WO1998019389A1

WO1998019389A1 - Machine tournante a regulateur et inverseur integres

Info

Publication number: WO1998019389A1
Application number: PCT/JP1997/003965
Authority: WO
Inventors: Kaoru Nakajima; Yasuki Tadokoro
Original assignee: Ebara Corporation; Ebara Densan Ltd.
Priority date: 1996-10-31
Filing date: 1997-10-30
Publication date: 1998-05-07
Also published as: EP0936729A1; AU4726297A; US6424871B1; CN1235709A; KR20000052934A; EP0936729A4; CN1077740C

Description

— 明細書 ' 制御装置一体型回転機械及びィンバ一夕装置技術分野

本発明は、制御装置一体型回転機械に係り、特にポンプ及びファン等の回転機械と該回転機械の回転速度を制御するィンバ一夕装置等の各種の運転制御装置を一体的に配設した制御装置一体型回転機械に関する。背景技術

ポンプ及びファン等の回転機械に、商用交流電源の周波数及び電圧を任意の周波数及び電圧に変換するィンバ一夕装置を用いることにより、ポンプゃファン等の回転機械を可変速運転することが広く行われている。ィンバ一夕装置は、ポンプゃファンを駆動するモ一夕の回転速度を任意に変えられるため、ポンプゃファン等の負荷に対応した最適な回転速度で運転することにより、定格速度で運転するのと比較して省エネルギー化が計れる。

又、各種の給水装置等においては、ポンプ吐出側に圧力センサを取り付け、検出された圧力信号が圧力設定値と一致するように P I制御部から回転速度信号をィンバ一夕装置に送ることにより、ポンプの回転速度を制御し、ポンプの吐出圧力を一定に制御する吐出圧力一定制御運転を行うことが知られている。更に、流量センサあるいは回転速度から逐次ポンプ吐出目標圧力を適切に変化させることにより、末端の需要家における供給水圧を一定に制御する推定末端圧力一定制御運転を行うことが知られている。

又、空調装置等においては、ファン吐出側に温度センサを取り付け、フアンが送風する空気温度が予め定められた温度設定値と一致するよう ' に P I制御部からファンの回転速度をィンバ一夕により制御する温度一定制御運転を行うことが知られている。

ところでこの様なィンバ一夕を備えた可変速ポンプあるいは可変速フアンは、給水装置或いは空調装置に組み入れられる場合には、各種の運転制御が必要となる。例えば給水装置に用いられる場合には、ポンプから離れた場所にある制御ステージョンからの運転、停止指令に基づいて可変速ポンプの発停制御が行われる。そしてこれらの運転状態の表示も必要である。又、吐出圧力を一定に保つ自動運転の場合には、ポンプ吐出口に備えられた圧力センサの信号を給水装置内の制御装置に取込み、吐出圧力を一定に保つように回転数を可変速制御する必要がある。更に、ポンプの負荷である給水量が極めて少なくなった場合には、ポンプは締切状態で運転することになるので、ポンプの吐出口側に設けた圧力夕ンクに水を蓄圧して、ポンプを停止する等の運転制御も必要である。

従って、インバー夕を備えた可変速ポンプも、給水装置に組込んで用いる場合には、給水装置としての運転制御装置が必要となり、この運転制御装置には一般に C P Uとメモリが用いられている。

しかしながら例えば可変速ポンプを用いた給水装置の運転制御の仕様は、設置現場の状況により千差万別であり、従って給水装置の運転制御を行うメモリの記憶内容は、それぞれの設置現場の設備内容に対応してそれぞれ設定する必要がある。このためィンバ一夕装置の制御用 C P U とメモリと、ボンプを運転制御するための C P Uとメモリとが必要となり、これらを共用することは、上述の事情から困難であった。又、これらの制御内容はポンプの機種毎に、又、設置現場の運転制御の条件毎に異なるので、それぞれの仕様に合わせたプログラムを備えたメモリ（R O M等）を準備する必要があった。又、給水装置等では、例えば給水量の増加等に伴い設備の増加、或い ― は変更があると、それに対応してメモリの内容を変更しなければならなかった。このような場合には、従来は制御内容が R 0 M等に記憶されているため、この変更は容易ではなかった。発明の開示

本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、可変速ポンプ等を用いた給水装置等の製造コストを低減すると共に、設置現場で制御プログラムを容易に設定することができる制御装置一体型回転機械を提供することを目的とする。

第 1の態様の本発明の制御装置一体型回転機械は、ポンプ及びファン等の回転機械と、該回転機械に一体的に配設された制御装置とからなり、該制御装置は、前記回転機械を駆動するインバー夕と、該インバ一夕の制御プログラムと前記回転機械の運転制御を行うプログラムとを記憶したメモリと、該メモリのプログラムに従って動作する C P Uと、前記回転機械の各部に配置されたセンサ及びスイッチ類と接続する入出力部と、前記 C P Uに連通する 1つ又は複数のシリァルポ一トと、前記メモリの記憶内容を書き換える手段とを備えたことを特徴とする。

又、前記メモリには、前記インバ一夕の制御プログラムと前記回転機械の運転制御に関するプログラムとが記憶されたものであることを特徴とする。

又、前記メモリは、フラッシュメモリであることを特徴とする。

又、上述の制御装置一体型回転機械を複数台用い、各機械のシリアルポートを相互に接続することで、追加解列運転、交互運転、故障時切替等の相互協調運転が可能なことを特徴とする。

