(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数可変駆動部から揚水用の電動機への出力周波数を、前記電動機の負荷量に応じて変動する前記電動機の駆動電流、電力量又はトルクである駆動系電気的要素の値が一定となるように可変制御する電動ポンプ装置であって、
前記駆動系電気的要素の値を検出するための電気的要素検出手段と、
予め駆動系電気的要素の第１目標値及びこの第１目標値よりも大きな第２目標値と、前記電動機への出力周波数又は出力電圧の下限値が設定され、前記電気的要素検出手段によって検出された駆動系電気的要素の値が前記第１目標値と一致するように、前記周波数可変駆動部に出力周波数の変更指令を与える一方、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を下回ったときに前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与える制御手段と、
を備えた電動ポンプ装置。
【請求項２】
請求項１記載の電動ポンプ装置であって、
前記制御手段は、
前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回ったときに、再度前記駆動系電気的要素の値が前記第１目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与える電動ポンプ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載の電動ポンプ装置であって、
前記制御手段は、
前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回らない状態で、予め設定された一定時間経過したときに、報知手段を介して異常の発生を報知する電動ポンプ装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の電動ポンプ装置であって、
前記制御手段は、
前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回らない状態で、予め設定された一定時間経過したときに、前記電動機を逆回転させる電動ポンプ装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電動ポンプ装置であって、
前記制御手段は、
前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回らない状態で、予め設定された一定時間経過したときに、出力周波数を増加させて電動機の加速を試みる電動ポンプ装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電動ポンプ装置であって、
前記制御手段は、
前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回らない状態で、予め設定された一定時間経過したときに、前記電動機を停止させる電動ポンプ装置。
【請求項７】
電動機への出力周波数を、前記電動機の負荷量に応じて変動する前記電動機の駆動電流、電力量又はトルクである駆動系電気的要素の値が一定となるように可変制御する電動ポンプ装置の制御方法であって、
検出された駆動系電気的要素の値が予め設定された第１目標値と一致するように、出力周波数を可変に制御する一方、その出力周波数又は出力電圧が予め設定された下限値を下回ったときに、前記駆動系電気的要素の値が、前記第１目標値よりも大きな第２の目標値と一致するように前記出力周波数を可変に制御する電動ポンプ装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、汚水槽等に用いられる電動ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動ポンプ装置として、図４に示すように、貯水槽（汚水槽）１内の底部にアンカーボルト等により固定設置される接続管２と、吐出口３ｂが前記接続管２の一端開口部に連通接続された状態で貯水槽１内の底部に設置される水中モータポンプ３と、前記接続管２の他端開口部に接続された配水管４と、水中モータポンプ３を制御するポンプ制御盤１０とを備えたものがある。
【０００３】
上記水中モータポンプ３は、誘導電動機３ｃ及び羽根車３ｄを内蔵しており、誘導電動機３ｃの駆動により羽根車３ｄを回転させて、吸込口３ａから貯水槽１内の汚水を吸込むようになっている。そして、このように吸込まれた汚水は、接続管２から配水管４を通って所定の送水先の貯水槽５まで送水されるようになっている。
【０００４】
