(57)【要約】  工業オートメーションシステム、ＨＶＡＣシステム、ポンプシステムおよび／または類似の施設のためのモータ保護の分野において、改良されたモータ始動器および過負荷電子装置（１０４）を、このような始動器および／または過負荷電子装置（１０４）がモータ（２００）用として最初に校正されたかあるいは適正に校正されたかには関係なく、モータ（２００）に対して実質的に自動レベルの保護を提供するように構成することが可能である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ保護システムにおいて、
特定の全負荷アンペア数の値を有するモータに供給される電流を検出するための電流センサーを含む過負荷回路と、
前記モータに電力を選択的に供給するために設けられる接触器と、
マイクロプロセッサベースの制御基板であり、前記電流センサーによって検出される電流の１つまたは複数の特性を、前記モータに対して予期される１つまたは複数の対応する特性と比較するための実行可能な命令で、好ましくない比較に応答して、故障状況を指示するための実行可能な命令を含む制御基板であって、その場合、前記予期される特性は、前記モータに関する正常な運転条件を指示する、制御基板と、
を含む、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記実行可能な命令が、前記過負荷回路のトリップをさらに指令する、ことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記トリップに応答して、前記接触器が前記モータへの電力の供給を遮断する、ことを特徴とするシステム。
【請求項４】
モータの保護方法において、
モータへのピーク突入電流を測定するステップと、
時間が経過してからの前記モータへの定常運転電流を測定するステップと、
前記ピーク突入電流および前記定常運転電流を、指示された全負荷アンペア数の値と比較するステップと、
好ましくない比較に応答して、前記モータの保護動作を発動するステップと、
を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記保護動作がトリップ信号の発信を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、前記保護動作が故障状況の報知を含む、ことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年９月６日に出願された米国仮特許出願第６１／５３１，６１０号明細書の非仮出願であり、この仮出願の優先権を主張するものである。この仮出願の全体が参照によって本出願に組み込まれる。
【０００２】
著作権に関する注記
（著作権）２０１２  Ｃｅｒｕｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ。本特許文書の開示の一部分は著作権の保護を受ける資料を含んでいる。著作権所有者は、この特許文書または特許開示が米国特許商標庁の特許ファイルまたは記録に出現するとおりであれば、何人によるものであれ、そのファクシミリ再製に反対しないが、その他の点では、いずれにしても全著作権を留保する。米国連邦規則法典第３７巻（３７  ＣＦＲ）§１．７１（ｄ）、（ｅ）。
【０００３】
本出願は、工業オートメーションシステム、ＨＶＡＣシステム、ポンプシステム、および類似の施設のためのモータ保護の分野、特に、このようなモータの保護および／または制御を提供するモータ始動器および関連する電子装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
ビルディングオートメーションシステム、暖房・換気および空調（ＨＶＡＣ）設備、ポンプシステム、および他の工業施設においては、モータを制御かつ保護するために、始動器または始動器機構を使用するのが一般的である。モータなどの始動器は当分野で一般的によく知られている。通常の始動器は、好ましくない運転条件が生じた場合にモータをライン電力から切り離すためのサーマルトリップ要素および接触器を含んでいる。米国電気工事規程（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｄｅ：ＮＥＣ）は、コンビネーションスタータを、熱的過負荷保護とモータ切り離し機能とを提供する装置として等級化している。
【０００５】
伝統的な始動器の重要な構成要素は、電磁接触器および過負荷リレーを含んでいる。このような伝統的な始動器の回路は、モータの制御とモータの保護機能との両者を、制御される特定のモータ用として理想的に特別に選択されまたは校正される単一装置によって提供する。モータの運転（例えばモータの始動および停止など）は、コイルの付勢または付勢遮断によって電気機械的／電気磁気的に操作される分離型の接点を含む接触器の調節によって制御することが可能である。接点を閉じることによって、ライン電力がモータを付勢できるようになり、接点を開くとモータから電力が遮断される。
【０００６】
上記のように、始動器は、モータを好ましくない運転条件から保護するために、モータに熱的保護（すなわち過負荷保護）を提供することも可能である。伝統的な始動器は、通常、この目的のための過負荷リレーを含んでいる。過負荷条件は、機器が、電気的に未損傷の回路において、正常な全負荷電流定格値を超えて運転されるとき（例えば、導体が定格アンペア数を超えて電流を流す場合）に生じる。過負荷は、適用される電流トリップ点（所与のモータの等級に対してトリップ点を電流および時間の関数として示すトリップ曲線として表現される）を基準にした過負荷リレーによって検出される。過負荷条件が十分な長さの時間継続すると、モータ、導体または他の機器を損傷する可能性がある。「過負荷」、「過負荷保護」および「過負荷リレー」の用語は全米電機製造業者協会（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：ＮＥＭＡ）の規格ＩＣＳ２によって定義されている。この規格は、この参照によってその全体が本出願に組み込まれる。過去においては、通常の過負荷リレーは、ヒータ／検出器要素、例えばバイメタルリレーまたは熱ヒータ要素を用いて実施されたが、最近では、電子的な過負荷装置の使用が増大している。電子的な過負荷装置は、モータに供給される電流を検出しかつ監視するために、変流器または他の電流センサーを含むことができる。
【０００７】
単純な電気機械的モータの場合には、一般的に、制御および過負荷保護機能を備えた伝統的な始動器装置が、それが保護する特定のモータに対して適正に校正されている限り、十分なモータ保護を提供する。各等級のモータは、適用可能なそれ自体の過負荷許容範囲と操作パラメータとを有する。従って、モータを運転する始動器は、保護されている特定のモータ（または特定の等級のモータ）に適正なレベルの熱的保護を確実に提供するために、個別に選択されかつ校正される過負荷リレーおよび対応する過負荷トリップ回路を用いることを要求される。伝統的な校正手順は、取り付け者が、電子式過負荷リレー上の１つ以上のポテンショメータを、モータの銘板および／またはシステムの回路図に規定されているモータの全負荷アンペア数（ｆｕｌｌ−ｌｏａｄ−ａｍｐｅｒａｇｅ：ＦＬＡ）定格値のような既知のパラメータ値にダイヤルすることによって、トリップ点を手動で設定する必要がある。
【０００８】
