(57)【要約】【課題】容積式ポンプのトルクプロフィ−ルをプロセッサによって電子的に極減衰する方法の提供。【解決手段】プロセッサは、まず、減衰トルクプロフィ−ルをポンプ入力軸の軸変位角度と比較する。ついで、プロセッサは、モ−タに信号を与えることにより、ポンプがシステムの流量の全範囲にわたって一定の圧力を生じるようにする。トルクプロフィ−ルを減衰することに加え、プロセッサは、ポンプ駆動の応答時間、モ−タ誘導リアクタンス、システム慣性、ポンプの適用特性、およびポンプ減速時の回生エネルギ−にも責任をもつ。
2004522900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容積式ポンプの出力を制御するため、トルクプロフィ−ルの極マップを電子的に減衰する方法であり、次の各工程を備える方法。
・電子駆動プロセッサを用意する工程
・前記ポンプの入力軸角度変位と比較してトルクプロフィ−ルの基準極ガイドを定め、その定めた事項を前記プロセッサに記憶する工程
・作動中のポンプ駆動軸の角度位置を測定する工程
・前記プロセッサに前記角度位置を入力する工程
・前記角度位置を前記基準極ガイドと比較する工程
・前記角度位置と前記極ガイドとの比較から、対応するトルク目標値を選択する工程
・モ−タに対するアンペア数を調整するモ−タコントロ−ラに信号を送る工程
・モ−タによってポンプ入力軸にある大きさのトルクを加える工程
・一定の出力圧力を生じるようにポンプにパワ−を与える工程
【請求項２】
前記極ガイドを前記プロセッサによって決定する、請求項１の方法。
【請求項３】
前記ポンプ駆動軸の前記角度位置をパルス送信機から前記プロセッサに送信する工程をさらに含む、請求項１の方法。
【請求項４】
前記モ−タコントロ−ラが、前記モ−タに供給する電圧を調整する、請求項１の方法。
【請求項５】
前記モ−タコントロ−ラが、前記モ−タに供給する周波数を調整する、請求項１の方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の背景】
【０００１】
１．発明の分野
この発明は、容積式ポンプのトルクプロフィ−ルに合わせて作った極グリッドに基づいてトルク目標値を電気的に減衰する方法であり、ポンプのラジアルクランク軸／カム軸／クランク腕の位置、およびポンプが供給する流体の速度の如何にかかわらず、一定のポンプ圧を生じる技術に関する。その方法では、電子プロセッサがポンプ入力軸の軸変位角度をトルクプロフィ−ルの基準極グリッドと比較し、ポンプモ−タに加える電気的なパワ−を変える。プロセッサは、また、ポンプ駆動の応答時間、モ−タの誘導リアクタンス、システムの慣性、ポンプの作用特性、およびポンプ減速時の回生（再生）エネルギ−を考慮することができる。
【０００２】
２．先行技術の説明
今まで、高圧の流体運動を必要とする場合、通常、容積式ポンプが使用されている。容積式ポンプは、一般に、往復動ピストンとシリンダとの変形であり、その流れ（流量）をある種の弁によってコントロ−ルする。しかし、往復動の機械類は、ロ−タリ式（回転／揺動式）の機械類に比べて魅力が薄い。なぜなら、往復動の機械の出力は周期的であり、シリンダは交互に吸入と排出とになり、したがって、その出力には中断がある。この不利な状況については、多重（多連）のシリンダを使用したり、流れ（流量）アキュムレ−タ、減衰器やダンパ−を通してポンプ出力をバイパスさせたり、あるいは、過剰な圧力を逃がし、高圧な流れ（流量）出力を除去したりすることによって、ある程度は克服することができる。
【０００３】
圧力および流れ（流量）出力が不均一であることに加え、往復動ポンプには、その出力に比例して入力側のパワ−が不均一であるという不利な点がある。このような不利があるため、往復動ポンプは、装置が過剰に疲労したり損傷を受け、そして、効率も良くない。圧縮行程（入力軸トルクが最大になる行程）のときポンプの連結ロッドクランク腕の方向に対して直交するように位置させる際、ポンプ駆動部を、必要とする高トルクに合うようなサイズにしなければならない。
【０００４】
さらに、適用の上での要求が変わると、複雑なバイパス、再循環、あるいは逃がしシステムも利用し、システムが「空運転（デッド−ヘッディング）」にならないようにしなければならない。すなわち、もしポンプの作動中に流れ（流量）出力が妨げられるときには、増大した圧力によってポンプがブレ−クダウン（破壊）するか、あるいは動きを停止するであろう。もしポンプの停止が起こったら、充分な値の電圧およびアンペア数が加わっているにもかかわらず、ロ−タがロックされた状態に順応するため、一般の誘導形電気モ−タは焼き切れてしまうだろう。一般に、定容量形ポンプをもつシステムでは、作動中の最大のシステム圧力を制御するため、リリ−フ弁を用いる。したがって、ポンプは、そのように大きなパワ−を逃がす使い方にもかかわらず、最大限の圧力で最大限の流れ（流量）を供給する。
