JP4570342B2 - 電磁ポンプの固定子 - Google Patents
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Description
本発明は電磁式ポンプの固定子に関し、より詳細には気体、液体等の流体の輸送に使用
するコンパクトな電磁式ポンプの固定子に関する。
するコンパクトな電磁式ポンプの固定子に関する。
本件出願人は先に固定子側のシリンダ室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し第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化薄型化された電磁式ポンプを提案し
た。（特許文献１参照）。
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し第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化薄型化された電磁式ポンプを提案し
た。（特許文献１参照）。
図７に可動子１０１と固定子１０２の要部断面構造を示す。尚、可動子１０１と固定子
１０２との間のシリンダ部は省略されている。可動子１０１のマグネット１０３のＮ極側
より発生した磁束は、インナーヨーク１０４ａ、アウターヨーク１０５、インナーヨーク
１０４ｂを経てマグネット１０３のＳ極側へ戻る磁気回路が形成される。電磁コイル１０
６ａ、１０６ｂへ通電することにより、当該電磁コイル１０６ａ、１０６ｂは上述した磁
界から電磁力を受けるが、電磁コイル１０６ａ、１０６ｂは固定子１０１側に固定されて
いるため、反作用として可動子１０２がシリンダの軸線方向（図７の上下方向）へ移動す
る。
特願２００２−２８６１８８号
１０２との間のシリンダ部は省略されている。可動子１０１のマグネット１０３のＮ極側
より発生した磁束は、インナーヨーク１０４ａ、アウターヨーク１０５、インナーヨーク
１０４ｂを経てマグネット１０３のＳ極側へ戻る磁気回路が形成される。電磁コイル１０
６ａ、１０６ｂへ通電することにより、当該電磁コイル１０６ａ、１０６ｂは上述した磁
界から電磁力を受けるが、電磁コイル１０６ａ、１０６ｂは固定子１０１側に固定されて
いるため、反作用として可動子１０２がシリンダの軸線方向（図７の上下方向）へ移動す
る。
図７に示す電磁ポンプの構成では、可動子１０１のインナーヨーク１０４ａ、１０４ｂ
と固定子１０２のアウターヨーク１０５との距離が長いため、可動子１０１のマグネット
１０３から発生した磁束がアウターヨーク１０５に到達するまでに外部に漏れ易く、電磁
コイル１０６ａ、１０６ｂへの通電により可動子１０１へ作用する電磁力が有効に利用で
きない。よって、可動子１０１に作用する推力が小さくポンプの駆動効率が悪いという課
題があった。漏れ磁束を減らして効率を向上させるためには固定子１０２を大きくする必
要があるが、電磁ポンプの小型化が図れない。また、可動子１０１の可動範囲がシリンダ
の軸方向中央部から上方若しくは下方へずれた場合に、シリンダを閉止する上下フレ−ム
体に可動子１０１が直接当たって騒音が発生するおそれがあった。
と固定子１０２のアウターヨーク１０５との距離が長いため、可動子１０１のマグネット
１０３から発生した磁束がアウターヨーク１０５に到達するまでに外部に漏れ易く、電磁
コイル１０６ａ、１０６ｂへの通電により可動子１０１へ作用する電磁力が有効に利用で
きない。よって、可動子１０１に作用する推力が小さくポンプの駆動効率が悪いという課
題があった。漏れ磁束を減らして効率を向上させるためには固定子１０２を大きくする必
要があるが、電磁ポンプの小型化が図れない。また、可動子１０１の可動範囲がシリンダ
の軸方向中央部から上方若しくは下方へずれた場合に、シリンダを閉止する上下フレ−ム
体に可動子１０１が直接当たって騒音が発生するおそれがあった。
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、漏
れ磁束を減らしてポンプの出力効率の改善を図り、駆動時の騒音を低減して安定したポン
プ特性が得られる電磁式ポンプの固定子を提供することにある。
れ磁束を減らしてポンプの出力効率の改善を図り、駆動時の騒音を低減して安定したポン
プ特性が得られる電磁式ポンプの固定子を提供することにある。
本発明は、上記目的を達成するため、次の構成を備える。
一対のフレーム体により両端面が閉止されたシリンダ内に、軸方向両端側外周面部に磁束作用面となるフランジ部が形成された磁性体を備えた可動子が軸線方向に往復動可能に収容され、当該可動子の移動方向両側面とフレーム体の内壁面との間に各々ポンプ室が形成され、前記シリンダ内の周囲に互いに逆向きに電流が流れるように設けられた空芯の電磁コイルが嵌め込まれてなる電磁式ポンプの固定子であって、前記各電磁コイルの端面に磁性材からなるヨークが外周側でアウターヨークに囲まれかつ隣接するヨーク間に非磁性材からなるスペーサ又は間隙を介して可動子のフランジ部と対向するように各々設けられ、各電磁コイルへ通電方向を切り換えて通電する際に、フランジ部と中央端部ヨーク間及びフランジ部と両側端部ヨーク、アウターヨーク、中央端部ヨーク間に各々形成される磁気回路により可動子に作用する磁気吸引力の大小関係により当該可動子がいずれか一方側へ変位する動作を繰り返し、可動子がいずれか一方側へ変位した状態で各電磁コイルへの通電を遮断すると、可動子と一対の中央端部ヨーク間に形成される磁気回路によって可動範囲の中心部側に戻ろうとする復元力が作用することを特徴とする。
