ、吸入孔２２を通じてポンプ機構１２に吸入される。仕切り板３３の働きによって、上部吸入空間１８ａへの作動流体の流入が阻止される。モータ１１の発熱によって、上部吸入空間１８ａの作動流体の気化が促進され、モータ１１の周囲の空間が気相の作動流体によって満たされる。モータ１１の周囲の空間が小さい誘電率の気相の作動流体で満たされるので、漏れ電流が低減されうる。
【００４８】
また、モータ１１の発熱によって作動流体の気化が促進され、モータ１１の周囲の空間が気相の作動流体によって満たされる。モータ１１の周囲の空間が小さい誘電率の気相の作動流体で満たされるので、漏れ電流をさらに低減することができる。
【００４９】
シャフト１３の長手方向において、吐出管２１は、ポンプ機構１２の下方に位置している。詳細には、吐出管２１は、シャフト１３の長手方向においてポンプ機構１２の吐出孔２３と容器１０の内側の底面との間に位置している開口部２１ａを有する。このような位置関係によれば、作動流体は、ポンプ機構１２から吐出管２１にスムーズに導かれる。
【００５０】
ポンプ１００は、例えば、ランキンサイクル装置に使用されうる。飽和液又は小さい過冷却度を有する過冷却液がポンプ１００に供給されると、ランキンサイクルの効率を高めることができる。しかし、飽和液又は小さい過冷却度を有する過冷却液は、僅かな圧力低下又は僅かな加熱によって気液二相状態に変化する。そのため、気液二相状態の作動流体が吸入管２０を通じて吸入空間１８に導かれる可能性がある。この場合、モータ１１の周囲の空間が気相の作動流体で満たされる。その結果、漏れ電流がより効果的に低減される。ランキンサイクルの効率も向上する。
【００５１】
次に、ポンプ１００の運転について説明する。
【００５２】
本実施形態によれば、ポンプ１００の運転時において、モータ１１の周囲の空間は気相かつ低温の作動流体で満たされる。ただし、ポンプ１００の停止時に作動流体が上部吸入空間１８ａにおいて凝縮し、液相の作動流体がモータ１１に付着する可能性がある。軸シール３４を通って下部吸入空間１８ｂから上部吸入空間１８ａに液相の作動流体が入る可能性もある。モータ１１に液相の作動流体が付着すると、モータ１１と容器１０との間の空間の誘電率が上がる。モータ１１と容器１０との間の空間の誘電率が高いときに、例えば、３００Ｖの電源電圧、５ｋＨｚのスイッチング周波数でインバータ回路を制御してモータ１１に電圧を印加すると、モータ１１から容器１０の外部に大きい漏れ電流が流れる可能性がある。
【００５３】
本実施形態によれば、ポンプ１００の起動前において、モータ１１に付着した液相の作動流体を気化させて除去するために、下記の複数のモードから選ばれる少なくとも１つのモードにてポンプ１００の予熱運転が行われる。これにより、ポンプ１００の起動時における漏れ電流を確実に低減することができる。各モードで予熱運転を行うと、モータ１１の巻線の抵抗に起因するジュール損（銅損）によってモータ１１の温度が上昇し、モータ１１に付着した液相の作動流体が気化する。
【００５４】
第１〜第３モードに関する以下の説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。
【００５５】
（第１モード）
第１モードは、３６０度を超える機械角でのモータ１１の回転を禁止しつつ３相の巻線から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させるモードである。具体的には、Ｕ相巻線に電流を流さずＶ相巻線及びＷ相巻線に直流電流を流す制御と、Ｖ相巻線に電流を流さずＵ相巻線及びＷ相巻線に直流電流を流す制御とを実行する。つまり、３相の巻線から選ばれる１組の巻線に直流電流を流したのち、３相の巻線から選ばれる他の１組の巻線に直流電流を流す。この制御を交互に繰り返すことによって、３相の巻線の温度が上昇する。
【００５６】
Ｕ相巻線に電流を流さずＶ相巻線及びＷ相巻線に電流を流すと、モータ１１（詳細には、ロータ１１ｂ）はロックされる。その後、Ｖ相巻線に電流を流さずＵ相巻線及びＷ相巻線に電流を流すと、モータ１１は電気角で６０度回転してロックされる。この動きを繰り返したとしても、シャフト１３は一方向に回転し続けない。つまり、ポンプ機構１２に作動流体が吸い込まれない。
【００５７】
