(57)【要約】【課題】センサを新たに設けることなく、ポンプの空運転を検出可能な電磁式ポンプを提供する。【解決手段】シリンダの周囲に可動子１の往復運動を検出する空芯の検出コイル１７が電磁コイル１４ａ、１４ｂと同軸状に設けられており、該検出コイル１７で検出された誘導電圧に閾値を設定して可動子１の往復動作を示す出力信号を生成出力する運転検出部１８を備え、該運転検出部１８は流路内の液体の流量が減少して空運転状態になると出力レベルの異なる信号を出力する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダ内に永久磁石を備えた可動子を収容し、当該シリンダの周囲に嵌め込まれた空芯の電磁コイルへ通電することにより可動子をシリンダ内で軸線方向に往復動させてシリンダ内に形成されるポンプ室より液体を輸送する電磁式ポンプにおいて、
シリンダの周囲に可動子の往復運動を検出する空芯の検出コイルが電磁コイルと同芯状に設けられており、該検出コイルで検出された誘導電圧に閾値を設定して可動子の往復動作を示す出力信号を生成出力する運転検出部を備え、該運転検出部は流路内の液体の流量が減少して空運転状態になると出力レベルの異なる信号を出力することを特徴とする電磁式ポンプ。
【請求項２】
電磁コイルはシリンダの周囲に複数設けられ、当該電磁コイルの両端面に隣接して検出コイルが設けられることを特徴とする請求項１記載の電磁式ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電磁式ポンプに関し、より詳細には液体等の流体の輸送に使用する小型の電磁式ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
本件出願人は、先に固定子側のシリンダ内に磁性材よりなる可動子を往復動自在に収容し、シリンダの周囲に嵌め込まれた電磁コイルに通電することにより、可動子の移動方向両側面とシリンダの両端面との間に形成されるポンプ室のうち、一方のポンプ室において、外部から第１のバルブを通して流体を吸入すると共に第２のバルブを通して外部へ流体を送り出し、他方のポンプ室も同様のポンプ作用をなす小型の電磁式ポンプを提案した。（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１２４７２４号
【０００３】
上記電磁式ポンプは液体循環式の冷却システムに好適に用いられる容積型ポンプであり、例えば液体中に空気が混入した場合にも、可動子の往復動に伴うポンプ室内外に生ずる圧力差でポンプ作用をなすため、ポンプを停止させることなく自吸復帰することができる。しかしながら、ポンプが一時的に空運転することで可動子及びシリンダが摺接して部品が摩耗するため、製品寿命が短くなるおそれがある。また、液体の流量を確保するためシリンダ内に収容された可動子が正常に動作しているか或いは可動子が適正な可動範囲で動作しているか否か等の可動子の運転動作を検出するのが望ましい。
【０００４】
可動子の運転動作を検出する一例としては、可動子近傍に磁気センサ（ホール素子など）を設けることが考えられる。磁気センサは、可動子のマグネットから発生した漏れ磁束を検出することで可動子の可動位置を検出することができる。或いは、液体の流路に流路計を設けて、所定流量以下になるとポンプが空運転であることを検出することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した小型の電磁式ポンプの構成では、可動子は上下フレーム体に閉止された狭いシリンダ内に収容されているため、可動子の近傍に磁気センサを配置できない。また、可動子からの漏れ磁束は小さいうえに、磁気センサを可動子から離れた位置に設けると、装置が大型化するうえに、磁気センサの検出する磁束密度が更に小さくなり磁束密度の変化を検出するのが難しくなる。また、流路に流量計を設けるのは装置コストが上昇する。
【０００６】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、センサを新たに設けることなく、ポンプの空運転を検出可能な電磁式ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
シリンダ内に永久磁石を備えた可動子を収容し、当該シリンダの周囲に嵌め込まれた空芯の電磁コイルへ通電することにより可動子をシリンダ内で軸線方向に往復動させてシリンダ内に形成されるポンプ室より液体を輸送する電磁式ポンプにおいて、シリンダの周囲に可動子の往復運動を検出する空芯の検出コイルが電磁コイルと同芯状に設けられており、該検出コイルで検出された誘導電圧に閾値を設定して可動子の往復動作を示す出力信号を生成出力する運転検出部を備え、該運転検出部は流路内の液体の流量が減少して空運転状態になると出力レベルの異なる信号を出力することを特徴とする。
また、電磁コイルはシリンダの周囲に複数設けられ、当該電磁コイルの軸線方向両端面に隣接して検出コイルが設けられることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
