特許 6329887 ポンプ装置及びインバータ駆動電動機組立体

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6329887

(24)【登録日】2018年4月27日

(45)【発行日】2018年5月23日

(54)【発明の名称】ポンプ装置及びインバータ駆動電動機組立体

(51)【国際特許分類】

   H02P 27/06 20060101AFI20180514BHJP

   H02P 29/62 20160101ALI20180514BHJP

   H02K 11/00 20160101ALI20180514BHJP

【ＦＩ】

   H02P27/06

   H02P29/62

   H02K11/00

【請求項の数】11

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2014-246398(P2014-246398)

(22)【出願日】2014年12月5日

(65)【公開番号】特開2016-111793(P2016-111793A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年1月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】100098660

【弁理士】

【氏名又は名称】戸田 裕二

(72)【発明者】

【氏名】富田 敏夫

(72)【発明者】

【氏名】大久保 智文

(72)【発明者】

【氏名】佐野 正浩

(72)【発明者】

【氏名】田島 清巳

【審査官】 池田 貴俊

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０２７１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３０６６３７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−２４５４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０９３８６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２８７１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１３３６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０５７２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／１０１９１５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−０４５８８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｐ ２７／０６

Ｈ０２Ｋ １１／００

Ｈ０２Ｐ ２９／６２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポンプと、
前記ポンプを駆動する電動機と、
前記電動機に取り付けられた冷却手段と、
前記電動機の外周を構成するハウジングに取付けられ、前記電動機の回転数を制御するインバータと、を有するポンプ装置において、
前記インバータの温度検出器は、前記ハウジングに取り付けられ、
前記電動機は、複数の永久磁石を円筒状に配置して構成された回転子を備え、
前記インバータは、前記温度検出器により検出された温度から、前記検出器が取り付けられたハウジング内部の回転子を構成する永久磁石の温度を推定し、推定された温度に基づき前記電動機を制御するための制御定数を補正し、
前記永久磁石の推定温度は、前記永久磁石と前記温度検出器との間に生じる温度勾配に基づいて算出され、
前記温度勾配は、前記インバータにおける基準指令速度又は基準出力電流値における前記永久磁石の冷却量及び温度上昇量を考慮して求められ、前記インバータの運転状態である指令速度又は出力電流値と前記基準指令速度又は前記基準出力電流値との差に応じて補正されるものであることを特徴とするポンプ装置。

【請求項2】

前記温度勾配は、前記インバータにおける基準指令速度又は基準出力電流値における前記永久磁石の冷却量及び温度上昇量を考慮して求められることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。

【請求項3】

前記インバータは、前記電動機の負荷電流値とキャリア周波数に基づき温度上昇量を求め、前記冷却手段である冷却ファンの回転数に基づき冷却量を求め、前記温度検出器によって検出された温度に対し、前記温度上昇量を指し引き、前記冷却量を加えることで、前記永久磁石の温度を推定することを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。

【請求項4】

前記冷却ファンの回転数は指令速度の積算値に基づき算出し、前記負荷電流値は出力電流値の積算値に基づき算出されることを特徴とする請求項３に記載のポンプ装置。

【請求項5】

電動機と、
前記電動機に取り付けられた冷却手段と、
前記電動機の外周を構成するハウジングに取付けられ、前記電動機の回転数を制御するインバータとを有するインバータ駆動電動機組立体において、
前記インバータ内部の温度検出器は、前記ハウジングに取り付けられ、
前記電動機は、複数の永久磁石を円筒状に配置して構成された回転子を備え、
前記インバータは、前記温度検出器により検出された温度から、前記検出器が取り付けられたハウジング内部の回転子を構成する永久磁石の温度を推定し、推定された温度に基づき前記電動機を制御するための制御定数を補正し、
前記永久磁石の推定温度は、前記永久磁石と前記温度検出器との間に生じる温度勾配に基づいて算出され、
前記温度勾配は、前記インバータにおける基準指令速度又は基準出力電流値における前記永久磁石の冷却量及び温度上昇量を考慮して求められ、前記インバータの運転状態である指令速度又は出力電流値と、前記基準指令速度又は前記基準出力電流値との差に応じて、補正されるものであることを特徴とするインバータ駆動電動機組立体。

【請求項6】

前記温度勾配は、前記インバータにおける基準指令速度又は基準出力電流値における前記永久磁石の冷却量及び温度上昇量を考慮して求められることを特徴とする請求項５に記載のインバータ駆動電動機組立体。

