JPH05146505A

JPH05146505A - 輸液ポンプのモータ制御装置

Info

Publication number: JPH05146505A
Application number: JP3312363A
Authority: JP
Inventors: Masumi Tabuchi; 眞澄田渕; Hiroshi Ueda; 浩上田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1993-06-15
Anticipated expiration: 2013-05-28
Also published as: JP2759391B2

Abstract

(57)【要約】【目的】輸液ポンプのモータの始動に際し、最適な必要
最小限のモータ駆動電流を確定するまでの時間を短縮化
して、電力ロスを削減する。【構成】電源２２（バッテリ）についての電源電圧値と
輸液レートとを変数とする関数として予め求められた始
動開始時モータ駆動電流のテーブルをＲＯＭ４に格納し
てある。電源電圧モニタ回路２６から読み込んだ電源電
圧値と入力装置８からの輸液レートとに基づいてテーブ
ルを検索し、対応する始動開始時モータ駆動電流のデー
タを読み出してモータ制御回路２０に与え、駆動用モー
タ１６を始動する。なお、始動直後では、モータ始動開
始時のモータ駆動電流から１ステップ分ずつの電流値を
段階的に減少させる動作を繰り返して最適な必要最小限
のモータ駆動電流を確定して駆動用モータ１６を制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、点滴などの静脈注入装
置の駆動源として用いられる輸液ポンプにおけるモータ
の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の輸液ポンプの電気的構成を
示すブロック線図である。

【０００３】図において、２はシステム全体の制御を司
るＣＰＵ（中央処理装置）、４はその制御のためのプロ
グラムを格納しているＲＯＭ（リードオンリメモリ）、
６はデータを格納するなどワーキングメモリとして機能
するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、８はキーパネ
ルなどの入力装置、１０は液晶表示パネルなどの表示装
置、１２は輸液ポンプのメカニズム部分であるポンプヘ
ッド部であり、このポンプヘッド部１２は、ぜん動式の
輸液機構部１４と、この輸液機構部１４を回転駆動する
駆動用モータ１６と、駆動用モータ１６の回転位相を検
出するモータ回転位相検出部１８とから構成されてい
る。２０はモータ制御回路、２２は各部に電力を供給す
る電源（バッテリ）、２４はランプやブザーなどの警報
部である。

【０００４】次に、上記構成の従来の輸液ポンプにおい
て、ＣＰＵ２による駆動用モータ１６の制御の動作を図
４に示すフローチャートに基づいて説明する。

【０００５】ＣＰＵ２は、ステップｎ１で、モータ制御
回路２０を制御することにより、駆動用モータ１６に対
して、この駆動用モータ１６を確実に回転させるに足り
る充分な駆動電流を供給し、駆動用モータ１６を始動す
る。この始動時の電流値は、最悪のケースでも駆動用モ
ータ１６が確実に回転を開始するように余裕（マージ
ン）をもった値に設定される。

【０００６】ＣＰＵ２は、ステップｎ２で、モータ回転
位相検出部１８からの信号に基づいて、駆動用モータ１
６が正常に回転しているのか、それとも脱調しているの
かどうかのチェックを行う（モータチェック）。脱調し
ていると判断したときは、ステップｎ３に進んで、警報
部２４を駆動して操作者に脱調を知らせる。

【０００７】ＣＰＵ２は、正常に回転していると判断し
たときは、ステップｎ４に進んで、モータ制御回路２０
を制御して、駆動用モータ１６に供給する駆動電流を１
ステップ分だけデクリメント（減少）させる。すなわ
ち、現在のモータ駆動電流をｉ_Mとし、１ステップ分の
電流値をｉ₀とすると、次回のモータ駆動電流として、
ｉ_M←ｉ_M−ｉ₀と設定する。なお、１ステップ分の電
流値ｉ₀は、機種によって適宜に定めてある。

【０００８】次いで、ステップｎ５に進んで、ステップ
ｎ２と同様に、駆動用モータ１６が正常に回転している
のか脱調しているのかのチェックを行い、駆動用モータ
１６が正常に回転していると判断すると、ステップｎ４
にリターンして、モータ駆動電流ｉ_Mをさらに１ステッ
プ分ｉ₀だけデクリメントする（ｉ_M←ｉ_M−ｉ₀）。
そして、再び、ステップｎ５でモータチェックを行う。

