JPH0510273A - ポンプ装置の軽負荷及び過負荷運転防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 直流モータで駆動するポンプの軽負荷及び過
負荷を確実に検出し、ポンプ（モータ）を停止すること
ができるポンプ装置の軽負荷及び過負荷運転防止装置を
提供すること。 【構成】 ポンプと該ポンプを駆動する直流モータＭ１
を具備するポンプ装置に、ポンプ又はモータの回転速度
を検出する回転速度検出部１６と、予めポンプの上限回
転速度及び下限回転速度を設定した設定部１７と、回転
速度検出部１６からの回転速度信号と設定部１７の上限
回転速度及び下限回転速度とを比較し、モータの回転速
度が該上限回転速度を越えた場合又は下限回転速度を下
回った場合ポンプを停止するポンプ停止信号を出力する
処理部１８を設け、出力電圧制御部及びベース駆動回路
部２０を介してモータＭ１２を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はポンプを駆動するモータ
に直流モータを使用するポンプ装置の空運転等の軽負荷
及び異物混入等の過負荷状態での運転を防止するポンプ
装置の軽負荷及び過負荷運転防止装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術】ポンプを直流モータで駆動する場合、その
直流モータにはブラシ付直流モータとブラシレス直流モ
ータがある。図５はブラシ付直流モータの駆動回路の構
成を示す図であり、図６はブラシレス直流モータの駆動
回路の構成を示す図である。

【０００３】ブラシ付直流モータの駆動回路は、図５に
示すように、交流電源１０１からの交流を全波整理回路
１０２及び平滑用コンデンサ１０３等を介して直流に変
換し、ブラシ付直流モータＭ１に供給している。

【０００４】ブラシレス直流モータの駆動回路は、図６
に示すように、交流電源１０１からの交流を全波整理回
路１０２及び平滑用コンデンサ１０３を介して変換した
直流をパワートランジスタ等のスイッチング素子群１０
４を介して、ブラシレス直流モータＭ２に供給してい
る。スイッチング素子群１０４の制御はホール素子等か
らなる位置検出部１０５で検出された回転子の位置検出
信号を位置検出信号処理部１０６で処理して、オンオフ
制御信号を作成しベース駆動回路部１０７を介してスイ
ッチング素子群１０４をオンオフしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来、直流モータで駆
動するポンプの空運転等の軽負荷や異物混入等の過負荷
状態での運転を防止する方法としては、モータの駆動電
流を検出し、該駆動電流の変化によりポンプ運転状態を
検知し、ポンプの軽負荷時や過負荷時にモータを停止し
てポンプの軽負荷及び過負荷運転を防止する方法が用い
られている。しかしながら、軽負荷運転時と正規運転時
又は過負荷運転時と正規運転時との間に電流差が小さい
と誤作動するという問題があった。

【０００６】本発明は上述の点に鑑みてなされたもの
で、上記問題点を除去し、ポンプの空運転等の軽負荷状
態及び異物混入等の過負荷状態を確実に検知し、ポンプ
（モータ）を停止することができるポンプ装置の軽負荷
及び過負荷運転防止装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明は、ポンプと該ポンプを駆動する直流モータを具
備するポンプ装置に、ポンプ又はモータの回転速度を検
出する速度検出部と、予めポンプの上限回転速度及び下
限回転速度を設定した設定部と、速度検出部からの回転
速度信号と設定部の上限回転速度及び下限回転速度とを
比較し、ポンプ又はモータの回転速度が該上限回転速度
を越えた場合又は下限回転速度を下回った場合ポンプを
停止するポンプ停止信号を出力する処理部を設け、該ポ
ンプ停止信号でモータを停止することを特徴とする。ポ
ンプ装置の軽負荷及び過負荷運転防止装置。

【０００８】また、前記設定部に設定された上限回転速
度がポンプ吐出弁締切運転点を含む運転可能な最小流量
点から運転可能な最大流量点までの範囲の最高回転速度
以上で、且つポンプ空運転時の回転速度以下の値である
ことを特徴とする。

【０００９】また、前記設定部に設定されたポンプの上
限回転速度がポンプ締切点を含む運転可能な最小流量点
から運転可能な最大流量点までの間のポンプを運転する
任意の運転点の回転速度以上でポンプ吐出弁締切運転点
を含む運転可能な最小流量点から運転可能な最大流量点
までの範囲の最高回転速度以下の値であることを特徴と
する。

【００１０】また、前記設定部に設定されたポンプの下
限回転速度がポンプ吐出弁締切運転点を含む運転可能な
最小流量点から運転可能な最大流量点までの範囲の最低
回転速度の値であることを特徴とする。