図２Ａは、モータ１１の概略図であり、２極、３スロット、集中巻のモータの構造を示している。ステータ１１ａは、Ｕ相ティース４３、Ｖ相ティース４５及びＷ相ティース４７を有する。Ｕ相ティース４３にはＵ相巻線２４が巻かれている。Ｖ相ティース４５にはＶ相巻線２６が巻かれている。Ｗ相ティース４７にはＷ相巻線２８が巻かれている。「＋Ｖ」「＋Ｕ」「＋Ｗ」の記号は、インバータ回路からモータ１１に電流が流れる場合において、紙面に垂直かつ上方向に電流が流れる巻線を表している。「−Ｖ」「−Ｕ」「−Ｗ」の記号は、インバータ回路からモータ１１に電流が流れる場合において、紙面に垂直かつ下方向に電流が流れる巻線を表している。ロータ１１ｂは、Ｎ極及びＳ極を含む２つの磁極を有する。Ｕ相巻線２４、Ｖ相巻線２６及びＷ相巻線２８のそれぞれに互いに１２０度の位相差を有する３相交流電流を流すとモータ１１が回転する。
【００５８】
３相の巻線２４，２６及び２８から選ばれる２相の巻線に直流電流を流すと、ロータ１１ｂは定位置に停止及び保持される。Ｖ相巻線２６が電源のプラス極に接続され、Ｗ相巻線２８が電源のマイナス極に接続されるようにインバータ回路を制御すると、＋Ｖ→−Ｖ→−Ｗ→＋Ｗの順番に直流電流が流れる。Ｖ相ティース４５がＳ極に励磁され、Ｗ相ティース４７がＮ極に励磁される。ロータ１１ｂのＮ極及びＳ極は、励磁されたティース４５及び４７と引き合い、図２Ａに示す位置でロータ１１ｂが安定して停止する。
【００５９】
図２Ａに示す状態を維持するだけでも、Ｖ相巻線２６及びＷ相巻線２８が発熱し、液相の作動流体の気化を促進することができる。この場合、Ｖ相巻線２６及びＷ相巻線２８への通電時間は特に限定されない。通電時間は、例えば、実験によって定められた時間である。モータ１１の温度が十分に上がるまで、図２Ａに示す状態を維持してもよい。例えば、モータ１１の温度が作動流体の沸点よりも高い温度まで上がるまで、図２Ａに示す状態を維持して巻線２４及び２８に直流電流を流してもよい。モータ１１の温度は、温度センサ３６によって測定される。巻線２４，２６及び２８の抵抗値の変化からモータ１１の温度を推定することも可能である。
【００６０】
次に、図２Ｂに示すように、Ｕ相巻線２４が電源のプラス極に接続され、Ｗ相巻線２８が電源のマイナス極に接続されるようにインバータ回路を制御する。これにより、＋Ｕ→−Ｕ→−Ｗ→＋Ｗの順番に直流電流が流れる。Ｕ相ティース４３がＳ極に励磁され、Ｗ相ティース４７がＮ極に励磁される。ロータ１１ｂのＮ極及びロータ１１ｂのＳ極は、それぞれ、励磁されたＵ相ティース４３及び励磁されたＷ相ティース４７と引き合い、図２Ｂに示す位置でロータ１１ｂが安定して停止する。Ｖ相巻線２６及びＷ相巻線２８だけでなく、Ｕ相巻線２４にも直流電流を流すことによって、Ｕ相巻線２４及びＵ相ティース４５の温度を効率的に上昇させることができる。Ｕ相巻線２４及びＷ相巻線２８への通電時間も特に限定されない。
【００６１】
図２Ａに示す位置と図２Ｂに示す位置との間でロータ１１ｂがシフトするように巻線２４，２６及び２８に直流電流を流すと、ロータ１１ｂは電気角で±６０度回転する。しかし、このシフトを繰り返してもロータ１１ｂは電気角で±６０度を超えて回転せず、一方向に回転し続けることはない。したがって、Ｖ相巻線２６及びＷ相巻線２８に電流を流す制御と、Ｕ相巻線２４及びＷ相巻線２８に電流を流す制御とを交互に複数回繰り返し行ってもよい。このようにすれば、モータ１１に温度ムラが生じることを防止できるので、液相の作動流体をより素早く気化させることができる。
【００６２】
図３のタイムチャートは、第１モードの予熱運転において、３相の巻線２４，２６及び２８に流れる直流電流を示している。横軸ｔは経過時間を表している。縦軸は、Ｕ相電流Ｉｕの値、Ｖ相電流Ｉｖの値及びＷ相電流Ｉｗの値を表している。この例において、モータ１１に供給されるべき電流の波形は台形波である。ただし、電流の波形は特に限定されない。
【００６３】
時刻ｔ１において電流を流し始めると、電流は、Ｖ相巻線２６及びＷ相巻線２８の順番に流れる。Ｕ相巻線２４には電流は流れない。期間ｔ１〜ｔ１１において、電流値が緩やかに増加する。期間ｔ１１〜ｔ２において、電流値が目標値＋Ｉ又は−Ｉに維持される。時刻ｔ２において、電流の経路を変更する。具体的には、Ｕ相巻線２４及びＷ相巻線２８の順番に電流が流れるようにインバータ回路を制御する。Ｖ相巻線２６には電流は流れない。期間ｔ２〜ｔ２１において、電流値が緩やかに増加する。期間ｔ２１〜ｔ３において、電流値が目標値＋Ｉ又は−Ｉに維持される。
