特許 6303043 水中ポンプ及び水中ポンプの制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6303043

(24)【登録日】2018年3月9日

(45)【発行日】2018年3月28日

(54)【発明の名称】水中ポンプ及び水中ポンプの制御方法

(51)【国際特許分類】

   F04D 15/00 20060101AFI20180319BHJP

   F04D 15/02 20060101ALI20180319BHJP

【ＦＩ】

   F04D15/00 A

   F04D15/02

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-67504(P2017-67504)

(22)【出願日】2017年3月30日

【審査請求日】2017年3月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】000148209

【氏名又は名称】株式会社川本製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(72)【発明者】

【氏名】坂谷 哲則

(72)【発明者】

【氏名】山崎 修平

【審査官】 松浦 久夫

(56)【参考文献】

【文献】 特開平６−３４６８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平７−２０００１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１５８８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ １５／００

Ｆ０４Ｄ １５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポンプと、
前記ポンプに一体に接続されたモータと、
前記モータの電流を測定する電流検出部と、
前記電流検出部で一定時間内に測定された前記電流の電流波形の一周期毎の極大電流値の最大値と最小値を検出及び比較し、前記最大値及び前記最小値の比率である脈動比率を求める演算部と、
１よりも大きい比率である脈動判定比率を記憶する記憶部と、
前記演算部で求めた前記脈動比率と前記記憶部に記憶された前記脈動判定比率とを比較し、前記脈動比率が前記脈動判定比率以上である場合に、前記ポンプを停止する制御部と、
を備える水中ポンプ。

【請求項2】

前記モータへの通電時の電源電圧の波形を測定する電圧検出部をさらに備え、
前記演算部は、前記電圧検出部で測定された電源電圧の波形からカウントしたゼロクロス信号の立ち上がり回数から、前記電源電圧の周波数を判定し、判定した前記周波数に基づいて前記一周期の波形における極大電流値の検出点数を変更する、請求項１に記載の水中ポンプ。

【請求項3】

前記記憶部には、前記周波数に応じた前記脈動判定比率が記憶されており、
前記制御部は、判定した前記周波数に応じて、前記脈動判定比率を変更する、請求項２に記載の水中ポンプ。

【請求項4】

前記制御部は、前記演算部で前記最大値及び前記最小値の検出開始後、前記脈動比率が前記脈動判定比率以上である場合に前記ポンプを停止した時間が一定時間以内である場合に、前記脈動判定比率に補正値を加算する、請求項３に記載の水中ポンプ。

【請求項5】

前記制御部は、前記演算部で前記最大値及び前記最小値の検出開始後、一定時間経過後に前記ポンプを停止しなかった場合に、前記ポンプを強制停止するとともに、前記脈動判定比率が加算補正されていた場合に、前記脈動判定比率から補正値を減算する、請求項４に記載の水中ポンプ。

【請求項6】

前記モータへ電力を供給するリレーを含み、前記制御部の指令により前記モータへ電力の供給及び供給停止を行う駆動回路を備え、
前記モータは保護装置を有し、
前記制御部は、前記ポンプの駆動中に、前記モータの前記電流が一定時間ゼロの場合に、前記駆動回路を制御して前記リレーを切り換えて、前記モータへの前記電力の供給を停止する、
請求項１に記載の水中ポンプ。

【請求項7】

前記モータと絶縁され、外部に露出した電極を備え、
前記モータは、前記モータの電源アースに接続される金属材料により構成されたモータフレームを備え、
前記制御部は、前記電極及び前記モータフレームが汚水により導通したときに前記ポンプを駆動する、請求項１に記載の水中ポンプ。

【請求項8】

前記電極に下方に延びる電極棒を設けることを特徴とする請求項７に記載の水中ポンプ。

【請求項9】

ポンプに一体に接続されたモータの電流を電流検出部で測定し、
演算部が前記電流検出部で一定時間内に測定された前記電流の電流波形の一周期毎の極大電流値の最大値と最小値を検出及び比較し、
前記演算部が前記最大値及び前記最小値の比率である脈動比率を求め、
制御部が、前記脈動比率と記憶部に記憶された１よりも大きい比率である脈動判定比率とを比較し、前記脈動比率が前記脈動判定比率以上である場合に、前記ポンプを停止する、
水中ポンプの制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、汚水等の水位を検出して排水する水中ポンプ及び水中ポンプの制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

