JPH01219400A - 振動柱ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、振動柱ポンプ、即ち、一端を水中に浸漬し他
端を空中にあるように配し且つ該他端をばねで弾接され
た弁板を介して吐出側導液管に連通させるようにしたパ
イプ（振動管）を、長手方向に振動させ、該パイプ内を
経て揚液させるようにしたポンプに関する。

〔従来の技術〕

従来、この種の振動柱ポンプとしては、（イ）振動管の
加振手段として、不釣合重量をもつ回転体を電動機によ
り回転させるもの又は電磁石を用い、これらの加振器の
出力部に振動管を固設したものがある。（特開昭５８−
１４４７００号公報、特開昭５８−１８３９００号公報
参照） また（口）小ストロークの加振源により大ストロークの
振動管の振動が得られるように、加振手段を、振動管に
板ばねの一端を固定し、該板ばね又は該板ばねに固定し
た弾性体を間にして電磁石を対向して固設して構成した
ものがある。（特開昭６１−２７５６００号公報参照） また（ハ）加振手段を、永久磁石とばねを介して対極す
る電磁石の一方の磁石を、振動管に固定し、他の磁石を
固設するようにして構成し、電磁石の永久磁石に対極す
る極を永久磁石と周波的に同極性になるように付勢する
ことにより、振動管に固定した磁石を上下動させて該振
動管を振動させ揚水するようにしたものがある。（実開
昭６１−１１０９００号公報参照） また（二）加振手段を、すべりが大なる方からすべりが
小なる方に向って推力が増大しすべりが零の近傍に最大
推力を有するすべり−推力特性を持つリニアモータの固
定子を不動部分に固定し、該固定子に対極させて振動管
を配し、該振動管を軸方向に移動自在に軸受にて支持し
て構成し、リニアモータの推力−すべり特性により自助
振動系が成立するので、リニアモータを付勢して振動管
を振動させ、振動管が上昇するとき該振動管下端から液
体を上昇させ、振動管が下降するとき振動管上端部に弾
接された弁板を経て吐出させるようにしたものもある。

（実開昭６０−１９７３００公報）〔発明が解決しよう
とする課題〕 上記した従来のものにおける（イ）のものは、振動柱の
必要な変位例えば１０ｍｍを発生し且つ振動数を所要振
動数例えば６０Ｈｚとするのが困難であり、たとえ製造
しても加振手段が大きなものとなり、また、加振器の出
力部に振動管を固定しているので、加振装置とポンプが
別装置となり、コンパクトな形状にすることが不可能で
あるという問題点があった。

また上記（ロ）及び（ハ）のものは、振幅や加振波形の
制御が比較的困難であるという問題点があった。

また上記（ニ）のものは、自励系を形成させているため
効率は良いが、振動の制御性に難点があフた。

・　　本発明は、上記した従来技術の有する各問題点に
鑑みてなされたものであり、無漏洩化が可能で加振力が
大きく、しかもヨークをユニット化することで最大加振
力の設定を容易にすると共に、部品形状を単純化した振
動柱ポンプを提供することを技術的課題（目的）として
いる。

（課題を解決するための手段〕 上記の技術的課題を解決するために、本発明は、下端が
液中に浸漬し上端が弾接された弁を介して導液管中に開
口している振動管を長手方向に加振する加振手段を備え
た振動柱ポンプにおいて、振動管外周に円筒状の軟磁性
体を装着し、更にその外周に、半径方向に磁化したそれ
ぞれ磁極の異なる永久磁石を交互に管軸方向に間隔を置
いて配して可動子とし、該可動子の外側に、軟磁性体か
らなるコ型の電磁ヨーク内に電磁コイルを設置して固定
子としたものを、複数個管軸方向に配置して固設し、上
記振動管を含む可動子を軸方向に摺動自在に往復運動さ
せるようにした加振手段を設けたことを特徴としている
。

また、上記のように断面形状をコ型とし、その内側に電
磁コイルを配した電磁ヨークをユニット化し、該ユニッ
トを軸方向に積み重ね、その段数によって発生する最大
加振力を可変にすることを特徴としている。

（作　用） 本発明の振動柱ポンプでは、最低磁化方向の異なる１対
の永久磁石と、２組の電磁ヨークユニットが用意される
。この場合、二つのコイルユニットに逆向きに交番電流
を流すことにより、可動子が付勢される。加振振幅はコ
イル電流を制御することにより行われる。

