帶有由伺服馬達驅動的泡沫泵的滅火系統的制作方法

專利名稱：帶有由伺服馬達驅動的泡沫泵的滅火系統的制作方法
帶有由伺服馬達驅動的泡沬泵的滅火系統
背景技術：
新型滅火設備使用泡沫配料系統(FPS)利用水-泡沫劑溶液滅火。為實現最大 效率滅火性能，希望是恒定濃度的水_泡沫劑溶液。通常，泡沫配料系統可包括附加的泵， 其由不同的動力源驅動，所述動力源包括例如電動馬達或液壓馬達。對于高流量(flow rate)，由于等效電動馬達動力需求過大，所以使用液壓馬達。驅動液壓馬達的液壓力常常 隨著滅火作業階段而變化。因此，液壓馬達不適合于少量流動，因為難以提供水-泡沫劑溶 液穩定流。除泡沫配料系統中的液壓馬達之外，通常也使用直流(DC)電動馬達來提供低容 積流量。

發明內容
本發明的實施例提供了用于向水流中噴射泡沫劑的滅火系統。該系統可包括確 定水流的流量的流量計；和泡沫泵，所述泡沫泵具有耦合于泡沫劑源的入口和耦合于水流 的出口。該系統包括驅動泡沫泵的伺服馬達。伺服馬達可以包括用于確定轉子軸速度和/ 或轉子軸扭矩的傳感器。一微處理器可以利用閉環控制，根據流量和轉子軸速度和/或轉 子軸扭矩，控制伺服馬達的運行速度。


圖1是依照本發明一個實施例的滅火系統的示意圖，所述滅火系統包括伺服馬達 并在流量計的上游具有泡沫劑噴射點。圖2是依照本發明另一個實施例的滅火系統的示意圖，所述滅火系統包括伺服馬 達并在流量計的下游具有泡沫劑噴射點。圖3是依照本發明又一個實施例的滅火系統的示意圖，所述滅火系統包括伺服馬 達并在水泵的上游具有泡沫劑噴射點。圖4A是依照本發明一個實施例的伺服馬達的透視圖。圖4B是圖4A伺服馬達的剖視圖。圖5是供圖1、2和3中任意一個滅火系統使用的控制器的示意圖。圖6是依照本發明一些實施例供圖1、2和3中任意一個滅火系統使用的電氣部件 的示意性方框圖。圖7是依照本發明一個實施例的載荷傾倒保護系統的示意性方框圖。圖8是依照本發明一個實施例的載荷傾倒保護方法的流程圖。圖9是依照本發明一個實施例的伺服馬達的動力管理控制流程圖。圖10A至10D是依照本發明一些實施例的各種脈動形狀的示意性曲線圖。圖11是依照本發明一個實施例的電流返流(current fold back)保護方法的流 程圖。圖12是依照本發明一個實施例的矯正橋路的示意性方框圖。圖13是圖11的矯正橋路的工作流程圖。
具體實施例方式下面的敘述能夠使本領域技術人員制造和使用本發明的實施例。所示實施例的各 種修改對本領域技術人員來說是顯而易見的。這里的一般原理在沒有脫離本發明的實施例 的情況下可以用于其他實施例和應用。因而，本發明的實施例沒有特意局限于所示出的實 施例，而是符合與在此披露的原理和特征一致的最寬范圍。參照附圖閱讀下文的詳細說明， 其中不同附圖中同樣的元件具有相同的參考標記。這些附圖描繪了所選擇的實施例，不意 味著對本發明實施例范圍的限制。有經驗的技術人員應當認識到在此所提供的例子具有許 多有效的變形，都落入本發明實施例的范圍內。下文的描述指的是元件或特征是“連接”或“耦合”在一起。正如在此所使用的， “連接”指的是一個元件/特征直接地或間接地連接到另一個元件/特征上，不一定是機械 連接，除非另有明確敘述。同樣，“耦合”指的是一個元件/特征直接地或間接地耦合于另一 個元件/特征上，不一定是機械連接，除非另有明確敘述。因而，雖然圖5所示的示意圖描 繪了處理元件的一個配置實例，但是，在實際的實施例中可能存在另外的介入元件、裝置、 特征或部件(假定不會不利地影響系統的功能)。在此使用功能性和/或邏輯塊部件和各種處理步驟描述本發明，應當明白，可以 通過任何數量的構造成執行規定功能的硬件、軟件和/或固件部件來實現這樣的塊部件。 例如，一實施例可以采用各種各樣的集成電路部件，例如存儲元件、數字信號處理元件、邏 輯元件、查找表等等，在一個或更多個微處理器或其他控制裝置的控制下，可以執行各種各 樣的功能。依照計算機編程領域技術人員的實踐，在此參照操作符號表示描述了本發明，可 以通過各種計算部件、模塊或裝置執行這些操作。這樣的操作有時被稱為電腦執行、計算機 化、軟件實施或電腦實施。應該明白，符號表示的操作包括由各種微處理器裝置操作表示系 統存儲器中的存儲單元上的數據位的電信號以及其他處理信號。保持數據位的存儲單元是 具有對應于數據位的特定電、磁、光或組織性能的物理位置。圖1示出了依照本發明一個實施例的滅火系統1。滅火系統1可以是固定式的(例 如建筑物的噴淋系統)或移動式的(例如，安裝在消防車上)。在其他實施例中，滅火系統 1可用于通過保護建筑物或通過提供輻射保護而幫助防火。滅火系統1可以包括泡沫配料 系統(FPS) 2、水箱4、水泵6、流量計8、控制器10和顯示器12。水泵6可以從水箱4和/或 其他源(例如湖泊、河流、或市政消防栓)接收水。水通過軟管或其他導管14進給到水泵 6的入口，水泵可以由適合的馬達或引擎例如電動馬達、內燃機或液壓馬達驅動。水泵6可 以是高壓高流量泵。水泵6的出口可以通過適合的導管16連接到流量計8。流量計8產 生的信號經由線路18傳遞，該信號與穿過導管16的總流的體積流量成比例。泡沫配料系 統2能夠將一定量的泡沫劑引入水流中，以形成所希望濃度比率的水_泡沫劑溶液。在此 以及附帶權利要求書中所使用的術語“泡沫劑”可以包括下列中的任何一種或更多種液體 化學泡沫、濃縮液、水添加劑、乳化劑、凝膠液和其他適合的物質。在流量計8的下游，所泵送的水可以往排出歧管20去。在一個實施例中，單個排出 管路(例如單個消防軟管或噴淋頭)可以連接到排出歧管20上。其他實施例可以包括兩 個或更多個構造成以基本相等的濃度分配水_泡沫劑溶液的排出管路。在有些實施例中，滅火系統1可以包括兩個或多個獨立排出管路，其中一個排出管路分配的水-泡沫劑溶液 濃度與另一個排出管路不同。還是如圖1所示，泡沫配料系統2可以包括泡沫泵22、伺服馬達24和泡沫箱26。 泡沫泵22可以為容積式泵或任何其他適合類型的泵。例如，泡沫泵22可以是柱塞泵、隔膜 泵、齒輪泵或蠕動泵。泡沫箱26可以存儲液體形式的泡沫劑源。在有些實施例中，泡沫箱 26可以包括浮動機構28或其他適合類型的液位傳感裝置。浮動機構28產生的信號經由線 路30傳遞給控制器10。該信號可以指示留在泡沫箱26中的泡沫劑的量已經下降到預設液 位之下。泡沫箱26可以通過軟管或其他適合的導管32耦合到泡沫泵22的入口上，以使泡 沫劑通過重力進給至泡沫泵22。但是，在其他實施例中，泡沫劑可以通過克服重力而被吸入 泡沫泵22。在有些實施例中，導管32至少有些柔性，以補償泡沫泵22的振動，降低疲勞損 壞的風險。在有些實施例中，泡沫配料系統2可以包括第二流量計(未顯示)，其能夠測量 注入到水流中的泡沫劑的量。在有些實施例中，第二流量計可以測量所噴射的泡沫劑的量， 而不是或者額外基于泡沫泵22的排量計算所噴射的泡沫劑的量。