又、前記制御部のメモリ及び C P Uを含む電子回路部分は樹脂によりモールド封止されたものであることを特徴とする。

上述した態様の本発明の制御装置一体型回転機械によれば、シリアルポートから入力される信号等に基づいてメモリの記憶内容を書き換える手段を備えることから、メモリにインバー夕の制御プログラムと回転機械の発停制御等を行う運転プログラムとの双方を書き込むことができる。これにより従来二組のメモリ及び C P Uが必要であつたのが一組で済むことになり、装置の製造コストを低減することが可能となる。

又、メモリは書き換え可能な手段を備えたものであることから、設置現場でその回転機械の運転状態に即した制御プログラムに変更することができ、ハ一ドウエアとしては一組のものを準備することで、ソフトゥエアで千差万別の運転状態に即した給水装置とすることができる。これによりハードウェアとしては大量生産が可能となり、装置の製造コストを低減させることができると共に、回転機械の使用者側においては、例えば給水装置における需要量の変化に伴い、ポンプを増設するような場合にも容易にその変更に対処することができ、システムの柔軟性が大幅に向上する。

第 2の態様の本発明の制御装置一体型回転機械は、ポンプ及びファン等の回転機械と、該回転機械に一体的に配設された制御装置とからなり、該制御装置は、前記回転機械を駆動するインバー夕と、複数の制御プログラムを備えたメモリと、該メモリのプログラムに従って動作する C P Uと、前記制御装置の外部に配置されたセンサ及びスィツチ類と接続する入出力部と、前記 C P Uに連通する 1つ又は複数のシリアルポートと、前記複数の制御プログラムの内から使用する制御プログラムを外部から切り替える手段とを備えたことを特徴とする。

又、前記メモリは、前記インバー夕の制御プログラムと前記回転機械の運転制御に関するプログラムとが記憶されたものであることを特徴とする。 " 又、上述の制御装置一体型回転機械を複数台用い、各機械のシリアルポートを相互に接続することで、追加解列運転、交互運転、故障時切替等の相互協調運転が可能なことを特徴とする。

上述した本発明の制御装置一体型回転機械によれば、メモリに記憶された複数の制御プログラムの内から、使用する制御プログラムを選択して、この選択されたプログラムで C P Uが動作するようにプログラムを切替える手段を備えたことから、ポンプの機種或いは設置現場の運転条件に最も適合した制御プログラムを選択することが可能となる。これにより、複数の制御プログラムを有するポンプの制御装置を予め大量生産で製造しておいて、その中の必要な制御プログラムを使用するように、設置現場での設定が可能となる。即ち、ハードウェアとしては一組のものを準備することで、ソフトウェアで千差万別の運転状態に即した給水装置とすることができる。これによりハードウェアとしては大量生産が可能となり、装置の製造コストを低減させることができると共に、回転機械の使用者側においては、設置現場で他品種少量生産の仕様に合わせることができる。又、例えば給水装置における需要量の変化に伴い、ポンプを増設するような場合にも容易にその変更に対処することができ、システムの柔軟性が大幅に向上する。

第 3の態様の本発明のインバー夕装置は、電力用パワー素子と、該パヮー素子を駆動するドライバ回路と、該ドライバ回路を制御する C P U を含む制御回路と、イン夕一フェース回路とからなるインバー夕部を回路基板上に搭載し、上記回路部品を搭載した基板を一体的にモールド樹脂封止し、入出力線及びインタフエース端子のみをモールド封止した樹脂体の外側に取り出したことを特徴とする。 - 又、前記モールド封止した樹脂体は、前記インバー夕の動作状態を監視してこれを保護する保護回路を含むものであることを特徴とする。

又、前記モールド封止した樹脂体は、更に整流器からなるコンパ一夕部と、突入電流防止回路とを含むものであることを特徴とする。

又、整流器と、突入電流防止回路とからなるコンパ一夕部を回路基板に搭載し、上記回路部品を搭載した基板を一体的にモールド樹脂封止し、入出力線のみを前記モールド封止した樹脂体の外側に取り出したことを特徴とする。

又、上述のインバー夕部からなる樹脂封止モジュールと、上述のコンバ一夕部からなる樹脂封止モジュールとを組み合わせて、前記コンバー夕部と前記インバ一夕部との間にコンデンサを接続したことを特徴とする。

又、前記制御回路は、電気的書き換え可能なメモリを有し、該メモリに収納されるプログラムは、前記イン夕一フエース回路を介して前記モールド樹脂体の外側から書き換え可能なことを特徴とする。図面の簡単な説明

