JP2013256926A

JP2013256926A - 排水ポンプ

Info

Publication number: JP2013256926A
Application number: JP2012134950A
Authority: JP
Inventors: Yasuaki Onodera; 康明小野寺; Seiichi Nakano; 誠一中野; Shogo Hamada; 正吾濱田
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2012-06-14
Filing date: 2012-06-14
Publication date: 2013-12-26
Also published as: CN103511292A

Abstract

【課題】排水ポンプ内に異物が吸い込まれたとき、モータを停止または逆回転することにより異物を容易に且つ確実に排出することができるようにした排水ポンプおよび該排水ポンプの制御方法を提供する。
【解決手段】ロータが２ｉ極マグネットで、ステータが３相コイルで構成される３相ＤＣモータ、該ＤＣモータを駆動制御するモータドライバー、３相ＤＣモータの駆動状態を検出する検出機構を少なくとも備え、検出機構が異物の挟み込みによるモータの拘束状態を検出したとき、モータを一定時間停止または逆回転させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、排水ポンプ、特に、空気調和機のドレンを機外に排水するのに適した排水ポンプおよび該排水ポンプの制御方法を実施することができる排水ポンプに関する。

従来、空気調和機においては、特許文献１および２にそれぞれ開示されるＡＣ排水ポンプやＤＣ排水ポンプのような排水ポンプ（以下、「ドレンポンプ」ともいう。）を用いて空気調和機の熱交換器表面などで結露するドレン水を機外に排水している。

図１（ａ）に典型的な従来のＡＣドレンポンプの部分断面図が示される。ＡＣドレンポンプ１は、ポンプ部２と該ポンプ部２のインペラ１０を駆動するモータ部（不図示）とからなる。モータ部は、ＡＣまたはＤＣモータを備える。ポンプ部２は、シャフト１２を介してモータ部の回転軸１４（ロータ）に連結されるインペラ１０、その内部に同心状にインペラ１０が配設されるポンプケース３、およびポンプケース３の上部を覆う蓋７を備えている。ポンプ部２には、ポンプ部２の下方に配置されるドレンパン（不図示）に溜まるドレン水２０を吸引する吸込み口４およびポンプ部２の水平方向にドレン水２０を機外に吐出する吐出し口５が設けられている。したがって、ドレン水２０は、図１（ａ）において矢印Ａで示されるように、インペラ１０を挟んでポンプ部２の下方から上方へ流れる。

特開２００２−５０８３号公報特開２０１２−２６３９８号公報

ところで、ＡＣドレンポンプ１のポンプ部２においては、例えば、図１（ｂ）に示されるように、インペラ１０とポンプケース３との間に隙間流路６が形成される。該隙間流路６を形成するインペラ１０とポンプケース３それぞれの流路面３ａ、１０ａには、設計上の必要性で設けられる凹凸部や、設計上は意図しない微少な突起が存在する。このような突起３ｂ、１０ｂの存在により、ドレンポンプ１が吸引するドレン水２０の中にごみなどの異物３０が混入していると、図１（ｂ）に示されるように、異物３０が突起３ｂと１０ｂとの間に挟み込まれる恐れがある。このように流路面３ａおよび１０ａそれぞれに形成される突起３ｂおよび１０ｂの間に異物３０が挟み込まれると、ドレンポンプ１では、異物３０を排出することができなくなる恐れがあった。すなわち、従来、ドレンポンプ１では、異物３０の挟み込みを認識するように構成されていなかったので、ドレンポンプ１は、モータの出力限界の回転力（トルク）まで回転し、異物３０を保持した状態を維持し続けていた。結果として、ドレンポンプ１を構成するモータは、拘束状態となり、ドレン水２０の排出が不可能となる状態を招き、延いては、空気調和機が作動しなくなったり、室内機から水漏れが発生したりするなどの不具合が生じる恐れがあった。

本発明の目的は、このような問題点に鑑み、排水ポンプ内に異物が吸い込まれたとき、モータの駆動状態からこれを感知し、次に、モータを停止または逆回転することにより異物を容易に且つ確実に排出することができるように構成される排水ポンプおよび該排水ポンプの制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る排水ポンプは、ロータが２ｉ極マグネットで、ステータが３相コイルで構成される３相ＤＣモータ、該ＤＣモータを駆動制御するモータドライバー、３相ＤＣモータの駆動状態を検出する検出機構を少なくとも備え、検出機構が異物の挟み込みによるモータの拘束状態を検出したとき、モータを一定時間停止または逆回転させることを特徴とする。

