CN102454617B - 泵控制装置及泵装置 - Google Patents
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Abstract
一种泵控制装置，能简化泵装置的控制，并能降低低流量时的实际的流量相对于泵装置的目标流量的变动率。泵控制装置(15)对泵装置的直流无刷电动机(3)进行控制，该泵装置具有直流无刷电动机(3)作为驱动源，并根据直流无刷电动机(3)的旋转速度的增减使流量增减。当根据泵装置的目标流量而确定的直流无刷电动机(3)的速度控制信号的电平比规定的基准值高时，该泵控制装置(15)以开环控制来对直流无刷电动机(3)进行控制，当速度控制信号的电平比基准值低时，该泵控制装置(15)根据直流无刷电动机(3)的实际的旋转速度即实际旋转速度的测定结果进行闭环控制，以此来对直流无刷电动机(3)进行控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种对具有直流无刷电动机作为驱动源的泵装置的直流无刷电动机进行控制的泵控制装置。另外，本发明还涉及一种包括上述泵控制装置的泵装置。
背景技术
目前，已知有一种包括叶轮和使叶轮旋转的直流无刷电动机(电动机)的泵装置(例如参照专利文献1)。在专利文献1所记载的泵装置中，根据电动机的旋转速度的增减来使泵装置的流量增减。另外，在该泵装置中，在对泵装置的流量进行控制的控制电路与电动机之间配置有电源电压改变电路、脉宽调制电路及驱动电路。电源电压改变电路是基于根据泵装置的目标流量从控制电路输出的输出信号来使电动机驱动用电源的输出电压增减的电路。脉宽调制电路是根据来自控制电路的输出信号产生使负载比变化的脉宽调制信号的电路，驱动电路是根据脉宽调制信号来接通或切断电源电压改变电路的输出电压的开关电路。
另外，目前，作为直流无刷电动机的控制方法，已知有反馈电动机的实际旋转速度的测定结果并控制电动机的闭环控制和不反馈电动机的实际旋转速度的测定结果而控制电动机的开环控制。闭环控制能高精度地控制电动机的旋转速度，但在专利文献1所记载的泵装置中，为了简化泵装置的控制，通过开环控制来对电动机进行控制。
专利文献1：日本专利特开2007－120367号公报
然而，在如专利文献1所记载的泵装置那样以开环控制来对电动机进行控制的情况下，因构成用于驱动电动机的电路的电路元件的偏差的影响而使电动机的旋转速度产生偏差，其结果是，使泵装置的流量变动。另外，在以开环控制来对电动机进行控制的情况下，因与泵装置连接在一起的配管的条件引起的压力损失的变动、电动机驱动用电源的电压的变动及电动机负载的变动等的影响而使电动机的旋转速度产生偏差，其结果是，使泵装置的流量变动。
尤其在处于泵装置的流量较少的低流量时，降低了脉宽调制负载比，因此，使电动机的旋转速度变低并使电动机转矩变小。因此，在低流量时，容易受到负载变动等的影响，其结果是，实际的流量相对于泵装置的目标流量的变动率变大。
发明内容
因此，本发明的技术问题在于提供一种泵控制装置，其能简化泵装置的控制，并能降低低流量时的实际的流量相对于泵装置的目标流量的变动率。另外，本发明还在于提供一种包括上述泵控制装置的泵装置。
为解决上述技术问题，本发明的泵控制装置，对泵装置的直流无刷电动机进行控制，该泵装置具有上述直流无刷电动机作为驱动源，并根据所述直流无刷电动机的旋转速度的增减使流量增减，其特征是，当所述直流无刷电动机的所述旋转速度比设定的速度高时，以开环控制来对所述直流无刷电动机进行控制，当所述旋转速度比所述设定的速度低时，根据所述直流无刷电动机的实际的旋转速度即实际旋转速度的测定结果进行闭环控制，以此来对所述直流无刷电动机进行控制。
