JP2005201100A - ジェットバスポンプシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプモータをＤＣブラシレスモータとすることで、電源電圧を変えてポンプの能力を可変にし、使用者の好みにあったジェットバスポンプシステムを提供することを目的とする。
【解決手段】ポンプ駆動用電源回路を可変直流電源とし、可変直流電源から安定した電圧に変換する電圧変換装置と、電圧変換装置の出力電源で動作する制御装置から構成される制御部８と、可変直流電源回路１１により給電され、可変電源回路の出力電圧値があらかじめ設定した閾値電圧より低いかどうか判定する低電圧検出回路２２と、低電圧検出回路２２の出力信号にあわせポンプの動作のＯＮ／ＯＦＦを行うポンプ駆動回路２４を併設したＤＣポンプで構成されるジェットバスポンプシステムとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、バスタブ内の湯水を吸込配管と吐出配管を介して循環させて、バスタブに設けた吐出口からバスタブ内に吐出させるジェットバスに係り、特に異物吸込時等の異常発生時にポンプを確実に停止させるとともに、省配線により施工性のよいコストダウンを図ったジェットバスポンプシステムに関するものである。

図１１は従来のジェットバス安全装置の構成図、図１２は従来のジェットバス安全装置の回路ブロック図である。図１１において、ジェットバスの安全装置１０１は、バスタブ１０２の側壁１０２ａに設けられた吸込口１０３と吐出口１０４とを、バスタブ１０２の外部において吸込配管１０５と吐出配管１０６と共に接続するポンプ１０７を有している。ポンプ１０７にはコントローラ１０８が接続され、また吸込配管１０５には、その配管内の圧力を検知する後述する常閉接点や常開接点を有する圧力スイッチ１０９が設けられている。

図１２において、コントローラ１０８は、ポンプモータ１０７ａの電流値を端子１１４と電源回路１１１間に接続された抵抗１１５を介して検知する電流検出回路１１０と、ポンプモータ１０７ａに電源を供給する電源回路１１１と、電流検出回路１１０の検知電流に基づいて電源回路１１１と端子１１３間に接続されたリレー接点やリードスイッチ等の電子式スイッチからなる電源用スイッチ１１６を開閉（オン・オフ）させる制御回路１１２を有している。

そして、コントローラ１０８の端子１１３、１１４には、その一端がポンプモータ１０７ａに接続された電源ケーブル１１７ａ、１１７ｂの他端が接続され、一方の電源ケーブル１１７ｂには圧力スイッチ１０９の常閉接点１０９ａが直列接続されている。この圧力スイッチ１０９の常閉接点１０９ａには接点保護用の抵抗１１８が並列接続されると共に、圧力スイッチ１０９は、吸込配管１０５内の圧力が−２０〜−４０ｋＰａ（好ましくは−３０ｋＰａ）以下の負圧になった際に作動して、その常閉接点１０９ａが開くように設定されている。

制御回路１１２は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を有すると共に、必要に応じて、有線もしくは無線式のリモコン等からなる操作部や、電源回路１１１の一次側もしくは二次側の電源電圧を検出して前記電源用スイッチ１１６を開閉させる電源電圧検出回路等を有している。

図１３は他の従来のジェットバス安全装置の回路ブロック図である。この安全装置１０１は、ポンプモータ１０７ａに回転数フィードバック用のケーブルがついているものである。この場合は、２相のケーブルを電源ケーブル１１７ａ、１１７ｂとして使用してコントローラ１０８の電源回路１１１に接続すると共に、回転数フィードバック用ケーブル１１７ｃの途中に圧力スイッチ１０９の常閉接点１０９ａを直列接続して、コントローラ１０８の回転数検知回路１２０に接続する。そして、回転数検知回路１２０で検知された回転数と基準回転数とを制御回路１１２で比較することにより、電源用スイッチ１１６の開閉が制御される。

