(57)【要約】  【課題】  ポンプの必要な動力に応じた適正な動力の電動モータが使用でき、ポンプの起動不良をなくせ、装置全体の構造の簡略化、軽量化および小型化ならびに効率化が図れる一軸偏心ねじポンプの駆動装置を提供する。  【解決手段】  インバータ制御手段６ｃで制御される電動モータ６ｍを備えた一軸偏心ねじポンプ１の駆動装置６で、インバータ６ｉに内蔵の制御手段のインバータパラメータを、ポンプ１の起動時に０〜３Ｈｚ程度の始動周波数から６Ｈｚ前後の中間周波数まで瞬時に周波数を上昇する第１段加速と、前記中間周波数からポンプの通常運転である目標周波数（例えば３０Ｈｚ）までゆっくりと周波数を上昇する第２段加速との２段階で加速するように設定する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ制御の電動モータを備えた一軸偏心ねじポンプの駆動方法であって、
前記ポンプの起動時に始動周波数から中間周波数まで瞬時に周波数を上げる第１段加速と、
前記中間周波数からポンプの通常運転である目標周波数までゆっくりと周波数を上げる第２段加速とにより加速することを特徴とする一軸偏心ねじポンプの駆動方法。
【請求項２】
前記始動周波数が０〜３Ｈｚで、中間周波数が６Ｈｚ前後であり、前記第１段加速の加速時間が１秒以内である請求項１に記載の一軸偏心ねじポンプの駆動方法。
【請求項３】
インバータ制御手段で制御される電動モータを備えた一軸偏心ねじポンプの駆動装置であって、
前記インバータ制御手段は、ポンプの起動時に始動周波数から中間周波数まで瞬時に周波数を上昇する第１段加速と、前記中間周波数からポンプの通常運転である目標周波数までゆっくりと周波数を上昇する第２段加速との２段階で加速が制御されるように、インバータパラメータが設定されていることを特徴とする一軸偏心ねじポンプの駆動装置。
【請求項４】
前記始動周波数が０〜３Ｈｚで、中間周波数が６Ｈｚ前後であり、前記第１段加速の加速時間が１秒以内である請求項３に記載の一軸偏心ねじポンプの駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液状食品、液状薬品、固形物含有液、スラリー、高粘度液などの各種被移送物を移送するための一軸偏心ねじポンプにおいて、インバータ制御の電動モータ(インバータモータともいう）によりポンプを起動して運転する駆動方法とその駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の一軸偏心ねじポンプ（図１の符号１参照）では、公知のように、例えば、ポンプケーシングに電動モータがモータブラケットを介して連結されており、電動モータの出力軸をポンプ駆動軸の一端側と一体に接続し、このポンプ駆動軸の他端側に金属製のカップリングロッドおよびユニバーサルジョイントを介して接続した雄ねじ形ロータ（図１の符号５参照）を、一般的にゴム製の雌ねじ形ステータ（図１の符号３参照）内に回転自在に嵌挿して偏心回転させることにより被移送物を移送する構造からなる。図示は省略するが、電動モータの出力軸がプーリおよびベルトを介してポンプ駆動軸に連結された構造の一軸偏心ねじポンプもある。こうした構造を備える一軸偏心ねじポンプのトルク特性は、定トルクに近い特性であるが、一般的な使用範囲では起動トルクが通常運転時の運転トルクに比べて大きいという特徴がある(図５参照）。これは、弾力性を有するゴム製などのステータの雌ねじ孔内に嵌挿された状態で雄ねじ形ロータがステータとの間で乾いた接触状態から回転が開始されるために、ポンプ起動の際の負荷が大きく、運転状態に比べて強大なトルクを要するからである。
【０００３】
