JP7038625B2 - 容積式流量検出器 - Google Patents

Description

本発明は、容積式流量検出器に関するものである。

容積式流量検出器としては、図５に示すピストン式の流体移送装置１０を用いた容積式流量検出器が知られている（たとえば、特許文献１）。
図５に示した流体移送装置１０は、９０°ずつ順次異なる方向に向いた４つのシリンダ１１＿１-１１＿４と、それらのシリンダ１１＿１-１１＿４内で往復移動する４つのピストン１２＿１-１２＿４を備えている。これらの４つのピストン１２＿１-１２＿４は、図５ａ-ｄに示すように、各シリンダ１１＿１-１１＿４内で位相が順次９０°ずつずれた往復動作を行なう。

４つのシリンダ１１＿１-１１＿４の中央には、クランクシャフト１３が備えられており、各ピストン１２＿１-１２＿４は、各コネクティングロッド１４＿１-１４＿４により、クランクシャフト１３の回転軸から偏心した位置に連結されている。クランクシャフト１３には、コネクティングロッド１４＿１-１４＿４を介してピストン１２＿１-１２＿４の動きが伝達され、クランクシャフト１３はそれらのピストン１２＿１-１２＿４の動きにより矢印Ｘ方向に回転する。

各シリンダ１１＿１-１１＿４のクランクシャフト１３側の空間は容積式流量検出器の流入口に連絡している。各シリンダ１１＿１-１１＿４の、流体移送装置１０の外周側の位置には、各流路１５＿１-１５＿４のポートＰ１-Ｐ４が接続されている。また、それらの流路１５＿１-１５＿４は、隣接するシリンダ１１＿１-１１＿４の内周側の位置に接続されており、それら隣接するシリンダ１１＿１-１１＿４の流路１５＿１-１５＿４の出口に隣接した位置には、容積式流量検出器の流出口につながるポートＥ１-Ｅ４が設けられている。

容積式流量検出器の流入口より流体移送装置の各シリンダ１１＿１-１１＿４のクランクシャフト１３側の空間に流入してきた流体は、ピストン１２が外周側の上死点付近にある第１のシリンダ１１のピストン１２よりも下死点側(内周側）の空間に流入し、第１のシリンダ１１の内周側に接続されている第１のシリンダ１１と隣接する第２のシリンダの間の流路１５を通って、当該流路１５の第２のシリンダのポートＰから第２のシリンダ１１のピストン１２よりも上死点側の空間に流入する。

そして、当該第２のシリンダ１１内に流入した流体は、その後、第２のシリンダ１１のピストン１２が上死点に向かって移動すると、第２のシリンダのポートＰを通って第１のシリンダ１１と第２のシリンダの間の流路１５に押し戻される。このとき、第１のシリンダ１１のピストン１２は、第１のシリンダ１１のポートＥと、第２のシリンダ１１との間の流路１５の第１のシリンダ１１の内周側の開口とを連結する閉塞した空間を、ピストンの中央部に設けられた括れと第１のシリンダ１１によって形成する位置にあり、第２のシリンダ１１のピストン１２によって流路１５に押し戻された流体は、この閉塞した空間を通って、第１のシリンダ１１の内周側の開口から第１のシリンダ１１のポートＥに押し出され容積式流量検出器の流出口に流出される。

この結果、容積式流量検出器の流入口より流入した流体は、各ピストン１２＿１-１２＿４の動きに伴って図５ａ-ｄに示す各矢印（矢印Ｘを除く）の方向に流れ、クランクシャフト１３の一回転あたり一定量の流体が出口側に流出する。
したがって、クランクシャフト１３の回転数より、流体移送装置を通過した流量を計測することができる。

ここで、このような流体移送装置１０を用いた容積式流量検出器においては、流体移送装置１０の可動機械要素の運動や摩擦にエネルギーが消費されること等に起因して、容積式流量検出器に流入してくる流体の圧力よりも容積式流量検出器から流出する流体の圧力が小さくなる圧力損失が生じる。

このような圧力損失を補償する技術として、図５に示した流体移送装置１０のクランクシャフト１３を、容積式流量検出器に流入してくる流体の圧力と容積式流量検出器から流出する流体の差圧が０になるように、電動モータで駆動する技術が知られている（特許文献２）。

