電動ポンプのモータ制御システム

本発明は、概ね潤滑システムに関するものであり、具体的には、移動式潤滑システムのポンプ用モータのための電子制御システムに関するものである。

生産用機械や建設用機械は、作動する上で潤滑が必要となる場合が多い。そのような機械のシール、ピストン、及び軸受には、摩耗の抑制や、腐食の防止、或いは摩擦熱の低減のため、かなりの量のグリース、オイル、またはそれ以外の潤滑剤が必要となる場合がある。移動式機械が、産業用車両に組み込まれるか、或いは産業用車両に搭載されることは多々あり、それらの産業用車両では、対象となる機械側に設けられる移動式潤滑装置を用いるのが一般的であって、機械側の潤滑剤ポンプ、リザーバ、及び注入器が車両または装置に取り付けられ、適切な潤滑が確実に行われるようになっている。機械側リザーバは、持続的な通常作動に対応するのに足りる制限された容量を有し、必要に応じて大容量の供給源から潤滑剤を補充するようになっている。機械側潤滑装置は、様々な機械に対してそれぞれ専用の複数の注入器に潤滑剤を供給するようになっている場合が多い。

本発明の目的とするところは、移動式潤滑システムのポンプ用モータのための制御システムを提供することにある。

第1の態様において、潤滑剤ポンプ用モータのモータ制御システムは、ポンプシステム電力入力部と、モータ駆動部と、電流センサと、潤滑コントローラと、駆動制御部とを備える。ポンプシステム電力入力部は、システム用電力を供給する。モータ駆動部は、システム用電力を用いて潤滑剤ポンプ用モータを駆動する。電流センサは、ポンプシステム電力入力部とモータ駆動部との間に介装され、システム用電力により生じる入力電流を検出する。潤滑コントローラは、モータ起動信号を発する。駆動制御部は、絶縁型デジタル入力部を介してモータ起動信号を受信し、モータ起動信号に応答して、入力電流の検出値とユーザが設定した電流設定値とに応じ、モータ駆動部を制御する。

第2の態様において、潤滑システムは、潤滑剤リザーバと、潤滑剤リザーバから流体を引き出す潤滑剤ポンプと、ポンプ用モータと、システム電力入力部と、潤滑コントローラと、モータ制御部とを備える。ポンプ用モータは、潤滑剤ポンプを駆動し、システム電力入力部は、ポンプ用モータを駆動する入力電力を供給する。潤滑コントローラは、ポンプ用モータに対する起動信号を発する。モータ制御部は、絶縁デジタル入力として起動信号を受信し、起動信号に応答して、ユーザが設定した電流設定値と、入力電力により生じる電流の検出値とに応じ、システム電力入力部からポンプ用モータに供給される電力を、駆動制御部を用いて制御する。

潤滑システムの概要図である。

図1に示す潤滑システムの一部の分解斜視図である。

図1に示す潤滑システムの電動ポンプ用モータ制御システムの概要を示すブロック図である。

本発明の潤滑システムは、絶縁デジタル入力として起動指令を受け取り、当該起動指令に応答し、制御ループを形成する駆動制御部を用いることにより、ユーザが設定した電流設定値と、入力電力により生じる電流の検出値とに応じたモータ制御信号を生成する電動ポンプ用モータ制御システムを備えている。

図1は、潤滑システム10の概要図であって、この潤滑システム10は、流体の潤滑剤を受容し、保管して、供給する装置となっている。潤滑システム10は、潤滑剤リザーバ14、モータ16、ポンプ18、流体管20、流入・流出マニホールド22、潤滑剤供給流路24、及び潤滑剤注入器26を有した機械側装置12を備える。流体の潤滑剤は、補充用配管30、遮断弁装置32、及びリザーバ流入配管34を介して、補充用供給源28から潤滑剤リザーバ14に供給することができる。補充用供給源28から供給される流体は、補充用ポンプ36によって圧送され、補充用配管30から供給されて余剰となった潤滑剤は、排出路38によって潤滑剤集積容器40内に排出することができるようになっている。

