(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータで駆動される、流量−吐出圧（Ｑ−Ｈ）特性が小流量で寝た特性となっているポンプに使用するインバータユニットにおいて、
商用電源を整流して直流化するコンバータ部と該コンバータ部で形成された直流から任意の周波数及び電圧の交流電源を形成するインバータ部と、
前記モータへの入力電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器により検出された前記入力電流があらかじめ定められた電流値に一定になるように前記ポンプの回転速度を制御する制御装置と、
あらかじめ定められた複数の電流値を記憶回路に記憶させ、前記複数の電流値の中から所望する電流値を選択するスイッチとを備え、
所望する電流値を前記スイッチにより選択することで、前記電流値に対応した複数の小流量で立った流量−吐出圧（Ｑ−Ｈ）特性曲線から任意の特性曲線を選択可能としたことを特徴とするポンプ用インバータユニット。
【請求項２】
前記電流検出器を、前記インバータ部とモータとの間に挿入したことを特徴とする請求項１記載のポンプ用インバータユニット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はモータで駆動されるポンプに使用するインバータユニット、及びそのインバータユニットを備えたポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から商用電源を所定の周波数と電圧に変換して出力するインバータは広く知られており、ポンプを駆動するモータの省エネルギー運転に広く使用されている。従来のインバータの使用形態は、ポンプを駆動するモータへインバータを接続して、商用電源の交流周波数及び電圧を任意の周波数、電圧に変換してモータに供給するだけにとどまるものが多い。
【０００３】
ところで、従来のインバータユニットは高度の機能を有している。しかしながら、ポンプをスムーズに加速し、ポンプの吐出圧力Ｈと流量Ｑをポンプの使用状況に応じて、使用者側に都合のよい特性にするのには必ずしも適しているものではない。例えば、純水製造用の細かなフィルタを通して水を濾過する用途に用いられるポンプにおいては、流量Ｑが小さい領域で大きな吐出圧Ｈを得たい。しかしながら、従来のインバータは、このような特性で運転することが困難であった。
【０００４】
従来、ポンプのモータを駆動するインバータは、省エネルギー運転を目的として使用される場合、ポンプの吐出側で必要な流量Ｑが定まれば、吐出側バルブの開閉度調整の代わりにモータの回転速度を商用の５０Ｈｚ又は６０Ｈｚから減速させて所要の流量を供給するのに必要な回転速度で運転するものである。これはポンプの回転速度と流量が比例するという以下の関係によるものである。
Ｑ2／Ｑ1＝Ｎ2／Ｎ1
Ｎ1 ：定格の回転速度
Ｎ2 ：変化後の回転速度
Ｑ1 ：Ｎ1 のときの流量
Ｑ2 ：Ｎ2 のときの流量
【０００５】
ポンプの吐出圧を一定にする場合も、必要な流量に対して吐出圧力が一定になるように商用電流周波数から周波数を変換してモータ及びこれに直結したポンプを減速させる。
ここで吐出圧Ｈと回転速度Ｎとの関係は次の通りである。
Ｈ2／Ｈ1＝（Ｎ2／Ｎ1）2
Ｈ1 ：定格回転速度での揚程
Ｈ2 ：回転速度Ｎ2での揚程
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のインバータユニットは、以上に説明したようにポンプの流量−吐出圧（Ｑ−Ｈ）特性に沿って、常に回転速度を減速させて運転するので、ポンプの設置現場に合わせて適正な吐出圧に調整することができ、省エネルギー運転に適した装置になっている。
【０００７】
しかしながら、広く普及している小型ポンプは、一般に流量−吐出圧（Ｑ−Ｈ）特性が”寝た”特性となっている。即ち、定格速度で運転すると吐出圧（Ｈ）はポンプ固有の上限値があり、小流量（Ｑ）時の吐出圧（Ｈ）は定格流量（Ｑ）時の吐出圧（Ｈ）と比較してあまり大きくすることができない。
【０００８】
このことは、例えば純水製造用のポンプを設置する場合に、設置現場において要求される送水水量に合わせた容量のポンプは比較的狭い範囲の吐出圧（Ｈ）を有することになる。ところが設置現場で要求されるポンプの揚程は様々であり、広い範囲の吐出圧（Ｈ）を有するポンプ、換言すれば流量−吐出圧（Ｑ−Ｈ）特性が”立った”ポンプが望まれる。
【０００９】