一対のフレーム体により両端面が閉止されたシリンダ内に、軸方向両端側外周面部に磁束作用面となるフランジ部が形成された磁性体を備えた可動子が軸線方向に往復動可能に収容され、当該可動子の移動方向両側面とフレーム体の内壁面との間に各々ポンプ室が形成され、前記シリンダ内の周囲に互いに逆向きに電流が流れるように設けられた空芯の電磁コイルが嵌め込まれてなる電磁式ポンプの固定子であって、前記各電磁コイルの端面に磁性材からなるヨークが外周側でアウターヨークに囲まれかつ隣接するヨーク間に非磁性材からなるスペーサ又は間隙を介して可動子のフランジ部と対向するように各々設けられ、各電磁コイルへ通電方向を切り換えて通電する際に、フランジ部と中央端部ヨーク間及びフランジ部と両側端部ヨーク、アウターヨーク、中央端部ヨーク間に各々形成される磁気回路により可動子に作用する磁気吸引力の大小関係により当該可動子がいずれか一方側へ変位する動作を繰り返し、可動子がいずれか一方側へ変位した状態で各電磁コイルへの通電を遮断すると、可動子と一対の中央端部ヨーク間に形成される磁気回路によって可動範囲の中心部側に戻ろうとする復元力が作用することを特徴とする。
上述した電磁式ポンプの固定子を用いれば、可動子から発生した磁束を固定子側の電磁
コイルの軸線方向端面に設けられた磁性材からなるヨークを通過して可動子へ戻る磁束が
増えるので漏れ磁束が減り、電磁コイルへの通電により鎖交する磁束数を確実に増やして
固定子を大型化することなくポンプ出力効率の改善を図ることができる。特に、シリンダ
の周囲に複数の電磁コイルが嵌め込まれ、各電磁コイルの軸線方向両端面に磁性材からな
るヨークが設けられている場合には、各電磁コイルへの通電により鎖交する磁束数を確実
に増やしてポンプの出力効率の向上が実現できる。
また、複数の電磁コイルの隣接する端面間に磁性材からなるヨークが非磁性材からなる
スペーサまたは間隙を介して設けられていたり、各電磁コイルの端面に設けられたヨーク
が可動子の磁束作用面に対向する当該電磁コイルの内壁側に延設されている場合には、可
動子がシリンダ軸方向の可動範囲の中央よりで往復動させることができ、フレ−ム体に当
たる事が無いので騒音を低減し、安定したポンプ特性が得られる。
コイルの軸線方向端面に設けられた磁性材からなるヨークを通過して可動子へ戻る磁束が
増えるので漏れ磁束が減り、電磁コイルへの通電により鎖交する磁束数を確実に増やして
固定子を大型化することなくポンプ出力効率の改善を図ることができる。特に、シリンダ
の周囲に複数の電磁コイルが嵌め込まれ、各電磁コイルの軸線方向両端面に磁性材からな
るヨークが設けられている場合には、各電磁コイルへの通電により鎖交する磁束数を確実
に増やしてポンプの出力効率の向上が実現できる。
また、複数の電磁コイルの隣接する端面間に磁性材からなるヨークが非磁性材からなる
スペーサまたは間隙を介して設けられていたり、各電磁コイルの端面に設けられたヨーク
が可動子の磁束作用面に対向する当該電磁コイルの内壁側に延設されている場合には、可
動子がシリンダ軸方向の可動範囲の中央よりで往復動させることができ、フレ−ム体に当
たる事が無いので騒音を低減し、安定したポンプ特性が得られる。
以下、本発明に係る電磁式ポンプの固定子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。図１は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。
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電磁
コイルの電磁力を可動子に作用させ、可動子を往復動させることによってポンプ作用をな
すように構成したものである。
詳細に説明する。図１は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。
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電磁
コイルの電磁力を可動子に作用させ、可動子を往復動させることによってポンプ作用をな
すように構成したものである。
図１において、先ず電磁式ポンプの全体構成について説明する。可動子１０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
０は円板状に形成したマグネット１２とマグネット１２を厚さ方向に挟持する一対のイン
ナーヨーク１４ａ、１４ｂとからなる。マグネット１２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１４ａ、１４ｂは磁性材によって形成され、各々のインナーヨーク１４ａ、１４ｂは、
マグネット１２よりも若干大径に形成された平板部１５ａと、平板部１５ａの周縁部に短
筒状に起立したフランジ部１５ｂとを備える。フランジ部１５ｂの外周面はマグネット１
２から発生した磁束の可動子１０側の磁束作用面となる。
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
０は円板状に形成したマグネット１２とマグネット１２を厚さ方向に挟持する一対のイン
ナーヨーク１４ａ、１４ｂとからなる。マグネット１２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１４ａ、１４ｂは磁性材によって形成され、各々のインナーヨーク１４ａ、１４ｂは、
マグネット１２よりも若干大径に形成された平板部１５ａと、平板部１５ａの周縁部に短
筒状に起立したフランジ部１５ｂとを備える。フランジ部１５ｂの外周面はマグネット１
２から発生した磁束の可動子１０側の磁束作用面となる。
封止材１６はマグネット１２の外周側面を被覆するプラスチック等の非磁性材である。
封止材１６はマグネット１２が錆びたりしないようマグネット１２が外部に露出しないよ
うに被覆する作用と、マグネット１２とインナーヨーク１４ａ、１４ｂとを一体に形成す
る作用を有する。封止材１６はインナーヨーク１４ａ、１４ｂに挟まれたマグネット１２
の外周側面を充填するように設けられているが、封止材１６の外周径はインナーヨーク１
