(57)【要約】【課題】応答性の良い流体の脈動を発生できる流体移送装置のポンプモータ制御方法を提供することにある。【解決手段】発熱する電子回路６を冷却するための冷却システム１は、流体移送装置１０のポンプＰにて冷却水がラジエータ２と冷却器３との間を管路４，５を介して循環する。ポンプＰは、モータＭにて駆動制御されることによって冷却水の流速を変化させ同冷却水に脈動を発生させる。このとき、モータＭは、高速度の流速を付与する高回転数で回転する高速モードから低速度の流速を付与する低回転数で回転する低速モードに切り替わるとき、モータを予め定めた時間駆動停止させる停止モードを行った後に、低速モードに移る。【選択図】図１
2016223395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管路内の流体を圧送するポンプと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記ポンプにて管路内を圧送される流体の流速を制御すべく前記モータの回転を制御するモータ制御部と
を備え、
高速度の流速を付与する高回転数で前記モータを予め定めた時間駆動させるモータ高回転数領域と、低速度の流速を付与する低回転数で前記モータを予め定めた時間駆動させるモータ低回転数領域とを周期的に発生させて、前記ポンプから圧送される流体に脈動を発生させる流体移送装置のポンプモータ制御方法であって、
前記モータ高回転数領域から前記モータ低回転数領域への切り替わるとき、前記モータを予め定めた時間駆動停止させたことを特徴とする流体移送装置のポンプモータ制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の流体移送装置のポンプモータ制御方法において、
前記モータを駆動停止させる予め定めた時間は、前記モータの回転数が前記モータ高回転数領域の高回転数から前記モータ低回転数領域の低回転数、又は、その低回転数の近傍に到達するまでの時間であることを特徴とする流体移送装置のポンプモータ制御方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流体移送装置のポンプモータ制御方法において、
前記ポンプは、羽根車を有する非容積型ポンプであることを特徴とする流体移送装置のポンプモータ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体移送装置のポンプモータ制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、管路内を流れる流体に周期的な脈動を加えることによって、管路と流体との圧損（流動抵抗）が低減し、流体の移送効率が上がることが知られている。また、周期的な脈動が加えられた流体は、熱伝導効率がよく、脈動が加えられた流体を熱交換器に使用することで熱交換器の熱交換率が向上することが知られている。
【０００３】
そして、管路を流れる流体に周期的な脈動を発生させる１つの方法として、ポンプの吐出量を制御、具体的には、ポンプを駆動するポンプモータの回転数を制御する方法が知られている（例えば、特許文献１，２）。
【０００４】
特許文献１は、第１の期間を第１の回転数で、次に、第２の期間を第１の回転数とは異なる第２の回転数で、かつ、第１の期間と第２の期間とを交互に繰り返して渦巻きポンプを回転させて流体に脈動を発生させるものである。つまり、特許文献１では、ポンプモータに供給する電力を高電力値と低電力値とに交互に切り替えて、流体に周期的な脈動を発生させている。
【０００５】
また、特許文献２には、ポンプモータを回転させて流体を加速させる加速期間とモータを停止させて流体を減速させる減速期間を制御して流体を脈動させる技術が開示されている。つまり、特許文献２では、ポンプモータを回転と停止とに交互に切り替えて、流体に周期的な脈動を発生させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３１５９９９号公報
【特許文献２】特許第５１０５２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１では、脈動を発生させるためには、ポンプモータに供給する電力を高電力値と低電力値とに切り替えて、すなわち、モータを高回転数と低回転数とに交互に切り替えていた。しかしながら、ポンプモータを高回転数から低回転数への切り替えでは、流速が所望値まで低下せず、期待通りの脈動を得ることができなかった。
【０００８】
