特許 7132584 交流電動機の始動と運転のための装置

(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】

(24)【登録日】2022-08-30

(45)【発行日】2022-09-07

(54)【発明の名称】交流電動機の始動と運転のための装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 1/28 20060101AFI20220831BHJP

【ＦＩ】

H02P1/28

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2017240589

(22)【出願日】2017-12-15

(65)【公開番号】P2018099025

(43)【公開日】2018-06-21

【審査請求日】2020-12-07

(31)【優先権主張番号】P 2016243095

(32)【優先日】2016-12-15

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】516377821

【氏名又は名称】日本油圧工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000279

【氏名又は名称】特許業務法人ウィルフォート国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 清司

(72)【発明者】

【氏名】平田 正人

【審査官】柏崎 翔

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１４３２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－９８１６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２３６６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平８－１７２７９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０２２２７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平５－１７６５９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－３２２６６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５９－９７９２（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ １／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電動機の始動及び運転のための装置において、
前記交流電動機の始動時に、電源の全電圧から低減された電圧を前記交流電動機に出力して減電圧始動を行う始動回路と、
前記交流電動機の運転時に、前記全電圧を前記交流電動機に出力する開閉器と、
前記交流電動機に設けられた温度センサと、
前記温度センサからの信号を受信し、前記始動回路と前記開閉器を駆動するコントローラと
を備え、
前記コントローラが、
前記交流電動機が負荷状態と無負荷状態のいずれであるかを判断するステップと、
前記交流電動機が再始動可能状態であるか否かを判断するステップと、
前記温度センサから受信した信号に基づいて、前記交流電動機の巻線温度が、前記始動回路により前記交流電動機の前記減電圧始動が行われても前記交流電動機の巻線の過熱の問題が起きないような設定温度以下であるか否かを判断するステップと、
前記交流電動機の運転時に、前記交流電動機が前記無負荷状態であり同時に前記巻線温度が前記設定温度以下であると判断した場合、前記開閉器を開いて前記交流電動機を停止するステップと、
前記交流電動機を停止した後に、前記交流電動機が前記負荷状態になったと判断した場合、前記始動回路を駆動して前記交流電動機の前記減電圧始動を行わせるステップと、
前記交流電動機を始動した後に前記開閉器を閉じて前記交流電動機の運転に入るステップと
を有する制御プロセスを実行するように構成され、
前記コントローラが、
前記減電圧始動を行わせるステップで、前記始動回路から前記交流電動機への出力電圧を所定の多段始動電圧パターンに沿って３段階以上にわたり段階的に上昇させ、前記３段階以上の各段階で、前記出力電圧を所定の昇圧時間で上昇させた後に所定の電流安定時間だけ一定に保持するように、前記始動回路を駆動する手段
を有し、
前記各段階の前記電流安定時間が、前記各段階で前記昇圧時間に増えた前記交流電動機の電流が前記電流安定時間中に所定の定格電流以下に低下するように、設定されている、
始動及び運転装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般には、交流電動機の始動と運転のための装置及び方法に関し、とくに、無駄な消費電力を削減するための技術に関する。

【背景技術】

【0002】

コンプレッサやポンプなどの作業機械を駆動する交流電動機において、作業機械の駆動を停止する時、つまり電動機にとり無負荷状態の時には、電動機を停止することが、無駄な消費電力を削減するために望ましい。コンプレッサやポンプなど交流電動機で駆動される作業機械では無負荷状態が高い頻度で発生するが、その都度に電動機を停止させれば、大きな電力削減が期待できる。

【0003】

しかし、停止後に交流電動機を再始動する際、大きな始動電流と大きな始動トルクが発生し、それにより、電動機巻線（固定子及び回転子）が高温に発熱したり、機械的ストレスにより、鉄心や回転子バー・短絡環の緩みから回転子バーの折損などが生じたりする可能性がある。また、作業機械に大きな力が急激にかかって作業機械に悪影響を与える可能性もある。とくに高電圧の大容量の交流電動機において、これらの悪影響は顕著であり、電動機の頻繁な停止と再始動は電動機の損傷又は寿命短縮を引き起こすおそれがある。したがって、大容量の交流電動機の始動の頻度は非常に低いレベルに制限されている。例えば、1日の間に何度も無負荷状態が生じても、1日中運転され続けるのが現状である。

【0004】

始動電流と始動トルクを抑制しながら交流電動機を始動するために、幾つかの減電圧始動法が知られている。例えば三相かご型誘導電動機の代表的な減電圧始動法として、スターデルタ始動、リアクトル始動、補償器始動、インバータ始動などがある。

【0005】

特許文献１及び非特許文献１には、上記とは別の減電圧始動法を行う装置が開示されている。この始動装置は、サイリスタ位相制御を用いて、三相誘導電動機の入力電圧を緩やかに上げていく。

【0006】

この始動装置は、伝統的なスターデルタ始動、リアクトル始動及び補償器始動よりも効果的に、始動電流と始動トルクを抑制することができる。また、この始動装置は、インバータ始動と比較して、インバータの交直変換と直交変換での無駄な電力損失がない分、より効果的に消費電力を削減できる。また、この始動装置は、上記変換ロスが無いことで、熱の発生が極少であるため、本体寿命が長く、高調波・ノイズ対策の必要性が低い。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開2000-201490号公報

【文献】「三相誘導電動機用電子制御始動装置について」平田正人著、第28頁～第32頁、Boiler Turbine Avenue 2000冬号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の目的は、交流電動機の運転時の無駄な消費電力を削減することにある。

【0009】

本発明の別の目的は、交流電動機の始動時の交流電動機への悪影響を抑制することにある。

【0010】

本発明のまた別の目的は、交流電動機の始動をより適切に行えるようにすることにある。

【0011】

本発明のまた別の目的は、交流電動機の始動装置の利便性を高めることにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

一例としての交流電動機の始動及び運転のための装置は、交流電動機の始動時に、電源の全電圧から低減された電圧を交流電動機に出力する始動回路と、交流電動機の運転時に、電源の全電圧を交流電動機に出力する開閉器と、始動回路と開閉器を駆動するコントローラとを備える。

【0013】

前記コントローラは、以下のステップを有する制御プロセスを実行するように構成されてよい。
・交流電動機が負荷状態と無負荷状態のいずれであるかを判断するステップ
・交流電動機が再始動可能状態であるか否かを判断するステップ
・交流電動機の運転時に、交流電動機が無負荷状態であり同時に再始動可能状態であると判断した場合、開閉器を開いて交流電動機を停止するステップ
・交流電動機を停止した後に、交流電動機が負荷状態になったと判断した場合、始動回路を駆動して交流電動機を始動するステップ
・交流電動機を始動した後に開閉器を閉じて交流電動機の運転に入るステップ

【0014】

上記の始動及び運転装置は、電動機の運転中、電動機が無負荷状態であり同時に再始動可能状態であると判断した場合、開閉器を開いて交流電動機を停止する。これにより、無負荷状態でも電動機を運転するという従来の運転方法で無駄に消費されていていた電力が削減される。

【0015】

また、上記の始動及び運転装置は、電動機が無負荷状態であり同時に再始動可能状態であると判断した場合に、電動機を停止させ、その後、電動機が負荷状態になると、電動機の減圧始動を行う。このとき、電動機は再始動可能状態であるから、始動による電動機への悪影響は小さい。

【0016】

電動機が再始動可能状態か否かの判断は、例えば、電動機の温度状態に関連する情報に基づいて行うことができる。そのような情報として、例えば、電動機の巻線温度、電動機の筐体温度、電動機の騒音や振動、電動機の始動の頻度、電動機の回転速度と出力トルクなどがあり得る。

【0017】

電動機が負荷状態か無負荷状態かの判断は、電動機により駆動される作業機械の運転又は停止に関連する情報に基づいて行うことができる。そのような情報としては、例えば、作業機械の運転指令又は停止指令、作業機械の運転と停止の制御で用いられる所定のパラメータ値などがあり得る。

【0018】

始動回路として、電源と電動機との間に設けられた複数の半導体スイッチング素子（例えば、各相について逆並列接続されたサイリスタのペア）を有するものを用いることができる。そして、それら半導体スイッチング素子の点弧位相角を制御することで、減電圧始動を行うことができる。

【0019】

このような始動回路を用いると、点弧角制御により始動電圧を任意のパターンに制御できるので、始動による電動機への悪影響を効果的に低減できる。それゆえ、電動機が再始動可能状態であると判断するための基準を緩く設定できる。その結果、無負荷時に電動機を停止できる機会が増え、消費電力をより効果的に削減できる。

【0020】

本発明に従う始動及び運転装置は、コントローラで異常又は故障が発生した場合に開閉器を手動又は自動で開閉するための故障対策モジュールを備えてもよい。それにより、コントローラが異常又は故障のときでも、電動機の始動、運転及び停止が行える。

【0021】

コントローラが、次のステップを有する料金通知プロセスを実行するように構成されてよい。
・交流電動機が無負荷状態で停止した時の時間長を把握するステップ
・交流電動機が無負荷状態で運転した時の消費電力を把握するステップ
・上記時間長と上記消費電力に基づいて、交流電動機が無負荷状態で停止したことにより削減された電気料金又は消費電力量を計算するステップ
・削減された電気料金又は消費電力量をユーザに通知するステップ

【0022】

上記の料金通知プロセスにより、ユーザは、無負荷時の電動機の停止によるメリットを具体的な数値として実感することができる。

【0023】

コントローラは、電動機の始動時に、始動回路の出力電圧を、あらかじめ設定された始動電圧パターンと比較し、その偏差がゼロになるように半導体スイッチング素子の点弧位相角を制御するように構成されてよい。これにより、電動機の始動電圧を所定の電圧パターンに精度よく一致させることができる。電動機及び作業機械の特定に応じて電圧パターンを適切に選ぶことで、始動の電動機への悪影響を効果的に抑制できる。

【0024】

コントローラは、電動機の始動時に電動機の回転速度を監視し、その回転速度に基づいて開閉器を閉じるタイミングを制御するように構成されてよい。それにより、始動時に電動機にかかる負荷の大きさや特性に影響されずに、始動の完了を適切にとらえて電動機を運転に移行させることが容易になる。

【0025】

一例としての交流電動機の始動及び運転のための方法は、以下のステップを有することができる。
・交流電動機が負荷状態と無負荷状態のいずれであるかを判断するステップ
・交流電動機が再始動可能状態であるか否かを判断するステップ
・交流電動機の運転時に、交流電動機が無負荷状態であり同時に再始動可能状態であると判断した場合、交流電動機を停止するステップ
・交流電動機を停止した後に、交流電動機が負荷状態になると判断した場合、交流電動機の減電圧始動を行うステップ
・減電圧始動の後に交流電動機の運転に入るステップ