４ａ、１４ｂの外周径よりも若干小径に形成されている。このように封止材１６を形成し
ておくと、インナーヨーク１４ａ、１４ｂの外周面を仕上げ研削する際に、封止材１６が
研削刃に接触せず、研削刃を傷めずに作業できるという利点と、封止材１６の熱膨張係数
がインナーヨーク１４ａ、１４ｂの熱膨張係数よりも大きい場合に、ポンプを高温状態で
使用したとき可動子１０とシリンダ間の空隙が封止材１６の熱膨張によって減少または無
くなることを防止し、ポンプを安定して動作させることができるという利点がある。
封止材１６はマグネット１２が錆びたりしないようマグネット１２が外部に露出しないよ
うに被覆する作用と、マグネット１２とインナーヨーク１４ａ、１４ｂとを一体に形成す
る作用を有する。封止材１６はインナーヨーク１４ａ、１４ｂに挟まれたマグネット１２
の外周側面を充填するように設けられているが、封止材１６の外周径はインナーヨーク１
４ａ、１４ｂの外周径よりも若干小径に形成されている。このように封止材１６を形成し
ておくと、インナーヨーク１４ａ、１４ｂの外周面を仕上げ研削する際に、封止材１６が
研削刃に接触せず、研削刃を傷めずに作業できるという利点と、封止材１６の熱膨張係数
がインナーヨーク１４ａ、１４ｂの熱膨張係数よりも大きい場合に、ポンプを高温状態で
使用したとき可動子１０とシリンダ間の空隙が封止材１６の熱膨張によって減少または無
くなることを防止し、ポンプを安定して動作させることができるという利点がある。
次に、図１において電磁式ポンプの固定子側の構成について説明する。一対の非磁性材
からなる上フレーム体２０ａと下フレーム体２０ｂとを組み合わせて円筒状のシリンダが
形成され、このシリンダ内で上述した可動子１０が往復動可能に収容されている。本実施
形態においては、下フレーム体２０ｂのフレーム本体２２ｂに円筒状に形成したシリンダ
部２４が一体に形成されている。このシリンダ部２４の端部を上フレーム体２０ａのフレ
ーム本体２２ａに設けた嵌合溝２８に嵌合させることにより、一対のフレーム体２０ａ、
２０ｂにより軸方向両端面が閉止されたシリンダが形成される。嵌合溝２８のシリンダ部
２４の端面が当接する部位にはシール材２９が設けられており、シリンダ部２４の端面を
シール材２９に突き当てることにより、シリンダ内が外部からシールされる。なお、上フ
レーム体２０ａからシリンダ部２４を延出させて下フレーム体２０ｂに嵌合させることも
できる。また、シリンダ部２４を上フレーム体２０ａと下フレーム体２０ｂとで別体に形
成してもよい。
からなる上フレーム体２０ａと下フレーム体２０ｂとを組み合わせて円筒状のシリンダが
形成され、このシリンダ内で上述した可動子１０が往復動可能に収容されている。本実施
形態においては、下フレーム体２０ｂのフレーム本体２２ｂに円筒状に形成したシリンダ
部２４が一体に形成されている。このシリンダ部２４の端部を上フレーム体２０ａのフレ
ーム本体２２ａに設けた嵌合溝２８に嵌合させることにより、一対のフレーム体２０ａ、
２０ｂにより軸方向両端面が閉止されたシリンダが形成される。嵌合溝２８のシリンダ部
２４の端面が当接する部位にはシール材２９が設けられており、シリンダ部２４の端面を
シール材２９に突き当てることにより、シリンダ内が外部からシールされる。なお、上フ
レーム体２０ａからシリンダ部２４を延出させて下フレーム体２０ｂに嵌合させることも
できる。また、シリンダ部２４を上フレーム体２０ａと下フレーム体２０ｂとで別体に形
成してもよい。
このように、シリンダの両端面は上フレーム体２０ａと下フレーム体２０ｂによって閉
止され、可動子１０の移動方向両側面と上下フレーム体２０ａ、２０ｂの内壁面との間に
各々ポンプ室３０ａ、３０ｂが形成される。ポンプ室３０ａ、３０ｂは可動子１０の両端
面と上フレーム２０ａのフレーム本体２２ａ、下フレーム２０ｂのフレーム本体２２ｂと
の間に形成される空隙部分に相当する。なお、可動子１０はシリンダ部２４の内面に接触
した状態で、シリンダ部２４と気密あるいは液密にシールした状態で摺動する。可動子１
０の摺動性を良好にするため、インナーヨーク１４ａ、１４ｂの外周面にフッ素樹脂コー
ティングやＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）コーティング等の潤滑性と防錆力
を兼ね備えたコーティングを施す。また、可動子１０が周方向に回ることを防止する回り
止めを設けることもできる。
止され、可動子１０の移動方向両側面と上下フレーム体２０ａ、２０ｂの内壁面との間に
各々ポンプ室３０ａ、３０ｂが形成される。ポンプ室３０ａ、３０ｂは可動子１０の両端
面と上フレーム２０ａのフレーム本体２２ａ、下フレーム２０ｂのフレーム本体２２ｂと
の間に形成される空隙部分に相当する。なお、可動子１０はシリンダ部２４の内面に接触
した状態で、シリンダ部２４と気密あるいは液密にシールした状態で摺動する。可動子１
０の摺動性を良好にするため、インナーヨーク１４ａ、１４ｂの外周面にフッ素樹脂コー
ティングやＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）コーティング等の潤滑性と防錆力
を兼ね備えたコーティングを施す。また、可動子１０が周方向に回ることを防止する回り
止めを設けることもできる。
フレーム本体２２ａ、２２ｂの端面（内壁面）にはダンパー３２が取り付けられている
。ダンパー３２は可動子１０の移動範囲の終端位置でインナーヨーク１４ａ、１４ｂがフ
レーム本体２２ａ、２２ｂの端面に当接した際の衝撃を吸収するために設けられている。
なお、ダンパー３２はフレーム本体２２ａ、２２ｂの端面に設けるかわりに、インナーヨ
ーク１４ａ、１４ｂの端面であって、フレーム本体２２ａ、２２ｂに当接する面に設けて
もよい。