この技術に係る容積式流量検出器の構成を図６に示す。
図示するように、この容積式流量検出器は、図５に示した流体移送装置１０と、流体移送装置１０のクランクシャフト１３に連結された外部シャフト２１、外部シャフト２１の回転数を検出する回転センサ２２、外部シャフト２１を回転駆動する電動モータ２３、差圧検出ユニット２４、流路形成ユニット２５、制御装置２６を備えている。

差圧検出ユニット２４には、流体が流入する流入口INと、流体を流出する流出口OUTと、流入口INに連結した流路と、流出口OUTに連結した流路とが設けられている。

また、差圧検出ユニット２４は、流入口INに連結した流路と流出口OUTに連結した流路との間に設けられ、流入口INから流入する流体と流出口OUTから流出する流体の圧力の差である差圧を検出する差圧センサ２７を備えている。

また、差圧検出ユニット２４の流入口INに連結した流路は、流路形成ユニット２５内の流路を介して、流体移送装置１０の各シリンダ１１_１-１１_４のクランクシャフト１３側の空間（流体移送装置１０の流入口）につながっており、差圧検出ユニット２４の流出口OUTに連結した流路は、流路形成ユニット２５内の流路を介して、流体移送装置１０のポートＥ１-Ｅ４（流体移送装置１０の流出口）につながっている。

そして、制御装置２６は、回転センサ２２が検出するクランクシャフト１３の回転数より、容積式流量検出器を通過した流量を計測する。
また、制御装置２６は、差圧センサ２７が検出した差圧に応じて、電動モータ２３を制御して、差圧センサで検出される差圧が０になるように、電動モータ２３から外部シャフト２１を介して、流体移送装置１０のクランクシャフト１３に回転トルクを加える。

特開平６-５０７８５号公報 特開２０１２-１８１０８３号公報

図６に示した流体移送装置１０のクランクシャフト１３を電動モータ２３で駆動する容積式流量検出器では、比較的高価でかさばる電動モータが必要となる。
また、流体移送装置１０のクランクシャフト１３を、流体移送装置１０の外部まで延伸する必要があるため、流体移送装置１０から流体が漏洩しないようにシール機構を設ける必要があるが、流体が高圧力となった場合等には流体の漏洩を完全に防ぐことはできない。

クランクシャフト１３を電動モータ２３で直接駆動する代わりに、流体移送装置１０の内部に収めたクランクシャフト１３に、電動モータからマグネットカップリングを介して回転トルクを伝達することも考えられる。この場合には、流体の漏洩は防げるが、回転共振による容積式流量検出器の検出精度の低下が生じることがある。

本発明は、電動モータを用いずに、容積式流量検出器において生じる差圧を、流体の漏洩が生じない構造において、検出精度を低化させることなく補償することを課題とする。

前記課題解決のために、本発明は、流入口から流入する流体の力によって往復運動し、当該往復運動に伴って流入口から流入する流体を流出口に移送して流出する一つ、または複数のピストンを備えた容積式流量検出器に、少なくとも一つの前記ピストンの端部に固定された磁石と、前記磁石と対向する位置に配置された電磁石と、前記電磁石の駆動を制御して、前記端部に磁石が固定されたピストンである磁石付ピストンに、前記電磁石と前記磁石の間の磁力による当該磁石付ピストンの移動方向に向かう力を、流入口から流入する流体と流出口から流出される流体の圧力の差が無くなるように加える圧力損失補償制御手段とを備えたものである。

このような容積式流量検出器は、当該容積式流量検出器に、流入口から流入する流体と流出口から流出される流体の圧力の差を検出する圧力差検出手段を設け、前記圧力損失補償制御手段において、前記磁石付ピストンの移動方向に向かう力として、前記圧力差検出手段が検出する圧力差を０に近づける、前記圧力差検出手段が検出した圧力差に応じた力が、前記磁石付ピストンに加わるように前記電磁石の駆動を制御するように構成してもよい。

また、このような容積式流量検出器は、前記圧力損失補償制御手段において、前記磁石付ピストンが上死点に向かって移動しているときと前記磁石付ピストンが下死点に向かって移動しているときで、前記電磁石に流す電流の向きを反転することにより、前記磁石付ピストンが上死点に向かって移動しているときと前記磁石付ピストンが下死点に向かって移動しているときの双方において、前記磁石付ピストンに、前記電磁石と前記磁石の間の磁力による当該磁石付ピストンの移動方向に向かう力を加えてもよい。

