JP2006242115A - Pump and liquid supply device equipped with the same - Google Patents
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Abstract
Description
モータにより駆動され、液体を吸入して吐出するポンプおよびそれを備えた液体供給装置に関する。 The present invention relates to a pump that is driven by a motor and sucks and discharges liquid, and a liquid supply apparatus including the pump.
ポンプにおいてはポンプ部と、ポンプ部を駆動するモータ部と、モータ部を制御する制御部とを有しており、ポンプ部から吐出された液体が流れる通水路に設置されて、その液体の吐出を検知するフロースイッチと、同じく通水路に取り付けられた圧力センサと蓄圧のための圧力タンクとから構成されている(例えば特許文献1参照)。 The pump includes a pump unit, a motor unit that drives the pump unit, and a control unit that controls the motor unit. The pump is installed in a water passage through which the liquid discharged from the pump unit flows, and the liquid is discharged. And a pressure sensor attached to the water passage and a pressure tank for accumulating pressure (see, for example, Patent Document 1).
前記制御部はフロースイッチが少水量検知信号を発生して、所定の少水量検知時間の間保持した後に、圧力タンクに一定時間所定の加圧圧力値または加圧周波数値で蓄圧を行い、モータを停止する機能とポンプ始動圧力設定値を有している。 The control unit generates a small water amount detection signal by the flow switch and holds it for a predetermined small water amount detection time, and then accumulates pressure in the pressure tank at a predetermined pressurized pressure value or a pressurized frequency value for a predetermined time, And a pump starting pressure set value.
そしてポンプが停止しているときに、圧力センサにより検知された圧力がポンプ始動圧力設定値以下になったときにポンプを始動し、少水量検知時間は前回ポンプが停止していた時間と、直前のポンプ運転時間およびフロースイッチの開閉回数とに基づいて自動設定する機能をもっている。
しかしながら前記従来の技術の(特許文献1)に記載のポンプでは、フロースイッチの特性上、低流量域(例えば毎分2〜4L程度)の制御を行うことができず、更にヒステリシス特性を有していたために流量が低い場合はポンプが停止してしまうことがあった。 However, the pump described in (Patent Document 1) of the prior art cannot control a low flow rate range (for example, about 2 to 4 L / min) due to the characteristics of the flow switch, and further has a hysteresis characteristic. Therefore, when the flow rate is low, the pump may stop.
また、止水を急峻に行った場合は、通水路内に急激な圧力上昇(ウォーターハンマー)を生じてしまい、配管に負担がかかるだけでなく騒音が生じることがあった。 In addition, when the water stop is performed steeply, a sudden pressure rise (water hammer) is generated in the water passage, which not only imposes a burden on the pipe but also causes noise.
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、流量が低い場合でもポンプを使用することができ、また止水を急峻に行っても配管に負担を与えずかつ騒音が発生しないポンプを提供することを目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and the pump can be used even when the flow rate is low, and the pump does not impose a burden on the piping and does not generate noise even when the water is stopped steeply. The purpose is to provide.
本発明は上記目的を達成するために、液体を吸排するポンプ部と、ポンプ部を駆動するモータ部と、モータ部の出力を制御する制御部とを有し、ポンプ部から吐出された液体の流量を検知する流量センサを備え、前記制御部は流量センサが流量に比例して発生した信号パルスにより検知された水量に応じてモータ部の出力を制御するために信号パルスを周波数/電圧変換(F/V変換と称する)する回路を設けたことを特徴としている。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention has a pump part for sucking and discharging liquid, a motor part for driving the pump part, and a control part for controlling the output of the motor part, and the liquid discharged from the pump part. A flow rate sensor for detecting a flow rate is provided, and the control unit converts the signal pulse to a frequency / voltage conversion (to control the output of the motor unit according to the amount of water detected by the signal pulse generated by the flow rate sensor in proportion to the flow rate ( A circuit that performs F / V conversion) is provided.
