JP2004162658A - ポンプ駆動方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電源電圧の変動に合わせてモータの実力値を十分に生かす。
【解決手段】設定圧力、設定流量、設定馬力、およびインバータ部２の直流部電圧とを入力として馬力指令生成部５に供給すべき最終設定圧力、流量、および馬力を出力する特性変化部１８を有している。
【選択図】 図４
【解決手段】設定圧力、設定流量、設定馬力、およびインバータ部２の直流部電圧とを入力として馬力指令生成部５に供給すべき最終設定圧力、流量、および馬力を出力する特性変化部１８を有している。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するポンプ駆動方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するポンプ駆動装置が提案されている。
【０００３】
図１は従来のポンプ駆動装置を示すブロック図である。
【０００４】
このポンプ駆動装置は、交流電源を入力として直流電圧を生成するコンバータ部１０１と、この直流電圧を入力として交流電圧を出力するインバータ部１０２と、この交流電圧が供給されるモータ１０３と、モータ１０３の出力軸と連結されたポンプ１０４とを有している。
【０００５】
そして、所定電源電圧で定義された設定圧力、設定流量および設定馬力によって図５に示すように生成される吐出圧力−吐出流量特性（以下、Ｐ−Ｑ特性と略称する）と現在の圧力と現在の流量から馬力指令を生成する馬力生成部１０５と、馬力指令生成部１０５から出力される馬力指令と現在の馬力との差を算出する減算部１０６と、差馬力を入力として比例演算を行う比例演算部１０７と、差馬力を入力として積分演算を行う積分演算部１０８と、積分演算結果を積分する積分器１０９と、比例演算結果と積分結果とを加算して比例・積分演算結果（速度指令）を得る加算部１１０と、速度指令を入力として速度制御演算を行って電流指令を出力する電流制御部１１１と、電流指令およびインバータ部１０２の直流部電圧を入力として電流制御演算を行ってデューティー指令を生成してインバータ部１０２に供給する電流制御部１１２とを有している。
【０００６】
また、モータ１０３に連結されたパルスジェネレータ１１３から出力されるパルスを入力としてパルス間隔からモータ１０３の現在の速度を算出する速度検出部１１４と、現在の速度を入力としてポンプ容積などを勘案して吐出流量を算出する流量検出部１１６と、ポンプ１０４からの吐出流体の現在の圧力を検出する圧力センサ１１５と、現在流量と現在圧力より現在の馬力を算出する馬力演算部１１６とを有している。
【０００７】
したがって、定義されたＰ−Ｑ特性を最大エリアとした適切なポンプ制御を行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電源電圧は所定電圧のままである保証がなく、隣接する装置などの運転、停止などの影響を受けて変動するものであるから、所定電源電圧で定義されたＰ−Ｑ特性を用いてポンプを制御すれば、十分な能力を発揮させることができなくなってしまう。
【０００９】
さらに説明する。
【００１０】
電源電圧が所定定格電圧よりも低くなれば、実際に出力可能な吐出圧力が、図２中に▲３▼で示すように、所定定格電圧時の吐出圧力▲１▼よりも低くなる。また、このＰ−Ｑ特性は、モータのトルク−回転数特性に変換することができる（図３参照）。そして、図２における▲１▼▲２▼▲３▼は図３における▲１▼▲２▼▲３▼と、それぞれ対応している。この結果、▲１▼で示すＰ−Ｑ特性上に対応する指令値に対して、現在値が到達しない状態が継続する。そして、この間、ＰＱ制御の積分器１０９は積算を継続するため、定馬力領域を超えた後に吐出圧力が大きくオーバーシュートを起こしてしまう（ワインドアップ現象）。
【００１１】
したがって、従来は、電源電圧がある程度低下しても制御応答に問題が生じないように、Ｐ−Ｑ特性を▲３▼で示すように設定しており、この結果、モータ１０３の実力値を十分には生かしきれないという不都合がある。
【００１２】
逆に、実際に出力可能な吐出圧力が、図２中に▲２▼で示すように、所定定格電圧時の吐出圧力▲１▼よりも高くなった場合には、▲２▼で示すＰ−Ｑ特性にしたがう出力が可能になるが、指令値は▲１▼で示すＰ−Ｑ特性上に対応するだけであるから、同様に、モータ１０３の実力値を十分には生かしきれないという不都合がある。
【００１３】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電源電圧の変動に合わせてモータの実力値を十分に生かすことができるポンプ駆動方法およびその装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１のポンプ駆動方法は、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するに当たって、
電源電圧に対応して吐出圧力−吐出流量特性を変化させる方法である。
【００１５】
請求項２のポンプ駆動方法は、複数の電源電圧のそれぞれに対応する吐出圧力−吐出流量特性を保持しておき、電源電圧の検出値に応じて該当する吐出圧力−吐出流量特性を選択する方法である。
【００１６】
請求項３のポンプ駆動方法は、所定の圧力、流量、および馬力を所定の電源電圧における特性値として定義し、電源電圧の検出値に応じて吐出圧力−吐出流量特性を変化させる方法である。
【００１７】
請求項４のポンプ駆動方法は、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するに当たって、
モータに駆動電圧を供給するインバータの直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であるか否かを判定し、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であると判定した場合に直流部電圧に対して吐出圧力−吐出流量特性を変化させ、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態でないと判定した場合は、直前の直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であった場合に変化させた吐出圧力−吐出流量特性を保持する方法である。
