JP3263161B2

JP3263161B2 - 可動磁石式往復動流体機械

Info

Publication number: JP3263161B2
Application number: JP35468692A
Authority: JP
Inventors: 康之平林; 貴俊大山; 尋之宗野; 重男斉藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 2002-03-04
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JPH06185456A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、流体ポンプ、コンプレ
ッサ等の用途に使用できる可動磁石式往復動流体機械に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シリンダ内に設けられたピストン
を磁性アーマチュアに連結し、該磁性アーマチュアを固
定電磁回路によって電磁吸引して往動させ、かつばね等
の機械的復帰機構で復動させる如き電磁往復動流体機械
が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、磁性アーマ
チュアと固定電磁回路を組み合わせた従来の電磁往復動
流体機械は、ばね等の機械的復帰機構が必要不可欠で、
機構の複雑化や形状の大型化を招く問題がある。また、
ピストンの操作力を増大させるためには磁性アーマチュ
ア及び固定電磁回路が大型化してしまう。

【０００４】本発明は、上記の点に鑑み、機械的復帰機
構が不要で機構の簡略化ができ、小型にしてピストン、
ダイアフラム等の往復駆動体の操作力の大きな可動磁石
式往復動流体機械を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の可動磁石式往復動流体機械は、同極対向さ
れた少なくとも２個の永久磁石間に磁性体を設けて磁石
可動体を構成し、相互の位置関係が一定に規制された少
なくとも３連のコイルの内側に当該磁石可動体を移動自
在に設け、前記少なくとも３連のコイルを、各永久磁石
の磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れる如く結
線し、前記少なくとも３連のコイルに対し一定位置関係
に設けられたケーシング室に対し往復駆動体を設けると
ともに、該往復駆動体を前記磁石可動体に連結した構成
としている。

【０００６】

【作用】本発明の可動磁石式往復動流体機械において
は、ケーシング室に対し往復動自在なピストン、ダイア
フラム等を駆動する機構として、磁石可動体とコイル間
のフレミングの左手の法則に基づいて与えられる推力に
準ずる操作力を発生する往復動アクチュエータを用いて
いる。このため、交流電圧にて直接電磁往復動させられ
るため、ばね等の機械的復帰機構が不要で機構の簡略化
ができ、磁石可動体の往復運動の方向に垂直な方向の偏
りも発生せず、円滑に磁石可動体を作動させることがで
きる。しかも、前記磁石可動体として同極対向された少
なくとも２個の永久磁石間に磁性体を設けたものを用
い、各永久磁石の磁極間を境にして相異なる方向に電流
が流れる如く結線した少なくとも３連のコイルを用いて
おり、永久磁石の各磁極が発生する磁束を有効に利用し
て大きな操作力を得ることができる。

【０００７】図３は本発明の可動磁石式往復動流体機械
に用いる往復動アクチュエータの動作原理を説明するた
めの概略構成図であり、図４は性能を比較するための往
復動アクチュエータの第１比較例、図５は第２比較例で
ある。

【０００８】図３の本発明で用いる往復動アクチュエー
タにおいて、磁石可動体３は同極対向配置の２個の円柱
状永久磁石５Ａ，５Ｂと、これらの永久磁石５Ａ，５Ｂ
間に固着される円柱状軟磁性体６とを一体化したもので
あり、３連のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、磁石可動体３
の外周側を周回する如く巻回され、磁石可動体３を構成
する永久磁石５Ａの左端、永久磁石５Ａ，５Ｂの同極対
向端、及び永久磁石５Ｂの右端の磁極からの磁束とそれ
ぞれ鎖交するように配置されている。これらのコイル２
Ａ，２Ｂ，２Ｃは永久磁石５Ａ，５Ｂの磁極間を境にし
て相異なる方向に電流が流れる如く結線されている（磁
極間の境は磁極と磁極の間であれば必ずしも磁極中間位
置になくともよい。）。なお、図示は省略してあるが、
コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃは通常磁石可動体３を軸方向に
移動自在にガイドするためのガイド筒体に装着される。
コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃと磁石可動体３との位置関係
は、当該磁石可動体３の停止時を含む大部分の可動位置
において、永久磁石磁極間を境にして各コイルに流れる
電流が相互に逆向きとなるように設定しておく。