図 1は本発明の第 1の態様の制御装置のプロック図である。図 2は、フラッシュメモリを書き換えるためのハードゥエァ構成の説明図である。図 3は、フラッシュメモリを書き換えるためのフローチヤ一トである。図 4は、本発明の第 2の態様の制御装置のプロック図である。図 5は、ソフトスィツチを用いた制御プログラムの切替え例を示すフロチャートである。図 6は、本発明の制御装置一体型回転機械の使用例を示す説明図である。図 7は、本発明の制御装置一体型回転機械の使用例を示す説明図である。図 8は、本発明の第 3の態様のインバ一夕装置の回路図である。図 9は、本発明の他の実施例のインバ一夕装置の回路図である。 ' 図 1 0は、本発明の他の実施例のインバー夕装置の回路図である。図 1 1は、本発明の他の実施例のインバ一夕装置の回路図である。図 1 2は、一組のコンパ一夕部及びコンデンザと複数組のィンバ一夕部とを用いて構成したインバ一夕装置の説明図である。図 1 3は、制御電源回路をコンバ一夕部に持たせたインバー夕装置の回路図である。図 1 4は、一組のコンパ一夕部及びコンデンサと、複数組のィンバ一夕部とを用いて構成したインバー夕装置の説明図である。図 1 5は、インバ一夕装置の外観図である。図 1 6は、一組のコンバータ部及びコンデンサと、複数組のィンバ一夕部とを用いて構成したィンバ一夕装置の結線図である。発明を実施するための最良の形態

図 1は本発明の第 1の態様の制御装置一体型回転機械の制御装置部分の構成を示すプロック図である。この制御装置 1 0にはインバー夕装置 2 0が搭載されている。インバ一夕装置 2 0は、三相交流商用電源入力 2 1を整流するコンバ一夕部であるダイォ一ドブリヅジ回路 2 2 と、そのダイォ一ドブリッジ回路で整流された直流電力を蓄積すると共に平滑化するコンデンサ 2 3 と、コンデンザに蓄えられた直流電力を任意の周波数及び電圧の交流電力に変換するィンバ一夕部であるパワー素子部 2 4とから構成されている。インバー夕装置 2 0のパワー素子 2 4は、ヮー M O S、 I G B T等の電力素子からなり、その開閉により任意の電圧及び周波数の交流電力出力が形成されるのであるが、このパワー素子の開閉は例えばパルス幅変調によって行われる。パルス幅変調は書き換え可能メモリ 1 1のィンバ一夕制御部のプログラム 1 1 Aにより、 C P U 1 2及びドライバ回路 1 3を介して行われる。

制御装置 1 0には、ィンバ一夕制御プログラム 1 1 A及び運転制御プログラム 1 I Bを内蔵した書き換え可能メモリ 1 1 と、これらのメモリ ' に記憶したプログラムに基づいて演算制御動作を行う C P U 1 2 とを備えている。ここで本実施例では、メモリ 1 1 としてフラッシュメモリが用いられている。又、制御装置 1 0にはシリアルポート 1 4を備え、外部から通信線を介して C P U 1 2に信号を取り込むことができる構成となっている。又、シリアルポート 1 4は外部ィン夕一フェース回路 1 5 に接続され、外部イン夕一フェース回路 1 5は例えば給水装置であればポンプの吐き出し圧力を検出する圧力センサ等に接続してその信号を取り込めるようになつている。又、外部イン夕一フェース回路 1 5は、ポンプの自動運転及び手動運転の切替信号、各種異常を検出するセンサの入力信号、及び各種警報の表示等の出力信号端子を備えている。補助電源 1 6は、 C P U 1 2及びシリァルポ一ト 1 4等を動作させるために 5 V程度の直流電力を供給する補助電源であり、コンデンサ 2 3に形成される直流電圧から D C— D Cコンパ一夕等により所要の低電圧を生成している。

このように制御装置 1 0は、ィンバ一夕の制御プログラムと給水装置の運転制御プログラムとを内蔵しているので、一個の制御装置 1 0で双方の制御を行うことができる。更に制御装置 1 0を備えた可変速ポンプを 2台並列に流入管及び吐出管に接続し、相互のシリァルポ一トを通信線で連結する。これにより、 1台のポンプで容量が足りなくなると 2台目のポンプを追加したり、 2台運転で容量が余ると 1台を解列したりする追加解列運転を片側の制御装置 1 0の運転プログラムにより行うことができる。同様に、 1台のポンプが小水量等で停止すると、次にもう一方のポンプが起動する交互動作をしたり、一方のポンプが故障時等で停止すると、故障信号を受けて自動的にもう一方のポンプが起動する故障切替動作も可能である。尚、このシリアルポートを使った通信は、無線で行うことも可能である。

図 2は、フラッシュメモリを書き換えるためのハ一ドゥエァの構成例を示す。例えば設置現場に据え付けられた制御装置 1 0を備えた可変速ポンプ 3 1に、パーソナルコンピュータ 1 8を通信ケーブル 1 9を介して接続する。パーソナルコンピュータ 1 8 と制御装置 1 0との間は、例えば R S 2 3 2 C等の通信規格のケーブルを用いて接続する。通信ケープル 1 9は制御装置 1 0のシリアルポート 1 4に接続する。パーソナルコンピュータ 1 8は、各種仕様のィンバ一夕制御プログラムと同様に各種仕様の給水装置の制御プログラム等が予め記憶されており、その中から設置現場の設備構成等に応じた最適なプログラムを選択して、制御装置 1 0のフラッシュメモリ 1 1にその内容を書き込む。

