特開 2023-71195 電磁駆動ポンプの異常判定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023071195

(43)【公開日】2023-05-23

(54)【発明の名称】電磁駆動ポンプの異常判定装置

(51)【国際特許分類】

   F04B 17/04 20060101AFI20230516BHJP

【ＦＩ】

F04B17/04

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021183794

(22)【出願日】2021-11-11

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】荒井 一剛

【テーマコード（参考）】

3H069

【Ｆターム（参考）】

3H069AA01

3H069BB02

3H069CC04

3H069DD22

3H069EE02

3H069EE05

3H069EE45

(57)【要約】

【課題】外乱の影響を受けることなくポンプの異常の有無を正確に判断することが可能な電磁駆動ポンプの異常判定装置を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる電磁駆動ポンプの異常判定装置の構成は、電磁コイル１２０によってプランジャ１４０を往復運動させて流体を圧送する電磁駆動ポンプ１００の異常判定装置２００であって、電磁コイル１２０に電力を供給する駆動回路２０２上に配置された電流計２１０と、電流計２１０が取得した電流値から異常を判定する判定部２２０とを備え、判定部２２０は、駆動電圧の立ち下がりから所定時間Ｔ内の電流値の最小値Ｉ１を取得し、最小値Ｉ１が閾値Ｉ０を下回った場合にプランジャ１４０がロックされていると判定することを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁コイルによってプランジャを往復運動させて流体を圧送する電磁駆動ポンプの異常判定装置であって、
前記電磁コイルに電力を供給する駆動回路上に配置された電流計と、
前記電流計が取得した電流値から異常を判定する判定部とを備え、
前記判定部は、駆動電圧の立ち下がりから所定時間内の電流値の最小値を取得し、該最小値が閾値を下回った場合に前記プランジャがロックされていると判定することを特徴とする電磁駆動ポンプの異常判定装置。

【請求項2】

前記駆動回路上に配置されたフライホイールダイオードを備えることを特徴とする請求項１に記載の電磁駆動ポンプの異常判定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁コイルによってプランジャを往復運動させて流体を圧送する電磁駆動ポンプの異常判定装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、流体を移送するポンプとして、電磁コイルを動力に用いる電磁駆動ポンプが知られている。電磁駆動ポンプは、電磁コイルに印加する電圧のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることによりハウジングの内部をプランジャが往復運動する。このとき、電磁駆動ポンプは、流体を吸入口から吸入し、吐出口から吐出することで、流体を圧送（移送）する。ポンプの吐出流量の異常を検知する方法としては、流路上に配置されて流体の流量を検出する流量センサや、流路内の圧力を検出する圧力センサが一般的に用いられている。

【0003】

しかしながら、目標流量が微小な場合、流量および圧力の検出精度が低くなってしまう。そこで流量センサや圧力センサに替えて振動検出装置を用いることがある（例えば特許文献１）。特許文献１の燃料電池システムは、「シリンダ内に往復運動可能に収納され、コイルが通電されることにより移動し、かつ、被衝突部に衝突するプランジャを有するとともに、改質水を蒸発部に供給するプランジャ式の改質水ポンプと、プランジャの往復運動の際に生じる改質水ポンプの振動を検出する振動検出装置と、改質水ポンプを少なくとも制御する制御装置」を備えている。

【0004】

また特許文献１の制御装置は、「コイルへの通電開始時点からプランジャが被衝突部に衝突する衝突時点までのプランジャが移動中である第一時間内において、振動検出装置によって検出された振動の振幅が第一判定値以上である場合、改質水ポンプに改質水が供給されない改質水供給異常が発生したと判定する異常判定部」を備えている。特許文献１によれば、かかる構成により改質水を供給するポンプに改質水が供給されない改質水供給異常の発生を確実に検知できるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１７－１４７１８２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１のように振動検出装置を用いてポンプの異常を判定する場合、例えばポンプの取付環境に外乱振動があると、その外乱振動を振動検出装置が検出し、ポンプの異常（例えば停止となっているはずのポンプが稼動している）が発生していると判断する可能性がある。このため特許文献１のように振動検出装置を用いる方法は、ポンプの異常を判断するための手法の１つとしては有用であるものの、ポンプの異常の有無をより正確に判断するためには更なる改善の余地がある。

【0007】

本発明は、このような課題に鑑み、外乱の影響を受けることなくポンプの異常の有無を正確に判断することが可能な電磁駆動ポンプの異常判定装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために本発明にかかる電磁駆動ポンプの異常判定装置の代表的な構成は、電磁コイルによってプランジャを往復運動させて流体を圧送する電磁駆動ポンプの異常判定装置であって、電磁コイルに電力を供給する駆動回路上に配置された電流計と、電流計が取得した電流値から異常を判定する判定部とを備え、判定部は、駆動電圧の立ち下がりから所定時間内の電流値の最小値を取得し、最小値が閾値を下回った場合にプランジャがロックされていると判定することを特徴とする。また電磁駆動ポンプの異常判定装置は、駆動回路上に配置されたフライホイールダイオードを備えるとよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、外乱の影響を受けることなくポンプの異常の有無を正確に判断することが可能な電磁駆動ポンプの異常判定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態にかかる電磁駆動ポンプの異常判定装置を説明する図である。

