JP5209672B2

JP5209672B2 - 電磁往復動流体装置

Info

Publication number: JP5209672B2
Application number: JP2010157718A
Authority: JP
Inventors: 重光石橋; 春樹中尾; 文則広瀬
Original assignee: Nitto Kohki Co Ltd
Current assignee: Nitto Kohki Co Ltd
Priority date: 2010-07-12
Filing date: 2010-07-12
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2025-07-11
Also published as: JP2010230014A

Description

本発明は、電磁石により交番磁界を発生させることによってピストンを直線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。

この種電磁往復動流体装置では、ピストンに連結される可動部材（ピストンロッド）に磁性材からなる磁力吸引部が設けられ、電磁石が周期的に発生し該磁力吸引部に作用する電磁吸引力と、該電磁吸引力により該磁力吸引部が吸引される方向と反対の方向に付勢するバネ力とによって当該可動部材を往復動するようにした形式のものと、可動部材に永久磁石を組み込み、電磁石が生じる交番磁界によって該永久磁石を吸引・反発させることにより当該可動部材を往復動させるようにした形式のものとがある。

可動部材は、その往復動路の両側に対向配置される電磁石の間に微小隙間を介して配置されるので、その微小空間を維持することが必要となる。このため、上記第１番目の形式のものでは、例えば、可動部材の両端を摺動可能に支持することによりその維持を図るようにしたものがある（特許文献１）。

また、上記第２番目の形式のものでは、当該可動部材が永久磁石を備えるために、上記往復動方向での吸引力・反発力のほかに、往復動方向に対する横断方向での力が作用するために、該可動部材の長手中心軸線を中心にした回転トルクが生じる可能性がある。可動部材に取り付けられる永久磁石は一般的に断面四角形のものとされ、従って、回転トルクにより長手中心軸線の周りで傾けられると、一方の電磁石への吸引力が強くなり、該電磁石との摩擦が生じたりする。一般的には、可動部材の両端は、円形断面のピストンとこれを摺動可能に収納したシリンダとにより支持するようにしているため、長手中心軸線の周りでの傾きを阻止することはできない。これを回避するために、可動部材の両端を往復動の方向には柔軟で軸線回りには剛性を有するダイヤフラムや十字形のバネのバネ支持具で支持するようにしたものが提案されている（特許文献２参照）。しかし、このような部材による支持では、可動部材の長手軸線方向での動きが制限され、流体装置としては好ましくない。

特公昭５７−３０９８４号特開２００２−２１３３５４号

本発明は、上記の点に鑑み、可動部材の長手軸線方向での動きに余り制限を与えることなく、且つ、同長手軸線の周りでの傾きを阻止するようにした電磁往復動流体装置を提供することを目的としている。

すなわち、本発明は、
永久磁石を備え、所定軸線に沿って往復動可能とされた可動部材と、
交番磁界を発生し、該永久磁石に作用して該可動部材を該所定軸線に沿って駆動する電磁石駆動装置と、
を備え、該可動部材の往復動に基づいて流体の流れを生じるようにした電磁往復動流体装置であって、
該可動部材が、該所定軸線に沿って相互に並行に延びる第１側面及び第２側面を有する板状の部材とされ、
該永久磁石が、該板状部材に該所定軸線方向で所定間隔離して固定された一対の板状の第１及び第２永久磁石とされ、それぞれが該第１及び第２側面に面し、それらに平行な第１及び第２磁極面を備え、該第１永久磁石の該第１磁極面及び第２磁極面がそれぞれＮ極及びＳ極とされ、該第２永久磁石の該第１磁極面及び第２磁極面がそれぞれＳ極及びＮ極とされ、
該電磁石駆動装置は、該可動部材の両側に設けられた第１及び第２電磁石であって、第１電磁石は該第１側面に対向配置され、第２電磁石は該第２側面に対向配置されている第１及び第２電磁石を有し、
各電磁石は、中央磁極と、該可動部材の往復動方向で該中央磁極の両側に所定間隔をあけて設けられた第１及び第２側部磁極とを有し、
各電磁石における該中央磁極と該第１及び第２側部磁極とは交番的に反対の磁極となるように励磁され、第１及び第２電磁石における該中央磁極同士及び該側部磁極同士は相互に反対の極性となるようにされており、
第１永久磁石は、該第１側部磁極及び該中央磁極との関係、第２永久磁石は該中央磁極及び該第２側部磁極との関係で磁気的吸引反発を受けるようにされ、
電磁往復動流体装置が、更に、該可動部材の該第１側面と該第２側面と摺動可能に係合することにより、該可動部材を該所定軸の周りでの角度位置を維持しながら該所定軸線に沿って駆動されるように案内するガイド面を備えるガイド部材を有するようにしたことを特徴とする電磁往復動流体装置
を提供する。
すなわち、この電磁往復動流体装置においては、可動部材に回転トルクが加わっても、その第１及び第２側面とそれぞれ摺動係合するガイド部材によって回転が阻止されるようになっている。