図 3は、フラッシュメモリを書換えるフローチャートを示す。最初にフラッシュメモリ書き込みモードを起動する。これはリセット状態で C P Uの電源端子に直流 1 2 Vを印加し、リセットを解除する。次に R A M転送プログラムを起動する。そして書込み/消去プログラムの転送処理を行う。これは書込み/消去プログラムを C P Uの内蔵 R A M又は外付 R A Mへ転送し、起動させる。次に、フラッシュメモリの消去処理を行う。これはフラヅシュメモリをプロヅクエリァ毎又は全ェリァの一括消去を行う。そしてアプリケーションプログラムの転送処理を行う。これはアプリケーションプログラムを消去したフラッシュメモリのブロックエリアへ、前述したパーソナルコンビュ一夕で予め準備した内容のプログラムを転送する。次にアプリケ一ションプログラムの起動処理を行う。これは C P Uの電源端子の 1 2 V印加を解除し、リセットスタートをすることでアプリケーションプログラムが起動する。

尚、書き換え可能なメモリとしてフラッシュメモリを用いた例について説明したが、フラッシュメモリに限らず E ² P R O M等の電気的に書換え可能なメモリについても同様に適用できる。又、上記実施例は C P U . と電気的書換え可能なメモリとを組合せた例について説明したが、メモリを予めソケットに揷脱可能に装填しておいて、プログラム内容の変更に対応したメモリを準備し、これを差し替えるようにしてもよい。

以上に説明したように本発明によれば、ィンバ一夕の制御プログラムと回転機械の運転制御プログラムとをシリアルポートを介して書き換え可能としたので、同一のハードウェア構成で千差万別の設置現場に対応した運転制御が可能な回転機械を提供することができる。これにより、ハードウエアは同一構成でよいので大量生産が可能となり、その製造コストを低減することができる。又ソフトウェアは各設置現場で制御装置に書込むことができるので、設置現場の設備構成に応じた最適な運転制御が行える回転機械とすることができる。又、設備設置後も設備の増設等に際して、その運転プログラムを容易に設置現場で変更することが可能となる。このように需用者側にとって極めてフレキシピリティの高い回転機械を提供することができる。

図 4は本発明の第 2の態様の制御装置一体型回転機械の制御装置部分の構成を示すプロック図である。この制御装置 1 0にはインバー夕装置 2 0が搭載されていることは第 1の態様と同様である。インバ一夕装置 2 0は、三相交流商用電源入力 2 1を整流するコンバ一夕部であるダイォ一ドブリッジ回路 2 2 と、そのダイォ一ドブリッジ回路で整流された直流電力を蓄積すると共に平滑化するコンデンサ 2 3 と、コンデンサに蓄えられた直流電力を任意の周波数及び電圧の交流電力に変換するィンバー夕部であるパワー素子 2 4 とから構成されている。インバ一夕装置 2 0のパワー素子 2 4は、パワー M O S、 I G B T等の電力素子からなり、その開閉により任意の電圧及び周波数の交流電力出力が形成されるのであるが、このパワー素子の開閉は例えばパルス幅変調によつて行われる。パルス幅変調はメモリ 1 1のインバー夕制御部のプログラムによ ' り、 C P U 1 2及びドライバ回路 1 3を介して行われる。

制御装置 1 0には、複数種類のインバー夕制御プログラム及び同様に複数種類の運転制御プログラムを内蔵したメモリ 1 1 と、これらのメモリに記憶したプログラムに基づいて演算制御動作を行う C P U 1 2とを備えている。又、制御装置 1 0にはシリアルポート 1 4を備え、外部から通信線を介して C P U 1 2に信号を取り込むことができる構成となつている。このシリアルポートを使った通信は、無線で行うことも可能である。又、シリァルポ一ト 1 4は外部ィン夕一フェース回路 1 5に接続され、外部ィン夕一フェース回路 1 5は例えば給水装置であればポンプの吐き出し圧力を検出する圧力センサ等に接続してその信号を取り込めるようになっている。又、外部ィンターフエース回路 1 5は、ポンプの自動運転及び手動運転の切替信号、各種異常を検出するセンサの入力信号、及び各種警報の表示等の出力信号端子を備えている。補助電源 1 6 は、 C P U 1 2及びシリアルポート 1 4等を動作させるために 5 V程度の直流電力を供給する補助電源であり、コンデンサ 2 3に形成される直流電圧から D C— D Cコンパ一夕等により所要の低電圧を生成している。メモリ 1 1は、読出専用記憶装置（R O M ) 又は電気的書替可能な読出専用記憶装置（E ² P R O M ) で構成されており、各種のインバ一夕の制御プログラム及びポンプの運転制御プログラム 1 1 a , l i b , 1 1 c , · · · 1 1 jが記憶されている。尚、メモリ 1 1 と C P U 1 2とは、同一の半導体チップ上に搭載されたものであってもよい。メモリ 1 1に搭載された各種のプログラムは、ポンプの機種、或いは運転条件に応じて任意に選択して使用することができるようになつている。本実施例では、シリアルポート 1 4を介して入力される信号により、ソフト的に切替えるソフトスイッチを用いているが、ハード的なスィッチをメモリ 1 1に接続して、これにより切替えるようにしてもよい。

この実施例では、圧力一定制御又は推定末端圧力一定制御で、小水量停止有りのプログラムが選択されている。

図 5は、ソフトスィツチによる各種制御プログラムの選択例を示すもので、例えばソフトスィッチ 1では、圧力一定制御（設定値 = 1 ) 、推定末端圧力一定制御（設定値 = 2 ) 、流量一定制御（設定値 = 3 ) 、温度一定制御（設定値 = 4 ) 、水位一定制御（設定値 = 5 ) 等を設定値により切替可能となっている。同様にソフトスィヅチ 2では、小水量停止運転の有無が選択可能であり、ソフトスィツチ 3では単独（ 1台）運転と協調運転（複数台運転）との切替が可能である。

