(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力盤と流体機械などの機器類を駆動するモータとの間に電気的に接続して使用されるコントローラにおいて、
動力盤からの電力の供給に連動して自動的に出力を開始する周波数変換器と、
周波数変換器を収容する略密閉構造のケースと、
ケースの外部から周波数変換器に電力を供給する入力手段と、
周波数変換器からケース外部へ電力を供給する出力手段と、
前記ケースに固着され、開放面を配管に密着させて周波数変換器の発熱を該配管内の流体に放熱する放熱手段と、
周波数変換器が故障信号を発した場合には、入力手段と出力手段を周波数変換器から電気的に切り離し、入力手段と出力手段をケース内で直接電気的に接続する商用電源バックアップ回路を備えたことを特徴とするコントローラ。
【請求項２】
前記ケースの外側にモータに供給する電力の周波数を切替える段階式の周波数調整つまみを設け、周波数設定値のうちの１つは商用電源周波数と同一であり、商用電源周波数を選択した場合には、周波数変換器を電気的に切り離し、入力手段と出力手段をケース内で直接電気的に接続するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はコントローラに係り、特に流体機械等の機器類を駆動するモータの回転数を調整することで省エネルギー化を図ることができる周波数変換器（インバータ）を活用したコントローラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体機械等の機器類を駆動する既存のモータと既存の制御盤を繋ぐ動力線に周波数変換器を割り込ませ、モータの回転数を調整することで省エネルギーを図る技術が知られている。この手法は、給水装置のような激しい負荷変動を伴う用途のみではなく、循環用ポンプおよび送風機などの各種流体機械においても、極めて有効な省エネルギー手段となる。
【０００３】
この種の周波数変換器は、インバータ駆動による電圧降下等によって、モータの巻線温度上昇値が商用電源駆動時よりも高くなってしまうことを考慮して、その最高出力周波数を商用電源周波数よりも低めに設定している。従って、何らかの事情により、モータを商用電源周波数で駆動させたい場合には、周波数変換器を動力線から切り離して、文字通り商用電源で直にモータを駆動させる必要がある。
また、万が一、周波数変換器に故障が発生した場合にも、同様に、動力線の繋ぎ替えを行って、商用電源に切り替える必要がある。
【０００４】
前記動力線の周波数変換器から商用電源への繋ぎ替えを容易にするため、例えば動力盤と周波数変換器の中間に商用電源切替用（バックアップ用）の中継盤（中継ボックス）を設ける等の対策を施すことが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、既存の設備では、中継盤を設置する設置スペースの確保が困難な場合が多いばかりでなく、周波数変換器が故障した時に、この故障信号に基づいて自動バックアップ回路を動作させるためには、中継盤に制御回路を設けるとともに、中継盤と周波数変換器とを信号線で連絡する必要がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み、インバータ運転と商用電源運転の切り替えを容易に行え、また周波数変換器が故障した時に、商用電源バックアップを容易に機能させることができるバックアップ回路を内蔵したコントローラを提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、本発明は、動力盤と流体機械などの機器類を駆動するモータとの間に電気的に接続して使用されるコントローラにおいて、動力盤からの電力の供給に連動して自動的に出力を開始する周波数変換器と、周波数変換器を収容する略密閉構造のケースと、ケースの外部から周波数変換器に電力を供給する入力手段と、周波数変換器からケース外部へ電力を供給する出力手段と、前記ケースに固着され、開放面を配管に密着させて周波数変換器の発熱を該配管内の流体に放熱する放熱手段と、周波数変換器が故障信号を発した場合には、入力手段と出力手段を周波数変換器から電気的に切り離し、入力手段と出力手段をケース内で直接電気的に接続する商用電源バックアップ回路を備えたことを特徴とするものである。
即ち、本発明は、コントローラのケースの内部に商用電源バックアップ運転用の回路を内蔵させ、周波数変換器（インバータ）の故障信号によって自動的にインバータ駆動から商用電源駆動に切り替わる機能を設けたものである。
【０００８】
また、コントローラは全体が略密封構造になっており、ポンプ配管に取付けて冷却する水冷構造になっている。一般のインバータは水冷構造ではなく、空冷用のファンが設けられている場合が多いが、水冷化によって空冷用のファンが不要となるため、このスペースにバックアップ回路を設けることが可能となり、スペースの有効利用が可能である。
【０００９】
