JP2005083309A - 電磁式ポンプの駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ室内の急激な圧力変動に伴う騒音や振動を低減した電磁式ポンプの駆動方法を提供する。
【解決手段】電磁コイルの駆動用に正側と負側とで交互に印加されるパルス電圧の極性が反転する際の電圧変化が少なくとも正側と負側との間で連続する傾きを有するパルス電圧が印加される。
【選択図】図１

Description

本発明は電磁式ポンプに関し、より詳細には気体、液体等の流体の輸送に使用する電磁式ポンプに関する。

本件出願人は先に固定子側のシリンダ内に磁性材よりなる可動子を往復動自在に収容し、シリンダの周囲に嵌め込まれた単相の電磁コイルに通電することにより、可動子の移動方向両側面とシリンダの両端面との間に形成されるポンプ室のうち、一方のポンプ室において、外部から第１のバルブを通して流体を吸入し第２のバルブを通して外部へ流体を送り出し、他方のポンプ室も同様のポンプ作用をなす小型化薄型化された電磁式ポンプを提案した。電磁コイルへ通電することにより、当該電磁コイルが磁界から電磁力を受ける力の反作用として可動子がシリンダの軸線方向へ移動する（特許文献１参照）。
特願２００２−２８６１８８号

上記電磁式ポンプの駆動方法としては、電磁コイルの両端に図１４に示すような方形波電圧を印加して電磁コイルを流れる電流の通電方向を切り換えて可動子を駆動する方法がある。図１４において、ポンプ室に設けられた第１の吸込弁及び第１の吐出弁と、第２の吸込弁及び第２の吐出弁の開閉動作と駆動電圧との関係を示す。例えば電磁コイルに正側の方形波駆動電圧が印加されると、ポンプ室の第１の吸込弁が開放し、次いで第１の吐出弁が閉じて流体をポンプ室に流入させる。また、第２の吐出弁が開放し、次いで第２の吸込弁が閉じて流体をポンプ室から流出させる。一方、電磁コイルに負側の方形波駆動電圧が印加されると、ポンプ室の第１の吐出弁が開放し、次いで第１の吸込弁が閉じて流体をポンプ室より流出させる。また、第２の吸込弁が開放し、次いで第２の吐出弁が閉じて流体をポンプ室へ流入させる。

上記電磁式ポンプの駆動方法においては、電磁コイルにも略方形波状の電流が流れ、可動子に発生する推力も略方形波状になる。したがって、駆動電圧の極性が正負で反転する際に、ポンプ室内に急激な圧力変動が生じて、ポンプ室の内面に作用する力の急激な変動によりシリンダ壁面が振動し、固定子側の電磁コイルに作用する電磁力の急激な変動により固定子の振動が発生する。また、第１の吸込弁及び第２の吐出弁或いは第１の吐出弁及び第２の吸込弁が開放する際にポンプ室を形成するフレーム部の係止面に勢い良く突き当たって係止する際に騒音や振動が発生する。
更に、可動子の移動に伴うポンプ室内の圧力変化により、第１の吸込・吐出弁及び第２の吸込・吐出弁の開閉が行われるが、何れの弁においても閉じた状態から開く場合より開いた状態から閉じる際に、流体が直前の流れ方向とは一時的に逆方向に流れるため若干タイミングが遅れて弁が閉まる。このとき、逆方向に流れている流体が弁に衝突して狭い流路内で瞬時に高い流体圧部分が生ずるという水撃現象が起こる。この水撃現象による騒音や振動が発生する。例えば図１４に示す方形波駆動電圧を印加する駆動方法では３３ｄＢの騒音値が検出された。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、電磁式ポンプの駆動に際し、ポンプ室内の急激な圧力変動に伴う騒音や振動を低減した電磁式ポンプの駆動方法を提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
シリンダ内に永久磁石を備えた可動子を収容し、当該シリンダの周囲に嵌め込まれた空芯の電磁コイルへ通電することにより可動子をシリンダ内で軸線方向に往復動させてシリンダ内に形成されるポンプ室より流体を輸送する電磁式ポンプの駆動方法において、電磁コイルの駆動用に正側と負側とで交互に印加されるパルス電圧の極性が反転する際の電圧変化が少なくとも正側と負側との間で連続する傾きを有するパルス電圧が印加されることを特徴とする。
また、他の方法としては、電磁コイルに通電する電流を検出して電流の極性が反転する際の電流変化が少なくとも正側と負側との間で連続する傾きを有するパルス電流が流れることを特徴とする。
また、他の方法としては、電磁コイルの駆動電圧若しくは通電電流の極性が反転する際に、電圧又は電流の値が零となる期間を有するパルス電圧が印加されるか又はパルス電流が流れることを特徴とする。
更に他の方法としては、電磁コイルの駆動電圧若しくは通電電流の極性が反転する際に、最大電圧値又は最大電流値の３０％以下のオフセット電圧が印加され又はオフセット電流が流れるように、パルス電圧が印加されるか又はパルス電流が流れることを特徴とする。