この構成により、流量が低い場合でもポンプが停止することがなく、かつ止水を急峻に行った場合においてもウォーターハンマーが発生しないという作用が達成できる。 With this configuration, it is possible to achieve the effect that the pump does not stop even when the flow rate is low, and that no water hammer is generated even when the water is stopped sharply.
本発明は、流量が低い場合でもポンプを使用することができ、また止水を急峻に行っても配管に負担を与えずかつ騒音が発生しないおよびそれを備えた液体供給装置を提供できるという効果を奏する。 The present invention is capable of using a pump even when the flow rate is low, and does not give a burden to piping even when water is stopped sharply and does not generate noise, and can provide a liquid supply apparatus including the same. Play.
本発明の実施の形態は、液体を吸排するポンプ部と、ポンプ部を駆動するモータ部と、モータ部の出力を制御する制御部とを有し、ポンプ部から吐出された液体の流量を検知する流量センサを備え、制御部は流量センサが流量に比例して発生した信号パルスにより検知された水量に応じてモータ部の出力を制御するために信号パルスをF/V変換する回路を設けたものである。 The embodiment of the present invention includes a pump unit that sucks and discharges liquid, a motor unit that drives the pump unit, and a control unit that controls the output of the motor unit, and detects the flow rate of the liquid discharged from the pump unit. The control unit is provided with a circuit for F / V converting the signal pulse in order to control the output of the motor unit according to the amount of water detected by the signal pulse generated in proportion to the flow rate of the flow rate sensor. Is.
これにより流量が低い場合においても、モータが停止することなく常時液体を供給することができるポンプを提供できる。 Thereby, even when the flow rate is low, it is possible to provide a pump that can always supply liquid without stopping the motor.
また、制御部は、F/V変換されたアナログ信号出力を遅延する積分回路を設けてもよい。 Further, the control unit may be provided with an integration circuit that delays the analog signal output subjected to the F / V conversion.
この場合は、止水を急峻に行った場合においてもウォーターハンマーが発生しないため、配管に負担を与えずかつ騒音が発生しないポンプを提供できる。 In this case, a water hammer is not generated even when the water stop is performed sharply, and therefore a pump that does not impose a burden on the piping and does not generate noise can be provided.
また、制御部は、流量センサの信号パルスでパルス幅変調信号(PWM信号と称する)を発生する場合と所定のデューティ比のPWM信号を発生する場合とを切替える回路を設けてもよい。 Further, the control unit may be provided with a circuit for switching between a case where a pulse width modulation signal (referred to as a PWM signal) is generated by a signal pulse of the flow rate sensor and a case where a PWM signal having a predetermined duty ratio is generated.
この場合は、流量が低いときに通水路の圧力を確保し、また通水路を流れる液体の流量を維持することができる。 In this case, when the flow rate is low, the pressure of the water passage can be secured, and the flow rate of the liquid flowing through the water passage can be maintained.
そして上記ポンプを給水装置等の液体供給装置に組み込むようにすれば、液体供給装置の使い勝手を大いに高めることができる。 And if the said pump is integrated in liquid supply apparatuses, such as a water supply apparatus, the usability of a liquid supply apparatus can be improved greatly.
