(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復動部材と、該往復動部材を直線状経路に沿って往復駆動させる駆動部とを有し、該往復動部材の往復動により流体を吸引排出するようにした電磁往復動流体装置であって、
前記駆動部は、
前記往復動部材に固定された磁性体からなるアーマチャと、
該アーマチャを磁気吸引力により前記直線状経路に沿って引込むためのステータコアであって、前記直線状経路を挟んで相互に対向するように設定される一対の磁極部を有し、該一対の磁極部は、前記直線状経路に隣接し且つ相互に対向する磁極面であって、該磁極面間に磁束路を形成する一対の磁極面を有しており、前記一対の磁極面の一方の磁極面の側から見た他方の磁極面の面形状が、前記往復動部材の前記直線状経路に対して垂直な２つの端縁を有する矩形状となっている、ステータコアと、
該ステータコアに磁束を発生させるためのソレノイドコイルと、
前記アーマチャを前記ステータコアによって引込まれる方向とは反対の方向に付勢する弾性体と、を備え、
前記磁極面には、前記アーマチャが引き込まれる側の端縁と前記直線状経路の方向での前記磁極面の中心位置との間に形成された少なくとも１つの切欠き部であって、前記端縁に平行な方向での長さが該端縁の長さよりも短い切欠き部が形成されており、
前記ソレノイドコイルを間歇的に励磁することにより、前記弾性体の付勢力に抗して前記アーマチャを間歇的に引込駆動する電磁往復動流体装置。
【請求項２】
前記切欠き部が、前記アーマチャが引き込まれる側の端縁の両端に互いに間を開けて設けられており、各切欠き部の形状が矩形状である、請求項１に記載の電磁往復動流体装置。
【請求項３】
前記磁極面には、前記アーマチャが引き込まれる側の端縁の反対側の端部の両側にも切欠き部が設けられており、各切欠き部の形状が矩形状である、請求項２に記載の電磁往復動流体装置。
【請求項４】
往復動部材と、該往復動部材を直線状経路に沿って往復駆動させる駆動部とを有し、該往復動部材の往復動により流体を吸引排出するようにした電磁往復動流体装置であって、
前記駆動部は、
前記往復動部材に固定された永久磁石と、
該永久磁石を、磁気吸引力により前記直線状経路に沿って引込むためのステータコアであって、前記直線状経路を挟んで相互に対向するように設定される一対の磁極部を有し、該一対の磁極部は、前記直線状経路に隣接し且つ相互に対向する一対の磁極面を有しており、前記一対の磁極面の一方の磁極面の側から見た他方の磁極面の面形状が、前記往復動部材の前記直線状経路に対して垂直な２つの端縁を有する矩形状となっている、ステータコアと、
該ステータコアに磁束を発生させるためのソレノイドコイルと、を備え、
前記磁極面には、前記２つの端縁のうちの少なくとも一方の端縁と前記直線状経路の方向での前記磁極面の中心位置との間に形成された少なくとも１つの切欠き部であって、前記一方の端縁に平行な方向での長さが該一方の端縁の長さよりも短い切欠き部が形成されており、
前記ソレノイドコイルを交番的に励磁することにより、前記往復動部材を交番的に引込駆動する電磁往復動流体装置。
【請求項５】
前記往復動部材は、前記直線状経路に沿って相互に平行に延びる第１側面及び第２側面を有する板状の部材であり、
前記永久磁石は、前記直線状経路の方向で所定間隔離して前記往復動部材に固定された第１及び第２の永久磁石からなり、
前記往復動部材は、前記第１側面及び第２側面が、それぞれ、前記一対の磁極面の一方に面するようにされ、
前記第１の永久磁石は前記往復動部材の前記第１側面側にＮ極が位置し前記第２側面側にＳ極が位置するように配置され、前記第２の永久磁石は前記往復動部材の前記第１側面側にＳ極が位置し前記第２側面側にＮ極が位置するように配置され、且つ前記第１及び第２の永久磁石は、前記ステータコアが励磁されていない状態で、該第１及び第２の永久磁石の間に前記一対の磁極面の間の磁束路が位置するように配置されており、
前記引込駆動は、前記ソレノイドコイルを交番的に励磁することにより前記一対の磁極面の間の前記磁束路に交番磁界を生じさせ、前記第１及び第２の永久磁石を前記磁束路内に交互に引込み、前記往復動部材を往復駆動するようになされる、請求項４に記載の電磁往復動流体装置。
【請求項６】
前記切欠き部が、前記２つの端縁のうちの少なくとも一方の端縁の両端に互いに間をあけて設けられ、各切欠き部の形状が矩形状である、請求項４又は５に記載の電磁往復動流体装置。
【請求項７】
往復動部材と、該往復動部材を直線状の経路に沿って往復駆動させる駆動部とを有し、該往復動部材の往復動により流体を吸引排出するようにした電磁往復動流体装置であって、
前記往復動部材は、前記直線状経路に沿って相互に平行に延びる第１側面及び第２側面を有する板状の部材であり、
前記駆動部は、
前記直線状経路の方向で所定間隔離して前記往復動部材に固定された第１及び第２の永久磁石と、
該第１及び第２の永久磁石を磁気吸引力により前記直線状経路に沿って引込むための、前記往復動部材の前記直線状経路の両側に相互に対向するように設定される一対のＥ型コアからなるステータコアであって、
前記一対のＥ型コアは、それぞれ、前記往復動部材の前記直線状経路の方向に延びる連結部と、該連結部から前記直線状経路に向けて延びる中央磁極部及び該中央磁極部の両側の第１及び第２側部磁極部を有し、一方のＥ型コアの中央磁極部、第１及び第２側部磁極部は前記直線状経路を挟んで他方のＥ型コアの中央磁極部、第１及び第２側部磁極部とそれぞれ対向するようにされ、