【0026】

一例としての交流電動機の始動及び運転装置は、電源から交流電動機へ給電するための主給電パスと、その主給電パスに並列接続された保守用バイパスとを備える。そして、主給電パスは、交流電動機の始動時に、電源からの交流全電圧をスイッチングして低減された交流電圧を交流電動機に出力する始動回路と、交流電動機の運転時に、電源の全電圧を交流電動機に出力する開閉器と、始動回路と開閉器を駆動するコントローラとを有して、上記の始動回路と開閉器の一方又は双方を通じて電源から交流電動機へ給電できるように構成される。また、保守用バイパスは、これを開閉する保守用バイパス開閉器を有して、主給電パスの保守時に、保守用バイパスを通じて電源から交流電動機へ給電できるように構成される。

【0027】

一例としての交流電動機の始動及び運転装置は、交流電動機の始動時に、電源からの交流全電圧をスイッチングして低減された交流電圧を交流電動機に出力する始動回路と、交流電動機の運転時に、電源の全電圧を交流電動機に出力する開閉器と、始動回路と開閉器を駆動するコントローラとを有する。コントローラは、始動回路と開閉器を制御するための制御パラメータを有し、その制御パラメータを用いて、始動回路と開閉器を駆動する。その制御パラメータは変更可能である。制御パラメータにより始動回路と開閉器を適切に制御することにより、電動機の始動時の電動機への悪影響を抑制する、あるいは、電動機とその負荷機械の状態に応じて電動機の停止及び再始動を電動機への悪影響を抑えつつ制御することができる。このことは、電動機の無負荷時などに電動機の停止をより頻繁に行うことを可能にして無駄な消費電力を削減するのに役立つ。

【0028】

上述した制御パラメータの例は、電動機の始動時に始動及び運転装置から電動機への出力電圧を制御するための始動電圧パターン、あるいは、電動機の停止時に始動及び運転装置から電動機への出力電圧を制御するための停止電圧パターンであり得る。始動電圧パターンの一例は、３段以上の複数段に分けて始動回路の出力電圧を上昇させるように構成された多段始動電圧パターンであり得る。この多段始動電圧パターンは、各段において、始動回路の出力電圧を、前段電圧から現段電圧へ上昇させた後、電流安定時間の間、現段電圧に維持する。また、この多段始動電圧パターンは、電動機の始動電流を小さくして始動の悪影響を減らす目的にも有用である。

【0029】

上述した制御パラメータの別の例は、電動機の運転中に電動機を停止するか否かの判断、及び／又は、一旦停止させた電動機を再始動するか否かの判断、又は、それらの判断を行うための、電動機及び作業機械の状態に関する条件であり得る。その制御パラメータの制御により、上記の判断を適切に行って、電動機の停止タイミング、及び／又は、再始動タイミングを適切に制御することにより、電動機の無駄な消費電力を削減することができる。

【0030】

上述したコントローラは、それがもつ各種の制御パラメータが、それらの制御パラメータを決定する機能を学習した学習済ニューラルネットワークにより制御されるように、構成されてよい。学習済ニューラルネットワークは、コントローラ内に設けられてもよいし、あるいは、コントローラ外に設けれられて、コントローラに制御パラメータを提供するためにコントローラと通信接続可能に構成されてもよい。

【0031】

一例としての交流電動機の始動及び運転装置のためのパラメータ制御システムは、１又は複数の現場に配置された１又は複数の交流電動機の始動及び運転装置と通信接続可能なサーバコンピュータを備える。各現場の始動及び運転装置は、各現場の交流電動機の始動時に、電源からの交流全電圧をスイッチングして低減された交流電圧を交流電動機に出力する始動回路と、交流電動機の運転時に、電源の全電圧を交流電動機に出力する開閉器と、始動回路と開閉器を駆動するコントローラとを有する。コントローラは、始動回路と開閉器を制御するための制御パラメータを有し、その制御パラメータは変更可能である。また、サーバコンピュータは、それぞれの現場の交流電動機とそれに接続された作業機械に関する現場データを格納した現場データベースと、その現場データに基づいて各現場用の制御パラメータを制御する推論システムと、推論システムにより制御された各現場用の制御パラメータを各現場のコントローラに提供するインタフェースとを有する。

【0032】

上記のパラメータ制御システムは、１又は複数の現場に設置された交流電動機の始動及び運転装置に、それぞれの交流電動機に加えられる電圧を制御するための制御パラメータを提供し、その制御パラメータを制御することができる。制御パラメータを適切に制御することで、電動機の始動電流を小さくして、始動の悪影響を抑える、あるいは、電動機への悪影響を抑えつつ電動機の不要な運転を停止したりすることができる。これは、電動機の無駄な消費電力を削減することに寄与する。

【0033】

上記のパラメータ制御システムにおいて、各現場の始動及び運転装置は、各現場の現場データをセンサなどから入手してサーバコンピュータに送信するように構成されてよい。

【0034】

さらに、サーバコンピュータの推論システムは、各現場の現場データから各現場用の制御パラメータを制御する関数又はアルゴリズムを機械学習したニューラルネットワークを有することができる。そのニューラルネットワークは、各現場の始動及び運転装置からサーバコンピュータに供給された現場データを用いて上記のアルゴリズムを学習するように構成されてよい。推論システムのニューラルネットワークは、１又は複数の現場から集められた大量の現場データを用いて機械学習により、最適な制御パラメータを自動的に割り出す機能を習得するように構成されてよい。そのように１又は複数の現場から現場データを収集してニューラルネットワークの機械学習を行うための学習システムが、サーバコンピュータ内に、又は、サーバコンピュータ外に設けられてよい。その推論システムを利用することで、電動機の始動と運転の状態を監視しそれを最適化することができる。また、電動機の異常を予知したり、検知したり、予防したり、不必要な点検作業を減らしたりして、設備の休止期間を短くすることにも役立つ。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】本発明の一つの実施形態に係る、交流電動機の始動及び運転装置の構成を示す。

【図2】同装置で採用される、無負荷時における電動機の運転継続／停止の判断のための電動機の巻線温度に関する条件を示す。

【図3】同装置が行う交流電動機の始動及び運転の一制御例の流れの一部を示す。

【図4】同制御流れの別の部分を示す。

【図5】同制御流れの残り部分を示す。

【図6】同制御で用いられ得る始動電圧パターンと停止電圧パターンの幾つかの例を示す。

【図7】同装置が行う削減電気料金の表示のための一制御例の流れを示す。

【図8】同装置の保守作業を交流電動機の運転中に行うことを可能にする無停電保守回路の一構成例を示す。

【図9】交流電動機の始動時における無停電保守回路の制御の流れを示す。

【図10】交流電動機の運転中に始動及び運転装置を保守する場合における無停電保守回路の制御の流れを示す。

【図11】始動及び運転装置の復旧時における無停電保守回路の制御の流れを示す。

【図12】図１の運転及び始動装置の始動パラメータ及び停止パラメータを自動制御するためのパラメータ制御システムの一構成例を示す。

【図13】同パラメータ制御システムに採用可能な人工知能システムの一構成例を示す。

【図14】多段始動パターンと始動パラメータの例を示す。

【発明を実施するための形態】

【0036】

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。

【0037】

図１は、本発明の一実施形態に係る交流電動機の始動及び運転装置の構成を示す。

【0038】

図１に示すように、始動及び運転装置１は、三相交流電源３と三相交流電動機5との間に設けられ、電動機５の入力電圧を制御することができる。電動機５は、例えば三相かご型誘導電動機である。作業機械９を駆動するために、電動機５の出力回転軸７は作業機械９の入力回転軸に結合される。作業機械９は、例えばコンプレッサ、ポンプ、ブロワ、又はその他の電動機で駆動される機械であってよい。電動機５の回転軸７には、電動機５を冷却するための冷却装置（例えば、送風ファン）（図示省略）も結合されている。

【0039】

始動及び運転装置１は、始動回路１１、メイン開閉器１３、バイパス開閉器１５、コントローラ１７、及び手動始動及び停止スイッチ１９などを有する。

【0040】

始動回路１１は、電源３と電動機５の間の三相電源ラインに挿入され、電動機５の始動時と停止時に電動機５の三相入力電圧を制御する。本実施形態では、始動回路１１は、逆並列接続された半導体スイッチング素子、例えば逆並列接続されたサイリスタのペア（サイリスタ・スタック）を、各相の要素として有する。

【0041】

コントローラ１７が始動回路１１の三相サイリスタ・スタックの点弧位相角を制御して、電動機５の入力電圧を低い値から徐々に上げていくことにより、電動機５の減電圧始動を行なうことができる。このようなサイリスタ位相制御を用いた電動機５の減電圧始動の基本的方法は、前述した、特許文献１又は非特許文献１に開示されている。

【0042】

電動機５を停止させる時、コントローラ１７が始動回路１１の三相サイリスタ・スタックの点弧位相角を制御して、電動機５の入力電圧を徐々に小さくしていくことにより、電動機５及び作業機械９をソフトに停止させることができる（これをソフト・ストップという）。さらに、電動機５を停止させる時、始動回路１１の三相サイリスタ・スタックの片方向のサイリスタだけを導通させて電動機５に直流電圧を印加することにより、電動機５を発電機として機能させて、電動機５及び作業機械９に制動をかけることもできる（これをダイナミック・ブレーキという）。

【0043】

電源３と電動機５の間の三相電源ラインには、さらに、始動回路１１の一時側に、始動回路１１と直列に、メイン開閉器１３が挿入される。メイン開閉器１３は、三相の電磁開閉器であり、そのターンONとターンOFFがコントローラ１７によって制御される。メイン開閉器１３がONのときのみ、始動回路１１が機能することができる。

【0044】

さらに、その三相電源ラインには始動回路１１と並列に、バイパス開閉器１５が設けられる。バイパス開閉器１５は、三相の電磁開閉器であり、そのターンONとターンOFFがコントローラ１７によって制御される。バイパス開閉器１５がONのとき、電動機５は電源３と直接接続され、全電圧が電動機５に入力される。始動回路１１による減電圧始動を行っている最中は、バイパス開閉器１５はOFF状態にされる。減電圧始動が完了したとき、バイパス開閉器１５をターンONすることで、電動機５は始動状態から運転状態へ移行する。なお、始動完了の際、例えば、始動回路１１の出力電圧と電源電圧とが一致したとき、バイパス開閉器１５をターンONし、その後ある時間（例えば2秒）の間は始動回路１１とバイパス開閉器１５を並列でON状態とし、その後に始動回路１１をターンOFFするようにしてもよい。それにより、電位差や位相差を抑えて、バイパス開閉器１５のターンON時のショック及び接点摩耗を低減できる。

