(57)【要約】往復ポンプアセンブリは、シリンダ、ロータおよびステータを備えたリニア電気モータを含む。複数の逆止弁は、シリンダの両端の近くに配置される。対になった逆止弁は、Ｔ字取付部内に取り付けられて、各々の取付部が、ロータのストロークの方向に応じて吸込口および吐出口として交互に動作できるようにする。他のポンプアセンブリは、ロータを利用して押し棒を介してピストンを別々に駆動する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手軸を規定するシリンダと、
第１シリンダの端に近接して取り付けられた第１逆止弁と、
前記第１シリンダの端に近接して取り付けられ、前記第１逆止弁とは反対方向の前記シリンダによる流れを阻止する第２逆止弁と、
第２シリンダの端に近接して取り付けられた第３逆止弁と、
前記第２シリンダの端に近接して取り付けられ、前記第３逆止弁とは反対方向の前記シリンダによる流れを阻止する第４逆止弁と、
前記シリンダ内に取り付けられたロータと、
前記シリンダの周りに取り付けられて前記ロータを前記長手軸に沿って往復駆動させるステータと、
を備えることを特徴とする往復ポンプアセンブリ。
【請求項２】
前記第１逆止弁、前記第２逆止弁、前記第３逆止弁および前記第４逆止弁は、リード弁であることを特徴とする請求項１に記載の往復ポンプアセンブリ。
【請求項３】
前記ロータは、鉄心を含み、銅と鉄が交互になった帯が前記鉄心に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の往復ポンプアセンブリ。
【請求項４】
前記ロータの両端近くに取り付けられたシールをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の往復ポンプアセンブリ。
【請求項５】
前記ステータは、複数の磁石の間にはさまれた複数の冷却フィンを含むことを特徴とする請求項１に記載の往復ポンプアセンブリ。
【請求項６】
前記複数の冷却フィンおよび前記複数の磁石を軸方向に維持するタイバーをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の往復ポンプアセンブリ。
【請求項７】
前記ステータ内の前記ロータの動きを制御する制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の往復ポンプアセンブリ。
【請求項８】
前記制御装置は、可変速制御装置を含むことを特徴とする請求項７に記載の往復ポンプアセンブリ。
【請求項９】
前記制御装置は、スイッチ付リラクタンス速度制御装置を含むことを特徴とする請求項７に記載の往復ポンプアセンブリ。
【請求項１０】
前記第１逆止弁および前記第２逆止弁は、第１取付部内に収容され、前記第３逆止弁および前記第４逆止弁は、第２取付部内に収容されることを特徴とする請求項１に記載の往復ポンプアセンブリ。
【請求項１１】
前記第１取付部および前記第２取付部は、Ｔ字取付部であることを特徴とする請求項１０に記載の往復ポンプアセンブリ。
【請求項１２】
前記第１逆止弁および前記第２逆止弁は、第１取付部内で対向しており、前記第３逆止弁および前記第４逆止弁は、第２取付部内で対向していることを特徴とする請求項１に記載の往復ポンプアセンブリ。
【請求項１３】
長手軸を規定するシリンダと、
前記シリンダ内に取り付けられたロータと、
第１ピストンシリンダと、
前記第１ピストンシリンダ内に取り付けられた第１ピストンと、
前記第１ピストンと前記ロータとに取り付けられて、前記ロータの動きに呼応して前記第１ピストンを前記長手軸に沿って駆動する第１押し棒と、
前記第１ピストンシリンダに取り付けられた第１逆止弁と、
前記第１ピストンシリンダに取り付けられ、前記第１逆止弁とは反対方向の前記第１ピストンシリンダによる流れを阻止する第２逆止弁と、
第２ピストンシリンダと、
前記第２ピストンシリンダ内に取り付けられた第２ピストンと、
前記第２ピストンと前記ロータとに取り付けられて、前記ロータの動きに呼応して前記第２ピストンを前記長手軸に沿って駆動する第２押し棒と、
