JPH0332789Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、電磁ポンプを駆動する装置につい
ての改良に係り、トランジスタをスイツチング素
子に用いた当該装置に於て、電源電圧の変動に伴
うポンプ吐出量の変化を、できるだけ抑制せしめ
んとするものである。

ところで公知の電磁ポンプは、シリンダ内に収
められたフリーピストン状のプランジヤを、これ
の両端へ配置された各バネのバネ圧と、断続電流
によつて繰り返し間歇的に励示される電磁コイル
の電磁力とで往復させて、任意の流体を加圧吐出
せしめ得るように構成されている。従つてこのよ
うな電磁ポンプには、上記の電磁コイルに所望の
断続電流を供給するための、適当な電子回路から
なる駆動装置が使用されている。

然してこの駆動装置は、上記の電磁コイルに流
れる電流を毎秒当り数回ないし数10回の割合で繰
り返し断続させる必要があるため、半導体をスイ
ツチング素子に用いた回路構成とするのが適当で
あり、これにもとづいて従来から種々の提案がな
されているが、いずれにも一長一短がある。例え
ば特開昭55−29037号公報には、２個のサイリス
タ（SCR）をスイツチング素子に使用して、そ
の夫々で個々の点弧手段と共に２個のスイツチ回
路を構成し、これらの両スイツチ回路を、その
夫々が互いに相手方向に拘束するように電磁コイ
ルと組み合わせて、該コイルに対する電流の断続
制御を行なわせるように構成された駆動制御系が
示されている。そして一方のスイツチ回路は発振
回路と他方のスイツチ回路とで制御され、他方の
スイツチ回路は一方のスイツチ回路に応動する積
分回路とこの積分回路に応動するトリガーパルス
発生回路とで制御されるようになつている。然し
乍らこのような制御系では、スイツチング素子と
してサイリスタを用いている関係上、スイツチン
グ動作が安定している利点を有するも、サイリス
タを使用するが故に、外部に対して雑音を発生さ
せる欠点があり、然も制御系全体の回路構成が非
常に複雑となるため、電磁ポンプに対する駆動制
御の信頼性が低下し、且つコスト高となるを避け
られない。またこの制御系では、電磁コイルに印
加される電源電圧の変動が該コイルに直列接続さ
れた抵抗の電圧変化として検出されるようになつ
ているため、上記コイルに流れる電流量を低下さ
せて該コイルの起磁力を低下させる懸念があり、
且つ制御系全体の電力消費量を増加させることに
なり易い。これに対して上記サイリスタの代りに
トランジスタをスイツチング素子として使用し、
該トランジスタを発振回路で動作させて電磁コイ
ルに対する電流の断続制御を行なわせるように構
成された駆動制御系は、雑音や生産コストの面で
は、SCRを用いた装置よりも有利であるが、そ
の反面においては、動作がやや不安定であり、電
流電圧の変動に対処し得ない欠点を有する。

一方、前記の電磁コイルには、いずれの駆動装
置を使用する場合にも、電源電圧が直接的に加え
られるのを通例とし、従つて商用の交流電源を利
用する場合は、これの整流された直流電圧がその
まま加えられる。然るに商用交流電源は、電圧変
動を伴うものであるから、これを利用している限
り、電磁コイルに対する印加電圧も変動するのを
避けられない。この場合において、電磁コイルに
対する１回の通電時間が、電圧変動に関係なく一
定であるように定められていると、電磁ポンプの
吐出量は、電源電圧が高いときには多くなり、低
いときには少なくなる。即ち前記のトランジスタ
を用いる駆動装置によれば、電源電圧の変動に伴
つてポンプ吐出量も変動することになる。