【0045】

コントローラ１７は、始動回路１１、メイン開閉器１３及びバイパス開閉器１５を制御することで、電動機５の始動及び運転を制御する。コントローラ１７が行う始動及び運転制御には、電動機５の消費電力を削減するためのサブ制御が含まれる。この電力削減のためのサブ制御とは、電動機５の運転中に電動機５が無負荷状態になったとき（つまり、作業機械９の運転を停止すべきとき、又は、停止してよいとき）、所定の条件が成立すれば、電動機５を停止し、その後、電動機５が再び負荷状態になったとき（つまり、作業機械９の運転を再開すべきとき）、電動機５を減電圧始動する、という機能である。ここで、上記の「所定の条件」とは、電動機５の一時的な停止が許される（あるいは、その一時停止の直後の電動機５の再始動）が許される条件である。この条件の一つは、例えば、電動機５の巻線（固定子巻線又は／及び回転子巻線）の温度がある閾値温度より低いことである。さらに、コントローラ１７は、上記の電力削減のためのサブ制御によって削減された電力料金を、ユーザに通知する（例えば、表示する）機能も有する。

【0046】

コントローラ１７への入力信号には、例えば、電動機５への三相入力電流を示す入力電流信号２１、電動機５への三相入力電圧を示す入力電圧信号２３、バイパス開閉器１５のON／OFF状態を示すバイパス状態信号２５、電動機５の巻線の温度を示す巻線温度信号２７、電動機５の回転速度を示す回転速度信号３１、作業機械９の運転及び停止指令３５などがある。さらに、電動機５の振動及び音をそれぞれ示す信号（図示省略）など、電動機５の何らかの状態を示すその他の信号も、コントローラ１７の入力信号になり得る。入力電流信号２１は、例えば、電源３からの三相電源ラインに設けられた計器用変流器CTから提供される。入力電圧信号２３は、例えば、電動機５への三相電源ラインに設けられた計器用変圧器VTから提供される。バイパス状態信号２５は、例えば、バイパス開閉器１５の補助接点（図示せず）から提供される。巻線温度信号２７は、例えば、電動機５の巻線内（例えば、固定子巻線内又は回転子巻線）（又は、電動機５の筐体のように固定子巻線に近い個所、あるいは、電動機の回転軸のように回転子巻線に近い個所）に設けられた温度センサ２９（接触式の温度センサだけでなく、赤外線温度センサのように非接触で機能するものでも、あるいは、無線でセンシング結果を送信できる温度センサを使用してもいいし、あるいは、抵抗値など他のパラメータから演算で温度を推定するものでもいい）から提供される。回転速度信号３１は、例えば、電動機５の出力回転軸７に設けられた回転速度計３３から提供される。運転及び停止指令３５は、作業機械９を運転しろ、又は、停止しろという命令であり、例えば、作業機械９から提供される。

【0047】

上述した運転及び停止指令３５は、電動機５が負荷状態であるか無負荷状態であるかをコントローラ１７が知るために用いられる。したがって、作業機械９を運転するか停止するかの判断材料となり得る１種類以上のパラメータ値を、運転及び停止指令３５の代わりに、又は運転及び停止指令３５と組み合わせて、負荷／無負荷の判断に用いてもよい。そのようなパラメータ値として、作業機械９の種類、役割又は機能に応じて、圧力、温度、電流値、液面高さ、濃度、重量、水質、光電センサ信号、又は深さなどを選択的又は組み合わせて採用し得る。例えば、作業機械９がコンプレッサである場合のコンプレッサの供給圧力、空気槽の圧力、又は配管圧力などが上記パラメータ値として採用できる。例えば、作業機械９が貯水のための揚水ポンプである場合の貯水の水位、作業機械９がブロワである場合のブロワの風量及び／又は風力、作業機械９が集塵機である場合の粉塵や二酸化炭素などの濃度、あるいは、作業機械９が冷凍機である場合の冷却対象の温度などが、上記パラメータ値として採用できる。

【0048】

上述した巻線温度信号２７は、電動機５の一時的な停止（又は、その一時停止直後の電動機５の再始動）が許されるか否かをコントローラ１７が判断するために用いられる。したがって、この判断の材料となり得る他の1以上の特性値を示す信号を、巻線温度信号２７の代わりに、又は巻線温度信号２７と組み合わせて、用いてもよい。そのような特性値として、例えば、電動機５の巻線以外の個所の温度、電動機５の最近過去所定期間の再始動の頻度又は時間的間隔、電動機５の最近過去所定期間の消費電力、電動機５の最近過去所定期間の回転速度と出力トルク、あるいは、電動機５の騒音又は振動の大きさなどが採用し得る。

【0049】

コントローラ１７からの出力信号には、例えば、メイン開閉器１３を開閉するためのメイン開閉信号４１、バイパス開閉器１５を開閉するためのバイパス開閉信号４３、及び始動回路１１のそれぞれのサイリスタへの点弧信号４５などがある。

【0050】

コントローラ１７のハードウェア構成には、さまざまな設計が採用できる。図１では、コントローラ１７の制御機能を分かりやすく説明する都合から、コントローラ１７は、ある程度に簡素なモデルの形態で図示されており、このモデルは一つのコンピュータのように見える。しかし、これは単なる例示にすぎず、例えば、複数のプログラマブルロジックコントローラ、コンピュータ又はその他の電子回路の組み合わせ用いて、コントローラ１７が構成されてもよい。

【0051】

図１に示された構成例によれば、コントローラ１７は、入出力インタフェース５１、CPU５３、記憶装置５５、表示器５７、及び操作盤５９などを有する。入出力インタフェース５１は、上述した入出力信号２１、２３、２５、２７、３１、３５、４１、４３、４５を上述したデバイスCT、VT、９、１１、１３、１５、２９、３３と送受する。CPU５３は、電動機５の始動及び運転の制御ための情報処理、及び削減電力の表示のための情報処理などを行う。記憶装置５５は、CPU５３の動作のためのプログラムやデータを記憶し、また、CPU５３に作業領域を提供する。表示器５７は、例えば、複数の表示ランプ、液晶表示パネル、又はそれらの組み合わせであり、電動機５の始動及び運転に関する所定情報をユーザに提供する。操作盤５９は、例えば、複数の手動スイッチ又は手動ボタン、タッチパネル、又はそれらの組み合わせであり、ユーザに操作されて電動機５の始動及び運転に関する条件設定やデータ入力を行う。

【0052】

コントローラ１７は、特定の機能を専用に行う１以上の特定機能モジュール６１を有してもよい。例えば、始動回路１１への点弧信号４５の位相角を制御するサイリスタ位相制御回路を、特定機能モジュール６１として設けてもよい。

【0053】

コントローラ１７は、また、故障対策モジュール６３を有してもよい。故障対策モジュール６３は、コントローラ１７内で正常の制御が行えなくなる障害が発生したとき、コントローラ１７の正常制御から独立して、電動機５の始動及び停止を行なう。すなわち、故障対策モジュール６３は、コントローラ１７内で発生する障害を監視し、コントローラ１７の正常な制御を妨げる所定の障害（例えば、CPU５３のエラーあるいは故障、又は表示器５７の故障など）の発生を認識したとき、コントローラ１７の正常制御に基づき出力されるバイパス開閉信号４３とは別のバイパス開閉信号６５をバイパス開閉器１５に出力して、バイパス開閉器１５の開閉を制御する。それにより、コントローラ１７が正常な制御を行えないときであっても、電動機５の始動、運転及び停止を行うことができる。

【0054】

手動始動及び停止スイッチ１９は、上述した故障対策モジュール６３と同様の機能を、ユーザが手動で行うためのスイッチである。すなわち、コントローラ１７が正常な制御を行えない状態にある（例えば、表示器５７が消えていて、コントローラ１７の状態がユーザに分からない）ことをユーザが知った場合、ユーザは手動始動停止ボタン１９を操作して、コントローラ１７からのバイパス開閉信号４３とは別のバイパス開閉信号４７をバイパス開閉器１５に印加することができる。それにより、コントローラ１７の故障時、ユーザは手動で電動機５を始動、運転及び停止することができる。

【0055】

図２は、コントローラ１７により行われる電動機５の始動及び運転の制御において、無負荷時及び負荷時に電動機５を運転するか停止するかを判断するために用いられる、電動機５の巻線温度に関する条件を示す。

【0056】

図２に示すように、異なる２つの設定温度T1、T2がある。低い方の第1の設定温度T1には、巻線温度がそれより低ければ、無負荷時に電動機５を停止しても（その後に始動回路１１による減電圧始動を行っても）電動機５において巻線の過熱などの問題は起きないという温度が選ばれている。高い方の第2の設定温度T2には、巻線温度がそれ以上であれば、負荷か無負荷かにかかわらず電動機５を停止することが電動機５にとり安全であるという温度が選ばれている。これらの設定温度T1、T2は、操作盤５９で設定され記憶装置５５に記憶される。

【0057】

したがって、コントローラ１７は、巻線温度が第1の設定温度T1より低い第1の場合には、負荷時には電動機５を運転するが、無負荷時には電動機５を停止する。この無負荷時の電動機５の停止により、電動機５の無駄な消費電力が削減される。

【0058】

また、巻線温度が第1の設定温度T1と第2の設定温度T2の間にある第2の場合には、コントローラ１７は、負荷時にも無負荷時にも電動機５を運転する。また、巻線温度が第2の設定温度T2以上である第3の場合には、負荷時にも無負荷時にも電動機５を停止する。ただし、第3の場合において、電動機５を直ぐに停止させず、電動機５の運転をしばらく続けることで、巻線温度が安全な温度（例えば、第1の設定温度T1以下）になるまで電動機５を冷却し、その後に電動機５を停止させるようにしてもよい。

【0059】

図３、図４及び図５は、コントローラ１７により行われる電動機５の始動及び運転の一制御例の流れを示す。

【0060】

図３に示すように、制御が開始された後、自動モードと手動モードのいずれが操作盤５９で選択されているかがチェックされる（ステップS1）。自動モードは、コントローラ１７が自動的に電動機5の始動と運転と停止を制御するモードである。手動モードは、ユーザが手動で電動機5の始動と運転と停止を制御するモードである。

【0061】

電動機５手動モードが選択されていれば（ステップS2でNO）、「手動」が表示器５７に表示され、そして、操作盤５９の始動ボタンがターンONされたかがチェックされる（ステップS4）。始動ボタンがターンONされた場合（ステップS5でYES）、メイン開閉器１３がターンONされ（ステップS6）、バイパス開閉器１５がターンONされ（ステップS7）、そして「運転」が表示器５７に表示される（ステップS8）。これにより、電動機５が全電圧で始動され、そして運転に入る。

