JP2006230103A

JP2006230103A - 電磁駆動アクチュエータ及び電磁式ポンプ

Info

Publication number: JP2006230103A
Application number: JP2005040686A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Okamura; 文裕岡村
Original assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Current assignee: Shinano Kenshi Co Ltd
Priority date: 2005-02-17
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2025-02-17
Also published as: JP5016787B2

Abstract

【課題】空芯コイルの占積率を低下させることなくしかも平坦度を維持したまま内径側巻線端部をコイル外径側へ引き出すことができる電磁駆動アクチュエータを提供する。
【解決手段】固定子板１６のコイル対向面にコイル巻線の内径側巻線端部１７をコイル外径側へ引き出すための凹部１９が径方向に形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、空芯の電磁コイルの両端側に磁気回路を形成するリング状の固定子板が固定される固定子に囲まれた空間内で、当該電磁コイルへの通電により可動子を往復動させる電磁駆動アクチュエータ及び電磁式ポンプに関する。

固定子に囲まれた空間内において、電磁コイルへの通電により可動子を往復動させる電磁駆動アクチュエータにおいては、空芯の電磁コイルの両端側に磁気回路を形成する固定子板が固定される。図５（ａ）（ｂ）において、電磁コイル５１の内径側巻線端部５２及び外径側巻線端部５３は駆動回路に電気的に接続される。この場合、内径側巻線端部５２を電磁コイル５１のコイル内径側のスペースを利用してコイルの一端側へ引き出すか、コイル内径側のスペースが利用できない場合には電磁コイル５１を乗り越えてコイル外径側へ引き出す必要がある。例えば、電磁駆動アクチュエータが小型の容積型ポンプのポンプ室に設けられる場合には、固定子に囲まれたコイル内径側のスペース内において、電磁コイルへの通電により可動子を往復動させるため、内径側巻線端部５２をコイル内径側で引き出すスペースがない。

図６において、電磁コイル５１の内径側巻線端部５２を外径側巻線端部５３と共に外径側へ引き出す場合には、固定子板５４と電磁コイル５１の端部に内径側巻線端部５２を引き出すために巻線１本分のスペース５５を確保しておく必要がある（特許文献１参照）。或いは図７において、固定子板５４に電磁コイル５１の巻線１本分のスリット５６を設け、該スリット５６を通じて内径側巻線端部５２を引き出す必要があった。更には、電磁コイルに内径側巻線端部を形成することなく外側巻線端部のみでコイルを形成する巻線装置が提案されている（特許文献２参照）。
特開２０００−２１８５６９号特開２００２−１３４３４７号

上述した固定子板５４と電磁コイル５１の端部との間に巻線１本分のスペース５５を設ける場合には、電磁コイル５１の占積率が低下し漏れ磁束も発生するため、同じ固定子サイズでも可動子の推力が低下するおそれがある。また、固定子板５４にスリット５６を設ける場合には、固定子板５４が変形し易く平坦度が失われるため、例えばポンプ室の壁面に組み付けられる場合には壁面の歪みによる影響を受け易い。固定子板５４には、電磁コイル５１に通電することにより発生する電磁力による振動が作用する。この場合、固定子板５４の平坦度が失われ易いと、電磁コイル５１に歪みが生じて磁束バランスが崩れて磁気特性が低下するおそれがある。また、外側巻線端部のみで形成される特殊な巻線装置を用いてコイルを形成する場合には、製造コストが増大する。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、電磁コイルの占積率を低下させることなくしかも平坦度を維持したまま内径側巻線端部をコイル外径側に引き出すことができる電磁駆動アクチュエータ及び該アクチュエータを用いた小型の電磁式ポンプを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
空芯の電磁コイルの両端側に磁気回路を形成するリング状の固定子板が固定される固定子に囲まれた空間内で、当該電磁コイルへの通電により可動子を往復動させる電磁駆動アクチュエータにおいて、固定子板のコイル対向面にコイル巻線の内径側巻線端部をコイル外径側へ引き出すための凹部が径方向に形成されていることを特徴とする。
また、固定子板に設けられる凹部の内径側端部にはスリットが形成されていることを特徴とする。更に固定子板に形成されるスリットと反対側の内径側端部にスリットが各々形成されていることを特徴とする。
また、固定子板に設けられる凹部の外径側端部には切欠き部が形成されていることを特徴とする。
更には電磁式ポンプにおいては、ポンプ室内に上述した電磁駆動アクチュエータが設けられており、電磁駆動により可動子を往復動させることで流体を送出及び吸込する動作を繰り返すことを特徴とする。