【０００９】一方、図４の第１比較例において、１０は
軸方向に着磁した棒状の永久磁石からなる磁石可動体で
あり、両端面に磁極を有している。コイル１１Ａ，１１
Ｂは、磁石可動体１０の端部外周側をそれぞれ環状に周
回するように巻回され、隣合う部分に同極が発生するよ
うになっている。なお、図示は省略してあるが、コイル
１１Ａ，１１Ｂは通常磁石可動体１０を軸方向に移動自
在にガイドするためのガイド筒体に装着される。そし
て、磁石可動体１０の各端面からの磁束がそれぞれコイ
ル１１Ａ，１１Ｂと鎖交している。

【００１０】図５の第２比較例において、磁石可動体１
５は同極対向配置の２個の棒状永久磁石１６Ａ，１６Ｂ
と、これらの永久磁石１６Ａ，１６Ｂ間に固着される棒
状軟磁性体１７とを固着一体化したものであり、コイル
１８は磁石可動体１５の中間部外周側をそれぞれ環状に
周回するように巻回されている。なお、図示は省略して
あるが、コイル１８は通常磁石可動体１５を軸方向に移
動自在にガイドするためのガイド筒体に装着される。そ
して、磁石可動体１５の同極対向した永久磁石端面から
の磁束がコイル１８と鎖交している。

【００１１】ところで、第１比較例及び第２比較例にお
いて、磁石可動体１０，１５に発生する推力は、基本的
にはフレミングの左手の法則に基づいて与えられる推力
に準ずるものである（フレミングの左手の法則はコイル
に対して適用されるが、ここではコイルが固定のため、
磁石可動体にコイルに作用する力の反力としての推力が
発生する。）。したがって、推力に寄与するのは、磁石
可動体が有する永久磁石の磁束の垂直成分（永久磁石の
軸方向に直交する成分）である。

【００１２】そこで、１個の永久磁石の場合、あるいは
２個の同極対向配置の永久磁石の場合について、磁束の
垂直成分がどのようになるのかそれぞれ解析してみた。

【００１３】図６は、単独の永久磁石の長手側面に沿っ
て表面磁束密度の垂直成分を磁場解析した結果を示す。
但し、永久磁石は希土類永久磁石であって、直径２.５m
m、長さ６mmで、永久磁石表面から０.２５〜０.４５mm
離れた位置を計測した。

【００１４】図７は、２個の永久磁石を同極対向配置と
し、かつ直接接合した場合において、２個の永久磁石の
長手側面に沿って表面磁束密度の垂直成分を磁場解析し
た結果を示す。但し、各永久磁石は希土類永久磁石であ
って、直径２.５mm、長さ３mm（２個で６mm）で、永久
磁石表面から０.２５〜０.４５mm離れた位置を計測し
た。

【００１５】図８は、２個の永久磁石を同極対向配置と
し、かつ対向間隔を１mmとした場合において、２個の永
久磁石の長手側面に沿って表面磁束密度の垂直成分を磁
場解析した結果を示す。但し、各永久磁石は希土類永久
磁石であって、直径２.５mm、長さ３mmで、永久磁石表
面から０.２５〜０.４５mm離れた位置を計測した。

【００１６】図９は、２個の永久磁石を同極対向配置と
し、かつ対向間隔を２mmとした場合において、２個の永
久磁石の長手側面に沿って表面磁束密度の垂直成分を磁
場解析した結果を示す。但し、各永久磁石は希土類永久
磁石であって、直径２.５mm、長さ３mmで、永久磁石表
面から０.２５〜０.４５mm離れた位置を計測した。

【００１７】図１０は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、かつ対向間隔を３mmとした場合において、２個の
永久磁石の長手側面に沿って表面磁束密度の垂直成分を
磁場解析した結果を示す。但し、各永久磁石は希土類永
久磁石であって、直径２.５mm、長さ３mmで、永久磁石
表面から０.２５〜０.４５mm離れた位置を計測した。