以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施例1)
図1の実施例1に示すDCポンプのブロック図に示すように、1は入出力部であり外部との接続部である。2は前記入出力部1を介して供給されるDCモータの駆動電源である。3は前記入出力部1を介して供給されるDポンプ内部回路の基準電位(GND)である。
Example 1
As shown in the block diagram of the DC pump shown in
4は前記入出力部1を介して供給されるDCモータ制御回路の制御電源である。5は前記入出力部1を介して供給される流量センサの出力パルス信号である。6は前記流量センサの出力パルス信号5を周波数/電圧変換(F/V変換)するF/V変換部である。
7は前記F/V変換部6で変換されたアナログ信号である。8は内部にPWM乗算変調回路と分配回路を備え、前記アナログ信号7の電圧レベルに応じたドライブ信号を出力する制御部である。9は半導体スイッチ(例えばトランジスタ)で構成され、前記制御部8から出力されたドライブ信号に応じた駆動電流を出力させ、巻線に流れる電流を切替える駆動部である。
10は巻線とステータとマグネットステータから構成され、前記駆動部9から出力された駆動電流は、巻線に流れた電流によりステータに発生する磁界とマグネットロータの磁界の反発・吸引により回転トルクを発生させ、マグネットステータと一体化した羽根車が回転するモータ部である。
11は前記モータ部10が発生した回転トルクに応じて回転するマグネットステータと一体化した羽根車が液体(例えば水)を吸水、吐水するポンプ部である。また、前記ポンプ部11は吸水する吸水口11aと吐水する吐水口11bを備えている。
12は前記モータ部10の構成部品である前記マグネットの極性を検出し電圧信号に変換し、前記制御部8に出力する位置検出部である。
A
図2の実施例1に示すDCポンプ内のF/V変換回路図に示すように、前記流量センサの出力パルス信号5は抵抗13〜15、コンデンサ19で構成された微分回路を介してトランジスタ22をON/OFFさせ、更に、抵抗16,17を介してトランジスタ23をON/OFFさせ抵抗18、コンデンサ20を介して前記アナログ信号7に変換するF/V変換部である。ダイオード21は前記トランジスタ22を逆バイアスから保護する。
As shown in the F / V conversion circuit diagram in the DC pump shown in the first embodiment of FIG. 2, the
次に図3の実施例1に示すF/V変換回路の各ポイントでの波形図に示すように、61は流量センサの始動に同期して徐々にパルス周波数が上昇する前記流量センサの出力パルス信号5の波形である。前記流路センサの出力パルス信号波形61は抵抗13〜15、コンデンサ19で構成された微分回路を介しトランジスタ入力波形62に変換される。
Next, as shown in the waveform diagram at each point of the F / V conversion circuit shown in Example 1 of FIG. 3, 61 is an output pulse of the flow sensor whose pulse frequency gradually increases in synchronization with the start of the flow sensor. It is the waveform of
前記トランジスタ入力波形62は前記トランジスタ22をON/OFFさせ前記抵抗16,17を介して前記トランジスタ23をON/OFFさせる。前記トランジスタ23のON/OFF出力は、前記抵抗18、コンデンサ20を介して、滑らかに電圧を上昇するアナログ信号7のポンプ始動のアナログ信号波形63aに変換される。この動作からF/V変換を実現することができる。
The transistor input waveform 62 turns on / off the
図4の実施例1に示すDCポンプ始動時/停止時のF/V変換回路出力波形とPWMキャリア波形とDCポンプ始動時/停止時のドライブ波形図に示すように、63aはDCポンプ始動時の前期アナログ信号7のポンプ始動のアナログ信号波形である。64は前記制御部8内部のPWMキャリア波形である。前記ポンプ始動のアナログ信号波形63aは前記制御部8に入力され、前記制御部8内部のPWM乗算変調回路によって前記PWMキャリア波形64と変調される。
As shown in the F / V conversion circuit output waveform, the PWM carrier waveform at the time of starting / stopping the DC pump, and the drive waveform at the time of starting / stopping the DC pump shown in the first embodiment of FIG. It is an analog signal waveform of the pump start of the first
次に、変調された信号は前記制御部8内部の分配回路によって前記駆動部9に始動のドライブ波形65aとして出力する。前記ドライブ波形65aは滑らかに電圧を上昇するポンプ始動の前記アナログ信号波形63aに応じて変調されているため、徐々にDuty比が100%になり(徐々にON時間が長くなる)、DCポンプの滑らかな始動を実現する。
Next, the modulated signal is output to the
また、63bはDCポンプ停止時の前記アナログ信号7の波形であるポンプ停止のアナログ信号波。動作は前述と同じである。前記ドライブ波形65bは滑らかに電圧を下降するポンプ停止のアナログ信号波形63bに応じて変調されているため、徐々にDuty比が0%になり(徐々にOFF時間が長くなる)、DCポンプの滑らかな停止を実現する。24はDCポンプが滑らかに始動または、停止するときのDC立上り下り期間である。
Reference numeral 63b denotes a pump stop analog signal wave which is the waveform of the
次に図5の実施例1に示すDCポンプ性能(流量と揚程)の特性図に示すように、25は前記ドライブ波形65のDutyである。26はDCポンプの滑らかな始動時の前記ドライブ波形65のDuty変化期間である。DCポンプは前記ドライブ波形65のDuty比に応じて発生した回転トルクよってポンプ性能を滑らかに上昇させる。前記Duty25が100%に達したとき、ポンプ揚程も最大に達する。