上述した電磁駆動アクチュエータを用いれば、電磁コイルの両端側に磁気回路を形成するリング状の固定子板が固定される固定子の当該固定子板のコイル対向面に、コイル巻線の内径側巻線端部をコイル外径側へ引き出すための凹部が径方向に形成されるので、巻線の占積率を低下させることなく、しかも固定子板の平坦度を維持して内径側巻線端部をコイル外径側へ引き出すことができる。
固定子板に設けられる凹部の内径側端部にはスリットが形成されていることにより、固定子板を電磁コイルに載せた状態でコイル巻線の内径端部を視認しつつ凹部に沿って引き出すことができる。
また、固定子板に設けられる凹部の外径側端部には切欠き部が形成されていると、該切欠き部が巻線を引き出す際の逃げとなるので、コイル外径側に引き出される巻線と固定子板が干渉するのを防ぐことができる。
固定子板に形成される凹部の内径側端部及び反対側の内径側端部にスリットが各々形成されていると、固定子板に形成される磁気バランスが均一となるため、安定した推力が得られる。
上述した電磁駆動アクチュエータをポンプ室内に設けられ、電磁駆動により可動子を往復動させることで流体を圧力差により送出及び吸込する電磁式ポンプにおいては、流体を送出及び吸込するアクチュエータ部の小型化に寄与できる。

以下、本発明に係る電磁式ポンプの最良の実施形態について添付図面とともに詳細に説明する。本実施形態の電磁式ポンプは、円筒状に形成したシリンダ内にマグネット（永久磁石）を備えた可動子をシリンダの軸線方向に摺動可能に配置し、シリンダの外周に配置した電磁コイルへ通電して生ずる電磁力の反力により可動子を往復動させる電磁式容積型ポンプである。電磁駆動アクチュエータは可動子及び固定子により構成され、本実施形態ではポンプ室内に組み込まれて配置される。電磁式容積型ポンプは、可動子の往復動に伴いポンプ室内外に生ずる圧力差でポンプ作用をなすため、例えば液体に空気が混入してもポンプを停止させることなく自給復帰することができる。

図１において、電磁式容積型ポンプの全体構成について説明する。先ず可動子１の構成について説明する。可動子１は密閉されたシリンダ内に収容されてシリンダの軸線方向に往復動可能に設けられている。可動子１は円板状に形成したマグネット２とマグネット２を厚さ方向に挟持する一対のインナーヨーク３ａ、３ｂとからなる。マグネット２は一方の面をＮ極、他方の面をＳ極として、厚さ方向（図１の上下方向）に磁化されている永久磁石である。インナーヨーク３ａ、３ｂは磁性材によって形成され、各々のインナーヨーク３ａ、３ｂの周縁部に短筒状に起立したフランジ部３ｃの外周面はマグネット２から発生した磁束の可動子１側の磁束作用面となる。

次に、図１において固定子４の構成について説明する。一対の非磁性材からなる上ケース５ａと下ケース５ｂとの間に非磁性材料（例えば樹脂材、ステンレスなどの金属材）からなる筒状のシリンダ筒６が嵌め込まれて上下開口端が閉止されたシリンダが形成される。このシリンダ筒６内に上述した可動子１が往復動可能に収容されている。なお、シリンダは上ケース５ａと下ケース５ｂとを組み合せて熱圧着して形成することもできる。