また、この場合には、容積式流量検出器を、クランクシャフトと、前記クランクシャフトと前記磁石付ピストンを連結するコンロッドと、前記クランクシャフトの回転角を検出する回転角検出手段とを備えたものとし、前記圧力損失補償制御手段において、回転角検出手段が検出したクランクシャフトの回転角から前記磁石付ピストンの位相を識別し、識別した磁石付ピストンの位相に従って、前記電磁石に流す電流の向きを、前記磁石付ピストンが上死点に向かって移動しているときと前記磁石付ピストンが下死点に向かって移動しているときの双方で、前記磁石付ピストンに、前記電磁石と前記磁石の間の磁力による当該磁石付ピストンの移動方向に向かう力が加わるように切り替えてもよい。

この場合には、前記圧力損失補償制御手段において、前記磁石付ピストンが上死点に向かって移動している期間中と、前記磁石付ピストンが下死点に向かって移動している期間中との少なくとも一方の期間中において、当該期間中に、前記磁石付ピストンに加わる当該磁石付ピストンの移動方向に向かう力の大きさが変化するように、前記識別した磁石付ピストンの位相に応じて、前記電磁石に流す電流の大きさを変化させてもよい。

以上の容積式流量検出器は、当該容積式流量検出器に、前記磁石付ピストンの往復運動に伴う前記電磁石と前記磁石の間の距離を算定する距離算定手段を設け、前記圧力損失補償制御手段において、前記磁石付ピストンに加わる当該磁石付ピストンの移動方向に向かう力が所定の大きさとなるように、前記距離算定手段が算定した距離に応じて、前記電磁石に流す電流の大きさを補正するように構成してもよい。

以上の容積式流量検出器は、前記圧力損失補償制御手段において、前記磁石付ピストンに加わる当該磁石付ピストンの移動方向に向かう力が所定の大きさとなるように、前記磁石付ピストンの往復運動に伴い前記電磁石に生じる誘導起電力に応じて、前記電磁石に流す電流の大きさを補正するように構成してもよい。

以上の容積式流量検出器が、前記磁石付ピストンが内部空間を往復運動する、上死点側が隔壁で閉じられたシリンダを備えたものである場合には、前記磁石を、前記磁石付ピストンの上死点側の端部に固定し、前記電磁石を、前記隔壁の外側の前記磁石と対向する位置に固定してもよい。

以上のような容積式流量検出器によれば、比較的高価でかさばる電動モータを用いることなく容積式流量検出器の圧力損失を補償することができる。また、流体が漏洩するリスクを伴うシール機構や、回転トルクを伝達するためのマグネットカップリングを必要としないので、圧力損失の補償のために、流体の漏洩や、回転共振による容積式流量検出器の検出精度の低下を招くこともない。

本発明によれば、電動モータを用いずに、容積式流量検出器において生じる圧力損失を、流体の漏洩が生じない構造で、検出精度を低化させることなく補償することができる。

本発明の実施形態に係る流体移送装置の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る容積式流量検出器の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る制御装置の差圧補償制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態に係るゲインテーブルとＦテーブルを示す図である。 公知の流体移送装置の構成を示す図である。 公知の容積式流量検出器の構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１ａに、本実施形態に係る容積式流量検出器で用いる流体移送装置の構成を示す。
図１において、図５に示した流体移送装置１０と同一の部位には同一の符号を付して示す。本実施形態に係る流体移送装置１００は、図５に示した流体移送装置１０とほぼ同様の構成を備えており、シリンダ１１_１-１１_４のクランクシャフト１３側の空間から、ポートＥ１-Ｅ４まで流体を移送する機構、動作、流体の経路は、先に説明した図５の流体移送装置１０の機構、動作、流体の経路と基本的に同じである。

本実施形態に係る流体移送装置１００は、以下の点が図５に示した流体移送装置１０と異なる。
すなわち、本実施形態に係る流体移送装置１００では、図１ｂ１、図１ｂ２に示すように、各ピストン１２_１-１２_４は、それぞれ、ピストン１２_１-１２_４の上死点側の端部に固定された永久磁石１０１を備えている。なお、図１ｂ１はピストン１２_１-１２_４の上死点側の端部をピストンの軸方向に見た図、図１ｂ２は、ピストン１２_１-１２_４の軸を通る断面におけるピストンと永久磁石１０１の配置関係を表している。