【請求項7】

前記インバータは、前記電動機の負荷電流値とキャリア周波数に基づき温度上昇量を求め、前記冷却手段である冷却ファンの回転数に基づき冷却量を求め、前記温度検出器によって検出された温度に対し、前記温度上昇量を指し引き、前記冷却量を加えることで、前記永久磁石の温度を推定することを特徴とする請求項５に記載のインバータ駆動電動機組立体。

【請求項8】

前記冷却ファンの回転数は指令速度の積算値に基づき算出し、前記負荷電流値は出力電流値の積算値に基づき算出されることを特徴とする請求項７に記載のインバータ駆動電動機組立体。

【請求項9】

ハウジングと、前記ハウジング内部に固定される固定子と、磁石を備える回転子とを有する電動機と、
前記ハウジングに取り付けられ、前記固定子に電力を供給するインバータと、を有し、
前記インバータが、前記固定子へ供給する電力の周波数を制御する制御部と温度検出器とを備え、
前記インバータが、前記温度検出器により検出された前記ハウジングの温度から、前記回転子に備わる磁石の温度を推定し、推定した前記磁石の温度に応じて前記電動機の回転速度を制御するものである電動機。

【請求項10】

請求項９に記載の電動機であって、
前記インバータが、
前記永久磁石の推定温度を、前記永久磁石と前記温度検出器との間に生じる温度勾配に基づいて推定し、
前記温度勾配を、前記インバータにおける基準指令速度又は基準出力電流値における前記永久磁石の温度上昇量を考慮して求めるものである電動機。

【請求項11】

請求項９に記載の電動機であって、
前記電動機の軸方向に設けられた冷却ファンを備え、
前記インバータが、
前記永久磁石の推定温度を、前記永久磁石と前記温度検出器との間に生じる温度勾配に基づいて推定し、
前記温度勾配を、前記インバータにおける基準指令速度又は基準出力電流値における前記永久磁石の冷却量を考慮して求め、
前記冷却ファンの回転数に基づき冷却量を求めるものである電動機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、インバータにより速度制御される電動機によって駆動するポンプ装置等の運転において、電動機の運転制御に関する。

【背景技術】

【0002】

インバータ回路が永久磁石電動機と一体に構成された電動機組立体を利用したポンプ装置が特許文献１に開示されている。

【0003】

また、永久磁石を用いた電動機では、磁極位置センサを用いて磁極位置を把握しながら制御する方式に対し、電動機制御装置の簡略化などを目的として磁極位置センサを用いずに磁極位置を推定する位置センサレスベクトル制御方式が知られている。特許文献２には「本発明の電動機駆動装置は、直流電力を所望の周波数、電圧の交流電力に変換して電動機にその電力を供給するインバータと、電動機の回転出力を制御するインバータ制御手段と、電動機に流れる電流を検出する電流検出手段と、電動機の周囲温度、巻線温度、界磁磁石温度の少なくともいずれか１つの温度を検出する温度検出手段と、基準温度に対する電動機の諸元値を温度検出手段で検出された温度値で補正する電動機諸元補正手段と、電流検出手段によって検出された電流値と電動機諸元補正手段によって補正された諸元値を用いて電動機の瞬時の出力トルクを推定する出力トルク推定手段とを備え、インバータ制御手段は、出力トルク推定手段で推定された出力トルク推定値を電動機に与えるトルク指令値に一致させるように電動機の回転出力を制御するものである。」と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−２７１８４号公報

【特許文献2】特開２０１３−１２６２８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

屋外に単独で設置されるポンプ装置等では、気温（周囲温度）による影響を受けやすく、場所によっては直射日光によって電動機が加熱されることがある。さらには、図１に示すように、一定水圧を維持するようポンプ駆動する場合、逓減トルク特性であるために電動機の負荷電流値は必要水量によって変化し、負荷電流値の変化に応じて電動機の発熱量が変化する。電動機への加熱量や電動機自身の発熱量により永久磁石の温度が変化するが、磁石には温度特性があるため、磁石の温度変化によって磁束（誘起電圧）が変化することとなる。

【0006】

しかしながら、磁石の温度変化を検出するために、特許文献２における方法では、電動機に温度検出器を取り付ける必要があり構造が複雑となる。さらには周囲温度や磁石表面温度を検出した場合に、温度検出位置や負荷状態によっては磁石内部との実温度と検出値に差が生じるが、その点については開示されていない。また、電流検出値を用いて制御を補正する方法では、特に、電流が流れ始めた時点での補正ができないため、始動時において過電流や振動を発生させるおそれがある。