Next, as shown in the characteristic diagram of the DC pump performance (flow rate and head) shown in the first embodiment in FIG. 5, 25 is the duty of the
27はDCポンプの滑らかな停止時の前記ドライブ波形65のDuty変化期間である。DCポンプは前記ドライブ波形65のDuty比に応じて発生した回転トルクよってポンプ性能を滑らかに下降させる。前記Duty25が0%に達したとき、ポンプは停止する。また、ポンプ性能は始動時と停止時共に同一になる。
以上のように本実施例1によれば、低流量域でもポンプは機器の機能が停止することをなくすことができ、圧力一定制御の低流量域においては、必要以上の圧力発生を無くして無駄な電力を削減でき省エネを図ることができる。 As described above, according to the first embodiment, the pump can be prevented from stopping the function even in a low flow rate region, and in the low flow rate region of constant pressure control, unnecessary pressure generation is eliminated and wasted. Energy can be saved.
(実施例2)
本実施例2において、実施例1と同じ構成および作用効果を有するものについては実施例1と同一の符号を付し、その詳細な説明については実施例1の説明を援用する。
(Example 2)
In the second embodiment, components having the same configuration and effects as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those of the first embodiment, and the description of the first embodiment is used for detailed description thereof.
図6の実施例2に示すコンデンサ容量変化に応じたDCポンプ始動時のF/V変換回路出力波形とPWMキャリア波形とDCポンプ始動時のドライブ波形図に示すように、66は前記コンデンサ20の容量を小さく設定したときの前記アナログ信号7のポンプ始動のアナログ信号波形である。69は前記制御部8によって変調され出力された始動のドライブ波形である。28は前記始動のドライブ波形69におけるDCポンプが滑らかに始動するときのDCポンプ立上り期間である。
As shown in the F / V conversion circuit output waveform, the PWM carrier waveform, and the drive waveform diagram at the time of starting the DC pump according to the second embodiment of FIG. It is an analog signal waveform of the pump start of the
67は前記コンデンサ20の容量を大きく設定したときの前記アナログ信号7のポンプ始動のアナログ信号波形である。
67 is an analog signal waveform of the pump start of the
70は前記制御部8によって変調され出力された始動のドライブ波形である。29は前記始動のドライブ波形70におけるDCポンプが滑らかに始動するときのDCポンプ立上り期間である。
前記コンデンサ20の容量と、立上り期間28、29の関係より前記コンデンサ20の容量設定を変えることによってDCポンプの立上り立下り期間を任意に設定でき、前記コンデンサ20の容量を大きくすると立上り期間は長くなり滑らかになる。
The rising / falling period of the DC pump can be arbitrarily set by changing the capacitance setting of the
図7の実施例2に示すコンデンサ容量変化に応じたDCポンプ性能(流量と揚程)の特性図に示すように、前記コンデンサ20の容量大小のDCポンプ性能(流量と揚程)の特性図を示す。31は前記コンデンサ20の容量小の時のDCポンプ性能曲線である。32は前記コンデンサ20容量大の時のDCポンプ性能曲線である。
As shown in the characteristic diagram of the DC pump performance (flow rate and head) according to the change in the capacitor capacity shown in Example 2 of FIG. 7, the characteristic diagram of the DC pump performance (flow rate and head) of the capacity of the
前記コンデンサ20の容量大のときは、前述のとおり立上り期間が長くなりDCポンプの低流量域の性能が傾き、滑らかさが増す方向になる。また、前記コンデンサ20の容量小のときは、容量大と逆に低流量域の性能が起き、滑らかさが減る方向になる。
When the capacity of the
以上のように本実施例2によれば、コンデンサ容量を機器に応じて設定することで急峻な止水を行っても、DCポンプは滑らかに停止するため、配管内に急激な圧力上昇(ウォターハンマー)を生じず、配管にショックを与えて生じる雑音を解消できる。 As described above, according to the second embodiment, the DC pump stops smoothly even when steep water stoppage is performed by setting the capacitor capacity according to the equipment. The noise generated by shocking the piping can be eliminated.