前記第２ピストンシリンダに取り付けられた第３逆止弁と、
前記第２ピストンシリンダに取り付けられ、前記第３逆止弁とは反対方向の前記第２ピストンシリンダによる流れを阻止する第４逆止弁と、
前記シリンダの周りに取り付けられて前記ロータを前記長手軸に沿って往復駆動させるステータと、
を備えることを特徴とする往復ポンプアセンブリ。
【請求項１４】
前記第１逆止弁および前記第２逆止弁は、リード弁であることを特徴とする請求項１３に記載の往復ポンプアセンブリ。
【請求項１５】
前記第１逆止弁および前記第２逆止弁は、前記ピストンシリンダのエンドプレート内に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の往復ポンプアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポンプに関し、より詳細にはリニア電気モータ駆動の往復ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
往復ポンプ／圧縮機は、多くの用途における使用、特に、液体の流速が比較的低く、要求される液体の圧力上昇が比較的高い環境での使用に非常に望ましい。それほど高い圧力上昇が要求されず、より高い流速が要求される用途に関しては、簡単で、コストが低く、保守要件が少ないことから単段遠心ポンプが好まれる。しかしながら、往復ポンプは、遠心ポンプより１０〜３０％も高い熱力学的効率を有する。 
【０００３】
従来の往復ポンプの１つは、ソレノイドを利用してシリンダ内のピストンを駆動する。ソレノイドに通電すると、ソレノイドプランジャが、空気を吐出口から押し出す。ソレノイドへの電流を切ると、ソレノイドのばねが、ソレノイドプランジャを反対方向に駆動して、空気を吸込口に引き込む。不利なことに、ソレノイド駆動の往復ポンプは、ソレノイドプランジャの移動が最大のところで提供する力が最も小さくなる。ソレノイドプランジャへの引張力が、プランジャの中心と磁石の中心との間の距離の逆数の二乗で増加し、その結果プランジャの移動する長さを横断する力にむらができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的な空気圧縮機の負荷は、ピストンが動いて空気を圧縮すると、ほとんど直線的に増加する。一般的なポンプ用途においては、負荷は、移動の長さに亘ってほぼ一定である。いずれの用途においても、ソレノイドプランジャが伝える力は、必要な負荷と一致せず、ソレノイドポンプを比較的非効率にする。さらに、ソレノイドは、直線的な移動が比較的制限されており、ソレノイド固有の非効率性をさらに増加させることになる。
【０００５】
従って、効率的な動作を行うために、必要な負荷にほぼ一致する往復ポンプを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による往復ポンプアセンブリは、シリンダ、ロータおよびステータを備えたリニア電気モータを含む。複数の逆止弁が、シリンダの各々の端の近くに配置される。対になった逆止弁は、Ｔ字取付部内に取り付けられて、各取付部がロータのストロークの方向に応じて、吸込口および吐出口として交互に動作するのを可能にする。
【０００７】
ポンプアセンブリの動作は、シリンダ内のピストンとしてロータを利用する。ロータが、片方のエンドプレート方向に駆動されると、各取付部内の逆止弁の１つが開いて、逆止弁の１つが閉まり、対向する取付部が吸込口および吐出口として交互に動作することができる。ロータが、反対側のエンドプレート方向に駆動されると、逆止弁は、逆になり、取付部は動作を逆にする。往復ポンプアセンブリは、ロータの各ストロークの間、圧縮を行う。
【０００８】
ポンプアセンブリの別の実施形態は、ロータを利用して、押し棒を介して別々のピストンを駆動する。逆止弁は、他のパッケージの可能性を提供するためにピストンシリンダ内に直接配置されたリード弁であってよい。
【０００９】
従って、本発明は、効率的な動作を行うために必要な負荷にほぼ一致する往復空気圧縮機を提供する。
【００１０】