本考案は、電磁ポンプの駆動装置にトランジス
タを用いた場合の上記したような問題点に対処し
て、電源電圧の変動に伴うポンプ吐出量の変化を
制御するため、選択された所要の周期でパルス出
力を生じる発振回路と、電磁ポンプの電磁コイル
への印加電圧に応じた遅延時間をもつてパルス出
力を生じるタイマー回路とでフリツプフロツプを
操作して、このフリツプフロツプでスイツチング
トランジスタを動作させ、上記電磁コイルへの通
電時間を該コイルへの印加電圧に応じ制御させる
ようにしたものである。以下これを図面に示す実
施例について詳述する。

第１図において、１は本考案装置により駆動さ
れる電磁ポンプであつて、シリンダ１１内へ収め
たフリーピストン状のプランジヤ１２を、その両
端に配置したバネ１３，１４で弾力的に保持せし
めて、プランジヤ１２には吸入弁１５を、シリン
ダ１１には吐出弁１６を夫々備えしめると共に、
該シリンダの両端には吸入口１７及び吐出口１８
を夫々設けた構成とされ、２は上記のプランジヤ
１２を一方のバネ１４に抗して往動させるための
電磁コイルであつて、シリンダ１１の外周に装着
されている。

かかる電磁ポンプ１に対して、本考案に係る駆
動装置は次のように構成されている。即ち３は50
もしくは60Hzの商用交流電源４に接続される整流
回路であつて、例えば整流素子３１と平滑用コン
デンサ３２及び該コンデンサへの突入電流抑制用
抵抗３３からなつている。然して前記した電磁ポ
ンプ１の電磁コイル２は、上記の整流回路３へ接
続され、その途中には、スイツチングトランジス
タ５のエミツタ、コレクタ間が直列に挿入されて
いる。６は上記の整流回路３に接続された定電圧
電源回路であつて、例えば降圧用抵抗６１及び平
滑用コンデンサ６２とツエナーダイオード６３か
らなつている。７は上記の電源回路６により動作
させられる可変周波数発振回路であつて、前記し
た商用交流電源４の周波数よりも低い周波数域、
例えば８〜30Hzの周波数域内に於て随意に選択さ
れた所要周波数のパルス出力を生じさせるように
なつている。８はタイマー回路であつて、前記の
電磁コイル２に並列に接続された時定数設定用抵
抗８１、時定数調整用抵抗８２及びコンデンサ８
３と、このコンデンサ８３に接続されたパルス発
生素子であるトリガーダイオード８４及び降圧用
抵抗８５，８６，８７と、逆電圧防止用ダイオー
ド８８，８９とからなり、電磁コイル２への通電
開始時点から或る遅延時間、即ち前記の発振回路
から出力されるパルスの周期より短い時間を経過
したとき、パルス出力を生じさせるようになつて
いる。９はセツトリセツトフリツプフロツプであ
つて、前記可変周波数発振回路７の出力が入力さ
れる端子９１と、上記タイマー回路８の出力が入
力される端子９２と、前記スイツチングトランジ
スタ５のベースに接続される出力端子９３とを有
し、入力端子９１に入力があつた時点から入力端
子９２に入力がある時点までの時間帯のみ、出力
端子９３から出力を生じて、スイツチングトラン
ジスタ５をターンオンさせるようになつている。

上記した構成において、整流回路３を電源４へ
接続すると、この時点ではまだスイツチングトラ
ンジスタ５がカツトオフされた状態にあるため、
電磁ポンプ１の電磁コイル２には電流が流れず、
従つてプランジヤ１２は動作しない。

一方、整流回路３で整流された電流は、定電圧
電源回路６で更に安定化された後、発振回路７に
与えられ、電源４の周波数よりも低い周波数域内
で随意に選択された所要周波数に従い、この回路
７から一定の周期でパルス出力を生じさせる。

然して発振回路７から１個のパルスが出力さ
れ、これがフリツプフロツプ９の入力端子９１に
与えられると、このフリツプフロツプ９は、出力
端子９３から一定の出力を生じさせる動作状態に
入り、その出力でスイツチングトランジスタ５を
ターンオンさせる。すると、電磁ポンプ１の電磁
コイル２には、整流回路３から電流が流れて、該
コイルが励磁されるため、シリンダ１１内のプラ
ンジヤ１２は、バネ１４に抗して前進し、該シリ
ンダ内の流体を吐出弁１６から吐出口１８へ吐出
させる。