この場合の基準回転数は、例えば上限基準回転数と下限基準回転数を設定し、検知した回転数がこの両基準回転数内にあるか否かを判断することによって異常を判別することが好ましい。この安全装置１０１においても、三相のポンプモータ１０７ａが有する各相の
ケーブル１１７ａ〜１１７ｃを電源供給用と異常検知用に使用できて、それぞれ専用のケーブルが不要になる（特許文献１）。
特開２００２−１９５１６２号公報

しかしながら、上記従来の技術では、電源回路１１１としてポンプモータ１０７ａ用電源回路と制御回路１１２の２つを必要とし、部品点数が増加しコストアップするという課題を有していた。

またジェットバスポンプシステムの機能では、使用者の好みに応じてジェットの強さを変えることができるように、ポンプ１０７の能力を可変できることが不可欠である。しかし従来の技術ではその手段がなく使用者は常に同じ強さのジェットを受ける為、使用者によっては身体上の問題が発生するもしくは物足りなさを感じる課題を有していた。

また比較的湿度の多い場所での圧力スイッチ１０９の接点を電源ケーブル１１７ｂと接続する為、耐湿性・耐久性に優れた専用の接続ケーブルが必要になって、コストアップになったり、長期にわたり十分な信頼性を確保できない課題を有していた。

更にまた回転数を検出して、その検出した回転数から異常時に電源用スイッチ１１６を開き安全を確保するが、この回転数の検出の為専用のケーブルが追加で必要となり、コストアップになったり、比較的湿度の多い場所でポンプモータ１０７ａが配置されている為、回転数の検出に対し、長期にわたり十分な信頼性を確保できない課題を有していた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、異常時にポンプを停止するための手段が複数個備え安全性を充分確保することはもちろん、その手段が周囲環境が耐湿性の問われない環境で動作し十分な信頼性を確保することができ、またポンプモータ用電源と制御電源を共用とし、電源回路をシンプルにすることができる、また電源回路として電源電圧を可変できる可変の安定化直流電源とし、ポンプモータをＤＣブラシレスモータとすることで、電源電圧を変えてポンプの能力を可変にし、使用者の好みにあったジェットバスポンプシステムを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明のジェットバスポンプシステムは、ポンプ駆動用電源回路及びポンプ制御装置を含む制御部と、浴槽水を循環させるポンプの能力可変が可能なＤＣポンプを使い、前記制御部とＤＣポンプとを隔離したジェットポンプバスシステムにおいて、前記ポンプ駆動用電源回路を可変直流電源回路とし、前記可変直流電源回路から安定した電圧に変換し前記制御部を駆動する電圧変換装置と、前記可変直流電源回路により給電され、前記可変直流電源回路の出力電圧値があらかじめ設定した閾値電圧より低いかどうか判定する低電圧検出回路と、前記低電圧検出回路の出力信号にあわせポンプの動作のＯＮ／ＯＦＦを行うポンプ駆動用回路を併設したＤＣポンプとを備えた。

また好ましくは、前記制御部内に前記可変直流電源回路の全電流波形を電圧波形に変換する電流−電圧変換回路と前記電流−電圧変換回路の出力信号を電圧増幅する増幅回路と前記増幅回路の出力信号とあらかじめ設定した閾値電圧と比較する比較回路で構成される回転数検出回路を設け、前記回転数検出回路の出力信号を受け前記制御部が異常の回転数の時に、前記ＤＣポンプへの電源供給を遮断する常時開接点のリレーのコイルへの通電を切ることで、前記リレーの接点を開とする安全装置を備えた。

また好ましくは、前記低電圧検出回路の出力信号を受けてＤＣポンプのマグネットロー
タの磁極位置を検出する磁極位置検出センサへの給電を停止させる低電圧処理回路を設けた。

また好ましくは、前記ＤＣポンプをＰＷＭ制御で駆動する場合、ＰＷＭ信号発生回路への入力アナログ信号を、前記低電圧検出回路の出力信号とし、また前記低電圧検出回路は、前記可変直流電源回路の電圧が所定電圧Ｖ０以下のときは、ＰＷＭ信号のデュテイ出力を０％とし、Ｖ０の次に大きい電圧ステップＶ１においては、デュテイ出力を１００％とする。

