JP6694250B2 - ポンプシステム及び制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ポンプシステム及び制御装置に関する。

従来、深井戸型水中ポンプなどのポンプシステムでは、制御装置が水中ポンプとは別の場所（例えば、地上）に配置されている。このようなポンプシステムでは、ポンプ、電動機（モータともいう）、及びインバータと電動機とを接続するケーブルの組み合わせ毎に、別置きされた制御装置の初期設定が行われている。ケーブルの長さが異なるとケーブルに含まれる配線の抵抗による電圧降下のため、電動機に所望の電圧を供給することができない。このため、同じように初期設定された制御装置を、ケーブルの長さが異なるポンプシステムで利用すること（共用化という）ができなかった。

特開平７−１３９４９２号公報

制御装置を共用化するために、ポンプの現地据え付け作業時に、制御装置内の電子回路基板に対する設定作業を行って配線の長さすなわち配線抵抗に応じて、インバータが電動機に供給する駆動電圧を変更する方法もある。しかし、据え付け作業時に設定を間違えた場合、ポンプを適切に運転させることができない問題がある。
更に、モータ内部にインバータ装置などモータ制御装置を内蔵し、ポンプ、モータ、制御装置を一体構造とすることで、ケーブルの長さに応じてポンプの現地据え付け作業時に設定作業を行わないで済む方法も提案されている（特許文献１参照）。しかし、インバータ装置など高度な電子部品をモータ一体構造とするために、シール構造など通常とは異なる構造となるため、高コストになってしまうという問題がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、コストを抑えるとともに、インバータから電動機へ電圧を供給する配線の長さが変更されてもポンプを適切に運転させることを可能とするポンプシステム及び制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るポンプシステムは、回転シャフトを有し前記回転シャフトを回転させる電動機と、前記電動機の前記回転シャフトに接続され且つ水を汲み上げるポンプと、前記電動機と配線を介して接続され、前記電動機を駆動する駆動電圧を供給するインバータと、前記インバータに交流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値に応じて電動機の特性を特定し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と、前記電動機の特性に応じた特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる制御部と、を備える。

電動機の特性を特定することによって電動機に含まれるコイルの抵抗値が分かる。インバータに直流電圧を出力させたときの配線に流れる電流量を表す値から、電動機と配線を含む全体抵抗が分かり、その全体抵抗から電動機に含まれるコイルの抵抗値を減算すると、配線抵抗が得られる。このため、配線の抵抗に応じて、電動機を駆動する駆動電力の特性を設定することができる。これにより、インバータから電動機へ電圧を供給する配線の長さが変更されてもポンプを適切に運転させることができる。また、ポンプと電動機については従来の通常の構造と同じになるのでコストを抑えることができる。

本発明の一態様に係るポンプシステムにおいて、前記汲み上げられた水を通す吸込管内の圧力を計測する圧力計を更に備え、前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始した時から前記吸込管内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間に応じて、アクセス可能な記憶部に記憶された前記駆動電圧の特性を更新し、前記ポンプを次回動かすときに、前記記憶部に記憶された前記特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる。

これにより、ポンプを次回動かすときに、ポンプの起動時の時刻から目標圧力までの到達時間を、所定範囲内に収まるようにすることができる。

本発明の一態様に係るポンプシステムにおいて、前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始した時から前記吸込管内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間が所定範囲を超える場合、前記記憶部に記憶された、前記駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量を上げる更新を行うか、または前記記憶部に記憶された前記駆動電圧を上げる更新を行う。

これにより、次回ポンプ起動時に、上昇後の周波数加速レートまたは上昇後の駆動電圧で、電動機を駆動することができるので、ポンプの起動時の時刻から目標圧力までの到達時間を短縮することができる。

本発明の一態様に係るポンプシステムにおいて、前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始した時から前記吸込管内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間が所定範囲を下回る場合、前記記憶部に記憶された、前記駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量を下げるか、または前記記憶部に記憶された前記駆動電圧を下げる更新を行う。

これにより、次回ポンプ起動時に、下降後の周波数加速レートまたは下降後の駆動電圧で、電動機を駆動することができるので、ポンプの起動時の時刻から目標圧力までの到達時間を延ばすことができる。

本発明の一態様に係るポンプシステムにおいて、前記配線に流れる電流量を表す値と電動機の特性とが関連付けられて記憶されており、前記配線に流れる電流量を表す値と前記電動機の特性との組毎に前記駆動電圧の特性が関連づけられて記憶されている不揮発性の記憶媒体である記憶部を更に備え、前記制御部は、当該制御部の電源投入時に、前記インバータに交流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値に対応する電動機の特性を前記記憶部から読み出し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と前記読み出した電動機の特性の組に対応する駆動電圧の特性を前記記憶部から読み出し、前記読み出した特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる。

これにより、制御部は、インバータに直流電圧を出力させたときの配線に流れる電流量を表す値と電動機の特性の組に対応して配線の抵抗が決まり、この配線の抵抗に応じた駆動電圧の特性が配線に流れる電流量を表す値と電動機の特性の組に関連付けられて記憶部に記憶されているので、配線の抵抗に応じた駆動電圧をインバータから電動機に供給させることができる。

本発明の一態様に係るポンプシステムにおいて、前記汲み上げられた水を通す吸込管内の圧力を計測する圧力計を更に備え、前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始してから所定の時間が経過しても、前記圧力が所定の圧力まで上昇しない場合、前記駆動電圧を増大させるか、または前記駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量を増加させる。