前記一対のＥ型コアの前記中央磁極部は、前記直線状経路に隣接し且つ相互に対向する中央磁極面であって、該中央磁極面間に中央磁束路を形成する中央磁極面を有し、
前記一対のＥ型コアの前記第１側部磁極部は、前記直線状経路に隣接し且つ相互に対向する第１側部磁極面であって、該第１側部磁極面間に第1側部磁束路を形成する第１側部磁極面を有し、
前記一対のＥ型コアの前記第２側部磁極部は、前記直線状経路に隣接し且つ相互に対向する第２側部磁極面であって、該第２側部磁極面間に第２側部磁束路を形成する第２側部磁極面を有し、
一対の前記中央磁極面の対向する一方の中央磁極面から見た他方の中央磁極面の面形状が、前記往復動部材の前記直線状経路に対して垂直とされた２つの中央磁極面端縁を有する矩形状とされている、ステータコアと、
該ステータコアに磁束を発生させるためのソレノイドコイルと、を有し、
前記往復動部材は、前記第１側面及び第２側面が、それぞれ、前記一対の磁極面の一方に面するようにされ、
前記ステータコアの一対の前記第１側部磁極面の対向する一方の第１側部磁極面から見た他方の第１側部磁極面の面形状が、前記往復動部材の前記直線状経路に対して垂直とされた２つの第１側部磁極面端縁を有する矩形状とされ、
前記ステータコアの一対の前記第２側部磁極面の対向する一方の第２側部磁極面から見た他方の第２側部磁極面の面形状が、前記往復動部材の前記直線状経路に対して垂直とされた２つの第２側部磁極面端縁を有する矩形状とされている、ステータコアと、
前記第１の永久磁石は前記往復動部材の前記第１側面側にＮ極が位置し前記第２側面側にＳ極が位置するように配置され、前記第２の永久磁石は前記往復動部材の前記第１側面側にＳ極が位置し前記第２側面側にＮ極が位置するように配置され、且つ前記ステータコアが励磁されていない状態で、前記第１の永久磁石は前記中央磁束路と前記第１側部磁束路の間に位置し、前記第２の永久磁石は前記中央磁束路と前記第２側部磁束路の間に位置するように配置され、
前記中央磁極面には、前記２つの中央磁極面端縁のうちの少なくとも一方の中央磁極面端縁と前記直線状経路の方向での前記中央磁極面の中心位置との間に形成された少なくとも１つの切欠き部であって、前記一方の中央磁極面端縁に平行な方向での長さが該一方の中央磁極面端縁の長さよりも短い切欠き部が形成されており、
前記第１側部磁極面には、前記２つの第１側部磁極面端縁のうちの前記中央磁極部に近い側の第１側部磁極面端縁と前記直線状経路の方向での前記第１側部磁極面の中心位置との間に形成された少なくとも１つの切欠き部であって、前記中央磁極部に近い側の第１側部磁極面端縁に平行な方向での長さが該第１側部磁極面端縁の長さよりも短い切欠き部が形成されており、
前記第２側部磁極面には、前記２つの第２側部磁極面端縁のうちの前記中央磁極部に近い側の第２側部磁極面端縁と前記直線状経路の方向での前記第２側部磁極面の中心位置との間に形成された少なくとも１つの切欠き部であって、前記中央磁極部に近い側の第２側部磁極面端縁に平行な方向での長さが該第２側部磁極面端縁の長さよりも短い切欠き部が形成されており、
前記ソレノイドコイルを交番的に励磁することにより、前記往復動部材を往復駆動するようにしたことを特徴とする、電磁往復動流体装置。
【請求項８】
前記中央磁極面における前記切欠き部が、前記２つの中央磁極面端縁のうちの少なくとも一方の中央磁極面端縁の両端に設けられ、
前記第１側部磁極部における前記切欠き部が、前記２つの第１側部磁極面端縁のうちの前記中央磁極部に近い側の第１側部磁極面端縁の両端に設けられ、
前記第２側部磁極部における前記切欠き部が、前記２つの第２側部磁極面端縁のうちの前記中央磁極部に近い側の第２側部磁極面端縁の両端に設けられており、
各切欠き部は互いに間をあけて位置しており、各切欠き部の形状が矩形状である請求項７に記載の電磁往復動流体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータコアに間歇的又は交番的に磁界を発生させることで往復動部材を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。
【背景技術】
【０００２】
電磁的作用を利用する電磁往復動流体装置は、一般に、ピストンやダイアフラムに連結され、鉄などの強磁性体やフェライト磁石などの永久磁石等からなる磁性体部材を備える往復動部材と、該往復動部材の磁性体部材に対して磁気的に作用する一対の対向する磁極面を備えるステータコアとを備える。ステータコアにはソレノイドコイルが巻回されており、該ソレノイドコイルに間歇的に又は交番的に電流を流すことで磁極面間に間歇的又は交番的な磁束を発生させ、該磁束により磁性体を吸引して磁性体部材を磁極面間に引込んだり、磁極面間から離れるようにしたりするように動かして往復駆動させ、それによって磁性体部材を備える往復動部材に連結されたピストンやダイアフラムを往復駆動する。ピストンやダイアフラムが往復運動することにより流体の吸引・排出が繰り返されて流体が搬送される（特許文献１乃至３）。
【０００３】
ステータコアが形成する磁束によって往復動部材が引込まれる力は、磁極面と磁性体部材の位置関係によって大きく変化する。すなわち、磁極面と磁性体部材が離れているときには磁束が往復動部材にあまり強く作用しないので大きな磁気吸引力は発生しないが、磁性体部材が磁極面間に近づくにつれて徐々に磁気吸引力が大きくなる。しかし、磁性体部材が磁極面間に大きく進入すると、磁性体部材に対して働く力の方向が磁極面に対して斜めの方向から垂直の方向に向かって変化するため磁気吸引力が再び小さくなる。この磁気吸引力は、磁性体部材と磁極面の位置関係に大きく影響を受けるので、磁性体部材を引込む効率、すなわち流体装置の効率を考えるとき、磁性体部材と磁極面の関係は極めて重要なものとなる。