上述した電磁式ポンプの駆動方法を用いれば、電磁コイルの駆動用に正側と負側とで交互に印加されるパルス電圧の極性が反転する際の電圧変化が少なくとも正側と負側との間で連続する傾きを有するパルス電圧が印加されるか、或いは電磁コイルに通電する電流を検出して電流の極性が反転する際の電流変化が少なくとも正側と負側との間で連続する傾きを有するパルス電流が流れるように通電制御が行われるので、電磁コイルの励磁方向が急激に反転しない。したがって、可動子の移動速度を鈍らせてポンプ室の急激な圧力変動を小さくでき、ポンプ室の内面に作用する力の急激な変動によるシリンダ壁面の振動を低減できる。また、固定子側の電磁コイルに作用する電磁力の急激な変動による固定子の振動も低減できる。更に、流体の吸込弁又は吐出弁が閉じる際の逆流を小さくして水撃現象を緩和でき、騒音や振動の発生を低減できる。
また、電磁コイルの駆動電圧若しくは通電電流の極性が反転する際に、電圧又は電流の値が零となる期間を有するパルス電圧が印加されるか又はパルス電流が流れるようにすると、ポンプ室の流体の吸込弁又は吐出弁が閉じる速度を遅くして逆流を小さくして水撃現象を緩和でき、騒音や振動の発生を低減できる。
更には、電磁コイルの駆動電圧又は通電電流の極性が反転する際に、予め最大電圧値又は最大電流値の３０％以下のオフセット電圧を印加するか又はオフセット電流が流れる期間を有するパルス電圧が印加されるか又はパルス電流が流れることによっても、極性が反転した最大電圧が印加若しくは最大電流が流れる前にポンプ室の流体の吸込弁又は吐出弁が閉じる速度を遅くして逆流を小さくして水撃現象を緩和でき、騒音や振動の発生を低減できる。無励磁状態で可動子に作用する推力の偏りを、オフセット電圧又はオフセット電流を調整して可動子に作用する推力の方向に対し逆方向へ弱い励磁を行うことで緩和することができる。
また、電圧又は電流の値が零となる期間の前に又はオフセット電圧を印加するか又はオフセット電流が流れる期間の前に、最大電圧値又は最大電流値の３０％以上の微小パルス電圧が印加され又は微小パルス電流が流れるようにすることで、直前の電磁コイルの励磁状態を弱めるための励磁時間を短縮できるので、ポンプ効率の低下を軽減できる。

以下、本発明に係る電磁式ポンプの駆動方法の最良の実施形態について、電磁式ポンプの構成と共に添付図面を参照しながら説明する。本実施形態の電磁式ポンプはシリンダ内に永久磁石を備えた可動子を収容し、当該シリンダの周囲に嵌め込まれた空芯の電磁コイルへ通電することにより可動子をシリンダ内で軸線方向に往復動させてシリンダ内に形成されるポンプ室より流体を輸送する電磁式ポンプに広く適用可能である。

図１３において、電磁式ポンプの代表的な構成について説明する。可動子１０は密閉されたシリンダ内に収容されてシリンダの軸線方向に往復動可能に設けられている。可動子１０は円板状に形成したマグネット１２とマグネット１２を厚さ方向に挟持する一対のインナーヨーク１４ａ、１４ｂとからなる。マグネット１２は一方の面をＮ極、他方の面をＳ極として、厚さ方向（図１３の上下方向）に磁化されている永久磁石である。インナーヨーク１４ａ、１４ｂは磁性材によって形成され、各々のインナーヨーク１４ａ、１４ｂは、マグネット１２よりも若干大径に形成された平板部１５ａと、平板部１５ａの周縁部に短筒状に起立したフランジ部１５ｂとを備える。フランジ部１５ｂの外周面はマグネット１２から発生した磁束の可動子１０側の磁束作用面となる。

