(57)【要約】【課題】  摩擦損失、モータの風損をなくし、圧縮比の変更が容易な電磁アクチュエータポンプを提供する。【解決手段】  電磁アクチュエータポンプにおいて、軸状固定部材１と、この軸状固定部材１の外周部位に形成される円環状シリンダ２と、この円環状シリンダ２に形成される吐出口４及び吸入口６と、前記円環状シリンダ２内に移動可能に配置される第１の扇状ピストン３及び第２の扇状ピストン５と、前記円環状シリンダ２の外周に配置され、前記扇状ピストン３及び第２の扇状ピストン５を制御する電磁コイル７，８とを具備する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）軸状固定部材と、
（ｂ）該軸状固定部材の外周部位に形成される円環状シリンダと、
（ｃ）該円環状シリンダに形成される吐出口及び吸入口と、
（ｄ）前記円環状シリンダ内に移動可能に配置される第１のピストン及び第２のピストンと、
（ｅ）前記円環状シリンダの外周に配置され、前記第１のピストン及び第２のピストンを制御する電磁コイルとを具備することを特徴とする電磁アクチュエータポンプ。
【請求項２】
請求項１記載の電磁アクチュエータポンプにおいて、前記第１のピストン及び第２のピストンが扇状ピストンであることを特徴とする電磁アクチュエータポンプ。
【請求項３】
請求項１記載の電磁アクチュエータポンプにおいて、前記第１のピストン及び第２のピストンが円筒状ピストンであることを特徴とする電磁アクチュエータポンプ。
【請求項４】
請求項２又は３記載の電磁アクチュエータポンプにおいて、前記第１のピストン及び第２のピストンにピストンリングを具備することを特徴とする電磁アクチュエータポンプ。
【請求項５】
請求項１記載の電磁アクチュエータポンプにおいて、前記電磁コイルにより前記第２のピストンを駆動することで前記第２のピストンにより塞がれていた前記吸入口が開かれるとともに、前記円環状シリンダ内の流体が圧縮され、前記電磁コイルにより前記第１のピストンを駆動することで前記第１のピストンにより塞がれていた前記吐出口が開かれ、圧縮された流体の吐出を行うことを特徴とする電磁アクチュエータポンプ。
【請求項６】
請求項５記載の電磁アクチュエータポンプにおいて、前記電磁コイルは、前記第１のピストンに対応する３相電磁コイル（ＵＶＷ）と、前記第２のピストンに対応する３相電磁コイル（ＲＳＴ）とを具備することを特徴とする電磁アクチュエータポンプ。
【請求項７】
請求項１記載の電磁アクチュエータポンプにおいて、前記電磁コイルは第１の電磁コイルと第２の電磁コイルからなり、前記第１の電磁コイルと前記第２の電磁コイルのそれぞれに、適切なタイミングで励磁電流を流せるようにし、圧縮比の変更を可能にしたことを特徴とする電磁アクチュエータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁アクチュエータポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍機をはじめとする熱エネルギー変換装置においては、通常、気体圧縮機が必要となる。冷凍システムにおける電気エネルギーの大半は、圧縮機で消費しており、全体効率の向上には、圧縮機効率を高める必要がある。また、移動体等に圧縮機を搭載する場合、小型軽量、コンパクトである必要もある。
また、現状の圧縮機は、気体圧縮を行う部分（ピストンやシリンダ）を別に取り付けたモータで駆動する、つまり間接駆動型であった（下記特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１０３１６０号公報
【特許文献２】特開平１１−２２６７３号公報
【特許文献３】特開２０１１−１５７４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記したモータで駆動する場合、シールの問題や軸受けによる摩擦損失、モータの風損が大きいなどの問題があった。