(実施例3)
本実施例3において、実施例1と同じ構成および作用効果を有するものについては実施例1と同一の符号を付し、その詳細な説明については実施例1の説明を援用する。
(Example 3)
In the third embodiment, components having the same configurations and effects as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those in the first embodiment, and the description of the first embodiment is used for detailed description thereof.
図8の実施例3に示すDCポンプのブロック図に示すように、35は前記入出力部1を介して供給される切換信号である。36は信号を切換える切換部(例えば半導体スイッチ、リレー)である。37は前記切換部36が選択し出力する切換出力信号である。
As shown in the block diagram of the DC pump shown in the third embodiment in FIG. 8, 35 is a switching signal supplied via the input /
図9の実施例3に示すDCポンプ内のF/V変換回路と切換回路とDC電圧回路図に示すように、38、39は前記制御電源4の電圧を分圧する抵抗である。40はドライブ波形が100%になるように前記抵抗38、39で分圧設定されたDC電圧である。前記切換信号35によって前記切換部36は前記アナログ信号7もしくは、前記DC電圧40を選択し出力することができる。
As shown in the F / V conversion circuit, the switching circuit, and the DC voltage circuit diagram in the DC pump shown in the third embodiment of FIG. 9, 38 and 39 are resistors for dividing the voltage of the
次に図10の実施例3に示す切換回路出力波形とPWMキャリア波形とドライブ波形図に示すように、71aは前記切換部36から前記アナログ信号7、前記DC電圧40共に出力されていない切換部出力なし波形である。71bは前記切換部36が前記DC電圧40を選択出力した切換部DC電圧出力波形である。72aは前記切換部36の出力なし状態に対応したDCポンプ停止状態のドライブ波形である。
Next, as shown in the switching circuit output waveform, the PWM carrier waveform, and the drive waveform diagram shown in the third embodiment of FIG. 10, 71a is a switching unit in which neither the
72bは前記切換部36が前記DC電圧40を選択し出力した状態に対応したPWM100%のドライブ波形である。前記切換部36の切換え操作でDCポンプ最大能力を発生させることができる。
Reference numeral 72b denotes a
また、前記抵抗38、39の設定によって任意にDCポンプの能力を設定でき、切換部36と、前記抵抗38、39の構成を複数化することによって任意のポンプ能力を設定することも可能である。
Further, the capacity of the DC pump can be arbitrarily set by setting the
そして図11の実施例3に示すDCポンプの性能(流量と揚程)の特性図に示すように、41は前記切換部36が前記DC電圧40を選択出力した時のPWM100%のDCポンプ性能曲線である。42は前記切換部36が前記アナログ信号7を選択出力した時の流量センサ出力パルス信号DCポンプのDCポンプ性能曲線である。
As shown in the characteristic diagram of the performance (flow rate and head) of the DC pump shown in
低流量域においてポンプ性能が必要な場合は、前記切換部36を操作し前記DC電圧40を出力することで、ポンプ性能は前記PWM100%のDCポンプ性能曲線41を実現することができる。
When the pump performance is required in the low flow rate region, the
以上のように本実施例3によれば、低流量域で圧力または流量が必要となるポンプ(例えば自吸型ポンプ)を簡単に実現できる。 As described above, according to the third embodiment, a pump (for example, a self-priming pump) that requires pressure or flow rate in a low flow rate region can be easily realized.
