(57)【要約】【課題】モータの過回転数駆動を防止して汲み揚げ用のポンプを適切に運転する。【解決手段】汲み揚げ用のポンプ２のモータ２ｍを圧力一定制御で駆動し、この圧力一定制御により、モータ２ｍの回転数が設定回転数より高くなったときに、モータ２ｍの駆動制御を、圧力一定制御から回転数一定制御に切換え、モータ２ｍの回転数の過上昇を抑制する。【選択図】        図１
2004169666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汲み揚げ用のポンプのモータを圧力一定制御で駆動し、
前記圧力一定制御により、前記モータの回転数が設定回転数より高くなったときに、前記モータの駆動制御を、前記圧力一定制御から回転数一定制御に切換え、
前記モータの回転数の過上昇を抑制することを特徴とするポンプの運転制御方法。
【請求項２】
汲み揚げ用のポンプのモータを、前記ポンプの吐出圧力が設定圧力になるように、圧力一定制御で駆動し、
前記圧力一定制御により、前記モータの回転数が設定回転数より高くなったときに、前記モータの回転数が前記設定回転数になるように、前記モータの駆動制御を、前記圧力一定制御から前記回転数一定制御に切換え、
前記回転数一定制御により、前記ポンプの吐出圧力が前記設定圧力より高くなったときに、前記モータの駆動制御を、前記回転数一定制御から前記圧力一定制御に切戻す
ことを特徴とするポンプの運転制御方法。
【請求項３】
汲み揚げ用のポンプのモータが、ブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のポンプの運転制御方法。
【請求項４】
汲み揚げ用のポンプの吐出圧力を計測する手段と、
前記ポンプのモータの回転数を計測する手段と、
前記吐出圧力，前記回転数の計測結果に基づき前記モータを駆動する駆動制御部とを備え、
前記駆動制御部に、
前記吐出圧力の計測結果に基づき、前記吐出圧力が一定になるように、前記ポンプのモータを前記圧力一定制御で駆動する手段と、
前記圧力一定制御により、前記モータの計測された回転数が設定回転数を越えて上限回転数に上昇したときに、前記モータの駆動制御を、前記圧力一定制御から回転数一定制御に切換え、前記回転数の計測結果に基づき、前記モータの回転数が前記設定回転数になるように、前記モータを前記回転数一定制御で駆動する手段と、
前記回転数一定制御により、前記ポンプの計測された吐出圧力が前記設定圧力より高い上限圧力に上昇したときに、前記モータの駆動制御を、前記回転数一定制御から前記圧力一定制御に切戻す手段とを設けた
ことを特徴とするポンプの運転制御装置。
【請求項５】
汲み揚げ用のポンプのモータが、ブラシレスＤＣモータであることを特徴とする請求項４記載のポンプの運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、井戸水等の汲み揚げに用いられるポンプの運転制御方法及び運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、離島や山間僻地等にあっては、井戸水をポンプ（給水ポンプ）で汲み揚げて１又は複数個所の給水栓（蛇口）から給水することが行われる。
【０００３】
同様に、井戸やタンク等の水や油等の種々の液体を汲み揚げて１又は複数個所の給水栓等のバルブから給液する場合、前記の井戸水の汲み揚げ用のポンプと同様の汲み揚げ用のポンプが用いられる。
【０００４】
これらの汲み揚げ用のポンプは、効率等の面から、その駆動用のモータに、ブラシレスＤＣモータが多用される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
さらに、この種のポンプの駆動用のモータは、従来、ポンプの吐出圧力を一定に保つように、ＰＩＤ制御等のフィードバック制御（追従形のサーボ制御）による圧力一定制御で駆動される（例えば、特許文献１，２，３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２１０６７０号公報（第１−３頁、図１）
【特許文献２】
特開昭６０−７９１９７号公報（第１−２頁、第１図）
【特許文献３】