現在、汚水槽内の汚水等を排水する手段として、水中に設置される水中ポンプが知られている。この水中ポンプは、汚水槽内の水位を検出して運転制御を行うことから、リードスイッチを用いたフロートスイッチが水位検出器として用いられている。しかし、フロートスイッチは、低水位での使用に制約があり、また、稼働スペ−スも必要である。また、水質が悪いと、水垢や汚物が付着しやすい、という問題がある。

【0003】

このため、水位検出器として、電極を用いるものや、静電容量により水位を検出するものも知られている。電極を用いる水位検出器は、稼働スペ−スが不要である点や、振動や衝撃が印加されても、誤作動しない、という利点がある。静電容量により水位を検出する水位検出器は、水と空気の比誘電率の違いにより、電極間に水が存在するか否かを検出する技術を用いることから、電源のアース線によりポンプのボディを接地電極とするという技術が用いられている。このため、静電容量により水位を検出する水位検出器は、稼働スペ−スが不要であり、且つ、振動や衝撃による誤作動防止に優れているという利点に加え、油分等を含む汚水でも水位を高い精度で検出可能となる特徴を有する。

【0004】

しかし、電極式及び静電容量式のいずれの水位検出器においても、停止水位を検出するために、水中モータ上部のモータカバーに内蔵された電装部に接続されたセンサーコードを延長して、検出電極をポンプケーシング近傍に固定する必要がある。このため、これら水位検出器は、搬入や設置時に破損する虞や、製造コストの増加の要因になる、という問題がある。

【0005】

そこで、上記のような水中ポンプの外部にセンサー部を設けることを要さずに、水中ポンプの電流を検出して水中ポンプを制御する技術が知られている。この水中ポンプを制御する方法は、液面が高い場合は揚水運転となり、高負荷のためモータの運転電流値が高くなり、そして、液面がポンプ吸込口まで低下し、空気を吸い込む渇水運転になると、低負荷のためモータの運転電流値が低くなる水中ポンプの特性を利用し、モータの電流値に基づいて水位を検出する技術である。

【0006】

しかしながら、フロートスイッチの稼働スペースを確保できない場所に設置する水中ポンプは、小出力の単相誘導電動機を使用した小型ポンプが多いが、低負荷での力率が悪いため、渇水運転時のモータの運転電流値と、正常な揚水運転時のモータの運転電流値の差が小さい、という問題点があった。

【0007】

このため、いずれの電源周波数においても、電源電圧の変動や水中モータの温度上昇などによる電流値のバラツキを考慮すると、揚水運転及び渇水運転を電流値レベルでの比較により判断することは困難であり、安定した停止制御ができない、という問題があった。

【0008】

そこで、電源の電圧と電流との位相差を検出することで、渇水運転及び揚水運転を判別する技術が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。また、電源電圧とコンデンサの端子間電圧を測定して、渇水運転と揚水運転の相違を検出する技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００２−００５０３２号公報

【特許文献2】特開２００２−１２２０９３号公報

【特許文献3】特許第４３３６１３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、５０Ｈｚ及び６０Ｈｚの異なる電源周波数に対して同じ単相モータが生産性の都合上用いられている。このため、電源周波数が異なる場合であっても、モータを運転するためのコンデンサの容量が同じであることから、電源周波数の相違により出力の大小に対する力率の変化が５０Ｈｚと６０Ｈｚで大きく異なることから、特許文献１及び特許文献２の技術は実用的とは言えない。

【0011】

また、特許文献３の技術は、電源電圧とコンデンサの端子間電圧を測定して、渇水運転と揚水運転の相違を検出する技術であるが、モータのコンデンサ端子間電圧は、渇水運転時と揚水運転時での電圧の差は僅かであり、水中ポンプを高い精度で制御することは困難である。

【0012】

そこで本発明は、単相・三相、出力等のモータ種別や電源周波数の相違があっても、渇水運転及び揚水運転を判断できる水中ポンプ及び水中ポンプの制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前記課題を解決し目的を達成するために、本発明の水中ポンプ及び水中ポンプの制御方法は次のように構成されている。