【００１８】図１１は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、両永久磁石間に長さ１mmの軟磁性体を配置した場
合において、２個の永久磁石の長手側面に沿って表面磁
束密度の垂直成分を磁場解析した結果を示す。但し、各
永久磁石は希土類永久磁石であって、直径２.５mm、長
さ３mmで、永久磁石表面から０.２５〜０.４５mm離れた
位置を計測した。

【００１９】図１２は、２個の永久磁石を同極対向配置
とし、両永久磁石間に長さ１mmの軟磁性体を配置し、さ
らに２個の永久磁石の外周に対向させて軟磁性体ヨーク
を配設した場合において、２個の永久磁石の長手側面に
沿って表面磁束密度の垂直成分を磁場解析した結果を示
す。但し、各永久磁石は希土類永久磁石であって、直径
２.５mm、長さ３mmで、ヨークは永久磁石を取り囲む円
筒形状で厚み０.５mm、長さ１０mmで永久磁石外周から
１.２５mm離間した位置となっており、表面磁束密度の
垂直成分は永久磁石表面から０.２５〜０.４５mm離れた
位置を計測した。

【００２０】上述したように、磁石可動体に発生する推
力は、基本的にはフレミングの左手の法則に基づいて与
えられる推力に準ずるものであり、コイルと鎖交する永
久磁石の磁束の垂直成分（永久磁石の軸方向に直交する
成分）が多いことが望まれるが、図４の第１比較例で
は、表面磁束密度の垂直成分は図６のようになり、図７
乃至図１２の２個の永久磁石を同極対向配置とした場合
に比較して垂直成分が少ないことが判明した。このため
図４の第１比較例の構成では、推力の向上に限界があ
る。例えば、磁石可動体１０を直径２.５mm、長さ６mm
の希土類永久磁石で構成し、２個のコイル１１Ａ，１１
Ｂの隣合う部分に同極が発生するように各コイル１１
Ａ，１１Ｂに４０ｍＡの電流を流したときに発生する推
力Ｆ１は４.７（gf）であった。

【００２１】また、図５の第２比較例では、２個の同極
対向の永久磁石間に軟磁性体を配した磁石可動体１５を
用いており、磁束密度の垂直成分は図１１に示す如くな
り、同極対向の永久磁石１６Ａ，１６Ｂの磁極から出る
磁束は１個の永久磁石の場合（図６参照）や２個の永久
磁石のみの場合（図７乃至図１０参照）よりも多くなる
が、コイルが磁石可動体１５の中間部を囲む１個のみで
あり、磁石可動体１５の両端面の磁極による磁束は有効
に利用していない嫌いがある。このため、図５の第２比
較例の場合も推力の向上が難しかった。例えば、図５の
第２比較例において磁石可動体１５として直径２.５m
m、長さ３mmの希土類永久磁石を２個用い（希土類永久
磁石の性能は第１比較例と同じとする）、かつ両者間に
長さ１mmの軟磁性体を配置したものを用い、図４の第１
比較例と同じ消費電力となるように作成したコイル１８
に４０ｍＡの電流を流し、第１比較例と同じ消費電力と
したときに発生する推力Ｆ２は５.６（gf）であった。

【００２２】一方、図３の本発明で用いる往復動アクチ
ュエータにおける磁石可動体３の構造は、図１１のよう
に２個の永久磁石を同極対向させかつ永久磁石間に軟磁
性体を配置したものである。この図１１のときは軟磁性
***置に相当する領域Ｑの表面磁束密度の垂直成分は、
軟磁性体の無い図７乃至図１０よりも優れている（磁束
密度０.３Ｔ以上のピークの幅が広くかつピークが高
い。）。

【００２３】このように、２個の永久磁石５Ａ，５Ｂを
同極対向させかつ永久磁石間に軟磁性体６を設けた磁石
可動体３は、フレミングの左手の法則に基づく推力に寄
与できる磁石可動体３の長手方向に垂直な磁束成分を大
きくでき、かつ３連のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃは永久磁
石の全磁極の磁束と有効に鎖交するので、３連のコイル
２Ａ，２Ｂ，２Ｃに交互に逆極性の磁界を発生する向き
に電流を通電することにより、比較例１，２では到達し
得ない大きな推力を発生することができる。各コイルの
電流を反転させれば磁石可動体３の推力の向きも反転す
る。交流電流を流した場合には、一定周期で振動を繰り
返す往復動アクチュエータとして働く。