特開昭５４−１４２６０２号公報（第１−３頁、第６図，第７図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のように、圧力一定制御によって、ポンプの圧力を一定に制御する場合、例えば、全バルブが開栓されてポンプの吐出圧力が急激に低下したりすると、モータが連続的に過回転数状態でフル回転駆動され続け、異常発熱して故障するだけでなく、危険を伴う問題点がある。
【０００８】
一方、前記のフル回転駆動を回避するため、モータを回転数一定制御で駆動し、モータの回転数を一定に保つようにすれば、負荷変動に伴う吐出圧力の変動に対応することができず、例えば、開栓バルブ数が少ないとこに、ポンプの吐出圧力が過大になってポンプや給水（給液）パイプの破損等を招来する問題点がある。
【０００９】
なお、バルブが１個所にしかない場合にも、開栓状態（量）の変化によって、前記と同様の問題点が生じる。
【００１０】
つぎに、圧力一定制御により、吐出圧力の代わりに吸込圧力を一定に制御してポンプを運転することも考えられるが、この場合も、例えば井戸水の汲み揚げに必要な吸込圧力が井戸の液面（水面）の高低によって変化し、前記と同様の問題点が生じる。
【００１１】
そして、井戸水の汲み揚げ用のポンプだけでなく、種々の液体の汲み揚げ用のポンプを運転する際に、同様の問題点が生じる。
【００１２】
本発明は、モータの過回転駆動を防止してこの種の汲み揚げ用のポンプを適切に運転することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１のポンプの運転制御方法は、汲み揚げ用のポンプのモータを圧力一定制御で駆動し、この圧力一定制御により、モータの回転数が設定回転数より高くなったときに、モータの駆動制御を、圧力一定制御から回転数一定制御に切換え、モータの回転数の過上昇を抑制する。
【００１４】
したがって、汲み揚げ用のポンプは、通常は、吐出圧力又は吸込圧力が一定になるように、モータが圧力一定制御で駆動される。
【００１５】
そして、吐出側や吸込側のいわゆる負荷変動により、圧力一定制御の駆動ではモータの回転数が設定回転数より高くなり、過回転駆動の状態に移行すると、モータの駆動制御が、圧力一定制御から回転数一定制御に切換わり、モータの回転数の過上昇が抑制される。
【００１６】
そのため、モータの過回転駆動を防止してこの種の汲み揚げ用のポンプが適切に運転される。
【００１７】
また、請求項２のポンプの運転制御方法は、汲み揚げ用のポンプのモータを、ポンプの吐出圧力が設定圧力になるように、圧力一定制御で駆動し、この圧力一定制御により、モータの回転数が設定回転数より高くなったときに、モータの回転数が設定回転数になるように、モータの駆動制御を、圧力一定制御から回転数一定制御に切換え、この回転数一定制御により、ポンプの吐出圧力が設定圧力より高くなったときに、モータの駆動制御を、回転数一定制御から圧力一定制御に切戻す。
【００１８】
したがって、この請求項２の場合、汲み揚げ用のポンプは、通常、その吐出圧力が設定圧力になるように、モータが圧力一定制御で駆動される。
【００１９】
そして、この圧力一定制御の駆動中に、例えば、前述の全バルブの開栓等による吐出側の負荷変動（過負荷変動）が発生し、モータの回転数が設定回転数より高くなると、モータの駆動制御が、圧力一定制御から回転数一定制御に切換わり、モータの回転数が設定回転数に規制され、回転数の過上昇が抑制される。
【００２０】
また、この回転数一定制御の間に、吐出側の負荷状態が変わり、ポンプの吐出圧力が設定圧力より高くなると、モータの駆動制御が圧力一定制御に戻される。
【００２１】
そのため、この種の汲み揚げ用のポンプを、その吐出側の負荷状態に応じて一層適切に運転することができる。
【００２２】
さらに、請求項３のポンプの運転制御方法は、請求項１，２の汲み揚げ用のポンプのモータが、ブラシレスＤＣモータであることを特徴とするものである。
【００２３】
つぎに、請求項４のポンプの運転制御装置は、汲み揚げ用のポンプの吐出圧力を計測する手段と、
ポンプのモータの回転数を計測する手段と、
吐出圧力，回転数の計測結果に基づきモータを駆動する駆動制御部とを備え、
この駆動制御部に、
吐出圧力の計測結果に基づき、吐出圧力が一定になるように、ポンプのモータを任意的に圧力一定制御で駆動する手段と、