機械側装置12は、ポンプ、ピストン、シール、軸受、及び軸など、潤滑対象となる機械と共に使用する専用の潤滑装置である。機械側装置12は、例えば、移動可能な構成部材の潤滑を行うために、車両またはそれ以外の移動式装置に搭載される潤滑装置とすることができる。潤滑剤リザーバ14は、流体の潤滑剤を収容するタンクまたはそれ以外の容器である。一実施形態において、潤滑剤リザーバ14は、実質的に円筒状のドラム缶とすることができる。モータ16はポンプ18を駆動し、そのときポンプ18は、潤滑剤リザーバ14から流体管20を介して潤滑剤を引き出し、加圧した状態で、流入・流出マニホールド22を介して潤滑剤供給流路24に潤滑剤を押し出す。モータ16は、例えば、電動モータまたはエアモータとすることができる。一実施形態において、ポンプ18は、ピストン式ポンプとなっている。これに代わる実施形態として、ポンプ18は、任意の形式の往復動型ポンプ、またはギヤポンプとすることができる。

流体管20は、流入・流出マニホールド22に近接する潤滑剤リザーバ14の上部位置から、潤滑剤リザーバ14の基底部近傍の底部位置まで延設された潤滑剤搬送用の管である。流体管20は、直立した円筒状の管として示されているが、これに代わる実施形態として、屈曲させたり傾斜させたりするなど、別の形状を有するものであってもよい。流体管20は、例えば、同軸状に設けられた流入路と流出路とを有した入れ子式の管とすることができる。流入・流出マニホールド22は、潤滑剤リザーバ14からの出口及び潤滑剤リザーバ14への入口を形成する。流入・流出マニホールド22には、流体管20、潤滑剤供給流路24、及びリザーバ流入配管34が接続されている。潤滑剤供給流路24は、流入・流出マニホールド22から潤滑剤注入器26へと潤滑剤を案内する流体供給配管であり、この潤滑剤は、潤滑対象の複数の構成部材(図示せず)を通って配送されるようになっている。ここでは単一の潤滑剤供給流路24が示されているが、機械側装置12の一実施形態として、複数の潤滑剤供給流路を設けることが可能であり、それら潤滑剤供給流路は、いずれも流入・流出マニホールド22に接続される。潤滑剤注入器26は、グリース、オイル、またはそれ以外の潤滑剤のための注入器であって、潤滑対象部材のある場所に配設される。潤滑剤注入器26は、例えば、バネによる付勢がなされており、モータ18により加圧されることにより、調量した潤滑剤を放出して供給する注入器とすることができる。

補充用供給源28は、必要に応じて潤滑剤リザーバ14への補充に用いる潤滑剤の供給源である。補充用供給源28は、例えば、大型で定置式のドラム缶、タンク、または容器とすることができる。潤滑剤リザーバ14が空の状態になると、リザーバ流入配管34を介して流入・流出マニホールド22に連通する遮断弁装置32に、補充用配管30を接続することにより、潤滑剤リザーバ14への補充を行うことができる。補充用配管30は、例えば、補充用供給源28に組み付けられた着脱式ホースとすることができる。遮断弁装置32は、補充用供給源28と流入・流出マニホールド22との間に介装された弁装置である。遮断弁装置32は、開弁側に付勢されているが、潤滑剤リザーバ14が満杯になっているときは閉弁して過剰充填を防止する。遮断弁装置32が開弁状態にあると、補充用配管30、遮断弁装置32、及びリザーバ流入配管34を介し、補充用ポンプ36によって、補充用供給源28からの流体を潤滑剤リザーバ14内に圧送することができる。補充用ポンプ36は、例えば、ギヤポンプ、往複動型シリンダポンプ、またはそれ以外の適合する圧送装置とすることができる。潤滑剤リザーバ14が満杯になると、遮断弁装置32から補充用配管30を取り外すことができる。過剰となった潤滑剤は、排出路38を介して補充用配管30から排出することができる。排出路38は、例えば、流出管としてもよいし、手動操作弁を介して補充用配管30に取り付けられた蛇口とすることもできる。一実施形態において、潤滑剤集積容器40は、廃液溜とすることができる。別の実施形態として、潤滑剤集積容器40は、余剰の潤滑剤を補充用供給源28に戻す再循環用集積容器としてもよい。

潤滑コントローラ42は、適切な制御用ソフトウエアが搭載された、専用のマイクロコンピュータもしくはその集合体、または非専用コンピュータなどの論理演算可能な装置である。潤滑コントローラ42は、機械側装置12の状態を示す入力信号C_iを受け取り、出力信号C_oにより、機械側装置12のモータ16及びアクチュエータを制御する。潤滑コントローラ42は、機械側装置12の一部としてもよいし、ワイヤレス接続などの遠隔データ接続によって、機械側装置12と通信を行う遠隔制御装置としてもよい。潤滑コントローラ42には、画面、キーパッド、及び通信用トランシーバの少なくとも1つといったユーザインタフェイスを設けて、現場または遠隔地のユーザにデータを提供したり、ユーザが入力したコマンドを受け取ったりすることができるようにしてもよい。一実施形態において、潤滑コントローラ42は、機械側装置12の作動における変化を示す警報または警告メッセージ(例えば、デジタル信号、光、及び音響の少なくとも1つ)を、出力することができる。

