JP6480612B1

JP6480612B1 - 電磁往復動流体装置

Info

Publication number: JP6480612B1
Application number: JP2018010169A
Authority: JP
Inventors: 孝匡白銀
Original assignee: Nitto Kohki Co Ltd
Current assignee: Nitto Kohki Co Ltd
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2038-01-25
Also published as: JP2019127891A

Abstract

【課題】電磁往復動流体装置が故障する主な要因である往復動部材は装置内部にある為、製品として一旦駆動させると故障が起こるまで気づかず、また内部を空けても複数の要因が重なっている場合が多い為、適切な対策が取りにくかった。【解決手段】往復動部材の動きと流速の関係性より往復動部材のストロークの変化を計算し故障時期を明らかにし、その他のパラメータとの関係性を測定することで故障原因を調査し、故障を解決するパラメータを得ることを目的とする。【選択図】図３

Description

本発明は往復動部材と、該往復動部材を直線状経路に沿って往復駆動させる駆動部と、該往復動部材の動きに伴って流体を吸入する吸入口および該吸入口から吸入された流体を排気する排気口とを有する電磁往復動流体装置に関する。

このような電磁往復動流体装置には、往復動部材に固定された磁性体とその磁性体を磁気吸引力により直線経路に引きこむためのコアがあり、コアによって引き込まれた往復動部材は半波整流によって磁気吸引力がなくなると引き込まれる方向とは反対方向に付勢する弾性体によって押し出される。

特開２０１３−３２７２３号公報

往復動部材の往復動によって流体の吸排気を行う電磁往復動流体装置が抱える多くの問題は該往復動部材が要因で起こる。従来、往復動部材は電磁往復動流体装置の内部にあるため、製品として一旦駆動させると流量低下や異常電力の発生、異常発熱、駆動停止などといった故障が発生した後に、内部を開けて見るまで故障原因の把握をすることはできず、また同じ故障でも原因が異なっている場合などもあるため、原因を故障停止後の製品内部の状態を見て想像することが多い。しかしあくまで想像である為、対策案も具体的なものが立たず、立てたとしても故障という結果が同じでも複数の原因が積み重なっている場合がある為、全製品に当てはまるものではなく、原因の究明が困難となっている。

よって本発明では電磁往復動流体装置の吸入口または排気口、あるいはその両方を通る流体の流速から往復動部材のストロークの変化を求めることによりストロークの変化から往復動部材の異常を検知し、故障原因や故障時期などをより詳細に調査できるようにすることを目的とする。

すなわち本発明は、
往復動部材と、該往復動部材を直線状経路に沿って往復駆動させる駆動部と、該往復動部材の動きに伴って流体を吸入する吸入口および該吸入口から吸入された流体を排気する排気口とを有する電磁往復動流体装置であって、
該吸入口または該排気口の少なくとも一方に配置されており、該少なくとも一方を通る流体の流速を測定し、測定データを送信する流速センサーと、
該測定データを受信し、該測定データに基づいて該電磁往復動流体装置における該往復動部材のストロークの変化を演算する演算手段と
を備えた電磁往復動流体装置を提供する。

当該電磁往復動流体装置では、吸入口または排気口、あるいはその両方を通る流体の流速から往復動部材のストロークの変化を求めることにより、往復動部材の異常動作を検知することができ、それによって故障原因や故障時期などをより詳細に調査できるようになる。

具体的には、該電磁往復動流体装置の電流・電力を測定するセンサー、または該電磁往復動流体装置の温度を測定するセンサーを該電磁往復動流体装置に備えることができる。

これにより故障原因となりえる追加のパラメータを得られるようになり、さらに詳細な故障原因を往復動部材のストロークの変化量データと該パラメータとの関係性から得ることができる。

また、該往復動部材のストロークの変化量データを無線にて外部機器へ送信する送信手段を有することができる。

さらに、流速データ及び往復動部材のストロークの変化を記憶する手段を有することができる。

また、該流速センサーは該吸気口と該排気口の両方、または少なくとも一方に配置することができる。
以下、本発明に係る電磁往復動流体装置の実施形態を添付図面に基づき説明する。