本発明の様々な特徴および利点は、好ましい実施形態に関する次の詳細な記述より当業者には明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、往復ポンプアセンブリ１０の概略断面図を示す。ポンプアセンブリ１０は、通常、シリンダ１２、ロータ１４およびステータ１６を備えたリニア電気モータ１１を含む。第１逆止弁１８、第２逆止弁２０、第３逆止弁２２および第４逆止弁２４は、シリンダ１２の両端の近くに対になって配置される。ポンプアセンブリ１０は、ガス圧縮機として記述するが、当然のことながら、ガスおよび／または流体の圧縮機やポンプとしての使用等の他の使用も、本発明から同様に利益を得る。
【００１２】
シリンダ１２は、長手軸Ａを規定する。シリンダ１２は、ロータ１４を囲む管状部材であることが好ましい。シリンダ１２は、ロータ１４を収容するために選択的に開くことができる対向するエンドプレート２６，２８を含む。当然のことながら、シリンダは線形である必要はない。
【００１３】
ロータ１４は、誘導子ロータであることが好ましく、この誘導子ロータは、銅３２と鉄３４の交互になった帯が周りに取り付けられた鉄心３０を有する。当然のことながら、鉄（ｆｅｒｒｏｕｓ）からなる内芯と導電材の外層を有する他の誘導子ロータも、本発明と共に使用することができる。
【００１４】
Ｏリング等のシール３６をロータ１４の両端近くに配置して、シリンダ１２内のロータを中央に位置させてシールするのが好ましい。シール３６は、ロータ１４に摺動する軸受シールを提供する。すなわち、このシールによって、ロータ１４は、シリンダ１２内でピストンとして動作する。
【００１５】
各エンドプレート２６，２８は、対になった逆止弁１８，２０および逆止弁２２，２４をＴ字取付部３８，４０内に備える。これらの逆止弁は、各々、Ｔ字取付部３８，４０内に取り付けられることで、片方の逆止弁１８，２２が開くと、対向する逆止弁２０，２４が閉じるように、逆止弁１８，２０および逆止弁２２，２４によって各々の取付部３８，４０は、交互に動作可能である。取付部３８，４０は、シリンダ１２の吸込口または吐出口としての動作を交互に行う。取付部３８，４０によって、複数の導管Ｃ１〜Ｃ４は連通し、流体媒体を供給口から所定位置まで移動させる。
【００１６】
ステータ１６は、シリンダ１２の周りに取り付けられて、制御装置４４に応答してロータ１４を駆動させる。ステータ１６は、複数の磁石４８の間にはさまれた複数の冷却フィン４６を含む。これらの複数の冷却フィン４６および複数の磁石４８は、タイロッド４９で軸方向に保持されている。磁石４８は、コイル状に巻かれたワイヤ等の電磁ステータ巻線であることが好ましいが、本発明によって他の磁石を利用してもよい。本発明と共に用いるために（各相に対して１つの）３つの巻線のみを必要とするのが好ましい。
【００１７】
制御装置４４は、可変速制御装置、スイッチ付リラクタンス速度制御装置、または多相電源５０を制御する他の制御装置であってよい。制御装置４４は、公知の３相のうちの２相を交換することによって、長手軸Ａに沿ったロータ１４の動きを逆にする。誘導可変速駆動制御装置４４を設けるために公知のチップのセットとトランジスタモジュールを利用することができ、これらの詳細な記載に関しては、本明細書では省略する。
【００１８】
図２Ａでは、ロータ１４が矢印Ｘ１で表されるように片方のエンドプレート２６の方に駆動されることにより、ポンプアセンブリ１０の動作が開始する。この実施形態においては、ロータ１４は、シリンダ１２内のピストンとして動作する。ロータ１４がエンドプレート２６の方に駆動されると、Ｔ字取付部３８内の逆止弁１８が開き、Ｔ字取付部３８内の逆止弁２０が閉じて、Ｔ字取付部３８が吐出口として動作し、Ｔ字取付部４０が吸込口として動作する。シリンダ１２内のロータ１４の前方の流体は、逆止弁１８を通って吐出される。それと同時に、ロータ１４は、エンドプレート２８から離れる方向に動き（図３Ｂ）、Ｔ字取付部４０内の逆止弁２４は開き、Ｔ字取付部４０内の逆止弁２２は閉じて、流体は、（矢印Ｘ１に対して）ロータ１４の後ろに引き込まれる。当然のことながら、「前方」「後方」「上方」「下方」「の上」「の下」「の後ろ」等の相対的な位置を表す用語は、その図のみに関するものであり、制限を意図したものと見なすべきではない。