【０００４】
このような電磁往復動流体装置に用いられるステータコアは、通常、コア内での渦電流を低減するために複数の板状部材を重ね合わせて形成されている。通常これら複数の板状部材は同一形状のものが使用されており、従って、磁極部は四角柱状となっているのが一般的である。つまり、磁極部の先端の磁極面の面形状は対向するもう一方の磁極面から見て矩形状となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１３２６４７
【特許文献２】特開２００６−２７４８２６
【特許文献３】特開２０１０−２３００１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
流体装置はさらなる高効率化又は低消費電力化が望まれているが、上記の矩形状の磁極面形状は、磁性体部材の磁気吸引による往復動部材の効率的な駆動という面から見ると、必ずしも最適な形状ではないことが分かった。そこで、本発明は、より効率的に磁性体部材を引込むことができるようなステータコアを備えており、それによって効率を向上させることができる電磁往復動流体装置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】
【０００７】
すなわち、本発明は、
往復動部材と、該往復動部材を直線状経路に沿って往復駆動させる駆動部とを有し、該往復動部材の往復動により流体を吸引排出するようにした電磁往復動流体装置であって、
前記駆動部は、
前記往復動部材に固定された磁性体からなるアーマチャと、
該アーマチャを磁気吸引力により前記直線状経路に沿って引込むためのステータコアであって、前記直線状経路を挟んで相互に対向するように設定される一対の磁極部を有し、該一対の磁極部は、前記直線状経路に隣接し且つ相互に対向する磁極面であって、該磁極面間に磁束路を形成する一対の磁極面を有しており、前記一対の磁極面の一方の磁極面の側から見た他方の磁極面の面形状が、前記往復動部材の前記直線状経路に対して垂直な２つの端縁を有する矩形状となっており、前記磁極面に切欠き部が設けられているステータコアと、
該ステータコアに磁束を発生させるためのソレノイドコイルと、
前記アーマチャを前記ステータコアによって引込まれる方向とは反対の方向に付勢する弾性体と、を備え、
前記ソレノイドコイルを間歇的に励磁することにより、前記弾性体の付勢力に抗して前記アーマチャを間歇的に引込駆動する電磁往復動流体装置を提供する。
【０００８】
この電磁往復動流体装置においては、磁束路を形成する磁極面に切欠き部が設けられていることで、磁極面の面積が小さくなって磁束密度を全体として高くすることができるとともに、磁束の分布を変化させることができる。このように磁束密度及び磁束分布を制御することで、アーマチャに対して効率的に磁気吸引力を働かせ、結果として往復動部材の駆動量を大きくするなどの効果により電磁往復動流体装置の効率を向上させることができる。
【０００９】
好ましくは、前記切欠き部が、前記直線状経路の方向での前記磁極面の中心位置よりも、前記２つの端縁のうちの前記アーマチャが引込まれてくる側の端縁側に設けられているようにすることができる。
【００１０】
このような位置に切欠き部が形成されていることで、引き込み初期においてはアーマチャに磁気吸引力をもたらす磁束を減らして、アーマチャが所定量以上引込まれているときにその分の磁束がアーマチャに対して作用するように、磁束を分布させることができる。このような磁束の分布とすることで、アーマチャを引き込むのに引き込み初期に比べてより大きな磁気吸引力を要するアーマチャが所定量以上引込まれた状態において、より多くの磁束が作用してより大きな磁気吸引力が発生するようになる。つまり、アーマチャに対して効率的に磁気吸引力を働かせることができ、往復動部材の駆動量が大きくなるなどの効果が得られるので、結果として電磁往復動流体装置の効率を向上させることが可能となる。
【００１１】
具体的には、前記切欠き部が、矩形状の前記磁極面の４つの頂点の位置にそれぞれ設けられており、各切欠き部の形状が矩形状であるようにすることができる。
【００１２】
アーマチャが引き込まれてくる側の磁極面の縁端に切欠き部が設けられることになるので、上述した効率の向上がより顕著になる。また、４つの頂点、すなわち四隅に切欠き部があることで、例えば磁極部の切欠き部が形成されている部分にソレノイドコイルを卷回する場合には、切欠き部の空間内にもコイルを巻くことができ、該空間を減らして全体としてコイルを磁極部に密着させることができる。これにより、コイルによる磁束の形成の効率が向上する。さらには、例えばステータコアが複数の金属板の積層からなっている場合には、該複数の金属板のうちの何枚かの磁極面に当たる部分を切欠き部の分だけその幅を小さくしておくだけで、矩形状の切欠き部は形成されるので、製造を容易にすることもできる。
【００１３】
本発明はまた、
往復動部材と、該往復動部材を直線状経路に沿って往復駆動させる駆動部とを有し、該往復動部材の往復動により流体を吸引排出するようにした電磁往復動流体装置であって、
前記駆動部は、
前記往復動部材に固定された永久磁石と、