本発明の実施形態に係る電磁往復動流体装置の断面図ステータコアの上面図駆動している電磁往復動流体装置の流速―時間グラフ

図１に示した本発明の実施形態に係る電磁往復動流体装置１は外枠本体２とその内部に設けられたフロントシリンダ３とリアシリンダ４と往復動部材５を備えている。フロントシリンダ３とリアシリンダ４と往復動部材５はそれぞれが同軸上に配置されるようになっており、往復動部材５はフロントシリンダ３とリアシリンダ４の内壁部を摺動する。また外枠本体２はフロント側外枠本体２Ａとリア側外枠本体２Ｂから成っている。フロント側外枠本体２Ａとリア側外枠本体２Ｂの間にはステータコア６が挟まれ、固定されている。図２に示すようにステータコア６の内側には突起部７が設けられている。突起部７はステータコア６の内側で向き合うように配置されており、突起部７の間は往復動部材５に設けられているアマチャコア１２が通過することのできるような円形のクリアランスが設けられている。また突起部７にはソレノイドコイル９が巻回されたコイルボビン１０が嵌合されている。ソレノイドコイル９に供給される電流は電磁往復動流体装置１に供給される交流電流をダイオードによって単層半波整流した半波整流である。このような半波整流は電流が流れる状態と流れない状態が交互に繰り返される為、ソレノイドコイル９には間歇的に電流が供給され、それによってステータコア６の磁極面１１には間歇的に磁束が発生する。往復動部材５には鉄系の磁性体からなるアマチャコア１２設けられており、ステータコア６で発生される磁束による磁気吸引力によってリア側外枠本体２Ｂ方向へ引き込まれるようになっている。リアシリンダ４と往復動部材５の間には往復動部材５をフロント側外枠本体２Ａ方向へ推し戻すように付勢する為の弾性体であるコイルバネ１３が配置されている。

ソレノイドコイル９に電流が供給されてステータコア６に磁束が発生すると、往復動部材のアマチャコア１２が磁束に磁気吸引されてリア側外枠本体２Ｂ方向に引き込まれ、連動して弾性体であるコイルバネ１３が圧縮される。このとき、往復動部材に配置されたバルブ１４が開き、リアシリンダ４から流体を取り込んでフロントシリンダ３と往復動部材５の間に流体を吸引する。ついで、ソレノイドコイル９への電流が流れない状態になると、ステータコア６の磁束が消えて磁気吸引力がなくなり、往復動部材５は圧縮された状態のコイルバネ１０によって付勢されてフロント側外枠本体２Ａ方向へ押し戻される。このとき、フロントシリンダ３と往復動部材５の間にある流体が圧縮され排出口１５から流体を排出する。同時に往復動部材５とリアシリンダ４内の圧力が負圧となる為、リア外枠本体の吸入口１６より流体を吸入する。このようなサイクルが、供給される電流の周波数と同じ周期で繰り返されることで、当該電磁往復動流体装置１は流体を搬送することができる。なお、供給される電流の周波数は、通常５０Ｈｚ又は６０Ｈｚであるが、これら以外の周波数であってもよい。

本発明に用いる流速センサー１７は図１に示すように排出口１５及び吸入口１６に設けられており、往復動部材５の駆動によって変化する排出口１５または吸入口１６を通る流速を測定する。また流速センサー１７は測定した流速データから往復動部材５のストロークの変化を演算する演算手段と流速データ及び演算結果を記憶する記憶手段、外部データベースへ無線にて送信する送信手段を有する。