本発明によれば、常時開接点のリレー、及び可変の直流安定化電源の出力を下限値とすることで低電圧検出回路が動作することの複数の安全装置を確保することができる。

またポンプモータへの接続は電源用の２芯のケーブルのみで、専用ケーブルが省配線となり、コストダウン、施工性の向上及び信頼性の向上を図ることができる。

また可変直流電源回路の電源電圧を変えることで電源電圧がＶ０以下ではポンプは停止し、それ以上に電源電圧を大きくすれば、その大きさに合わせポンプの能力を変えることができ、使用者の好みに合わせたジェットを得ることができる。

また可変直流電源回路の出力をポンプモータ用電源と制御回路用電源を共用とし、電源電圧がＶ０以下で前記制御回路が動作する電圧を電源電圧の下限値とし、制御回路を安定して動作させることができると共に、出力電圧が低い為この時をシステムの待機とし、待機電力を下げ省エネを実現できる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について説明する。図１は本発明の実施の形態１におけるジェットバスポンプシステムのブロック図、図２は本発明の実施の形態１における低電圧検出回路図、図３は本発明の実施の形態１における可変直流電源電圧によるポンプ制御状態図である。

図１において、１１は制御回路１２用とポンプモータ７ａ用の電源を同時に発生させる可変直流電源回路で、スイッチング電源が最適である。なぜなら一般的ジェットバスポンプ１台当りの最大消費電力は２００Ｗ程度となり、商用トランス方式の電源回路では重量がほぼ５ｋｇ程度となり重量が問題となる。このスイッチング電源回路により重量がほぼ２ｋｇ程度となり軽量化が測れる。

また制御回路１２用電源の構成もポンプモータ７ａ用電源からのドロッパ方式を使うことができ、回路構成が簡単になる利点もある。また制御回路１２は可変直流電源回路１１から制御回路用電源線１３を通して電源が供給され動作し、マイコン等を搭載した回路で主に可変直流電源回路１１の電圧を制御したり、ジェットバスポンプシステムの使用者が遠隔操作する為の操作部２６からの信号を、遠隔操作用信号線２５を介し入力し、それにあわせジェットバスポンプシステムを制御する。

また可変直流電源回路１１は、ポンプモータ用直流電源ケーブル２１ａ、２１ｂを通して、低電圧検出回路２２及びポンプモータ駆動回路２４に直流電源を印加する。そこで低電圧検出回路２２では、印加された電圧の大きさを判断して、電圧がある電圧レベルより低い場合はポンプの待機状態、ある電圧より大きい場合はポンプの運転状態とし、その信号を、ポンプモータ駆動回路２４に低電圧検出回路出力信号線２３を介して伝えられる。

ポンプモータ駆動回路２４はその信号を受け、ポンプの運転のＯＮ／ＯＦＦを決定し、更にポンプのＯＮ状態（運転状態）では、可変直流電源回路１１から印加される電圧の大きさに従って、ポンプモータ７ａの能力を可変する。これにより操作部２６により設定されたジェットバスシステムの能力に応じ、制御回路１２は可変直流電源回路１１の電圧を制御することになる。

次に図２を用いて、低電圧検出回路２２を説明する。Ｒ１〜Ｒ５は抵抗器、ＺＤ１、２はツェナーダイオード、Ｑ１はＮ型トランジスタである。この低電圧検出回路２２で最も重要なファクタはツェナーダイオードＺＤ１の設定である。ＺＤ１を可変直流電源回路１１の出力電圧で待機状態の電圧レベルとポンプ運転状態で最も小さい能力のときの電圧レベルの中間値に設定するのが好ましい。ＺＤ２は低電圧検出回路アナログ信号線２３−２を使う場合の過電圧保護用である。またＱ１はポンプの待機状態か運転状態かディジタル的に伝える為のポンプＯＮ／ＯＦＦ用のオープンコレクタ出力のトランジスタで、低電圧検出回路ＯＮ／ＯＦＦ信号線２３−１を介してポンプモータ駆動回路２４に伝えられる。もっとも、この低電圧検出回路２２はポンプモータ駆動回路２４と同じ基板内に設けてもよい。

