JPH07504732A - 電気モータ駆動ピストン式塗装ポンプのための改良型パルス幅変調制御装置 - Google Patents
電気モータ駆動ピストン式塗装ポンプのための改良型パルス幅変調制御装置Info
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- JPH07504732A JPH07504732A JP5516570A JP51657093A JPH07504732A JP H07504732 A JPH07504732 A JP H07504732A JP 5516570 A JP5516570 A JP 5516570A JP 51657093 A JP51657093 A JP 51657093A JP H07504732 A JPH07504732 A JP H07504732A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
電気モータ駆動ピストン式塗装ポンプ
のための改良型パルス幅変調制御装置
発明の背景
この発明は、ピストンポンプの運転のための電子制御装置、特に、スプレー塗装
システムで塗料をボンピングするための電子制御装置に関し、そのシステムにお
いては、ピストンポンプが、電気クラッチを駆動する内燃機関か又はパルス幅変
調制御により運転される電気モータによって駆動される。
図面の簡単な説明
図1は、本発明のガソリン・エンジン駆動形式における全体制御システムのブロ
ック図を示す。
図2は、図1の制御システムのより詳細なブロック図を示す。
図3は図38と図3bのための手掛かりである。
図3aと図3bは、共に図2の電子制御装置の電気接続図の細部を形成する。
図4は、本発明の制御システムの動作の一例を説明する表である。
図5は、本発明における、基準圧力の設定パーセントに対するデッドゾーンの変
化を示すグラフである。
図6は、本発明における、基準圧力のセツティングに関するデッドゾーンの変化
を説明するバー・グラフである。
図7は、本発明における、電気モータ駆動形式のブロック図を示す。
図8は、図7に示したシステムのより詳細なブロック図である。
図9は、図8の動力出力部の異なった細部を示す、単純化した電気接続図である
。
図10は、図10a1図10b及び図10cのための手掛がりである。
図1081図1. Ob及び図10cは全体で、パルス幅変調(PWM)を利用
した本発明の、電気モータ制御形式の電気接続図の細部を形成する。
図11は、本発明における、PWMの一例を説明する電流波形を示す。
図12は、本発明における、さらに他の例を説明するための、図7のシステムに
供給された交流入力電流の半周期を示す。
詳細な説明
図1において、本発明は、塗料排出口12に圧力をかけられた塗料を供給するた
めの携帯用塗装システム1oに関するものであり、当該塗料排出口12は、ホー
ス又は高圧チューブ11によって塗装スプレーガン13に接続されると理解され
るべきである。塗料は、例えば、通常のサイフオンあるいは吸い上げ管を通って
、容器(図示せず)から塗料入り口14に供給される。塗料はピストンポンプ1
6によって圧力をかけられ、そして、ポンプ16の出力圧は、実際の圧力を表わ
す電気信号20を供給するために圧ノJ変換器18によって変換される。信号2
0は、(この形式では)駆動回路24を制御する圧力設定及びデッドゾーン調節
電子サブシステム22に供給される。つまみあるいは調節手段23は、オペレー
タがシステム10のために所望の圧力をセットするのに使用できる。この形式に
おいて、電子装置22のための電力は、内燃機関30のような原動機、及び電線
66を経て駆動回路24によりオン/オフいずれかの状態に電気的に制御可能な
電気クラッチ32によって駆動される発電機2gから電線26を経て供給される
。
シャフト34は、電気クラッチ32の状態如何によってシャフト38が選択的に
回転可能である間、エンジン30と共に絶えまなく回転すると理解されるべきで
ある。ギヤ減速機及び偏心伝動機36は、多くの通常形式手段の何れかによって
ポンプ16のピストンを作動させるため、シャフト38の回転動作を往復動作3
7に変換する手段を含んでいる。当該変換手段は偏心して取り付けられたクラン
クアーム39のようなものである。
さらに、好ましくは、ピストンポンプ16は塗料排出口12の圧ツノを維持する
ための吸入及び排出逆止弁41.43を有していると理解されるべきである。
また、図2において、好ましくは、電子サブシステム22が、駆動回路24に直
流(1(給電圧42を供給する発電機電圧リミノ々92と、規定の供給電圧■C
C(電源電圧)1111を供給する電力供給及び電1F調整器40とを有する二
とが示されている。
圧力変換器あるいは圧力上ンサ18は、計数アンプ52にライン48.50の差
動出力を供給する抵抗線歪みゲージブリッジ46を有している。アンプ52は、
ブリッジ出力調整手段54と最大圧力調整手段56を有しており、アンプサブシ
ステム52はコンパレータサブシステム6oへ出方58を供給する。コンパレー
タサブシステム6oは、ライン64.72によって圧力基準及びデッドゾーンサ
ブシステム62に通じており、駆動回路24へ出力68を供給する。外部手動圧
力調整手段7oは、システム10のオペレータによる、排出口12でペイントガ
ンに供給されるべき塗料の所望圧力の設定値を調節することに利用することがで
きる。その調節手段7oは、つまみあるいは調節手段23に機械的に連結された
ものと理解されるべきである。
内燃機関30とピストンポンプ16間の駆動系列中の電磁クラッチ32の動作を
コントロールする電子サブシステムあるいは圧力調整ループ装置22は、排出口
12におけるポンプ16の出力圧を調節する。装置22は、ポンプ16の排出口
12に連結された圧力変換器18を有している。変換器18は、ポンプ16の出
力圧を表わしく共に、実際の圧力信号2oを形成する)ライン48.50の出力
圧信号を有している。装置22は、又、ライン72の設定値あるいは所望圧ノJ
信号を調節するために、調節手段又はっまみ23を介して調節可能な圧力基準設
定手段70を存している。また、装置22は、所望圧力信号72と実際の圧力に
比例したライン58の出力圧信号とを比較するだめのコンパレータ・サブシステ
ム60を有し、出力又は実際の圧力信号58が所望圧力信号72よりも少ないと