さらに、コントローラは出力周波数を段階的に切り替える周波数調整つまみを備えており、この周波数調整つまみの周波数設定値のうちの１つは商用電源周波数と同一であり、商用電源周波数を選択した場合に前記バックアップ回路が作動するようにしたものである。これにより、インバータ駆動から商用電源駆動への切り替えや、周波数変換器故障時の商用電源バックアップ運転が可能となる。従って、既設のモータと既設の制御盤（動力盤）を繋ぐ動力線に割り込ませるだけで、簡便に、且つ、信頼性高く省エネルギーを図ることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るコントローラの実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係るコントローラを使用する際の取付け施工例を示す側面図である。図１において、符号１０はポンプユニットであり、ポンプユニット１０は共通のベース１１上にポンプ１２とモータ１３とを設けた構成からなる。吸込配管１４から導かれた流体は、吸込側仕切弁１５及び短管１６を通過し、ポンプ吸込口１２ａからポンプ１２内に吸い込まれ昇圧された後、ポンプ吐出口１２ｂから吐出される。吐出された流体は、更に逆止弁１７、吐出側仕切弁１８を通過し、吐出配管１９へ導かれる。
【００１１】
図１に示す実施の形態は、前記ポンプユニット１０のモータ１３の回転数を調節して省エネルギーを図るようにした例を示すもので、コントローラ２０が熱伝導性の良好なアルミ合金からなる放熱手段２１を介して前記短管１６に取付けられている。
【００１２】
制御盤（動力盤）２２からの動力ケーブル２８は、ケーブル接続箱２３にてコントローラ２０の入力手段である入力側ケーブル２４に接続されている。コントローラ２０の出力手段である出力側ケーブル２５はポンプ１２を駆動するモータ１３に接続されている。コントローラ２０の内部には周波数変換器が収容されており、動力盤から供給された電力の周波数が変換される。この周波数変換に際して周波数変換器が発熱するが、この発熱は、放熱手段２１及び短管１６を介して該短管１６内を流れるポンプ取扱液に効果的に放熱される。
【００１３】
図２は、図１に示す装置の詳細を示す図であり、図３は、図２のIII−III線断面図である。コントローラ２０は、周波数変換器本体（パワーモジュール）３０、バックアップ回路３１及び制御回路３２が上ケース３３及び下ケース３４からなるケース３５内に収容されて構成されている。この上ケース３３と下ケース３４は、放熱性に優れ、放射ノイズを遮閉するアルミ合金からなり、両者は、間にガスケット等のシール部材３６を介して図示しないボルトによって固定され、外気との気密を保っている。
【００１４】
コントローラ２０の下ケース３４には、前記放熱手段２１を構成するブラケットがボルト３７を介して密着して固着されている。そして、放熱手段２１の開放面２１ａを前記短管１６に密着させた状態で、コントローラ２０が取付けバンド３８によって短管１６に着脱可能に取付けられている。この結果、周波数変換器の発熱は、ポンプ取扱液に好適に放熱されるため、一般の汎用インバータに用いられる空冷ファンなどは不要である。しかも、ファン故障による冷却不良の心配がない。なお、この実施の形態においては、コントローラ２０には外部入力用オプションケーブル３９が備えられている。
【００１５】
上ケース３３の上部には、操作基板４０を覆って内外の気密性を確保するキャップ４１が設けられている。図４は、操作基板４０の平面図である。操作基板４０には、出力周波数を段階的に切り替える周波数調整つまみ４２が設けられている。この実施の形態においては、周波数調整つまみ４２は８段階式になっており、ここでは、つまみをＮｏ．８に設定すると商用電源でモータ１３が駆動され、つまみＮｏ．７以下では周波数変換器を介してモータが駆動される。つまみＮｏ．を７，６，５，４，３，２，１に切り替えると、その都度出力周波数が段階的に低下するようになっている。
【００１６】
図５は、前記ケース３５の内部の回路図を示す。この回路は、前記入力側ケーブル２４に接続される入力手段としての入力端子５０と、前記出力側ケーブル２５に接続される出力手段としての出力端子５１と、周波数変換器本体３０と、バックアップ回路３１と、制御回路３２とを有している。
【００１７】
前記バックアップ回路３１は、前記入力端子５０と周波数変換器本体３０とを繋ぐ入力線５５を開閉する第１の開閉器５６と、周波数変換器本体３０と出力端子５１とを繋ぐ出力線５７を開閉する第２の開閉器５８を有している。またバックアップ回路３１は、前記周波数変換器本体３０を迂回して前記入力線５５と出力線５７を繋ぐ迂回線５９と、迂回線５９を開閉する第３の開閉器６０を有している。なお、これらの開閉器５６，５８，６０は、機械式の接触器、あるいは半導体デバイスを使用したものを用いても良い。
【００１８】
一方、前記制御回路３２は、周波数調整つまみ４２からの運転信号と、周波数変換器本体３０からの故障信号を入力し、これらの信号を基に、周波数変換器本体３０に運転指令を出力し、前記各開閉器５６，５８，６０に開閉指令を出力するように構成されている。
【００１９】
次に、上述のように構成されたコントローラの作用について説明する。