このようにして電磁コイル２へ通電されると
き、該コイルの両端間における印加電圧は、同時
にまたタイマー回路８のコンデンサ８３へも、抵
抗８１，８２を介して加えられ、該コンデンサを
充電する。このコンデンサ８３は、上記の充電に
よつて或る電位に達したとき、トリガーダイオー
ド８４および抵抗８５，８６，８７を通じて放電
する。従つてタイマー回路８は、電磁コイル２へ
の通電開始時点から或る遅延時間を経過したと
き、１個のパルス出力が生じる。このパルス出力
は、フリツプフロツプの入力端子９２へ与えられ
て、このフリツプフロツプを、出力端子９３から
出力が生じない状態に反転させるので、スイツチ
ングトランジスタ５はカツトオフされ、電磁コイ
ル２への電流を遮断せしめる。すると電磁ポンプ
１のプランジヤ１２は、バネ１４で押し戻されて
両バネ１３，１４のバネ圧が均衡する位置まで後
退させられ、その間に、次回の前進に備えて新た
な流体を、吸入口１７から吸入弁１５を経てシリ
ンダ１１内へ吸入する。

本考案装置は上記のように駆動されるが、その
各部の動作を第３図に示すタイムチヤートに基づ
いて説明すると以下の通りとなる。まず発振回路
７からのパルスがフリツプフロツプの端子９１に
入力しないためにトランジスタ５がカツトオフと
なつている時、タイマ回路８のコンデンサ８３の
端子８３ａには、整流回路の＋極の電圧が電磁ポ
ンプ１の電磁コイル２を介して印加されることに
なり、端子８３ａは、整流回路３の＋極の電圧
（例えば140V）が電磁ポンプ１の電磁コイル２を
介して印加されることになり、端子８３ａは整流
回路３の＋極の電圧と同電位となる（第３図ｃ）。
一方コンデンサ８３の他の端子８３ｂにも整流回
路３の＋極の電圧が抵抗８１，８２を介して印加
されることになるが、この端子８３ｂはトリガー
ダイオード８４及び抵抗８５，８６，８７を経て
Ｇ点、すなわち整流回路３の一極に接続されてい
るので、該端子８３ｂ側はトリガーダイオード８
４のブレークダウン電圧（例えば32V）と同電位
となる（第３図ｄ）。そのためコンデンサ８３は
端子８３ｂ側が端子８３ａ側よりもブレークダウ
ン電圧分低い電位となるので（第３図ｂの点線の
波形）、端子８３ａ側が＋に、端子８３ｂ側が−
に充電されることになる。なおこのような状態で
コンデンサ８３が充電されている時は、たとえ端
子８３ｂ側が充電電圧がトリガーダイオード８４
のブレークダウン電圧に達していても、コンデン
サ８３の充電電荷全部がトリガーダイオード８４
及び抵抗８５，８６，８７を経て放電されること
はなく、第３図ｂ，ｄに示すような小刻みの充放
電を周期的に繰返すに過ぎない。またその際の放
電時には、その都度抵抗８５と抵抗８７の結合点
からフリツプフロツプの端子９２へ小さいトリガ
ーパルスが出力されることになるが（第３図ｅ）、
リセツトパルスであるため、フリツプフロツプの
端子９３の出力が反点することはない。