例如，在本发明中，能采用以下结构：当直流无刷电动机的旋转速度比设定的速度高时，作为直流无刷电动机的速度控制信号的电平，输入比设定的基准值高的值，在这种情况下，当速度控制信号的电平比基准值高时，以开环控制对直流无刷电动机进行控制，当速度控制信号的电平比基准值低时，以闭环控制对直流无刷电动机进行控制。另外，还能采用以下结构：当直流无刷电动机的旋转速度比设定的速度高时，作为直流无刷电动机的速度控制信号的电平，输入比设定的基准值低的值，在这种情况下，当速度控制信号的电平比基准值高时，以开环控制对直流无刷电动机进行控制，当速度控制信号的电平比基准值高时，以闭环控制对直流无刷电动机进行控制。
在本发明中，泵控制装置例如包括：电动机驱动元件，该电动机驱动元件对直流无刷电动机进行驱动；比较元件，该比较元件对速度控制信号的电平和基准值进行比较；反馈控制信号输出元件，该反馈控制信号输出元件输出反馈控制信号，该反馈控制信号用于使根据速度控制信号而算出的直流无刷电动机的目标旋转速度与实际旋转速度一致；以及切换元件，该切换元件根据比较元件的比较结果将速度控制信号或反馈控制信号输出至电动机驱动元件。
另外，在本发明中，速度控制信号例如是对应于直流无刷电动机的速度控制电压的模拟信号。
在本发明的泵控制装置中，当直流无刷电动机的旋转速度比设定的速度高时，以开环控制对直流无刷电动机进行控制，当所述旋转速度比所述设定的速度低时，以闭环控制对直流无刷电动机进行控制。因此，在本发明中，例如，在随着直流无刷电动机的速度控制电压变高而使速度控制信号的电平变高的情况下，当速度控制电压比基准电压高时，能以开环控制对直流无刷电动机进行控制，当速度控制电压比基准电压低时，能以闭环控制对直流无刷电动机进行控制。
或者，在本发明的泵控制装置中，当速度控制信号的电平比基准值低时，以开环控制对直流无刷电动机进行控制，当速度控制信号的电平比基准值高时，以闭环控制对直流无刷电动机进行控制。因此，在本发明中，例如，在随着直流无刷电动机的速度控制电压变高而使速度控制信号的电平降低的情况下，当速度控制电压比基准电压高时，能以开环控制对直流无刷电动机进行控制，当速度控制电压比基准电压低时，能以闭环控制对直流无刷电动机进行控制。
因此，在本发明中，当直流无刷电动机的旋转速度较高而使泵装置的流量较多时，能以开环控制对直流无刷电动机进行控制，当直流无刷电动机的旋转速度较低而处于泵装置的流量较少的低流量时，能以闭环控制对直流无刷电动机进行控制。其结果是，在本发明中，在泵装置的流量较多时，能简化泵装置的控制，并且，在低流量时，能高精度地控制直流无刷电动机的旋转速度并高精度控制泵装置的流量。即，在本发明中，能简化泵装置的控制，并能降低低流量时的实际的流量相对于泵装置的目标流量的变动率。
另外，在本发明的泵控制装置中，当根据泵装置的目标流量而确定的直流无刷电动机的速度控制信号的频率比规定的基准值高时，能以开环控制对直流无刷电动机进行控制，当速度控制信号的频率比基准值低时，能根据直流无刷电动机的实际的旋转速度即实际旋转速度的测定结果进行闭环控制，以此来对直流无刷电动机进行控制。
在本发明的泵控制装置中，当速度控制信号的频率比基准值高时，以开环控制对直流无刷电动机进行控制，当速度控制信号的频率比基准值低时，以闭环控制对直流无刷电动机进行控制。因此，在本发明中，当直流无刷电动机的旋转速度较高而使泵装置的流量较多时，能以开环控制对直流无刷电动机进行控制，当直流无刷电动机的旋转速度较低而处于泵装置的流量较少的低流量时，能以闭环控制对直流无刷电动机进行控制。因此，在本发明中，在泵装置的流量较多时，能简化泵装置的控制，并且，在低流量时，能高精度地控制直流无刷电动机的旋转速度并高精度控制泵装置的流量。即，在本发明中，能简化泵装置的控制，并能降低低流量时的实际的流量相对于泵装置的目标流量的变动率。