【0014】

本発明の一態様として、水中ポンプは、ポンプと、前記ポンプに一体に接続されたモータと、前記モータの電流を測定する電流検出部と、前記電流検出部で一定時間内に測定された前記電流の電流波形の一周期毎の極大電流値の最大値と最小値を検出及び比較し、前記最大値及び前記最小値の比率である脈動比率を求める演算部と、１よりも大きい比率である脈動判定比率を記憶する記憶部と、前記演算部で求めた前記脈動比率と前記記憶部に記憶された前記脈動判定比率とを比較し、前記脈動比率が前記脈動判定比率以上である場合に、前記ポンプを停止する制御部と、を備える。

【0015】

本発明の一態様として、水中ポンプの制御方法は、ポンプに一体に接続されたモータの電流を電流検出部で測定し、演算部が前記電流検出部で一定時間内に測定された前記電流の電流波形の一周期毎の極大電流値の最大値と最小値を検出及び比較し、前記演算部が前記最大値及び前記最小値の比率である脈動比率を求め、制御部が、前記脈動比率と記憶部に記憶された１よりも大きい比率である脈動判定比率とを比較し、前記脈動比率が前記脈動判定比率以上である場合に、前記ポンプを停止する。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、電源周波数の相違があっても、渇水運転及び揚水運転を判断できる水中ポンプ及び水中ポンプの制御方法を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態に係る水中ポンプの構成を一部断面で示す側面図。

【図2】同水中ポンプに用いられる制御基板の構成を示す平面図。

【図3】同制御基板の構成を模式的に示す説明図。

【図4】同水中ポンプの制御の一例を示す流れ図

【図5】本発明の変形例に係る水中ポンプの構成を一部断面で示す側面図。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施形態に係る水中ポンプ１を、図１乃至図４を用いて説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る水中ポンプ１の構成を一部断面で示す側面図、図２は水中ポンプ１に用いられる制御基板５３の構成を示す平面図、図３は制御基板５３の構成を示すブロック図、図４は水中ポンプ１の制御の一例を示す流れ図である。

【0019】

図１に示すように、水中ポンプ１は、ポンプ１０と、ポンプ１０の上部に固定されるモータ１１と、ポンプ１０及びモータ１１の間に設けられたメカニカルシール１２と、ポンプ１０及びモータ１１を接続する回転軸１３と、電装部１４と、を備えている。このような水中ポンプ１は、例えば、汚水槽及び下水道等に設置され、汚物等の異物を含む汚水を排水する。

【0020】

ポンプ１０は、回転軸１３に固定される羽根車２１と、羽根車２１を収納するポンプケーシング２２と、ポンプケーシング２２を覆うケーシングカバー２３と、を備えている。

【0021】

羽根車２１は、ポンプケーシング２２内に収容される。羽根車２１は、ポンプケーシング２２内で回転することで、水を圧送可能に形成されている。羽根車２１は、例えば、一枚の円板状のシュラウドに羽根が複数設けられたセミオープンタイプのインペラである。

【0022】

図１に示すように、ポンプケーシング２２は、水中ポンプ１を設置面に設置した状態で下方に配置される吸込口３１と、外周面の一部に形成された吐出口３２と、吸込口３１及び吐出口３２と接続されるポンプ室３３と、ポンプ室３３の上方に設けられた開口部３４と、を備えている。また、ポンプケーシング２２は、吸込口３１を覆うストレーナ３６と、水中ポンプ１を設置させるための複数の脚部３７を下面に複数備えている。

【0023】

吸込口３１は、水中ポンプ１を設置する設置面から所定の間隙を有して配置される。吐出口３２は、例えば、ポンプ室３３の径方向の一部に流体的に接続される。吐出口３２は、開口端の軸心方向が上方に向って開口する。吐出口３２には排水管が接続される。

【0024】

ポンプ室３３は、羽根車２１を収納可能に形成されている。また、ポンプ室３３は、羽根車２１によって増圧された液体を吐出口３２に案内可能な、ボリュート形状の流路を構成する。

【0025】

開口部３４は、羽根車２１をポンプ室３３に挿入可能な内径を有している。脚部３７は、吸込口３１の周囲に等間隔に複数配置されている。脚部３７は、水中ポンプ１を設置面に設置した状態で、吸込口３１を水中ポンプ１の設置面から所定の高さに配置可能な長さに構成される。

