KR101305404B1

KR101305404B1 - 막 펌프

Info

Publication number: KR101305404B1
Application number: KR1020087014577A
Authority: KR
Inventors: 요한 슈텐베르크
Original assignee: 자비테크 아베
Priority date: 2005-11-14
Filing date: 2006-11-12
Publication date: 2013-09-06
Also published as: US20090169402A1; EP1948932B1; WO2007055642A1; SE529284C2; EP1948932A1; JP2009516117A; CN101356371B; US8272850B2; KR20080069255A; EP1948932A4; CN101356371A; SE0502507L

Abstract

본원발명은 펌프 하우징을 포함하고, 상기 펌프 하우징의 내부에, 하나 이상의 유입구 및 하나 이상의 유출구로 이어지는, 하나 이상의 펌프 챔버(15)가 펌프 하우징의 게이블과 하나 이상의 펌프 하우징의 벽에 부착되고 완전히 밀봉된 막(14) 사이에 한정되어 형성되며, 상기 막은 펌프 하우징의 축방향으로 연장하는 축에 부착되며, 상기 축은 상기 축의 종방향으로 분리되어 있는 두 개 이상의 현가장치 내에 현가되는 전자기 구동식 막 펌프를 개시한다. 상기 현가장치 중 하나 이상이 상기 축에 부착되고 상기 펌프 하우징의 벽(4)을 향에 반경방향으로 연장하여 상기 벽에 부착되는 플랫 스프링을 포함한다. 상기 축이 자기 물질로 이루어지며, 상기 자기 물질이 그 종방향으로 진동하여 이에 상응하는 진동 운동으로 상기 막을 이동시키기 위하여 전자석(7)으로부터의 자기장에 의해 구동된다. 상기 플랫 스프링(9)이 내부 및 하나 이상의 외부 부분을 포함하며, 상기 외부 부분(들)이 상기 펌프 하우징에 부착되고 상기 내부 부분이 상기 축(13)에 부착된다. 상기 부분들이 스프링이 상기 축(13)에 부착되는 지점의 반대측에 배열되는 두 개의 탄성 레그에 의해 서로 고정된다.

막 펌프, 전자석, 플랫 스프링

Description

막 펌프 {MEMBRANE PUMP}

본원발명은 전자기 구동식 막 펌프에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본원발명은 청구범위에 따른 전자기 구동식 막 펌프에 관한 것이다.

압력이나 부압(negative pressure)을 가하는 막 펌프에는, 대형 산업용 막 펌프로부터 의학적 용도의 매우 작은 막 펌프에 이르기까지, 다양한 크기 및 변형물들이 있으며 다양한 응용분야에서 사용된다. 작은 막 펌프를 개발하는 과정에서의 중요한 문제점은 높은 성능 수준과 긴 사용수명과 함께 비용 효과적인 제조 방법으로 막 펌프를 구성하는 것이 어렵다는 점이다.

종래의 가장 일반적인 막 펌프의 형태는 회전식 모터에 의해 구동되는데, 이는 편심(eccentric)을 이용하여 막이 진동 펌핑 운동을 수행하도록 한다. 전기 모터로 막 펌프를 작동시키는 이점은 펌핑을 수행하기 위해 필요한 모멘트를 달성하기 위하여 적절한 레버(lever)를 형성하도록 로터의 직경이 선택될 수 있다는 점이다. 레버의 길이를 조절함으로써 막 펌프가 생성하는 압력과 일치하도록 모터의 출력의 기어 변화를 선택하는 것이 가능하게 된다. 이러한 유형의 막 펌프의 또 다른 장점은 막이 양호하게 형성된 펌프 행정의 종료 지점(end point)을 갖는다는 것이다.

회전식 모터로 막 펌프를 작동시키는 것에 있어 주된 단점은 펌프의 사용 수명이 사용되는 모터의 유형에 크게 의존한다는 것이다. 모터가 브러쉬(brush)가 없거나 또는 이와 유사한 것이라면 막 펌프 내의 모터가 베어링 내에 지지되는 것이 막 펌프의 사용수명 및 효율에 필수적이다. 막 펌프의 사용수명은 펌프의 막이나 다른 부분에 덜 의존한다. 결과적으로 사용수명과 함께 막 펌프를 위한 모터의 비용이 막 펌프의 전체 비용의 중요한 부분이 된다. 긴 사용수명을 갖는 모터가 많은 세부 부품(details)을 구비하여 제조되도록 개발되면, 왜 모터가 비용의 중요한 부분이 되는가를 이해하기가 쉽다. 이러한 문제점은 이러한 유형의 펌프에 대해 유사한 논의가 제공되어 있는 미국특허 US 6589028호에도 기재되어 있다.

