JP4272178B2 - 電磁往復動流体装置 - Google Patents

Description

本発明は、インダクションコイル及び対向配置された磁極を備える磁気回路と、インダクションコイルを間歇的に励磁することによって磁極間に磁力を間歇的に生起させ、磁性アーマチュアを該磁力によって吸引駆動させ、磁性アーマチュアに連結したピストンを往復動させるようにしたポンプやコンプレッサなどの電磁往復動流体装置に関する。

図１及び図２は、そのようなポンプやコンプレッサとして使われる電磁往復動流体装置の概要図である。

図示のように、この装置は磁極部材１０，１２の周りに巻かれたインダクションコイル１６，１８及び半波整流器２０を備える励磁回路と、シリンダ２２内で摺動可能とされたピストン２４と、該ピストン２４のロッド部分に取り付けられた磁性アーマチュア２８と、ピストン２４を図で見て左方へ付勢するコイルバネ３０とを有する。

励磁回路に交流電圧がかけられて該励磁回路に間歇的に電流が流されると、インダクションコイルが間歇的に励磁されて磁極部材１０，１２間に磁力が生起されたときには、磁性アーマチュア２８が右方へ吸引されてピストン２４が右方へ駆動され、消磁されときたにはコイルバネ３０によって該ピストン２４が左方へ駆動されることにより、当該ピストン２４が往復動されるようになっている。シリンダ２２には、一対のチェックバルブ３２，３４が設けられており、ピストン２４が往復動されることによって該チェックバルブ３２，３４が交互に開閉し、それによって流体が、ハウジング３６に形成された流体入口３８から流入し、流体出口４０から流出するようになっている。

図３及び図４は、電磁往復動流体装置の具体的構成の１例を示している。
すなわち、この装置では、図１及び図２で示したものと同様に、磁極部材１０，１２、インダクションコイル１６，１８、シリンダ２２、ピストン２４、アーマチュア２８、コイルバネ３０、チェックバルブ３２，３４、流体入口３８及び流体出口４０を有するハウジング３６を備えている。このような電磁往復動流体装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

図４は、磁性アーマチュア２８と磁極部材１０，１２との関係を示している。すなわち、磁極部材１０，１２はほぼ四角形の磁性材からなる磁気回路部材４１の左右両側部分から相互に対向するように突出する部分から形成されており、該部分の周囲にインダクションコイル１６，１８が巻回されている。磁極部材１０，１２の相互に対向する面１０´、１２´は、両部材間の中心を垂直に通る軸線を中心とした円に沿った円弧状面とされており、磁性アーマチュア２８は同軸線を中心とした円形断面を有するようにされている。

このような構造の装置においては、ピストンのストロークと推力は、磁極部材１０，１２の幅と厚さの関数として決定される。従って、一般的には、磁気回路部材４１の幅及び厚さも、該磁気回路部材４１及び磁極部材１０，１２から構成される磁気回路全体を通して磁束密度がほぼ一定になるように設計される。
特公昭５７−３０９８４号

しかし、そのような構成の磁気回路のコンピュータシミュレーション解析を行った結果、次のように問題が生じることが分った。
すなわち、一般的には、磁気回路部材４１は、磁極部材１０，１２と同じ厚さとされ、それに応じて幅も決定されるが、そのようにして構成された磁気回路においては、磁気回路部材４１と磁極部材１０，１２との付け根の部分では磁束集中が見られ、この磁束集中により磁気抵抗が増加し、当該装置の効率の低下の原因となっていた。