これにより、駆動電圧を増大させた場合、電動機の回転シャフトにかかるトルクが大きくなって、ポンプによって汲み上げられる水量が増加するので、吸込管内の圧力が上昇する。また、駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量が増加させた場合、電動機の回転シャフトの回転量の単位時間あたりの増加量が大きくなり、その分、ポンプによって汲み上げられる水量の単位時間あたりの増加量が大きくなるので、吸込管内の圧力の上昇速度が大きくなる。

本発明の一態様に係る制御装置は、回転シャフトが水を汲み上げるポンプに接続された電動機に、前記電動機を駆動する駆動電圧を供給するインバータに交流電圧を出力させたときの前記インバータと前記電動機とを接続する配線に流れる電流量を表す値に応じて電動機の特性を特定し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と、前記電動機の特性に応じた特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる制御部を備える。

電動機を特定することによって電動機に応じて決められている配線の断面積及び抵抗率が分かり、インバータに直流電圧を出力させたときの配線に流れる電流量を表す値によって配線の抵抗が分かる。このため、上記配線に流れる電流量を表す値と電動機の特性に応じて、駆動電圧の特性を設定することにより、配線の抵抗に応じて電動機を駆動する駆動電力の特性を設定することができる。これにより、配線の長さが変更されてもポンプを適切に運転させることができる。また、ポンプと電動機については従来の通常の構造と同じになるのでコストを抑えることができる。

本発明によれば、電動機の特性を特定することによって電動機に含まれるコイルの抵抗値が分かる。インバータに直流電圧を出力させたときの配線に流れる電流量を表す値から、電動機と配線を含む全体抵抗が分かり、その全体抵抗から電動機に含まれるコイルの抵抗値を減算すると、配線抵抗が得られる。このため、配線の長さに応じて電動機を駆動する駆動電力の特性を変更することができる。これにより、配線の長さが変更されてもポンプを適切に運転させることができる。また、ポンプと電動機については従来の通常の構造と同じになるのでコストを抑えることができる。

本実施形態に係るポンプシステム１００の概略構成図である。 本実施形態に係るポンプ４の概略構成図である。 本実施形態に係る制御装置１の概略平面図である。 本実施形態に係る制御ユニット１６の概略構成図である。 インバータＩＶと電動機３の等価回路図と検出回路１６４の概略構成図である。 記憶部ＭＥＭに記憶されているテーブルＴ１の一例である。 記憶部ＭＥＭに記憶されているテーブルＴ２の一例である。 電動機の特性の一例を示す表である。 各電動機に電力を供給するためのケーブル２のケーブル仕様とケーブル直流抵抗との組を示す図である。 電圧変換回路１６１から交流電圧が出力される場合におけるインバータＩＶと電動機３の等価回路図である。 電圧変換回路１６１から直流電圧が出力される場合におけるインバータＩＶと電動機３の等価回路図である。 制御装置の初回電源を投入したときのＣＰＵ１６５の処理の一例を示すフローチャートである。 ２回目以降に制御装置に電源を投入したときのＣＰＵ１６５の処理の一例を示すフローチャートである。 吸込管５内の圧力と時間の関係を示すグラフの第１の例である。 吸込管５内の圧力と時間の関係を示すグラフの第２の例である。 吐出バルブ８が開放されたときのＣＰＵ１６５の処理の一例を示すフローチャートである。

以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係るポンプシステム１００の概略構成図である。図１に示すように、ポンプシステム１００は、制御装置１と、制御装置１とケーブル２を介して接続された電動機３と、電動機の後述する回転シャフト３１に接続され且つ水を汲み上げるポンプ４とを備える。ここで、電動機３とポンプ４とは、一例として、井戸ケーシング７の水の中に配置されている。また、ケーブル２は三つの配線が束になって被覆されている。

図２は、本実施形態に係るポンプ４の概略構成図である。図２に示すように、電動機３は、回転シャフト３１を有し回転シャフト３１を回転させる。これにより、ポンプ４が有する羽根４１、４２、４３、４４が回転することにより、井戸ケーシング７の水を汲み上げることができる。

図１に戻って、制御装置１は、ポンプ４と吸込管５を介して接続された吸込フランジ１１と、吐出管６に接続された吐出フランジ１２とを備える。ポンプ４により汲み上げられた水が吸込管５を通って制御装置１の吸込フランジ１１に流入し、吐出フランジ１２から水が吐き出され、水が吐出管６を通って吐出バルブ８から吐き出される。

図３は、本実施形態に係る制御装置１の概略平面図である。図３に示すように、更に、制御装置１は、吐出側予備フランジ１３と、圧力タンク１４と、圧力計１５と、圧力計１５と接続され電源ＢＴと配線１０１を介して接続され且つ電動機３とケーブル２を介して接続された制御ユニット１６とを備える。圧力計１５は、ポンプ４により汲み上げられた水を通す吸込管５内の圧力を計測する。電源ＢＴは、例えば５０Ｈｚの商用電源である。

図４は、本実施形態に係る制御ユニット１６の概略構成図である。図４に示すように、制御ユニット１６は、電源ＢＴに二つの配線を介して接続されたインバータＩＶと、インバータＩＶに制御線を介して接続された制御部ＣＯＮと、制御部ＣＯＮにバスを介して接続された記憶部ＭＥＭとを備える。インバータＩＶは、電動機３と三つの配線を介して接続され、電動機３を駆動する駆動電圧を供給する。制御部ＣＯＮは、インバータＩＶを制御する。記憶部ＭＥＭは、不揮発性の記憶媒体である。

