JP2018062936A - 圧電ポンプの駆動システム - Google Patents

Abstract

【課題】従来の駆動システムが有する欠点を解決する、圧電ポンプの駆動システムを提供することにある。【解決手段】本発明は、駆動システムに関するものであって、第一直流電圧を第二直流電圧に転換させるために用いる電圧転換モジュールと、電気回路を利用して発振し、圧電アクチュエータの共振作動周波数を探し、共振作動周波数に基づき、これに対応する切換信号を出力するために用いる周波数制御回路と、切換信号に基づいて第二直流電圧を交流電圧に転換することで、圧電アクチュエータを駆動させる電圧切換モジュールと、空気圧センサとマイクロコントローラとを包含し、空気圧センサは圧電ポンプ内の空気圧流量を検出してこれに対応する空気圧流量検出値を出力し、マイクロコントローラは空気圧流量検出値を受信し、且つ電圧転換モジュールを制御し、電圧を調整して出力することで、圧電ポンプ内の空気圧流量を調整する検出モジュールと、を包含している。【選択図】図１

Description

本発明は、駆動システムに関し、特に、可変電圧を出力すると同時に、圧電アクチュエータの作動周波数を可変に制御する圧電ポンプの駆動システムに関するものである。

一般の圧電ポンプが作動する際、通常、駆動システムが電気エネルギーを提供して圧電ポンプ内にある圧電アクチュエータを駆動する必要があり、圧電アクチュエータが周期的に作動することで、これに対応する作動を行う圧電エアポンプが駆動されている。

現在、圧電ポンプの駆動システムは、大きく分けて三種類存在している。一つ目の駆動システムは、一定の電圧を出力すると同時に、圧電アクチュエータの作動周波数を一定に制御している。二つ目の駆動システムは、可変な電圧を出力すると同時に、圧電アクチュエータの作動周波数を一定に制御している。三つ目の駆動システムは、可変な電圧を出力すると同時に、圧電アクチュエータの作動周波数を可変に制御している。

しかし、上述した三種類の駆動システムには、それぞれ欠点が存在している。まず、一つ目の駆動システムは、実際、圧電ポンプが異なるフレームや製造工程上の公差による異なる厚さの圧電アクチュエータに伴って異なる特性を有するため、一定の電圧を出力すると同時に、圧電アクチュエータの作動周波数を一定に制御すると、圧電ポンプが出力した空気圧には差異があることから、一つ目の駆動システムの制御方法は、概略値しか取得することができず、異なる圧電ポンプに応じて圧電ポンプの性能及び出力流速を有効且つ精確に制御することができない。次に、二つ目の駆動システムは、、実際、圧電ポンプが異なるフレームや製造工程上の公差による異なる厚さの圧電アクチュエータに伴って異なる特性を有するため、圧電ポンプが異なれば、その好ましい作動周波数も異なり、例えば、三つの圧電ポンプの好ましい作動周波数がそれぞれ１００ｋＨｚ、１０５ｋＨｚ及び９５ｋＨｚの場合、駆動システムもこれら圧電ポンプの圧電アクチュエータの作動周波数を一定に制御することしかできず、例えば、これらの中間値である１００ｋＨｚを選択してこれら圧電ポンプの作動周波数を制御することができるが、１０５ｋＨｚ及び９５ｋＨｚの圧電ポンプを駆動させるには、さらに高い或いはさらに低い電圧を用いらなければ、均一性のとれたものにならず、電圧が高いと、圧電アクチュエータを通電する際に圧電アクチュエータの圧電特性を喪失させ、圧電ポンプの損傷を引き起こしてしまう。三つ目の駆動システムは、圧電ポンプの性能を急速に上げ下げさせ、圧電アクチュエータが制御可能な作動周波数を狭くさせてしまい、使用し難く適用性が好ましくない。

このため、どのようにして上述した欠点を克服した圧電ポンプの駆動システムを開発するかが急務となっている。

本発明の主な目的は、周波数及び電圧のいずれもが一定、周波数が一定で電圧が可変、周波数が可変で電圧が一定、のいずれかで圧電ポンプを制御する従来の駆動システムが有する、圧電ポンプの性能及び出力流速を有効且つ精確に制御することができない、圧電ポンプの損傷を容易に引き起こしてしまう、使用し難く適用性が好ましくないなどの欠点を解決する、圧電ポンプの駆動システムを提供することにあり、上述した駆動システムの制御方法と異なり、周波数及び電圧いずれも可変な駆動システムの制御方法を用いることで、最大の互換性で制御が最も容易なポンプ駆動回路を達し、当該分野においての需要に用いている。