また、容易には圧縮比が変更できない、つまり、形状で圧縮比が決定してしまう。
さらに、レシプロ型の場合は、弁が必要であり、可動部がある（ベーン型）という問題があった。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑みて、摩擦損失、モータの風損をなくし、圧縮比の変更が容易な電磁アクチュエータポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕電磁アクチュエータポンプにおいて、軸状固定部材と、この軸状固定部材の外周部位に形成される円環状シリンダと、この円環状シリンダに形成される吐出口及び吸入口と、前記円環状シリンダ内に移動可能に配置される第１のピストン及び第２のピストンと、前記円環状シリンダの外周に配置され、前記第１のピストン及び第２のピストンを制御する電磁コイルとを具備することを特徴とする。
【０００７】
〔２〕上記〔１〕記載の電磁アクチュエータポンプにおいて、前記第１のピストン及び第２のピストンが扇状ピストンであることを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕記載の電磁アクチュエータポンプにおいて、前記第１のピストン及び第２のピストンが円筒状ピストンであることを特徴とする。
〔４〕上記〔２〕又は〔３〕記載の電磁アクチュエータポンプにおいて、前記第１のピストン及び第２のピストンにピストンリングを具備することを特徴とする。
【０００８】
〔５〕上記〔１〕記載の電磁アクチュエータポンプにおいて、前記電磁コイルにより前記第２のピストンを駆動することで前記第２のピストンにより塞がれていた前記吸入口が開かれるとともに、前記円環状シリンダ内の流体が圧縮され、前記電磁コイルにより前記第１のピストンを駆動することで前記第１のピストンにより塞がれていた前記吐出口が開かれ、圧縮された流体の吐出を行うことを特徴とする。
【０００９】
〔６〕上記〔５〕記載の電磁アクチュエータポンプにおいて、前記電磁コイルは、前記第１のピストンに対応する３相電磁コイル（ＵＶＷ）と、前記第２のピストンに対応する３相電磁コイル（ＲＳＴ）とを具備することを特徴とする。
〔７〕上記〔１〕記載の電磁アクチュエータポンプにおいて、前記電磁コイルは第１の電磁コイルと第２の電磁コイルからなり、前記第１の電磁コイルと前記第２の電磁コイルのそれぞれに、適切なタイミングで励磁電流を流せるようにし、圧縮比の変更を可能にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、摩擦損失、モータの風損をなくし、圧縮比の変更が容易な直動型電磁アクチュエータポンプを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施例を示す電磁アクチュエータポンプの模式図である。
【図２】本発明の電磁アクチュエータポンプの動作の概略説明図である。
【図３】本発明の電磁アクチュエータポンプの第１の扇状ピストンの斜視図である。
【図４】本発明の電磁アクチュエータポンプの他の例を示す円筒状ピストンの斜視図である。
【図５】本発明の電磁アクチュエータポンプを駆動する電磁コイルの配置の模式図である。
【図６】本発明の電磁アクチュエータポンプのインバータの動作を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の電磁アクチュエータポンプは、軸状固定部材と、この軸状固定部材の外周部位に形成される円環状シリンダと、この円環状シリンダに形成される吐出口及び吸入口と、前記円環状シリンダ内に移動可能に配置される第１のピストン及び第２のピストンと、前記円環状シリンダの外周に配置され、前記第１のピストン及び第２のピストンを制御する電磁コイルとを具備する。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の第１実施例を示す電磁アクチュエータポンプの模式図、図２は本発明の電磁アクチュエータポンプの動作の概略説明図、図３はその第１の扇状ピストンの斜視図、図４は他の例を示す円筒状ピストンの斜視図である。なお、図２では第１の電磁コイル７及び第２の電磁コイル８は省略されている。