。ダンパー３２は可動子１０の移動範囲の終端位置でインナーヨーク１４ａ、１４ｂがフ
レーム本体２２ａ、２２ｂの端面に当接した際の衝撃を吸収するために設けられている。
なお、ダンパー３２はフレーム本体２２ａ、２２ｂの端面に設けるかわりに、インナーヨ
ーク１４ａ、１４ｂの端面であって、フレーム本体２２ａ、２２ｂに当接する面に設けて
もよい。
上フレーム２０ａのフレーム本体２２ａ内には、吸入用バルブ３４ａ及び送出用バルブ
３６ａがポンプ室３０ａに連通して設けられている。下フレーム２０ｂのフレーム本体２
２ｂ内には、吸入用バルブ３４ｂ及び送出用バルブ３６ｂがポンプ室３０ｂに連通して設
けられている。
３６ａがポンプ室３０ａに連通して設けられている。下フレーム２０ｂのフレーム本体２
２ｂ内には、吸入用バルブ３４ｂ及び送出用バルブ３６ｂがポンプ室３０ｂに連通して設
けられている。
上フレーム２０ａと下フレーム２０ｂには、吸入用バルブ３４ａ、３４ｂに連通する吸
入用流路３８ａ、３８ｂが設けられている。また、上フレーム２０ａと下フレーム２０ｂ
には、送出用バルブ３６ａ、３６ｂに連通する送出用流路４０ａ、４０ｂが設けられてい
る。上フレーム２０ａの吸入用流路３８ａと下フレーム２０ｂの吸入用流路３８ｂとは連
通管４２により連通しており、上フレーム２０ａの送出用流路４０ａと下フレーム２０ｂ
の送出用流路４０ｂとは連通管４４により連通している。これによって、上フレーム２０
ａと下フレーム２０ｂの吸入用流路と送出用流路が各々、一の吸入口３８と一の送出口４
０に連通する。
入用流路３８ａ、３８ｂが設けられている。また、上フレーム２０ａと下フレーム２０ｂ
には、送出用バルブ３６ａ、３６ｂに連通する送出用流路４０ａ、４０ｂが設けられてい
る。上フレーム２０ａの吸入用流路３８ａと下フレーム２０ｂの吸入用流路３８ｂとは連
通管４２により連通しており、上フレーム２０ａの送出用流路４０ａと下フレーム２０ｂ
の送出用流路４０ｂとは連通管４４により連通している。これによって、上フレーム２０
ａと下フレーム２０ｂの吸入用流路と送出用流路が各々、一の吸入口３８と一の送出口４
０に連通する。
図１において、シリンダの周囲には空芯の電磁コイル５０ａ、５０ｂが嵌め込まれてい
る。電磁コイル５０ａ、５０ｂはシリンダの軸線方向に若干離間させ、シリンダの軸線方
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５０ａ、５０ｂ
はインナーヨーク１４ａ、１４ｂのフランジ部１５ｂの可動範囲よりも軸線長を長く設定
されている。なお、電磁コイル５０ａと電磁コイル５０ｂ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５０ａ、５０ｂの巻き線方向を逆向きにしているのは、マグネット１２の磁束と
鎖交する電磁コイル５０ａ、５０ｂに流れる電流に作用する力が重畳して、反力として可
動子１０に作用し、この力が推力になるためである。
る。電磁コイル５０ａ、５０ｂはシリンダの軸線方向に若干離間させ、シリンダの軸線方
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５０ａ、５０ｂ
はインナーヨーク１４ａ、１４ｂのフランジ部１５ｂの可動範囲よりも軸線長を長く設定
されている。なお、電磁コイル５０ａと電磁コイル５０ｂ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５０ａ、５０ｂの巻き線方向を逆向きにしているのは、マグネット１２の磁束と
鎖交する電磁コイル５０ａ、５０ｂに流れる電流に作用する力が重畳して、反力として可
動子１０に作用し、この力が推力になるためである。
アウターヨーク５２は、電磁コイル５０ａ、５０ｂ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５２は、磁性材が用いられ電磁コイル５０ａ、５０ｂに鎖交する磁
束数を増やして電磁力を効果的に可動子１０に作用させるために設けられる。また、可動
子１０を構成するインナーヨーク１４ａ、１４ｂの周辺部にフランジ部１５ｂを軸線方向
に起立して設けられているので、マグネット１２から発生した磁束をインナーヨーク１４
ａ、１４ｂからアウターヨーク５２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１０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１２が発生した磁束が電磁コイル５０ａ、５０ｂ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１０に軸線方向の推力を効果的に発生さ
せることができる。また、本構成による可動子１０は発生推力に比して質量が軽くなるた
め、高速応答が可能となり、出力流量も増加できる。
いる。アウターヨーク５２は、磁性材が用いられ電磁コイル５０ａ、５０ｂに鎖交する磁
束数を増やして電磁力を効果的に可動子１０に作用させるために設けられる。また、可動
子１０を構成するインナーヨーク１４ａ、１４ｂの周辺部にフランジ部１５ｂを軸線方向
に起立して設けられているので、マグネット１２から発生した磁束をインナーヨーク１４
ａ、１４ｂからアウターヨーク５２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１０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１２が発生した磁束が電磁コイル５０ａ、５０ｂ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１０に軸線方向の推力を効果的に発生さ
せることができる。また、本構成による可動子１０は発生推力に比して質量が軽くなるた
め、高速応答が可能となり、出力流量も増加できる。