【００６４】
図３に示すように、３相の巻線２４，２６及び２８を流れる電流の波形は台形波である。台形波の立ち上がり時間は、その台形波の立ち下がり時間よりも長い。電流値を緩やかに増加させると、ロータ１１ｂが滑らかに定位置まで回転するので、振動及び騒音の発生を防止できる。
【００６５】
図３に示すように、期間ｔ１１〜ｔ２及び期間ｔ２１〜ｔ３において、電流値は少し変動しているが、概ね目標値に維持されている。電流値の変動は、駆動装置３０のインバータ回路におけるスイッチング周波数が低いことに起因する。ポンプ１００の通常運転時において、スイッチング周波数が変更されることもあるので、ポンプ１００の通常運転時に駆動装置３０のインバータ回路において使用されるべき最も低いスイッチング周波数を周波数Ｆ１と定義する。駆動装置３０は、ポンプ１００の予熱運転において、周波数Ｆ１よりも低いスイッチング周波数Ｆ２にてインバータ回路を制御して３相の巻線２４，２６及び２８に電流を流す。例えば、ポンプ１００の通常運転時におけるスイッチング周波数が５ｋＨｚ（固定値）であるとき、予熱運転時におけるスイッチング周波数Ｆ２は、１００Ｈｚ〜１ｋＨｚの範囲にある。予熱運転時におけるスイッチング周波数Ｆ２は、典型的には、５００Ｈｚである。
【００６６】
予熱運転においては、低いスイッチング周波数を使用し、低電圧を巻線２４，２６及び２８に印加することが推奨される。その理由は次の通りである。
【００６７】
漏れ電流ｉは、下記式（１）で表される。漏れ電流ｉは、静電容量Ｃと電圧の時間変化ｄｖ／ｄｔとの積で表される。静電容量Ｃは、下記式（２）で表される。静電容量Ｃは、誘電率ε及び電極の面積Ｓに比例し、電極の距離ｄに反比例する。モータ１１に付着した作動流体を気化させることは、誘電率εを下げて漏れ電流を低減することを意味する。低いスイッチング周波数にてインバータ回路を制御することは、電圧の時間変化ｄｖ／ｄｔを小さくして漏れ電流を低減することを意味する。低電圧を巻線２４，２６及び２８に印加することは、電圧の時間変化ｄｖ／ｄｔを小さくして漏れ電流を低減することを意味する。予熱運転においては、モータ１１を回転させる必要がないので、低いスイッチング周波数にてインバータ回路を制御することが許容される。モータ１１を回転させる必要がないので、予熱運転における電流値の変動は、ポンプ１００の特性に何ら影響を及ぼさない。
【００６８】
ｉ＝Ｃ＊ｄｖ／ｄｔ・・・（１）
Ｃ＝εＳ／ｄ      ・・・（２）
【００６９】
予熱運転において、ポンプ機構１２は、仕事をする必要がない。言い換えれば、高電圧を巻線２４，２６及び２８に印加する必要がない。ポンプ１００の通常運転時に３相の巻線２４，２６及び２８に印加されるべき電圧を電圧Ｖ１と定義する。駆動装置３０は、予熱運転において、電圧Ｖ１よりも低い電圧Ｖ２を３相の巻線２４，２６及び２８に印加する。これにより、電圧の時間変化ｄｖ／ｄｔが減少し、漏れ電流も低減する。例えば、通常運転時において電源電圧が直流３２０Ｖであるとき、予熱運転時において電源電圧は直流２０Ｖである。電圧Ｖ２に対する電圧Ｖ１の比率（Ｖ１／Ｖ２）は、例えば、２〜３０の範囲にある。
【００７０】
例えば、駆動装置３０が可変電圧レギュレータを含む電源回路を有している場合、複数の直流電圧Ｖ１及びＶ２を容易に生成できる。あるいは、駆動装置３０は、ポンプ１００の通常運転時に主電源からインバータ回路に電力を供給し、予熱運転時に副電源からインバータ回路に電力を供給するように構成されていてもよい。主電源は、高電圧Ｖ１を供給するための電源である。副電源は、低電圧Ｖ２を供給するための電源である。主電源は、商用電源から所望の直流電圧を生成する電源回路であってもよい。副電源は、電池又はキャパシタであってもよい。このような構成によれば、駆動装置３０の構成が複雑になることを防ぎつつ、ポンプ１００の予熱運転を容易に実行できる。
【００７１】