【0026】

ケーシングカバー２３は、ポンプケーシング２２の開口部３４に固定され、開口部３４を覆う。ケーシングカバー２３には、モータ１１が固定される。例えば、ケーシングカバー２３は、モータ１１の後述するモータフレーム４１の下面とともに、メカニカルシール１２のシール室１２ａを構成する。

【0027】

モータ１１は、モータフレーム４１と、モータフレーム４１内に設けられた固定子と、固定子により回転する回転子と、モータフレーム４１の上端部に設けられたモータカバー４２と、を備えている。モータ１１は、例えば単相誘導モータである。

【0028】

モータフレーム４１は、例えば、ステンレス材等の導電性材料で構成される。固定子は、モータフレーム４１内に固定される。回転子には、回転軸１３が固定される。

【0029】

モータカバー４２は、モータフレーム４１の上端に液密に固定される。モータカバー４２は、非導電性材料である樹脂材料で構成される。モータカバー４２は、内部に電装部１４を収容する。

【0030】

メカニカルシール１２は、ケーシングカバー２３と回転軸１３との間、及び、モータフレーム４１と回転軸１３との間を密封する。

【0031】

回転軸１３は、モータ１１の回転子と直接的又は間接的に接続され、回転子の回転に追従して回転可能に形成されている。回転軸１３は、例えば、ケーシングカバー２３又はモータフレーム４１にベアリング等の軸受を介して回転自在に支持されている。回転軸１３は、一端がポンプケーシング２２内に配置され、羽根車２１が固定される。

【0032】

電装部１４は、電極５１と、電源ケーブル５２と、制御基板５３と、を含む。

【0033】

電極５１は、制御基板５３の後述する制御部６７に電気的に接続される。電極５１は、モータカバー４２の上端部に一部が露出して配置される。電極５１は、汚水が接触したときに、汚水を介して水中ポンプ１の電源アースに電気的に接続されるモータフレーム４１と導通可能に構成される。電極５１は、交流又は直流電圧印加回路を有し、電圧が印加されるとともに、モータフレーム４１と導通したときに、当該情報を信号に変換し、当該信号を制御部６７に送信する。電源ケーブル５２は、外部の電源に接続される。

【0034】

制御基板５３は、モータカバー４２内に固定される。図２に示すように、制御基板５３は、例えば、基板５３ａに実装されたワンチップマイコン５３ｂ、高周波トランス５３ｃ、モータ１１の駆動用のリレー５３ｄ、信号の入出力や電源入力を行う信号線５３ｅ等の電装品により構成される。

【0035】

このような制御基板５３は、図３に示すように、電流検出部６１と、電圧検出部６２と、演算部６３と、設定部６４と、記憶部６５と、駆動回路６６と、制御部６７と、を備えている。

【0036】

電流検出部６１は、モータ１１の電流値を測定する回路である。電圧検出部６２は、モータ１１に供給される電源電圧を測定する回路である。

【0037】

演算部６３は、電流検出部６１及び電圧検出部６２に接続される。演算部６３は、電圧検出部６２で測定された電源電圧の波形から、ゼロクロス信号の立ち上がり回数をカウントする。演算部６３は、このカウントしたゼロクロス信号から、電源電圧の周波数を判断可能に構成される。例えば、演算部６３は、測定した電源電圧波形の１秒（以下、秒を「ｓ」として示す）あたりのゼロクロス信号の立ち上がり回数が５５回未満の場合には５０Ｈｚと、１ｓあたりゼロクロス信号の立ち上がり回数が５５回以上の場合は６０Ｈｚと判断する。

【0038】

演算部６３は、電流検出部６１により運転時の電流を所定の時間、例えば０．１２５ｍｓ毎に測定し、所定の検出点数で一周期中の波形、即ち正値毎の極大電流値を判定し、極大値を決定する。また、演算部６３は、判定された周波数に応じて、検出点数を変更する。具体例として、演算部６３は、電源電圧の周波数が５０Ｈｚの場合には検出点数を８０点に設定し、電源電圧の周波数が６０Ｈｚの場合には、検出点数を６６点に設定する。

【0039】

また、演算部６３は、電流検出部６１で測定した運転電流の電流波形の一周期毎の極大値を記憶部６５に記憶する。演算部６３は、電流検出部６１で測定された所定の時間内に得られた当該極大電流値の最大値と最小値を検出し、当該検出した最大値及び最小値を比較して、脈動判定を行うための最大値と最小値の比率である脈動比率ｋを求める。演算部６３は、求めた脈動比率ｋを制御部６７に送信する。