電磁コイル５０ａ、５０ｂおよびアウターヨーク５２は、上フレーム２０ａと下フレー
ム２０ｂとを組み合わせる際に、上フレーム２０ａと下フレーム２０ｂに設けた嵌合溝２
８にアウターヨーク５２を嵌合させることによってシリンダ部２４と同芯に組み付けるこ
とができる。
ム２０ｂとを組み合わせる際に、上フレーム２０ａと下フレーム２０ｂに設けた嵌合溝２
８にアウターヨーク５２を嵌合させることによってシリンダ部２４と同芯に組み付けるこ
とができる。
可動子１０は、電磁コイル５０ａ、５０ｂに交番電流を通電することにより、電磁コイ
ル５０ａ、５０ｂによって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５０ａ、５０ｂによる電磁力は、電磁コイル５０ａ、５０ｂへの通電方向によって
可動子１０を一方向と他方向へ押動するから、図示しない制御部により、電磁コイル５０
ａ、５０ｂへの通電時間、通電方向を制御することによって可動子１０を適宜ストローク
で往復駆動させることができる。可動子１０がフレーム本体２２ａ、２２ｂの内面に当接
した際には、ダンパー３２の作用によって衝撃を吸収することができる。
ル５０ａ、５０ｂによって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５０ａ、５０ｂによる電磁力は、電磁コイル５０ａ、５０ｂへの通電方向によって
可動子１０を一方向と他方向へ押動するから、図示しない制御部により、電磁コイル５０
ａ、５０ｂへの通電時間、通電方向を制御することによって可動子１０を適宜ストローク
で往復駆動させることができる。可動子１０がフレーム本体２２ａ、２２ｂの内面に当接
した際には、ダンパー３２の作用によって衝撃を吸収することができる。
なお、シリンダ内における可動子１０の移動位置を検出するセンサを設けておき、セン
サの検知信号に基づいて可動子１０の往復動を制御することもできる。可動子１０の移動
位置を検知する方法としては、シリンダの外部に可動子１０の移動位置を検知する磁気検
知センサを設ける方法、ダンパー３２に感圧センサを設けて、可動子１０がダンパー３２
に接触した時点を検知する方法等が可能である。本実施形態の電磁式ポンプでは可動子１
０の移動ストロークが比較的小さいがポンプ室３０ａ、３０ｂは比較的広い面積を確保す
ることができるから、可動子１０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。
サの検知信号に基づいて可動子１０の往復動を制御することもできる。可動子１０の移動
位置を検知する方法としては、シリンダの外部に可動子１０の移動位置を検知する磁気検
知センサを設ける方法、ダンパー３２に感圧センサを設けて、可動子１０がダンパー３２
に接触した時点を検知する方法等が可能である。本実施形態の電磁式ポンプでは可動子１
０の移動ストロークが比較的小さいがポンプ室３０ａ、３０ｂは比較的広い面積を確保す
ることができるから、可動子１０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。
本実施形態の電磁式ポンプのポンプ作用は、電磁コイル５０ａ、５０ｂによって可動子
１０を往復動させることにより、ポンプ室３０ａ、３０ｂに交互に流体が吸入され、送出
される作用によってなされる。すなわち、図１の状態で、可動子１０が下方に移動すると
、一方のポンプ室３０ａには流体が導入され、同時に他方のポンプ室３０ｂからは流体が
送出される。また、逆に可動子１０が上方に移動すると、一方のポンプ室３０ａからは流
体が送出され、他方のポンプ室３０ｂに流体が導入される。こうして、可動子１０がどち
らの側へ移動する際にも流体の吸排がなされ、流体の脈動を抑え、効率的に流体を輸送す
ることが可能となる。
１０を往復動させることにより、ポンプ室３０ａ、３０ｂに交互に流体が吸入され、送出
される作用によってなされる。すなわち、図１の状態で、可動子１０が下方に移動すると
、一方のポンプ室３０ａには流体が導入され、同時に他方のポンプ室３０ｂからは流体が
送出される。また、逆に可動子１０が上方に移動すると、一方のポンプ室３０ａからは流
体が送出され、他方のポンプ室３０ｂに流体が導入される。こうして、可動子１０がどち
らの側へ移動する際にも流体の吸排がなされ、流体の脈動を抑え、効率的に流体を輸送す
ることが可能となる。
本実施形態の電磁式ポンプは可動子１０に、フランジ部１５ｂを備えたインナーヨーク
１４ａ、１４ｂを取り付け、可動子１０の両端面に近接して吸入用バルブ３４ａ、３４ｂ
と送出用バルブ３６ａ、３６ｂを設けることによって、きわめて薄型で小型のポンプを提
供することが可能となった。電磁式ポンプのサイズの一例を示せば、高さ１５ｍｍ、幅２
０ｍｍ程度の小型ポンプを構成することができる。
１４ａ、１４ｂを取り付け、可動子１０の両端面に近接して吸入用バルブ３４ａ、３４ｂ
と送出用バルブ３６ａ、３６ｂを設けることによって、きわめて薄型で小型のポンプを提
供することが可能となった。電磁式ポンプのサイズの一例を示せば、高さ１５ｍｍ、幅２
０ｍｍ程度の小型ポンプを構成することができる。
また、本実施形態の電磁式ポンプは気体あるいは水や不凍液などの流体の輸送に使用することができ、流体の種類が限定されるものではない。流体ポンプとして使用する際に、可動子１０が一つでは輸送圧力が不足するような場合には、マグネット１２とインナーヨーク１４ａ、１４ｂからなる同形の単位可動子を複数個連結した多段型の可動子１０を使用すればよい。単位可動子を多段に連結することによって、大きな推力を備えた可動子とすることができ、所要の輸送圧力を備えた電磁式ポンプとすることができる。
次に電磁式ポンプの固定子６０の特徴的な構成について図２乃至図６を参照して説明す
る。以下の図面では、シリンダ部２４やポンプ室に連通するバルブや流路は省略されてい
