JPH0424553B2 - - Google Patents

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JPH0424553B2
JPH0424553B2 JP61208424A JP20842486A JPH0424553B2 JP H0424553 B2 JPH0424553 B2 JP H0424553B2 JP 61208424 A JP61208424 A JP 61208424A JP 20842486 A JP20842486 A JP 20842486A JP H0424553 B2 JPH0424553 B2 JP H0424553B2
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JP
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vibrator
core
magnetic
magnet
pole
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JP61208424A
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Keizo Takahashi
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TAKATSUKI DENKI SEISAKUSHO KK
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TAKATSUKI DENKI SEISAKUSHO KK
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Publication date
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Publication of JPS6365183A publication Critical patent/JPS6365183A/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は可動磁石式ダイヤフラムポンプに関す
る。さらに詳しくはダイヤフラムに連結された振
動子と、この振動子の外周部に設けられた電磁コ
イルとの磁気的相互作用によつて振動子を往復運
動させることにより、これに連動したダイヤフラ
ムを往復運動させ、さらにこれに連動して流体を
吸引しその後吐出する可動磁石式ダイヤフラムポ
ンプに関する。 本装置は主として養魚水槽や、庭池養魚におけ
る酸素補給、あるいは公害監視における検査ガス
のサンプリングなどに利用されている。 [従来の技術] 従来、この種のダイヤフラムポンプとしては特
開昭54−84603号公報に記載のものがある。かか
るダイヤフラムポンプの概要を第3図に示す。 第3図おいて、21はヨークであり、その縦断
面の第3図で示す上半部および下半部(以下、
[従来の技術]の項において上、下、左、右は第
3図におけるものを示す)がE字型をした軸対称
の円筒状のものであり、その中心軸部は中空とな
つている。またヨーク21の材料としてはFeな
どの強磁性材料が使用されている。そしてヨーク
21の右半部および左半部にはそれぞれヨーク2
1の内面に接してヨーク21と同一の中心軸を有
する横断面がドーナツ状の円筒状電磁コイル22
a,22bが設けられている。そしてヨーク21
の中心部にはヨーク21の長手方向に沿つてヨー
ク21より少し短い円柱状の振動子23がヨーク
21と中心軸が同一となるように設けらていて、
振動子23の右端および左端はヨーク21の右端
および左端近くまで伸びて形成されている。そし
て振動子23には、右端がN極となり左端がS極
となつている鋳造磁石などからなる永久磁石24
が設けられており、該永久磁石24の両端面上に
は等方性の磁性体である磁極片27a,27bが
固定されている。また振動子23が固定されてい
て、振動子23の中心軸にそつて形成されている
支持軸25の両端部には、ダイヤフラム26a,
26bが固定されている。 そして電磁コイル22a,22bに通電した交
流電流の或る半波間においては、ヨーク21の内
