JP2529552B2 - 電磁往復動ポンプの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はバッテリ等の直流電源をスイッチングして励
磁用パルス電流を得る電磁往復動ポンプの制御装置に関
する。

〔従来の技術〕

一般に、電磁往復動ポンプは駆動コイルにパルス電流
（又は半波整流した交流電流）を供給してアーマチュ
ア、さらにはこれに結合したポンプピストンを往復動さ
せるもので、電源の種別によって周波数50Hz又は60Hzの
商用交流電源を直接利用した交流電源方式と、電池又は
バッテリをスイッチングしてパルス電流を得る直流電源
方式がある。

第５図に直流電源方式による従来の電磁往復動ポンプ
の電気系統ブロック回路図を示す。同図において、（5
1）は発振回路であり、予め設定した所定の周波数をも
つパルス信号を出力する。（52）はスイッチング回路で
あり当該パルス信号の周波数に対応してスイッチング
し、バッテリ（53）から駆動コイル（54）へ励磁用パル
ス電流を流す。よって、アーマチュアは駆動コイル（5
4）の間欠的な励磁とリターンスプリングの作用により
往復動する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、上述した直流電源方式による従来の電磁往復
動ポンプは発振回路（51）の固定出力により、駆動コイ
ル（54）に流れるパルス電流の波形、つまり周波数、デ
ューティ比も当該発振回路（51）の出力に対応して固定
されるため、次のような問題を生じる。

第一に、バッテリ又は電池の電源電圧は使用初期では
高いが使用とともに低下し、その電圧変動が大きい。一
方、パルス電流によって駆動コイルを励磁した際のアー
マチュアの仕事量は励磁電流に対する積分値に比例す
る。したがって、例えば励磁時間が一定であれば励磁電
流を大きくすると上記仕事量は多くなり、使用初期等の
比較的高い電圧においてアーマチュアのストローク量が
過大となることもある。また、アーマチュアの戻しはリ
ターンスプリングの弾発力を利用するが、この弾発力の
吸入圧力（吐出圧力）はバランスしている必要がある。
したがって、例えば吐出圧力が負荷変動等により低下す
るとアーマチュアの戻りストロークが過大となるととも
に、他方、吐出圧力が上昇すると吐出弁のバックアップ
圧により戻りストロークが過小となる。特に、戻りスト
ロークが過大となった場合にはアーマチュアの端部が機
体側に衝突し、騒音及び発熱、さらに寿命低下、故障発
生の原因となる。

第二に、アーマチュアは無駄な移動ストロークを生じ
るため、結果無駄な仕事をすることになり、電力効率が
低下するとともに、過大ストロークを許容するため小型
コンパクト化を図れない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上述した従来技術に存在する問題点を解決し
た電位往復動ポンプにおける制御装置の提供を目的とす
るもので、以下に示す制御装置によって達成される。

即ち、本発明に係る電磁往復動ポンプの制御装置
（１）は、アーマチュア（６）の端部に位置検出用ロッ
ド（25）を一体に設けるとともに、この位置検出用ロッ
ド（25）の先端で光路が開閉されることにより位置検出
用ロッド（25）の位置に対応した大きさの位置検出信号
を出力する発光部（42）と受光部（43）からなる位置セ
ンサ（41）を備える位置検出回路（７）と、位置検出信
号を上限値と下限値とからなる基準信号と比較し、位置
検出信号が上限値と下限値の間となるように駆動コイル
（２）に流れるパルス電流（ｉ）の無パルス期間の幅
（非通電期間）を変更してアーマチュア（６）を正規の
位置にする演算処理部（５）を備えたことを特徴とす
る。

