JPS5838791Y2 - 往復駆動装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はポンプ、振動機器等に用いられる電気エネルギ
ーを電磁作用により往復運動エネルギーに変換させる往
復駆動装置に係るものである。

従来、この種の装置としては第１図に示す如く電磁コイ
ル１内の可動鉄心２が電磁コイル１の通電時にヨーク３
内に吸引される吸引作用と、電流遮断時のスプリング４
による反発力による反発作用とを組合せた装置がある。

また第２図に示す如く、ヨーク３内に設置された２つの
電磁コイル１゜１に隣合う部分に同方向の磁束が発生す
るように通電し、かつ通電方向の切換えにより可動永久
磁石５を往復動作させる装置がある。

更には第３図に示す如く、永久磁石５を含む磁気回路の
空隙内に装着された可動片６に取付けた可動コイル７に
通電し、かつ通電方向の切換えにより可動片６を往復動
作させる装置が使用されていた。

しかしながら、上述の第１図に示す装置においては、電
磁作用による吸引力をスプリング４の反発力に抗して作
用させるので、入力電気エネルギーとスプリング４の反
発力の差のみが運動エネルギーに変換されるにすぎず効
率が悪い。

また作動初期においては吸引力が弱く、一方作動終期に
おいては吸引力が最大になるという動作特性の非線形性
がある。

更に吸引の際のヨーク３と可動鉄心２との接触による騒
音があり、また電源としては直流電源と切換スイッチの
組合せ使用あるいは交流電源と半波整流装置との組合せ
使用となり５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用交流電源をそ
のまま使用できない等の欠点がある。

次に第２図に示す装置においては、直流電源と切換スイ
ッチの組合せによる電源しか使用できず、商用交流電源
が使用できない不便がある。

また動作終端におけるヨーク３と可動永久磁石５との接
触時に動作力が最大となり、動作初期及び中期には動作
力が小さいという、可動永久磁石５の位置による動作力
のバラツキ、つまり動作特性の非線形性、およびヨーク
３と可動永久磁石５の接触による騒音発生等の欠点があ
る。

更にまた第３図に示す装置においては、磁気回路の空隙
長を大きくとれないので、可動コイル７の容量が制約さ
れ、電気エネルギーの付加容量に制約を受ける。

またコイル自体が動くため耐久力に難点があること、更
にはコイルへの給電構造が複雑になること等の欠点があ
る。

なお上記装置においては、ヨーク内に可動子を収容する
ものであり、特に大型のものにおいてはヨーク若しくは
コイル重量が大となり装置全体が大型かつ重量大となる
欠点がある。

本考案は上記欠点を解消した往復駆動装置を提供するこ
とを目的とするものである。

第４図は本考案の実施例を示す側面図、第５図は第４図
におけるＡ−Ａ線断面図である。

両図において８はヨークであり、横断面円形に形成し、
溝９を設はコイル１０，１０ ａを相隣る部分に同方向
の磁束が発生するように介装し、交番電流若しくはパル
ス電流供給源と電気的に接続する。

次に１１は可動子であり、前記ヨーク８の外周に軸方向
摺動自在に介装する。

すなわち軸方向にＮ、Ｓ磁極を有する永久磁石１２の両
端部に磁極片１３，１３ ａを固着して形成した可動子
１１を支持体１４に固着し、支持体１４はヨーク８中央
部を貫通し、軸受１５を介して摺動自在に支承された軸
１６と固着して形成する。

１７はケーシングであり、ヨーク８および永久磁石１２
の外周を包囲する。

上記構成によりコイル１０に通電すると、コイル１０と
永久磁石１２との電磁吸引反発作用によって可動子１１
は軸方向に往復駆動する。

而して永久磁石１２により発生する磁束は、動作の略全
ストロークにおいてヨーク８と磁気的に均等に結合する
ため動作の線形成が極めて良好である。

なお可動子１１を形成する永久磁石１２の設置個数は、
駆動すべき機器の容量によって適宜選定すればよく、例
えば第６図に示す如く、永久磁石１２ ａをヨーク８の
外周の同心円周上に配置して充填材１８によって成形し
た雛形としてもよい。

次に第７図は第５図に示すヨーク８と可動子１１との寸
法関係を示す説明図である。

同図に示す如く、Ａはヨーク８の端部磁極８ｂ、８Ｃ間
の軸方向距離であり、中央磁極部８ａの軸方向長さをＣ
１中央磁極部８ａと端部磁極部８ｂ、８Ｃとの間隙をＢ
とするとＡ＝２Ｂ＋Ｃである。

而して可動子内周における端部磁極片間軸方向距離（第
５図では永久磁石１２の軸方向長さと一致している）お
よび可動子軸方向長さを各々Ｄ、Ｅとすると、前記ヨー
ク８の端部磁極部分８ｂ、８Ｃ間の軸方向距離Ａとの間
の寸法関係をＥ≧Ａ≧Ｄとすると、一般の筒用周波数に
おける可動子１１の駆動が良好であることが実験の結果
解明された。