【0040】

設定部６４は、外部から各値等を設定又は入力する入力部である。

【0041】

記憶部６５には、ポンプ１０の駆動を停止するか否かの判断を行う閾値が記憶されている。ここで、閾値は、モータ１１の運転電流の電流波形の一周期毎の極大電流値の最大値と最小値の比である脈動比率ｋと比較する脈動判定比率ｋ０であり、ｋ０＞１に設定される。記憶部６５に記憶される脈動判定比率ｋ０は、設定部６４によって、単相・三相、出力（ｋＷ）等、水中ポンプ１のモータ１１の種別に応じて設定される。また、記憶部６５には、判定された周波数に応じた脈動判定比率ｋ０がそれぞれ設定される。例えば、周波数が５０Ｈｚである場合における脈動判定比率ｋ０は、ｋ０＝１．１５乃至１．２０に設定されるとともに、
また、記憶部６５には、脈動判定比率ｋ０の補正値ｃと、加算補正の上限値ｍが記憶されている。補正値ｃ及び上限値ｍは、設定部６４により任意に設定可能に構成される。補正値ｃは、例えば、脈動判定比率ｋ０に加算又は加算後に減算する値であり、補正を行った場合には、ｋ０＝ｋ０〜ｋ０＋ｃとなる。また、上限値ｍは、補正値ｃを脈動判定比率ｋ０に加えたときの補正値ｃの累積値ｄの上限である。例えば、補正値ｃはｃ＝０．０３と設定される。補正回数をｎとしたときに、累積値ｄはｄ＝ｃ×ｎで求められる。例えば、加算補正の上限値ｍはｍ＝±０．１５と設定される。

【0042】

また、記憶部６５には、脈動判定比率ｋ０を補正する条件が記憶されている。ここで、補正の条件としては、例えば、脈動比率ｋ及び脈動判定比率ｋ０の比較を開始したあと、渇水運転と判断するまでの一定時間Ｔ１、及び、脈動比率ｋ及び脈動判定比率ｋ０の比較を開始後、揚水運転を継続した一定時間Ｔ２である。例えば、記憶部６５には、補正を行う条件である一定時間Ｔ１、Ｔ２が記憶される。例えば、一定時間Ｔ１は１０秒が、一定時間Ｔ２は１０分が設定される。

【0043】

ここで、脈動判定比率ｋ０について説明する。まず、渇水運転として、水中ポンプ１により排水されて汚水槽の水位が低下し、渇水運転になった場合、液面が瞬時的にポンプ１０の吸込口３１より下がり、空気を吸い込むと、モータ１１の電流の最大値が最も低い空転時の無負荷電流となる。また、液面の波立ちにより瞬間的に吸込口３１より液面が上昇すると、吐出口３２に接続された排水管内の水頭により加圧されて電流の最大値が増加する。このため、渇水運転においては、極大電流値の最大値と最小値の比率である脈動比率ｋが増減するように、一周期が０．６ｓ程度の周期的な脈動挙動を示す。例えば、極大電流値の最大値と最小値の比率は約１３０％程度となる。

【0044】

これに対し、揚水運転においては、電流波形から求められる極大電流値の最大値と最小値の比率は、例えば１００．３〜１０１．５％程度と、ほとんど脈動挙動を示さない。

【0045】

このため、脈動判定比率ｋ０を、１よりも大きく、且つ、揚水運転時の極大電流値の最大値と最小値の比率である脈動比率ｋよりも大きい値とすることで、渇水運転であるのか、揚水運転であるのかを判断できる。

【0046】

駆動回路６６は、制御部６７からのモータ１１の駆動及び停止の指令に基づいて、モータ１１に電力の供給及び供給停止を行う回路である。駆動回路６６は、制御基板５３のリレー５３ｄ等により構成される。駆動回路６６は、リレー５３ｄを切り換えて、モータ１１への電力の供給を停止する。

【0047】

制御部６７は、電極５１の電圧印加回路に、即ち電極５１と電源アース（モータフレーム４１）との間に交流電圧を印加するとともに、電極５１及び電源アースとの間が一定時間、例えば１秒導通した場合には、駆動回路６６にモータ１１の駆動の指令を行う。制御部６７は、判定された周波数に基づいて、記憶部６５に記憶された脈動判定比率ｋ０を選択する。

