JP4706437B2

JP4706437B2 - ポンプ及びこれを用いた液体供給装置

Info

Publication number: JP4706437B2
Application number: JP2005311979A
Authority: JP
Inventors: 英稔植田; 敏輔酒井
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2011-06-22
Anticipated expiration: 2025-10-26
Also published as: JP2007120367A

Description

本発明は、液体給送用のポンプ及びこれを用いた液体供給装置に関するものである。

発熱部材の冷却用水を給送するためのポンプで、発熱部材の発熱量に応じて冷却用水の流量を増減させて発熱部材の温度を所定値以下に抑える場合、ポンプの駆動用モータへの印加電圧をＰＷＭ制御することでモータ回転数を変化させて対応している。（例えば、特許文献１参照）
しかし、ＰＷＭ制御のための制御回路から出力される出力信号に応じてスイッチング素子のオンオフのデューティ比を変更することで見かけの印加電圧を変更する場合、流量が増大するにつれて流路抵抗等の負荷が増大することから、高流量域では流量が伸びず、低流量域では流量制御の精度が粗くなり、目標とする流量を正確に得ることは困難である。流量によるフィードバックをかけたとしても、低流量域での流量制御精度を高くすることは難しい。

制御回路から出力される出力信号に対してモータに印加する電源電圧を二次曲線的に変化させれば、ポンプ流量を直線的に変化させることができるが、この場合、回路構成が複雑になる上に、きれいな二次曲線を得ることが困難であるために、制御精度という点ではさほど向上しない。
特開２００４−２１３９４５号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、高い流量制御精度を簡便に得ることができるポンプ及びこれを用いた液体供給装置を提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明に係るポンプは、モータによる羽根車の回転で液体を吐出させるものにおいて、モータ回転数を制御する制御回路と、制御回路の出力信号に対して電源電圧を直線的に変化させる電源電圧変更回路と、制御回路の出力信号に対してスイッチングデューティ比を直線的に変化させるＰＷＭ回路と、ＰＷＭ回路による出力比で上記電源電圧をスイッチングしてモータに印加する駆動回路とを備えていることに特徴を有している。電源電圧及びスイッチングデューティ比はいずれも直線的に変化させるものであるが、モータ印加電圧は二次曲線的に変化するために、ポンプ流量は直線的に変化させることができる。

この時、電源電圧変更回路は出力信号の変化に対する電源電圧の変化率を途中で変化させるものであってもよい。低流量域、もしくは高流量域での細かい流量制御を行うことができる。

ＰＷＭ回路は出力信号に対するスイッチングデューティ比の変化率を途中で変化させるものであってもよい。この場合も低流量域、もしくは高流量域での細かい流量制御を行うことができる。

そして本発明に係る液体供給装置は、上記のポンプを液体給送用として備えていることに特徴を有している。

本発明によれば、モータ印加電圧を二次曲線的に変化させてポンプ流量を直線的に変化させるものでありながら、実際には電源電圧及びスイッチングデューティ比を直線的に変化させるだけであるために、簡単な回路構成で済むものであり、しかも制御精度も高くとることができる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明すると、図２に示すポンプ１は、吸い込み口１２及び吐出口１３を備えたポンプケース１１内のポンプ室１５に配されている羽根車１４をモータ１０で駆動することで、吸い込み口１２から吸い込んだ液体を吐出口１３から吐出するものであり、該ポンプ１は流量制御を担う制御回路２からの出力に応じて吐出流量を変更する。

上記制御回路２と上記モータ１０との間には、電源電圧変更回路２１とＰＷＭ回路２２と駆動回路２３とが接続されている。電源電圧変更回路２１は、制御回路２から出力される出力信号（ａ〜ｅ）に応じてモータ駆動用電源２０の出力電圧を増減するもので、例えばトランジスタによるチョッパ回路やＰＡＭ制御回路などで構成されている。

ＰＷＭ回路２２は上記出力信号に従ってデューティ比を変化させたＰＷＭ信号を発生する回路であり、駆動回路２３は電源電圧変更回路２１の出力電圧をＰＷＭ回路２２のデューティ比に従ってオンオフするスイッチング回路である。

ここにおいて、ポンプ１から吐出される液体の吐出流量はモータ１０の回転数に比例するために、モータ１０の回転数を直線的に増加させてやればポンプ１からの吐出流量も直線的に増えていくが、吐出される液体を流す配管の配管抵抗は流量の増加に対して二次曲線的に増加するために、増加する流量に対して吐出揚程を二次曲線的に増加させる必要がある。

一方、ポンプ１の仕事量Ｗｐは
Ｗｐ＝揚程（Ｎ／ｍ²）×流量（ｍ³／ｓ）
で示されるとともに、揚程はモータ回転数の２乗に比例し、流量はモータ回転数に比例するために、
Ｗｐ∝モータ回転数の３乗
となる。