【００２４】本発明で用いる往復動アクチュエータに係
る図３の場合、例えば、磁石可動体３として直径２.５m
m、長さ３mmの希土類永久磁石を２個用い（希土類永久
磁石の性能は第１比較例と同じとする）、かつ両者間に
長さ１mmの軟磁性体を配置したものを用い、図４、図５
の第１、第２比較例と同じ消費電力となるように作成し
た３連のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃに４０ｍＡの電流を流
し、同じ消費電力としたときに発生する推力Ｆ３は６.
７（gf）であった。これは、同一消費電力の第１比較例
の場合の約１.４２倍の推力であり、また第２比較例の
約１.２倍の推力であり、第１及び第２比較例に比較し
て格段に優れていることが判る。

【００２５】図１３の曲線（イ）は図３（ヨーク無し）
の場合の磁石可動体３の軸方向変位量と推力（gf）との
関係を示す。但し、永久磁石の寸法、特性は図１１に示
したものとするとともに、磁石可動体３の中間点が中央
のコイル２Ｂの中間点に位置するときを変位量零とし、
各コイルの電流は４０ｍＡとした。

【００２６】このように、本発明で用いる往復動アクチ
ュエータは、同極対向の永久磁石間に軟磁性体を挟んだ
構造体で磁石可動体を構成しており、永久磁石の着磁方
向（軸方向）に垂直な磁束密度成分を充分大きくできか
つ永久磁石の全ての磁極の発生する磁束を有効利用でき
るので、磁石可動体を取り巻くように周回した少なくと
も３連のコイルに流れる電流との間のフレミングの左手
の法則に基づく推力を充分大きくでき、小型、小電流で
大きな推力を得ることができることがわかる。さらに、
各コイルに交流電流を流すことで磁石可動体の往復運動
が可能であり、磁石可動体をピストンに連結することに
より、ばね等の機械的復帰機構が無くとも円滑な往復運
動が可能で、機構の簡略化も可能である。

【００２７】

【実施例】以下、本発明に係る可動磁石式往復動流体機
械の実施例を図面に従って説明する。

【００２８】図１及び図２は本発明の第１実施例を示
す。これらのにおいて、１０は往復動アクチュエータ、
２０はケーシング室としてのシリンダ室、３０は該シリ
ンダ室に摺動自在に設けられた往復駆動体としてのピス
トンであり、往復動アクチュエータ１０にて駆動される
ものである。

【００２９】往復動アクチュエータ１０は、軟磁性体の
円筒状ヨーク１と、該円筒状ヨーク１の内側に配置され
た３連のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃと、磁石可動体３とを
有し、３連のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃは磁石可動体３を
摺動自在に案内するためのガイド筒体４を構成する絶縁
樹脂等の絶縁部材（非磁性材）で円筒状ヨーク１に固着
されている。磁石可動体３は、同極対向配置の２個の円
柱状希土類永久磁石５Ａ，５Ｂと、これらの永久磁石５
Ａ，５Ｂ間に配置される円柱状軟磁性体６と、各永久磁
石５Ａ，５Ｂの外側端面にそれぞれ配置される軸部品８
Ａ，８Ｂと、非磁性筒状ホルダ７とからなり、それらの
永久磁石５Ａ，５Ｂ、軟磁性体６及び軸部品８Ａ，８Ｂ
の円板状部９Ａ，９Ｂは筒状ホルダ７内に収納され接着
剤、あるいはホルダ端部のかしめ等で固定されている。
前記３連のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃは永久磁石５Ａ，５
Ｂの磁極間を境にして相異なる方向に電流が流れる如く
結線されている。すなわち、中央のコイル２Ｂは軟磁性
体６及び永久磁石５Ａ，５ＢのＮ極を含む端部を囲み、
両側のコイル２Ａ，２Ｃは、永久磁石５Ａ，５ＢのＳ極
を含む端部をそれぞれ囲むことができるようになってお
り、かつ中央のコイル２Ｂに流れる電流の向きと、両側
のコイル２Ａ，２Ｃの電流の向きとは逆向きである（図
１の各コイルに付したＮ，Ｓを参照）。