【0048】

制御部６７は、演算部６３で求めた脈動比率kを、閾値である、記憶部６５に記憶され、選択した脈動判定比率ｋ０と比較し、渇水運転であるか、又は、揚水運転であるかを判断する。制御部６７は、脈動比率ｋが脈動判定比率ｋ０以上である場合（ｋ≧ｋ０）には、渇水運転であるとして、駆動回路６６にモータ１１の停止指令を行う。また、制御部６７は、脈動比率ｋが脈動判定比率ｋ０未満である場合（ｋ＜ｋ０）には、揚水運転と判断し、駆動回路６６にモータ１１の駆動を継続する指令を行う。

【0049】

制御部６７は、所定の時間（０．１２５ｍｓ）毎に測定された極大電流値の最大値及び最小値の検出開始後、記憶部６５に記憶された一定時間Ｔ１以内、例えば１０秒以内に渇水運転と判断し、モータ１１を停止した場合に、脈動判定比率ｋ０に補正値ｃを加算する補正を行う。これは、電源電圧が低い場合には通常の揚水運転時においても、モータ１１の電流の脈動比率が高くなる傾向があり、初期値の脈動判定比率ｋ０以上となると、渇水運転でない場合であっても、渇水運転と判断されて誤動作する虞があるためである。

【0050】

また、制御部６７は、記憶部６５に記憶された一定時間Ｔ２が経過、例えば１０分が経過した時点で渇水運転と判断しないで、且つ、脈動判定比率ｋ０に補正値ｃを加算している場合には、以下の制御を行う。即ち、制御部６７は、所定の時間（０．１２５ｍｓ）毎に測定された極大電流値の最大値及び最小値の検出開始後、駆動回路６６にモータ１１の強制停止の指令を行うとともに、補正値ｃが加算された脈動判定比率ｋ０から減算する補正を行う。

【0051】

これは、電源電圧が高くなった場合に、渇水運転時のモータ１１の電流の脈動比率が低くなる傾向があり、脈動判定比率ｋ０に補正値ｃを加算していた場合に、渇水運転を検出できなくなる虞があるためである。

【0052】

また、補正による累積値ｄが上限値ｍとなった場合には、以降、制御部６７は、累積値ｄが上限値ｍを超える補正を行わない。即ち、制御部６７は、累積値ｄが上限値ｍ以下となる補正のみを行う。

【0053】

次に、このように構成された水中ポンプ１の制御方法について、図４の流れ図を用いて説明する。
電源が投入されると、演算部６３は、電源電圧の周波数から検出点数を設定する（ステップＳＴ１）。次に、制御部６７は、電極５１に交流電圧を印加する。電極５１及び電源アースが一定時間、例えば、１秒導通した場合に、制御部６７は、水位が所定の水位となったと判断する。即ち、制御部６７は、所定の水位を検出する（ステップＳＴ２）。次いで制御部６７は、駆動回路６６にモータ１１の駆動の指令を行い、ポンプ１０を駆動する（ステップＳＴ３）。

【0054】

ポンプ１０が駆動されると、演算部６３は、電流検出部６１により０．１２５ｍｓ毎に測定された電流から極大電流値を判定し、極大電流値を決定する（ステップＳＴ４）。次いで、演算部６３は、一周期毎の極大電流値を記憶部６５に記憶する（ステップＳＴ５）。

【0055】

また、演算部６３は、一定時間内に得られた当該極大電流値の最大値と最小値から、脈動比率ｋを求め（ステップＳＴ６）、脈動比率ｋを制御部６７に送信する。

【0056】

制御部６７は、当該脈動比率kと記憶部６５に記憶された脈動判定比率ｋ０とを比較し、渇水運転であるか、又は、揚水運転であるかを判断する（ステップＳＴ７）。具体的には、制御部６７は、脈動判定比率ｋ０よりも脈動比率ｋが大きいか否かを判断する。脈動比率ｋが脈動判定比率ｋ０以上である場合（ｋ≧ｋ０）には、制御部６７は渇水運転と判断し（ステップＳＴ７のＹＥＳ）、駆動回路６６にモータ１１の停止指令を行い、ポンプ１０を停止する（ステップＳＴ８）。