式（１）及び（２）から理解できるように、漏れ電流ｉは、電圧及びスイッチング周波数に比例する。仮に、モータ１１の部品に液相の作動流体が付着していたとしても、低電圧及び低スイッチング周波数を用いて直流電流を巻線２４，２６及び２８に流せば、漏れ電流ｉは小さい。また、ポンプ１００の起動前において、巻線２４，２６及び２８の断線、絶縁不良などの異常を検出することができるので、ポンプ１００の信頼性も高まる。絶縁不良が生じているときに巻線２４，２６及び２８に高電圧を印加すると過電流が流れる。しかし、低電圧を印加すれば過電流が流れることなく異常を検出できる。また、スイッチング周波数が低い場合、巻線２４，２６及び２８のサージ電圧を抑制でき、モータ１１の信頼性が高まる。巻線２４，２６及び２８に断線が生じている場合、電流が流れないので、印加電圧の大小に関係なく、断線を検出することができる。
【００７２】
なお、「ポンプ１００の通常運転」とは、ポンプ機構１２がポンプ機能を発揮するようにモータ１１を駆動することを意味する。「ポンプ機構１２がポンプ機能を発揮する」とは、ポンプ機構１２に液体が吸入され、ポンプ機構１２から液体が吐出されることを意味する。
【００７３】
図４は、第１モードの予熱運転及びそれに続く通常運転を示すタイムチャートである。横軸ｔは経過時間を表している。縦軸は、Ｕ相電流Ｉｕの値、Ｖ相電流Ｉｖの値、Ｗ相電流Ｉｗの値及びモータ１１の回転角度ｒ（単位：度）を表している。モータ１１の回転角度ｒは、図２Ａに示す位置を基準位置（＝０度）としたときの回転角度であり、電気角で表されている。
【００７４】
図４に示すように、駆動装置３０は、予熱運転において、Ｕ相巻線２４に電流を流さずＶ相巻線２６及びＷ相巻線２８に電流を流す制御と、Ｖ相巻線２６に電流を流さずＵ相巻線２４及びＷ相巻線２８に電流を流す制御とを交互に繰り返し実行する。予熱運転は、時刻Ｓ１から時刻Ｓ２まで実行される。時刻Ｓ３以降、巻線２４，２６及び２８に三相交流電流が供給され、ポンプ１００の通常運転が行われる。予熱運転において、モータ１１（ロータ１１ｂ）は、０度及び−６０度の２つの角度位置を交互に占有する。モータ１１の位置に急激な変化及びオーバーシュートがなく、モータ１１の位置は滑らかに変化する。通常運転における電流の波形は正弦波であってもよいし、矩形波であってもよい。
【００７５】
図４に示す例において、電流を供給するべき巻線の組が７回変更されている。ただし、電流を供給するべき巻線の組を変更する回数は特に限定されない。１サイクルの通電時間（図３の期間ｔ１〜ｔ２及び期間ｔ２〜ｔ３）も特に限定されない。つまり、予熱運転の継続時間は特に限定されない。例えば、駆動装置３０は、モータ１１の温度が作動流体の沸点を上回るまで予熱運転が継続されるようにモータ１１に電流を供給する。モータ１１の温度が作動流体の沸点よりも１０℃高い温度に達したら、予熱運転を終了して通常運転に移る。このようにすれば、モータ１１に付着した液相の作動流体を確実に気化させることができる。モータ１１の温度は、温度センサ３６によって検出されうる。「モータ１１の温度」は、例えばモータ１１の表面温度であり、本実施形態では、巻線２４，２６又は２８の表面温度である。
【００７６】
予熱運転の継続時間は、予備実験を行うことによって得られた評価データに基づいて決定された一定時間であってもよい。電流の波形は一定であってもよいし、変化させてもよい。電流値Ｉｕ，Ｉｖ及びＩｗの目標値は一定であってもよいし、変化させてもよい。巻線の組への通電時間は一定であってもよいし、変化させてもよい。例えば、図３の期間ｔ１〜ｔ２の長さも期間ｔ２〜ｔ３の長さも一定でありうる。もちろん、期間ｔ１〜ｔ２の長さが期間ｔ２〜ｔ３の長さと異なっていてもよい。
【００７７】
本開示の技術を採用したときに得られる実験値及び計算値の一例を示す。ポンプ１００の通常運転時におけるモータ損失が４．５Ｗであるとき、ポンプ１００の通常運転時における巻線２４，２６及び２８の温度は、作動流体（Ｒ−３６５ｍｆｃ）の沸点（４０℃）を超える。相抵抗（各巻線のインピーダンス）が２．１Ωであるとき、第１モードの予熱運転を行って２．５Ａの直流電流を２相の巻線に流すと、２６Ｗの銅損が発生する。ポンプ１００の通常運転時のモータ損失に比べて、予熱運転時の銅損は十分に大きい。したがって、予熱運転を行うことによって、巻線２４，２６及び２８の温度を作動流体の沸点以上の温度まで速やかに上昇させることができる。