ところで、この種の電動ポンプ装置のなかには、上記誘導電動機３ｃの回転速度等をポンプ制御盤１０に設けられたインバータによりインバータ制御するものがあり、この誘導電動機３ｃはインバータからの出力周波数に応じた回転速度で駆動することになる。
【０００５】
この場合の電動ポンプ装置の特性は図５（ａ）に示すようになる（但し、主として遠心ポンプや渦流ポンプ等の特性）。
【０００６】
即ち、図５（ａ）は、一定回転速度（インバータからの出力周波数ｆ0が一定）における水中モータポンプ３のＨ−Ｑ特性（吐出し量−全揚程特性）と、管路抵抗曲線▲１▼〜▲３▼との関係を示す図である（一点差線で示すＨ−Ｑ特性は後述する）。このうち管路抵抗曲線▲１▼は配水管４が長い、細い等の理由で配管抵抗ＨLが大きい場合（ＨL＝ＨL1）、管路抵抗曲線▲２▼は配管抵抗ＨLが中程度の場合（ＨL＝ＨL2）、管路抵抗曲線▲３▼は配水管４が短く太い等の理由で配管抵抗ＨLが小さい場合（ＨL＝ＨL3）を、それぞれ示している。なお、全揚程Ｈは、送水元の貯水槽１の水位と送水先の貯水槽５の水位との水位差である実揚程Ｈａ（図４参照）とその配管抵抗等ＨL（接続管２や配水管４での損失）との合計であるが、図５（ａ）では理解を容易にするため実揚程Ｈａ＝０にして配管等での損失ＨLのみを考慮している。
【０００７】
この図５（ａ）では、水中モータポンプ３のＨ−Ｑ特性と管路抵抗曲線▲１▼〜▲３▼とのそれぞれの交点が水中モータポンプ３の運転点となる。
【０００８】
従って、図５（ａ）に示すように、管路抵抗ＨLが大きくなるに従って吐出し量Ｑが少なくなることがわかる。
【０００９】
また、各吐出し量Ｑに対する誘導電動機３ｃの駆動電流Ｉ及び電力量Ｐは、図５（ｂ）及び図５（ｃ）の実線に示すようになり、ポンプの吐出し量Ｑが増えるに従って、誘導電動機３ｃの負荷量は大きくなり電流Ｉ，消費電力量Ｐは共に大きくなる。
【００１０】
従って、一定回転速度（出力周波数ｆ0が一定）の条件下で水中モータポンプ３を運転した場合、実揚程Ｈａや損失Ｈ１が変動して、吐出し量Ｑが多い状態になると、誘導電動機３ｃはその駆動電流Ｉ及び消費電力量Ｐが共に大きい過負荷な状態となる傾向になり好ましくなく、また、吐出し量Ｑが少ない状態になると誘導電動機３ｃの電流Ｉ及び消費電力量Ｐが共に小さく、誘導電動機３ｃの能力を充分に引出していない状態となって好ましくない。
【００１１】
そこで、誘導電動機３ｃの能力を過不足無く引出すため、特開平９−９６２９１号公報に開示の電動ポンプでは、電動機の電流Ｉや消費電力量Ｐが予め設定された一定の値となるように、インバータから当該モータへの出力周波数ｆまたは出力電圧Ｖを制御する方法が開示されている。
【００１２】
この場合、電動機３ｃの消費電流Ｉが一定値Ｉｏとなるように、出力周波数ｆまたは出力電圧Ｖをインバータ制御すると、吐出し量Ｑに対する全揚程Ｈ，電流Ｉ，電力量Ｐは図５（ａ）〜図５（ｃ）の一点鎖線に示すようになり、電動機３ｃの能力を過不足無く引出せるようになる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この制御方法では、どのような運転状況であっても電流Ｉ又は電力量Ｐの値を一定にするように制御するため、汚物等によって羽根車３ｄが閉塞してしまうと、その閉塞解除に必要なトルクを発生させるだけの電流Ｉ又は電力量Ｐを得ることができずに停止に至ってしまうという問題がある。そして、その場合には、ポンプ装置のユーザーが水中モータポンプ３を貯水層１から引上げて分解し、閉塞原因となっている汚物を取除かなければいけなくなる。
【００１４】
これをより具体的に、電流Ｉが所定のＩOで一定となるようにインバータ制御を行った場合について説明する。
【００１５】
図６は、電流Ｉが所定の目標電流値ＩO一定となるように制御する処理を示すフローチャートである。
【００１６】
即ち、電流Ｉが所定の目標電流値ＩO一定となるように制御するためには、図６に示すように、誘導電動機３ｃの電流Ｉを検出し、ステップＴ１においてその検出電流Ｉと前記目標電流値ＩOとを比較する。ここで、検出電流Ｉが前記目標電流値ＩOよりも小さいと判断された場合には、ステップＴ２に進んで出力周波数ｆを増大させる。また、ステップＴ１において検出電流Ｉと前記目標電流値ＩOとが同じであった場合には、ステップＴ３に進んで出力周波数ｆをそのままに維持する。また、ステップＴ１において検出電流Ｉが前記目標電流値ＩOよりも大きいと判断された場合には、ステップＴ４に進んで出力周波数ｆを減少させる。
【００１７】
このように電流Ｉを一定にする制御を行った場合、インバータからの出力周波数ｆと、出力電圧Ｖ及びトルクＴ，電流Ｉ，電力量Ｐのそれぞれの関係は、図７（ａ）〜図７（ｄ）に示すようになる。
【００１８】