【００３０】前記磁石可動体３を摺動自在に案内するた
めのガイド筒体４の左側に前記シリンダ室２０が形成さ
れており、右側に前記軸部品８Ｂの軸１１Ｂが摺動自在
に嵌合する軸受穴２１が形成されている。そして、前記
軸部品８Ａの軸１１Ａの先端面に前記ピストン３０がボ
ルト３１で固定されている。ピストン３０の端面には吸
入穴３２が形成されており、該吸入穴３２を閉塞するゴ
ム等の可撓性板材の吸入弁３３が前記ボルト３１でピス
トン３０の端面に重なるように取り付けられている。前
記シリンダ室２０の右寄り位置に連通するように前記円
筒状ヨーク１及びガイド筒体４を貫通する吸気穴３４
が、左寄り位置に連通するように前記円筒状ヨーク１及
びガイド筒体４を貫通する排気穴３５が形成されてい
る。なお、シリンダ室２０の左側開口を密閉するために
Ｏリング３６を介して蓋体３７が前記円筒状ヨーク１に
固着されている。

【００３１】この第１実施例では、往復動アクチュエー
タ１０の各コイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃの外周側に軟磁性体
の円筒状ヨーク１が設けられているため、磁石可動体３
の表面磁束密度の垂直成分は、図１２に示す如く、さら
に増大する。このため、フレミングの左手の法則に基づ
く推力に寄与できる磁石可動体３の長手方向に垂直な磁
束成分を大きくでき、磁石可動体３の周囲を環状に巻回
する３連のコイル２Ａ，２Ｂ，２Ｃに交互に逆極性の磁
界を発生する向きに電流を通電することにより、いっそ
う大きな推力を発生することができる。例えば、磁石可
動体３として直径２.５mm、長さ３mmの希土類永久磁石
を２個用い（希土類永久磁石の性能は第１比較例と同じ
とする）、かつ両者間に長さ１mmの軟磁性体を配置した
ものを用い、図４、図５の第１、第２比較例と同じ消費
電力となるように作成した３連のコイル２Ａ，２Ｂ，２
Ｃに４０ｍＡの電流を流し、同じ消費電力としたときに
発生する推力Ｆ４は８.０（gf）であった。推力Ｆ４の
向きは、図１の極性では、磁石可動体３が右方向に移動
する向きであり、各コイルの電流を反転させれば磁石可
動体３の推力の向きも反転する。したがって、各コイル
に交流電流を流すことで、一定周期で往復運動を繰り返
す小型で推力の大きな往復動アクチュエータとして機能
する。

【００３２】図１３の曲線（ロ）は第１実施例（但し、
永久磁石及びヨークの寸法、配置及び永久磁石の特性は
図１２の通り）の場合の磁石可動体３の軸方向変位量と
推力（gf）との関係であって変位量零の点から離れる方
向に磁石可動体が動作するときを示す。また、曲線
（ハ）は第１実施例（ヨーク有り）の場合の磁石可動体
３の軸方向変位量と推力（gf）との関係であって変位量
零の点に近付く方向に動作するときを示す。但し、磁石
可動体３の中間点が中央のコイル２Ｂの中間点に位置す
るときを変位量零とし、各コイルの電流は４０ｍＡとし
た。このように、磁石可動体３が変位量零の点に近付く
か又は離れるかによって推力が相違するのは、磁石可動
体３の永久磁石の磁極とヨーク１との間に磁石可動体３
を変位量零点に戻す磁気吸引力が働いているからであ
る。