図 6は、上述した第 1又は第 2の態様の制御装置の適用例を示す図であり、給水装置に用いた例である。この給水装置 3 0は、インバ一タ駆動による可変速ポンプ 3 1を用いたものであり、インバ一夕を内蔵した制御装置 1 0がー体的に固接されている。制御装置 1 0は、ポンプ 3 1 のケ一シングに固設された密閉構造の箱体内に収納され、特に C P U、メモリ等を搭載した回路基板はモールド樹脂により封止されており、これにより構造をコンパクトなものにすることができると共に、結露等による電子部品の動作不良が防止される。

可変速ポンプ 3 1はその吸込側が流入管 3 2を介して例えば図示しない水道の本管に接続されている。そして可変速ポンプ 3 1の吐出側は、フロースィッチ 3 4、チェッキ弁 3 5、仕切弁 3 7等を介して配管により、住宅等の末端の需要先に水道水を供給するように接続されている。尚、フロースィッチ 3 4は小水量を検出するためのもので、チェッキ部 3 5はポンプが停止した場合に吐出側から流入側に水が逆流することを防止するための逆流防止弁である。

吐出管 3 3には蓄圧夕ンク 3 6が接続されており、フロースィッチ 3 4で小水量が検出された場合には、このタンクに蓄圧することで可変速 ' ポンプの運転を停止し、ポンプの締切運転を防止するためのものである。又吐出管 3 3にはその水圧を検出する圧力センサ 3 8が備えられ、その出力信号は制御装置 1 0に外部インターフェイスを介して入力される。制御装置 1 0には、吐出圧力の設定値又は末端における需要先の供給水圧の設定値がシリアルポートを介して入力され、この目標圧力となるように可変速ポンプ 3 1の回転速度が制御装置 1 0により制御される。又、制御装置 1 0には各種警報が入力され、これは例えば可変速ポンプに温度計を備え、可変速ポンプの温度が異常に上昇した場合には、直ちに運転を停止する、又は警報を発生して監視所に連絡するためのものである。更に制御装置 1 0を備えた可変速ポンプ 3 1を 2台並列に流入管 3 2 及び吐出管 3 3に接続し、相互のシリアルポートを通信線で連結して、 2台並列運転（協調運転）のプログラムを選択する。これにより、 1台のポンプで容量が足りなくなると 2台目のポンプを追加したり、 2台運転で容量が余ると 1台を解列したりする追加解列運転を片側の制御装置 1 0の運転プログラムにより行うことができる。同様に、 1台のポンプが小水量等で停止すると、次にもう一方のポンプが起動する交互動作をしたり、一方のポンプが故障時等で停止すると、故障信号を受けて自動的にもう一方のポンプが起動する故障切替動作も可能である。尚、このシリァルポ一トを使った通信は、無線でおこなうことも可能である。

図 7は、上述の制御装置の他の適用例を示す図であり、空調装置に用いた例である。空調装置 4 0は可変速フアン 4 1を備え、このファンが制御装置 1 0により制御される。ファン 4 1は、流入ダクト 4 2及び吐出側ダクト 4 3に接続され、例えば冷却された又は加熱された空気を吐出側である図示しない室内側に供給するためのものである。例えば、室内側の温度を一定に保っために、ファン 4 1の吐出側には温度センサ 4 4を備え、吐出側ダクト 4 3における空気温度が検出される。温度設定 ' 値は予め外部ィン夕一フェース 1 5を介して制御装置 1 0に入力され、この温度設定値と実際に測定された温度センサ 4 4の検出温度とが比較され、この温度が一致するようにファン 4 1の回転速度が制御される。回転速度の制御は、メモリ 1 1の選択された運転制御プログラムにより行われ、 P I制御により温度設定値と検出温度との偏差がゼロとなるように回転速度が増減される。ここで運転制御部のプログラムより求められた回転速度は、ィンバ一夕制御部のプログラムによりその回転速度に対応したパスル幅が与えられ、パルス幅変調信号が出力される。パルス幅変調信号は、ドライバ回路 1 3を介して各パワー素子 2 4の O N / 0 F Fを行い、モータに所要の周波数及び電圧の交流電力を供給する。又、ファン 4 1には図示しないが例えば温度センサが備えられ、ファンが異常に加熱したような場合には、この温度センサの出力が外部ィン夕一フェース 1 5を介して取り込まれ、ファンの運転停止、或いは外部への警報出力が行われるようなプログラムを備えるようにしてもよい。このプログラムはあらかじめメモリ内に準備しておき、これを選択するか、或いは新規に書き込むようにしてもよい。

尚、制御装置の制御対象として可変速ポンプ及び可変速ファンの例について説明したが、本発明の適用はこれらに限定されるものでなく、ィンバ一夕により回転制御される回転機械と、これらの回転機械を運転制御する制御装置に広く適用可能である。