막 펌프가 하나 이상의 전자석을 이용하여 구동될 수 있다는 것은 알려져 있다. 전자석은 전후 이동을 일으키고, 이는 막이 펌핑 운동을 수행하도록 한다. 회전식 모터 대신에 전자석으로 막 펌프를 구동하는 것은 일견 더 나은 해결책으로 보인다. 전자기 구동식 막 펌프의 장점은 이들이 막에 보다 밀접하게 결합되고 이로써 회전식 모터에 의해 구동되는 막 펌프와 비교하여 실제 펌프 하우징에서의 행정 길이, 주파수 및 속도에 걸쳐 보다 나은 제어가 가능하게 된다는 것이다.

전자기 펌프는 필연적으로 제조비용이 더 싸야 하며 회전식 모터에 의해 구동되는 펌프에 비하여 보다 쉽게 제어됨에도 불구하고 아직 일반적이지는 않다. 이는 몇 가지 문제점들에 의해 야기되는 것이며, 이러한 문제점들은 함께 회전식 모터와 비교하여 전자석이 막 펌프를 구동하는데 있어서 명백하게 더 우수하지 않다는 사실을 초래한다. 전자기 구동식 펌프의 중요한 문제점은 자기적으로 구동되 는 몸체가 곧은 선형 운동을 잃지 않은 채 기어 업(gear up)하는 것이 어렵다는 점이다. 이는 종종 베어링에 장착하기에는 비싼 추가적인 마찰 지점의 형성을 초래한다.

종래의 전자기 구동식 막 펌프의 추가적인 문제점은 자석 또는 자기 전도 몸체로 구성된, 막을 구동하는 이동 부분의 베어링 지지 및 현가장치의 장착에 있다. 전자기 구동식 막 펌프가 가능한 한 효율적일 뿐만 아니라 긴 사용수명을 얻기 위해서는, 이동 부분이 가능한 한 낮은 마찰을, 바람직하게는 마찰이 전혀 없는 것이 매우 중요하다. 막 펌프의 사용수명을 최대화시키기 위해서는, 막과 이동 부분(축 또는 이와 유사한 것) 사이의 커플링에서 회전에 반작용을 가하는 것이 또한 중요하다. 막의 사용수명을 최대화하기 위해서는 막의 사용수명을 감소시킬 수 있는 횡단 하중(transverse load)에 반작용을 가하고 또한 전환 위치를 가격하는 막의 신장(stretching)에 반작용을 가하는 것이 또한 중요하다. 또한, 다수의 생산과정 동안 성능에 있어 일관성이 얻어지도록 펌프가 휴지위치(rest position)에 있을 때 막이 양호하게 형성된 중립 지점(neutral point)을 갖는 것이 매우 중요하다.

전자석에 기초한 펌프와 관련된 상기의 문제점들은 제조단가를 높이는 많은 세부 부품을 포함하는 매우 복잡한 구성의 원인이 된다. 이러한 구성의 예는 예를 들어 미국 특허 US 5360323호에 기재되어 있다. 상기 특허의 구성은 본원발명의 구성과는 매우 차이가 있다.

미국 특허 US 3572980호에는 유체 내의 압력을 증가시키기 위한 펌프 구성이 개시되어 있다. 이러한 구성은 피스톤과 실린더 그리고 펌프 챔버를 포함한다. 플랫 스프링을 이용하여 현가되어 있는 피스톤은 솔레노이드를 이용하여 조작된다. 이러한 플랫 스프링은 펌프 챔버를 밀봉하기 위할 뿐만 아니라 피스톤을 복귀시키기 위한 백 스프링(back spring)을 모두 포함한다. 상기 특허에 기술된 플랫 스프링은 균일한 형태이며 레그(leg)를 구비하지 않는다는 점에서 본원발명의 스프링과는 매우 다르다. 소형 막 펌프에 균일한 형태의 스프링을 사용하는 것과 관련된 문제점은 전자석에 의해 제공되는 동력이 매우 작아서 스프링의 강철 판이 막 펌프가 기능하도록 매우 얇아야 한다는 점이다. 소형 막 펌프에 균일한 형태의 플랫 스프링을 사용하는 과정에서 또 다른 문제점이 발생한다. 이러한 문제점은 균일한 형태의 스프링은 그 중심부에 동력이 가해질 때 중심부에서 본질적으로 탄성적이라는 점이다. 따라서 스프링의 탄성을 제어하는 것이 불가능하게 되고, 이는 부착부(attachment)에 주된 응력을 발생시키고 마모 및 해짐(tear)을 일으키게 된다. 이러한 마모 및 해짐은 펌프의 사용 수명을 크게 단축시킬 수 있는 간극(play)을 유발할 수 있다. 더욱이 재료 내의 모든 변형(strain)은 동력이 스프링을 통해 균일하게 분배되지 않아서 지지되어야 하는 한정된 영역에 집중될 것이다. 이는 막 펌프와 스프링의 사용 수명을 추가적으로 감소시키는 원인이 된다. 따라서 균일한 형태의 스프링은 소형 막 펌프에 사용하기에 적합하지 않다. 본원발명에서 사용되는 스프링이 훨씬 더 긴 스프링 현가 길이를 갖는다는 점에서 이러한 구성은 본원발명과 더욱 차이가 난다. 본원발명에 따른 스프링에 대한 스프링 현가 길이는 탄성 레그의 원주 길이(circular length) 및 반경 모두를 포함한다.