該永久磁石を、磁気吸引力により前記直線状経路に沿って引込むためのステータコアであって、前記直線状経路を挟んで相互に対向するように設定される一対の磁極部を有し、該一対の磁極部は、前記直線状経路に隣接し且つ相互に対向する一対の磁極面を有しており、前記一対の磁極面の一方の磁極面の側から見た他方の磁極面の面形状が、前記往復動部材の前記直線状経路に対して垂直な２つの端縁を有する矩形状となっており、前記磁極面に切欠き部が設けられているステータコアと、
該ステータコアに磁束を発生させるためのソレノイドコイルと、を備え、
前記ソレノイドコイルを交番的に励磁することにより、前記往復動部材を交番的に引込駆動する電磁往復動流体装置を提供する。
【００１４】
具体的には、前記往復動部材は、前記直線状経路に沿って相互に平行に延びる第１側面及び第２側面を有する板状の部材であり、
前記永久磁石は、前記直線状経路の方向で所定間隔離して前記往復動部材に固定された第１及び第２の永久磁石からなり、
前記往復動部材は、前記第１側面及び第２側面が、それぞれ、前記一対の磁極面の一方に面するようにされ、
前記第１の永久磁石は前記往復動部材の前記第１側面側にＮ極が位置し前記第２側面側にＳ極が位置するように配置され、前記第２の永久磁石は前記往復動部材の前記第１側面側にＳ極が位置し前記第２側面側にＮ極が位置するように配置され、且つ前記第１及び第２の永久磁石は、前記ステータコアが励磁されていない状態で、該第１及び第２の永久磁石の間に前記一対の磁極面の間の前記磁束路が位置するように配置されており、
前記引込駆動は、前記ソレノイドコイルを交番的に励磁することにより前記一対の磁極面の間の前記磁束路に交番磁界を生じさせ、前記第１及び第２の永久磁石を前記磁束路内に交互に引込み、前記往復動部材を往復駆動するようになされるようにすることができる。
【００１５】
この電磁往復動流体装置においても、磁束路を形成する磁極面に切欠き部が設けられていることで、磁極面の面積が小さくなって磁束密度を全体として高くすることができるとともに、磁束の分布を変化させることができる。このように磁束密度及び磁束分布を制御することで、往復動部材に配置された永久磁石に対して効率的に磁気吸引力を働かせ、結果として往復動部材の駆動量を大きくするなどの効果により電磁往復動流体装置の効率を向上させることができる。
【００１６】
さらに具体的には、前記切欠き部が、前記２つの端縁のうちの少なくとも一方の端縁の両端に設けられ、各切欠き部の形状が矩形状であることもできる。
【００１７】
本発明はさらにまた、
往復動部材と、該往復動部材を直線状の経路に沿って往復駆動させる駆動部とを有し、該往復動部材の往復動により流体を吸引排出するようにした電磁往復動流体装置であって、
前記往復動部材は、前記直線状経路に沿って相互に平行に延びる第１側面及び第２側面を有する板状の部材であり、
前記駆動部は、
前記直線状経路の方向で所定間隔離して前記往復動部材に固定された第１及び第２の永久磁石と、
該第１及び第２の永久磁石を磁気吸引力により前記直線状経路に沿って引込むための、前記往復動部材の前記直線状経路の両側に相互に対向するように設定される一対のＥ型コアからなるステータコアであって、
前記一対のＥ型コアは、それぞれ、前記往復動部材の前記直線状経路の方向に延びる連結部と、該連結部から前記直線状経路に向けて延びる中央磁極部及び該中央磁極部の両側の第１及び第２側部磁極部を有し、一方のＥ型コアの中央磁極部、第１及び第２側部磁極部は前記直線状経路を挟んで他方のＥ型コアの中央磁極部、第１及び第２側部磁極部とそれぞれ対向するようにされ、
前記一対のＥ型コアの前記中央磁極部は、前記直線状経路に隣接し且つ相互に対向する中央磁極面であって、該中央磁極面間に中央磁束路を形成する中央磁極面を有し、
前記一対のＥ型コアの前記第１側部磁極部は、前記直線状経路に隣接し且つ相互に対向する第１側部磁極面であって、該第１側部磁極面間に第1側部磁束路を形成する第１側部磁極面を有し、
前記一対のＥ型コアの前記第２側部磁極部は、前記直線状経路に隣接し且つ相互に対向する第２側部磁極面であって、該第２側部磁極面間に第２側部磁束路を形成する第２側部磁極面を有し、
一対の前記中央磁極面の対向する一方の中央磁極面から見た他方の中央磁極面の面形状が、前記往復動部材の前記直線状経路に対して垂直とされた２つの中央磁極面端縁を有する矩形状とされており、前記中央磁極面に切欠き部が設けられている、ステータコアと、
該ステータコアに磁束を発生させるためのソレノイドコイルと、を有し、
前記往復動部材は、前記第１側面及び第２側面が、それぞれ、前記一対の磁極面の一方に面するようにされ、
前記ステータコアの一対の前記第１側部磁極面の対向する一方の第１側部磁極面から見た他方の第１側部磁極面の面形状が、前記往復動部材の前記直線状経路に対して垂直とされた２つの第１側部磁極面端縁を有する矩形状とされており、前記第１側部磁極面に切欠き部が設けられ、
前記ステータコアの一対の前記第２側部磁極面の対向する一方の第２側部磁極面から見た他方の第２側部磁極面の面形状が、前記往復動部材の前記直線状経路に対して垂直とされた２つの第２側部磁極面端縁を有する矩形状とされており、前記第２側部磁極面に切欠き部が設けられている、ステータコアと、
前記第１の永久磁石は前記往復動部材の前記第１側面側にＮ極が位置し前記第２側面側にＳ極が位置するように配置され、前記第２の永久磁石は前記往復動部材の前記第１側面側にＳ極が位置し前記第２側面側にＮ極が位置するように配置され、且つ前記ステータコアが励磁されていない状態で、前記第１の永久磁石は前記中央磁束路と前記第１側部磁束路の間に位置し、前記第２の永久磁石は前記中央磁束路と前記第２側部磁束路の間に位置するように配置され、