【0007】

そこで、本発明では、特に、インバータ回路が永久磁石電動機と一体に構成された電動機組立体において、適切に永久磁石の温度を検出することで、安定した電動機制御を行なうことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、例えば請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、インバータ内部の温度検出器が、ハウジングに取り付けられ、電動機は、複数の永久磁石を円筒状に配置して構成された回転子を備え、インバータは、前記温度検出器により検出された温度から、前記検出器が取り付けられたハウジング内部の回転子を構成する永久磁石の温度を推定し、推定された温度に基づき前記電動機を制御するための制御定数を補正する構成とする。

【発明の効果】

【0009】

本発明により、インバータ回路が永久磁石電動機と一体に構成された電動機組立体において、適切に永久磁石の温度を検出し、安定した電動機制御を行うことが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】必要水量に対し一定圧力でポンプ駆動した場合の負荷電流値と発熱量の関係を示した図である。

【図2】ポンプ駆動用の電動機とインバータが一体となった外観図を示した図である。

【図3】図２の電動機とインバータの展開図である。

【図4】本実施例１および２のポンプ装置の全体構成を示す図である。

【図5】本実施例１および２の電力変換装置の回路構成図である。

【図6(a)】本実施例１および２のインバータの記憶部のデータ内容のうち揮発性メモリの内容を示す図である。

【図6(b)】本実施例１のインバータの記憶部のデータ内容のうち不揮発性メモリの内容を示す図である。

【図7】誘導電動機の等価回路表現の一例を表す図である。

【図8】同期電動機の等価回路表現の一例を表す図である。

【図9】本実施例１および２のメイン制御処理フローを示す図である。

【図10】本実施例１および２の温度測定処理フローを示す図である。

【図11】本実施例１および２の運転状態測定処理フローを示す図である。

【図12】本実施例１および２の温度判定処理フローを示す図である。

【図13】本実施例１および２の制御定数設定処理フローを示す図である。

【図14】本実施例１および２の制御定数の関係を示す図である。

【図15】本実施例１および２の温度変化による誘起電圧の変化を示す図である。

【図16】本実施例２の制御装置の記憶部のデータ内容のうち不揮発性メモリの内容を示す図である。

【図17】本実施例２の永久磁石−温度検出器間の温度勾配簡易モデルである。

【図18】本実施例２の距離と温度低下量の関連を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。
実施例１は、インバータにより速度制御される電動機によって駆動するポンプ装置において、該インバータは、前記電動機の電機子の外周を構成するハウジングの一部に取り付けられており、また該インバータ内に設けられた温度検出器を利用して該ハウジングの温度を検出するように構成されている。そして、該温度検出器を使用してハウジング温度を検出し、予め記憶された該ハウジングと電動機回転子（ロータ）内の永久磁石温度の相関から、または、電動機の負荷電流値と電動機の回転数とインバータのキャリア周波数（電力変換装置が出力する出力電力のパルス幅変調周期の周波数）から電動機の運転状態を判断し、検出された温度と電動機の運転状態から電動機回転子（ロータ）内の永久磁石温度を推定するものである。電動機回転子（ロータ）は複数の永久磁石を円筒状に配置することにより構成される。さらに、推定された磁石温度と、磁石の温度特性を基に、電動機の制御定数を補正するものである。すなわち、ハウジング温度から永久磁石温度を推定し、その温度に応じた好適な電動機制御定数を与え、安定した制御を行うものである。

【0012】

まず、本実施例の前提である、電動機とインバータの関係について図面を用いて説明する。図２は、ポンプ駆動用の電動機とインバータが一体となった外観図を示した図である。図２において、１は同期電動機本体の外周を覆うカバー、２は冷却ファン２５を内蔵する冷却カバー、３は、カバー１の外周面に取り付けられたインバータを収納したケース、４はノイズフィルタを内蔵した端子箱、５はエンドブラケット、６は電動機の回転子と一体に形成された回転軸である。

【0013】

また、図３に、上記したカバー１の内部に収納する電動機部分とインバータの各部の展開図を示す。図３において、９は電動機のハウジングであり、その外周表面の一部には冷却フィン２２が形成されている。また。ハウジング９の内部には、図では見えないが、電動機の固定子と回転子が挿入されており、２４は、上記したエンドブラケット５とは反対側において、ハウジング９の端部に取り付けられたエンドブラケット、２５は、エンドブラケット２４の外側で上記回転軸６に取り付けられる冷却ファンである。また、ハウジング９の平面２３には、カバー１の一部に設けられた開口部２１を介して、インバータ７が取り付けられ、その後、その保護のためのカバー３が外側から取り付けられている。