図３に往復動部材５が駆動している時の流速センサーから得られる流速―時間のグラフと正常時駆動時の流速―時間のグラフ、また往復動部材５が異常駆動している場合の流速―時間のグラフを示す。往復動部材５が正常に駆動している時は下死点から上死点に移動している際に吸入口１６から空気を吸入し、排出口１５から空気を排出するので流量が徐々に上昇する。上死点から下死点に移動する際の外側本体２内部の空気の流れとしては下死点から上死点に移動する際にリアシリンダ４に吸入した空気が負圧となっているフロントシリンダ３と往復動部材５の空間へ移動しているだけなので吸入口ならびに排出口での流体の流速変化はないので流速はほぼゼロの値まで減少する。このような下死点から上死点へ往復動部材５が移動する際に流速は上昇し、上死点から下死点へ往復動部材が移動する際に流速は減少するという現象を利用し電磁往復動流体装置１内部の往復動部材５のストロークの変化を把握する。また往復動部材５がフロントシリンダ３へ衝突する（ピストンショック）などの異常駆動を示した場合、図３の異常時の流速―時間グラフに示すように、正常駆動時よりも往復運動の距離が変化しているので流速の最大値を示す点も正常時とは異なる部分を示し、流速も減少する。このことから往復動部材５に異常駆動した際にも正常時の流速―時間グラフと比較を行うことで故障時期を把握することができる。流速センサー１７には応答限界がある為、計測されるグラフとしては図３のセンサーが計測する正常時の流速―時間、およびセンサーが計測する異常時の流速―時間のようなグラフを描く。これは実際の流速とは数値的に異なるが、本発明では正常時と異常時の流速の比較により往復動部材５の正常時のストロークと異常時のストロークを把握できれば十分である為、正確な流速を検出することは必ずしも必要ではない。

さらに図１に示すようにサーモグラフィ（温度センサー）１８と電流・電圧センサー１９がさらに設けられている。図１の場合、圧縮された空気は排出口１５から排出される為、電磁往復動流体装置１はガラス台２０の上に配置し、その下にサーモグラフィを配置している。このサーモグラフィにより電磁往復動流体装置１の温度分布を測定できる。これにより、往復動部材５に異常が起きた際の電磁往復動流体装置１の温度や電流・電圧の変化も合わせて検出することができる。そうすることで電磁往復動流体装置１の故障原因をより詳細に調査することができる。

なお、流速センサー１７はどちらかにのみ設けられてもよい。

電磁往復動流体装置１；外枠本体２；フロント側外枠本体２Ａ；リア側外枠本体２Ｂ；フロントシリンダ３；リアシリンダ４；往復動部材５；ステータコア６；ステータコア突起部７；ステータコア外枠部８；ソレノイドコイル９；コイルボビン１０；磁極面１１；アマチャコア１２；コイルバネ１３；バルブ１４；排出口１５；吸入口１６；流速センサー１７；温度センサー１８；電流・電圧センサー１９；ガラス台２０

Claims

往復動部材と、該往復動部材を直線状経路に沿って往復駆動させる駆動部と、該往復動部材の動きに伴って流体を吸入する吸入口および該吸入口から吸入された流体を排気する排気口とを有する電磁往復動流体装置であって、
該吸入口または該排気口の少なくとも一方に配置されており、該少なくとも一方を通る流体の流速を測定し、測定データを送信する流速センサーと、
該測定データを受信し、該測定データに基づいて該電磁往復動流体装置における該往復動部材のストロークの変化を演算する演算手段と、該測定データ及び該演算結果を記憶する手段と、
該電磁往復動流体装置の電流・電力を測定するセンサー、及び該電磁往復動流体装置の温度を測定するセンサーと、
を備え、
正常時と異常時の流速の比較により往復動部材の正常時のストロークと異常時のストロークとを把握して故障時期を把握すると共に、
往復動部材に異常が起きた際の電磁往復動流体装置の温度や電流・電圧の変化を検出することにより電磁往復動流体装置の故障原因を特定することを特徴とした
電磁往復動流体装置。
該演算手段を用いて算出された演算結果を無線にて外部機器へ送信する送信手段を有している、請求項１に記載の電磁往復動流体装置。
該流速センサーは該吸気口と該排気口の両方に配置されている、請求項１乃至２の何れかに記載の電磁往復動流体装置。