特に、遠心ポンプ等の羽根車を用いて流体を圧送するポンプにおいては、羽根車では流路が遮断されないとともに、流体の慣性力に羽根車が連れ回りされてしまうことからポンプモータを低速回転数に減速しても流速変化が遅れ、脈動の応答性が悪かった。
【０００９】
また、特許文献２では、ポンプモータの駆動と停止とを交互に駆動させることから、流速を急激に減速させることができる。しかしながら、ポンプモータが停止から駆動に切り替わったとき、モータを予め定めた元の回転数に到達させるのに時間を要し、流速を所望値まで上昇させるのに時間を要する問題があった。その結果、期待通りの脈動を得ることができなかった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、応答性の良い流体の脈動を発生させることができる流体移送装置のポンプモータ制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するため流体移動装置のモータ制御方法は、管路内の流体を圧送するポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記ポンプにて管路内を圧送される流体の流速を制御すべく前記モータの回転を制御するモータ制御部とを備え、高速度の流速を付与する高回転数で前記モータを予め定めた時間駆動させるモータ高回転数領域と、低速度の流速を付与する低回転数で前記モータを予め定めた時間駆動させるモータ低回転数領域とを周期的に発生させて、前記ポンプから圧送される流体に脈動を発生させる流体移送装置のポンプモータ制御方法であって、前記モータ高回転数領域から前記モータ低回転数領域への切り替わるとき、前記モータを予め定めた時間駆動停止させたことを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、流体の低速度への減速、及び、流体の高速度への加速を効果的に短時間に遂行でき、管路内を流れる流体に対して応答性の良い脈動を発生させることができる。その結果、管路内を流れる流体の脈動の効果、特に熱伝導率／放熱効率を高め、流体移送装置の機器効率を高めることができる。
【００１３】
上記構成において、前記モータを駆動停止させる予め定めた時間は、前記モータの回転数が前記モータ高回転数領域の高回転数から前記モータ低回転数領域の低回転数、又は、その低回転数の近傍に到達するまでの時間であることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、流体の流速を低速度から高速度への立ち上げを短時間にできる。
上記構成において、前記ポンプは、羽根車を有する非容積型ポンプであることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、モータが駆動停止されている時間において、羽根車が流体に対して流速を下げる作用をすることで、羽根車が回生ブレーキとして作用する。よって、省エネになる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、応答性の良い流体の脈動を発生せることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】流体移送装置を車両に搭載した電子回路を冷却水にて冷却する冷却システムの概略的なシステム構成図。
【図２】同じく、各モード時におけるモータの回転数及び冷却水の流速を変化を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
流体移送装置の実施形態を説明する。
図１は、流体移送装置を車両に搭載された電子回路の冷却システムに具体化した概略的なシステム図を示す。
【００１９】
冷却システム１は、ラジエータ２と冷却器３を管路４，５で繋ぎ、その管路４の途中に設けた流体移送装置１０のポンプＰによって冷却水がラジエータ２と冷却器３との間を循環するようになっている。
【００２０】
冷却器３は、例えばアルミ板からなり、アルミ板内に流路が形成されている。アルミ板に形成された流路は、導入口と導出口を有し、導入口にラジエータ２から導入された冷却水が通過して導出口から導出されて再びラジエータ２へ移送される。冷却器３（アルミ板）は、車両に搭載された各種の電子回路（例えば、発熱量の大きいインバータ回路）６を冷却する。
【００２１】
つまり、ラジエータ２にて冷却された冷却水は、管路４を介して冷却器３（アルミ板）の流路に移送される。冷却器３（アルミ板）に形成された流路を通過する冷却水は、電子回路６の発熱にて加熱されたアルミ板との間で熱交換が行われて加熱されたアルミ板を冷却する。これによって、電子回路は冷却される。
