JP2010242511A - ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用のポンプ装置において、簡易にキャビテーション発生による極端な揚水量低下を防止できるポンプ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】キャビテーション発生特有のモータ回転速度Ｎｍとポンプ運転電流値Ｉｍの特性から時点Ｔ５で検知するとともに、さらに、モータ回転速度Ｎｍの増加時の圧力タンクの圧力Ｐの上昇、または、モータ回転速度Ｎｍの減少時の圧力タンクの圧力Ｐの低下を確認できないときに（時点Ｔ５’）、キャビテーションが確実に発生していると判定し、ここでモータ回転速度を変速させ、キャビテーション発生を抑制する。
【選択図】図１０

Description

本発明は、ポンプ装置に係り、特に、ポンプ装置の運転制御に関するものである。

従来のポンプ装置においては、吸上げ高さが大きい場合や、ポンプ羽根車入口で局部的に高い圧力が生じたことによりキャビテーションが発生した場合、極端に揚水量が低下する。
キャビテーションは自然現象であり、発生しても検知や抑制することが困難でありポンプ性能を向上させる妨げとなっていた。
特許文献１には、キャビテーション発生を、モータ電流値により判定する方法が開示されているが、開閉弁や遠心ポンプなどの付帯設備によりキャビテーション状態を収束させる方法としており、特許文献１に記載のものは、設備的に大掛りとなるポンプ装置である。

特開２００５−２０７３２２号公報

ところで、特許文献１に記載されたポンプ装置では、キャビテーション発生による極端な揚水量低下が問題であった。例えば、吸上げ高さ能力を重視したポンプ装置とすると揚水量が犠牲となり、また、反対に揚水量能力を重視したポンプ装置とすると吸上げ高さが犠牲となる。このような二律背反の制約が出来てしまい、キャビテーション発生はポンプ吸上げ高さと揚水量を両立させたポンプ開発の支障となっていた。
キャビテーション発生を抑制する前記特許文献１の装置は、工業用設備への適用や、特定されている水源に適用可能な状態である。
不特定多数の井戸や受水槽を水源とする家庭用等のポンプ装置の場合、井戸や受水槽はそれぞれ水位や水質、ポンプ装置の据付け状態が異なり、これらを水源とするポンプ装置として特許文献１に記載のポンプ装置は汎用的に適用不可能である。

本発明は、前記した従来の課題を解決するものであり、汎用のポンプ装置において、簡易にキャビテーション発生による極端な揚水量低下を防止できるポンプ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、前記モータの回転速度を制御する制御手段と、ポンプ部、または、ポンプ部から水栓までの任意の位置の圧力を検出する圧力検知手段と、モータの運転電流を検出する電流検出手段と、ポンプ部で加圧した水を蓄水する圧力タンクを備えたポンプ装置において、制御手段は、電流検出手段で検出する運転電流値と圧力検知手段で検出する圧力値から、揚水時に発生するキャビテーションを検知しモータの回転速度を制御することとした。

本発明によれば、ポンプ装置運転時の電流値と圧力値を検出し、キャビテーション発生による電流値と圧力値の特有の変化を捉えることにより、キャビテーションが発生したと判断することができる。そして、キャビテーション発生と判断した場合は、モータ回転速度を変速させてキャビテーション発生を抑制する運転として極端な揚水量低下を防ぐことができ、水源や、据付け状態に影響されず、ポンプ性能向上が可能となる。

本発明の実施形態に係るポンプ装置の部分縦断面図である。 図１の右側面図である。 図１のポンプカバーを外した状態の平面図である。 ポンプ装置のモータの回転速度の制御に係る制御装置のブロック図である。 モータの回転速度の制御における、ポンプ運転電流値Ｉｍ、モータ回転速度Ｎｍ、圧力タンクの圧力Ｐのデータの最寄りの所定時間内の推移を記憶する制御の流れを示すフローチャートである。 キャビテーションの発生を検知、キャビテーション発生後のキャビテーション速度の登録の制御の流れを示すフローチャートである。 キャビテーションの発生を検知、キャビテーション発生後のキャビテーション速度の登録の制御の流れを示すフローチャートである。 キャビテーションの発生を検知、キャビテーション発生後のキャビテーション速度の登録の制御の流れを示すフローチャートである。 本実施形態におけるキャビテーション発生がない場合の、ポンプ装置のモータ回転速度Ｎｍ、ポンプ運転電流値Ｉｍ、吐出水量、圧力Ｐポンプ運転状態を示す曲線の時間推移を説明する図である。 本実施形態におけるキャビテーション発生がした場合の、ポンプ装置のモータ回転速度Ｎｍ、ポンプ運転電流値Ｉｍ、吐出水量、圧力Ｐポンプ運転状態を示す曲線の時間推移を説明する図である。