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、ポンプの流量−吐出圧（Ｑ−Ｈ）特性をインバータを用いて実質的に小流量で高い吐出圧が得られる特性に変更することができるポンプ用インバータユニットを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明のポンプ用インバータユニットは、モータで駆動される、流量−吐出圧（Ｑ−Ｈ）特性が小流量で寝た特性となっているポンプに使用するインバータユニットにおいて、商用電源を整流して直流化するコンバータ部と該コンバータ部で形成された直流から任意の周波数及び電圧の交流電源を形成するインバータ部と、前記モータへの入力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器により検出された前記入力電流があらかじめ定められた電流値に一定になるように前記ポンプの回転速度を制御する制御装置と、あらかじめ定められた複数の電流値を記憶回路に記憶させ、前記複数の電流値の中から所望する電流値を選択するスイッチとを備え、所望する電流値を前記スイッチにより選択することで、前記電流値に対応した複数の小流量で立った流量−吐出圧（Ｑ−Ｈ）特性曲線から任意の特性曲線を選択可能としたことを特徴とする。
【００１１】
すなわち、前記ポンプ用インバータユニットは、モータへの入力電流検出器を備え、検出された該入力電流があらかじめ定められた電流値に一定になる制御手段を備え、その定められた電流値は複数の値を記憶回路に記憶させ、その複数の値の中から所望する設定値をスイッチにより選択することにより、モータに入力される電流値を所望の電流値に保持することを特徴とする。
【００１２】
本発明はポンプ吐出流量が小流量部分で吐出圧Ｈを従来より大きくするために、モータ入力電流を一定に制御するようにしたものである。即ち、流量の如何にかかわらず、モータ入力電流を一定となるように、回転速度を制御することで、流量−吐出圧（Ｑ−Ｈ）特性を”立った”ものとすることができる。
【００１３】
これにより、１台のインバータユニットを備えたポンプにより、設置現場の要求に合わせた様々の揚程に対応することが可能となる。又、複数の一定電流値を有し、これをスイッチで切替可能なことから、設置現場で容易に最適な流量−吐出圧特性にポンプを設定することが可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
図１はポンプ用インバータユニットの構成を示し、符号（１）は交流電力を直流に変換するコンバータ部のダイオードモジュール（Ｄ・Ｍ）であり、パワー部（２）は直流電力を交流電力に逆変換するインバータ部（ＰＭ）である。
コンデンサ（Ｃ）は、ダイオードモジュール（１）で交流から直流に変換された電力を保持すると共に平滑化して、パワー部（２）により制御回路（４）で指令された周波数、電圧の交流電力に逆変換してモータ６に供給する。
【００１６】
演算器（３）は、電流センサ（７）からの信号を電圧に変換し、検出された電流を一定に制御するように演算処理し、その出力が制御回路（４）へ入力される。制御回路（４）には、あらかじめ定められた複数の電流の設定値が記憶されている。スイッチ（５）は複数の電流設定値のうち所望する電流値をスイッチにより、選択できるように構成されている。モータ（６）は、電流センサ（７）による電流検出信号により、演算器（３）と制御回路（４）によりスイッチ（５）で選択された電流値になるような回転速度に制御される。
【００１７】
尚、符号（Ｒ）は突入電流防止用の抵抗器であり、符号（１０）は制御回路を動作させるために設けられた＋５Ｖ程度の直流補助電源である。
【００１８】
図２は、他の実施形態のポンプ用インバータユニットの構成を示す。図１に示す電流センサの接続位置をパワー部（２）とモータ（６）との間ではなく、コンバータ部内に設けた電流センサ（８）によるものである。電流センサ（８）の接続位置以外の構成及び動作は、図１と同様である。
【００１９】
図３は、インバータユニットの運転例を示す。電源が入るとソフトスタートにより、徐々に回転速度があらかじめ設定された回転速度まで加速される（期間▲１▼）。設定された回転速度に到達すると、その後は電流値一定制御により回転速度が変化する（期間▲２▼）。電源をＯＦＦにするとインバータの出力周波数及び電圧はソフトストップにより緩やかに低減して、フリーランでポンプは停止する。
【００２０】
図４は、ポンプの電流値一定制御によるＱ−Ｈ特性の変化を示す。図の横軸は流量Ｑであり、縦軸は吐出圧Ｈ及び電流Ｉである。図中の点線で示す曲線Ｈ2は、従来の回転速度Ｎ2（一定）におけるＱ−Ｈ特性を示す。図中の曲線Ｉ2は、上述のＱ−Ｈ特性に従った運転による電流を示す。図示するように小流量（Ｑ）において、電流Ｉ2は低下する。
