JPH0319400B2 - - Google Patents

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(ロ)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(ニ)加振手段を、すべりが大なる方からすべ
りが小なる方に向つて推力が増大しすべりが近傍
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励振動系が成立す
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
があつた。

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つた。

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つ
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ツト化する
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た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て、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ツト
化し、該ユニツトを軸方向に積み重ね、その段数
によつ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ツ
トが用意される。この場合、二つのコイルユニツ
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、ユニツ
ト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、電磁ユニツトの数の比例し
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とによつて可動子を構成して
いる。なお、振動管１を非磁性材で作つた場合
は、外周に円筒状の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によつて、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、磁極ユニツトの単体を示す要部断面
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７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。

上記磁極ユニツトは通常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lrは、該永久磁石４の両端で等しく取
つてユニツ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によつて生じる管軸方向
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
振動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、ユニツト段数を横軸とし、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。従つて、ユニツトの段
数を調節することによつて、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の上下動におり、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： () 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
柱圧力の変動に伴つ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−質量系の振
動現象に伴うものであり、従つて摩擦などに
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、加振一周
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。

() 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： () 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。

() 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。

() 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。

() 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ツト化し、
該ユニツトを軸方向に積み重ね、その段差により
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ツ
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、１
２……吐出ケーシング。

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、円筒状の難磁性体を装着し、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ツト化し、該ユニツトを
   軸方向に積み重ね、その段数によつて発生する最
   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。