【００１１】また、前記設定部に設定されたポンプの下
限回転速度がポンプ吐出弁締切運転点を含む運転可能な
最小流量点から運転可能な最大流量点までの間のポンプ
を運転する任意の運転点の回転速度以下で、直流モータ
の定格出力時の回転数以上の値であることを特徴とす
る。

【００１２】また、前記ポンプが遠心ポンプ又は渦流ポ
ンプ又はギアポンプであることを特徴とする。

【００１３】また、前記ポンプが羽根車を回転させるロ
ータに永久磁石を設けると共にモータ側に設けた該永久
磁石と磁気的に結合する磁石との磁気的結合でモータ回
転力をポンプに伝達するポンプであることを特徴とす
る。

【００１４】

【作用】直流モータのトルク（負荷）−回転数特性は、
トルクが増大又は減少すると、回転数は低下する。この
傾向は誘導電動機でも同様の傾向にあるが、直流モータ
の場合はその変化量が誘導電動機に比べて大きい。図３
に直流モータのトルクＴと回転速度（回転数Ｎｒｐｍ）
を示す。直流モータでポンプを駆動すると、ポンプ負荷
（トルク）変化と共に、モータ回転数が変化する。即
ち、トルクが大きい程回転速度は低下し、トルクが小さ
くなるに従って回転速度は上昇し、ポンプが空運転状態
となった時がポンプ負荷は一番小さくなり、モータ回転
速度は図４に示すように一番速くなる。従って、ポンプ
吐出弁締切状態から全開状態における回転数及び空運転
時の回転速度を事前に測定しておき、空運転時の回転速
度以下でポンプ運転点以上の任意の回転速度を上限回転
速度として設定し、下限回転速度をポンプ吐出弁締切運
転点を含む運転可能な最小流量点から運転可能な最大流
量点までの範囲の最低回転速度に設定すれば、ポンプの
キャビテーション発生運転、空気混入運転又は空運転の
軽負荷運転及び液比重の増大や異物混入かみ込み等の過
負荷運転を防止できる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明のポンプ装置の軽負荷及び過負荷運転
防止装置の構成を示す図である。図示するように、交流
電源１１からの交流を全波整理回路１２及び平滑用コン
デンサ１３等を介して直流に変換し、該直流をパワート
ランジスタ１４でオンオフしてパルスとし、該パルスを
コイル１５ａ及びコンデンサ１５ｂから成る平滑回路１
５により再び直流に変換し、パルスのデューティ比（パ
ワートランジスタ１４のオン時間とオフ時間の比）に比
例した電圧をブラシ付の直流モータＭ１に供給する。こ
れにより直流モータＭ１は供給電圧に応じた回転数で回
転し、図示しないポンプを駆動する。前記パワートラン
ジスタ１４のオンオフはベース駆動回路部２０が出力電
圧制御部１９から出力されるオンオフ制御信号を受けて
行う。

【００１６】直流モータＭ１の回転速度は回転速度検出
部１６で検出され、該回転速度検出部１６の出力は処理
部１８に出力される。また、該処理部１８には設定部１
７の出力が入力されている。該設定部１７には予めポン
プの上限回転速度及び下限回転速度が設定されており、
処理部１８は回転速度検出部１６で検出された検出回転
速度と設定部１７に設定された上限回転速度及び下限回
転速度とを比較し、該検出回転速度が上限回転速度を越
えた場合又は下限回転速度を下回った場合、出力電圧制
御部１９にモータ停止信号を出力する。出力電圧制御部
１９はこのモータ停止信号を受けてパワートランジスタ
１４をオフするオフ信号をベース駆動回路部２０に出力
する。ベース駆動回路部２０はこのオフ信号を受けて、
パワートランジスタ１４をオフし、モータＭ１は停止す
る。

【００１７】図３はモータ回転数（回転速度）Ｎ（ｒｐ
ｍ）とトルクＴ（ｋｇ，ｃｍ）の関係を示す図で、図４
はポンプ流量Ｑ（リットル／ｍｉｎ）と全揚程度Ｈ
（ｍ）と回転数（回転速度）Ｎ（ｒｐｍ）の関係を示す
図である。