종래의 전자기 구동식 막 펌프가 그 목적을 수차례 달성했지만, 이들 중 어떤 것도 회전식 모터에 의해 구동되는 막 펌프 및 전자석에 의해 구동되는 펌프로부터의 장점을 이둘 두 가지 유형 모두에 의해 수반되는 어떠한 단점도 없이 결합시키지는 못했다. 따라서 본원발명의 목적은 각각의 유형의 막 펌프로부터의 장점을 본질적으로 그 단점 중 어떤 것도 구비하지 않고 포함하는 막 펌프를 제공하고자 하는 것이다.

본원발명은 이하에서 본원발명의 실시예를 예시적인 목적으로 도시하는 첨부된 개략적인 도면을 참조하여 자세하게 설명될 것이다.

도 1은 부압을 방출하도록 최적화된 전자기 구동식 막 펌프의 제1 실시예의 단면도를 도시한다.

도 2는 양압을 방출하도록 최적화된 전자기 구동식 막 펌프의 제2 실시예의 단면도를 도시한다.

도 3은 4개의 레그를 구비하는 플랫 스프링을 도시한다.

도 4는 3개의 레그를 구비하는 플랫 스프링을 도시한다.

도 5는 2개의 레그를 구비하는 플랫 스프링을 도시한다.

도 6은 6개의 레그를 구비하는 플랫 스프링을 도시한다.

도 1을 참조하면, 부압을 발생시키도록 최적화된 전자기 구동식 막 펌프의 제1 실시예가 도시되어 있다. 막 펌프는 제1 게이블(gable; 1), 플랜지(2), 제1 중간부(3), 제2 중간부(4) 및 제2 게이블(5)을 본질적으로 포함하는 케이싱(밀봉된 덮개)(이하에서 펌프 하우징이라 함)으로 구성된다. 펌프 하우징에는 내부 공간(11)이 형성되는데 이는 펌프 하우징의 내부 벽에 연결되는 막(14)에 의해 분리되어 막과 제2 플랜지 사이에 펌프 챔버(15) 형태의 공간을 형성한다. 펌프 하우징의 벽에 대한 막의 연결은 막을 플랜지(2)와 중간부(3) 사이에 압착(compressing)시킴으로써 바람직하게 달성될 수 있다. 막의 압착에 의하여 막과 펌프 하우징 벽 사이의 연결은 밀봉되며, 이는 본 실시예에서 플랜지와 중간 부분에 의해 구성된다. 막은 그 바깥 부분에서 두꺼운 부분을 구비하도록 구성될 수 있으며 이로써 막은 막의 반경 방향에서 고정된 위치로 유지된다. 막의 두꺼운 부분을 이용함으로써 막과 펌프 하우징 사이의 밀봉도 향상된다. 펌프 챔버는 플랜지(2)의 채널을 통해 각각 플랜지(2)와 게이블(1)의 유입구 및 유출구로 연결되며, 이를 통해서 펌핑되는 매체(유체, 가스 등등)가 막 펌프로 유입되거나 막 펌프로부터 유출될 수 있다. 유동의 방향을 제어하기 위하여, 펌프는 유입구 및 유출구 각각에 대하여 역행 방지판(clack valve; 21)(체크 밸브, 일방향 밸브 또는 역류를 방지하는 기타의 장치)을 구비한다. 본 실시예에서, 유입구 및 유출구 각각에 대한 역행 방지판은 바람직하게 하나의 유닛으로 통합된다. 대안적으로, 역행 방지판을 유출구뿐만 아니라 유입구로부터 분리될 수도 있다. 역행 방지판은 그 목적에 적합한 공지의 재료로 구성될 수 있다. 게이블(1)의 유출구 및 유입구는 연결 호스나 파이프(도면에 도시되지 않음)가 연결부에 연결될 수 있도록 튜브 형태인 것이 바람직하다. 대안적으로, 연결부에 다른 적당한 형태가 사용될 수도 있다.