機械側装置12は、搬送可能な、即ち補充用供給源28から離れて移動可能な機械構成部材に潤滑剤を供給する。潤滑剤リザーバ14は、必要に応じて補充を行うことが可能となっており、潤滑剤の供給源から独立した状態で、長い期間、例えば、関連する機械構成部材が、補充用供給源28から離れた位置で使用されている間、機械側装置12を作動させることができる。

図2は、上述した潤滑剤リザーバ14、モータ16、ポンプ18、流体管20、流入・流出マニホールド22、遮断弁装置32、及びリザーバ流入配管34を示す、機械側装置12の一部の分解斜視図である。更に、図2には、カバープレート44、シールリング46、フォロワプレート48、リザーバフランジ50、可撓ダイヤフラム52、充填プレート54、主流入口56、主流出口58、逃し弁ソレノイド60、補充流入口62、補充流出口64、及び通気孔66が示されている。

図示した実施形態において、カバープレート44は、潤滑剤リザーバ14に取り付けられる実質的に平坦なカバーであって、モータ16、ポンプ18、遮断弁装置32、及び通気孔66のための台座としての役割を有する。組み付け状態において、カバープレート44は、シールリング46、フォロワプレート48、及びリザーバフランジ50にボルトで固定される。リザーバフランジ50は、潤滑剤リザーバ14の環状フランジであって、固定部材を締結するために設けられて、フォロワプレート48と共に流体用シールを形成する。フォロワプレート48及びシールリング46は、リザーバフランジ50とカバープレート44との間に設けられる。図示した実施形態において、フォロワプレート48は、可撓ダイヤフラム52と、少なくとも1つの充填プレート54とを備えたダイヤフラム板となっている。潤滑剤リザーバ14が満杯となっていないときには、充填プレート54の重みにより、可撓ダイヤフラム52が下方に撓んでカバープレート44から離間する。潤滑剤リザーバ14が充填されていくと、潤滑剤リザーバ14内の潤滑剤が可撓ダイヤフラム52及び充填プレート54を上方に押し上げていく。一実施形態では、このようなフォロワプレート48の上方への変形によって、遮断弁装置32を駆動することが可能となっており、潤滑剤リザーバ14が満杯となったときに、遮断弁装置32を閉弁させることができる。これに代わる実施形態として、別の種類のフォロワプレートを代わりに用いることも可能である。通気孔66は、カバープレート44に形成された蓋付きの開口であって、フォロワプレート48下方への空気の流動を許容することにより、潤滑剤リザーバ14内の潤滑剤の液位が低下していく際の内部気圧の低下を防止する。一実施形態として、可撓ダイヤフラム52及び充填プレート54の少なくとも一方は、フォロワプレート48を貫通する空気の流動を許容するものの、潤滑剤については閉じて流動を遮るような気流用開口を備えていてもよい。

図1に関して上述したように、流入・流出マニホールド22は、流体管20に連通する流路を有した流路集合部材である。主流入口56は、流入・流出マニホールド22の流入口であり、主流出口58は、流入・流出マニホールド22の流出口である。主流出口58は、潤滑剤供給流路24に連通している。一実施形態として、流入・流出マニホールド22は、複数の潤滑剤供給流路に対応した複数の主流出口を有していてもよい。主流入口56は、リザーバ流入配管34及び補充用配管30を介し、補充用供給源28の補充用潤滑剤を受け取る。リザーバ流入配管34は、ホースとして図示しているが、リザーバ流入配管34の別の実施形態として、例えば、硬質の管または通路とすることもできる。リザーバ流入配管34は、主流入口56を、遮断弁装置32の流出口である補充流出口64に接続する。補充用の潤滑剤は、補充流入口62から遮断弁装置32内に流入して、補充流出口64から遮断弁装置32の外に流出し(遮断弁装置32が開弁状態にあるとき)、その後、リザーバ流入配管34、主流入口56、及び流体管20を経て潤滑剤リザーバ14内へと流動する。