上述の目的を達するため、本発明の好ましい実施態様は、圧電ポンプ内にある第一端子及び第二端子を有する圧電アクチュエータを駆動するために用いる駆動システムを提供し、第一直流電圧を第二直流電圧に転換させるために用いる電圧転換モジュールと、電圧転換モジュール及び圧電アクチュエータに電気接続し、電気回路を利用して発振し、圧電アクチュエータの共振作動周波数を探し、共振作動周波数に基づき、これに対応する切換信号を出力するために用いる周波数制御回路と、周波数制御回路に電気接続し、切換信号に基づいて第二直流電圧を交流電圧に転換することで、圧電アクチュエータに印加して駆動させるために用いる電圧切換モジュールと、電圧転換モジュールに電気接続する分圧モジュールと、空気圧センサとマイクロコントローラとを包含し、空気圧センサは圧電ポンプに接続し、圧電ポンプ内の空気圧流量を検出し且つ検出結果に基づき、これに対応する空気圧流量検出値を出力するために用い、マイクロコントローラは空気圧センサ及び分圧モジュールと電気接続し、空気圧流量検出値から一つの時間帯における実際の空気圧変化量を取得し、実際の空気圧変化量と所定の空気圧変化量とを比較し、比較結果に基づいて調整信号を出力し、且つ分圧モジュールが調整信号を電圧転換モジュールに送信することにより、電圧転換モジュールが調整信号に基づいて第二直流電圧を調整することで、圧電ポンプ内の空気圧流量が調整され、実際の空気圧変化量を所定の空気圧変化量に近接させるために用いる検出モジュールと、を包含している。

本発明の好ましい実施例に係る駆動システムの回路を示す回路図である。 実際の空気圧変化量と所定の空気圧変化量とを示すグラフである。

本発明の特徴と利点を体現するいくつかの典型的実施例を以下において詳細に説明する。本発明は異なる態様において各種の変化が可能であり、そのいずれも本発明の範囲を逸脱せず、且つ本発明の説明及び図面は本質的に説明のために用いられ、本発明を制限するものではないことが理解されるべきである。

本発明の好ましい実施例に係る駆動システムの回路を示す回路図である図１を参照されたい。図１のとおり、駆動システム１０は、圧電ポンプ１６内にある圧電アクチュエータ１６１を駆動するために用い、駆動システム１０は、電圧転換モジュール１１、周波数制御回路１２、電圧切換モジュール１３、検出モジュール１４及び分圧モジュール１５を包含している。

電圧転換モジュール１１は、昇圧コンバータによって構成することができるが、これに限らず、入力端子で電源２から出力された第一直流電圧Ｖｄ１を受電し、第二直流電圧Ｖｄ２に転換して出力端子で出力している。

周波数制御回路１２は、電圧転換モジュール１１の出力端子と圧電アクチュエータ１６１とに電気接続し、電気回路を利用して発振し、圧電アクチュエータ１６１の共振作動周波数を探し、共振作動周波数に基づき、これに対応する切換信号を出力するために用いている。

電圧切換モジュール１３は、電圧転換モジュール１１の入力端子、周波数制御回路１２及び圧電アクチュエータ１６１に電気接続し、且つ電圧切換モジュール１３が切換信号に基づいて導通するしないの切換を行い、第二直流電圧Ｖｄ２を交流電圧に転換することで、共振作動周波数で稼働するように圧電アクチュエータ１６１を駆動させ、圧電ポンプ１６を稼働させている。

分圧モジュール１５は、電圧転換モジュール１１及び検出モジュール１４の間に電気接続し、検出モジュール１４から受信した信号を分圧することで、電圧転換モジュール１１に提供している。

検出モジュール１４は、空気圧センサ１４１とマイクロコントローラ１４２とを包含している。空気圧センサ１４１は、圧電ポンプ１６に接続し、圧電ポンプ１６内の空気圧流量を検出し且つ検出結果に基づき、これに対応する空気圧流量検出値を出力するために用いている。マイクロコントローラ１４２は、空気圧センサ１４１及び分圧モジュール１５に電気接続し、且つ所定の空気圧変化量を予め設け、空気圧センサ１４１が出力した空気圧流量検出値から一つの時間帯における圧電ポンプ１６の実際の空気圧変化量を取得し、実際の空気圧変化量と所定の空気圧変化量とを比較し、比較結果に基づいて調整信号を分圧モジュール１５に出力し、なお、これに限らないが調整信号をパルス幅変調信号とすることができ、且つ分圧モジュール１５が調整信号を分圧して電圧転換モジュール１１に送信することにより、電圧転換モジュール１１が分圧後の調整信号に基づいて第二直流電圧Ｖｄ２に調整し、これにより、圧電ポンプ１６内の空気圧流量が調整され、実際の空気圧変化量を所定の空気圧変化量に近接させている。

