JP2004278363A - 定電流形同期電動機式ピストンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】効率がよく、また小型化が容易であり、しかも制御性にすぐれた定電流形同期電動機式ピストンポンプを提供すること。
【解決手段】固定子１１側に電機子コイル９を、回転子側７に永久磁石界磁部材２３をそれぞれ備え、かつ定電流電源で駆動される同期電動機式ピストンポンプであって、前記電機子コイル９の内周側で前記回転子７を収容している中空部に、前記回転子７の回転動作を軸線方向の運動に変換するネジ機構６ａ，２１ａが設けられ、かつネジ機構６ａ，２１ａによる軸線方向の運動をピストン２に伝達してそのピストンを駆動する案内用ロッド５が設けられている。したがって、電流の転流速さに対応して回転子７を駆動することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、流体を加圧して吐出させるピストンポンプに関し、特に定電流形同期電動機と一体に構成したピストンポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ピストンポンプは、同期電動機の回転速度を歯車装置で大幅に減速し、最終的にその回転をピストンの往復動（往復運動）に変えるクランク機構が用いられ、所定のストロークと押圧力とを発生させるように構成されている。このピストンポンプを駆動させる装置としては各種の装置があり、その中で特に、ピストンの前後動で生じる圧力を一定に維持しながらピストンを往復動させる装置が望まれる。
【０００３】
通常、同期電動機は、内部の駆動巻線に交流電流を流すと、その交流電流（交番電流）の変化に伴って回転する。この同期電動機の回転力は、上記クランク機構によってピストンの押圧力となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ピストンの押圧力を一定にしながらそのピストンを所定のストロークで往復動させるには、同期電動機の回転トルク（磁力）を一定にする必要があるが、通常の同期電動機は、交流電流が流れて回転するとその発生する回転トルクが正弦波状に変動するので、定速回転することができず、ピストンの押圧力を一定にして往復動させることができない。
【０００５】
例えば、ステッピングモータは、矩形波状の直流電流がオンオフ制御されて、１ステップごとに回転する。このステッピングモータの回転トルクは、断続的に変化（直流電流がオフ状態からオン状態に切り替わるときに１ステップごとの動作が途切れるため）するので、上記クランク機構を用いたピストンポンプにおいてピストンによる押圧力を一定に維持しながら往復動させることができない。
【０００６】
一方、ピストンによる押圧力を一定に維持しながらそのピストンが所定のストロークで往復動するピストンポンプを設計する場合、従来の同期電動機を動力源としたのでは大型化してしまう。つまり、従来の同期電動機では、回転トルク（磁力）の変動を低減するためには、回転速度を上げざるをえない。そのためピストンなどの駆動対象物との間に、歯車機材などの減速装置を介在させることになる。そしてこの種の減速装置と電動機とを一体化した構成とするには、筐体を含む全体としての構成が大型化してしまう。また、動力伝達効率などの歯車の効率性、歯車同士の摩擦音などの騒音の発生、クランク機構の大型化にともなう設置場所の選定等が問題となる。
【０００７】
この発明は、上記の事情を背景にしてなされたものであって、効率がよく、また小型化が容易であり、しかも制御性にすぐれた定電流形同期電動機式ピストンポンプを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、固定子側に電機子コイルを、回転子側に永久磁石界磁部材をそれぞれ備え、かつ定電流電源で駆動される同期電動機式ピストンポンプにおいて、前記電機子コイルの内周側で前記回転子を収容している中空部に、前記回転子の回転動作を軸線方向の運動に変換する動力変換装置が設けられ、かつ前記動力変換装置による軸線方向の運動をピストンに伝達してそのピストンを駆動する伝動機構が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