る。図２において、電磁コイル５０ａ、５０ｂの軸線方向端面には磁性材からなるヨーク
２６ａ、２６ｂ、２６ｃが一体に設けられている。具体的には、電磁コイル５０ａの端面
にはヨーク２６ａ、２６ｃが隣接して設けられており、電磁コイル５０ｂの端面にはヨー
ク２６ｃ、２６ｂが隣接して設けられている。電磁コイル５０ａと５０ｂとの間に設けら
れたヨーク２６ｃは共用するようになっている。
る。以下の図面では、シリンダ部２４やポンプ室に連通するバルブや流路は省略されてい
る。図２において、電磁コイル５０ａ、５０ｂの軸線方向端面には磁性材からなるヨーク
２６ａ、２６ｂ、２６ｃが一体に設けられている。具体的には、電磁コイル５０ａの端面
にはヨーク２６ａ、２６ｃが隣接して設けられており、電磁コイル５０ｂの端面にはヨー
ク２６ｃ、２６ｂが隣接して設けられている。電磁コイル５０ａと５０ｂとの間に設けら
れたヨーク２６ｃは共用するようになっている。
電磁コイル５０ａ、５０ｂに図２に示す方向へ通電すると、コイルの周囲に右ねじ回りの磁界が発生し、ヨーク２６ｃの可動子１０側がＮ極、ヨーク２６ａ、２６ｂの可動子１０側がＳ極に励磁され、固定子６０には下向きの電磁力が作用するため、その反作用として可動子１０は上向きの推力を受ける。電磁コイル５０ａ、５０ｂに通電する向きを図２と反対方向にすると、可動子１０は下向きの推力を受ける。この動作の繰り返しによりポンプ機能が得られる。可動子１０のマグネット１２からインナーヨーク１４ａ、１４ｂを通過する磁束はフランジ部１５ｂを通じて固定子６０側の電磁コイル５０ａ、５０ｂに作用する。このとき、電磁コイル５０ａの端面に隣接するヨーク２６ａ、アウターヨーク５２、ヨーク２６ｃによる磁気回路が形成されるので漏れ磁束を減らして磁束を有効に活用できる。また、電磁コイル５０ｂの端面に隣接するヨーク２６ｂ、アウターヨーク５２、ヨーク２６ｃによる磁気回路が形成されるので漏れ磁束を減らして磁束を有効に活用できる。従って、ヨーク２６ａ、２６ｂ、２６ｃを通過して可動子１０へ戻る磁束が増えるので、電磁コイル５０ａ、５０ｂへの通電により鎖交する磁束数を確実に増やしてポンプ出力効率の改善を図ることができる。尚、図２は電磁コイル５０ａ、５０ｂが２段の場合を例示したが、可動子１０側のマグネット１２を複数用いて電磁コイルを更に多段にすることも可能である。
次に電磁式ポンプの固定子６０の一実施例について図３乃至図５を参照して説明する。図２と同一部材には同一番号付して説明を援用するものとする。図３において、シリンダの周囲に電磁コイル５０ａ、５０ｂが嵌め込まれている点は同様である。本実施例は電磁コイル５０ａ、５０ｂの隣接する端面間に設けられる磁性材からなる１枚のヨーク２６ｃの代わりに２枚のヨーク２６ｄ、２６ｅが用いられ、ヨーク２６ｄ、２６ｅ間に非磁性材からなるスペーサ２５が設けられている。電磁コイル５０ａ、５０ｂに図３に示す方向へ通電すると、コイルの周囲に右ねじ回りの磁界が発生し、ヨーク２６ｄ、２６ｅの可動子１０側がＮ極、ヨーク２６ａ、２６ｂの可動子１０側がＳ極に励磁され、各コイルには下向きの電磁力が作用するため、その反作用として可動子１０は上向きの推力を受ける。電磁コイル５０ａ、５０ｂに通電する向きを図３と反対方向にすると、可動子１０は下向きの推力を受ける。この動作の繰り返しによりポンプ機能が得られる。
このようにヨーク２６ｄ、２６ｅ間にスペーサ２５（または間隙）が設けられていると
、電磁コイル５０ａ、５０ｂに通電しない状態で可動子１０が図３の上方若しくは下方へ
可動範囲内で変位した場合に、可動子１０が図３の軸方向中心に戻ろうとする復元力が大
きくなりフレ−ム体に当たる事が無いので騒音を低減し、安定したポンプ特性が得られる
。
、電磁コイル５０ａ、５０ｂに通電しない状態で可動子１０が図３の上方若しくは下方へ
可動範囲内で変位した場合に、可動子１０が図３の軸方向中心に戻ろうとする復元力が大
きくなりフレ−ム体に当たる事が無いので騒音を低減し、安定したポンプ特性が得られる
。
以下、その理由について図４及び図５を参照して説明する。図３の状態から可動子１０
が上方に変位した状態を図４に示す。可動子１０と固定子６０とから形成される磁気回路
において、可動子１０は磁気抵抗が少ない方向（磁束が流れ易い方向）に吸引力を受ける
性質がある。可動子１０とヨーク２６ｄ、２６ｅ間ではヨーク２６ｄ、アウターヨーク５
２、ヨーク２６ｅによる磁気回路によりに大きな吸引力が作用するため可動子１０は下方
（可動範囲の中央部側）に復元力を受ける。尚、上方に変位した可動子１０はヨーク２６
ａ、２６ｅ間では、ヨーク２６ａ、アウターヨーク５２、ヨーク２６ｅによる磁気回路に
より上方への吸引力も作用するが、磁気抵抗のより少ないヨーク２６ｄ、２６ｅ側への吸
引力が大きいため下方への復元力、即ち可動範囲の中央位置へ戻ろうとする力が作用する
。
が上方に変位した状態を図４に示す。可動子１０と固定子６０とから形成される磁気回路
において、可動子１０は磁気抵抗が少ない方向（磁束が流れ易い方向）に吸引力を受ける
性質がある。可動子１０とヨーク２６ｄ、２６ｅ間ではヨーク２６ｄ、アウターヨーク５
２、ヨーク２６ｅによる磁気回路によりに大きな吸引力が作用するため可動子１０は下方
（可動範囲の中央部側）に復元力を受ける。尚、上方に変位した可動子１０はヨーク２６
ａ、２６ｅ間では、ヨーク２６ａ、アウターヨーク５２、ヨーク２６ｅによる磁気回路に
より上方への吸引力も作用するが、磁気抵抗のより少ないヨーク２６ｄ、２６ｅ側への吸
引力が大きいため下方への復元力、即ち可動範囲の中央位置へ戻ろうとする力が作用する
。