【０００９】ステップｎ４でのモータ駆動電流ｉ_Mのデ
クリメントにかかわらず、ステップｎ５で駆動用モータ
１６が正常に回転していて脱調と判断しない限り、ステ
ップｎ４→ｎ５→ｎ４のルーチンをループ状に繰り返
す。これにより、モータ駆動電流ｉ_Mを脱調が生じるま
で１ステップ分ｉ₀ずつ減少させていくことになる。

【００１０】このようなモータ駆動電流ｉ_Mの順次的な
減少の結果、ステップｎ５のモータチェックにおいて駆
動用モータ１６が脱調するようになったと判断したとき
は、ステップｎ６に進む。ステップｎ６では、駆動用モ
ータ１６の回転状態を正常に戻すために、モータ駆動電
流ｉ_Mを１ステップ分ｉ₀だけインクリメントする（ｉ
_M←ｉ_M＋ｉ₀）。この場合の脱調に対しては、警報は
発しない。

【００１１】そして、ステップｎ７に進んで、ステップ
ｎ６の実行回数をカウントするレジスタＲの内容を＋１
だけインクリメントする（Ｒ←Ｒ＋１）。なお、レジス
タＲの初期値はゼロにセットされているものとする。

【００１２】ステップｎ８では、レジスタＲの内容が所
定回数Ｎに一致したかどうかを判断する。Ｎの値は任意
に定め得るが、通例では、Ｎ＝３〜５である。レジスタ
Ｒの内容（すなわち、モータ駆動電流ｉ_Mを１ステップ
分ｉ₀だけインクリメントした回数）が所定回数Ｎに達
していないときは、ステップｎ５にリターンし、モータ
チェックを繰り返す。

【００１３】ステップｎ４の駆動電流デクリメントの結
果脱調したのでステップｎ６で駆動電流をインクリメン
トするが、この駆動電流インクリメントによってステッ
プｎ５のモータチェックでは必ずしも正常と判断される
とは限らない。脱調の状態のままである場合を生じ得
る。駆動用モータ１６の駆動にとって最小限必要な駆動
電流は、電源２２の電圧や輸液レートや温度その他の種
々の要因から影響を受けて微妙に変動するからである。
そのためにこそ、ステップｎ６，ｎ７，ｎ８を経てステ
ップｎ５にリターンしているのである。

【００１４】ステップｎ８からリターンしてきた後のス
テップｎ５において、脱調の状態が続いていると判断し
たときは、ステップｎ６でモータ駆動電流ｉ_Mをさらに
インクリメントし、再び、ステップｎ７，ｎ８を経てス
テップｎ５にリターンしモータチェックを繰り返す。

【００１５】また、ステップｎ８からリターンしてきた
後のステップｎ５において、駆動用モータ１６の回転状
態が正常に復帰しておれば、ステップｎ４に戻って、モ
ータ駆動電流ｉ_Mを再びデクリメントする。その結果、
再び脱調すれば、ステップｎ５→ｎ６→ｎ７→ｎ８→ｎ
５と進む。

【００１６】つまり、駆動用モータ１６の回転状態につ
いて、正常と脱調との境界を挟んでモータ駆動電流ｉ_M
を微調整しているのである。このような微調整を所定回
数Ｎだけ繰り返すと、ステップｎ５〜ｎ８のループ状ル
ーチンを抜け出すことになるが、そのときは、ステップ
ｎ５の脱調判断の次にステップｎ６でモータ駆動電流ｉ
_Mをインクリメントしているので、一応、正常回転状態
とみなすことができ、そのルーチンを抜け出た段階での
モータ駆動電流ｉ_Mを最適な駆動電流として最終的に確
定するのである。この最適駆動電流は、言うまでもな
く、駆動用モータ１６の駆動にとって最小限必要な駆動
電流である。