【００１８】
請求項５のポンプ駆動方法は、吐出圧力−吐出流量特性の保持に代えて、電源電圧値を保持する方法である。
【００１９】
請求項６のポンプ駆動装置は、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するものにおいて、
電源電圧に対応して吐出圧力−吐出流量特性を変化させる特性変化手段を含むものである。
【００２０】
請求項７のポンプ駆動装置は、前記特性変化手段として、複数の電源電圧のそれぞれに対応する吐出圧力−吐出流量特性を保持しておき、電源電圧の検出値に応じて該当する吐出圧力−吐出流量特性を選択するものを採用するものである。
【００２１】
請求項８のポンプ駆動装置は、前記特性変化手段として、所定の圧力、流量、および馬力を所定の電源電圧における特性値として定義し、電源電圧の検出値に応じて吐出圧力−吐出流量特性を変化させるものを採用するものである。
【００２２】
請求項９のポンプ駆動装置は、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するものにおいて、
モータに駆動電圧を供給するインバータの直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であるか否かを判定し、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であると判定した場合に直流部電圧に対して吐出圧力−吐出流量特性を変化させ、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態でないと判定した場合は、直前の直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であった場合に変化させた吐出圧力−吐出流量特性を保持する判定手段を含むものである。
【００２３】
請求項１０のポンプ駆動装置は、前記判定手段として、吐出圧力−吐出流量特性の保持に代えて、電源電圧値を保持するものを採用するものである。
【００２４】
【作用】
請求項１のポンプ駆動方法であれば、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するに当たって、
電源電圧に対応して吐出圧力−吐出流量特性を変化させるのであるから、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができる。
【００２５】
請求項２のポンプ駆動方法であれば、複数の電源電圧のそれぞれに対応する吐出圧力−吐出流量特性を保持しておき、電源電圧の検出値に応じて該当する吐出圧力−吐出流量特性を選択するのであるから、処理の迅速化を達成できるほか、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００２６】
請求項３のポンプ駆動方法であれば、所定の圧力、流量、および馬力を所定の電源電圧における特性値として定義し、電源電圧の検出値に応じて吐出圧力−吐出流量特性を変化させるのであるから、必要なメモリ容量を少なくすることができるほか、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００２７】
請求項４のポンプ駆動方法であれば、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するに当たって、
モータに駆動電圧を供給するインバータの直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であるか否かを判定し、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であると判定した場合に直流部電圧に対して吐出圧力−吐出流量特性を変化させ、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態でないと判定した場合は、直前の直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であった場合に変化させた吐出圧力−吐出流量特性を保持するのであるから、過渡状態における不安定を解消し、しかも、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができる。
【００２８】
請求項５のポンプ駆動方法であれば、吐出圧力−吐出流量特性の保持に代えて、電源電圧値を保持するのであるから、保持するデータ量を少なくすることができるほか、請求項４と同様の作用を達成することができる。
【００２９】
請求項６のポンプ駆動装置であれば、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するに当たって、
特性変化手段により、電源電圧に対応して吐出圧力−吐出流量特性を変化させることができる。
【００３０】
したがって、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができる。
【００３１】
請求項７のポンプ駆動装置であれば、前記特性変化手段として、複数の電源電圧のそれぞれに対応する吐出圧力−吐出流量特性を保持しておき、電源電圧の検出値に応じて該当する吐出圧力−吐出流量特性を選択するものを採用するのであるから、処理の迅速化を達成できるほか、請求項６と同様の作用を達成することができる。
【００３２】
請求項８のポンプ駆動装置であれば、前記特性変化手段として、所定の圧力、流量、および馬力を所定の電源電圧における特性値として定義し、電源電圧の検出値に応じて吐出圧力−吐出流量特性を変化させるものを採用するのであるから、必要なメモリ容量を少なくすることができるほか、請求項６と同様の作用を達成することができる。
【００３３】
請求項９のポンプ駆動装置であれば、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するに当たって、