上述したことから分かるとおり、本発明に係る駆動システム１０は、周波数制御回路１２が電気回路を利用して発振することで、圧電アクチュエータ１６１の共振作動周波数を探し、圧電アクチュエータ１６１を共振作動周波数で稼働させるため、本発明に係る駆動システム１０は、異なる圧電アクチュエータ１６１の特性に基づいて圧電アクチュエータ１６１が必要とする作動周波数に自動的に調整している。また、本発明に係るマイクロコントローラ１４２は、実際の空気圧変化量と所定の空気圧変化量とを比較して調整信号を出力し、電圧転換モジュール１１が調整信号に基づいてこれに対応するように第二直流電圧Ｖｄ２を調整することができ、これにより、圧電ポンプ１６内の空気圧流量が調整され、実際の空気圧変化量を所定の空気圧変化量に近接させるため、各圧電ポンプ１６の特性及びフレームが違っていても、本発明に係る駆動システム１０は、実際の空気圧変化量を所定の空気圧変化量に近接させるように調整することができることから、本発明に係る駆動システム１０の適用性は好ましいものである。従って、本発明に係る駆動システム１０は、可変な第二直流電圧Ｖｄ２を圧電アクチュエータ１６１に出力すると同時に、圧電アクチュエータ１６１の特性に基づいて圧電アクチュエータ１６１の作動周波数を制御することができるため、上述した欠点を有する従来の圧電ポンプの駆動システムと比べ、本発明に係る駆動システム１０は、圧電ポンプ１６の性能及び出力流速を有効且つ精確に制御し、圧電ポンプ１６の損傷を防ぎ、且つ適用性が好ましいという効果を達することができる。

再度図１を参照すると、周波数制御回路１２は、入力端子Ａ、出力端子Ｂ、受電端子Ｃ及び制御配線を有し、周波数制御回路１２の入力端子Ａは、電圧転換モジュール１１が出力した第二直流電圧Ｖｄ２を受電し、周波数制御回路１２の出力端子Ｂは、電圧切換モジュール１３に電気接続し、周波数制御回路１２の受電端子Ｃは、圧電アクチュエータ１６１の第一端子１６１１に電気接続し、且つ圧電アクチュエータ１６１が出力した微小電圧Ｖｃを受電し、制御配線は、入力端子Ａに電気接続した後の配線で分圧して第一電圧Ｖ１と第二電圧Ｖ２とを発生させている。

電圧切換モジュール１３は、周波数制御回路１２の出力端子Ｂと電気接続し、周波数制御回路１２が第一電圧Ｖ１及び第二電圧Ｖ２を比較して出力した正電圧Ｖ＋或いは負電圧Ｖ−のいずれかを受電するために用いる入力端子を有し、また、電圧切換モジュール１３は、圧電アクチュエータ１６１の第二端子１６１２と電気接続し、受電した正電圧Ｖ＋或いは負電圧Ｖ−を圧電アクチュエータ１６１に伝送する出力端子を有し、これにより、圧電アクチュエータ１６１の第二端子１６１２が正電圧Ｖ＋の場合、圧電アクチュエータ１６１の第一端子１６１１が出力した微小電圧Ｖｃは、正電圧Ｖ＋に対応して負電圧Ｖ−を形成し、圧電アクチュエータ１６１の第二端子１６１２が負電圧Ｖ−の場合、圧電アクチュエータ１６１の第一端子１６１１が出力した微小電圧Ｖｃは、負電圧Ｖ−に対応して正電圧Ｖ＋を形成している。このことから、圧電アクチュエータ１６１が出力した微小電圧Ｖｃの変化は、周波数制御回路１２及び電圧切換モジュール１３を利用することによって圧電アクチュエータ１６１が必要とする作動発振回路を制御している。