【0057】

制御部６７は、脈動比率ｋ及び脈動判定比率ｋ０の比較を開始後から渇水運転と判断するまでの時間Ｔが、記憶部６５に記憶された一定時間Ｔ１以内であるか否かを判断する（ステップＳＴ９）。時間Ｔが一定時間Ｔ１を超えている場合（ステップＳＴ９のＮＯ）には、制御部６７は、ステップＳＴ１で所定の水位を検出するまで待機する。

【0058】

時間Ｔが一定時間Ｔ１以下である場合（ステップＳＴ９のＹＥＳ）には、制御部６７は、補正値ｃを脈動判定比率ｋ０に加算して脈動判定比率ｋ０を補正し（ステップＳＴ１０）、ステップＳＴ１で所定の水位を検出するまで待機する。なお、補正に際し、補正値ｃを脈動判定比率ｋ０に加算すると、累積値ｄが上限値ｍを超える場合には、補正は行わない。

【0059】

また、ステップＳＴ７において、脈動比率ｋが脈動判定比率ｋ０未満である場合（ｋ＜ｋ０）には、制御部６７は揚水運転と判断し（ステップＳＴ７のＮＯ）、駆動回路６６にモータ１１の駆動を継続する指令を行う（ステップＳＴ１１）。

【0060】

制御部６７は、演算部６３が極大電流値を決定し、そして一定時間内に得られた当該極大電流値の最大値と最小値の検出をした後、即ち、脈動比率ｋ及び脈動判定比率ｋ０の比較を開始後、揚水運転を継続した時間Ｔが一定時間Ｔ２を超えたか否かを判断する（ステップＳＴ１２）。当該時間Ｔが一定時間Ｔ２を超えていない場合（ステップＳＴ１２のＮＯ）には、ステップＳＴ４に戻り、以下の工程を繰り返す。

【0061】

当該時間Ｔが一定時間Ｔ２を超えた場合（ステップＳＴ１２のＹＥＳ）には、制御部６７は、駆動回路６６にモータ１１の停止指令を行い、ポンプ１０を停止する（ステップＳＴ１３）。換言すると、ステップＳＴ１３として、制御部６７は、一定時間Ｔ２を経過してもポンプ１０を停止しなかった場合に、ポンプ１０を強制停止する。次いで、制御部６７は、加算補正が成されているか否かを判断する（ステップＳＴ１４）。加算補正が成されている場合（ステップＳＴ１４のＹＥＳ）には、制御部６７は、補正値ｃを脈動判定比率ｋ０から減算して脈動判定比率ｋ０を補正し（ステップＳＴ１５）、ステップＳＴ２で所定の水位を検出するまで待機する。なお、加算補正が成されていない場合（ステップＳＴ１４のＮＯ）には、補正を行わず、ステップＳＴ２で所定の水位を検出するまで待機する。

【0062】

このように構成された水中ポンプ１によれば、一周期、即ち正値毎の極大電流値の最大値と最小値を比較し、当該最大値と最小値の脈動比率ｋが脈動判定比率ｋ０以上である場合に、電流脈動が生じる渇水運転とみなし、ポンプ１０を停止させる。このような制御により、水中ポンプ１は、確実に渇水運転を検出し、安定した停止制御を行うことが可能となる。また、電源電圧波形から求めたゼロクロス信号の立ち上がり回数に基づいて、電圧の周波数を判定し、当該判定した周波数に基づいて一周期毎の極大電流値の最大値及び最小値を検出することで、水中ポンプ１は、使用地域の違いによる電源周波数の相違があっても、渇水運転及び揚水運転を確実に判断することができる。

【0063】

また、水中ポンプ１は、補正値ｃを脈動判定比率ｋ０に対して加算又は減算することで、電源電圧が基準値と違うことによる脈動の変化が生じても、確実に渇水運転を判定することができる。また、補正値ｃの累積値ｄに上限値ｍを設定することで、過渡的な電圧降下等による過度な補正が行われることを防止できる。