次に発振回路７から出力されたパルス“１”が
フリツプフロツプの端子９１に入力されると（第
３図ａ）、出力端子９３が“１”の状態になるの
で（第３図ｆ）、トランジスタ５がターンオンす
ることになり、電磁コイル２への通電が開始され
る。一方トランジスタ５のターンオンにより、コ
ンデンサ８３は両端子８３ａ，８３ｂ間がトラン
ジスタ５及びダイオード８９を介して短絡される
ことになるので、その充電電荷がこの短絡回路を
介して放電されることになる。そのためコンデン
サ８３の端子８３ｂ側は瞬時にして零電位（整流
回路の−極の電圧）になると同時に（第３図ｂ）、
この８３ｂ側には整流回路３の＋極の電圧が抵抗
８１，８２を介して印加され、また端子８３ａ側
には整流回路３の−極の電圧がトランジスタ５を
介して印加されることになり、コンデンサ８３は
その両端子８３ａ，８３ｂの極性が反転して（第
３図ｂの点線の状態から実線の状態）、端子８３
ｂ側が＋に、端子８３ａ側が−に充電されること
になる。そして端子８３ｂ側の充電電圧がトリガ
ーダイオード８４のブレークダウン電圧に達した
時（第３図ｂ）、コンデンサ８３の電荷がトリガ
ーダイオード８４及び抵抗８５，８６，８７を経
て放電されるので、これら抵抗８５，８６，８７
には大きな放電電流が瞬時に流れることになり、
抵抗８５と抵抗８７の結合点からフリツプフロツ
プの端子９２へトリガーパルス“１”が出力され
る。このパルス“１”がフリツプフロツプの端子
９２に入力されると（第３図ｅ）、出力端子９３
が“１”から“０”の状態に反転するので（第３
図ｆ）、トランジスタ５がターンオフすることに
なり、電磁コイル２への通電が遮断される。よつ
て電磁コイル１は、発振回路７から１個のパルス
出力が生じ、次いでタイマー回路８からパルス出
力が生じるまでの間毎に電磁コイル２へ間歇的に
通電されることによつて、往復ポンプとしての機
能を発揮するよう駆動されることになる。

かかる電磁ポンプ１のプランジヤ１往復当りの
吐出量は、上記した電磁コイル２に対する１回の
通電時間の長短と、印加電圧の高低とによつて変
化する。即ち通電時間が長いときには、プランジ
ヤ１２がバネ１４に抗して充分に前進するため、
その吐出量は多くなり、また印加電圧が高いとき
にも、プランジヤ１２が勢いよく、従つて充分に
前進するため、その吐出量はやはり多くなる。こ
のため、吐出量をできるだけ一定に保たしめるに
は、電磁コイル２に対する通電周期と、１回当り
の通電時間と、印加電圧とを、すべて一定に保た
せる必要がある。然し乍ら、商用交流電源４につ
いては、電圧変動を伴うのが常であるから、上記
の印加電圧も変動するのを避けられない。

そこで、電磁コイル２への印加電圧に変動があ
つても電磁ポンプ１の吐出量を一定に保たしめる
には、印加電圧が高いとき通電時間を短くし、逆
に印加電圧が低いとき通電時間を長くするように
してやれば吐出量の変化は抑制できることにな
る。

然して本考案に係る駆動装置によれば、上記の
通電時間は、タイマー回路８の遅延時間に相当
し、そしてこの遅延時間は印加電圧に応じて変動
するように構成されているため、印加電圧が高い
時は通電時間が短くなり、反対に低い時には長く
なるように制御されることになる。このことを第
２図に示すタイムチヤートによりながら以下に説
明すると、いま電磁コイル２への印加電圧が標準
電圧のV₀のとき、コンデンサ８３が抵抗８１，
８２を通して充電されてその電圧がトリガーダイ
オード８４のブレークダウン電圧まで達するのに
要する時間がt₀となるようにその充電曲線が時定
数によつて設定されているものとすると、この場
合のトランジスタ５が導通状態にある時間、即ち
電磁コイル２への通電時間はt₀となる。ところが
上記印加電圧がV₁に上昇したときには充電曲線
が図に示すように変化して上記時間はt₁となるの
で、印加電圧がV₀の場合に比べて遅延時間が短
縮されることになる。このためフリツプフロツプ
の端子９３から出力される信号の出力時間が短縮
されることになり、その分トランジスタ５が導通
状態にある時間、即ち電磁コイル２への通電時間
t₁が短くなることになる。また反対に上記印加電
圧がV₂に降下したときには充電曲線が図に示す
ように変化して上記時間t₂となるので、印加電圧
がV₀の場合に比べて遅延時間が延長されること
になる。そのため上記端子９３から出力される信
号の出力時間が延長されることになり、その結果
電磁コイル２への通電時間t₂が長くなることにな
る。従つて電磁コイル２への通電時間は、第２図
のタイムチヤートに示す如く、印加電圧の変動に
応じて理想的に制御され、吐出量を変動させるこ
とがなくなる。