【００２２】
そして、冷却器３において熱交換されて暖められた冷却水は、管路５を介して冷却器３からラジエータ２に移送され、同ラジエータ２にて熱交換されて再び冷却されて、管路５を介して冷却器３に移送される。
【００２３】
このように、冷却水が流体移送装置１０のポンプＰにてラジエータ２と冷却器３との間を循環することによって、発熱する電子回路６を冷却するための冷却システム１が構築される。
【００２４】
流体移送装置１０のポンプＰは、羽根車（図示せず）を有する非容積型ポンプであって、その羽根車が回転することによって、冷却水を圧送（移送）する。そして、冷却水はラジエータ２と冷却器３との間を、管路４，５を介して循環する。
【００２５】
流体移送装置１０は、ポンプＰを駆動するポンプモータ（以下、単にモータという）Ｍを有している。モータＭは、その回転軸ＳがポンプＰの羽根車と駆動連結され、そのポンプＰの羽根車を実施形態ではモータＭの回転軸Ｓと同じ回転数にて回転させる。モータＭは、交流モータであって、駆動回路１１から供給される電力にて回転駆動される。駆動回路１１は、制御回路１２からの制御信号に基づいてモータＭに供給する電力を生成し、同モータＭに出力する。
【００２６】
制御回路１２は、本実施形態ではマイクロコンピュータよりなり、ポンプＰが冷却水を圧送（移送）する際に、その移送する冷却水に脈動を発生させるためにポンプＰ（モータＭ）の回転数Ｎを制御するための制御信号を生成し駆動回路１１に出力する。
【００２７】
詳述すると、冷却水に脈動を発生させるには、モータＭ（ポンプＰの羽根車）の回転数について、異なる回転数を、周期的に繰り返すことによって得られる。
本実施形態では、高回転数Ｎ１でモータＭを予め定めた時間駆動させた後、モータＭを予め定めた時間駆動停止させ、続いて、高回転数Ｎ１より低い低回転数Ｎ２でモータＭを予め定めた時間駆動させる駆動制御を周期的に繰り返す。
【００２８】
つまり、制御回路１２は、駆動回路１１を制御して移送する冷却水に脈動を発生させるために高速モード、停止モード、低速モードの３つのモードを有する。そして、制御回路１２は、この高速モード、停止モード、低速モードの順で切り替え、それを繰り返して各モードに応じた制御信号を駆動回路１１に出力する。
【００２９】
（高速モード）
高速モードは、制御回路１２がモータＭを予め定めた高回転数Ｎ１に回転させるために同モータＭに供給する電力（高電力ｗ１）を出力させるための第１制御信号ＳＧ１を生成し駆動回路１１に出力するモードである。
【００３０】
なお、モータＭ（ポンプＰ）の高回転数Ｎ１は、冷却水の流速ｖを予め設定した高速度ｖ１にするのに必要な回転数であって、冷却システム１にポンプＰを組み付けた状態で予め試験、実験等で求めた値である。
【００３１】
また、高電力ｗ１の電力値は、モータＭを高回転数Ｎ１で回転させるのに必要な同モータＭに供給する電力値であって、冷却システム１にポンプＰを組み付けた状態で予め試験、実験等で求めた値である。
【００３２】
(停止モード)
停止モードは、制御回路１２がモータＭへの電力の供給を遮断するための第２制御信号ＳＧ２を生成し駆動回路１１に出力するモードである。
【００３３】
（低速モード）
低速モードは、制御回路１２がモータＭを予め定めた低回転数Ｎ２に回転させるために同モータＭに供給する高速モードの高電力ｗ１よりも低い電力（低電力ｗ２）を出力させるための第３制御信号ＳＧ３を生成し駆動回路１１に出力するモードである。
【００３４】
なお、モータＭ（ポンプＰ）の低回転数Ｎ２は、冷却水の流速ｖを高速度ｖ１より遅い予め設定した低速度ｖ２にするのに必要な回転数であって、冷却システム１にポンプＰを組み付けた状態で予め試験、実験等で求めた値である。
【００３５】
また、低電力ｗ２の電力値は、モータＭを低回転数Ｎ２で回転させるのに必要な同モータＭに供給する電力値であって、冷却システム１にポンプＰを組み付けた状態で予め試験、実験等で求めた値である。
【００３６】
制御回路１２は、高速モード、停止モード、低速モードの順に切り替え、それを繰り返す際の各モードの実行時間を予め設定している。つまり、高速モードにおける第１制御信号ＳＧ１の出力時間（ｔ１時間）、停止モードにおける第２制御信号ＳＧ２の出力時間（ｔ２時間）、低速モードにおける第３制御信号ＳＧ３の出力時間（ｔ３時間）は、予め設定されている。
【００３７】