【０００５】
これを考慮し、ある先行技術では、ポンプモ−タのトルク出力に関係する問題を修正するという試みがなされた。
【０００６】
米国特許第５，９７１，７２１号において、偏心した伝動装置が往復動ポンプから駆動モ−タにトルク需要電力を送っている。その需要電力は時間に伴って異なり、駆動モ−タ上のトルク需要電力が実質的に一定になるようにしている。その結果、伝動入力軸における容積式ポンプを駆動するために必要とするトルク変動を一様にし、ポンプ出力圧を一定にするという効果を生む。これが達成されるのは、ギヤベルトと一緒の偏心ピッチ円スプロケットセット、あるいはギヤセットと調和した偏心ピッチ円を使うことによる。
【０００７】
偏心ギヤあるいはスプロケットのセットを使うことは、全トルク要件、およびポンプの吐出しパルスの大きさに対して大きな効果がある。しかし、たいていのポンプは多連シリンダ、またはベ−ンあるいはギヤタイプであるので、ポンプの入力軸のトルク要件は、偏心して調和した伝動部品によって作る減少パタ−ンを用いることでは、完全には対応（均一化）することができない。
【０００８】
米国特許第５，９４７，６９３号においては、位置センサが、リニアコンプレッサのピストン位置を検出することによって、信号を出力している。コントロ−ラは、その位置信号を受け、コントロ−ル信号を送り、リニアモ−タからの指向性のある運動出力を制御する。
【０００９】
米国特許第４，７２６，７３８号では、一定の軸速度回転を保つために、１８ないしは１９のトルクリ−ドを主軸に中に測定し、それらを主軸の特定の角度に対しての、必要なモ−タトルクに変える。
【００１０】
米国特許第４，９７１，５２２号においては、コントロ−ラに対して、巡回リ−ドトランスジュ−サ入力および回転速度計の信号入力を用い、異なる巡回モ−タ入力制御信号を送り、必要なモ−タトルク出力を生じている。はずみ車をモ−タに結合し、軸速度を維持するようにしている。しかしながら、モ−タの速度は大きく異なり、トルクは程度は小さいが異なる。米国特許第５，１４１，４０２号は、モ−タに加えるべき電流および周波数について、流体の圧力およびポンプからの流量信号に応じて異ならせることを示している。米国特許第５，２９５，７３７号では、予め定めた巡回圧力要件に応じて整流器によってモ−タ出力を異ならせることを示している。モ−タ速度については、消費する容量に比例し、そして、圧力に反比例するようになされている。
【００１１】
先に述べたことから、ポンプのトルクプロフィ−ルを電気的に減衰させることが必要であることが分かるであろう。トルクプロフィ−ルを入力軸変位や他のファクタ、たとえばシステム慣性やポンプ駆動の応答時間などと比較し、ポンプに対し、ねらいとする供給容積の全範囲にわたって、一定の圧力を生じさせるができる。
【発明の開示】
【発明のサマリ−】
【００１２】
したがって、この発明の目的は、ポンプからの出力圧力が一定になるようなモ−タトルク出力を生じるために、ポンプトルクの変動要件を電子的に減衰する方法を提供することにある。
【００１３】
この発明の他の目的は、計算されたトルク変動要件に基づいて、ポンプモ−タのパワ−およびトルク出力を変える制御ファクタを提供することにある。
【００１４】
この発明のさらに他の目的は、モ−タ出力と適用するものの液圧要件との間の力のバランスがとれた関係を与えることにより、ポンプのエネルギ−効率を増すことにある。
【００１５】
また、この発明は、ポンプのモ−タからの出力として実質的に一定の力を生じることにより、ポンプにおける疲労および損傷を減じ、ポンプのサイクルを適用するものの要件にまで減じることをも目的とする。
【００１６】
さらにまた、この発明のさらなる目的は、モ−タからポンプに対し調整したトルク出力を成し遂げることができる電子的な伝送システムの設計情報を供給することによって、ポンプトルクの変動を電子的に減衰する方法を提供することにある。
【００１７】