本发明的泵控制装置能用于泵装置中。在该泵装置中，能简化泵装置的控制，并能降低流量时的实际的流量相对于低泵装置的目标流量的变动率。
如上所述，在本发明中，能简化泵装置的控制，并能降低低流量时的实际的流量相对于泵装置的目标流量的变动率。
附图说明
图1是本发明实施方式的泵装置的剖视图。
图2是对图1所示的直流无刷电动机进行控制的泵控制装置的框图。
图3是本发明另一实施方式的泵控制装置的框图。
(符号说明)
1泵装置
3电动机(直流无刷电动机)
15泵控制装置
16驱动器(电动机驱动器、电动机驱动元件)
17比较器(比较元件)
18反馈控制信号输出电路(反馈控制信号输出元件)
19门电路(切换元件)
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(泵装置的结构)
图1是本发明实施方式的泵装置1的剖视图。图2是对图1所示的直流无刷电动机3进行控制的泵控制装置15的框图。
本实施方式的泵装置1是被称为密封泵式的泵，包括叶轮2和作为使该叶轮2旋转的直流无刷电动机3(以下称为“电动机3”)。在泵装置1中，泵装置1的流量(排出量)根据电动机3的旋转速度的增减进行增减。具体而言，本实施方式的电动机3进行脉宽调制控制，通过使脉宽调制负载比变化，泵装置1的流量与电动机3的旋转速度的增减大致成比例(正比例)地进行增减。电动机3由具有驱动用磁体4的转子5和具有驱动用线圈6的定子7构成。叶轮2及电动机3配置于由外壳8和将外壳8的上部覆盖的上壳体9构成的壳体的内部。
在上壳体9上形成有流体的吸入部9a和流体的排出部9b。在外壳8与上壳体9之间形成有泵室10，从吸入部9a吸入的流体通过泵室10朝着排出部9b流动。叶轮2固定于转子5，叶轮2及转子5配置于泵室10的内部。
外壳8包括间壁构件11和树脂制的树脂构件12，其中，上述间壁构件11具有间壁11a，该间壁11a以将泵室10与定子7隔开的方式配置于泵室10与定子7之间，上述树脂构件12将间壁构件11的下表面及侧面覆盖。间壁11a的内周侧构成泵室10的一部分。定子7配置于间壁11a的外周侧。另外，定子7的外周侧及下表面被树脂构件12覆盖。
另外，泵装置1包括泵控制装置15，该泵控制装置15控制电动机3以对泵装置1的流量(排出量)进行控制。该泵控制装置15安装于基板13，该基板13固定于间壁构件11的下表面侧。如图2所示，在泵控制装置15上连接有泵驱动电源及控制电源。另外，在泵控制装置15上连接有装设泵装置1的上位装置的控制部，当对泵装置1进行驱动时，输入根据泵装置1的目标流量而确定的电动机3的速度控制信号。本实施方式的速度控制信号是对应于电动机3的速度控制电压的模拟信号，随着电动机的旋转速度变高(增加)即速度控制电压变高而使速度控制信号的电平变高。在上位装置的控制部中，泵装置1的目标流量与速度控制信号之间的关系以表格形式存储。
泵控制装置15包括：电动机驱动器16(以下称为“驱动器16”)，该电动机驱动器16作为驱动电动机3的电动机驱动元件；比较器17，该比较器17作为对从上位装置的控制部输入的速度控制信号的电平和规定的基准值进行比较的比较元件；反馈控制信号输出电路18，该反馈控制信号输出电路18作为输出用于对电动机3进行闭环控制(反馈控制)的反馈控制信号的反馈控制信号输出元件；以及门电路19，该门电路19作为根据比较器17中的比较结果来将速度控制信号或反馈控制信号输入驱动器16的切换元件。