【0062】

その後、操作盤５９の停止ボタンがターンONされたかがチェックされ（ステップS9）る。停止ボタンがターンONされた場合（ステップS10でYES）、メイン開閉器１３がターンOFFされ（ステップS6）、バイパス開閉器１５がターンOFFされ（ステップS１２）、そして「停止」が表示器５７に表示され（ステップS13）、制御が終了する。これにより電動機５が停止される。

【0063】

前述した選択モードのチェックの結果、自動モードが選択されていた場合（ステップS2でYES）、表示器５７にて「自動」が表示され（ステップS20）、そして「停止」の表示が消される（ステップS21）。そして、始動条件が成立しているか否かがチェックされる（ステップS22）。始動条件とは、電動機５を始動してよい条件であり、それは、例えば次の４つのサブ条件がすべて満たされていることである。
１．電動機5の巻線温度が第1の設定温度T1より低い。
２．作業機械９の外部アラームが無い。
３．この始動及び運転装置１に異常が無い。
４．メイン開閉器１３とバイバス開閉器１５の双方がOFF状態にある。

【0064】

上記の始動条件が満たされている場合（ステップS22でYES）、作業機械９からの運転指令３５がONであるか否か（つまり、作業機械５を運転すべきか否か）がチェックされる（ステップS23）。運転指令がONであれば（ステップS23でYES）、メイン開閉器１３がターンONされ（ステップS24）、そして第1タイマが起動される（ステップS25）。第1タイマは、メイン開閉器１３のターンON（励磁）を開始してから、メイン開閉器１３の接点が確実に閉じるまでの遅れ時間に相当する時間をカウントする。第1タイマがタイムアップしたなら（ステップS26でYES）（つまり、メイン開閉器１３が確実にON状態になったら）、制御は図４に示すポイントAからのプロセスに進む。

【0065】

図４に示すように、始動回路１１のサイリスタの点弧を開始し、そして、始動回路１１の各相の出力電圧が、所定の始動電圧パターンに沿って上昇するように、各サイリスタの点弧位相角を制御する（ステップS30）。その点弧位相角の制御は、例えば、始動回路１１の各相の出力電圧をフィードバックして、その出力電圧と始動電圧パターンとの偏差を無くすように、位相点弧角を調整するというフィードバック制御の方法で行うことができる。これにより、電動機５の減電圧始動が行われる。

【0066】

上記の始動電圧パターンは、あらかじめ操作盤５９で設定されて、記憶装置５５に記憶されている。あるいは、後述する図１２に示されたサーバコンピュータ又は図１３に示された人工知能システムから、コントローラ１７の初期設定時又はその後の随時に、適切な始動パターンがコントローラ１７に供給されて記憶装置５５に記憶されてもよい。あるいは、後述する図１２に示されたサーバコンピュータ又は図１３に示された人工知能システムにより、コントローラ１７の始動電圧パターンがリアルタイムで最適化されてもよい。

【0067】

採用可能な始動電圧パターンの幾つかの例１０１、１０３、１０５を図６に示す。実線で示された始動電圧パターン１０１は、各相の出力電圧を始動時間Tstの間に初期電圧V0から単調に電源電圧Vsまで上昇させる「ソフト始動」と呼ばれる始動方法である。一点鎖線で示された別の始動電圧パターン１０３は、回転機械（電動機５及び作業機械９）の回転速度が所定の一次危険速度を通過する電圧領域（一次危険速度域）で電圧を急上昇させてここを速やかに通過することで、一次危険速度域での振動拡大などの有害作用を回避するための始動方法である。破線で示される始動電圧パターン１０５は、回転機械の初動時（動き始め）の所要トルクが大きい場合、最初に一時的に高い電圧を加えて回転機械を動き始めさせた後、電圧を落としてパターン１０１のようなソフト始動を行う「キックスタート」と呼ばれる始動方法である。これらの例のように、始動電圧パターンは任意に設定又は制御することができる。始動電圧パターンを定義する諸パラメータ（例えば、初期電圧V0、始動時間Tst、一次危険速度域Vfc1とVfc2、一次危険速度回避時間Tfc、キック電圧Vk、キック時間Tkなど）を、本明細書では「始動用制御パラメータ」という。電動機５及び作業機械９の特性に応じて、始動用制御パラメータを適切に設定又は制御することにより、最適な始動電圧パターンで電動機５を始動できるので、始動時の電動機５の過熱や機械的負荷を、従来の始動方法より効果的に抑制することができる。なお、図６中、並列運転時間Tpd1は、始動パターンの完了直後に始動回路１１とバイパス開閉器１５を並列的にON状態とする時間であり、これも、始動用制御パラメータに含まれ得る。

【0068】

再び図４を参照して、ステップS30でサイリスタ位相制御による減電圧始動が行われている間、「始動中」が表示器５７に。その後、減電圧始動が完了したか否かがチェックされる（ステップS32）。始動の完了は、例えば次の３つのサブ条件のうちの１つ、又は2つ以上の組み合わせ、又は全部が満たされたか否かで判断することができる。
１．電動機５の回転速度が定格回転速度で安定した。
２．始動回路１１の出力電圧（電動機５の入力電圧）が定格電圧で安定した。
３．始動回路１１を流れる電流（電動機５の入力電流）が定格電流で安定した。
４．所定の始動時間が経過した。
とりわけ、電動機５の回転速度が定格速度で安定したという最初のサブ条件は、電動機５にかかる負荷の大小にかかわらず有効である。したがって、その最初のサブ条件一つだけで、始動の完了を判断してもよい。

【0069】

始動が完了すると（ステップS32でYES）、バイパス開閉器１５が閉じられて全電圧が電動機５に印加され（ステップS33）、その後に、始動回路１１のサイリスタの点弧が停止される（ステップS34）。これにより、電動機５は運転に入る。そして、表示器５７では「始動中」の表示が消され（ステップS35）、「運転中」が表示される（ステップS36）。そして、コントローラ１７は、電動機５が運転中であることを認識する（ステップS37）。なお、ステップS33からS34の間に、ある時間（例えば2秒）を置いて、その間は始動回路１１とバイパス開閉器１５を並列でON状態とし、その後に始動回路１１をターンOFFするようにしてよい。それにより、電位差や位相差を抑えて、バイパス開閉器１５のターンON時のショック及び接点摩耗を低減できる。

【0070】

その後、作業機械５からの停止指令３５がONになったか（つまり、作業機械５を停止すべきか、あるいは、電動機５が無負荷になったか）否かがチェックされる（ステップS38）。停止指令がONになった場合（ステップS38でYES）、電動機５の巻線温度が第1の設定温度T1より低いか否かがチェックされる（ステップS39）。その結果、巻線温度が第１設定値より高ければ（ステップS39でNO）、それは、電動機５を今停止して短時間後に再始動することは電動機５に悪影響を与える可能性があることを意味するので、制御はステップS33へ戻り、電動機５の運転が継続される。

【0071】

他方、ステップS39で、巻線温度が第1の設定値より低いならば（ステップS39でYES）、それは、電動機５を今停止して短時間後に再始動しても電動機５に悪影響を与えないことを意味する。この場合、制御は図５に示すポイントBからのプロセスへ進む。

【0072】

上述したステップS38で、作業機械９の停止指令がONでない場合には（ステップS38でNO）、停止条件が成立しているかがチェックされる（ステップS40）。停止条件とは、異常事態のために作業機械５を停止すべき条件であり、例えば、次の３つのサブ条件のいずれかが満たされたことである。
１．電動機５の巻線温度が第2の設定温度T2より高い。
２．作業機械９の外部アラームが発生した。
３．この始動及び運転装置１で異常が発生した。

【0073】

ステップS40で停止条件が成立してなければ（ステップS40でNO）、制御はステップS33へ戻り、電動機５の運転が継続される。

【0074】

他方、ステップS40で停止条件が成立していれば（ステップS40でYES）、それは、異常事態が起きたために電動機５を停止すべきであることを意味する。この場合、制御は図５に示すポイントCからのプロセスへ進む。

【0075】

図5を参照して、ポイントBからのプロセスは、電動機５の運転中に電動機５の停止指令がONになった場合（つまり、電動機５が無負荷状態になった場合）の制御である。この制御では、始動回路１１のサイリスタがゼロの位相角で点弧され（ステップS50）、続いて、バイパス開閉器１５が開かれる（ステップS51）。これにより、始動回路１１のみを通じて、電源３の全電圧が電動機５に印加される。

【0076】

その後、始動回路１１のサイリスタ位相制御が行なわれて、所定の停止電圧パターンに沿って電動機５への印加電圧を０Vまで低下させる（ステップS52）。この位相制御も、始動時と同様、始動回路１１の出力電圧と停止電圧パターンとの偏差を無くすフィードバック制御の方法で行うことができる。ここで、停止電圧パターンは、あらかじめ操作盤５９で設定されて、記憶装置５５に記憶されている。あるいは、後述する図１２に示されたサーバコンピュータ又は図１３に示された人工知能システムから、適切な停止電圧パターンが初期設定時に、又は初期設定とその後の随時に、コントローラ１７に供給されて記憶装置５５に記憶されてもよい。あるいは、後述する図１２に示されたサーバコンピュータ又は図１３に示された人工知能システムにより、コントローラ１７の停止電圧パターンがリアルタイムで最適化されてもよい。

【0077】

採用可能な停止電圧パターンの幾つかの例１０６、１０７、１０８が図６に示される。図６中、実線で示された停止電圧パターン１０６は、各相の出力電圧を停止時間Tsp1の間に電源電圧Vsからゼロまで単調に下降させる「ソフト停止」と呼ばれる停止方法である。一点鎖線で示された停止電圧パターン１０７は、作業機械９が送水ポンプの場合に、これを急激に停止させると生じる水撃作用を防止するために、出力電圧を、まず一段電圧降下時間Tfdかけて一段降下電圧Vfdまで下げた後、水撃防止時間Twhの間その一段降下電圧Vfdに保ち、その後に、二段電圧降下時間Tsdをかけてゼロまで降下させる方法である。破線で示された停止電圧パターン１０８は、交流電動機５の逆相制動を利用するために、まず、出力電圧を逆相切替時間Tchの間ゼロにして、その間に交流電動機５を逆相に切替えた後、ソフト停止電圧Vssに逆相制動時間Tbkの間保ち、その後に、停止時間Tsp２をかけてゼロまで下げる方法である。また、図示してないが、交流電動機５の二線間に直流電圧を印加することで、発電制動を行うこともできる。これらの例のように、停止電圧パターンは任意に設定できる。本明細書では、停止電圧パターンを定義するための、つまり、停止動作を制御するための各種のパラメータ（例えば、図６に示された停止時間Tsp1、一段電圧降下時間Tfd、二段電圧降下時間Tsd、一段降下電圧Vfd、逆相切替時間Tch、逆相制動時間Tbk、停止時間Tsp2、ソフト停止電圧Vssなど）を、「停止用制御パラーメータ」と呼ぶ。電動機５及び作業機械９の特性に応じて、停止用制御パラメータを適切に設定又は制御することで、最適な停止電圧パターンで電動機５を停止できる。なお、図６に示された停止開始直前の並列運転時間Tsp2は、始動回路１１とバイパス開閉器１５を同時並行でON状態にする時間であり、これも停止用制御パラメータに含まれ得る。