このような制御装置に用いられるィンバ一夕装置は一般的に、商用交流電源等の交流電力を整流するダイォ一ドモジュール等の整流回路から成るコンバータ部と、整流された交流電力を平滑化すると共に直流電力として蓄積するコンデンサ部と、コンデンサ部に蓄えられた直流電力を所定の周波数及び電圧の交流電力に逆変換するィンバ一夕部とから構成されていることは上述した通りである。コンバ一夕部には突入電流防止 ' 用抵抗或いはマグネットスィツチ、又はサイリス夕などから構成される突入電流防止回路を備えることが一般的である。又インバー夕部は、パヮ一トランジスタ、 I G B Tなどの電力用パヮ一素子と、そのパワー素子を駆動するドライバ回路と、そのドライバ回路に電力用パワー素子の開閉信号を出力する C P U及びメモリ等からなる制御回路と、その制御回路に例えば + 5 V等の直流電源を供給する制御電源回路と、電力用パヮ一素子等を過電圧或いは過電流等から保護する保護回路等を含んでいる。

これらのィンバ一夕装置を構成する各種の回路部品は、通常一枚の回路基板上に搭載され、端子台を備え、入力側は商用交流電源に接続され、出力側はポンプ或いはフアンなどを駆動するモ一夕の電源入力線に接続されている。制御回路を構成する C P U及びメモリ等は、保守用の便宜等から回路基板上にソケットを備え、差し替えが可能となっている。又、これらの回路部品を搭載した回路基板は一般的には筐体に収納され、筐体内には放熱フィン、ファン等を備え、発熱の大きい電力用パワー素子等を冷却している。

又、筐体には操作表示器を備え、動作周波数及び各種の警報等を表示できるようになつているのが一般的である。又、筐体外部へのイン夕一フェース回路を備え、外部からインバー夕の操作信号、或いは保護回路が異常状態を検出した場合の警報信号等が出力できるようになつている。係る従来のインバ一夕装置は、上述した各種の回路部品を購入して、回路基板上に配置し、これらを各種コネクタなどで配線接続していた。以下、本発明の第 3の態様のィンバ一夕装置について図面を参照しながら説明する。

図 8は本発明の第 1実施例のィンバ一夕装置の回路図である。インバ —夕装置 5 O Aは、整流器をブリッジ型に結線し、商用 3相交流電源入 . 力を整流するダイオードモジュールから成るコンバータ部 2 2 と、整流された電力を平滑化すると共に直流電力として蓄積するコンデンサ 2 3 と、コンデンサに蓄積された直流電力を任意の周波数、電圧に逆変換するインバー夕部 5 1 Aとから構成される。この第 1実施例では、インバ —夕部 5 1 Aがー体的にモールド樹脂封止されており、モジュール化されている。即ち、 I G B T、パワートランジスタなどから成る電力用パヮ一素子部 2 4と、パワー素子を駆動するドライバ回路 5 2 と、 C P U を含む制御回路 5 3 と、制御回路に + 5 V等の電源を供給する制御電源回路 5 4と、制御回路 5 3 と外部信号線とのィンターフェイス回路 5 5 等の回路部分を一枚の回路基板に搭載してモールド樹脂封止することで一体化して 1個のモジュールとしている。モ一夕への出力線及びコンデンサ、コンバータ部との接続線は、モールド樹脂体から直接取り出している。又、インタフェース回路の接続端子はモールド樹脂体の外側に配置され、各端子はモールド樹脂体内の制御回路部分に接続されている。図 9は、保護回路部分を含めてィンバ一夕部をモジュール化したィンバ一夕装置 5 0 Bの例を示す。保護回路 5 7は、コンデンサ部 2 3とィンバ一夕部 5 1 Bとの間に電流検出用の抵抗 5 8を挿入し、この抵抗から過電流を検出すると共に、直流部分に並列に抵抗 5 9を接続し、この抵抗から分圧した電圧を取り出して過電圧を検出する。そして過電流又は過電圧が検出されたならば、 C P Uを含む制御回路 5 3に検出信号を送り、ィンバ一夕の運転を停止する等の保護動作を行うようになつている。

図 1 0は、更にコンバータ部 2 2及び突入電流防止回路 6 0を含めて一体的に樹脂モールドしてモジュール化したィンバ一夕装置 5 0 Cの例を示す。コンパ一夕部 2 2は、上述したように整流器（ダイオード）をプリッジ型に結線して商用交流電源入力を全波整流することで直流電力 ' を生成するものである。突入電流防止回路 6 0は、ポンプ等の負荷機器の起動時等に過大なサージ状の電流が突入することに対して、各種回路部分を保護するための回路であり、突入防止用抵抗とサイリス夕等のバィパス回路が並列に挿入されたものである。これらの部分を一体的にモ —ルド化することで、コンデンサ 2 3を除く全ての回路部分がモールド樹脂体内に封止され 1個のモジュールとなる。

図 1 5は、この実施例の外観形状を示す。モールド樹脂体 Rは、モー夕に接続する出力線の引出口 6 1 R， 6 1 S , 6 1 T、商用交流電源に接続される入力線の引出口 6 2 R , 6 2 S , 6 2 Τが設けられている。同様にコンデンサ 2 3に接続する接続線の引出口 6 3 + , 6 3 —が設けられている。更にインターフェイス基板 6 5がモールド樹脂体 Rの外部に配置され、インターフェイス端子口 6 6が外部信号線に接続可能となつている。このィン夕一フヱイス端子口 6 6の各接続線は、樹脂体 R内に封止された制御回路の C P U部分等に接続されている。