【００１７】以上のように、始動時には充分に大きなモ
ータ駆動電流を供給して駆動用モータ１６を確実に始動
させ、その後直ちに、モータ駆動電流を少しずつ減らし
ながら最適な必要最小限のモータ駆動電流を探し出し、
その後は、その必要最小限のモータ駆動電流で駆動用モ
ータ１６を駆動するという制御方法をとっている。

【００１８】このような制御方法を採用しているのは、
消費電力をなるべく少なくし、電源２２（バッテリ）に
よる動作時間をできるだけ長くするためである。また、
消費電流が小さくてすむということは、装置を小型化，
軽量化する上で有利なことである。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、輸液レ
ートが低く駆動用モータ１６の回転速度が遅いときに
は、駆動用モータ１６の回転状態が正常なのかそれとも
脱調しているのかを判定するのに長い時間を要すること
になる。

【００２０】すなわち、ステップｎ２を経過した後のス
テップｎ４→ｎ５→ｎ４の循環するルーチン、つまり、
モータ駆動電流ｉ_Mを１ステップ分ｉ₀ずつデクリメン
トしながらモータチェックを行う処理を繰り返す回数が
非常に多くなり、ステップｎ５からステップｎ６の方に
抜け出すまでに要する時間が非常に長くかかるのであ
る。

【００２１】その結果として、モータの始動時点から最
適なモータ駆動電流を確定するまでに長い時間を要する
こととなり、その間、比較的に大きなモータ駆動電流を
消費することになるため、電力ロスが大きくなるという
問題がある。

【００２２】例えば、輸液レートが数ｍｌ／ｈｒ以下の
場合には、最適なモータ駆動電流を確定するまでに３０
分以上もかかることがあり、輸液ポンプの全動作時間が
１〜２時間程度と比較的短時間の場合には、最適駆動電
流の確定までに要する時間の割合が大き過ぎて、はなは
だ効率の悪いものになっていると同時に、電力ロスも大
きくならざるを得ない。

【００２３】電力ロスが大きいということは、電源２２
（バッテリ）の容量を一定とすると、その電源２２（バ
ッテリ）による延べ動作時間が短くなってしまうという
ことであり、延べ動作時間を一定とすると、必要とする
電源２２（バッテリ）の容量が大きくなって装置の大型
化，重量化を招くことになってしまうということであ
る。

【００２４】ところで、上記とは逆に、駆動用モータ１
６の始動に際して、モータ駆動電流を少しずつ増やしな
がら最適な必要最小限のモータ駆動電流を探し出して駆
動用モータ１６の回転状態を正常にもっていくという制
御方法が考えられる。この場合は、電力ロスはほとんど
生じない。

【００２５】しかし、始動初期の駆動用モータ１６の脱
調状態のために輸液能力が低く、上記と同様に輸液レー
トが低く駆動用モータ１６の回転速度が遅いときには、
始動時点から実際に薬液が輸液されるに至るまでのタイ
ムラグが長くかかり過ぎ、治療に支障を来すおそれがあ
る。

【００２６】本発明は、このような事情に鑑みて創案さ
れたものであって、輸液ポンプの駆動用モータを始動す
るに際して、最適な必要最小限のモータ駆動電流を確定
するまでの時間を短縮化し、電力ロスを削減することを
目的とする。

【００２７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る輸液ポンプ
のモータ制御装置は、輸液機構部を駆動するモータに対
して所要の駆動電流を供給するモータ制御回路を備える
とともに、モータ始動開始時のモータ駆動電流から１ス
テップ分ずつの電流値を段階的に減少させる動作を繰り
返すことにより最適な必要最小限のモータ駆動電流を求
めてこの最適駆動電流を前記モータ制御回路からモータ
に与えるようにした制御手段を備えた輸液ポンプのモー
タ制御装置であって、電源電圧モニタ回路を備えるとと
もに、電源電圧値と輸液レートとを変数とする関数とし
て予め求められたモータ駆動電流を始動開始時モータ駆
動電流とするテーブルをもった記憶手段と、モータの始
動に際して前記電源電圧モニタ回路から読み込んだ電源
電圧値と設定入力されている輸液レートとに基づいて前
記テーブルを検索して対応する始動開始時モータ駆動電
流のデータを読み出しこのデータを前記制御手段にモー
タ始動開始時のモータ駆動電流として与える駆動電流初
期値設定手段とを備えたことを特徴とするものである。