また、本実施形態に係る流体移送装置１００は、各ピストン１２_１-１２_４のそれぞれに対応する電磁石１０２を収容した、電磁石ユニット１０３を備えている。そして、各電磁石１０２は、対応するピストン１２_１-１２_４のシリンダ１１_１-１１_４の上死点側の外壁の外側に、対応するピストン１２_１-１２_４の永久磁石１０１と対向する位置に配置されている。

そして、各電磁石ユニット１０３の電磁石１０２は、対応するピストン１２_１-１２_４のシリンダ１１_１-１１_４内の磁力線の向きが、おおよそ、対応するピストン１２_１-１２_４の軸の向きとなる磁力を発生することができる。

以下、便宜上、流体移送装置１００の前後左右方向を図１ａ中に示したように定め、流体移送装置１００の上方を図１ａの紙面の奥から手前に向かう方向とし、流体移送装置１００の下方を図１ａの紙面の手前から奥に向かう方向として説明を行う。

図１ａは、流体移送装置１００の構成を模式的に示したものであり、図１ｃ１に斜め上方から見た流体移送装置１００の外観を、図１ｃ２に斜め下方から見た流体移送装置１００の外観を示す。流体移送装置１００の上面はポートＥ１-Ｅ４の開口を除き封止されており、流体移送装置１００の下面は全面が封止されている。

また、シリンダ１１_１-１１_４は円筒形状の孔であり、ピストン１２_１-１２_４は円筒形状の中央部分を括れさせた形状を備えている。そして、各流路１５_１-１５_４は、おおよそシリンダ１１_１-１１_４の上下方向中央の位置に設けられており、ポートＥ１-Ｅ４は、流体移送装置１００の上面の開口からシリンダ１１_１-１１_４内まで延びる孔である。

次に、流体移送装置１００の前後方向に見た構成を模式的に示す図１ｄのように、クランクシャフト１３は、流体移送装置１００の内部において軸受１１１によって上下方向の軸を回転軸として回転可能に軸支されている。

また、クランクシャフト１３の下端には、図１ｅに示すように永久磁石で周方向にそって磁極が変化する回転検出用磁石１１２がクランクシャフト１３と共に回転するように固定されている。

そして、流体移送装置１００の下部には、斜め下方から見た図１ｆに示すように、回転検出ユニット２００が連結される。
回転検出ユニット２００は、回転検出用磁石１１２に対向する位置に配置された、MR素子やホール素子などの磁界検出素子２０１を搭載した電子回路２０２が収容されており、電子回路２０２は、磁界検出素子２０１によって検出した回転検出用磁石１１２の回転に伴う磁界の変化から、クランクシャフト１３の回転角や角速度や回転速度などを検出する。

なお、流体移送装置１００の非可動部は、磁力を透過する非磁性体の材料で形成されている。
次に、流体移送装置１００と回転検出ユニット２００とを用いた容積式流量検出器の構成を図２に示す。
図示するように、容積式流量検出器は、流体移送装置１００、回転検出ユニット２００、差圧検出ユニット３００、流路形成ユニット４００、制御装置５００を備えている。
差圧検出ユニット３００には、流体が流入する流入口INと、流体を流出する流出口OUTが設けられている。また、差圧検出ユニット３００は流入口INに連結した流路と、流出口OUTに連結した流路が設けられている。

差圧検出ユニット３００は、流入口INに連結した流路と流出口OUTに連結した流路との間に設けられ、流入口INから流入する流体と流出口OUTから流出する流体の圧力の差である差圧を検出する差圧センサ３０１を備えている。

差圧検出ユニット３００の流入口INに連結した流路は、流路形成ユニット４００内の流路を介して、流体移送装置１００の各シリンダ１１_１-１１_４のクランクシャフト１３側の空間（流体移送装置１００の流入口）につながっており、差圧検出ユニット３００の流出口OUTに連結した流路は、流路形成ユニット４００内の流路を介して、流体移送装置１００のポートＥ１-Ｅ４（流体移送装置１００の流出口）につながっている。

ただし、流路形成ユニット４００は、差圧検出ユニット３００と一体のユニットとして備えてもよい。
次に、制御装置５００の構成を図３に示す。
図示するように、制御装置５００は、流量計測部５０１と、差圧補償制御部５１０を備えている。
流量計測部５０１は、回転検出ユニット２００の電子回路２０２が検出したクランクシャフト１３の回転速度RSなどより、容積式流量検出器を通過した流量を計測する。