泡沫泵22可以包括不同的缸筒，通過改變活塞尺寸和/或行程來適應大范圍流 量。從泡沫箱26吸取并通過導管32泵送的泡沫劑的量與各缸筒的行程容積以及由伺服馬 達24驅動的泡沫泵22的速度成比例。在有些實施例中，伺服馬達24的轉子軸角度可用于計算泡沫泵22的活塞(未顯 示)的位置。在正常工作狀態下，所計算的泡沫泵22的活塞的位置可用于改變伺服馬達24 的轉子軸速度。在授予Kidd的美國專利No. 6979181中公開了利用所計算的活塞位置改變 轉子速度，該專利的全部內容在此引入作為參考。如果活塞位置接近任一方向上行程的結 束(即，活塞的運動即將變為相反方向)，控制器10可以使轉子軸速度增加一增量。相反， 當活塞在單一方向上移動而沒有即將來臨的方向改變時，轉子軸速度可以由控制器10減 去一增量。因此，可以以更穩定的方式引入泡沫劑，并且伺服馬達24的功率峰值能夠趨于 平衡，從而減少動力消耗和熱量產生。這樣，隨著時間段的延長，可以實現更平順、更高的流 量。在有些實施例中，顯示器12可以充當用戶界面，以允許經由線路34與控制器10 聯通。顯示器12可以將用戶選擇的水-泡沫劑溶液的濃度傳遞給控制器10。控制器10可 以包括選定濃度的水-泡沫劑溶液以計算泡沫劑應當噴射到水流中的泡沫流量。為了實現 必要的泡沫流量，控制器10可以經由線路36向伺服馬達24發送相應的速度信號。如果伺 服馬達24使泡沫泵22以最高速度運行，伺服馬達24可以繼續以最高速度運行，即使通過 導管16的流量需要更高的泡沫流量，從而減少選定濃度的水-泡沫劑溶液。在有些實施例 中，顯示器12還可以從控制器10經由線路38接收有關滅火系統1的狀態的信息及其他運 行信息(例如水或泡沫劑的當前流量，在當前滅火作業期間泵送的總水量或總泡沫劑量等
坐、
寸/ o控制器10可以與伺服馬達24聯通。在有些實施例中，伺服馬達24可以將轉子軸 速度信號經由線路36傳遞給控制器10，將電流信號經由線路40傳遞給控制器，將溫度信號 經由線路42傳遞給控制器，以及將轉子軸角度信號經由線路44傳遞給控制器。在有些實 施例中，轉子軸速度可以傳遞給控制器10(經由線路36)，基于線路40上接收的電流信號， 控制器10計算轉子軸扭矩。控制器10可以基于所接收的信號和/或用戶輸入操作伺服馬達24。進ー步如圖I所示，泡沫配料系統2可以包括關閉閥46、管道過濾器48、導管50、 第一止回閥52和第二止回閥54。關閉閥46和管道過濾器48可以沿著導管32設置。關 閉閥46可以允許在不必排空泡沫箱26情況下沖洗所述泡沫泵22。關閉閥46可以手動操 作，也可以電動操作。關閉閥46的下游，管道過濾器48可以防止不希望的顆粒，諸如污垢 和沙子，到達泡沫泵22的入口。在有些實施例中，管道過濾器48可用于供水，以便從泡沫 泵22沖洗掉殘余的泡沫劑。泡沫泵22的沖洗有助于使泡沫配料系統2更為可靠，因為否 則殘余泡沫劑可能腐蝕泡沫泵22的金屬部件。導管50可以將泡沫泵22的出ロ耦合至運載水流的導管16上。第一止回閥52可 以沿著導管50設置，并能夠防止水到達泡沫泵22。第二止回閥54可以將導管50連接至導 管16。第二止回閥54可以防止泡沫劑流入水泵6和水泵6上游的任何輔助設備(例如，水 箱4)。如果在滅火作業期間沒有泡沫劑引入，第二止回閥54可以防止水倒流到水泵6中， 這樣，迫使水通過歧管20排出。在有些實施例中，噴射器附件(未顯示)可以將導管50與 導管16相連。噴射器附件可以將來自導管50的泡沫劑引入導管16的橫截面的大體上中 心處。噴射器附件可以提高泡沫劑與水流的混合。在有些實施例中，泡沫配料系統2可以包括一選擇閥56，所述選擇閥可以手動操 作，也可以電動操作。在有些實施例中，選擇閥56可以為液壓的或氣動的。在第一位置，選 擇閥56可用于使泡沫劑從泡沫箱26通往套管(spigot) 58外面，用于啟動泡沫配料系統2、 用于校準新添加剤、用于下排空泡沫箱26和/或用于沖洗泡沫配料系統2。控制器10可以 提供用于校準泡沫配料系統2的模擬控制模式。為便于校準處理，泡沫配料系統2可以根 據存儲在控制器10中的參數進行校準。在有些實施例中，為校準起見，可以忽略來自特定 傳感器(例如流量計8)的信號，而泡沫泵22可以處于全操作狀態。一定時間段之后，泵送 的泡沫劑可以被收集在套管58的測量杯中，并可以與所要求的流量相比較。用戶可以調整 參數(例如泡沫泵22的速度)，直到泡沫配料系統2實現所要求的精度。在第二位置，選擇 閥56可以使泡沫泵22泵送的泡沫劑通過導管50通往導管16中。在有些實施例中，選擇閥56可以是電動校準噴射閥，其可用于自動啟動泡沫配料 系統2。當泡沫泵22在泡沫配料系統2啟動之前起動時，管路中會存在一定的空氣。當泡 沫泵22的活塞推動空氣時，馬達轉子軸的扭矩分布(profile)(正如下面所論述的)不同 于泡沫泵22僅推動泡沫劑時的扭矩分布。為了啟動泡沫配料系統2，控制器10可以監視 泡沫泵22起動時的扭矩分布，控制器10可以自動打開電動校準噴射閥，以便清除泡沫配料 系統2中的空氣。電動校準噴射閥可以仍然打開，直到控制器10確定扭矩分布已經變為指 示泡沫泵22僅僅推動泡沫劑，由此啟動泡沫配料系統2。一旦啟動泡沫配料系統2,控制器 10就可以自動關閉電動校準噴射閥。在有些實施例中，一個或更多個場外泡沫源可以耦合于泡沫配料系統2，所述場外 泡沫源不是泡沫箱26或除泡沫箱之外(例如，對于泡沫箱26沒有儲層足量泡沫劑的情形 來說)。場外泡沫源可以是場外背負物(tote)(例如典型的五加侖泡沫劑桶劑)、第二固定 泡沫箱或帶有泡沫箱的活動拖車中的ー種或多種。場外泡沫源可以利用場外提取管路耦合 于泡沫配料系統2，所述場外提取管路通常為10英尺到20英尺長，并且在啟動之前充滿空 氣。為了啟動所述場外提取管路，控制器10可以監視泡沫泵22起動時馬達轉子軸的扭矩分布。只要扭矩分布指示空氣正通過場外提取管路而被牽引出來，控制器10就可以使泡沫 泵22高速運行。一旦扭矩分布指示僅泡沫劑正通過場外提取管路而被牽引出來，泡沫泵22 就可以自動減速至泡沫劑噴射的正常速度。相反，控制器10還可以確定場外泡沫源的泡沫 劑用完的時間。控制器10在顯示器12上指示場外泡沫源不足。在有些實施例中，控制器 10可以計算泡沫配料系統2可以操作直到場外泡沫源的泡沫劑將用完的時長〈例如以分鐘 計、。顯示器12可以指示泡沫劑少，顯示器12可以指示泡沫配料系統2可以繼續操作的剩 余時間段(例如，若干分鐘控制器10可以通過考慮泡沫劑通過泡沫泵22的當前流量來 計算剩余時間段。一旦控制器10已經確定場外泡沫源基本排空，控制器10就可以自動關 閉泡沫配料系統2。