【００７８】
本開示において、モータ１１は２極モータに限定されない。モータ１１は、４極モータ、６極モータ又は８極モータであってもよい。４極モータにおいて、電気角で±６０度の回転は、機械角で±３０度の回転に相当する。６極モータにおいて、電気角で±６０度の回転は、機械角で±２０度の回転に相当する。８極モータにおいて、電気角で±６０度の回転は、機械角で±１５度の回転に相当する。どのモータを使用しても回転角度は小さい。どのモータも一方向に回転しないのでポンプ機能は発揮されない。作動流体がポンプ１００に殆ど流入せず、熱も殆ど移動しない。そのため、本開示の技術によれば、短時間でモータ１１の温度を上昇させることができ、エネルギーも節約できる。
【００７９】
図３及び図４に示す例によれば、Ｖ相巻線２６からＷ相巻線２８に電流が流れ、続いて、Ｕ相巻線２４からＷ相巻線２８に電流が流れる。ただし、電流を流すべき２相の巻線の組は、このパターンに限定されない。例えば、Ｕ相巻線２４からＶ相巻線２６に電流が流れ、続いて、Ｕ相巻線２４からＷ相巻線２８に電流が流れるようにインバータ回路の制御を行なってもよい。Ｕ相巻線２４からＷ相巻線２８に電流が流れ、続いて、Ｖ相巻線２６からＷ相巻線２８に電流が流れるようにインバータ回路の制御を行なってもよい。先に説明したように、「Ｕ」「Ｖ」「Ｗ」の記号は、３相の巻線を互いに区別するために便宜的に付与されているにすぎない。
【００８０】
また、次のような制御を行なってもよい。まず、Ｕ相巻線２４からＶ相巻線２６に電流が流れ、続いて、Ｕ相巻線２４からＷ相巻線２８に電流が流れるようにインバータ回路の制御を行なう。さらに、Ｕ相巻線２４からＶ相巻線２６に電流が流れ、続いて、Ｖ相巻線２６からＷ相巻線２８に電流が流れるようにインバータ回路の制御を行なう。つまり、「Ｕ→Ｖ」と「Ｕ→Ｗ」との間で電流の経路の切り替えを繰り返したのち、「Ｕ→Ｖ」と「Ｖ→Ｗ」との間で電流の経路の切り替えを繰り返す。モータ１１の回転は、電気角で±１２０度の範囲にとどまるので、このようなパターンによっても３相の巻線２４，２６及び２８の温度を効率よく上げることができる。
【００８１】
（第１モードの変形例）
第１モードの変形例は、３相の巻線２４，２６及び２８に同時に直流電流を流す期間が組み込まれている点において、図３及び図４を参照して説明した例と異なる。具体的には、駆動装置３０は、Ｕ相巻線２４に電流を流さずＶ相巻線２６及びＷ相巻線２８に直流電流を流す制御と、３相の巻線２４，２６及び２８に直流電流を流す制御とを実行する。つまり、３相の巻線から選ばれる２相の巻線に直流電流を流したのち、３相の巻線に直流電流を流す。
【００８２】
図２Ａを参照して説明したように、３相の巻線２４，２６及び２８から選ばれる２相の巻線に直流電流を流すと、ロータ１１ｂは定位置に停止及び保持される。
【００８３】
次に、図５に示すように、Ｕ相巻線２４及びＶ相巻線２６が電源のプラス極に接続され、Ｗ相巻線２８が電源のマイナス極に接続されるようにインバータ回路を制御する。これにより、＋Ｕ→−Ｕ→−Ｗ→＋Ｗの順番に直流電流が流れるだけでなく、＋Ｖ→−Ｖ→−Ｗ→＋Ｗの順番にも直流電流が流れる。Ｕ相ティース４３及びＶ相ティース４５がＳ極に励磁され、Ｗ相ティース４７がＮ極に励磁される。ロータ１１ｂのＮ極は、励磁されたＵ相ティース４３及び励磁されたＶ相ティース４５と引き合う。ロータ１１ｂのＳ極は、励磁されたＷ相ティース４７と引き合う。その結果、図５に示す位置でロータ１１ｂが安定して停止する。
【００８４】
図２Ａに示す位置と図５に示す位置との間でロータ１１ｂがシフトするように電流値を調節しながら電流の経路を選択すると、ロータ１１ｂは電気角で±３０度回転する。しかし、このシフトを繰り返してもロータ１１ｂは電気角で±３０度を超えて回転せず、一方向に回転し続けることはない。このようにすれば、モータ１１に温度ムラが生じることを防止できるので、液相の作動流体をより素早く気化させることができる。
【００８５】
図６は、図３のタイムチャートに対応するタイムチャートであり、変形例の予熱運転において、３相の巻線２４，２６及び２８に流れる直流電流を示している。電流の波形が台形波であること、電流の立ち上がりが電流の立ち下りよりも緩やかであることなど、図３を参照して説明した通りである。
