JP2010505065A - ピストンポンプのための電動カムシャフトモータの制御 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、2006年9月26日に出願された米国出願番号60/826,997号の利益を請求している。
様々なポンプがシステムを通して塗料及び同様の材料を循環させるために長年使用されてきている。空気作動の往復式ピストンポンプがこの使用には今でも一般的であるが、さらに効率の良い電動式の解決法に移行したいという要望が増えてきている。電動の遠心ポンプ、プログレッシブキャビティポンプ、スクリュードライブ往復式ピストンポンプ(screw drive reciprocating piston pump)(米国特許第5,725,358号)は全て商品化されている。どの技術が使用されても、一定のシステム圧力が存在するように脈動を最小限に抑えることが望まれている。多段往復式ピストンポンプシステム(グラコ・インコーポレーテッドのGM10000エアレススプレイヤー、公開された国際公開第02/46612A1号(WO02/46612A1)及び米国特許第5,145,339号)が作られており、脈動を最小限に抑える目的でポンプが位相においてずれているようになっている。
二つの(又はそれより多くの)ピストンポンプシステムは、クランク駆動されるとともに好適な実施態様において約84°だけずれている二つのポンプ12を備えている。システムは機械的なカムシャフトは有しておらず、それと同様に動作するソフトウェアのアルゴリズムを有している。そのアルゴリズムは、学習して機械的なカムシャフトを模倣する一意的な速度プロファイルを作り出す。実用的な目的で、出力ギアの速度プロファイルは、仮想カムシャフトとして動作するソフトウェアを有するカムプロファイルと呼ばれる。アルゴリズムは、クランク角度の推定、学習カーブの生成(Learn Curve Generation)、平滑化及び事前タイミングの計算(Advance Timing Calculation)を利用している。
二つの(又はそれより多くの)ピストンポンプシステム10が図1に大まかに示されている。システム10はクランク14駆動される二つのポンプ12が備わっており、好適な実施態様においてそれぞれのクランクは約84°だけずれている。電動モータ16はギアリダクションユニット18を駆動し、ギアリダクションユニット18は同じくクランク14を駆動する。システム10は機械的なカムシャフトを有しておらず、それと同様に動作するソフトウェアのアルゴリズムを有している。そのアルゴリズムは、学習して機械的なカムシャフトを模倣する一意的な速度プロファイルを作り出す。実用的な目的で、出力ギアの速度プロファイルは、仮想カムシャフトとして動作するソフトウェアを有するカムプロファイルと呼ばれる。アルゴリズムは、クランク角度の推定、学習カーブの生成、平滑化及び事前タイミングの計算を利用している。
・クランク角度の推定
・学習カーブの生成
・平滑化
・事前タイミングの計算
1.4msタイムフレーム毎のモータ回転の推定数がまず見出される。
2.モータ回転の推定数を基いて出力ギア回転の推定角度が見出される。
ただし、Ns−速度、F−周波数、P−極数
毎秒回転数への変換:
4msタイムフレーム毎の回転数を見出す:
従って、
ギアボックス速度比=75;これは、モータの75回転毎にカムシャフトの1回転が得られることを意味している。
1カム回転=75モータ回転
これは、1モータ回転が4.8°の出力ギア回転をもたらすことを意味している。
モータ回転は(4msタスク時間)の時間に基づいて追跡され、従ってあらゆる既知のモータ回転数でカムシャフトの角度が見出され得る。
カムの360°=75モータ回転
カムのX°=推定モータ回転数の#
従って、
・現在の圧力−液体の圧力の信号が、10ms毎に更新される。
・平均圧力−平均圧力が、2.4秒の時定数を有する一次フィルタ関数を用いて得られる。実用的な目的のため、フィルタ関数は簡単な平均関数として参照され得る。
・瞬時の圧力差−瞬時の圧力差=現在の圧力−平均圧力
・圧力差−圧力差は、瞬時の圧力差の平均圧力に対する%の関係である。図2を参照。
学習角度=現在の角度+学習リード;
周波数分割=60;
例:推定角度(現在の角度)が18°であり、この角度に対応したモータ周波数が20Hzであることを想定する。学習リードは−6であると想定する。
Claims (5)
- 少なくとも二つのクランク駆動の往復式ポンプを有するポンプシステムを制御する方法であって、前記ポンプ用の前記クランクはずれており、前記方法は、
少なくともピストンの変位度の数種のパラメータ、ピストンロッドの体積、切換え期間、及び接続ロッドとポンプ穴との形状を考慮に入れて、前記ポンプに対する理論上のカム速度プロファイルを作り出す工程と、
前記ポンプシステムを動作させることによってポンプに一意的なプロファイルを作り出して、学習されたカムを生成する工程と、
前記理論上のプロファイルを前記学習されたカムでオーバーレイする工程と、
からなる方法。 - 前記ずれが約84°である請求項1に記載の方法。
- 少なくとも二つのクランク駆動の往復式ポンプを有するポンプシステムを制御する方法であって、前記ポンプ用の前記クランクはずれており、前記方法は、
一定速度で前記ポンプシステムを動作させて、選択されたクランク角度位置における出力圧力を収集する工程と、
前記収集された出力圧力から圧力プロファイルを形成する工程と、
前記圧力プロファイルを変換して、圧力変動を減少させるモータ速度プロファイルを形成する工程と、
圧力変動が所定量を超えない間、反復工程において少なくとも一度上記工程を繰り返す工程と、
からなる方法。 - 動作中に圧力変動をモニターする工程と、
前記所定量が超えた場合に圧力変動を減少させるため、前記モータ速度プロファイルを調整する工程と、をさらに有する請求項3に記載の方法。 - 電動モータによって駆動される、少なくとも二つのクランク駆動の往復式ポンプを有するポンプシステムを制御する方法であって、前記ポンプ用の前記クランクはずれており、前記方法は、
クランクの回転における特定位置を検出するために、前記クランクの少なくとも一つに対してセンサを備えて、その特定位置をゼロ位置として指定する工程と、
前記クランクが前記ゼロ位置を通過して回転するにしたがって前記モータ周波数をモニターして、クランクシャフト位置を予想する工程と、
各クランクの回転の最後に、前記ゼロ位置と予想ゼロ位置との間の相違を検出して、その予想値を調整する工程と、
からなる方法。
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