具体的には、該ガイド部材が、該可動部材の該第１側面と該第１電磁石との間に設定されて、該第１側面と摺動可能に係合するガイド面を有する第１ガイド部材、及び、該可動部材の該第２側面と該第２電磁石との間に設定されて、該第２側面と摺動可能に係合するガイド面を有する第２ガイド部材を有するようにすることができる。

また、別の具体例では、該可動部材が、該所定軸線に平行に延び相互に対向位置にある一対の縁を有し、該ガイド部材が、該可動部材を挟むようにして該所定軸線に平行に延び、隣接する該可動部材の該縁を摺動可能に収納するガイド溝を有する第１及び第２ガイド部材を有し、各ガイド部材のガイド溝が、該可動部材の該第１側面と該第２側面と摺動可能に係合する一対のガイド面を有するようにすることができる。

本発明に係る電磁往復動流体装置においては、可動部材の第１及び第２側面と摺動係合するガイド面を有するガイド部材を設けることによって、当該可動部材の往復動方向軸線の周りでの回動を阻止し、可動部材の円滑な駆動を可能とする。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。

図１から図３に本発明に係る電磁往復動流体装置１０の第１の実施形態を示す。図１は図２のＩ−Ｉ線断面図、図２は図１のII−II線断面図、図３は図１のIII−III線断面図である。

図１及び図２から分るように、この電磁往復動流体装置１０は、左右両側位置にある第１及び第２ピストンシリンダアセンブリ１２、１２´と、中央位置にある駆動部１４とを有する。

第１及び第２ピストンシリンダアセンブリ１２、１２´は、それぞれ、シリンダ１６、１６´及びピストン１８、１８´を備え、該ピストンが該シリンダ内で（図１及び図３で見て）左右方向に往復動されることにより、空気等の流体を図１に矢印で示すように、中央ハウジング２０に設けた入口２１から吸引し、逆止弁２２、２２´を介して当該流体装置１０の左右両端に設けられた出口２４、２４´から排出するようになっている。

図１から分るように、左右のシリンダ１２,１２´は、その左右方向に延びる長手軸線が相互に間隔ａだけずらして配置されている。

ピストン１８、１８´は、図２及び図３に示すように全体的に平板状とされ、一対の永久磁石２６、２６´を備えた可動部材２７によって連結されている。永久磁石２６、２６´は、図２で見て左右両側にＮ極及びＳ極が着磁されるが、左側の永久磁石２６と右側の永久磁石２６´とは、相互に逆に着磁される。すなわち、両磁石を図１の手前側から見た場合、その見える側の面は、例えば一方の永久磁石２６ではＮ極、他方の永久磁石２６´ではＳ極となり、図１の裏面側から見た場合、永久磁石２６の面はＳ極、永久磁石２６´の面はＮ極とされる。

装置中央の駆動部１４は、図２及び図３に示すように、可動部材２７の両側に設定された一対の電磁石２８、２８´を備えている。各電磁石は、Ｅ型鉄心３０と、該Ｅ型鉄心の中央磁極３０ａの周りで巻枠３２に卷回されたコイル３４とを有している。両電磁石の中央磁極及び左右側部磁極３０ｂ、３０ｃは、可動部材２７に対して微小な空隙をあけて相互に対向配置されている。

電磁石２８、２８´に電流を通して、例えば電磁石２８の中央磁極にＳ極、左右磁極にＮ極が発生し、これらに対向する電磁石２８´の中央磁極にはＮ極、左右磁極にＳ極が発生するようにする。このとき、永久磁石２６は中央磁極から反発力、左の側部磁極から吸引力を受け、永久磁石２６´は中央磁極から吸引力、右の側部磁極から反発力を受けて、可動部材２７とともに全体として図１の矢印Ｍで示す左方向に動くような力を受ける。従って、これら電磁石に交番電流をかけることにより、中央磁極及び左右磁極に相互に逆極性の磁極が発生し、これにより、前述の磁石保持部材の永久磁石は左右に駆動され、ピストン１８、１８´はシリンダ内で摺動し、図１に矢印で示す如き流体の流れを生じる。