図４に示すように、インバータＩＶは、電源ＢＴに二つの配線を介して接続された電圧変換回路１６１と、一端が電圧変換回路１６１に接続され他端が配線を介して電動機３に接続された検出抵抗１６２とを備える。電圧変換回路１６１は三つの出力端子（不図示）のうち二つの出力端子がケーブル２に含まれる第１の配線Ｌ１、第３の配線Ｌ３を介して電動機３に接続され、一つの出力端子が検出抵抗１６２を介してケーブル２が有する第２の配線Ｌ２を介して電動機３に接続されている。

電圧変換回路１６１は、制御部ＣＯＮによる制御に従って、電源ＢＴから二つの配線で供給された交流電圧を所望の周波数の交流電圧に変換して出力する。また、電圧変換回路１６１は、制御部ＣＯＮによる制御に従って、電源ＢＴから二つの配線で供給された交流電圧を直流電圧に変換して出力する。

制御部ＣＯＮは、電源ＢＴとインバータＩＶとの間の二つの配線ぞれぞれと結線されることにより電源ＢＴの二つの出力と接続された電圧変換部１６３と、検出回路１６４と、電圧変換部１６３に接続されかつ検出回路１６４に接続され電圧変換回路１６１に接続されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１６５とを備える。
電圧変換部１６３は、電源から供給された交流電圧（例えば、ＡＣ２００Ｖ）を所望の直流電圧（例えば、ＤＶ５Ｖ、１５Ｖ、または２４Ｖ）などに変換する。そして、電圧変換部１６３は、変換後の直流電圧を、検出回路１６４、ＣＰＵ１６５、記憶部ＭＥＭ及び不図示のメモリなどの各種弱電圧電子回路に電圧を供給する。これにより、各種弱電圧電子回路を機能させることができる。

検出回路１６４は、電圧変換回路１６１の第１の出力と第２の出力に接続され、電圧変換回路１６１の第２の出力に接続された検出抵抗１６２の両端に接続されている。
図５に示すように、インバータＩＶと電動機３の等価回路図と検出回路１６４の概略構成図である。ここで、ＲＬ１は第１の配線Ｌ１の配線抵抗の抵抗値、ＲＬ２は第２の配線Ｌ２の配線抵抗の抵抗値、Ｌｍは電動機３のコイルのインダクタンス、Ｒｍは電動機３のコイルの抵抗値、Ｒｓは検出抵抗１６２の抵抗値である。

アンプ２１は、電圧変換回路１６１が出力した電圧波形を検出するために設けられている。アンプ２１は、電圧変換回路１６１の第１の出力と第２の出力に接続され、電圧変換回路１６１の第１の出力と第２の出力の間の電圧を予め決められた倍率（本実施形態では一例として１倍）で増幅する。アンプ２１は、増幅後の電圧をＡＤ変換部２３へ出力する。

アンプ２２は、第２の配線Ｌ２を流れる電流、すなわち電圧変換回路１６１から電動機３に流れる電流を計測するために設けられている。アンプ２２は、検出抵抗１６２の両端に接続され、検出抵抗１６２の両端に係る電圧（以下、分圧電圧という）を予め決められた倍率（本実施形態では一例として１倍）で増幅する。アンプ２２は、増幅後の電圧をＡＤ変換部２３へ出力する。
ＡＤ変換部２３は、アンプ２１から入力された電圧をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号をＣＰＵ１６５へ出力する。また、ＡＤ変換部２３は、アンプ２２から入力された電圧をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号をＣＰＵ１６５へ出力する。

図４に戻って、記憶部ＭＥＭには、ＣＰＵ１６５が読み出して実行するためのプログラム、図６に示すようなテーブルＴ１、図７に示すようなテーブルＴ２が保存されている。
図６は、記憶部ＭＥＭに記憶されているテーブルＴ１の一例である。テーブルＴ１において、インバータＩＶが交流電圧を出力する時の分圧電圧Ｖａと、電動機の定格出力（以下、電動機出力という）とが関連付けられている。

図７は、記憶部ＭＥＭに記憶されているテーブルＴ２の一例である。テーブルＴ２において、インバータＩＶが直流電圧を出力する時の分圧電圧Ｖｂと、電動機出力と、始動電圧の振幅とが関連づけられている。分圧電圧Ｖｂは、第１の配線Ｌ１及び第２の配線Ｌ２の全ての抵抗である配線抵抗とコイルの抵抗の和である全体抵抗を反映している。テーブルＴ２に示すように、分圧電圧Ｖｂが同じであっても電動機出力が異なると電動機３が有するコイルの抵抗が異なるので、配線抵抗が異なる。このため配線抵抗による電圧降下を考慮して、配線抵抗に応じて電動機３の始動電圧の振幅を設定する必要があるため、テーブルＴ２に示すように、分圧電圧Ｖｂと電動機出力の組毎に、始動電圧の振幅が決められている。

ＣＰＵ１６５は、インバータＩＶの電圧変換回路１６１を制御する。制御装置１が初回に電源を投入された場合、ＣＰＵ１６５は、インバータＩＶに交流電圧を出力させたときの第２の配線Ｌ２に流れる電流量を表す値（例えば、分圧電圧Ｖａ）に応じて電動機３の特性（例えば、電動機出力、または電動機３のインダクタンス）を特定する。
具体的には、制御装置１が初回に電源を投入された場合、例えば、ＣＰＵ１６５は、インバータＩＶの電圧変換回路１６１に交流電圧を出力させる。ＣＰＵ１６５は、そのときの分圧電圧Ｖａを検出回路１６４から取得する。そして、ＣＰＵ１６５は、例えば、テーブルＴ１を参照して、この分圧電圧Ｖａに対応する電動機出力を決定する。例えば、分圧電圧Ｖａが０．５Ｖの場合に、この０．５ＶがテーブルＴ１における交流電圧出力時の分圧電圧の範囲０．４５〜０．５５に入るので、この０．４５〜０．５５に対応付けられた１．５ｋＷを電送機出力として決定する。