適正に校正された保護機器が必要であることは、いくつかの始動器がまとめて相手先商標製品の製造業者（ｏｒｉｇｉｎａｌ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ：ＯＥＭ）に発送され、そのＯＥＭは多数の始動器をまとめて仕事の現場に発送する状況においては、問題点を生じる可能性がある。多くの場合、仕事の現場に到着する始動器には標識またはラベルが付されていないことがある。取り付け者は、多くの場合、ラベルなしの始動器を不適切に取り付け、続いて、装着モータを、始動器の適正な校正を確認することなく始動させようとする。このような手順は、危険であると共に、機器の損傷、職員の負傷、あるいはさらに悪い事象をもたらす可能性がある。ＨＶＡＣシステムにおいて、ファンまたは他の機器が追加されるか、またはダクトが変更された場合、あるいは、モータまたはポンプなどが追加、取り外し、または設備から変更された場合のような、システムが要求する場合、または機器が変化した場合にも、同様の問題が生じる可能性がある。始動器が保護および／または制御しようとする新しい負荷に対して、始動器を適正に校正するか、または校正した状態にあることの確実な実施が欠如すると、意図しないおよび／または好ましくない結果を生じる可能性がある。
【発明の概要】
【０００９】
始動器は当分野でよく知られているが、本発明の実施形態は、従来型の提供製品および伝統的な設備について本出願人が発見した問題点を解決する新規かつ非自明の改善策を提示する。本発明の実施形態は、統合された新規かつ非自明の機能性を、スタンドアロンの過負荷リレー装置として、あるいは単一の始動器ハウジングの中に集約されたものとして提供でき、従って、大幅なコスト節減と、取り付け／運転の容易化と、従来型始動器に対する他の利点および／または改良とを含む改良された保護を提供する。
【００１０】
特に、改善された過負荷装置および始動器を提供できるので、過負荷装置または始動器が初期校正されたかあるいは正しく校正されたかには関係なく、強化されかつ実質的に自動的に適用されるモータ保護機能を提供できる。実質的に自動的な保護を、本出願に合致する安全な始動器において具現化されるものとして提供できる。このような安全な始動器は、たとえ誰かがトリップ点を全負荷定常運転電流／アンペア数（ＦＬＡ）に基づいて設定していなくても、あるいはそれ以外に始動器を校正していなかったとしても、モータを保護しかつ制御するように設計できる。始動器は、可能な他パラメータの内でも始動電流特性を測定し、それを、既知のモータの始動条件値と比較することによって、モータを過負荷条件に対して自動的に保護するように設計できる。測定されるパラメータ、例えば突入電流を用いて、少なくとも部分的に、モータの定常運転電流が許容可能な電流値の１つまたは複数の所定の比または範囲内に低下する（または留まる）のか否かを決定することができる。そうであれば、モータは適正に定常運転されていると想定できる。定常運転電流が所定範囲外にあれば、始動器は、始動器が校正されておらず、再校正が必要であること、および／または、始動器がトリップして、リレーがモータへの電力を遮断する可能性があることを指示するために、故障および／または警告報知／メッセージを発することができ、それによって、機器損傷のリスクが低減される。最終ユーザ用として、問題が検出された場合、始動器が報知および／またはトリップを実行するか否かを選択するためのジャンパスイッチおよび／または入力インタフェースを設けることができる。
【００１１】
本明細書に記述するようなスマート始動器に組み込まれる電子式過負荷素子または過負荷構成要素は、種々の有利なモータ保護の特徴を提供するように構成できる。この保護の特徴には、回転子固定保護、サイクル異常保護、校正外保護、失速保護、および最長始動時間保護などが含まれるが、これに限定されない。この機能性は、このような過負荷を用いる過負荷リレーおよび／または始動器の中に組み込むことが可能であり、その過負荷リレーおよび／または始動器によって自動的に利用可能とすることができる。このようなモータ保護の特徴を自動的に提供する安全な始動器を装着することによって、始動器が、校正されたかあるいは正しく校正されたかには関係なく、少なくとも、初期レベルのモータ保護と、最初の始動時における制御機能性とを提供し得ることを実質的に保証できる。また、本明細書に開示する始動器は、モータ運転中の自動的な持続的レベルの保護として、１つまたは複数のモータ保護の特徴をも可能にすることができる。特定のパラメータを監視して、誤差の処理、故障の報知、およびモータおよび／または関連機器を保護する電子素子の調節のための適切な手順を発動するために、少なくとも部分的に、適切なマイクロコントローラ、および／またはマイクロコントローラベースの制御基板を使用できる。
【００１２】
本発明のさらなる態様および利点は、添付の図面を参照しながら進められる好ましい実施形態に関する以下の詳細説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、請求項の主題事項に合致する始動器装置の一実施形態を示す。
【図２】図２は、請求項の主題事項に合致する始動器の実施形態用のシステム概略図の一形態を示す。
【図３】図３は、請求項の主題事項に合致する保護特性を表す電流−時間グラフの一実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の記述は、始動器装置、システムおよび使用方法に関わる種々の実施形態および機能を開示する。これらは、少なくとも部分的に、ビルディングオートメーション、工業システムのオートメーション、暖房・換気および空調（ＨＶＡＣ）設備のような用途、および、モータと、ポンプ、ファン、コンベヤベルトなどのようなモータで駆動する電気機械装置との制御および保護を含む用途において用いられるものである。また開示は、制限用としてではなく例示用として提示される若干の事例システムのみを示すためのものである。
【００１５】
特に、本出願の主題事項と、本明細書に記述する始動器の詳細な実施形態とは、保護機器が初期校正されたかあるいは正しく校正されたかには関係なく、モータに対して実質的に自動的な保護を提供するように調整することが望ましい。当業者は、ここに記述される有利な機能性が、スタンドアロンの過負荷装置（電子式過負荷リレーのような）として、あるいは、このような過負荷保護を構成要素として含む始動器またはコンビネーションスタータの実施形態として、具現化され得ることを認めるであろう。
【００１６】
さらに別の表現として、かつ説明を容易にするために、図２が、請求項の主題事項に合致する始動器の一実施形態の概略図を示す。このような始動器の実施形態用のマイクロプロセッサベースのプリント回路基板は、少なくとも部分的に所望の有利な機能を提供するために、独自にカスタマイズされたファームウェアを用いることができる。これは、ビルディングオートメーションの制御ロジックおよび通信を収納し得る始動器制御基板として具現化できる。特に図２を参照すると、３相２速度の２巻線モータ２００が３相の電力ライン２２４上で運転される。図２の始動器の実施形態は、図１のそれと類似の前記の制御基板１０２および計器ベース１０４を含む。図２に示すように、計器ベース１０４は電圧センサーおよび電流センサーを含むことができる。このような一実施形態において、電流センサーは、ライン電流を監視する変流器とすることができる（しかし、当業者は、代替的な電流検出機構も請求項の主題事項に合致する形で実施可能であることを認めるであろう）。電流センサー１０６は、電流測定信号、電圧、あるいは計量および／または過負荷保護目的に適した他の出力２２２を提供する。図２は１つの電流センサー１０６のみを表現しているが、電流は、３相の電力ライン２２４の１つまたは複数から測定可能であることが理解される。図２の計器ベース１０４は、さらに、ライン電圧監視用の電圧センサー２３２をも含む。電圧も、同様に、３相の電力ライン２２４の１つまたは複数から測定できる。このような実施形態は、広範囲の電力供給および広範囲の電圧検出を実質的に受け入れることができる。電流および電圧の両者を測定すると、本発明の主題事項に合致する実施形態が、真の電力消費を計算する能力を得ることになる。