以下に、本発明の実施形態に係るポンプ装置について図を参照しながら詳細に説明する。
本実施形態のポンプ装置について図１から図４を参照しながら説明する。
図１は、本施形態に係るポンプ装置の部分縦断面図であり、図２は、図１の右側面図であり、図３は、図１のポンプカバーを外した状態の平面図である。
図１に示すようにポンプ装置１００は、そのベース部上に配置された圧力タンク１と、この圧力タンク１の上側に配置されたモータ（図２参照）２と、モータ２の回転軸に直結されたポンプ１５、モータ２の回転速度を制御するマイクロコンピュータ３６、マイクロコンピュータ３６（図４参照）に制御されてモータ２へ電力を供給する駆動回路３７（図４参照等）を含む制御部（制御手段）３５（図４参照）が搭載された制御基板３（図２参照）と、モータ２の上側に配置され、ポンプの吐出圧力値の表示や運転圧力等の設定を切り替え操作できる操作基板４（図３参照）と、それらを覆うポンプカバー１０等を含んでいる。

図１に示すようにポンプ（ポンプ部）１５は、羽根車１６と、この羽根車１６を内置するモータ２側に配置されたケーシング１７と、ケーシング１７の前面（モータ２と反対方向の側）を閉じるケーシングカバー１８を有する。このポンプ１５は、ウェスコポンプと称するタイプのもので、ケーシング１７に吸込み口１７ａと吐出口１７ｂを有する。
なお、本実施形態では、代表的ポンプであるウェスコポンプを用いて説明しているが、本発明はウェスコポンプに限定されるものではない。

ポンプ１５の吐出口１７ｂには分離板１９ａが設けられ、上部に連なる気水分離室１９に連なっている。気水分離室１９は、吐出配管２４に接続し、圧力タンク１の流入口１ａに連通し、ねじ等でポンプ１５に固定される。吐出配管２４の途中から枝分かれした管に圧力センサ（圧力検知手段）５が設けられている。

また、吸込み配管２５（図２参照）に連通する吸込み室２０には逆止弁２１が設けられている。この逆止弁２１は吸込みフランジ７側からケーシング１７側への水の流れを許すが、逆向きの流れを阻止するよう作動する。矢印Ｚで吸込みフランジ７側からケーシング１７側への吸込み流路を示す。圧力タンク１の上部からは、吸込み継手２２が立ち上がり、吸込み配管２５と接続するための吸込みフランジ７を支持している。

図２に示す吸込み配管２５、つまり、揚水管は、通常塩ビ管が用いられ、吸込みフランジ７に接続され、水源かポンプ装置１００に水を供給する。
図１に戻って、気水分離室１９の上部にはねじ込み式の呼び水給水用栓２３が設けられている。この呼び水給水用栓２３を外して呼び水を給水することにより、ポンプ装置１００を設置後の初めてポンプ１５を回転させる前に、ポンプ１５を格納するケーシング１７内に水を充満させ、ポンプ１５が吸込み可能な状態にする。
一方、圧力タンク１の側面には、揚水されて加圧された水を、例えば、家庭内の蛇口等の水栓へ送水するために設けられる配管２７と接続するために、吐出口６ａ（図２参照）に吐出フランジ６が接続されている。

図３に示すように、ポンプカバー１０を取り外すと、操作基板４が最上部に露出するように設けられ、ＬＥＤ等で構成された表示部４ａと、複数の操作ボタンを備えた操作部４ｂが一体化した形態となっている。
操作基板４は、制御基板３と、通信線および電力供給線で接続され、操作部４ｂの操作によってマイクロコンピュータ３６の動作を設定したり、制御基板３に搭載されたマイクロコンピュータ３６を介して表示部４ａの表示を切替えたり、設定値を変更したりすることができる。制御基板３およびモータ２に電力を供給する電源コード２９がポンプカバー１０の外に伸びている。