次に図３を用いて、可変直流電源回路１１の出力電圧とポンプの運転制御状態を説明する。図３では、出力電圧レベルとしてＶ０、Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、Ｖ５の６つの電圧ステップで、制御回路１２により可変直流電源回路１１は制御されている場合を示している。また図３では、低電圧検出回路２２において、ツェナーダイオードＺＤ１の設定はほぼ２０Ｖとしている。よって制御最低電圧Ｖ０（１５Ｖ）では、ポンプは待機状態となり、Ｖ１〜Ｖ５まではポンプ運転状態となりポンプを駆動させる駆動電圧可変範囲となる。またこの範囲においては電圧レベルがポンプ（ポンプモータ）の能力を決定し、大きいほど能力が大きいことになる。

（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２における回転数検出を用いたジェットバスポンプシステムのブロック図、図５は本発明の実施の形態２における回転数検出回路図、図６は本発明の実施の形態２における回転数検出回路の各点における波形図である。尚、実施の形態１と同一要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図４において、ポンプを停止させておく手段において、実施の形態１では、可変直流電源回路１１の出力電圧値を低電圧検出回路２２の検出電圧より低く制御することで行っているが、それとは別に制御回路１２によって、電源リレー１６をＯＦＦする手段を設ける。これによりジェットバスポンプシステムの待機の消費電力が、従来ではポンプ部と制御部の合計が５Ｗ程度であったものが、ポンプ部の待機電力が０Ｗとなり合計が３Ｗ程度までに低減される。

また制御部８に設けられた回転数検出回路２０の出力信号を制御回路１２によって、ポンプの状態を判断する。ここでこの回転数検出回路２０を制御部８に設けることで、ポンプモータ駆動回路２４と接続する為の４〜５ｍ程度のリード線の芯数を１本削減し、コストダウンが図れる。

また図５において、抵抗器Ｒ６はそれに流れるモータの全電流を電圧に変換するシャント抵抗で、その数十〜数百ｍＶの出力電圧波形をＯＰ１（オペアンプ）により増幅し、その増幅された数Ｖの出力信号をコンパレータＣＯＭＰ１により抵抗器Ｒ１０とＲ１１で設定された電圧と比較される。そのコンパレータＣＯＭＰ１の出力信号をフリップフロップディジタルＩＣＩＣ１（以後、ＩＣ１と記載する。）のフリップフロップ回路２９により
、波形整形及び分周される。このＩＣ１の出力信号が回転数信号として制御回路１２において取り扱われることになる。回転数信号を利用して、ポンプの状態が正常に回転しているか、空運転やロック運転等の異常状態を制御回路１２において判断する。

図６は、回転数検出回路２０の各ポイントにおける波形を示している。波形は１，２，３の３つで、オペアンプＯＰ１で増幅された信号が全電流波形の電圧変換後の電圧増幅信号波形１となり、コンパレータＣＯＭＰ１の出力信号を相切替のタイミング信号波形２、ＩＣ１の出力信号を回転数信号波形３としている。全電流波形の電圧変換後の電圧増幅信号波形１の形はのこぎり状の形で、電圧値の落ち込みが相切替のタイミングを表している。つまり回転数検出回路２０の特徴は、モータの全電流波形における相切替のタイミングから回転数信号を発生している。例えば、８極のマグネットの３相ＤＣブラシレスモータでは、相切替のタイミングは、ロータが１回転する中で２４回実施される。つまりＩＣ１の出力信号波形３では、１２周期（１２パルス）でマグネットロータが１回転したことになる。