【００２８】

【作用】輸液ポンプにおいてモータの駆動電流に影響を
及ぼすものとして、例えば、電源電圧値，輸液レート，
温度，輸液チューブを含む輸液機構部の状態その他の種
々の要因がある。本発明者はこれらを詳しく検討した結
果、モータ駆動電流に最も大きい影響を与えるのが電源
電圧値と輸液レートであることを見出した。本発明の上
記構成は、この知識に基づいたものである。

【００２９】実験によって、電源電圧値と輸液レートと
をパラメータとして、それらの組み合わせを種々に変え
ながらモータの駆動にとって必要最小限のモータ駆動電
流を求めておく。そのようにして求めたモータ駆動電流
のデータを、電源電圧値と輸液レートとを変数とする関
数としてテーブルにし記憶手段に格納しておく。

【００３０】上記の構成において、駆動電流初期値設定
手段は、電源電圧モニタ回路から読み込んだ電源電圧値
と設定入力されている輸液レートとに基づいてテーブル
を検索し、対応する始動開始時モータ駆動電流のデータ
を読み出す。制御手段は、その始動開始時モータ駆動電
流のデータを受け取り、モータ制御回路に対してモータ
始動開始時のモータ駆動電流として与える。この駆動電
流は、モータを正常に始動する上で必要最小限な電流値
である。

【００３１】したがって、その同じ制御手段がモータ始
動直後から行うところの１ステップ分ずつの電流値を段
階的に減少させて最終的に探し出されるべき最適な必要
最小限のモータ駆動電流に到達するまでに要する時間
は、始動時駆動電流として充分な余裕（マージン）を見
込んでいた従来例に比べて大幅に短縮化される。

【００３２】

【実施例】以下、本発明に係る輸液ポンプのモータ制御
装置の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

【００３３】図１は実施例に係る輸液ポンプの電気的構
成を示すブロック線図である。

【００３４】図において、２はシステム全体の制御を司
るＣＰＵ、４は制御のためのプログラムおよび始動開始
時モータ駆動電流に係るテーブルを格納しているＲＯ
Ｍ、６はワーキングメモリとしてのＲＡＭ、８はキーパ
ネルなどの入力装置、１０は液晶表示パネルなどの表示
装置、１２は輸液ポンプのメカニズム部分であるポンプ
ヘッド部、１４はぜん動式の輸液機構部、１６は駆動用
モータ、１８はモータ回転位相検出部、２０はモータ制
御回路、２２は各部に電力を供給する電源（バッテ
リ）、２４は警報部、２６は電源２２（バッテリ）の電
圧を検出する電源電圧モニタ回路である。

【００３５】ＲＯＭ４に格納されたテーブルは、電源電
圧値と輸液レートとを変数とする関数として、予め求め
られたモータ駆動電流を始動開始時モータ駆動電流とす
る状態にまとめられたものである。すなわち、実験によ
り、電源電圧値と輸液レートとをパラメータとしてそれ
らの組み合わせを種々に変えながら駆動用モータ１６の
駆動にとって必要最小限のモータ駆動電流を求めて、電
源電圧値と輸液レートとを関数とする始動開始時モータ
駆動電流のテーブルとしたものである。

【００３６】電源２２（バッテリ）の電源電圧値は、新
たに設けた電源電圧モニタ回路２６によって検出され、
ＣＰＵ２に送出される。輸液レートは、入力装置８より
ＣＰＵ２に与えられる。ＣＰＵ２は、駆動用モータ１６
の始動開始の指令に基づいて、電源電圧モニタ回路２６
から読み込んだ電源電圧値と設定入力されている輸液レ
ートとに基づいて、ＲＯＭ４のテーブルを検索し、対応
する始動開始時モータ駆動電流のデータを読み出し、そ
のデータをモータ制御回路２０に送出する機能を有して
いる。