したがって、請求項１の発明によれば、回転子の回転動作が軸線方向の運動に変換される。すなわち回転子で生じたトルクが軸線方向の推力に変化され、その推力によってピストンが軸線方向に駆動される。その結果、ピストンを低速で往復動させる場合でも定電流の速度起電力によってピストンのストローク速度に関係なく一定の回転力が得られ、転流制御だけで加速・等速・減速・停止・逆転が行われ、回転子の構成が簡単で軽量になり、動力伝達効率が高められ、ピストンが高いポンプ効率で運転でき、小型化が容易となる。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の前記動力変換装置が、前記回転子の内部に回転子の中心軸線を中心として形成されためねじ部と、そのめねじ部に螺合するおねじ部材とを有し、前記伝動機構がそのおねじ部材と前記ピストンとを連結する案内用ロッドを有することを特徴とするものである。
【００１１】
したがって、請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の作用が生じる他に、前記めねじ部とおねじ部材とによるネジ機構によって、回転子に生じるトルクが軸線方向の推力に変換され、案内用ロッドおよびこれに連結されているピストンが軸線方向に駆動される。また、回転子を往復回転させることによりピストンが往復動する。さらに、そのネジ機構におけるネジピッチを大きくすることにより、回転子が一回転もしくはそれ以下の回転角度で、案内用ロッドおよびピストンのストロークを必要十分なものとすることができる。
【００１２】
さらに、請求項３の発明は、請求項１の前記動力変換装置が、前記回転子と一体に回転し、かつ回転子の中心軸線に対して傾斜して配置された斜板部材を有し、前記伝動機構が、前記中心軸線と平行な方向に前後動可能に保持されるとともに一端部が前記斜板部材の中心から外れた箇所に回転方向に対しては相対移動自在でかつ軸線方向に対しては一体に連結された案内用ロッドを有し、その案内用ロッドが前記ピストンに連結されていることを特徴とするものである。
【００１３】
したがって、請求項３の発明によれば、請求項１の発明と同様の作用が生じる他に、斜板部材における中心を外れた所定の一箇所の軸線方向で位置と斜板部材の回転角度との関係は、サイン曲線で表される関係となる。そのため、当該一箇所に上記のように連結されている案内用ロッドは、斜板部材の回転によって軸線方向に往復動させられ、その結果、回転子の連続した回転によってピストンが連続的に前後動する。
【００１４】
またさらに、請求項４の発明は、請求項３の発明における前記案内用ロッドが、前記中心軸線を中心とした円周方向に三本、等間隔に配置され、かつ各案内用ロッドのそれぞれが個別にピストンに連結されていることを特徴とするものである。
【００１５】
したがって請求項４の発明では、請求項３の発明と同様の作用が生じる他に、各案内用ロッドおよびそれぞれに連結されたピストンを駆動する推力が電動機の負荷となるが、その案内用ロッドが等間隔に三本、配置されているので、負荷の変動がなく、効率が良好になる。
【００１６】
そして、請求項５の発明は、請求項１の構成に加えて、直流の一定電流を転流して矩形波状の交番電流を生成し、かつ前記交番電流を固定子側の電機子コイルに給電する電力変換装置が設けられ、前記永久磁石界磁部材の回転位置を検出する位置検出装置が設けられ、同期をとりながら転流を行うことによって回転子の回転速度を転流制御で変換する転流装置が設けられていることを特徴とするものである。
【００１７】