周端に第3図においてN、Sで示された極性の磁
極が現われ、そしてつぎの半波間においては、同
様に(N)、(S)で示された極性の磁極が現われ
るようになつている。 かかる構成からなるダイヤフラムポンプにおい
ては、電磁コイル22a,22bに交流電流を通
電することによつて、ヨーク21の内周端に生じ
た磁極と振動子23の両端に生じたN極およびS
極の磁極との間に磁気的相互作用が生じ、これに
より振動子23は先の半波間で右方へ動かされ、
つぎの半波間で左方へ動かされる。このようにし
て振動子23が、通電した交流電流の周期に同期
して左右方向に振動し、これに連動してダイヤフ
ラム26a,26bも振動する。そしてダイヤフ
ラム26aの右方およびダイヤフラム26bの左
方に設けられている作動室(図示せず)内の流体
に規則的な圧力変動を与え、作動室内に流体を吸
引し、あるいは作動室外に流体を吐出することに
よつて前記ダイヤフラムポンプがポンプとして機
能する。 [発明が解決しようとする問題点] 前記従来のダイヤフラムポンプにおいては、支
持軸25に取り付けられた鋳造磁石などからなる
永久磁石24の残留磁化を強くするために磁石の
パーミアンス係数を大きくする必要があり、した
がつて寸法の長い永久磁石が使用されており、さ
らにまたヨーク21の左端部および右端部の内周
端に生じる磁極と永久磁石24のS極およびN極
との間に働く磁気力を強めるために、永久磁石2
4の左端面上および右端面上に、等方性の磁極片
27a,27bが設けられているので、振動子2
3の重量は非常に大きなものとなる。したがつて
ダイヤフラムの設計条件あるいは振動子23の重
量などによつて定まる振動子23の固有振動数を
電磁コイル22a,22bに通電される交流電流
の周波数に一致させることができずこれによつて
交流電流の交番変化と振動子の振動とが共振状態
となることによりダイヤフラムポンプの吐出能力
が急上昇するという状態がえられず、ダイヤフラ
ムポンプの駆動効率が悪いという問題がある。 本発明は以上のような問題点を解決するために
なされたもので、電磁コイルによつて生じる磁束
の通路を振動子外に設け、これにより振動子の重
量を小さくすることによつて交流電流の交番磁化
と振動子の振動との共振状態を達成し、ポンプの
駆動効率を上昇させた可動磁石式ダイヤフラムポ
ンプを提供することを目的とする。 [問題点を解決するための手段] 本発明の可動磁石式ダイヤフラムポンプは、電
磁コイルと、該電磁コイル内に挿入され、ダイヤ
フラムに連結され、かつ磁石が設けられている振
動子とが装着されてなるダイヤフラムポンプであ
つて、前記振動子における前記電磁コイルのS極
およびN極に対応する部分に第1の磁石および第
2の磁石が設けられていて、これらの両磁石の相
対向する側の磁極の極性が同一となつていて、さ
らに前記電磁コイルと前記振動子との間に磁性体
からなるステートコアが介装されているものであ
る。 [実施例] 以下、本発明をその実施例を示す図面に基づき
説明する。 第1図は本発明の一実施例を示す吐出量が毎分
数10l程度の可動電磁式ダイヤフラムポンプの一
部断面図である。第1図において1は横断面がド
ーナツ状となつている電磁コイルであり、その中
心部に形成されている中空部の回りに沿つて導線
が捲回されている。そして電磁コイル1の外周部
には電磁コイル1を覆う形でかつこれと中心軸を
共通とするように0.3mmの硅素鋼板を螺旋状に捲
回したからなる厚さが約1mmの円筒状のヨークコ
ア3が設けられている。 そして電磁コイル1の内周面および第1図で示
す左および(以下左、右、上、下とは第1図にお
けるものを示す)の両端面上には、これに接する
形で一様な厚さが2〜3mmである縦断面の上、下
の各半部がU字形となつている66ナイロンからな
るボビン2が設けられている。そしてボビン2の
左、右端面上には、それぞれこれらに接する形で
ドーナツ板状の厚さが0.5mmの硅素鋼板を数枚積
層したものからなる右側のヨークプレートコア4
aと左側のヨークプレートコア4bが固設されて
いる。そしてヨークプレートコア4a,4bはボ
ビン2の内周面より少し中心軸方向へ突出してい
る。そしてヨークプレートコア4aの右端面およ
びヨークプレートコア4bの左端面上にはそれぞ
れこれらに接してポリカーボネートからなる略ド
ーナツ板状の同型である右側のサイドプレート5