〔0033〕 同樣，在有些實施例中，控制器10可以確定泡沫配料系統2可以操作的、直到泡沫 箱26的泡沫劑將用完時的時長。泡沫箱26中的液位傳感器28可以給出泡沫劑不足的總 體指示。顯示器12可以指示泡沫劑少，顯示器12還可以指示泡沫配料系統2還可以繼續 操作的剩余時間段(例如，若干分鐘控制器10可以通過考慮泡沫劑通過泡沫泵22的當 前流量來計算剩余時間段。一旦控制器10已經確定泡沫箱26基本排空，控制器10就可以 自動關閉泡沫配料系統2。
〔0034〕 在有些實施例中，滅火系統1可以包括壓縮空氣泡沫系統(⑶ )。壓縮空氣泡沫 系統的壓縮機可以向連接于歧管20的排出管路的噴嘴提供壓縮空氣。壓縮空氣可以進一 步提聞泡沫劑的效果。
〔0035〕 圖2示出了依照本發明另一個實施例的滅火系統1。圖1的流量計8測量總流量 〈即水流量加任何泡沫劑〉，而圖2的流量計8僅測量水的流量。在有些實施例中，可使用 多個流量計測量通過系統1中各個位置的水流量。
〔0036〕 圖3示出了依照本發明又一個實施例的滅火系統1，其中水泵6可以泵送水-泡沫 劑溶液。泡沫泵22的出口連接于水泵6上游的導管14。因此，流量計8可以測量總流量。 泡沫劑可以被引入處于低壓的水流，因為導管14中的水流比導管16中的壓力低。
〔0037〕 圖4八示出了依照本發明一個實施例的伺服馬達24的透視圖。伺服馬達24可以 包括外殼60、散熱器62、機架64和連接件66。散熱器62可以包括肋條68，所述肋條位于 外殼60周圍。機架64可用于將伺服馬達24固定地安裝在合適部位上。連接件66可用于 為伺服馬達24供給動力。在有些實施例中，控制器10可以安放在伺服馬達24內部。在有 些實施例中，控制器10可以包括數字信號處理器70。在有些實施例中，數字信號處理 器70可以耦合于伺服馬達24的外殼60。數字信號處理器70可以包括一連接器72，所述 連接器能夠使數字信號處理器70連接于滅火系統1的其他電子設備。在有些實施例中，連 接件72可用于為數字信號處理器70供給動力。
〔0038〕 圖48示出了依照本發明一個實施例的伺服馬達24的剖視圖。伺服馬達24可以 包括轉子軸74、定子78以及一個或更多個轉子76。轉子軸74可以利用一個或更多個軸承 80耦合于外殼60，從而使轉子軸74能夠相對于外殼60旋轉。轉子軸74可以包括第一端 82和第二端84。第一端82可以包括耦合器86，所述耦合器能夠使伺服馬達24連接于泡沫 泵22。第二端84可以延伸到外殼60之外。在有些實施例中，第二端84可以延伸到數字信 號處理器70內。第二端84可以包括突起88。傳感器90可以鄰接第二端84設置。傳感器 90可以包括編碼器和I或解析器。傳感器90可以測量轉子軸74的位置和I或速度，正如授權給Piedl等的美國專利No. 6084376和No. 6525502中所披露的那樣，這兩個專利的全 部內容在此引入作為參考。在有些實施例中，轉子76可以為永磁轉子。轉子76可以位于定子78內部。定子 78可以包括定子鐵芯92和定子繞組94。在有些實施例中，轉子76可以旋轉以驅動轉子軸 74，而定子鐵芯92和定子繞組94保持靜止。連接件66可以朝著轉子軸74延伸到外殼60 中。連接件66可用定子78耦合在一起。在有些實施例中，傳感器90可以構建在馬達外殼60內，以準確指示轉子軸74的 位置和/或速度。在其他實施例中，傳感器90可以包含在數字信號處理器70中。在有些 實施例中，伺服馬達24的轉子軸速度基本上可以被反饋裝置連續地監視，所述反饋裝置例 如為編碼器、解析器、霍爾效應傳感器等等。在其他實施例中，不使用物理傳感器也可以測 量伺服馬達24的轉子軸速度(例如，通過從轉子軸74的位置提取信息)。術語“伺服馬達”泛指具有下列特征中的一個或更多個特征的馬達能夠在大的速 度范圍運行而不會過熱的馬達、能夠在基本零速運行并且維持足夠扭矩以將載荷保持在適 當位置的馬達、和/或能夠以極低速度長時間段運行而不會過熱的馬達。術語“扭矩”可以 定義為所測量的轉子軸克服轉動阻力的能力。伺服馬達還可以被稱為永磁同步電動機、永 久磁場同步電動機或無刷電子整流馬達。伺服馬達24能夠精確地控制扭矩。伺服馬達24的輸出扭矩響應度高，并且基本上 在整個運行速度范圍內能夠大體上都獨立于轉子76位置和轉子軸74速度。在有些實施例 中，伺服馬達24的電流消耗(current draw)可以通過線路40發送給數字信號處理器70, 而可用于計算驅動伺服馬達24所需的扭矩。與對于低流量/濃度比率，必須依賴于脈沖寬度調制(PWM)控制的傳統直流電 動馬達相比(例如，流量小于泡沫泵22的最大輸出的大約30%，或在一個實施例中，大約 0. 01GPM到大約5GPM)，通過利用伺服馬達24，可以簡化泡沫配料系統2的致動和控制。因 此，伺服馬達24能夠將泡沫劑流暢地噴射到水流中。在有些實施例中，水流的工作壓力可 以在大約80PSI (磅/平方英寸)和大約800PSI之間。在有些實施例中，通過利用伺服馬 達24，即使在低每分鐘轉數(RPM)下，也可以允許流暢地噴射泡沫劑，這使得泡沫劑能夠最 佳地混合到水流中。本發明的一些實施例改善了泡沫劑/水混合精度或比率，這可以改善 系統的效力，并可以提供更為安全的系統，以便消防人員使用。在包括壓縮空氣泡沫系統的有些實施例中，伺服馬達24可以消除或至少顯著地 減少所謂的“遲滯(slugging)”或“遲滯流動效應”。首先，由脈沖寬度調制操作的傳統直 流電動馬達可能導致泡沫泵22中的壓力變化，這可能是由于直流電動馬達的脈動引起的。 其次，由脈沖寬度調制操作的傳統直流電動馬達可能導致空氣與泡沫劑-水溶液的不良混 合，從而可能在導管16和/或歧管20內部形成氣穴。由泡沫泵22的壓力變化引起的泡沫 劑的不均勻噴射會加劇氣穴形成。氣穴導致連接于歧管20的排出管路發生遲滯。所述遲 滯能夠移動排出管路，使操作者難以控制排出管路。在有些實施例中，通過利用伺服馬達24 而使泡沫劑流暢地噴射，可以顯著地減少不良混合和/或導管16和/或歧管20內部的氣 穴，從而基本上削弱乃至消除“遲滯流動效應”。控制器10可以位于伺服馬達24外面或者安放在伺服馬達24內部。如圖5所示，控 制器10可以包括數字信號處理器(DSP) 70、微型處理器100和存儲器102。存儲器102可以包括隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、和/或電可擦可編程只讀存儲器(EEPR0M)。 在有些實施例中，控制器10可以包括模擬/數字(A/D)轉換器和/或數字/模擬(D/A)轉 換器，以便處理不同的輸入信號和/或與外圍設備接口。在有些實施例中，數字信號處理器 70、微處理器100和存儲器102可以包含在單個裝置中，而在其他實施例中，數字信號處理 器70、微處理器100和存儲器102可以分別安放。在有些實施例中，數字信號處理器70和 /或存儲器102可以設置在伺服馬達24內部或附近，而微處理器100和/或存儲器102也 可以與顯示器12 —起包含在內。在有些實施例中，微處理器100可以為泡沫配料系統2提供自動起動特征，正如授 予Arvidson等的美國專利No. 