なお、図７（ａ）に示すように、基底周波数ｆ0以下の領域では、Ｖ／ｆが一定で定トルク運転を行っており、基底周波数ｆ0以上の領域では電圧Ｖが一定の定出力運転を行っている。また、図７（ｂ）は、ポンプ負荷トルク曲線▲１▼〜▲３▼と、誘導電動機３ｃのｆ−Ｔ特性（周波数−トルク特性）との関係を示している。ポンプ負荷トルク曲線▲１▼〜▲３▼は、それぞれ図５の管路抵抗曲線▲１▼〜▲３▼と対応しており、即ち、ポンプ負荷トルク曲線▲１▼は配管抵抗ＨLが大きい場合（ＨL＝ＨL1）、ポンプ負荷トルク曲線▲２▼は配管抵抗ＨLが中程度の場合（ＨL＝ＨL2）、ポンプ負荷トルク曲線▲３▼は配管抵抗ＨLが小さい場合（ＨL＝ＨL3）を、それぞれ示している。
【００１９】
この場合、図７（ｂ）に示すように、誘導電動機３ｃは、ポンプ負荷トルク曲線（１）〜（３）と、誘導電動機３ｃのｆ−Ｔ特性（周波数−トルク特性）との交点で運転されるので、配管抵抗ＨL１1の場合（曲線（１））には、比較的大きい出力周波数ｆ1で運転され、配管抵抗ＨL2の場合（曲線（２））には中程度の出力周波数ｆ0で運転され、配管抵抗ＨL3の場合（曲線（３））には比較的小さい出力周波数ｆ3で運転される。つまり、配管抵抗ＨLが大きくなるに従って出力周波数ｆは大きくなる（ちなみに、図５（ａ）に一点鎖線で示すＨ−Ｑ特性と管路抵抗曲線（１）〜（３）との各交点である水中モータポンプ３の運転点における出力周波数ｆは、それぞれｆ1，ｆ0，ｆ3となる）。なお、本段落以外では、曲線（１）、曲線（２）、曲線（３）は、それぞれ数字を丸で囲った表記で示されている。
【００２０】
ところが、電動ポンプ装置に汚物等による閉塞が生じると、電動機３ｃに過大な負荷が加わって駆動電流Ｉが増加する傾向となる。このため、図６のフローチャートでＴ１からＴ４に進む処理（駆動電流Ｉを減少させようとする処理）を繰返して行うようになり、図８に示すように、出力周波数ｆが減少を続けてしまい、水中モータポンプ３はやがて停止してしまうことになる。なお、閉塞時の衝撃により多少の電流Ｉの上昇は期待できるものの、電流Ｉを一定値ＩOにするように制御しているため結果的に出力トルクＴが閉塞解除トルクＴｃよりも小さくなってしまい、閉塞状態の解除はできない。
【００２１】
そこで、この発明の課題は、電動機を過不足無く適切な状態で駆動でき、かつ、汚物等に起因する閉塞停止を防止し得る電動ポンプ装置及びその制御方法を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく、請求項１記載の電動ポンプ装置は、周波数可変駆動部から揚水用の電動機への出力周波数を、前記電動機の負荷量に応じて変動する前記電動機の駆動電流、電力量又はトルクである駆動系電気的要素の値が一定となるように可変制御する電動ポンプ装置であって、前記駆動系電気的要素の値を検出するための電気的要素検出手段と、予め駆動系電気的要素の第１目標値及びこの第１目標値よりも大きな第２目標値と、前記電動機への出力周波数又は出力電圧の下限値が設定され、前記電気的要素検出手段によって検出された駆動系電気的要素の値が前記第１目標値と一致するように、前記周波数可変駆動部に出力周波数の変更指令を与える一方、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を下回ったときに前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与える制御手段と、を備えるものである。
【００２３】
なお、請求項２記載のように、前記制御手段は、前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回ったときに、再度前記駆動系電気的要素の値が前記第１目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えるものであってもよい。
【００２４】
また、請求項３記載のように、制御手段は、前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回らない状態で、予め設定された一定時間経過したときに、報知手段を介して異常の発生を報知するものであってもよい。
【００２５】
さらに、請求項４記載のように、前記制御手段は、前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回らない状態で、予め設定された一定時間経過したときに、前記電動機を逆回転させるものであってもよい。
【００２６】
また、請求項５記載のように、前記制御手段は、前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回らない状態で、予め設定された一定時間経過したときに、出力周波数を増加させて電動機の加速を試みるものであってもよい。