周波数制御回路１２は、制御配線上において、周波数調整回路、電圧レギュレータ回路、分圧回路及び比較器１２１を配置している。そのうち、周波数制御回路１２の制御配線上において、第一抵抗Ｒ１及び第一コンデンサＣ１を並列に接続し合うように配置することによって周波数調整回路を構成し、周波数調整回路の一端は、周波数制御回路１２の入力端子Ａに電気接続し、電圧転換モジュール１１が出力した第二直流電圧Ｖｄ２を受電し、周波数調整回路のもう一端は、比較器１２１と周波数制御回路１２の受電端子Ｃとの配線上に電気接続し、周波数制御回路１２の受電端子Ｃは、圧電アクチュエータ１６１の第一端子１６１１に電気接続している。また、周波数制御回路１２の制御配線上において、第二抵抗Ｒ２及び第三抵抗Ｒ３を配置することによって分圧回路を構成し、そのうち、第二抵抗Ｒ２は、第一電圧Ｖ１を有して構成する第一電圧配線に配置し、第一電圧配線の一端は、比較器１２１と周波数制御回路１２の受電端子Ｃとの配線上に電気接続し、即ち、第一抵抗Ｒ１及び第一コンデンサＣ１の並列回路である周波数調整回路は、比較器１２１と周波数制御回路１２の受電端子Ｃとの配線上と電気接続し、第三抵抗Ｒ３は、第二電圧Ｖ２を有して構成する第二電圧配線に配置し、第二電圧配線の一端は、第一電圧配線のもう一端に電気接続し、第二電圧配線のもう一端は、比較器１２１に電気接続し、分圧回路は、第一電圧Ｖ１及び第二電圧Ｖ２を比較器１２１に入力している。さらにまた、周波数制御回路１２の制御配線上において、第四抵抗Ｒ４及び第三コンデンサＣ３を並列に接続し合うように配置することによって入力端子Ａの電圧レギュレータ回路を構成し、第四抵抗Ｒ４及び第三コンデンサＣ３の並列回路である入力端子Ａの電圧レギュレータ回路の一端は、分圧回路の第二電圧配線と電気接続し、入力端子Ａの電圧レギュレータ回路のもう一端は、接地端子Ｇと電気接続することで、電圧転換モジュール１１が入力した第二直流電圧Ｖｄ２を安定的に制御している。

比較器１２１は、正入力端子、負入力端子及び出力端子を有し、比較器１２１の正入力端子は、第一抵抗Ｒ１及び第一コンデンサＣ１の並列回路である周波数調整回路と周波数制御回路１２の入力端子Ａとの配線上と、第一電圧配線とに電気接続して第一電圧Ｖ１を受電し、比較器１２１の負入力端子は、第二電圧配線に電気接続して第二電圧Ｖ２を受電し、比較器１２１の出力端子は、周波数制御回路１２の出力端子Ｂに電気接続し、分圧回路は、第一電圧Ｖ１及び第二電圧Ｖ２を比較器１２１の正入力端子及び負入力端子にそれぞれ入力し、比較器１２１の比較結果に基づいて切換信号の正電圧Ｖ＋或いは負電圧Ｖ−のいずれかを出力し、そのうち、第一電圧Ｖ１の配線もまた、圧電アクチュエータ１６１の第一端子１６１１に電気接続し、微小電圧Ｖｃを受電している。

周波数制御回路１２は、制御配線において、第五抵抗Ｒ５及び第二コンデンサＣ２を並列に接続し合うように配置することによって構成する出力端の電圧レギュレータ回路を第二電圧Ｖ２の第二電圧配線上にさらに設置し、第五抵抗Ｒ５及び第二コンデンサＣ２の並列回路である出力端子の電圧レギュレータ回路の一端は、第二電圧配線上に電気接続し、もう一端は、周波数制御回路１２の出力端子Ｂに電気接続し、周波数制御回路１２が出力した切換信号の正電圧Ｖ＋或いは負電圧Ｖ−を安定させるために用いている。

また、周波数制御回路１２の比較器１２１は、入力された第一電圧Ｖ１及び第二電圧Ｖ２を比較するために用い、比較結果に基づいて正電圧Ｖ＋或いは負電圧Ｖ−のいずれかを出力している。つまり、第一電圧Ｖ１が第二電圧Ｖ２より大きい場合、比較器１２１は正電圧Ｖ＋を出力し、第一電圧Ｖ１が第二電圧Ｖ２より小さい場合、比較器１２１は負電圧Ｖ−を出力している。

なお、周波数制御回路１２の電気回路構造は、これに限らないものの、一般の圧電ポンプの駆動システムの殆どが周波数制御回路であるため、本発明では、図１のみで、そのうちの一種類である周波数制御回路１２の電気回路構造を例示し、その他に可能な電子回路の実施態様については図示していない。

電圧切換モジュール１３は、第六抵抗Ｒ６、第一スイッチＱ１及び第二スイッチＱ２を包含している。そのうち、第六抵抗Ｒ６は、電圧切換モジュール１３のレギュレータ電流制限作用に用い、その一端が周波数制御回路１２の出力端子Ｂに電気接続し、もう一端が圧電アクチュエータ１６１の第二端子１６１２に電気接続している。第一スイッチＱ１及び第二スイッチＱ２は、互いに接続する入力端子を有し、周波数制御回路１２の出力端子Ｂと電気接続し、第一スイッチＱ１及び第二スイッチＱ２は、互いに接続する出力端子を有し、圧電アクチュエータ１６１の第二端子１６１２に接続し、また、第一スイッチＱ１は、周波数制御回路１２の入力端子Ａに接続し、電圧転換モジュール１１が出力した第二直流電圧Ｖｄ２を受電するための制御端子を有し、第二スイッチＱ２が有する出力端子は、接地端子Ｇに設置し、これにより、電圧切換モジュール１３は、ハーフブリッジ型変圧回路を構成している。