なお、上記したような電磁コイル２への通電制
御は、直接的にはスイツチングトランジスタ５で
行われるが、このトランジスタ５は、発振回路７
及びタイマー回路８からの出力パルスに応動する
フリツプフロツプで動作させられるようになつて
いるため、その動作が安定している。また電磁ポ
ンプ１の吐出能力は、発振回路７から出力される
パルスの周期を、該回路の可変周波数域内におい
て随時選択的に調整することによつて、自由に変
更できる。

以上の如く、本考案は電磁ポンプの電磁コイル
に対する通電制御をスイツチングトランジスタで
行わせる場合において、定電圧電源回路を備えた
可変周波数振回路から所要の周期で出力されるパ
ルスと、タイマー回路から該コイルへの印加電圧
に応じた遅延時間をもつて出力されるパルスと
で、フリツプフロツプを操作して、前者のパルス
が出力された時点から後者のパルスが出力される
時点までの時間帯だけスイツチングトランジスタ
を導通させるようにしたものであるから、このよ
うな本考案によれば、電磁ポンプの電源電圧が変
動することに伴う吐出量の変化を、実用上問題が
ない程度にまで充分抑制せしめ得て、その吐出量
を常時一定に保たせることができ、然もスイツチ
ング素子にトランジスタを用いた回路構成である
にも拘わらず、該トランジスタがフリツプフロツ
プで制御されるため、これのスイツチング動作を
安定させ易い、といつたような効果が期待でき
る。また本考案に係る駆動装置は、従来のサイリ
スタを使用したものと比べて、外部に対する雑音
を発生させることがなく、然も全体の回路構成が
簡略化されているため、電磁ポンプに対する駆動
制御の信頼性を向上させ得て、コストの引下げを
可能にする利点がある。更に本考案の装置では、
電磁コイルに印加される電源電圧の変動を該コイ
ルの端子間電圧の変化として検出するようにして
いるため、電磁コイルに流れる電流量を低下させ
る虞れがなく、該コイルの起磁力を大ならしめ得
て、電力消費量を低く抑え乍ら電磁ポンプの吐出
能力を向上させ得る効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す回路図、第２図
はタイマー回路の遅延時間と電磁コイルの印加電
圧および通電時間との関係を示すタイムチヤー
ト、第３図はフリツプフロツプの入力と出力の関
係を示すタイムチヤートである。 １……電磁ポンプ、２……電磁コイル、３……
整流回路、５……スイツチングトランジスタ、６
……定電圧電源回路、７……可変周波数発振回
路、８……タイマー回路、９……フリツプフロツ
プ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 整流回路へ接続された電磁ポンプの電磁コイル
   に対する通電制御を該コイルに直列なスイツチン
   グトランジスタで行なわせる装置であつて、上記
   整流回路へ接続された定電圧電源回路を備えて所
   要の周期でパルス出力を生じる可変周波数発振回
   路と、上記の電磁コイルに並列に接続された抵抗
   およびコンデンサと該コンデンサが上記抵抗を通
   して充電されて所定の電圧に達した時にパルス出
   力を生じさせるパルス発生素子とからなるタイマ
   ー回路と、上記トランジスタに接続され上記発振
   回路のパルス出力が入力された時点からタイマー
   回路のパルス出力が入力される時点までの時間帯
   だけ該トランジスタを導通させる信号を出力する
   セツトリセツトフリツプフロツプとを具備してな
   る電磁ポンプの駆動装置。