これらの目的を達成するため、この発明では、ねらいとするポンプの電子的な駆動の内部に、プロセス制御のための極マップを得る方法を提供する。この極マップは、プロセッサで内部的に計算（演算）されるか、あるいは、外部で計算された後でプロセッサに入力される。ポンプのトルクプロフィ−ルが得られ、極マップに書き換えられると、プロセッサは、その極マップを基準にしてポンプ入力軸の軸変位角度を比較することができる。プロセッサは、また、選択したファクタ、たとえばポンプ駆動の応答時間、モ−タ誘導リアクタンス、システム慣性、ポンプの適用特性、およびポンプ減速時の回生エネルギ−をも考慮に入れることができる。選択したファクタおよび比較結果を用いることにより、プロセッサは、その後、ポンプモ−タのトルク出力を規制（調整）するため、モ−タに加えるべきアンペア数、電圧および周波数を変化させるようモ−タコントロ−ラに信号を送る。正確に調整したモ−タ出力をもつと、ポンプ出力圧力は、ポンプのクランク腕の位置あるいは流れの速度の如何にかかわらず、一定を保つ。
【好適な実施例の詳細な説明】
【００１８】
さて、詳しく図面を見てみよう。そこには、数図を通して、同様の構成要素に対して同様の番号を付けてある。図１のブロック１−５は、ねらいとするポンプに対するトルクプロフィ−ルの基準となる極ガイドの進展を示している。
【００１９】
図１のブロック１およびグラフ表示した図２において、行程容積の出力特性が、入力トルク変動の相対平均１４を上回る１０か、下回る１２かに直接関係しているであろう。プロセッサは、たとえば、プランジャの数、ピストンポンプのピストン、あるいはロ−タリポンプのベ−ン／ギヤのような出力吐出し特性を確認する。プロセッサは、また、相対平均を利用する。相対平均は、ポンプの特定の出力圧力におけるポンプ入力軸についての基本的なトルク要件の代表である。脈動パタ−ン１６は、ポンプの行程容積空間の数と回転ごとに同じ割合で繰り返されるだろう。図２に示すように、３重（３連）の容積式ポンプでは、ポンプ入力軸の各１２０°の回転ごとに脈動パタ−ン１６は繰り返される。これらのトルク変動、つまり、平均１４を上回る１０か、下回る１２かが、図１のブロック１において、計算（演算）され記録される。
【００２０】
他のポンプ、たとえば５重（５連）のプランジャポンプ（５つのプランジャを結合している）では、脈動パタ−ンは、ポンプ入力軸の一回転当たり５回生じる。入力圧力が一定であれば、７２°ごとに繰り返される。また、９個のベ−ンをもつロ−タリ式のベ−ンポンプでは、入力圧力が一定であれば、脈動は、ポンプ入力軸の４０°の回転ごとに繰り返されるだろう。
【００２１】
図１のブロック２およびグラフ表示した図３において、ねらいとするポンプシステムについての変位角度（押しのけ角度）に対するトルクプロフィ−ルは、各行程容積部材（容積押しのけ部材）のトルク要件の合計であり、平均より上１８のパ−セントと平均より下２０のパ−セントを示している。
【００２２】
図１のブロック３では、パワ−ポンプについての入力トルク変動の大きさをプロセッサで決定している。そのトルク変動の大きさは、一回転で作動する行程容積空間の数と関係“Ｑ”である。関係“Ｑ”の計算は、プランジャ／ピストンの回転中心と行程回転中心との間の直線距離“Ｌ”と行程半径“Ｒ”との掛算、つまり、“Ｑ＝ＬＲ”である。表形式の図４は、異なる“Ｑ”をもつ３重ポンプについての平均より上および下の入力トルクの百分位数変動を示している。
【００２３】
図５は、３重ポンプについてのトルクプロフィ−ルを示すために、全体のトルク変動を図式化して示している。図には、その３重ポンプ（一回転ごとに３つの容積押しのけがある）が４：１での“Ｑ”をもち、平均より上および下の変動がある場合を示す。平均としては、基本的な二乗平均の平方根ｒｍｓ（ｒｏｏｔ  ｍｅａｎ  ｓｑｕａｒｅｄ）が代表される。その二乗平均の平方根ｒｍｓは、ポンプ入力軸のトルク要件の値であり、ポンプクランク腕の角度変位に対するポンプの特定の出力圧力での値である。関係“Ｑ”およびトルク変動への影響については、ロ−タリ式のポンプにも適用することができる。ｔ１−ｔ１５（プロット点としての）を用いるプロットした幾何学的な距離変動は、次にトルクプロフィ−ルに置かれる。
【００２４】
図１のブロック４および図式化して示す図６において、トルクプロフィ−ルおよびポンプの入力軸角度変位に基づいて、ポンプの極マップ（ｐｏｌａｒ  ｍａｐ）を決定する。極マップの中心３４は、トルクがゼロを示す。軌道のように示す増加（インクリメントあるいは増分）線３６は、ねらいとするポンプの入力軸の角度変位である。プロットしたポンプトルクの変動曲線３８は、平均４０より上や下の部分がある。そのような変動曲線３８は、ねらいとするポンプの各行程容積部材（容積押しのけ部材）のトルク要件の合計についての幾何学的なパ−セントであると考えられる。
【００２５】