aおよび左側のサイドプレート5aが設けられて
いる。そしてサイドプレート5aの右側およびサ
イドプレート5bの左側には内径がヨークプレー
トコア4a,4bの外径より少し小さい凹部が形
成されている。 そして電磁コイル1とボビン2とヨークコア3
とヨークプレートコア4a,4bとが前記2つの
サイドプレート5a,5bにより適宜手段で連結
されることにより挾持されている。そして電磁コ
イル1の中心軸部には、中心軸方向に延びて形成
されている振動子(後述)の支持軸6が設けられ
ており、支持軸6の前記ヨークプレート4a,4
bの内周端に対応する部分にはそれぞれ短円柱状
の右側の第1の磁石であるフエライト磁石7aお
よび左側の第2の磁石であるフエライト磁石7b
が適宜手段により固定して設けられている。そし
てフエライト磁石7a,7bの中心軸は支持軸6
の中心軸に一致している。さらにフエライト磁石
7a,7bの相対向する面の磁極の極性はともに
S極となつており、したがつてこれらの反対面の
磁極の極性はN極となつている。そしてフエライ
ト磁石7a,7bのそれぞれの左、右両端面上に
は、これに接する形で、円板状であつて厚さが
0.5mmの等方性磁性体である硅素鋼板を数枚積層
したものからなるマグネツトシユー8a,8b,
8c,8dが適宜手段により固定して設けられて
いる。そして最左端に設けられているマグネツト
シユー8aの左端面はヨークプレートコア4bの
左端面より左方に約10mmの範囲内で移動できるよ
うに適宜手段により制動されていて、また同様に
最右端にあるマグネツトシユー8dの右端面はヨ
ークプレートコア4aの右端面より右方に約10mm
の範囲内で移動できるようになつている。また同
時にマグネツトシユー8bの右端面はヨークプレ
ートコア4bの左端面より右方に約14mmの範囲内
で移動できるようになつており、マグネツトシユ
ー8cの左端面はヨークプレートコア4aの右端
面より左方に約14mmの範囲内で移動できるように
なつている。 そしてマグネツトシユー8bとマグネツトシユ
ー8cの間には中心軸が支持軸6の中心軸に一致
していて厚さが0.3mmの硅素鋼板を螺旋状に捲回
して全体の厚さが約1mmとなつている円筒状のポ
ールコア9が設けられており、ポールコア9の左
および右の端面はそれぞれマグネツトシユー8b
の右端面およびマグネツトシユー8cの左端面に
当接している。そしてポールコア9の外周面はフ
エライト磁石7a,7bの外周面とほぼ面一とな
るようになつている。そしてこれらの外周面とヨ
ークプレートコア4a,4bの内周面との間には
約1mm程度の隙間が形成されている。そして支持
軸6とフエライト磁石7a,7bとマグネツトシ
ユー8a,8b,8c,8dとポールコア9とか
ら振動子10が構成されている。そしてポールコ
ア9とボビン2の間であつてボビン2のほぼ中央
部には、中心軸が支持軸6の中心軸に一致してい
て厚さが0.3mmの硅素鋼板を螺旋状に捲回して全
体の厚さが約2mmとなつている円筒状のステート
コア11が設けられている。ここでステートコア
11の横断面積とポールコア9の横断面積との和
の値はヨークプレートコア4aまたはヨークプレ
ートコア4bの内周端面の面積の値とほぼ一致し
ている。そしてステートコア11はその外周面が
ボビン2の内周面に当接する形でこの内周面上に
固定されており、ステートコア11の内周面はヨ
ークプレートコア4a,4bの内周端面とほぼ面
一になつている。またステートコア11の長さは
ポールコア9の長さより少し短くなつている。 そしてサイドプレート5a,5bの内周端面は
ヨークプレートコア4a,4bの内端面より少し
内方へ突出して形成されており、この突出した部
分がサイドプレート5aについてはストツパー5
cとなつていて、サイドプレート5bについては
ストツパー5dとなつている。ここでストツパー
5c,5dの内周面とフエライト磁石7a,7b
の外周面との隙間の寸法は約0.5mmである。 そしてサイドプレート5a,5bの前記凹部に
はれぞれ略ドーナツ状のPBTからなる右側のダ
イヤフラム台12aと左側のダイヤフラム台12
bとが嵌合して設けられており、支持軸6の両端
部がダイヤフラム台12a,12bの中心部を貫
通して外方に突出している。そして第1図の右方
に示すように、ダイヤフラム台12aの右端面に