判定手段によって、モータに駆動電圧を供給するインバータの直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であるか否かを判定し、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であると判定した場合に直流部電圧に対して吐出圧力−吐出流量特性を変化させ、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態でないと判定した場合は、直前の直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であった場合に変化させた吐出圧力−吐出流量特性を保持することができる。
【００３４】
したがって、過渡状態における不安定を解消し、しかも、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができる。
【００３５】
請求項１０のポンプ駆動装置であれば、前記判定手段として、吐出圧力−吐出流量特性の保持に代えて、電源電圧値を保持するものを採用するのであるから、保持するデータ量を少なくすることができるほか、請求項９と同様の作用を達成することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明のポンプ駆動方法およびその装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００３７】
図４はこの発明のポンプ駆動装置の一実施形態を示すブロック図である。
【００３８】
図６は図４の特性変化部１８を更に詳細に示した一実施形態である。
【００３９】
このポンプ駆動装置は、交流電源を入力として直流電圧を生成するコンバータ部１と、この直流電圧を入力として交流電圧を出力するインバータ部２と、この交流電圧が供給されるモータ３と、モータ３の出力軸と連結されたポンプ４とを有している。
【００４０】
そして、設定圧力、設定流量、設定馬力とインバータ部２の直流部電圧とを入力として、圧力、流量、馬力の最終設定値を出力し馬力指令生成部５に供給する特性変化部１８と、圧力、流量、馬力の各最終設定値および現在圧力、現在流量より馬力指令を算出する馬力指令生成部５と、馬力指令生成部５から出力される馬力指令と現在の馬力との差を算出する減算部６と、差馬力を入力として比例演算を行う比例演算部７と、差馬力を入力として積分演算を行う積分演算部８と、積分演算結果を積分する積分器９と、比例演算結果と積分結果とを加算して比例・積分演算結果（回転数指令）を得る加算部１０と、速度指令を入力として速度制御演算を行って電流指令を出力する電流制御部１１と、電流指令およびインバータ部２の直流部電圧を入力として電流制御演算を行ってデューティー指令を生成してインバータ部２に供給する電流制御部１２とを有している。
【００４１】
また、モータ３に連結されたパルスジェネレータ１３から出力されるパルスを入力としてパルス間隔からモータ３の現在の速度を算出する速度検出部１４と、現在の速度を入力としてポンプ容積などを勘案して吐出流量を算出する流量検出部１６と、ポンプ４からの吐出流体の現在の圧力を検出する圧力センサ１５と、現在流量と現在圧力より現在の馬力を算出する馬力演算部１６とを有している。
【００４２】
さらに、所定電源電圧２６とインバータ部２の直流部電圧との比を算出する比算出部２７と、設定馬力に比算出部２７による演算結果（電圧変動率）を乗算して、最終設定馬力を生成する乗算部２８を有している。
【００４３】
上記の構成のポンプ駆動装置の作用は次のとおりである。なお、所定電圧が所定電源電圧と等しい場合の作用は図１のポンプ駆動装置の作用と同じであるから、説明を省略し、電源電圧が変動した場合の作用のみを説明する。
【００４４】
電源電圧が所定電源電圧と異なる場合には、コンバータ部１から出力される直流部電圧が電源電圧の変動に応じて変動する。
【００４５】
特性変化部１８は設定圧力、設定流量、設定馬力が一定であっても、上記直流部電圧に応じて最終設定値（圧力、流量、馬力）を馬力指令生成部５に供給する。
【００４６】
この結果、馬力指令生成部５は最適なＰ−Ｑ特性に基づいて馬力指令を生成することができ、生成された馬力指令に基づいてポンプ４を駆動する事ができる。換言すれば、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができる。
【００４７】
ただし、馬力指令生成部５としては、最終設定圧力、流量、馬力に基づいて、図５に示す領域ａ、ｃ、ｂ毎に特性を生成するものであることが好ましい。
【００４８】
また、上記の実施形態においては、直流部電圧を用いてＰ−Ｑ特性を変化させるようにしているが、ＡＣ電源電圧を用いてＰ−Ｑ特性を変化させることも可能である。ただし、ＡＣ電源が３相の場合には、電源電圧不平衡に対応するために３相分の電源電圧を検出することが必要になるので、構成の簡単化、コストダウンの面からは直流部電圧を用いることが好ましい。
【００４９】
図７はこの発明のポンプ駆動装置の特性変化部１８の他の実施形態の要部を示すブロック図である。
【００５０】
図７においては、入力された直流部電圧に含まれる高周波ノイズなどを除去するローパスフィルタ２２２と、運転状態が安定しているか否かを判定する運転状態安定判定部２２３と、ローパスフィルタ２２２の出力電圧と所定電源電圧保持部２２６から出力される所定電源電圧との比を算出する比算出部２２７と、設定馬力に比算出部２２７による演算結果（電圧変動率）を乗算して、最終設定馬力を生成する乗算部２２８を有している。
【００５１】
前記運転状態安定判定部２２３としては、例えば、モータ３が２０００ｒｐｍ以下で運転している状態が５００ｍｓ以上継続している状態において、その状態での速度変動が５００ｒｐｍ以内である場合、または、モータ３が２０００ｒｐｍ以下で運転している状態が５００ｍｓ以上継続している状態において、速度変動が５００ｒｐｍを超えた場合には、さらに５００ｍｓ経過した後に２０００ｒｐｍ以下である場合に、運転状態が安定していると判定するものを採用する。ただし、他の条件を採用することも可能である。
【００５２】
