专利名称：电磁泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁泵，尤其是涉及用于输送气体、液体等流体的紧凑型电磁泵。
(2)背景技术本发明的申请人以前提出了一种小型化、薄型化的电磁泵，在该电磁泵中，在固定件侧的气缸室内收容有可作自由往复运动的由磁性材料制成的可动件，通过对嵌入在气缸周围的电磁线圈通电，从而在形成在可动件的移动方向两侧面和气缸两端面之间的泵室中，其中一个泵室从外部通过第一阀门吸入流体，并通过第2个阀门将流体向外部送出，而另一个泵室也具有同样的泵作用(参照专利文献1)。在图11中，由可动件101的磁铁103的N极侧产生的磁通经由固定件102侧的内轭104a、外轭105、内轭104b而回到磁铁103的S极侧，构成磁回路。通过对电磁线圈106a、106b通电，该电磁线圈106a、106b受到上述磁场的电磁力作用，但由于电磁线圈106a、106b被固定在固定件102侧，从而使得可动件101因反作用力而沿气缸的轴线方向(图11的上下方向)移动。
专利文献1日本专利特愿2002-286188号在上述电磁泵中，要检测两端被上框架107和下框架108封住的气缸部109中收容的可动件101是否正常动作、或者可动件101是否在适当的可动范围内动作等可动件的动作，有很多方法可以考虑。作为该可动件101的动作检测方法中的一例，如图11所示，在下框架108的外侧设置有磁传感器(霍尔元件等)110。磁传感器110可通过检测从可动件101的磁铁103泄漏出的磁通来检测可动件101的可动位置。
在图11所示的具有磁传感器的可动件的电磁泵结构中，由于可动件101收容在由上下框架107、108封住的气缸部109内，可动件101的附近无法安装磁传感器110。此外，由于可动件101的漏磁较小，且如果磁传感器110设置在与可动件101分离的位置上，则会导致装置大型化，而且磁传感器110所检测出的磁通密度将变得更小，很难检测出磁通密度的变化。具体来说，如果磁传感器110设置在上下框架107、108中的一个上的话，则磁传感器110的磁通密度的变化总是为同一方向，因而不会发生由可动件101的往复运动引起的极性反转，传感器的灵敏度有限制。
此外，磁传感器110容易受到因对电磁线圈106a、106b通电而产生的磁场的影响。即，可动件101作往复运动的周期和可动件101的漏磁的磁通密度变化的周期相同。此外，因电磁线圈通电而产生的励磁周期也相同。因此，难以判断磁传感器检测出的磁通密度的变化是由可动件101的往复运动引起的、还是由电磁线圈106a、106b的励磁引起的。
(3)发明内容为了解决以上问题，本发明的目的在于提供一种在不会导致装置大型化的情况下能够高精度地检测出可动件的动作位置、且不易受到因电磁线圈通电而形成的磁场的影响的电磁泵。
本发明为了实现上述目的，具有以下结构。
一种电磁泵，气缸内收容有具有永久磁铁的可动件；通过对嵌入在该气缸周围的空芯电磁线圈通电而使可动件在气缸内沿轴线方向作往复运动，进而利用气缸内形成的泵室输送流体，其特征在于，在气缸的周围与电磁线圈同轴地嵌入有用于检测可动件的往复运动的空芯检测线圈。
此外，电磁泵的特征在于，电磁线圈在气缸周围嵌入有多个，且与电磁线圈的轴线方向两端面相邻地嵌入有检测线圈。
此外，电磁泵的特征在于，在检测线圈的轴线方向两端面上、或在两端面及外周面上设置有由磁性材料制成的磁轭。
此外，电磁泵的特征在于，检测线圈的感应电压的频率是可动件的往复运动频率的2倍。
此外，电磁泵的特征在于，根据检测线圈检测出的感应电压来检测泵的流量。这种情况下，可以根据检测线圈检测出的感应电压设定临界值，来检测泵的流量是否大于一定流量，也可根据检测线圈检测出的感应电压设定临界值，来判断可动件是否在正常地作往复运动，也可根据检测线圈的感应电压进行可动件的驱动控制。
此外，最好是在由电磁线圈的励磁引起的感应电压变动小的检测范围内对检测线圈的感应电压进行检测。