したがって、請求項５の発明によれば、請求項１の発明と同様の作用が生じる他に、直流の一定電流が転流されて矩形波状の交番電流が生成され、交番電流が固定子側の電機子コイルに給電され、永久磁石界磁部材の回転位置が検出され、同期をとりながら転流が行われることによって回転子の回転速度が転流制御で変換される。結果として、定電流形同期電動機が定速回転し、耐久性が高く堅牢な構造となるとともに動力変換装置のみの交換が容易な構造となって半永久的に使用される。
【００１８】
またそして、請求項６の発明は、請求項１の構成に加えて、前記動力変換装置が密封され、その動力変換装置の摺動部分を潤滑油で潤滑する潤滑機構が設けられていることを特徴とするものである。
【００１９】
したがって、請求項６の発明によれば、請求項１の発明と同様の作用が生じる他に、前記動力変換装置を密封して、その動力変換装置の摺動部分が潤滑油で潤滑される。その結果、ピストンポンプの駆動効率が良好になる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明を具体例に基づいて説明する。図１および図２には、この発明のピストンポンプ用特殊フィリップ・フロップ・モータ（以下、ＦＦＭと記す）１を備えた定電流形同期電動機式ピストンポンプの構成が示されている。図１および図２に示す定電流形同期電動機式ピストンポンプは、円筒状のシリンダ２ａ の内周面に接する円筒状のピストン２を軸線方向に移動させることにより流体を加圧して吐出し、または減圧して吸入するピストンポンプ３と、おねじ部６ａをもち、ピストン２に回転止め４付きの案内用ロッド５を介して連結され、ピストン２と連動するスクリュー式ボルト６と、おねじ部６ａに螺合し、案内用ロッド５と別体回転する回転子７と、制御回路（電力変換装置）８に接続された電機子コイル９と内周面に電機子コイル９を固定する溝が形成された電機子鉄心１０とを有するステータ１１と、電機子鉄心（固定子）１０およびピストンポンプ３を支持する支持鉄枠１２とを備えている。ここで、回転子７は、おねじ部６ａに螺合するめねじ部２１ａを内周面にもつ円筒状の内ねじナット２１と、内ねじナット２１を内周面で保持する円筒状の回転子鉄心２２と、回転子鉄心２２の外周面に等間隔に配置された永久磁石（永久磁石界磁部材）２３と、永久磁石２３を固定する溝が形成された冠状の磁石固定枠２４とを備え、これらの全体が一体となって回転するように構成されている。
【００２１】
ピストンポンプ３は、上記ピストン２およびシリンダ２ａ の他に、シリンダ２ａ に接続された配管２ｃ，２ｄと、配管２ｃを介してシリンダ２ａ に接続され、加圧され吐出した流体の逆方向（図ではｚ１方向で示す）の流入を止めるチェックバルブ３ａ と、配管２ｄを介してシリンダ２ａ に接続され、吸入された流体の逆方向（図ではｚ２方向で示す）の流出を止めるチェックバルブ３ｂ とを含む。チェックバルブ３ａ ，３ｂ は、配管の開口部をシールする球体３ｃ と、球体３ｃ を所定の力で支持するバネ３ｄ とを含む。
【００２２】
図３は、本発明のＦＦＭ１を制御回路８に接続した結線を示す回路図であり、一例として、回転子７の磁極数Ｐ＝４、電機子コイル９の相数Ｎ＝３の場合を示している。電機子コイル９は、電機コイル９ａ、電機コイル９ｂ、電機コイル９ｃを含む。これら各電機コイルは、制御回路８、コンバータ回路（交流ー直流変換装置）３１を介して２相電源３２に接続されている。制御回路８は、ダイオード４１とサイリスタ４２とを接点を介して直列に接続したものをそれぞれ並列に接続し、各接点同士を結線したものである。コンバータ回路３１は、サイリスタ４２同士を並列に接続したものである。
【００２３】
コンバータ回路３１は２相交流電流を直流電流に変換し、制御回路８は直流電流を矩形波状に交互に転流して電機子コイル９の励磁電流を供給する。制御回路８による転流動作は、回転子７の回転に同期するように位置検出装置３５で回転子７の回転位置を検出し、その検出された出力信号を受けて転流装置３６がそのサイリスタ４２のゲード電流を制御する。
【００２４】
したがって、本発明の定電流形同期電動機式ピストンポンプは、制御回路８による矩形波状の直流交番電流が電機子コイル９に通電され、かつ電機子コイル９と永久磁石２３の相対位置の変化に応じ電機子コイル９に流れる電流が転流されるので、電流の転流速さに対応して回転子７が駆動される。