このように、シリンダの両端面は上ケース５ａと下ケース５ｂによって閉止され、可動子１の移動方向両側面と上下ケース５ａ、５ｂの内壁面との間に各々ポンプ室７ａ、７ｂが形成される。なお、可動子１はシリンダ筒６の内面に接触した状態で、気密あるいは液密にシールした状態で摺動する。この可動子１の摺動性を良好にするため、インナーヨーク３ａ、３ｂの外周面にフッ素樹脂コーティングやＤＬＣ（ダイヤモンド・ライク・カーボン）コーティング等の潤滑性と防錆力を兼ね備えたコーティングを施すことや、可動子１が周方向に回ることを防止する回り止めを設けても良い。また、上下ケース５ａ、５ｂの端面（内壁面）には図示しないダンパーが取り付けられていても良く、ダンパーは可動子１のインナーヨーク３ａ、３ｂの端面であって、上下ケース５ａ、５ｂの内壁面に当接する部位に設けられていてもよい。

シリンダの上端面に相当する上ケース５ａの吸込用開口部及び送出用開口部には、吸込用逆止弁８ａ及び送出用逆止弁９ａがポンプ室７ａを開閉可能に設けられている。シリンダの下端面に相当する下ケース５ｂの吸込用開口部及び送出用開口部には、吸込用逆止弁８ｂ及び送出用逆止弁９ｂがポンプ室７ｂを開閉可能に設けられている。吸込用逆止弁８ａ、８ｂと送出用逆止弁９ａ、９ｂとは開口部に逆向きに各々取り付けられている。

上ケース５ａには循環する流体のポンプへの吸込口１０と、ポンプより流体を送り出す送出口１１が形成されている。上ケース５ａと下ケース５ｂには、吸込口１０と吸込用逆止弁８ａ、８ｂとの間を連通する吸込用流路１２ａ、１２ｂが各々設けられている。また、上ケース５ａと下ケース５ｂには、送出用逆止弁９ａ、９ｂと送出口１１との間を連通する送出用流路１３ａ、１３ｂが各々設けられている。

図１において、シリンダ筒６の周囲には電磁コイル１４ａ、１４ｂが嵌め込まれている。電磁コイル１４ａ、１４ｂはシリンダの軸線方向に若干離間させ、シリンダ筒６の軸線方向の中心位置に対して均等位置となるように配置されている。電磁コイル１４ａ、１４ｂの両端側には磁気回路を形成するリング状の固定子板１６により挟み込まれて組み込まれる。固定子板１６は、磁性板（例えばＳＰＣＣ鋼板、ＳＥＣＣ鋼板など）が用いられる。

図２において、電磁コイル１４ａ、１４ｂからは、内径側巻線端部１７及び外側巻線端部１８が配線用に外部へ引き出される。固定子板１６のコイル対向面には、コイル巻線の内径側巻線端部１７をコイル外径側へ引き出すための凹部１９が径方向に形成されている。

図３において、固定子板１６は例えば順送金型を用いてプレス加工により形成される。凹部１９は、プレス半抜き状態で径方向に形成される。この凹部１９の深さは図４に示すように少なくとも内径側巻線端部１７の巻線径より深く形成されていれば良い。この凹部１９を設けたことにより、巻線の占積率を低下させることなく、しかも固定子板１６の平坦度を維持して内径側巻線端部１７を外径側に引き出すことができる。

また、図３及び図４において、固定子板１６に設けられる凹部１９の内径側端部にはスリット２０が形成されている。固定子板１６に形成される凹部１９の内径側端部と反対側の内径側端部にもスリット２０が対向する位置に各々形成されている。これにより、固定子板１６を通過する磁束バランスが均一となるため、安定した推力が得られる。
また、固定子板１６に設けられる凹部１９の外径側端部には切欠き部２１が形成されている。この切欠き部２１は内径側巻線端部１７を外径側に引き出す際に逃げとなるので巻線１７と固定子板１６が干渉するのを防ぐことができる。

なお、電磁コイル１４ａと電磁コイル１４ｂとは巻き方向が逆向きであり、同一電源による通電によって、互いに逆向きの電流が流れるように設定されている。電磁コイル１４ａ、１４ｂの巻き方向を逆向きにしているのは、マグネット２の磁束と鎖交する電磁コイル１４ａ、１４ｂに流れる電流に作用する電磁力が重畳して反力として可動子１０に作用し、この反力が推力になるためである。