またモータ１０の仕事量Ｗｍは
Ｗｍ＝モータトルク（Ｎ・ｍ）×モータ回転数（ｒａｄ／ｓ）
で示され、モータ１０の仕事量Ｗｍがポンプ部に伝えられてポンプ１の仕事量Ｗｐとなるために、Ｗｍ∝Ｗｐであるから、
モータトルク（Ｎ・ｍ）×モータ回転数（ｒａｄ／ｓ）∝モータ回転数の３乗
であり、
モータトルク（Ｎ・ｍ）∝モータ回転数の２乗
となることから、ポンプ１の流量が直線的に増加すると、必要とされるモータ出力トルク（モータ負荷曲線Ｍｆ：図３(a)参照）は二次曲線的に増加する。

これに対して、前記電源電圧変更回路２１は出力信号（ａ〜ｅ）に対して図１(a)に示すように直線的に出力電圧を変更し、ＰＷＭ回路２２は出力信号（ａ〜ｅ）に対して図１(b)に示すように直線的にデューティ比を変更するが、電源電圧変更回路２１の出力電圧をＰＷＭ回路２２から出力されたデューティ比でオンオフする駆動回路２３から出力されてモータ１０に印加される電圧は、図１(c)に示すように出力信号（ａ〜ｅ）に対して二次曲線的に増加するものになる。

また、上記印加電圧が加えられるモータ１０は、出力信号ａの時のモータ出力トルクをＭｔａ、出力信号ｂの時のモータ出力トルクをＭｔｂ、出力信号ｃの時のモータ出力トルクをＭｔｃ、駆動振動ｄの時のモータ出力トルクをＭｔｄ、出力信号ｅの時のモータ出力トルクをＭｔｅとすると、これらはモータ回転数に対して図３(a)に示す曲線を描くものとなるとともに、上記モータ負荷曲線Ｍｆとの交点示される回転数と出力トルクでモータ１０が動作することになる。この時、出力信号ａ〜ｅに対してモータ１０はその回転数を直線的に変化させるのに対して、モータ出力トルクはモータ負荷曲線Ｍｆに応じた二次曲線的な変化となるために、回転数に応じて変化するポンプ流量は図３(b)に示すように出力信号に対して直線的に変化するものとなる。

しかも、制御回路２からの出力信号に対して電源電圧変更回路２１及びＰＷＭ回路２２はいずれも直線的な変化を行うだけであるために、回路構成が簡単で済むものである。

図４及び図５に他例を示す。これは出力信号がｄ以下である時とｄを越える時とで電源電圧変更回路２１及びＰＷＭ回路２２における増加率（直線の傾き）を変えたものを示しており、ｄ以下である時の傾きを小さく、ｄを越えた時の傾きを大きくした図示例のものでは、モータ印加電圧は図４(c)に示すように変化することから、図５に示すように低流量域でのポンプ流量制御を細かく高精度で行うことができるものとなる。

逆に図６及び図７に示すように、出力信号がａ以下である時の電源電圧変更回路２１及びＰＷＭ回路２２の傾きを大きく、ａを越える時の傾きを小さくすれば、高流量域でのポンプ流量制御を細かく高精度で行うことができるものとなる。

なお、図４〜図７に示すものにおいては、電源電圧変更回路２１及びＰＷＭ回路２２の両方の傾きを途中で変化させているが、いずれか一方の傾きのみを途中で変化させるものであってもよい。

図８は上記ポンプ１を備えた冷却システムを示しており、図中３は基板３０上に実装された発熱部品、４は放熱器、５は冷却用水のリザーブタンクである。リザーブタンク５内の冷却用水はポンプ１によって送り出されて冷却器３１において発熱部品３を冷却し、放熱器４において放熱した後、リザーブタンク５に戻る。この時、制御回路２は発熱部品２の発熱量に応じた出力信号を出力することでポンプ流量を変化させて発熱部品２の温度を所定値以下に保つ。

(a)(b)(c)は本発明の実施の形態の一例における動作説明図である。同上のブロック回路図である。 (a)(b)は同上の動作説明図である。 (a)(b)(c)は他例の動作説明図である。 (a)(b)は同上の他の動作説明図である。 (a)(b)(c)は更に他例の動作説明図である。 (a)(b)は同上の他の動作説明図である。同上のポンプを備えた冷却システムの一例の配管図である。

符号の説明

１ポンプ
２制御回路
１０モータ
２１電源電圧変更回路
２２ＰＷＭ回路
２３駆動回路

Claims

モータによる羽根車の回転で液体を吐出させるポンプであって、モータ回転数を制御する制御回路と、制御回路の出力信号に対して電源電圧を直線的に変化させる電源電圧変更回路と、制御回路の出力信号に対してスイッチングデューティ比を直線的に変化させるＰＷＭ回路と、ＰＷＭ回路によるデューティ比で上記電源電圧をスイッチングしてモータに印加する駆動回路とを備えていることを特徴とするポンプ。
電源電圧変更回路は出力信号の変化に対する電源電圧の変化率を途中で変化させるものであることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
ＰＷＭ回路は出力信号に対するスイッチングデューティ比の変化率を途中で変化させるものであることを特徴とする請求項１または２記載のポンプ。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のポンプを液体給送用として備えていることを特徴とする液体供給装置。