差圧補償制御部５１０は、差圧センサ３０１が検出した差圧ΔPと、回転検出ユニット２００の電子回路２０２が検出したクランクシャフト１３の回転角θと角速度AVに応じて、差圧センサ３０１で検出される差圧ΔPが０になるように、各電磁石ユニット１０３の電磁石１０２で発生する磁力の大きさと向きを制御する。

さて、制御装置５００の差圧補償制御部５１０は、ゲインテーブル５１１、ゲイン算出部５１２、ピストン位相算定部５１３、Ｆ算出部５１４、Ｆテーブル５１５、移動ベクトル算定部５１６、距離補正ゲイン算出部５１７、起電力補正ゲイン算出部５１８、乗算部５１９、電磁石駆動部５２０を備えている。

ここで、ゲインテーブル５１１は、予め設定された、差圧ΔPの大きさとゲインＧの関係を規定するテーブルである。ゲインテーブル５１１は、差圧ΔPが大きくなるほどゲインＧの大きさが大きくなるように、差圧ΔPの大きさとゲインＧの関係を規定しており、ゲインテーブル５１１としては、たとえば図４ａのように差圧ΔPの大きさとゲインＧの関係を規定するもの等を用いることができる。

また、Ｆテーブル５１５は、予め設定された、ピストン１２_１-１２_４の位相φと、ピストン１２_１-１２_４に加える力Ｆとの関係を規定するテーブルである。
Ｆテーブル５１５は、ピストン１２_１-１２_４が上死点に向かっているときに、ピストン１２_１-１２_４を上死点方向に向かわせる力を加え、ピストン１２_１-１２_４が下死点に向かっているときに、ピストン１２_１-１２_４を下死点方向に向かわせる力を加える、位相φと力Ｆとの関係を規定している。

すなわち、Ｆテーブル５１５は、たとえば、図４ｂに示すようにピストン１２_１-１２_４の位相φと力Ｆとの関係を規定するものを用いることができる。
図４ｂのＦテーブル５１５では、ピストン１２_１-１２_４が下死点にあるときの位相φを０、２π、ピストン１２_１-１２_４が上死点にあるときの位相φをπとし、ピストンを電磁石１０２に引きつける方向の力（ピストンを上死点方向に向かわせる力)を正、ピストンを電磁石１０２から遠ざける方向（ピストンを下死点方向に向かわせる力)の力を負として、０からπの間の位相φ(ピストンが下死点から上死点に向かって移動する間の位相）に対しては、大きさの絶対値がＦ１の下死点から上死点に向かう向きの力が規定されており、πから２πの間の位相φ(ピストンが上死点から下死点に向かって移動する間の位相）に対しては、大きさの絶対値がＦ１の上死点から下死点に向かう向きの力が規定されている。

なお、Ｆテーブル５１５としては、図４ｂに示したＦテーブル５１５の他に、図４ｃに示すような上死点と下死点付近ではピストン１２_１-１２_４に力を加えないように、位相φと力Ｆとの関係を規定するものや、図４ｄに示すようなサイン波状にピストン１２_１-１２_４に加える力Ｆとの関係を規定するものなども用いることができる。

次に、ゲイン算出部５１２は、ゲインテーブル５１１において、差圧センサ３０１が検出した差圧ΔPに対して規定されているゲインＧを求める。
また、ピストン位相算定部５１３は、回転検出ユニット２００の電子回路２０２が検出したクランクシャフト１３の回転角θから、各ピストン１２_１-１２_４の位相φを算定する。各ピストン１２_１-１２_４の位相φはπ/２ずつずれており、各ピストン１２_１-１２_４の位相φはクランクシャフト１３の回転角θから一義的に定まる。

Ｆ算出部５１４は、各ピストン１２_１-１２_４について、Ｆテーブル５１５を参照して、ピストン位相算定部５１３が算定したピストン１２_i（ピストン１２_iは、ピストン１２_１-１２_４のうちの任意のピストン）の位相φに対して規定されている力Ｆを求める。
そして、乗算部５１９は、各ピストン１２_１-１２_４について、Ｆ算出部５１４がピストン１２_iについて求めた力Ｆに、ゲイン算出部５１２が算定したゲインＧを乗じた力を算出する。