可動子である振動管の制御弁（弁板）が弾接している管
軸上端と反対側の管軸下端に、静止揚液管を接続すれば
、振動管の往復運動により静止揚液管内の液体は揚液さ
れ、振動管端の制御弁（弁板）を通過して導液管中に吐
出される。

当該振動柱ポンプの吐出圧力を増加するためには、加振
力を増加すればよい。そのため、二二ッ磁化した電磁ヨ
ークとそれに対向する永久磁石を増加することにより、
電磁ユニットの数に比例して加振力が増減される。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す縦断面図である。

図において、１は磁性材料で作られた振動管で、該振動
管１の上端には、ばね２で弾発された板状の弁３が圧接
（弾接）されている。上記振動管１の外周には、半径方
向に磁化された永久磁石４が非磁性体のスペーサ５を介
して管軸方向に固着されている。該永久磁石４は、磁極
方向の異なるものを交互に配置され、これら振動管１と
永久磁石４とスペーサ５とによって可動子を構成してい
る。なお、振動管１を非磁性材で作った場合は、外周に
円筒状の軟磁性体が装着される。

一方、固定子側は、磁性材料で作られたコ型の電磁ヨー
ク６の内側（内周溝）に、固定子コイル７が、振動管１
を中心にして輪状に巻かれて構成され、これを１ユニツ
トとし、本実施例では、管軸方向に４段連結されている
。

上記電磁ヨーク６の内周の各磁極間には、非磁性体で作
られたスペーサ８が介装され、固定子コイル７側と可動
子側との間を密封している。また可動子は、振動管１の
下端と、電磁ヨーク６の最下端に連接され使用時、下端
の吸入口９が液中に挿入される静止揚液管１０の内壁と
の間に装着されたばね１１によって、静止時（運転停止
時）に、管軸方向の作動行程（ストローク）の中心行程
を保持するように支持されており、該可動子は、固定子
に僅かな隙間で挿通されている。なお、図中１２は吐出
口１３を有する吐出ケーシングで、弁３を弾圧するばね
２の一端を支持している。

第２図は、磁極ユニットの車体を示す要部断面図で、固
定子側は、磁性材料の継鉄で構成されたコ型の電磁ヨー
ク６と固定子コイルフとで固定子磁極が形成され、可動
子側は、半径方向に磁化された永久磁石４と非磁性材料
のスペーサ５とで構成されている。

上記磁極ユニットは通常２段以上連結して使用される。

また、固定子磁極６．７と、永久磁石４との重なりＩＬ
ｒは、該永久磁石４の両端で等しく取ってユニット化を
可能にしている。

上記のように構成されているので、運転時、各電磁コイ
ル７に交互に逆向きに交番電流を流すと、各固定子磁極
６．７によって生じる管軸方向の電磁力が、半径方向に
磁化した磁極の異なる永久磁石４を交互に配した可動子
に、管軸方向の往復推力を作用させ、振動管１を上下動
させる。加振振幅はコイル電流を制御することにより行
われる。

第３図は、この時の可動子１．４．５の中立位置からの
軸方向変位を横軸とし、推力を縦軸とした変位−推力の
静特性線図で、第１象限には変位−推力反対方向の部分
が、また第２象限には変位−推力同方向の部分がそれぞ
れ示されており、基本的には第１象限に示された変位−
推力が反対方向の部分で使用する。

また第４図は、ユニット段数を横軸とし、中立位置での
振動管に働く推力を縦軸とした段数−推力の関係を示す
線図で、段数に比例して推力が変化することを示してい
る。従って、ユニットの段数を調節することによって、
振動管に働く推力の大きさを変え、最大揚水量を変更す
ることが可能となる。

振動管１の上下動により、従来のものとほぼ同様の次の
ようなポンプ作用が行われる。

■　弁３が振動管１に追随して運動するとき：（ｉ）　
　液面の上昇過程 弁３が振動管１に追随して運動するようにして、該振動
管を上下運動させると、管内気柱圧力の変動に伴って管
内の液面も上下運動する。この液面の上下運動は、気柱
の弾性と液柱の質量からなる一種のバネー買量系の振動
現象に伴うものであり、従って摩擦などによる減衰が小
さいから振動管１の上下運動の振動管を管内の気柱−液
柱系の固有振動数に設定すると管内気柱の圧力は非常に
高くなる。そこで、弁３をある設定圧力以上で開放する
ようにすると、管内の気柱圧力が弁の設定圧力以上にな
ると弁が開放して、気柱圧力の上限を弁設定圧に保持す
るので、加振−周期当りの気柱圧力の平均値は大気圧以
下となり、その圧力減少に相当した液柱の上昇が起こる
。これが連続的に起こり液面が振動管１の上端まで上昇
する。