（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３における低電圧検出回路出力信号処理回路図である。図２において説明した低電圧検出回路２２の出力信号の中で、低電圧検出回路ＯＮ／ＯＦＦ信号線２３−１を利用した場合の、低電圧検出回路出力信号の処理として、ポンプモータ７ａを低電圧時待機状態にする手段の１つである。低電圧検出回路ＯＮ／ＯＦＦ信号線２３−１にＰ型トランジスタＱ２を接続し、ポンプモータの磁極位置検出用ホールセンサＨ１、Ｈ２、Ｈ３への電源をＯＮ／ＯＦＦするのである。これによりホールセンサへの電源ＯＦＦ時には前記ポンプモータ駆動回路２４がポンプモータ７ａを停止させ、待機状態を実現する。

（実施の形態４）
図８は本発明の実施の形態４における低電圧検出回路出力信号処理回路図、図９は本発明の実施の形態４における可変直流電源電圧によるＰＷＭ信号の変化図である。図８において能力可変ができるポンプモータ駆動回路２４は、一般的にＰＷＭ信号を能力可変信号として使う場合が多い。そのような場合における低電圧検出回路出力信号処理の別な手段を説明する。

図８において、低電圧検出回路２２の出力信号である低電圧検出回路アナログ信号線２３−２を利用し、それと三角波信号源３０の出力信号をコンパレータＣＯＭＰ２で比較し、その出力信号をＰＷＭ信号３１とするものである。

図９において、可変直流電源回路１１の出力電圧がＶ０の時は、前記ＰＷＭ信号３１のデュティは０％となり、次の電圧ステップＶ１までの過程で、前記ＰＷＭ信号３１のデュティが０％から１００％と大きくなり、Ｖ１の時点では１００％となる。またＶ１より大きい電圧ステップでは、前記ＰＷＭ信号３１のデュティは１００％のままで、能力可変はポンプモータ駆動回路２４に供給される直流電源の電圧の大きさで変ることになる。つまりＰＡＭ制御を使うことになる。

また実施の形態２で説明した電源リレー１６をコストを考慮して使わない場合において、従来の技術の場合と本発明の場合におけるポンプ部における待機電力の違いを説明する。図１０は、本発明の実施の形態１〜４と従来の技術での電源リレー（スイッチ）を用いない場合の待機時の消費電力の違いを示す説明図である。従来の方法は、一般的にＰＷＭ信号で能力可変を行う為、ポンプモータへの電源電圧は最大の電源で供給される。その為ポンプ部での待機時の電力は、２Ｗ程度消費される。一方本発明では、ポンプモータ７ａの待機状態を可変直流電源回路１１の出力状態で実現し、電源電圧がＶ０と小さい為、そ
の時のポンプ部の待機消費電力は０．３Ｗ程度となり、かなりの低減が図れる。

以上のように本発明のジェットバスシステムによれば、特に制御回路及び電源回路とポンプ、ポンプモータ及び駆動回路との距離が離れている場合、もしくはポンプ、ポンプモータ及び駆動回路が配置されている場所が環境上湿度等厳しい場所に設置された場合等、特に浴室関連のポンプを用いたジェットバスポンプシステムとして有用である。

本発明の実施の形態１におけるジェットバスポンプシステムのブロック図 本発明の実施の形態１における低電圧検出回路図 本発明の実施の形態１における可変直流電源電圧によるポンプ制御状態図 本発明の実施の形態２における回転数検出を用いたジェットバスポンプシステムのブロック図 本発明の実施の形態２における回転数検出回路図 本発明の実施の形態２における回転数検出回路の各点における波形図 本発明の実施の形態３における低電圧検出回路出力信号処理回路図 本発明の実施の形態４における低電圧検出回路出力信号処理回路図 本発明の実施の形態４における可変直流電源電圧によるＰＷＭ信号の変化図 本発明の実施の形態１〜４と従来の技術での電源リレー（スイッチ）を用いない場合の待機時の消費電力の違いを示す説明図 従来のジェットバス安全装置の構成図 従来のジェットバス安全装置の回路ブロック図 他の従来のジェットバス安全装置の回路ブロック図