以下において、本発明に係る周波数制御回路１２及び電圧切換モジュール１３の間の作動について、具体的に説明する。
圧電ポンプ１６を稼働させたい場合、周波数制御回路１２は、電圧転換モジュール１１が出力した第二直流電圧Ｖｄ２を受電し、周波数制御回路１２が制御配線上の分圧回路によって分圧した第一電圧Ｖ１及び第二電圧Ｖ２を出力し、第一電圧Ｖ１及び第二電圧Ｖ２は、それぞれ比較器１２１に入力されており、この時、比較器１２１は、第一電圧Ｖ１及び第二電圧Ｖ２を比較して正電圧Ｖ＋或いは負電圧Ｖ−を出力している。

第一電圧Ｖ１が第二電圧Ｖ２より大きい場合、比較器１２１は、正電圧Ｖ＋を出力し、これにより、第一スイッチＱ１が導通されて作動し、第二スイッチＱ２が導通されず、電圧切換モジュール１３は、正電圧Ｖ＋を圧電アクチュエータ１６１の第二端子１６１２に出力し、この時、圧電アクチュエータ１６１の第一端子１６１１は、やや降圧した負電圧Ｖ−を形成し、即ち、圧電アクチュエータ１６１の導通電圧は負電圧Ｖ−であって、圧電アクチュエータ１６１からしてみると、負電圧出力であり、これにより、負電圧Ｖ−は、比較器１２１の第一電圧Ｖ１の配線上に伝導され、比較器１２１の第一電圧Ｖ１の入力に転換し、電圧転換モジュール１１が出力した第二直流電圧Ｖｄ２によって分圧する第二電圧Ｖ２と比較すると同時に、圧電アクチュエータ１６１上の導通電圧である負電圧Ｖ−が圧電アクチュエータ１６１において差圧が発生するため、第一抵抗Ｒ１及び第一コンデンサＣ１の並列回路である周波数調整回路を用いて圧電アクチュエータ１６１の第一端子１６１１が出力した微小電圧Ｖｃの共振作動周波数を自動的に検出することで、圧電アクチュエータ１６１に適した作動周波数に調整している。

このことから、やや降圧した負電圧Ｖ−は、比較器１２１の第一電圧Ｖ１の入力となり、第一電圧Ｖ１が第二電圧Ｖ２より小さい場合、比較器１２１の出力端子は、負電圧Ｖ−を出力し、これにより、電圧切換モジュール１３の第二スイッチＱ２が導通されて作動し、第一スイッチＱ１が導通されず、電圧切換モジュール１３は、負電圧Ｖ−を圧電アクチュエータ１６１の第二端子１６１２に帰還するように出力し、この時、圧電アクチュエータ１６１の第一端子１６１１は、やや降圧した正電圧Ｖ＋を形成し、すなわち圧電アクチュエータ１６１の導通電圧は正電圧Ｖ＋であって、圧電アクチュエータ１６１からしてみると、正電圧出力であり、これにより、正電圧Ｖ＋は、比較器１２１の第一電圧Ｖ１の配線上に伝導され、比較器１２１の第一電圧Ｖ１の入力に転換し、電圧転換モジュール１１が出力した第二直流電圧Ｖｄ２によって分圧する第二電圧Ｖ２と比較し、このようなサイクルにおいて、周波数制御回路１２及び電圧切換モジュール１３が形成した、圧電アクチュエータ１６１が出力した微小電圧Ｖｃの正負電圧の変化に対応する発振回路は、圧電アクチュエータ１６１で電気エネルギーを機械エネルギーに転換し、これに対応して圧電ポンプ１６の稼働を駆動している。また、圧電アクチュエータ１６１の作動周波数は、周波数制御回路１２にある周波数調整回路が第一抵抗Ｒ１及び第一コンデンサＣ１の並列回路によって自動的に検出し、周波数を圧電アクチュエータ１６１が必要とする作動周波数に調整することから、圧電アクチュエータ１６１は最適な作動ポイントで作動することができる。

再び、図１を参照すると、分圧モジュール１５は、第七抵抗Ｒ７、第八抵抗Ｒ８及び第九抵抗Ｒ９を包含している。第七抵抗Ｒ７の一端は、マイクロコントローラ１４２と電気接続して調整信号を受信している。第八抵抗Ｒ８の一端は、第七抵抗Ｒ７のもう一端と電気接続し、第八抵抗Ｒ８のもう一端は、電圧転換モジュール１１と電気接続している。第九抵抗Ｒ９の一端は、第八抵抗Ｒ８のもう一端及び電圧転換モジュール１１と電気接続し、第九抵抗Ｒ９のもう一端は、接地端子Ｇと電気接続している。