従って、 C P Uを含む回路部分がモールド樹脂体内に封止されているため、結露が防止でき正常動作する。これにより、ポンプのケーシング部に直接このインバー夕装置を取り付ける時などのように温度差があつても、特別な結露対策を行うことなく容易に取付が可能である。このため装置コストを低減し、且つインバー夕装置を小型化することができる。図 1 1は、コンパ一夕部 2 2のみをインバー夕部から切り離し、別個の回路基板に搭載し、且つ一体的にモジュール化したィンバ一夕装置 5 0 Dである。すなわち、ダイオードモジュール部分 2 2と突入電流防止回路部分 6 0 とがモールド樹脂体 R内に封止されている。そして、商用交流電源に接続する引出口 6 2 R， 6 2 S , 6 2 T , 及びインバー夕部との接続口 6 4 +， 6 4 —が引き出されている。図 1 2は、一組のモールド樹脂封止されたコンバ一夕部モジュール 2 ' 2 Aとコンデンサ 2 3と、複数組のィンバ一夕部モジュールとを用いて複数のモ一夕 Mを駆動する例を示す。ここでインバー夕部モジュールは図 8又は図 9に示したモジュール 5 1 A又は 5 1 Bを用いる。コンパ一夕部モジュールは、図 4に示したモジュール 2 2 Aを用いる。図 1 6はこの結線状態を模式的に示したものである。このように一組のコンバ一夕部 2 2 Aとモ一夕台数分のィンバ一夕部 5 1 A , 5 1 Bとを用いることによって、重複した回路部分を除くことができ、製造コストの低減及び小型化が図れる。

図 1 3は、コンバ一夕部のモジュール 2 2 Bに制御電源回路を含めたィンバ一夕装置 5 0 Eの例を示す。制御電源回路 5 4は、コンデンサ 2 3に蓄積される直流電圧から、 C P U等の制御回路に + 5 V等の直流電圧を供給する回路である。複数台のインバー夕部モジュール 5 1 Bには、必ずしも 1台毎に制御電源回路 5 4を設ける必要がない。そこで、インバ一夕部モジュール 5 1 Bには、制御電源回路 5 4を持たないで、コンバー夕部モジュール 2 2 Bに制御電源回路 5 を持たせたものである。そして、制御電源回路 5 4をコンバータ部内に含めることにより、複数のィンバ一夕部モジュール 5 1 Bに対して一つの制御電源回路で制御電源を供給することが可能となり、更なる製造コストの低減が計れる。図 1 4は、単数の制御電源回路を備えたコンバータ部モジュール 2 2 Bとコンデンサ 2 3に、複数のィンバ一夕部モジュール 5 1 Bを組み合わせた例である。複数のィンバ一夕部モジュール 5 1 Bの制御回路は、単数のコンバ一夕部モジュール 2 2 Bの制御電源回路 5 4から、電源の供給を受けて動作する。

又、インバー夕部を制御する C P Uを、例えばフラッシュメモリ等の電気的に書き換え可能なメモリを内蔵したものとすることで、制御回路部分をモールド樹脂封止したモジュールにおいても、イン夕一フェイス ' 回路を通してその制御プログラムの書き換えを行うことが可能である。これにより少量多品種のポンプシステム等の用途に容易に対応することが可能である。

すなわち、インバー夕装置を現場に据え付けた後でも、イン夕一フエィス回路を通してプログラム内容の変更が可能であるため、設置現場の状況に応じた動作特性でポンプ等を運転することが可能となる。そして、試験後にプログラム内容の変更が必要な場合にも、インターフェイス回路を介して容易に書き換え可能であるため、設置現場で直ちに所要の変更を行うことが可能である。又、設備の増設等によりインバー夕の動作特性の変更が必要な場合にも容易に対応が可能であり、極めて柔軟性の高いィンバ一夕装置とすることができる。

以上に説明したように本発明の第 3の態様ではィンバ一夕装置をコンバ一夕部、ィンバ一夕部等に分割して一体的にモールド樹脂封止することで、インバ一夕装置をモジュール化することができる。これによりィンバ一夕装置の組立及び配線工数が大幅に低減し、製造コストを低減することができる。又、インバ一夕装置全体としての小型化が図れるとともに、従来必要とされていたパッケージ数が減少するため製造コストを低減することができる。更に制御回路部分等の結露防止対策が必要と無くなるので、例えば直接ポンプのケーシング等の温度差がある場所にも本発明のィンバ一夕装置を設置することが可能となり、極めて使い勝手の良いインバ一夕装置とすることができる。

又、複数のモ一夕を用いて複数のポンプ或いはファン等を駆動するシステムでは、コンパ一夕部と複数組のィンバ一夕部とを用いることで、部品点数の大幅な削減が図れ、システム全体としての製造コストの低減及び小型化が図れる。更にコンバ一夕部に制御電源回路を設けることにより、複数のモー夕を複数のィンバ一夕部モジュールを用いて駆動する ' 際にも、各ィンバ一夕部の制御回路に共通の一個の制御電源回路から電力を供給することができる。これにより更なる製造コストの低減が図れる。