続いて、ＣＰＵ１６５は、インバータＩＶに直流電圧を出力させたときの第２の配線Ｌ２に流れる電流量を表す値（例えば、分圧電圧Ｖｂ）と、電動機３の特性（例えば、電動機出力、または電動機３のインダクタンス）に応じた特性を有する駆動電圧をインバータＩＶから電動機３に供給させる。ここで、駆動電圧の特性とは、例えば、始動電圧の振幅、始動電圧の周波数または駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量（周波数加速レートともいう）である。

本実施形態では、上述の処理の一例としてＣＰＵ１６５は、例えば、以下の一連の処理を実行する。例えば、ＣＰＵ１６５は、インバータＩＶの電圧変換回路１６１に直流電圧を出力させる。ＣＰＵ１６５は、そのときの分圧電圧Ｖｂを検出回路１６４から取得する。そして、ＣＰＵ１６５は、例えば、テーブルＴ２を参照して、この分圧電圧Ｖｂと先に決定された電動機出力との組に対応する始動電圧の振幅を読み出し、この読み出した振幅の始動電圧をインバータから前記電動機に供給させる。これにより、制御部は、インバータに直流電圧を出力させたときの配線に流れる電流量を表す値と電動機の特性の組に対応して配線の抵抗が決まり、この配線の抵抗に応じた駆動電圧の特性が配線に流れる電流量を表す値と電動機の特性の組に関連付けられて記憶部に記憶されているので、配線の抵抗に応じた駆動電圧に設定することができる。

なお、ＣＰＵ１６５は、始動電圧の振幅ではなく、始動周波数及び／または駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量（以下、周波数加速レートという）を変更してもよい。その場合、テーブルＴ２において、始動電圧の振幅に代えて、始動周波数及び／または周波数加速レートが関連付けられていてもよい。
また、ＣＰＵ１６５は、始動電圧の振幅に加えて、始動周波数及び／または周波数加速レートを変更してもよい。その場合、テーブルＴ２において、始動電圧の振幅に加えて、始動周波数及び／または周波数加速レートが関連付けられていてもよい。
例えば、始動周波数を従前の始動周波数より高くすることにより、目標電圧に到達する時間を短縮することができる。例えば、周波数加速レートを従前の周波数加速レートより上昇させることにより、目標電圧に到達する時間を短縮することができる。

続いて、本実施形態による電動機の特性（例えば、電動機出力、または電動機のインダクタンス）の特定方法の原理について説明する。図８は、電動機の特性の一例を示す表である。図８の表では、電動機の出力毎に、コイルインダクタンス、コイルの直流抵抗が規定されている。図９は、各電動機に電力を供給するためのケーブル２のケーブル仕様とケーブル直流抵抗との組を示す図である。
図８、図９の条件のもとで、交流電圧による電動機の特性（例えば、電動機出力、または電動機のインダクタンス）の特定方法の原理について図１０を用いて説明する。図１０は、電圧変換回路１６１から交流電圧が出力される場合におけるインバータＩＶと電動機３の等価回路図である。図１０に示す等価回路において、電圧変換回路１６１の出力電圧の振幅Ｖａｃは、次の式（１）で表される。

Ｖａｃ＝Ｖａ／Ｒｓ×（ＲＬ１＋ＲＬ２＋√｛（２πｆＬｍ）^２＋Ｒｍ^２｝）＋Ｖａ …（１）

ここで、Ｖａは検出抵抗１６２の両端にかかる分圧電圧で、ｆは電圧変換回路１６１の出力電圧の周波数である。
電動機のインピーダンスは｜Ｚ｜は、√｛（２πｆＬｍ）^２＋Ｒｍ^２｝であるため、電圧変換回路１６１の出力電圧の周波数に比例して上昇する。
例えば、電圧変換回路１６１の出力電圧の振幅Ｖａｃを１０Ｖ、電圧変換回路１６１の出力電圧の周波数ｆを１ｋＨｚ（すなわち１０００Ｈｚ）とし、検出抵抗１６２の抵抗値Ｒｓを例えば５Ωにした場合を想定する。この５Ωという抵抗値は、ケーブル２に含まれる第２の配線Ｌ２の抵抗値と比べて充分に大きい値である。
この想定の下でコイルインダクタンスが１５ｍＨ（すなわち電動機出力が１．５ｋＷ）の時、電動機のインピーダンスは｜Ｚ｜は、コイルの直流抵抗Ｒｍ（＝２．４４Ω）を無視して９４．２（＝｜Ｚ｜＝√（２×１０００（Ｈｚ）×０．０１５（Ｈ）×３．１４））（Ω）となる。

このとき、式（１）は、Ｖａｃ＝Ｖａ／Ｒｓ×｜Ｚ｜＋Ｖａ …（２）となる。

この式（２）にＶａｃ＝１０（Ｖ）、｜Ｚ｜＝９４．２（Ω）、Ｒｓ＝５（Ω）を代入すると、分圧電圧Ｖａとして０．５０４Ｖが得られる。

一方、コイルインダクタンスが３３ｍＨ（すなわち電動機出力が０．７５ｋＷ）の時、電動機のインピーダンスは｜Ｚ｜は、コイルの直流抵抗Ｒｍ（＝６．２Ω）を無視して２０７．２４（＝｜Ｚ｜＝√（２×１０００（Ｈｚ）×０．０３３（Ｈ）×３．１４））（Ω）となる。式（２）にＶａｃ＝１０（Ｖ）、｜Ｚ｜＝２０７．２４（Ω）、Ｒｓ＝５（Ω）を代入すると、分圧電圧Ｖａとして０．２３６Ｖが得られる。