如果使用上述电磁泵，则在可动件的漏磁较大的气缸周围与电磁线圈同轴地嵌入有用于检测可动件的往复运动的空芯检测线圈，因此，可以利用可动件的往复运动而使得检测线圈上产生的感应电压值加大，从而提高检测精度，可在不导致泵大型化的情况下检测出可动件的动作。
此外，当在检测线圈的轴线方向两端面及外周面上设置有由磁性材料制成的磁轭时，则可动件产生的磁通中的与检测线圈互连的磁通量增加，从而增大了检测线圈上产生的感应电压值，使得检测灵敏度提高。
此外，检测线圈的感应电压的频率是可动件的往复运动频率的2倍，因而也是以与可动件往复运动相同的频率进行励磁的电磁线圈所产生的磁场的频率的2倍，由于可动件的往复运动引起的磁通密度变化和电磁线圈的励磁引起的磁通密度变化容易分离，从而提高检测精度。
此外，根据检测线圈的感应电压，可以检测出可动件的往复运动和泵的流量，进而也可对可动件进行驱动控制。
(4)
图1是表示本发明涉及的电磁泵的结构的剖视图。
图2是表示第一实施例涉及的电磁泵的主要结构的剖视图。
图3是因可动件的移动而作用于检测线圈的磁通的状态说明图。
图4是因可动件的移动而作用于检测线圈的磁通的状态说明图。
图5是因可动件的移动而作用于检测线圈的磁通的状态说明图。
图6是表示第二实施例涉及的电磁泵的主要结构的剖视图。
图7是第三实施例涉及的电磁泵的流量检测曲线图。
图8是第三实施例涉及的电磁泵的流量检测曲线图。
图9是表示第四实施例涉及的电磁泵可动件的动作检测的曲线图。
图10是表示第四实施例涉及的电磁泵可动件的动作检测的曲线图。
图11是表示现有的可动件的动作检测的局部剖视图。
(5)具体实施方式
下面参照附图对本发明涉及的电磁泵的较佳实施形态作详细说明。本实施形态的电磁泵可广泛应用于下述电磁泵气缸内收容有具有永久磁铁的可动件，通过对嵌入在该气缸周围的空芯电磁线圈通电而使可动件在气缸内沿轴线方向作往复运动，进而利用气缸内形成的泵室输送流体。
在图1中，将对电磁泵的典型结构进行说明。可动件10收容在密闭的气缸内，并设置成可在气缸的轴线方向上作往复运动。可动件10由圆板状的磁铁12以及在厚度方向上夹持磁铁12的一对内轭14a、14b构成。磁铁12是一面为N极、另一面为S极地在厚度方向(图1中的上下方向)上被磁化的永久磁铁。内轭14a、14b由磁性材料制成，各内轭14a、14b具有直径大于磁铁12的平板部15a以及在平板部15a的周缘部竖起成短筒状的凸缘部15b。凸缘部15b的外周面形成为磁铁12所产生的磁通在可动件10侧的磁通作用面。
密封材料16是覆盖磁铁12的外周侧面的塑料等非磁性材料。密封材料16具有覆盖磁铁12使其不露出外部以防止磁铁12生锈的作用以及使磁铁12和内轭14a、14b成为一体的作用。密封材料16设置成填充被夹在内轭14a、14b之间的磁铁12的外周侧面，密封材料16的外周直径形成为比内轭14a、14b的外周直径稍小。这样，若预先形成密封材料16，则在对内轭14a、14b的外周面进行精磨时，密封材料16不会和研磨刀刃接触，因而具有工作时不会损伤研磨刀刃的优点，且若密封材料16的热膨胀系数大于内轭14a、14b的热膨胀系数，则在高温状态下使用泵时，可以防止可动件10和气缸之间的空隙因密封材料16的热膨胀而减小或是消失，从而具有可以使泵稳定地动作的优点。
下面将基于图1对电磁泵的固定件侧的结构进行说明。将一对由非磁性材料制成的上框架20a和下框架20b加以组合而形成圆筒形的气缸，在该气缸内收容有可作往复运动的可动件10。在本实施形态中，在下框架20b的框架本体22b上一体形成有圆筒状的气缸部24。通过将该气缸部24的端部嵌合到上框架20a的框架本体22a上所设的嵌合槽28中，从而形成轴向两端面被一对框架20a、20b封住的气缸。在嵌合槽28的与气缸部24的端面抵接的部位上设有密封材料29，通过使气缸部24的端面抵触到密封材料29上，从而从外部对气缸内进行密封。此外，也可从上框架20a使气缸部24延出而嵌合到下框架20b中。此外，气缸部24也可与上框架20a和下框架20b分开形成。