【００２７】
また、請求項６記載のように、前記制御手段は、前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回らない状態で、予め設定された一定時間経過したときに、前記電動機を停止させるものであってもよい。
【００２８】
さらに、請求項７記載の電動ポンプ装置の制御方法は、電動機への出力周波数を、前記電動機の負荷量に応じて変動する前記電動機の駆動電流、電力量又はトルクである駆動系電気的要素の値が一定となるように可変制御する電動ポンプ装置の制御方法であって、検出された駆動系電気的要素の値が予め設定された第１目標値と一致するように、出力周波数を可変に制御する一方、その出力周波数又は出力電圧が予め設定された下限値を下回ったときに、前記駆動系電気的要素の値が、前記第１目標値よりも大きな第２の目標値と一致するように前記出力周波数を可変に制御するものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
｛実施の形態｝
以下、この発明の実施の形態に係る電動ポンプ装置について説明する。
【００３０】
この電動ポンプ装置は、図４に示す電動ポンプ装置におけるポンプ制御盤１０の代りに、図１に示すポンプ制御盤２０を備えている。なお、その他の構成要素、即ち、水中モータポンプ３や接続管２、配水管４については、本実施の形態に係る電動ポンプ装置も同様構成のものを備えているため、以下の説明ではそれらの構成要素については同一符号を用いてそれらの説明を省略する。
【００３１】
このポンプ制御盤２０は、商用電源等からの電力供給を受けて誘導電動機３ｃを駆動するインバータ部３０と、このインバータ部３０を制御する主制御部２５とが所定のケース内に収容されてなる。
【００３２】
インバータ部３０は、誘導電動機３ｃに所定出力周波数及び所定出力電圧の電力を供給するための周波数可変駆動部としての主回路部３１と、この主回路部３１からの出力周波数や出力電圧を制御するためのインバータ内制御部３２と、前記主回路部３１から誘導電動機３ｃに出力される電流Ｉ（誘導電動機３ｃの駆動電流Ｉ）を検出するための電流検出部３３とを備える。
【００３３】
主回路部３１は、商用の交流電源を直流に変換するコンバータ回路や平滑化された直流電源を所定周波数及び所定電圧の交流電源に変換するインバータ回路等を有しており、その入力側の電源線２１が商用の交流電源等に接続されると共に出力側の電源線２２が誘導電動機３ｃに接続され、インバータ内制御部３２より与えられる設定指令に応じた出力周波数及び出力電圧で誘導電動機３ｃを駆動可能に構成される。
【００３４】
また、電流検出部３３は、主回路部３１から誘導電動機３ｃへの電源線２２の途中に挿入されており、当該主回路部３１から誘導電動機３ｃに流れる電流Ｉを検出し、その検出信号をインバータ内制御部３２に出力するように構成される。
【００３５】
インバータ内制御部３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を備える一般的なマイクロコンピュータが使用され、その演算動作はすべて予め格納されたソフトウェアプログラムによって実行されるものであり、前記電流検出部３３より与えられる電流の検出信号に基づいて、その検出された駆動電流Ｉの値が所定の目標電流値ＩOと一致するように主回路部３１からの出力周波数ｆ及び出力電圧Ｖを制御する電流一定制御機能を有する。
【００３６】
即ち、インバータ内制御部３２は、電流検出部３３より与えられる電流の検出信号に基づいてその駆動電流の値Ｉを求め、この検出電流Ｉと所定の目標電流値ＩOとの大小を比較する。なお、所定の目標電流値ＩOは主制御部２５により与えられる値であり、その目標電流値ＩOの設定基準については後述する。そして、比較の結果、検出電流Ｉが目標電流値ＩOよりも小さい場合には、その検出時点での出力周波数ｆよりも増大させた出力周波数ｆの設定指令を主回路部３１に与える。また、検出電流Ｉと目標電流値ＩOが同じ場合には、検出時点での出力周波数ｆと同じ出力周波数ｆの設定指令を主回路部３１に与える。さらに、検出電流Ｉが目標電流値ＩOよりも大きい場合には、検出時点での出力周波数ｆよりも小さな出力周波数ｆの設定指令を主回路部３１に与える。これにより、主回路部３１からの出力周波数が、前記各設定指令に応じて増減するので、駆動電流Ｉが一定になるように制御される。なお、このように主回路部３１に与えられた出力周波数ｆの設定指令は主制御部２５にも与えられる。
【００３７】
