JP5698078B2 - Uniaxial eccentric screw pump - Google Patents
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Description
本発明は、食料原料や、化学原料、下水汚泥などの粘性液体を定量圧送する一軸偏心ねじポンプに係り、特に、この種の一軸偏心ねじポンプの運転の制御に関する。 The present invention relates to a single-shaft eccentric screw pump that quantitatively pumps viscous liquids such as food raw materials, chemical raw materials, and sewage sludge, and more particularly to control of the operation of this type of single-shaft eccentric screw pump.
この種の一軸偏心ねじポンプとしては、例えば特許文献1に記載の技術が開示されている。同文献記載の一軸偏心ねじポンプは、雌ねじ状の内面を有する回転可能に支承されたステータを有している。このステータはエラストマーで構成され、このステータに、ロータの雄ねじ状の螺旋部が内挿されるとともに基端部が駆動部に連結されている。そして、ロータの回転軸線は、ステータの回転軸線に対して所定距離だけ偏心して配置されており、ロータの回転力でステータをロータの二分の一の回転数で追従回転させるように構成されている。
As this type of single-shaft eccentric screw pump, for example, a technique disclosed in
しかしながら、このような構成の一軸偏心ねじポンプは、ゴム等のエラストマーで構成されたステータをロータの回転力で追従回転させるようになっているので、ロータ駆動用のモータを、全電圧始動(直入れ始動)した場合(あるいはインバータ制御やサーボ制御をした場合)に、ロータからステータへの回転力を伝達するときの起動時の衝撃が大きいと、エラストマーで構成されたステータが起動時の衝撃で大きく弾性変形してしまう。そのため、起動時の立ち上がり加速時間を短くしたとき、ステータがロータの回転に追従できず、これにより、ロータとステータとの本来の正確な位相関係が保てなくなり、極端な場合、ロータがステータ内で空回りするおそれがある。 However, the uniaxial eccentric screw pump having such a configuration is configured to follow and rotate a stator made of an elastomer such as rubber by the rotational force of the rotor. If the start-up impact when transmitting the rotational force from the rotor to the stator is large, the stator made of elastomer Large elastic deformation. Therefore, when the startup acceleration time at start-up is shortened, the stator cannot follow the rotation of the rotor, so that the original accurate phase relationship between the rotor and the stator cannot be maintained. There is a risk of spinning around.
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、ロータの回転力でステータをロータの二分の一の回転数で追従回転させる一軸偏心ねじポンプにおいて、起動時の立ち上がり加速時間を短くした場合であっても、ロータとの正確な位相関係を保ってステータを追従回転させ得る一軸偏心ねじポンプを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made paying attention to such a problem, and in a single-shaft eccentric screw pump that rotates the stator at a half rotation speed of the rotor by the rotational force of the rotor, It is an object of the present invention to provide a uniaxial eccentric screw pump capable of rotating a stator following a precise phase relationship with a rotor even when a rising acceleration time is shortened.
上記課題を解決するために、本発明は、雌ねじ状の内面を有する回転可能に支承されたステータと、該ステータに雄ねじ状の螺旋部が内挿されるとともに直線状の基端部がモータの駆動軸に直結されたロータとを備え、前記ロータの回転軸線が前記ステータの回転軸線に対して所定距離だけ偏心して配置されるとともに、前記ロータの回転力で前記ステータを前記ロータの二分の一の回転数で追従回転させるように構成された一軸偏心ねじポンプであって、前記モータの角速度を測定する角速度測定手段と、前記モータの角加速度を測定する角加速度測定手段と、前記角速度測定手段から取得した角速度情報および前記角加速度測定手段から取得した角加速度情報に基づいて、前記モータの起動時の立ち上がり加速を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、当該一軸偏心ねじポンプを起動した場合に、前記ロータと前記ステータとのずれが生じない制限角加速度以内に前記モータの角加速度を抑えつつ定常運転に移行させることを特徴とする。
ここで、本発明に係る一軸偏心ねじポンプにおいて、前記第一制限角加速度が、200πrad/s2であることは好ましい。
In order to solve the above-described problems, the present invention is directed to a rotatably supported stator having a female screw-shaped inner surface, a male screw-shaped spiral portion inserted in the stator, and a linear base end portion for driving a motor. A rotor directly connected to a shaft, and the rotation axis of the rotor is arranged eccentrically by a predetermined distance with respect to the rotation axis of the stator, and the stator is half of the rotor by the rotational force of the rotor. A uniaxial eccentric screw pump configured to follow and rotate at a rotational speed, from an angular velocity measuring unit that measures an angular velocity of the motor, an angular acceleration measuring unit that measures an angular acceleration of the motor, and the angular velocity measuring unit Control means for controlling rising acceleration at startup of the motor based on the obtained angular velocity information and the angular acceleration information obtained from the angular acceleration measuring means. When the uniaxial eccentric screw pump is activated, the control means shifts to a steady operation while suppressing the angular acceleration of the motor within a limited angular acceleration that does not cause a deviation between the rotor and the stator. To do.