きにクラッチ32を働かせるためにライン68の信号を供給する手段を持ってい
る。さらに、装置22は、圧力調節ループ22内に圧力デッドゾーンを挿入する
ための、圧力基準及びデッドゾーン調節サブシステムあるいは圧力デッドゾーン
調節手段62を含んでいる。デッドゾーンは、クラッチがオフに変わるアッパー
レベルからクラッチがオンに変わるロワーレベルに広がっている。
デッドゾーン調節手段62は、ライン72の所望圧力信号をクラッチがオフに変
わると直ちに高レベルから低レベルに転換させ、クラッチがオンすると直ちに低
レベルから高レベルに転換させる。好ましくは、所望圧力信号は、ライン72の
電圧を転換するために接続されたデッドゾーン調節手段62内の電圧レベルシフ
タにより変えられる。所望圧力信号は手動圧力調節手段70によって発生させら
れ、ライン72の修正された所望圧力信号を供給するためにデッドゾーン調節手
段62によって修正されると理解されるべきである。その修正所望圧力信号は、
ライン64の信号によって示されるようにコンパレータサブシステム60の状態
に依存している。さらに、コンパレータサブシステム60の状態、は、駆動回路
24及びクラッチ32の状態と対応すると理解されるべきである。
図33及び3bにおいては、圧力調整ループの電気接続図の詳細が示されている
。
好ましくは、ひずみゲージブリッジ46は、コネチカット州06492、ウォリ
ングフォード、ノース・コロニー・ロード845のリビアー・コーポレーション
・オフ・アメリカ製PT10型圧力ダイアフラムを利用する。好ましくは、ブリ
ッジ46はVCC(電源電圧)44と共通回路80との間に接続される。共通回
路80は、又、接地シャシ82に接続される。好ましくは、ひずみゲージブリッ
ジ46は、取外し可能なコネクタ84.86,88.90を有したケーブルによ
って接続される。
電力は、コネクタ84.86によってブリッジに供給され、ブリッジの出力はコ
ネクタ88.90からライン48.50を介して計数アンプ52に供給されると
理解されるべきである。ライン48は、lk(Ω)の抵抗94を介してライン1
04に接続される。0.1nfのコンデンサ96が、ライン104から共通回路
80に接続される。同様に、1にの抵抗98がライン50と106の間に、又、
0.1nfのコンデンサ100がライン106から共通回路80に接続される。
0.1nfのコンデンサ102はライン104.106を横切って接続される。
ライン104.106は各自オペアンプ(又はOPアンプ)108゜110の夫
々の非反転入力端子に接続されるが、そのOPアンプ108.110は、対をな
す200にの抵抗112,114と2にの可変接続されたポテンショメータ11
6を利用した形の差動アンプに配線される。また、392Ωの抵抗117が、ポ
テンショメータ116と抵抗114の間に直列に接続される。
0Pアンプ108の出力118が562にの抵抗122からOPアンプ124の
反転入力端子へ接続され、OPアンプ110の出力120が562にの抵抗12
6からOPアンプ124の非反転入力端子へ接続される。562にの抵抗130
が、人力128から共通回路80に接続される。並列結合の562にの抵抗13
2と0.022mrのコンデンサ133は、OPアンプ124の出力134と反
転入力端子136との間で接続される。
出力134は他のOPアンプ138の非反転入力端子に接続され、そのOPアン
プ138は非反転接続、単一利得型で、ライン58への出力を有する。好ましく
は、OPアンプ108,110.124及び138は、ナショナル半導体製のL
M324AN型四つ組OPアンプ集積回路(IC)で形作られると理解されるべ
きである。好ましくは、0.1mfのコンデンサ142がOPアンプICの電力
供給端子と共通回路80との間に雑音保護のために接続される。好ましくは、1
メガΩの抵抗143が、ライン106と10にのオフセットポテンショメータ1
45の間に接続される。一対の2にの抵抗147,149はポテンショメータ1
45への電力を供給する。
好ましくは、発電機28が、取外し可能な一対のコネクタ144.146を有し
たケーブルによりサブシステム22に接続される。コネクタ146は発電機28
の低電圧側を共通回路80に連結し、コネクタ144は発電機28からのシング
ルエンド出力をライン】48に供給する。発電機電圧リミ:) J792は、発
電機から供給された電圧をほぼ30ボルトに限定する。モトローラ類を利用した
MR751型パワーダイオード151と4700 m fのコンデンサ153が
半波に整流され濾波された電圧をライン42に供給する。これもまたモトローラ
類を利用したTIPIIO型I・ランジスタ161のベース駆動電力を供給する
ために、1対の1にの抵抗155.157が20ボルトのツェナー・ダイオード
159と共に直列に接続される。120オームの抵抗163が、ライン42とト
ランジスタ161のコレクタとの間に接続される。発電機電圧が回路40内の電
圧調整器154の受容できない高レベルへと制御できないように上昇することを
防ぐために、クラッチがオフしたときに発電機電圧リミッタ92はオンになる。
リミッタ92がオンしたとき、リミッタ92は発電機28に対して(すなわち、
クラッチコイル164の代わりに)能動的・選択的負荷を供給する。
より詳細には、図3bにおいて、ライン148の発電機出力が電力供給および電
圧調整器サブシステム40に供給され、そして、その出力は、ライン42からナ
ショナル半導体製のLM317T型かもしれない集積回路電圧調整器154に供
給される前にダイオード150により整流され470 m fのコンデンサ15
2により濾波される。電圧調整器154は、2.43にの抵抗156および42
2オームの抵抗158に接続される。
好ましくは、調整器154の出力は、VCCライン44への8゜35ボルトであ
る。100 m fのコンデンサ160及び0. 1mfのコンデンサ162が
、規定の直流供給電力44に濾波を行う。ライン42の直流供給電力は、コネク
タ166から駆動回路24及びクラッチ32のクラッチコイル164に供給され
る。第2のコネクタ168は、クラッチコイル164から駆動回路24内のライ
ン66への電気的回路を完成する。通常のダイオード172と15ボルト5ワツ
トのツェナー・ダイオード173がクラッチコイル164を越えてライン42.