は吸引室13a、吐出室13bおよび凹部13c
が形成されているPBTからなるケーシング部材
13が固定されており、ダイヤフラム台12aと
ケーシング部材13との間には略円板状の
EPDMからなるダイヤフラム14がその周端部
がダイヤフラム台12aとケーシング部材13と
により嵌装されて設けられている。またダイヤフ
ラム14の中心部には支持軸6の右端部が貫通し
ていて、ダイヤフラム14の両面上にダイヤフラ
ム14を押し引きして左右に変位させるセンター
プレート15,15が設けられている。そしてこ
れらのダイヤフラム14およびセンタープレート
15,15が取り着け座16とナツト17との間
に介装され、ナツト17により締付けられること
により支持軸6の右端部上に固定されている。そ
してダイヤフラム14とケーシング部材13の凹
部13cとにより作動室が形成されている。 またケーシング部材13には吸引室13aに連
通する吸引口13dおよび吐出室13bに連通す
る吐出口13eが設けられており、作動室と吸引
室13aとの隔壁中に設けられた連通孔13f部
には吸引弁18が設けられており、また作動室と
吐出室13bとの隔壁に設けられた連通孔13g
部には吐出弁19が設けられている。 そして第1図においては本実施例の装置のダイ
ヤフラム台12bの左方の構成の作図を省略して
いるが、これはダイヤフラム台12aの右方の構
成と全く対称的に同じものとなつている。なお前
述のヨークコア3、ヨークプレートコア4a,4
b、ステートコア11、ポールコア9およびマグ
ネツトシユー8a,8b,8c,8dは、厚さが
0.3〜0.5mmである硅素鋼板を積層したものとなつ
ており、それら自体で内部的に連続したループを
形成しないように電気回路的に開いた状態となつ
ている。 ここでステートコア11については、第2図に
示すように前記薄板を螺旋状に捲回した構造とな
つていて、この薄板の終端31は薄板の側壁に絶
縁性接着剤などを使用した適宜の手段により固着
されている。 つぎに本実施例のダイヤフラムポンプの作用お
よび動作について説明する。 電磁コイル1に交流電流を流すと交流電流の変
化に同期して電磁コイル1の両端のそれぞれにお
いてN極およびS極の磁極が交互に生じる。した
がつて磁性体であるヨークプレートコア4a,4
bも交流電流の変化に同期して磁化され、ヨーク
プレートコア4aの内周端およびヨークプレート
コア4bの内周端にそれぞれ異なる極性の磁極が
交互に現われる。すなわちヨークプレートコア4
aの内周端がN極またはS極となるに対応してヨ
ークプレートコア4bの内周端はS極またはN極
となる。 ここで交流電流のある半波間においてヨークプ
レートコア4aの内周端がS極に磁化されている
ばあいには、ヨークプレートコア4bの内周端が
N極に磁化されており、このばあいにはヨークプ
レートコア4aの内周端のS極はフエライト磁石
7aによつて磁化されたマグネツトシユー8dの
N極とは引力、フエライト磁石によつて磁化され
たマグネツトシユー8cのS極と斥力の相互作用
を及ぼす。またヨークプレートコア4bの内周端
のN極はフエライト磁石7bによつて磁化された
マグネツトシユー8aのN極とは斥力、フエライ
ト磁石7bによつて磁化されたマグネツトシユー
8bのS極とは引力の相互作用を及ぼす。これに
よつて振動子10は左方へ向う力を受け、前述の
移動範囲内で左方へ移動する。つぎに交流電流が
前記半波間のつぎの半波間になつたばあいにはヨ
ークプレートコア4aの内周端がN極に磁化さ
れ、これと同時にヨークプレートコア4bの内周
端がS極に磁化される。そしてこのばあいにはヨ
ークプレートコア4aおよびヨークプレートコア
4bの内周端の磁極は、マグネツトシユー8c,
8bの磁極と、先の半波間のばあいとまつたく反
対の相互作用を及ぼし振動子10は前述の移動範
囲内で右方へ移動する。 なお等方性磁性体のマグネツトシユー8a,8
b,8c,8dを設けることにより、これらの周
端にフエライト磁石7b,7aによつて生じる磁
力線の大部分が集められるため、ヨークプレート
コア4aおよびヨークプレートコア4bの内周端
の磁極とマグネツトシユー8c,8dおよびマグ
ネツトシユー8a,8bの磁極との間に働く磁気
力は非常に強くなる。 このようにして振動子10が交流の周期と同期
して左右方向に往復振動を行い、これに連動して