（ポンプ装置の運転の概要）
ポンプ装置１００の運転はモータ２を作動させることにより行われる。先ず、自吸運転が行われ、自吸運転が終了してから揚水運転に移行する。自吸運転では、ケーシング１７の吐出口１７ｂから気水分離室１９内に貯留されている水が呼び水として羽根車１６を還流して、吸込み室２０内に溜まっていた空気が排出され、ポンプ１５のケーシング１７の吸込み口１７ａから上流側の空気が徐々に抜けて水が満たされて行く。そして、水が全部に満たされると、自吸運転が終了し、揚水運転に移行する。

揚水運転では、吸い上げられた水が吐出フランジ６を介して配管２７から送り出される。揚水運転で、配管２７につながる流路が閉じられると、配管２７から下流側の圧力が上がる。通常は、この圧力を圧力センサ５が検知してモータ２の運転が止まる。

（制御部の構成）
次に、図４を参照しながら、適宜、図３を参照してポンプ装置１００の制御部の構成について説明する。図４は、ポンプ装置のモータの回転速度の制御をする制御装置のブロック図である。
制御基板３（図３参照）に搭載される制御部３５は、マイクロコンピュータ３６、不揮発メモリ、モータ２を駆動する駆動回路３７、モータ２に給電される電流を検出する電流センサ３８、電流センサ３８の検出信号をマイクロコンピュータ３６に入力する電流検出回路３２、およびマイクロコンピュータ３６に信号を入出力するための周辺回路（図示省略）、カレンダ機能および時計機能を有するクロック部（図示省略）を含んで構成されている。
ポンプ装置１００の制御プログラムは、マイクロコンピュータ３６のＲＯＭ（図示省略）に格納されている。

マイクロコンピュータ３６には、圧力センサ５からの圧力タンク１の圧力Ｐを示す信号と、前記した電流検出回路３２からのモータ電流値（運転電流値）Ｉｍ（以下、「ポンプ運転電流値Ｉｍ」と称する）を示す信号、モータ２に取り付けられたホールＩＣ３３からの信号が入力される。

ホールＩＣ３３は、モータ２の回転子の位置検出に用いられ、マイクロコンピュータ３６が単位時間当たりの出力信号のエッジをカウントすることにより、モータ２の回転速度Ｎｍ（以下、「モータ回転速度Ｎｍ」と称する）が得られる。
マイクロコンピュータ３６は、モータ回転速度Ｎｍが最適な回転速度となるよう駆動回路３７を介し、モータ２を制御する。
ちなみに、マイクロコンピュータ３６は、圧力（圧力値）Ｐの変化に応じて自動的に駆動回路３７を介してモータ２の回転速度を変化させ、圧力Ｐを所定の目標圧力Ｐｍａｘ一定になるように制御することを基本とする。

電流検出回路３２は、電流センサ３８で検出したポンプ運転電流値Ｉｍを検知し、マイクロコンピュータ３６は、このポンプ運転電流値Ｉｍを監視し、所定の電流値以上となるとモータ２を保護する為、モータ回転速度Ｎｍを抑えたり、後記するキャビテーションの検出を行ったり、キャビテーションの検出後のキャビテーション速度Ｎ_CRの登録や、キャビテーション速度Ｎ_CRの登録がなされている場合に、モータ回転速度Ｎｍをキャビテーション速度Ｎ_CR以下に抑制する運転制御を行う。
ちなみに、モータ回転速度Ｎｍの制御は、マイクロコンピュータ３６が駆動回路３７をインバータ制御により、予め設定された目標圧力Ｐｍａｘと、圧力センサ５で検出された圧力Ｐとの偏差が大きいほどモータ回転速度Ｎｍを、後記するモータ回転速度上限Ｎ_Lim内で増加させて目標圧力Ｐｍａｘ一定に保つように制御する。

（操作部および表示部）
次に、操作基板４の機能について説明する。マイクロコンピュータ３６からの信号に応じて、表示部４ａへポンプ装置１００の状態を表示したり、操作部４ｂに設けられた各種操作ボタンを操作者が操作することにより、マイクロコンピュータ３６が、操作ボタンの状態を検知し、運転状態の設定や変更、キャビテンション速度登録有効期間の設定変更等を、行ったりすることができる。
操作部４ｂに設けられた操作ボタンとしては、例えば、ポンプ装置１００の自動運転／停止をＯＮ／ＯＦＦで切替える「自動運転／停止ボタン」、圧力センサ５が検出する圧力Ｐの値に基づき、予め操作ボタンを操作して表示部４ａに表示させて設定した圧力を目標圧力として、圧力一定にポンプ装置１００の運転を制御する「圧力一定モード設定ボタン」、後記するキャビテンション速度登録有効期間を設定する「効期間設定ボタン」、圧力値等の設定値をリセットするための「リセットボタン」等が用意されている。