66に接続される。
ライン58の圧力フィードバック信号の比例出力がコンパレータサブシステム6
0に供給される。ライン58は1にの抵抗180と10にの抵抗184に接続さ
れる。抵抗184はコンパレータ186の非反転式カフ3に接続される。コンパ
レータ186は、その十の電力供給端子に接続された0、1mfの雑音抑圧コン
デンサ188を有している。又、その電力供給端子はVCC44に接続される。
コンパレータ186の反転入カフ2は、ライン72と共通回路80との間に可変
形状に接続された外部圧力調節手段又はポテンショメータ70に加えて6.19
にの抵抗190と0.1mfのコンデンサ192に接続される。200にの抵抗
182と13.3にの抵抗183が、調節手段70の低圧設定でヒステリシス又
はデッドバンドの固定値を与えるために、コンパレータ186の非反転式カフ3
と出力64との間に接続される。コンパレータ186の出力64は、V CC4
4に接続された10にのプルアンプ抵抗1911を有し、さらにデッドゾーン・
コンパレータ196の反転入力端子に接続される。ライン198は、コンパレー
タ196の非反転入力とアウトプット・コンパレータ200の反転入力に接続さ
れ、また一対の10にの抵抗202,204により形成されVCC44を横切っ
て接続された電圧分割器に接続される。抵抗202と204で形成された抵抗性
の分圧器の出力198は、又、ロックアウト・コンパレータ206の非反転入力
に接続される。
デッドゾーン・コンパレータ196は一対の56.2にの抵抗210.212に
接続された出力208を有し、その抵抗210.212は圧力基準指令ライン7
2に接続される。コンパレータ200の出力ライン68は、VCC44に接続さ
れた10にのプルアップ抵抗214を有し、又、2n2222型トランジスタ2
19のベースに接続される。トランジスタ219は510オームのコレクタ抵抗
218を有し、そしてインターナショナル・レクチファイア製を利用可能なIR
F522型FETトランジスタ222のゲート220に接続される。
コンパレータ206は、10にの抵抗228と100オームの抵抗230との間
に接続された反転入力226を有している。
抵抗230は、コネクタ232と234により、ジャンパ236を経由して共通
回路80に接続される。ジャンパ236は、歪みゲージブリッジ46を計数アン
プ52に連結するケーブルとコネクタの組立品にあり、歪みゲージ46が計数ア
ンプ52から分離されるとき、ジャンパ236はコネクタ232.234を介し
て取り外され、抵抗230と共通回路80の間の回路を開くと理解されるべきで
ある。
好ましくは、コンパレータ186.196.200及び206は、LM339N
型としてナショナル半導体製から入手できる、四つ組コンパレータ集積回路によ
り形成されると理解されるべきである。このタイプのコンパレータはオーブンコ
レクタ型の出力を有している。
また、図4において、回路の調節と作用は次のとおりである。
システム10のオフと共に(すなわち、圧力ゼロで)手動圧力調節手段はその最
大値にセットされ、利得調節手段56は調節ポテンショメータ116によるほぼ
中間範囲点にセットされる。
それからオフセット調節手段54が、調節ポテンショメータ145によってOP
アンプ138の出力で0.060ボルトを得るようにセットされる。それからシ
ステム10が起動し、その最大値に設定された手動圧力調節手段70によって、
所望された最大圧を備えるために利得調節手段56が(ポテンショメータ116
によって)セットされる。手動圧力調節コントローラ23とポテンショメータ7
0は、オペレータが制御ループ22の作動圧力を選択するのに引き続き利用する
ことができる。その作動圧力は、例えば排出口12で500〜3000PSIの
間になるであろう。
圧力ゼロで計数アンプ52からの60mVの出力により備えられた、手動圧力調
節ポテンショメータ70の低圧力端におけるオフ限界値が存すると理解されるべ
きである。そのような、圧力ゼロにおける計数アンプのバイアス出力を備えるこ
とにより、オペレータが調節手段70により圧力ゼロを要求したときに駆動回路
を強制的にオフに留まらせる。その上、はぼ500PSI以下200PS1の固
定されたデッドゾーンは、ピストンポンプの作動により発生する圧力変動の振幅
がデッドゾーンを超えたときに起きる過度のオン・オフ転換を回避する。言い換
えれば、(設定値の機能としての圧力規定を改善するために・・・そして塗装性
能を改善するために)作動圧力の変化したレベルと共に変化したデッドゾーンを
有することが望ましい。
とは言え、ピストンポンプの作動による圧力の揺動あるいは圧力変動がデッドゾ
ーンを超えるときに達する設定値に比例してデッドゾーンを変化させることには
限界がある。この限界を超えた運行(すなわち、小さなデッドゾーンを伴う非常
に低い圧力設定値における作動)は、駆動回路とクラッチ、あるいはピストンポ
ンプを駆動するその他の原動機の過度なサイクリングを引き起こすであろう。抵
抗182.183からの正のフィードバックは、所望圧ノコ信号の所定の数値(
例えば、500PSI)以下に固定デッドゾーンを備え、低圧力設定値での過度
な運転を除去又は阻止する。
制御装置10を作動させるためにガス機関30が駆動開始され、可変な圧力設定
値が圧力調節手段70に機械的に連結された調節コントローラ23によりオペレ
ータによって手動で選択される。これによって、ライン72の圧力基準信号調節
がもたらされる。もし、排出口12の実際の圧力がリード線72の信号により設
定されたレベル以下であれば、コンパレータサブシステム60が駆動回路24と
クラッチ32とをオンに切り換え、実際の圧力を増加させる。それから圧力変換
器18が塗料排出「]12の圧力が設定値に達したことを示すまで、ピストンポ
ンプ】6が往復運動を行う。−四段定値に達すると、コンパレータサブシステム