【図2】電磁駆動ポンプのプランジャの動作を説明する図である。

【図3】正常時および異常時の電磁駆動ポンプの電流値および電圧値の波形を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。

【0012】

図１は、本実施形態にかかる電磁駆動ポンプ１００の異常判定装置２００を説明する図である。図１に示す電磁駆動ポンプ１００は、電磁コイル１２０によってプランジャ１４０を往復運動させて流体（不図示）を圧送する装置である。

【0013】

電磁駆動ポンプ１００では、ハウジング１１０の内部に電磁コイル１２０が配置されている。電磁コイル１２０の内側には固定鉄心１３０、シリンダー状のガイド１４２、およびガイド１４２に案内されるプランジャ１４０が配置されている。固定鉄心１３０はハウジング１１０と一体に成型されていて、電磁コイル１２０の内側に配置されている。プランジャ１４０はガイド１４２に案内されてハウジング１１０内を移動可能である。

【0014】

図２は、電磁駆動ポンプ１００のプランジャ１４０の動作を説明する図である。図１および図２に示すように、固定鉄心１３０の内部には吸込弁１５０が配置されていて、プランジャ１４０の内部には吐出弁１６０が配置されている。吸込弁１５０はプランジャ１４０内に流体を吸い込み、吐出弁１６０はプランジャ１４０内の流体を吐き出す。

【0015】

電磁コイル１２０への電流のＯＮ／ＯＦＦを交互運転することにより、プランジャ１４０がハウジング１１０内を往復運動する。これにより、図２（ａ）に示すようにプランジャ１４０が駆動したとき（矢印Ａ方向に移動したとき）にはポンプ室１１２内の流体（例えば水）が吐出弁１６０から吐き出される。

【0016】

一方、図２（ｂ）に示すようにプランジャ１４０がスプリング１４４によって戻るとき（矢印Ｂ方向に移動したとき）には吸込弁１５０からポンプ室１１２内に流体が吸い込まれる。吐出弁１６０は、吐出口本体１７０の吐出口１７２と連通していて、シリンダー状のガイド１４２の一端（吐出弁１６０側の一端）を封止している。これにより、吐出弁１６０から吐出された流体は、吐出口１７２を通じて電磁駆動ポンプ１００の外部に移送される。

【0017】

本実施形態の特徴として、図１に示すように電磁駆動ポンプ１００には異常判定装置２００が接続されている。異常判定装置２００は、電流計２１０および判定部２２０を含んで構成される。電磁駆動ポンプ１００の電磁コイル１２０に電力を供給する駆動回路２０２上には、電源２０４、スイッチ２０６、フライホイールダイオード２０８（還流ダイオードとも称される）、電流計２１０が配置されている。

【0018】

駆動回路２０２上のスイッチ２０６がＯＮの状態になると電源２０４からの電力が電磁コイル１２０に供給される。一方、駆動回路２０２上のスイッチ２０６がＯＦＦの状態になると、電源２０４から電磁コイル１２０への電力の供給が停止する。このとき駆動回路２０２上にフライホイールダイオード２０８が配置されていることにより、フライバック電圧（サージ電圧とも称される）によるスイッチ２０６の損傷を防ぐことができる。

【0019】

電流計２１０は駆動回路２０２における電流を取得する。かかる電流計２１０には、電流計２１０が取得した電流値を参照して電磁駆動ポンプ１００の異常を判定する判定部２２０が接続されている。詳細には判定部２２０は、駆動電圧（パルス波）の立ち下がりから所定時間内の電流値の最小値を取得し、最小値が閾値を下回った場合にプランジャ１４０がロックされていると判定する。判定部２２０は、具体的にはコンピュータや組み込みＣＰＵで動作するプログラムによって実装することができる。

【0020】

ここで従来のように振動検出装置を用いて電磁駆動ポンプの異常を判定する場合、例えば電磁駆動ポンプの取付環境に外乱振動があると、その外乱振動を振動検出装置が検出し、異常を誤検出することがあった。このため発明者は振動以外の要素によって電磁駆動ポンプの異常を正確に検出することができないかを検討し、電磁駆動ポンプ１００の停止時から所定時間Ｔにおける電流値に着目した。