【0064】

上述したように本発明の一実施形態に係る水中ポンプ１によれば、モータ１１の種別や電源周波数の相違があっても、渇水運転及び揚水運転を判断できる。

【0065】

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した例では、電極５１は、交流電圧印加回路を有する構成を説明したがこれに限定されず、直流電圧を印加する直流電圧印加回路を備える構成であってもよく、また、例えば、１００ｍｓ毎に、５ｍｓの間通電されるパルス状の直流電圧を印加する構成であってもよい。これは、水中ポンプ１が汚水槽及び下水道等に設置され、汚物等の異物を含む汚水を排水する用途であることから、長時間、電極５１及びモータフレーム４１間が導通することがなく、電気分解による電極腐食の虞が低い為であり、また、パルス状の直流電圧を印加することで、結露等による電極５１及びモータフレーム４１間の電気分解を極力防止できる。

【0066】

また、水中ポンプ１は、図５に示す変形例のように、電極５１に金属製のフランジを用いることができるとともに、当該電極５１に下方に延びる電極棒５１ａを接続することで、起動水位の検出位置を変更することもできる。

【0067】

また、上述した例に加えて、水中ポンプ１は、ポンプ１０の駆動中に、一定時間、例えば３秒間モータ１１の電流がゼロの場合に、制御部６７が、制御基板５３のリレー５３ｄをＯＦＦし、モータ１１への電力の供給を停止する指令を駆動回路へ行う構成としてもよい。

【0068】

即ち、モータ１１の過熱が生じると、モータ１１に内蔵された保護装置が動作してモータ１１の電流がゼロとなることがある。モータ１１の電流がゼロの場合には脈動比率ｋもゼロとなる。換言すると、ポンプ１０は、保護装置のトリップにより停止しているが、制御基板５３の出力はＯＮのままであり、このため、保護装置の自動復帰に伴い、水位に関わらず、モータ１１が駆動するという不具合が生じる。しかし、上記構成とすることで、保護装置のトリップによってモータ１１の電流がゼロになり、且つ、一定時間経過したときに、リレー５３ｄをＯＦＦにすることで、水位にかかわらずモータ１１が駆動するといった不具合を防止できる。

【0069】

また、上述した例では、モータ１１の電流波形の極大電流値の最大値及び最小値を比較する構成を説明したがこれに限定されず、水中ポンプ１は、平均値や実効値を演算して比較して、脈動比率ｋを求める構成であってもよい。また、水中ポンプ１は、通電開始直後に判定された周波数に応じて、最大値と最小値との脈動判定比率k０を変更する構成としてもよい。このような構成の水中ポンプ１とすれば、同一出力のモータ１１で周波数の違いにより、上記の最大値と最小値との比率が異なる場合であっても、上述の例と同様の効果を得ることが可能となる。

【0070】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

【符号の説明】

【0071】

１…水中ポンプ、１０…ポンプ、１１…モータ、１２…メカニカルシール、１２ａ…シール室、１３…回転軸、１４…電装部、２１…羽根車、２２…ポンプケーシング、２３…ケーシングカバー、３１…吸込口、３２…吐出口、３３…ポンプ室、３４…開口部、３６…ストレーナ、３７…脚部、４１…モータフレーム、４２…モータカバー、５１…電極、５１ａ…電極棒、５２…電源ケーブル、５３…制御基板、５３ａ…基板、５３ｂ…ワンチップマイコン、５３ｃ…高周波トランス、５３ｄ…リレー、５３ｅ…信号線、６１…電流検出部、６２…電圧検出部、６３…演算部、６４…設定部、６５…記憶部、６６…駆動回路、６７…制御部、ｋ…脈動比率、ｋ０…脈動判定比率。

【要約】

【課題】モータの種別や電源周波数の相違があっても、渇水運転及び揚水運転を判断できる水中ポンプ及び水中ポンプの制御方法を提供すること。
【解決手段】水中ポンプ１は、ポンプ１０と、ポンプ１０に一体に接続されたモータ１１と、モータ１１の電流を測定する電流検出部６１と、電流検出部６１で一定時間内に測定された電流の電流波形の一周期毎の極大電流値の最大値と最小値を検出及び比較し、最大値及び最小値の比率である脈動比率ｋを求める演算部６３と、１よりも大きい比率である脈動判定比率ｋ０を記憶する記憶部６５と、演算部６３で求めた脈動比率ｋと記憶部６５に記憶された脈動判定比率ｋ０とを比較し、脈動比率ｋが脈動判定比率ｋ０以上である場合に、ポンプ１０を停止する制御部６７と、を備える。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】