【0078】

さらに、この停止のプロセスにおいて、必要に応じてダイナミック・ブレーキを適用することができる。すなわち、始動回路１１の一方向のサイリスタだけを点弧して電動機５に直流を印加することで、電動機５を発電機として動作させて制動をかける。制動力は、サイリスタの点弧位相角、つまり電動機５への印加電圧の高さで調節できる。例えば作業機械９の慣性力が大きく、電動機５の電圧を落としただけでは所望の停止ができない場合、ダイナミック・ブレーキを適用することでより所望通りに電動機５を停止することができる。

【0079】

上述した停止のプロセスが終わったら、始動回路１１のサイリスタの点弧を停止し（ステップS53）、そして、「運転中」の表示を消す（ステップS54）。続いて、第2タイマを起動する（ステップS56）。第2タイマは、始動回路１１のサイリスタを停止してから、メイン開閉器１３を開くまでの間に安全のために置くべき所定時間をカウントする。

【0080】

第2タイマがカウントアップしたら（ステップS56でYES）、メイン開閉器１３が開かれ（ステップS57）、そして、「停止」が表示器５７に表示される（ステップS58）。これで、制御はひとまず終了して、作業機械９の作業指令がONになる（つまり、作業機械９の運転を再開すべき状態になる、すなわち、電動機５が再び負荷状態になる）のを待つ。その後、作業指令がONになると、制御は図３に示されたプロセスから再開する。したがって、依然として自動モードが選択され（ステップS22でYES）、かつ始動条件が成立している（ステップS23でYES）限り、電動機５が再び始動される（ステップS24以降のプロセス）。

【0081】

再び図５を参照して、ポイントCからのプロセスは、停止条件が成立した場合（図４のステップS40でYES）の制御を示す。この制御では、電動機５の巻線温度が第1の設定温度T1より低いか否かがチェックされる（ステップS60）。巻線温度が第1の設定温度T1より低くない場合（ステップS60でNO）、電動機５を冷却するために、制御は図４に示すステップS33へ戻り、巻線温度が第1の設定温度T1より低くなるまで電動機５の運転が継続される。

【0082】

図5に示したステップS60で、巻線温度が第1の設定値T1より低い場合（ステップS60でYES））、制御はすでに説明したステップS50からのプロセスへ進み、電動機５が停止される。

【0083】

以上のように、コントローラ１７は、自動モードでは、電動機５が負荷状態で運転しているとき、電動機５が無負荷状態に移行したならば、電動機５の巻線温度が第1の設定温度T1より低い（つまり、その後短時間のうちに電動機５を再始動しても問題がない）限り、電動機５を停止させて無駄な電力消費を防ぐ。その後、電動機５が再び負荷状態に移行すれば、コントローラ１７は、電動機５を減電圧始動して運転を再開する。他方、電動機５の巻線温度が第1の設定温度T1より高い（つまり、その後短時間のうちに電動機５を再始動すると電動機５に悪影響が及ぶ可能性がある）場合には、コントローラ１７は、電動機５が無負荷状態になっても、電動機５の運転を継続し、それにより、悪影響の原因となる再始動を防止する。

【0084】

図７は、コントローラ１７により行われる、削減された電気料金の表示のための一制御例の流れを示す。

【0085】

図７に示すように、電動機５の運転データが採取される。運転データとして、例えば、所定の期間（例えば、当月）における次のようなデータが採取される。
w1：今まで電動機５を無負荷状態で運転した時の消費電力（例えば平均値）
w2：今まで電動機５を負荷状態で運転した時の消費電力（例えば平均値）
t1：今まで電動機５を無負荷状態で停止させた時の時間長
t2：今まで電動機５を無負荷状態で運転した時の時間長
t3：今まで電動機５を負荷状態で運転した時の時間長
このデータ採取は、周期的に繰り返される。それにより、運転データは実質的にリアルタイムで最新の値に更新される。

【0086】

ここで、「電動機５を無負荷状態で運転した時」とは、巻線温度が第1の設定温度T1以上であったために、無負荷状態でも電動機５を停止できなかった場合を意味する。また、「電動機５を無負荷状態で停止した時」とは、巻線温度が第1の設定温度T1より低かったために、無負荷状態で電動機５を停止した場合を意味する。消費電力w1、w2は、図１に示した三相の電流信号２１と電圧信号２３から計算される。時間長t1、t2、t3は、コントローラ１７内のクロック信号をカウントすることで計測される。

【0087】

採取された運転データに基づき、上記所定期間（例えば、当月）における以下の電力量が計算される（ステップS14）。
X：今までに無負荷状態で電動機５を停止させたことで削減された電力量
（もし電動機５を停止しなかったならば無駄に消費されたであろう電力量）
Y：今までに無負荷状態で電動機５を運転したことで消費した電力量
Z：今までに負荷状態で電動機５を運転したこととで消費した電力量

【0088】

w1、w2として平均値を用いる場合、削減電力量Xと消費電力量Y、Zは例えば次のように計算できる。
X = w1 × t1
Y = w1 × t2
X = w2 × t3

【0089】

上記の削減及び消費電力量X、Y、Zと、上記所定期間の電気料金単価cに基づいて、削減電気料金Pと消費電気料金Qが次のように計算される（ステップS76）。
P = X × c
Q = (Y + Z) × c
ここで、電気料金単価cは、あらかじめ操作盤５９で設定され（ステップS74）、記憶装置５５に記憶されている（ステップS75）。

【0090】

計算された削減電気料金Pと消費電気料金Qが表示器５７に表示される（ステップS77）。とくに削減電気料金Pを知ることで、ユーザは、この始動及び運転装置１により提供される消費電力削減のメリットを実感することができる。

【0091】

図８は、上述した始動及び運転装置１の保守作業を交流電動機５の運転中に行うことを可能にする無停電保守回路の構成例を示す。

【0092】

図８において、参照番号１は、上述した始動及び運転装置（図１参照）を指す。ただし、バイパス開閉器１５は、後の制御流れの説明を分かりやすくするために、始動及び運転装置１のブロックの外側に示してある。

【0093】

図８に示されるように、無停電保守回路１１０は、三相交流電源３から交流電動機５へ給電するためのパスとして、始動及び運転装置１を通る主給電パス１１１のほかに、主給電パス１１１に並列に接続された保守用バイパス１１３を有する。

【0094】

主給電パス１１１の始動及び運転装置１の上流側と下流側に、ペアのコネクタ（例えば、差し込みコネクタ）１１５、１１７が設けられる。これらのコネクタ１１５、１１７は、始動及び運転装置１を主給電パス１１１に機械的及び電気的に組み込み及び取り外し可能とする。主給電パス１１１の上流側コネクタ１１５の上流側と下流側コネクタ１１７の下流側に、ペアの保守用開閉器（例えば、電磁開閉器）１１９、１２１が設けられる。これら保守用開閉器（例えば、電磁開閉器MC-1、MC-2）１１９、１２１は、始動及び運転装置１とコネクタ１１５、１７７のセットを、主給電パス１１１に電気的に接続及び分離可能とする。

【0095】

保守用バイパス１１３は、始動及び運転装置１の保守中に、交流電動機５に給電するためのパスである。保守用バイパス１１３には、これを開閉するための保守用バイパス開閉器（例えば、電磁開閉器MC-MS）１２３が設けられる。保守用バイパス１１３には、また、始動及び運転装置１の保守中における交流電動機５の過負荷を検知してそれを阻止するための過負防止開閉器（例えば、サーマルリレー）１２５が設けられる。

【0096】

主給電パス１１１と保守用バイパス１１３の上流側接続点の上流側に、遮断機１２７が設けられる。遮断機１２７は、始動及び運転装置１のサイリスタのパンク（短絡）時などに、給電を強制的に止めるためのものである。

【0097】

さらに、手動で操作可能な切替スイッチ（COS）１２９が設けられる。切替スイッチ１２９は、保守モード（M）と通常運転モード（N）の間の切り替えを行うスイッチである。切替スイッチ１２９により、上述した保守用開閉器１１９、１２１、保守用バイパス開閉器１２３、及び、始動及び運転装置１が、後に説明するように制御されるようになっている。

【0098】

図９、図１０及び図１１は、上述した無停電保守回路１１０の制御の流れの一例を示す。図９は、交流電動機５の始動時の制御の流れを示し、図１０は、始動及び運転装置１の保守を行う場合の制御流れを示し、図１１は、始動及び運転装置１の復旧時の制御流れを示す。
図９、図１０、図１１及びそれらの図を参照した以下の説明では、分かりやすくするために、図８に示された主給電パス１１１の保守用開閉器１１９、１２１をそれぞれ「MC-1」、「MC-2」と略記し、保守用バイパス１１３の開閉器１２３を「MC-MS」と略記し、始動及び運転装置１のバイパス開閉器１５を「MC-BP」と略記し、また、切替スイッチ１２９を「COS」と略記する。

【0099】

図９に示すように、交流電動機５を始動するときには、まず、MC-1とMC-2がON状態で、主給電パス１１１が有効に機能でき、かつ、MC-MSがOFF状態で、保守用バイパス１１３が無効な（開いた）状態にある（ステップS80）。

【0100】

この状態の下で、始動及び運転装置１の始動回路１１が駆動されて、交流電動機５の減電圧始動を行う（S81）。減圧始動が完了して全電圧が交流電動機５に加わった後、MC-BPがターンONされ（S82）、続いて、始動回路１１が停止されて、交流電動機５の通常運転が開始される（S83）。

【0101】

その後、始動及び運転装置１の保守を行う場合、図１０に示すように、交流電動機５の通常運転中（ステップS90）、例えば手動で、COSが今までの通常モードから保守モードへと切り替えられる（S91）。すると、COSからの保守モードを示す信号に応答して、以下のステップS92～S95が順に行われる。