前記ソレノイドコイルを交番的に励磁することにより、前記往復動部材を往復駆動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。
【００１８】
具体的には、前記中央磁極面における前記切欠き部が、前記２つの中央磁極面端縁のうちの少なくとも一方の両端に設けられ、
前記第１側部磁極部における前記切欠き部が、前記２つの第１側部磁極面端縁のうちの前記中央磁極部に近い側の端縁の両端に設けられ、
前記第２側部磁極部における前記切欠き部が、前記２つの第２側部磁極面端縁のうちの前記中央磁極部に近い側の端縁の両端に設けられており、
各切欠き部の形状が矩形状であるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るピストン型の電磁往復動流体装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るピストン型の電磁往復動流体装置の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るピストン型の電磁往復動流体装置に供給される電流を示す図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿った駆動部の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施形態における磁極面形状を示す図である。
【図６】対向する磁極面の一方の側から見たもう一方の磁極面のさまざまな磁極面形状を例示的に示す図である。
【図７】アーマチャの位置とアーマチャに働く推力の関係を示すグラフである。
【図８】従来の電磁往復動流体装置と第１の実施形態に係る電磁往復動流体装置の流量特性を比較しているグラフである。
【図９】本発明の第２の実施形態に係るＥ型コアを有するダイアフラム型の電磁往復動流体装置の断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態に係るＥ型コアを有するダイアフラム型の電磁往復動流体装置の斜視図である。
【図１１】Ｅ型コアの斜視図である。
【図１２】本発明の第３の実施形態に係るＣ型コアを有するダイアフラム型の電磁往復動流体装置の断面図である。
【図１３】Ｃ型コアの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１及び２に示した本発明の第１の実施形態に係るピストン型の電磁往復動流体装置１００は、外枠本体１０２とその内部に設けられたシリンダ１０４とピストンとして機能する往復動部材１０６とを備えている。シリンダ１０４に固定されているステータコア１１０には磁束を発生させるためのソレノイドコイル１２０が巻回されており、ソレノイドコイル１２０に供給される電流は、図３に示すような、電磁流体往復動装置１００に供給される交流電流をダイオード１２２によって単相半波整流した半波電流である。このような半波電流は、電流が流れる状態と電流が流れない状態が交互に繰り返されるため、ソレノイドコイル１２０には間歇的に電流が供給され、それによってステータコア１１０の磁極面１１２には間歇的に磁束が発生する。往復動部材１０６には鉄系の磁性体からなるアーマチャ１０８が設けられており、シリンダ１０４に固定されたステータコア１１０で発生される磁束による磁気吸引力によって矢印１３０の方向に引込まれるようになっている。シリンダ１０４と往復動部材１０６の間には、往復動部材１０６を矢印１３２の方向に押し戻すように付勢するための弾性体であるコイルバネ１２４が配置されている。
【００２１】
ソレノイドコイル１２０に電流が供給されてステータコア１１０に磁束が発生すると、往復動部材のアーマチャ１０８が磁束に磁気吸引されて矢印１３０の方向に引込まれる。このとき、図１に示すように吸気バルブ１４０が開放されて吸気ポート１４２から流体を取り込んでシリンダ１０４と往復動部材１０６の間に流体を吸引する。次いで、ソレノイドコイル１２０への電流が流れない状態になると、ステータコア１１０の磁束が消えて磁気吸引力が無くなり、往復動部材１０６は圧縮された状態のコイルバネ１２４によって付勢されて矢印１３２の方向に押し戻される。このとき、図２に示すように吸気バルブ１４０が閉鎖されるとともに排出バルブ１４４が開放されて、吸引した流体が排出バルブ１４４を通して排出ポート１４６から排出されるようになる。このようなサイクルが、供給される電流の周波数と同じ周期で繰り返されることで、当該電磁流体往復動装置１００は流体を搬送することができる。なお、供給される電流の周波数は、通常５０Ｈｚ又は６０Ｈｚであるが、これら以外の周波数であってもよい。
【００２２】
次に図４を参照してステータコア１１０の形状について説明すると、本実施形態におけるステータコア１１０は、アーマチャ１０８を間に挟んで対向してアーマチャ１０８との間に間隙を有するように設定される磁極面１１２をそれぞれ備える一対の磁極部１１６と、この磁極部１１６を相互に連結する四角形の枠型の連結部１１８とからなっている。２つの磁極部１１６にはそれぞれソレノイドコイル１２０が巻回されており、このソレノイドコイル１２０に電流を流すことで、２つの磁極面１１２の間に磁束路を形成するようになっている。
【００２３】