막은 실리콘, 고무 또는 목적에 적합한 다른 형태의 재료로 구성될 수 있다.

막은, 펌프 챔버의 용적이 증가되거나 감소되도록 막 펌프의 축방향으로 막을 이동시키기 위해 위치하는 축(13)에 부착(대안적으로는 결합(fasten) 또는 고정(fix))된다. 막과 축은, 적절하게 축과 막 내의 유지 부분(holding segment)과의 맞물림에 의하여, 서로에 대해 적합하게 고정된다. 대안적으로, 막에 대한 축의 결합은 목적에 맞는 공지의 다른 유형의 적절한 결합 장치에 의하여 달성될 수도 있다.

축방향으로 축을 조종하기 위하여, 두 개 이상의 현가 지점(suspension point)을 가지고 하나 이상의 현가장치(suspension) 내에 현가된다. 이러한 현가장치는 축방향에서의 축의 운동을 조종하기 위해 존재한다. 본 실시예에서 막은 축의 현가를 위한 두 개 이상의 현가장치 중 하나로서 작용한다. 축의 두 번째 현가장치는 하나 이상의 탄성 부재(9)로 구성된다. 탄성 부재는 플랫 스프링(flat spring)으로 바람직하게 구성된다. 축은 플랫 스프링을 통해 연장하며 잠금용 잼(locking jam; 10)으로 플랫 스프링에 고정된다. 잠금용 잼은 잠금링(lock-ring)이나 목적에 맞는 다른 적절한 결합 장치로 구성될 수 있다. 적절하게는, 스프링이 펌프 하우징 벽을 향해 주로 반경방향으로 연장하여 펌프 하우징 벽에 고정된다. 본 실시예에서, 플랫 스프링은 중간부분(3)과 다른 중간 부분(4) 사이에 적절하게 부착된다. 대안적으로, 스프링은 목적에 맞는 다른 적절한 펌프 내의 위치 및 다른 적절한 부착 방법에 따라 부착될 수 있다.

플랫 스프링은 하나 이상의 탄성 레그(leg)를 구비한다. 플랫 스프링은 바 람직하게는 4 개의 탄성 레그를 구비한다. 단지 하나의 레그만을 사용하게 되면 축의 중심에 대해 스프링의 각을 변경하지 않고 축방향 운동을 얻는 것이 불가능하다는 단점이 있다. 두 개의 탄성 레그를 구비하는 플랫 스프링은 일 방향에서는 견고하지만 다른 방향에서의 비틀림 저항성은 매우 빈약하다.

축은 강자성 물질로 제조된다; 대안적으로 강자성 물질이 몇몇 다른 방식으로 축에 적용되거나 축에 결합될 수 있다. 용어 강자성 물질은 자기 전도성 물질 및/또는 영구 자기 물질 모두를 의미한다.

따라서 축은 자기적으로 구동되는 부재이거나, 또는 대안적으로 축이 자기적으로 구동되는 부재의 운반체(carrier)일 수 있다. 축의 바람직한 실시 형태에서, 축은 자기적으로 구동되는 부재이다. 축은 자기적으로 전도성이 있는 물질로, 적절하게는 전자석에 통상적으로 사용되는 일부 연자성(soft magnetic) 물질 형태로 제조된다.

축은 하나 이상의 전자석(7)으로부터 형성되는 자기장에 의해 영향을 받아 막 펌프의 축방향으로 축(이동가능 부분)을 구동(이동)시킨다. 가장 간단한 형태에 있어서, 전자석은 주변 금속이나 금속 코어가 없는 코일로 구성될 수 있다. 전자석은 바람직하게는 금속 코어(6)를 구비하는 코일(7)로 구성된다. 전자석은 바람직하게는 중공형태이다. 펌프 주파수의 펌프의 범위를 위해 조정된 높은 투과도 계수를 갖는 축은, 전자석이 생성하는 자기장을 폐쇄하기 위하여 전자석의 필요에 따라 이동한다. 축의 자기 전도성 물질과 전자석 간의 힘을 최적화하기 위하여, 축은 디스크 형태 부분(8)을 적절하게 구비한다. 전자석 코일, 대안적으로는 코일 은 적절한 배선(도면에 도시되지 않음)을 위하여 전기 에너지원에 통상적인 방식으로 연결된다.