圧力一定制御により、モータの計測された回転数が設定回転数を越えて上限回転数に上昇したときに、モータの駆動制御を、圧力一定制御から回転数一定制御に切換え、回転数の計測結果に基づき、モータの回転数が設定回転数になるように、モータを回転数一定制御で駆動する手段と、
回転数一定制御により、ポンプの計測された吐出圧力が設定圧力より高い上限圧力に上昇したときに、モータの駆動制御を回転数一定制御から圧力一定制御に切戻す手段とを設けたものである。
【００２４】
したがって、請求項２の運転制御方法を実現する具体的な運転制御装置を提供することができる。
【００２５】
そして、汲み揚げ用のポンプのモータは、請求項５のように、ブラシレスＤＣモータであることが好ましい。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の１形態につき、図１〜図５を参照して説明する。
図１のポンプの運転制御装置の構成図に示すように、井戸１の近傍に汲み揚げ用のポンプ２が設置され、このポンプ２はポンプ本体２ｐと、その駆動用のモータ２ｍとからなり、このモータ２ｍは、ここでは、ブラシレスＤＣモータからなる。
【００２７】
そして、モータ２ｍが駆動されてポンプ２が運転されると、モータ２ｍのロータ回転に基づくポンプ本体２ｐの吸込み，吐出しにより、井戸１の水３が、図中の矢印線に示すように、吸入管４を通って汲み揚げられ、ポンプ本体２ｐから給水管５に吐出される。
【００２８】
さらに、給水管５に吐出された水３は、給水管５の１又は複数個所に設けられたバルブ（給水栓）に送られて給水（配水）される。
【００２９】
つぎに、ポンプ本体２の吐出側近傍に、流量計６，圧力センサ７が設けられ、流量計６はポンプ２の吐出流量を計測し、圧力センサ７はポンプ２の吐出圧力を計測し、圧力センサ７がポンプ２の吐出圧力を計測する手段である。
なお、流量計６，圧力センサ７はポンプ２に内蔵されていてもよい。
【００３０】
そして、流量計６，圧力センサ７の計測出力は、モータ２ｍの駆動制御部８に供給される。
【００３１】
この駆動制御部８は例えばモータ２ｍに内蔵され、そのケースに取付られた温度センサ９がモータ２ｍの温度を計測し、その計測出力が駆動制御部８に供給される。
【００３２】
また、モータ２ｍの回転数を計測する手段として、専用のＰＧセンサ等を設けてもよいが、ここでは、モータ２ｍの回転位置センサとしてのホール素子センサ（ホールＩＣ）１０が、モータ２ｍの回転数を計測する手段を形成し、モータ２ｍの回転速度によってパルス間隔が変化するセンサ１０の計測出力が、モータ２ｍの回転数の計測出力として、駆動制御部８に供給される。
【００３３】
そして、駆動制御部８は図２の回路ブロック図に示すようにして形成され、流量計６及びセンサ７，９，１０の時々刻々の計測出力（計測結果）をＡ／Ｄ変換器１１によりデジタルデータに変換してマイクロコンピュータ構成のコントローラ１２に取込む。
【００３４】
このコントローラ１２は、予め設定された制御プログラムに基づき、ソフトウェアにより形成されたつぎの（ｉ）〜（ｉｉｉ）の手段等を有する。
（ｉ）ポンプ２の吐出圧力の計測結果に基づき、その吐出圧力が一定になるように、モータ２ｍを圧力一定制御で駆動する手段
（ｉｉ）圧力一定制御により、モータ２ｍの計測された回転数が設定回転数を越えて上限回転数に上昇したときに、モータ２ｍの駆動制御を、圧力一定制御から回転数一定制御に切換え、モータ２ｍの回転数の計測結果に基づき、モータ２ｍのの回転数が設定回転数になるように、モータ２ｍを回転数一定制御で駆動する手段
（ｉｉｉ）  回転数一定制御により、ポンプ２の計測された吐出圧力が設定圧力より高い上限圧力に上昇したときに、モータ２ｍの駆動制御を回転数一定制御から圧力一定制御に切戻す手段
【００３５】
ところで、圧力一定制御，回転数一定制御は、ポンプ２の吐出圧力，モータ２ｍの回転数に基づくＰＩＤ制御等のフィードバック制御（追従形のサーボ制御）であり、これらの制御で形成されたＰＷＭ波形のモータ駆動パルス（デューティー出力）により、モータドライバ１３が駆動パルスに応じたパルス波形のオン電流をモータ２ｍに供給し、モータ２ｍを駆動制御する。
【００３６】
また、コントローラ１２には、前記の（ｉ）〜（ｉｉｉ）  の手段の他、ポンプ２を起動する手段，停止する手段等も有する。
【００３７】