Here, in the uniaxial eccentric screw pump according to the present invention, it is preferable that the first limiting angular acceleration is 200π rad / s 2 .
本発明によれば、モータの起動時の立ち上がり加速を制御する制御手段を備えており、この制御手段が、一軸偏心ねじポンプを起動した場合に、前記ロータと前記ステータとのずれが生じない制限角加速度(例えば、200πrad/s2)以内に前記モータの角加速度を抑えるので、ステータをロータの回転に確実に追従させることができる。そして、前記制限角加速度以内に維持しつつ定常運転段階に移行させるので、ロータとステータとの本来の正確な位相関係を保ちつつも、可及的速やかに起動することができる。したがって、起動時の立ち上がり加速時間を短くした場合であっても、ロータとの正確な位相関係を保ってステータを追従回転させることができる。 According to the present invention, the control means for controlling the acceleration at the start-up of the motor is provided, and this control means is a restriction that does not cause a deviation between the rotor and the stator when the uniaxial eccentric screw pump is started. Since the angular acceleration of the motor is suppressed within an angular acceleration (for example, 200π rad / s2), the stator can reliably follow the rotation of the rotor. And since it transfers to a steady operation stage, maintaining within the said limit angular acceleration, it can start as quickly as possible, maintaining the original exact phase relationship between a rotor and a stator. Therefore, even when the rising acceleration time at the time of starting is shortened, the stator can be rotated following the exact phase relationship with the rotor.
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図1に示すように、この一軸偏心ねじポンプ1は、ねじポンプ部40を有する。そして、このねじポンプ部40の吸込み側14にケーシング30が設けられている。ケーシング30は、自身側面(この例では回転軸線L2よりも上部)に吸込口35を有する。ねじポンプ部40のハウジング46とケーシング30の吐出側14(ねじポンプ部40の吸込み側でもある)とは、へルールクランプ43によって着脱可能に連結されている。また、ハウジング46の吐出側46tには吐出部50が締めねじ50aによって装着されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.