【００１７】
図２に示す始動器の実施形態をさらに続けて参照すると、制御基板１０２は、手動―オフ―自動（ｈａｎｄ―ｏｆｆ―ａｕｔｏ）制御源スイッチ２０８および低―オフ―高（ｌｏｗ―ｏｆｆ―ｈｉｇｈ）モータ速度スイッチ２１０のようなユーザインタフェース制御器をも含むことができる。制御源スイッチ２０８は、ユーザが、手動指令による始動器の実施形態の運転、例えばモータ速度スイッチ２１０を使用することによる始動器の実施形態の運転か、あるいは、ビルディングオートメーションシステムにおいて実施される可能性があるような遠隔制御器から駆動される指令による運転のいずれかを選択することを可能にする。従って、制御基板１０２は、自動−低指令２１２、自動−高指令２１４および停止指令２１６のような複数の制御入力を受信するように構成される。また、定常運転状態信号２１８または故障信号２２０のような適切な出力信号も、制御基板１０２によって発生させることができる。
【００１８】
さらに別の表現として、かつ説明を容易にするために、図２が、少なくとも部分的に、請求項の主題事項を実施するおよび／または具現化するのに適した始動器の一実施形態の概略図を示す。このような始動器の実施形態用のマイクロプロセッサベースのプリント回路基板は、少なくとも部分的に所望の有利な機能を提供するために、独自にカスタマイズされたファームウェアを用いることができる。これは、ビルディングオートメーションの制御ロジックおよび通信を収納し得る始動器制御基板として具現化できる。特に図２を参照すると、３相モータ２００が３相の電力ライン２２４上で運転される。図２の始動器の実施形態は、図１のそれと類似の前記の制御基板１０２および計器ベース１０４を含む。図２に示すように、計器ベース１０４は電流センサーを含むことができる。もちろん、電流センサー、例えば変流器は、本出願の主題事項に合致して、計器ベースの付加的な構成要素を必要とすることなく、独立に用いることができる。図２の実施形態においては、電流センサーは、ライン電流を監視する変流器として表現されている（しかし当業者は、代替的な電流検出機構も請求項の主題事項に合致する形で実施可能であることを認めるであろう）。電流センサー１０６は、電流測定信号、電圧、または過負荷保護目的に適した他の出力２２２（および／または回路計量値、この機能が望ましい場合）を供給する。図２は、１つの電流センサー１０６のみを表現しているが、電流は、３相の電力ライン２２４の１つまたは複数から測定可能であることが理解される。
【００１９】
図２の始動器の実施形態をさらに続けて参照すると、制御基板１０２は、制御スイッチ２０８、２１０のようなユーザインタフェース制御器をも含むことができる。制御スイッチ２０８、２１０は、ユーザが、手動指令による始動器の実施形態の運転か、あるいは、ビルディングオートメーションシステムにおいて実施される可能性があるような遠隔制御器から駆動される指令による運転のいずれかを選択することを可能にする。従って、制御基板１０２は、自動−低指令２１２、自動−高指令２１４および停止指令２１６のような複数の制御入力を受信するように構成され得る。また、定常運転状態信号２１８または故障信号２２０のような適切な出力信号も、制御基板１０２によって発生させることができる。
【００２０】
本出願の主題事項に合致して、分離可能な接点２２８を含む接触器２０２の調整された操作を介してモータ２００を制御および保護するために、モータ制御基板１０２を用いることができる。図２の始動器の実施形態に示されるように、電流測定値２２２を使用するための計器ベース１０４内に表現される変流器１０６を包含し得る過負荷リレーが、接触器２０２を介してモータ２００に対する過負荷保護を提供できる。制御基板１０２は、運転状態を監視し、接触器を、入力信号２１２、２１４、２１６および／またはユーザインタフェーススイッチ２０８、２１０によって指示されるとおりに適切に制御する。
【００２１】
図２をさらに続けて参照すると、制御基板１０２は、定常運転状態指示２１８を組み込み型の特徴として提供するために、状態出力リレーを含むことも可能である。この実施形態は、複数態の代替的な機能に対して同じセンサーを用いることができる。例えば、電流センサー１０６を、過負荷保護および定常運転状態指示２１８を提供するために用いることができる。このような実施形態の機能は、全負荷アンペア数（ＦＬＡ）の少なくとも所定の百分率である被監視電流２２２に基づく状態報知用の自動検出を含むことができる。
【００２２】
前記のように、本明細書に記述する電子式過負荷装置または始動器の実施形態は、保護機器が初期校正されたかあるいは正しく校正されたかには関係なく、モータに対して実質的に自動的な保護を提供するように調整することが望ましい。当業者は、ここに記述される有利な機能性が、スタンドアロンの過負荷装置（電子式過負荷リレーのような）として、あるいは、このような過負荷保護を構成要素として含む始動器またはコンビネーションスタータの実施形態として、具現化され得ることを認めるであろう。回転子固定保護、サイクル異常保護、校正外保護、失速保護、および最長始動時間保護などが含まれるが、これに限定されないモータ保護の特徴が、少なくとも部分的に、本明細書に記述する実施形態のハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアの構成要素間の協調によって可能になり得る。予期されるおよび／または潜在的な各故障条件を検出し、かつそれに対して保護するために、方法論と発見的解決法と手順との実施形態を用いることができるが、この方法論と発見的解決法と手順との実施形態は、ファームウェアおよび／または機械実行可能な命令（例えば状態機械の手順および／またはロジックを表す）の中に直接プログラムすることが可能であり、このファームウェアおよび／または機械実行可能な命令は、マイクロプロセッサベースの制御基板上のメモリまたはその制御基板がアクセス可能なメモリに保存されるか、あるいは、関連する電子装置内部の他の適切な場所に保存される。本発明の実施形態は、監視されている入力電流および時間に対する電流応答が与えられ、かつ過負荷保護用として指示されるＦＬＡ設定値が提供されると、保存された命令を実行することによって、自動的に所望のモータ保護および／または制御を提供できる。
【００２３】
本明細書に記述する保護機能を少なくとも部分的に可能にするために、過負荷装置および／または始動器（以下「保護および制御機器」と言う）は、始動時および／または運転時にモータが引き込む電流を監視できる。電流監視には、変流器、または過負荷装置の他の電流検出構成要素を用いることができる。監視電流は、続いて、制御／保護されている特定のモータ用の既知の予期される電流特性と比較される。例えば、トリップ等級１０のモータとして分類されたモータは、始動時における特定の予期される電流特性であって、適正な運転条件において時間に対して表示される電流特性を呈するであろう。同様に、予期されるおよび／または潜在的な故障条件は、その等級のモータに対して実質的に合致する変動電流特性を表示するであろう。同様に、トリップ等級２０のモータも、モータに影響する運転条件に応じて、実質的に、整合する電流引き込み挙動および／または特性を呈する。
【００２４】