封止材１６はマグネット１２の外周側面を被覆するプラスチック等の非磁性材である。封止材１６はマグネット１２が錆びたりしないようマグネット１２が外部に露出しないように被覆する作用と、マグネット１２とインナーヨーク１４ａ、１４ｂとを一体に形成する作用を有する。封止材１６はインナーヨーク１４ａ、１４ｂに挟まれたマグネット１２の外周側面を充填するように設けられているが、封止材１６の外周径はインナーヨーク１４ａ、１４ｂの外周径よりも若干小径に形成されている。

次に、図１３において電磁式ポンプの固定子側の構成について説明する。一対の非磁性材からなる上フレーム体２０ａと下フレーム体２０ｂとを組み合わせて円筒状のシリンダが形成され、このシリンダ内で上述した可動子１０が往復動可能に収容されている。本実施形態においては、下フレーム体２０ｂのフレーム本体２２ｂに円筒状に形成したシリンダ部２４が一体に形成されている。このシリンダ部２４の端部を上フレーム体２０ａのフレーム本体２２ａに設けた嵌合溝２８に嵌合させることにより、一対のフレーム体２０ａ、２０ｂにより軸方向両端面が閉止されたシリンダが形成される。嵌合溝２８のシリンダ部２４の端面が当接する部位にはシール材２９が設けられており、シリンダ部２４の端面をシール材２９に突き当てることにより、シリンダ内が外部からシールされる。なお、上フレーム体２０ａからシリンダ部２４を延出させて下フレーム体２０ｂに嵌合させることもできる。また、シリンダ部２４を上フレーム体２０ａと下フレーム体２０ｂとで別体に形成してもよい。

このように、シリンダの両端面は上フレーム体２０ａと下フレーム体２０ｂによって閉止され、可動子１０の移動方向両側面と上下フレーム体２０ａ、２０ｂの内壁面との間に各々ポンプ室３０ａ、３０ｂが形成される。ポンプ室３０ａ、３０ｂは可動子１０の両端面と上フレーム２０ａのフレーム本体２２ａ、下フレーム２０ｂのフレーム本体２２ｂとの間に形成される空隙部分に相当する。なお、可動子１０はシリンダ部２４の内面に接触した状態で、シリンダ部２４と気密あるいは液密にシールした状態で摺動する。可動子１０の摺動性を良好にするため、インナーヨーク１４ａ、１４ｂの外周面にフッ素樹脂コーティングやＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）コーティング等の潤滑性と防錆力を兼ね備えたコーティングを施す。また、可動子１０が周方向に回ることを防止する回り止めを設けることもできる。

フレーム本体２２ａ、２２ｂの端面（内壁面）にはダンパー３２が取り付けられている。ダンパー３２は、インナーヨーク１４ａ、１４ｂがフレーム本体２２ａ、２２ｂの端面に当接した際の衝撃を吸収するために設けられている。なお、ダンパー３２はフレーム本体２２ａ、２２ｂの端面に設けるかわりに、インナーヨーク１４ａ、１４ｂの端面であって、フレーム本体２２ａ、２２ｂに当接する面に設けてもよい。

上フレーム２０ａのフレーム本体２２ａ内には、第１の吸入用バルブ３４ａ及び第１の吐出用バルブ３６ａがポンプ室３０ａに連通して設けられている。下フレーム２０ｂのフレーム本体２２ｂ内には、第２の吸入用バルブ３４ｂ及び第２の吐出用バルブ３６ｂがポンプ室３０ｂに連通して設けられている。

上フレーム２０ａと下フレーム２０ｂには、吸入用バルブ３４ａ、３４ｂに連通する吸入用流路３８ａ、３８ｂが設けられている。また、上フレーム２０ａと下フレーム２０ｂには、第１、第２の吐出用バルブ３６ａ、３６ｂに連通する吐出用流路４０ａ、４０ｂが設けられている。上フレーム２０ａの吸入用流路３８ａと下フレーム２０ｂの吸入用流路３８ｂとは連通管４２により連通しており、上フレーム２０ａの吐出用流路４０ａと下フレーム２０ｂの吐出用流路４０ｂとは連通管４４により連通している。これによって、上フレーム２０ａと下フレーム２０ｂの吸入用流路と吐出用流路が各々、一の吸入口３８と一の吐出口４０に連通する。