上述した電磁式ポンプを用いれば、シリンダの周囲に可動子の往復運動を検出する空芯の検出コイルが電磁コイルと同芯状に設けられており、該検出コイルで検出された誘導電圧に閾値を設定して可動子の往復動作を示す出力信号を生成出力する運転検出部を備えているので、可動子の往復動により検出コイルに発生する誘導電圧が大きいためポンプを大型化せずに可動子の動作状態を検出できる。また、運転検出部は流路内の液体の流量が減少して空運転状態になると可動子の動作が速くなることにより誘起電圧が通常より高くなるため、磁気センサや流量センサなどを新たな部品に設けることなく流路内の液量減少によるポンプの空運転を合わせて検出できる。よって、ポンプの小型化を維持したまま長寿命化を図り、信頼性を向上することができる。
また、電磁コイルはシリンダの周囲に複数設けられ、電磁コイルの両端面に隣接して検出コイルが設けられるので、可動子から発生した磁束のうち検出コイルと鎖交する磁束数が増えるので、検出コイルに発生する誘導電圧値が大きくなり可動子の移動を検出する検出感度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明に係る電磁式ポンプの最良の実施形態について添付図面とともに詳細に説明する。本実施形態の電磁式ポンプは、円筒状に形成したシリンダ内にマグネット（永久磁石）を備えた可動子をシリンダの軸線方向に摺動可能に配置し、シリンダの外周に配置した空芯の電磁コイルへ通電して生ずる電磁力の反力により可動子を往復動させる容積型ポンプである。電磁式ポンプは、液体循環式の冷却システムに好適に用いられ、可動子の往復動に伴いポンプ室内外に生ずる圧力差でポンプ作用をなすため、例えば液体に空気が混入してもポンプを停止させることなく自吸復帰することができる。
【００１０】
図１において、電磁式ポンプの全体構成について説明する。先ず可動子１の構成について説明する。可動子１は密閉されたシリンダ内に収容されてシリンダの軸線方向に往復動可能に設けられている。可動子１は円板状に形成したマグネット２とマグネット２を厚さ方向に挟持する一対のインナーヨーク３ａ、３ｂとからなる。マグネット２は一方の面をＮ極、他方の面をＳ極として、厚さ方向（図１の上下方向）に磁化されている永久磁石である。インナーヨーク３ａ、３ｂは磁性材によって形成され、各々のインナーヨーク３ａ、３ｂの周縁部に短筒状に起立したフランジ部３ｃの外周面はマグネット２から発生した磁束の可動子１側の磁束作用面となる。
【００１１】
次に、図１において固定子４の構成について説明する。一対の非磁性材からなる上ケース５ａと下ケース５ｂとの間に非磁性材料（例えば樹脂材、ステンレスなどの金属材）からなる筒状のシリンダ筒６が嵌め込まれて上下開口端が閉止されたシリンダが形成される。このシリンダ筒６内に上述した可動子１が往復動可能に収容されている。なお、シリンダは上ケース５ａと下ケース５ｂとを組み合せて熱圧着して形成することもできる。
【００１２】
このように、シリンダの両端面は上ケース５ａと下ケース５ｂによって閉止され、可動子１の移動方向両側面と上下ケース５ａ、５ｂの内壁面との間に各々ポンプ室７ａ、７ｂが形成される。なお、可動子１はシリンダ筒６の内面に接触した状態で、気密あるいは液密にシールした状態で摺動する。
【００１３】
シリンダの上端面に相当する上ケース５ａの吸込用開口部及び送出用開口部には、吸込用逆止弁８ａ及び送出用逆止弁９ａがポンプ室７ａを開閉可能に設けられている。シリンダの下端面に相当する下ケース５ｂの吸込用開口部及び送出用開口部には、吸込用逆止弁８ｂ及び送出用逆止弁９ｂがポンプ室７ｂを開閉可能に設けられている。吸込用逆止弁８ａ、８ｂと送出用逆止弁９ａ、９ｂとは開口部に逆向きに各々取り付けられている。
【００１４】
上ケース５ａには循環する液体のポンプへの吸込口１０と、ポンプより液体を送り出す送出口１１が形成されている。上ケース５ａと下ケース５ｂには、吸込口１０と吸込用逆止弁８ａ、８ｂとの間を連通する吸込用流路１２ａ、１２ｂが各々設けられている。また、上ケース５ａと下ケース５ｂには、送出用逆止弁９ａ、９ｂと送出口１１との間を連通する送出用流路１３ａ、１３ｂが各々設けられている。
【００１５】
図１において、シリンダ筒６の周囲には空芯の電磁コイル１４ａ、１４ｂが嵌め込まれている。電磁コイル１４ａ、１４ｂはシリンダの軸線方向に若干離間させ、シリンダ筒６の軸線方向の中心位置に対して均等位置となるように配置されている。電磁コイル１４ａ、１４ｂの軸方向両側には磁気回路を形成するリング状の固定板１６により挟み込まれて組み込まれる。固定板１６は、磁性材が用いられる。
【００１６】
なお、電磁コイル１４ａと電磁コイル１４ｂとは巻き線方向が逆向きであり、同一電源による通電によって、互いに逆向きの電流が流れるように設定されている。電磁コイル１４ａ、１４ｂの巻き線方向を逆向きにしているのは、マグネット２の磁束と鎖交する電磁コイル１４ａ、１４ｂに流れる電流に作用する電磁力が重畳して反力として可動子１に作用し、この反力が推力になるためである。
【００１７】