図３は、通常のモータの運転に対する電流対時間特性をプロットした電流時間グラフの一例を示し、種々の潜在的な故障条件および／または非校正のモータ運転の例を表す。図３を参照すると、時間が水平軸上にプロットされ、電流がグラフ３００の垂直軸上にプロットされている。グラフ３００においては、時間に対して表現された種々の電流応答が、モータの正常な始動状況３０８と、回転子固定状況３０２、最長時間故障状況３０４、および校正外状況３０６とを例示する。これらの種々の電流応答が、全負荷アンペア数（ＦＬＡ）指示値３１０を参照して表現されている。
【００２５】
図３を参照すると、取り付け者またはモータの運転者が、図３に１０Ａとして表現されるＦＬＡ値３１０のような設定ＦＬＡ値を設定したとき（またはうっかりしてそれを省略したとき）に、保護の方法論を開始することができる。供給されるＦＬＡ値は、通常、モータの銘板、システムの回路図および／または他の便利で容易に入手可能な資料源から得られる。ＦＬＡは、適切な校正手順の一部として、モータ過負荷保護機器に提供される。しかし、ＦＬＡ値が本発明の実施形態に提供されなくても、あるいは、制御／保護されているモータの実際のＦＬＡと合致しない値を指示するように提供されても、本発明の実施形態の自動的な保護機能は、やはりモータを保護するであろう。好ましくない運転条件は、始動電流と、突入電流／ピーク電流と、定常運転電流超過時間と、指示されたまたは設定点のＦＬＡ値との１つまたは複数を比較することによって、かつ、これらの値のいくつかの間の関係を、対応して予期される関係であってモータに対する適正なまたは不適正な運転条件を指示する関係と比較することによって、少なくとも部分的に検出されかつ回避される。
【００２６】
図３を参照してこの概念を説明するために、正常な電流特性が応答３０８として描かれている。応答３０８から分かるように、始動時の初期電流は、ゼロからピーク値（図においては約６５Ａと表現されている）に急上昇し、続いて、ＦＬＡ値３１０より下の百分率に急速に再低下する。この突入電流の急上昇は誘導モータ用の始動条件を示している。例えば、伝統的な用途におけるモータの大部分が、ＦＬＡ値の約６〜１２倍の突入電流の急上昇を呈することが経験的に決定された。しかし、より高効率のモータの導入によって、ほとんどのモータを代表する突入電流急上昇の範囲は、より包括的にＦＬＡの５〜１３倍と指示することができる。換言すれば、正常な定常運転の電流は、通常、突入電流の１／１３〜１／５に低下する。予期される突入電流を適正に受け入れて、モータを適正に始動させるために、過負荷保護装置は、種々のモータ等級用として一般的に知られる標準的な逆トリップ曲線を用いる。このトリップ曲線は、延長された時間の間のアクセス電流によるモータの損傷を避けるための、過負荷保護に対する適切な時間応答を示すものである。例えば、逆トリップ曲線は、過負荷トリップの前に、モータがどの程度の時間特定の電流値に維持されるべきかを示すであろう。しかし、電流が、突入電流の急上昇の後十分に低下しなければ、あるいは、定常運転電流が許容し得る範囲内になければ、本発明の実施形態は、自動的に、そのような事象を、故障条件および／または校正の必要性を示すものとして検出するであろう。
【００２７】
さらに続けて図３を参照すると、回転子が固定された場合の電流応答３０２が示されている。回転子が固定されると、電流は、本質的にピーク値に留まるか、あるいは、突入電流のピークの後低下しない。この状況が、回路電流監視構成要素を介して、所定の時間、例えば単なる一例として３秒間生起するように検出されると、回転子固定の故障発生とすることができ、これを、警報、信号報知またはトリップによって指示できる。
【００２８】
図３には、最長始動時間故障３０４も表現されている。これは、電流がピークの突入電流値の後、定常的に低下するが、正常な運転特性３０８を示すに十分なほど急速には低下しないという特徴を有することができる。監視される継続進行電流が、たとえ低下するとしても、所定の時間内に、例えばトリップ等級１０のモータに許容された始動時過負荷条件の１０秒（またはトリップ等級２０のモータの場合は２０秒）以内に安全な運転の枠内（例えば単なる一例として測定されたピーク電流の１／１３〜１／５）に入るに十分な程急速には低下しない場合には、最長始動時間故障を指示することができ、その故障に、故障報知、トリップ作動、または他の適切な反応によって対処することができる。ＦＬＡの設定またはｉ２ｔ曲線には関係なく、本発明の実施形態は、この場合も、潜在的な過負荷損傷条件に対してモータを自動的に保護できる。
【００２９】
図３には、校正外故障３０６の一例も表現されている。この条件は、単なる一例として、取り付け者が、過負荷トリップを試験するがトリップを避けるために、高いＦＬＡ値を不正確に指示する場合に生じる可能性がある（例えば、取り付け者がすでに１つの過負荷トリップを経験し、別の過負荷トリップの際にシステムの再始動の煩わしさを避けようとする場合、取り付け者は実際のＦＬＡ設定より高い設定値を指示する）。ＦＬＡ設定の不適正指示には関係なく、本発明の実施形態は、モータが許容可能な運転範囲内で運転されていないことを検出できる。定常運転の電流と始動電流との比が、所定の許容可能な範囲を外れると、本発明の実施形態は、警報および／またはトリップを発動でき、あるいは、機器が校正または再校正を必要としていることを適切に指示できる。電流応答３０６は、突入電流の急上昇（２０Ａで表現されている）が、１０Ａの指示ＦＬＡの５〜１３倍になっていないという点で、校正が正しくないことを示している。これは、実際の突入電流を測定し、一例として、ＦＬＡに対する予期される突入電流の乗数の外側の限界値で除することによって、本発明の実施形態によって検出される。例えば、前記のように、突入電流がＦＬＡの５〜１３倍であると想定される場合は、測定された突入ピーク電流を５で除して、それを測定された定常運転電流と比較すると、校正外故障を検出できる。換言すれば、正常な定常運転電流は、ピーク電流値の１／１３〜１／５であるべきである。従って、正しくないＦＬＡ値が意図的に供給されたかまたは偶然に供給されたかには関係なく、本発明の実施形態は、同様に、モータを適切に保護するように機能するであろう。あるいは、検出された不一致は適正な校正を必要とする。
【００３０】
当業者は、本明細書の記述に従って構成される実施形態によって、付加的な保護機能を使用し得ることをも認めるであろう。例えば、回転子固定故障保護の場合と同様に、本発明の実施形態によって、モータに失速保護を付与することが可能である。失速状況においては、それがたとえモータの始動モードが完了した後に生起するとしても、電流は、正常な許容可能運転範囲の外側に急上昇し、その急上昇値に、および／またはその近傍に留まると予想されるであろう。本発明の実施形態は、それ自体として、モータが、始動時であれ、あるいは別の運転モード中であれ、確実に安全な運転範囲内で作動することを補助できる。また、本発明の実施形態に合致して、付加的なレベルの保護、例えばサイクル異常保護を提供することも可能である。サイクル異常保護の場合は、始動器の実施形態、あるいは、モータに電流供給する接触器を操作する始動器制御基板と協調的に作動する過負荷リレーの実施形態において、検出される接触器始動信号の総数がサイクル異常を指示できる。例えば、接触器が１時間当たり１２００回を超える始動回数で操作されると、故障指示および／またはトリップによって、サイクル異常を指示できる。
【００３１】
以上述べた実施形態の詳細に対して、本発明の基底にある原理から離れることなく多くの変更をなし得ることは、当業者にとって明らかであろう。従って、本発明の範囲は、以下の請求項によってのみ決定されるべきである。
【図１】
2014529992.tif 000003
【図２】
2014529992.tif 000004
【図３】