60が駆動回路24とクラッチ32とをオフに切り換える。それからデッドゾー
ンコンパレータ196がデッドゾーンの量によってライン72の信号を自動的に
低レベルに反転させるであろう。そして、制御ループ22は、デッドゾーンの量
による基準圧力の初期レベル以下に実際の圧ノコが下がるまで引き続き充分に駆
動回路24とクラッチ32をオフに保持する。それ自身に特有の往復運動による
圧力の出力を伴うピストンポンプであるポンプ16を原因とする脈動的出力にも
関らずデッドゾーンがシステムの安定性をもたらす。塗料排出口12に接続され
たホース11は充分に長く、そして、実際の圧力中の脈動あるいは揺動を押さえ
る緩衝器又は貯蔵所として作用するために弾力があると理解されるべきである。
歪みゲージブリッジ46が計数アンプ52から分離されている場合には、ジャン
パ236がロックアウトコンパレータ206の反転入力226で電圧分割回路を
開かせ(遮断し)、コンパレータ206を低レベルに転換させ、ライン220の
低出力状態を強いてクラッチ32のその後の作用を「封鎖し」、このようにして
圧力フィードバックの欠乏中にクラッチをオフに保持させる。抵抗線歪みゲージ
コネクタの再接続は、又、ジャンパ236を再接続させ、コンパレータ206を
オーブン出力状態に再設定し、例えば、圧力フィードバックが圧力変換器18に
よって与えられたときに、駆動回路24がライン68のオン・オフ命令に適切に
応答することを可能とするであろう。
図4の表238は本発明の作用の様々な局面を描出している。
240行は、以後の状態に関する先の図面中の参照番号を指し示している。24
2行は、基準圧力が実際の圧力P ACTUALより大きいPREFのときの本
発明の操作を示している。制御ループ22のこの状態において、(ジャンパ23
6は回路中に接続され)コンパレータ186の出力は低レベルであり、コンパレ
ータ196はオーブン出力状態を取り、コンパレータ200は低出力状態を取り
、そしてコンパレータ206.はオーブン出力状態を取る。このときクラッチ駆
動トランジスタ219はオフでアウトプットFETトランジスタ222はオンで
ある。そして、クラッチ32がオンしてポンプ16を作動させ実際の圧力を形成
させる。
244行において、一旦実際の圧力が基準圧力と等しくなるか上回ると、クラッ
チ駆動トランジスタがクラッチをオフさせるのと一緒にコンパレータ186.1
96及び200が状態を変える。246行に示されるように、制御ループがデッ
ドゾーンを貫通するとき、クラッチ駆動トランジスタ及びクラッチ自身がそうす
るようにコンパレータの出力状態は以前の状態に留まる。それ故もし、制御ルー
プがデッドゾーンに進入したときにクラッチがオンであれば、クラッチはデッド
ゾーン中オンを維持するであろう。そして、もし制御ループがクラッチオンの状
態でデッドゾーンに進入すれば、クラッチはデッドゾーン中オフを維持するであ
ろう。
248行は、歪みゲージ又は圧力上ンサケーブルが分離されたときの状態を表わ
し、ジャンパ236を分離することにより回路は開放される。この時、コンパレ
ータ206の出力は低レベルに駆動され、トランジスタ222をオフに保持して
クラッチ32をオフに保つ。通常、制御ループ22の状態及び特にコンパレータ
186.196と200の出力状態は、開放されたジャンパが圧力制御ループを
無効にするので、この状況下では「心配の無い」状態である。
また、図5と図6において圧力基準の増大に伴うデッドゾーンの増大に調節装置
22が備えていることが見て取れるであろう。例えば、(好ましくはライン72
のP REFの5ボルトに相当する)設定値300PSIに相当する100%の
圧力基準では、デッドゾーン254はほぼ519PS Iと測定された。設定値
2250PSIではデッドゾーン256はほぼ362PS■、設定値1500P
S Iでデッドゾーン258はほぼ288PSI、そして設定値750PSIで
デッドゾーン260はほぼ220PSIである。実用上システムは、このシステ
ム10内で使用されているようなピストン型ポンプの持つ瞬間的圧力排出の特質
のために、普通、重大な圧力変動又は脈動を有していると理解されるべきである
。
さらに、圧力基準及びデッドゾーンコントローラ62はデッドゾーンを挿入し、
又、高設定値でより大きなプントゾーンが制御ループに挿入され、圧力基準の低
設定値でより小さなデッドゾーンが制御ループに挿入されるように、圧力基準の
設定に応じて当該デッドゾーンの調節を行うと理解されるべきである。
所定値または設定値以下で、デッドゾーンを最少値に留め、又、保持することが
好ましいと認識された。
この発明の作用範囲の有効下限はほぼ25%の圧力基準であることが見出された
。しかも、この発明の現在知られている応用にとって、500〜2000PS
Iの作用範囲で充分なことが見出された。作用範囲の上端及び下端の点とデッド
ゾーンの数値は、この発明の実施中において変動してもよいと理解されるべきで
ある。
図7においては、本発明の他の実施例が示される。図7のブロック図は、(発電
機28を含む)ガス機関30と電気クラッチ32が、代わりの原動機としての電
気モータ280に置き換えられ、コントローラ282と電力出力部284がモー
タ280を作動させるために追加されたこと以外は図1と同様である。
この実施例では、又、絶縁回路298が使用されている。コントローラ282は
電力出力部284を有し、当該電力出力部284にはプラグ286によって示さ
れたような通常の交流電力が供給される。運転命令信号がライン66のクラッチ
オン・オフ信号の代わりになり(図2.7及び8参照)、クラッチ32を使用し
た前述のシステムに類似するように、コントローラ282を介してモータ280
をオンする。
図8において、電気モータコントローラ282はPWMコントローラ290、電