【００１４】
これらの図において、１は軸状固定部材、２はその軸状固定部材１の外周部に形成される円環状シリンダ（中空のドーナッツ形状のシリンダ）、３は円環状シリンダ２内に配置される第１の扇状ピストン、３Ａは第１の扇状ピストン３の外側表面に形成される金属膜（例えば、銅やアルミニウムなどの膜）、４は円環状シリンダ２に形成される吐出口、５は円環状シリンダ２内に配置される第２の扇状ピストン、５Ａは第２の扇状ピストン５の外側表面に形成される金属膜（例えば、銅やアルミニウムなどの膜）、６は円環状シリンダ２に形成される吸入口、７は円環状シリンダ２の外周部に配置される第１の電磁コイル、８は第２の電磁コイルである。吐出口４と吸入口６とは隣接位置に形成されている。また、第１の扇状ピストン３と第２の扇状ピストン５の外側表面には、永久磁石を形成してもよい。このように、永久磁石や金属膜（例えば、銅やアルミニウムなどの膜）を形成して、外側の固定側ステータ電磁コイルである第１の電磁コイル７と第２の電磁コイル８の励磁により第１の扇状ピストン３と第２の扇状ピストン５を円滑に駆動するようにしている。第１の扇状ピストン３と第２の扇状ピストン５はピストン兼可動子の機能を有し、円環状シリンダ２内をスムーズに動けるようになっている。例えば、図２に示すように、第１又は第２の扇状ピストン３，５にはピストンリング３Ｂ，５Ｂを形成するようにしている。第１又は第２の扇状ピストン３，５に代わる円筒状ピストン１５の場合は、図３に示すように、外側表面に形成される金属膜（例えば、銅やアルミニウムなどの膜）１５Ａとピストンリング１５Ｂを形成するようにしている。
【００１５】
これにより、ピストンは円環状シリンダ２内で密閉されながら、スムーズな動きができる。
また、後述する電磁アクチュエータの駆動力には影響を与えずにシールが可能である。なお、液体や粘性の高い流体の場合は、特にシール必要がない場合もある。
そこで、この電磁アクチュエータポンプの動作について、図２を参照しながら説明する。
【００１６】
まず、電磁アクチュエータポンプの駆動時点では、図２（ａ）に示すように、円環状シリンダ２内に第１の扇状ピストン３と第２の扇状ピストン５とが隣接して配置されており、吐出口４は第１の扇状ピストン３により、吸入口６は第２の扇状ピストン５によりそれぞれ塞がれている。
次に、図２（ｂ）に示すように、第２の扇状ピストン５が第２の電磁コイル８の励磁により右回りに移動すると、吸入口６が開かれて流体が導入される。すると、第２の扇状ピストン５が右回りに移動した分だけ、第２の扇状ピストン５の進行方向側でシリンダ２内の流体が第２の扇状ピストン５と第１の扇状ピストン３間で圧縮される。引き続き、図２（ｃ）に示すように、第２の扇状ピストン５が第２の電磁コイル８の励磁により右回りに移動すると、第２の扇状ピストン５が右回りに移動した分だけ、第２の扇状ピストン５と右回りのシリンダ２内の流体が第１の扇状ピストン３間で圧縮される。引き続き図２（ｄ）に示すように、第２の扇状ピストン５が第２の電磁コイル８の励磁により右回りに移動すると、第２の扇状ピストン５が右回りに移動した分だけ、第２の扇状ピストン５の進行方向側で、シリンダ２内の流体が第２の扇状ピストン５と第１の扇状ピストン３間でさらに圧縮されて適切な圧縮比を達成する。上記した図２（ａ）から図２（ｄ）までがこの電磁アクチュエータポンプの圧縮工程である。なお、この工程の間、第１の扇状ピストン３は第１の電磁コイル７の保持力により固定されている。
【００１７】
引き続き電磁アクチュエータポンプの排出工程について説明する。