【0102】

すなわち、MC-MSがターンONして保守用バイパス１１３を有効にする（S92）。その後、始動及び運転装置１の始動回路１１が停止動作に入る（この停止動作中、MC-BPはON状態に保たれる）（S93）。その後、始動回路１１が停止すると、MC-1とMC-２がターンOFFして、始動及び運転回路１とコネクタのセットを主給電パス１１１から電気的に切り離す。その後、MC-BPがターンOFFする（S95）。その結果、始動及び運転装置１は、交流電動機５の給電パスから電気的に分離されるとともに、交流電動機５への給電は保守用バイパス１１３を通じて行われる。

【0103】

この状態の下で、例えば手動により、始動及び運転装置１内のントローラ１７と他の諸回路とを繋げていたコネクタが取り外されて、コントローラ１７が他の諸回路から切り離される（S96）。その後、例えば手動で、始動及び運転装置１のコネクタ１１５、１１７が取り外されて、始動及び運転装置１が主給電パス１１１から分離される（S97）。

【0104】

以上により、交流電動機５の運転は継続したまま、始動及び運転装置１の保守作業を行うことができるようになる。

【0105】

その後、始動及び運転装置１の保守が終わりこれを復旧させる場合には、図１１に示されるように、例えば手動で、始動及び運転装置１のコネクタ１１５、１１７を主給電パス１１１に接続することで、始動及び運転装置１が主給電パス１１１に組み込まれる（S100）。また、始動及び運転装置１内のコントローラ１７が他の諸回路にコネクタで結合される（S101）。その後、コントローラ１７に、保守前に設定されていた制御パラメータが再設定される（S102）。ここで、制御パラメータとは、図６を参照して既に説明したように、始動電圧パターン及び／又は停止電圧パターンを定義するための、つまり、始動動作及び／又は停止動作を制御するための各種パラメータである。

【0106】

その後、COSが今までの保守モードから通常運転モードへ切り替えられる（S103）。COSからの通常運転モードを示す信号に応答して、以下のステップS104～S106が順番に行われる。

【0107】

すなわち、始動及び運転装置１のMC-BPがターンONし（S104）、その後にMC-1とMC-2がターンONする（S105）。これにより、始動及び運転装置１のMC-BPつまりバイパス開閉器１５を通じて交流電動機５に全電圧の給電がなされるようになる。その後、MC-MSがターンOFFして（S106）、保守用バイパス１１３を開く。

【0108】

以上で、始動及び運転装置１の復旧が完了する。図９～図１１に示された過程を通じて、交流電動機５の通常運転は中断されることなく維持される。

【0109】

図８に示された構成の変形例として、保守用バイパス１１３に追加の始動及び運転装置１あるいは別の種類の始動装置が組み込まれてもよい。これにより、始動及び運転装置１の保守作業中、必要に応じて交流電動機５の停止及び再始動を行うことが可能となる。

【0110】

図１２は、運転及び始動装置１の制御パラメータを自動制御するためのパラメータ制御システムの構成例を示す。

【0111】

ここで、制御パラメータには、運転及び始動装置１の動作制御に関わる任意の条件、変数、定数又は関数などが含まれ得る。したがって、制御パラメータには、例えば、図６を参照して既に説明したような、始動電圧パターン及び／又は停止電圧パターンそれ自体、又は、それらのパターンを制御するための（つまり、始動動作及び／又は停止動作を制御するための）各種の設定値（例えば、図６に示された初期電圧Vst、始動時間Tst、並列運転時間Tpd1、一次危険速度域Vfc1とVfc2、一次危険速度回避時間Tfc、並列運転時間Tpd2、停止時間Tsp、一段電圧降下時間Tfd、水撃防止時間Twh、二段電圧降時間Tsd、一段降下電圧Vfd、逆相切替時間Tch、逆相制動時間Tbk、停止時間Tsp2など）、又は、電動機５を始動あるいは停止している間における各現時点での始動回路１１の出力電圧もしくは点弧制御信号など、が含まれ得る。さらに、制御パラメータには、例えば、図２及び図３～図５を参照して説明したような、電動機５の運転を停止させるか否かの判断及び再始動させるか否かの判断それ自体、又は、それらの判断を制御するための負荷状態及び電動機巻線温度に関する諸条件（例えば、図２に示された温度設定値T1、T2、及び、すでに説明したような無負荷時と負荷時を判別するための作業機械９の諸状態データなど）など、も含まれ得る。始動及び運転装置１のコントローラ１７には、交流電動機５及び作業機械９の特性や動作環境に応じた最適な制御パラメータが設定されるべきである。特に、電動機５の始動、及び、電動機の停止と再始動の判断に関する制御パラメータについては、電動機５の無駄な消費電力を削減する目的から、電動機５の始動電流と電圧降下を最小化するように制御パラメータを最適化することが望まれる。

【0112】

人が手動で（例えば、操作盤５９を用いて）制御パラメータを最適に設定又は制御する場合、通常次のような作業が行われ得る。すなわち、例えば、制御パラメータをある程度妥当であろうと思われる初期値に仮設定した上で、実際に交流電動機５の起動と停止が試行される。この試行時の交流電動機５の各種状態データ（例えば、電圧、電流、出力トルク、回転速度、巻き線温度など）、及び、交流電動機５の負荷である作業機械９の各種の状態データ（例えば、作業機械9がコンプレッサである場合のコンプレッサの吐出圧力など）が計測され、データレコーダにそれらの計測データが記録される。その記録に基づいて、手動により、制御パラメータの設定値が修正されて、再び交流電動機５の始動と停止が試行される。このような制御パラメータの修正と交流電動機の始動と停止の試行を数回重ねることで、制御パラメータが最適値に近づけられる。

【0113】

しかし、このような手動によるパラメータ最適設定には、人の高い熟練が必要である。すべての現場で担当者がこの手動設定を適切に効率よく行うことは、現実には難しい。また、現場ごとに測定器やデータレコーダが必要である。特に、交流電動機５の始動時の始動電流及び電圧降下を最小化して、交流電動機５のより頻繁な停止と再始動を可能にし、それにより、無駄な消費電力を削減するという目的を達成するために、どのような始動用制御パラメータ値が最適であるかを突き止めることは、人にとって非常に難しい。

【0114】

図１２に示されたパラメータ制御システム１６０は、上記の問題状況を改善することができる。このシステム１６０は、サーバコンピュータ１６１を備え、このサーバコンピュータ１６１は、始動及び運転装置１のコントローラ１７に制御パラメータを最適に設定又は制御する機能を有する。サーバコンピュータ１６１は、例えば、通信ネットワーク（例えば、同じ事業所内のローカルネットワーク、あるいは、インターネットのような広域ネットワークなど）１６３を介して、異なる場所の複数の始動及び運転装置１のコントローラ１７と通信接続され得る。あるいは、サーバコンピュータ１６１は始動及び運転装置１に１対1の関係で通信接続され得るようになっていてもよい。

【0115】

サーバコンピュータ１６１は、例えば、コントローラ１７とデータを送受する入出インタフェース１６５、計算処理を行うCPU１６６、CPU１６６により実行されるコンピュータプログラム及び処理対象のデータなどを記憶保持する記憶装置１６７、人がサーバコンピュータ１６１に命令や指示を入力するための操作盤１６８、及び、処理結果や記憶内容などの様々な情報を人に対して提示する表示器１６９などを有する。サーバコンピュータ１６１のパラメータ最適制御機能は、典型的には記憶装置１６７に格納されたコンピュータプログラムとして実装されることができるが、必ずしもそうでなければならないわけではなく、ハードウェアロジック回路（図示省略）、あるいは、ハードウェアロジック回路とコンピュータプログラムの組み合わせとして実装されることもできる。

【0116】

始動及び運転装置１のコントローラ１７は、交流電動機５及び作業機械９から所定の状態データを収集することができる。交流電動機５に関する状態データとしては、例えば、交流電動機５に設けられた電流・電圧・音・振動センサセット１４１からの電圧データ・電流データ・音データ・振動データ１４３、及び、巻線温度センサ１４５からの巻線温度データ１４７、交流電動機５の出力軸に設けられた回転速度・トルクセンサ１５１からの回転速度データ・トルクデータ１５３などがあり得る。また、作業機械９に関する状態データには、例えば、作業機械９がコンプレッサであるならば、コンプレッサ９の吐出口に設けられた圧力センサ１５５からの吐出圧データ１５７などがあり得る。作業機械に関する状態データの種類は、作業機械９により異なり得る。すなわち、作業機械９の種類、役割又は機能に応じて、圧力、温度、電流値、液面高さ、濃度、重量、水質、光電センサ信号、又は深さなどのうちの１以上のものを選択して又はそれらを組み合わせて、それらを状態データとして採用し得る。例えば、作業機械９がコンプレッサである場合のコンプレッサの供給圧力、空気槽の圧力、又は配管圧力などが状態データとして採用できる。例えば、作業機械９が貯水のための揚水ポンプである場合の貯水の水位、作業機械９がブロワである場合のブロワの風量及び／又は風力、作業機械９が集塵機である場合の粉塵や二酸化炭素などの濃度、あるいは、作業機械９が冷凍機である場合の冷却対象の温度などが、状態データとして採用できる。

【0117】

コントローラ１７は、その記憶装置５５上に制御データベース１５９を有し、この制御データベース１５９に、交流電動機５及び作業機械９から収集した状態データのセットを格納することができる。コントローラ１７は、制御データベース１５９に格納された状態データのセットを、サーバコンピュータ１６１に送信することができる。状態データベース１５９は、また、サーバコンピュータ１６１から提供される制御パラメータの設定値も格納することができる。

【0118】

サーバコンピュータ１６１は、それぞれの現場のコントローラ１７からそれぞれの現場の状態データを受信することができる。サーバコンピュータ１６１は、また、それぞれの現場の交流電動機５及び作業機械９の特性を示す特性データも、所定のデータ提供源（例えば、ネットワーク上の情報提供サーバ、あるいは、外部記憶デバイスなど）から受信することができる。受信されたそれぞれの現場の状態データ及び／又は特性データ（以下、現場に関する状態データと特性データを「現場データ」と総称する）を使って、それぞれの現場の交流電動機５の始動用と停止用の制御パラメータの最適値（又は最適近似値）のセットを計算することができる。サーバコンピュータ１６１は、計算された制御パラメータの最適値（又は最適近似値）のセットをコントローラ１７に送信することができる。

【0119】

コントローラ１７は、サーバコンピュータ１６１から制御パラメータの最適値のセットを受信し、受信した最適値（又は最適近似値）セットをコントローラ１７に設定し、以後、その設定された最適値（又は最適近似値）セットを用いて、交流電動機５の始動及び停止を行うことができる。