7318482所披露的那樣，該專利的全部內容在此引入作為參 考。如果用戶選擇，顯示器12可以將自動起動用戶輸入經由線路34傳遞給微處理器100。 通過選擇自動起動特征，如果流量計8指示正流量并且微處理器100沒有檢測到錯誤，可以 自動激活泡沫泵22。如果流量計8指示沒有流動(其可以被稱為“零流量切斷”)或檢測 到錯誤，控制器10可以停止噴射泡沫劑。圖6示出了依照本發明一個實施例的滅火系統1的電氣部件和/或電子設備之間 的連接。所測量的總流或水流的流量能夠經由線路18傳遞給微處理器100。當檢測到正 流量時，微處理器100可以讀出經由線路34的有關所要求的泡沫劑濃度的用戶輸入。根據 所要求的濃度，微處理器100可以計算伺服馬達24可以使泡沫泵22運行的基本速度。在 有些實施例中，微處理器100可以使用所要求的濃度和來自線路18的流量信號計算基本速 度。數字信號處理器70可以從微處理器100經由線路104接收基本速度，用于所要求 的水_泡沫劑溶液濃度和所測量的流量。在初始化泡沫劑添加(當伺服馬達24沒有運轉 時)之后，基本速度可以直接經線路36傳遞給伺服馬達24。一旦伺服馬運轉24運轉，數字 信號處理器70就可以處理來自伺服馬達24的下列信號中的一個或更多個伺服馬達24的 電流消耗、轉子軸74的速度、轉子軸74的角度以及伺服馬達24的溫度。數字信號處理器 70和/或微處理器100可以使用這些信號或其他信號的任何適合的組合來改變基本速度， 以提供閉環控制。在有些實施例中，伺服馬達24的轉子軸74的實際速度可以經由線路36傳回數字 信號處理器70，如果泡沫箱液位傳感器28沒有指示低泡沫劑液位，并且滅火系統1內部沒 有檢測到其他錯誤，所述數字信號處理器70可以將這些信號經由線路104傳遞給微處理器 100。如果一低泡沫劑液位信號經由線路30發送給微處理器100或者數字信號處理器70 經由線路106向微處理器100傳達一錯誤，微型處理器100將向數字信號處理器70發送一 指令以停止伺服馬達24。在有些實施例中，所計算的轉子軸74扭矩可以經由線路108傳遞給微處理器100。 利用轉子軸74的實際速度和所計算的轉子軸74的扭矩，微處理器100可以計算泡沫劑的 流量。新計算的流量可以與提供所要求的濃度所需的前述流量相比較，微處理器100可以 計算新的基本速度。在有些實施例中，控制器10的快速計算時間可以允許對泡沫劑進行若干次估算 和以及改變每一泵送循環的基本速度。這可以使變化參數(例如，水流量)快速得到調整， 同時有助于提供確切濃度下的基本上不間斷的、流暢的水_泡沫劑溶液流。在有些實施例中，控制器10可以確定由泡沫泵22泵送的泡沫劑的粘性。在有些實施例中，根據泡沫配料 系統2的當前工作溫度，控制器10可以自動補償具有不同粘度的不同泡沫劑或者補償具有 不同粘度的單一類型泡沫劑。控制器10可以考慮粘度反饋上的變化，以便水-泡沫劑溶液 可以繼續具有確切的濃度。在有些實施例中，多于一個的泡沫箱26可以與泡沫配料系統2 耦合在一起。控制器10可以自動確定不同類型的泡沫劑存儲在不同的泡沫箱26中。控制 器10可以自動操作泡沫泵22以對于各個特定類型的泡沫劑實現確切的水-泡沫劑濃度。如圖6所示，伺服馬達24可以由一外部電源110提供動力。轉子軸74的速度信 號可以從數字信號處理器70經由線路36發送至功率放大器112，所述功率放大器連接于外 部電源110。取決于來自于數字信號處理器70的轉子軸74速度信號，功率放大器112可以 向伺服馬達24提供適當的動力(例如，適當的電流消耗)。在有些實施例中，功率放大器 112可以向伺服馬達24、控制器10以及其他電氣部件和/或電子設備供給動力。在有些實施例中，滅火系統1可以包括載荷傾倒保護電路114。在有些實施例中， 載荷傾倒保護電路114可以是功率放大器112的一部分。載荷傾倒保護電路114能夠防止 過電壓峰值引起對控制器10、伺服馬達24以及其他電氣部件和/或電子設備的損壞。在有 些實施例中，載荷傾倒保護電路114能夠保護滅火系統1的電氣部件和/或電子設備免受 欠壓狀態和/或外部電源110極性錯誤的影響。在有些實施例中，如果外部電源110的電 壓是負的、低于最小值或者高于規定水平，載荷傾倒保護電路114可以斷開滅火系統1的電 氣部件和/或電子設備。圖7示出了依照本發明一個實施例的載荷傾倒保護電路114。載荷傾倒保護114 可以包括傳感電路116、繼電器觸點118、繼電器線圈120、電容器122、第一二極管124、第 二二極管126和電源128。繼電器線圈120可以連接到傳感電路116上。繼電器線圈120 可以使繼電器觸點118通電和斷電。在繼電器觸點118閉合之前，電源128可以用有限電 流為電容器122充電，以實現“軟起動”。一旦電容器122被充電至正確水平，電源128和第 二二極管126就可以通過繼電器觸點118進行旁通，實現正常操作的高電流流動。如果外部電源110供給的電壓極性錯誤，第一二極管124和第二二極管126能夠 防止損壞滅火系統1的傳感電路116和/或其他電子設備。例如，如果外部電源110是蓄電 池，為維修和/或修理程序而斷開，如果蓄電池重新連接時出錯，第一二極管124和第二二 極管126能夠防止損壞滅火系統1的電子設備。在有些實施例中，傳感電路116可以承受過電壓峰值。傳感電路116還可以快速 檢測過電壓峰值或欠壓狀態。傳感電路可以基本上獨立于伺服馬達24和/或控制器10的 動力狀態而檢測過電壓峰值或欠壓狀態。在有些實施例中，即使伺服馬達24和/或控制器 10沒有運轉，傳感電路116也可以檢測過電壓峰值或欠壓狀態。傳感電路116可以通過繼 電器線圈120使繼電器觸點118斷電。因此，滅火系統1的全部內部電源供給幾乎可以立即 斷掉。在有些實施例中，在再次使繼電器觸點118重新通電之前，電流源128可以用有限電 流為電容器122充電。一旦沒有檢測到過電壓狀態，例如過電壓峰值，或者沒有檢測到欠壓 狀態，傳感電路116就可以使繼電器觸點118重新通電，并重新連接全部內部電源。在有些 實施例中，一旦沒有檢測到過電壓狀態或欠壓狀態并且電容器122被充電至正確水平，繼 電器觸點118就可以重新通電。一旦繼電器觸點118被重新通電，第二二極管126和電流 源128就可以通過繼電器觸點118進行旁通，實現正常工作電流供給。例如，如果滅火系統達24。進ー步如圖I所示，泡沫配料系統2可以包括關閉閥46、管道過濾器48、導管50、 第一止回閥52和第二止回閥54。關閉閥46和管道過濾器48可以沿著導管32設置。關 閉閥46可以允許在不必排空泡沫箱26情況下沖洗所述泡沫泵22。關閉閥46可以手動操 作，也可以電動操作。關閉閥46的下游，管道過濾器48可以防止不希望的顆粒，諸如污垢 和沙子，到達泡沫泵22的入口。