【0014】

また、インバータは、発熱素子であるパワースイッチング素子等を有しているので、それらの発熱状況を監視し保護をかける目的で温度検出器が設けられている。２６は制御基板用ケース、２７は平滑コンデンサ用ケースである。そして、ハウジング９の他の端部（図の左端）には、上述した冷却カバー２が取り付けられる。また、図中の符号８は、当該冷却カバー２の壁面の略中央部に、メッシュ状に形成した、外部の空気を取り入れるための小孔を示している。

【0015】

すなわち、インバータ７は、電動機のハウジング９の一部の平面２３に直接的に取付けられており、インバータ７は、伝熱性に優れた材料で構成されたハウジングと熱的に一体となり、インバータ内部にある温度検出器でインバータとハウジングの温度を一体管理することが出来る。これにより、電動機に別途温度検出器を設ける必要がなくなる。

【0016】

次に、本実施例のポンプ装置の全体構成について説明する。図４において、１０はポンプを示し、２０で示す電動機で駆動されている。ポンプの吸込み側は、１１で示す吸込み管を介して水源側と接続される。水源側は、直結方式では図示していない水道本管からの水の供給を受け、受水槽方式では図示していない受水槽から水の供給を受ける。１２は給水管を示し、５２は、給水管１２に備わり、ここの圧力に応じて電気信号を発する圧力検出手段である。この圧力検出手段の検出値を基にポンプの吐き出し圧力を制御（例えば吐き出し圧一定制御、推定末端圧一定制御）する。更に、需要側として、給水管１２の端末の先が直送式の場合には、需要側給水管と接続して、例えば集合住宅等の水栓に給水する。高置水槽式の場合には、この需要側給水管と接続して高置水槽へ給水する。

【0017】

３０で示すインバータは、電源側より電源の供給を受け、３２で示す電力変換装置により出力電流の周波数を変化させることで、電動機２０の回転速度を変化させ駆動する。３１は演算処理部であり、３３で示す記憶部に記憶された制御パラメータに従い、３４で示す信号処理部から入力された信号に応じて、電動機２０の運転／停止および回転速度変化を行う。信号処理部３４と圧力検出手段５２は圧力信号線５１で接続され、圧力検出手段５２で検出した吐き出し圧力値が信号処理部３４に入力される。

【0018】

図５には本発明における電力変換装置３２の回路構成図を示す。入力される交流電力は順変換器６１で直流電力に変換される。変換された直流電力は、平滑コンデンサ６２により平滑された後に、パワースイッチング素子により構成される逆変換器６３にて任意の周波数の交流電力に変換されて回転電機２０に供給される。逆変換器は駆動回路６７により駆動される。温度検出器６６で検出された温度情報は制御回路６４に入力され、駆動回路６７は制御回路６４からの指令により制御され、速度の増減を行う。制御回路６４に接続された操作表示部６５により各種設定を行うことができる。

【0019】

なお、インバータ３０は平滑コンデンサ６２と制御回路６４を除き、図３におけるインバータ７として、電力変換用ケース３に収納される。平滑コンデンサ６２は、コンデンサ用ケース２７に格納され、制御回路６４は、制御基板用ケース２６に収納され、構造上は電力変換用ケース３とは離れた位置に配置される。

【0020】

このようにインバータ３０における回路を電動機の周囲に分割して配置することにより、発熱部品を分散させるともに、冷却ファン２５からの空気流により冷却することができ効率的な放熱が可能となる。

【0021】

また、本発明においては、永久磁石式モータを採用することにより、モータの寸法としては、誘導電動機の寸法よりも小さくすることが可能となる。そして、電力変換装置及び制御基板等の部品を上述のようにハウジングの周囲に配置することで、その外形寸法を同等の出力性能を持つ、制御盤を別途有する誘導電動機を搭載したポンプ装置の外形寸法と同等以下とするポンプ装置を提供することが可能となる。つまり、既設の誘導電動機を搭載したポンプ装置と置き換えが可能な上、制御盤が不要となり大幅な省スペース化が実現できる。

【0022】

図６にはインバータにおける制御基板内の記憶部に記憶する、揮発性メモリの内容と不揮発性メモリの内容を示す。尚、制御基板内に記憶部を持たず、外部に記憶装置を取り付けて代用しても差し支えない。