【００３７】次に、上記構成の輸液ポンプにおいて、Ｃ
ＰＵ２による駆動用モータ１６の制御の動作を図２に示
すフローチャートに基づいて説明する。

【００３８】ＣＰＵ２は、ステップＳ１で、入力装置８
より輸液レートを読み込み、ステップＳ２で、電源電圧
モニタ回路２６より電源２２（バッテリ）の電源電圧値
を読み込む。そして、ステップＳ３で、電源電圧値と輸
液レートとに基づいて、ＲＯＭ４のテーブルから対応す
る始動開始時モータ駆動電流のデータを読み出す。この
始動開始時モータ駆動電流は、与えられた電源電圧値と
輸液レートという条件下において、駆動用モータ１６を
確実に始動するのに必要最小限のモータ駆動電流であ
る。

【００３９】ＣＰＵ２は、ステップＳ４で、モータ制御
回路２０に上記の始動開始時モータ駆動電流のデータを
与えるとともに、モータ制御回路２０の制御を通じて、
駆動用モータ１６をその始動開始時モータ駆動電流にお
いて始動する。繰り返しになるが、このときの始動開始
時モータ駆動電流は、従来例のように充分な余裕（マー
ジン）をもっておらず、確実な始動にとって必要な駆動
電流に充分に接近した値の電流となっている。

【００４０】ＣＰＵ２は、ステップＳ５で、モータ回転
位相検出部１８からの信号に基づいて、駆動用モータ１
６が正常に回転しているのか、それとも脱調しているの
かどうかのチェックを行う（モータチェック）。脱調し
ていると判断したときは、ステップＳ６に進んで、警報
部２４を駆動して操作者に脱調を知らせる。

【００４１】しかし、正常に回転していると判断したと
きは、ステップＳ７に進んで、モータ制御回路２０を制
御して、駆動用モータ１６に供給する駆動電流を１ステ
ップ分だけデクリメント（減少）させる。すなわち、現
在のモータ駆動電流をｉ_Mとし、１ステップ分の電流値
をｉ₀とすると、次回のモータ駆動電流として、ｉ_M←
ｉ_M−ｉ₀と設定する。なお、１ステップ分の電流値ｉ
₀は、機種によって適宜に定めてある。

【００４２】次いで、ステップＳ８に進んで、ステップ
Ｓ５と同様に、駆動用モータ１６が正常に回転している
のか脱調しているのかのチェックを行い、駆動用モータ
１６が正常に回転していると判断すると、ステップＳ７
にリターンして、モータ駆動電流ｉ_Mを１ステップ分ｉ
₀だけデクリメントする（ｉ_M←ｉ_M−ｉ₀）。そし
て、再び、ステップＳ８でモータチェックを行う。

【００４３】上記のように始動開始時モータ駆動電流が
モータ始動にとって必要最小限の値に充分に接近してい
るので、このステップＳ７の駆動電流デクリメントおよ
びステップＳ８のモータチェックの繰り返し回数は、大
き過ぎる余裕（マージン）を見込んでいた従来例に比べ
てきわめて少ないものとなる。したがって、早期のうち
に、ステップＳ８からステップＳ９へと抜け出すことが
できる。

【００４４】すなわち、このステップＳ７→Ｓ８→Ｓ７
のループ状のルーチンの処理時間が従来例に比べて大幅
に短縮化されるのである。

【００４５】ステップＳ８からステップＳ９に進んで、
駆動用モータ１６の回転状態を正常に戻すために、モー
タ駆動電流ｉ_Mを１ステップ分ｉ₀だけインクリメント
する（ｉ_M←ｉ_M＋ｉ₀）。この場合の脱調に対して
は、警報は発しない。

【００４６】そして、ステップＳ１０に進んで、ステッ
プＳ９の実行回数をカウントするレジスタＲの内容を＋
１だけインクリメントする（Ｒ←Ｒ＋１）。なお、レジ
スタＲの初期値はゼロにセットされているものとする。

【００４７】ステップＳ１１では、レジスタＲの内容が
所定回数Ｎに一致したかどうかを判断する。Ｎの値は任
意に定め得るが、通例では、Ｎ＝３〜５である。レジス
タＲの内容（すなわち、モータ駆動電流ｉ_Mを１ステッ
プ分ｉ₀だけインクリメントした回数）が所定回数Ｎに
達していないときは、ステップＳ８にリターンし、モー
タチェックを繰り返す。