【００１８】図３に示すように、直流モータＭ１でポン
プを駆動すると、ポンプ負荷（トルクＴ）変化と共に、
モータ回転数Ｎが変化する。即ち、トルクＴが大きい程
回転速度は低下し、トルクＴが小さくなるに従って回転
速度は上昇し、ポンプが空運転状態となった時がポンプ
負荷は一番小さくなり、モータ回転速度Ｎは図４に示す
ように一番速くなる。従って、ポンプ吐出弁締切状態か
ら全開状態における回転数及び空運転時の回転速度を事
前に測定しておき、空運転時の回転速度以下でポンプ運
転点以上の任意の回転速度を上限回転速度として設定
し、ポンプ最低回転速度を下限回転速度として設定すれ
ば、空運転等の軽負荷状態での運転や液比重の増大や異
物混入かみ込み等の過負荷状態での運転を防止すること
ができる。

【００１９】特に、設定部１７に設定する回転速度をポ
ンプ締切点を含む運転可能な最小流量点から運転可能な
最大流量点までの間のポンプを運転する任意の運転点の
回転速度以上でポンプ吐出弁締切運転点を含む運転可能
な最小流量点から運転可能な最大水量点までの範囲の最
高回転速度以下の値に設定することにより、図４の斜線
を付した範囲で発生するポンプのキャビテーション発生
運転、空気混入運転又は空運転を防止できる。

【００２０】図２は本発明のポンプ装置の他の軽負荷及
び過負荷運転防止装置の構成を示す図である。図２にお
いて、図１と同一符号を付した部分は同一又は相当部分
を示す。本軽負荷及び過負荷運転防止装置ではブラシレ
ス直流モータＭ２を使用している。全波整流回路１２か
ら直流はインバータ回路２２を介してパルスに変換さ
れ、ブラシレス直流モータＭ２に供給される。ブラシレ
ス直流モータＭ２の回転子の回転位置は位置検出部２４
により検出され、その検出信号は位置検出信号処理部２
５で処理され出力電圧制御部１９に入力される。

【００２１】出力電圧制御部１９は位置検出信号処理部
２５からの信号により、ベース駆動回路部２０を介して
インバータ回路２２を構成するパワートランジスタ２２
ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆのベース
にオンオフ信号を出力する。これにより各パワートラン
ジスタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２
ｆは所定のタイミングでオンオフし、ブラシレス直流モ
ータＭ２にパルス状の駆動電流を供給する。

【００２２】ブラシレス直流モータＭ２の回転速度は各
パワートランジスタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，
２２ｅ，２２ｆのオン時間とオフ時間の比（即ちデュー
ティ比）を変え固定子コイルに印加される平均電圧値を
変えると変化する特性を持っている。即ち、デューティ
比を大にすれば回転速度は速く小さければ遅い特性を有
している。

【００２３】従って、位置検出信号処理部２５の出力信
号を速度検出部２３に入力し、該速度検出部２３でモー
タの回転速度を検出し、処理部１８に出力する。一方設
定部１７には前記ポンプの上限回転速度と下限回転速度
を設定しておき、処理部１８でこの上限回転速度と下限
回転速度とモータ回転速度とを比較し、モータ回転速度
がこの上限回転速度を越えた場合或いは下限回転速度を
下回った場合、出力電圧制御部１９にモータ停止信号を
出力する。出力電圧制御部１９はこのモータ停止信号を
受け、ベース駆動回路部２０にパワートランジスタ２２
ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆの全てを
オフするオフ信号を出力し、該ベース駆動回路部２０を
通して、パワートランジスタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，
２２ｄ，２２ｅ，２２ｆの全てをオフする。これにより
ブラシレス直流モータＭ２を停止する。これによりポン
プの空運転等の軽負荷運転及び液比重の増大或いは異物
の混入等の過負荷における運転を防止できることは、図
１との場合と同様である。

【００２４】以上のように上記実施例によれば、処理部
１８は設定部１７に予め設定されているポンプの上限回
転速度と下限回転速度とモータ回転速度とを比較し、該
モータ回転速度がこの上限回転速度を越える場合又は下
限回転速度を下回る場合、出力電圧制御回路部１９及び
ベース駆動回路部２０を介してパワートランジスタ１４
又はパワートランジスタ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２
ｄ，２２ｅ，２２ｆをオフするので、ポンプのキャビテ
ーション発生運転、空気混入運転、空運転等の軽負荷運
転又は液比重の増大、異物の混入かみ込み等の過負荷運
転を確実に検出し防止することが可能となる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ポ
ンプの回転速度を検出してポンプ空運転等を軽負荷運転
或いは液比重増大等の過負荷運転を確実に検出するか
ら、ポンプの軽負荷運転及び過負荷運転を確実に防止で
きる。特に、ポンプが羽根車を回転させるロータに永久
磁石を設けると共にモータ側に設けた該永久磁石と磁気
的に結合する磁石を設け磁気的結合でモータ回転力をポ
ンプに伝達する型式のポンプにおいては、軽負荷時のポ
ンプ液中軸受の破損防止及び空運転時の軸受摺動発熱に
よるプラスチック製ケーシング類の溶融といった決定的
なトラブルを防止できるという優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のポンプ装置の軽負荷及び過負荷運転防
止装置の構成を示す図である。