基本的な直径中心から極マップの中心上にプロットした各点の距離は、ポンプ入力軸変位角度（ｔ１−ｔ１５）に対するトルクから確立した基本的な半径百分位数についての幾何学的な距離変動（上方あるいは下方）になるように定められている。それらの幾何学的な距離変動は、図５で定まるプロット点である。選択したポンプシステムの角度変位プロフィ−ルに対するトルクは、図１のブロック５におけるプロセッサの比較アルゴリズムに対する基準極ガイドになる。ブロック１−５でプロセッサが定める基準極ガイドは、また、外部の別のプロセッサで定めた後で、プロセッサに入力することもできる。
【００２６】
図１のブロック６−１０は、ポンプで一定の出力圧力を生じるため、トルクプロフィ−ルを電子的に減衰する動作工程である。その中で、ブロック６は、動作中のポンプの入力軸の角度変位の伝達（伝送）を示す。入力軸上に取り付けたパルス送信機が、カウンタ（プロセッサの一部である）に対しポンプ駆動の角度位置を中継する。
【００２７】
図１のブロック７では、電子プロセッサがこの出力軸位置フィ−ドバック情報を集合し、角度変位デ−タを処理する。プロセッサは、それから、ポンプの極大値要件から、ブロック５の予め定めた基準極マップと比較し駆動出力トルクを減衰する。そして、該当するトルク指令値を選択する。
【００２８】
図１のブロック８においては、システム読出しの他の入力、たとえば、システム慣性、寄生リ−ド、オフスロットル摩擦（ｏｆｆ  ｔｈｒｏｔｔｌｅ  ｆｒｉｃｔｉｏｎ）、ポンプ応答時間、モ−タ誘導リアクタンス、ポンプの適用特性、ポンプ減速時の回生エネルギ−や翻訳（伝送）速度が、ファクタとして選択される。それらは、プロセス制御の変化のために、プロセッサアルゴリズムに組み込まれる。
【００２９】
図１のブロック９では、ブロック７および８の入力に基づいて、電子駆動部をもつプロセッサは、補正したアンペア数、電圧、およびモ−タの周波数を適用するため、モ−タコントロ−ラに信号を送る。それらの補正信号によって、ポンプ入力軸の角度変位に応じて修正されたトルクが生じる。
【００３０】
図１のブロック１０では、モ−タコントロ−ラおよびモ−タに対する結果としての信号によって、ポンプのラジアルクランク軸の位置および液圧ポンプの速度の如何にかかわらず、ポンプシステムは、システムの流量の全範囲にわたって一定の圧力を生じる。
【００３１】
図１のブロック１１は、この方法をこれからのシステムに用いることを示している。この方法によってポンプ動作から集めた情報を利用して、トランスミッション機器や電子装置のようなより応答的な部品を設計することができる。より応答的な部品は、ブロック６−１０の間の時間増分を減じるであろう。応答時間が減ることに応じて、角度変位に対して作られるトルク出力は、効率を増すであろう。
【００３２】
このように、上述した目的および利点を最も効果的に得ることができる。ここでは、この発明の好ましい実施例について詳細に示し説明したが、この発明は、それによって限定されるわけではなく、この発明の考え方は、添付のクレ−ムの内容によって定まる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】トルクプロフィ−ルの電子的な減衰、およびその結果としてのポンプ制御の方法に必要とする各工程を示すブロック図である。
【図２】ポンプ入力軸回転角度に基づく、３重ポンプについての入力トルク変動を示すグラフである。
【図３】３重ポンプの入力軸の角度変位に対する、入力トルク変動の百分位数合計を示すグラフである。
【図４】３重ポンプについて入力トルクが平均より上および下に位置する変動を示す表であり、プランジャ／ピストンの回転中心と行程回転中心との間の直線距離と行程半径とを掛算したものに関連している。
【図５】３重ポンプについて全トルク変動に基づいて幾何学的な距離変動点をプロットしたものを示すグラフである。
【図６】ポンプ入力軸の角度変位に対するトルクプロフィ−ルを示す極マップである。
【符号の説明】
【００３４】
１０  上回る部分
１２  下回る部分
１４  相対平均
１６  脈動パタ−ン
１８  平均より上
２０  平均より下
３４  中心
３６  増加線
３８  変動曲線
４０  平均
【図１】
2004522900.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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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004522900.tif 000030
【国際調査報告】
2004522900.tif 000031
2004522900.tif 000032
2004522900.tif 000033