ここで、キャビテーションの発生について説明する。水源から吸込み配管２５（図２参照）を通して吸い上げられた水は吸込みフランジ７を経て、吸込み室２０を通過しケーシング１７の吸込み口１７ａに入る。そして、高速回転する羽根車１６により局部的に圧力が高められケーシング１７の吸込み口１７ａを通過時にキャビテーションが発生する場合がある。
これは、例えば、家庭用井戸ポンプとして、ポンプ装置１００を用いる場合を想定すると、井戸の水位は、年間を通して一定ではなく、雨の多い季節には水位が高くなり、雨の少ない季節には水位が低くなる。その結果、井戸の水位が低い季節に、モータ回転速度Ｎｍが、モータ２の定格容量から許容されているモータ最大速度Ｎｍａｘに達する以前に、キャビテーションが発生する場合がある。

そのため、ポンプ装置１００では、操作部４ｂを操作して、自動的にキャビテーション速度Ｎ_CRを求めて、自動的に操作者が設定した有効期間の間、キャビテーション速度Ｎ_CRを登録有効状態とし、有効期間内でのポンプ装置１００の運転時には、モータ回転速度Ｎｍを、登録されたキャビテーション速度Ｎ_CRに制限する機能を有している。
操作部４ｂで選択設定できる有効期間としては、例えば、「１日」、「７日」、「３０日」の設定切替が可能となっており、普通は、ポンプ装置１００を据えつけるときに、据付業者がユーザと相談して、推奨する有効期間を設定する。

次に、図５から図１０を参照しながら、キャビテーションの発生の検知、キャビテーション発生後のキャビテーション速度Ｎ_CRの登録の制御について説明する。これらの制御は、マイクロコンピュータ３６においてプログラムを実行することによって行われる。

（ポンプ運転電流値Ｉｍ、モータ回転速度Ｎｍおよび圧力Ｐの監視）
先ず、マイクロコンピュータ３６におけるポンプ運転電流値Ｉｍ、モータ回転速度Ｎｍおよび圧力Ｐの監視について説明する。
図５は、モータの回転速度の制御における、ポンプ運転電流値Ｉｍ、モータ回転速度Ｎｍ、圧力タンクの圧力Ｐのデータの最寄りの所定時間内の推移を記憶する制御の流れを示すフローチャートである。

マイクロコンピュータ３６は、自動運転モードでは、配管２７に接続する蛇口等の水栓が開かれて圧力タンク１の圧力Ｐの低下を検知すると、モータ２を起動させる。そして、タイマｔを起動させて（ステップＳ０１）、タイマｔが所定の起動時間ΔＴ_ST以上になったか否かを判定し（ステップＳ０２）、起動時間ΔＴ_ST以上の場合（Ｙｅｓ）は、ステップ０３へ進み、起動時間ΔＴ_ST未満の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ０２を繰り返す。
ステップＳ０３では、タイマｔを停止し、その後、モータ２の運転中、一定の周期でポンプ運転電流値Ｉｍ、モータ回転速度Ｎｍ、圧力Ｐを読み込み、最寄りの所定個数のポンプ運転電流値Ｉｍを一時記憶し、更新する（ステップＳ０４）とともに、最寄りの所定個数のモータ回転速度Ｎｍを一時記憶し、更新する（ステップＳ０５）とともに、最寄りの所定個数の圧力Ｐを一時記憶し、更新する（ステップＳ０６）。
このように、モータ２の運転中のポンプ運転電流値Ｉｍ、モータ回転速度Ｎｍ、圧力Ｐの時間推移を常に監視する。