まず、初期状態、あるいはリセット後では、前記第１及び第２の開閉器５６，５８は閉状態に、第３の開閉器６０は開状態にある。この状態で、周波数調整つまみ４２からの運転信号を基に、制御回路３２から周波数変換器本体３０に運転指令が出力され、電力は、周波数変換器本体３０に供給されて周波数が変換され、所定の周波数の電力がモータ１３に供給される。この場合、周波数変換器本体３０は、電力が供給されると自動的に出力を開始できるように、突入電流防止回路などに工夫を凝らしたものである。従って、コントローラ２０の入力手段に電力が供給されると同時に、出力手段から所定の周波数の電力が出力されるようになっている。
【００２０】
ここで、周波数変換器本体３０が何らかの理由で故障して周波数変換器本体３０から故障信号が出力され、この信号が制御回路３２に入力され、バックアップ回路３１への切替えが行われる。この場合、制御回路３２は、まず第１の開閉器５６に開指令を出力し、第１の開閉器５６が開いて、周波数変換器本体３０への電力の供給が遮断される。続いて、制御回路３２は第２の開閉器５８に開指令を出力し、第２の開閉器５８が開いて、モータと周波数変換器を電気的に切り離す。そして、制御回路３２は最後に第３の開閉器６０に閉指令を出力し、第３の開閉器６０を閉じるとモータは商用電源で駆動される。
なお、バックアップ回路３１が働いた状態で入力電源を一旦切ると、開閉器５６，５８，６０は初期状態へ戻る。
【００２１】
他方、周波数調整つまみ４２は８段階式になっており、ここでは、つまみＮｏ．８に設定すると商用電源で駆動され、つまみＮｏ．７以下では周波数変換器を介してモータ１３が駆動される。そして、つまみＮｏ．を７，６，５，４，３，２，１に切替えると、その都度出力周波数が低下する。
【００２２】
図６は、本発明の他の実施の形態におけるコントローラ回路図を示す図である。本実施の形態においては、バックアップ回路３１内に、例えばリアクトル始動回路やシリコン整流器を使用したソフトスタータなどの減電圧始動回路７０を設けて、大出力のモータに適用するようにしたものである。
【００２３】
即ち、大出力のモータは、スターデルタ始動やリアクトル始動などの始動装置が必要となる場合が多い。これは、一般の直入始動を行うと定格の５００〜７００％の始動電流が流れるため、電源容量が小さい場合に電圧降下が著しく大きくなってモータを始動できなくなるためである。他方、周波数変換器を介してモータを駆動する場合には、一般にソフトスタート（ゆっくりと時間を掛けて周波数を上昇させる）と呼ばれる機能が設けられているため、大きな始動電流が流れることはない。
【００２４】
従って、商用電源駆動の場合には、始動装置を接続し、周波数変換器を介して駆動する場合には、始動装置を切り離す必要がある。そこで、バックアップ回路３１内に減電圧始動回路７０を設けることで、この要請に応えることができる。
【００２５】
本発明のコントローラは図１乃至図６に示すように構成することで、簡便に且つ信頼性高く、省エネルギー化を図ることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、インバータ駆動から商用電源駆動への切り替えや、周波数変換器故障時の商用電源バックアップ運転が可能となる。従って、既設のモータと既設の制御盤（動力盤）を繋ぐ動力線に割り込ませるだけで、簡便に、且つ、信頼性高く省エネルギーを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るコントローラを使用する際の取付け施工例を示す側面図である。
【図２】図１に示すコントローラの詳細を示す拡大図である。
【図３】図２のIII−III線断面図である。
【図４】操作基板を示す平面図である。
【図５】図１に示すコントローラの回路図である。
【図６】本発明の他の実施の形態におけるコントローラの回路図を示す図である。
【符号の説明】
１０    ポンプユニット
１１    ベース
１２    ポンプ
１３    モータ
１４    吸込配管
１５    吸込側仕切弁
１６    短管
１７    逆止弁
１８    吐出側仕切弁
１９    吐出配管
２０    コントローラ
２１    放熱手段
２２    制御盤（動力盤）
２３    ケーブル接続箱
２４    入力側ケーブル
２５    出力側ケーブル
３０    周波数変換器本体
３１    バックアップ回路
３２    制御回路
３３    上ケース
３４    下ケース
３５    ケース
３６    シール部材
３７    ボルト
３８    取付けバンド
４０    操作基板
４１    キャップ
４２    周波数調整つまみ
５０    入力端子
５１    出力端子
５５    入力線
５６，５８，６０    開閉器
５７    出力線
５９    迂回線
７０    減電圧始動回路
【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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