这样，气缸的两端面由上框架20a和下框架20b封住，在可动件10的移动方向两侧面和上下框架20a、20b的内壁面之间分别形成泵室30a、30b。泵室30a、30b相当于在可动件10的两端面和上框架20a的框架本体22a、下框架20b的框架本体22b之间形成的空隙部分。此外，可动件10以与气缸部24的内表面接触的状态、且以与气缸部24气密封或液密封的密封状态进行滑动。为了使得可动件10的滑动性能良好，而在内轭14a、14b的外周面上涂敷氟树脂涂层和DLC涂层(类金刚石涂层)等兼有润滑性和防锈能力的涂层。此外，还可设置用于防止可动件10在圆周方向上旋转的限制旋转件。
在框架本体22a、22b的端面(内壁面)上安装有缓冲器32。缓冲器32是为了在可动件10的移动范围的末端位置、吸收内轭14a、14b与框架本体22a、22b的端面抵接时的冲击而设置的。另外，缓冲器32除了可设置在框架本体22a、22b的端面上外，也可设置在内轭14a、14b端面上的与框架本体22a、22b抵接的面上。
在上框架20a的框架本体22a中，吸入阀门34a和送出阀门36a与泵室30a连通地设置。在下框架20b的框架本体22b中，吸入阀门34b和送出阀门36b与泵室30b连通地设置。
在上框架20a和下框架20b中，设有与吸入阀门34a、34b连通的吸入流道38a、38b。在上框架20a和下框架20b中，设有与送出阀门36a、36b连通的送出流道40a、40b。上框架20a的吸入流道38a和下框架20b的吸入流道38b通过连接管42连通，上框架20a的送出流道40a和下框架20b的送出流道40b通过连接管44连通。由此，上框架20a和下框架20b的吸入流道、送出流道分别与一个吸入口38和一个送出口40连通。
图1中，在气缸的周围嵌入有空芯电磁线圈50a、50b。电磁线圈50a、50b在气缸的轴线方向上以一定距离相隔，并配置在与气缸轴线方向的中心位置距离相等的位置上。电磁线圈50a、50b的轴线长度设定为比内轭14a、14b的凸缘部15b的可动范围长。再者，电磁线圈50a和电磁线圈50b的绕线方向相反，经同一电源供电而通电后，流经两者的电流方向相反。之所以使电磁线圈50a、50b的绕线方向相反是为了使作用于和磁铁12的磁通互连的、电磁线圈50a、50b中流动的电流上的力叠加，并作为反作用力作用到可动件10上，使该力变成推力。
外轭52包围电磁线圈50a、50b的外周地设置成筒状。外轭52使用磁性材料，为的是通过增加与电磁线圈50a、50b互连的磁通量使电磁力有效地作用于可动件10上。此外，在构成可动件10的内轭14a、14b的周边部设有在轴线方向上竖起的凸缘部15b，故对于磁铁12产生的磁通，可降低从内轭14a、14b到外轭52的磁回路的磁阻。
这样，使从可动件10作用的总磁通量增加(确保磁路)，且由于磁铁12产生的磁通和电磁线圈50a、50b中流动的电流在轴线方向上成直角地互连，因而，在可动件10中可有效地产生轴线方向的推力。此外，由于具有本结构的可动件10的质量同所产生的推力相比较小，故可以实现快速响应，也可增加输出流量。
电磁线圈50a、50b及外轭52在与上框架20a、下框架20b装配时，通过使外轭52嵌合到上框架20a和下框架20b上的嵌合槽28内，从而能和气缸24同芯地进行组装。
可动件10通过电磁线圈50a、50b通交流电后而在电磁线圈50a、50b产生的电磁力的作用下被往复驱动(上下运动)。电磁线圈50a、50b产生的电磁力可根据电磁线圈50a、50b上的通电方向而将可动件10朝一个方向或另一个方向推动，因而，利用未图示的控制部对电磁线圈50a、50b的通电时间、通电方向进行控制，从而能驱动可动件10以适当的行程往复运动。在可动件10与框架本体22a、22b的内表面抵接时，可以通过缓冲器32的作用来吸收冲击。
本实施形态中的电磁泵的泵作用体现为利用电磁线圈50a、50b使可动件10作往复运动，进而使泵室30a、30b交替地吸入、送出流体。也就是说，在图1的状态下，可动件10如果向下移动，一侧的泵室30a将吸入流体，同时另一侧的泵室30b将送出流体。相反，如果可动件10向上移动，一侧的泵室30a将送出流体，而另一侧的泵室30b将吸入流体。这样，不论可动件10朝哪一侧移动，流体都会吸入和排出，从而可以抑止流体的波动，有效地输送流体。