従来、上記インバータモータの制御は、周波数に応じて電圧を変更するインバータＶＦ制御によって行われており、この種の制御を用いたインバータ駆動によるモータの始動トルクは、通常定格トルクの１００〜１５０％前後である。そこで始動トルクを向上するために、センサレスベクトル制御を採用することによって改善を図ってきた結果、現状では始動トルクは最大で定格トルクの２００％程度まで向上している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
以上の状況から、一軸偏心ねじポンプを駆動するための電動モータは、ポンプの運転トルクに基づいて決定されるものではなく、起動トルクで決定されている。したがって、ポンプのトルク・回転速度特性を線図で表した図５に示すように、起動トルクは通常、運転トルクの２倍以上と大きいので、結果的に普通の運転時に必要な定格トルクよりも過大なパワーをもつ電動モータを選定することになる。
【０００５】
一方、ポンプの運転トルクを基準にして電動モータを選定した場合には、現状で最大の２００％程度まで始動トルクが向上するセンサレスベクトル制御を採用したとしても、起動時に想定以上の負荷がかかって起動不良を引き起こすおそれがある。
【０００６】
また、電動モータの出力軸回転数を適正にするとともに始動トルクの不足を補うために、電動モータとポンプとの間に減速装置（減速機に動力伝達手段を含む）または減速機を介設する方法もしくは減速装置または減速機付きインバータモータを備えた一軸偏心ねじポンプが用いられている。しかし、このポンプの場合、減速装置または減速機を設けることにより、減速機自体の損失が生じ、効率の低下を招くという不都合がある。
【０００７】
ところで、図４（ａ）〜（ｃ）は特許出願人が製造している各ポンプ型式Ａ〜Ｍの１３機種の一軸偏心ねじポンプについて、始動トルク率を変更して起運比（起動トルク／運転トルク）を求め、比較したデータを示す表である。図４（ａ）は始動トルク率１００％（定格トルクの１００％）、同図（ｂ）は始動トルク率１５０％（定格トルクの１５０％）、同図（ｃ）は始動トルク率３００％（定格トルクの３００％）である。図４の（ａ）（ｂ）については起運比（起動トルク／運転トルク）＞１であるのに対し、図４（ｃ）については起運比（起動トルク／運転トルク）＜１である。そして、起運比＞１の場合には、電動モータの動力（必要な容量）が起動トルクで決まるが、起運比＜１の場合は、電動モータの動力（必要な容量）が運転トルクで決まることになる。なお、第１圧・第２圧・第３圧は、ポンプに作用する圧力を第３圧を最高圧力として３段階で表している。
【０００８】
この発明は上述の点に鑑みなされたもので、ポンプの必要な動力に応じた適正な動力の電動モータが使用でき、ポンプ起動時の起動不良を解消でき、駆動装置の小型化で装置全体の構造の簡略化、軽量化および小型化ならびに効率化が図れる一軸偏心ねじポンプの駆動方法と駆動装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために本発明に係る一軸偏心ねじポンプの駆動方法は、インバータ制御の電動モータを備えた一軸偏心ねじポンプの駆動方法であって、前記ポンプの起動時に始動周波数から中間周波数まで瞬時に上昇する第１段加速とし、前記ポンプの起動後に前記中間周波数からポンプの通常運転である目標周波数までゆっくりと加速する第２段加速との２段階加速により駆動することを特徴とする。
【００１０】
上記の構成を有する本発明の一軸偏心ねじポンプの駆動方法によれば、ポンプを起動するときに、電動モータの始動トルクが定格トルクの約３００％以上のトルクが発生するので、十分な始動トルクが得られる。これによりポンプの起動に必要な、いわゆる起動トルクが運転トルクに比べてに大きい一軸偏心ねじポンプにおいても確実にポンプが起動する。一方、ポンプはいったん起動すると、図５に示すように通常の運転に必要なトルクは急激に低下するので、従来と同様に目標の周波数（例えば３０Ｈｚ）までゆっくりと上昇し、ポンプは２段階で加速されることになる。したがって、電動モータの選定に関しては、容量（動力）が運転トルクを満たす電動モータを選定すればよい。つまり、運転トルクを基準に電動モータを選定すればよいので、従来に比べて電動モータの容量が小さくて済む。また、従来と違って、始動トルクを高めるために減速装置または減速機を使用する必要がない。これにより、従来に比べて小容量（小動力）の電動モータを使用でき、装置全体の構造が簡略化され、小型・軽量化および効率化が図れる。