【００２５】
図４には、電機子コイル９と永久磁石２３との関係を示している。なお、矢印ｂ１ ，ｂ２ は、電機子コイル９を流れる電流の流れる方向を示している。図１に示すピストン２の矢印ａ方向の移動は、以下のように行われる。
【００２６】
まず、制御回路８は、電機子コイル９ａ，９ｂ，９ｃに矩形波状の直流電流を交互に矢印ｂ１方向に転流する。電機子コイル９ａに対して矩形波状の直流電流が矢印ｂ１ 方向に流れると、電機子コイル９ａに磁界が発生し、電機子コイル９ａと永久磁石２３との間の磁力により永久磁石２３を有する回転子７が内ねじナット２１とともに回転する。ここで、電機子コイル９ａと永久磁石２３との間の磁力は、電機子コイル９ａおよび永久磁石２３の磁極が同じであれば、引き合う力、異なれば反発し合う力となる。つぎに、同様に電機子コイル９ａ，９ｂに電流を流すことにより電機子コイル９ａから電機子コイル９ｂ，９ｃに対向する位置へ永久磁石２３を有する回転子７が回転するとともに内ねじナット２１も回転する。なお、直流電流が矢印ｂ２ 方向に流れると、電機子コイル９ａと永久磁石２３との間の磁力が逆になるので、回転子７（すなわち内ねじナット２１）の回転を停止または逆転させることができる。
【００２７】
つづいて、内ねじナット２１に連結（螺合）されているスクリュー式ボルト６がその内ねじナット２１の回転によりその接触面に対して軸線方向に力が加えられて、スクリュー式ボルト６と一体化した案内用ロッド５が直線上で往復動する。
【００２８】
通常、超低速回転で使用される定電流形同期電動機式ピストンポンプは、一般のものより大型化する。本発明の定電流形同期電動機式ピストンポンプは、低速回転であり、回転子７、すなわち永久磁石２３および磁石固定枠２４の構成が容易であり、かつ小型となる。その理由について図５を用いて以下、説明する。
【００２９】
まず、永久磁石２３には、鉄管よりなる界磁鉄心を用いる。この界磁鉄心の円筒表面に永久磁石２３を取り付けるには、格子模様の円筒形支持枠４５を用いる。その円筒形支持枠４５の格子内に永久磁石片４６を挿入し、接着剤を用いてその全体を固定すると、永久磁石２３付き磁石固定枠２４が形成される。なお、永久磁石２３が大きい場合、円筒形支持枠４５をいくつかに分割した後、接着剤を用い、またはボルト締めにより、永久磁石片４６はその分割された円筒形支持枠４５の格子内に固定される。
【００３０】
上述した本発明のＦＦＭ１の所要出力は、ピストン２の毎秒当たりのストロークＳ０ とピストン２の押圧力Ｆ０ との積（Ｓ０ ×Ｆ０ ）によって決まり、スクリュー式ボルト６のねじ山（以下、単にねじ山という）のリード角Ｇに無関係となる。すなわち、スクリュー式ボルト６の歯径ｄｂ を回転子７の外径に比例して決めるとすると、ねじ山のリード角Ｇを小さくするにしたがって回転子７の加速度が大きくなる。したがって、加減速度が重力加速度ｇ（約９．８ｍ／ｓｅｃ２）以下になるようにする。なおここでは、式Ｐ＝Ｅ０ ×Ｉ０ 、式Ｅ０ ＝Ｂ・ｈ・（ｍ−１）・ｎ・ｐ・Ｖ０ 、式Ｉ０ ＝ＡＴ／ｎが成り立つ。ただし、ＰはＦＦＭ１の所要出力（ｋｇｆ ）、Ｅ０ は速度起電力（Ｖ）、Ｉ０ はコイル電流（Ａ）、Ｂは磁束密度（Ｔ）、ｈは磁極の長さ（ｍ ）、ｍはコイル相数（相）、ｐはＦＦＭ１の磁極数、Ｖ０ は回転子７の周速（Ｖ）、ＡＴはＦＦＭ１の所要アムペアターン（アンペアターン）、ｎはコイル巻数（ターン）である。
【００３１】
大体の数値として、ピストン２の毎秒当たりのストロークＳ０ を１００ｍｍ、ピストン２の押圧力Ｆ０ を４０００ｋｇｆ としたとき、上記各式により、ねじ山のリード角Ｇは１／２０より大きくなり、ピストン２の毎秒当たりのストロークＳ０ を１５０ｍｍ、ピストン２の押圧力Ｆ０ を１０，０００ｋｇｆ としたとき、上記各式により、ねじ山のリード角Ｇは１／１５より大きくなる。また、式Ｎ＝Ｓ０ ／Ｉ０ により、ねじ山のピッチＩ０ （またはねじ山のリード角Ｇ）を大きくしていくと回転数Ｎが小さくなり１以下になる。ここで、定電流形同期電動機を低速回転用とし、ピストン２の押圧力を一定に維持しながらそのピストン２が所定のストロークで往復動し、ＦＦＭ１の容量を小さく設計するには、ねじ山のリード角Ｇが１／２０〜１／１０の範囲で、かつ回転子の回転数Ｎが１〜４回／ｓｅｃの範囲になるように設定することが好ましい。
