排量泵和控制系统的制作方法

发明背景

本申请作为pct国际专利申请是在2017年9月15日提交的，并要求2016年9月16日提交的美国临时专利申请序列第62/395,568号的优先权，该临时专利申请的全部公开内容通过引用以其整体并入。

本发明涉及一种用于泵的控制系统，尤其涉及一种使用电流来保持恒定的流体压力的控制器的控制系统。

背景技术：

隔膜泵用于各种目的和应用，并且即使在变化的负载条件下也经常需要保持恒定的流体压力。隔膜泵通常包括隔膜、泵送室和活塞，活塞作用在隔膜的第一侧的液压流体上，并通过隔膜与泵送室隔开。活塞组件适于在第一位置和第二位置之间往复运动以致动隔膜。当活塞远离隔膜运动时，隔膜远离泵送室弯曲，允许泵送流体通过入口通道被引入泵送室。当活塞朝向隔膜运动时，隔膜朝向泵送室弯曲并使泵送室的流体通过排出通道排出。

通常，对这样的泵进行操作，以保持恒定的流体压力。为了即使在负载变化时也控制流体压力，需要增大或降低泵速。通常，泵的控制需要压力传感器来提供反馈以增加或减少被排出的泵送流体，从而在泵送条件可能变化时保持流体排出压力。此外，可以理解的是，这样的控制通常需要包括布线的特殊连接以及附加的压力传感器，并且可能包括具有控制泵速的公式的复杂的控制器。而且，可能难以或甚至不可能改装现有的泵使得它可以实现这样的恒定的流体排出压力。

因此，可以看出，需要一种新的改进的泵控制系统。即使在变化的负载条件下，这样的系统也将控制泵来保持恒定的流体压力。而且，这种系统应该可靠、简单和便宜。这种系统应易于适应现有设施，而无需特殊的配件或附件。本发明解决了这些问题以及与泵、泵控制系统和保持恒定的流体压力相关的其他问题。

技术实现要素：

本发明涉及一种泵系统，其包括诸如隔膜泵的正排量泵、直接联接至正排量泵的电动马达以及被配置为保持电动马达的所需电流的可编程控制器。可编程控制器用于感测马达的电流并保持恒定电流。控制器可以是变频驱动控制器。已经发现，恒定的电流提供恒定的扭矩，并且恒定的扭矩实现来自泵的恒定的流体排出压力。可编程控制器利用吸收功率公式来确定正确的电流，以实现针对所需流体排出压力的所需扭矩。可编程控制器包括电流最小的省电模式，并且泵在没有流量的情况下是“空载的(dead-headed)”。当需要从省电模式恢复时，可编程控制器检测从省电模式的加速并且能够操作地配置为施加所需电流。该系统被配置为连接至外部应用，该外部应用仅与马达电流连接并与泵流体连接。

一种用于控制系统的方法包括对控制器进行编程，以在泵没有流量的情况下将系统控制在具有最小电流和扭矩的省电模式。使用吸收功率公式并设置所需的泵流体排出压力，确定针对所需恒定的流体压力的电流和扭矩要求。然后，控制器向马达提供与针对所需恒定的流体压力的扭矩对应的恒定电流。控制器保持针对对应的扭矩和流体排出压力的电流。控制器可以被编程为在需求结束时将系统返回到省电模式。此外，当需要泵时，随着扭矩从省电模式自动加速，可编程控制器感测该加速并返回到针对所需恒定的流体排出压力的电流。

在所附的并构成本发明的一部分的权利要求中特别地指出了表征本发明的这些新颖性特征和各种其他优点。然而，为了更好地理解本发明、其优点以及通过其使用所实现的目的，应该参照形成本发明的另外的部分的附图及伴随的描述性内容，其中示出和描述了本发明的优选实施方式。

附图说明

现在参照附图，其中相同的参考字母和数字在几个视图中表示对应的结构：

图1是根据本发明的原理的泵、马达和控制系统的立体图；

图2是用于操作图1所示的系统的流程图；

图3是用于图1所示的系统的隔膜泵的侧面剖视图；以及

图4是扭矩与电流的曲线图。

具体实施方式

现在参照附图并且特别是参照图1，示出了总体标记为(10)的泵驱动和控制系统。系统(10)包括正排量泵，例如隔膜泵(20)。泵由电动马达(12)驱动。具有可编程逻辑控制器(16)的逆变器(14)提供系统(10)的整体控制。控制器(16)可以是变频驱动控制器。可以理解的是，系统(10)特别适合于提供和保持恒定的流体压力。

还可以理解的是，各部件具有模块化配置，并可以适用于较大的流体系统且提供“即插即用”连接，其中这样的连接仅为马达(12)的供电和泵(20)的液体所需要。因此，本发明的系统(10)容易被调整和改装到现有系统。还可以理解的是，马达(12)可以包括强制冷却以实现有利的操作。该系统可以在不需要对接收泵送流体的系统进行特殊修改的情况下适于多种不同的系统，例如为工具提供恒定压力。

现在参照图3，示出了总体标记为(20)的正排量流体泵，例如液压驱动的隔膜泵。隔膜泵(20)由安装在曲轴箱(22)中的曲轴(36)驱动。歧管(26)包括入口通道(76)和排出通道(74)。歧管(26)还包括一个或多个入口止回阀(72)和一个或多个排出止回阀(70)。