アウターヨーク１５は、電磁コイル１４ａ、１４ｂの外周囲を囲んで筒状に設けられている。アウターヨーク１５には磁性材が用いられ、電磁コイル１４ａ、１４ｂに鎖交する磁束数を増やして電磁力を効果的に可動子１に作用させるために設けられる。また、可動子１を構成するインナーヨーク３ａ、３ｂの周辺部にフランジ部３ｃを軸線方向に起立して設けられている。これは、マグネット２からインナーヨーク３ａ、３ｂを経てアウターヨーク１５に至る磁気回路の磁気抵抗を下げるためである。これにより、可動子１から作用する総磁束量を増加させる（磁束が通過する磁路を確保する）と共に、マグネット２が発生した磁束が電磁コイル１４ａ、１４ｂに流れる電流と軸線方向に対して直角に鎖交させることで、可動子１に軸線方向の推力を効果的に発生させることができる。

可動子１は、電磁コイル１４ａ、１４ｂに交番電流を通電することにより、各コイルに発生する電磁力の作用により往復動（上下動）される。電磁コイル１４ａ、１４ｂに作用する電磁力は、通電方向によって可動子１を上方若しくは下方へ押動する。よって、図示しない制御部により、電磁コイル１４ａ、１４ｂへの通電時間、通電方向を制御することによって可動子１を所定ストロークで往復駆動させることができる。

なお、電磁コイル１４ａと１４ｂとの間にシリンダ内における可動子１の移動位置を検出する検出コイルを設けておき、該検出コイルに誘起される電圧を検出して可動子１の往復動を制御することもできる。本実施形態の電磁式容積型ポンプは可動子１の移動ストロークが比較的小さいがポンプ室７ａ、７ｂは比較的広い面積を確保することができるから、可動子１を高速で往復動させることによって一定の流量を確保することが可能である。

本発明に係る電磁式容積型ポンプの全体構成を示す断面図である。電磁コイルの内側巻線端部をコイル外径側へ引き出す構造を示す部分断面図である。固定子板の平面図及び部分断面図である。電磁コイルに載せた固定子板の平面図及び部分断面図である。電磁コイルの平面図及び断面図である。従来の電磁コイルの内側巻線端部をコイル外径側へ引き出す構造を示す説明図である。従来の電磁コイルの内側巻線端部をコイル外径側へ引き出す構造を示す説明図である。

符号の説明

１可動子
２マグネット
３ａ、３ｂインナーヨーク
３ｃフランジ部
４固定子
５ａ上ケース
５ｂ下ケース
６シリンダ筒
７ａ、７ｂポンプ室
８ａ、８ｂ吸込用逆止弁
９ａ、９ｂ送出用逆止弁
１０吸込口
１１送出口
１２ａ、１２ｂ吸込用流路
１３ａ、１３ｂ送出用流路
１４ａ、１４ｂ電磁コイル
１５アウターヨーク
１６固定子板
１７内径側巻線端部
１８外径側巻線端部
１９凹部
２０スリット
２１切欠き部

Claims

空芯の電磁コイルの両端側に磁気回路を形成するリング状の固定子板が固定される固定子に囲まれた空間内で、当該電磁コイルへの通電により可動子を往復動させる電磁駆動アクチュエータにおいて、
固定子板のコイル対向面にコイル巻線の内径側巻線端部をコイル外径側へ引き出すための凹部が径方向に形成されていることを特徴とする電磁駆動アクチュエータ。
固定子板に設けられる凹部の内径側端部にはスリットが形成されていることを特徴とする請求項１記載の電磁駆動アクチュエータ。
固定子板に形成されるスリットと反対側の内径側端部にスリットが各々形成されていることを特徴とする請求項２記載の電磁駆動アクチュエータ。
固定子板に設けられる凹部の外径側端部には切欠き部が形成されていることを特徴とする請求項１記載の電磁駆動アクチュエータ。
ポンプ室内に請求項１乃至４のいずれか１項記載の電磁駆動アクチュエータが設けられており、電磁駆動により可動子を往復動させることで流体を送出及び吸込する動作を繰り返すことを特徴とする電磁式ポンプ。