在有些實施例中，管道過濾器48可用于供水，以便從泡沫 泵22沖洗掉殘余的泡沫劑。泡沫泵22的沖洗有助于使泡沫配料系統2更為可靠，因為否 則殘余泡沫劑可能腐蝕泡沫泵22的金屬部件。導管50可以將泡沫泵22的出ロ耦合至運載水流的導管16上。第一止回閥52可 以沿著導管50設置，并能夠防止水到達泡沫泵22。第二止回閥54可以將導管50連接至導 管16。第二止回閥54可以防止泡沫劑流入水泵6和水泵6上游的任何輔助設備(例如，水 箱4)。如果在滅火作業期間沒有泡沫劑引入，第二止回閥54可以防止水倒流到水泵6中， 這樣，迫使水通過歧管20排出。在有些實施例中，噴射器附件(未顯示)可以將導管50與 導管16相連。噴射器附件可以將來自導管50的泡沫劑引入導管16的橫截面的大體上中 心處。噴射器附件可以提高泡沫劑與水流的混合。在有些實施例中，泡沫配料系統2可以包括一選擇閥56，所述選擇閥可以手動操 作，也可以電動操作。在有些實施例中，選擇閥56可以為液壓的或氣動的。在第一位置，選 擇閥56可用于使泡沫劑從泡沫箱26通往套管(spigot) 58外面，用于啟動泡沫配料系統2、 用于校準新添加剤、用于下排空泡沫箱26和/或用于沖洗泡沫配料系統2。控制器10可以 提供用于校準泡沫配料系統2的模擬控制模式。為便于校準處理，泡沫配料系統2可以根 據存儲在控制器10中的參數進行校準。在有些實施例中，為校準起見，可以忽略來自特定 傳感器(例如流量計8)的信號，而泡沫泵22可以處于全操作狀態。一定時間段之后，泵送 的泡沫劑可以被收集在套管58的測量杯中，并可以與所要求的流量相比較。用戶可以調整 參數(例如泡沫泵22的速度)，直到泡沫配料系統2實現所要求的精度。在第二位置，選擇 閥56可以使泡沫泵22泵送的泡沫劑通過導管50通往導管16中。在有些實施例中，選擇閥56可以是電動校準噴射閥，其可用于自動啟動泡沫配料 系統2。當泡沫泵22在泡沫配料系統2啟動之前起動時，管路中會存在一定的空氣。當泡 沫泵22的活塞推動空氣時，馬達轉子軸的扭矩分布(profile)(正如下面所論述的)不同 于泡沫泵22僅推動泡沫劑時的扭矩分布。為了啟動泡沫配料系統2，控制器10可以監視 泡沫泵22起動時的扭矩分布，控制器10可以自動打開電動校準噴射閥，以便清除泡沫配料 系統2中的空氣。電動校準噴射閥可以仍然打開，直到控制器10確定扭矩分布已經變為指 示泡沫泵22僅僅推動泡沫劑，由此啟動泡沫配料系統2。一旦啟動泡沫配料系統2,控制器 10就可以自動關閉電動校準噴射閥。在有些實施例中，一個或更多個場外泡沫源可以耦合于泡沫配料系統2，所述場外 泡沫源不是泡沫箱26或除泡沫箱之外(例如，對于泡沫箱26沒有儲層足量泡沫劑的情形 來說)。場外泡沫源可以是場外背負物(tote)(例如典型的五加侖泡沫劑桶劑)、第二固定 泡沫箱或帶有泡沫箱的活動拖車中的ー種或多種。場外泡沫源可以利用場外提取管路耦合 于泡沫配料系統2，所述場外提取管路通常為10英尺到20英尺長，并且在啟動之前充滿空 氣。為了啟動所述場外提取管路，控制器10可以監視泡沫泵22起動時馬達轉子軸的扭矩動(步驟312)后，數字信號處理器70可以繼續監測(步驟314)伺服馬達24的溫度TMtOT。 如果溫度1^。，已經降到低于最高溫度T_，數字信號處理器70則確定定時器是否已經定時 期滿(步驟316)。一旦定時器的定時期滿(步驟314)，數字信號處理器70就可以重新起 動(步驟318)伺服馬達24，并可再次測量(步驟302)溫度TMtOT。如果溫度!^。,低于最高溫度Tmax但在范圍e之內，則數字信號處理器70將使伺 服馬達24停機(步驟320)第一時間間隔TIlt)數字信號處理器70可以使伺服馬達24啟 動(步驟322)第二時間間隔TI2。在有些實施例中，第一時間間隔111和/或第二時間間 隔TI2可以為一缺省值和/或以前存儲在控制器10中的值。在有些實施例中，伺服馬達24 可以在第二時間間隔TI2期間連續運轉，而在其他實施例中，伺服馬達24可以以某一頻率 Fpulse脈動。可將溫度1 _與以前存儲的溫度TPMV進行比較(步驟324)。在有些實施例 中，溫度TPMV在初始化期間是一缺省值(即，如果由于上次伺服馬達24上電務(power-up) 而之前沒有在存儲器102中存儲溫度)。如果溫度Tp_低于溫度1^。,，則數字信號處理器 70可以增加(步驟326)第一時間間隔TL，減少(步驟328)第二時間間隔TI2，和/或減 少(步驟330)頻率Fpulse。數字信號處理器70可以在存儲器102中存儲(步驟332)溫度 Tffl0t0r作為溫度Tpmv。數字信號處理器70可以在第一時間間隔％和在第二時間間隔TI2操 作(步驟334)伺服馬達24，從而引起伺服馬達24的脈動。在有些實施例中，由第一時間 間隔A和第二時間間隔TI2引起的脈沖頻率基本上小于頻率Fpulse，在第二時間間隔TI2期 間，伺服馬達24可以以該頻率操作。在有些實施例中，頻率Fpulse可以小于大約20千赫。如果溫度TMtOT不高于溫度Tprev(步驟324)，數字信號處理器70則可確定(步驟 336)溫度Tpmv是否高于溫度Tm(rtOT。如果溫度Tpmv高于溫度Tm(rtOT，則數字信號處理器70可 以減少(步驟338)第一時間間隔TL，增加(步驟340)第二時間間隔112，和/或增加(步 驟342)頻率Fpulse。數字信號處理器70可以在存儲器102中存儲(步驟332)溫度Tm(rtOT作 為溫度Tpmv。數字信號處理器70可以在第一時間間隔％和第二時間間隔TI2使伺服馬達 24脈動(步驟334)。如果溫度Tp,ev基本上等于溫度1^。,，則可以在第一時間間隔TL和第 二時間間隔TI2使伺服馬達24脈動(步驟334)。在步驟334后，數字信號處理器70可以 重新開始(步驟302)動力管理控制方法300。在有些實施例中，動力管理控制方法300可以是自適應的，對于第一時間間隔Tip 第二時間間隔TI2和頻率Fpuls6中的至少一個，其可以學習最優值。因此，在由于過高溫度 狀態而必須停機之前，伺服馬達24可以以高轉速(RPM)持續運行一段時間。在有些實施例 中，動力管理控制方法300可以在短時間調節第一時間間隔TL、第二時間間隔TI2和頻率 Fpulse中的至少一個，同時使泡沫配料系統2能夠傳送最大泡沫劑流量，而不會超過最高溫 度T_。在有些實施例中，動力管理控制方法300學習最優值以便使伺服馬達24脈動的時 間段可以在轉子軸74轉動大約10轉之內。在有些實施例中，利用頻率Fpulse操作伺服馬達24，可能導致伺服馬達24本身、控 制器10和/或功率放大器112的動力損耗。動力損耗可能使相應部件和/或設備的溫度 升聞。在有些實施例中，頻率Fpulse;可用于確定動力損耗的實際位置。在有些實施例中，可 以增大頻率Fpulse來降低伺服馬達24的動力損耗，以便幫助動力管理控制方法300防止伺 服馬達24過熱。