（ｉｆ）液の吐出過程 液面が振動管１の上端に達した後は、該振動管１より管
内液柱に作用する慣性力により、液柱が弁を押し上げ液
が振動管１の上端より流出する。

■　弁が振動管１に追随せずに運動するとき：（ｉ）　
　振動管１が第１図において、下方へ移動する際には、
弁３はこれに追随せず遅れて下方に移動し上部端では、
振動管１と弁３との間に若干の隙間ができる。

（ｉｆ）振動管１が下限にくると、弁３が追いついて弁
口を閉じる。

（ｉ　ｉ　ｉ）次いで、弁３により弁口を閉じたまま振
動管１が上昇するとき、液が該振動管１と一緒に上昇す
る。

（ｉｖ）　　更に振動管１が下降するときには、該振動
管１中の液は該液の慣性の影響により余り下がらない。

このような動作を繰り返すことにより、やがて振動管１
の・上端まで液が達した状態で該振動管１が下るときに
液が吐出ケーシング１２中に溢れ出て、吐出口１３の方
向へ流れるようになり、あとは続いて揚液して吐出され
ることとなる。

（発明の効果） 本発明は上述のように構成されているので、次のような
効果を奏する。

振動管外周に、円筒状の軟磁性体を介して、半径方向に
磁化したそれぞれ磁極の異なる永久磁石を交互に管軸方
向に間隔を置いて配して可動子とし、その外側に軟磁性
体からなるコ型の電磁ヨーク内に電磁コイルを設置した
固定子を複数個管軸方向に固設し、上記可動子を管軸方
向に摺動自在に往復運動させる加振手段を設けたことに
より、固定子コイル側と可動子側との間が僅かな隙間で
封鎖され、揚液の無漏洩化及び装置の小型化が可能にな
り、当該振動柱ポンプの応用範囲を拡大することができ
る。

また、加振手段の電極ヨークをユニット化し、該ユニッ
トを軸方向に積み重ね、その段数により最大加振力を可
変にしたことにより、当該振動柱ポンプの最大揚水量を
容易に変更することが可能となり、且つ保守が容易にな
り、また生産性を向上させ応用範囲を拡大することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す振動柱ポンプの縦断面
図、第２図は第１図の要部拡大断面図、第３図は第１図
に示す振動管の変位と推力との関係を示す線図、第４図
は中心位置におけるユニット段数と推力との関係を示す
線図である。 １・・・振動管、２・・・ばね、３・・・弁、４・・・
永久磁石、５・・・スペーサ、６・・・コ型電磁ヨーク
、７・・・電磁コイル、８・・・スペーサ、９・・・吸
入口、１０・・・静止揚水管、１１・・・ばね、１２・
・・吐出ケーシング。 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、下端が液中に連通し、上端が吐出口を備えた導液管
   中に密封して挿通され該導液管中にて開口している振動
   管と、不動部分に一端が当接して弾発しているばねの他
   端にて振動管の上端に当接している弁板と、振動管を長
   手方向に加振する加振手段を備えた振動柱ポンプにおい
   て、振動管外周に円筒状の軟磁性体を装着し、更にその
   外周に、半径方向に磁化したそれぞれ磁極の異なる永久
   磁石を交互に管軸方向に間隔を置いて配して可動子とし
   、該可動子の外側に、軟磁性体からなるコ型の電磁ヨー
   ク内に電磁コイルを設置して固定子としたものを、複数
   個管軸方向に配置して固設し、上記振動管を含む可動子
   を管軸方向に摺動自在に往復運動させるようにした加振
   手段を有することを特徴とする振動柱ポンプ。 ２、加振手段の静止側電磁ヨークの軸を含む断面形状を
   コ型とし、該コ型の内側に電磁コイルを配して該電磁ヨ
   ークをユニット化し、該ユニットを軸方向に積み重ね、
   その段数によって発生する最大加振力を可変にしたこと
   を特徴とする請求項１記載の振動柱ポンプ。