【００１１】
請求項２に記載のように、前記始動周波数を０〜３Ｈｚとし、中間周波数を６Ｈｚ前後とし、前記第１段加速（始動周波数から中間周波数まで加速する）時間を０〜１秒以内にすることができる。
【００１２】
このように加速時間を最大限短縮して中間周波数まで瞬時（１秒以内）に上昇させてモータの回転数を加速すれば、始動トルクが定格トルクのほぼ３倍以上発生するので、始動トルクが必要かつ十分に発揮され、起動トルクが運転トルクに比べて大きい一軸偏心ねじポンプの起動を確実に遂行できる。なお、始動周波数から中間周波数までの上昇時間が例えば２秒乃至それ以上になると、始動トルクが定格トルクの３倍以上になるという上記効果は得られなくなる。これは、本発明が電動モータの直入れ（インバータを介さずに直接電力をモータへ供給する）により奏する作用効果を狙ったものであるから、２秒以上に延びると、直入れ効果が生じなくなるためである。
【００１３】
上記の目的を達成するために本発明に係る一軸偏心ねじポンプの駆動装置は、インバータ制御手段で制御される電動モータを備えた一軸偏心ねじポンプの駆動装置であって、
前記インバータ制御手段のインバータパラメータが、ポンプの起動時に始動周波数から中間周波数まで瞬時に周波数を上昇する第１段加速と、前記中間周波数からポンプの通常運転である目標周波数までゆっくりと周波数を上昇する第２段加速との２段階で加速するように設定されていることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成を有する本発明に係る一軸偏心ねじポンプの駆動装置によれば、ポンプの起動に際しインバータ制御手段のインバータパラメータが始動周波数から中間周波数まで瞬時に周波数が上昇し、電動モータは定格トルクの略３倍以上の始動トルクを発生し、一軸偏心ねじポンプを起動する。この結果、一軸偏心ねじポンプは起動力不足とならずに確実に起動する。そして、一軸偏心ねじポンプの運転が開始すると、今度は周波数がゆっくりと上昇し、通常の運転の周波数である目標周波数、例えば３０Ｈｚまで上昇する。これ以降、一軸偏心ねじポンプは一定速度で回転し被移送物を移送する。なお、この状態で、一軸偏心ねじポンプの回転数を変更する場合は、従来と同様にインバータ制御手段を介してインバータ周波数を上下させれば、容易に変更される。なお、仮に第２加速を含めて全ての加速時間を０に近い時間（瞬時）にした場合には、一般的な電動モータとインバータの選定では電流が過大となってポンプの起動をスムーズに行えなくなるというおそれがある。
【００１５】
請求項４に記載のように、前記始動周波数が０〜３Ｈｚで、中間周波数が６Ｈｚ前後であり、前記第１段加速の加速時間が１秒以内にすることができる。
【００１６】
このように構成すれば、電動モータの直入れと同様の作用効果が発揮され始動トルクが定格トルクのほぼ３倍以上発生するので、始動トルクが必要かつ十分に発揮され、起動トルクが運転トルクに比べて大きい一軸偏心ねじポンプが確実に起動する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る一軸偏心ねじポンプの駆動方法および駆動装置は、上記の構成からなるので、次のような優れた効果がある。