【００３２】
したがって、本発明の定電流形同期電動機式ピストンポンプは、上述したように、内ねじナット２１と案内用ロッド５とがねじ機構によって連結されているので、ＦＦＭ１の負荷変動を最小にしてポンプ効率のよい運転を行うことができる。
【００３３】
図６および図７に示す定電流形同期電動機式ピストンポンプは、上述したスクリュー式ボルト６および内ねじナット２１に代えて、永久磁石２３および磁石固定枠２４の内面から中心に向かう方向に所定角度傾斜Ｇ０ した傾斜板２２ａを有している。この傾斜板は、図に示すようにリング状をなしており、傾斜板２２ａの中心を貫通する貫通穴２２ｂを有する円筒状の回転子鉄心２２の軸端部に一体化されている。傾斜板２２ａの一部を挟み込んでいる一対のローラー５４が、軸５３を介して案内用ロッド５５に取り付けられている。この案内用ロッド５５が、円周方向に等間隔に、三本設けられており、したがってそれぞれのローラー５４が図７に示すＸａ 点、Ｘｂ 点、Ｘｃ 点の三個所で傾斜板２２ａに係合している。したがって傾斜板２２ａを矢印ｅ方向に回転させることにより、各案内用ロッド５５がそれぞれ矢印Ａ１ ，Ｂ１ ，Ｃ１ 方向に往復動するようになっている。換言すれば、各案内用ロッド５５は、ローラー５４が傾斜板２２ａの一部を挟み込んでいるので、回転方向には相対移動自在でかつ軸線方向に一体化するように、傾斜板２２ａに連結されている。
【００３４】
図８および図９に示すように、位相が周方向に１２０度ずれた位置のＸａ 点、Ｘｂ 点、Ｘｃ 点に配置された各案内用ロッド５５は、回転子鉄心２２の矢印ｅ方向の回転により、それぞれ矢印Ａ１ ，Ｂ１ ，Ｃ１ 方向に往復動する。
【００３５】
ここで、案内用リング５１の案内径ｄは２Ｓ０ ／πＧ０ となる。これは、案内用リング５１の半回転で案内用ロッド５５をピストン２のストロークＳ０ だけ移動させ、後の半回転で元に戻すためである。この案内用リング５１の案内径ｄがボルトの歯径ｄｂ と一致すれば、案内用リング５１の回転により、ピストン２は案内用ロッド５５を介してストロークＳ０ の往復動を行うことができる。したがって、ｄ＝ｄｂ 、ｄｂ ＝０．２４８０×ｍ×ｐ×（ＡＴの平方根）、上記Ｇ０ ＝２Ｓ０ ／πｄとすれば角度Ｇ０ を求められる。
【００３６】
図９および図１０には上述した速度起電力Ｅ０ の正弦波形を示している。この図では、Ｌａ 点、Ｌｂ 点、Ｌｃ 点が正弦波形のピーク値（最大値）となっている。なお、曲線ｕａ は、Ｘａ 点に配置された案内用ロッド５５が所定ストロークで往復動した場合の速度起電力を示す正弦波形であり、曲線ｕｂ は、Ｘｂ 点に配置された案内用ロッド５５が所定ストロークで往復動した場合の速度起電力を示す正弦波形であり、曲線ｕｃ は、Ｘｃ 点に配置された案内用ロッド５５が所定ストロークで往復動した場合の速度起電力を示す正弦波形である。
【００３７】
ここで、曲線ｕａ ，ｕｂ ，ｕｃ は、直線ｕ１ ，ｕ２ に接するＬａ 点、Ｌｂ 点、Ｌｃ 点の各間隔が狭いほど案内用ロッド５５のストロークに対するピストン２のストロークが略一定になる。
【００３８】
したがって、本発明の定電流形同期電動機式ピストンポンプは、このように各案内用ロッド５５が配置されているので、各案内用ロッド５５の動圧が脈動せずにピストン２の押圧力を略一定に保つことができ、ＦＦＭ１の負荷変動を最小にしてポンプ効率のよい運転を行うことができる。
【００３９】