因此，頻率Fpulse增大可能會增大控制器10和/或功率放大器112的動力 損耗。為防止控制器10和/或功率放大器112過熱，可以減小頻率Fpu1s6以便限制動力損耗。因此，減小的頻率Fpuls6可用于增加伺服馬達24的動力損耗。在有些實施例中，動力管理控制方法300可用于調節頻率Fpulse以平衡動力損耗。 在有些實施例中，動力管理控制方法300可以改變頻率Fpulse，以便阻止伺服馬達24和/或 滅火系統1的任何其他電子設備過熱。在有些實施例中，動力管理控制方法300可以根據伺 服馬達24的工況點和/或狀態確定某一頻率Fpulse。在有些實施例中，通過改變頻率？_^， 可使泡沫配料系統2的整個系統效率達到最大化。圖10A至10D示出了依照本發明一些實施例的各種定制脈動形狀400。所述定制 脈動形狀400可以包括階梯脈動形狀402 (圖10A)、線性斜坡脈動形狀404 (圖10B)、多項 式脈動形狀406 (圖10C)以及三角形脈動形狀408 (圖10D)。在有些實施例中，為了衍生出 所述定制脈動形狀400，可以定制脈動的開始和/或結束。多項式脈動形狀406可以近似 于任何適合的高階多項函數和/或有理函數。三角形脈動形狀408可以近似于包括正弦、 余弦、正切、雙曲線、圓弧等的任何三角函數和包括實自變量和/或虛自變量的其他指數函 數。在有些實施例中，動力管理控制方法300可以使用該定制脈動形狀400。可以調 節定制脈動形狀400，以使伺服馬達24的機械磨耗最小化。在有些實施例中，該定制脈動 形狀400可以使從伺服馬達24傳遞到泡沫配料系統2和/或滅火系統1的其他部件上的 機械應力最小化。例如，定制脈動形狀400可以使泡沫泵22和連接導管上的機械應力最小 化。可以調節定制脈動形狀400，以使用于供給至伺服馬達24的動力的輸出量最優。在有 些實施例中，可以改變定制脈動形狀400，以降低伺服馬達24的熱沖擊。伺服馬達24以高 轉速(RPM)(例如，高處泡沫劑流量和/或高水流量)產生的熱量可被減少，以使伺服馬達 24能夠以高轉速(RPM)繼續運行較長的時間段，不用由于過高溫度狀態而停機和/或不用 改變第一時間間隔TL、第二時間間隔TI2和/或頻率Fpulse。圖11是依照某些實施例的電流返流保護方法500的流程圖。電流返流保護法500 可以防止伺服馬達24拉高電流，高電流會損壞伺服馬達24。電流返流保護方法500能夠使 伺服馬達24的運行達到最優。在有些實施例中，電流返流保護方法500可使泡沫配料系統 2的輸出達到最大。電流返流保護方法500可以由控制器10執行。在有些實施例中，數字 信號處理器70可以執行電流返流保護方法500。控制器10可以檢測(步驟502)轉子軸速 度。控制器10可以檢測(步驟504)轉子軸扭矩和/或供給至伺服馬達24的實際相電流 Iphaseo在有些實施例中，控制器10可以計算轉子軸74扭矩和相電流Iphas6。控制器10可以 計算(步驟506)最大馬達相電流Um.，所述最大馬達相電流可以是所供給的、不會損壞 伺服馬達24和/或控制器10的最高容許電流。在有些實施例中，最大馬達相電流
可以隨著轉子軸74的速度而變化。在有些實施例中，控制器10可以將轉子軸74的速度、 轉子軸74的扭矩以及伺服馬達24的效率參數相乘，以計算最大馬達相電流如果相電流Iphase小于最大馬達相電流Im(rtOT,max (步驟508),控制器10可以計算(步 驟510)連續電流限制I_t和相電流Iphas6之間的差A。連續電流限制I_t可以是伺服馬 達24基本上能夠連續運轉的最大電流，該最大電流不會導致伺服馬達24和/或控制器10 過高溫度。在有些實施例中，連續電流限制1。_可以以滅火系統1的總熱容量為基礎。連 續電流限制I_t可以存儲在存儲器102中。如果連續電流限制I_t于相電流Iph■，所述差A為正且可用于優化(步驟512)伺服馬達對的運行，例如用以增大泡沫配料系統2的噴射壓カ。如果差A為負，控制器10 則確定(步驟514)是否可以超過連續電流限制1。_。為了確定是否可以超過連續電流限 制1。_，控制器10可以評估操作伺服馬達對所供給的電流和/或差A的歷史。在有些實 施例中，操作伺服馬達M所供給的電流的歷史可以包括計算所供給的電流的均方根(RMS) 值和/或所供給的電流的平方并乘以時間。如果可以超過連續電流限制1。_，控制器10可以用相電流Iphas6操作(步驟516) 伺服馬達24。如果不可以超過連續電流限制1。_，則控制器10可以用連續電流限制1。_操 作(步驟518)伺服馬達對。如果相電流11)1_大于最大馬達相電流1_ ,_(步驟508)，則 可以用最大馬達相電流Im。te,max操作伺服馬達24(步驟520)。在步驟522，控制器10可以 將相電流1_吣連續電流限制I。。nt和已經供給至伺服馬達M的最大馬達相電流Im。te,_中 的任意一個存儲在存儲器102中。然后，控制器10可通過檢測(步驟50 轉子軸74的速 度，重新啟動電流返流保護方法500。如果相電流Iphas6被限制在最大馬達相電流1_ ,_或連續電流限制1。_，則可以 用最大馬達相電流1_ ,_(步驟520)或連續電流限制1。_(步驟518)操作伺服馬達24。 用最大馬達相電流Im。t ,_或連續電流限制I。。nt操作伺服馬達對可以防止損壞伺服馬達 24。由于最大馬達相電流Inroto,.和/或連續電流限制I。。nt低于操作伺服馬達M所必需 的電流消耗(current辦^)，在最大馬達相電流Im。to,_或連續電流限制I。。nt操作伺服馬 達對可能導致伺服馬達對失速。控制器10能夠檢測伺服馬達對的失速。在ー個實施例 中，伺服馬達對的轉子軸74的角度可用于識別伺服馬達對的失速狀況。本發明的其他實 施例使用伺服馬達M的轉子軸74的速度來檢測伺服馬達M的失速狀況。ー旦檢測到失 速狀況，就可以在某ー時間間隔之后嘗試再次操作伺服馬達對。在有些實施例中，該時間間 隔可以是大約1秒，這樣，伺服馬達對基本上可以在失速狀況消除之后緊接著就再次驅動 泡沫泵22。由連續エ作電流和峰值エ作電流可以確定伺服馬達M和/或控制器10的功率級 (power stage rating)。連續エ作電流能夠影響由伺服馬達M和/或控制器10產生的熱 量。峰值エ作電流可以確定伺服馬達M和/或控制器10的額定功率。在有些實施例中， 伺服馬達對可以設計為實現ー特定扭矩常數。多個參數可以影響該扭矩常數。在有些實 施例中，該扭矩常數取決于繞組94數量、轉子76的極數、繞組94的模式、用于繞組94的電 線厚度、電線材料、定子78的材料和眾多其他參數。在有些實施例中，伺服馬達M的溫度 可影響該扭矩常數。因此，扭矩常數可由于伺服馬達對的溫度在滅火作業過程中能夠明顯 改變而變化。在有些實施例中，數字信號處理器70可以包括補償溫度變化和由此形成的扭 矩常數變化的映射(mapping)程序。