更に制御回路のプログラムを記憶するメモリをフラッシュメモリ等の電気的書き換え可能なメモリを用いることで、制御回路部分をモールド樹脂封止した後でもプログラムの書き換えが可能であり、インバー夕装置を製造後、或いはィンバ一夕装置を設置現場に取り付けた後でもプログラムの追加、変更が可能である。

更に予め複数のプログラム内容を記憶しておき、用途に応じてインタ —フェイス回路を通して選択するようにしても良い。このため少量多品種のシステムに容易に対応でき、一方でハードウェアは大量生産が可能であるため低コスト化できる。産業上の利用の可能性

本発明の制御装置一体型回転機械は、ポンプ及びファン等の回転機械にこれと一体的に制御装置を設けたものである。従って、インバ一夕装置を用いて速度制御可能なポンプゃファン等の回転機械に広く、利用可能である。係るポンプやファンは、可変速給水装置、空調装置等に利用できる。

Claims

請求の範囲 '

1 . ポンプ及びファン等の回転機械と、該回転機械に一体的に配設された制御装置とからなり、該制御装置は、前記回転機械を駆動するインバ —夕と、該インバ一夕の制御プログラムと前記回転機械の運転制御を行うプログラムとを記憶したメモリと、該メモリのプログラムに従って動作する C P Uと、前記回転機械の各部に配置されたセンサ及びスィツチ類と接続する入出力部と、前記 C P Uに連通する 1つ又は複数のシリアルポ一卜と、前記メモリの記憶内容を書換える手段とを備えたことを特徴とする制御装置一体型回転機械。

2 . 前記メモリには、前記インバー夕の制御プログラムと前記回転機械の運転制御に関するプログラムとが記憶されたものであることを特徴とする請求項 1記載の制御装置一体型回転機械。

3 . 前記メモリは、フラッシュメモリであることを特徴とする請求項 1 記載の制御装置一体型回転機械。

4 . 前記請求項 1乃至 3に記載の制御装置一体型回転機械を複数台用い、各機械のシリアルポートを相互に接続することで、追加解列運転、交互運転、故障時切替等の相互協調運転が可能なことを特徴とする制御装置一体型回転機械。

5 . 前記制御部のメモリ及び C P Uを含む電子回路部分は樹脂によりモールド封止されたものであることを特徴とする請求項 1乃至 4のいずれかに記載の制御装置一体型回転機械。

6 . ポンプ及びファン等の回転機械と、該回転機械に一体的に配設された制御装置とからなり、該制御装置は、前記回転機械を駆動するインバ —夕と、複数の制御プログラムを備えたメモリと、該メモリのプログラムに従って動作する C P Uと、前記制御装置の外部に配置されたセンサ及びスィッチ類と接続する入出力部と、前記 C P Uに連通する 1つ又は複数のシリアルポートと、前記複数の制御プログラムの内から使用する ' 制御プログラムを外部から切り替える手段とを備えたことを特徴とする制御装置一体型回転機械。

7 . 前記メモリは、前記インバー夕の制御プログラムと前記回転機械の運転制御に関するプログラムとが記憶されたものであることを特徴とする請求項 6記載の制御装置一体型回転機械。

8 . 前記請求項 6又は 7に記載の制御装置一体型回転機械を複数台用レ、、各機械のシリアルポートを相互に接続することで、追加解列運転、交互運転、故障時切替等の相互協調運転が可能なことを特徴とする制御装置一体型回転機械。

9 . 前記制御部のメモリ及び C P Uを含む電子回路部分は樹脂によりモールド封止されたものであることを特徴とする請求項 6乃至 8のいずれかに記載の制御装置一体型回転機械。

1 0 . 電力用パワー素子と、該パワー素子を駆動するドライバ回路と、該ドライバ回路を制御する C P Uを含む制御回路と、インタ一フェース回路とからなるィンバ一夕部を回路基板上に搭載し、上記回路部品を搭載した基板を一体的にモールド樹脂封止し、入出力線及びイン夕フエ一ス端子のみをモールド封止した樹脂体の外側に取り出したことを特徴とするィンバ一夕装置。

1 1 . 前記モールド封止した樹脂体は、前記インバー夕の動作状態を監視してこれを保護する保護回路を含むものであることを特徴とする請求項 1 0記載のィンバ一夕装置。

1 2 . 前記モールド封止した樹脂体は、更に整流器からなるコンパ一夕部と、突入電流防止回路とを含むものであることを特徴とする請求項 1 0又は 1 1記載のィンバ一夕装置。

1 3 . 整流器と、突入電流防止回路とからなるコンパ一夕部を回路基板に搭載し、上記回路部品を搭載した基板を一体的にモールド樹脂封止し、' 入出力線のみを前記モールド封止した樹脂体の外側に取り出したことを特徴とするィンバ一夕装置。

1 4 . 前記請求項 1 0乃至 1 2に記載のィンバ一夕部からなる樹脂封止モジュールと、前記請求項 1 3記載のコンバ一夕部からなる樹脂封止モジュールとを組み合わせて、前記コンバ一夕部と前記ィンバ一夕部との間にコンデンサを接続したことを特徴とするィンバ一夕装置。

1 5 . 前記制御回路は、電気的書き換え可能なメモリを有し、該メモリに収納されるプログラムは、前記インタ一フェース回路を介して前記モ —ルド樹脂体の外側から書き換え可能なことを特徴とする請求項 1 0乃至 1 4のいずれかに記載のインバー夕装置。