反馈控制信号输出电路18包括波形处理电路(单稳多谐)20和积分放大器21，该反馈控制信号输出电路18生成并输出使根据速度控制信号而被算出的电动机3的目标旋转速度与电动机3的实际的旋转速度即实际旋转速度一致的反馈控制信号。在波形处理电路20上连接着驱动器16。波形处理电路20对从驱动器16输入的电动机3的实际旋转速度的检测信号进行规定的波形处理，并将波形处理后的信号输出至积分放大器21。在积分放大器21上连接着上位装置的控制部和波形处理电路20，来自波形处理电路20的输出信号和速度控制信号被输入该积分放大器21。积分放大器21根据来自波形处理电路20的输出信号和速度控制信号生成并输出反馈控制信号。
比较器17对速度控制信号的电平和基准值(阀值)进行比较并将比较结果输出至门电路19。如上所述，本实施方式的速度控制信号是对应于电动机3的速度控制电压的模拟信号，比较器17对速度控制电压的值和预先设定的基准电压的值进行比较。
在门电路19的输入侧连接着上位装置的控制部和积分放大器21，速度控制信号或反馈控制信号可被输入门电路19。另外，在门电路19的输入侧连接着比较器17，控制信号根据速度控制信号的电平与基准值的比较结果而被输入门电路19。在门电路19的输出侧连接着驱动器16。
当速度控制信号的电平比基准值高时，即当欲使电动机的旋转速度比设定的速度高时，门电路19根据来自比较器17的控制信号将上位装置的控制部与驱动器16连接在一起，当速度控制信号的电平比基准值低时，即在要使电动机以比设定的速度低的旋转速度旋转的情况下，门电路19根据来自比较器17的控制信号将积分放大器21与驱动器16连接在一起。即，当速度控制信号的电平比基准值高时，在驱动器16中输入速度控制信号，当速度控制信号的电平比基准值低时，在驱动器16中输入反馈控制信号。
即，在本实施方式中，当速度控制信号的电平比基准值高时，即在使电动机以比设定的速度高的旋转速度旋转的情况下，通过开环控制来对电动机3进行控制，当速度控制信号的电平比基准值低时，即在使电动机以比设定的速度低的旋转速度旋转的情况下，通过闭环控制来对电动机3进行控制。更具体而言，当电动机3的速度控制电压的值比规定的基准电压的值高时，通过开环控制来对电动机3进行控制，当速度控制电压的值比基准电压的值低时，通过闭环控制来对电动机3进行控制。另外，在本实施方式中，设定有与速度控制信号的电平进行比较的基准值，以在泵装置1的流量较少的低流量的区域中使电动机3的控制方法从闭环控制切换至开环控制或从开环控制切换至闭环控制。
驱动器16根据输入的速度控制信号或反馈控制信号来生成脉宽调制信号。另外，驱动器16根据脉宽调制信号来接通或切断施加于构成电动机3的驱动用线圈的电压。
在以上构成的泵装置1中，当泵装置1启动时，速度控制信号从上位装置的控制部被输入泵控制装置15。当速度控制信号被输入泵控制装置15时，使用比较器17来对速度控制信号的电平和基准值进行比较。另外，根据比较器17中的比较结果，以开环控制或闭环控制来对电动机3进行控制。
(本实施方式的主要效果)
如上所述，在本实施方式中，在使电动机3以比设定的速度高的旋转速度旋转的情况下，即当电动机3的速度控制信号的电平比基准值高时，通过开环控制来对电动机3进行控制，在使电动机3以比设定的速度低的旋转速度旋转的情况下，即当速度控制信号的电平比基准值低时，通过闭环控制来对电动机3进行控制。另外，在本实施方式中，设定有与速度控制信号的电平进行比较的基准值，以在泵装置1的流量较少的低流量的区域中使电动机3的控制方法从闭环控制切换至开环控制或从开环控制切换至闭环控制。
因此，在本实施方式中，当电动机3的旋转速度较高而使泵装置1的流量较多时，通过开环控制来对电动机3进行控制，当电动机3的旋转速度较低而处于泵装置1的流量较少的低流量时，通过闭环控制来对电动机3进行控制。因此，在本实施方式中，当泵装置1的流量较多时，能简化泵装置1的控制。另外，在本实施方式中，当处于流量较少的低流量时，能高精度地控制电动机3的旋转速度。其结果是，当处于低流量时，能高精度地控制泵装置1的流量，从而能降低低流量时的实际的流量相对于泵装置1的目标流量的变动率。