実施例において、マイクロコントローラ１４２は、非反転制御で、電圧転換モジュール１１が出力した第二直流電圧Ｖｄ２を制御し、即ち、マイクロコントローラ１４２が出力した調整信号の電圧値が高いと、電圧転換モジュール１１が出力した第二直流電圧Ｖｄ２の電圧値が高くなっている。なお、その他の実施例において、マイクロコントローラ１４２は、反転制御で、電圧転換モジュール１１が出力した第二直流電圧Ｖｄ２を制御することもでき、即ち、マイクロコントローラ１４２が出力した調整信号の電圧値が低いと、電圧転換モジュール１１が出力した第二直流電圧Ｖｄ２の電圧値が高くなっている。

さらに、図１を参照すると、その他の実施例において、電圧転換モジュール１１は、モード切換スイッチ１１０をさらに有し、モード切換スイッチ１１０が導通すると、電圧転換モジュール１１は、ノーマルモードを実行、即ち、電圧転換モジュール１１が、受電した第一直流電圧Ｖｄ１を第二直流電圧Ｖｄ２に転換しており、モード切換スイッチ１１０が導通しないと、電圧転換モジュール１１は、ストップモードを実行、即ち、電圧転換モジュール１１が、第二直流電圧Ｖｄ２の調整を停止したり、稼働を直接停止したりしている。また、電圧転換モジュール１１に包含するモード切換スイッチ１１０に対応するように、マイクロコントローラ１４２は、モード切換信号をさらに出力しており、そのうち、マイクロコントローラ１４２は、制御コマンドを受信したか、実際の空気圧変化量が所定の空気圧変化量に等しいと判断した時のみ、モード切換信号により、導通させないようにモード切り替えスイッチ１１０を制御し、電圧転換モジュール１１のストップモードを実行させており、それ以外の場合は、マイクロコントローラ１４２がモード切換信号によってモード切り替えスイッチ１１０の導通を制御している。

次に、実際の空気圧変化量と所定の空気圧変化量とを示すグラフである図２を参照されたい。図２のとおり、マイクロコントローラ１４２は、空気圧センサ１４１によって圧電ポンプ１６内の空気圧流量を検出して空気圧流量検出値を出力し、空気圧流量検出値から時間帯、例えば、ｔ０からｔ１の時間帯の実際の空気圧変化量と、ｔ１からｔ２の時間帯の実際の空気圧変化量とを知り得て、実際の空気圧変化量と所定の空気圧変化量とを比較することができ、そのうち、実際の空気圧変化量が所定の空気圧変化量より大きかった場合、例えば、ｔ０からｔ１の時間帯、マイクロコントローラ１４２は、これに対応する帰還信号を出力し、第二直流電圧Ｖｄ２を降圧するように電圧転換モジュール１１を制御することで、実際の空気圧変化量を所定の空気圧変化量に近接させている。これとは逆に、実際の空気圧変化量が所定の空気圧変化量より小さかった場合、例えば、ｔ１からｔ２の時間帯、マイクロコントローラ１４２は、これに対応する帰還信号を出力し、第二直流電圧Ｖｄ２を昇圧するように電圧転換モジュール１１を制御することで、実際の空気圧変化量を所定の空気圧変化量に近接させている。

以上のことから、本発明が提供する圧電ポンプの駆動システムは、周波数制御回路が電気回路を利用して発振することにより、圧電アクチュエータの最も好ましい共振作動周波数を探すため、駆動システムは、異なる圧電アクチュエータの特性に基づいて圧電アクチュエータが必要とする作動周波数に自動的に調整することから、圧電アクチュエータの作動周波数は可変的である。また、本発明に係る駆動システムのマイクロコントローラは、実際の空気圧変化量に基づいて、所定の空気圧変化量の差分値に対応するように電圧転換モジュールを制御し、電圧を調整して出力することで、実際の空気圧変化量を所定の空気圧変化量に近接するように圧電ポンプ内の空気圧流量を調整することから、本発明に係る駆動システムは、実際、可変的な電圧を圧電アクチュエータに出力すると同時に、圧電アクチュエータの作動周波数を可変に制御することができ、このため、本発明に係る駆動システムは、圧電ポンプの性能及び出力流速を有効且つ精確に制御し、圧電ポンプの損傷を防ぎ、且つ適用性が好ましいという効果を達することができる。

本発明に属する技術分野において通常の知識を有する者であればさまざまな工夫と修飾が可能であるが、それらはいずれも本発明の特許請求の範囲が求める保護を逸脱するものではない。