对于本实施形态中的电磁泵，在可动件10上安装有具有凸缘部15的内轭14a、14b，由于与可动件10的两端面靠近地设置吸入阀门34a、34b和送出阀门36a、36b，从而可提供薄且小型的泵。实施形态中的电磁泵可以做成高15mm、宽20mm左右的小型泵。
此外，本实施形态中的电磁泵可用于气体或是液体的输送，流体的种类不受限制。在作为液体泵使用时，如果一个可动件10下的输送压力不够，也可使用连接多个由磁铁12、内轭14a、14b构成的同样的单位可动件而成的多级型可动件10。通过连接多个单位可动件，可使可动件具有较大的推力，从而使电磁泵具有所需的输送压力。
实施例1下面将参照图2～图5，对上述电磁泵可动件的往复运动检测部的结构以及检测动作的较佳实施例进行说明。在图2中，在气缸周围，与电磁线圈50a、50b同轴地嵌入有用于检测可动件10的往复运动的空芯检测线圈53。具体来说，检测线圈53在气缸周围与电磁线圈50a和电磁线圈50b的轴线方向两端面相邻地嵌入。
图3～图5表示在可动件10作往复运动时、与可动件10的动作位置相应的作用于检测线圈53上的磁通状态。图3表示可动件10在可动范围内位移到上方时的状态，图4表示可动件10位移到中间部时的状态，图5表示可动件10位移到下方时的状态。与检测线圈53互连的磁通量在可动件10位移到可动范围的中间位置时(图4的状态)最大，在可动件10位移到上方或下方时(图3及图5的状态)最小。可动件10按照图3→图4→图5→图4→图3的顺序反复地进行往复动作。在可动件10作一次往复运动的期间内，穿过检测线圈53的磁通量出现2个周期的增减。因此，检测线圈53上产生的感应电压也出现2个周期。此外，检测线圈53的检测动作可以只在可动件10在图3和图4之间移动期间进行，或只在可动件10在图4和图5之间移动期间进行。这种情况下，可动件10作一次往复运动的期间内，检测线圈53上产生的感应电压出现1个周期。此外，在可动件10上也可省去内轭14a、14b。
实施例2下面将参照图6对电磁泵的可动件的往复运动检测部的其他例子进行说明。对于和图2中一样的部件，将标记一样的元件符号进行说明。在图6中，检测线圈53在气缸周围与电磁线圈50a、电磁线圈50b的轴线方向两端面相邻地嵌入，这与前面相同。本实施例中，在检测线圈53的轴线方向两端面上设有磁性材料制成的磁轭26a、26b，且在检测线圈53的外周面上设有外轭52。这样，从可动件10产生的磁通形成为经由磁轭26a、外轭52、磁轭26b的磁回路。这样，由于从可动件10产生的磁通中的与检测线圈53互连的磁通量增加，故检测线圈52上产生的感应电压值增大，从而可使检测灵敏度提高。另外，若在检测线圈53的轴线方向两端面上设置磁轭26a、26b，则也可省去外轭52。
实施例3下面参照图7及图8，对电磁泵可动件的往复运动检测的应用实例进行说明。对于和图2中一样的部件，将标记一样的元件符号进行说明。本实施例的特征在于，根据检测线圈53检测出的感应电压来检测泵的流量。即，泵的流量是可动件10往复运动的速度V和可动件10的横截面积S的乘积。可动件10作往复运动的速度V越大，则泵的流量越大，从而检测线圈的感应电压也增加。因此，在图7中，可以根据检测线圈53上产生的感应电压的振幅大小来推导泵的流量。
此外，在图8中，也可根据检测线圈53检测出的感应电压设定临界值，来判断可动件10是否在作往复运动。即，预先对检测线圈53的感应电压设定与一定流量相应的临界值电压。这样，利用比较电路等对检测出的感应电压和临界值电压进行比较后转变成脉冲输出。大于一定流量时则产生脉冲，小于一定流量时则不产生脉冲。此外，在从控制部等以一定条件下的电压、电流、频率等对电磁线圈50a、50b通电时，将可动件10正常运动时的检测线圈53的感应电压的振幅范围的上限或下限设为临界值电压，从而也可检测出泵的可动件10是否在正常地动作。