このように、電動機出力に応じて、コイルインダクタンスが異なるので、分圧電圧も異なる値が得られる。よって、ＣＰＵ１６５は、分圧電圧Ｖａを監視することにより、電動機出力またはコイルインダクタンスを特定することができる。

続いて、直流電圧による電動機３に供給する駆動電圧の特性の変更方法の原理について図１１を用いて説明する。図１１は、電圧変換回路１６１から直流電圧が出力される場合におけるインバータＩＶと電動機３の等価回路図である。
上述した処理によって電動機出力またはコイルインダクタンスが特定された後に、ＣＰＵ１６５はケーブル２の長さを決定する。

仮に上述した処理によって電動機出力が１．５ｋＷと特定された場合、電圧変換回路１６１の出力直流電圧をＶｄｃとすると、Ｖｄｃ＝Ｖｂ＋Ｖｂ／Ｒｓ×（ＲＬ１＋ＲＬ２＋Ｒｍ＋Ｒｓ） …（３）となる。

電動機出力が１．５ｋＷであるから図８の表を参照するとコイルの直流抵抗Ｒｍは２．４４Ωである。ＲＬ１＝ＲＬ２であるから、式（３）は次の式（４）のように表される。

Ｖｄｃ＝Ｖｂ＋Ｖｂ／Ｒｓ×（２ＲＬ１＋Ｒｍ＋Ｒｓ） …（４）

出力直流電圧Ｖｄｃは１０Ｖで、検出抵抗１６２の抵抗値Ｒｓは５Ωであり、仮に分圧電圧Ｖｂが５．９Ｖの場合、式（４）から第１の配線Ｌ１の配線抵抗の抵抗値ＲＬ１は０．５１７（Ω）となる。電動機出力が１．５ｋＷの場合、図９の表からケーブル２の長さが１０ｍで０．０５５４ｍであるから、ケーブル２の長さ（すなわち第１の配線Ｌ１の長さ）は約９０ｍである。この第１の配線Ｌ１の長さが長いほどこの第１の配線Ｌ１における電圧降下が大きくなる。このため、インバータＩＶから出力される駆動電圧の大きさが同じであっても、第１の配線Ｌ１の長さが長いほど、電動機３に入力される電圧が小さくなる。よって、電動機３に入力される電圧を所望の電圧にするために、この第１の配線Ｌ１の長さに応じて、電動機３に供給する駆動電圧の特性を設定することができる。駆動電圧の特性とは、例えば、始動電圧の振幅、始動周波数、及び／または駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量（周波数加速レートという）である。

このように、電動機３の特性である電動機出力または電動機３のコイルインダクタンスを特定すれば、電動機出力または電動機３のコイルインダクタンスに、電動機３のコイルの直流抵抗Ｒｍが一対一に対応しているので、電動機３のコイルの直流抵抗Ｒｍが分かる。インバータＩＶが直流電圧を出力しているときに第２の配線Ｌ２に流れる電流量を表す値（例えば、分圧電圧Ｖｂ）が分かれば、直流電圧が既知であるのでコイルの直流抵抗Ｒｍと配線抵抗（第１の配線Ｌ１の抵抗及び第２の配線Ｌ２の抵抗の和）を加算した全体抵抗が分かる。この全体抵抗からコイルの直流抵抗Ｒｍを減算した値が配線抵抗である。この配線抵抗に駆動電圧の特性（例えば、始動電圧の振幅、始動周波数、及び／または周波数加速レート）が一対一に対応しているので、駆動電圧の特性（例えば、始動電圧の振幅、始動周波数、及び／または周波数加速レート）が分かる。

このことから、電動機３の特性（例えば、電動機出力または電動機３のコイルインダクタンス）と、インバータＩＶが直流電圧を出力しているときに第２の配線Ｌ２に流れる電流量を表す値が分かれば、駆動電圧の特性（例えば、始動電圧の振幅、始動周波数、及び／または周波数加速レート）が分かる。

続いて、制御装置の初回電源を投入したときのＣＰＵ１６５の処理について図１２を用いて説明する。図１２は、制御装置の初回電源を投入したときのＣＰＵ１６５の処理の一例を示すフローチャートである。

（ステップＳ１０１）制御部ＣＯＮが通電され、ＣＰＵ１６５が始動する。ＣＰＵ１６５は、電圧変換回路１６１から、予め決められた周波数及び振幅の交流電圧の出力を開始させる。

（ステップＳ１０２）次に、ＣＰＵ１６５は、上述した処理により、モータ出力を特定する。

（ステップＳ１０３）次に、ＣＰＵ１６５は、電圧変換回路１６１から、予め決められた大きさで直流電圧の出力を開始させる。

（ステップＳ１０４）次に、ＣＰＵ１６５は、上述した処理により、始動電圧の振幅、始動周波数及び／または周波数加速レートを決定する。

（ステップＳ１０５）次に、ＣＰＵ１６５は、決定した始動電圧の振幅、始動周波数及び／または周波数加速レートを設定データとして記憶部ＭＥＭに保存する。

（ステップＳ１０６）次に、ＣＰＵ１６５は、決定した始動電圧の振幅、始動周波数及び／または周波数加速レートで、電圧変換回路１６１から電動機３に駆動電圧を出力させる。これにより、電動機３の回転シャフト３１が回転しポンプが始動する。

（ステップＳ１０７）次に、ＣＰＵ１６５は、所定の圧力に吸込管５内の圧力が到達したか否か判定する。所定の圧力に吸込管５内の圧力が到達した場合、本フローチャートの処理が終了する。