なお、本実施例1から3のいずれかに示されたポンプを例えば浴槽水の循環装置に組み込んだ場合は、図12の実施例1、2および3に示すポンプを浴槽水の循環装置に組み込んだときの全体概要図に示すように、人工大理石やステンレスまたはFRP(繊維強化プラスチック)等からなる浴槽44があり、その浴槽44の外側には浴槽44内の浴槽水45を吸入して吐出するためのポンプ46と、浴槽水45を加熱するためのガスや電気または灯油等を用いた加熱部47が設置されている。
When the pump shown in any one of the first to third embodiments is incorporated in, for example, a bath water circulation device, the pumps shown in
浴槽44の下部の側面には浴槽水45の流出口48が取りつけられていて、その流出口48には耐熱塩ビ(塩化ビニル)やステンレス等からなる循環往路49が接続されている。
An
循環往路49の途中にはポンプ46が取りつけられていて、さらに循環往路49は加熱部47に接続されている。
A pump 46 is attached in the middle of the
そして加熱部47には同じく耐熱塩ビ(塩化ビニル)やステンレス等からなる循環復路50が接続されていて、その循環復路50は浴槽44の側面であって流出口48の上方に取りつけられた流入口51に接続されている。
A
本発明のポンプは、例えば燃料電池装置やヒートポンプ装置等に使用される様々なポンプへの応用が期待できる。 The pump of the present invention can be expected to be applied to various pumps used in, for example, fuel cell devices and heat pump devices.
1 入出力部
2 駆動電源
3 基準電位(GND)
4 制御電源
5 流量センサの出力パルス信号
6 周波数/電圧変換部(F/V変換部)
7 アナログ信号
8 制御部
9 駆動部
10 モータ部
11 ポンプ部
11a 吸水口
11b 吐水口
12 位置検出部
13、14、15、16、17、18 抵抗
19、20 コンデンサ
21 ダイオード
22、23 トランジスタ
24 DCポンプ立上り下り期間
25 Duty
26 始動時のDuty変化期間
27 停止時のDuty変化期間
28 DCポンプ立上り期間(容量:小)
29 DCポンプ立上り期間(容量:大)
31 DCポンプ性能曲線(容量:小)
32 DCポンプ性能曲線(容量:大)
33 始動時のDuty変化期間(容量:小)
34 始動時のDuty変化期間(容量:大)
35 切替信号
36 切替部
37 切替部出力信号
38、39 抵抗
40 DC電圧
41 PWM100%のDCポンプ性能曲線
42 流量センサ出力パルス信号のDCポンプ性能曲線
43 トランジスタ入力波形の観測ポイント
44 浴槽
45 浴槽水
46 ポンプ
47 加熱部
48 流出口
49 循環往路
50 循環復路
51 流入口
61 流量センサの出力パルス信号波形
62 トランジスタ入力波形
63a ポンプ始動のアナログ信号波形
63b ポンプ停止のアナログ信号波形
64 PWMキャリア波形
65a 始動のドライブ波形
65b 停止のドライブ波形
66 ポンプ始動のアナログ信号波形(容量:小)
67 ポンプ始動のアナログ信号波形(容量:大)
69 始動のドライブ波形(容量:小)
70 始動のドライブ波形(容量:大)
71a 切換部出力なし波形
71b 切換部DC電圧出力波形
72a DCポンプ停止状態のドライブ波形
72b PWM100%のドライブ波形
1 I /
4
7
26 Duty change period at start-
29 DC pump rise period (capacity: large)
31 DC pump performance curve (capacity: small)
32 DC pump performance curve (capacity: large)
33 Duty change period at start-up (capacity: small)
34 Duty change period at start-up (capacity: large)
35 switching
67 Analog signal waveform for pump start (capacity: large)
69 Drive waveform of start (capacity: small)
70 Start drive waveform (capacity: large)
71a Switching unit no output waveform 71b Switching unit DC voltage output waveform 72a DC pump stopped drive
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