電磁コイル１４ａと電磁コイル１４ｂとの間には、可動子１の往復運動を検出する空芯の検出コイル１７が固定板１６に挟み込まれて同芯状に設けられている。図２に示す運転検出部１８は検出コイル１７で検出された誘導電圧に閾値を設定し、可動子１の往復動作を示す出力信号を生成出力する。また、運転検出部１８は流路内（冷却システム内）の液量が減少してポンプが空運転状態になると出力レベルの異なる信号を生成出力する。
【００１８】
尚、ポンプの流量は、可動子１が往復運動する速度と可動子１の断面積との積になる。可動子１が往復運動する速度が大きくなれば、ポンプの流量が大きくなり検出コイルの誘導電圧も大きくなる。従って、検出コイル１７に発生した誘導電圧の振幅の大きさにより、ポンプの流量を推量することもできる。
【００１９】
アウターヨーク１５は、電磁コイル１４ａ、１４ｂの外周囲を囲んで筒状に設けられている。アウターヨーク１５には磁性材が用いられ、電磁コイル１４ａ、１４ｂに鎖交する磁束数を増やして電磁力を効果的に可動子１に作用させるために設けられる。また、可動子１を構成するインナーヨーク３ａ、３ｂの周辺部にフランジ部３ｃを軸線方向に起立して設けられている。これは、マグネット２からインナーヨーク３ａ、３ｂを経てアウターヨーク１５に至る磁気回路の磁気抵抗を下げるためである。これにより、可動子１から作用する総磁束量を増加させる（磁束が通過する磁路を確保する）と共に、マグネット２が発生した磁束が電磁コイル１４ａ、１４ｂに流れる電流と軸線方向に対して直角に鎖交させることで、可動子１に軸線方向の推力を効果的に発生させることができる。
【００２０】
可動子１は、電磁コイル１４ａ、１４ｂに交番電流を通電することにより、各コイルに発生する電磁力の作用により往復駆動（上下動）される。電磁コイル１４ａ、１４ｂに作用する電磁力は、通電方向によって可動子１を上方若しくは下方へ押動する。よって、図示しない制御部により、電磁コイル１４ａ、１４ｂへの通電時間、通電方向を制御することによって可動子１を所定ストロークで往復駆動させることができる。尚、本実施形態の電磁式ポンプは可動子１の移動ストロークが比較的小さいがポンプ室７ａ、７ｂは比較的広い面積を確保することができるから、可動子１を高速で往復動させることによって一定の流量を確保することが可能である。
【００２１】
次に、上述した電磁式ポンプの運転検出部１８の概略構成及び運転検出動作について図２及び図３を参照して説明する。図２において、ポンプに液体が出入りする通常の運転状態では、検出コイル１７に発生した誘導電圧はフィルタ１９によって一定レベル以上の電圧値（閾値電圧）のみ通過させ、コンパレータ２０を経て矩形波電圧が生成されて出力段２２より矩形波が出力される。図３（ａ）の波形図は、フィルタ１９に入力される誘導電圧波形Ａと閾値との関係、コンパレータ出力波形Ｂとの関係を示す。
【００２２】
また、図２において、ポンプに出入りする液体に空気が混入した空運転状態では、可動子１が通常より速く往復動するため、検出コイル１７に発生する誘導電圧が大きくなる。よって、図３（ｂ）においてフィルタ１９の閾値レベルをはるかに超えた誘導電圧がコンパレータ２０に入力される（誘導電圧波形Ｃ）。コンパレータ２０の出力電圧波形Ｄは信号生成器２１により整形され、閾値からの立ち上がり部をとらえて出力波形Ｄのパルス幅が引き延ばされたハイレベル出力信号Ｈとして出力される。出力段２２では、ハイレベル出力信号Ｈを反転させてローレベル出力信号Ｌとして出力される。
尚、運転検出部１８の出力段２２からの検出信号は、図示しないポンプの駆動制御部に入力される。駆動制御部は、運転検出部１８からの入力に基づいて、例えば異常発生としてポンプの動作を停止させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る電磁式ポンプの全体構成を示す断面図である。
【図２】運転検出部の概略構成を示すブロック図である。
【図３】ポンプの通常運転時と空運転時の出力波形図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  可動子
２  マグネット
３ａ、３ｂ  インナーヨーク
３ｃ  フランジ部
４  固定子
５ａ  上ケース
５ｂ  下ケース
６  シリンダ筒
７ａ、７ｂ  ポンプ室
８ａ、８ｂ  吸込用逆止弁
９ａ、９ｂ  送出用逆止弁
１０  吸込口
１１  送出口
１２ａ、１２ｂ  吸込用流路
１３ａ、１３ｂ  送出用流路
１４ａ、１４ｂ  電磁コイル
１５  アウターヨーク
１６  固定板
１７  検出コイル
１８  運転検出部
１９  フィルタ
２０  コンパレータ
２１  信号生成器
２２  出力段                                               
【図１】
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【図２】
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【図３】
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