なお前記Ｂ、Ｃ，Ｄ間の寸法関係はＤ＞Ｂ、Ｃである。

上記の寸法関係における可動子１１の動作を詳細に説明
すると次のとおりである。

まず第７図において電磁コイル１０．１０ Ｈにプラス
の電流を通電すると磁極部分８ａ、８ｂ及び８Ｃには図
示の如くの極性の磁極が生じて可動子１１は図示実線矢
印の方向に移動し、電流の極性を逆にすると可動子１１
は図示破線矢印の方向に移動するが、本考案の装置では
永久磁石１２より生じた磁束とヨークとの磁気的結合に
より推力が生ずるため、第８図に示すように磁極片１３
の右端２８が磁極部分８Ｃの左端２４の延長線ｌと一致
した時に推力のピーク値が発生する。

同様にして磁極片１３ａの右端２６が磁極部分８ａの左
端２２と一致した時に推力のピーク値が発生する。

従って実線矢印方向への移動に際して上述した２個所の
推力ピーク値を得るわけである。

一方策８図とは逆方向に可動子を移動させる場合、即ち
第７図において電磁コイル１０．１０３にマイナスの電
流を通電し、ヨーク８の磁極部分８ｂ、８ａ、８Ｃにそ
れぞれＳ、Ｎ、Ｓの磁極を現出させた場合には、同様に
磁極片１３ａの左端２５が磁極部分８ｂの右端２１と一
致した時および磁極片１３の左端２７が磁極部分８ｂの
右端２３と一致した時に推力のピーク値が発生する。

例えば゛第７図においてＥ、Ａ、ＤおよびＣをそれぞれ
３３ｍｍ、３０ｍｍ、２２ｍｍおよび１０ｍｍに設定す
ると、第９図に示すような推力分布が得られる。

第９図において、実線および破線はそれぞれ第７図にお
ける推力の方向を示す実線矢印および破線矢印に対応し
ており、第７図に示す如く可動子１１の中央線ｌ′が磁
極部分８ａの中央線ｌ。

と一致した時をストロークＯとし、中央線ｌ′か沖央線
ｌ。

より右方および左方へ移動した距離をそれぞれプラスお
よびマイナスのストロークとして表わした。

第９図に示されるように、推力のピーク値は４ケ所有り
、これらのピーク値が発生する位置ＸＩ、Ｘ２゜Ｘ３お
よびＸ４はそれぞれ２３と２７．２４と２８．２１と２
５および２２と２６が同一線上に重なる時に発生してい
る。

したがって上記の如くの寸法関係に設定した往復駆動装
置を、例えば最大ストローク１２ｍｍのダイヤフラムポ
ンプのような中心位置から６ｍｍの位置で最大の仕事を
する装置に適用すると、ピーク推力を最大に利用できる
ため、極めて効率の高い装置が得られる。

このように本考案の装置によれば、上記の寸法関係の範
囲で各部の寸法を適宜設定することにより各種のストロ
ークを有する装置に対応することができる。

本実施例においてはヨークの横断面形状を円形とした例
を示したが、その他の幾何学的形状とすることができる
ことは勿論であり、可動子との寸法関係においてその軸
方向摺動を可能とする限りにおいて、必らずしも横断面
が軸方向一様のものに限定されない。

本考案の往復駆動装置は以上記述の如き構成および作用
であるから、下記の効果を奏し得る。

（１）商用交流電源から簡単に永久磁石式の往復駆動装
置の動力源を得られる。

（２）動作特性上線形性が極めて良好であり、無通電時
においては可動子が往復動作ストロークの中心位置にあ
る。

（３）電磁コイルはヨーク内に固定しであるため容量上
の制約は一切無く、かつ耐久性に富む。

（４）可動子が無接触で動作するため、騒音の発生が無
い。

（５）構造簡単であり小型から大型まで製作可能であり
、効率が良い。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は夫々従来の装置を示す縦断面図、第４
図は本考案の実施例を示す側面図、第５図は第４図にお
けるＡ−Ａ線断面図、第６図は本考案の他の実施例にお
ける要部拡大側面図、第７図および第８図は永久磁石と
ヨークとの寸法関係を示す説明図、第９図は本考案の装
置における推力分布の一例を示す図である。 １．７，１０．１０ ａ ： コイル、３．８：ヨーク
、５，１２，１２ａ：永久磁石、１１：可動子、１３，
１３ ａ ：磁極片、１４：支持体、１７：ケーシング
。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. １．軸を含む平面における縦断面端面を略Ｅ形に形成し
   た強磁性材料からなるヨーク外周溝内に２個の筒状電磁
   コイルを相隣る部分に同極が発生するように配設し、ヨ
   ーク外周には両端部にそれぞれ磁極片を有しかつ軸方向
   にＮ、Ｓ磁極を有する永久磁石からなる可動子を配設し
   、ヨーク中央を貫通する摺動自在の軸と可動子とを支持
   体を介して接続し、前記ヨークを構成する磁極部と前記
   可動子との寸法関係を下記の如く定めたことを特徴とす
   る往復駆動装置。 Ｅ≧Ａ≧Ｄ Ｄ＞Ｂ、Ｃ 但し、Ａ：端部磁極部間軸方向距離 Ｂ：中中央極極部端部磁極部間軸方向距離Ｃ：中中央極
   極部軸方向長 Ｄ：可動子内周における端部磁極片間軸 方向距離 Ｅ：可動子軸方向長さ ２、複数個の永久磁石を籠形に配設して可動子を形成し
   た実用新案登録請求の範囲第１項記載の往復駆動装置。