対向する一対の磁極面１１２のうちの一方の磁極面の側から見た他方の磁極面の面形状は、図５に示すように、外形が略長方形でその四隅が矩形状の切欠き部１１９によって切欠かれた形状である。
【００２４】
このように磁極面１１２の一部に切欠き部１１９を設けることによって、磁極面１１２の形状を変化させ、それによって磁束分布を変化させることができる。磁束は磁極面１１２から発生するので、磁束の分布は磁極面１１２の形状に合わせて変化する。また磁極面１１２の面積が小さくなることで磁極面全体の磁束密度は高くなる。
【００２５】
本実施形態におけるステータコア１１０の各部の寸法を参考として示すと、対向するもう一方の磁極面から見たときの、磁極面１１２の略長方形の外形の縦が２２ｍｍ、横が１２ｍｍで、切欠き部１１９が縦２ｍｍ、横２ｍｍの正方形となっており、アーマチャ１０８が直径３２ｍｍの円柱となっている。なお、本実施形態においては、アーマチャ１０８が円柱状であるため、その形状に合わせるように磁極面１１２は円弧状の凹面となっているが、例えばアーマチャ１０８を四角柱状の形状とし磁極面１１２をそれに合わせて平らな形状とするなど、他の形状の組合せとしてもよい。
【００２６】
切欠き部がない従来の磁極面を有するステータコアによって発生するアーマチャを引込む力、すなわち推力と、図５に示すように切欠き部１１９を有する本実施形態のステータコア１１０によって発生する推力の計算結果を比較すると、図７に示すようになる。ここで、アーマチャに作用して磁気吸引力を発生させる磁束は、図５に示すような、アーマチャと磁束面が重なっている部分とアーマチャに近接している部分とを合わせた磁極面の領域１５０，１５１，１５２において発生している磁束である。切欠き部の大きさが２ｍｍ×２ｍｍの本実施形態の場合の結果について見ていくと、アーマチャ１０８の移動距離が０ｍｍのとき、すなわち図５−Ａに示しているようにアーマチャ１０８の右端と磁極面１１２の左端が左右方向で一致しているときには、本実施形態のアーマチャ１０８に働く推力は従来のものに比べて小さくなっているが、移動距離が３ｍｍを超えると（図５−Ｂ）従来のものに比べて大きくなる。このように推力が変化するのは、切欠き部を設けたことで、磁極面の面積が小さくなって磁束密度が全体に高くなり、また磁極面の形状が変化して磁極面から発生する磁束の分布が変化したことによる。アーマチャ１０８の移動距離が０ｍｍのとき（図５−Ａ）には、アーマチャ１０８に作用して磁気吸引力をもたらす磁束のほとんどが、アーマチャ側の端縁付近の磁極面の領域１５０、すなわち切欠き部１１９がある領域に発生している磁束である。その領域の磁束密度も上述のように従来のものに比べて高くはなっているが、それにも増して切欠き部を設けたことで領域１５０の面積が小さくなって磁束が減ったことの影響の方が大きくなっており、結果としてアーマチャに作用して磁気吸引力を発生させる磁束の量が従来のものに比べて小さくなり、従って推力も小さくなっている。アーマチャの移動距離がさらに大きくなると、次第にアーマチャに作用して磁気吸引力を発生させる磁束が発生する磁極面の領域１５１，１５２に切欠き部のない領域が含まれるようになっていく。アーマチャの先端が切欠き部のある領域を超えて進むと（図５−Ｂ）、切欠き部による面積の減少によるアーマチャに作用する磁束の減少よりも磁束密度が高くなっていることによるアーマチャに作用する磁束の増加の影響の方が大きくなるため、切欠き部がない従来のものに比べて大きな推力を発生させることができるようになる。これ以降、アーマチャ１０８の移動距離が大きくなっていっても（図５−Ｃ）本実施形態の方が推力が大きい状態が続く。このように、磁極面１１２に切欠き部１１９を設けて磁極面形状を変えることで、アーマチャ１０８の磁極面１１２に対する位置とアーマチャ１０８に働く推力との関係を変えることができる。アーマチャの位置と推力の関係は、切欠き部の形状、大きさ等によって変化し、例えば本実施形態の切欠き部に代えて１ｍｍ×１ｍｍの切欠き部を設けた場合には、図７に示すような関係となり、本実施形態とは異なる特性を得ることができる。
【００２７】
図７に示しているように推力を変化させることによって、電磁往復動流体装置１００の吐出流量は図８に示すように変化する。排出ポート１４６側での圧力により効果は異なっており、１２ｋＰａのときに約７％、１４．７ｋＰａで約９％、そして２０ｋＰａでは約３５％も吐出流量が大きくなっていることが実験によって確認された。図８に示す実験結果は、供給する交流電源の周波数が５０Ｈｚのときの結果であるが、６０Ｈｚとしたときには２０ｋＰａの圧力時に約４０％も流量が大きくなるという結果も得られている。
【００２８】
また、切欠き部１１９の大きさを縦１ｍｍ、横１ｍｍに変更した実施形態においては、供給電源の周波数が６０Ｈｚで排出側の圧力が２０ｋＰａのときに流量が約１０％向上した。
【００２９】