（ステップＳ１０８）ステップＳ１０７において、所定の圧力に吸込管５内の圧力が到達しない場合、ＣＰＵ１６５は、始動電圧の振幅、始動周波数及び／または周波数加速レートをリセットし、ステップＳ１０１の処理に戻る。

続いて、２回目以降に制御装置に電源を投入したときのＣＰＵ１６５の処理について図１３を用いて説明する。図１３は、２回目以降に制御装置に電源を投入したときのＣＰＵ１６５の処理の一例を示すフローチャートである。

（ステップＳ２０１）制御部ＣＯＮが通電され、ＣＰＵ１６５が始動する。
（ステップＳ２０２）ＣＰＵ１６５は、記憶部ＭＥＭから設定データを読み込む。これにより、前回設定された設定データが読み込まれる。この設定データには、始動電圧の振幅、始動周波数及び／または周波数加速レートが含まれている。
（ステップＳ２０３）次に、ＣＰＵ１６５は、読み出した始動電圧の振幅、始動周波数及び／または周波数加速レートで、電圧変換回路１６１から電動機３に駆動電圧を出力させる。これにより、電動機３の回転シャフト３１が回転しポンプが始動する。

続いて、ポンプ４が通常のポンプ動作をおこなっているときのＣＰＵ１６５の処理について説明する。通常、ポンプ動作を行っている間、ＣＰＵ１６５は、吸込管５内の圧力の変動及び電動機３の動作タイミングを監視している。

図１４は、吸込管５内の圧力と時間の関係を示すグラフの第１の例である。曲線Ｗ１は、通常の吸込管５内の圧力と時間の関係を示している。一方、曲線Ｗ２は、吸込管５内の圧力の回復が遅れる場合の吸込管５内の圧力と時間の関係を示している。
吸込管５内の圧力は、時刻０から時刻ｔ１まで目標圧力のまま一定であり、時刻ｔ１で吐出バルブ８が開放すると吸込管５内の圧力が低下する。時刻ｔ２で吸込管５内の圧力がポンプ起動圧力以下になると、ＣＰＵ１６５は、電動機３への駆動電圧の供給を開始しポンプ４が起動する。通常の場合、曲線Ｗ１に示すように、ポンプ４の起動時の時刻ｔ２から、通常復旧時間Ｔ１が経過した時ｔ３に目標圧力に到達する。一方、吸込管５内の圧力の回復が遅れる場合、例えば、曲線Ｗ２に示すように、ポンプ４の起動時の時刻ｔ２から、通常復旧時間Ｔ１に加算して更に復旧遅れ時間Ｔ２が経過した時ｔ４に目標圧力に到達する。

図１５は、吸込管５内の圧力と時間の関係を示すグラフの第２の例である。曲線Ｗ３は、通常の吸込管５内の圧力と時間の関係を示している。一方、曲線Ｗ４は、吸込管５内の圧力の回復が早まる場合の吸込管５内の圧力と時間の関係を示している。
吸込管５内の圧力は、時刻０から時刻ｔ５まで目標圧力のまま一定であり、時刻ｔ５で吐出バルブ８が開放すると吸込管５内の圧力が低下する。時刻ｔ６で吸込管５内の圧力がポンプ起動圧力以下になると、ＣＰＵ１６５は、電動機３への駆動電圧の供給を開始しポンプ４が起動する。通常の場合、曲線Ｗ３に示すように、ポンプ４の起動時の時刻ｔ６から、通常復旧時間Ｔ１が経過した時ｔ７に目標圧力に到達する。一方、吸込管５内の圧力の回復が早まる場合、例えば、曲線Ｗ４に示すように、ポンプ４の起動時の時刻ｔ２から、通常復旧時間Ｔ１より過加速時間Ｔ３だけ短い時間が経過した時ｔ８に目標圧力に到達する。

ポンプ４の起動時の時刻ｔ２から目標圧力までの到達時間が、通常復旧時間Ｔ１を基準とする所定範囲内に収まるようにする必要がある。そこで本実施形態では、ＣＰＵ１６５は、駆動電圧の供給を開始した時（すなわちポンプ４の起動時）から吸込管５内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間（以下、目標圧力到達時間という）に応じて、記憶部ＭＥＭに記憶された駆動電圧の特性を更新し、ポンプ３を次回動かすときに、記憶部ＭＥＭに記憶された特性を有する駆動電圧をインバータＩＶから電動機３に供給させる。これにより、ポンプを次回動かすときに、ポンプ４の起動時の時刻ｔ２から目標圧力までの到達時間を、所定範囲内に収まるようにすることができる。

また、記憶部ＭＥＭは不揮発性の記憶媒体であるので、制御ユニット１６の電源が切られることにより記憶部ＭＥＭの電源が一度切られ、その後、制御ユニット１６の電源が再度投入されることにより記憶部ＭＥＭの電源が再度投入された場合にも、記憶部ＭＥＭには駆動電圧の特性が記憶されている。これにより、記憶部ＭＥＭの電源が一度オフしてからオンした場合にも、ＣＰＵ１６５は駆動電圧の特性を読み出すことができ、この特性を有する駆動電圧をインバータＩＶから電動機３に供給させることができる。

具体的には、ＣＰＵ１６５は、図１４の曲線Ｗ２のように、駆動電圧の供給を開始した時から吸込管５内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間が所定範囲を超える場合、記憶部ＭＥＭに記憶された周波数加速レートを上げる更新を行うか、または記憶部ＭＥＭに記憶された駆動電圧を上げる更新を行う。これにより、次回ポンプ起動時に、上昇後の周波数加速レートまたは上昇後の駆動電圧で、電動機３を駆動することができるので、ポンプ４の起動時の時刻ｔ２から目標圧力までの到達時間を短縮することができる。