전자석이 디스크 형태 부분을 자기 자신으로 향하게 하여 축을 끌어당기면, 플랫 스프링에 에너지가 축적됨과 동시에 펌프 챔버의 용적이 증가하게 된다. 펌프 챔버의 용적이 증가하게 되면, 펌프 챔버 내에 부압이 형성되고, 이로써 유체나 가스가 유입구를 통해 흘러들어오게 된다. 유출구에는 펌프 챔버의 용적이 증가할 때 유출구를 통해 유체나 가스가 흘러들어오는 것을 방지하는 역행 방지판이 구비되어 있다. 전자석이 더 이상 축을 자신 쪽으로 끌어당기지 않으면, 플랫 스프링에 축적된 에너지로 인해 축은 그 초기 위치(중립 지점)로 복귀하게 되고, 이로써 펌프 챔버의 용적을 감소시키게 된다. 펌프 챔버의 용적이 감소하게 되면, 펌프 챔버 내의 압력이 증가하여 유체나 가스가 유출구를 통해 흘러나가게 된다. 유입구에는 펌프 챔버의 용적이 감소할 때 유입구를 통해 유체나 가스가 흘러나가는 것을 방지하는 역행 방지판이 구비되어 있다. 플랫 스프링으로부터의 탄성력은 막으로부터의 힘과 결합하여 축이 전자석의 힘에 의해 영향을 받지 않는 특정 중립 지점으로 축이 돌아오게 한다. 특정 중립 지점은 펌프가 큰 정확도 및 고른 성능을 구비하여 연속적으로 제조될 수 있게 하며 스프링이 펌프 행정의 각 단부 지점을 행한 축 및 막의 운동을 완충시키도록 한다. 스프링의 제동 효과로 인하여, 막의 마모와 해짐(tear)이 최소화된다.

막 펌프는 일부 공지된 형태의 제어 시스템에 의하여 제어될 수 있다. 대안적으로, 목적에 적합하게 개발되는 일부 형태의 제어 시스템이 펌프의 제어에 사용 될 수 있다. 특정 중립 지점은 막 펌프가 제어 시스템에 의해 제어하기에 매우 적합하도록 한다.

도 2는 양압(positive pressure)을 생성하기에 최적화된, 본원발명에 따른 막 펌프의 대안적인 실시 형태를 도시한다. 구성은 제1 실시예와 본질적으로 동일하나, 다만 게이블(1), 플랜지(2) 및 중간부(3)가 게이블(5)과 위치를 바꾸고 있으며 축(13)이 제1 실시예보다 훨씬 길다는 점이 다르다. 축의 일 단부는 막에 부착된다. 축은 중공의 전자석(6 및 7)을 통해 연장하며 플랫 스프링(9)에 현가되어 있다. 이러한 실시예에서는 전자석이 축의 디스크 형태 부분과 막 사이에 위치한다.

전자석이 축의 디스크 형태 부분을 끌어당기면, 축은 전자석의 중공 부분을 통해 밀리게 되며, 이러한 방식을 통해 부착된 막에 영향을 미치게 된다. 축의 운동을 통해 막은 펌프 챔버의 용적이 줄어들게 하며, 동시에 플랫 스프링에는 에너지가 축적된다. 펌프 챔버의 용적이 감소하게 되면, 펌프 챔버 내에 양압이 형성되고, 이로써 유체나 가스가 유출구를 통해 흘러나가게 된다. 유입구에는 펌프 챔버의 용적이 감소할 때 유입구를 통해 유체나 가스가 흘러나가는 것을 방지하는 역행 방지판이 구비되어 있다. 전자석이 더 이상 축의 디스크 형태 부분을 자신 쪽으로 끌어당기지 않으면, 플랫 스프링에 축적된 에너지로 인해 축은 그 초기 위치(중립 지점)로 복귀하게 되고, 이로써 펌프 챔버의 용적을 증가시키게 된다. 펌프 챔버의 용적이 증가하게 되면, 펌프 챔버 내의 압력이 감소하여 유체나 가스가 유입구를 통해 흘러들어오게 된다. 유출구에는 펌프 챔버의 용적이 증가할 때 유출 구를 통해 유체나 가스가 흘러들어오는 것을 방지하는 역행 방지판이 구비되어 있다. 플랫 스프링으로부터의 탄성력은 축이 전자석의 힘에 의해 영향을 받지 않는 특정 중립 지점으로 축이 돌아오게 한다.