As shown in FIG. 1, the uniaxial
そして、上記ケーシング30に対し、ねじポンプ部40とは反対の側から、不図示の締めねじによって軸受部20を内蔵するブラケット部10が連結されている。さらに、ブラケット部10の基端側(同図の右側)には、モータ2が不図示のボルトによって固定されている。
上記ねじポンプ部40は、円筒状のハウジング46内に、雄ねじ状のロータ42と、雌ねじ状の内面をもつステータ41とを備えている。ロータ42は、先端側の螺旋部42aと、直線状の基端部42bとから構成されている。基端部42bは、ユニバーサルジョイントを用いることなく、水平に配置された駆動軸8の先端に直接連結している。そして、螺旋部42aは、自身の回転軸線L2に対して偏心した長円形断面を有しており、この螺旋部42aが、雌ねじ状の内面を形成したステータ41に内挿されている。そして、このステータ41の回転軸線L1に対して、上記ロータ42の回転軸線L2は、所定の偏心量Eだけ偏心して配置されている。
And the
The
ステータ41は、その雌ねじ状のピッチがロータ42の螺旋部42aの2倍である。ステータ41は、その両端が、すべり軸受としての、円環状の自己潤滑軸受47、48を介して上記ハウジング46内に回転自在に支承されている。
この例では、ステータ41は、ステータ内筒41aと、このステータ内筒41aを軸方向の両側から挟み込むように形成された段付き形状の二つのステータ外筒41b,41cとを有して構成されている。また、ステータ内筒41aは、内側に焼き嵌めされたエラストマ製の内周部を有し、上記雌ねじ状の内面がこの内周部によって形成されている。ステータ外筒41b,41cとステータ内筒41aとは、押しねじ41d,41dによって固定されることで全体として一体で回転するようになっている。そして、ケーシング30とハウジング46とには、相互が対向する側の内面に、凹の段部がそれぞれ形成されている。さらに、ステータ41の外周面には、各ステータ外筒41b,41cによって凸の段部が形成されており、各ステータ外筒41b,41cに、その凸の段部の両端部に自己潤滑軸受47、48が当接させつつ外嵌され、ケーシング30とハウジング46とをへルールクランプ43によって組み付けることでケーシング30とハウジング46相互の内面に形成された凹の段部の内側面が自己潤滑軸受47、48の軸方向への移動を拘束しつつ、ステータ41を回転自在に支持するように構成されている。
The
In this example, the
上記軸受部20は、上記駆動軸8の途中部分を軸方向に離間した二つの転がり軸受22,23によって回転自在に支承している。また、駆動軸8の先端側であって、ケーシング30側の端面は水中軸受25によって軸封されている。
このような構成の一軸偏心ねじポンプ1は、上記モータ2の回転力によって駆動軸8が一体で回転すると、この駆動軸8に直接接続されたロータ42が回転する。そして、ねじポンプ部10は、ロータ42がその回転軸線L2を中心として回転し、ロータ12の螺旋部12aの動きに伴ってステータ41もその回転軸線L1を中心としてロータ42の回転と同期してロータ42の二分の一の回転数で従動回転(図6および図7参照)することにより、圧送流体を吸込口12から吐出口16に向けて圧送するようになっている。
The
In the uniaxial
ここで、この一軸偏心ねじポンプ1は、モータ2の角速度を測定する角速度センサ(角速度測定手段)3と、モータ2の角加速度を測定する角加速度センサ(角加速度測定手段)4がモータ2に付設されている。角速度センサ3および角加速度センサ4によって測定された角速度情報および角加速度情報は、制御手段であるコントローラ5に入力される。そして、コントローラ5は、立ち上がり加速制御処理を実行して、取得した角速度情報および角加速度情報に基づいて、モータ2の起動時の立ち上がり加速を制御するようになっている。
The uniaxial
詳しくは、コントローラ5で立ち上がり加速制御処理が実行されると、図2に示すように、ステップS1、S2に順に移行して、角速度センサ3および角加速度センサ4によって測定された角速度情報および角加速度情報をそれぞれ取得する。次いで、ステップS3に移行して、当該一軸偏心ねじポンプ1が起動段階か否かを判定し、一軸偏心ねじポンプ1が定常運転段階に達したか否かを監視する。つまり、モータ2が所定の角速度に達したか否かを監視し、達していなければ(No)ステップS4に移行し、達していれば(Yes)処理を戻す(定常運転による通常の制御を行う)。
Specifically, when the rising acceleration control process is executed by the
この判定は、例えばポンプ停止時に設定されるフラグの有無の参照およびモータ2が所定の角速度に満たないか否かを監視することによって判定される。この設定フラグは、モータ2が所定の角速度を超えれば解除され、電源の再投入時等には改めてフラグが設定されるようになっている。つまり、起動段階(フラグ有り)であれば(Yes)ステップS4に移行し、そうでなければ通常の定常運転制御に入る。
This determination is made, for example, by referring to the presence / absence of a flag set when the pump is stopped and monitoring whether the
ステップS4では、ロータ42とステータ41とのずれが生じない制限角加速度(例えば、200πrad/s2)を超えたか否かを判定し、超えていれば(Yes)ステップS6に移行し、そうでなければ(No)ステップS5に移行する。ステップS5では、角加速度の設定レベルを上げる処理(例えば、パルスモータであればパルスを増やしたり、インバータによる制御であれば周波数を上げたりするなどの処理)を行って処理をステップS1に戻す。また、ステップS6では、角加速度の設定レベルを下げる処理(例えば、パルスモータであればパルスを減らしたり、インバータによる制御であれば周波数を下げたりするなどの処理)を行って処理をステップS1に戻す。
