JP2006246550A - 電磁式容積型ポンプの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプの小型化、低コスト化を図りつつ、ポンプ寿命を向上させ、騒音の発生を低減する電磁式容積型ポンプの駆動装置を提供する。
【解決手段】制御部１９は電源部から供給される直流駆動電圧の変動をＡ／Ｄコンバータ２０で検出し、該直流駆動電圧の変動に応じて駆動周波数がリニアに変化する任意の周波数の駆動パルス波形を駆動パルス生成器２１が生成し、該駆動パルス波形に基づいて駆動回路１８へ駆動制御信号を出力する。
【選択図】図２

Description

本発明は液体の輸送に使用する小型の電磁式容積型ポンプの駆動装置に関する。

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電磁コイルに一定の周波数で駆動パルス電圧を印加して通電方向を切り換えることで可動子を往復動させてシリンダ内外に生ずる圧力差でポンプ作用をなす小型の電磁式容積型ポンプを提案した。

即ち、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すると共に第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。この電磁式容積型ポンプは液体循環式の冷却システムに好適に用いられ、例えば液体中に空気が混入した場合にも可動子の往復動に伴うポンプ室内外に生ずる圧力差でポンプ作用をなすため、ポンプを停止させることなく自吸復帰することができる（特許文献１参照）。
特開２００４−１２４７２４号

上述した小型の電磁式容積型ポンプは、例えば電子機器の液体循環式の冷却システムの液体搬送路の設置スペースが限られた部位に設けられるため、駆動装置も安価で簡素化した構成が採用されている。具体的には、図４において、電源部から供給される直流電源電圧から発振回路５１にて一定周波数の発振パルスを生成する。この発振回路５１で生成された発振パルスは、波形成形などを含む駆動パルス生成器５２で駆動パルス波形が生成され、駆動回路５３により一定周波数の駆動パルス電圧を電磁コイル５４へ印加するようになっている。これにより、電磁コイル５４に作用する電磁力の反力によって可動子が一定周期で固定子（シリンダ）内で往復動し、流体の送出し動作及び吸込み動作を繰り返し行なうようになっている。

しかしながら、冷却性能が小さくても良い場合でも、一定の周期で電磁コイル５４に通電し続けるので、可動子と固定子との摺動部分の摩耗を促進しポンプの寿命を短縮する。また、可動子を一定の周期で往復動させるので、ポンプの作動音が騒音となるおそれがある。

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、ポンプの小型化、低コスト化を図りつつ、ポンプ寿命を向上させ、騒音の発生を低減する電磁式容積型ポンプの駆動装置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シリンダの軸線方向に摺動可能に配置し、シリンダの外周に配置した電磁コイルへ駆動パルス電圧を印加して生ずる電磁力の反力により可動子を往復動させ、当該可動子の往復動に伴いシリンダ内外に生ずる圧力差で液体の吸込み送出しを行なう電磁式容積型ポンプの駆動装置において、電磁コイルに印加する駆動パルス電圧を生成する駆動回路と、電源部から供給される直流駆動電圧の変動を検出して該直流駆動電圧の変動に応じて駆動周波数がリニアに変化する任意の周波数の駆動パルス波形を生成し、該駆動パルス波形に基づいて駆動回路へ駆動制御信号を出力する制御部を備えたことを特徴とする。
具体的には、制御部は、電源部から供給される直流駆動電圧の変動をＡ／Ｄコンバータにより検出し、駆動パルス生成器により駆動電圧の変動に応じた周波数の駆動パルスを生成することを特徴とする。

上述した電磁式容積型ポンプの駆動装置を用いれば、制御部は電源部から供給される直流駆動電圧の変動を検出し該直流駆動電圧の変動に応じて駆動周波数がリニアに変化する任意の周波数の駆動パルス波形を生成し、該駆動パルス波形に基づいて駆動回路へ駆動制御信号を出力する。これにより、制御部は、例えば冷却システムの冷却性能を高くしたい場合に直流駆動電圧を上昇させて駆動周波数を高くし、冷却性能が小さくてもよい場合には直流駆動電圧を低下させて駆動周波数を低くして、当該駆動周波数に基づいて駆動回路が電磁コイルへ駆動パルス電圧を印加する。したがって、ポンプの可動子と固定子との摩耗が少なくなるのでポンプ寿命を向上させ、騒音の発生を低減することができ、省エネルギー化を実現できる。
また、制御部は、電源部から供給される直流駆動電圧の変動をＡ／Ｄコンバータにより検出し、駆動パルス生成器により駆動電圧の変動に応じた周波数の駆動パルスを生成するので、制御部の回路構成を簡略化してポンプの小型化、低コスト化に寄与することができる。