図７の構成を採用すれば、運転状態が安定していると判定した場合にのみスイッチ２２４をオンにして乗算部２２８の出力値である補正された設定馬力をサンプルホールドし、最終設定馬力保持部２２５に保持し、運転状態が安定していないと判定した場合には、スイッチ２２４をオフにして、最終設定馬力保持部２２５に保持された最終設定馬力を発生することができる。
【００５３】
したがって、より安定なポンプの駆動を達成することができる。
【００５４】
さらに説明する。
【００５５】
直流部電圧から電源電圧を検出する場合には、例えば、モータ減速によって電力回生が生じて、直流部電圧が一時的に上昇することがあり、このような場合に、直流電圧値を直接電源電圧変動としてＰ−Ｑ特性を変化させると制御状態が不安定になることが考えられる。
【００５６】
しかし、図７の構成を採用すれば、モータ速度や電源電圧の変動の度合いなどにより、モータ３がある時間、力行運転を継続し、回生により上昇した分の電力が消費され、直流電圧値がＡＣ電源電圧の理論平滑値（ＡＣ電圧×２１／２）相当の状態になっていると想定される状態でのみＰ−Ｑ特性の補正を行い、過渡状態では、過渡状態になる前に最終設定馬力保持部２２５に保持された最終設定流量を使用し続けることにより、ポンプ４を安定に制御することができる。
【００５７】
また、前記運転状態安定判定部２２３として、例えば、モータ３が２０００ｒｐｍ以下で運転している状態が５００ｍｓ以上継続している状態において、その状態での速度変動が５００ｒｐｍ以内である場合、または、モータ３が２０００ｒｐｍ以下で運転している状態が５００ｍｓ以上継続している状態において、速度変動が５００ｒｐｍを超えた場合には、さらに５００ｍｓ経過した後に２０００ｒｐｍ以下である場合に、運転状態が安定していると判定するものを採用することにより、保圧状態においてのみＰ−Ｑ特性の補正を行うことが可能である。
【００５８】
ただし、ＡＣ電源電圧を直接検出する場合は、上述のような不具合は発生しないので、図７の構成を採用する必要はない。
【００５９】
また、図８に示すように、ローパスフィルタ３２２の出力電圧を、運転状態安定判別部３２３の出力によりスイッチ３２４をオン／オフすることで、現在電圧保持部３２５に保持させることで図７と同様の作用を達成することができる。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができるという特有の効果を奏する。
【００６１】
請求項２の発明は、処理の迅速化を達成できるほか、請求項１と同様の効果を奏する。
【００６２】
請求項３の発明は、必要なメモリ容量を少なくすることができるほか、請求項１と同様の効果を奏する。
【００６３】
請求項４の発明は、過渡状態における不安定を解消し、しかも、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができるという特有の効果を奏する。
【００６４】
請求項５の発明は、保持するデータ量を少なくすることができるほか、請求項４と同様の効果を奏する。
【００６５】
請求項６の発明は、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができるという特有の効果を奏する。
【００６６】
請求項７の発明は、処理の迅速化を達成できるほか、請求項６と同様の効果を奏する。
【００６７】
請求項８の発明は、必要なメモリ容量を少なくすることができるほか、請求項６と同様の効果を奏する。
【００６８】
請求項９の発明は、過渡状態における不安定を解消し、しかも、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができるという特有の効果を奏する。
【００６９】
請求項１０の発明は、保持するデータ量を少なくすることができるほか、請求項９と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のポンプ駆動装置を示すブロック図である。
【図２】Ｐ−Ｑ特性を示す図である。
【図３】図２のＰ−Ｑ特性に対応するモータのトルク−回転数特性を示す図である。
【図４】この発明のポンプ駆動装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図５】Ｐ−Ｑ特性の生成を説明する図である。
【図６】この発明のポンプ駆動装置の一実施形態の要部を示すブロック図である。
【図７】この発明のポンプ駆動装置の他の実施形態の要部を示すブロック図である。
【図８】この発明のポンプ駆動装置のさらに他の実施形態の要部を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ インバータ部 ３ モータ
４ ポンプ ５ 馬力指令生成部
３２３ 運転状態安定判定部 ３２４ スイッチ
３２５ 現在電圧保持部
【発明の属する技術分野】
この発明は、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するポンプ駆動方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するポンプ駆動装置が提案されている。
【０００３】
図１は従来のポンプ駆動装置を示すブロック図である。
【０００４】
このポンプ駆動装置は、交流電源を入力として直流電圧を生成するコンバータ部１０１と、この直流電圧を入力として交流電圧を出力するインバータ部１０２と、この交流電圧が供給されるモータ１０３と、モータ１０３の出力軸と連結されたポンプ１０４とを有している。
【０００５】
そして、所定電源電圧で定義された設定圧力、設定流量および設定馬力によって図５に示すように生成される吐出圧力−吐出流量特性（以下、Ｐ−Ｑ特性と略称する）と現在の圧力と現在の流量から馬力指令を生成する馬力生成部１０５と、馬力指令生成部１０５から出力される馬力指令と現在の馬力との差を算出する減算部１０６と、差馬力を入力として比例演算を行う比例演算部１０７と、差馬力を入力として積分演算を行う積分演算部１０８と、積分演算結果を積分する積分器１０９と、比例演算結果と積分結果とを加算して比例・積分演算結果（速度指令）を得る加算部１１０と、速度指令を入力として速度制御演算を行って電流指令を出力する電流制御部１１１と、電流指令およびインバータ部１０２の直流部電圧を入力として電流制御演算を行ってデューティー指令を生成してインバータ部１０２に供給する電流制御部１１２とを有している。