In step S4, it is determined whether or not a limit angular acceleration (for example, 200π rad / s 2 ) that does not cause a deviation between the
ここで、この制限角加速度の設定については、予め行った起動試験の結果に基づいている。本発明においては、起動段階(フラグ有り)のときには、制限角加速度以内にモータ2の角加速度を抑える。
つまり、例えば図3に示すように、この設定値が起動段階(フラグ有り)のときに大きすぎれば(この例では、起動時の角加速度が、666πrad/s2であり、最大トルクが定格トルクの180%に達している。)、ロータ42の回転にステータ41が追従回転できず、ロータ42とステータ41との本来の正確な位相関係が保てず、図8,図9に示す非追従状態(これらの図において、ロータ42とステータ41とのシールラインが崩れているため、図面上の線が相互に交差した状態)になる。このとき、エラストマーからなるステータ41が大きく弾性変形して、ロータ42とステータ41とのシールラインが崩れて圧送不能となる。
Here, the setting of the limited angular acceleration is based on the result of a startup test performed in advance. In the present invention, the angular acceleration of the
That is, for example, as shown in FIG. 3, if this set value is too large at the startup stage (with flag) (in this example, the angular acceleration at startup is 666π rad / s 2 and the maximum torque is the rated torque). 180), the
これに対し、例えば図4に示すように、起動段階(フラグ有り)のときに制限角加速度としての設定値を十分に小さくすれば(この例では、起動時の角加速度が、50πrad/s2であり、最大トルクが定格トルクの45%である。)、図6,図7に示すように、ステータ41をロータ42との正確な位相関係を保って追従回転させることができる(これらの図において、ロータ42とステータ41とのシールラインが正しく保たれるため、図面上の線が相互に交差せずにステータ41の内周面にロータ42の外周面が接触した状態)。しかし、この場合、可及的速やかに起動して定常運転段階に移行させる上では未だ余裕代がある。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 4, if the set value as the limit angular acceleration is sufficiently small at the start stage (with flag) (in this example, the angular acceleration at start-up is 50π rad / s 2). And the maximum torque is 45% of the rated torque.) As shown in FIGS. 6 and 7, the
この点に対し、例えば図5に示すように、起動段階(フラグ有り)のときにこの設定値を必要十分な所定値とすれば(この例では、起動時の角加速度が、200πrad/s2であり、最大トルクが定格トルクの65%である。)、上記図6,図7に示すように、ステータ41をロータ42との正確な位相関係を保って追従回転させつつも、可及的速やかに起動して定常運転段階に移行させることができる。そして、予め行った起動試験の結果によれば、この設定値として、起動時の制限角加速度を、200πrad/s2に設定すれば、ステータ41をロータ42との正確な位相関係を保って追従回転させつつも、可及的速やかに起動して定常運転段階に移行させることができた。そのため、本実施形態では、制限角加速度を、200πrad/s2に設定している。
On the other hand, for example, as shown in FIG. 5, if this set value is set to a necessary and sufficient predetermined value at the start stage (with a flag) (in this example, the angular acceleration at the start is 200π rad / s 2). The maximum torque is 65% of the rated torque.) As shown in FIG. 6 and FIG. 7, the
次に、この圧送装置の作用・効果について説明する。
この一軸偏心ねじポンプ1によれば、上述のように、モータ2の角速度を測定する角速度センサ3と、モータ2の角加速度を測定する角加速度センサ4と、角速度センサ3から取得した角速度情報および角加速度センサ4から取得した角加速度情報に基づいて(図2でのステップS1,S2を含むループ)、モータの起動時の立ち上がり加速を制御するコントローラ5とを備え、コントローラ5は、当該一軸偏心ねじポンプ1を起動した場合(ステップS3)には、ロータ42とステータ41とのずれが生じない制限角加速度以内にモータ2の角加速度を抑えるとともに(ステップS4およびこれに続くステップS5,S6を含むループ)、起動時のフラグが無く(モータ2が所定の角速度を超えた)とき(ステップS3での「No」)には定常運転に移行させるので、ステータ41をロータ42の回転に確実に追従させることができる。
Next, the operation and effect of this pumping device will be described.