一方、ＣＰＵ１６５は、図１５の曲線Ｗ４のように、駆動電圧の供給を開始した時から吸込管５内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間が所定範囲を下回る場合、記憶部ＭＥＭに記憶された、駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量を下げるか、または記憶部ＭＥＭに記憶された駆動電圧を下げる更新を行う。これにより、次回ポンプ起動時に、下降後の周波数加速レートまたは下降後の駆動電圧で、電動機３を駆動することができるので、ポンプ４の起動時の時刻ｔ２から目標圧力までの到達時間を延ばすことができる。

続いて、上述した処理の一例について図１６を用いて説明する。図１６は、吐出バルブ８が開放されたときのＣＰＵ１６５の処理の一例を示すフローチャートである。ＣＰＵ１６５は、圧力計１５から吸込管５内の圧力である圧力検出値を取得し、圧力検出値を常時監視している。

（ステップＳ３０１）まず、ＣＰＵ１６５は、圧力検出値がポンプ起動圧力以下に低下したか否か判定する。

（ステップＳ３０２）ステップＳ３０１において圧力検出値がポンプ起動圧力以下に低下したと判定された場合、ＣＰＵ１６５は、記憶部ＭＥＭから設定データを読み込む。これにより、前回設定された設定データが読み込まれる。この設定データには、始動電圧の振幅、始動周波数及び／または周波数加速レートが含まれている。

（ステップＳ３０３）次に、ＣＰＵ１６５は、読み出した始動電圧の振幅、始動周波数及び／または周波数加速レートで、電圧変換回路１６１から電動機３に駆動電圧を出力させる。これにより、電動機３の回転シャフト３１が回転しポンプが始動する。

（ステップＳ３０４）そして、ＣＰＵ１６５は、吸込管５内の圧力が目標圧力に到達したか否か判定する。

（ステップＳ３０５）ステップＳ３０４において吸込管５内の圧力が目標圧力に到達したと判定された場合、ＣＰＵ１６５は、目標圧力を維持するようインバータＩＶを制御する。

（ステップＳ３０６）また、ステップＳ３０４において吸込管５内の圧力が目標圧力に到達したと判定された場合、ＣＰＵ１６５は、目標圧力到達時間が所定範囲内か否か判定する。

（ステップＳ３０７）ステップＳ３０６において目標圧力到達時間が所定範囲内であると判定された場合、ＣＰＵ１６５は、記憶部ＭＥＭの設定データを変更せず、処理がステップＳ３１２に進む。

（ステップＳ３０８）一方、ステップＳ３０６において目標圧力到達時間が所定範囲内でないと判定された場合、ＣＰＵ１６５は、目標圧力到達時間が所定範囲を超えるか否か判定する。

（ステップＳ３０９）ステップＳ３０９において目標圧力到達時間が所定範囲を超える場合、例えば、ＣＰＵ１６５は、現設定より高い周波数加速レートに決定する。

（ステップＳ３１０）ステップＳ３１０において目標圧力到達時間が所定範囲を超える場合、例えば、ＣＰＵ１６５は、現設定より低い周波数加速レートに決定する。

（ステップＳ３１１）ＣＰＵ１６５は、設定データに含まれる周波数加速レートを、ステップＳ３０９またはステップＳ３１０で決定された周波数加速レートに更新し、処理がステップＳ３１２に進む。

（ステップＳ３１２）例えば、吐出バルブ８が閉止された場合、吸込管５内の圧力が徐々に上昇する。ＣＰＵ１６５は、圧力検出値が閾値以上に上昇したか否か判定する。

（ステップＳ３１３）ステップＳ３１２において圧力検出値が閾値以上に上昇したと判定された場合、電圧変換回路１６１から電動機３への駆動電圧の供給を停止させ、ポンプ４を停止させる。

以上、本実施形態に係るポンプシステム１００は、回転シャフト３１を有し回転シャフト３１を回転させる電動機３を備える。更に、ポンプシステム１００は、電動機３の回転シャフト３１に接続され且つ水を汲み上げるポンプ４を備える。更に、ポンプシステム１００は、電動機３と配線を介して接続され、電動機３を駆動する駆動電圧を供給するインバータＩＶを備える。更に、ポンプシステム１００は、インバータＩＶに交流電圧を出力させ、上記配線（例えば、第２の配線Ｌ２）に流れる電流量を表す値に応じて電動機３の特性を特定し、インバータＩＶに直流電圧を出力させ、上記配線（例えば、第２の配線Ｌ２）に流れる電流量を表す値と電動機３の特性に応じた特性を有する駆動電圧をインバータＩＶから電動機３に供給させる制御部ＣＯＮを備える。

電動機の特性を特定することによって電動機に含まれるコイルの抵抗値が分かる。インバータに直流電圧を出力させたときの配線に流れる電流量を表す値から、電動機と配線を含む全体抵抗が分かり、その全体抵抗から電動機に含まれるコイルの抵抗値を減算すると、配線抵抗が得られる。このため、配線の長さに応じて電動機を駆動する駆動電力の特性を設定することができる。これにより、配線の長さが変更されてもポンプを適切に運転させることができる。また、ポンプ４と電動機３については従来の通常の構造と同じになるのでコストを抑えることができる。