【００３３】上記したように、第１実施例における往復
動アクチュエータ１０は小型で推力の大きなものであ
り、これでシリンダ室２０内のピストン３０を往復動さ
せることで小型で効率の良いエアーポンプを実現でき
る。すなわち、磁石可動体３が図１の右方向に動くと
き、吸入弁３３が開きシリンダ室２０の左側に吸気穴３
４及び吸入穴３２を介して空気を吸入し、磁石可動体３
の左方向の動きでシリンダ室左側の空気を圧縮して排気
穴３５を介し送出することができる。

【００３４】図１４は本発明の第２実施例を示す。この
場合、シリンダ室及びピストン等を往復動アクチュエー
タ１０の磁石可動体３の両側に設けて、２個のポンプ部
４０Ａ，４０Ｂを構成している。図１４において、往復
動アクチュエータ１０の構成は前述の第１実施例と実質
的に同じであり、前記磁石可動体３を摺動自在に案内す
るためのガイド筒体４の左側にポンプ部４０Ａが構成さ
れている。すなわち、ガイド筒体４の左側にシリンダ室
２０Ａが形成されており、軸部品８Ａの軸１１Ａの先端
面にピストン３０Ａがボルト３１Ａで固定されている。
ピストン３０Ａの端面には吸入穴３２Ａが形成されてお
り、該吸入穴３２Ａを閉塞するゴム等の可撓性板材の吸
入弁３３Ａが前記ボルト３１Ａでピストン３０Ａの端面
に重なるように取り付けられている。また、シリンダ室
２０Ａの左側開口を密閉するためにＯリング３６を介し
て蓋体３７Ａが前記円筒状ヨーク１に固着されている。
前記シリンダ室２０Ａの右寄り位置に連通するように円
筒状ヨーク１及びガイド筒体４を貫通する吸気穴３４Ａ
が、シリンダ室２０Ａの側壁を成す蓋体３７Ａに排気穴
３５Ａがそれぞれ形成されている。

【００３５】同様に、前記磁石可動体３を摺動自在に案
内するためのガイド筒体４の右側にポンプ部４０Ｂが構
成されている。すなわち、ガイド筒体４の右側にシリン
ダ室２０Ｂが形成されており、軸部品８Ｂの軸１１Ｂの
先端面にピストン３０Ｂがボルト３１Ｂで固定されてい
る。ピストン３０Ｂの端面には吸入穴３２Ｂが形成され
ており、該吸入穴３２Ｂを閉塞するゴム等の可撓性板材
の吸入弁３３Ｂが前記ボルト３１Ｂでピストン３０Ｂの
端面に重なるように取り付けられている。また、シリン
ダ室２０Ｂの左側開口を密閉するためにＯリング３６を
介して蓋体３７Ｂが前記円筒状ヨーク１に固着されてい
る。前記シリンダ室２０Ｂの左寄り位置に連通するよう
に前記円筒状ヨーク１及びガイド筒体４を貫通する吸気
穴３４Ｂが、シリンダ室２０Ｂの側壁を成す蓋体３７Ｂ
に排気穴３５Ｂが形成されている。