【0021】

図３は、正常時および異常時の電磁駆動ポンプ１００の電流値および電圧値の波形を例示する図である。図３（ａ）は、正常時の電磁駆動ポンプ１００の電流値および電圧値の波形を例示する図である。図３（ｂ）および（ｃ）は、異常時の電磁駆動ポンプ１００の電流値および電圧値の波形を例示する図である。

【0022】

電磁駆動ポンプ１００の電圧値（駆動電圧）の波形は矩形波であり、図３（ａ）－（ｃ）に例示するように、電磁駆動ポンプ１００を駆動する（駆動時ｔ１）と電圧値は０Ｖから２４Ｖまで立ち上がり（上昇する）、電磁駆動ポンプ１００を停止する（停止時ｔ２）と電圧値は２４Ｖから０Ｖまで立ち下がる（降下する）。これに対し電磁駆動ポンプ１００の電流値は、図３（ａ）－（ｃ）に例示するように、電磁駆動ポンプ１００を駆動する（駆動時ｔ１）とカーブを描きながら上昇した後にほぼ一定の値となり、電磁駆動ポンプ１００を停止する（停止時ｔ２）と急激に低下した後に緩やかに低下する。

【0023】

異常が発生していない電磁駆動ポンプ１００では、図３（ａ）に例示するように所定時間Ｔにおける電流値の最小値I１が閾値I０以上となっている。これに対し電磁駆動ポンプ１００に異常が発生した例としては、プランジャ１４０が図２（ｂ）に示すように上端でロックされた状態が挙げられる。このような場合、図３（ｂ）に例示するように所定時間Ｔにおける電流値の最小値I１が閾値I０未満となっている。また電磁駆動ポンプ１００に異常が発生した他の例としては、プランジャ１４０が図２（ａ）に示すように下端でロックされた状態が挙げられる。このような場合においても、図３（ｃ）に例示するように所定時間Ｔにおける電流値の最小値I１が閾値I０未満となっている。

【0024】

上記説明したように本実施形態の異常判定装置２００によれば、停止時ｔ２から所定時間Ｔにおける電流値の最小値I１を参照して電磁駆動ポンプ１００の異常を判断する。具体的には異常判定装置２００は、所定時間Ｔにおける電流値の最小値I１が、予め設定された電流値の閾値I０を下回っているか否かを判断する。そして異常判定装置２００は、所定時間Ｔにおける電流値の最小値I１が閾値I０以上であった場合には、プランジャ１４０がロックされていない、すなわち電磁駆動ポンプ１００が正常であると判断する。一方、異常判定装置２００は、所定時間Ｔにおける電流値の最小値I１が閾値I０未満であった場合には、プランジャ１４０がロックされている、すなわち電磁駆動ポンプ１００に異常が発生していると判断する。

【0025】

上記構成のように電磁駆動ポンプ１００の異常判断に電流値を用いることにより、振動を参照して異常判断を判定する場合の外乱の影響を除外し、電磁駆動ポンプ１００の異常の有無をより正確に判断することができる。また従来用いられていた振動検出装置はポンプ本体に取り付けられる構成が一般的であるが、本実施形態の異常判定装置２００は電磁駆動ポンプ１００ではなく駆動回路２０２上に配置される。したがって、取付箇所の制約を受けることがなく、且つポンプ本体の仕様にかかわらず適用することでき高い汎用性を得ることが可能である。

【0026】

なお図３（ａ）に例示するように、異常が発生していない電磁ポンプ１００の電流値は、電磁駆動ポンプ１００を停止すると急激な低下の後、一旦上昇に転じ（一時的な上昇）、その後に再び緩やかに低下する。この電流値が低下する過程でみられる一時的な電流値の上昇はフライホイールダイオード２０８が設けられた駆動回路２０２において、電磁駆動ポンプ１００に異常が発生していない場合（正常な場合）のみに現れる特徴であり、電磁駆動ポンプ１００に異常が発生してプランジャ１４０がロックされた状態では現れない。したがって、本実施形態のように駆動回路２０２にフライホイールダイオード２０８を設ければ、電磁駆動ポンプ１００の異常の有無をより正確且つ確実に判断することができる。

【0027】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0028】

本発明は、電磁コイルによってプランジャを往復運動させて流体を圧送する電磁駆動ポンプの異常判定装置に利用することができる。

【符号の説明】

【0029】

１００…電磁駆動ポンプ、１１０…ハウジング、１１２…ポンプ室、１２０…電磁コイル、１３０…固定鉄心、１４０…プランジャ、１４２…ガイド、１４４…スプリング、１５０…吸込弁、１６０…吐出弁、１７０…吐出口本体、１７２…吐出口、２００…異常判定装置、２０２…駆動回路、２０４…電源、２０６…スイッチ、２０８…フライホイールダイオード、２１０…電流計、２２０…判定部

【図1】

【図2】

【図3】