【0120】

サーバコンピュータ１６１がコントローラ１７内の制御パラメータを最適化する時期は、交流電動機５の運転中及び停止中の何時でもよい。例えば、始動及び運転装置１の設置時や復旧時だけでなく、環境変化やその他の何らかの原因で制御パラメータの設定を変更すべき事態が生じれば、その都度に、制御パラメータの最適化を行ってよい。あるいは、電動機５の始動、運転、又は停止を行っている間、リアルタイムで制御パラメータの最適化を行ってもよい。

【0121】

このように構成されたパラメータ制御システム１６０は、人の熟練に頼らずに、それぞれの現場の始動及び運転装置１の制御パラメータ制御を容易化及び適正化することができる。

【0122】

また、パラメータ制御システム１６０を利用することで、交流電動機５の始動時の始動電流及び電圧降下を最小化する目的、及び、それにより交流電動機５のより頻繁な停止と再始動を可能にして無駄な消費電力を削減する目的を達成するための最適なパラメータ値を自動的に特定して制御することが可能になる。さらに、最適パラメータ値の算出に、以下に説明するような人工知能システムを利用することで、上記目的がよりいっそう容易に達成できるようになる。

【0123】

図１３は、上述したパラメータ制御システム１６０において、サーバコンピュータ１６１で制御パラメータを最適に制御するために採用可能な人工知能システムの一構成例を示す。

【0124】

サーバコンピュータ１６１は、制御パラメータの最適値を計算するためのアルゴリズムを実行するためのコンピュータプログラム又はハードウェア回路を備える。しかし、交流電動機５と作業機械９の特性及び動作環境は現場ごとに異なるため、それらの異なる現場に適合した計算アルゴリズムを、人が完全にプログラミング又は設計することは至難の業である。この問題状況を改善するために、図１３に示された人工知能システム１７１は、ニューラルネットワークを利用して、最適な計算アルゴリズムを機械学習により自動的に構築できるように構成される。この人工知能システム１７１は、典型的にはコンピュータプログラムとして実装されて、サーバコンピュータ１６１の記憶装置５５に格納されるが、必ずしもそうでなければならないわけではなく、ハードウェアロジック回路（図示省略）、あるいは、ハードウェアロジック回路とコンピュータプログラムの組み合わせとして実装されることもできる。

【0125】

図１３に示されるように、人工知能システム１７１は、現場データベース１７３、訓練データ準備部１７５、訓練データベース１７６、ニューラルネットワーク学習部１７７、ニューラルネットワークデプロイ部１７９、及び、ニューラルネットワーク推論部１８１を有する。

【0126】

現場データベース１７３は、１又は２以上の現場について、各現場用の制御パラメータの算出に必要な各種の現場データを記憶し保持する。各現場の現場データには、例えば、交流電動機５の各種特性を示す特性データ（例えば、起動時のトルクと回転速度の関係を示した起動トルクカーブ、及び、慣性モーメントデータなど）、作業機械９の各種特性を示す特性データ（例えば、起動時のトルクと回転速度の関係を示した起動トルクカーブ、及び、慣性モーメントデータなど）、以前に実際に使用されたことのある制御パラメータの各セット、その制御パラメータの各セットで交流電動機５を起動したときに測定された交流電動機５と作業機械９に関する状態データのセット、などがあり得る。

【0127】

現場データの提供源には、例えば、各現場のコントローラ１７及び他のデバイス（例えば、サーバコンピュータ１６１に接続された外部記憶装置、あるいは、サーバコンピュータ１６１とネットワーク１６３を通じて通信可能な他の情報提供サーバなど）などがある。例えば、上述した交流電動機５及び作業機械９の各種特性データは、典型的には、それらの機械のメーカが用意した特性データを提供するネットワーク上の情報提供サーバ、あるいは、それらのデータを格納した外部記憶装置から、現場データベース１７３に取り込むことができる。また、各現場で実際に使用された制御パラメータのセットは、各現場のコントローラ１７から、あるいは、その制御データセットを生成したニューラルネットワーク推論部１８１から、現場データベース１７３に取り込むことができる。また、現場で測定された各種状態データのセットは、各現場のコントローラ１７から現場データベース１７３に取り込むことができる。ここで、実用用途で電動機５を利用している現場、研究・開発用途で電動機５を利用している現場、及び／又は、ニューラルネットワークの機械学習のための訓練データを作成する目的で電動機５を利用している現場など、いかなる目的の現場であっても、現場データの提供源として採用され得る。

【0128】

訓練データ準備部１７５は、現場データベース１７３に格納された現場データを用いて訓練データを準備する。訓練データ準備部１７５は、自ら訓練データを作成してよい。あるいは、訓練データ準備部１７５は、外部の人又は外部のコンピュータに現場データを提供して、それらの人又はコンピュータに訓練データを作成させ、そして、それらの人又はコンピュータから作成された訓練データを受け取ってもよい。

【0129】

訓練データは、ニューラルネットワークに制御パラメータの計算アルゴリズムを学習させるために使用される。訓練データは、機械学習を行うニューラルネットワークに入力されることになる問題データと、そのニューラルネットワークから出力されることが期待される正解データと、の組み合わせを含む。ニューラルネットワークに、例えば、電動機５と作業機械９の特性に応じて最適な制御パラメータを決定させたい場合、問題データには、例えば、それぞれの現場の交流電動機５と作業機械９の特性データが含まれ得る。それらの特性データは、現場データベース１７３から得ることができる。正解データには、コントローラ１７に設定されるべき制御パラメータの最適値（又は最適近似値）のセットが含まれてよい。特に始動用制御パラメータについての正解データは、交流電動機５の始動時の始動電流を最小化し電圧降下を最小化することができるように最適化された値（又は最適近似値）のセットであることが望ましい。この最適値（又は最適近似値）セットも、現場データベース１７３から得ることができる。例えば、条件的に同様な他の現場で過去に設定された（手動で設定された場合も自動で設定された場合も含み得る）（実用目的で設定された場合も、最適値を探し出すというような研究・開発目的で設定された場合も含み得る）制御パラメータの最適値（又は最適近似値）のセットが、正解データとして使用できる。

【0130】

ニューラルネットワークに、例えば、現場に既に設定された制御パラメータをより最適なものへ修正させる機能を持たせたい場合、訓練データの問題データには、それぞれの現場で既に設定された制御パラメータの値のセットと、その既設定の下で交流電動機５と作業機械９の始動と停止を実行した時に測定された交流電動機５と作業機械９の状態データとが含まれてもよい。その場合、正解データには、その既設定の制御パラメータの値に対して行うべき修正を示すデータ（例えば、修正後の最適値のセット）が含まれてよい。この修正データも、特に始動用制御パラメータの場合には、交流電動機５の始動時の始動電流をいっそう小さくして電圧降下を小さくすることができるものであることが望ましい。これらの問題データと正解データも、現場データベース１７３に格納された、例えば、条件的に同様な他の現場で過去に設定された制御パラメータの値、及び、過去に測定された状態データから得ることができる。

【0131】

ニューラルネットワークに、例えば、電動機５を停止させるか否か及び再始動させるか否かを最適に判断するための制御パラメータを決定させたい場合、問題データには、例えば、それぞれの現場の交流電動機５と作業機械９の特性データ及び状態データが含まれ得る。それらの特性データは、現場データベース１７３から得ることができる。正解データには、コントローラ１７がもつべきべき上記最適な判断のための制御パラメータの最適値（又は最適近似値）のセットが含まれてよい。この最適値（又は最適近似値）セットも、現場データベース１７３から得ることができる。例えば、条件的に同様な他の現場で過去に設定された（手動で設定された場合も自動で設定された場合も含み得る）（実用目的で設定された場合も、最適値を探し出すというような研究・開発目的で設定された場合も含み得る）制御パラメータの最適値（又は最適近似値）のセットが、正解データとして使用できる。ニューラルネットワークは、学習によって、電動機を停止させるか否か及び再始動させるか否かの判断を、電動機５の現在の状態（例えば、現在の巻線温度など）に基づいて行えるだけでなく、電動機５の将来の状態（例えば、将来の巻線温度など）を予測して、その予測に基づいて上記判断を行えるようにコントローラ１７を設定可能になり得る。この予測的な制御により、電動機５の始動と運転はより適切化され得る。

【0132】

訓練データベース１７６は、訓練データ準備部１７５により準備された上記のような訓練データを格納する。

【0133】

ニューラルネットワーク学習部１７７は、あらかじめ用意された学習前ニューラルネットワーク１８５を有する。ニューラルネットワーク学習部１７７は、その学習前ニューラルネットワーク１８５に訓練データの問題データを入力し、その学習前ニューラルネットワーク１８５からの出力データと訓練データの正解データとの間の誤差を求め、その誤差に基づいて学習前ニューラルネットワーク１８５の計算アルゴリズムを構成する各種パラメータを修正する、という学習セッションを多数回繰り返す。これにより、学習前ニューラルネットワーク１８５が、最適な制御パラメータを計算するアルゴリズムを学習していく。

【0134】

所定の学習条件が満たされると学習前ニューラルネットワーク１８５の学習プロセスが終了する。所定の学習条件として、例えば、学習前ニューラルネットワーク１８５の出力誤差が十分に小さく、かつ、学習セッションを繰り返すことによる出力誤差の減少分が十分に小さくなったこと、あるいは、所定の回数だけ学習セッションを繰り返したこと、などが採用できる。

【0135】

ニューラルネットワークデプロイ部１７９は、ニューラルネットワーク学習部１７７での学習プロセスを終了したニューラルネットワーク（学習済ニューラルネットワーク）１８７を、ニューラルネットワーク推論部１８７にデプロイして、制御パラメータ算出の実用途に学習済ニューラルネットワーク１８７を利用可能にする。

【0136】

ニューラルネットワーク推論部１８１は、現場データベース１７３から各現場の特性データや、始動と停止の試行時に測定された状態データを読み出して、それらのデータを学習済ニューラルネットワーク１８７に入力することで、学習済ニューラルネットワーク１８７から各現場用の制御パラメータの最適値（又は最適近似値）のセット１８３を出力する。出力された各現場用の制御パラメータの最適値（又は最適近似値）セット１８３は、現場データベース１７３に格納され、そして、各現場のコントローラ１７に送信される。コントローラ１７では、受信された最適値（又は最適近似値）セット１８３が、制御データベース１５に格納され（設定され）、以後、その制御パラメータ設定が始動と停止の制御に利用される。あるいは、ニューラルネットワーク推論部１８１は、各現場からリアルタイムで現場データ（特に、各現時点での状態データ）を受け取って、リアルタイムで制御パラメータの最適値（又は最適近似値）のセット１８３を生成して各現場のコントローラ１７へ提供することにより、コントローラ１７による交流電動機５の始動、運転及び停止動作をリアルタイムで最適制御するように構成されてもよい。