2014529992.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月20日(2013.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１１年９月６日に出願された米国仮特許出願第６１／５３１，６１０号明細書の非仮出願であり、この仮出願の優先権を主張するものである。この仮出願の全体が参照によって本出願に組み込まれる。
【０００２】
著作権に関する注記
（著作権）２０１２  Ｃｅｒｕｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ。本特許文書の開示の一部分は著作権の保護を受ける資料を含んでいる。著作権所有者は、この特許文書または特許開示が米国特許商標庁の特許ファイルまたは記録に出現するとおりであれば、何人によるものであれ、そのファクシミリ再製に反対しないが、その他の点では、いずれにしても全著作権を留保する。米国連邦規則法典第３７巻（３７  ＣＦＲ）§１．７１（ｄ）、（ｅ）。
【０００３】
本出願は、工業オートメーションシステム、ＨＶＡＣシステム、ポンプシステム、および類似の施設のためのモータ保護の分野、特に、このようなモータの保護および／または制御を提供するモータ始動器および関連する電子装置に関する。
【背景技術】
【０００４】
ビルディングオートメーションシステム、暖房・換気および空調（ＨＶＡＣ）設備、ポンプシステム、および他の工業施設においては、モータを制御かつ保護するために、始動器または始動器機構を使用するのが一般的である。モータなどの始動器は当分野で一般的によく知られている。通常の始動器は、好ましくない運転条件が生じた場合にモータをライン電力から切り離すためのサーマルトリップ要素および接触器を含んでいる。米国電気工事規程（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｄｅ：ＮＥＣ）は、コンビネーションスタータを、熱的過負荷保護とモータ切り離し機能とを提供する装置として等級化している。
【０００５】
伝統的な始動器の重要な構成要素は、電磁接触器および過負荷リレーを含んでいる。このような伝統的な始動器の回路は、モータの制御とモータの保護機能との両者を、制御される特定のモータ用として理想的に特別に選択されまたは校正される単一装置によって提供する。モータの運転（例えばモータの始動および停止など）は、コイルの付勢または付勢遮断によって電気機械的／電気磁気的に操作される分離型の接点を含む接触器の調節によって制御することが可能である。接点を閉じることによって、ライン電力がモータを付勢できるようになり、接点を開くとモータから電力が遮断される。
【０００６】
上記のように、始動器は、モータを好ましくない運転条件から保護するために、モータに熱的保護（すなわち過負荷保護）を提供することも可能である。伝統的な始動器は、通常、この目的のための過負荷リレーを含んでいる。過負荷条件は、機器が、電気的に未損傷の回路において、正常な全負荷電流定格値を超えて運転されるとき（例えば、導体が定格アンペア数を超えて電流を流す場合）に生じる。過負荷は、適用される電流トリップ点（所与のモータの等級に対してトリップ点を電流および時間の関数として示すトリップ曲線として表現される）を基準にした過負荷リレーによって検出される。過負荷条件が十分な長さの時間継続すると、モータ、導体または他の機器を損傷する可能性がある。「過負荷」、「過負荷保護」および「過負荷リレー」の用語は全米電機製造業者協会（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ：ＮＥＭＡ）の規格ＩＣＳ２によって定義されている。この規格は、この参照によってその全体が本出願に組み込まれる。過去においては、通常の過負荷リレーは、ヒータ／検出器要素、例えばバイメタルリレーまたは熱ヒータ要素を用いて実施されたが、最近では、電子的な過負荷装置の使用が増大している。電子的な過負荷装置は、モータに供給される電流を検出しかつ監視するために、変流器または他の電流センサーを含むことができる。
【０００７】
単純な電気機械的モータの場合には、一般的に、制御および過負荷保護機能を備えた伝統的な始動器装置が、それが保護する特定のモータに対して適正に校正されている限り、十分なモータ保護を提供する。各等級のモータは、適用可能なそれ自体の過負荷許容範囲と操作パラメータとを有する。従って、モータを運転する始動器は、保護されている特定のモータ（または特定の等級のモータ）に適正なレベルの熱的保護を確実に提供するために、個別に選択されかつ校正される過負荷リレーおよび対応する過負荷トリップ回路を用いることを要求される。伝統的な校正手順は、取り付け者が、電子式過負荷リレー上の１つ以上のポテンショメータを、モータの銘板および／またはシステムの回路図に規定されているモータの全負荷アンペア数（ｆｕｌｌ−ｌｏａｄ−ａｍｐｅｒａｇｅ：ＦＬＡ）定格値のような既知のパラメータ値にダイヤルすることによって、トリップ点を手動で設定する必要がある。
【０００８】
適正に校正された保護機器が必要であることは、いくつかの始動器がまとめて相手先商標製品の製造業者（ｏｒｉｇｉｎａｌ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ：ＯＥＭ）に発送され、そのＯＥＭは多数の始動器をまとめて仕事の現場に発送する状況においては、問題点を生じる可能性がある。多くの場合、仕事の現場に到着する始動器には標識またはラベルが付されていないことがある。取り付け者は、多くの場合、ラベルなしの始動器を不適切に取り付け、続いて、装着モータを、始動器の適正な校正を確認することなく始動させようとする。このような手順は、危険であると共に、機器の損傷、職員の負傷、あるいはさらに悪い事象をもたらす可能性がある。ＨＶＡＣシステムにおいて、ファンまたは他の機器が追加されるか、またはダクトが変更された場合、あるいは、モータまたはポンプなどが追加、取り外し、または設備から変更された場合のような、システムが要求する場合、または機器が変化した場合にも、同様の問題が生じる可能性がある。始動器が保護および／または制御しようとする新しい負荷に対して、始動器を適正に校正するか、または校正した状態にあることの確実な実施が欠如すると、意図しないおよび／または好ましくない結果を生じる可能性がある。
【発明の概要】
【０００９】
始動器は当分野でよく知られているが、本発明の実施形態は、従来型の提供製品および伝統的な設備について本出願人が発見した問題点を解決する新規かつ非自明の改善策を提示する。本発明の実施形態は、統合された新規かつ非自明の機能性を、スタンドアロンの過負荷リレー装置として、あるいは単一の始動器ハウジングの中に集約されたものとして提供でき、従って、大幅なコスト節減と、取り付け／運転の容易化と、従来型始動器に対する他の利点および／または改良とを含む改良された保護を提供する。
【００１０】
