JPS6325382A - 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６０　
ＩＩ　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（釘）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
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は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、この弾発力と吸
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、結局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
電磁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）の位置に対応する位置検出信号を
出力する位置検出回路（７）と、この位置検出信号を基
準信号と比較し、上述したアーマチュア（６）を基準信
号に対応した正規の位置（Ｐｏ）に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例えば上限値と
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（Ｐａ）よりも行きすぎた場合にはパ
ルス電流（ｉ）の無パルス期間の幅を短くシ、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）の位置がズしても、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−
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（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（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（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）に抗して図中矢印入方向へ吸引さ
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（Ｉ）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（Ｓｌ）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、人力する制御信号（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（Ｓｔ）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（ＳＬ）によってパルス電流（Ｄ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
ロコンプレッサ等のＩＣチップ素子を利用し、ソフトウ
ェアで処理を行う。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）に衝突する度合が大きくなる。

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（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ｒｌ、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ｒ
ｏ、ＯＪ又はｒｌ、ＩＪの関係にあればストローク量が
過小又は過大状態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ｒｌ、ＯＪ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（Ｓ　　　’ｌ）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流（ｉ
）のパルス幅を変更するための制御信号（Ｓｌ）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（Ｓりを出力する。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。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）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（ｔｌ−Ｄ、（ｔｔ−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（Ｌ２−１）、（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、最適状態へ集束させる。つまり、演算処理部（
５）はデユーティ比・（ｔｌ−１）／（ｔ２−１）を考
慮して適正な周波数・６０／（（ｔｌ−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。例えば位置検出回路
（位置センサ及び回路）はポテンショメータ等を利用し
てもよいし、演算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溝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
はアーマチュアの位置を検出し、この位置検出信号と基
準信号を比較演算し、この基準信号に対応した正規の位
置になるようにパルス電流の無パルス期間の幅を変更す
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図二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 （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 特許出願人　　株式会社長野計器製作所代理人弁理士、
下　　　１）　　　　茂第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 昭和６１年８月１８日 特許庁長官　黒　１）明　雄　　殿 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 東京都大田区東馬込１丁目３０番４号 株式会社長野計器製作所 代表者溝呂木雅之 ４、代理人 〒３８０　　長野県長野市権堂町１４３７５、補正命令
の日付　　　　　自発 ６、補正の対象 ７、補正の内容 〔１〕明細書第８頁第１６行目に記載する「マイクロコ
ンプレッサ」を「マイクロプロセッサ」に訂正する。 （２）明細書第１２頁第１９行目に記載する「集束させ
る」を「収束させる」に訂正する。 （３）図面中、第４図を削除し、新たな第４図を別紙の
如く提出する。

Claims (1)

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
   、前記アーマチュアの位置に対応する位置検出信号を出
   力する位置検出手段と、前記位置検出信号を基準信号と
   比較し、前記アーマチュアを基準信号に対応した正規の
   位置になるように前記パルス電流の無パルス期間の幅を
   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。 〔２〕前記基準信号は上限値と下限値からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の電磁往復動ポンプ
   の制御装置。