次に、距離補正ゲイン算出部５１７は、各ピストン１２_１-１２_４について、ピストン１２_iの位相φより求まるピストン１２_iの永久磁石１０１と電磁石１０２との間の距離の、所定基準距離からのずれを補正するゲインＧｄを算出する。

すなわち、ピストン１２_iの永久磁石１０１とピストン１２_iに対応する電磁石１０２との距離は、ピストン１２_iの位相φの変化に従って変化し、ピストン１２_iに加わる力の大きさは、電磁石１０２に流す電流の大きさと向きが同じでも、ピストン１２_iの永久磁石１０１とピストン１２_iに対応する電磁石１０２との距離の変化に伴って変化する。

そこで、距離補正ゲイン算出部５１７は、各ピストン１２_１-１２_４について、この永久磁石１０１と電磁石１０２との距離の基準距離からの変化に伴う力の変化分を相殺できる、電磁石１０２の電流のゲインＧｄを算出する。

次に、移動ベクトル算定部５１６は、各ピストン１２_１-１２_４について、回転検出ユニット２００の電子回路２０２が検出したクランクシャフト１３の角速度AVとピストン１２_iの位相φより、ピストン１２_iの移動ベクトルを算定する。

そして、起電力補正ゲイン算出部５１８は、各ピストン１２_１-１２_４について、ピストン１２_iの位相φとピストンの移動ベクトルより求まる、対応する電磁石１０２に生じる誘導起電力の変化を補正するためのゲインＧｖを算出する。

すなわち、ピストン１２_iの永久磁石１０１の移動によって、対応する電磁石１０２に誘導起電力が生じ、この誘導起電力は、ピストン１２_iの位相φが示すピストン１２_iの永久磁石１０１と対応する電磁石１０２との位置関係と、ピストン１２_iの移動ベクトルとから求まる電磁石１０２を通る磁力の変化に従って定まる。そして、電磁石１０２に流す電流の大きさと向きが同じでも、ピストン１２_iに加わる力の大きさは、誘導起電力の変化に伴って変化する。

そこで、起電力補正ゲイン算出部５１８は、各ピストン１２_１-１２_４について、この誘導起電力に伴う力の変化分を相殺できる、電磁石１０２の電流のゲインＧｖを算出する。

電磁石駆動部５２０は、各ピストン１２_１-１２_４について、ピストン１２_iの永久磁石１０１とピストン１２_iに対応する電磁石１０２の発生する磁力との磁気的相互作用によって、乗算部５１９がピストン１２_iについて算出した力が、ピストン１２_iに加わるように、ピストン１２_iについて求めたゲインＧｄとゲインＧvを参照して、ピストン１２_iに対応する電磁石１０２で発生する磁力の大きさと向き、すなわち、電磁石１０２に流す電流の大きさと向きを制御する。

なお、電磁石１０２に流す電流が大きくなるとピストン１２_iに加わる力は大きくなり、電流の向きを、電磁石１０２のピストン側の磁極の極性がピストンの永久磁石１０１の上死点側の磁極の極性と一致する極性となる向きとすると、電磁石１０２と永久磁石１０１は反発してピストン１２_iには下死点方向に向かう力が加わり、電流の向きを、電磁石１０２のピストン側の磁極の極性がピストンの永久磁石１０１の上死点側の磁極の極性と逆の極性となる向きとすると、電磁石１０２と永久磁石１０１は引き合ってピストン１２_iには上死点方向に向かう力が加わる。

より具体的には、電磁石駆動部５２０に、予め、各ピストン１２_１-１２_４について、ピストン１２_iの永久磁石１０１と電磁石１０２との距離が基準距離にあり電磁石１０２に誘導起電力が生じていない状態における、電磁石１０２に流れる電流の大きさと向きと、ピストン１２_iに加わる力の大きさとの対応を登録しておく。そして、電磁石駆動部５２０において、各ピストン１２_１-１２_４について、乗算部５１９がピストン１２_iについて算出した力に対応する電流の大きさと向きを、登録されている電流の大きさと向きとピストン１２_iに加わる力の大きさとの対応に従って算定する。そして、算定した電流の大きさを、算定した電流の大きさにピストン１２_iについて求めたゲインＧｄとゲインＧvを乗じた大きさに補正し、ピストン１２_iに対応する電磁石１０２に流す電流を、補正した大きさと算定した向きを有する電流とすることで、乗算部５１９がピストン１２_iについて算出した力がピストン１２_iに加わるように制御する。