【００８６】
期間ｔ１〜ｔ２における電流値の変化は、図３を参照して説明した通りである。時刻ｔ２において、電流の経路を変更する。具体的には、Ｕ相巻線２４及びＶ相巻線２６の両方からＷ相巻線２８に電流が流入するようにインバータ回路を制御する。期間ｔ２〜ｔ２１において、電流値が緩やかに増加する。期間ｔ２１〜ｔ３において、Ｕ相巻線２４及びＶ相巻線２６の電流値がそれぞれ目標値＋Ｉ／２に維持される。期間ｔ２１〜ｔ３において、Ｗ相巻線２８の電流値が目標値−Ｉに維持される。
【００８７】
本変形例の予熱運転にも、低電圧及び低いスイッチング周波数が適用されうる。
【００８８】
本変形例の技術を採用したときに得られる実験値及び計算値の一例を示す。ポンプ１００の通常運転時におけるモータ損失が４．５Ｗであるとき、ポンプ１００の通常運転時における巻線２４，２６及び２８の温度は、作動流体（Ｒ−３６５ｍｆｃ）の沸点（４０℃）を超える。相抵抗が２．１Ωであるとき、変形例の予熱運転を行って２．５Ａの直流電流を２相の巻線と３相の巻線に流すと、２０Ｗの銅損が発生する。ポンプ１００の通常運転時のモータ損失に比べて、予熱運転時の銅損は十分に大きい。したがって、予熱運転を行うことによって、巻線２４，２６及び２８の温度を作動流体の沸点以上の温度まで速やかに上昇させることができる。
【００８９】
本変形例においても、モータ１１は２極モータに限定されない。モータ１１は、４極モータ、６極モータ又は８極モータであってもよい。４極モータにおいて、電気角で±３０度の回転は、機械角で±１０度の回転に相当する。６極モータにおいて、電気角で±３０度の回転は、機械角で±１０度の回転に相当する。８極モータにおいて、電気角で±３０度の回転は、機械角で±７．５度の回転に相当する。どのモータを使用しても回転角度は小さい。どのモータも一方向に回転しないのでポンプ機能は発揮されない。作動流体がポンプ１００に殆ど流入せず、熱も殆ど移動しない。そのため、本変形例の技術によれば、短時間でモータ１１の温度を上昇させることができ、エネルギーも節約できる。
【００９０】
先に説明したように、本変形例においても、電流を流すべき巻線の組は特に限定されない。さらに、３相の巻線のそれぞれにおける電流値も特に限定されない。例えば、Ｕ相巻線２４からＶ相巻線２６に電流が流れ、続いて、Ｕ相巻線２４からＶ相巻線２６及びＷ相巻線２８のそれぞれに電流が流入するようにインバータ回路の制御を行なってもよい。Ｕ相巻線２４に値＋Ｉの電流が流れ、Ｖ相巻線２６及びＷ相巻線２８のそれぞれに値−Ｉ／２の電流が流れる。
【００９１】
また、以下の２つの制御を組み合わせてもよい。まず、Ｕ相巻線２４からＶ相巻線２６に電流が流れ、続いて、Ｕ相巻線２４からＶ相巻線２６及びＷ相巻線２８のそれぞれに電流が流入するようにインバータ回路の第１の制御を行なう。第１の制御において、２相の巻線への給電と、３相の巻線への給電とを交互に繰り返す。その後、Ｕ相巻線２４からＶ相巻線２６及びＷ相巻線２８のそれぞれに電流が流入し、続いて、Ｕ相巻線２４からＷ相巻線２８に電流が流れるようにインバータ回路の第２の制御を行なう。第２の制御において、３相の巻線への給電と、２相の巻線への給電とを交互に繰り返す。モータ１１は、電気角で±６０度の範囲でのみ回転し、一方向に回転し続けることはない。そのため、３相の巻線２４，２６及び２８の温度を効率よく上げることができる。
【００９２】
２相の巻線に電流を流す時間の長さに対する３相の巻線に電流を流す時間の長さの比率も特に限定されない。これらの時間の長さは、互いに等しくてもよいし、異なっていてもよい。２相の巻線に電流を流したときに生じる銅損は２＊Ｉ2＊Ｒで表され、３相の巻線に電流を流したときに生じる銅損は１．５＊Ｉ2＊Ｒで表される。「Ｉ」は巻線に流れる電流値であり、「Ｒ」は相抵抗である。２相の巻線に電流を流したときに生じる銅損は、３相の巻線に電流を流したときに生じる銅損よりも大きい。そのため、予熱運転において、２相の巻線に電流を流す時間の占める割合が長ければ長いほど、巻線の温度を素早く上げることができる。
【００９３】