なお、制御部ＣＯＮは、駆動電圧の供給を開始してから所定の時間が経過しても、吸込管５内の圧力が所定の圧力まで上昇しない場合、駆動電圧を増大させるか、または駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量を増加させてもよい。これにより、駆動電圧を増大させた場合、電動機３の回転シャフト３１にかかるトルクが大きくなって、ポンプ４によって汲み上げられる水量が増加するので、吸込管５内の圧力が上昇する。また、駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量が増加させた場合、電動機３の回転シャフト３１の回転量の単位時間あたりの増加量が大きくなり、その分、ポンプ４によって汲み上げられる水量の単位時間あたりの増加量が大きくなるので、吸込管５内の圧力の上昇速度が大きくなる。

なお、本実施形態では、制御ユニット１６が記憶部ＭＥＭを備える構成としたが、これに限らず、記憶部ＭＥＭは制御装置１内で且つ制御ユニット１６外であってもよいし、制御装置１に対して記憶部ＭＥＭが外付けで接続されてもよいし、制御装置１と記憶部ＭＥＭがネットワークを介して接続されていてもよい。
また、本実施形態では、制御ユニット１６がインバータＩＶと制御部ＣＯＮとを備える構成としたが、これに限らず、インバータＩＶは制御装置１内で且つ制御ユニット１６外であってもよいし、制御装置１に対してインバータＩＶが外付けで接続されてもよい。

以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１：制御装置、２：ケーブル、３：電動機、４：ポンプ、５：吸込管、６：吐出管、７：井戸ケーシング、８：吐出バルブ、１１：吸込フランジ、１２：吐出フランジ、１３：吐出予備フランジ、１４：圧力タンク、１５：圧力計、１６：制御ユニット、２１：アンプ、２２：アンプ、２３：ＡＤ変換部、３１：回転シャフト、４１、４２、４３、４４：羽根、１００：ポンプシステム、１０１：配線、１６１：電圧変換回路、１６２：検出抵抗、１６３：電圧変換部、１６４：検出回路、１６５：ＣＰＵ、ＣＯＮ：制御部、ＩＶ：インバータ、ＭＥＭ：記憶部。

Claims (6)

1. 回転シャフトを有し前記回転シャフトを回転させる電動機と、
   前記電動機の前記回転シャフトに接続され且つ水を汲み上げるポンプと、
   前記電動機と配線を介して接続され、前記電動機を駆動する駆動電圧を供給するインバータと、
   前記インバータに交流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値に応じて電動機の特性を特定し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と、前記電動機の特性に応じた特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる制御部と、
   前記汲み上げられた水を通す吸込管内の圧力を計測する圧力計と、
   を備え、
   前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始した時から前記吸込管内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間に応じて、アクセス可能な記憶部に記憶された前記駆動電圧の特性を更新し、前記ポンプを次回動かすときに、前記記憶部に記憶された前記特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる
   ポンプシステム。
2. 前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始した時から前記吸込管内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間が所定範囲を超える場合、前記記憶部に記憶された、前記駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量を上げる更新を行うか、または前記記憶部に記憶された前記駆動電圧を上げる更新を行う
   請求項１に記載のポンプシステム。
3. 前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始した時から前記吸込管内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間が所定範囲を下回る場合、前記記憶部に記憶された、前記駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量を下げるか、または前記記憶部に記憶された前記駆動電圧を下げる更新を行う
   請求項１または２に記載のポンプシステム。
4. 回転シャフトを有し前記回転シャフトを回転させる電動機と、
   前記電動機の前記回転シャフトに接続され且つ水を汲み上げるポンプと、
   前記電動機と配線を介して接続され、前記電動機を駆動する駆動電圧を供給するインバータと、
   前記インバータに交流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値に応じて電動機の特性を特定し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と、前記電動機の特性に応じた特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる制御部と、
   を備え、
   前記配線に流れる電流量を表す値と電動機の特性とが関連付けられて記憶されており、
   前記配線に流れる電流量を表す値と前記電動機の特性との組毎に前記駆動電圧の特性が関連づけられて記憶されている不揮発性の記憶媒体である記憶部を更に備え、
   前記制御部は、当該制御部の電源投入時に、前記インバータに交流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値に対応する電動機の特性を前記記憶部から読み出し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と前記読み出した電動機の特性の組に対応する駆動電圧の特性を前記記憶部から読み出し、前記読み出した特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる
   ポンプシステム。
5. 回転シャフトを有し前記回転シャフトを回転させる電動機と、
   前記電動機の前記回転シャフトに接続され且つ水を汲み上げるポンプと、
   前記電動機と配線を介して接続され、前記電動機を駆動する駆動電圧を供給するインバータと、
   前記インバータに交流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値に応じて電動機の特性を特定し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と、前記電動機の特性に応じた特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる制御部と、
   を備え、
   前記汲み上げられた水を通す吸込管内の圧力を計測する圧力計を更に備え、
   前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始してから所定の時間が経過しても、前記圧力が所定の圧力まで上昇しない場合、前記駆動電圧を増大させるか、または前記駆動電圧の単位時間あたりの周波数の上昇量を増加させる
   ポンプシステム。
6. 回転シャフトが水を汲み上げるポンプに接続された電動機に、前記電動機を駆動する駆動電圧を供給するインバータに交流電圧を出力させたときの前記インバータと前記電動機とを接続する配線に流れる電流量を表す値に応じて電動機の特性を特定し、前記インバータに直流電圧を出力させたときの前記配線に流れる電流量を表す値と、前記電動機の特性に応じた特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる制御部を備え、
   前記制御部は、前記駆動電圧の供給を開始した時から吸込管内の圧力が目標圧力に到達する時までの時間に応じて、アクセス可能な記憶部に記憶された前記駆動電圧の特性を更新し、前記ポンプを次回動かすときに、前記記憶部に記憶された前記特性を有する駆動電圧を前記インバータから前記電動機に供給させる
   制御装置。