JPH0557369U - 電磁往復動式ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 従来の電磁往復動式ポンプにおける電磁石の
フィールドコアと、ピストンに設けられるアーマチュア
との内外関係を逆に設定した。すなわち、主軸５に対し
て摺動可能に配置されたピストン６に円環状のアーマチ
ュア８を設け、また該アーマチュア８の内側に、外側に
突出する複数の磁極を有するフィールドコア１及びコイ
ル２より成る電磁石が固定してある。したがって、コイ
ル２に通電すれば、ピストン６は圧縮コイルばね１１の
弾発力に抗して吸引される。 【効果】 アーマチュアが円環状に形成され、その内部
にフィールドコアが形成されているので、フィールドコ
ア及びアーマチュアより成る磁気回路が従来に比較して
短くなり、またフィールドコアに巻回すべきコイルの巻
数も少なくて済む。したがって、電磁石、ひいては当該
電磁往復動式ポンプが小形化、軽量化する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、電磁往復動式ポンプに関するものであり、特にピストンを、電磁石 の吸引作用及びばね手段の反発作用を用いて往復動させることにより、流体を吸 引／吐出する形式の電磁往復動式ポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

シリンダ内に摺動可能に配置されたピストンヘッドを有するピストンをばねで 一方向に偏倚させ、該ピストンを、電磁石を用いて前記方向と逆の方向に周期的 に吸引し、流体を反復的に吸入／吐出する形式の電磁往復動式ポンプは公知であ る。

【０００３】 前記ピストンには、磁性材料で形成された環形板（ドーナツ状板）を複数枚積 層することにより形成されたアーマチュアが取り付けられている。そして、ピス トンは、前記アーマチュアをピストンの鋳型の中に嵌め込んだ後、鋳造される。

【０００４】 また、前記アーマチュアを吸引するための電磁石は、アーマチュアの外側に配 置された一対の磁極、及び該磁極を連結するための、前記アーマチュアの周囲に 配置された矩形の環状体より成るフィールドコアと、前記磁極に巻回されたコイ ルとより構成されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記したような従来の電磁往復動式ポンプでは、アーマチュアを吸引するため の電磁石が大型、かつ大重量であり、この結果、当該電磁往復動式ポンプも大型 、大重量である。その理由は次の通りである。

【０００６】 (1) ピストンを一方向に偏倚するためのばね手段と軸は、その端部が前記アー マチュアに隣接して設けられており、該アーマチュア及びフィールドコアの磁極 間の磁気ギャップに接近又は内部に位置しかつ、磁気回路が比較的長いため、電 磁石より発生する磁束が漏洩しやすい。

【０００７】 この磁気漏洩を防止するには、ばね手段を遠方に位置させることが考えられる が、構成する可動物の重量が大きくなる。また、前記ばね手段をステンレス線等 の非磁性材料を用いて構成すれば良いが、これらの材料は、機械的性質が不安定 であり、またせん断応力が小さいので、その使用は好ましくない。したがって、 機械的性質が安定であり、かつせん断応力も大きい磁気材料（例えば、ばね用鋼 材）を用いて前記ばね手段を構成せざるを得ないが、この場合には前記の磁気漏 洩が大きくなるので、フィールドコアに巻回すべきコイルの起磁力（アンペア・ タ―ン）をさらに多くする必要がある。

【０００８】 (2) 上記したような従来の電磁往復動式ポンプでは、磁極を有するフィールド コアは矩形の環状であり、アーマチュアを取り巻くように該アーマチュアの外側 に配置されているので、該フィールドコアが大型である。したがって、フィール ドコア及びアーマチュアを構成する磁性材料の使用量が増大する。

【０００９】 また、フィールドコアが矩形状である結果、磁気回路が比較的長く磁気漏洩も 大きくなるので、該フィールドコアに巻回すべきコイルの起磁力を多くする必要 がある。

【００１０】 本考案は、前述の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、 フィ―ルドコアとア―マチュア間の磁束漏れを極力小さくすると共に電磁石を小 形化かつ軽量化することにより、当該電磁往復動式ポンプの軽量化を図る点にあ る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