図１１および図１２に示す定電流形同期電動機式ピストンポンプは、上述したスクリュー式ボルト６および内ねじナット２１に代えて、永久磁石２３および磁石固定枠２４の内面から中心に向かう方向に対して傾斜角Ｇ０ をもち、外周面に凹部６０を形成した円板状の揺動板６１と、揺動板６１の平面上に配置され、上記傾斜角Ｇ０ をもつ傾斜板２２ａを有し、傾斜板２２ａの中心を貫通する貫通穴２２ｂを有する円筒状の回転子鉄心２２と、貫通穴２２ｂに挿入され、案内用リング６１を傾斜板２２ａを介して保持する止め具６３と、凹部６０に連結され、リング状の突出部６４で保持し、回転子鉄心２２を矢印ｅ方向に回転させた場合に、先端部６５ａが傾斜板２２ａに接し、Ｘａ 点、Ｘｂ 点、Ｘｃ 点（３個所）でそれぞれ矢印ａ２ ，ｂ２ ，ｃ２ 方向に往復動する３つの案内用ロッド６５とを備えている。なお、Ｂ０ 点とＢ３ 点とは揺動板６１と傾斜板２２ａとの中心を通る軸線上で一致している。
【００４０】
図１１および図１２に示すように、位相が周方向に１２０度ずれた位置のＸａ 点、Ｘｂ 点、Ｘｃ 点に配置された各案内用ロッド６５は、傾斜板２２ａを有する回転子鉄心２２の矢印ｅ方向の回転により、それぞれａ２ 方向、ｂ２ 方向、ｃ２ 方向に往復動する。
【００４１】
したがって、本発明の定電流形同期電動機式ピストンポンプは、上述したように、揺動板６１と案内用ロッド６５とが連結されているので、ＦＦＭ１の負荷変動を最小にしてポンプ効率のよい運転を行うことができる。
【００４２】
図１３および図１４に示す定電流形同期電動機式ピストンポンプは、上述したスクリュー式ボルト６、内ねじナット２１に代えて、円筒状のシリンダ２ｂ の内周面に接する円筒状のピストン２を軸線方向に移動させることにより流体を加圧して吐出し、または減圧して吸入するピストンポンプ７０と、両端に各々ピストン２ｂ を設けた案内用ロッド７１と、案内用ロッド７１の中央で一体化された突起状の案内子７１ａと、案内用ロッド７１および案内子７１ａと別体回転する回転子７３と、案内用ロッド７１を支持し、かつ回転部７４で回転子７３を自在回転させる円環形軸受７５とを備えている。ここで、回転子７３は、回転部７４に両端を支持された円筒状の界磁鉄心７６と、回転部７４に界磁鉄心７６を連結する連結円管７７と、永久磁石２３および磁石固定枠２４の内面から中心に向かう方向に対してリード角Ｇ０ をもつ溝７８ａが内周面に形成され、溝７８ａを案内子７１ａの端部７１ｂに螺合する案内用円管７８とを備えている。なお、この実施例ではピストンポンプ７０は６個であり、円環形軸受７５が回転子７３を支持しているので、この例における支持鉄枠１１は上述の図１および図２に示したものと異なり、複数のピストンポンプ７０を固定する形状（例えばフランジ穴、ねじ穴の数や大きさ等を変更した形状）となる。
【００４３】
図１５は、案内子７１ａと溝７８ａとが螺合する状態を示している。ここで、界磁鉄心７６の内側に固定して取り付けられる案内用円管７８は、案内子７１ａを介して案内用ロッド７１を動かすので耐摩耗性の高い鋼材が用いられる他に、傾斜した案内面８０が軸心に対して常に直角になるように仕上げられたものが用いられる。また、図１６は、図１５に示す案内用円管７８に溝７９を形成せずに案内用ロッド７１に溝９１を形成するとともに案内用円管７８に案内子９２を形成して、溝９１と案内子９２とが螺合する状態を示している。ここで、界磁鉄心７６の内側に固定して取り付けられる案内用円管７８は、案内子９２を介して案内用ロッド７１を動かすので耐摩耗性の高い鋼材が用いられる他に、傾斜した案内面９３が軸心に対して常に直角になるように仕上げられたものが用いられる。
【００４４】
上記説明したピストンポンプ３，７０は、気体だけでなく液体を加圧させることができ、ピストンポンプ３，７０からＦＦＭ１の内部へ気体、液体等が浸入しないように案内用ロッド５，５５，６５，７１の外周面にシール材を接触させた構成となっている。また、ピストン２は、シリンダ内面に接する外周面にシール部（たとえば樹脂成形されたリップ部、オーリング等）を備えてもよい。さらに、このシール部には、ラバーグリースなどの潤滑材を塗布してもよい。そして、ピストン２に押圧された密閉空間内の流体は、配管内に流出する。シリンダ２ａ （またはシリンダ２ｂ ）は、内周面にピストン２の外周面の動摩擦抵抗を小さくするようコーティングしてもよい。