在所示的实施方式中，泵(20)是隔膜泵并且包括安装在阀杆(44)上的隔膜(46)。隔膜泵(20)可以是需要可靠精度的入口阀和排出阀来实现精确的流速的具有非常低流量的计量泵。然而，可以理解的是，本发明可与使用止回阀的许多不同类型的泵一起使用。隔膜(46)由与曲轴(36)的连接杆(38)上的滑块(40)连接的柱塞(42)液压驱动。隔膜系统包括过满止回阀(48)和欠满止回阀(50)。

隔膜(46)接收泵送室(34)中的流体，并且在隔膜在伸出位置和完全缩回位置之间来回偏转的同时泵送流体。歧管(26)包括单独的入口止回阀(72)和排出止回阀(70)。

参照图4，泵轴处的扭矩由马达电流控制。吸收功率公式用于测量关于不同电流的扭矩。已经发现，扭矩与排出压力成正比。因此，由于转矩也与电流成线性比例，通过向马达(12)提供恒定电流实现了简单且可靠的控制，可以实现恒定的排出流体压力。

参照图2，实现恒定的排出压力可以在泵处于“空载的”操作状态时开始。在这种模式下，仅提供非常小的电流，并且可以设想系统(10)在该模式下仅需要150瓦。为了获得恒定的流体排出压力，计算所需的扭矩并因此计算所需的电流。在输入这些参数之后，控制器(16)将电流施加到马达(12)，以便以所需的扭矩驱动泵(20)，从而实现恒定的流体排出压力。然后，逻辑控制器(16)保持适当的电流以实现流体压力。当泵送操作结束时，可编程控制器(16)再次减小电流，使得利用非常微弱的涓流电流。

本发明利用马达(12)对泵(20)的直接驱动，而无需齿轮箱。此外，在确定初始参数和关系之后，不需要压力传感器。恒定的流体压力通过可编程逻辑控制器(12)的简单操作来保持。

可以理解，可编程逻辑控制器(12)还通过不同的控制软件提供计量/配量控制。逻辑控制器(12)能够在其中没有流量的泵(20)为空载的情况下操作，并且能够进入睡眠或省电模式，在该模式中电流被减小到最低限度以节省能量。此外，可以理解的是，当存在流量需求时，最小扭矩引起加速，该加速被自动检测到，并因此通过控制器(16)再次施加所需的水平的扭矩。控制器(16)通常利用吸收功率公式来设置和保持马达(12)驱动泵(20)，以实现所需的流速。

然而，应该理解的是，尽管在前面的描述中已经与本发明的结构和功能的细节一起阐述了本发明的许多特征和优点，但是本公开仅仅是说明性的，并且可以在表达所附权利要求的术语的广泛一般含义所表示的全部范围内，在本发明原理内在细节方面、尤其是在部件的形状、尺寸和设置方面进行变化。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种泵系统(10)，其包括：

正排量泵(20)；

电动马达(12)；

所述泵系统，其特征在于：

可编程控制器(16)，其被配置为保持电动马达(12)的所需电流；并且

所述电动马达(12)直接联接至所述正排量泵(20)。

2.根据权利要求1所述的泵系统(10)，其中，所述可编程控制器(16)包括电流传感器。

3.根据权利要求1或2所述的泵系统(10)，其中，所述正排量泵(20)包括隔膜泵(20)。

4.根据前述任一项权利要求所述的泵系统(10)，其包括逆变器(14)，该逆变器(14)包括所述可编程控制器(16)。

5.根据前述任一项权利要求所述的泵系统(10)，其中，所述可编程控制器(16)根据吸收功率公式来控制电流。

6.根据前述任一项权利要求所述的泵系统(10)，其中，所述可编程控制器(16)包括省电模式。

7.根据权利要求6所述的泵系统(10)，其中，所述可编程控制器(16)检测从省电模式的加速，并且能被操作地配置为施加所需电流。

8.根据前述任一项权利要求所述的泵系统(10)，其中，所述控制器(16)包括变频驱动控制器(16)。

9.根据前述任一项权利要求所述的泵系统(10)，其中，所述系统被构造用于连接至流体系统，该流体系统仅与所述马达(12)电流连接并且与所述泵(20)流体连接。

10.一种用于利用系统(10)来控制正排量泵(20)的方法，该系统(10)包括电动马达(12)和可编程控制器(16)，该方法用于实现所需恒定的流体排出压力，所述方法包括：

确定针对所需恒定的流体排出压力的电流和扭矩要求；

所述方法，其特征在于：

对所述控制器(16)进行编程，以在所述泵(20)没有流量的情况下将所述系统(10)控制在具有最小电流和扭矩的省电模式；

向所述马达(12)提供恒定电流，该恒定电流与针对所需恒定的流体排出压力的扭矩对应；

保持针对对应的扭矩和流体排出压力的电流。

11.根据权利要求10所述的方法，其还包括：当需求结束时，将所述系统(10)返回到省电模式。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，当需要所述泵(20)时，扭矩自动加速，并且其中所述可编程控制器(16)感测所述加速并针对所需恒定的流体排出压力来调节电流。