〔作用〕

次に、本発明の作用について説明する。

本発明に係る制御装置（１）は、まず位置検出回路
（７）によってアーマチュア（６）の位置を検出する。
そして、この検出された位置検出信号を上限値と下限値
からなる基準信号と比較する。そして、下限値、つまり
正規の位置（Po）よりも行きすぎた場合には電流パルス
（ｉ）の無パルス期間の幅を短くし、他方、上限値、つ
まり正規の位置（Po）より手前となった場合には当該無
パルス期間の幅を長くする。これにより上記アーマチュ
ア（６）の位置がズレても、結局ズレを無くすように作
用し、負荷の大きさ等が変動してもアーマチュア（６）
の停止位置は常に一定となる。

〔実 施 例〕

次に、本発明に係る好適な実施例を図面に基づき詳細
に説明する。第１図は本発明に係る電磁往復動ポンプの
制御装置のブロック回路図、第２図は同ポンプにおける
ポンプ本体を示す縦断面図、第３図は第１図の駆動コイ
ルに流れる電流のタイムチャート図、第４図は第１図中
位置検出回路の電気回路図である。

まず、本発明を明確にするため電磁往復動ポンプのポ
ンプ本体について第２図を参照して説明する。

同図において、符号（21）で示すポンプ本体は機体
（22）を備え、この機体（22）の内部には支軸（24）が
軸方向へ摺動自在に支持される。支軸（24）は一端を外
部へ突出させて位置検出用ロッド（25）を形成し、中間
に磁性体のアーマチュア（６）を、また他端にポンプピ
ストン（27）を備える。一方、機体（22）には上記アー
マチュア（６）を収容する中空部（28）を形成し、駆動
コイル（２）によって磁極を生じるフィールドコア（2
9）を配する。また、機体（22）には上記ポンプピスト
ン（27）を収容するシリンダ（30）を形成し、このシリ
ンダ（30）は吸入口（31）と吐出口（32）を介して外部
に連通する。なお、吸入口（31）には吐出を阻止する逆
支弁（31a）を、また、吐出口（32）には吸入を阻止す
る逆止弁（32a）を備え、さらにシリンダ（30）内には
ピストン（27）に対向してピストン衝突時のショックを
吸収するダンパ（34）を設ける。なお、このダンパ（3
4）はピストン（27）に設けてもよい。他方、支軸（2
4）と機体（22）間にはリターンスプリング（35）を設
け、フィールドコア（29）に対しアーマチュア（６）が
離れる方向へ支軸（24）を付勢する。よって、駆動コイ
ル（２）を励磁したときはアーマチュア（６）はリター
ンスプリング（35）に抗して図中矢印Ａ方向へ吸引さ
れ、他方励磁を解除したときはスプリング（35）によっ
て矢印Ｂ方向へ戻されるため、励磁用パルス電流（ｉ）
を供給すればアーマチュア（６）は往復動する。

一方、機体（22）の外面であって、前記位置検出用ロ
ッド（25）の先端を挟む位置には本発明に従って発光部
（42）と受光部（43）からなる位置センサ（41）を配設
する。

次に、第１図を参照して本発明に係る制御装置（１）
の構成について説明する。

まず、前記駆動コイル（２）にはスイッチング回路
（８）を接続する。スイッチング回路（８）は例えば入
力する制御信号（S1）のハイレベルに対応してオンし、
バッテリ（電池）（９）と駆動コイル（２）を接続状態
にするとともに、ローレベルに対応してオフし、当該接
続状態を解除する。つまり、入力する制御信号（S1）に
対応した励磁用パルス電流（ｉ）を駆動コイル（２）へ
供給する。なお、当該制御信号（S1）は演算処理部
（５）から付与される。