【００４５】
なお、この発明は上記の具体例に限定されないのであって、この発明における電力変換装置や転流装置に用いられる電気回路は、上記のフリップ・フロップ回路やトランジスタなどの無接点素子を用いたものに以外のものであってよく、要は、直流の一定電流を交番電流に変換して電気コイルに給電し、また転流制御できるものであればよい。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、回転子で生じたトルクが軸線方向の推力に変化され、その推力によってピストンが軸線方向に駆動され、その結果、ピストンを低速で往復動させる場合でも定電流の速度起電力によってピストンのストローク速度に関係なく一定の回転力が得られ、転流制御だけで加速・等速・減速・停止・逆転が行われ、回転子の構成が簡単で軽量になり、ひいては動力伝達効率が高められてピストンを高いポンプ効率で運転でき、小型化が容易となる。
【００４７】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、前記めねじ部とおねじ部材とによるネジ機構によって、回転子に生じるトルクを軸線方向の推力に変換し、案内用ロッドおよびこれに連結されているピストンを軸線方向に駆動でき、また、回転子を往復回転させることによりピストンを往復動させることができる。さらに、そのネジ機構におけるネジピッチを大きくすることにより、回転子が一回転もしくはそれ以下の回転角度で、案内用ロッドおよびピストンのストロークを必要十分なものとすることができる。
【００４８】
さらに、請求項３の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、斜板部材における中心を外れた所定の一箇所の軸線方向で位置と斜板部材の回転角度との関係が、サイン曲線で表される関係となるため、当該一箇所に連結されている案内用ロッドが、斜板部材の回転によって軸線方向に往復動し、その結果、回転子の連続した回転によってピストンを連続的に前後動させることができる。
【００４９】
またさらに、請求項４の発明によれば、請求項３の発明と同様の効果を得られる他に、各案内用ロッドおよびそれぞれに連結されたピストンを駆動する推力が電動機の負荷となるが、その案内用ロッドが等間隔に三本、配置されているので、負荷の変動がなく、効率を向上させることができる。
【００５０】
そして、請求項５の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、直流の一定電流を転流して矩形波状の交番電流を生成し、かつ交番電流を固定子側の電機子コイルに給電する電力変換装置が設けられ、永久磁石界磁部材の回転位置を検出する位置検出装置が設けられ、同期をとりながら転流を行うことによって回転子の回転速度を転流制御で変換する転流装置が設けられているので、定電流形同期電動機を定速回転させることができ、耐久性が高く堅牢な構造とすることができ、かつ動力変換装置のみの交換が容易な構造とすることにより永続的に使用することができる。
【００５１】
またそして、請求項６の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、動力変換装置が密封され、その動力変換装置の摺動部分を潤滑油で潤滑する潤滑機構が設けられているので、効率よくピストンポンプを作動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の対象となる定電流形同期電動機式ピストンポンプの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示すＦＦＭの構成を示す断面図である。
【図３】この発明の対象となるＦＦＭをコンバータ回路に接続した結線を示す回路図である。
【図４】この発明の対象となる電機子コイルと永久磁石との関係を示す線図である。