なお、このインバータ部３０は、基底周波数ｆ0以下ではＶ／ｆ一定制御を行い、基底周波数ｆ0以上では電圧一定制御を行うものであり（図７（ａ）参照）、従って、インバータ内制御部３２から前記主回路部３１に前記出力周波数ｆの設定指令が与えられると、前記インバータ内制御部３２から主回路部３１にＶ／ｆ一定制御又は電圧一定制御に応じた出力電圧の設定指令が与えられる。
【００３８】
また、主制御部２５は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を備える一般的なマイクロコンピュータが使用され、その演算動作はすべて予め格納されたソフトウェアプログラムによって実行されるものであり、前記インバータ内制御部３２により与えられた出力周波数ｆに応じてインバータ内制御部３２に第１目標電流値ＩO1又は第２目標電流値ＩO2を与える機能と、目標電流値ＩO2を与えた後一定時間ｔ経過後に所定の条件下でインバータ内制御部３２に誘導電動機３ｃの停止指令を与えると共に報知手段としてのスピーカ４０を通じて異常を通報するタイマ機能とを有する。
【００３９】
即ち、主制御部２５は、インバータ内制御部３２により与えられる出力周波数ｆと予め設定された下限周波数ｆLとの大小関係を判断しており、ｆ≧ｆLの場合（通常動作状態）では、インバータ内制御部３２に第１目標電流値ＩO1を与える。これにより、インバータ部３０は、検出電流Ｉが当該第１目標電流値ＩO1と一致するように出力周波数ｆ及び出力電圧Ｖを制御するようになる。ここで、第１目標電流値ＩO1はインバータ部３０の通常動作状態での目標値であるので、誘導電動機３ｃの定格電流以下に設定するのが好ましい。また、下限周波数ｆLは、汚物等の詰りによる閉塞を検出するための値であるので、基底周波数ｆ0よりも充分に低い値、例えば、基底周波数ｆ0が６０Ｈｚである場合には、ｆL＝２０〜４０Ｈｚの範囲内の値に設定するのが好ましい。
【００４０】
一方、ｆ＜ｆLの場合（閉塞発生状態）では、インバータ内制御部３２に第１目標電流値ＩO1よりも大きい２目標電流値ＩO2を与える。これにより、インバータ部３０は、当該検出電流Ｉが当該第２目標電流値ＩO2と一致するように出力周波数ｆ及び出力電圧Ｖを制御するようになる。ここで、第２目標電流値ＩO2は閉塞を解除させるために充分なトルクを誘導電動機３ｃに発生させるための値であるので、可及的に高い値に設定するのが好ましく、例えば、第１目標電流値ＩO1の２倍以上の値に設定することができる。なお、この第２目標電流値ＩO2での電流一定制御は短時間の運転を前提としているので（次に述べる）、その第２目標電流値ＩO2が誘導電動機３ｃの定格電流以上であっても差支えない。
【００４１】
また、主制御部２５は、前記インバータ内制御部３２に第２目標電流値ＩO2の指令を与えた後、ｆ＜ｆLの状態が一定時間ｔ経過したかどうかを判断し、一定時間ｔ経過したときに、インバータ内制御部３２に停止指令を与える。これにより、誘導電動機３ｃが停止しその焼損を防止することができる。また、これと同時にスピーカ４０を通じて異常を通報する。ここで、一定時間ｔは上記第２目標電流値ＩO2で駆動された誘導電動機３ｃが耐え得る時間、例えば、１０秒程度に設定する。
【００４２】
＜動作＞
次に、この電動ポンプ装置の動作について、図２及び図３を参照して説明する。
【００４３】
なお、初期設定として、予め主制御部２５のメモリには、第１目標電流値ＩO1，第２目標電流値ＩO2、及び下限周波数ｆLがストアされているものとする。
【００４４】
そして、電動ポンプ装置が通常動作状態（ここに至るまでの動作は省略）に移行すると、図２のフローチャートに示す処理が行われる。
【００４５】
即ち、ステップＳ１において、主制御部２５からインバータ内制御部３２に第１目標電流値ＩO1の設定指令が与えられ、ステップＳ２において、インバータ内制御部３２により、電流検出部３３からの検出信号に基づいて当該検出された駆動電流Ｉと第１目標電流値ＩO1との大小の比較が行われる。そして、駆動電流Ｉが第１目標電流値ＩO1よりも小さいと判断されたときは（例えば、出力周波数ｆの一定条件下では吐出し量Ｑが少なくなると駆動電流Ｉが減少する傾向になる）、ステップＳ３に進んで、電流Ｉの検出時点での出力周波数ｆよりも増大させた出力周波数ｆの設定指令を主回路部３１に与える。これにより主回路部３１からの出力周波数ｆが増大して、誘導電動機３ｃの回転速度が大きくなる。また、ステップＳ２において、駆動電流Ｉと第１目標電流値ＩO1とが同一であると判断されたときには、ステップＳ４に進んで、電流Ｉの検出時点での出力周波数ｆと同じ出力周波数ｆの設定指令を主回路部３１に与える。また、ステップＳ２において、駆動電流Ｉが第１目標電流値ＩO1よりも大きいと判断されたときには（例えば、出力周波数ｆの一定条件下では吐出し量Ｑが多くなると駆動電流Ｉが増加する傾向となる）、ステップＳ５に進んで電流Ｉの検出時点での出力周波数ｆよりも減少させた出力周波数ｆの設定指令を主回路部３１に与える。これにより主回路部３１からの出力周波数ｆが減少して、誘導電動機３ｃの回転速度が小さくなる。