図１３において、シリンダの周囲には空芯の電磁コイル５０ａ、５０ｂが嵌め込まれている。電磁コイル５０ａ、５０ｂはシリンダの軸線方向に若干離間させ、シリンダの軸線方向の中心位置に対して均等位置となるように配置されている。電磁コイル５０ａ、５０ｂはインナーヨーク１４ａ、１４ｂのフランジ部１５ｂの可動範囲よりも軸線長を長く設定されている。なお、電磁コイル５０ａと電磁コイル５０ｂとは巻き線方向が逆向きであり、同一電源による通電によって、互いに逆向きの電流が流れるように設定されている。電磁コイル５０ａ、５０ｂの巻き線方向を逆向きにしているのは、マグネット１２の磁束と鎖交する電磁コイル５０ａ、５０ｂに流れる電流に作用する力が重畳して、反力として可動子１０に作用し、この力が推力になるためである。

アウターヨーク５２は、電磁コイル５０ａ、５０ｂの外周囲を囲んで筒状に設けられている。アウターヨーク５２は、磁性材が用いられ、電磁コイル５０ａ、５０ｂに鎖交する磁束数を増やして電磁力を効果的に可動子１０に作用させるために設けられる。また、可動子１０を構成するインナーヨーク１４ａ、１４ｂの周辺部にフランジ部１５ｂを軸線方向に起立して設けられているので、マグネット１２から発生した磁束をインナーヨーク１４ａ、１４ｂからアウターヨーク５２に至る磁気回路の磁気抵抗を下げることができる。これにより、可動子１０から作用する総磁束量を増加させる（磁路を確保する）と共に、マグネット１２が発生した磁束が電磁コイル５０ａ、５０ｂに流れる電流と軸線方向に対して直角に鎖交させることで、可動子１０に軸線方向の推力を効果的に発生させることができる。また、本構成による可動子１０は発生推力に比して質量が軽くなるため、高速応答が可能となり、出力流量も増加できる。

電磁コイル５０ａ、５０ｂおよびアウターヨーク５２は、上フレーム２０ａと下フレーム２０ｂとを組み合わせる際に、上フレーム２０ａと下フレーム２０ｂに設けた嵌合溝２８にアウターヨーク５２を嵌合させることによってシリンダ部２４と同芯に組み付けることができる。

可動子１０は、電磁コイル５０ａ、５０ｂに交番電流を通電することにより、電磁コイル５０ａ、５０ｂによって発生する電磁力の作用により往復駆動（上下動）される。電磁コイル５０ａ、５０ｂによる電磁力は、電磁コイル５０ａ、５０ｂへの通電方向によって可動子１０を一方向と他方向へ押動するから、図示しない制御部により、電磁コイル５０ａ、５０ｂへの通電時間、通電方向を制御することによって可動子１０を適宜ストロークで往復駆動させることができる。ダンパー３２は可動子１０がフレーム本体２２ａ、２２ｂの内面に当接した際の衝撃を吸収するものである。

本実施形態の電磁式ポンプのポンプ作用は、電磁コイル５０ａ、５０ｂによって可動子１０を往復動させることにより、ポンプ室３０ａ、３０ｂに交互に流体が吸入され、吐出される作用によってなされる。すなわち、図１３の状態で、可動子１０が下方に移動すると、一方のポンプ室３０ａには流体が導入され、同時に他方のポンプ室３０ｂからは流体が吐出される。また、逆に可動子１０が上方に移動すると、一方のポンプ室３０ａからは流体が吐出され、他方のポンプ室３０ｂに流体が導入される。こうして、可動子１０がどちらの側へ移動する際にも流体の吸排がなされ、流体の脈動を抑え、効率的に流体を輸送することが可能となる。

本実施形態の電磁式ポンプは気体あるいは液体の輸送に使用することができ、流体の種類が限定されるものではない。液体ポンプとして使用する際に、可動子１０が一つでは輸送圧力が不足するような場合には、マグネット１２とインナーヨーク１４ａ、１４ｂからなる同形の単位可動子を複数個連結した多段型の可動子１０を使用すればよい。
単位可動子を多段に連結することによって、大きな推力を備えた可動子とすることができ、所要の輸送圧力を備えた電磁式ポンプとすることができる。