圧フィードバック回路292、モータ速度コントローラ294、電力係数補正回
路296及び信号絶縁回路298を有している。信号絶縁回路298は、ライン
66の運転命令としての駆動回路24の出力66を受け取り、この信号をPWM
コントローラ290から遮断する。
図7と8に示された他の実施例10′の好適な形態では、好ましくはモータ28
0は固定領域で運転される直流型モータで、モータ・アーマチュアを横切る差動
電圧300はシングル・エンド及び、モータシャフト38の速度に比例するライ
ン302の比率電圧に変換される。電力率補正回路296は、電力又は交流供給
ライン286によって示されるように、システム10′の見掛は上の電力率を補
正あるいは改善するために、ライン304のトリム信号を供給する。
図9においてより詳細に、電力出力部284の異なった細部が見て取れるであろ
う。電力は全波整流ダイオードブリッジ306を介して供給される。ブリッジ3
06の一方側380は共通回路308に接続される。ブリッジ306の他方側3
82はモータ280に供給される。20mfのコンデンサ310が、一対の蓄電
誘導コイル312.314のための局部的エネルギー源として供される。誘導コ
イル312.314は、モトローラから入手できるMUR3060でもよい一対
のダイオード316.318を介して接続される。好ましくは、誘導コイル31
2.314は各々3’OuHである。結節点320.322は、一対のスイッチ
回路324.326によって共通回路308に交互に接続される。各スイッチ回
路324,326は機械的スイッチとして示されているけれども、高出力電界効
果トランジスタ又はFET’ Sで形成されるのが好ましいと理解されるべきで
ある。回路324.326は、夫々駆動回路328.330によって制御される
。駆動回路328.330は、ライン332.334を介してPWMコンントロ
ーラ290から運転操作される。
図10a、b及びCにおいてより詳細に、電気モータコントローラ282と電力
出力部284の電気的接続図の細部が示される。電力は、通常の交流電力線から
端子336.338によって回路に供給される。当該回路は交流115ボルト又
は230ボルトのどちらかで作動するように設計されている。交流115ボルト
作動から230ボルト作動へ変換するために、ジャンパ340と342が取り外
されジャンパ344は挿入される。
これは変圧器346の差し込み口を適切に変更することによす行う(図10b参
照)。過渡電流は0.25ufのコンデンサ348.1.00オームの抵抗35
0及び交流250ボルトのMOV352によって急止される。変圧器346は一
対の2次コイル354,356を有し、夫々の2次コイルは一対の全波整流ブリ
ッジ358.360の各々に電力を供給する。全波整流された電力は、圧力設定
及びデッドゾーン制御電子装置22に電力を供給するための交流発電機28の代
わりに、端子144゜146に接続可能な端子362.364に発生する。ブリ
ッジ358は、470ufのコンデンサ366と0.1ufのコンデンサ368
により濾波されほぼ20ボルトで非調整な直流電力を、出力が10ufのコンデ
ンサ372と0.1ufのコンデンサ374により濾波された15ボルトの線形
調節装置370に供給する。15ボルトに調節された出力は、図10a、10b
及び10cの接続図を通してVDDとして同一なものと考えられる。図10a、
10b及び10cの接続図の共通回路308は電気モータコントローラ282の
ための共通回路であり、圧力設定及びデッドゾーン制御電子装置22のための共
通回路80とは異なるものであると理解されるべきである。共通回路80と30
8の間の遮断は、遮断された2次コイル356と信号遮断器298によって達成
される。
図8及び10aの電圧フィードバック回路292において、電気モータ280を
横切る差動電圧300は、端子又はライン382.384に現れ、電圧フィード
バック回路292によってモータ電圧として描出されるシングル・エンド電圧信
号3゜2に変換される。電圧フィードバック回路292は、一対の220k(7
)抵抗386,388と、一対の2.2にの抵抗390.392と、一対(Do
、001 u f +7)コンデンサ394.396と一対の0.1ufのコン
デンサ398.400により形成される。これらの抵抗−コンデンサの組み合わ
せは、一対の10にの抵抗402,404によってLM358A型オペレーショ
ンアンプ406にその後供給される差動モータ電圧の直流及び交流成分の両方の
ために電圧比率を規定する。また、一対の49.9の抵抗408.410が、O
Pアンプ406に接続される。ライン302のモータ電圧フィードバック信号が
1にの抵抗412からモータ速度制御回路294に供給される。ライン302の
信号は0.1ufのコンデンサ414によって濾波され、その後OPアンプ41
8に配送される前に100にの抵抗416を通り抜ける。好ましくはOPアンプ
418は、oPアンプ406を含んだものと同じ集積回路の部分であると理解さ
れるべきである。また、モータスピードコントローラ294は一対の100にの
抵抗420.422と、一対の0.1uf(7)コンデンサ424,426と1
0オームの雑音抑圧抵抗428を有している。速度基準信号が、10にの最大速
度ポテンショメータ430によってモータスピードコントローラ294に供給さ
れる。
電力率補正回路296は、一対のダイオード432.434と、220k(7)
抵抗436と、10にのボテ7 ’/ ヨメータ438とダイオード440によ
り構成される。
より詳細には、再び図101)における電気モータ型において、信号遮断回路2
98はクラッチ32の代わりに接続される。回路298は、端子】66が端子4
42に接続されるときにライン42から電力を受け取る。同じ様に、端子168
が端子444に接続され、ライン66の駆動回路24の出力がライン288の運