前記の問題点を解決するために、本考案は、従来の電磁往復動式ポンプにおけ る電磁石のフィールドコアと、ピストンに設けられるアーマチュアとの内外関係 を逆に設定した点に特徴がある。詳しくは、ピストンの一端に環状に取り付けた ア―マチュアが、複数の磁極が外側に突出するように形成した、電磁石のフィ― ルドコア外周を軸方向に往復するようにケ―シングの一端に固定するようにした 点に特徴がある。

【００１２】

【作用】

前記フィールドコアに巻回されたコイルに通電すれば、フィールドコア及びア ーマチュア間で磁束が閉ループを作り、これにより、アーマチュア、すなわちピ ストンがフィールドコアの方向に吸引される。また、前記電磁石を消勢すれば、 前記ピストンに隣接して配置されたばね手段の弾発力により、該ピストンが前記 吸引方向と逆方向に移動する。したがって、前記電磁石に例えば半波交流を通電 すればピストンが往復動し、流体の吐出／吸引が行われる。この場合、ばね手段 はフィ―ルドコアおよびア―マチュアから遠い位置に配置されるので、磁気漏洩 が低減される。

【００１３】

【実施例】

以下に図面を参照して、本考案を詳細に説明する。図１は本考案の第１の実施 例の横断面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。なお図２においては、コイル ２は二点鎖線で描かれており、またケーシング３、シリンダ壁４、アーマチュア ８を支持するピストン６の保持部６Ｄ等は省略されている。また図２では、フィ ールドコア１の８つの磁極のうち、磁極１Ａ及び１Ｂより発生する磁束の流れを 破線で示してある。

【００１４】 まず、図１において、シリンダ―ヘッド１０には、その中央部に中空の主軸５ の一端が取り付けられており、またその外周部には、その中心軸が前記主軸５の 中心軸と一致するように筒状のシリンダ壁４が取り付けられている。このシリン ダ壁４とシリンダ―ヘッド１０とで、当該電磁往復動式ポンプのシリンダを構成 している。またシリンダ―ヘッド１０の、前記シリンダ壁４よりも内側には、吐 出口１０Ａが設けられ、該吐出口１０Ａは吐出弁１０Ｂにより閉塞されている。 この図では、説明の便宜上、吐出弁１０Ｂは開口して示されている。

【００１５】 主軸５の外周面には、その一端にピストンヘッド６Ｃを、またその他端に保持 部６Ｄを有するピストン６が摺動自在に挿通されている。この保持部６Ｄは、後 述のアーマチュア８をその外側から支持することができれば、どのような形状で あっても良い。

【００１６】 前記主軸５の外周面又はピストン６の内周面には滑り軸受７が設けられ、これ によってピストン６がより円滑に往復動される。また、圧力室１２は、前記シリ ンダ壁４及びシリンダ―ヘッド１０より成るシリンダとピストンヘッド６Ｃとに よって画定されている。

【００１７】 前記ピストンヘッド６Ｃには、吸入口６Ａが設けられ、該吸入口６Ａは吸入弁 ６Ｂて閉塞されている。図１はピストン６が往動（後述の圧縮コイルばね１１が 圧縮される方向への移動）を開始した瞬間を示すものであるので、吸入弁６Ｂは 開いている。

【００１８】 前記ピストンヘッド６Ｃの周囲にはピストンリング９が取り付けられている。 また前記保持部６Ｄには、その内壁に円環状のアーマチュア８が取り付けられて いる。このアーマチュア８は、例えばピストン６の形成時に、該ピストン６と一 体に組み付けることができる。

【００１９】 前記主軸５の開放端側には、ナット１３によりフィールドコア１が取り付けら れている。このフィールドコア１は、図２に示されるように、外側に突出する８ つの磁極を有すると共に、その外周径が前記ア―マチュア８の内周径よりも僅か に小さくなるように形成されていて、それら磁極の１つおき（図２の符号１Ａ〜 １Ｄで示された４つの磁極）にコイル２が巻回されている。このコイル２の巻回 は、図２にその一部が示されたような磁気回路が形成されるように、隣接する磁 極間において、アーマチュア８を介して磁束が閉ループを作るように行われてい る。前記フィールドコア１及びコイル２は、当該電磁往復動式ポンプの電磁石を 構成している。前記フィールドコア１は、その中心軸が前記アーマチュア８の中 心軸と一致するように取付けられている。