According to this uniaxial
そのため、ロータ42とステータ41との本来の正確な位相関係を保ちつつも、可及的速やかに当該一軸偏心ねじポンプ1を起動することができる。したがって、起動時の立ち上がり加速時間を短くした場合であっても、ロータ42との正確な位相関係を保ってステータ41を追従回転させることができる。
なお、本発明に係る一軸偏心ねじポンプは、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
Therefore, the uniaxial
The single-shaft eccentric screw pump according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態では、制限角加速度の設定値が、200πrad/s2である例で説明したが、これに限らず、ロータ42とステータ41とのずれが生じないように設定した値であれば、制限角加速度の設定値として200πrad/s2よりも小さい値を採用可能である。しかし、ステータ41をロータ42との正確な位相関係を保って追従回転させつつも、可及的速やかに一軸偏心ねじポンプ1を起動して定常運転段階により好適な移行をさせる上では、制限角加速度を、200πrad/s2に設定することは好ましい。
For example, in the above-described embodiment, the setting value of the limit angular acceleration is 200 rad / s 2. However, the present invention is not limited to this, and any value set so that the
1 一軸偏心ねじポンプ
2 モータ
3 角速度センサ(角速度測定手段)
4 角加速度センサ(角加速度測定手段)
5 コントローラ(制御手段)
8 駆動軸
10 ブラケット部
14 吸込み側
20 軸受部
30 ケーシング
35 吸込口 40 ねじポンプ部
41 ステータ
42 ロータ
E 偏心の所定距離
L1 ステータの回転軸線
L2 ロータの回転軸線
1 Uniaxial
4. Angular acceleration sensor (angular acceleration measuring means)
5 Controller (control means)
8 Drive
Claims (2)
前記モータの角速度を測定する角速度測定手段と、前記モータの角加速度を測定する角加速度測定手段と、前記角速度測定手段から取得した角速度情報および前記角加速度測定手段から取得した角加速度情報に基づいて、前記モータの起動時の立ち上がり加速を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、当該一軸偏心ねじポンプを起動した場合に、前記ロータと前記ステータとのずれが生じない制限角加速度以内に前記モータの角加速度を抑えつつ定常運転に移行させることを特徴とする一軸偏心ねじポンプ。 A rotor having a female screw-like inner surface and rotatably supported; and a rotor in which a male screw-like spiral portion is inserted in the stator and a linear base end portion is directly connected to a drive shaft of a motor. The rotation axis of the stator is eccentric from the rotation axis of the stator by a predetermined distance, and the stator is configured to follow and rotate at a half rotation speed of the rotor by the rotational force of the rotor. An eccentric screw pump,
Based on the angular velocity measuring means for measuring the angular velocity of the motor, the angular acceleration measuring means for measuring the angular acceleration of the motor, the angular velocity information acquired from the angular velocity measuring means, and the angular acceleration information acquired from the angular acceleration measuring means. And a control means for controlling the acceleration at the start-up of the motor,
When the uniaxial eccentric screw pump is started, the control means shifts to a steady operation while suppressing the angular acceleration of the motor within a limited angular acceleration that does not cause a deviation between the rotor and the stator. Uniaxial eccentric screw pump.
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