【0023】

図６（ａ）には記憶部のうち揮発性メモリに記憶する内容である。揮発性メモリの１００１番地には現在のポンプ吐き出し側圧力ＤｐＮを記憶する。１００２番地にはインバータが電動機に対し現在指令している速度（出力している運転周波数）ＨｚＮを記憶し、１００３番地には現在のインバータの出力電流値（電動機の負荷電流値）ＡｍＮを記憶する。ＨｚＮとＡｍＮからインバータの負荷状態、ひいてはポンプの出力する水量を推定することが可能であり、ＤｐＮと、ＨｚＮとＡｍＮから推定される水量よりポンプの運転点（吐き出し側圧力、使用水量）を把握することができる。１００４番地には温度検出手段より検出された値を、現在の温度検出値ＴｅＮとして記憶する。

【0024】

１００６番地には温度測定周期管理タイマの残り時間ＴＮ１を記憶する。１００７番地には運転状態測定周期管理タイマの残り時間ＴＮ２を記憶する。１００９番地には温度測定を開始してからの経過時間ＴｅＳを記憶する。

【0025】

電動機およびインバータの温度は、温度を検出した瞬間の負荷ではなく、それまでの負荷状態の積算によって変化する。そのため、１１０１番地には運転状態測定周期で測定される指令速度の積算値ＨｚＳを記憶し、１１０２番地には積算値ＨｚＳを後述する平均化回数ＡｖＣで除した値（平均値）ＨｚＡを記憶する。電流値についても同様に、１２０１番地には運転状態測定周期で測定される出力電流値の積算値ＡｍＳを記憶し、１２０２番地には積算値ＡｍＳを平均化回数ＡｖＣで除した値（平均値）ＡｍＡを記憶する。

【0026】

１３０１番地には温度測定周期に達した場合に、後述する温度判定処理を実行する為の判断フラグＴｅＦを記憶する。ＴｅＦが０の場合は温度判定処理を実行せず、ＴｅＦが１の場合は温度判定処理を行う。１３０２番地には磁石温度を算出した後に、後述する制御定数設定処理を実行する為の判断フラグＣＰＦを記憶する。ＣＰＦが０の場合は制御定数設定処理を実行せず、ＣＰＦが１の場合は制御定数設定処理を行う。

【0027】

１４１１番地には温度判定処理で算出された現在の磁石温度ＭＮＴを記憶する。電動機をベクトル制御する場合には、電動機を等価回路で表現し、等価回路の各パラメータを予め設定しておく必要がある。等価回路には幾つかの表現方法があり、図７に誘導電動機の等価回路表現の１つを、図８に同期電動機の等価回路表現の１つを示す。各パラメータとして例えば抵抗、インダクタンス、電流、慣性モーメント（イナーシャ）があり、これらより誘起電圧定数を求める。１４１３番地には現在温度での誘起電圧係数Ｋｅ２を記憶する。

【0028】

図６（ｂ）には記憶部のうち不揮発性メモリに記憶する内容を示す。不揮発性メモリの２００５番地にはインバータのキャリア周波数ＣＨＬを記憶する。

【0029】

２０１１番地には基準温度ＳＴｅを記憶し、２０１２番値から２０１５番地には基準温度において電動機の等価回路を表現する各パラメータの値を記憶する。２０１２番地には等価回路抵抗ＳＲを、２０１３番地には等価回路インダクタンスＳＬを、２０１４番地には等価回路電流ＳＩを、２０１５番地には等価回路慣性モーメントＳＪを、２０１６番地には誘起電圧係数Ｋｅ１を記憶する。２０１７番地には永久磁石の温度特性ＭｇＦを記憶する。

【0030】

２０２１番地には電動機の冷却能力（冷却ファンの冷却能力）ＣｏＫを記憶する。電動機の回転数（インバータの指令速度）に応じて冷却ファンの回転数も変化し、ある回転数範囲では定数ｋ１を用いて、冷却量を
ＨｚＡ × ＣｏＫ × ｋ１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 式１
として近似表現することができる。または使用回転数範囲全体において、高次式で近似しても差し支えない。

【0031】

２０２２番地には電動機の温度上昇係数１（負荷電流による温度上昇量）ＷａＫを記憶する。電動機およびインバータの温度上昇は、出力電流値（負荷電流値）により変化し、定数ｋ２を用いて、温度上昇量を
ＡｍＡ × ＷａＫ × ｋ２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 式２
として近似表現することができる。より正確に、高次式で近似しても差し支えない。

【0032】

２０２３番地には電動機の温度上昇係数２（キャリア周波数による温度上昇量）ＣＨＫを記憶する。キャリア周波数によりインバータにおける温度上昇量は変化し、定数ｋ３を用いて、温度上昇量を
ＣＨＬ × ＣＨＫ × ｋ３ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 式３
として近似表現することができる。同様に、高次式で近似しても差し支えない。電動機としての冷却量は式１で表現され、温度上昇量は式２と式３の合計値として表現できる。