本発明に係る排水ポンプのモータの駆動状態を検出する検出機構は、通常運転中、通電されないコイルの出力端子と共通中点端子との間の誘起電圧が検出されないときにモータの拘束状態が検出されたと判断するように構成されていることが好ましい。

本発明に係る排水ポンプのモータの駆動状態を検出する検出機構は、また、ホールＩＣを備え、前記検出機構は、通常運転中、前記ホールＩＣが回転する前記ロータの磁力を検出しないときモータの拘束状態が検出されたと判断するようにしてもよい。

本発明に係る排水ポンプのモータの駆動状態を検出する検出機構は、さらに、３相ＤＣモータの前記ロータにはマーキングが施されるとともに、フォトカプラを備え、該検出装置は、通常運転中、フォトカプラが回転するロータのマーキングを検出しないときモータの拘束状態が検出されたと判断するようにしてもよいし、あるいは、検出機構は、感熱素子を備え、該検出機構は、通常運転中、前記感熱素子が前記３相ＤＣモータのコイルまたは前記モータドライバーの発熱を検出したときモータの拘束状態が検出されたと判断するようにしてもよい。

本発明に係る排水ポンプのモータの駆動状態を検出する検出機構は、また、前記モータの拘束状態を検出した回数が規定回数を越えたときモータ拘束保護信号を出力し、前記ＤＣモータを一定時間停止または逆回転させるように構成することが好ましい。

また、上記目的を達成するため、本発明に係る排水ポンプの制御方法は、ロータが２ｉ極マグネットで、ステータが３相コイルで構成される３相ＤＣモータ、該ＤＣモータを駆動制御するモータドライバー、前記ＤＣモータの駆動状態を検出する検出機構を少なくとも備える排水ポンプにおいて、前記検出機構が異物の挟み込みによるモータの拘束状態を検出したとき、モータを一定時間停止または逆回転させることを特徴とする。

本発明に係る排水ポンプは、上述のような構成を備えることで、簡単な構造にもかかわらず、排水ポンプ内に異物が吸い込まれたとき、モータの駆動状態から排水ポンプの異常を感知し、モータを一定時間の間停止させまたは逆回転させることにより、異物を容易に且つ確実に排出することができるという格別の作用効果を奏するものである。

誘起電圧を検出する場合、検出素子を特に必要としないので製造コストが抑えられる。また、その他の検出素子を備える場合においても、ホールＩＣ、フォトカプラまたは感熱素子などの検出素子を備えることで、接触式などの機械的な検出手段と比べて構成部品が少なくて済み、安価で故障し難い。また、この場合においても、モータの駆動状態をより容易に且つより確実に感知することができる。

従来のドレンポンプの揚水時における異物の挟み込みを説明するための図であり、（ａ）は、揚水時におけるドレンポンプの部分断面図であり、（ｂ）は、異物が挟み込まれた状態を示す要部断面図である。本発明に係るドレンポンプにおいて、異物の排出を説明するための図であり、（ａ）は、停止または逆回転時におけるドレンポンプの部分断面図であり、（ｂ）は、ドレンポンプ停止時における、ドレン水の重力による流れで異物が挟み込まれた状態から緩み、該異物が排出される状態示す要部拡大断面図、（ｃ）は、ドレンポンプを若干逆回転させることで異物が排出される状態を示す要部拡大断面図である。モータの拘束を誘起電圧により検知する方法を示す回路図である。モータの拘束をホールＩＣにより検知する方法を示す回路図である。モータの拘束を感知し、モータを停止または逆回転させるドレンポンプの制御方法を示すフローチャート図である。

以下、図１ないし５を用いて、異物を挟み込んだドレンポンプにおいて、該異物を容易に排出することを可能とし得る本発明に係るドレンポンプの制御方法について詳細に説明する。

本発明においても、ドレンポンプ１は、図１に示されるように、従来のドレンポンプと同様に、モータ部（不図示）とポンプ部２を備え、空気調和機などのドレンパンに溜まったドレン水を汲み上げ、機外に排除する。ポンプ部２は、ポンプケース３、吸込み口４、吐出し口５、羽根１１やシャフト部１２を有するインペラ１０、および蓋７を備えている。ポンプ部２には、また、インペラ１０とポンプケース３との間に隙間流路６が形成されている。