転命令を供給する。信号遮断回路は、一対の1にの抵抗446.448ど、ダイ
オード450と、ゼネラル電気から入手できる1(11A V I A型光学遮
断器452で形成される。また、回路298は、20にの抵抗454と、2にの
抵抗456とモトローラから入手できるMP38098型トランジスタ458を
有している。
PWMコントローラ290は、UC3526型としてユニットロードから入手で
きるパルス幅変調コントロール・チップ460を利用する。また、コントローラ
290は、1にの抵抗462.0.1ufのコンデンサ464.1 u fのソ
フト・スタート型コンデンサ466.0.1ufのコンデンサ468.4゜7に
の抵抗470及び5にのポテンショメータ472を有してイル。ポテンショメー
タ472は電流限度調節手段である。4゜02にの抵抗474はPWMチップ4
60のRT大入力接続される。抵抗474は0.0047ufのコンデンサ47
6と共同で作動周波数を80 K Hzに設定する。さらに、PWMコントロー
ラ290は、10にの抵抗478.0.1ufのコンデンサ480、四つの1.
N 5819型ダイオード482.484゜486.488.0.1ufのコ
ンデンサ490.10オームの抵抗492及び一対の4.7にの抵抗494.4
96を有している。ダイオード482〜488と抵抗494及び496は、電力
出力部284に生じる過渡電流から集積回路460を保護する。
電力出力部284からの電流知覚信号500は10.00オームのバラスト抵抗
502.1にの抵抗504及び0.001ufのコンデンサ506に供給される
。
図10cにおいて、電力出力部284の詳細が見て取れるであろう。セクション
284は一対の0.1ufのコンデンサ508.510、一対の0.0022u
fの高電流コンデンサ512.514.3に5ワツトの抵抗516及び5ufの
コンデンサ518を有している。ライン520.522の電流は]対100の増
大比率の電流変換器524により知覚される。当該変換器は、2つの1巻き一次
コイル526.528及び100巻き二次コイル530を有する。好ましくは、
変換器524は、モデルナンバー500−1840としてミネソタ州55337
、バーンズヴイル、ウッドレイクドライブ12219のBHエレクトロニクスI
nc、から入3手できる100対1の電流変換器である。交流変換器は、イリノ
イ州60018、デス・ブレインズ、東デボン通り#179の2200のパルス
・エンジニアリングから入手できるPE51687型である。二次コイル530
は、lN5819型のような高速ダイオードで構成された全波整流ブリッジ53
2に接続される。従って、ライン500の信号は整流されコイル充電電流として
表わされる。
一方、駆動回路328.33oにおいて、lN4761A型ツエナー・ダイオー
ド534は、lN4757型ツエナー・ダイオード536に加えて、lN493
7型の通常のダイオード538及び1にの抵抗540と共に入力保護回路を形成
する。
当該保護回路はツェナー・ダイオードの直列接続によって、支えられる電圧を超
過する出力電圧の妨げが起こる場合には、駆動回路330及びスイッチング回路
326をオンさせるであろう。100pfのコンデンサ542は雑音を抑止する
。モトローラから入手できるMP38098型トランジスタ544及びMPS8
598型トランジスタ546が、47オームのゲート抵抗550を通して、イン
ターナショナル・レクチファイアから入手できるIRFIP450型FETトラ
ンジスタ548にオン・オフ機能を与える。0.1ufのコンデンサ552が。
トランジスタ544及び546を横切って接続される。一対の0.0022uf
の高電流コンデンサ554及び546がスイッチング回路324及び326の夫
々の出力に接続される。駆動回路B530の残りの部分とそれに協働したスイッ
チング回路326は、追加的な2列の同一部分で構成されている。よって、これ
以上の説明は省略する。同様に、駆動回路A328は、回路330の記載と同じ
部品によって構成される。同じ様に、スイッチング回路A324はトランジスタ
548と同じパワーFET5により構成される。
再び図8及び10a、10bと10cにおいて、他の実施例10′の作用は次の
通りである。圧力設定及びデッドゾーン制御電子装置22の作用は、駆動回路2
4がもはや電気クラッチ32に動力(電力)を供給しないこと以外は、図1〜6
に示されたシステム10のガソリンエンジンと電気クラッチ型と同様である。代
わりに駆動回路24は、圧力制御ループがポンプ16の作動を要求したときに、
信号絶縁器298を介して運転命令288を与える。運転命令288は、ライン
288(図1゜b参照)に接続された運転−停止入力制御端子に供給される。
ライン288はパルス幅変調コントロール・チップ460のリセット及びSD(
閉鎖)端子に接続される。塗装ポンプの作動が要求されたとき、駆動回路24は
信号絶縁器298にオプト・カプラ452の導通を指令する。この理由は、トラ
ンジスタ458のベースが、抵抗456によってライン288をハイ・レベルに
引き上げておくことによる。こうしてチップ460が動作可能となり、チップ4
60のC5S入力端子に接続されたコンデンサ466によって「ソフト−スター
ト」モードでの作動を開始するであろう。運転命令信号があられれたとき、PW
M460は、運転命令信号の出現に応じてモータ280の作動を与えることを可
能にする。運転命令信号がないとき、ライン288は、パルス幅変調器460及
びモータ280の作動を不可にする。ライン288が運転命令信号を受け取った
ときにPWM460は動作可能となり、コンデンサ466がモータ280に制御
された加速を与える。
PWMコントローラ290の最内部の制御ループは電流制御ループであり、一つ
ずつのパルスを基礎にして限界電流に至るまで動作する。ライン560(図8.