（キャビテーションの発生の検知、キャビテーション発生後のキャビテーション速度Ｎ_CRの登録）
次に、図６から図８を参照しながら、適宜、図９、図１０を参照して、キャビテーションの発生の検知、キャビテーション発生後のキャビテーション速度Ｎ_CRの登録の制御について説明する。
図６から図８は、キャビテーションの発生を検知、キャビテーション発生後のキャビテーション速度の登録の制御の流れを示すフローチャートである。
マイクロコンピュータ３６は、自動運転モードでは、配管２７に接続する蛇口等の水栓が開かれて圧力タンク１の圧力Ｐの低下を検知する（ステップＳ１０→Ｙｅｓ）と、モータ２を起動させるとともに、タイマｔを起動させる（ステップＳ１１）。そして、タイマｔが所定の起動時間ΔＴ_ST以上になったか否かを判定し（ステップＳ１２）、起動時間ΔＴ_ST以上の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１３へ進み、起動時間ΔＴ_ST未満の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１２を繰り返す。
ステップＳ１０においてＮｏの場合は、ステップＳ１０を繰り返す。

ステップＳ１３では、有効期間としては、「１日」、「７日」、「３０日」のいずれが選択設定されているかチェックして、さらに、不揮発メモリに記憶されているキャビテーション速度Ｎ_CRとその登録された日時を読み出し、現在の時点が不揮発メモリに記憶されているキャビテーション速度Ｎ_CRが記憶されてから有効期間に含まれているか否かをチェックする（「有効期間中のＮ_CR有？」）。有効期間中のＮ_CRが有る場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１４へ進み、有効期間中のＮ_CRが無い場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１４では、モータ回転速度上限Ｎ_LimをステップＳ１３において読み出したキャビテーション速度Ｎ_CRとし（「モータ回転速度上限Ｎ_Lim＝Ｎ_CR」）、ステップＳ１６へ進む。ステップＳ１５では、モータ回転速度上限Ｎ_Limを予めポンプ装置１００の仕様値としてとして決められてプログラム中に書き込まれているモータ回転最大速度Ｎｍａｘとし（「モータ回転速度上限Ｎ_Lim＝Ｎ_max」）、ステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６では、圧力Ｐに応じてモータ回転速度Ｎｍを制御する（Ｎｍ≦Ｎ_Lim）。ステップＳ１７では、圧力Ｐが予め設定された目標圧力Ｐｍａｘ未満か否かをチェックする（「圧力Ｐ＜Ｐｍａｘ？」）。圧力Ｐが予め設定された目標圧力Ｐｍａｘ未満の場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ１９へ進み、目標圧力Ｐｍａｘ以上の場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１８へ進む。ステップＳ１８では、圧力一定制御の運転を行う。例えば、目標圧力Ｐｍａｘ以上になってからは、モータ２の回転を停止して、圧力Ｐが目標圧力Ｐｍａｘを予め設定された所定値以上下回ったとき、モータ２を起動し、圧力Ｐを目標圧力Ｐｍａｘと前記所定値との間の圧力値に保つ運転を維持する。
ちなみに、予め設定された所定時間以上経過しても、圧力Ｐが目標圧力Ｐｍａｘを予め設定された所定値以上下回らない場合は、または、圧力Ｐが目標圧力Ｐｍａｘを超える運転停止圧力に達したときは、モータ２を停止し、ステップＳ１０に戻る（図６では、ステップＳ１５からステップＳ１０へ戻る制御の流れは、省略してある）。

ステップＳ１９では、前記図５で説明したモータ回転速度Ｎｍとポンプ運転電流値Ｉｍの監視機能により記憶されている時系列のモータ回転速度Ｎｍとポンプ運転電流値Ｉｍをチェックし、モータ回転速度Ｎｍが減少時、ポンプ運転電流値Ｉｍが増加しているか否かをチェックする。モータ回転速度Ｎｍが減少時、ポンプ運転電流値Ｉｍが増加している場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ２０へ進み、そうでない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ１６へ戻る。

ステップＳ２０では、圧力Ｐに応じてモータ回転速度Ｎｍを制御する（Ｎｍ≦Ｎ_Lim）。そして、結合子（Ａ）に従って、ステップＳ２１へ進む。ステップＳ２１では、前記図５で説明したモータ回転速度Ｎｍと圧力Ｐの監視機能により記憶されている時系列のモータ回転速度Ｎｍと圧力Ｐをチェックし、モータ回転速度Ｎｍが増加時、圧力Ｐが上昇しているか否かをチェックする。モータ回転速度Ｎｍが増加時、圧力Ｐが上昇している場合（Ｙｅｓ）は、結合子（Ｂ）に従って、ステップＳ１６へ戻り、そうでない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２２へ進む。

