JP5171429B2

JP5171429B2 - 電動ポンプの自動運転装置

Info

Publication number: JP5171429B2
Application number: JP2008165901A
Authority: JP
Inventors: 正彦福田; 静夫田中
Original assignee: Tsurumi Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Tsurumi Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-06-25
Filing date: 2008-06-25
Publication date: 2013-03-27
Anticipated expiration: 2028-06-25
Also published as: JP2010007515A

Description

本発明は、三相誘導モータを原動機とする電動ポンプの自動運転装置に関するものである。

従来のモータ巻線がデルタ結線の三相誘導電動機を搭載した自動運転の水中ポンプでは、電源は水中ポンプに内蔵された電磁接触器を経て同モーターコイルに接続され、電磁接触器の電磁線輪は継電器の主接点とフロートスイッチの接点を直列にして電源に接続される（例えば、特許文献１参照。）は公知である。そして、従来のデルタ結線のモータ巻線と給電配線間において開閉される電磁接触器を内蔵した自動運転の水中ポンプの回路構成では、該ポンプモータの主回路に流れる電流と同等の電流が、制御専用の水中ポンプ（モータ）に内蔵された電磁接触器に流れるため、該電磁接触器の開閉機構の接点容量を下げることができず、従って電磁接触器自体のコンパクト化は不可能であり、大きな電磁接触器を内蔵しなければならないためにモータ内部に広い収納スペースを確保しなければならないことから、必然的に水中ポンプ全体が大型化すると共に重量も重くなる。また、上記フロートスイッチ以外の液位検出器とし、一般的に導電性の液体の液位検出に用いられる電極式の検出器（例えば、特許文献２参照。）も公知である。
実公昭４３−１２７３６号公報（第１頁右欄第１３−４２行および図面）特公昭６１−５７０７８号公報（第１図）

ところが、特許文献１の建設工事現場で使用される移動型水中ポンプにおいては、特に人力による移動が頻繁に行われるため、小型・軽量化ができない特許文献１の水中ポンプでは必然的に大型で重量の重いポンプとなることから、本来のモータ出力のポンプであれば１台で対応できるとろが、少なくともモータ出力が１ランク下の２台のポンプで対応しなければならず、電源供給の配線および送・排水の配管設備も２台分が必要とされ、上記配線および配管設備に多くの労力が費やされることから、設備および機器費が嵩みコスト高となるなどの問題を有している。

また、液位変動の検出には、一般にフロート式または電極式の検出器が用いられており、フロート式のものは可動部に作動障害やリード線の損傷を生じ易く、電極式のものは導電性の悪い液中では検出機能が損なわれることになる。

本発明は前述の課題を解消して、三相誘導モータを原動機とする電動ポンプにおいて、運転制御用の電気回路中に組み込まれる開閉機構自体に流れる電流を軽減させ、接点容量の小さな開閉機構とすることで、開閉機構自体をコンパクト化すると共に、１種類の開閉機構を電動ポンプの自動運転制御用と上記モータの焼損保護用に兼用させることで、収納スペースの縮小化により電動ポンプの軽量コンパクト化を可能とする。また、開閉機構の接点容量を下げない場合には、１ランク上の出力モータの制御を可能とする。更にまた、開閉機構自体に流れる電流を軽減させ、接点容量の小さな開閉機構とすることで、電動ポンプの運転制御用の電気回路中に組み込まれる開閉機構および制御装置を、電動ポンプに着脱自在に装着されるセンサカバー上部の液位センサホルダに内蔵されるよう構成することにより、非自動から自動運転への電動ポンプの変換も容易に行わせ得るとと共に、液位検出器の可動部の作動障害やリード線の損傷を生じることがなく、且つ、非導電性の液中でも液位センサが有効に機能する等の利点を有する電動ポンプの自動運転装置の提供を目的とする。

本発明に係る請求項１記載の電動ポンプの自動運転装置では、相誘導モータを電動ポンプの原動機とし、該モータの異常発熱を検出するための温度センサと、液位変動を検出するための液位センサと、これらセンサからの検出信号に基づき該ポンプの運転を制御するための制御装置および、デルタ結線のモータ巻線の結線間を開閉するための開閉機構とを、上記電動ポンプの運転制御用の電気回路中に組み込んで、上記モータの焼損保護および電動ポンプの自動運転制御の機能を、上記開閉機構に兼備させた電動ポンプの自動運転装置において、上記液位センサが発光素子と受光素子をプリズムの一面へ対向させるよう並設した光電式の液位センサからなり、電動ポンプの外縁に沿って下面開口状に導下されたセンサカバーの壁面に該下面開口と通じるよう通水窓を穿設し、センサカバー内より該通水窓に面して上記光電式の液位センサが装着されるよう構成したことを最も主要な特徴とする。