以下、本発明に係る電磁式ポンプの最良の実施形態について添付図面とともに詳細に説明する。本実施形態の電磁式ポンプは、円筒状に形成したシリンダ内にマグネット（永久磁石）を備えた可動子をシリンダの軸線方向に摺動可能に配置し、シリンダの外周に配置した空芯の電磁コイルへ通電して生ずる電磁力の反力により可動子を往復動させる容積型ポンプである。電磁式ポンプは、液体循環式の冷却システムに好適に用いられ、可動子の往復動に伴いポンプ室内外に生ずる圧力差でポンプ作用をなすため、例えば液体に空気が混入してもポンプを停止させることなく自吸復帰することができる。

図１において、電磁式ポンプの全体構成について説明する。先ず可動子１の構成について説明する。可動子１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１は円板状に形成したマグネット２とマグネット２を厚さ方向に挟持する一対のインナーヨーク３ａ、３ｂとからなる。マグネット２は一方の面をＮ極、他方の面をＳ極として、厚さ方向（図１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３ａ、３ｂは磁性材によって形成され、各々のインナーヨーク３ａ、３ｂの周縁部に短筒状に起立したフランジ部３ｃの外周面はマグネット２から発生した磁束の可動子１側の磁束作用面となる。

次に、図１において固定子４の構成について説明する。一対の非磁性材からなる上ケース５ａと下ケース５ｂとの間に非磁性材料（例えば樹脂材、ステンレスなどの金属材）からなる筒状のシリンダ筒６が嵌め込まれて上下開口端が閉止されたシリンダが形成される。このシリンダ筒６内に上述した可動子１が往復動可能に収容されている。なお、シリンダは上ケース５ａと下ケース５ｂとを組み合せて熱圧着して形成することもできる。

このように、シリンダの両端面は上ケース５ａと下ケース５ｂによって閉止され、可動子１の移動方向両側面と上下ケース５ａ、５ｂの内壁面との間に各々ポンプ室７ａ、７ｂが形成される。なお、可動子１はシリンダ筒６の内面に接触した状態で、気密あるいは液密にシールした状態で摺動する。

シリンダの上端面に相当する上ケース５ａの吸込用開口部及び送出用開口部には、吸込用逆止弁８ａ及び送出用逆止弁９ａがポンプ室７ａを開閉可能に設けられている。シリンダの下端面に相当する下ケース５ｂの吸込用開口部及び送出用開口部には、吸込用逆止弁８ｂ及び送出用逆止弁９ｂがポンプ室７ｂを開閉可能に設けられている。吸込用逆止弁８ａ、８ｂと送出用逆止弁９ａ、９ｂとは開口部に逆向きに各々取り付けられている。

上ケース５ａには循環する液体のポンプへの吸込口１０と、ポンプより液体を送り出す送出口１１が形成されている。上ケース５ａと下ケース５ｂには、吸込口１０と吸込用逆止弁８ａ、８ｂとの間を連通する吸込用流路１２ａ、１２ｂが各々設けられている。また、上ケース５ａと下ケース５ｂには、送出用逆止弁９ａ、９ｂと送出口１１との間を連通する送出用流路１３ａ、１３ｂが各々設けられている。

図１において、シリンダ筒６の周囲には空芯の電磁コイル１４ａ、１４ｂが嵌め込まれている。電磁コイル１４ａ、１４ｂはシリンダの軸線方向に若干離間させ、シリンダ筒６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１４ａ、１４ｂの軸方向両側には磁気回路を形成するリング状の固定板１６により挟み込まれて組み込まれる。

電磁コイル１４ａと電磁コイル１４ｂ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１４ａ、１４ｂの巻き線方向を逆向きにしているのは、マグネット２の磁束と鎖交する電磁コイル１４ａ、１４ｂに流れる電流に作用する電磁力が重畳して反力として可動子１に作用し、この反力が推力になるためである。電磁コイル１４ａと電磁コイル１４ｂとの間には、可動子１の往復運動を検出する空芯の検出コイル１７が固定板１６に挟み込まれて同軸状に設けられている。

アウターヨーク１５は、電磁コイル１４ａ、１４ｂ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１５には磁性材が用いられ、電磁コイル１４ａ、１４ｂに鎖交する磁束数を増やして電磁力を効果的に可動子１に作用させるために設けられる。また、可動子１を構成するインナーヨーク３ａ、３ｂの周辺部にフランジ部３ｃを軸線方向に起立して設けられている。これは、マグネット２からインナーヨーク３ａ、３ｂを経てアウターヨーク１５に至る磁気回路の磁気抵抗を下げるためである。これにより、可動子１から作用する総磁束量を増加させる（磁束が通過する磁路を確保する）と共に、マグネット２が発生した磁束が電磁コイル１４ａ、１４ｂ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１に軸線方向の推力を効果的に発生させることができる。