因此，在較大溫度范圍可以準確計算轉子軸74驅動伺 服馬達對所需的扭矩。扭矩常數可以存儲在存儲器102中。在有些實施例中，扭矩常數可以由數字信號 處理器70訪問。在有些實施例中，數字信號處理器70可以基于伺服馬達M的扭矩常數和 電流消耗，計算轉子軸74驅動伺服馬達M所需的扭矩。扭矩常數可影響峰值エ作電流。 在有些實施例中，扭矩常數大，可能導致伺服馬達對功率級低。在有些實施例中，轉矩常數 高，可能會減小峰值エ作電流。在有些實施例中，峰值エ作電流可以從大約110安培減少到 大約90安培。在有些實施例中，伺服馬達M峰值運行期間產生的熱量可以通過增大扭矩常數來減少。在有些實施例中，大的扭矩常數可以使伺服馬達24能夠在峰值工作電流運行 而不會過熱的時間段延長。在有些實施例中，可以高扭矩值驅動伺服馬達24，轉速降至基本零轉速(RPM)。因 此，泡沫配料系統2可以以較高的精度和/或基本上較高的混合效率將泡沫劑引入滅火系 統1的水流中。高扭矩值可以通過增加伺服馬達24的反電動勢(BEMF)常數來實現。在有 些實施例中，反電動勢常數與扭矩常數成比例。反電動勢常數增大，可以減小驅動伺服馬達 24所需的電流。因此，伺服馬達24可以以減小的電流實現轉子軸74的一定扭矩。反電動勢 常數增大，可以減少控制器10和/或滅火系統1的其他電子設備的動力損耗。在有些實施 例中，反電動勢常數可與預計用于滅火系統1的泡沫劑的最高粘度有關。在有些實施例中， 對于大約12伏的直流總線電壓，反電動勢常數為每千轉每分鐘至少3. 5伏均方根(VRMS/ KPRM)。在有些實施例中，對于大約160伏的直流總線電壓，反電動勢常數至少為46VRMS/ KPRM。在有些實施例中，反電動勢常數與驅動伺服馬達24的電壓的比值可以是恒定的。在有些實施例中，反電動勢常數高，可以減小轉子軸74驅動伺服馬達24的最大 速度。在有些實施例中，反電動勢常數和伺服馬達24的轉子軸74的最大速度成直接比例 (directly proportional)。例如，如果反電動勢常數加倍，伺服馬達24的轉子軸74的最 大速度則減半。在有些實施例中，反電動勢常數可以是伺服馬達24的低速要求、高速要求 和熱負荷要求之間的折衷。在有些實施例中，伺服馬達24的低速要求可以指定某一反電動 勢常數，其可能導致伺服馬達24不能滿足高速要求，從而滿足泡沫配料系統2的特定的泡 沫劑流量和/或噴射壓力。在有些實施例中，伺服馬達24可以使用供給電源的相位角超前技術，以便增大 轉子軸74的最大速度。在有些實施例中，通過在轉子76經過反電動勢零點觸發角(zero crossing firing angle)之前以一角增量供給相電流,可以使相位角超前。在有些實施例 中，通過在轉子76經過反電動勢零點觸發角之后以所述角增量供給相電流，相位角超前技 術可以延遲所述相位角。在有些實施例中，相位角超前技術可以影響反電動勢常數。在有 些實施例中，使相位角超前，可以減少反電動勢常數。在有些實施例中，伺服馬達24可以被優化，實現滅火系統1的某一噴射壓力和/ 或所要求的泡沫劑流量范圍。在一個實施例中，不用相位角超前技術，伺服馬達24可以驅 動泡沫泵22，產生大約2-4加侖每分鐘(GPM)的泡沫劑流量和大約400磅每平方英寸(PSI) 的噴射壓力。在該實施例中，相位角超前技術可以使泡沫劑流量增加至大約5GPM.，其傳送 的噴射壓力大約為150PSI。在有些實施例中，相位角超前技術的增量與轉子軸74的速度有 關。在一個實施例中，增量可以為大約+/_45電角度(electrical degree)。在有些實施例中，驅動伺服馬達24所需的扭矩可以是泡沫劑粘度的指示。因而， 可以精確算出泡沫劑的流量。微處理器100還可以使用由數字信號處理器70算出的轉子 軸74的扭矩來識別添加到水流中的泡沫劑。可將所算出的轉子軸74的扭矩與存儲在控制 器10的存儲器102中的校準值進行比較。泡沫配料系統2的自校準特征允許泡沫劑互換， 而不用進行通常為獲得準確流量所需的重復校準。在有些實施例中，伺服馬達24可以用直流(DC)電源(例如消防車的蓄電池)操 作。在其他實施例中，伺服馬達24可以用交流電(AC)電源(例如消防車的發電機或交流 發電機或建筑物中的電力網供電)操作。
在有些實施例中，泡沫配料系統2和/或伺服馬達24可以由提供不同電壓的外部 電源110提供動力。電壓可以包括12伏、24伏、48伏、120伏和240伏中的一種或更多種。 在有些實施例中，伺服馬達24的定子繞組94可適合于一特定電壓。在有些實施例中，定子 繞組94可以適應為使得伺服馬達24能夠利用一個以上的電源操作(例如，直流電源或交 流電源)。其他實施例可以包括允許伺服馬達24有選擇地利用不同的電壓和/或電源操作 的不同輸入功率級。例如，如果滅火系統1被用作建筑物中噴淋系統的固定單元，操作泡沫 泵22的伺服馬達24可以由120伏交流電力網供電驅動。如果沒有電力網供電，則滅火系 統1可以自動切換到12伏直流電源而繼續進行滅火作業。圖12示出了依照本發明一個實施例的矯正橋路600。矯正橋路600可用于利用交 流電源操作伺服馬達24。矯正橋路600可以包括兩個或多個晶體管602、一交流總線604 和一直流總線606。交流總線604可以連接外部電源110。直流總線606可用于為伺服馬 達24供給動力。晶體管602均可包括一本征二極管(intrinsic diode)608。在有些實施 例中，晶體管602可包括金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SFET)。在有些實施例中，晶體 管602可以是N型金屬氧化物半導體場效應晶體管，而在其他實施例中，晶體管602可以是 P型金屬氧化物半導體場效應晶體管。在有些實施例中，晶體管602可以包括構造為H橋路 的第一晶體管610、第二晶體管612、第三晶體管614和第四晶體管616。在有些實施例中，控制器10可以在交流總線604上的第一位置618檢測輸入電流 IAC。在其他實施例中，控制器10可以在第二位置620以及矯正橋路600的第三位置622檢 測輸入電流IA。。檢測矯正橋路600的輸入電流IA。，而不是檢測電壓，會產生更高的電噪聲 抗擾能力。如果輸入電流IA。低于閾值電流Ilimit，本征二極管608可用于矯正輸入電流IA。。 如果輸入電流IAC；高于閾值電流Ilimit，晶體管602可用于矯正輸入電流IAC。為了矯正輸入電 流IAC，可以由來自控制器10的控制信號導通晶體管602。矯正橋路600可以為晶體管602 切換提供正確的定時。在有些實施例中，控制電流可以防止直流總線606放電和/或交流 總線604短路。通過檢測輸入電流IA。來代替檢測電壓，控制回路可以具有更高級別的電噪 聲抗擾性。在有些實施例中，晶體管602的電壓降可低于本征二極管608的電壓降。