ダイヤフラム14が左右に振動する。そして振動
子10が左方へ移動したときに吐出弁19が閉じ
たままで吸引弁18が開いて吸引口13bにより
吸引室13a内に吸引された流体は連通口13f
を通つて作動室内に流入し、つぎに振動子10が
右方へ移動したときに吸引弁18が閉じるととも
に吐出弁19が開き作動室内の流体が連通口13
gを通つて吐出室13bを経て吐出口13eより
吐出される。またダイヤフラム台12bの左方の
構成(図示せず)についても前記同様の動作が行
なわれ、このようにして本実施例の可動磁石式ダ
イヤフラムポンプが駆動する。 本実施例においては、フエライト磁石7a,7
bが異方性を有していることから薄くても磁力の
強い磁石となり、ヨークプレートコア4a,4b
の内周端の磁極がマグネツトシユー8c,8bの
S極とも強く相互作用するため振動子10を振動
させる力も強いものとなる。 また振動子10を中空にして軽量化することに
より振動子10の固有振動数を電磁コイル1に通
電される交流電源の周波数に一致させており(本
実施例では該周波数を関東地区および関西地区で
使用される交流周波数を考慮し57Hzとしている)、
前記交流電源の交番変化と振動子10の振動とが
共振状態となつてポンプが駆動される。 なお電磁コイル1によつて生じる磁束を振動子
10のポールコア9内に集中させるよりも、ステ
ートコア11を設けることによりこれにも前記磁
束を分散し、さらにステートコア11が電磁コイ
ル1の両極間に渡る磁束の主たる通路となるよう
にすればポールコア9の厚さを薄くでき、このた
めに振動子10の重量をなお一層少なくできる。 このような強力な振動子および振動子10の軽
量化により振動子10は交流電流の変化にほぼ同
期して振動する。 またヨークコア3、ヨークプレートコア4a,
4b、ステートコア5a,5b、ポールコア9お
よびマグネツトシユー8a,8b,8c,8dは
厚さが0.3〜0.5mmの硅素鋼板の薄板を積層したも
のとしていることからこれらの内部に渦電流が発
生するのを防止できるとともに、これら自体が個
別に鋼板を積層したあるいは螺旋状に捲回された
開回路となつていることから通常の連続体の閉回
路を使用したばあいの閉回路に沿つた2次電流の
発生を防止することもできる。 またヨークコア3、ヨークプレートコア4a,
4b、ステートコア11、マグネツトシユー8
a,8b,8c,8d、ポールコア9にはFeに
Siを添加した硅素鋼板が用いられており、該鋼板
は残留磁化も小さく、ヒステリシス損も小さいと
いう特性を有しているので電磁コイル1に交流電
流を流すことによつて生じる磁気回路内でのエネ
ルギーの損失も小さくなる。 このようなことからヨークコア3、ヨークプレ
ートコア4a,4b、ステートコア11、マグネ
ツトシユー8a,8b,8c,8d、ポールコア
9内における損失エネルギーも小さくなるととも
に発熱も少なくなり、従つてダイヤフラムポンプ
自体の発熱も小さくできる。 さらにまた、ダイヤフラム14が、その材質が
経時的変化により劣化するなどして破損するばあ
いには、振動子10が前述の振動子10の適性な
移動範囲を越えて移動し、マグネツトシユー8d
の右側面またはマグネツトシユー8aの左側面が
ストツパー5cの左方またはストツパー5dの右
方まで移動する。そして同時に、マグネツトシユ
ー8dたはマグネツトシユー8aとヨークプレー
トコア4aまたはヨークプレートコア4bとの間
の磁気力により、マグネツトシユー8dまたはマ
グネツトシユー8aが、ヨークプレートコア4a
またはヨークプレートコア4bの内周端面に吸着
され、マグネツトシユー8dの右側面またはマグ
ネツトシユー8aの左側面がストツパー5cまた
はストツパー5dによつて掛止されることにより
振動子10の振動が制動される。 そしてこのためダイヤフラムポンプの吐出量の
変動などが生じてポンプ駆動の異常が検知され、
電磁コイル1への通電を停止することによりポン
プの駆動を停止でき、振動子10などの破損を亦
然に防止できる。 なお前記実施例では第1および第2の磁石とし
て異方性のフエライト磁石7a,7bを使用した
がこれに限定されるものではなく磁力の強い希土
類磁石などの他の磁石も使用できる。 またボビン2、サイドプレート5a,5b、ダ
イヤフラム台12a,12b、ケーシング部材1
3およびダイヤフラム14などの材料としては前