【００３６】この第２実施例によれば、往復動アクチュ
エータ１０で２個のポンプ部４０Ａ，４０Ｂを効率的に
駆動することができる。

【００３７】図１５は本発明の第３実施例を示す。この
場合、ピストン側には弁を設けずに、流体吸入口及び流
体吐出口にそれぞれ逆止弁を設けている。図１５におい
て、往復動アクチュエータ１０の構成は前述の第１実施
例と同じであり、磁石可動体３を摺動自在に案内するた
めのガイド筒体４の左側にシリンダ室２０が形成されて
おり、右側に軸部品８Ｂの軸１１Ｂが摺動自在に嵌合す
る軸受穴２１が形成されている。そして、軸部品８Ａの
軸１１Ａの先端面にピストン３０がボルト３１で固定さ
れている。また、シリンダ室２０の左側開口を密閉する
如くＯリング３６を介して連結ブロック４１が前記円筒
状ヨーク１に固着されている。該連結ブロック４１は流
体吸入側から吐出側に貫通した流体通路４２を有すると
ともに、該流体通路４２とシリンダ室２０とを連通させ
る連通路４３を有している。流体通路４２の一方に連通
する流体吸入口４４を有する吸入口部品４５が前記連結
ブロック４１に螺着され、流体通路４２の他方に連通す
る流体吐出口４６を有する吐出口部品４７が前記連結ブ
ロック４１に螺着されている。そして、吸入口部品４５
の内部にはシール材が設けられた弁座部５０が形成さ
れ、さらに弁体としての鋼球５１、鋼球５１に当接する
ばね受け５２、圧縮ばね５３、ばね押え５４、吸入口部
品４５の内面に固定される止め輪５５が配設されてい
る。弁体としての鋼球５１は圧縮ばね５３で弁座部５０
に圧接するように付勢されており、逆流防止のための逆
止弁を構成している。同様に、吐出口部品４７の内部に
は、シール材が設けられた弁座部６０が形成され、さら
に弁体としての鋼球６１、鋼球６１に当接するばね受け
６２、圧縮ばね６３、ばね押え６４、吐出口部品４７の
内面に固定される止め輪６５が配設されている。弁体と
しての鋼球６１は圧縮ばね６３で弁座部６０に圧接する
ように付勢されており、逆流防止のための逆止弁を構成
している。

【００３８】この第３実施例においても、ピストン３０
を往復動させ、ピストン３０で隔離されたシリンダ室２
０の左側の流体導入室７０の体積を増減することで、流
体の吸入口４４からの流体の吸入、吐出口４６からの流
体の吐出を交互に繰り返し実行することができる。

【００３９】図１６は本発明の第４実施例を示す。この
場合は、ピストンに代えて往復動するダイアフラムを使
用している。すなわち、往復動アクチュエータ１０の構
成は前述の第１実施例と同じであり、磁石可動体３を摺
動自在に案内するためのガイド筒体４の左側にケーシン
グ室８０の右部分が形成されており、ケーシング室８０
の左部分を構成する有蓋筒体８１の端面と前記ガイド筒
体４の端面間に可撓性（弾性）を持つ薄板状のダイアフ
ラム８２の周縁部が挟持、固定されている。有蓋筒体８
１は前記円筒状ヨーク１のフランジ部に固着されてお
り、吸気穴８３及び排気穴８４を有している。そして、
吸気穴８３の内側、及び排気穴８４の外側にそれぞれ逆
流防止用の弁８５，８６が設けられている。例えば弁８
５，８６はゴム等の可撓性板材であり、一端にて有蓋筒
体８１に固定されている。ダイアフラム８２の中央部は
磁石可動体３に一体の軸部８０Ａの軸１１Ａに連結され
ている。

【００４０】この第４実施例においても、ダイアフラム
８２を往復動させ、ダイアフラム８２で隔離されたケー
シング室８０の左側の流体導入室９０の体積を増減する
ことで、空気等の吸気穴８３からの吸入、排気穴８４か
らの排出を交互に繰り返し実行することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の可動磁石
式往復動流体機械によれば、次のような効果を得ること
ができる。（１）往復動アクチュエータでピストンやダイアフラ
ム等の往復駆動体を駆動する構成であり、該往復動アク
チュエータは永久磁石とコイル間に働くフレミングの左
手の法則に準ずる推力を発生するもので、効率が良好で
あり、小型で大きな推力を発生可能である。また、電力
消費を少なくでき、放熱対策も容易である。（２）磁性アーマチュアと固定電磁回路を組み合わせ
た従来の電磁往復動流体機械は、磁性アーマチュアが偏
倚しやすく、磁性アーマチュアの円滑な往復動が妨げら
れたり、磁性アーマチュアの摩耗が問題となるが、本発
明で用いる往復動アクチュエータはフレミングの左手の
法則に基づく推力であり、磁石可動体の偏倚は発生しに
くく、摩耗の問題も少なく、長寿命とすることができ
る。（３）交流電圧にて直接電磁往復動させられるため、
復帰用ばね等の機械的復帰機構が不要であり、部品点数
の削減、機構の簡略化、更には小型化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る可動磁石式往復動流体機械の第１
実施例を示す正断面図である。

