JPS6325381A - 電磁往復動ポンプの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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６０Ｈ
ｚ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、（５１
）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（
５４）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、
デユ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
小さくすると上記仕事量は少なくなる。このように、電
源電圧の変動により励磁電流が変動すると、これに対応
してアーマチュアの仕事量も大きく変動する。よって、
ポンプの吸入圧力（吐出圧力）も使用経過とともに低下
し、一定の性能を維持できず不安定となる。なお、変動
する電圧の比較的低い方の電圧において所定の性能を発
揮できるように設定した場合には、逆に使用初期等の比
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
大となり、アーマチュアの端部が機体に衝突し、騒音及
び発熱、さらに寿命低下、故障発生の原因となるととも
に、無駄な仕事をするため、電力効率も低下する。

第二に、使用場所の条件、例えば使用角度、使用温度、
振動等の外乱によって性能が大きく影響を受け、使用範
囲及び用途が制限されてしまう。

〔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
電磁往復動ポンプ？こ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）
は駆動コイル（２）に流れるパルス電流（ｉ）に比例し
た検出信号を出力する電流検出回路（３）と、当該電流
検出信号を積分する積分回路（４）と、この積分回路（
４）から得る積分値と予め設定した設定値を比較し、そ
の偏差を無（すように上記パルス電流（ｉ）のパルス幅
（通電期間）を変更する演算処理部（５）を備えたこと
を特徴としている。

〔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、まず電流検出回路（３
）によって駆動コイル（２）に流れるパルス電流（ｉ）
の大きさを検出する。そして、この検出された電流検出
信号を積分回路（４）により積分して積分値を得、この
積分値を演算処理部（５）において設定値と比較する。

そして、積分値か設定値よりも小さい場合にはパルス電
流のパルス幅を長くシ、積分値が設定値よりも大きい場
合は当該パルス幅を短くする。これにより上記積分値が
設定値に対しズしても、結局偏差を零にするように作用
し、パルス電流（ｉ）の大きさが変動してもパルス電流
（ｉ）の積分値は常に一定となる。

〔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０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（２
４）が軸方向へ摺動自在に支持される。支軸（２４）は
−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（２９）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（３
ｏ）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ずる。なお、吸入
口（３１）には吐出を阻止する逆止弁（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（２
７）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（３４）はピ
ストン（２７）に設けてもよい。他方、支軸（２４）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（Ｓｔ）のハイレベルに対応してオンし、バ
ブテリ（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（Ｓｌ）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（Ｓｌ）は演算処理部（
５）から付与される。

他方、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。こめ回路（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！（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。

また、演算処理部（５）はマイクロコンブレブサ等のＩ
Ｃチップ素子を利用し、ソフトウェアで処理を行う。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流（ｉ）
のパルス幅を変更するだめの制御信号（Ｓｔ）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（Ｓｌ）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（３１）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（ＳＬ）を発振する発振機能を備
えており、この信号（ＳＬ）のパルス幅を変更する。

一方、前記位置センナ（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（Ｓｔ）によってパルス電流（ｉ）の無パル
ス期間の幅を変更する。つまり、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
は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）に衝突する度合が太き（なる
。したがって、この場合、無パルス期間を短＜シ、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）のストローク量を常に
一定に維持することができ、ピストン（２７）がダンパ
（３４）に衝突して発生する騒音、発熱、故障、寿命の
低下等の弊害を解消できる。

なお、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、このロブド（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。これにより、受光部（４３）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［ｌ、ＯＪ
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ｒＯ，ＯＪ又はｒｌ、ＩＪの関係にあればストローク
量が過小又は過大状懇であることを検出できる。よって
、演算処理部（５）ではコンパレータの出力が「ｌ、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（Ｓｌ）を出力する。

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）は電流の大き
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）は本発明に従って波形
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（ｔｌ−１）、（ｔｌ、−２）は長くなる。（
ｄ）は（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（ｔｌ−１）、（ｔｌ−２）を次第に長く
した状態を示す。このように実際には電流検出に基づく
補正と位置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
態へ集束させる。つまり、演算処理部（５）はデユーテ
ィ比・（ｔｌ−１）／（ｔｌ−１）を考慮して適正な周
波数・ａｏ／（（ｔｔ−ｉ）＋（ｔｌ−Ｄ）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。例えば電流検出回路
、積分回路、演算処理部は他の任意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。その他網部の構成、
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
は駆動コイルに流れるパルス電流の大きさを検出し、積
分するとともに、この積分値と設定値を比較演算し、そ
の偏差を無くすようにパルス電流のパルス幅を変更する
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、駆動コイ
ルに流れる電流の大きさが変動しても、常にアーマチュ
ア、つまりポンプピストンの仕事量は一定に維持される
。したがって、ポンプ自身の性能も使用時期に拘わらず
、常に一定に維持できる。

■使用場所や使用条件によって性能が大きく影響される
場合であっても、常に一定の性能を維持し、安定に作動
するため、使用範囲、用途を飛躍的に拡大できる。

■ポンプピストンの仕事量が常に一定に維持されるため
、無駄なエネルギ消費が無くなるとともに、アーマチュ
アの過大ストロークに基づく騒音、発熱、故障発生等の
弊害を防止できる。

【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）二制御装置　　　　　（２）：駆動コイル（３）
：を流検出回路（電流検出手段）（４）：積分回路（積
分手段） （５）：演算処理手段（演算処理部） （ｉ）：パルス電流 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 昭和６１年８月１８日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　直流電源をスイッチングして得るパルス電流を駆動コ
   イルへ供給し、ア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
   記駆動コイルに流れる電流に比例した電流検出信号を出
   力する電流検出手段と、前記電流検出信号を積分する積
   分手段と、前記積分手段から得る積分値と予め設定した
   設定値を比較し、その偏差を無くすように前記パルス電
   流のパルス幅を変更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。