10a及び10b参照)のアーマチュア電圧エラー信号はPWM460を電流制
御可変パルス幅モードで作用させ、電力出力部284がモータ280に供給する
電流を、電流限界ポテンショメータ472で設定した最大電流値までに制御する
のに利用する。モータ280の出力シャフト38を所望する速度に調節するため
に、電気モータコントローラ282は、ライン560によってPWMコントロー
ラ290に接続されたモータ速度コントローラ294を有している。モータ速度
コントローラ294は、要するに端子382.384でモータ280に供給され
る電圧300を調節する。
最大速度調節手段430は、アンプ418によって調和させられたライン302
のモータ電圧に抗して速度基準を与える。アンプ418はそれが協働する回路と
共に高利得エラーアンプに接続され、当該アンプの構成は、端子336.338
に接続される供給AC電源の少なくとも2〜1倍の電圧範囲に渡って比較的コン
スタントなモータ速度の保持が可能となっている。これは、交流115ボルトか
230ボルトでの作動において、良好な速度コントロールを与える。
プラグ286への交流入力はブリッジ306によって直流エネルギー源に変換さ
れる。当該ブリッジ306は、供給ACの連続的な修正された半周期を供給する
ために、供給交流電流を全波整流する。このように、ブリッジ306は2つの端
子380.382を有し、直流エネルギー源を供給する。また、電力出力部28
4はエネルギー保存インダクターとして働く一対のコイル312.314と一対
のダイオード316,318を有している。図10cに示されるように、各コイ
ルはダイオードの一つと直列に接続され、コイル・ダイオード直列回路は互いに
並列回路で接続される。モータ280は端子384で並列回路と直列に接続され
、そしてまた、ブリッジあるいは直流エネルギー源306の端子382に接続さ
れる。第1及び第2スイッチング回路324.326は夫々オン及びオフ状態を
有し、そして、夫々は第1及び第2端子を有しており、スイッチング回路324
の第1端子522でコイル312とダイオード316の間の結節点320に接続
される。スイッチング回路326の第1端子520は、コイル314とダイオー
ド318の間の結節点322に接続される。スイッチング回路324,326の
第2端子は、夫々共通回路308及びブリッジ306の端子380に接続される
。チップ460は、それが組み合わされた回路と一緒にスイッチング回路324
及び326を比較的高周波数で作動させるための手段を備える。そして、電流は
、コイルに接続されたスイッチング回路がオンのとき(すなわち、図9のスイッ
チが閉じたとき)に各コイル312.314で造り出されるであろう。そして、
コイルで造り出された電流は、次に夫々のスイッチング回路がオフしたとき(す
なわち、回路が開かれたとき)に夫々のダイオードを介してモータ280に送達
される。
また、図11において、電力出力部284の作用のある局面が示される。コイル
312の電流は、スイッチング回路324がオンのときに、パルス562.56
4により形成される鋸歯状波形で造り出されるであろう。同様に、電流は、コイ
ル314中にパルス566.568によって図解される形に造り出されるであろ
う。スイッチング回路(例えば324)がオフするとき、コイル312の電流は
ダイオード316を介して、パルス570.572で形成される鋸歯状波形でモ
ータ280に送達される。同様に、電流はパルス574.576によって示され
るように、回路326が遮断されたときにダイオード318を介してコイル31
4からモータ280に送達される。各コイルの合計電流は、(コイル312のパ
ルス562と570及びコイル314のパルス566.576により形成される
)三角波形で示すことができる。電流を造り出したパルスの正行斜面は瞬間的入
力電圧の機能として変化し、モータに送達される電流パルスの斜面はモータ状態
、主として、そのときのモータの瞬間的EMF戻りの機能として変化するであろ
うと理解される。
さらに、パルス564が立ち上がる前のパルス570がゼロとなる不連続電流が
図11に示されているけれども、作用の或モードによって各コイル312.31
4中の連続した電流中に生じるであろうと理解されるべきである。そしてさらに
、モータ端子382.384を横切るコンデンサ518によって、いくらかの丸
みを帯びほとんど連続したパルス574.570.576.572が出現するこ
とに注目すべきである。電流形態のエネルギーは、このようにパルス562.5
66.564.568が形成される間、各コイル内に蓄積されるものとして見る
ことができ、このように造り出されたエネルギーは、次に、点線で示されたパル
スによって指し示されるようにモータへと送達される。また、一つのコイルで形
成された電流、例えば562が、他のコイルによってモータに送達された電流5
74に重複するとみとめられるであろう。
また、図12において、パルス幅変調されたモータ電流の外被が、ACライン電