なお、以上の差圧補償制御部５１０は、実際には、ゲインテーブル５１１とＦテーブル５１５に代えて、差圧ΔPと、ピストン１２_iの位相φと、ピストン１２_iの移動ベクトルと、ピストン１２_iに対応する電磁石１０２に流す電流の大きさと向きとの関係を規定した電流テーブルを備え、電流テーブルに従って、ピストン１２_iに対応する電磁石１０２に流す電流の大きさと向きを制御してよい。ただし、電流テーブルは、差圧補償制御部５１０によって、図３に示した差圧補償制御部５１０と同様に力をピストン１２_iに加えることとなる関係を規定するものとする。

以上、本発明の実施形態について説明した。
本実施形態によれば、比較的高価でかさばる電動モータを用いることなく容積式流量検出器による圧力損失を補償することができる。また、流体移送装置１００のクランクシャフト１３を、流体移送装置１００の外部まで延伸させる必要がないため、当該延伸の構造によって流体移送装置１００から流体が漏洩することはない。また、本実施形態によれば、クランクシャフト１３に電動モータの回転トルクを伝達するためのマグネットカップリングを用いないので、回転共振による容積式流量検出器の検出精度の低下が発生することもない。

以上の実施形態では、電磁石１０２の発生する磁力の制御により、ピストン１２_１-１２_４が上死点に向かっているときに、ピストン１２_１-１２_４に上死点方向に向かわせる力を加え、ピストン１２_１-１２_４が下死点に向かっているときに、ピストン１２_１-１２_４に下死点方向に向かわせる力を加えるものとしたが、これは、ピストン１２_１-１２_４が上死点に向かっているときに、ピストン１２_１-１２_４に上死点方向に向かわせる力を加え、ピストン１２_１-１２_４が下死点に向かっているときには力を加えないように電磁石１０２の発生する磁力の制御を行うものとしたり、ピストン１２_１-１２_４が下死点に向かっているときに、ピストン１２_１-１２_４に下死点方向に向かわせる力を加え、ピストン１２_１-１２_４が上死点に向かっているときには力を加えないように電磁石１０２の発生する磁力の制御を行うものとしてもよい。

また、以上の実施形態では、全てのピストン１２_１-１２_４に対して、永久磁石１０１と電磁石１０２のセットを設けたが、これは、４つのピストン１２_１-１２_４のうちの一部のピストンにのみ永久磁石１０１と電磁石１０２のセットを設けるようにしてもよい。
また、実施形態で示したピストン１２_１-１２_４に固定した永久磁石１０１と電磁石１０２とを用いて圧力損失を補償する技術は、流入口から流出口まで流体の移送にピストンを用いる任意の容積式流量検出器に同様に適用することができる。

１０…流体移送装置、１１＿１-１１＿４…シリンダ、１２＿１-１２＿４…ピストン、１３…クランクシャフト、１４＿１-１４＿４…コネクティングロッド、１５＿１-１５＿４…流路、Ｐ１-Ｐ４…ポート、Ｅ１-Ｅ４…ポート、２１…外部シャフト、２２…回転センサ、２３…電動モータ、２４…差圧検出ユニット、２５…流路形成ユニット、２６…制御装置、２７…差圧センサ、１００…流体移送装置、１０１…永久磁石、１０２…電磁石、１０３…電磁石ユニット、１１１…軸受、１１２…回転検出用磁石、２００…回転検出ユニット、２０１…磁界検出素子、２０２…電子回路、３００…差圧検出ユニット、３０１…差圧センサ、４００…流路形成ユニット、５００…制御装置、５０１…流量計測部、５１０…差圧補償制御部、５１１…ゲインテーブル、５１２…ゲイン算出部、５１３…ピストン位相算定部、５１４…Ｆ算出部、５１５…Ｆテーブル、５１６…移動ベクトル算定部、５１７…距離補正ゲイン算出部、５１８…起電力補正ゲイン算出部、５１９…乗算部、５２０…電磁石駆動部。

Claims (8)