本変形例の予熱運転によれば、第１モードの予熱運転と同じ効果が得られるだけでなく、第１モードの予熱運転よりも騒音が抑制されうる。例えば、２相の巻線に電流を流したのち、２相の巻線における電流の向きを維持しつつ、３相の巻線に電流を流す。このとき、ロータ１１ｂがθ度（電気角）回転すると仮定する。同様に、２相の巻線に電流を流したのち、２相の巻線の一方の巻線への給電及びその巻線における電流の向きを維持しつつ、他の組み合わせの２相の巻線に電流を流す。このとき、ロータ１１ｂは２θ度回転する。つまり、２相の巻線への給電と３相の巻線への給電とを組み合わせると、ロータ１１ｂの回転角度を半分にすることが可能である。その結果、振動に起因する騒音が抑制されうる。
【００９４】
（第２モード）
第２モードは、モータ１１を実質的に回転させることなく３相の巻線から選ばれる少なくとも２相の巻線に電流を流して熱を発生させるモードである。具体的には、モータ１１が一方向に回転しないように３相の巻線２４，２６及び２８に高周波電流を流す。第２モードで予熱運転を行うと、より短い時間でモータ１１の温度を上げることができ、エネルギーも節約できる。
【００９５】
図７は、第２モードの予熱運転において各巻線に流れる高周波電流を示している。横軸は経過時間を表している。縦軸は、電流値を表している。Ｕ相巻線２４、Ｖ相巻線２６及びＷ相巻線２８のそれぞれに互いに１２０度の位相差を有する交流電流が供給される。電流の波形は正弦波である。モータ１１が停止しているときに各巻線に高周波電流を流したとしても、モータ１１は高周波電流の周波数に同期した速度で回転できず、ポンプ機能は発揮されない。高周波電流は、モータ１１が回転せずに定位置で振動する周波数を有する電流である。モータ１１が回転しない周波数である限り、高周波電流の周波数は特に限定されない。高周波電流の周波数の下限は、例えば、１ｋＨｚである。高周波電流の周波数の上限は、例えば、１００ｋＨｚである。
【００９６】
図８は、第２モードの予熱運転及びそれに続く通常運転を示すタイムチャートである。横軸ｔは経過時間を表している。縦軸は、Ｕ相電流Ｉｕの値、Ｖ相電流Ｉｖの値、Ｗ相電流Ｉｗの値及びモータ１１の回転角度ｒ（単位：度）を表している。モータ１１の回転角度は、ｔ＝０の時点での位置を基準位置（＝０度）としたときの回転角度であり、電気角で表されている。
【００９７】
図８に示すように、高周波電流を用いた第２モードの予熱運転は、時刻Ｓ１から時刻Ｓ２まで実行される。時刻Ｓ３以降、巻線２４，２６及び２８に低い周波数を有する三相交流電流が供給され、ポンプ１００の通常運転が行われる。時刻Ｓ３以降における三相交流電流の周波数は、モータ１１が回転できる周波数である。第２モードの予熱運転において、モータ１１は殆ど回転せずに定位置を占有する。
【００９８】
図８に示す例では、高周波電流を用いた第２モードの予熱運転を実行する前の期間Ｓ０１〜Ｓ０２において、３相の巻線から選ばれる２相の巻線に直流電流が供給される。その後、期間Ｓ１〜Ｓ２において第２モードの予熱運転が実行される。つまり、図８に示す例は、第１モードの予熱運転を含んでいる。図２Ａ及び図２Ｂを参照して説明したように、２相の巻線に直流電流を流すと、ロータ１１ｂの磁極位置が特定される。ロータ１１ｂの磁極位置が予め特定されている場合、時刻Ｓ３以降の運転を速やかに開始することができる。なお、第２モードの予熱運転の終了後の期間Ｓ２〜Ｓ３において、２相の巻線に直流電流を供給してロータ１１ｂを特定の角度位置にロックさせてもよい。
【００９９】
第２モードの予熱運転の継続時間も特に限定されない。第１モードの予熱運転と同じ方法にて、第２モードの予熱運転の継続時間が決定されうる。
【０１００】
図８に示す例によれば、第２モードの予熱運転において、高周波電流の振幅及び周波数はいずれも一定である。ただし、振幅及び周波数を少なくとも１つの特定の時刻で変化させてもよい。
【０１０１】
高周波電流を巻線２４，２６及び２８に流すと、巻線２４，２６及び２８の抵抗に起因するジュール損（銅損）によってモータの温度が上昇し、モータ１１に付着した液相の作動流体が気化する。さらに、高周波電流によってモータコアの磁界が変化して鉄損が増大し、モータコアの温度も上昇する。そのため、より短時間でモータ１１の温度を上げることでき、エネルギーも節約できる。
【０１０２】