ステップＳ２２では、キャビテーションが発生していると判定して、キャビテーションを回避するためにモータ回転速度を減少動作する回数をカウントとするカウンタを０にリセットする（ｎ＝０）。ステップＳ２３では、モータ回転速度Ｎｍを所定量ΔＮ_m0減少して維持し、カウンタを１カウントアップする（ステップＳ２４：「ｎ＝ｎ＋１」）。
ステップＳ２５では、前記図５で説明したモータ回転速度Ｎｍと圧力Ｐの監視機能により記憶されている時系列のモータ回転速度Ｎｍと圧力Ｐをチェックし、モータ回転速度Ｎｍが減少時、圧力Ｐが上昇しているか否かをチェックする。モータ回転速度Ｎｍが減少時、圧力Ｐが上昇している場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ２６へ進み、そうでない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ２７へ進む。
ステップＳ２７では、キャビテーション速度Ｎ_CRをそのときのモータ回転速度Ｎｍとする（Ｎ_CR＝Ｎｍ）。そして、ΔＮ_m1＝ΔＮ_m1×０．７５とする（ステップＳ２８）。ここで、ΔＮ_m1に乗じている定数は、例示の値であり、１より小さい正値を適宜設定するものである。

ステップＳ２９では、モータ回転速度Ｎｍを所定量ΔＮ_m1増加して維持し、次いで、ステップＳ３０では、前記図５で説明したモータ回転速度Ｎｍと圧力Ｐの監視機能により記憶されている時系列のモータ回転速度Ｎｍと圧力Ｐをチェックし、モータ回転速度Ｎｍが増加時、圧力Ｐが上昇しているか否かをチェックする。モータ回転速度Ｎｍが増加時、圧力Ｐが上昇している場合（Ｙｅｓ）は、ステップＳ３１へ進み、そうでない場合（Ｎｏ）は、結合子（Ｅ）に従って、ステップＳ３５へ進む。

ステップＳ３１では、キャビテーション速度Ｎ_CRをそのときのモータ回転速度Ｎｍとする（Ｎ_CR＝Ｎｍ）。そして、ステップＳ３２では、ΔＮ_m1がΔＮ_min以下か否かをチェックする（「ΔＮ_m1≦ΔＮ_min？」）。ΔＮ_m1がΔＮ_min以下の場合（Ｙｅｓ）は、結合子（Ｃ）に従って、ステップＳ３４へ進み、そうでない場合は、ステップＳ３３へ進む。
ステップＳ３３では、ΔＮ_m1＝ΔＮ_m1×０．７５として、ステップＳ２９へ戻る。
ステップＳ３２がＹｅｓでステップＳ３４へ進むと、Ｎ_CRをキャビテーション速度として、不揮発メモリに、前記した制御部３５のクロック部の出力する日時データとともに、記憶させ、登録する（「Ｎ_CRをキャビテーション速度として、日時データとともに、登録」）。その後、結合子（Ｆ）に従って、ステップＳ１３に戻る。

ステップＳ３０において、Ｎｏで結合子（Ｅ）に従って、ステップＳ３５に進んだ場合、ΔＮ_m1＝ΔＮ_m1×０．７５とし、モータ回転速度Ｎｍを所定量ΔＮ_m1減少して維持する（ステップＳ３６）。次いで、ステップＳ３７では、前記図５で説明したモータ回転速度Ｎｍと圧力Ｐの監視機能により記憶されている時系列のモータ回転速度Ｎｍと圧力Ｐをチェックし、モータ回転速度Ｎｍが減少時、圧力Ｐが低下しているか否かをチェックする。モータ回転速度Ｎｍが減少時、圧力Ｐが低下している場合（Ｙｅｓ）は、結合子（Ｄ）に従って、ステップＳ３１へ進み、そうでない場合（Ｎｏ）は、ステップＳ３５へ戻り、ステップＳ３５〜Ｓ３７を繰り返す。

ステップＳ２６において、Ｙｅｓで、結合子（Ｇ）に従って、ステップＳ３８へ進んだ場合は、警報表示、例えば、「ポンプ異常」のメッセージを表示部４ａに表示させて、モータ２を停止（ステップＳ３９）し、一連の処理を停止する。