そして、本発明に係る請求項２記載の電動ポンプの自動運転装置では、前記請求項１記載の電動ポンプにおいて、運転制御用の電気回路中に組み込まれた開閉機構が、無接点形式の電子パワーデバイスであることを特徴とする。

また、本発明に係る請求項３記載の電動ポンプの自動運転装置では、前記請求項１記載の電動ポンプにおいて、運転制御用の電気回路中に組み込まれた開閉機構が、有接点の機械式開閉器であることを特徴とする。

更に、本発明に係る請求項４記載の電動ポンプの自動運転装置では、前記請求項２または３記載の電動ポンプにおいて、運転制御用の電気回路中に組み込まれる開閉機構および制御装置が、三相誘導モータ本体に内蔵されるよう構成したことを特徴とする。

更に、本発明の請求項５記載の電動ポンプの自動運転装置では、前記請求項２または３記載の電動ポンプにおいて、運転制御用の電気回路中に組み込まれる開閉機構および制御装置が、電動ポンプに着脱自在に装着されるセンサカバー上部の液位センサホルダに内蔵されるよう構成したことを特徴とする。

本発明に係る電動ポンプの自動運転装置によれば、ポンプに搭載された三相誘導モータの焼損保護と電動ポンプの自動運転制御とを１種類の開閉機構で行わせるのであるから、三相誘導モータ内または液位センサホルダ内における収納スペースが小さくて済み、電動ポンプの軽量コンパクト化に直接役立つのである。更に、デルタ結線のモータ巻線の結線間を開閉する開閉機構の構成であるため、開閉機構自体に流れる電流が１／√３の約５８％に軽減される結果として、接点容量の小さい開閉機構が使用可能となることと相俟って、より一層電動ポンプが軽量コンパクト化される。そして開閉機構の接点容量を下げない場合には、１ランク上の出力モータの制御が可能となる。更にまた、上記の開閉機構自体に流れる電流を１／√３の約５８％に軽減されることにより、接点容量の小さな小型の開閉機構とすることができることから、電動ポンプの運転制御用の電気回路中に組み込まれる開閉機構および制御装置を、電動ポンプに着脱自在に装着されるセンサカバー上部の液位センサホルダに内蔵することができるため、電源ケーブル引出口しかない非自動の電動ポンプの場合でも、図４および６に示すように三相誘導モータの電源ケーブル引出口の取付座と電源ケーブルの間に上記液位センサホルダの基部を介装することができると共に、電源ケーブル引出口とは別位置に穿設された三相誘導モータからの引出線の取出口が設けられた電動ポンプの場合には、図７に示すように液位センサホルダの基部の導出孔上端を閉栓で容易に封止できるよう構成していることから、非自動から自動運転への電動ポンプの変換も容易に行わせ得る等の効果を有している。

また、本発明に係る電動ポンプの自動運転装置においては、液位センサに光電式の液位センサが用いられているので、フロート式の液位センサを用いた従来のもののように可動部の作動障害やリード線の損傷を生じることがなく、且つ、電極式の液位センサを用いた従来のものと異なり非導電性の液中でも有効に機能し、しかもセンサカバーの壁面による異物付着防止および防波効果とセンサカバー内への流通作用によって誤作動のない適確な液面検出が行われ、更に、プリズム面の状況を通水窓から目視で簡単に点検できると共にプリズム反射面に付着物を視認した場合にもセンサカバーを取り外すことなく通水窓から直接清掃でき、メンテナンス性に優れているという効果も有している。

本発明の電動ポンプの自動運転装置の実施の形態を実施例に基づき、添付図面の図１ないし図１２を参照して詳細に説明する。

図１と２および図４ないし９において、１は三相交流電源、２はモータ巻線２ｃを内蔵する三相誘導モータ、３は三相誘導モータ２の異常発熱を検出するための温度センサ、４は液位変動を検出するための液位センサ、５は温度センサ３および液位センサ４からの検出信号に基づき電動ポンプ７の運転を制御するための制御装置、６は制御装置５からの制御指令に従ってデルタ結線のモータ巻線２ｃの結線間を開閉する開閉機構であって、例えば図２に示す有接点の機械式開閉器であってもよいが、図１に示すトライアックなど無接点形式の電子パワーデバイスとすることが望ましい。