(其它实施方式)
上述实施方式是本发明的优选实施方式中的一例，但本发明并不限定于此，能在不改变本发明技术思想的范围内进行各种变形实施。
在上述实施方式中，随着速度控制电压变高而使速度控制信号的电平变高，从而使电动机3以较高的旋转速度旋转。除此之外，例如，在要使电动机3以较高的旋转速度旋转的情况下，也可随着速度控制电压变高而使速度控制信号的电平降低。在该情况下，当速度控制信号的电平比基准值低时，门电路19根据来自比较器17的控制信号而将上位装置的控制部与驱动器16连接在一起，当速度控制信号的电平比基准值高时，门电路19根据来自比较器17的控制信号而将积分放大器21与驱动器16连接在一起。即，在该情况下，当速度控制信号的电平比基准值低时，通过开环控制来对电动机3进行控制，当速度控制信号的电平比基准值高时，通过闭环控制来对电动机3进行控制。即便在该情况下，也能获得与上述实施方式相同的效果。
在上述实施方式中，从上位装置的控制部输入的速度控制信号是对应于电动机3的速度控制电压的模拟信号。除此之外，例如，从上位装置的控制部输入的速度控制信号也可以是根据泵装置1的目标流量而确定的电动机3的速度控制时钟即数字信号。在该情况下，例如如图3所示，用F－V转换电路(频率－电压转换电路)25转换后的速度控制信号被输入比较器17。另外，在门电路19的输入侧连接有F－V转换电路25，用F－V转换电路25转换后的速度控制信号被输入门电路19。
另外，在该情况下，例如如图3所示，反馈控制信号输出电路18包括速度鉴别器30和积分放大器31。在速度鉴别器30上连接有上位装置的控制部和驱动器16，速度鉴别器30根据电动机3的实际旋转速度的检测信号和速度控制信号来生成规定的脉冲信号，并将该脉冲信号输出至积分放大器31。积分放大器31根据从速度鉴别器30输出的脉冲信号生成并输出反馈控制信号。
另外，在速度控制信号是电动机3的速度控制时钟的情况下，例如，速度控制时钟也可就这么被输入比较器17，并使用比较器17对速度控制信号的频率和规定的基准值进行比较。在该情况下，当速度控制信号的频率比基准值高时，通过开环控制来对电动机3进行控制，当速度控制信号的频率比基准值低时，通过闭环控制来对电动机进行控制。另外，在该情况下，在门电路19的输入侧连接有F－V转换电路25，用F－V转换电路25转换后的速度控制信号被输入门电路19。
Claims (11)
1.一种泵控制装置，对泵装置的直流无刷电动机进行控制，该泵装置具有所述直流无刷电动机作为用于使叶轮旋转的驱动源，并根据所述直流无刷电动机的旋转速度的增减使因所述叶轮的旋转而引起的流量增减，其特征在于，
相对于所述直流无刷电动机的速度控制信号的电平，将以下切换点预先设定为基准值，所述切换点是指因所述叶轮的旋转而引起的所述流量的变动大的低流量的区域与所述泵装置的流量比所述低流量的区域大的区域之间的切换点，
在所述直流无刷电动机的所述旋转速度比与设定的所述基准值相对应的速度高的情况下，以开环控制来对所述直流无刷电动机进行控制，
在所述旋转速度比与设定的所述基准值相对应的速度低的所述低流量的情况下，根据所述直流无刷电动机的实际的旋转速度即实际旋转速度的测定结果进行闭环控制，以此来对所述直流无刷电动机进行控制。
2.如权利要求1所述的泵控制装置，其特征在于，
当所述直流无刷电动机的所述旋转速度比与设定的所述基准值相对应的速度高时，作为所述直流无刷电动机的速度控制信号的电平，输入比设定的所述基准值高的值，
当所述速度控制信号的电平比所述基准值高时，以所述开环控制对所述直流无刷电动机进行控制，当所述速度控制信号的电平比所述基准值低时，以所述闭环控制对所述直流无刷电动机进行控制。