ここで、図１１（ａ）（ｂ）及び図１２（ａ）（ｂ）を参照して、第１、第２の吐出用バルブ３６ａ、３６ｂを構成する吐出弁５５の一例について説明する。図１１は吐出弁５５の全開状態を示し、図１２は吐出弁５５の全閉状態を示す。吐出弁５５は、ポンプ室３０ａ、３０ｂと第１、第２の吐出用流路４０ａ、４０ｂとの間の流路を開閉する。吐出弁５５は、第１、第２の吐出用流路４０ａ、４０ｂ側に配置された弁体５６とポンプ室３０ａ、３０ｂ側に配置されたストッパー５７とが弁軸５８により一体に連結されている。上述した可動子１０の移動によるポンプ室３０ａ、３０ｂの圧力変化により吐出弁５５は弁軸方向に移動するようになっている。弁体５６には上下フレーム部２０ａ、２０ｂの一部に形成された弁座部５９に着座して閉止可能な着座面（テーパー面）６０が形成されている。ストッパー５７は十字状に形成されており、上下フレーム部２０ａ、２０ｂの一部に形成された係止部６１に係止するようになっている。

ストッパー５７が係止部６１に係止した状態では、図１１（ｂ）に示す弁孔６２を通して流体がポンプ室３０ａ、３０ｂより図１１（ａ）の矢印Ｐで示すように第１、第２の吐出用流路４０ａ、４０ｂ側へ流出可能になっている。弁体５６が開放する際に、ストッパー５７が勢い良く係止部６１に突き当たることで騒音が発生し易い。また、図１２（ａ）において、弁体５６が着座部５９に当接した状態では、ポンプ室３０ａ、３０ｂと第１、第２の吐出用流路４０ａ、４０ｂとの流路が遮断されるようになっている。このとき、流体の流路には、弁体５６の移動により図１２（ａ）の破線矢印Ｑに示す逆向きの流体の流れが生じて、その後弁が閉じる際に、破線矢印Ｑ方向へ流れる流体が弁に衝突して、狭い流路内で瞬時に高い流体圧部分が生ずるという水撃現象が生じ易い。

次に、上述した弁の開閉に伴う不具合を改善するため、電磁式ポンプの駆動方法の好適な実施例について図１乃至図４を参照して説明する。図１乃至図４は、各電磁コイル５０ａ、５０ｂの両端に印加される電圧波形を示すものである。尚、各電磁コイル５０ａ、５０ｂへの駆動電圧（パルス電圧）は、図示しない駆動制御回路によって生成され、例えば直流電源電圧から直流パルス電圧を生成しても良く、或いは交流電源電圧を整流してから直流パルス電圧を生成しても良い。
図１は、各電磁コイル５０ａ、５０ｂの駆動用に正側と負側とで交互に印加されるパルス電圧の極性が反転する際の電圧変化が少なくとも正側と負側との間で線形的に連続する傾きを有するパルス電圧が印加されることを示す。図２は、正側と負側との間で指数関数に倣って印加電圧の上限及び下限値へ滑らかに変化するパルス電圧が印加されることを示す。これにより各電磁コイル５０ａ、５０ｂの励磁方向が急激に反転しないため、可動子１０の移動速度を鈍らせてポンプ室３０ａ、３０ｂの急激な圧力変動を小さくでき、ポンプ室の内面に作用する力の急激な変動によるシリンダ壁面の振動を低減でき、固定子側の電磁コイル５０ａ、５０ｂに作用する電磁力の急激な変動による固定子の振動も低減できる。また、流体の吸込弁又は吐出弁が閉じる際の逆流を小さくして水撃現象を緩和でき、騒音や振動の発生を低減できる。例えば、図２の駆動方法による騒音値は２８ｄＢとなり、従来（３３ｄＢ）に比べて低減できた。

図３はパルス電圧のうち少なくとも正側と負側との間の励磁方向の切り換え部の傾きを部分的に小さくしたパルス電圧を印加することで、少なくとも弁が開閉する際のポンプ室３０ａ、３０ｂの圧力変動を緩和するようにしたものである。図４は、図３のパルス波形に加えて励磁方向の切り換え部の傾きが線形的に異なるパルス電圧を印加するようにして、ポンプ室３０ａ、３０ｂの急激な圧力変動を更に緩和するようにしたものである。これにより、ポンプ室の内面に作用する力の急激な変動によるシリンダ壁面の振動を低減でき、固定子側の電磁コイル５０ａ、５０ｂに作用する電磁力の急激な変動による固定子の振動も低減できる。