特に、改善された過負荷装置および始動器を提供できるので、過負荷装置または始動器が初期校正されたかあるいは正しく校正されたかには関係なく、強化されかつ実質的に自動的に適用されるモータ保護機能を提供できる。実質的に自動的な保護を、本出願に合致する安全な始動器において具現化されるものとして提供できる。このような安全な始動器は、たとえ誰かがトリップ点を全負荷定常運転電流／アンペア数（ＦＬＡ）に基づいて設定していなくても、あるいはそれ以外に始動器を校正していなかったとしても、モータを保護しかつ制御するように設計できる。始動器は、可能な他パラメータの内でも始動電流特性を測定し、それを、既知のモータの始動条件値と比較することによって、モータを過負荷条件に対して自動的に保護するように設計できる。測定されるパラメータ、例えば突入電流を用いて、少なくとも部分的に、モータの定常運転電流が許容可能な電流値の１つまたは複数の所定の比または範囲内に低下する（または留まる）のか否かを決定することができる。そうであれば、モータは適正に定常運転されていると想定できる。定常運転電流が所定範囲外にあれば、始動器は、始動器が校正されておらず、再校正が必要であること、および／または、始動器がトリップして、リレーがモータへの電力を遮断する可能性があることを指示するために、故障および／または警告報知／メッセージを発することができ、それによって、機器損傷のリスクが低減される。最終使用者用として、問題が検出された場合、始動器が報知および／またはトリップを実行するか否かを選択するためのジャンパスイッチおよび／または入力インタフェースを設けることができる。
【００１１】
本明細書に記述するようなスマート始動器に組み込まれる電子式過負荷素子または過負荷構成要素は、種々の有利なモータ保護の特徴を提供するように構成できる。この保護の特徴には、回転子固定保護、サイクル異常保護、校正外保護、失速保護、および最長始動時間保護などが含まれるが、これに限定されない。この機能性は、このような過負荷を用いる過負荷リレーおよび／または始動器の中に組み込むことが可能であり、その過負荷リレーおよび／または始動器によって自動的に利用可能とすることができる。このようなモータ保護の特徴を自動的に提供する安全な始動器を装着することによって、始動器が、校正されたかあるいは正しく校正されたかには関係なく、少なくとも、初期レベルのモータ保護と、最初の始動時における制御機能性とを提供し得ることを実質的に保証できる。また、本明細書に開示する始動器は、モータ運転中の自動的な持続的レベルの保護として、１つまたは複数のモータ保護の特徴をも可能にすることができる。特定のパラメータを監視して、誤差の処理、故障の報知、およびモータおよび／または関連機器を保護する電子素子の調節のための適切な手順を発動するために、少なくとも部分的に、適切なマイクロコントローラ、および／またはマイクロコントローラベースの制御基板を使用できる。
【００１２】
本発明のさらなる態様および利点は、添付の図面を参照しながら進められる好ましい実施形態に関する以下の詳細説明から明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、請求項の主題事項に合致する始動器装置の一実施形態を示す。
【図２】図２は、請求項の主題事項に合致する始動器の実施形態用のシステム概略図の一形態を示す。
【図３】図３は、請求項の主題事項に合致する保護特性を表す電流−時間グラフの一実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の記述は、始動器装置、システムおよび使用方法に関わる種々の実施形態および機能を開示する。これらは、少なくとも部分的に、ビルディングオートメーション、工業システムのオートメーション、暖房・換気および空調（ＨＶＡＣ）設備のような用途、および、モータと、ポンプ、ファン、コンベヤベルトなどのようなモータで駆動する電気機械装置との制御および保護を含む用途において用いられるものである。また開示は、制限用としてではなく例示用として提示される若干の図示されたシステムのみを示すためのものである。
【００１５】
特に、本出願の主題事項と、本明細書に記述する始動器の詳細な実施形態とは、保護機器が初期校正されたかあるいは正しく校正されたかには関係なく、モータに対して実質的に自動的な保護を提供するように調整することが望ましい。当業者は、ここに記述される有利な機能性が、スタンドアロンの過負荷装置（電子式過負荷リレーのような）として、あるいは、このような過負荷保護を構成要素として含む始動器またはコンビネーションスタータの実施形態として、具現化され得ることを認めるであろう。
【００１６】
さらに別の表現として、かつ説明を容易にするために、図２が、請求項の主題事項に合致する始動器の一実施形態の概略図を示す。このような始動器の実施形態用のマイクロプロセッサベースのプリント回路基板は、少なくとも部分的に所望の有利な機能を提供するために、独自にカスタマイズされたファームウェアを用いることができる。これは、ビルディングオートメーションの制御ロジックおよび通信を収納し得る始動器制御基板として具現化できる。特に図２を参照すると、３相２速度の２巻線モータ２００が３相の電力ライン２２４上で運転される。図２の始動器の実施形態は、図１のそれと類似の前記の制御基板１０２および計器ベース１０４を含む。図２に示すように、計器ベース１０４は電圧センサーおよび電流センサーを含むことができる。このような一実施形態において、電流センサーは、ライン電流を監視する変流器とすることができる（しかし、当業者は、代替的な電流検出機構も請求項の主題事項に合致する形で実施可能であることを認めるであろう）。電流センサー１０６は、電流測定信号、電圧、あるいは計量および／または過負荷保護目的に適した他の出力２２２を提供する。図２は１つの電流センサー１０６のみを表現しているが、電流は、３相の電力ライン２２４の１つまたは複数から測定可能であることが理解される。図２の計器ベース１０４は、さらに、ライン電圧監視用の電圧センサー２３２をも含む。電圧も、同様に、３相の電力ライン２２４の１つまたは複数から測定できる。このような実施形態は、広範囲の電力供給および広範囲の電圧検出を実質的に受け入れることができる。電流および電圧の両者を測定すると、本発明の主題事項に合致する実施形態が、真の電力消費を計算する能力を得ることになる。
【００１７】
図２に示す始動器の実施形態をさらに続けて参照すると、制御基板１０２は、手動―オフ―自動（ｈａｎｄ―ｏｆｆ―ａｕｔｏ）制御源スイッチ２０８および低―オフ―高（ｌｏｗ―ｏｆｆ―ｈｉｇｈ）モータ速度スイッチ２１０のようなユーザインタフェース制御器をも含むことができる。制御源スイッチ２０８は、ユーザが、手動指令による始動器の実施形態の運転、例えばモータ速度スイッチ２１０を使用することによる始動器の実施形態の運転か、あるいは、ビルディングオートメーションシステムにおいて実施される可能性があるような遠隔制御器から駆動される指令による運転のいずれかを選択することを可能にする。従って、制御基板１０２は、自動−低指令２１２、自動−高指令２１４および停止指令２１６のような複数の制御入力を受信するように構成される。また、定常運転状態信号２１８または故障信号２２０のような適切な出力信号も、制御基板１０２によって発生させることができる。
【００１８】
さらに別の表現として、かつ説明を容易にするために、図２が、少なくとも部分的に、請求項の主題事項を実施するおよび／または具現化するのに適した始動器の一実施形態の概略図を示す。このような始動器の実施形態用のマイクロプロセッサベースのプリント回路基板は、少なくとも部分的に所望の有利な機能を提供するために、独自にカスタマイズされたファームウェアを用いることができる。これは、ビルディングオートメーションの制御ロジックおよび通信を収納し得る始動器制御基板として具現化できる。特に図２を参照すると、３相モータ２００が３相の電力ライン２２４上で運転される。図２の始動器の実施形態は、図１のそれと類似の前記の制御基板１０２および計器ベース１０４を含む。図２に示すように、計器ベース１０４は電流センサーを含むことができる。もちろん、電流センサー、例えば変流器は、本出願の主題事項に合致して、計器ベースの付加的な構成要素を必要とすることなく、独立に用いることができる。図２の実施形態においては、電流センサーは、ライン電流を監視する変流器として表現されている（しかし当業者は、代替的な電流検出機構も請求項の主題事項に合致する形で実施可能であることを認めるであろう）。電流センサー１０６は、電流測定信号、電圧、または過負荷保護目的に適した他の出力２２２（および／または回路計量値、この機能が望ましい場合）を供給する。図２は、１つの電流センサー１０６のみを表現しているが、電流は、３相の電力ライン２２４の１つまたは複数から測定可能であることが理解される。