本発明は、そのような磁束集中による磁気抵抗の増加を解消し、装置の効率の低下を防止することを目的とする。

すなわち、本発明は
ピストンロッド、及び、該ピストンロッドに取り付けられた磁性アーマチュアを備えるピストンであって、当該ピストンロッドの長手方向軸線に沿って往復動可能とされたピストンと、
前記軸線に対して直交する方向で間隔をあけた一対の磁極部材を備えた磁気回路であって、間歇的に励磁されて磁極部材間に磁力を生起し、前記アーマチュアを吸引して前記ピストンを前記軸線方向で駆動する磁気回路と、
を備える磁気往復動流体装置において、
前記磁気回路が、環状磁気回路部材を有し、前記磁極部材が該環状磁気回路部材の内周面の対向する部分から突出するようにされ、該磁極部材及び環状磁気回路部材が前記軸線方向で一定の厚さとされると共に、
当該磁気回路が更に、環状磁気回路部材に重ね合わされるように設定されて磁気回路の一部を構成する第１追加磁気回路部材を備えることを特徴とする磁気往復動流体装置を提供する。

好ましくは、磁気回路が更に、前記環状磁気回路部材に重ね合わされるように設定される第２追加磁気回路部材を備え、第１及び第２追加磁気回路部材が前記環状磁気回路部材を両側から挟むように重ね合わされて設定するようにする。

具体的には、第１及び第２ハウジング部分からなるハウジングを有し、
第１及び第２ハウジングが、前記環状磁気回路部材及び第１追加磁気回路部材を、前記軸線方向で挟着するように設定され、内部に前記ピストンを収納するようにすることができる。

また、第１及び第２ハウジングが、前記環状磁気回路部材、第１、及び、第２追加磁気回路部材を、前記軸線方向で挟着するように設定され、内部に前記ピストンを収納するようにすることもできる。

本発明では、環状磁気回路部材に対して、第１及び若しくは第２追加磁気回路部材を重ね合わせて設定することにより、従来の上記往復動流動体装置の磁気回路における環状磁気回路部材から内側に突出する磁極部材との付け根の部分で生じていた磁束集中を低減することができ、これにより、磁束集中を原因とする磁気抵抗の増加を低減若しくは回避することが可能となり、従って、当該装置の効率を向上することが可能となる。第１及び若しくは第２追加磁気回路部材は、環状磁気回路部材に対して重ね合わせた状態にして、第１及び第２ハウジングとの間で挟着して固定することが可能であり、その設定を簡易に行うことができる。

以下、本発明の実施形態につき、添付図面を用いて説明する。図５及び図６は、本発明にかかる電磁往復動流体装置の具体的構成の１例を示している。

すなわち、この装置では、図１〜図４で示したものと同様に、磁極部材１０，１２、インダクションコイル１６，１８、シリンダ２２、ピストン２４、アーマチュア２８、コイルバネ３０、ハウジング３６、流体入口３８、流体出口４０を備えている。磁極部材１０，１２は、環状磁気回路部材４１から、該環状磁気回路部材と同じ厚さとされて相互に対向するように内向きに延出させて形成されており、該環状磁気回路部材４１とともに磁気回路を形成している。

本発明に係る電磁往復動流体装置において特徴としているところは、環状、具体的には、図４に示すものと同様に矩形状にされた環状磁気回路部材４１に重ね合わされるように設定されて磁気回路の一部を構成する追加の矩形状の磁気回路部材を有することである。すなわち、図示の例では、第１及び第２の追加磁気回路部材４８，５０が設けられており、環状磁気回路部材４１を、その両側から挟み、相互に重ね合わせた状態にして設定されている。

具体的には、ハウジング３６は第１及び第２ハウジング部分５２，５４から構成されており、該第１及び第２ハウジング部分５２，５４が第１及び第２追加磁気回路部材４８，５０と形状的に一致する環状（矩形状）のフランジ部分５２−１，５４−１を有し、該フランジ部分５２−１，５４−１の間に第１追加磁気回路部材４８、環状磁気回路部材４１、及び、第２追加磁気回路部材５０を設定し、第２ハウジング部分５４を貫通して第１ハウジング部分５２に通されたボルト５６によりネジ締めされている。