ところで、本実施形態のように鉄心３０の磁極面と対向する永久磁石２６、２６´の面が平面状である場合には、一対の電磁石２８、２８´と永久磁石２６、２６´との吸引力がちょうど釣り合う中立点の位置を除いて、可動部材２７を図２の矢印Ｒのいずれかの方向に回転させるような回転トルクが作用するので、これに抗する力を作用させない場合には磁石２６、２６´または可動部材２７が電磁石２８、２８´またはその他の固定している部材と接触する虞がある。本実施形態においては、前述の如く、第１、第２ピストンシリンダアセンブリ１２、１２´の中心軸線５８及び５９を同軸状とせず、可動部材２７の中心軸６０に対してそれぞれ距離ａだけ上下にオフセットさせて配置してあるので、回転トルクに抗することができ、当該可動部材の回転を防ぐことができる。

尚、図示の実施形態においては、ピストンシリンダアセンブリ内に圧縮コイルバネ６２を配置してある。これは、永久磁石２６、２６´、可動部材２７およびピストン１８、１８´からなる可動部分の軸線方向（図１の左右方向）中央に向かう付勢力を与えるものである。すなわち、これは、例えば、電磁石２８，２８´に電流が流されず電磁力が加わっていないときに、永久磁石が左右どちらかの側部磁極に引き付けられて止まっている場合があり、そのときバネ部材は撓んでいるので、その状態で電磁力が加わったとき、撓んでいるバネ部材の付勢力により可動部材が動き出すのを補助するようにする。また、可動部分の質量と圧縮コイルバネ６２のバネ定数とで定まる固有振動数をバネ定数の選択によって任意に設定することを可能とする。

図４から図７には本発明に係る電磁往復動流体装置１１０の第２の実施形態が示されている。図４は図５のIV‐IV線断面図、図５は図４のＶ‐Ｖ線断面図、図６は図４のVI‐VI断面図、図７は図４のVII‐VII線断面図である。この電磁往復動流体装置１１０は、全体的構成としては、前述の第１の実施形態のものと同じであり、従って、同じ構成要素には同じ参照番号を付して示してある。この電磁往復動流体装置１１０で特徴とするところは、前述の実施形態において平板状にされていた永久磁石２６、２６´を、円柱状、図示の例では、軸線方向での長さが短く円盤状にした点にある。この円盤状の永久磁石２６、２６´は、円柱状とされた可動部材２７と同軸状に設定されており、可動部材２７の両端に設定される第１及び第２ピストンシリンダアセンブリ１２，１２´も同軸状にされている。

該円盤状磁石２６,２６´は、図５および図６に示すように、該円盤状磁石の中心軸線を含む仮想平面１５０および１５２で分けられた両側部分が相互に反対の極性となるように着磁される。仮想平面１５０，１５２は、中心軸線を通る（図５及び図６で見て）垂直な面に対してそれぞれ反対方向に所定角度だけ傾けて設定されている。

上述したような構成において、電磁石１３０、１３２の中央磁極１３４ａ、１３６ａが相互に反対の極性となるように（例えば中央磁極１３４ａがＮ極となり中央磁極１３６ａがＳ極となるように）コイル１４２、１４４に通電すると、該円盤状磁石２６は該中央磁極１３４ａ、１３６ａに吸引され、他方の円盤状磁石２６´は中央磁極部分１３４ａ、１３６ａから反発され、同時に該円盤状磁石２６´は右側部磁極１３４ｂ、１３６ｂに吸引される。円盤状磁石２６及び２６´が受ける磁気力の合力は、図４の右方向に向かう力であって、円盤状磁石とそれらが固定されている可動部材２７及びその両端に連結された第１ピストン１８並びに第２ピストン１８´とからなる可動部１１２を図４の右方向に移動させることになる。

該可動部１１２が図４の右方向に移動して、該円柱状磁石２６´と右側磁極１３４ｂ、１３６ｂとが正対する位置関係になったとき、次に可動部１１２を図４の左方向に移動するための力を発生させるために、該コイル１４２、１４４には上記と反対方向の電流が印加される。そうすると、図５に示されている円盤状磁石２６に対しては図中左側の電磁石１３０の中央磁極部分１３４ａがＮ極となり対向する中央磁極部分１３６ａはＳ極となって、該円盤状磁石２６が反時計回りの方向に回転するようなトルクＴ１が作用する。同様にして、図６に示されている円盤状磁石２６´に対しては時計回りの方向に回転するようなトルクＴ２が作用する。すなわち、円柱状磁石２６と２６´とに作用するトルクはお互いに反対方向に回動させようとする回転トルクであり、これらが相殺し合うため可動部１１２全体として可動方向軸周りのいずれか一方に回転することがないようにすることができる。