そして、流量計６，温度センサ９の計測結果は、コントローラ１２内の異常監視部１４に送られ、この監視部１４は、流量計６，温度センサ９の計測結果に基づいてポンプ２の吐出流量，モータ２ｍの発熱を監視し、吐出流量の異常，モータ２ｍの異常発熱によるオーバヒートを検出すると、モータドライバ１３に駆動停止を指令してモータ２ｍの駆動を停止し、ポンプ２を止める。
【００３８】
つぎに、駆動制御部８による具体的なモータ２ｍの駆動制御を説明する。
まず、設定圧力Ｐａは水圧換算で１６ｍ〜２４ｍの範囲の適当な圧力に設定され、運転前の始動圧力Ｐｓは水圧換算で設定圧力−４ｍである。
【００３９】
また、制御切換えのハンチングを防止するため、上限圧力Ｐｂは、水圧換算で設定圧力＋０．１ｍに設定される。
【００４０】
つぎに、設定回転数Ｒａは３５００ｒｐｍであり、上限回転数Ｒｂは、制御切換えのハンチングを防止するため、設定回転数＋１０ｒｐｍに設定される。
【００４１】
そして、スタート釦（図示せず）を押してポンプ２の運転を開始すると、ポンプ２を起動する手段が動作し、モータドライバ１３がＰＷＭ制御の最大パルス幅の３相の電流（モータ電流）をモータ２ｍの各相の巻線に順次に供給し、回転界磁が発生してモータ２ｍを起動する。
【００４２】
このモータ２ｍの起動後、図３の駆動制御のフローチャートに示すように、ステップＳ１からステップＳ２に移行し、優先的に圧力一定制御のフィードバック制御が実行され、ステップＳ３を介してステップＳ４に移行することにより、ポンプ２の吐出圧力が設定圧力Ｐａになるように、モータ電流がＰＷＭ制御される。
【００４３】
そして、ステップＳ４からステップＳ５を介してステップＳ１  に戻り、通常は、ステップＳ１〜Ｓ５のループ制御により、圧力一定制御でポンプ２が運転される。
【００４４】
つぎに、例えば給水管５の全バルブが開栓されてポンプ２の吐出側の負荷変動が生じ、吐出圧力が低下すると、この圧力低下を補うようにモータ２ｍの回転数が上昇する。
【００４５】
そして、モータ２ｍの回転数が設定回転数Ｒａより高くなり、上限回転数Ｒｂに達すると、ステップＳ３からステップＳ６に移り、モータ２ｍの駆動制御が圧力一定制御から回転数一定制御に切換わる。
【００４６】
このとき、ステップＳ６からステップＳ７を介してステップＳ４  に移行し、モータ２ｍの回転数が設定回転数Ｒａになるように、モータ電流がＰＷＭ制御される。
【００４７】
そして、吐出圧力が上限圧力Ｐｂに上昇するまでは、ステップＳ１，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ４，Ｓ５のループ制御により、回転数一定制御でポンプ２が運転される。
【００４８】
したがって、負荷変動（過負荷変動）が生じても、モータ２ｍの回転数が設定回転数に規制されてその上昇が抑制され、モータ２ｍの回転数の異常な上昇が防止される。
【００４９】
つぎに、開栓状態のバルブ数が減少し、回転数一定制御によって吐出圧力が設定圧力Ｐａより高くなり、上限圧力Ｐｂに達すると、ステップＳ７  からステップＳ１  に戻り、このとき、ステップＳ１からステップＳ２に移行することにより、モータ２ｍの駆動制御が回転数一定制御から圧力一定制御に切戻される。
【００５０】
そして、モータ２ｍの回転数が再び上限回転数に上昇するまでは、ステップＳ１〜Ｓ５のループ制御により、圧力一定制御でポンプ２が運転される。
【００５１】
したがって、ポンプ２の吐出側の負荷変動が生じても、モータ２ｍが過回転状態にならず、モータ２ｍの異常発熱による故障が防止されるとともに、極めて安全であり、圧力一定制御と回転数一定制御との組合せでポンプ２を適切に運転することができる。
【００５２】
そして、モータ２ｍの回転数が設定回転数Ｒａよりヒステリシス分上昇して上限回転数Ｒｂに達すると、圧力一定制御から設定回転数Ｒａの回転数一定制御に切換わり、吐出圧力が設定圧力Ｐａよりヒステリシス分上昇して上限圧力Ｐｂに達すると、回転数一定制御から設定圧力Ｐａの圧力一定制御に切戻されるため、モータ２の駆動制御の切換えのハンチングが生じることもない。
【００５３】
なお、負荷変動に伴うポンプ２の吐出圧力，モータ２ｍの回転数の時間変化は、例えば図４に示すようになる。
【００５４】