【００１９】
図３Ｃでは、ロータ１４は、ストロークの終わりに達し、エンドプレート２６に近接する。ロータ１４の前方の流体は、逆止弁１８を介して放出されており、流体は、逆止弁２４を介してロータ１４の後ろに引き込まれる。ストロークの終わりで、制御装置４４は、ロータ１４の方向を逆にし（図３Ｄ）、逆止弁が逆に動作してサイクルが再び始まる。
【００２０】
図２Ｄでは、ロータ１４は、矢印Ｘ２で表されるようにエンドプレート２８の方に駆動される。ロータ１４がエンドプレート２８の方に駆動されると、Ｔ字取付部３８内の逆止弁１８は閉じ、Ｔ字取付部３８内の逆止弁２０は開いて、取付部３８は吸込口として動作し、取付部４０は吐出口として動作する。それと同時に、ロータ１４は、エンドプレート２６から離れて、Ｔ字取付部４０内の逆止弁２４は閉じ、Ｔ字取付部４０内の逆止弁２２は開いて、空気が（矢印Ｘ２に対して）ロータ１４の後ろに引き込まれる。ここでは、Ｔ字取付部４０は吐出口として動作する。
【００２１】
このようにして、ポンプアセンブリ１０は、ロータ１４が両方向に動くとき、流体を圧縮するように動作して、ポンプアセンブリ１０の効率を向上させる。ポンプアセンブリ１０は、その結果、取付部３８と取付部４０との間でサイクルし、ロータ１４の各ストロークで吸込／吐出を行う。制御装置４４は、ロータ１４のサイクル時間を制御して所望の出力を提供することが好ましい。
【００２２】
図３では、他のポンプアセンブリ５２は、ピストンシリンダ６０内の第１ピストン５６と、ピストンシリンダ６２内の第２ピストン５８と、を駆動するリニア電気モータ５４を含む。ピストン５６は押し棒６６を介して、ピストン５８は押し棒６８を介して、リニア電気モータ５４のロータ６４に連結されている。この実施形態においては、ロータ６４およびピストン５６，５８は、分かれており、異なるパッケージ（組み合わせ）の可能性を提供する。対になった逆止弁７０，７２は、ピストンシリンダ６０内に位置しており、対になった逆止弁７４，７６は、ピストンシリンダ６２内に位置している。逆止弁７０〜７６は、リード弁であることが好ましいが、他の一方向弁をこの実施形態と共に用いてもよい。ステータ７８は、ロータ６４の周りに取り付けられ、制御装置８０に応答して、ロータ６４および接続されたピストン５６，５８を駆動する。ロータが、軸Ａに沿ってサイクルすると、逆止弁７０〜７６は、ほぼ上述のように動作して、ロータ６４の各サイクルの間、ポンピングと圧縮を行う。
【００２３】
特定のステップの流れを示し、記述し、クレームするが、当然のことながら、ステップは、別段の記載ない限り、任意の順序で行ってよく、分けてもよく、組み合わせてもよい。また、その場合でも、本発明より利益を得る。
【００２４】
これまでの記述は、制限を意図したものではなく例示的なものである。本発明の多くの修正および変更が、上述の教示を踏まえて可能である。本発明の好ましい実施形態を開示したが、一定の変更は本発明の範囲内にあることを、当業者は理解されるであろう。従って、当然のことながら、本発明は、別段の定めがない限り、請求項の範囲内で実践される。このため、本発明の真の範囲および内容を決定するために請求項を検討するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による往復ポンプアセンブリの概略断面図である。
【図２Ａ】第１位置における往復ポンプアセンブリの断面図である。
【図２Ｂ】第２位置における往復ポンプアセンブリの断面図である。
【図２Ｃ】第３位置における往復ポンプアセンブリの断面図である。
【図２Ｄ】第４位置における往復ポンプアセンブリの断面図である。
【図３】本発明による別の往復ポンプアセンブリの断面図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図３】
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【国際調査報告】
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