次に電磁式ポンプの駆動方法の他例について図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６は、各電磁コイル５０ａ、５０ｂの両端に印加される電圧波形又は各電磁コイル５０ａ、５０ｂに流れる電流波形を示すものである。図５は各電磁コイル５０ａ、５０ｂの駆動用に正弦波状のパルス電圧が印加されることを示す。正弦波状のパルス電圧を印加することで極性が反転する際の電圧変化が緩やかになり、可動子１０の移動速度を鈍らせてポンプ室３０ａ、３０ｂの急激な圧力変動を小さくできる。これにより、ポンプ室の内面に作用する力の急激な変動によるシリンダ壁面の振動を低減でき、固定子側の電磁コイル５０ａ、５０ｂに作用する電磁力の急激な変動による固定子の振動も低減できる。例えば図５の駆動方法による騒音値は２６ｄＢとなり、図２の駆動方法より更に低減できた。

また、図６は各電磁コイル５０ａ、５０ｂに印加される駆動電圧Ｖ（ｔ）の最大値をＶmaxとすると、以下の式（１）で与えられる範囲で駆動電圧Ｖ（ｔ）が印加されることを示す。
0.8・Ｖmax・ｓｉｎ（ωｔ）＜Ｖ（ｔ）＜1.5・Ｖmax・ｓｉｎ（ωｔ）…式（１）
（ｔ；時間、ω；角速度）
図６の波形図で、破線Ａは0.8・Ｖmax・ｓｉｎ（ωｔ）、破線Ｂは1.0・Ｖmax・ｓｉｎ（ωｔ）、破線Ｃは1.5・Ｖmax・ｓｉｎ（ωｔ）を各々示す。実線波形が駆動電圧波形である。即ち、正弦波である破線Ａと破線Ｃとに囲まれた領域の中で連続して変化する波形となっている。Ｖmaxは正弦波電圧の最大値であるため、実際には±1.0・Ｖmaxの範囲に制限される。このように。正弦波状のパルス電圧を印加することで極性が反転する際の電圧変化が緩やかになり、可動子１０の移動速度を鈍らせてポンプ室３０ａ、３０ｂの急激な圧力変動を小さくできる。また、正弦波の頭部が押し潰された電圧波形にすれば、最大電圧を抑えながらポンプ出力効率を向上させることができる。

尚、図５及び図６は電圧波形制御について説明したが、各電磁コイル５０ａ、５０ｂに通電する電流を検出して電流波形の極性が反転する際の電流変化が少なくとも正側と負側との間で連続する傾きを有するパルス電流が流れるように通電制御が行われるようにしても良い。また、各電磁コイル５０ａ、５０ｂに正弦波状のパルス電流が流れるように通電制御されるようにしても良い。更には、図６において、各電磁コイル５０ａ、５０ｂに流れる通電電流Ｉ（ｔ）の最大値をＩmaxとすると以下の式（２）で与えられる範囲で通電電流Ｉ（ｔ）が通電制御されるようにしても良い。
0.8・Imax・ｓｉｎ（ωｔ）＜Ｉ（ｔ）＜1.5・Imax・ｓｉｎ（ωｔ）…式（２）
（ｔ；時間、ω；角速度）

次に、電磁式ポンプの駆動方法の他例について図７乃至図９を参照して説明する。図７乃至図９は、各電磁コイル５０ａ、５０ｂの両端に印加される電圧波形又は各電磁コイル５０ａ、５０ｂを流れる電流波形を示すものである。
図７及び図８は各電磁コイル５０ａ、５０ｂの駆動電圧若しくは通電電流の極性が反転する際に、電圧又は電流の値が零となる期間を有するパルス電圧が印加されるか又はパルス電流が流れることを示す。図８は、零電圧又は零電流となる前後の電圧電流変化に線形的に連続する傾きを設けたものである。これにより、弁が開閉する際の速度を遅くして逆流を小さくして水撃現象を緩和でき、騒音や振動の発生を低減できる。例えば図７の駆動方法による騒音値は２３ｄＢとなり、図５の駆動方法より更に低減できた。

図９は、電圧又は電流が零になる期間の前に、最大電圧値Ｖmax又は最大電流値Ｉmaxの３０％以上の微小パルス電圧が印加され又は微小パルス電流が流れるように、各電磁コイル５０ａ、５０ｂにパルス電圧が印加されるか又はパルス電流が流れることを示す。図９において、電圧又は電流の値が零になる期間の前に、直前の電圧又は電流とは逆向きの微小パルス電圧又は電流による励磁を行っているので、例えば第１の吐出弁と第２の吸込弁が閉まり始め、弁が完全に閉まるときは無励磁にする。これにより、無励磁期間を短くすることができ、ポンプの効率低下を軽減できる。