【図２】同側面図である。

【図３】本発明で用いる往復動アクチュエータの基本構
成を示す概略構成図である。

【図４】往復動アクチュエータの第１比較例を示す概略
構成図である。

【図５】往復動アクチュエータの第２比較例を示す概略
構成図である。

【図６】単一の永久磁石の長手側面（永久磁石の着磁方
向に平行な面）の表面磁束密度の垂直成分（長手側面に
垂直な成分）を示すグラフである。

【図７】２個の同極対向の永久磁石を直接的に対接状態
とした場合の長手側面の表面磁束密度の垂直成分を示す
グラフである。

【図８】２個の永久磁石を１mmのエアーギャップを介し
同極対向状態とした場合の長手側面の表面磁束密度の垂
直成分を示すグラフである。

【図９】２個の永久磁石を２mmのエアーギャップを介し
同極対向状態とした場合の長手側面の表面磁束密度の垂
直成分を示すグラフである。

【図１０】２個の永久磁石を３mmのエアーギャップを介
し同極対向状態とした場合の長手側面の表面磁束密度の
垂直成分を示すグラフである。

【図１１】２個の永久磁石を軟磁性体を介し同極対向状
態とした場合の長手側面の表面磁束密度の垂直成分を示
すグラフである。

【図１２】２個の永久磁石を軟磁性体を介し同極対向状
態とし、かつ軟磁性体ヨークを配置した場合の長手側面
の表面磁束密度の垂直成分を示すグラフである。

【図１３】図１及び図３の往復動アクチュエータにおけ
る磁石可動体の変位量と推力との関係を示すグラフであ
る。

【図１４】本発明の第２実施例を示す正断面図である。

【図１５】本発明の第３実施例を示す正断面図である。

【図１６】本発明の第４実施例を示す正断面図である。

【符号の説明】

１円筒状ヨーク２Ａ，２Ｂ，２Ｃコイル３磁石可動体４ガイド筒体５Ａ，５Ｂ円柱状永久磁石６円柱状軟磁性体７円筒状ホルダ８Ａ，８Ｂ軸部品１０往復動アクチュエータ２０，２０Ａ，２０Ｂシリンダ室３０，３０Ａ，３０Ｂピストン３２，３２Ａ，３２Ｂ吸入穴３３，３３Ａ，３３Ｂ吸入弁３４，３４Ａ，３４Ｂ，８３吸気穴３５，３５Ａ，３５Ｂ，８４排気穴３７，３７Ａ，３７Ｂ蓋体４０Ａ，４０Ｂポンプ部４１連結ブロック４２流体通路４３連通路４５吸入口部品４７吐出口部品８０ケーシング室８１有蓋筒体８５，８６弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤重男東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティーディーケイ株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 17/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】同極対向された少なくとも２個の永久磁
石間に磁性体を設けて磁石可動体を構成し、相互の位置
関係が一定に規制された少なくとも３連のコイルの内側
に当該磁石可動体を移動自在に設け、前記少なくとも３
連のコイルを、各永久磁石の磁極間を境にして相異なる
方向に電流が流れる如く結線し、前記少なくとも３連の
コイルに対し一定位置関係に設けられたケーシング室に
対し往復駆動体を設けるとともに、該往復駆動体を前記
磁石可動体に連結したことを特徴とする可動磁石式往復
動流体機械。
【請求項２】前記ケーシング室がシリンダ室を構成
し、該シリンダ室に前記往復駆動体としてのピストンが
摺動自在に設けられている請求項１記載の可動磁石式往
復動流体機械。
【請求項３】前記ピストンの端面に吸入穴及び該吸入
穴を閉塞する吸入弁が設けられている請求項２記載の可
動磁石式往復動流体機械。
【請求項４】前記往復駆動体が可撓性を有するダイア
フラムであり、該ダイアフラム周縁部が前記ケーシング
室に固定されている請求項１記載の可動磁石式往復動流
体機械。
【請求項５】前記コイル外周側に磁性体ヨークを設け
て、前記永久磁石の着磁方向に垂直な方向の磁束成分を
増加させるための磁気回路を構成した請求項１記載の可
動磁石式往復動流体機械。