【００１９】
図２の始動器の実施形態をさらに続けて参照すると、制御基板１０２は、制御スイッチ２０８、２１０のような使用者インタフェース制御器をも含むことができる。制御スイッチ２０８、２１０は、使用者が、手動指令による始動器の実施形態の運転か、あるいは、ビルディングオートメーションシステムにおいて実施される可能性があるような遠隔制御器から駆動される指令による運転のいずれかを選択することを可能にする。従って、制御基板１０２は、自動−低指令２１２、自動−高指令２１４および停止指令２１６のような複数の制御入力を受信するように構成され得る。また、定常運転状態信号２１８または故障信号２２０のような適切な出力信号も、制御基板１０２によって発生させることができる。
【００２０】
本出願の主題事項に合致して、分離可能な接点２２８を含む接触器２０２の調整された操作を介してモータ２００を制御および保護するために、モータ制御基板１０２を用いることができる。図２の始動器の実施形態に示されるように、計器ベース１０４内に表現される変流器１０６を包含し得る過負荷リレーが、接触器２０２を介してモータ２００に対する過負荷保護を提供するために、電流測定値２２２を使用できる。制御基板１０２は、運転状態を監視し、接触器を、入力信号２１２、２１４、２１６および／または使用者インタフェーススイッチ２０８、２１０によって指示されるとおりに適切に制御する。
【００２１】
図２をさらに続けて参照すると、制御基板１０２は、定常運転状態指示２１８を組み込み型の特徴として提供するために、状態出力リレーを含むことも可能である。この実施形態は、複数態の代替的な機能に対して同じセンサーを用いることができる。例えば、電流センサー１０６を、過負荷保護および定常運転状態指示２１８を提供するために用いることができる。このような実施形態の機能は、全負荷アンペア数（ＦＬＡ）の少なくとも所定の百分率である被監視電流２２２に基づく状態報知用の自動検出を含むことができる。
【００２２】
前記のように、本明細書に記述する電子式過負荷装置または始動器の実施形態は、保護機器が初期校正されたかあるいは正しく校正されたかには関係なく、モータに対して実質的に自動的な保護を提供するように調整することが望ましい。当業者は、ここに記述される有利な機能性が、スタンドアロンの過負荷装置（電子式過負荷リレーのような）として、あるいは、このような過負荷保護を構成要素として含む始動器またはコンビネーションスタータの実施形態として、具現化され得ることを認めるであろう。回転子固定保護、サイクル異常保護、校正外保護、失速保護、および最長始動時間保護などが含まれるが、これに限定されないモータ保護の特徴が、少なくとも部分的に、本明細書に記述する実施形態のハードウェア、ソフトウェアおよび／またはファームウェアの構成要素間の協調によって可能になり得る。予期されるおよび／または潜在的な各故障条件を検出し、かつそれに対して保護するために、方法論と発見的解決法と手順との実施形態を用いることができるが、この方法論と発見的解決法と手順との実施形態は、ファームウェアおよび／または機械実行可能な命令（例えば状態機械の手順および／またはロジックを表す）の中に直接プログラムすることが可能であり、このファームウェアおよび／または機械実行可能な命令は、マイクロプロセッサベースの制御基板上のメモリまたはその制御基板がアクセス可能なメモリに保存されるか、あるいは、関連する電子装置内部の他の適切な場所に保存される。本発明の実施形態は、監視されている入力電流および時間に対する電流応答が与えられ、かつ過負荷保護用として指示されるＦＬＡ設定値が提供されると、保存された命令を実行することによって、自動的に所望のモータ保護および／または制御を提供できる。
【００２３】
本明細書に記述する保護機能を少なくとも部分的に可能にするために、過負荷装置および／または始動器（以下「保護および制御機器」と言う）は、始動時および／または運転時にモータが引き込む電流を監視できる。電流監視には、変流器、または過負荷装置の他の電流検出構成要素を用いることができる。監視されている電流は、続いて、制御／保護されている特定のモータ用の既知の予期される電流特性と比較される。例えば、トリップ等級１０のモータとして分類されたモータは、始動時における特定の予期される電流特性であって、適正な運転条件において時間に対して表示される電流特性を呈するであろう。同様に、予期されるおよび／または潜在的な故障条件は、その等級のモータに対して実質的に合致する変動電流特性を表示するであろう。同様に、トリップ等級２０のモータも、モータに影響する運転条件に応じて、実質的に、整合する電流引き込み挙動および／または特性を呈する。
【００２４】
図３は、通常のモータの運転に対する電流対時間特性をプロットした電流時間グラフの一例を示し、種々の潜在的な故障条件および／または非校正のモータ運転の例を表す。図３を参照すると、時間が水平軸上にプロットされ、電流がグラフ３００の垂直軸上にプロットされている。グラフ３００においては、時間に対して表現された種々の電流応答が、モータの正常な始動状況３０８と、回転子固定状況３０２、最長時間故障状況３０４、および校正外状況３０６とを例示する。これらの種々の電流応答が、全負荷アンペア数（ＦＬＡ）指示値３１０を参照して表現されている。
【００２５】
図３を参照すると、取り付け者またはモータの運転者が、図３に１０Ａとして表現されるＦＬＡ値３１０のような設定ＦＬＡ値を設定したとき（またはうっかりしてそれを省略したとき）に、保護の方法論を開始することができる。供給されるＦＬＡ値は、通常、モータの銘板、システムの回路図および／または他の便利で容易に入手可能な資料源から得られる。ＦＬＡは、適切な校正手順の一部として、モータ過負荷保護機器に提供される。しかし、ＦＬＡ値が本発明の実施形態に提供されなくても、あるいは、制御／保護されているモータの実際のＦＬＡと合致しない値を指示するように提供されても、本発明の実施形態の自動的な保護機能は、やはりモータを保護するであろう。好ましくない運転条件は、始動電流と、突入電流／ピーク電流と、定常運転電流超過時間と、指示されたまたは設定点のＦＬＡ値との１つまたは複数を比較することによって、かつ、これらの値のいくつかの間の関係を、対応して予期される関係であってモータに対する適正なまたは不適正な運転条件を指示する関係と比較することによって、少なくとも部分的に検出されかつ回避される。
【００２６】
図３を参照してこの概念を説明するために、正常な電流特性が応答３０８として描かれている。応答３０８から分かるように、始動時の初期電流は、ゼロからピーク値（図においては約６５Ａと表現されている）に急上昇し、続いて、ＦＬＡ値３１０より下の百分率に急速に再低下する。この突入電流の急上昇は誘導モータ用の始動条件を示している。例えば、伝統的な用途におけるモータの大部分が、ＦＬＡ値の約６〜１２倍の突入電流の急上昇を呈することが経験的に決定された。しかし、より高効率のモータの導入によって、ほとんどのモータを代表する突入電流急上昇の範囲は、より包括的にＦＬＡの５〜１３倍と指示することができる。換言すれば、正常な定常運転の電流は、通常、突入電流の１／１３〜１／５に低下する。予期される突入電流を適正に受け入れて、モータを始動させるときに、過負荷保護装置は、種々のモータ等級用として一般的に知られる標準的な逆トリップ曲線を用いる。このトリップ曲線は、延長された時間の間の過剰な電流によるモータの損傷を避けるための、過負荷保護に対する適切な時間応答を示すものである。例えば、逆トリップ曲線は、過負荷トリップの前に、モータがどの程度の時間特定の電流値に維持されるべきかを示すであろう。しかし、電流が、突入電流の急上昇の後十分に低下しなければ、あるいは、定常運転電流が許容し得る範囲内になければ、本発明の実施形態は、自動的に、そのような事象を、故障条件および／または校正の必要性を示すものとして検出するであろう。