さらに本実施形態において、固定電磁石１３０、１３２の鉄心１３４、１３６は、単一の形状を有するケイ素鋼板等の薄板を、磁極部分が円盤状磁石２６、２６´と適当な間隙で対向するようにずらしながら積層して構成されている。このように構成して本体ケーシング１２０に固定用ネジ１５６で固定できるようにネジ穴を形成するため、該鉄心１３４、１３６を構成する薄板に設けた固定用ネジ穴部１５４は図７に示すように長孔形状で作成されている。

図８から図１０には本発明に係る電磁往復動流体装置２１０の第３の実施形態を示す。図８は図１０のVIII‐VIII線断面図、図９は図８のIX‐IX線断面図、図１０は図８のＸ‐Ｘ線断面図、図１１は図８のXI‐XI線断面図である。この電磁往復動流体装置２１０は、全体的構成としては、前述の第１の実施形態のものと同じであり、同じ構成要素には同じ参照番号を付して示してある。この電磁往復動流体装置２１０で特徴とするところは、永久磁石２６、２６´及び可動部材２７と、一対の電磁石２８、２８´との間の空隙にガイド部材２１２が設けられている点にある。こうすることによって該永久磁石２６、２６´が該電磁石２８、２８´に吸引されるために生じる中心軸６０の周りの回転トルクに抗することができ、当該可動部材の回転を防ぐことができる。

図１１及び図１２には本発明に係る電磁往復動流体装置３１０の第４の実施形態を示す。図１１は図１２のXI‐XI線断面図、図１２は図１１のXII‐XII線断面図である。図において、可動部材２７は図１１の上下方向に延伸した張出部３１２および３１４を有し、これらが本体ハウジング３１６に設けられたガイド溝３１８及び蓋部材３２０に設けられたガイド溝３２２と摺動可能に嵌合するように設置されている点にある。こうすることによって、該永久磁石２６、２６´が該電磁石２８、２８´に吸引されるために生じる中心軸６０の周りの回転トルクに抗することができ、当該可動部材２７の回転を防ぐことができる。

本実施形態では、上下方向に２つの張出部３１２及び３１４が設けられ、これらが摺動可能に嵌合される２つのガイド溝３１８及び３２２が設けられているが、張出部を上下の内のいずれか一方のみとし、対応するガイド溝のみを設ける構成とすることもできる。

本発明に係る第１の実施形態を示す図２のＩ−Ｉ線断面図である。図１のII−II線断面図である。図１のIII−III線断面図である。本発明に係る第２の実施形態を示す図５例のIV−IV線断面図である。図４のＶ−Ｖ線断面図である。図４のVI−VI線断面図である。図４のVII−VII線断面図である。本発明に係る第３の実施形態を示す図１０のVIII−VIII線断面図である。図８のIX−IX線断面図である。図８のＸ−Ｘ線断面図である。本発明に係る第４の実施形態を示す図１２のXI−XI線断面図である。図１１のXII−XII線断面図である。

１０電磁往復動流体装置
１２、１２´ 第１、第２ピストンシリンダアセンブリ
１４駆動部
１６、１６´ シリンダ
１８、１８´ ピストン
２０中央ハウジング
２１入口
２２、２２´ 逆止弁
２４、２４´ 出口
２６、２６´ 永久磁石
２７可動部材
２８、２８´ 電磁石（電磁石駆動装置）
３０Ｅ型鉄心
３０ａ中央磁極
３０ｂ、３０ｃ側部磁極
３２巻枠
３４コイル
５８、５９中心軸線
６０中心軸
６２圧縮コイルバネ
１１０電磁往復動流体装置
１１２可動部
１３０、１３２固定電磁石
１３４、１３６Ｅ形鉄心
１３４ａ、１３６ａ中央磁極部分
１３４ｂ、１３６ｂ磁極部分
１４２、１４４コイル
１５０、１５２仮想平面
１５４固定用ネジ穴部
１５６固定用ネジ
２１０電磁往復動流体装置
２１２ガイド部材
３１０電磁往復動流体装置
３１２、３１４張出部
３１６本体ハウジング
３１８、３２２ガイド溝
３２０蓋部材