【0033】

２０３１番地には温度測定周期管理タイマの設定時間（温度を測定する周期）ＴＭ１を記憶する。２０３２番地には運転状態測定周期管理タイマの設定時間（運転状態を測定する周期）ＴＭ２を記憶する。

【0034】

２１０１番地には指令速度、出力電流値を平均化する回数ＡｖＣを記憶する。温度の測定間隔ＴＭ１が十分に長い場合には平均化回数ＡｖＣは温度を１回測定する間に、指令速度および出力電流値を測定する回数と同等に設定するのが良い。温度の測定間隔ＴＭ１が短い場合には平均化回数ＡｖＣは温度を１回測定する間に、指令速度および出力電流値を測定する回数以上に設定するのが良い。制御を容易にする観点からは、平均化回数ＡｖＣは温度を１回測定する間に、指令速度および出力電流値を測定する回数と同等に設定し、測定回数が平均化回数ＡｖＣに達した際に温度検出値ＴｅＮ、指令速度および出力電流の平均値ＨｚＡ、ＡｍＡを記憶し、指令速度および出力電流値の積算値ＨｚＳ、ＡｍＳをリセットするのが望ましい。

【0035】

図９は本実施例のメイン制御処理フロー図である。まず１００ステップで各種機能の初期化処理を行い、以下３００ステップから８００ステップの各制御を繰り返し実行する。３００ステップでは温度測定処理を行い、温度測定を行う周期に達した場合、温度検出値を記憶し、温度判定処理を実行するよう処理を行う。４００ステップでは運転状態測定処理を行い、運転状態を測定する周期に達した場合、指令速度と出力電流値を記憶する処理を行う。５００ステップでは温度判定処理を行い、温度検出値と指令速度と出力電流値とキャリア周波数より磁石温度を算出し、記憶する。

【0036】

６００ステップでは制御定数設定処理を行い、算出した磁石温度より等価回路インダクタンスと等価回路電流を補正し、設定する。

【0037】

８００ステップではポンプ制御処理を行う。住宅給水などでは主に推定末端圧一定制御と吐出圧一定制御が行われており、いずれの制御方式でもインバータによる回転速度の変化でポンプ吐き出し側圧力を顧客所望の圧力となるように制御を行う。

【0038】

図１０は温度測定処理の処理フロー図である。３１０ステップで温度測定周期管理タイマの残り時間ＴＮ１が０になっているか判定を行い、ＴＮ１が０であれば３１１ステップへ進む。３１１ステップで温度検出器が検出した温度を現在の温度検出値ＴｅＮに記憶し、３１２ステップで温度判定処理の実行フラグＴｅＦを１（実行）に設定する。３１３ステップで温度測定周期管理タイマの残り時間ＴＮ１に、温度測定周期管理タイマ設定値ＴＭ１を設定し、メイン制御フローに戻る。３１３ステップでＴＮ１にＴＭ１を設定するのは再び周期ＴＭ１の時間後に温度測定を行うためである。

【0039】

３１０ステップで温度測定周期管理タイマの残り時間ＴＮ１が０になっていなかった場合には、３１４ステップで温度測定周期管理タイマの残り時間ＴＮ１をカウントダウンし、記憶する。その後、メイン制御フローに戻る。

【0040】

図１１は運転状態測定処理の処理フロー図である。４１０ステップで運転状態測定周期管理タイマの残り時間ＴＮ２が０になっているか判定を行い、ＴＮ２が０であれば４１１ステップへ進む。４１１ステップでインバータが電動機に対し現在指示している速度（指令速度、出力周波数）ＨｚＮを記憶し、４１２ステップでＨｚＮを指令速度の積算値ＨｚＳに加算し、ＨｚＳを更新する。４１３ステップでインバータが電動機に対し現在出力している電流値（負荷電流値）ＡｍＮを記憶し、４１４ステップでＡｍＮを出力電流値の積算値ＡｍＳに加算し、ＡｍＳを更新する。４１５ステップで運転状態測定周期管理タイマの残り時間ＴＮ２に、運転状態測定周期タイマ設定値ＴＭ２を設定し、メイン制御フローに戻る。４１５ステップでＴＮ２にＴＭ２を設定するのは再び周期ＴＭ２の時間後に運転状態測定処理を行うためである。