【００４６】
そして、ステップＳ３〜Ｓ５の処理がなされた後、ステップＳ６に進んで、主制御部２５によりインバータ内制御部３２より与えられる出力周波数ｆと下限周波数ｆLとの大小関係が判断され、ｆ＜ｆLではない場合（閉塞が生じていない場合）には、ステップＳ１に戻ってステップＳ１〜Ｓ６の処理が行われる。閉塞が生じていない状態では、これらステップＳ１〜Ｓ６の処理が繰り返し行われ、吸込量（全揚程Ｈ等）の変動に応じて適切な出力周波数ｆで誘導電動機３ｃが駆動される。
【００４７】
一方、羽根車３ｄ等が異物で閉塞した状態では、誘導電動機３ｃに過大な負荷がかかって駆動電流Ｉが増加するため、閉塞当初にはステップＳ２からステップＳ５に進む処理が繰り返し行われ、出力周波数ｆが減少していく（図３（ａ）〜図３（ｄ）のｆ0からｆLに向う過程参照）。そして、出力周波数ｆ1が下限周波数ｆLよりも小さくなってステップＳ６においてｆ1＜ｆLと判断されると、ステップＳ７において主制御部２５からインバータ内制御部３２に目標電流値ＩOとして第１目標電流値ＩO1に代り第２目標電流値ＩO2が与えられる。これにより、インバータ部３０は、当該検出電流Ｉが当該第２目標電流値ＩO2と一致するように出力周波数ｆ及び出力電圧Ｖを制御し、誘導電動機３ｃのトルクＴ及び駆動電流Ｉ，電力量Ｐが急激に増加する（図３（ａ）〜図３（ｄ）のｆ2参照）。
【００４８】
次に、ステップＳ８において目標電流値ＩOを第２目標電流値ＩO2にする設定指令を与えてから所定の設定時間ｔ以上経過したか否かが判断され、設定時間ｔ以上経過していない場合には、ステップＳ２に進む。これにより、主制御部２５は、検出電流Ｉを当該第２目標電流値ＩO2と比較してステップＳ２の処理を行い、この際、急に大きな第２目標電流値ＩO2となるのでＩ＜ＩO2と判断されてステップＳ３に進み出力周波数ｆが増大される（図３（ａ）〜図３（ｄ）のｆ2からｆ´Lに向う過程参照）。
【００４９】
ここで、増加したトルクＴが閉塞（異物詰り）を解除するために必要なトルクＴｃを上回ると（図３（ｂ）参照）、上記閉塞（異物詰り）は解除され、その後、出力周波数ｆが下限周波数ｆLに達するまで検出電流Ｉの目標値をＩO2に設定したままでステップＳ２，Ｓ３，Ｓ６〜Ｓ８の処理が繰り返しなされる。やがて出力周波数ｆが下限周波数ｆLに達して、ステップＳ６においてｆ＜ｆLではないと判断されると、ステップＳ６からステップＳ１に進んで検出電流Ｉの目標値を第１目標電流値ＩO1に設定し、こうしてステップＳ１〜Ｓ６の処理が繰り返し行われる通常動作状態に戻る（実際には、加速時の周波数にはヒステリシスがあるためステップＳ６からステップＳ１に進む周波数ｆ´LはｆL＋２〜３Ｈｚになる）。
【００５０】
一方、増加したトルクＴが閉塞の解除に必要なトルクＴｃを越えられず、閉塞を解除できないまま設定時間ｔが経過すると、ステップＳ８の判断処理が肯定され、ステップＳ９に進んで主制御部２５からインバータ内制御部３２に停止指令を与える。これにより、誘導電動機３ｃが停止するようになる。また、これと同時にスピーカ４０を通じて異常が通報される。
【００５１】
以上のように構成された電動ポンプ装置によると、通常動作状態では、誘導電動機３ｃへの駆動電流Ｉが第１目標電流値ＩO1に一致するように、インバータ部３０の主回路部３１から誘導電動機３ｃへの出力周波数を可変制御しているため、揚程Ｈ等の変動に応じて誘導電動機３ｃを適切な状態で駆動できる。
【００５２】
さらに、主回路部３１からの出力周波数ｆが予め設定された下限周波数ｆL以下になった閉塞状態では、誘導電動機３ｃへの駆動電流Ｉが、前記第１目標電流値ＩO1よりも大きな第２目標電流値ＩO2になるように、出力周波数ｆを可変制御しているため、これにより電動機３ｃからの出力トルクＴを大きくして閉塞状態を解除し得る。従って、使用者による水中モータポンプ３の引上げ作業等を極力無くすることができる。
【００５３】
また、これにより閉塞状態を解除できない場合であっても、第２目標電流値ＩO2にしてから設定時間ｔ経過後には、誘導電動機３ｃの駆動を停止させるようにしているため、誘導電動機３ｃの損傷を防止することができる。なお、本実施の形態では、報知手段としてスピーカ４０を用いたがその他の報知手段、例えば、パトライトや電話回線による通報手段等を用いるようにしてもよい。
【００５４】
しかも、この際、合わせてスピーカ４０を通じて異常通報しているため、使用者にその異常を知らせて、水中モータポンプ３の引上げ分解汚物除去作業を促すことができる。