これに対して、固定子６０側に図２のような間隙（スペーサ２５）を持たないヨーク２６ｃの場合、可動子１０が上方へ少し変位した状態を図５に示す。図５において、可動子１０とヨーク２６ａ、２６ｃとの間ではヨーク２６ａ側（上方に）吸引力が大きく作用する。即ち、インナーヨーク１４ａから作用した磁束は、ヨーク２６ａ、アウターヨーク５２、ヨーク２６ｃからなる磁路を通じてインナーヨーク１４ｂ側に戻る磁気回路が形成される。従って、可動子１０が上方に変位すればするほど上方に吸引される力が大きくなる。よって、図４に示すように、電磁コイル５０ａ、５０ｂ間に２枚のヨーク２６ｄ、２６ｅを間隙（スペーサ２５）を介して設けたほうが可動子１０の復元力を大きくすることができる。これにより、可動子１０が上下フレ−ム本体２２ａ、２２ｂに当たる事無く往復動させることができるので騒音を低減し、安定したポンプ特性が得られる。
次に、電磁式ポンプの固定子の他例について図６を参照して説明する。図２と同一部材
には同一番号付して説明を援用するものとする。図６において、電磁コイル５０ａ、５０
ｂの隣接する端面間に２枚のヨーク２７ｄ、２７ｅが用いられ、ヨーク２７ｄ、２７ｅ間
に非磁性材からなるスペーサ２５（または間隙）が設けられている点は図３と同様である
。本実施例は、電磁コイル５０ａ、５０ｂの端面に設けられたヨーク２７ａ、２７ｄ、２
７ｅ、２７ｂが可動子１０の磁束作用面（フランジ部１５ｂ）に対向する当該電磁コイル
５０ａ、５０ｂの内壁側に延設されている。これにより、インナーヨーク１４ａ、１４ｂ
（フランジ部１５ｂ）とヨーク２７ａ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｂとの対向面積が増えてよ
り多くの磁束を各コイルに鎖交させることができるので、ポンプの出力効率を向上させる
ことができる。
には同一番号付して説明を援用するものとする。図６において、電磁コイル５０ａ、５０
ｂの隣接する端面間に２枚のヨーク２７ｄ、２７ｅが用いられ、ヨーク２７ｄ、２７ｅ間
に非磁性材からなるスペーサ２５（または間隙）が設けられている点は図３と同様である
。本実施例は、電磁コイル５０ａ、５０ｂの端面に設けられたヨーク２７ａ、２７ｄ、２
７ｅ、２７ｂが可動子１０の磁束作用面（フランジ部１５ｂ）に対向する当該電磁コイル
５０ａ、５０ｂの内壁側に延設されている。これにより、インナーヨーク１４ａ、１４ｂ
（フランジ部１５ｂ）とヨーク２７ａ、２７ｄ、２７ｅ、２７ｂとの対向面積が増えてよ
り多くの磁束を各コイルに鎖交させることができるので、ポンプの出力効率を向上させる
ことができる。
なお、上記各実施例においては、可動子１０に装着したインナーヨーク１４ａ、１４ｂ
にフランジ部１５ｂを設ける構成としたが、インナーヨーク１４ａ、１４ｂにフランジ部
１５ｂを設けずに、インナーヨーク１４ａ、１４ｂを単板状に形成することも可能である
。この場合は可動子１０の質量が増加するため高速応答性が劣化し、ポンプ装置の薄型化
が若干阻害されるが、構造は簡単になり、生産性の向上と生産コストの削減が可能になる
。
にフランジ部１５ｂを設ける構成としたが、インナーヨーク１４ａ、１４ｂにフランジ部
１５ｂを設けずに、インナーヨーク１４ａ、１４ｂを単板状に形成することも可能である
。この場合は可動子１０の質量が増加するため高速応答性が劣化し、ポンプ装置の薄型化
が若干阻害されるが、構造は簡単になり、生産性の向上と生産コストの削減が可能になる
。
また、上記実施形態においては、可動子１０にマグネット１２を装着し、マグネット１
２をインナーヨーク１４ａ、１４ｂによって挟持した構成としたが、可動子１０はマグネ
ット１２を常に備えていなければならない訳ではない。可動子１０を磁性体によって形成
し、電磁コイル５０ａ、５０ｂの一方に対して可動子１０が偏位した位置にある場合は、
一方の電磁コイルにのみ通電して可動子１０を軸線方向に移動させ、他方の電磁コイルに
対して偏位位置まで移動したところで、他方の電磁コイルに通電し、一方の電磁コイルへ
の通電を停止することによって再度可動子を逆方向に移動させることができる。このよう
に、一対の電磁コイルに対する通電をＯＮ−ＯＦＦ制御することによっても可動子１０を
軸線方向に往復動させることが可能である。
２をインナーヨーク１４ａ、１４ｂによって挟持した構成としたが、可動子１０はマグネ
ット１２を常に備えていなければならない訳ではない。可動子１０を磁性体によって形成
し、電磁コイル５０ａ、５０ｂの一方に対して可動子１０が偏位した位置にある場合は、
一方の電磁コイルにのみ通電して可動子１０を軸線方向に移動させ、他方の電磁コイルに
対して偏位位置まで移動したところで、他方の電磁コイルに通電し、一方の電磁コイルへ
の通電を停止することによって再度可動子を逆方向に移動させることができる。このよう
に、一対の電磁コイルに対する通電をＯＮ−ＯＦＦ制御することによっても可動子１０を
軸線方向に往復動させることが可能である。
また、図１に示す電磁式ポンプは、可動子１０の一方側と他方側に設けられた吸入用流
路３８ａ、３８ｂを連通し、可動子１０の一方側と他方側に設けられた送出用流路４０ａ
、４０ｂを連通して、いわば、並列的に流路を連通させた例であるが、複数の電磁式ポン
プを直列に流路を連通して使用することも可能である。この場合は、送出用流路４０ａを
吸入用流路３８ｂに連通するか、送出用流路４０ｂを吸入用流路３８ａに連通させればよ
い。
路３８ａ、３８ｂを連通し、可動子１０の一方側と他方側に設けられた送出用流路４０ａ
、４０ｂを連通して、いわば、並列的に流路を連通させた例であるが、複数の電磁式ポン
プを直列に流路を連通して使用することも可能である。この場合は、送出用流路４０ａを
吸入用流路３８ｂに連通するか、送出用流路４０ｂを吸入用流路３８ａに連通させればよ
い。
１０ 可動子
１２ マグネット
１４ａ、１４ｂ インナーヨーク
１５ａ 平板部
１５ｂ フランジ部
１６ 封止材
２０ａ 上フレーム
２０ｂ 下フレーム
２２ａ、２２ｂ フレーム本体
２４ フランジ部
２５ スペーサ