【０００６】
また、モータ１０３に連結されたパルスジェネレータ１１３から出力されるパルスを入力としてパルス間隔からモータ１０３の現在の速度を算出する速度検出部１１４と、現在の速度を入力としてポンプ容積などを勘案して吐出流量を算出する流量検出部１１６と、ポンプ１０４からの吐出流体の現在の圧力を検出する圧力センサ１１５と、現在流量と現在圧力より現在の馬力を算出する馬力演算部１１６とを有している。
【０００７】
したがって、定義されたＰ−Ｑ特性を最大エリアとした適切なポンプ制御を行うことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電源電圧は所定電圧のままである保証がなく、隣接する装置などの運転、停止などの影響を受けて変動するものであるから、所定電源電圧で定義されたＰ−Ｑ特性を用いてポンプを制御すれば、十分な能力を発揮させることができなくなってしまう。
【０００９】
さらに説明する。
【００１０】
電源電圧が所定定格電圧よりも低くなれば、実際に出力可能な吐出圧力が、図２中に▲３▼で示すように、所定定格電圧時の吐出圧力▲１▼よりも低くなる。また、このＰ−Ｑ特性は、モータのトルク−回転数特性に変換することができる（図３参照）。そして、図２における▲１▼▲２▼▲３▼は図３における▲１▼▲２▼▲３▼と、それぞれ対応している。この結果、▲１▼で示すＰ−Ｑ特性上に対応する指令値に対して、現在値が到達しない状態が継続する。そして、この間、ＰＱ制御の積分器１０９は積算を継続するため、定馬力領域を超えた後に吐出圧力が大きくオーバーシュートを起こしてしまう（ワインドアップ現象）。
【００１１】
したがって、従来は、電源電圧がある程度低下しても制御応答に問題が生じないように、Ｐ−Ｑ特性を▲３▼で示すように設定しており、この結果、モータ１０３の実力値を十分には生かしきれないという不都合がある。
【００１２】
逆に、実際に出力可能な吐出圧力が、図２中に▲２▼で示すように、所定定格電圧時の吐出圧力▲１▼よりも高くなった場合には、▲２▼で示すＰ−Ｑ特性にしたがう出力が可能になるが、指令値は▲１▼で示すＰ−Ｑ特性上に対応するだけであるから、同様に、モータ１０３の実力値を十分には生かしきれないという不都合がある。
【００１３】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電源電圧の変動に合わせてモータの実力値を十分に生かすことができるポンプ駆動方法およびその装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１のポンプ駆動方法は、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するに当たって、
電源電圧に対応して吐出圧力−吐出流量特性を変化させる方法である。
【００１５】
請求項２のポンプ駆動方法は、複数の電源電圧のそれぞれに対応する吐出圧力−吐出流量特性を保持しておき、電源電圧の検出値に応じて該当する吐出圧力−吐出流量特性を選択する方法である。
【００１６】
請求項３のポンプ駆動方法は、所定の圧力、流量、および馬力を所定の電源電圧における特性値として定義し、電源電圧の検出値に応じて吐出圧力−吐出流量特性を変化させる方法である。
【００１７】
請求項４のポンプ駆動方法は、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するに当たって、
モータに駆動電圧を供給するインバータの直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であるか否かを判定し、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であると判定した場合に直流部電圧に対して吐出圧力−吐出流量特性を変化させ、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態でないと判定した場合は、直前の直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であった場合に変化させた吐出圧力−吐出流量特性を保持する方法である。
【００１８】
請求項５のポンプ駆動方法は、吐出圧力−吐出流量特性の保持に代えて、電源電圧値を保持する方法である。
【００１９】
請求項６のポンプ駆動装置は、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するものにおいて、
電源電圧に対応して吐出圧力−吐出流量特性を変化させる特性変化手段を含むものである。
【００２０】
請求項７のポンプ駆動装置は、前記特性変化手段として、複数の電源電圧のそれぞれに対応する吐出圧力−吐出流量特性を保持しておき、電源電圧の検出値に応じて該当する吐出圧力−吐出流量特性を選択するものを採用するものである。
【００２１】
請求項８のポンプ駆動装置は、前記特性変化手段として、所定の圧力、流量、および馬力を所定の電源電圧における特性値として定義し、電源電圧の検出値に応じて吐出圧力−吐出流量特性を変化させるものを採用するものである。
【００２２】
請求項９のポンプ駆動装置は、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するものにおいて、
モータに駆動電圧を供給するインバータの直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であるか否かを判定し、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であると判定した場合に直流部電圧に対して吐出圧力−吐出流量特性を変化させ、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態でないと判定した場合は、直前の直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であった場合に変化させた吐出圧力−吐出流量特性を保持する判定手段を含むものである。
【００２３】
請求項１０のポンプ駆動装置は、前記判定手段として、吐出圧力−吐出流量特性の保持に代えて、電源電圧値を保持するものを採用するものである。