막 펌프는 본질적으로 동일한 유형의 부품으로 구성되므로, 양압 최적화된 구성과 부압 최적화된 구성 모두 간단한 개조를 통해 부압 최적화된 펌프로부터 양압 최적화된 펌프로 개조될 수 있다. 펌프는 게이블(1), 플랜지(2) 및 중간 부분(3)을 게이블(5)과 위치를 바꿈으로써 개조될 수 있다. 또한, 축은 짧은 축으로부터 긴 축으로 교환되어야 한다. 펌프를 역전시키는데 있어서 결정적으로 중요한 것은 전자석이 중공이라는 점이다. 축은 전자석의 중공의 공동을 통해 끌어당겨 져서 플랫 스프링과 막에 부착될 수 있다.

도 3을 참조하면 플랫 스프링에 대한 제1 실시예가 도시되어 있는 것을 알 수 있다. 스프링은 아무런 힘이 가해지지 않은 경우에는 실질적으로 평평하다. 스프링의 평평성은 우수한 측방향 안정성을 제공한다. 피로(fatigue) 및 사용 수명과 관련하여, 스프링은 강철 플레이트 스프링으로 적절하게 구성되나, 예를 들어 일부 유형의 폴리머나 복합체와 같이 다른 적절한 탄성 물질로 구성될 수도 있다. 스프링은 그 중앙에 구멍을 가지고 있으며, 그 직경은 구멍을 통과하는 축에 맞춰진다. 스프링은 외부 및 내부의 링 형태 부분을 구비하며, 이들은 바람직하게는 도 3에서 도시된 바와 같이 4개인, 하나 이상의 레그에 의하여 서로 연결된다. 각각의 레그는 부분(22, 16, 23)으로 구성되며, 단부는 외부 링 및 내부 링과 연결된다.

4 개의 탄성 레그를 갖는 스프링은 재료에 최소의 응력을 가하는 스프링이며 동시에 레그를 쌍으로 거울상 역전(mirror-invert)시킬 수 있어서 축의 행정(운동) 동안에 축의 회전이 발생하지 않게 한다. 또한, 4 개의 레그는 모든 방향에 있어서 동일한 비틀림 안정성을 달성하기 위하여 내부 링에 충분한 결합 지점을 제공한다.

도 3과 5의 스프링은 도 4와 6의 스프링에 비하여 보다 개량되었다. 도 4와 6의 스프링은 대략 동일한 길이(17)의 두 개의 부분으로 분할된다. 이러한 분할은 내부 및 외부 링의 부착 지점에 큰 변형(strain)을 일으킨다. 이는 예를 들어 외부 링에 대한 부착이 위치하는 부착 지점(18)에서 발생한다. 도 3의 레그는 레그가 서로 다른 길이의 3개의 부분으로 분할되도록 구성되어 있다. 레그의 부분(16)은 다른 두 부분(22, 23)보다 훨씬 길며 중간 부분(22, 23)에 위치한다. 이러한 이유는 부분(16)이 지점(24, 25)에서 가장 큰 비틀림 모멘트를 형성할 수 있게 하기 위함이다. 이로써 레그의 짧은 부분(22 및 23)은 가장 긴 레그(16)의 모멘트가 형성하는 것과 동일한 비틀림으로 회전하게 되며 이로써 긴 레그는 더 예리한 경사(각도)를 달성할 수 있으며 이는 결국 더 긴 행정을 제공하게 된다. 또한, 이러한 레그 분할은 예를 들어 외부 링에 대한 부착부가 위치하는 부착 지점(21)에서와 같이 외부 및 내부 링의 부착 지점에 아무런 변형을 발생시키지 않는다. 지점(24, 25)에서의 변형은 지점(19, 20)에 있는 챔퍼링(chamfering)의 도움으로 재료 내의 더 큰 영역으로 전파될 수 있다.

도 4를 참조하면, 3개의 탄성 레그를 구비하는 본질적으로 평평한 스프링의 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 3개의 레그는 4개의 레그를 가진 스프링과 유사한 회전 안정성을 나타내나, 레그를 쌍으로 거울상 역전시킬 수 있는 가능성을 제공하지는 않는다. 대안적으로, 스프링은 예를 들어 플라스틱이나 복합체와 같은 다른 형태의 탄성 재료로 제조될 수 있다.

도 6은 6개의 탄성 레그를 구비하는 본원발명의 대안적인 제2 실시예를 도시한다. 6개의 레그를 구비하는 스프링은 축이 축방향에서 이동하는 동안 축의 회전이 발생되지 않도록 하기 위하여 레그를 쌍으로 거울상 역전시킬 수 있는 가능성을 제공한다. 그러나 6개의 레그를 구비하는 플랫 스프링은 4개의 레그를 구비하는 플랫 스프링의 경우보다 더 짧은 레그 길이를 제공하며, 이로써 행정 길이단 재료의 변형이 더 발생한다.