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２７ａ、２７ｂ、２７ｄ、２７ｅ ヨーク
２８ 嵌合溝
２９ シール材
３０ａ、３０ｂ ポンプ室
３２ ダンパー
３４ａ、３４ｂ 吸入用バルブ
３６ａ、３６ｂ 送出用バルブ
３８ａ、３８ｂ 吸入用流路
４０ａ、４０ｂ 送出用流路
４２、４４ 連通管
５０ａ、５０ｂ 電磁コイル
５２ アウターヨーク
６０ 固定子
１２ マグネット
１４ａ、１４ｂ インナーヨーク
１５ａ 平板部
１５ｂ フランジ部
１６ 封止材
２０ａ 上フレーム
２０ｂ 下フレーム
２２ａ、２２ｂ フレーム本体
２４ フランジ部
２５ スペーサ
２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ、２７ａ、２７ｂ、２７ｄ、２７ｅ ヨーク
２８ 嵌合溝
２９ シール材
３０ａ、３０ｂ ポンプ室
３２ ダンパー
３４ａ、３４ｂ 吸入用バルブ
３６ａ、３６ｂ 送出用バルブ
３８ａ、３８ｂ 吸入用流路
４０ａ、４０ｂ 送出用流路
４２、４４ 連通管
５０ａ、５０ｂ 電磁コイル
５２ アウターヨーク
６０ 固定子
Claims (1)
- 一対のフレーム体により両端面が閉止されたシリンダ内に、軸方向両端側外周面部に磁束作用面となるフランジ部が形成された磁性体を備えた可動子が軸線方向に往復動可能に収容され、当該可動子の移動方向両側面とフレーム体の内壁面との間に各々ポンプ室が形成され、前記シリンダ内の周囲に互いに逆向きに電流が流れるように設けられた空芯の電磁コイルが嵌め込まれてなる電磁式ポンプの固定子であって、
前記各電磁コイルの端面に磁性材からなるヨークが外周側でアウターヨークに囲まれかつ隣接するヨーク間に非磁性材からなるスペーサ又は間隙を介して可動子のフランジ部と対向するように各々設けられ、
各電磁コイルへ通電方向を切り換えて通電する際に、フランジ部と中央端部ヨーク間及びフランジ部と両側端部ヨーク、アウターヨーク、中央端部ヨーク間に各々形成される磁気回路により可動子に作用する磁気吸引力の大小関係により当該可動子がいずれか一方側へ変位する動作を繰り返し、可動子がいずれか一方側へ変位した状態で各電磁コイルへの通電を遮断すると、可動子と一対の中央端部ヨーク間に形成される磁気回路によって可動範囲の中心部側に戻ろうとする復元力が作用することを特徴とする電磁式ポンプの固定子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Family
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| JPS5828468Y2 (ja) * | 1978-03-08 | 1983-06-21 | 日立金属株式会社 | 往復駆動装置 |
| JPH03107360A (ja) * | 1989-09-20 | 1991-05-07 | Atsugi Unisia Corp | 駆動装置 |
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| JPH0413431Y2 (ja) * | 1987-09-14 | 1992-03-27 | ||
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| JP2803924B2 (ja) * | 1991-07-09 | 1998-09-24 | 財団法人鉄道総合技術研究所 | 電磁空心コイル内静磁誘導可動磁子リニアモータ |
| DE10003882C2 (de) * | 2000-01-29 | 2003-10-02 | Bitzer Kuehlmaschinenbau Gmbh | Kältemittelkompressor |
| KR100449009B1 (ko) * | 2001-11-27 | 2004-09-18 | 삼성전자주식회사 | 리니어 압축기 |
| JP4206248B2 (ja) | 2002-09-30 | 2009-01-07 | シナノケンシ株式会社 | 電磁式ポンプ |
| US6971861B2 (en) * | 2003-02-19 | 2005-12-06 | Black Arthur L | High speed unloader for gas compressor |
-
2003
- 2003-08-01 JP JP2003285243A patent/JP4570342B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2004
- 2004-08-02 WO PCT/JP2004/011047 patent/WO2005012726A1/ja active Application Filing
- 2004-08-02 CN CNA2004800255452A patent/CN1846063A/zh active Pending
- 2004-08-02 US US10/566,469 patent/US7621724B2/en active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5485404U (ja) * | 1977-11-30 | 1979-06-16 | ||
| JPS5828468Y2 (ja) * | 1978-03-08 | 1983-06-21 | 日立金属株式会社 | 往復駆動装置 |
| JPH03107360A (ja) * | 1989-09-20 | 1991-05-07 | Atsugi Unisia Corp | 駆動装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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