Claims

永久磁石を備え、所定軸線に沿って往復動可能とされた可動部材と、
交番磁界を発生し、該永久磁石に作用して該可動部材を該所定軸線に沿って駆動する電磁石駆動装置と、
を備え、該可動部材の往復動に基づいて流体の流れを生じるようにした電磁往復動流体装置であって、
該可動部材が、該所定軸線に沿って相互に並行に延びる第１側面及び第２側面を有する板状の部材とされ、
該永久磁石が、該板状部材に該所定軸線方向で所定間隔離して固定された一対の板状の第１及び第２永久磁石とされ、それぞれが該第１及び第２側面に面し、それらに平行な第１及び第２磁極面を備え、該第１永久磁石の該第１磁極面及び第２磁極面がそれぞれＮ極及びＳ極とされ、該第２永久磁石の該第１磁極面及び第２磁極面がそれぞれＳ極及びＮ極とされ、
該電磁石駆動装置は、該可動部材の両側に設けられた第１及び第２電磁石であって、第１電磁石は該第１側面に対向配置され、第２電磁石は該第２側面に対向配置されている第１及び第２電磁石を有し、
各電磁石は、中央磁極と、該可動部材の往復動方向で該中央磁極の両側に所定間隔をあけて設けられた第１及び第２側部磁極とを有し、
各電磁石における該中央磁極と該第１及び第２側部磁極とは交番的に反対の磁極となるように励磁され、第１及び第２電磁石における該中央磁極同士及び該側部磁極同士は相互に反対の極性となるようにされており、
第１永久磁石は、該第１側部磁極及び該中央磁極との関係、第２永久磁石は該中央磁極及び該第２側部磁極との関係で磁気的吸引反発を受けるようにされ、
電磁往復動流体装置が、更に、該可動部材の該第１側面と該第２側面と摺動可能に係合することにより、該可動部材を該所定軸の周りでの角度位置を維持しながら該所定軸線に沿って駆動されるように案内するガイド面を備えるガイド部材を有し、
該ガイド部材が、該可動部材の該第１側面と該第１電磁石との間に設定されて、該第１側面と摺動可能に係合するガイド面を有する第１ガイド部材、及び、該可動部材の該第２側面と該第２電磁石との間に設定されて、該第２側面と摺動可能に係合するガイド面を有する第２ガイド部材を有する電磁往復動流体装置。
永久磁石を備え、所定軸線に沿って往復動可能とされた可動部材と、
交番磁界を発生し、該永久磁石に作用して該可動部材を該所定軸線に沿って駆動する電磁石駆動装置と、
を備え、該可動部材の往復動に基づいて流体の流れを生じるようにした電磁往復動流体装置であって、
該可動部材が、該所定軸線に沿って相互に並行に延びる第１側面及び第２側面を有する板状の部材とされ、
該永久磁石が、該板状部材に該所定軸線方向で所定間隔離して固定された一対の板状の第１及び第２永久磁石とされ、それぞれが該第１及び第２側面に面し、それらに平行な第１及び第２磁極面を備え、該第１永久磁石の該第１磁極面及び第２磁極面がそれぞれＮ極及びＳ極とされ、該第２永久磁石の該第１磁極面及び第２磁極面がそれぞれＳ極及びＮ極とされ、
該電磁石駆動装置は、該可動部材の両側に設けられた第１及び第２電磁石であって、第１電磁石は該第１側面に対向配置され、第２電磁石は該第２側面に対向配置されている第１及び第２電磁石を有し、
各電磁石は、中央磁極と、該可動部材の往復動方向で該中央磁極の両側に所定間隔をあけて設けられた第１及び第２側部磁極とを有し、
各電磁石における該中央磁極と該第１及び第２側部磁極とは交番的に反対の磁極となるように励磁され、第１及び第２電磁石における該中央磁極同士及び該側部磁極同士は相互に反対の極性となるようにされており、
第１永久磁石は、該第１側部磁極及び該中央磁極との関係、第２永久磁石は該中央磁極及び該第２側部磁極との関係で磁気的吸引反発を受けるようにされ、
電磁往復動流体装置が、更に、該可動部材の該第１側面と該第２側面と摺動可能に係合することにより、該可動部材を該所定軸の周りでの角度位置を維持しながら該所定軸線に沿って駆動されるように案内するガイド面を備えるガイド部材を有し、
該可動部材が、該所定軸線に平行に延び相互に対向位置にある一対の縁を有し、該ガイド部材が、該可動部材を挟むようにして該所定軸線に平行に延び、隣接する該可動部材の該縁を摺動可能に収納するガイド溝を有する第１及び第２ガイド部材を有し、各ガイド部材のガイド溝が、該可動部材の該第１側面と該第２側面と摺動可能に係合する一対のガイド面を有するようにした電磁往復動流体装置。