すなわち、従来はインバータ駆動時の電動モータによる始動トルクが定格トルクの１００〜１５０％程度であり、また始動トルク向上のためにセンサレスベクトル制御を採用しても、最大で定格トルクの２００％程度の始動トルクしか得られていなかったのに対し、定格トルクの３００％以上の始動トルクが得られるようになる。これにより、トルク不足によるポンプ起動の不良などのトラブルが解消し、確実にポンプの起動が行われるようになる。また、電動モータの選定に関して、運転トルクを基準にモータ動力を決定することができるから、従来の起動トルクを基準にモータ動力を決定する場合に比べて低動力のモータとなり、適切な選定となる。さらに、従来に比べて電動モータを小容量化して小型化できるので、装置全体の小型化および軽量化ならびに効率化が図れ、コストダウンも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明に係る一軸偏心ねじポンプの駆動装置と駆動方法について実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は一軸偏心ねじポンプと駆動装置の実施例を示す一部を断面で表した側面図である。図２は図１の一軸偏心ねじポンプにおいてポンプ本体とインバータモータとの間にトルク検出器を接続した試験装置を示すブロック図である。
【００２０】
図１に示すように、一軸偏心ねじポンプ１は横置き型で、略円筒状のポンプケーシング２の一端（図の左側）開口２ｃにステータ３が連結され、ステータ３の一端に吐出口４ａを構成するエンドスタッド４が連結されている。ポンプケーシング２の他端（図の右側）開口２ａには駆動軸７があり、この駆動軸７を介して減速機(図示せず）一体型の電動モータ一６ｍが接続されている。また、電動モーター６ｍにインバータ６ｉが接続されている。駆動軸７はカップリングロッド１１の一端（図の右側 ）に、ユニバーサルジョイント９を介して一体回転可能に接続され、開口２ａ内の駆動軸先端部分７ａの周囲に、軸封装置としてメカニカルシール８が配装されている。メカニカルシール８は詳細な図示は省略するが、スプリングにより軸方向に付勢された可動の摺動環と定位置に固定された摺動環とが接触して一体的に摺動することにより、ポンプケーシング２内の液が外部に漏れ出すのを防止している。カップリングロッド１１の、ステータ３側もユニバーサルジョイント１０を介してロータ５の一端が接続されている。ポンプケーシング２の長手方向のほぼ中間位置に吸込口（吐出口）２ｂが形成されている。
【００２１】
ステータ３は軟質の合成樹脂もしくはゴム(本例はゴム）からなり、ロータ５の２倍のピッチからなる横断面長円形の雌ねじ孔３ａが螺旋状に形成され、この雌ねじ孔３ａ内に横断面円形の雄ねじ形ロータ５が回転可能にかつ長軸方向に往復移動可能に嵌挿されている。なお、ステータ３の周囲には金属製の円筒状カバー３ｂが一体に被装されている。
【００２２】
以上のようにして本発明の実施例に係る一軸偏心ねじポンプ１が構成されるが、この一軸偏心ねじポンプ１の構造は公知で、駆動装置６に本発明の特徴部分がある。すなわち、電動モータ６ｍには３相かご形誘導モータが使用される。モータ回転速度(r.p.m.)は１２０×電源周波数［Ｈｚ] ×（１−ｓ）／極数で、ｓは滑りで、定格運転時では通常ｓ＝０．０３〜０．０５である。また、本発明にあっては、電動モータ６ｍの回転速度（回転数）を制御するインバータ６ｉに内蔵の制御手段６ｃは、インバータパラメータが運転開始と同時に、始動周波数０．５Ｈｚから中間周波数６．０Ｈｚまで０．１秒で上昇して加速する第１加速工程と、中間周波数６．０Ｈｚから目標周波数３０Ｈｚまで５．０秒かけてゆっくりと上昇して加速する第２加速工程との２段階で加速するように設定されている。
【００２３】