【図５】この発明の対象となる円筒形支持枠および永久磁石片を示す斜視図である。
【図６】図１に示す装置以外の実施例の定電流形同期電動機式ピストンポンプの構成を示す配置図である。
【図７】図６に示す案内リングと案内用ロッドとの配置を示す配置図である。
【図８】図６に示す案内リングおよび案内用ロッドを示す斜視図である。
【図９】図６に示す案内リングの往復動を示す概念図である。
【図１０】この発明の対象となるＦＦＭの起電力波形を示す図である。
【図１１】図１に示す装置以外の実施例の定電流形同期電動機式ピストンポンプの構成を示す配置図である。
【図１２】図１１に示す案内リングおよび案内用ロッドを示す斜視図である。
【図１３】図１に示す装置以外の実施例の定電流形同期電動機式ピストンポンプの構成を示す配置図である。
【図１４】図１３に示すＦＦＭの構成を示す断面図である。
【図１５】図１３に示す案内子および案内用円管を示す概念図である。
【図１６】図１５に示す構成以外の実施例の案内子および左右案内用ロッドを示す概念図である。
【符号の説明】
１…フィリップ・フロップ・モータ、 ２…ピストン、 ５…案内用ロッド、６…スクリュー式ボルト、 ６ａ…おねじ部、 ３，７０…ピストンポンプ、７…回転子、 ８…制御回路（電力変換装置）、 ９…電機子コイル、 １１…ステータ、 ２１…内ねじナット、 ２１ａ…めねじ部、 ２３…永久磁石（永久磁石界磁部材）、 ３１…コンバータ回路（交流ー直流変換装置）、 ３５…位置検出装置、 ３６…転流装置。

Claims (6)

1. 固定子側に電機子コイルを、回転子側に永久磁石界磁部材をそれぞれ備え、かつ定電流電源で駆動される同期電動機式ピストンポンプにおいて、
   前記電機子コイルの内周側で前記回転子を収容している中空部に、前記回転子の回転動作を軸線方向の運動に変換する動力変換装置が設けられ、かつ前記動力変換装置による軸線方向の運動をピストンに伝達してそのピストンを駆動する伝動機構が設けられていることを特徴とする定電流形同期電動機式ピストンポンプ。
2. 前記動力変換装置が、前記回転子の内部に回転子の中心軸線を中心として形成されためねじ部と、そのめねじ部に螺合するおねじ部材とを有し、前記伝動機構がそのおねじ部材と前記ピストンとを連結する案内用ロッドを有することを特徴とする請求項１に記載の定電流形同期電動機式ピストンポンプ。
3. 前記動力変換装置が、前記回転子と一体に回転し、かつ回転子の中心軸線に対して傾斜して配置された斜板部材を有し、前記伝動機構が、前記中心軸線と平行な方向に前後動可能に保持されるとともに一端部が前記斜板部材の中心から外れた箇所に回転方向に対しては相対移動自在でかつ軸線方向に対しては一体に連結された案内用ロッドを有し、その案内用ロッドが前記ピストンに連結されていることを特徴とする請求項１に記載の定電流形同期電動機式ピストンポンプ。
4. 前記案内用ロッドが、前記中心軸線を中心とした円周方向に三本、等間隔に配置され、かつ各案内用ロッドのそれぞれが個別にピストンに連結されていることを特徴とする請求項３に記載の定電流形同期電動機式ピストンポンプ。
5. 直流の一定電流を転流して矩形波状の交番電流を生成し、かつ前記交番電流を固定子側の電機子コイルに給電する電力変換装置が設けられ、前記永久磁石界磁部材の回転位置を検出する位置検出装置が設けられ、同期をとりながら転流を行うことによって回転子の回転速度を転流制御で変換する転流装置が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の定電流形同期電動機式ピストンポンプ。
6. 前記動力変換装置が密封され、その動力変換装置の摺動部分を潤滑油で潤滑する潤滑機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の定電流形同期電動機式ピストンポンプ。

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