【図２】本発明のポンプ装置の他の軽負荷及び過負荷運
転防止装置の構成を示す図である。

【図３】モータ回転数（回転速度）Ｎ（ｒｐｍ）とトル
クＴ（ｋｇ，ｃｍ）の関係を示す図である。

【図４】ポンプ流量Ｑ（リットル／ｍｉｎ）と全揚程度
Ｈ（ｍ）と回転数（回転速度）Ｎ（ｒｐｍ）の関係を示
す図である。

【図５】ブラシ付直流モータ駆動回路の構成を示す図で
ある。

【図６】ブラシレス直流モータ駆動回路の構成を示す図
である。

【符号の説明】

１１ 交流電源 １２ 全波整理回路 １３ コンデンサ １４ パワートランジスタ １５ 平滑回路 １６ 回転速度検出部 １７ 設定部 １８ 処理部 １９ 出力電圧制御部 ２０ ベース駆動回路部 ２２ インバータ ２３ 速度検出部 ２５ 位置検出信号処理部

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ポンプと該ポンプを駆動する直流モータ
   を具備するポンプ装置に、 ポンプ又はモータの回転速度を検出する速度検出部と、 予めポンプの上限回転速度及び下限回転速度を設定した
   設定部と、 前記速度検出部からの回転速度信号と前記設定部の上限
   回転速度及び下限回転速度とを比較し、ポンプ又はモー
   タの回転速度が該上限回転速度を越えた場合又は下限回
   転速度を下回った場合、前記ポンプを停止するポンプ停
   止信号を出力する処理部を設け、該ポンプ停止信号で前
   記モータを停止することを特徴とするポンプ装置の軽負
   荷及び過負荷運転防止装置。
2. 【請求項２】 前記設定部に設定された上限回転速度が
   ポンプ吐出弁締切運転点を含む運転可能な最小流量点か
   ら運転可能な最大流量点までの範囲の最高回転速度以上
   で、且つポンプ空運転時の回転速度以下の値であること
   を特徴とする請求項１記載のポンプ装置の軽負荷及び過
   負荷運転防止装置。
3. 【請求項３】 前記設定部に設定されたポンプの上限回
   転速度がポンプ吐出弁締切運転点を含む運転可能な最小
   流量点から運転可能な最大流量点までの間のポンプを運
   転する任意の運転点の回転速度以上でポンプ吐出弁締切
   運転点を含む運転可能な最小流量点から運転可能な最大
   流量点までの範囲の最高回転速度以下の値であることを
   特徴とする請求項１記載のポンプ装置の軽負荷及び過負
   荷運転防止装置。
4. 【請求項４】 前記設定部に設定されたポンプの下限回
   転速度がポンプ吐出弁締切運転点を含む運転可能な最小
   流量点から運転可能な最大流量点までの範囲の最低回転
   速度の値であることを特徴とする請求項１又は２又は３
   記載のポンプ装置の軽負荷及び過負荷運転防止装置。
5. 【請求項５】 前記設定部に設定されたポンプの下限回
   転速度がポンプ吐出弁締切運転点を含む運転可能な最小
   流量点から運転可能な最大流量点までの間のポンプを運
   転する任意の運転点の回転速度以下で、直流モータの定
   格出力時の回転数以上の値であることを特徴とする請求
   項１又は２又は３記載のポンプ装置の軽負荷及び過負荷
   運転防止装置。
6. 【請求項６】 前記ポンプが遠心ポンプ又は渦流ポンプ
   又はギアポンプであることを特徴とする請求項１又は２
   又は３又は４又は５記載のポンプ装置の軽負荷及び過負
   荷運転防止装置。
7. 【請求項７】 前記ポンプが羽根車を回転させるロータ
   に永久磁石を設けると共にモータ側に設けた該永久磁石
   と磁気的に結合する磁石との磁気的結合でモータ回転力
   をポンプに伝達するポンプであることを特徴とする請求
   項１又は２又は３又は４又は５記載のポンプ装置の軽負
   荷及び過負荷運転防止装置。