そして、各モードは、図２に示すように、…→第１モード（ｔ１時間）→第２モード（ｔ２時間）→第３モード（ｔ３時間）→第１モード（ｔ１時間）→第２モード（ｔ２時間）→第３モード（ｔ３時間）→…と繰り返されている。これによって、モータＭの回転数Ｎ及び冷却水の流速ｖが、同じく図２に示すように、変動するように設定している。
【００３８】
ここで、ｔ１時間（高速モード時間）は、モータＭが低回転数Ｎ２で回転している状態から高回転数Ｎ１に到達し、その高回転数Ｎ１に安定するのに必要な時間であって、冷却水の流速ｖが低速度ｖ２から高速度ｖ１で安定するのに必要な時間である。
【００３９】
なお、このｔ１時間（高速モード時間）は、冷却システム１にポンプＰを組み付けた状態で予め試験、実験等で求めた値である。
また、ｔ２時間（停止モード時間）は、高回転数Ｎ１で回転しているモータＭへの電力供給を遮断させてから、図２に示すように、冷却水の流速ｖが低速度ｖ２より少し低い速度に到達するまでの時間である。なお、このｔ２時間（停止モード時間）は、冷却システム１にポンプＰを組み付けた状態で予め試験、実験等で求めた値である。
【００４０】
さらに、ｔ３時間（低速モード時間）は、停止モードが終了してから低回転数Ｎ２に到達し、その低回転数Ｎ２に安定するのに必要な時間であって、図２に示すように、冷却水の流速ｖが低速度ｖ２で安定するのに必要な時間である。
【００４１】
なお、このｔ３時間（低速モード時間）は、冷却システム１にポンプＰを組み付けた状態で予め試験、実験等で求めた値である。
つまり、制御回路１２は、ｔ１時間の高速モード中には第１制御信号ＳＧ１を、ｔ２時間の停止モード中には第２制御信号ＳＧ２を、ｔ３時間の低速モード中には第３制御信号ＳＧ３を駆動回路１１にそれぞれ出力する。
【００４２】
そして、駆動回路１１は、周期的に繰り返される第１〜第３制御信号ＳＧ１〜ＳＧ３に応答してモータＭに供給される電力が、→高電力ｗ１（ｔ１時間）→電力供給停止（ｔ２時間）→低電力ｗ２（ｔ３時間）→にと周期的に繰り返される。これによって、モータＭの回転数Ｎが制御され、モータＭの回転数Ｎの変動に応答して、図２に示すように、冷却水の流速ｖも変動する。その結果、冷却システム１を循環する冷却水には周期的な脈動が加えられる。
【００４３】
次に、本実施形態の作用について説明する。
今、低速モードから高速モードに切り替わると、制御回路１２は第１制御信号ＳＧ１を駆動回路１１に出力してモータＭに供給する電力を低電力ｗ２から高電力ｗ１に切り替える。そして、図２に示すように、モータＭ（ポンプＰ）の回転数Ｎは、低回転数Ｎ２から高回転数Ｎ１に向かって上昇する。
【００４４】
これに伴って、冷却水の流速ｖは、図２に示すように、加速し高速度ｖ１に向かって上昇する。
そして、高速モードに切り替わってｔ１時間（高速モード時間）が経過するまで、制御回路１２は第１制御信号ＳＧ１を駆動回路１１に出力してモータＭに高電力ｗ１を供給し続ける。そして、図２に示すように、モータＭ（ポンプＰ）の回転数Ｎは、高回転数Ｎ１で回転し続ける。
【００４５】
これに伴って、冷却水の流速ｖは、図２に示すように、高速度ｖ１に到達し安定する。
続いて、高速モードから停止モードに切り替わると、制御回路１２は第２制御信号ＳＧ２を駆動回路１１に出力してモータＭへの電力供給を遮断する。これによって、図２に示すように、モータＭの回転数Ｎは、高回転数Ｎ１からゼロに向かって急減速する。これに伴って、冷却水の流速ｖも、図２に示すように、ゼロに向かって急激に減速する。
【００４６】
そして、ｔ２時間（停止モード時間）が経過するまで、制御回路１２は第２制御信号ＳＧ２を駆動回路１１に出力してモータＭへの電力供給を遮断し続ける。従って、図２に示すように、モータＭは回転を停止し続ける。これに伴って、冷却水の流速ｖも、図２に示すように、ゼロに向かって減速をし続ける。
【００４７】
停止モードから低速モードに切り替わると、すなわち、冷却水の流速ｖが図２に示すように低速度ｖ２より少し低い流速に低下すると、制御回路１２は第３制御信号ＳＧ３を駆動回路１１に出力して電力供給が遮断されていたモータＭに低電力ｗ２を供給する。これによって、図２に示すように、回転停止していたモータＭの回転数Ｎは、低回転数Ｎ２に向かって上昇する。
【００４８】
このとき、冷却水の流速ｖは、図２に示すように、低速度ｖ２より少し低い位置あることから、低速度ｖ２にスムーズに推移することになる。
そして、低速モードに切り替わってｔ３時間（低速モード時間）が経過するまで、制御回路１２は第３制御信号ＳＧ３を駆動回路１１に出力してモータＭに低電力ｗ２を供給し続ける。これによって、図２に示すように、モータＭは低回転数Ｎ２で回転し続ける。これに伴って、冷却水の流速ｖは、図２に示すように、高速モードに切り替わるまで低速度ｖ２を維持し続ける。