【0137】

以上のように構成された人工知能システム１７１を用いることにより、各現場の始動及び運転装置１のコントローラ１７に、自動的に制御パラメータの最適値（又は最適近似値）のセットが設定される。

【0138】

このようにして現場での制御パラメータの自動設定が一旦行われた後、その設定された値を一層に最適化するように修正するようにしてもよい。すなわち、制御パラメータを一旦設定した後に現場で交流電動機５の始動と停止を試行し、その試行時の状態データを測定して人工知能システム１７１にフィードバックし、そのフィードバックデータを用いて人工知能システム１７１の学習済ニューラルネットワーク１８７が、先に設定された制御パラメータを修正した値のセットを再出力し、そして、その修正値のセットを現場のコントローラ１７に再設定する、というプロセスを行えるようにしてよい。このプロセスを１回以上行うことで、各現場の制御パラメータをより最適なものに改善することができる。

【0139】

さらに、現場の動作環境や機械特性の変化（例えば、季節の温度変化による機械油の粘度の変化）に起因する始動時や停止時の状態データの変化を、現場で適宜に測定して人工知能システム１７１にフィードバックすることで、人工知能システム１７１が変化後の状況に適した新たな制御パラメータの最適値のセットを再計算し、その新たなセットで現場のコントローラ１７のパラメータ設定を更新するようにしてもよい。

【0140】

特に始動用制御パラメータについては、各現場の電動機５の始動電流を最小化するように、機械学習機能を用いて制御パラメータを適時に最適化することにより、電動機５の無負荷時により頻繁に電動機５を停止することができるようになる。それにより、無駄な消費電をより効果的に削減できるようになる。

【0141】

ところで、図１３では、人工知能システム１７１内に、１つの学習前ニューラルネットワーク１８５と１つの学習済ニューラルネットワーク１８７が示されている。しかし、人工知能システム１７１が、複数の学習前ニューラルネットワーク１８５及び／又は複数の学習済ニューラルネットワーク１８７を備えてもよく、それらを例えば、異なる現場に割り当てる、あるいは、異なる用途に割り当ててもよい（例えば、交流電動機５と作業機械９の特性データの基づいて制御パラメータの最適近似値のセットを算出する用途と、その最適近似値のセットで始動と停止を試行した結果の状態データに基づいて、その最適近似値のセットをより最適に修正する用途、電動機５及び作業機械９の現在状態に応じて電動機５を停止するか否か及び再始動するか否かを判断する用途、など）。

【0142】

図１３では、人工知能システム１７１内に、機械学習を行うための構成、つまり、訓練データ準備部１７５、訓練データ１７６及びニューラルネットワーク学習部１７７が存在する。しかし、変形例として、人工知能システム１７１が機械学習を行うための構成をもたず、機械学習を行うための構成は人工知能システム１７１の外部に設けられてもよい。

【0143】

図１２及び図１３では、サーバコンピュータ１６１及び人工知能システム１７１が、各現場の始動及び運転装置１の外部に設けられている。しかし、変形例として、サーバコンピュータ１６１の機能要素の少なくとも一部、又は、人工知能システム１７１の機能要素の少なくとも一部が、各現場の始動及び運転装置１内（例えば、コントローラ１７内）に設けられてもよい。例えば、図１３に示された人工知能システム１７１のうちの少なくともニューラルネットワーク推論部１８１が、各現場のコントローラ１７内に、例えば、記憶装置５５に格納されたコンピュータプログラム、特定機能モジュール６１、あるいはそれらの組み合わせとして、設けられてもよい。その場合、各現場のニューラルネットワーク推論部１８１は、その各現場に特化して最適化された関数として訓練された（学習を済ませた）ものであってもよいし、あるいは、他の現場にも適用できるような汎用性をもった関数として訓練されたものであってもよい。また、その場合、各現場のニューラルネットワーク推論部１８１は、その現場でリアルタイムにセンスされた各種状態データを入力して、リアルタイムにその現場の電動機５の始動及び／又は停止動作を制御するように構成されてよい。あるいは、各現場のニューラルネットワーク推論部１８１は、他の現場のコントローラ１７と通信ネットワークを通じて通信接続可能であって、自現場だけでなく他の現場でセンスされた各種状態データを入力して、それぞれの現場の電動機５の始動及び／又は停止動作を制御するように構成されてもよい。各現場のニューラルネットワーク推論部１８１内の学習済ニューラルネットワーク１８７は随時に更新されてよい。

【0144】

図１４は、採用可能な始動電圧パターンの一例として、多段始動電圧パターンの例を示す。

【0145】

図１４に示された多段始動電圧パターン１９１によると、始動回路１１の各相の出力電圧が、初期電圧V0から電源電圧Vsまで、３段以上の多段に分けて段階的に上昇させられる。段数は図１４の例では7段であるが、これは一例にすぎず、より多くても少なくてもいい。各段n（n=1, 2, 3, ....）では、出力電圧を昇圧時間Trnをかけて前段電圧Vn-1から現段電圧Vnまで上昇させた後、電流安定時間Tsnの間その現段電圧Vnに保つ。交流電動機５の電流１９３は、各段において、電圧上昇時に一時的に増大するが、電流安定時間の間に定格電流Ir以下の値に低下して安定し、その後に次段の電圧上昇が行われる。そのため、始動時に電流が過大になって交流電動機５が損傷することが有効に防止される。この多段始動電圧パターン１９１は、特に、作業機械９のイナーシャ（GDスクエア）が大きい場合に有用である。また、電動機５の始動時の始動電流と電圧降下を最小化することで、無負荷時により頻繁に電動機５を停止できるようにして省電力効果を高める目的からも、多段始動電圧パターン１９１は有用である。

【0146】

多段始動電圧パターン１９１を定義する諸値、例えば、初期電圧Vo、段数n、各段電圧Vn、各段電流安定時間Tsnなどは、始動及び運転装置１のコントローラ１７に制御パラメータとして設定されることができる。また、それらのパラメータ値を一旦設定した後、始動と停止を試行して、その時に測定された状態データに応じて、それらの値を修正することもできる。前述したパラメータ設定システム１６０によりそれらのパラメータ値を自動計算することもできる。特に、前述した人工知能システム１７１を用いて、電動機５の始動電流を最小化するよう多段始動電圧パターン１９１を随時に又はリアルタイムに最適化することにより、減電圧始動を用いた電動機５の省電力化の効果をいっそう高めることができる。

【0147】

以上説明した本発明の一実施形態は従来技術が抱えるさまざまな問題状況の改善に有益である。既に説明したように、ポンプ・ファン・コンプレッサなどの回転機器の場合、低負荷での運転は効率が非常に悪くなる。それゆえ、低負荷時には運転台数を減らして高効率を維持するため、台数制御システムとインバータ制御の組み合わせが多く採用されて来ている。しかし、一例として、コンプレッサの場合、コンプレッサのタイプ（レシプロ、スクリュー、ターボなど）、負荷の変動、並びに、容量制御の種類及び仕方により、負荷特性が変わってくる。最高効率を目指すためには頻繁な起動・停止の繰り返しが理想であるが、それは現状では、圧縮機の寿命を縮める恐れがある。それゆえ、コンプレッサの起動・停止の条件をある程度の幅を持って設定し、インバータ制御を併用している。この状況に対して、本発明の一実施形態は次のような改善を提供できる可能性がある。
・圧力センサにより空気圧力を検知及び予測し、コンプレッサの起動・停止の繰り返しを最適化する。
・複数台のコンプレッサの運転台数を効率的に制御し、最適な空気圧を自動制御する。
・それぞれのコンプレッサの制御を人工知能システムで最適化する。

【0148】

以上説明した本発明の実施形態は、説明のための単なる例示であり、本発明の範囲をその実施形態のみに限定する趣旨ではない。本発明は、上記の実施形態とは違うさまざまな形態で、実施することができる。

【0149】

例えば、電動機5が無負荷状態にあるとき、電動機５を停止させるか否かを判断するための情報として、電動機５の巻線温度に代えて、又はそれと組み合わせて、電動機５の温度状態に関係する他の情報（例えば、電動機5の他の部分の温度、電動機５の騒音又は振動の大きさ、電動機５の過去の始動を繰り返した頻度、電動機５の過去の始動からの経過時間、電動機５の消費電力、電動機５の回転速度と出力トルク、など）を使用してもよい。

【0150】

また、電動機５が負荷状態か無負荷状態かを判断するための情報として、作業機械９の運転及び停止指令に代えて、又はそれと組み合わせて、作業機械９の運転又は停止に関係する他の情報（例えば、作業機械９の所定の状態、動作、出力、入力又は機能、電動機５の出力又は入力、又は、外部システムから提供される作業機械９の運転及び／又は停止に関わる命令、要求又は状態、など）を使用することもできる。

【0151】

本発明は、三相かご型誘導電動機だけでなく、他の種類の交流電動機、例えば三相同期電動機にも適用することができる。

【符号の説明】

【0152】

１ 交流電動機の始動及び運転装置
３ 三相交流電源
５ 三相交流電動機（三相かご型誘導電動機）
９ 作業機械
１１ 始動回路
１３ メイン開閉器
１５ バイパス開閉器
１７ コントローラ
１９ 手動始動及び停止スイッチ
２１ 入力電流信号
２３ 入力電圧信号
２５ バイパス状態信号
２７ 巻線温度信号
２９ 温度センサ
３１ 回転速度信号
３３ 回転速度計
３５ 運転及び停止指令
４１ メイン開閉信号
４３ バイパス開閉信号
４５ 点弧信号
４７ バイパス開閉信号
５１ 入出力インタフェース
５３ CPU
５７ 表示器
５９ 操作盤
６１ 特定機能モジュール
６３ 故障対策モジュール
６５ バイパス開閉信号
１０１、１０３、１０５ 始動電圧パターン
１０６、１０７、１０８ 停止電圧パターン
１１０ 無停電保守回路
１１１ 主給電パス
１１３ 保守用バイパス
１１５、１１７ コネクタ
１１９、１２１ 保守用開閉器
１２３ 保守用バイパス開閉器
１５９ 制御データベース
１６０ パラメータ制御システム
１６１ サーバコンピュータ
１６３ 通信ネットワーク
１７１ 人工知能システム
１７７ ニューラルネットワーク学習部
１８１ ニューラルネットワーク推論部
１８５ 学習前ニューラルネットワーク
１８７ 学習済ニューラルネットワーク
１９１ 多段始動電圧パターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】