本実施形態では、切欠き部１１９を図５に示すように磁極面の四隅に矩形状で設けたが、図６に例示的に示すように、三角形や半円などの種々の形状の切欠き部を端縁の中央部や、磁極面の中央部などの様々な場所に設けることもできる。矩形状の磁極面に種々の形状の切欠き部を設けることで、結果として磁極面形状が三角形や円形などの外形が一般には矩形状とは言えないような形状となる場合も考えられるが、本発明における矩形状の磁極面に切欠き部を設けた磁極面形状には、このような形状も含まれるものとする。どのような形状と大きさの切欠き部１１９をどのような場所に設けて磁極面１１２の面形状をどのようにすると最も効率が良くなるかは、磁極面１１２の大きさやソレノイドコイル１２０に流す電流の大きさ、アーマチャ１０８の大きさや往復動部材１０６のストローク量、さらには排出側の圧力など、他の様々な要因によって変化するものである。これらに限定するものではないが、概して、切欠き部１１９はアーマチャ１０８が引込まれてくる側に比較的に近い位置に設けた方が大きな効果が得られる。若しくは、アーマチャの位置と推力の関係を見たときの、推力が最大値となる位置よりも手前に設けた方が大きな効果が得られる。また、切欠き部は磁極面から奥行き方向に向かって磁極部の全体に設けてもよいし、磁極部の途中まで設けるようにしてもよい。
【００３０】
なお、切欠き部１１９を大きくして磁極面１１２の面積を小さくしすぎると磁気飽和により磁束量が小さくなって、効率を低下させることになってしまうため、ステータコア１１０の大きさや供給電流などの他の設計要因との兼ね合いで適切な切欠きの大きさとする必要がある。
【００３１】
本発明の第２の実施形態は、図９−１０に示すように、２つのダイアフラム２５０，２５１が両端に固定された往復動部材２０６を往復動させることで２つのダイアフラム２５０，２５１を振動させ流体を搬送する、ダイアフラム型の電磁往復動流体装置２００である。第１及び第２のダイアフラム２５０，２５１はそれぞれ、装置筐体２０２との間に第１及び第２のポンプ室２５２，２５３を形成している。ダイアフラム２５０，２５１は、円盤状のダイアフラム固定部材２５４により往復動部材２０６に固定されている。往復動部材２０６には、第１及び第２の永久磁石２０８ａ、２０８ｂが、極性が互いに逆向きになるように配置されている。すなわち、第１の永久磁石２０８ａは、往復動部材２０８の図９で見て上側の第１側面２６０にＮ極が位置し、下側の第２側面２６１にＳ極が位置するように配置されており、第２の永久磁石２０８ｂは、第１側面２６０にＳ極が位置し、第２側面２６１にＮ極が位置するように配置されている。往復動部材２０６を挟んで第1側面２６０側と第２側面２６１側に面するように、一対のＥ型コア２１０からなるステータコアが配置されている。第１及び第２のＥ型コア２１０a、２１０ｂは、中央磁極部２１６ａとそれを挟んだ両側の第１及び第２側部磁極部２１６ｂ、２１６ｃをそれぞれ備えており、各Ｅ型コアの中央磁極部２１６ａの先端の中央磁極面２１２ａ、第１側部磁極部２１６ｂの先端の第１側部磁極面２１２ｂ、及び第２側部磁極部２１６ｃの先端の第２側部磁極面２１２ｃが互いに対向するように配置されている。各中央磁極部２１６ａには、各磁極面間に磁束を発生させるためのソレノイドコイル２２０が設置されている。ソレノイドコイル２２０は、ソレノイドコイル２２０に電流が印加されると一対のＥ型コア２１０の互いに対向する各磁極面が相互に異なる極性となるように巻回されている。
【００３２】
各ソレノイドコイル２２０には交流電流が印加される。交流電流が印加されると、一対のＥ型コア２１０の各磁極面の極性は、交流電流の周波数に合わせて交番的に入れ替わる。互いに対向する各磁極面は相互に異なる極性となるので、各磁極面の極性が交番的に入れ替わることで各磁極面間に発生する磁束の方向も交番的に入れ替わる。例えば、第１のＥ型コア２１０ａの中央磁極面がＮ極で第１及び第２側部磁極面がＳ極となっているとき、第２のＥ型コア２１０ｂの中央磁極部はＳ極で第１及び第２側部磁極面はＮ極となる。このとき、第１の永久磁石２０８ａは第１側部磁極部２１６ｂの方へと吸引され、第２の永久磁石２０８ｂは中央磁極部２１６ａの方へと吸引される。すなわち往復動部材２０６は左側へと引込まれる。その後、電流の方向が入れ替わると、第１のＥ型コア２１０ａの中央磁極面がＳ極で第１及び第２側部磁極面がＮ極となり、第２のＥ型コア２１０ｂの中央磁極部はＮ極で第１及び第２側部磁極面はＳ極となる。そうすると今度は、第１の永久磁石２０８ａは中央磁極部の方へと吸引され、第２の永久磁石２０８ｂは第２側部磁極部２１０ｃの方へと吸引される。すなわち往復動部材２０６は右側へと引込まれる。このように各磁極面間に交番的な磁界を発生させることで、往復動部材２０６を左右に交流電流の周波数で往復する。
【００３３】
往復動部材２０６が左側に引込まれると、第１のポンプ室２５２が縮小されると共に第１の排出バルブ２４４ａが開放されて第１のポンプ室２５２内の流体が第１の排出ポート２４６ａから排出される。その一方で第２のポンプ室２５３が拡張されると共に第２の吸気バルブ２４０ｂが開放されて第２の吸気ポート２４２ｂから流体を第２のポンプ室２５３に吸引する。次に往復動部材２０６が右側に引込まれると、先程とは逆に第１のポンプ室２５２に流体が吸引され、第２のポンプ室２５３の流体が排出される。当該ダイアフラム式の電磁往復動流体装置２００は、このような動作を繰り返すことで吸引ポート２４２ａ、２４２ｂ側の流体を排出ポート２４６ａ、２４６ｂ側へと搬送するようになっている。
【００３４】
本実施形態における往復動部材２０６は、ほぼ平らな第１及び第２側面２６０，２６１を有する板状であるので、図１１に示すようにそれに面するＥ型コア２１０の各磁極面２１２ａ、２１２ｂ、２１２ｃも平らになっている。
【００３５】
また、各磁極部には各磁極面から連結部２１８に至るまでの複数の切欠き部２１９が設けられている。中央磁極部２１６ａには四隅に切欠き部２１９が設けられており、第１及び第２側部磁極部２１６ｂ、２１６ｃには中央磁極部２１６ａ側の２つの角部にそれぞれ切欠き部２１９が設けられている。なお、本実施形態では、切欠き部２１９が磁極面から連結部２１８に至るまで設けられているが、磁極面から連結部２１８に至る途中まで設けるようにしてもよい。