【００２０】 後述のように、当該電磁往復動式ポンプの動作時には、流体通路５Ａを介して 外気がケーシング３内に流入するが、この場合における主軸５の放熱性を向上さ せるために、前記流体通路５Ａの内表面に放熱用のフィン（図示せず）を、主軸 ５の求心方向に向けて該主軸の軸方向に形成しても良い。このフィンは主軸５と 一体的に形成されても良く、また主軸５と別個に形成したものを流体通路５Ａの 内表面に熱的密着状態に嵌め込むことにより形成されてもよい。もちろん、この フィンは省略可能である。

【００２１】 圧縮コイルばね１１は、前記フィールドコア１及びピストン６の間に、それら と同一中心軸上に配置されている。なお、前記圧縮コイルばね１１の一方の端部 に図示しないスラスト軸受もしくは、それに類する回転自在なリングを配置し、 ピストン６がシリンダ壁４内で回転自在となるようにすると良い。

【００２２】 以上の構成を有する本考案の第１の実施例において、コイル２に通電すると、 フィールドコア１及びアーマチュア８間で磁束が閉ループを作り、該アーマチュ ア８が圧縮コイルばね１１の弾発力に抗してフィールドコア１の方向に吸引され 、圧力室１２の容積が増大する。これにより、吸入弁６Ｂが開き、吸入口６Ａよ りケーシング３内の流体（空気）が圧力室１２内に流入される。

【００２３】 コイル２への通電を停止すれば、圧縮コイルばね１１の弾発力により、ピスト ン６が初期位置（図１の状態）に復帰する。この際、吸入口６Ａが吸入弁６Ｂで 閉塞されると共に、圧力室１２の体積が減少するので、該圧力室１２内の流体は 加圧され、該流体は吐出弁１０Ｂを押し広げて吐出口１０Ａを介して外部に吐出 される。この際、ケーシング３内の圧力が低下するので、該ケーシング３内には 、流体通路５Ａを介して外気が流入する。

【００２４】 したがって、図３に示すように、４つのコイル２及びダイオード８１を直列に 交流電源８２に接続し、コイル２に対して半波交流を通電すれば、コイル２への 通電時にピストン６は往動し、コイル２の消勢時には圧縮コイルばね１１が作用 してピストン６は復動（往動と反対方向への移動）し、この作用が交流の周波数 に同期して反復される。

【００２５】 この結果、流体通路５Ａを介してケーシング３内に導入された流体は、吐出口 １０Ａ及び吐出弁１０Ｂを介して図示されない消費源に向けて連続的に吐出され る。なお、コイル２に対してパルス状の電流を通電するようにしても良い。

【００２６】 この例では、上記の流体の吸入及び吐出が反復的に行われる間、往復動するピ ストン６を支持する主軸５の流体通路５Ａ内を流体が通過するので、該主軸５は その内部から冷却される。そして流体は主軸５内を通過した後、ケーシング３内 に入り、さらにコイル２及びフィールドコア１、並びにピストン６及びアーマチ ュア８等をも冷却し、あわせてピストン６を支持する滑り軸受７が該ピストン６ の振動摩擦によって温度上昇するのを防止する。

【００２７】 図４は本考案の第２の実施例の横断面図である。同図において、図１と同一の 符号は、同一又は同等部分をあらわしている。図１との対比より明らかなように 、この実施例は、ピストンヘッド６Ｃに設けられていた吸入口及び吸入弁を、シ リンダ―ヘッド１０側に設けたものである（符号２０Ａ及び２０Ｂ参照）。吸入 口及び吸入弁並びに吐出口及び吐出弁は、圧力室１２の壁面に設けられれば良い から、それらは、シリンダ壁４に形成されても良い。

【００２８】 また、この実施例では、流体通路５Ａは、ピストン６の往復動により変化する ケーシング３内の圧力変化を吸収するために設けられており、積極的にその内部 に流体を通過させるものではない。したがって、例えば流体通路５Ａを閉塞し、 ケーシング３の適宜の箇所に開口部を形成するようにしても良い。