【００２４】
【作用】
請求項１のポンプ駆動方法であれば、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するに当たって、
電源電圧に対応して吐出圧力−吐出流量特性を変化させるのであるから、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができる。
【００２５】
請求項２のポンプ駆動方法であれば、複数の電源電圧のそれぞれに対応する吐出圧力−吐出流量特性を保持しておき、電源電圧の検出値に応じて該当する吐出圧力−吐出流量特性を選択するのであるから、処理の迅速化を達成できるほか、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００２６】
請求項３のポンプ駆動方法であれば、所定の圧力、流量、および馬力を所定の電源電圧における特性値として定義し、電源電圧の検出値に応じて吐出圧力−吐出流量特性を変化させるのであるから、必要なメモリ容量を少なくすることができるほか、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００２７】
請求項４のポンプ駆動方法であれば、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するに当たって、
モータに駆動電圧を供給するインバータの直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であるか否かを判定し、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であると判定した場合に直流部電圧に対して吐出圧力−吐出流量特性を変化させ、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態でないと判定した場合は、直前の直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であった場合に変化させた吐出圧力−吐出流量特性を保持するのであるから、過渡状態における不安定を解消し、しかも、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができる。
【００２８】
請求項５のポンプ駆動方法であれば、吐出圧力−吐出流量特性の保持に代えて、電源電圧値を保持するのであるから、保持するデータ量を少なくすることができるほか、請求項４と同様の作用を達成することができる。
【００２９】
請求項６のポンプ駆動装置であれば、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するに当たって、
特性変化手段により、電源電圧に対応して吐出圧力−吐出流量特性を変化させることができる。
【００３０】
したがって、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができる。
【００３１】
請求項７のポンプ駆動装置であれば、前記特性変化手段として、複数の電源電圧のそれぞれに対応する吐出圧力−吐出流量特性を保持しておき、電源電圧の検出値に応じて該当する吐出圧力−吐出流量特性を選択するものを採用するのであるから、処理の迅速化を達成できるほか、請求項６と同様の作用を達成することができる。
【００３２】
請求項８のポンプ駆動装置であれば、前記特性変化手段として、所定の圧力、流量、および馬力を所定の電源電圧における特性値として定義し、電源電圧の検出値に応じて吐出圧力−吐出流量特性を変化させるものを採用するのであるから、必要なメモリ容量を少なくすることができるほか、請求項６と同様の作用を達成することができる。
【００３３】
請求項９のポンプ駆動装置であれば、吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータを駆動し、このモータによりポンプを駆動するに当たって、
判定手段によって、モータに駆動電圧を供給するインバータの直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であるか否かを判定し、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であると判定した場合に直流部電圧に対して吐出圧力−吐出流量特性を変化させ、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態でないと判定した場合は、直前の直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であった場合に変化させた吐出圧力−吐出流量特性を保持することができる。
【００３４】
したがって、過渡状態における不安定を解消し、しかも、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができる。
【００３５】
請求項１０のポンプ駆動装置であれば、前記判定手段として、吐出圧力−吐出流量特性の保持に代えて、電源電圧値を保持するものを採用するのであるから、保持するデータ量を少なくすることができるほか、請求項９と同様の作用を達成することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明のポンプ駆動方法およびその装置の実施の形態を詳細に説明する。
【００３７】
図４はこの発明のポンプ駆動装置の一実施形態を示すブロック図である。
【００３８】
図６は図４の特性変化部１８を更に詳細に示した一実施形態である。
【００３９】
このポンプ駆動装置は、交流電源を入力として直流電圧を生成するコンバータ部１と、この直流電圧を入力として交流電圧を出力するインバータ部２と、この交流電圧が供給されるモータ３と、モータ３の出力軸と連結されたポンプ４とを有している。
【００４０】