図示した実施形態において、流入・流出マニホールド22には、流入・流出マニホールド22に一体的に設けられた逃し弁を駆動するアクチュエータソレノイドである逃し弁ソレノイド60が装着されている。逃し弁ソレノイド60は、潤滑コントローラ42からの出力信号C_oの中に含まれるコマンド信号に従い、流入・流出マニホールド22における弁作動を行う。これにより、流入・流出マニホールド22は、圧送モードと排出モードとの切り換えを行うことが可能となる。圧送モードでは、ポンプ18が、潤滑剤リザーバ14から主流出口58を介して潤滑剤供給流路24へと流体を送り出したり、潤滑剤リザーバ14が、補充用供給源28から圧送された補充用の潤滑剤を、主流入口56を介して受け取ったりすることができる。排出モードでは、圧力解放機構として流入・流出マニホールド22内に設けられた通路を介し、潤滑剤供給流路24内の加圧流体を潤滑剤リザーバ14内に戻すことができる。

図3は、モータ16のためのポンプ用モータ制御システムである電子制御システム100の概要を示すブロック図である。電子制御システム100は、モータ16に対する電力供給を制御することより、ポンプ18の作動を制御する。電子制御システム100には、モータ16、潤滑コントローラ42、システム電力入力部102、モータ制御部104、駆動制御部106、演算処理用電源108、絶縁型デジタル入力部110、電流センサ112、ユーザ入力装置114、及びモータ駆動部116が含まれる。

図1及び図2に関して上述したように、潤滑コントローラ42は、モータ16と信号のやりとりを行う制御装置であって、一実施形態では、潤滑システム10における別の構成要素とも信号のやりとりを行う。システム電力入力部102は、バッテリ、発電機、または電力供給網といったローカル電源に接続されている。システム電力入力部102は、例えば、直流(DC)電源に電気的に接続することができる。モータ制御部104は、モータ16専用の制御用演算処理を行う装置である。一実施形態として、モータ制御部104は、モータ16のハウジング内(例えば、プリント配線基板上など)に組み込むことができる。モータ制御部104は、潤滑コントローラ42からの起動指令C_a、及びシステム電力入力部102からの入力電力P_Iを受け取る。起動指令C_aは、モータ16を起動すべきときと、モータ16を停止すべきときとを特定する。モータ制御部104は、起動指令C_aに応答し、入力電力P_Iにより生じる電流の検出値と、ユーザが設定した電流設定値とに応じた電力をモータ16に供給する。

モータ制御部104は、駆動制御部106及びモータ駆動部116を備える。駆動制御部106は、システム電力入力部102からモータ駆動部116に供給される電力を制御する。駆動制御部106は、マイクロプロセッサを主体とした装置であって、システム電力入力部102からの電力P_Iの一部を演算処理用電源108を介して受け取ると共に、潤滑コントローラ42から、絶縁型デジタル入力部110を介して起動指令C_aを受け取る。絶縁型デジタル入力部110は、潤滑コントローラ42がモータ16に対するオン指令及びオフ指令を供給するためのデータ専用接続となっている。駆動制御部106は、システム電力入力部102とモータ駆動部116との間に介装されている電流センサ112から、電流検出信号c_sを受け取る。電流検出信号c_sは、システム電力入力部102から受け取る電流の瞬時電流値を示すものであって、この瞬時電流値は、システムの作動状態、外部環境、及び電源変動に応じ、時間の経過と共に変動する可能性がある。また、駆動制御部106は、例えば、ダイヤル、ノブ、またはキーパッドとすることが可能なユーザ入力装置114から、ユーザ入力電流信号c_uiを受け取る。このユーザ入力電流信号c_uiは、ユーザが特定した電流設定値を示すものである。ユーザは、作動条件に応じてユーザ入力電流信号c_uiを変化させてもよい。例えば、潤滑システム10の外部環境温度及び外部環境湿度の少なくとも一方における変化は、潤滑剤の粘度に影響し、これに対応したモータ駆動電力の変更が必要となる。

駆動制御部106は、例えば、マイクロプロセッサを主体とした装置とすることが可能であって、電流検出信号c_sとユーザ入力電流信号c_uiとに応じてパルス幅変調されたモータ制御信号C_mを生成する比例・積分・微分(PID)制御ループを形成する。これに代わる実施形態として、駆動制御部106は、比例・積分(PI)制御ループや、比例・微分(PD)制御ループといった、別の形式の比例制御ループを形成するようにしてもよい。演算処理用電源108は、潤滑コントローラ42による制御状態にかかわらず、電力を継続的に駆動制御部106に供給する。起動指令C_aは、入力電力P_Iとは独立しており、モータ制御信号C_mによるモータ16への電力供給の可否を制御する。