实施例4下面参照图9及图10，对电磁泵可动件的往复运动检测的应用实例进行说明。对于和图2中一样的部件，将标记一样的元件符号进行说明。本实施例的特征在于，根据检测线圈53检测出的感应电压进行可动件10的驱动控制。即，为了使可动件10正常动作，在与未图示的控制部之间进行反馈控制，从而可控制电磁线圈50a、50b的通电量、泵的流量，为了使可动件10的可动范围不与上下框架本体22a、22b抵触而进行控制。
另外，最好是在由电磁线圈50a、50b的励磁引起的感应电压的变动小的检测电压范围内对检测线圈的感应电压进行检测。检测线圈53的上下部分装有电磁线圈50a、50b，该电磁线圈50a、50b的电流变化使得检测线圈53上产生感应电压。图9表示包含电磁线圈50a、50b的电流变化量所引起的影响在内的检测线圈53的感应电压曲线图。在电磁线圈50a、50b的励磁方向刚刚切换后，电流相对于时间的变化量较大，从而对检测线圈53的感应电压的影响较大。因此，在电磁线圈50a、50b的电流变化量较小时，即在因可动件10的往复运动而产生的感应电压处于图9中的负方向时，通过在此时的感应电压波形(图9的曲线图上的A部分和B部分)上设定电压临界值，可减小电磁线圈50a、50b的电流变化所带来的影响。在图9中，在A部和B部的电磁线圈50a、50b的电流变化量较大时，可以算出A部和B部的感应电压的平均值，或者检测出A部和B部的脉冲宽度后算出其平均值，或者只检测检测线圈53的感应电压的频率成分(可动件10的往复运动频率的2倍成分)。
图9中检测线圈53的感应电压的频率是可动件10的往复运动频率的2倍，而图10表示两者频率相同的情况。检测线圈53的感应电压在C部和D部出现峰值，从而导致两者都同样地受到电磁线圈50a、50b的电流变化的影响，因而难以检测可动件10的往复运动是否正常。因此，通过将检测线圈53的感应电压的频率设为可动件10的往复运动的频率的2倍，可以容易地检测出可动件10的往复运动是否正常。
图1所示的电磁泵中，设于可动件10的一侧和另一侧的吸入流道38a、38b连通，设于可动件10的一侧和另一侧的送出流道40a、40b也连通，就是说，是并联连通流道的例子，但也可将多个电磁泵串联地使流道连通后使用。这种情况下，可以使送出流道40a和吸入流道38b连通，使送出流道40b和吸入流道38a连通。
权利要求
1.一种电磁泵，气缸内收容有具有永久磁铁的可动件，通过对嵌入在该气缸周围的空芯电磁线圈通电而使可动件在气缸内沿轴线方向作往复运动，以从气缸内形成的泵室进行流体输送，其特征在于，在所述气缸的周围与电磁线圈同轴地嵌入有用于检测可动件的往复运动的空芯检测线圈。
2.如权利要求1所述的电磁泵，其特征在于，电磁线圈在气缸周围嵌入有多个，与电磁线圈的轴线方向两端面相邻地嵌入有检测线圈。
3.如权利要求1所述的电磁泵，其特征在于，在检测线圈的轴线方向两端面上、或在两端面及外周面上设置有由磁性材料制成的磁轭。
4.如权利要求1所述的电磁泵，其特征在于，检测线圈的感应电压的频率是可动件的往复运动频率的2倍。
5.如权利要求1所述的电磁泵，其特征在于，根据检测线圈检测出的感应电压来检测泵的流量。
6.如权利要求1所述的电磁泵，其特征在于，根据检测线圈检测出的感应电压设定临界值，来检测泵的流量是否大于一定流量。
7.如权利要求1所述的电磁泵，其特征在于，根据检测线圈检测出的感应电压设定临界值，来判断可动件是否在正常地作往复运动。
8.如权利要求1所述的电磁泵，其特征在于，根据检测线圈的感应电压进行可动件的驱动控制。
9.如权利要求1所述的电磁泵，其特征在于，在由电磁线圈的励磁引起的感应电压变动小的检测范围内对检测线圈的感应电压进行检测。
全文摘要
本发明提供一种在不会导致装置大型化的情况下可高精度地检测出可动件的动作位置的电磁泵。在气缸的周围与电磁线圈(50a、50b)同轴地嵌入有用于检测可动件(10)的往复运动的空芯检测线圈(53)。
文档编号F04B17/04GK1846062SQ200480025539
公开日2006年10月11日 申请日期2004年8月2日 优先权日2003年8月1日
发明者矢口文博 申请人:信浓绢糸株式会社