圧の各半周期の起点及び終点部分578.580で限定された電圧となり、これ
をハツチングを施した範囲Bによって図示する。点線のハツチングを施された範
囲あるいは部分Aで図示される各半周期の中間部分582では、モータ電流は一
定値に調節される。ダイオード440が共通回路308に接続されるように、ポ
テンショメータ438が調節された場合にこの作用モードが現れるであろう。こ
のような作用モードは入力端子336.338で見られるように、比較的低い電
力率を有している。性能を改良するために、制御の入力電力率を補正するための
電力率補正回路296が、ダイオード432.434を入力AC波形に接続する
ことによって準備され、電圧分割器どして働く抵抗436とポテンショメータ4
38を横切って、湾曲した信号である全波整流されたACを供給する。
この湾曲した電圧の調整可能な部分は、図12のクロスハツチングされた部分5
84 (区域C)によって図示される各半周期の中間部分の間、ポテンショメー
タ430から速度基準に加えられる。これは、各半周期の中間部分582の間、
湾曲した形の付加584を所望速度に供給する。再び、図12には、ACライン
電圧の1.5周期に渡って認識されるモータ(及び入力)電流の外被が示されて
いると理解されるべきである。
さらに、圧力設定及びプントゾーン制御電子装置22は、ガス機関とクラッチの
原動機、あるいは電気モータとPWMの具体例のどちらにでも変換可能な型とし
て用いることができると理解されるべきである。ガス機関型から転換するために
、発電機28が分離され、そして端子362が端子144に接続され端子364
が端子146に接続されたときに、ブリッジ360がエンジン30の発電機28
に置き換えられる。当該変換においては、クラッチコイル164が分離され、端
子442が端子166(図3b参照)に接続され端子444が端子168に接続
される。こうして駆動回路24が、・運転命令288を供給する駆動回路へと転
換する。もちろん、また、ガス機関30とクラッチ32から、電気モータへの適
切なメカニカルな変換が完結されなければならない。このように、ピストンポン
プが内燃機関で作動されるときに、駆動回路24は電気クラッチを作動させるた
めに選択的に接続可能となり、そして、ピストンポンプが電気モータで作動され
るときに電気モータ・コントローラが(選択的に)接続可能となるように示され
るかもしれない。
この発明は、発明の精神あるいは範囲を逸脱することなしに修正及び変更が可能
であるので、細部の全てに限定されると理解されるべきではない。例えば、依然
として発明の範囲にとどまりながら、各駆動回路及び電力供給部の多数のトラン
ジスタは変えることができるであろう。
Fig、 3a
Fig、 3b
Fig、 5
圧力基準(%)
圧力基準(%)
請求の範囲
補正書の写しく翻訳文)提出書 (特許法第184条の7第1項)平成 6年
9月1頒氾
Claims (6)
- 1.整流された供給AC電源からパルス幅変調される電流のための複数の制御可 能な電力出力装置を有するタイプのピストン式塗装ポンプを駆動する電気モータ を運転するための改良型パルス幅変調制御装置において、モータ電流がi)供給 AC電源の各半周期の始点及び終点部分で電圧が制限されること、及び、ii) 供給AC電源の各半周期の中間部分の間、一定値に調節されることを特徴とする 改良型パルス幅変調制御装置であって、各半周期の中間部分の間モータ電流を湾 曲形状に調節することによって制御装置の入力電力率を補正するための電力率補 正手段を有している改良型パルス幅変調制御装置。
- 2.電力率補正手段が、供給AC電源の各半周期の中間部分の間、パルス幅変調 器への基準信号として供給AC電源の一部を追加することを特徴とする第1項に 記載の装置。
- 3.電力率補正手段が、各半周期の中間部分の間、所望速度に湾曲した形の追加 を行なうことを特徴とする第1項に記載の装置。
- 4.発電機を有する内燃機関エンジンにより運転されるピストンポンプの電子制 御装置のための改良型能動的交流負荷回路において、 a)発電機を横切る抵抗負荷が選択的に接続可能であり、b)発電機の出力電圧 を検知する検知手段を有し、発電機出力電圧が所定値以上あるいは以下かどうか を指し示す出力を供給し、そして c)検知手段の出力を受けて動作するスイッチング手段を有し、 i)発電機電圧が所定値以上のときに負荷抵抗を発電機に接続し、 ii)発電機電圧が所定値以下のときに負荷抵抗を発電機から分離するように作 動する改良型能動的交流負荷回路。
- 5.検知手段がツェナー・ダイオード及び発電機の出力電圧を横切るように接続 された抵抗直列回路を有し、所定値以上のときツェナー・ダイオードが導通し、 所定値以下のとき導通しないことを特徴とする第4項の改良型圧力制御回路。
- 6.スイッチング手段がトランジスタであることを特徴とする第5項の改良型圧 力制御回路。
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