本開示の技術を採用したときに得られる実験値及び計算値の一例を示す。ポンプ１００の通常運転時におけるモータ損失が４．５Ｗであるとき、ポンプ１００の通常運転時における巻線２４，２６及び２８の温度は、作動流体（Ｒ−３６５ｍｆｃ）の沸点（４０℃）を超える。相抵抗が２．１Ωであるとき、第２モードの予熱運転を行って周波数１．１ｋＨｚ、２．１Ａの高周波電流を３相の巻線に流すと、２７Ｗの銅損及び２３Ｗの鉄損が発生し、合計で５０Ｗの損失が発生する。ポンプ１００の通常運転時のモータ損失に比べて、高周波電流を用いた予熱運転を行ったときの損失は十分に大きい。したがって、巻線２４，２６及び２８の温度を作動流体の沸点以上の温度まで速やかに上昇させることができる。また、ポンプ１００の起動前において、巻線２４，２６及び２８の断線、絶縁不良などの異常を検出することができるので、ポンプ１００の信頼性も高まる。
【０１０３】
（第３モード）
第３モードは、ポンプ機構１２への作動流体の流入を実質的に禁止できる回転速度でモータ１１が回転と停止とを複数回繰り返すように３相の巻線２４，２６及び２８に電流を流して熱を発生させるモードである。
【０１０４】
図９のタイムチャートは、第３モードの予熱運転において３相の巻線２４，２６及び２８に流れる直流電流を示している。横軸は、モータ１１の回転角度ｒ（単位：度）を表している。縦軸は、Ｕ相電流Ｉｕの値、Ｖ相電流Ｉｖの値及びＷ相電流Ｉｗの値を表している。この例において、モータ１１に供給されるべき電流の波形は台形波である。ただし、電流の波形は特に限定されない。
【０１０５】
電流の経路は、Ｕ相→Ｖ相、Ｕ相→Ｗ相、Ｖ相→Ｗ相、Ｖ相→Ｕ相、Ｗ相→Ｕ相及びＷ相→Ｖ相の６通りである。つまり、図９は、モータ１１を矩形波で駆動するときのタイムチャートに対応している。ただし、モータ１１の回転速度は、ポンプ機構１２への作動流体の流入及びポンプ機構１２からの作動流体の吐出を実質的に禁止できる速度に制限されている。つまり、第３モードの予熱運転においては、ポンプ機能が発揮されない程度に十分に遅い速度でモータ１１を回転させる。例えば、モータ１１は、１０ｒｐｍ未満の回転速度で６０度（電気角）おきに一方向への回転と停止とを繰り返す。モータ１１を電気角で３６０度回転させるために必要な時間Ｔは、例えば６秒である。このような回転速度において、ポンプ１００は、作動流体を十分に昇圧できない。そのため、３相の巻線２４，２６及び２８の温度を上げて、モータ１１に付着した液相の作動流体を気化させることができる。
【０１０６】
（変形例）
本開示において、モータ１１の種類は限定されない。モータ１１は、リラクタンスモータ、誘導モータなどの他のモータであってもよい。リラクタンスモータのロータは複数の突極を有しており、リラクタンスモータの巻線に直流電流を流すとロータが定位置に停止及び保持される。つまり、リラクタンスモータを使用しても永久磁石同期モータと同じ効果が得られる。また、誘導モータの巻線に直流電流を流してもロータは回転しない。つまり、誘導モータを使用しても永久磁石同期モータと同じ効果が得られる。
【０１０７】
モータ１１は、３相を超える相数（例えば、６相）を有するモータであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本開示の流体用ポンプは、例えば、ランキンサイクル装置に有用である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０  容器
１１  モータ
１２  ポンプ機構
１３  シャフト
２４  Ｕ相巻線
２６  Ｖ相巻線
２８  Ｗ相巻線
３０  駆動装置
３３  仕切り板（仕切り部材）
１００  流体用ポンプ
【図１】
2018127925.tif 000003
【図２Ａ】
2018127925.tif 000004
【図２Ｂ】
2018127925.tif 000005
【図３】
2018127925.tif 000006
【図４】
2018127925.tif 000007
【図５】
2018127925.tif 000008
【図６】
2018127925.tif 000009
【図７】
2018127925.tif 000010
【図８】
2018127925.tif 000011
【図９】
2018127925.tif 000012
【図１０】
2018127925.tif 000013