【００２７】
さらに続けて図３を参照すると、回転子が固定された場合の電流応答３０２が示されている。回転子が固定されると、電流は、本質的にピーク値に留まるか、あるいは、突入電流のピークの後低下しない。この状況が、回路電流監視構成要素を介して、所定の時間、例えば単なる一例として３秒間生起するように検出されると、回転子固定の故障発生とすることができ、これを、警報、信号報知またはトリップによって指示できる。
【００２８】
図３には、最長始動時間故障３０４も表現されている。これは、電流がピークの突入電流値の後、定常的に低下するが、正常な運転特性３０８を示すに十分なほど急速には低下しないという特徴を有することができる。監視される継続進行電流が、たとえ低下するとしても、所定の時間内に、例えばトリップ等級１０のモータに許容された始動時過負荷条件の１０秒（またはトリップ等級２０のモータの場合は２０秒）以内に安全な運転の枠内（例えば単なる一例として測定されたピーク電流の１／１３〜１／５）に入るに十分な程急速には低下しない場合には、最長始動時間故障を指示することができ、その故障に、故障報知、トリップ作動、または他の適切な反応によって対処することができる。ＦＬＡの設定またはｉ２ｔ曲線には関係なく、本発明の実施形態は、この場合も、潜在的な過負荷損傷条件に対してモータを自動的に保護できる。
【００２９】
図３には、校正外故障３０６の一例も表現されている。この条件は、単なる一例として、取り付け者が、過負荷トリップを試験するがトリップを避けるために、高いＦＬＡ値を不正確に指示する場合に生じる可能性がある（例えば、取り付け者がすでに１つの過負荷トリップを経験し、別の過負荷トリップの際にシステムの再始動の煩わしさを避けようとする場合、取り付け者は実際のＦＬＡ設定より高い設定値を指示する）。ＦＬＡ設定の不適正指示には関係なく、本発明の実施形態は、モータが許容可能な運転範囲内で運転されていないことを検出できる。定常運転の電流と始動ピーク電流との比が、所定の許容可能な範囲を外れると、本発明の実施形態は、警報および／またはトリップを発動でき、あるいは、機器が校正または再校正を必要としていることを適切に指示できる。電流応答３０６は、突入電流の急上昇（２０Ａで表現されている）が、１０Ａの指示ＦＬＡの５〜１３倍になっていないという点で、校正が正しくないことを示している。これは、実際の突入電流を測定し、一例として、ＦＬＡに対する予期される突入電流の乗数の外側の限界値で除することによって、本発明の実施形態によって検出される。例えば、前記のように、突入電流がＦＬＡの５〜１３倍であると想定される場合は、測定された突入ピーク電流を５で除して、それを測定された定常運転電流と比較すると、校正外故障を検出できる。換言すれば、正常な定常運転電流は、ピーク電流値の１／１３〜１／５であるべきである。従って、正しくないＦＬＡ値が意図的に供給されたかまたは偶然に供給されたかには関係なく、本発明の実施形態は、同様に、モータを適切に保護するように機能するであろう。あるいは、検出された不一致を検出し適正な校正を要求する。
【００３０】
当業者は、本明細書の記述に従って構成される実施形態によって、付加的な保護機能を使用し得ることをも認めるであろう。例えば、回転子固定故障保護の場合と同様に、本発明の実施形態によって、モータに失速保護を付与することが可能である。失速状況においては、それがたとえモータの始動モードが完了した後に生起するとしても、電流は、正常な許容可能運転範囲の外側に急上昇し、その急上昇値に、および／またはその近傍に留まると予想されるであろう。本発明の実施形態は、それ自体として、モータが、始動時であれ、あるいは別の運転モード中であれ、確実に安全な運転範囲内で作動することを補助できる。また、本発明の実施形態に合致して、付加的なレベルの保護、例えばサイクル異常保護を提供することも可能である。サイクル異常保護を提供する場合は、始動器の実施形態、あるいは、モータに電流供給する接触器を操作する始動器制御基板と協調的に作動する過負荷リレーの実施形態において、検出される接触器始動信号の総数がサイクル異常を指示できる。例えば、接触器が１時間当たり１２００回を超える始動回数で操作されると、故障指示および／またはトリップによって、サイクル異常を指示できる。
【００３１】
以上述べた実施形態の詳細に対して、本発明の基底にある原理から離れることなく多くの変更をなし得ることは、当業者にとって明らかであろう。従って、本発明の範囲は、以下の請求項によってのみ決定されるべきである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
初期校正の有無または精度とは無関係にモータを自動的に保護するシステムにおいて、
モータに供給される少なくともピーク突入電流および定常運転電流を検出するための電流センサーを含む過負荷回路と、
前記モータに電力を選択的に供給するために設けられる接触器と、
マイクロプロセッサベースの制御基板であり、前記検出される定常運転電流を、予期される定常運転電流と比較するためのメモリ保存される実行可能な命令で、好ましくない比較に応答して、故障状況を指示するための実行可能な命令を実行する制御基板であって、その場合、前記予期される定常運転電流は、前記検出されるピーク突入電流との関係において決定されると共に前記モータに関する正常な運転条件を指示する、制御基板と、
を含む、ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記実行可能な命令が、前記過負荷回路のトリップをさらに指令する、ことを特徴とするシステム。
【請求項３】
請求項２に記載のシステムにおいて、前記トリップに応答して、前記接触器が前記モータへの電力の供給を遮断する、ことを特徴とするシステム。
【請求項４】
初期校正の有無または精度とは無関係にモータを自動的に保護する方法において、
モータへのピーク突入電流を測定するステップと
時間が経過してからの前記モータへの定常運転電流を測定するステップと、
前記測定される時間が経過してからの定常運転電流を、前記測定されるピーク突入電流および予期される時間が経過してからの定常運転電流の範囲と比較するステップであって、前記予期される定常運転電流の範囲は、前記測定されるピーク突入電流との関係において規定される、ステップと、
好ましくない比較に応答して、前記モータの保護動作を発動するステップと、
を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、前記保護動作がトリップ信号の発信を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項４に記載の方法において、前記保護動作が故障状況の報知を含む、ことを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記予期される定常運転電流が、前記検出されるピーク突入電流の百分率として計算される予期される値の範囲として表現される、ことを特徴とするシステム。
【国際調査報告】
2014529992.tif 000006