1. 流入口から流入する流体の力によって往復運動し、当該往復運動に伴って流入口から流入する流体を流出口に移送して流出する一つ、または複数のピストンを備えた容積式流量検出器であって、
   少なくとも一つの前記ピストンの端部に固定された磁石と、
   前記磁石と対向する位置に配置された電磁石と、
   前記電磁石の駆動を制御して、前記端部に前記磁石が固定されたピストンである磁石付ピストンに、前記電磁石と前記磁石の間の磁力による当該磁石付ピストンの移動方向に向かう力を、流入口から流入する流体と流出口から流出される流体の圧力の差が無くなるように加える圧力損失補償制御手段とを有することを特徴とする容積式流量検出器。
2. 請求項１記載の容積式流量検出器であって、
   流入口から流入する流体と流出口から流出される流体の圧力の差を検出する圧力差検出手段を有し、
   前記圧力損失補償制御手段は、前記磁石付ピストンの移動方向に向かう力として、前記圧力差検出手段が検出する圧力差を０に近づける、前記圧力差検出手段が検出した圧力差に応じた力が、前記磁石付ピストンに加わるように前記電磁石の駆動を制御することを特徴とする容積式流量検出器。
3. 請求項１または２記載の容積式流量検出器であって、
   前記圧力損失補償制御手段は、前記磁石付ピストンが上死点に向かって移動しているときと前記磁石付ピストンが下死点に向かって移動しているときとで、前記電磁石に流す電流の向きを反転することにより、前記磁石付ピストンが上死点に向かって移動しているときと前記磁石付ピストンが下死点に向かって移動しているときの双方において、前記磁石付ピストンに、前記電磁石と前記磁石の間の磁力による当該磁石付ピストンの移動方向に向かう力を加えることを特徴とする容積式流量検出器。
4. 請求項３記載の容積式流量検出器であって、
   クランクシャフトと、
   前記クランクシャフトと前記磁石付ピストンを連結するコネクティングロッドと、
   前記クランクシャフトの回転角を検出する回転角検出手段とを有し、
   前記圧力損失補償制御手段は、回転角検出手段が検出したクランクシャフトの回転角から前記磁石付ピストンの位相を識別し、識別した磁石付ピストンの位相に従って、前記電磁石に流す電流の向きを、前記磁石付ピストンが上死点に向かって移動しているときと前記磁石付ピストンが下死点に向かって移動しているときの双方において、前記磁石付ピストンに、前記電磁石と前記磁石の間の磁力による当該磁石付ピストンの移動方向に向かう力が加わるように切り替えることを特徴とする容積式流量検出器。
5. 請求項４記載の容積式流量検出器であって、
   前記圧力損失補償制御手段は、前記磁石付ピストンが上死点に向かって移動している期間中と、前記磁石付ピストンが下死点に向かって移動している期間中との少なくとも一方の期間中において、当該期間中に、前記磁石付ピストンに加わる当該磁石付ピストンの移動方向に向かう力の大きさが変化するように、前記識別した磁石付ピストンの位相に応じて、前記電磁石に流す電流の大きさを変化させることを特徴とする容積式流量検出器。
6. 請求項１、２、３、４または５記載の容積式流量検出器であって、
   前記磁石付ピストンの往復運動に伴う前記電磁石と前記磁石の間の距離を算定する距離算定手段を有し、
   前記圧力損失補償制御手段は、前記磁石付ピストンに加わる当該磁石付ピストンの移動方向に向かう力が所定の大きさとなるように、前記距離算定手段が算定した距離に応じて、前記電磁石に流す電流の大きさを補正することを特徴とする容積式流量検出器。
7. 請求項１、２、３、４、５または６記載の容積式流量検出器であって、
   前記圧力損失補償制御手段は、前記磁石付ピストンに加わる当該磁石付ピストンの移動方向に向かう力が所定の大きさとなるように、前記磁石付ピストンの往復運動に伴い前記電磁石に生じる誘導起電力に応じて、前記電磁石に流す電流の大きさを補正することを特徴とする容積式流量検出器。
8. 請求項１、２、３、４、５、６または７記載の容積式流量検出器であって、
   前記磁石付ピストンが内部空間を往復運動する、上死点側が隔壁で閉じられたシリンダを有し、
   前記磁石は前記磁石付ピストンの上死点側の端部に固定されており、
   前記電磁石は、前記隔壁の外側の前記磁石と対向する位置に固定されていることを特徴とする容積式流量検出器。

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