図２（ｅ）に示すように、第１の扇状ピストン３が第１の電磁コイル７の励磁により、右回りに移動すると、いままで第１の扇状ピストン３により塞がれていた吐出口４が開かれる。すると圧縮された流体は吐出口４から排出される。次いで図２（ｆ）に示すように、第２の扇状ピストン５が第２の電磁コイル８の励磁により右回りに移動すると、第２の扇状ピストン５が右回りに移動した分だけ押された進行方向側の流体は、吐出口４から排出される。引き続き、図２（ｇ）に示すように、第２の扇状ピストン５が移動し吐出口４から排出が終了すると、図２（ｈ）に示すように、電磁アクチュエータポンプは初期状態に戻る。図２（ｂ）から図２（ｈ）まで、第２の扇状ピストン５の進行方向後面側では吸入口６から流体が導入され続けており、また、図２（ａ）以降の工程を繰り返す。この時、第２の扇状ピストン５であったものが次のサイクルでは第１の扇状ピストンとして動作し、第１の扇状ピストン３であったものが、第２の扇状ピストンとして動作することになる。
【００１８】
上記したように、圧縮工程と排出工程が連続的に繰り返され、電磁アクチュエータポンプとして機能することになる。図２（ｂ）〜（ｄ）の圧縮工程で第２の扇状ピストン５の移動量を制御することができるので、圧縮比を容易に変更することもできる。
図５は本発明の電磁アクチュエータポンプを駆動する電磁コイルの配置の模式図、図６はそのインバータの動作を示す模式図である。図６では第１の電磁コイル７、第２の電磁コイル８の保持力と推進力の切り替えタイミングを示している。なお、図６のａ〜ｈは、図２（ａ）〜（ｈ）に対応している。
【００１９】
図５に示されるように、第１の扇状ピストン３には第１の電磁コイル〔３相巻線ＵＶＷ〕１１が対応しており、図６（ａ）に示すように、第１の扇状ピストン３は第１の電磁コイル用インバータ１２の動作により駆動される。
また、図５に示されるように、第２の扇状ピストン５には第２の電磁コイル〔３相巻線ＲＳＴ〕１３が対応しており、図６（ｂ）に示すように、第２の扇状ピストン５は第２の電磁コイル用インバータ１４の動作により駆動される。これらの図から明らかなように、第１の扇状ピストン３は、図６（ａ）に示すように図２（ｅ）と図２（ｈ）で、回転させる以外は一定の位置に保持し、第２の扇状ピストン５は、図６（ｂ）に示すように、第２の扇状ピストン５を順次回転させ、圧縮・排出させるようにしている。
【００２０】
上記した固定側ステータ電磁コイルは、第１の電磁コイル７、第２の電磁コイル８に分かれていて、それぞれに、適切なタイミングで励磁電流を流せるようになっている。
非圧縮性流体の場合は、吸入口６と吐出口４を大きくとることで、流体を移送することができる。
実施例では、２個のピストンを例としたが、４個のピストン、２組の吐出口、吸入口、固定子にして振動を減らすことも可能である。
【００２１】
また、シリンダはドーナッツ形状としたが、レーストラック形状などとしてもよい。
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の電磁アクチュエータポンプは、摩擦損失、モータの風損をなくし、圧縮比の変更が容易な電磁アクチュエータポンプを提供する。
【符号の説明】
【００２３】
１    軸状固定部材
２    円環状シリンダ
３    第１の扇状ピストン
３Ａ    第１の扇状ピストンの外側表面に形成される金属膜（例えば、銅やアルミニウムなどの膜）
３Ｂ，５Ｂ，１５Ｂ    ピストンリング
４    吐出口
５    第２の扇状ピストン
５Ａ    第２の扇状ピストンの外側表面に形成される金属膜（例えば、銅やアルミニウムなど膜）
６    吸入口
７    第１の電磁コイル
８    第２の電磁コイル
１１  第１の電磁コイル（３相巻線ＵＶＷ）
１２  第１の電磁コイル用インバータ
１３  第２の電磁コイル（３相巻線ＲＳＴ）
１４  第２の電磁コイル用インバータ
１５    円筒状ピストン
１５Ａ    外側表面に形成される金属膜（例えば、銅やアルミニウムなどの膜）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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