以上のフローチャートにおいて、ステップＳ１９は、キャビテーションの発生の第１段階のチェック判定であり、キャビテーションの発生の第１段階のチェック判定において、キャビテーション発生の可能性ありと判定されたとき、ステップＳ２０，Ｓ２１へと進み、モータ回転速度Ｎｍが増加時、圧力Ｐが上昇していないことを確認して、キャビテーションの発生を確定する。
そして、ステップＳ２２〜Ｓ３７では、キャビテーション速度Ｎ_CRをより精度良く検出するため、モータ回転速度Ｎｍの増減量ΔＮ_m1を徐々に小さく絞りながら、キャビテーション速度Ｎ_CRを検出し、増減量ΔＮ_m1がΔＮ_minより小さくなったときに、ステップＳ３４でキャビテーション速度Ｎ_CRを登録する。このようにすることで、キャビテーション発生確認時に、比較的大きなモータ回転速度の減少量ΔＮ_m0を設定して、キャビテーションをしないモータ回転速度まで、比較的小さいカウンタの最大値ｎ_maxで減少させても、より精度の良いキャビテーション速度Ｎ_CRを効率的に検出することができる。
ちなみに、フローチャートにおけるステップＳ３４は，特許請求の範囲に記載の「キャビテーション速度記憶手段」に対応する。

次に、図９、図１０を参照しながら、本実施形態のポンプ装置１００における作用を説明する。図９は、本実施形態におけるキャビテーション発生がない場合の、ポンプ装置のモータ回転速度Ｎｍ、ポンプ運転電流値Ｉｍ、吐出水量、圧力Ｐポンプ運転状態を示す曲線の時間推移を説明する図である。図１０は、本実施形態におけるキャビテーション発生がした場合の、ポンプ装置のモータ回転速度Ｎｍ、ポンプ運転電流値Ｉｍ、吐出水量、圧力Ｐポンプ運転状態を示す曲線の時間推移を説明する図である。
運転待機状態から、時点Ｔ１で水栓を開き、水を使い始めると、圧力タンク１に蓄水された水は曲線Ｘ３に示す吐出水量のように流出し、ポンプ装置１００に設けられた圧力センサ５の検出する圧力Ｐが、曲線Ｘ４のように徐々に低下する。この結果、ポンプ装置１００のＯＮ／ＯＦＦの運転状態（図中、「ポンプの運転状態」と表示）を示すチャートＸ５に示すように、運転開始圧力に到達した時点Ｔ２でポンプの運転を開始する。吐出し水量は水栓の開度に相当し、また、圧力センサ５の検出する圧力Ｐと吐出水量は、ほぼ反比例となる。

圧力センサ５により検出された圧力Ｐに応じ曲線Ｘ１に示すようにモータ回転速度Ｎｍは増減し、かつ、曲線Ｘ２で示すポンプ運転電流値Ｉｍも同時に増減する。モータ回転速度Ｎｍとポンプ運転電流値Ｉｍは、ほぼ比例の関係となる。
従って、時点Ｔ３から時点Ｔ５に示すように吐出し水量の増減に応じそれぞれが連動して増減、または、時点Ｔ５から時点Ｔ６に示すように一定を保つ動作をする。
例えば、ポンプ装置１００の利用者が、時点Ｔ６から水栓を閉じ水量を減じて行き、時点Ｔ７で水の使用を終了すると、時点Ｔ８で圧力Ｐはポンプ装置１００の運転停止圧力に到達し、モータ回転速度Ｎｍは０ｒｐｍとなり、ポンプ装置１００は停止する。すなわち、キャビテーションの発生がなければ吐出水量の増減に応じてそれぞれが正規の比例、反比例の動作をすることとなる。

次に、キャビテーションが発生した場合の動作について図１０を用いて説明する。
運転待機状態から、時点Ｔ４まではキャビテーションが発生していない場合と同じく、吐出水量の増減に応じてモータ回転速度Ｎｍとポンプ運転電流値Ｉｍは、正常なほぼ比例の推移を示し、圧力センサ５の検出する圧力Ｐと吐出水量は、ほぼ反比例の推移を示す。しかし、時点Ｔ５においてモータ回転速度Ｎｍは、時点Ｔ４と同一回転速度を保っているが、ポンプ運転電流値Ｉｍ、吐出水量、圧力Ｐは、キャビテーションの発生により負荷が低下する為それぞれ減じている。そして、モータ回転速度Ｎｍとポンプ運転電流値Ｉｍの関係が比例関係にないことを判定し、時点Ｔ５’にてモータ回転速度Ｎｍを減じる制御を開始する。すると、キャビテーション発生は抑制され、適正な負荷が加わり、時点Ｔ６ではポンプ運転電流値Ｉｍ、吐出し水量、圧力Ｐは増加してくる。従って、ポンプ運転電流値Ｉｍの変化と、圧力Ｐの変化をモータ回転速度とともに時系列的に検知して、組合せることにより、時点Ｔ４から時点Ｔ６の動作のごとくキャビテーション発生の判定と、キャビテーションの発生を抑制する運転が精度良く確実に実現される。
時点Ｔ７から時点Ｔ９の動作はキャビテーションの発生がない場合と同一である。