次に、電磁式ポンプの駆動方法の他例について図１０を参照して説明する。図１０は、各電磁コイル５０ａ、５０ｂの両端に印加される電圧波形又は各電磁コイル５０ａ、５０ｂを流れる電流波形を示すものである。
図１０は各電磁コイル５０ａ、５０ｂの駆動電圧若しくは通電電流の極性が反転する際に、最大電圧値又は最大電流値の３０％以下のオフセット電圧が印加され又はオフセット電流が流れるように、パルス電圧が印加されるか又はパルス電流が流れることを示す。このオフセット電圧若しくはオフセット電流により直前の電圧又は電流の向きと逆方向へ弱い励磁を行うことで、極性が反転した最大電圧Ｖmaxが印加若しくは最大電流Ｉmaxが流れる前に、弁が開閉する速度を遅くして逆流を小さくして水撃現象を緩和でき、騒音や振動の発生を低減できる。また、無励磁の状態でも可動子１０のマグネット１２と固定子側のアウターヨーク５２間に吸引力が作用して可動子１０に推力が発生する。この可動子１０に作用する推力の影響を、オフセット電圧若しくはオフセット電流を調整して可動子１０に作用する推力の方向に対し逆方向へ弱い励磁を行うことで緩和することもできる。

図１０において、オフセット電圧が印加され又はオフセット電流が流れる期間の前に、最大電圧値又は最大電流値の３０％以上の微小パルス電圧が印加され又は微小パルス電流が流れるようにしても良い（図１０の一点鎖線参照）。この場合には、可動子１０に作用する推力の影響を緩和する他に、可動子１０の移動終端を除く移動速度を低下させずに移動させることができる。

尚、図１に示す電磁式ポンプは、可動子１０の一方側と他方側に設けられた吸入用流路３８ａ、３８ｂを連通し、可動子１０の一方側と他方側に設けられた吐出用流路４０ａ、４０ｂを連通して、いわば、並列的に流路を連通させた例であるが、複数の電磁式ポンプを直列に流路を連通して使用することも可能である。この場合は、吐出用流路４０ａを吸入用流路３８ｂに連通するか、吐出用流路４０ｂを吸入用流路３８ａに連通させればよい。また、複数のポンプ室３０ａ、３０ｂに各々吸入用バルブ３４ａ、３４ｂ及び吐出用バルブ３６ａ、３６ｂが設けられていたが、ポンプ室と吸入用バルブ及び吐出用バルブが1箇所に設けられた電磁式ポンプであっても良い。

第１実施例に係る電磁式ポンプの駆動電圧波形図である。 第１実施例に係る電磁式ポンプの駆動電圧波形図である。 第１実施例に係る電磁式ポンプの駆動電圧波形図である。 第１実施例に係る電磁式ポンプの駆動電圧波形図である。 第２実施例に係る電磁式ポンプの駆動電圧又は通電電流の波形図である。 第２実施例に係る電磁式ポンプの駆動電圧又は通電電流の波形図である。 第３実施例に係る電磁式ポンプの駆動電圧又は通電電流の波形図である。 第３実施例に係る電磁式ポンプの駆動電圧又は通電電流の波形図である。 第３実施例に係る電磁式ポンプの駆動電圧又は通電電流の波形図並びに吸込弁及び吐出弁の開閉状態を示すタイミングチャートである。 第４実施例に係る電磁式ポンプの駆動電圧又は通電電流の波形図である。 吐出弁の全開状態を示す説明図である。 吐出弁の全閉状態を示す説明図である。 電磁式ポンプの全体構成を示す断面図である。 従来の電磁式ポンプの駆動電圧の波形図並びに吸込弁及び吐出弁の開閉状態を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 可動子
１２ マグネット
１４ａ、１４ｂ インナーヨーク
１５ａ 平板部
１５ｂ フランジ部
１６ 封止材
２０ａ 上フレーム
２０ｂ 下フレーム
２２ａ、２２ｂ フレーム本体
２４ シリンダ部
２８ 嵌合溝
２９ シール材
３０ａ、３０ｂ ポンプ室
３２ ダンパー
３４ａ、３４ｂ 吸入用バルブ
３６ａ、３６ｂ 第１、第２の吐出用バルブ
３８ａ、３８ｂ 吸入用流路
４０ａ、４０ｂ 吐出用流路
４２、４４ 連通管
５０ａ、５０ｂ 電磁コイル
５２ アウターヨーク
５５ 吐出弁
５６ 弁体
５７ ストッパー
５８ 弁軸
５９ 弁座部
６０ 着座部
６１ 係止部