モータ制御信号C_mは、システム電力入力部102からの入力電力P_Iを調整し、ユーザ入力装置114によって設定されたユーザ入力電流信号c_uiの電流設定値と実質的に合致するポンプ駆動電流を実現する。このようにして、潤滑コントローラ42がポンプ18の作動を指示する場合には常に、駆動制御部106が、モータ駆動電力をユーザ設定点に制御し続ける。

[可能な実施形態の説明] 以下は、本発明の実現可能な実施形態に関する非限定的な説明である。

潤滑剤ポンプ用モータのモータ制御システムであって、当該モータ制御システムは、システム用電力を供給するポンプシステム電力入力部と、前記システム用電力を用いて前記潤滑剤ポンプ用モータを駆動するモータ駆動部と、前記ポンプシステム電力入力部と前記モータ駆動部との間に介装され、前記システム用電力により生じる入力電流を検出する電流センサと、モータ起動信号を発する潤滑コントローラと、絶縁型デジタル入力部を介して前記モータ起動信号を受信し、前記モータ起動信号に応答して、前記入力電流の検出値とユーザが設定した電流設定値とに応じ、前記モータ駆動部を制御する駆動制御部とを備える。

上述したモータ制御システムには、選択的もしくは付加的に、または代替として、以下に示すような、特徴、構成、及び付加的構成部材のうちのいずれかを1または複数含めることができる。

前記モータ制御システムの更なる実施形態において、前記駆動制御部は、パルス幅変調された制御信号により、前記モータ駆動部を制御する。

前記モータ制御システムの更なる実施形態において、前記駆動制御部は、比例・積分・微分(PID)制御ループを形成する。

前記モータ制御システムの更なる実施形態において、前記駆動制御部は、マイクロプロセッサを主体とする装置である。

前記モータ制御システムの更なる実施形態において、前記マイクロプロセッサを主体とする装置は、前記システム用電力を用いて電力供給が行われる。

前記モータ制御システムの更なる実施形態において、ユーザが前記電流設定値を特定するための入力装置を更に備える。

潤滑システムは、潤滑剤リザーバと、前記潤滑剤リザーバから流体を引き出す潤滑剤ポンプと、前記潤滑剤ポンプを駆動するポンプ用モータと、前記ポンプ用モータを駆動する入力電力を供給するシステム電力入力部と、前記ポンプ用モータに対する起動信号を発する潤滑コントローラと、絶縁デジタル入力として前記起動信号を受信し、前記起動信号に応答して、ユーザが設定した電流設定値と、前記入力電力により生じる電流の検出値とに応じ、前記システム電力入力部から前記ポンプ用モータに供給される電力を、駆動制御部を用いて制御するモータ制御部とを備える。

上述した潤滑システムには、選択的もしくは付加的に、または代替として、以下に示すような、特徴、構成、及び付加的構成部材のうちのいずれかを1または複数含めることができる。

前記潤滑システムの更なる実施形態において、前記システム電力入力部から前記入力電力を受け取ると共に、前記入力電力を調整するためにパルス幅変調されて前記駆動制御部から供給されるモータ制御信号を受け取るモータ駆動部を更に備える。

前記潤滑システムの更なる実施形態において、前記電流は、前記システム電力入力部と前記モータ駆動部との間に介装された電流センサによって検出される。

前記潤滑システムの更なる実施形態において、前記モータ制御部は、前記入力電力を用いて電力供給が行われる。

前記潤滑システムの更なる実施形態において、前記モータ制御部は、前記起動信号により起動が指示されているときに限り、前記ポンプ用モータへの電力供給を許容する。

前記潤滑システムの更なる実施形態において、前記駆動制御部は、比例・積分・微分(PID)制御ループを形成する。

前記潤滑システムの更なる実施形態において、ユーザが前記電流設定値を特定するための入力装置を更に備える。

前記潤滑システムの更なる実施形態において、前記入力装置はノブである。

前記潤滑システムの更なる実施形態において、前記駆動制御部は、マイクロプロセッサを主体とする装置である。

具体的な実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であると共に、均等物で本発明の各構成要素を置き換えることが可能であることが当業者に理解されよう。また、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況やものを本発明の教示に適合させるための様々な変形が可能である。従って、本発明は、開示した特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲内に包含される全ての態様を含むものである。

米国仮出願第61/863334号は、その全体を参照することにより、ここに編入されるものである。