そして、設定圧力、設定流量、設定馬力とインバータ部２の直流部電圧とを入力として、圧力、流量、馬力の最終設定値を出力し馬力指令生成部５に供給する特性変化部１８と、圧力、流量、馬力の各最終設定値および現在圧力、現在流量より馬力指令を算出する馬力指令生成部５と、馬力指令生成部５から出力される馬力指令と現在の馬力との差を算出する減算部６と、差馬力を入力として比例演算を行う比例演算部７と、差馬力を入力として積分演算を行う積分演算部８と、積分演算結果を積分する積分器９と、比例演算結果と積分結果とを加算して比例・積分演算結果（回転数指令）を得る加算部１０と、速度指令を入力として速度制御演算を行って電流指令を出力する電流制御部１１と、電流指令およびインバータ部２の直流部電圧を入力として電流制御演算を行ってデューティー指令を生成してインバータ部２に供給する電流制御部１２とを有している。
【００４１】
また、モータ３に連結されたパルスジェネレータ１３から出力されるパルスを入力としてパルス間隔からモータ３の現在の速度を算出する速度検出部１４と、現在の速度を入力としてポンプ容積などを勘案して吐出流量を算出する流量検出部１６と、ポンプ４からの吐出流体の現在の圧力を検出する圧力センサ１５と、現在流量と現在圧力より現在の馬力を算出する馬力演算部１６とを有している。
【００４２】
さらに、所定電源電圧２６とインバータ部２の直流部電圧との比を算出する比算出部２７と、設定馬力に比算出部２７による演算結果（電圧変動率）を乗算して、最終設定馬力を生成する乗算部２８を有している。
【００４３】
上記の構成のポンプ駆動装置の作用は次のとおりである。なお、所定電圧が所定電源電圧と等しい場合の作用は図１のポンプ駆動装置の作用と同じであるから、説明を省略し、電源電圧が変動した場合の作用のみを説明する。
【００４４】
電源電圧が所定電源電圧と異なる場合には、コンバータ部１から出力される直流部電圧が電源電圧の変動に応じて変動する。
【００４５】
特性変化部１８は設定圧力、設定流量、設定馬力が一定であっても、上記直流部電圧に応じて最終設定値（圧力、流量、馬力）を馬力指令生成部５に供給する。
【００４６】
この結果、馬力指令生成部５は最適なＰ−Ｑ特性に基づいて馬力指令を生成することができ、生成された馬力指令に基づいてポンプ４を駆動する事ができる。換言すれば、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができる。
【００４７】
ただし、馬力指令生成部５としては、最終設定圧力、流量、馬力に基づいて、図５に示す領域ａ、ｃ、ｂ毎に特性を生成するものであることが好ましい。
【００４８】
また、上記の実施形態においては、直流部電圧を用いてＰ−Ｑ特性を変化させるようにしているが、ＡＣ電源電圧を用いてＰ−Ｑ特性を変化させることも可能である。ただし、ＡＣ電源が３相の場合には、電源電圧不平衡に対応するために３相分の電源電圧を検出することが必要になるので、構成の簡単化、コストダウンの面からは直流部電圧を用いることが好ましい。
【００４９】
図７はこの発明のポンプ駆動装置の特性変化部１８の他の実施形態の要部を示すブロック図である。
【００５０】
図７においては、入力された直流部電圧に含まれる高周波ノイズなどを除去するローパスフィルタ２２２と、運転状態が安定しているか否かを判定する運転状態安定判定部２２３と、ローパスフィルタ２２２の出力電圧と所定電源電圧保持部２２６から出力される所定電源電圧との比を算出する比算出部２２７と、設定馬力に比算出部２２７による演算結果（電圧変動率）を乗算して、最終設定馬力を生成する乗算部２２８を有している。
【００５１】
前記運転状態安定判定部２２３としては、例えば、モータ３が２０００ｒｐｍ以下で運転している状態が５００ｍｓ以上継続している状態において、その状態での速度変動が５００ｒｐｍ以内である場合、または、モータ３が２０００ｒｐｍ以下で運転している状態が５００ｍｓ以上継続している状態において、速度変動が５００ｒｐｍを超えた場合には、さらに５００ｍｓ経過した後に２０００ｒｐｍ以下である場合に、運転状態が安定していると判定するものを採用する。ただし、他の条件を採用することも可能である。
【００５２】
図７の構成を採用すれば、運転状態が安定していると判定した場合にのみスイッチ２２４をオンにして乗算部２２８の出力値である補正された設定馬力をサンプルホールドし、最終設定馬力保持部２２５に保持し、運転状態が安定していないと判定した場合には、スイッチ２２４をオフにして、最終設定馬力保持部２２５に保持された最終設定馬力を発生することができる。
【００５３】
したがって、より安定なポンプの駆動を達成することができる。
【００５４】
さらに説明する。
【００５５】
直流部電圧から電源電圧を検出する場合には、例えば、モータ減速によって電力回生が生じて、直流部電圧が一時的に上昇することがあり、このような場合に、直流電圧値を直接電源電圧変動としてＰ−Ｑ特性を変化させると制御状態が不安定になることが考えられる。
【００５６】
しかし、図７の構成を採用すれば、モータ速度や電源電圧の変動の度合いなどにより、モータ３がある時間、力行運転を継続し、回生により上昇した分の電力が消費され、直流電圧値がＡＣ電源電圧の理論平滑値（ＡＣ電圧×２１／２）相当の状態になっていると想定される状態でのみＰ−Ｑ特性の補正を行い、過渡状態では、過渡状態になる前に最終設定馬力保持部２２５に保持された最終設定流量を使用し続けることにより、ポンプ４を安定に制御することができる。
【００５７】
また、前記運転状態安定判定部２２３として、例えば、モータ３が２０００ｒｐｍ以下で運転している状態が５００ｍｓ以上継続している状態において、その状態での速度変動が５００ｒｐｍ以内である場合、または、モータ３が２０００ｒｐｍ以下で運転している状態が５００ｍｓ以上継続している状態において、速度変動が５００ｒｐｍを超えた場合には、さらに５００ｍｓ経過した後に２０００ｒｐｍ以下である場合に、運転状態が安定していると判定するものを採用することにより、保圧状態においてのみＰ−Ｑ特性の補正を行うことが可能である。
【００５８】
ただし、ＡＣ電源電圧を直接検出する場合は、上述のような不具合は発生しないので、図７の構成を採用する必要はない。
【００５９】
また、図８に示すように、ローパスフィルタ３２２の出力電圧を、運転状態安定判別部３２３の出力によりスイッチ３２４をオン／オフすることで、現在電圧保持部３２５に保持させることで図７と同様の作用を達成することができる。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができるという特有の効果を奏する。