そして、図４ないし図１１において、７は電動ポンプ、８は電動ポンプ７の外縁に沿って下面開口状に導下されたセンサカバー、９は上記下面開口部１０と通じるようセンサカバー８の壁面に穿設された通水窓であり、センサカバー８内における液位センサ４の装着個数に対応させて一箇所または上下方向へ間隔を距てて複数箇所に開口される。上記液位センサ４は図１２に示すよう、発光素子と受光素子を一定の間隔に並設させてプリズム１１の一面１１ａへ対向させてなる光電式の液位センサであり、プリズム１１の凸状背面１１ｂ，１１ｃが気中に露出している間は発光素子から発する光信号がプリズム１１内で屈折して受光素子へ達し、プリズム１１の凸状背面１１ｂ，１１ｃが透光性の液中へ没することにより発光素子からの光信号はプリズム１１内を透過して受光素子に到達しなくなるものである。そしてセンサカバー８内より通水窓９に面して上記光電式の液位センサ４が装着される。１２ａはセンサカバー８の上方部と連なって電動ポンプ７の上面へ定着される液位センサホルダ１２の基部であり、液位センサホルダ１２内の中空部を利用して開閉機構６および制御装置５などを内装させ、且つ、液位センサホルダ１２内に樹脂モールド１３を施して水密性の強固な構造とする。

また、電動ポンプ７の運転制御用の電気回路中に組み込まれる開閉機構６および制御装置５が、図９に示されるよう三相誘導モータ２本体に内蔵された自動運転専用の三相誘導モータ２を搭載した自動式電動ポンプの構成としてもよいが、容易に既成の非自動式電動ポンプを自動式に改造が可能な、電動ポンプ７の運転制御用の電気回路中に組み込まれる開閉機構６および制御装置５が、図４ないし８に示されるよう電動ポンプ７に着脱自在に装着される上部が電動ポンプ７運転用で下部が電動ポンプ７停止用の光電式の液位センサ４・・4が付設されたセンサカバー８上部の液位センサホルダ１２に内蔵する電動ポンプ７の自動運転装置の構成とすることがことが望ましい。

更に、液位センサホルダ１２の基部１２ａは、例えば図４ないし図６に示すよう、電動ポンプ７上面の電源ケーブル引出口１４と重合させる取付部に形成され、該取付部には前記開閉機構６および制御装置５などからの引出線が導下されると共に電源ケーブル１５を上導させるための導出孔１６が縦設された構造とする。また、液位センサホルダ１２の基部１２ａを図７および図８に示すよう、電動ポンプ７上面に電源ケーブル引出口１４とは別位置に穿設された三相誘導モータ２からの引出線の取出口１７と重合させる取付部に形成し、該取付部の上面を閉栓１８により閉塞して下面には前記開閉機構６および制御装置５などからの引出線を導下させるための導出孔１６が開口される構造としてもよい。そして、１９は基部１２ａの定着用の締付ボルト、２０は各引出線を所定通りに接続させるための端子台である。

なお、ポンプ据付槽の液位が上昇してプリズム１１が液中に没すれば光路がＯＦＦして液位検出信号を出力し、液位の下降でプリズム１１が気中に露出すれば光路がＯＮして液位検出信号は出力されなくなり、また、三相誘導モータ２の異常発熱で温度センサ３がＯＮすれば異常発熱検出信号が出力されるのであり、これら検出信号の切換りに基づき電動ポンプ７を自動運転させるのである。図３のフローチャートに示されるよう、三相交流電源１をＯＮし、温度センサ３からの検出信号の出力がなく、液位センサ４の検出信号が出力されれば電動ポンプ７は運転を始める。しかし電動ポンプ７が運転状態であっても、三相誘導モータ２の異常発熱により温度センサ３からの検出信号が出力されれば電動ポンプ７は自動的に停止する。また、電動ポンプ７の排水作用に伴って液位が低下し液位センサ４からの検出信号が出力されなくなれば、所定の液位まで下降した時点で電動ポンプ７は自動的に停止する。