【００２１】
電流Ｉ2を流量Ｑの如何にかかわらず一定に制御することにより、Ｑ−Ｈ曲線は図中実線で示すＨ2′に示すように流量Ｑが小さい領域において高い吐出圧Ｈが得られる、いわゆるＱ−Ｈ曲線が”立った”状態となる。
【００２２】
これは流量Ｑの小さな領域において電流値をＩ2′に一定に保つように制御すると、回転速度Ｎが増大し、結果として吐出圧Ｈが高くなる。即ち、図５に示すポンプのＱ−Ｈ特性において、小流量領域において電流値Ｉを一定とするように回転速度Ｎを制御することで、回転速度が図中に示すＮ2からＮ1の方に移行する。そして、ポンプの動作点は回転速度Ｎ1に沿ったＱ−Ｈ曲線側に移動するので、吐出圧Ｈを高くすることができる。従って、係る電流値Ｉを一定に制御することにより、ポンプのＱ−Ｈ特性曲線は実質的に実線Ｈ2′に示すようなものとなり、図中斜線で示す部分αが吐出圧が拡大した部分となる。
【００２３】
図６は、各種の電流値一定制御におけるＱ−Ｈ特性曲線を示す。図中点線Ｈ1は、従来の回転速度Ｎ1におけるＱ−Ｈ特性曲線であり、この定格流量における電流はＩ1である。そして、上述した構成のインバータユニットにより電流値Ｉ1が一定となるように回転速度を制御することで、図中Ｈ1′に示すＱ−Ｈ特性曲線に変化する。同様に図中Ｈ2で示す点線は回転速度Ｎ2の時のＱ−Ｈ特性曲線であり、電流値Ｉ2ガ一定となるように回転速度を可変制御することで、図中Ｈ2′で示すＱ−Ｈ特性曲線が得られる。図中Ｈ3で示す点線のＱ−Ｈ特性曲線は回転速度Ｎ3の場合であり、電流Ｉ3を一定となるように回転速度を可変制御することで、図中Ｈ3′で示すＱ−Ｈ特性曲線が得られる。
【００２４】
図１又は図２に示すインバータユニットにおいて、スイッチ（５）はＱ−Ｈ特性曲線（Ｈ１’，Ｈ２’，Ｈ３’・・・）を選択するスイッチである。そしてそのうちの任意のスイッチを閉じることにより、これらの特性曲線から任意の特性曲線を選択することが可能である。これにより、例えばこのポンプ少水量で吐出圧の要求される洗浄装置或いは純水製造装置などに好ましい吐出圧Ｈを選択することが可能となり、設置現場に応じた最適な特性曲線の設定が可能である。
【００２５】
尚、上記実施形態においては、電流センサをインバータ部とモータとの間に挿入した例と、コンデンサとインバータ部との間に挿入した例について説明した。電流センサをインバータ部とモータとの間に挿入した例においては、電流センサは一相分の交流電流を検出する。電流センサをコンデンサとインバータ部との間に挿入した例においては、電流センサは三相分の直流電流を検出する。いずれの方式でも、これらの電流値が一定となるように回転速度を可変制御することで、上述した動作が得られるということで共通する。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、インバータの出力電流を一定になるように回転速度を制御することで、ポンプのＱ−Ｈ特性曲線を、実質的に少流量で高い吐出圧が得られる、いわゆる”立った”特性に変更することができる。
【００２７】
又、本発明におけるポンプ用インバータユニットは、電流値一定制御において、複数の電流設定値を記憶させると共に切換スイッチを設けたものである。これにより、所望する電流値を該切換スイッチにより現地にて容易に選択でき、設置現場に合わせた最適なポンプのＱ−Ｈ特性曲線を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態のポンプ用インバータユニットのブロック図。
【図２】本発明の他の実施形態のポンプ用インバータユニットのブロック図。
【図３】インバータユニットの一動作例のタイムチャート。
【図４】ポンプの電流値一定制御によるＱ−Ｈ特性と従来の運転によるＱ−Ｈ特性を比較した説明図。
【図５】ポンプのＱ−Ｈ特性の説明図。
【図６】複数種の電流値一定制御運転によるポンプのＱ−Ｈ特性の説明図。
【符号の説明】
１    整流器（コンバータ部）
２    パワー部（インバータ部）
３    演算器部
４    制御回路
５    スイッチ
６    モータ
７，８  電流センサ
【図１】
0003755942.tif 000002
【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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