JP6329887B2 - ポンプ装置及びインバータ駆動電動機組立体 - Google Patents
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Description
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Vq = ω・Ke2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ 式10
(Ke2 = Ke1 +(磁束変化量) )
となる。
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。
( 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。
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
Claims (11)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
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