【００２９】 図５は本考案の第３の実施例の横断面図である。同図において、図４と同一の 符号は、同一又は同等部分をあらわしている。図４との対比より明らかなように 、この実施例は、ピストン１６を支持する主軸１５を両持構造としたものである 。すなわち、中空の主軸１５は、その一端がシリンダ―ヘッド１０に固定される と共に、他端がケーシング３に固定されている。そして、この主軸１５には、流 体通路５Ａとケーシング３とを連通するように、そのケーシング３により固定さ れた側の端部に開口部１５Ｐが形成されている。

【００３０】 もちろん、このような主軸１５の両持構造は、図１に示されたような、ピスト ンヘッド６Ｃに吸入口６Ａ及び吸入弁６Ｂが設けられた電磁往復動式ポンプに適 用されても良い。この場合には、当該電磁往復動式ポンプの動作時には、外気は 流体通路５Ａ及び開口部１５Ｐを介してケーシング３内に流入し、該主軸１５及 びケーシング３内部が積極的に冷却される。

【００３１】 図６は本考案の第４の実施例の横断面図である。同図において、図１と同一の 符号は、同一又は同等部分をあらわしている。図１に示された例では、ピストン ６の保持部６Ｄは、ピストンヘッド６Ｃの外周部をフィールドコア１側に延長す ることにより形成されているが、図６に示された第４の実施例では、前記保持部 ６Ｄは、ピストン２６の、主軸５との摺動部を外側に延長することにより形成さ れている。このような構成によれば、ピストン２６をより一層軽量化することが 可能である。

【００３２】 さて、図２においては、フィールドコア１は、８つの磁極を有するように描か れているが、偶数個の磁極を有するものであれば良い。ただし、磁極の数が少な いほどアーマチュア８の厚みを大きく設定しなければならないので、磁極は４つ 以上の偶数（すなわち多極構造）であることが望ましい。図２に示されたように 、磁極が８つである場合には、アーマチュア８の厚みを十分に小さくすることが でき、当該電磁往復動式ポンプの大幅な軽量化に寄与できる。

【００３３】 また、磁極の１つおきにコイル２が巻回されるものとして説明したが、隣接す る磁極間において磁束がアーマチュア８を介して閉ループを作るようになってい れば、すべての磁極に対してコイル２を巻回しても良いことは当然である。

【００３４】 さらに、前記各実施例では、ピストン６，１６，２６は、ケーシング３内に配 置された主軸５，１５に摺動自在に支持されるものとして説明したが、例えばピ ストンの保持部６Ｄ側の周囲にシリンダ状の部材を配置し、該シリンダ状部材及 びシリンダ壁４で、ピストンの前後を摺動自在に支持するようにすれば、前記主 軸は不要である。

【００３５】 さらにまた、前記第１及び第４の実施例では、圧力室１２に流体を吸引する際 に、該流体をケーシング３及び流体通路５Ａ内を通過させる構成となっているが 、逆に流体を圧力室１２より吐出する際に、該流体をケーシング３及び流体通路 ５Ａ内を通過させる構成でも良い。

【００３６】 さらにまた、圧縮コイルばね１１はピストン６及びフィールドコア１間に配置 されているが、圧力室１２内に配置されても良い。もろろんこの場合は、ばねの 圧縮／引っ張り作用は逆となる。

【００３７】

【考案の効果】

(1) 本考案の電磁往復動式ポンプによれば、次のような効果が達成される。す なわち、まず磁極を有するフィールドコアが内側にあり、またその外側にアーマ チュアがあり、さらに該アーマチュアが円環状に形成されているので、フィール ドコア及びアーマチュアより成る磁気回路が従来に比較して短くなる。したがっ て、前記フィールドコアに巻回すべきコイルの起磁力（アンペア・タ―ン）が少 なくて済む。

【００３８】 また、アーマチュアが環状となるので、該アーマチュアが軽量となる。したが って、フィールドコア及びアーマチュアを構成する磁性材料の使用量が少なくて 済む。