【0041】

４１０ステップで運転状態周期管理タイマの残り時間ＴＮ２が０になっていなかった場合には、４１６ステップで運転状態測定周期管理タイマの残り時間ＴＮ２をカウントダウンし、記憶する。その後、メイン制御フローに戻る。

【0042】

図１２は温度判定処理の処理フロー図である。５１０ステップで温度判定処理の実行フラグＴｅＦが１（実行）であるか判定を行い、ＴｅＦが１（実行）であれば５１１ステップに進み、ＴｅＦが０（なし）の場合にはメイン制御フローに戻る。５１１ステップで指令速度の積算値ＨｚＳと平均化回数ＡｖＣより、指令速度の平均値ＨｚＡを算出する。
ＨｚＡ ＝ ＨｚＳ ÷ ＡｖＣ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 式４
５１２ステップで指令速度の平均値ＨｚＡと冷却係数ＣｏＫより冷却量を算出する（式１）。５１３ステップで出力電流値の積算値ＡｍＳと平均化回数ＡｖＣより、出力電流値の平均値ＡｍＡを算出する。
ＡｍＡ ＝ ＡｍＳ ÷ ＡｖＣ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 式５
５１４ステップで出力電流の平均値ＡｍＡと温度上昇係数ＷａＫより負荷電流による温度上昇量を算出する（式２）。５１５ステップでキャリア周波数ＣＨＬと温度上昇係数ＣＨＫよりキャリア周波数による温度上昇量を算出する（式３）。５１６ステップで指令速度の積算値ＨｚＳを０に戻し、５１７ステップで出力電流値の積算値ＡｍＳを０に戻す。５１８ステップで現在の温度検出値ＴｅＮと式１、式２、式３より得られた冷却量、温度上昇量より永久磁石温度を算出し、磁石温度ＭＮＴに記憶する。
（磁石温度）＝ ＴｅＮ −（温度上昇量）＋（冷却量） ・・・・・・・・・ 式６
５１９ステップで制御定数設定処理の実行フラグＣＰＦを１（実行）に設定する。５２０ステップで温度判定処理の実行フラグＴｅＦを０（なし）に設定し、メイン制御フローに戻る。

【0043】

図１３は制御定数設定処理の処理フロー図である。６１０ステップで制御定数設定処理の実行フラグＣＰＦが１（実行）であるか判定を行い、ＣＰＦが１（実行）であれば６１１ステップに進み、ＣＰＦが０（なし）の場合にはメイン制御フローに戻る。
６１１ステップで磁石温度を基に誘起電圧係数を補正し、メイン制御フローに戻る。例えば、現在の磁石温度が基準温度より高い場合に、磁石温度特性ＭｇＦがマイナス値であれば、温度の差分だけ磁束（誘起電圧）が低下する。
（磁束変化量）＝（ ＭＮＴ − ＳＴｅ ）× ＭｇＦ ・・・・・・・・・ 式７
誘起電圧の低下によりインバータが想定する軸位置と、実際の軸位置にずれ（軸誤差）が生じる。インバータが出力する誘起電圧（ｑ軸電圧）を下げることで軸誤差が解消される。

【0044】

図１４は制御定数の関係を示す電圧ベクトル図である。等価回路の制御定数抵抗ＳＲ、等価回路の制御定数インダクタンスＳＬのうちｄ軸成分をＬｄ、ｑ軸成分をＬｑとして、ｑ軸の電圧であるＶｑは角速度ωと基準温度における誘起電圧係数Ｋｅ１より求まり
Ｖｑ ＝ ＳＲ・Ｉｑ ＋ ω・Ｌｄ・Ｉｄ ＋ ω・Ｋｅ１ ・・・・・・・ 式８
ここで理想的にはｄ軸に流れる電流Ｉｄは０である。また、定格回転数で運転時には通常ＳＲ・Ｉｑ ＜＜ ω・Ｋｅ１であるため、
Ｖｑ ＝ ω・Ｋｅ１ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 式８’
とすることができる。なおｄ軸の電圧Ｖｄは
Ｖｄ ＝ − ω・Ｌｑ・Ｉｑ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 式９
となる。

【0045】

図１５は温度変化による誘起電圧の変化を示すベクトル図である。ｑ軸に注目した場合、式８’の通り基準温度におけるｑ軸電圧Ｖｑはω・Ｋｅ１である。磁石温度特性ＭｇＦがマイナス値であれば、誘起電圧は低下し、その時の誘起電圧係数はＫｅ２となるため
Ｖｑ ＝ ω・Ｋｅ２ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 式１０
（Ｋｅ２ ＝ Ｋｅ１ ＋（磁束変化量） ）
となる。