図２（ａ）〜（ｃ）には、本発明に係る異物の排出原理が示されている。図２（ａ）は、ドレンポンプが停止したときのドレンポンプの概略部分断面図である。図２（ｂ）は、ドレンポンプ１が停止したときの状態を示し、図２（ｃ）は、ドレンポンプ１が若干逆回転したときの状態を示す。図２（ｂ）に示されるように、ドレンポンプ１が停止すると、異物３０は、揚水時（図１（ａ）において、矢印Ａで示される方向）とは逆方向のドレン水２０の重力による流れＢにより、ドレン水２０は、吐出し口５から吸込み口４へ向けて流れる。それにより、異物３０の挟み込みが緩み、結果として、異物３０は、ドレン水２０の逆流Ｂに伴って、突起３ｂおよび１０ｂの間から外れ、間隙流路６内を浮遊するかまたはドレンパン内に排出される。さらに、図２（ｃ）に示されるように、ドレンポンプ１を若干逆回転させることで異物３０を挟み込んでいる突起３ｂおよび１０ｂの間隔が離れることで、異物３０は、より確実に間隙流路６内を浮遊するかまたはドレンパン内に排出される。

間隙流路６内を浮遊しているかまたはドレンパン内に戻された異物３０は、再度揚水時に、間隙流路６などに挟み込まれることなく機外に排出され得る。さらに、異物３０が一度で機外に排出し得ないときは、何度かこれを繰り返すことで、異物３０は、かなりの高い確率で排出され得る。なお、ドレンポンプ１を逆回転で運転させることによっても、ドレン水２０の揚水が可能であることから、ドレンポンプ１を若干逆回転させたとき、そのまま連続して逆回転で運転させることで物３０を機外に排出することも可能である。

このように、ドレンポンプ１内に挟み込まれた異物３０が排除されるので、異物３０の挟み込みを検出する検出機構を備え、該検出機構からの信号に応じて、ドレンポンプ１を停止または逆転させることで異物３０が容易に排除し得ることが理解される。異物３０を挟み込んだ場合、上述したように、ドレンポンプ１は、モータの出力限界の回転力（トルク）まで回転し、異物３０を保持した状態を維持し続ける。具体的には、ドレンポンプ１は、そのモータが回転することのない、モータに過度の負荷がかかった状態、すなわち、モータが拘束状態となる。したがって、ドレンポンプ１内に挟み込まれた異物３０を排除するためには、このようなモータの拘束状態を検出することで、ドレンポンプ１を停止または逆転させればよいことが分かる。

本発明では、モータの拘束状態を検出する手段として、図３および４に示されるような方法が見出された。

図３には、センサーレスタイプの３相ＤＣモータにより駆動されるドレンポンプにおいて、本発明に係るモータの拘束状態を検出する一つの実施形態を示す。図３に示されるように、本実施形態に係る３相ＤＣモータは、回転するロータが２極マグネットＭで、ステータは３相コイルＵ、ＶおよびＷで構成されている。本実施形態では、単純化された２極マグネット、３相コイルタイプのもので示されているが、本発明ではこれに限られるものではない。マグネットＭは、２極マグネットが複数対（ｉ対）設けられた２ｉ極マグネット（または「多極マグネット」ともいう。）で構成してもよいし、３相コイルは、相毎にコイル（スロット）を複数設ける（例えば、３相×２スロット＝６スロット、３相×３スロット＝９スロットなど）ようにしてもよい。本実施形態の３相ＤＣモータは、該モータ駆動回路としてのモータドライバーＭＤを介して、Ｕ相→Ｖ相、Ｖ相→Ｗ相、Ｗ相→Ｕ相のように、２つのコイルを通電しながらマグネットＭ（ロータ）の向きを所定方向に切り換えることで、回転力を得る。この場合、通電されない残りのコイル（例えば、Ｕ相→Ｖ相に通電された場合における通電されないＷ相のコイル）の前をマグネットＭの磁極（ＳまたはＮ）が通過することで、コイルそれぞれの出力端子（Ｗ_out、Ｕ_outまたはＶ_out）と共通中点端子（ＣＯＭ）との間に誘起電圧（起磁力）が生じる。すなわち、該誘起電圧が生じることを検出することでマグネットＭ（ロータ）が正常に回転していることが検出されることになる。言い換えれば、モータが拘束状態になるということは、ロータの回転が停止、すなわち拘束されることである。したがって、モータが拘束状態となると、通電されていない残りのコイルの前をマグネットＭ（ロータ）の磁極が通過することができず、それにより誘起電圧が発生せず、該誘起電圧を感知することができなくなる。このように誘起電圧を感知できなくなった状態を検出し、モータの拘束状態が発生したものとして認識する検出機構を備えることで、モータの拘束状態、言い換えれば、モータの駆動状態が異常であることを検出することができる。該モータの拘束状態をより確実に検出する方法として、所定のタイミングで誘起電圧をある回数検出しなかった場合にモータの拘束状態になったと判断することが好ましい。