また、前記位置センサ（41）を含む位置検出回路
（７）によってアーマチュア（６）の位置検出を行う。
この位置検出回路（７）の出力は前記演算処理部（５）
に付与され、アーマチュア（６）が正規の位置となるま
で前記制御信号（S1）によってパルス電流（ｉ）の無パ
ルス期間の幅を変更する。なお、演算処理部（５）はマ
イクロプロセッサ等のICチップ素子を利用し、ソフトウ
ェアで処理で行う。よって、第２図において、アーマチ
ュア（６）の吸引時のストローク量が過大の場合にそれ
だけ戻り時のストローク量も大きくなりピストン（27）
がダンパ（34）に衝突する度合が大きくなる。したがっ
て、この場合、無パルス期間を短くし、ピストン（27）
がダンパ（34）へ衝突する前、つまり正規の位置（Po）
においてアーマチュア（６）が吸引されるタイミングで
駆動コイル（２）を励磁し、アーマチュア（６）を吸引
する。他方、アーマチュア（６）の吸引時のストローク
量が過小の場合にはこれとは逆に無パルス期間を長くす
る。この結果、電源電圧変動、負荷変動等が生じても、
アーマチュア（６）の停止位置を常に一定に維持するこ
とができる。

他方、位置検出回路（７）は第４図のように構成す
る。前記位置センサ（41）を構成する発光部（42）と受
光部（43）の間に位置検出用ロッド（25）の先端を位置
させ、このロッド（25）の吸引位置に対応して受光部
（43）の出力が変化するように配設する。つまり、アー
マチュア（６）の吸引量が過大になると、より光路を遮
り受光部（43）の出力電圧を小さくする。反対に吸引量
が過小になると、より光路を開くため、受光部（43）の
出力電圧を高くする。一方、受光部（43）の出力は一対
のコンパレータ（44）と（45）の反転入力に付与すると
ともに、各コンパレータ（44）と（45）の非反転入力に
はそれぞれ異なる基準電圧を付与する。各基準電圧間の
幅、つまり、正規の位置（Po）を許容する幅は可変抵抗
器（46）によって可変設定できる。よって、受光部（4
3）の出力電圧が各基準電圧の間、つまり、各コンパレ
ータの出力が「1,0」の関係にあればアーマチュア
（６）は正規のストローク量であることを検出でき、他
方、各コンパレータの出力が「0,0」又は「1,1」の関係
にあればストローク量が過小又は過大状態であることを
検出できる。よって、塩酸処理部（５）ではコンパレー
タの出力が「1,0」の関係になるように、パルス電流
（ｉ）の無パルス期間の長さを変更する制御信号（S1）
を出力する。

一方、駆動コイル（２）には電流検出回路（３）を接
続する。この電流検出回路（３）は例えば駆動コイル
（２）へ直列に抵抗を接続して構成でき、この抵抗の両
端子から電流検出信号を得れる。この回路（３）の出力
は必要により設けられるアンプ（10）により増幅された
後、積分回路（４）に供給される。積分回路（４）は前
記電流検出信号を積分し、この積分値はアナログディジ
タル変換器（11）に付与され、ディジタル信号に変換さ
れるとともに、演算処理部（５）に付与される。

演算処理部（５）には予め最適なパルス電流（ｉ）を
供給するための積分値に対する設定値を記憶し、前記変
換器（11）から与えられる積分値と当該設定値を比較す
る。そして、その偏差を零にするようにパルス電圧
（ｉ）のパルス幅を変更するための制御信号（S1）をス
イッチング回路（８）に供給する。つまり、設定値より
も積分値が大きい場合には偏差を零にするパルス幅まで
当該幅を短くする制御信号（S1）を出力する。他方設定
値よりも積分値が小さい場合にはその偏差を零にするパ
ルス幅まで当該幅を長くする制御信号（S1）を出力す
る。この場合、パルス幅の補正量は予め一定量を設定
し、偏差が無くなるまで繰り返すようにしてもよい。な
お、演算処理部（５）にはスイッチングのための標準と
なる周波数をもつ制御信号（S1）を発振する発振機能を
備えており、この信号（S1）のパルス幅を変更する。こ
のようにパルス電流（ｉ）の波形補正を行うことによ
り、バッテリ等の電源電圧に変動を生じてもポンプピス
トンの仕事量を一定にでき、ポンプ性能を一定かつ安定
に維持できる。