符号の説明

７、１０７ ポンプ
７ａ、１０７ａ ポンプモータ
８、１０８ 制御部（コントローラ）
１１ 可変直流電源回路
１２、１１２ 制御回路
１３ 制御回路用電源線
１６、１１６ 電源リレー（スイッチ）
２０ 回転数検出（検知）回路
２１ａ、２１ｂ ポンプモータ用直流電源ケーブル
２２ 低電圧検出回路
２３ 低電圧検出回路出力信号線
２３−１ 低電圧検出回路ＯＮ／ＯＦＦ信号線
２３−２ 低電圧検出回路アナログ信号線
２４ ポンプモータ駆動回路
２５ 遠隔操作用信号線
２６ （遠隔）操作部
３０ 三角波信号源
３１ ＰＷＭ信号
１０１ 安全装置
１０２ バスタブ
１０３ 吸込口
１０４ 吐出口
１０５ 吸込配管
１０６ 吐出配管
１０９ 圧力スイッチ
１０９ａ 常時閉接点
１１０ 電流検出回路
１１１ 電源回路
１１７ａ、１１７ｂ 電源ケーブル
Ｒ１〜Ｒ１５ 抵抗器
ＺＤ１、ＺＤ２ ツェナーダイオード
Ｑ１ Ｎ型トランジスタ
Ｑ２ Ｐ型トランジスタ
ＩＣ１ フリップフロップディジタルＩＣ
ＯＰ１ オペアンプ
ＣＯＭＰ１、ＣＯＭＰ２ コンパレータ
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３ ポンプモータの磁極位置検出用ホールセンサ
波形１ 全電流波形の電圧変換後の電圧増幅信号
波形２ 相切替のタイミング信号
波形３ 回転数信号

Claims (4)

1. ポンプ駆動用電源回路及びポンプの制御回路を含む制御部と、浴槽水を循環させるポンプの能力可変が可能なＤＣポンプを使い、前記制御部とＤＣポンプとを隔離したジェットバスポンプシステムにおいて、前記ポンプ駆動用電源回路を可変直流電源回路とし、前記可変直流電源回路から安定した電圧に変換し、前記制御部を駆動する電圧変換装置と、前記可変直流電源回路により給電され、前記可変直流電源回路の出力電圧値があらかじめ設定した閾値電圧より低いかどうか判定する低電圧検出回路と、前記低電圧検出回路の出力信号にあわせポンプの動作のＯＮ／ＯＦＦを行うポンプ駆動用回路を併設したＤＣポンプとを備えたことを特徴とするジェットバスポンプシステム。
2. 前記制御部内に前記可変直流電源回路の全電流波形を電圧波形に変換する電流−電圧変換回路と前記電流−電圧変換回路の出力信号を電圧増幅する増幅回路と前記増幅回路の出力信号とあらかじめ設定した閾値電圧と比較する比較回路で構成される回転数検出回路を設け、前記回転数検出回路の出力信号を受け前記制御部が異常の回転数の時に、前記ＤＣポンプへの電源供給を遮断する常時開接点のリレーのコイルへの通電を切ることで、前記リレーの接点を開とする安全装置を備えたことを特徴とする請求項１に記載のジェットバスポンプシステム。
3. 前記低電圧検出回路の出力信号を受けて、ＤＣポンプのマグネットロータの磁極位置を検出する磁極位置検出センサへの給電を停止させる低電圧処理回路を設けたことを特徴とする請求項１に記載のジェットバスポンプシステム。
4. 前記ＤＣポンプをＰＷＭ制御で駆動する場合、ＰＷＭ信号発生回路への入力アナログ信号を前記低電圧検出回路の出力信号とし、また前記低電圧検出回路は、前記可変直流電源回路の電圧が所定Ｖ０以下のときはＰＷＭ信号のデュテイ出力を０％とし、Ｖ０の次に大きい電圧ステップＶ１においてはデュテイ出力を１００％とすることを特徴とする請求項１に記載のジェットバスポンプシステム。

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