磁気往復動流体装置をリニアコンプレッサとし、同じ空気吐出量とすることを条件として、第１及び第２追加磁気回路部材を取り付けたものと、取り付けていないものとの消費電力を測定した結果、前者が後者に比べて１０パーセント前後の消費電力の低下が見られた。これは、追加磁気回路部材を付加することにより、磁気回路全体としての磁気抵抗の低下がある事が影響していることは勿論ではあるが、前述の磁極部材の付け根部分での磁束集中による磁束抵抗の増加が低下して磁束漏れが低減したためでもあると考えられる。この点に関しては、コンピュータシュミレーション解析の結果、上記追加磁気回路部材４８，５０を用いたものでは、環状磁気回路部材４１から内側に突出する磁極部材１０，１２の付け根の部分での磁束集中は、それら追加磁気回路部材を用いない場合に比べて、明らかな低下を示し、磁気抵抗低減による効率低下防止に効果があることが分った。この付け根部分における磁束集中の低減は、追加磁気回路部材を用いない場合には、磁気回路内を流れる磁力が、環状磁気回路部材４１から磁極部材に対して二次元的若しくは平面的に流れ込むのに対して、追加磁気回路部材を用いた場合には、磁極部材へは三次元的に流れ込むためであろうと考えられる。

また、上記コンピュータシュミレーション解析では、追加磁気回路部材４８，５０の一方だけを重ね合わせた場合の解析も行ったが、従来のものに比べて、磁束集中は明らかな低下を示した。

以上、本発明に係る磁気往復動流体装置につき説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、追加磁気回路部材は、環状磁気回路部材と別体のものとして示したが、一体のものとして形成することもできる。

磁気往復動流体装置の概要図であり、流体が当該装置内に吸引流入される状態を示している。 同概要図であり、流体が装置から排出される状態を示している。 従来の磁気往復動流体装置の縦断側面図である。 図３におけるIV-IV線断面図である。 本発明に係る磁気往復動流体装置における図３と同様の断面図である。 図５におけるVI-VI線断面図である。

符号の説明

１０，１２ 磁極部材
１６，１８ インダクションコイル
２２ シリンダ
２４ ピストン
２８ アーマチュア
３０ コイルバネ
３６ ハウジング
４１ 環状磁気回路部材
４８ 第１追加磁気回路部材
５０ 第２追加磁気回路部材
５２ 第１ハウジング部分
５２−１ フランジ部分
５４ 第２ハウジング部分
５４−１ フランジ部分
５６ ボルト

Claims (4)

1. ピストンロッド、及び、該ピストンロッドに取り付けられた磁性アーマチュアを備えるピストンであって、当該ピストンロッドの長手方向軸線に沿って往復動可能とされたピストンと、
   前記軸線に対して直交する方向で間隔をあけた一対の磁極部材を備えた磁気回路であって、間歇的に励磁されて磁極部材間に磁力を生起し、前記アーマチュアを吸引して前記ピストンを前記軸線方向で駆動する磁気回路と、
   を備える磁気往復動流体装置において、
   前記磁気回路が、環状磁気回路部材を有し、前記磁極部材が該環状磁気回路部材の内周面の対向する部分から突出するようにされ、該磁極部材及び環状磁気回路部材が前記軸線方向で一定の厚さとされると共に、
   当該磁気回路が更に、環状磁気回路部材に重ね合わされるように設定されて磁気回路の一部を構成する第１追加磁気回路部材を備えることを特徴とする磁気往復動流体装置。
2. 前記磁気回路が、前記環状磁気回路部材に重ね合わされるように設定される第２追加磁気回路部材を備え、第１及び第２追加磁気回路部材が前記環状磁気回路部材を両側から挟むように重ね合わされて設定されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の磁気往復動流体装置。
3. 第１及び第２ハウジング部分からなるハウジングを有し、
   第１及び第２ハウジング部分が、前記環状磁気回路部材及び第１追加磁気回路部材を、前記軸線方向で挟着するように設定され、内部に前記ピストンを収納するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の磁気往復動流体装置。
4. 第１及び第２ハウジング部分からなるハウジングを有し、
   第１及び第２ハウジング部分が、前記環状磁気回路部材、第１、及び、第２追加磁気回路部材を、前記軸線方向で挟着するように設定され、内部に前記ピストンを収納するようにしたことを特徴とする請求項２に記載の磁気往復動流体装置。
   
   

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