このように、ポンプ据付槽内における液位の昇降と該モータ２の発熱状況に応じて該ポンプ７は運転・停止を行うが、液位の昇降に同調して通水窓９および下面開口部１０を通じてのセンサカバー８内への導液・排液が繰り返されるのに伴い、センサカバー８内からの排気が行われて空気溜まりを形成することがないので、ポンプ据付槽の液位変化と一致したセンサカバー８内の液位変化が円滑に行われ、且つ、センサカバー８の壁面による防波効果とが相まって、誤作動のない適確な液面検出が行われる。また、メンテナンス時には通水窓９から目視で簡単にプリズム１１の凸状背面１１ｂ，１１ｃの反射面の状況を点検できると共に、プリズム１１の凸状背面１１ｂ，１１ｃの反射面に付着物が視認された場合には、センサカバー８を取り外すことなく通水窓９から直接プリズム１１の凸状背面１１ｂ，１１ｃの反射面の清掃ができるのである。

本発明に係る電動ポンプの自動運転装置の電気回路図であって、開閉機構に無接点形式の電子パワーデバイスを用いた事例を示す。本発明に係る電動ポンプの自動運転装置の電気回路図であって、開閉機構に有接点の機械式開閉器を用いた事例を示す。本発明に係る電動ポンプの自動運転装置における作動のフローチャートである。本発明に係る電動ポンプの自動運転装置において、開閉機構および制御装置を液位センサホルダ内に備えた電動ポンプの要部縦断側面図であって、電動ポンプ上端面の電源ケーブル引出口と重合させて液位センサホルダの基部を装着した事例を示す。図４における自動運転装置の液位センサホルダ部およびセンサカバー部の縦断側面図である。図４に示した電動ポンプの外観側面図である。本発明に係る電動ポンプの自動運転装置において、開閉機構および制御装置を液位センサホルダ内に備えた電動ポンプの要部縦断側面図であって、電動ポンプ上端面に電源ケーブル引出口とは別位置に穿設された三相誘導モータからの引出線の取出口と重合させて液位センサホルダの基部を装着した事例を示す。図７における自動運転装置の液位センサホルダおよびセンサカバーの縦断側面図である。本発明に係る電動ポンプの自動運転装置を三相誘導モータ本体内に備えた電動ポンプの要部縦断側面図であって、電動ポンプ上端面の電源ケーブル引出口と重合させて液位センサホルダの基部を装着した事例を示す。本発明に係る自動運転装置における液位センサホルダおよび基部の平面図である。本発明に係る自動運転装置における液位センサホルダおよびセンサカバーの正面図である。本発明に係る自動運転装置におけるセンサカバー内に付設された、液位変動を検出する光電式の液位センサの光信号の光路形成を示した説明図である。

符号の説明

１三相交流電源
２三相誘導モータ
２ｃモータ巻線
３温度センサ
４光電式の液位センサ
５制御装置
６開閉機構
７電動ポンプ
８センサカバー
９通水窓
１０下面開口部
１２液位センサホルダ

Claims

三相誘導モータを電動ポンプの原動機とし、該モータの異常発熱を検出するための温度センサと、液位変動を検出するための液位センサと、これらセンサからの検出信号に基づき該ポンプの運転を制御するための制御装置および、デルタ結線のモータ巻線の結線間を開閉するための開閉機構とを、上記電動ポンプの運転制御用の電気回路中に組み込んで、上記モータの焼損保護および電動ポンプの自動運転制御の機能を、上記開閉機構に兼備させた電動ポンプの自動運転装置において、上記液位センサが発光素子と受光素子をプリズムの一面へ対向させるよう並設した光電式の液位センサからなり、電動ポンプの外縁に沿って下面開口状に導下されたセンサカバーの壁面に該下面開口と通じるよう通水窓を穿設し、センサカバー内より該通水窓に面して上記光電式の液位センサが装着されるよう構成したことを特徴とする、電動ポンプの自動運転装置。
前記電動ポンプにおいて、運転制御用の電気回路中に組み込まれた開閉機構が、無接点形式の電子パワーデバイスであることを特徴とする、請求項１記載の電動ポンプの自動運転装置。
前記電動ポンプにおいて、運転制御用の電気回路中に組み込まれた開閉機構が、有接点の機械式開閉器であることを特徴とする、請求項１記載の電動ポンプの自動運転装置。
前記電動ポンプにおいて、運転制御用の電気回路中に組み込まれる開閉機構および制御装置が、三相誘導モータ本体に内蔵されるよう構成したことを特徴とする、請求項２または３記載の電動ポンプの自動運転装置。
前記電動ポンプにおいて、運転制御用の電気回路中に組み込まれる開閉機構および制御装置が、電動ポンプに着脱自在に装着されるセンサカバー上部の液位センサホルダに内蔵されるよう構成したことを特徴とする、請求項２または３記載の電動ポンプの自動運転装置。