以上の本実施形態によれば、キャビテーション発生による極端な揚水量低下を防ぐことができ、さらには、水源や、据付け状態に影響されず、ポンプ性能向上が可能となる。
また、大掛りな付帯設備や、リレーにより一時的にポンプ装置を停止させる必要はなく、安価で高信頼性、かつ、高性能なポンプ装置を提供する事ができる。
また、キャビテーション発生の判定後に、モータ回転速度Ｎｍを増減させて、キャビテーション速度Ｎ_CRをより正確に検出して、自動的に登録設定するので、例えば、井戸水の水位が低下する季節には、モータ回転速度Ｎｍを自動的にキャビテーション速度Ｎ_CR以下に抑制でき、羽根車１６の壊食による性能劣化を抑制することができる。

１ 圧力タンク
２ モータ
３ 制御基板
４ 操作基板
４ａ 表示部
４ｂ 操作部
５ 圧力センサ（圧力検知手段）
１５ ポンプ（ポンプ部）
１６ 羽根車
１７ａ 吸込み口
１７ｂ 吐出口
１８ ケーシングカバー
１９ 気水分離室
１９ａ 分離板
２０ 吸込み室
２１ 逆止弁
２２ 継手
２３ 水給水用栓
２４ 吐出配管
２５ 吸込み配管
２７ 配管
３２ 電流検出回路
３３ ホールＩＣ
３５ 制御部（制御手段、キャビテーション速度記憶手段）
３６ マイクロコンピュータ
３７ 駆動回路
３８ 電流センサ（電流検出手段）
１００ ポンプ装置

Claims (5)

1. モータの回転軸がケーシング内に設けられた羽根車を回転させてポンプ作用を行うポンプ部と、前記モータの回転速度を制御する制御手段と、前記ポンプ部、または、前記ポンプ部から水栓までの任意の位置の圧力を検出する圧力検知手段と、前記モータの運転電流を検出する電流検出手段と、前記ポンプ部で加圧した水を蓄水する圧力タンクを備えたポンプ装置において、
   前記制御手段は、前記電流検出手段で検出した運転電流値と前記圧力検知手段で検出した圧力値から、揚水時に発生するキャビテーションを検知し、モータを制御することを特徴とするポンプ装置。
2. 前記制御手段は、前記電流検出手段で検出する運転電流値と、前記圧力検知手段で検出する圧力値から、揚水時に発生するキャビテーションを検知することにより、前記モータの回転速度を変速させる制御をすることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
3. 前記制御手段は、前記電流検出手段で検出する運転電流値と、前記圧力検知手段で検出する圧力値から、揚水時に発生するキャビテーションを検知し、前記モータの回転速度を変速させることによりキャビテーション発生による極端な揚水量低減を防ぐことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプ装置。
4. 前記制御手段は、操作者が設定した所定期間、前記ポンプがキャビテーションを起こさない上限の前記モータの回転速度として、キャビテーション速度とその登録日時を記憶させるキャビテーション速度記憶手段を有し、
   前記制御手段は、
   前記キャビテーションを検知した場合、前記モータの回転速度を予め決められた回転速度だけ減少させて、前記圧力の低下をする回転速度を検出し、それをキャビテーション速度として、その日時ともに前記キャビテーション速度記憶手段に登録させ、
   その後の前記ポンプの運転開始時に、前記操作者が設定した所定期間内のキャビテーション速度が、前記キャビテーション速度記憶手段に登録されている場合、その登録された前記キャビテーション速度を、モータの運転上限値として使用し運転することを特徴とする請求項３に記載のポンプ装置。
5. 前記キャビテーションを検知した場合、前記モータの回転速度を予め決められた回転速度だけ減少させて、前記圧力の低下をする回転速度を検出し、さらに、その後、その前後で前記モータの回転速度を増減させて、前記キャビテーション速度を検出することを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。

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