記実施例のものに限定されるものではなく耐熱性
を有するものであればABSおよびPETなども使
用できる。 また前記実施例においてはストツパー5c,5
dがサイドプレート5a,5bと連続的に一体に
形成されているばあいについて示したが、これは
サイドプレート5a,5bと別体に形成されてい
てもよい。またストツパー5c,5dの材料も前
記実施例におけるサイドプレート5a,5bの材
料と同一のものに限定されるものではなく耐熱性
を有する非磁性材料であればPETおよびABSな
ども使用できる。 さらにまたヨークコア3、ヨークプレートコア
4a,4b、ステートコア11、マグネツトシユ
ー8a,8b,8c,8d、ポールコア9の材料
についても前記実施例の硅素鋼に限定されるもの
ではなく残留磁化を小さくでき、ヒステリシス損
を小さくできるものであればステート鋼なども使
用できる。 さらにまた前記実施例で限定されているヨーク
コア3、ヨークプレートコア4a,4bなどの厚
さの値および振動子10の移動範囲の値などは前
記実施例の値に限定されるものではなく、ポンプ
の容量およびその他の条件で変わりえることはも
ちろんである。 [発明の効果] 以上のように本発明にかかわる可動磁石式ダイ
ヤフラムポンプによれば、振動子における電磁コ
イルのS極およびN極に対応する部分に振動子の
軸方方向の長さが短いかつ磁力の強い第1の磁石
および第2の磁石を設け、これらの磁石の相対向
する側の磁極の極性が同一となるようにし、さら
に前記電磁コイルと前記振動子との間に磁性体で
あるステートコアを介装するようにしたので、電
磁コイル1により発生した磁束の磁気回路はヨー
クプレート4a、ヨークコア3、ヨークプレート
4bと、並列回路を構成するポールコア9および
ステートコア11との直列回路となり、前記磁束
の通路を振動部のポールコア9以外に固定部のス
テートコア11にも設けることになる。したがつ
てこのばあいには磁性体による磁気回路の断面積
を大きくでき、磁気回路の磁気抵抗を小さくでき
る。これにより電磁コイル1の起磁力も小さくで
き電磁コイル1に通電される電流値も少なくでき
るとともに振動子中のポールコアの厚さを薄くで
きるため、振動子を軽量化できる効果がある。そ
してこれにより、従来のように振動子の磁石に長
いものを使用する必要がなくなり、振動子を中空
にして軽量化できることに加え、さらに一層、振
動子を軽量化できるので電磁コイルに通電される
交流の交番変化と振動子の振動との共振状態を達
成でき、ダイヤフラムポンプの駆動効率を上昇で
きる効果がある。そしてこれにより電磁コイルに
流される交流電流の周期にほぼ同期した振動子の
振動周期がえられるとともにダイヤフラムポンプ
の消費電力を少なくできる効果がある。 なお第1表に本発明のダイヤフラムポンプにつ
いての振動子の重量と空気吐出量との関係を示し
ている。第1表から明らかなように、ポールコア
の厚さを薄くして振動子の重量を少なくし振動子
10の固有振動数が電源周波数に同調するに従つ
て空気吐出量が増大している。 【表】
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例にかかわる可動電磁
式ダイヤフラムポンプの一部断面図、第2図は前
記実施例におけるステートコアの概略斜図、第3
図は従来の可動磁石式ダイヤフラムポンプの一部
断面図である。 図面の主要符号、1:電磁コイル、7a:第1
の磁石、7b:第2の磁石、10:振動子、1
1:ステートコア。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 電磁コイルと、該電磁コイル内に挿入され、
    ダイヤフラムに連結され、かつ磁石が設けられて
    いる振動子とが装着されてなるダイヤフラムポン
    プであつて、前記振動子における前記電磁コイル
    のS極およびN極に対応する部分に第1の磁石お
    よび第2の磁石が設けられていて、これらの両磁
    石の相対向する側の磁極の極性が同一となつてい
    て、さらに前記電磁コイルと前記振動子との間に
    磁性体からなるステートコアが介装されてなる可
    動磁石式ダイヤフラムポンプ。
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