【００６１】
請求項２の発明は、処理の迅速化を達成できるほか、請求項１と同様の効果を奏する。
【００６２】
請求項３の発明は、必要なメモリ容量を少なくすることができるほか、請求項１と同様の効果を奏する。
【００６３】
請求項４の発明は、過渡状態における不安定を解消し、しかも、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができるという特有の効果を奏する。
【００６４】
請求項５の発明は、保持するデータ量を少なくすることができるほか、請求項４と同様の効果を奏する。
【００６５】
請求項６の発明は、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができるという特有の効果を奏する。
【００６６】
請求項７の発明は、処理の迅速化を達成できるほか、請求項６と同様の効果を奏する。
【００６７】
請求項８の発明は、必要なメモリ容量を少なくすることができるほか、請求項６と同様の効果を奏する。
【００６８】
請求項９の発明は、過渡状態における不安定を解消し、しかも、実際に出力可能な値に合わせてモータを駆動することができ、ひいてはモータの実力値を十分に生かすことができるという特有の効果を奏する。
【００６９】
請求項１０の発明は、保持するデータ量を少なくすることができるほか、請求項９と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のポンプ駆動装置を示すブロック図である。
【図２】Ｐ−Ｑ特性を示す図である。
【図３】図２のＰ−Ｑ特性に対応するモータのトルク−回転数特性を示す図である。
【図４】この発明のポンプ駆動装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図５】Ｐ−Ｑ特性の生成を説明する図である。
【図６】この発明のポンプ駆動装置の一実施形態の要部を示すブロック図である。
【図７】この発明のポンプ駆動装置の他の実施形態の要部を示すブロック図である。
【図８】この発明のポンプ駆動装置のさらに他の実施形態の要部を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ インバータ部 ３ モータ
４ ポンプ ５ 馬力指令生成部
３２３ 運転状態安定判定部 ３２４ スイッチ
３２５ 現在電圧保持部
Claims (10)
- 吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータ（３）を駆動し、このモータ（３）によりポンプ（４）を駆動するポンプ駆動方法において、
電源電圧に対応して吐出圧力−吐出流量特性を変化させることを特徴とするポンプ駆動方法。 - 複数の電源電圧のそれぞれに対応する吐出圧力−吐出流量特性を保持しておき、電源電圧の検出値に応じて該当する吐出圧力−吐出流量特性を選択する請求項１に記載のポンプ駆動方法。
- 所定の圧力、流量、および馬力を所定の電源電圧における特性値として定義し、電源電圧の検出値に応じて吐出圧力−吐出流量特性を変化させる請求項１に記載のポンプ駆動方法。
- 吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータ（３）を駆動し、このモータ（３）によりポンプ（４）を駆動するポンプ駆動方法において、
モータ（３）に駆動電圧を供給するインバータ（２）の直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であるか否かを判定し、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であると判定した場合に直流部電圧に対して吐出圧力−吐出流量特性を変化させ、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態でないと判定した場合は、直前の直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であった場合に変化させた吐出圧力−吐出流量特性を保持することを特徴とするポンプ駆動方法。 - 吐出圧力−吐出流量特性の保持に代えて、電源電圧値を保持する請求項４に記載のポンプ駆動方法。
- 吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータ（３）を駆動し、このモータ（３）によりポンプ（４）を駆動するポンプ駆動装置において、
電源電圧に対応して吐出圧力−吐出流量特性を変化させる特性変化手段を含むことを特徴とするポンプ駆動装置。 - 前記特性変化手段は、複数の電源電圧のそれぞれに対応する吐出圧力−吐出流量特性を保持しておき、電源電圧の検出値に応じて該当する吐出圧力−吐出流量特性を選択するものである請求項５に記載のポンプ駆動装置。
- 前記特性変化手段は、所定の圧力、流量、および馬力を所定の電源電圧における特性値として定義し、電源電圧の検出値に応じて吐出圧力−吐出流量特性を変化させるものである請求項５に記載のポンプ駆動装置。
- 吐出圧力−吐出流量特性を用い、かつ吐出圧力をフィードバックすることにより、指令値に応じてモータ（３）を駆動し、このモータ（３）によりポンプ（４）を駆動するポンプ駆動装置において、
モータ（３）に駆動電圧を供給するインバータ（２）の直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であるか否かを判定し、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であると判定した場合に直流部電圧に対して吐出圧力−吐出流量特性を変化させ、前記直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態でないと判定した場合は、直前の直流部電圧が交流電源電圧の理論平滑値相当の状態であった場合に変化させた吐出圧力−吐出流量特性を保持する判定手段を含むことを特徴とするポンプ駆動装置。 - 前記判定手段は、吐出圧力−吐出流量特性の保持に代えて、電源電圧値を保持するものである請求項９に記載のポンプ駆動装置。
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