図４には、センサー（例えば、ホールＩＣ）を備えるタイプの３相ＤＣモータにより駆動されるドレンポンプにおいて、本発明に係るモータの拘束状態を検出する別の実施形態を示す。図４に示されるように、本実施形態に係る３相ＤＣモータには、図３に示される３相ＤＣモータと同様に、回転するロータが２極マグネットＭ１で、ステータは３相コイルＵ、ＶおよびＷで構成されている。本実施形態の３相ＤＣモータも、モータ駆動回路としてのモータドライバーＭＤ１を介して回転制御される構成を備えている。図４に示される３相ＤＣモータにおいては、マグネットＭ１（ロータ）の磁力を感知するホールＩＣ（ＨＵ、ＨＶまたはＨＷ）が設けられている点で相違し、したがって、ＣＯＭとは接続されていなくてもよい。本実施形態では、マグネットＭ１（ロータ）の磁極の離接による起電力の変化を検出する素子であるホールＩＣ（ＨＵ、ＨＶまたはＨＷ）を用いているが、検出素子として、フォトカプラを用い、マグネットＭ１（ロータ）に検知用のマーキングを施すことで、ロータの回転を検出するようにしてもよい。

本発明のモータの拘束状態を検出する方法の実施形態として、図３および４に示されるものを示しているが、該検出方法は、これらに限定されるものではない。例えば、モータの拘束状態が発生すると、モータのロータの回転が拘束され、この状態で、モータのコイルに通電が続けられると、コイルおよびモータドライバーに大電流が流れ、モータが発熱する。この発熱を感熱素子などで感知することでモータの拘束状態を感知するようにしてもよい。

異物を挟み込むことによるドレンポンプのモータの拘束状態を検出し、これを解除するための本発明に係るドレンポンプの制御方法の一実施形態を図５に示されるフローチャート図を用いて説明する。なお、本発明に係るドレンポンプの制御回路は、ドレンポンプを運転、制御するモータ駆動回路としてのモータドライバーに組み込まれているが、必ずしもこれに限られるものではない。

運転信号が入力し、システム（ドレンポンプ）が起動すると、ステップＳ５０１において、モータドライバーＭＤまたはＭＤ１に通電される。モータドライバーＭＤまたはＭＤ１への通電に伴い、ステップＳ５０２において、ドレンポンプのモータ部の３相ＤＣモータ４０または５０が駆動され、安定した運転状態に入る。該３相ＤＣモータ４０または５０が安定して運転されることで、ステップＳ５０３に示されるように、誘起信号やホールＩＣによる信号の検知が可能となる。

ドレンポンプを駆動する３相ＤＣモータ４０または５０は、ステップＳ５０４において、モータ駆動回路としてのモータドライバーＭＤまたはＭＤ１を介して、上述したようにＵ相→Ｖ相、Ｖ相→Ｗ相、Ｗ相→Ｕ相へとコイルの通電が切り替えられる。この通電切換えに応じて、誘起信号やホールＩＣによる信号検知が連続的に実施される。異物などがドレンポンプ中に詰まることがない限り、誘起信号やホールＩＣによる信号が連続的に検知され、通常運転が実行される。そして、ドレンポンプ搭載ユニット（例えば、空気調和機）の電源が停止すると、それと連動して、モータ４０または５０への通電は切断され、ドレンポンプは停止する。

しかしながら、異物３０がドレンポンプ内で挟み込まれると、上述したように、ポンプを駆動するモータ４０または５０のロータ（マグネットＭまたはＭ１）の回転が拘束されることで、誘起信号やホールＩＣによる信号が出力されなくなる。ステップＳ５０７において、予め定められた規定回数だけ信号の検出に失敗すると、モータドライバーＭＤまたはＭＤ１は、モータが拘束状態に入ったと判断する。これにより、モータドライバーＭＤまたはＭＤ１は、ステップ５０８において、モータの拘束状態を解除すべく、モータを保護するためのモータ拘束保護信号を出力する。モータ拘束保護信号が出力されると、モータドライバーＭＤまたはＭＤ１は、モータを一定時間停止または逆回転させる。この場合、モータが依然として拘束状態にあるか否かを検出し、異常がなければ、すなわち、異物３０が取り除かれ、モータの拘束状態が解除されていれば、モータは通常運転に戻る。再び異常が検出されると、モータの拘束保護信号が再度出力され、上述の通り、モータは停止または逆回転させられる。このように、異物３０の除去をより確実にするために、モータを所定時間停止または逆回転させることを繰り返すようにすることが好ましい。