１０ 駆動システム
１１ 電圧転換モジュール
１１０ モード切換スイッチ
１２ 周波数制御回路
１２１ 比較器
１６ 圧電ポンプ
１６１ 圧電アクチュエータ
１６１１ 第一端子
１６１２ 第二端子
１３ 電圧切換モジュール
１４ 検出モジュール
１４１ 空気圧センサ
１４２ マイクロコントローラ
１５ 分圧モジュール
２ 電源
Ｒ１ 第一抵抗
Ｒ２ 第二抵抗
Ｒ３ 第三抵抗
Ｒ４ 第四抵抗
Ｒ５ 第五抵抗
Ｒ６ 第六抵抗
Ｒ７ 第七抵抗
Ｒ８ 第八抵抗
Ｒ９ 第九抵抗
Ｃ１ 第一コンデンサ
Ｃ２ 第二コンデンサ
Ｃ３ 第三コンデンサ
Ｑ１ 第一スイッチ
Ｑ２ 第二スイッチ
Ｖ＋ 正電圧
Ｖ− 負電圧
Ｖｄ１ 第一直流電圧
Ｖｄ２ 第二直流電圧
Ｖ１ 第一電圧
Ｖ２ 第二電圧
Ｖｃ 微小電圧
Ｇ 接地端子
ｔ０，ｔ１，ｔ２ 時間帯
Ａ 入力端子
Ｂ 出力端子
Ｃ 受電端子

Claims (14)