【００３９】 さらに、フィールドコアに形成された磁極は外側に突出するように形成されて いるので、該磁極及びアーマチュア間の磁気ギャップは、ピストンを一方向に偏 倚するためのばね手段の端部と軸から外側に離れている。したがって、前記ばね 手段を磁気材料で形成しても、前記電磁石より発生する磁束が漏洩しにくくなり 、フィールドコアに巻回すべきコイルの起磁力を多くする必要がない。

【００４０】 以上の各要因により、アーマチュアを吸引するための電磁石が小型、かつ軽量 となり、この結果、当該電磁往復動式ポンプも軽量化が図れる。

【００４１】 (2) 従来の電磁往復動式ポンプにおいては、電磁石は一対の磁極を備えていて 、それら磁極はピストンのアーマチュアと対向している。ここで、電磁石の１の 磁極から発生した磁束は、ピストンのアーマチュアを通過して該電磁石の他の磁 極に入るが、この際、磁束はピストンと鎖交することになる。ところが、このピ ストンはピストンヘッドを摺動可能に支持するシリンダ等により最終的にはハウ ジングにより支持されているので、該ハウジング、ピストン、シリンダ等が導電 性の材料で形成されている場合には、それらの間に循環電流が流れる。したがっ て、従来の電磁往復動式ポンプにおいては、前記循環電流を遮断する絶縁材を、 該ハウジング等に設ける必要があり、この結果、当該電磁往復動式ポンプの構成 が複雑化していた。

【００４２】 これに対して、本考案の電磁往復動式ポンプによれば、支持物等が磁気回路の 一部でなくなった結果、電磁石の磁極より発生した磁束は、ピストンと鎖交しな いようになる。したがって、図５に示されたようにピストン１６を支持する主軸 １５を両持構造としても、ハウジング等に循環電流を遮断するための絶縁材を設 ける必要がない。したがって、当該電磁往復動式ポンプの構造が簡単である。

【００４３】 また、電磁石によるアーマチュアの吸引力は、アーマチュアと磁極間の磁束数 に応じて決定されるので、磁極数が多いほど、該磁極及びアーマチュアの断面積 は小さくて済む。すなわち、磁極数が多いほど、アーマチュアの厚みを薄くする ことができ、当該電磁石、ひいては当該電磁往復動式ポンプの小形、軽量化にさ らに寄与できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の第１の実施例の横断面図である。

【図２】 図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】 本考案の第１の実施例の電気回路の一例を示
す回路図である。

【図４】 本考案の第２の実施例の横断面図である。

【図５】 本考案の第３の実施例の横断面図である。

【図６】 本考案の第４の実施例の横断面図である。

【符号の説明】

１…フィールドコア、２…コイル、３…ケーシング、４
…シリンダ壁、５，１５…主軸、５Ａ…流体通路、６，
１６，２６…ピストン、６Ａ，２０Ａ…吸入口、６Ｂ，
２０Ｂ…吸入弁、６Ｃ…ピストンヘッド、６Ｄ…保持
部、８…アーマチュア、１０…シリンダ―ヘッド、１０
Ａ…吐出口、１０Ｂ…吐出弁、１１…圧縮コイルばね、
１２…圧力室、１５Ｐ…開口部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダを備えたケーシングと、 前記シリンダ内で圧縮室を形成するために前記シリンダ
   内に往復動可能に、配置され、一端にピストンヘッドを
   有するピストンと、 前記ピストンの他端に設けられた環状のアーマチュア
   と、 前記ピストンを一方向に偏倚させるばね手段と、 複数の磁極を有すると共に、その外径が前記アーマチュ
   アの内径よりも小さく、且つその軸芯が前記アーマチュ
   アの軸芯と一致するように前記ケーシング内に固定され
   たフィールドコアと、前記磁極の隣接するもの同士間に
   おいて前記アーマチュアを介して磁束が閉ループを作る
   ように前記磁極の少なくとも１つに巻回されたコイルと
   より成り、 前記コイルに通電することによって前記アーマチュアを
   前記ばね手段による偏倚力に抗して逆方向に吸引する磁
   力を発生させ、前記ピストンの往復動により、前記圧縮
   室内に吸引した流体を圧縮吐出することを特徴とする電
   磁往復動式ポンプ。