同図において、実線イはポンプ２の吐出圧力の変化を示し、実線ロはモータ２ｍの回転数の変化を示し、太実線ハはｔＳ  時に起動されたモータ２ｍの駆動制御が、ｔ１時に圧力一定制御から回転数一定制御に切換わり、ｔ２時に回転数一定制御から圧力一定制御に切戻されたときの、制御状態（動作状態）を示す。
【００５５】
また、図４の駆動制御により、ポンプ２の運転状態での流量と圧力とは、例えば図５の実線ニの関係を示し、図中のＦｓは始動流量である。
【００５６】
つぎに、前記のハンチングを確実に防止するため、実際には、回転数，吐出圧力が上限回転数Ｒｂ，上限圧力Ｐｂ以上になる状態が一定時間（例えば５秒）連続することを条件に、圧力一定制御から回転数一定制御，その逆に、モータ２ｍの駆動制御を切換えることが好ましい。
【００５７】
そして、前記形態にあっては、圧力センサ７をポンプ２の吐出側に設けたが、圧力センサ７をポンプ２の吸込側に設け、井戸１の液面変化による吸込圧力の変動に応じてモータ２ｍの駆動制御を圧力一定制御から回転数一定制御，その逆に切換えるようにしてもよい。
【００５８】
そして、この発明は井戸だけでなくタンク等からの水や油等の種々の液体の汲み揚げ用のポンプにも、同様に適用することができる。
【００５９】
その際、ポンプのモータはブラシレスＤＣモータに限られるものではなく、圧力一定制御，回転数一定制御のフィードバック制御もＰＩＤ制御に限られるものではない。
【００６０】
また、設定圧力Ｐａ，上限圧力Ｐｂ，設定回転数Ｒａ，上限回転数Ｒｂ等は、モータ２ｍの能力や井戸の条件等に応じて適当に設定すればよいのも勿論である。
【００６１】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載する効果を奏する。
まず、請求項１のポンプの運転制御方法の場合、汲み揚げ用のポンプ２を、通常は、吐出圧力又は吸込圧力が一定になるように、モータ２ｍが圧力一定制御で駆動し、吐出側や吸込側のいわゆる負荷変動により、圧力一定制御の駆動ではモータ２ｍの回転数が設定回転数より高くなり、過回転駆動の状態になると、モータ２ｍの駆動制御を、圧力一定制御から回転数一定制御に切換え、モータ２ｍの回転数の過上昇を抑制することができる。
【００６２】
そのため、モータ２ｍの過回転駆動を防止してこの種の汲み揚げ用のポンプ２を適切に運転することができる。
【００６３】
また、請求項２のポンプの運転制御方法の場合は、ポンプ２のモータ２ｍの圧力一定制御の駆動中に、例えば、全バルブの開栓等による吐出側の負荷変動（過負荷変動）が生じ、モータ２ｍの回転数が設定回転数より高くなると、モータ２ｍの駆動制御を、圧力一定制御から回転数一定制御に切換え、モータ２ｍの回転数を設定回転数に規制して回転数の過上昇を抑制することができる。
【００６４】
さらに、この回転数一定制御の間に、吐出側の負荷状態が変わり、ポンプ２の吐出圧力が設定圧力より高くなると、モータ２ｍの駆動制御を圧力一定制御に戻すことができる。
【００６５】
そのため、この種の汲み揚げ用のポンプ２を、その吐出側の負荷状態に応じて一層適切に運転することができる。
【００６６】
そして、請求項１，２のポンプの運転制御方法において、モータ２ｍはブラシレスＤＣモータであることが好ましい。
【００６７】
つぎに、請求項４のポンプの運転制御装置の場合は、請求項２の運転制御方法を実現する具体的な構成の運転制御装置を提供することができる。
【００６８】
そして、請求項４のポンプの運転制御装置においても、モータ２ｍはブラシレスＤＣモータであることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の１形態の構成説明図である。
【図２】図１の一部の詳細な回路ブロック図である。
【図３】図２の動作説明用のフローチャートである。
【図４】図１のポンプの制御特性図である。
【図５】図１のポンプの流量と圧力との関係図である。
【符号の説明】
２  汲み揚げ用のポンプ
２ｍ  ポンプ
７  圧力センサ
８  駆動制御部
Ｐａ  設定圧力
Ｐｂ  上限圧力
Ｒａ  設定回転数
Ｒｂ  上限回転数
【図１】
2004169666.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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