1. 圧電ポンプ内にある第一端子及び第二端子を有する圧電アクチュエータを駆動するために用いる駆動システムであって、
   第一直流電圧を第二直流電圧に転換させるために用いる電圧転換モジュールと、
   電圧転換モジュール及び圧電アクチュエータに電気接続し、電気回路を利用して発振し、圧電アクチュエータの共振作動周波数を探し、共振作動周波数に基づき、これに対応する切換信号を出力するために用いる周波数制御回路と、
   周波数制御回路に電気接続し、切換信号に基づいて第二直流電圧を交流電圧に転換することで、圧電アクチュエータに印加して駆動させるために用いる電圧切換モジュールと、
   電圧転換モジュールに電気接続する分圧モジュールと、
   空気圧センサとマイクロコントローラとを包含し、空気圧センサは圧電ポンプに接続し、圧電ポンプ内の空気圧流量を検出し且つ検出結果に基づき、これに対応する空気圧流量検出値を出力するために用い、マイクロコントローラは空気圧センサ及び分圧モジュールと電気接続し、空気圧流量検出値から一つの時間帯における実際の空気圧変化量を取得し、実際の空気圧変化量と所定の空気圧変化量とを比較し、比較結果に基づいて調整信号を出力し、且つ分圧モジュールが調整信号を電圧転換モジュールに送信することにより、電圧転換モジュールが調整信号に基づいて第二直流電圧を調整することで、圧電ポンプ内の空気圧流量が調整され、実際の空気圧変化量を所定の空気圧変化量に近接させるために用いる検出モジュールと、を包含することを特徴とする、圧電ポンプの駆動システム。
2. マイクロコントローラが出力した調整信号の電圧値が高いと、電圧転換モジュールが出力した第二直流電圧の電圧値が高くなることを特徴とする、請求項１に記載の圧電ポンプの駆動システム。
3. マイクロコントローラが出力した調整信号の電圧値が低いと、電圧転換モジュールが出力した第二直流電圧の電圧値が高くなることを特徴とする、請求項１に記載の圧電ポンプの駆動システム。
4. 調整信号は、パルス幅変調信号であることを特徴とする、請求項１に記載の圧電ポンプの駆動システム。
5. 実際の空気圧変化量が所定の空気圧変化量より大きかった場合、マイクロコントローラは、これに対応する調整信号を出力し、第二直流電圧を降圧するように電圧転換モジュールを制御し、実際の空気圧変化量が所定の空気圧変化量より小さかった場合、マイクロコントローラは、これに対応する調整信号を出力し、第二直流電圧を昇圧するように電圧転換モジュールを制御することを特徴とする、請求項１に記載の圧電ポンプの駆動システム。
6. 電圧転換モジュールは、電圧転換モジュールを制御して第二直流電圧の調整を停止したり、稼働を直接停止したりするモード切換スイッチをさらに包含することを特徴とする、請求項１に記載の圧電ポンプの駆動システム。
7. 周波数制御回路は、入力端子、出力端子、受電端子及び制御配線を有し、入力端子は、電圧転換モジュールの第二直流電圧を受電し、出力端子は、電圧切換モジュールに電気接続し、受電端子は、圧電アクチュエータの第一端子に電気接続し、且つ圧電アクチュエータが出力した微小電圧を受電し、制御配線は、入力端子に電気接続して周波数調整回路、電圧レギュレータ回路、分圧回路及び比較器を配置し、周波数調整回路の一端は、入力端子に電気接続し、周波数調整回路のもう一端は、分圧回路に電気接続し、分圧回路の一端は、受電端子に電気接続し、分圧回路のもう一端は、分圧した第一電圧配線及び第二電圧配線に電気接続して比較器に出力することを特徴とする、請求項１に記載の圧電ポンプの駆動システム。
8. 周波数制御回路の制御配線上において、第一抵抗及び第一コンデンサを並列に接続し合うように配置することによって周波数調整回路を構成し、周波数調整回路の一端は、周波数制御回路の入力端子に電気接続し、周波数調整回路のもう一端は、比較器と、受電端子と、分圧回路とに電気接続することを特徴とする、請求項７に記載の圧電ポンプの駆動システム。
9. 周波数制御回路の制御配線上にある分圧回路は、第二抵抗及び第三抵抗を配置することによって構成し、第二抵抗は、第一電圧を有して構成する第一電圧配線に配置し、第一電圧配線の一端は、周波数調整回路が受電端子及び比較器に電気接続した配線上に電気接続し、第三抵抗は、第二電圧を有して構成する第二電圧配線に配置し、第二電圧配線の一端は、第一電圧配線のもう一端に電気接続し、第二電圧配線のもう一端は、比較器に電気接続し、分圧回路は、第一電圧及び第二電圧を比較器に入力することを特徴とする、請求項７に記載の圧電ポンプの駆動システム。
10. 周波数制御回路の制御配線上において、第四抵抗及び第三コンデンサを並列に接続し合うように配置することによって入力端子の電圧レギュレータ回路を構成し、入力端子の電圧レギュレータ回路の一端は、分圧回路の第二電圧配線に電気接続することで、電圧転換モジュールが入力した第二直流電圧を安定的に制御することを特徴とする、請求項７に記載の圧電ポンプの駆動システム。
11. 比較器は、正入力端子、負入力端子及び出力端子を有し、比較器の正入力端子は、周波数調整回路と、受電端子と、、第一電圧配線との配線上に電気接続して第一電圧を受電し、比較器の負入力端子は、第二電圧配線に電気接続して第二電圧を受電し、比較器の出力端子は、周波数制御回路の出力端子に電気接続し、比較器は、正入力端子の第一電圧と負入力端子の第二電圧とを比較し、切換信号の正電圧或いは負電圧のいずれかを出力し、正電圧或いは負電圧を圧電アクチュエータに伝送してこれに対応する正電圧或いは負電圧を形成し、正入力端子に伝導し、比較器は、正入力端子の正電圧或いは負電圧を負入力端子の第二電圧と比較して切換信号の正電圧或いは負電圧を出力し、これにより、圧電アクチュエータの第一端子及び第二端子が出力した微小電圧の変化は、周波数調整回路及び電圧切換モジュールを利用することによって圧電アクチュエータが必要とする作動発振回路を制御すると同時に、周波数調整回路を用いて圧電アクチュエータの第一端子及び第二端子が出力した微小電圧の変化を自動的に検出し、圧電アクチュエータに適した作動周波数に調整することを特徴とする、請求項９に記載の圧電ポンプの駆動システム。
12. 周波数制御回路の制御配線上において、第五抵抗及び第二コンデンサを並列に接続し合うように配置することによって出力端の電圧レギュレータ回路を構成し、出力端子の電圧レギュレータ回路の一端は、分圧回路の第二電圧配線上に電気接続し、もう一端は、周波数制御回路の出力端子に電気接続し、周波数制御回路が出力した切換信号の正電圧或いは負電圧を安定させるために用いることを特徴とする、請求項１１に記載の圧電ポンプの駆動システム。
13. 電圧切換モジュールは、周波数制御回路の出力端子と電気接続し、第一スイッチ、第二スイッチ及び第六抵抗を包含し、第六抵抗の一端は、周波数制御回路の出力端子と電気接続し、第六抵抗のもう一端は、圧電アクチュエータの第二端子に電気接続し、第一スイッチ及び第二スイッチは、互いに接続する入力端子を有し、周波数制御回路の出力端子と電気接続し、第一スイッチ及び第二スイッチは、互いに接続する出力端子をさらに有し、圧電アクチュエータの第二端子に電気接続し、また、第一スイッチは、周波数制御回路の入力端子に電気接続し、電圧転換モジュールが出力した第二直流電圧を受電するための制御端子を有し、第二スイッチは、接地端子と電気接続する制御端子を有することを特徴とする、請求項１に記載の圧電ポンプの駆動システム。
14. 分圧モジュールは、
    一端がマイクロコントローラと電気接続して調整信号を受信する第七抵抗と、
    一端が第七抵抗のもう一端と電気接続し、もう一端が電圧転換モジュールと電気接続する第八抵抗と、
    一端が第八抵抗のもう一端と電気接続し、もう一端が接地端子と電気接続する第九抵抗と、を包含することを特徴とする、請求項１に記載の圧電ポンプの駆動システム。