試験装置２０では、図２に示すようにポンプ本体１’(一軸偏心ねじポンプ１から駆動装置６を除く部分）と電動モータ６ｍとの間に、トルク検出器２１を介設してトルク表示計２２をトルク検出器２１に接続し、トルクを表示するようにしている。また、トルク表示計２２に信号変換器２３を介してパソコン２４を接続し、パソコン２４にインストールした計測プログラムを用いることにより電圧を基準に一軸偏心ねじポンプ１のトルク(Ｎ・ｍと回転速度（ｍ-1)を瞬時に求めることができる。
【００２４】
ここで、図３は試験装置２０にて上記実施例の一軸偏心ねじポンプ１の起動から通常運転に至る過程において、モータ６ｍの回転速度(縦軸上段）とトルク(縦軸下段）とを経過時間(横軸)に沿って表したグラフである。同図に示すように、回転速度の最初に山状に突出した箇所が一軸偏心ねじポンプ１の起動時点で、この時点におけるトルク（いわゆる起動トルク）をパソコン２４で求めたところ、１８．２４Ｎ・ｍであり、定格トルク５．９８Ｎ・ｍの３０５％であった。この試験結果から確認できるように、本発明の駆動装置６によれば、定格トルクのほぼ３倍以上の始動トルクを汎用性インバータモータにて得られるから、モータ６ｍの容量（動力）を従来に比べて低減でき、電動モータが小型化および軽量化された一軸偏心ねじポンプ１になる。
【００２５】
なお、上記制御手段６ｃにおけるインバータパラメータは一例であり、例えば、始動周波数は０〜３Ｈｚの範囲で、中間周波数は６Ｈｚ前後の範囲で、目標周波数は２０〜６０Ｈｚの範囲で、始動周波数から中間周波数までの上昇時間は０〜１秒以内で、また中間周波数から目標周波数までの上昇時間は５〜１０秒程度の範囲でそれぞれ適宜決定できる。
【００２６】
以上に本発明の実施例に係る駆動装置６を備えた一軸偏心ねじポンプ１について説明したが、一軸偏心ねじポンプの構造については限定するものではなく、例えばカップリングロッド１１およびユニバーサルジョイント１０に代えてフレキシブルロッドを用いることができ、また横置き型に代えて縦置き型に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の駆動装置を備えた一軸偏心ねじポンプの実施例を示す一部を断面で表した側面図である。
【図２】図１の一軸偏心ねじポンプにおいてポンプ本体とインバータモータとの間にトルク検出器を接続した試験装置を示すブロック図である。
【図３】試験装置２０にて上記実施例（図１参照）の一軸偏心ねじポンプ１の起動から通常運転に至る過程において、一軸偏心ねじポンプ１の回転速度(縦軸上段）とトルク(縦軸下段）とを経過時間(横軸)に沿って表したグラフである。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は特許出願人が製造している各ポンプ型式Ａ〜Ｍの１３機種の一軸偏心ねじポンプについて、始動トルク率を変更して起運比（起動トルク／運転トルク）を求め、比較したデータを示す表で、図４（ａ）は始動トルク率１００％（定格トルクの１００％）、同図（ｂ）は始動トルク率１５０％（定格トルクの１５０％）、同図（ｃ）は始動トルク率３００％（定格トルクの３００％）である。
【図５】一軸偏心ねじポンプのトルク特性を示すグラフで、縦軸はトルク、横軸は回転速度である。
【符号の説明】
【００２８】
１  一軸偏心ねじポンプ
１’ポンプ本体
２  ポンプケーシング
２ａ・２ｃ開口
２ｂ吸込口
３  ステータ
４  エンドスタッド
５  ロータ
６  駆動装置
６ｍ電動モータ
６ｉインバータ
６ｃインバータ制御手段
７  駆動軸
７ａ駆動軸７の先端部分
８  軸封装置(メカニカルシール)
９・１０  ユニバーサルジョイント
１１  カップリングロッド
２０  試験装置
２１  トルク検出器
２２  トルク表示計
２３  信号変換器
２４  パソコン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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