【００５５】
｛変形例｝
なお、上記ステップＳ８とステップＳ９の間（図２のステップＳ１０参照）で、主制御部２５からインバータ内制御部３２に誘導電動機３ｃを逆方向に回転させる指令を与えて誘導電動機３ｃを逆回転させる処理を行うようにしてもよい。このように、誘導電動機３ｃを逆回転させると、羽根車３ｄの回転が逆になって閉塞が解除され易くなる。なお、この場合、誘導電動機３ｃを１〜２回程度、２秒／回の速度で逆回転させるのが好ましい。また、このように逆回転させた場合には、逆回転指令を与えた後、再度正回転させる指令を与えた場合において、逆回転により閉塞が解除されたときには再加速してステップＳ１に戻って通常運転状態に復帰させ、また、逆回転させても閉塞が解除されなかった場合には再加速できず、ステップＳ９の処理を行わせるのが好ましい。
【００５６】
あるいは、ステップＳ８とステップＳ９の間（図２のステップＳ１０参照）で、主制御部２５からインバータ内制御部３２に検出された駆動電流Ｉの値に拘らず出力周波数ｆを増大させる指令を与えて、誘導電動機３ｃの駆動電流Ｉ及びトルクを増大させて再加速を試みるようにしてもよい（リトライ運転）。なお、この場合、駆動電流Ｉを２秒／回程度で１〜２回程度増大させるようなリトライ運転をするのが好ましい。この場合、閉塞を解除させることができると誘導電動機３ｃが再加速されるので、ステップＳ１に戻るようにする。一方、閉塞を解除させることができなかったときには誘導電動機３ｃを再加速することができないのでステップＳ９を行わせるのが好ましい。
【００５７】
なお、本実施の形態においては、第１及び第２目標電流値ＩO1，ＩO2を設定し、検出電流Ｉがこれらに一致するように出力周波数ｆを可変制御しているが、他に、検出された誘導電動機３ｃの電力量Ｐ或はトルクＴが予め設定された第１及び第２目標電力値或は第１及び第２目標出力トルク値に一致するように出力周波数ｆを可変制御するようにしてもよい。
【００５８】
また、出力周波数ｆが下限周波数ｆL以下かどうかを基準として、電流Ｉの目標電流値ＩOを第１目標電流値ＩO1から第２目標電流値ＩO2に代えるようにしているが、インバータ部３０においてＶ／ｆ一定制御をしている場合等、出力周波数ｆに１対１で対応する電圧Ｖを出力するように制御している場合には、下限周波数ｆLの代りに下限電圧ＶLを設定しておき、出力電圧Ｖが下限電圧ＶL以下かどうかを基準として、電流Ｉの目標電流値ＩOを代えるようにしてもよい。
【００５９】
なお、本実施の形態は、主として遠心ポンプや渦流ポンプ等、配管抵抗が大きくなると流量Ｑが少なくなって駆動電流が小さくなるタイプの電動ポンプ装置についてのものであるが、軸流ポンプや斜流ポンプ等、流量Ｑが少なくなると駆動電流が大きくなるタイプの電動ポンプ装置についても、駆動電流の増減による出力周波数等の増減を逆に制御すれば、同様に適用することができる。
【００６０】
また、第２目標電流ＩO2は、あえて設定しなくても、インバータの短時間過負荷電流としてもよい。
【００６１】
また、本実施の形態では、制御手段の各機能を、インバータ内制御部３２と主制御部２５に分けて持たせたが、これらの各機能は物理的に一の制御手段に統合してあってもよいし、また、必要に応じて各機能が物理的に複数の制御手段に割振られていてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１記載の電動ポンプ装置によると、電動機の駆動電流、電力量又はトルクである駆動系電気的要素の値を検出するための電気的要素検出手段と、予め駆動系電気的要素の第１目標値及びこの第１目標値よりも大きな第２目標値と、前動機への出力周波数又は出力電圧の下限値が設定され、前記電気的要素検出手段によって検出された駆動系電気的要素の値が前記第１目標値と一致するように、前記周波数可変駆動部に出力周波数の変更指令を与える一方、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を下回ったときに前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与える制御手段と、を備えているため、通常動作状態では全揚程等の変動に応じて電動機を適切な状態で駆動できると共に、閉塞状態に陥ると電動機からの出力トルクを大きくして閉塞状態を解除させ得る。
【００６３】
また、請求項２記載のように、前記制御手段は、前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回ったときに、再度前記駆動系電気的要素の値が前記第１目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えるようにすると、閉塞解除後、通常動作状態に復帰することができる。