Claims (10)

1. シリンダ内に永久磁石を備えた可動子を収容し、当該シリンダの周囲に嵌め込まれた空芯の電磁コイルへ通電することにより可動子をシリンダ内で軸線方向に往復動させてシリンダ内に形成されるポンプ室より流体を輸送する電磁式ポンプの駆動方法において、
   前記電磁コイルの駆動用に正側と負側とで交互に印加されるパルス電圧の極性が反転する際の電圧変化が少なくとも正側と負側との間で連続する傾きを有するパルス電圧が印加されることを特徴とする電磁式ポンプの駆動方法。
2. 前記電磁コイルの駆動用に正弦波状のパルス電圧が印加されることを特徴とする請求項１記載の電磁式ポンプの駆動方法。
3. 前記電磁コイルに印加される駆動電圧Ｖ（ｔ）の最大値をＶmaxとすると、以下の式（１）で与えられる範囲で駆動電圧Ｖ（ｔ）が印加されることを特徴とする請求項１記載の電磁式ポンプの駆動方法。
   0.8・Ｖmax・ｓｉｎ（ωｔ）＜Ｖ（ｔ）＜1.5・Ｖmax・ｓｉｎ（ωｔ）…式（１）
   （ｔ；時間、ω；角速度）
4. シリンダ内に永久磁石を備えた可動子を収容し、当該シリンダの周囲に嵌め込まれた空芯の電磁コイルへ通電することにより可動子をシリンダ内で軸線方向に往復動させてシリンダ内に形成されるポンプ室より流体を輸送する電磁式ポンプの駆動方法において、
   前記電磁コイルに通電する電流を検出して電流の極性が反転する際の電流変化が少なくとも正側と負側との間で連続する傾きを有するパルス電流が流れることを特徴とする電磁式ポンプの駆動方法。
5. 前記電磁コイルに正弦波状のパルス電流が流れるように通電制御されることを特徴とする請求項４記載の電磁式ポンプの駆動方法。
6. 前記電磁コイルに流れる通電電流Ｉ（ｔ）の最大値をＩmaxとすると以下の式（２）で与えられる範囲で通電電流Ｉ（ｔ）が通電制御されることを特徴とする請求項４記載の電磁式ポンプの駆動方法。
   0.8・Imax・ｓｉｎ（ωｔ）＜Ｉ（ｔ）＜1.5・Imax・ｓｉｎ（ωｔ）…式（２）
   （ｔ；時間、ω；角速度）
7. シリンダ内に永久磁石を備えた可動子を収容し、当該シリンダの周囲に嵌め込まれた空芯の電磁コイルへ通電することにより可動子をシリンダ内で軸線方向に往復動させてシリンダ内に形成されるポンプ室より流体を輸送する電磁式ポンプの駆動方法において、
   前記電磁コイルの駆動電圧若しくは通電電流の極性が反転する際に、電圧又は電流の値が零となる期間を有するパルス電圧が印加されるか又はパルス電流が流れることを特徴とする電磁式ポンプの駆動方法。
8. 電圧若しくは電流の値が零となる期間の前に、最大電圧値又は最大電流値の３０％以上の微小パルス電圧が印加され又は微小パルス電流が流れるように、パルス電圧が印加されるか又はパルス電流が流れることを特徴とする請求項７記載の電磁式ポンプの駆動方法。
9. シリンダ内に永久磁石を備えた可動子を収容し、当該シリンダの周囲に嵌め込まれた空芯の電磁コイルへ通電することにより可動子をシリンダ内で軸線方向に往復動させてシリンダ内に形成されるポンプ室より流体を輸送する電磁式ポンプの駆動方法において、
   前記電磁コイルの駆動電圧若しくは通電電流の極性が反転する際に、最大電圧値又は最大電流値の３０％以下のオフセット電圧が印加され又はオフセット電流が流れるように、パルス電圧が印加されるか又はパルス電流が流れることを特徴とする電磁式ポンプの駆動方法。
10. オフセット電圧が印加され又はオフセット電流が流れる期間の前に、最大電圧値又は最大電流値の３０％以上の微小パルス電圧が印加され又は微小パルス電流が流れるように、パルス電圧が印加されるか又はパルス電流が流れることを特徴とする請求項９記載の電磁式ポンプの駆動方法。

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