因此，在 輸入電流IAC超過閾值電流Ilimit的情況下，晶體管602的切換可以限制矯正橋路600的動力 損耗。在有些實施例中，閾值電流Ilimit可低到足以防止矯正橋路600由于本征二極管608的 動力損耗而過熱，但也可高到足以對交流總線604上的干涉和噪音提供顯著的抗擾性。矯 正橋路600可具有比僅僅包括二極管的傳統矯正橋路低得多的動力損耗。因此，通過利用 矯正橋路600，能夠實現高效率和高外界溫度運行。在有些實施例中，在大約70°C (160° F) 的外界溫度下，可以將矯正橋路600的功率損耗限制到大約30瓦。在有些實施例中，閾值 電流Ilimit可以包括滯后以增加對交流總線604上噪音的抗擾性。圖13示出了依照本發明一個實施例的矯正方法700。可以檢測輸入電流IAC(步 驟702)。如果輸入電流IA。的絕對值低于電流閾值Ilimit (步驟704)，則本征二極管608矯 正輸入電流IAC，通過檢測輸入電流IAC，可重新開始該矯正方法700 (步驟702)。如果輸入 電流IA。的絕對值高于電流閾值Ilimit (步驟704)，控制器10則可確定(步驟706)輸入電 流IAC是否為負。如果輸入電流IAC為正，控制器10則可向晶體管602供給(步驟708)控 制電流。在有些實施例中，控制器10可以使用第一晶體管610和第四晶體管616，兩者彼此對角地位于矯正橋路600中。如果輸入電流IA。為負，控制器10則可向晶體管602供給 (步驟710)控制電流。在有些實施例中，控制器10可以使用第二晶體管612和第三晶體管 614，兩者彼此對角地位于矯正橋路600中。在步驟708和/或步驟710之后，通過檢測輸 入電流IAC，可重新開始該矯正方法700，這樣，如果輸入電流IAC降到電流閾值Ilimit之下，本 征二極管608基本上可以立即用于矯正。雖然在此描述的滅火系統1僅具有單個泡沫配料系統2，但是，滅火系統1可以包 括兩個或多個另外的供給系統。泡沫劑可以被引入到一個或幾個水源中，各個流量都可以 由單個控制器10進行監測，但是做為選擇，也可以由兩個或多個控制器監測。在有些實施 例中，滅火系統1可以包括另外的由非電馬達(例如液壓馬達)提供動力的其他供給系統。本領域技術人員應當明白，雖然上文已經結合特定實施例和例子描述了本發明， 但是，本發明沒必要這樣限制，不偏離實施例、例子和使用的各種其他實施例、例子、使用和 改變都由在此所附的權利要求書涵蓋。在此援引的各個專利和公開的全部內容都在此結合 作為參考，就好象各個這樣的專利或公開分別在此結合作為參考一樣。本發明的各個特征 和優點在下面的權利要求書中闡述。
權利要求
1.一種用于向水流中噴射泡沫劑的滅火系統，該系統包括 確定水流的水流量的流量計； 泡沫泵，所述泡沫泵具有耦合于泡沫劑源的入口和耦合于水流的出口 ；和 驅動泡沫泵的伺服馬達， 伺服馬達包括傳感器，所述傳感器用以測量轉子位置以便確定轉子軸速度和轉子軸扭矩中的至少一個， 控制器，該控制器利用閉環控制，根據轉子軸速度和轉子軸扭矩中的至少一個以及水流量，控制伺服馬達的運行速度。
2.如權利要求I所述的滅火系統，其中，滅火系統是固定系統和移動系統中的一種。
3.如權利要求I所述的滅火系統，其中，伺服馬達的運行速度是基于泡沫劑流量的。
4.如權利要求3所述的滅火系統，其中，泡沫劑流量由一第二流量計來測量。
5.如權利要求3所述的滅火系統，其中，泡沫劑流量根據泡沫泵的排量計算。
6.如權利要求I所述的滅火系統，還包括位于所述出口下游的選擇閥，所述選擇閥具有允許泡沫劑進入水流的第一位置和允許泡沫劑從滅火系統排出而不被引入到水流中的第二位置。
7.如權利要求6所述的滅火系統，其中所述選擇閥能夠自動操作而清除空氣，以便起動泡沫泵。
8.如權利要求7所述的滅火系統，其中，所述選擇閥是一電校準噴射閥。
9.如權利要求I所述的滅火系統，其中，控制器基于馬達軸扭矩和校準值，識別泡沫劑的粘性。
10.如權利要求I所述的滅火系統，其中，對于大約12伏的直流電源，伺服馬達的反電動勢常數為每千轉每分鐘至少大約3. 5伏均方根。
11.如權利要求I所述的滅火系統，其中，對于大約160伏的直流電源，伺服馬達的反電動勢常數為每千轉每分鐘至少大約46伏均方根。
12.如權利要求I所述的滅火系統，其中，伺服馬達與測量轉子軸角度的傳感器通訊。
13.如權利要求12所述的滅火系統，其中，轉子軸角度用于計算伺服馬達的轉子軸速度。
14.如權利要求I所述的滅火系統，其中，泡沫泵為容積式泵。
15.如權利要求I所述的滅火系統，其中，所述控制器基于泡沫泵的活塞位置改變伺服馬達的運行速度。
16.如權利要求I所述的滅火系統，還包括載荷傾倒保護電路，該載荷傾倒保護電路用于幫助防止由過電壓峰值引起的對控制器和伺服馬達中的至少一個的損壞。
17.如權利要求I所述的滅火系統，其中，所述伺服馬達由直流電源和交流電源中的一種提供動力。
18.如權利要求I所述的滅火系統，其中，伺服馬達能夠由多個電壓和多個電源中的至少一個提供動力。
19.如權利要求I所述的滅火系統，還包括能夠基本上防止伺服馬達過熱的動力管理系統。
20.如權利要求19所述的滅火系統，其中，動力管理系統為伺服馬達提供能夠變化的占空比。
21.如權利要求19所述的滅火系統，其中，動力管理系統包括定制脈動形狀。
22.如權利要求I所述的滅火系統，還包括位于水流中的水泵。
23.如權利要求22所述的滅火系統，其中，在水泵的上游和下游之一引入泡沫劑。
24.如權利要求I所述的滅火系統，其中，泡沫泵能夠自動啟動。
25.如權利要求I所述的滅火系統，其中，當控制器檢測到一定狀態時，控制器能夠停止伺服馬達。
26.如權利要求25所述的滅火系統，其中，控制器所檢測到的狀態包括電流返流狀態、過高溫度狀態、失速狀態和低泡沫劑供給狀態中的至少一個。
27.如權利要求I所述的滅火系統，其中，第二傳感器測量伺服馬達的電流消耗。
28.如權利要求27所述的滅火系統，其中，轉子軸扭矩基于伺服馬達的電流消耗和扭矩常數來計算。
29.如權利要求28所述的滅火系統，其中，扭矩常數被映射以補償溫度變化。
全文摘要
本發明的實施例提供了用于向水流中噴射泡沫劑的滅火系統。該系統可包括確定水流的流量的流量計；和泡沫泵，所述泡沫泵具有耦合于泡沫劑源的入口和耦合于水流的出口。該系統包括驅動泡沫泵的伺服馬達。伺服馬達包括用于確定轉子軸速度和/或轉子軸扭矩的傳感器。一控制器可以利用閉環控制，根據所述流量和轉子軸速度和/或轉子軸扭矩，控制伺服馬達的運行速度。
文檔編號A62C27/00GK102711926SQ201080048598
公開日2012年10月3日 申請日期2010年9月7日 優先權日2009年9月8日
發明者C·福特, H·麥凱布, J·甘布爾, M·皮德爾, R·L·霍斯菲爾德, R·弗拉納里, T·安德森 申請人:斯得-萊特工業有限責任公司