장점

본원발명에 따른 전자기 구동식 막 펌프로써, 전기 모터에 의해 구동되는 막 펌프에서보다 더 싸고 더 쉽게 제조할 수 있는 막 펌프가 제공된다.

플랫 스프링이 박판으로 제조되므로, 정확하게 형성된 중립 지점(스프링의 초기 위치)을 갖는 스프링이 얻어지게 된다. 스프링의 구성은 제조된 모든 스프링이 동일한 중립 지점을 받도록 하며 이는 계속해서 고른 성능 및 품질을 보장한다.

또한, 본원발명에 따른 막 펌프는 유사한 성능 및 사용 수명을 갖는 펌프보다 더 적은 부품으로 제조된다.

두 개 이상의 현가장치에 축을 현가시키고 이중 하나 이상이 하나 이상의 플 랫 스프링으로 구성됨으로써 어떠한 표면도 종래의 슬라이드 베어링이나 이와 유사한 베어링에 장착될 필요가 없게 된다. 이러한 구성을 통해 통상적으로 장착되는 베어링이 없이도 더 긴 사용 수명과 더 저렴한 가격으로 펌프를 제조할 수 있게 된다.

서로에 대해 거울상으로 역전된, 4개 이상의 레그를 구비하는 하나 이상의 플랫 스프링에 축을 현가시키는 구성의 장점은 스프링이, 그 폭으로 인해서, 반경방향에서 축에 매우 우수한 측방향 안정성을 제공하며 동시에 축방향으로의 용이한 운동성을 제공한다는 것이다. 또한, 플랫 스프링의 거울상 역전된 레그 쌍은 축방향 운동 동안에 어떠한 축의 회전도 전달하지 않게 한다.

우수한 위치선정 정밀도를 갖는 플랫 스프링으로 구성된 막 펌프의 구성은 유사한 성능을 가진 종래의 막 펌프보다 비교적 더 짧은 행정 길이를 사용할 수 있게 한다. 스프링의 우수한 위치선정 정밀도로 인해서 짧은 행정 길이를 갖는 펌프를 생산하는 것이 가능하게 되며, 이는 축이 전자석에 더 가깝게 작동하게 하여 더 높은 압력이 얻어지게 한다. 더욱이, 짧은 행정 길이는 막 상에 더 적은 마모와 해짐이 발생하게 하며 이로써 더 긴 사용 수명을 얻을 수 있다.

우수한 위치선정 정밀도를 갖는 플랫 스프링은 펌프의 전환위치에서 막의 감속과정 동안에 사용되는 스프링으로부터의 힘으로 인해서 막이 오랜 사용 수명을 갖게 한다. 더욱이, 힘을 흡수하는 플랫 스프링은, 스프링이 신장력(stretching force)과 측방향 힘을 흡수할 수 있기 때문에, 긴 사용수명을 갖는 비교적 박막(thin membrane)의 구성을 제공한다.

영구 자석을 사용하는 것에 비해 전자기 저항(magnetic reluctance)을 사용하는 이점은 더 적은 세부 부품으로 간단하게 구성하는 것이 가능하게 한다는 점이다.

대안적 실시 형태

일부 바람직한 실시예가 상세하게 기술되었기는 하나, 본원발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본원발명의 범위 내에서 수정이나 변경이 이루어질 수 있는 것은 명백하며, 이러한 모든 변경이나 수정은 본원발명의 범위 내에 속하는 것으로 봐야 할 것이다. 따라서, 막 내에서 발생하는 측방향 힘이나 축의 무게가 막의 강도를 넘어서는 막 펌프는 축의 현가를 위해 추가적인 플랫 스프링을 구비할 수 있을 것이다.

만약 펌프가 진공과 양압 모두에 대해 강도가 있을 필요가 있다면, 일한 방식으로 두 개의 전자석이 디스크의 각 측면 상에 배치되어 사용될 수 있을 것이다.

축은 영구 자기 물질의 운반체이거나 영구 자기 물질로 제조될 수 있다. 하나의 외부 코일을 배치함으로써 자석이 두 개의 방향으로 구동될 수 있다. 더욱이, 자기장이 축방향 운동의 일 단부에 놓이지 않는 한(이러한 경우에는 자석이 멈출 수 있으므로), 자기장은 연성 자기 물질을 이용하여 주변을 둘러싸는 코일 주변에 집중될 수 있다. 이러한 구성을 사용하여 더 적은 힘으로 비교적 긴 행정 길이가 얻어질 수 있다. 이러한 구성은 영구 자석과 보다 복잡한 세부 부품을 사용하므로 더 비싸게 된다.