【0046】

本発明の別の実施例を説明する。
実施例２は、永久磁石と温度検出器の間を簡易的なモデルに置換え、簡易モデルの温度勾配係数と簡易モデルにおける永久磁石と温度検出器の距離より温度低下量を算出し、温度検出器が検出した温度に対し、その時の永久磁石温度を推定する方法である。あるいは、実験結果などから導かれる、永久磁石の温度と、温度検出器の温度との相関を不揮発性メモリに記憶しておいても良い。簡易モデルおよび実験結果における温度勾配は、ある運転状態における温度勾配であるので、現在の運転状態における冷却量や温度上昇量を差分として考慮することで、より正確に磁石温度を推定することができる。

【0047】

図１６にはインバータの記憶部のうち不揮発性メモリに記憶する内容を示す。不揮発性メモリの２００１番地には温度勾配計算を行なうか否かを判断するフラグＳＬＴを記憶する。ＳＬＴが０である場合には温度勾配計算を行なわず、ＳＬＴが１である場合には温度検出器が検出した値に温度勾配計算の結果を加えたものを現在の温度検出値とする。２００２番地には部品材質により変化する温度勾配係数ＴＧを、２００３番地には永久磁石の中心と、温度検出器による測定地点（温度検出部）との距離ＤＳを記憶する。本実施例においては永久磁石と温度検出器の間には複数種類の材質が存在し、計算が複雑になるため、図１７に示すような簡易的なモデルに置き換える。簡易モデルの温度勾配係数と、簡易モデルにおける発熱部中心と温度検出部の距離をそれぞれＴＧ、ＤＳとして記憶する。２００４番地には温度勾配係数ＴＧと距離ＤＳより計算にて求められる温度低下量ＴＸを記憶する。距離と温度低下量の関連を図１８に示す。あるいは、実験結果などから導かれる、永久磁石の温度と、温度検出器の温度との相関を温度低下量ＴＸとして記憶しても良い。

【0048】

２２０１番地には簡易モデルを想定した際、あるいは実験時の指令速度（運転周波数）を基準指令速度ＳＨｚとして記憶する。２２０２番地には簡易モデルを想定した際、あるいは実験時の出力電流値（負荷電流値）を基準出力電流値ＳＡｍとして記憶する。

【0049】

その他の不揮発性メモリの内容、および揮発性メモリの内容は図６（ａ）、（ｂ）と同様であるため説明を割愛する。

【0050】

本実施例においては基準指令速度と基準出力電流値による冷却量および温度上昇量が考慮されている為、現在の運転状態による冷却量の差分は、指令速度の平均値ＨｚＡと、基準指令速度ＳＨｚの差と、電動機の冷却能力ＣｏＫより定数ｋ１を用いて
（ ＨｚＡ − ＳＨｚ ） × ＣｏＫ × ｋ１ ・・・・・・・・・・・ 式１１
として近似表現することができる。さらに、温度上昇量の差分は、出力電流の平均値ＡｍＡと、基準出力電流値ＳＡｍの差と、電動機の温度上昇係数ＷａＫより定数ｋ２を用いて、
（ ＡｍＡ − ＳＡｍ ） × ＷａＫ × ｋ２ ・・・・・・・・・・・ 式１２
として近似表現することができる。

【0051】

温度検出器により検出された温度に基づき温度勾配により求めた温度を、現在の運転状態より算出される冷却量の差分および温度上昇量の差分に基づき補正することで、精度の良く現在の磁石温度を算出し、磁石温度の応じた制御定数の補正を行なうことで、より安定した制御を行うことが可能となる。

【0052】

尚、実施例においては、ポンプ装置を想定した制御を説明したが、ファンや他の装置においても同様の制御が可能である。

【符号の説明】

【0053】

１・・・カバー、 ２・・・冷却カバー、 ３・・・インバータを収納したケース、
４・・・ノイズフィルタを内蔵した端子箱、 ５・・・エンドブラケット、
６・・・回転軸、 ９・・・電動機のハウジング、２４・・・エンドブラケット、
２５・・・冷却ファン、 ２６・・・制御基板用ケース、
２７・・・平滑コンデンサ用ケー、
１０・・・ポンプ、 １１・・・吸込み管、 １２・・・給水管（吐出し管）、
２０・・・電動機、 ３０・・・インバータ、
３１・・・演算処理部、３２・・・電力変換部、
３３・・・記憶部、 ３４・・・信号入出力部、
５１・・・圧力信号線、
５２・・・圧力検出手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6(a)】

【図6(b)】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】