１排水ポンプ（ドレンポンプ）
２ポンプ部
３ポンプケース
１０インペラ
３０異物
４０、５０３相モータ
ＣＯＭ共通中点端子
ＨＵ、ＨＶ、ＨＷホールＩＣ
Ｍマグネット（ロータ）
ＭＤモータドライバー
Ｕ、Ｖ、Ｗ３相コイル（ステータ）

Claims

ロータが２ｉ極マグネットで、ステータが３相コイルで構成される３相ＤＣモータ、該ＤＣモータを駆動制御するモータドライバー、前記ＤＣモータの駆動状態を検出する検出機構を少なくとも備え、前記検出機構が異物の挟み込みによる前記ＤＣモータの拘束状態を検出したとき、前記ＤＣモータを一定時間停止または逆回転させることを特徴とする排水ポンプ。
前記モータの駆動状態を検出する検出機構は、通常運転中、通電されないコイルの出力端子と共通中点端子との間の誘起電圧が検出されないときにモータの拘束状態が検出されたと判断することを特徴とする請求項１に記載の排水ポンプ。
前記検出機構は、ホールＩＣを備え、前記検出機構が前記モータの駆動状態を検出する検出機構は、通常運転中、前記ホールＩＣが回転する前記ロータの磁力を検出しないときモータの拘束状態が検出されたと判断することを特徴とする請求項１に記載の排水ポンプ。
前記３相ＤＣモータの前記ロータにはマーキングが施されるとともに、前記検出機構は、フォトカプラを備え、該検出機構は、通常運転中、前記フォトカプラが回転する前記ロータの前記マーキングを検出しないときモータの拘束状態が検出されたと判断することを特徴とする請求項１に記載の排水ポンプ。
前記検出機構は、感熱素子を備え、該検出機構は、通常運転中、前記感熱素子が前記３相ＤＣモータのコイルまたは前記モータドライバーの発熱を検出したときモータの拘束状態が検出されたと判断することを特徴とする請求項１に記載の排水ポンプ。
前記検出機構は、前記モータの拘束状態を検出した回数が規定回数を越えたときモータ拘束保護信号を出力し、前記ＤＣモータを一定時間停止または逆回転させることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の排水ポンプ。
ロータが２ｉ極マグネットで、ステータが３相コイルで構成される３相ＤＣモータ、該ＤＣモータを駆動制御するモータドライバー、前記ＤＣモータの駆動状態を検出する検出機構を少なくとも備える排水ポンプにおいて、前記検出機構が異物の挟み込みによるモータの拘束状態を検出したとき、モータを一定時間停止または逆回転させることを特徴とする排水ポンプの制御方法。
前記検出機構は、通常運転中、通電されないコイルの出力端子と共通中点端子との間の誘起電圧が検出されないときにモータの拘束状態が検出されたと判断することを特徴とする請求項７に記載の排水ポンプの制御方法。
前記検出機構は、ホールＩＣを備え、該検出機構は、通常運転中、前記ホールＩＣが回転する前記ロータの磁力を検出しないときモータの拘束状態が検出されたと判断することを特徴とする請求項７に記載の排水ポンプの制御方法。
前記検出機構は、ホールＩＣを備え、該検出機構は、通常運転中、前記ホールＩＣが回転する前記ロータの磁力を検出しないときモータの拘束状態が検出されたと判断することを特徴とする請求項７に記載の排水ポンプの制御方法。
前記３相ＤＣモータの前記ロータにはマーキングが施されるとともに、前記検出機構は、フォトカプラを備え、該検出装置は、通常運転中、前記フォトカプラが回転する前記ロータの前記マーキングを検出しないときモータの拘束状態が検出されたと判断することを特徴とする請求項７に記載の排水ポンプの制御方法。
前記検出機構は、前記モータの拘束状態を検出した回数が規定回数を越えたときモータ拘束保護信号を出力し、前記ＤＣモータを一定時間停止または逆回転させることを特徴とする請求項７〜１１のいずれかに記載の排水ポンプの制御方法。