【００３６】
このように磁極面の一部に切欠き部２１９を設けることによって、磁極面の形状を変化させ、それによって磁束の分布を変化させることができる。磁束は磁極面から発生するので、磁束の分布は磁極面の形状に合わせて変化し、また磁極面の面積が小さくなるので磁極面全体の磁束密度は高くなる。
【００３７】
本実施形態におけるＥ型コア２１０の各部の寸法を参考として示すと、Ｅ型コア２１０の厚さが２５ｍｍ、中央磁極面２１２ａの横幅が２０ｍｍ、第１及び第２側部磁極面２１２ｂ、２１２ｃの横幅が９ｍｍであり、切欠き部２１９は縦１．５ｍｍ横１．５ｍｍの正方形となっている。
【００３８】
図１１に示すように、各磁極面に切欠き部２１９を設けて各磁極面の形状を変えることで、第１の実施形態で説明した効果と同様の効果が得られる。すなわち、往復動部材２０６に設けられた第１及び第２の永久磁石２０８ａ、２０８ｂが磁気吸引力により引込まれるときの、永久磁石の磁極面に対する位置と永久磁石に働く推力との関係を、第１実施形態における図７と同じように変化させることで、往復動部材２０６をより効率的に駆動することが可能となり、それによって電磁往復動流体装置２００を効率的に稼働させることができるようになる。切欠き部がない従来のダイアフラム型の電磁往復動流体装置において吐出流量が排出側圧力２０ｋＰａのときに８．９Ｌ／ｍｉｎであったものが、本実施形態のように切欠き部２１９を設けることで、１０．２Ｌ／ｍｉｎへと大きくなった。つまり、切欠き部２１９を設けることで１５％も吐出流量が向上したことになる。
【００３９】
本発明の第３の実施形態は、図１２に示すように、ステータコアとして第２の実施形態における一対のＥ型コア２１０に代えて１つのＣ型コア３１０を備えるダイアフラム型の電磁往復動流体装置３００である。図１３に示す該Ｃ型コア３１０は、対向する一対の磁極面３１２を有し、この磁極面３１２の間に第１及び第２の永久磁石を備える往復動部材３０６が配置されている。略矩形状の磁極面３１２には、その四隅に矩形状の切欠き部３１９が設けられており、磁極面３１２の形状を変化させると共に磁極面３１２の面積を減少させている。このように磁極面３１２に切欠き部３１９があることで、第１及び第２の実施形態と同様に、第１及び第２の永久磁石を磁極面間の磁束路内に吸引する効率が向上し、それによって電磁往復動流体装置３００の効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１００    ピストン型の電磁往復動流体装置、
１０２    外枠本体、                  １０４    シリンダ、
１０６    往復動部材、                １０８    アーマチャ、
１１０    ステータコア、              １１２    磁極面、
１１６    磁極部、                    １１８    連結部、
１２０    ソレノイドコイル、          １２２    ダイオード、
１２４    コイルバネ、                １３０，１３２    矢印、
１４０    吸気バルブ、                １４２    吸気ポート、
１４４    排出バルブ、                １４６    排出ポート、
１５０，１５１，１５２  磁極面の領域
２００    ダイアフラム型の電磁往復動流体装置、
２０２    装置筐体、                  ２０６    往復動部材、
２０８ａ  第１の永久磁石、            ２０８ｂ  第２の永久磁石、
２１０    Ｅ型コア、                  ２１０ａ  第１のＥ型コア、
２１０ｂ  第２のＥ型コア、            ２１２ａ  中央磁極面、
２１２ｂ  第１側部磁極面、            ２１２ｃ  第２側部磁極面、
２１６ａ  中央磁極部、                ２１６ｂ  第１側部磁極部、
２１６ｃ  第２側部磁極部、            ２１８    連結部、
２１９    切欠き部、                  ２２０    ソレノイドコイル、
２４０ａ  第１の吸気バルブ、          ２４０ｂ  第２の吸気バルブ、
２４２ａ  第１の吸気ポート、          ２４２ｂ  第２の吸気ポート、
２４４ａ  第１の排出バルブ、          ２４４ｂ  第２の排出バルブ、
２４６ａ  第１の排出ポート、          ２４６ｂ  第２の排出ポート、
２５０    第１のダイアフラム、        ２５１    第２のダイアフラム、
２５２    第１のポンプ室、            ２５３    第２のポンプ室、
２５４    ダイアフラム固定部材、      ２６０    第１側面、
２６１    第２側面、
３００    ダイアフラム型の電磁往復動流体装置、
３０６    往復動部材、                ３１０    Ｃ型コア
３１２    磁極面、                    ３１９    切欠き部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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