【００４９】
このように、モータＭと連動して回転するポンプＰ（羽根車）にて移送される冷却水の流速ｖは、図２に示すように、各モード時における回転数Ｎの変動に基づいて変動し、冷却水に脈動を発生させることができる。
【００５０】
そして、高速モードと低速モードの間に停止モードを設け、高電力ｗ１を供給していたモータＭへの電力供給を一旦遮断し、モータＭの回転数Ｎが高回転数Ｎ１から急激に減速させるようにした。そのため、冷却水の流速ｖの減速を短時間に行うことができる。
【００５１】
また、電力供給が遮断されたモータＭは、冷却水の流速ｖが低速度ｖ２より少し低くなった速度に到達したとき、モータＭに低電力ｗ２を供給し、その状態からモータＭに高電力ｗ１を供給する高速モードに切り替わるようにした。そのため、冷却水の流速ｖは、短時間に高速度ｖ１に到達する。
【００５２】
以上のことから、管路４，５を流れる冷却水に対して応答性の良い脈動を発生させることができる。これによって、冷却水とラジエータ２及び冷却器３との間の熱交換効率を向上させるとともに、管路４，５と冷却水との圧損（流動抵抗）が低減し移送効率を向上させることができる。
【００５３】
次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。
（１）本実施形態によれば、高速モードと低速モードの間に停止モードを設け、モータＭへの電力供給を一旦遮断して、モータＭの回転数Ｎを高回転数Ｎ１から急激に減速させるようにしたので、冷却水の慣性力に負けることなく冷却水の流速ｖを急激に減速できる。従って、流速ｖの立ち下げを短時間に立ち下げることができる。
【００５４】
（２）本実施形態によれば、停止モードは冷却水の流速ｖが低速度ｖ２より少し低くなった速度に到達したときに終了し、低速モードに切り替わるようにした。そして、低速モードから次に行われる高速モードに切り替わったとき、流速ｖが低速度ｖ２から直ちに高速度ｖ１に向かって加速されるようにした。従って、流速ｖの高速度ｖ１から低速度ｖ２への立ち下げを短時間にできるとともに、流速ｖの低速度ｖ２から高速度ｖ１への立ち上げを短時間にできる。しかも、モータＭにかかる負荷も小さくげきる。
【００５５】
（３）本実施形態によれば、流速ｖの高速度ｖ１から低速度ｖ２への立ち下げ、及び、流速ｖの低速度ｖ２から高速度ｖ１への立ち上げを短時間にできることから、冷却水に対して応答性の良い脈動を発生させることができる。
【００５６】
上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、停止モードのとき、モータＭへの電力の供給を遮断したが、遮断すると同時にモータＭに回生ブレーキがかかるように回路構成して実施してもよい。これによって、回生ブレーキによって得られた回生エネルギーを車両に搭載したバッテリーに充電するようにすれば、省エネに貢献することができる。
【００５７】
○上記実施形態では、停止モードは、冷却水の流速ｖが低速度ｖ２より少し遅くなった速度に到達したときに終了するようにした。これを、冷却水の流速ｖが、低速度ｖ２に到達したとき、又は、低速度ｖ２より少し手前の速い速度まで到達したときに終了するようにして実施してもよい。
【００５８】
○上記実施形態では、流体移送装置１０は、ラジエータ２と冷却器３との間を管路４，５を介してその冷却水を循環させる冷却システム１に具体化した。これを、流体を移送元から他方の移送先に一方向に移送する移送システムに具体化してもよい。
【００５９】
○上記実施形態では、流体移送装置１０は、冷却水を移送した。これを、流体としてその他液体や、気体等を移送する流体移送装置に応用してもよい。
○上記実施形態では、ポンプＰを羽根車を有した非容積型ポンプであったが、その他の非容積型ポンプを用いた流体移送装置に応用してもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１…冷却システム、２…ラジエータ、３…冷却器、４，５…管路、６…電子回路、１０…流体移送装置、１１…駆動回路、１２…制御回路、Ｐ…ポンプ、Ｍ…モータ、Ｎ…回転数、Ｓ…回転軸、Ｎ１…高回転数、Ｎ２…低回転数、ＳＧ１〜ＳＧ３…第１〜第３制御信号、ｗ１…高電力、ｗ２…低電力、ｔ１…高速モード時間、ｔ２…停止モード時間、ｔ３…低速モード時間。
【図１】
2016223395.tif 000003
【図２】
2016223395.tif 000004