3.如权利要求2所述的泵控制装置，其特征在于，包括：
电动机驱动元件，该电动机驱动元件对所述直流无刷电动机进行驱动；
比较元件，该比较元件对所述速度控制信号的电平和所述基准值进行比较；
反馈控制信号输出元件，该反馈控制信号输出元件接受所述实际旋转速度的检测信号和所述速度控制信号的输入，并输出反馈控制信号，该反馈控制信号用于使根据所述速度控制信号而算出的所述直流无刷电动机的目标旋转速度与所述实际旋转速度一致；以及
切换元件，该切换元件根据所述比较元件的比较结果将所述速度控制信号或所述反馈控制信号输出至所述电动机驱动元件。
4.如权利要求2所述的泵控制装置，其特征在于，
所述速度控制信号是对应于所述直流无刷电动机的速度控制电压的模拟信号。
5.如权利要求1所述的泵控制装置，其特征在于，
当所述直流无刷电动机的所述旋转速度比与设定的所述基准值相对应的速度高时，作为所述直流无刷电动机的速度控制信号的电平，输入比设定的所述基准值低的值，
当所述速度控制信号的电平比所述基准值低时，以所述开环控制对所述直流无刷电动机进行控制，当所述速度控制信号的电平比所述基准值高时，以所述闭环控制对所述直流无刷电动机进行控制。
6.如权利要求5所述的泵控制装置，其特征在于，包括：
电动机驱动元件，该电动机驱动元件对所述直流无刷电动机进行驱动；
比较元件，该比较元件对所述速度控制信号的电平和所述基准值进行比较；
反馈控制信号输出元件，该反馈控制信号输出元件接受所述实际旋转速度的检测信号和所述速度控制信号的输入，并输出反馈控制信号，该反馈控制信号用于使根据所述速度控制信号而算出的所述直流无刷电动机的目标旋转速度与所述实际旋转速度一致；以及
切换元件，该切换元件根据所述比较元件的比较结果将所述速度控制信号或所述反馈控制信号输出至所述电动机驱动元件。
7.如权利要求5所述的泵控制装置，其特征在于，
所述速度控制信号是对应于所述直流无刷电动机的速度控制电压的模拟信号。
8.如权利要求1所述的泵控制装置，其特征在于，包括：
电动机驱动元件，该电动机驱动元件对所述直流无刷电动机进行驱动；
比较元件，该比较元件对所述速度控制信号的电平和所述基准值进行比较；
反馈控制信号输出元件，该反馈控制信号输出元件接受所述实际旋转速度的检测信号和所述速度控制信号的输入，并输出反馈控制信号，该反馈控制信号用于使根据所述速度控制信号而算出的所述直流无刷电动机的目标旋转速度与所述实际旋转速度一致；以及
切换元件，该切换元件根据所述比较元件的比较结果将所述速度控制信号或所述反馈控制信号输出至所述电动机驱动元件。
9.如权利要求8所述的泵控制装置，其特征在于，
在所述比较元件的比较结果表示所述直流无刷电动机的所述旋转速度比与设定的所述基准值相对应的速度高的情况下，所述切换元件将所述速度控制信号输出至所述电动机驱动元件，而在所述比较元件的比较结果表示所述旋转速度比与设定的所述基准值相对应的速度低的情况下，所述切换元件将所述反馈控制信号输出至所述电动机驱动元件。
10.如权利要求1所述的泵控制装置，其特征在于，
当所述直流无刷电动机的所述旋转速度比与设定的所述基准值相对应的速度高时，作为所述直流无刷电动机的速度控制信号的频率，输入比设定的所述基准值高的值，
当所述速度控制信号的频率比所述基准值高时，以所述开环控制对所述直流无刷电动机进行控制，当所述速度控制信号的频率比所述基准值低时，以所述闭环控制对所述直流无刷电动机进行控制。
11.一种泵装置，其特征在于，
包括权利要求1至10中任一项所述的泵控制装置。
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