【００４８】ステップＳ７→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ１
１→Ｓ８→Ｓ７のように循環するルーチンを所定回数Ｎ
だけ繰り返し実行する。その結果、駆動用モータ１６の
回転状態について、正常と脱調との境界を挟んでモータ
駆動電流ｉ_Mが微調整されて、正常な回転状態における
最適な必要最小限のモータ駆動電流ｉ_Mを最終的に確定
することができる。

【００４９】以上のように、駆動用モータ１６の確実な
始動にとって最小限必要な始動開始時モータ駆動電流を
予め決定しておき、その必要最小限の始動開始時モータ
駆動電流から駆動用モータ１６の始動を開始するので、
１ステップ分ずつの電流値を段階的に減少させて最終的
に探し出されるべき最適な必要最小限のモータ駆動電流
に到達するまでに要する時間を従来例に比べて大幅に短
縮化することができるのである。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、各種の
要素のうちモータ駆動電流に最も大きい影響を与える電
源電圧値と輸液レートとを変数とする関数として予め求
められた始動開始時モータ駆動電流のテーブルを記憶手
段に格納しておき、モータの始動に際しては、電源電圧
モニタ回路から読み込んだ電源電圧値と設定入力されて
いる輸液レートとに基づいてテーブルを検索し、対応す
る始動開始時モータ駆動電流のデータを読み出し、それ
をモータ制御回路に対してモータ始動開始時のモータ駆
動電流として与えるように構成してあって、その始動開
始時モータ駆動電流はモータを正常に始動する上で必要
最小限な電流値であるから、モータの回転速度が遅いか
速いかに関係なく、モータ始動直後より１ステップ分ず
つの電流値を段階的に減少させていって最終的に探し出
されるべき最適駆動電流に到達するまでに要する時間を
従来例に比べて大幅に短縮化することができる。すなわ
ち、モータに対する始動指令の開始時点から脱調しない
状態での必要最小限の駆動電流で安定良くモータを回転
させるに至るまでの時間を短縮化でき、電力ロス少なく
モータの始動処理を効率良く行うことができる。

【００５１】したがって、電源（バッテリ）の容量を一
定とすると、その電源（バッテリ）による延べ動作時間
を延長化できるということになり、また、延べ動作時間
を一定とすると、必要とする電源（バッテリ）の容量を
小さくして装置の小型化，軽量化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る輸液ポンプのモータ制
御装置が適用される輸液ポンプの電気的構成を示すブロ
ック線図である。

【図２】実施例の動作説明に供するフローチャートであ
る。

【図３】従来例の輸液ポンプの電気的構成を示すブロッ
ク線図である。

【図４】従来例の動作説明に供するフローチャートであ
る。

【符号の説明】

２ＣＰＵ４ＲＯＭ（始動開始時モータ駆動電流のテーブルを
含む）１４輸液機構部１６駆動用モータ２０モータ制御回路２６電源電圧モニタ回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】輸液機構部を駆動するモータに対して所
要の駆動電流を供給するモータ制御回路を備えるととも
に、モータ始動開始時のモータ駆動電流から１ステップ
分ずつの電流値を段階的に減少させる動作を繰り返すこ
とにより最適な必要最小限のモータ駆動電流を求めてこ
の最適駆動電流を前記モータ制御回路からモータに与え
るようにした制御手段を備えた輸液ポンプのモータ制御
装置であって、電源電圧モニタ回路を備えるとともに、電源電圧値と輸
液レートとを変数とする関数として予め求められたモー
タ駆動電流を始動開始時モータ駆動電流とするテーブル
をもった記憶手段と、モータの始動に際して前記電源電
圧モニタ回路から読み込んだ電源電圧値と設定入力され
ている輸液レートとに基づいて前記テーブルを検索して
対応する始動開始時モータ駆動電流のデータを読み出し
このデータを前記制御手段にモータ始動開始時のモータ
駆動電流として与える駆動電流初期値設定手段とを備え
たことを特徴とする輸液ポンプのモータ制御装置。