스프링의 평평한 형태와 두 개 이상의 레그로 구성된다는 점은 구성에 있어서는 매우 우수하나, 원형 이외의 다른 형태를 가질 수도 있다. 스프링은 또한 몇 개의 스프링으로 분할될 수도 있으며 이들 각각은 3개의 레그를 갖는 스프링과 동일한 특성을 달성하기 위하여 축의 길이를 따라 동일한 위치에 부착되도록 하나 이상의 레그를 포함한다.

Claims

유체나 가스의 펌핑을 위한 전자기 구동식 막 펌프로서,

펌프 하우징을 포함하고, 상기 펌프 하우징의 내부에, 하나 이상의 유입구 및 하나 이상의 유출구로 이어지는, 하나 이상의 펌프 챔버(15)가 펌프 하우징의 게이블과 하나 이상의 펌프 하우징의 벽에 부착되고 완전히 밀봉된 막(14) 사이에 한정되어 형성되며, 상기 막은 펌프 하우징의 축방향으로 연장하는 축(13)에 부착되며, 상기 축은 상기 축의 종방향으로 분리되어 있는 두 개 이상의 현가장치 내에 현가되며, 상기 현가장치 중 하나 이상이 상기 축에 부착되고 상기 펌프 하우징의 벽(4)을 향해 반경방향으로 연장하여 상기 벽에 부착되는 플랫 스프링(9)을 포함하고, 상기 축이 부분적으로 또는 전체적으로 자기 물질로 이루어지거나 이를 포함하거나 또는 이를 지니며, 상기 자기 물질이 그 종방향으로 진동하여 이에 상응하는 진동 운동으로 상기 막을 이동시키기 위하여 전자석(7)으로부터의 자기장에 의해 구동되는, 전자기 구동식 막 펌프에 있어서,

상기 플랫 스프링(9)이 내부 및 하나 이상의 외부 부분들을 포함하되, 상기 외부 부분(들)이 상기 펌프 하우징에 부착되고 상기 내부 부분이 상기 축(13)에 부착되며, 상기 내부 및 하나 이상의 외부 부분들이 스프링이 상기 축(13)에 부착되는 지점의 반대측에 배열되는 두 개의 탄성 레그에 의해 서로 고정되거나,

또는 대안적으로,

상기 플랫 스프링(9)이 하나의 내부 및 하나 이상의 외부 부분을 포함하되, 상기 외부 부분(들)이 상기 펌프 하우징에 부착되고 상기 내부 부분이 상기 축(13)에 부착되며, 상기 내부 및 하나 이상의 외부 부분들이 스프링이 상기 축(13)에 부착되는 지점 주변에 배열되는 세 개 이상의 탄성 레그에 의해 서로 고정되는 것을 특징으로 하는,

전자기 구동식 막 펌프.
제1항에 있어서,

상기 축의 현가장치 중 하나가 막을 포함하며 하나 이상의 제2 현가장치가 플랫 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는,

전자기 구동식 막 펌프.
제1항에 있어서,

상기 축의 현가장치 중 하나가 플랫 스프링을 포함하고 제2 현가장치가 플랫 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는,

전자기 구동식 막 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플랫 스프링이 짝수 개의 레그를 가지며, 이들 레그 중 절반이 다른 절반의 레그에 대해 거울상 역전되는 것을 특징으로 하는,

전자기 구동식 막 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플랫 스프링이 4개의 레그를 갖는 것을 특징으로 하는,

전자기 구동식 막 펌프.
제4항에 있어서,

상기 레그가 상대적으로 긴 부분(16)을 포함하고 그 각각의 측면에는 상대적으로 짧은 부분(22 및 23)이 연결되는 것을 특징으로 하는,

전자기 구동식 막 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플랫 스프링이 스프링 강철로 이루어지는 것을 특징으로 하는,

전자기 구동식 막 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플랫 스프링이 탄성 플라스틱으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,

전자기 구동식 막 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 플랫 스프링이 탄성 복합체로 이루어지는 것을 특징으로 하는,

전자기 구동식 막 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유입구 및 유출구에 역류 방지판이 구비되는 것을 특징으로 하는,

전자기 구동식 막 펌프.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 전자석이 중공인 것을 특징으로 하는,

전자기 구동식 막 펌프.