第３図は上述した制御において実際に駆動コイル
（２）に流れるパルス電流の波形を示す。（ａ）電流の
大きさが一定の理想状態である。また、（ｂ）は実際の
波形であり、使用時間とともに徐々に電流（ｉ）の大き
さが低下している場合を示す。（ｃ）は電流補正により
波形変更をした場合であり、電流（ｉ）が低下するに従
ってパルス幅（t1−１）、（t1−２）は長くなる。
（ｄ）は本発明に従って上記（ｃ）に対しさらに位置補
正をした場合であり、無パルス期間（t2−１）、（t2−
２）を次第に長くした状態を示す。このように実際には
位置検出に基づく補正と電流検出に基づく補正を交互に
行い、補正はそれぞれ検出した周期の次の周期の波形を
補正する。また、相互に影響しあうため、結局は補正を
繰り返し、最適状態へ収束させる。つまり、演算処理部
（５）はデューティ比＝（t1−１）／（t2−１）を考慮
して適正な周波数＝60/｛（t1−１）＋（t2−１）｝を
与えるように演算処理する。

以上、実施例について説明したが、本発明はこのよう
な実施例に限定されるものではない。例えば塩酸処理部
はアナログ処理を行う電気回路等の他の同効手段で置換
することができる。また、ポンプ本体は他の任意の形式
の構造にも適用できるし、制御装置においても必要な他
の補助的回路を付加して構成できる。その他細部の構
成、形状等において本発明の精神を逸脱しない範囲で任
意に変更実施できる。

〔発明の効果〕

このように、本発明に係る電磁往復動ポンプの制御装
置は、アーマチュアの端部に位置検出用ロッドを一体に
設けるとともに、この位置検出用ロッドの先端で光路が
開閉されることにより位置検出用ロッド位置に対応した
大きさの位置検出信号を出力する発光部と受光部からな
る位置センサを備え、位置検出信号を上限値と下限値か
らなる基準信号と比較し、位置検出信号が上限値と下限
値の間となるように駆動コイルに流れるパルス電流の無
パルス期間の幅を変更してアーマチュアを正規の位置に
するため、次のような著効を得る。

バッテリや電池使用時に電源電圧が変動したり、或は
負荷変動によって吸入圧力等が変動しても、常にアーマ
チュアの停止位置は一定の正規位置となる。したがっ
て、ポンプピストンがオーバランする等の弊害は無くな
り、これに基づく騒音の発生、発熱、故障の発生、寿命
の低下等の不具合を全て解消できる。

ポンプピストンの無駄な移動が無くなるため、結局無
駄なエネルギ消費が無くなり、電力効率の向上、小型コ
ンパクト化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明に係る電磁往復動ポンプの制御装置のブ
ロック回路図、 第２図：同ポンプにおけるポンプ本体を示す縦断面図、 第３図：第１図の駆動コイルに流れる電流のタイムチャ
ート図、 第４図：第１図中位置検出回路の電気回路図、 第５図：従来例に係る電磁往復動ポンプの制御装置のブ
ロック回路図。 尚図面中、 （１）：制御装置 （５）：演算処理手段（演算処理部） （６）：アーマチュア （７）：位置検出手段（位置検出回路） （ｉ）：パルス電流 （Po）：正規の位置 （25）：位置検出用ロッド （41）：位置センサ （42）：発光部 （43）：受光部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電源をスイッチグして得るパルス電流
   を駆動コイルへ供給し、マーマチュアに結合したポンプ
   ピストンを往復動する電磁往復動ポンプの制御装置にお
   いて、前記アーマチュアの端部に位置検出用ロッドを一
   体に設けるとともに、この位置検出用ロッドの先端で光
   路が開閉されることにより位置検出用ロッドの位置に対
   応した大きさの位置検出信号を出力する発光部と受光部
   からなる位置センサを備える位置検出手段と、前記位置
   検出信号を上限値と下限値からなる基準信号と比較し、
   前記位置検出信号が上限値と下限値の間となるように前
   記パルス電流を無パルス期間の幅を変更してアーマチュ
   アの正規の位置にする演算処理手段を備えてなることを
   特徴とする電磁往復動ポンプの制御装置。