【００６４】
また、請求項３記載のように、制御手段が、前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回らない状態で、予め設定された一定時間経過したときに、報知手段を介して異常の発生を報知すると、作業者側においてその異常の発生を認識することができる。
【００６５】
さらに、請求項４記載のように、前記制御手段が、前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回らない状態で、予め設定された一定時間経過したときに、前記電動機を逆回転させるようにすると、閉塞の解除がされ易くなる。
【００６６】
また、請求項５記載のように、前記制御手段が、前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回らない状態で、予め設定された一定時間経過したときに、出力周波数を増加させて電動機の加速を試みるようにしても、閉塞の解除がされ易くなる。
【００６７】
また、請求項６記載のように、前記制御手段が、前記駆動系電気的要素の値が前記第２目標値と一致するように出力周波数の変更指令を前記周波数可変駆動部に与えた後、その出力周波数又は出力電圧が前記下限値を上回らない状態で、予め設定された一定時間経過したときに、前記電動機を停止させるようにすると、電動機の焼損を防止することができる。
【００６８】
また、この発明の請求項７記載の電動ポンプ装置の制御方法によると、検出された電動機の駆動電流、電力量又はトルクである駆動系電気的要素の値が予め設定された第１目標値と一致するように、出力周波数を可変に制御する一方、その出力周波数又は出力電圧が予め設定された下限値を下回ったときに、前記駆動系電気的要素の値が、前記第１目標値よりも大きな第２の目標値と一致するように前記出力周波数を可変に制御するため、通常動作状態では全揚程等の変動に応じて電動機を適切な状態で駆動できると共に、閉塞状態に陥ると電動機からの出力トルクを大きくして閉塞状態を解除させ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態に係る電動ポンプ装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】同上の電動ポンプ装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】電動ポンプ装置の動作中の変化特性を示す図であり、図３（ａ）は出力周波数ｆと出力電圧Ｖとの関係を示す図であり、図３（ｂ）は出力周波数ｆとトルクＴとの関係を示す図であり、図３（ｃ）は出力周波数ｆと電流Ｉとの関係を示す図であり、図３（ｄ）は出力周波数ｆと電力量Ｐとの関係を示す図である。
【図４】電動ポンプ装置の全体的構成を示す説明図である。
【図５】電動ポンプ装置の動作中の変化特性を示す図であり、図５（ａ）は吐出し量Ｑと全揚程Ｈとの関係を示す図であり、図５（ｂ）は吐出し量Ｑと電流Ｉとの関係を示す図であり、図５（ｃ）は吐出し量Ｑと電力量Ｐとの関係を示す図である。
【図６】従来の電動ポンプ装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】電動ポンプ装置の動作中の変化特性を示す図であり、図７（ａ）は出力周波数ｆと出力電圧Ｖとの関係を示す図であり、図７（ｂ）は出力周波数ｆとトルクＴとの関係を示す図であり、図７（ｃ）は出力周波数ｆと電流Ｉとの関係を示す図であり、図７（ｄ）は出力周波数ｆと電力量Ｐとの関係を示す図である。
【図８】電動ポンプ装置の動作中の変化特性を示す図であり、図８（ａ）は出力周波数ｆとトルクＴとの関係を示す図であり、図８（ｂ）は出力周波数ｆと電流Ｉとの関係を示す図であり、図８（ｃ）は出力周波数ｆと電力量Ｐとの関係を示す図である。
【符号の説明】
１  貯水層
２  接続管
３  水中モータポンプ
３ａ  吸込口
３ｃ  誘導電動機
４  配水管
２０  ポンプ制御盤
２５  主制御部
３０  インバータ部
３１  主回路部
３２  インバータ内制御部
３３  電流検出部
４０  スピーカ
【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】
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【図７】
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【図８】
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