可動子１は、電磁コイル１４ａ、１４ｂに交番電流を通電することにより、各コイルに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１４ａ、１４ｂに作用する電磁力は、通電方向によって可動子１を上方若しくは下方へ押動する。よって、後述する制御部により、電磁コイル１４ａ、１４ｂへの通電時間、通電方向を制御することによって可動子１を所定ストロークで往復駆動させることができる。尚、本実施形態の電磁式ポンプは可動子１の移動ストロークが比較的小さいがポンプ室７ａ、７ｂは比較的広い面積を確保することができるから、可動子１を高速で往復動させることによって一定の流量を確保することが可能である。

可動子１にフランジ部３ｃを備えたインナーヨーク３ａ、３ｂを取り付け、可動子１の両端面に近接して吸込用逆止弁８ａ、８ｂと送出用逆止弁９ａ、９ｂを設けることによって、例えば高さ１５ｍｍ、幅２０ｍｍ程度のきわめて薄型で小型の電磁式容積型ポンプを提供することが可能となった。

次に、上述した電磁式容積型ポンプの駆動装置について図２及び図３を参照して説明する。図２において、駆動回路（ドライブ回路）１８は、電磁コイル１４ａ、１４ｂに印加する駆動パルス電圧を生成する。制御部（ＭＰＵ）１９は、駆動回路１８へ駆動制御信号を出力する。制御部１９にはＡ／Ｄコンバータ２０が設けられており、該Ａ／Ｄコンバータ２０は図示しない電源部から供給される直流駆動電圧の変動を検出する。また、制御部１９には駆動パルス生成器２１が設けられており、該駆動パルス生成器２１は駆動電圧の変動に応じた任意の周波数の駆動パルスを生成する。
即ち、制御部１９は図示しない電源部から供給される直流駆動電圧の変動を検出し、該直流駆動電圧の変動に応じて駆動周波数がリニアに変化する任意の周波数の駆動パルス波形を生成する。このときの駆動電圧の変動と駆動周波数との関係を図３のグラフ図に示す。

制御部１９は、例えば冷却システムの冷却性能を高くしたい場合に直流駆動電圧を上昇させて駆動周波数を高くし、冷却性能が小さくてもよい場合には直流駆動電圧を低下させて駆動周波数を低くして、駆動回路１８より電磁コイル１４ａ、１４ｂへ駆動パルス電圧を印加する。したがって、ポンプの可動子１と固定子４との摩耗が少なくなるのでポンプ寿命を向上させ、騒音の発生を低減することができ、省エネルギー化を実現できる。
また、制御部１９は、電源部から供給される直流駆動電圧の変動をＡ／Ｄコンバータ２０により検出し、駆動パルス生成器２１により駆動電圧の変動に応じた周波数の駆動パルスを生成するので、制御部１９の回路構成を簡略化してポンプの小型化、低コスト化に寄与することができる。

本発明に係る電磁式容積型ポンプの全体構成を示す断面図である。 電磁式容積型ポンプの制御系のブロック図である。 駆動電圧と駆動周波数との関係を示すグラフ図である。 従来の電磁式容積型ポンプの制御系のブロック図である。

符号の説明

１ 可動子
２ マグネット
３ａ、３ｂ インナーヨーク
３ｃ フランジ部
４ 固定子
５ａ 上ケース
５ｂ 下ケース
６ シリンダ筒
７ａ、７ｂ ポンプ室
８ａ、８ｂ 吸込用逆止弁
９ａ、９ｂ 送出用逆止弁
１０ 吸込口
１１ 送出口
１２ａ、１２ｂ 吸込用流路
１３ａ、１３ｂ 送出用流路
１４ａ、１４ｂ 電磁コイル
１５ アウターヨーク
１６ 固定板
１７ 検出コイル
１８ 駆動回路
１９ 制御部
２０ Ａ／Ｄコンバータ
２１ 駆動パルス生成器

Claims (2)

1. シリンダ内に永久磁石を備えた可動子をシリンダの軸線方向に摺動可能に配置し、シリンダの外周に配置した電磁コイルへ駆動パルス電圧を印加して生ずる電磁力の反力により可動子を往復動させ、当該可動子の往復動に伴いシリンダ内外に生ずる圧力差で液体の吸込み送出しを行なう電磁式容積型ポンプの駆動装置において、
   電磁コイルに印加する駆動パルス電圧を生成する駆動回路と、
   電源部から供給される直流駆動電圧の変動を検出し、該直流駆動電圧の変動に応じて駆動周波数がリニアに変化する任意の周波数の駆動パルス波形を生成し、該駆動パルス波形に基づいて駆動回路へ駆動制御信号を出力する制御部を備えたことを特徴とする電磁式容積型ポンプの駆動装置。
2. 制御部は、電源部から供給される直流駆動電圧の変動をＡ／Ｄコンバータにより検出し、駆動パルス生成器により駆動電圧の変動に応じた任意の周波数の駆動パルスを生成することを特徴とする請求項１記載の電磁式容積型ポンプの駆動装置。

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