JP3797017B2

JP3797017B2 - Scroll type pump

Info

Publication number: JP3797017B2
Application number: JP11718199A
Authority: JP
Inventors: 司法上; 善一鹿田; 幸彦北野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2006-07-12
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: JP2000303970A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は渦巻き状のラップを備えた固定スクロールに同じく渦巻き状のラップを備えた可動スクロールを組合せて可動スクロールに自転を伴わない旋回運動を行わせることで、両スクロールの重ね合わせによって形成される密閉空間を渦巻き部の外側から中心側へ容積を漸次縮小させつつ移動させるスクロール型ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
このようなスクロール型ポンプにおいて、特開平３−９９１号公報には複数個のリニアモータを用いて可動スクロールに旋回運動を行わせるものが示されている。このものでは、可動スクロールの一面に複数個の永久磁石を配設するとともに、上記一面と対向する位置に複数のステータを配して可動スクロールをダイレクトに駆動するために、駆動源から可動スクロールに至る動力伝達機構が不要となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、固定スクロールと可動スクロールのラップで囲まれた密閉空間で圧縮される気体による抵抗力は、可動スクロールの旋回方向に作用するだけでなく、可動スクロールの径方向にも作用し、この径方向に作用する抵抗力は、可動スクロールと固定スクロールの両ラップの接触部に隙間を生じさせる。そして、この隙間から気体が洩れるために、ポンプの効率が悪化する。
【０００４】
一方、上記公報に示されたリニアモータは可動スクロールをその周方向に推進するだけで径方向については力を発生しないために、上記径方向の抵抗力に対抗することはできない。もちろん、可動スクロールの旋回運動を案内する案内機構を設けることで、上記気体洩れに対抗することができるが、案内機構におけるクリアランスの関係から、上記隙間を無くすことはできない。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みなされたものであって、その目的とするところは可動スクロールを旋回させることができるのはもちろん、径方向に作用する気体の抵抗力にも対抗することができてポンプ効率を高くすることができるスクロール型ポンプを提供するにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明は、渦巻き型のラップが夫々設けられた固定スクロール及び可動スクロールを備えて、可動スクロールの所定半径の公転である旋回運動によって固定スクロールと可動スクロールの重なり合った両ラップ間の密閉空間をその内容積を変化させつつ移動させるスクロール型ポンプにおいて、周方向に複数個のコイルを配置しているとともにコイルによる励磁で可動スクロールに磁気力を作用させて可動スクロールをその径方向外側へと駆動するステータと、複数個のコイルの励磁を切り換えて磁性体または永久磁石で形成された可動スクロールに対する磁気力の作用位置を周方向において漸次変更していく制御手段とを備えており、上記ステータは、放射状に配設されるとともに外周側の一端が可動スクロールの外周面の外側に位置している複数の鉄心と、各鉄心に巻回されたコイルとからなること、もしくは上記ステータは、放射状に配設されるとともに外周側の一端が可動スクロールの片面の外周端部付近に位置している複数の鉄心と、各鉄心に巻回されたコイルとからなること、もしくは上記ステータは、可動スクロールの外側に固定スクロールの中心と同心に配されたリング状の鉄心と、周方向に間隔をおいて鉄心に巻回された複数のコイルとからなることに特徴を有している。
【０００７】
ステータが可動スクロールに与える力が可動スクロールを径方向外側へ作用するものであるために、上記密閉空間で圧縮される流体の圧力に対抗して密閉空間の密閉度を高くすることができるものであり、そしてこのような方向に力を作用させるものであるにもかかわらず、可動スクロールに対する磁気力の作用位置を周方向において漸次変更することから可動スクロールに旋回運動を行わせることができる。この時、可動スクロールを永久磁石で形成したものでは、より強い駆動力を得ることができる。
【０００８】
上記のリング状鉄心はコイル間に内周側へと突出する磁極歯を備えたものとし、可動スクロールはその外周面における上記磁極歯と対向する位置に外周側に突出する突部を備えたものとするのが磁気特性の点で好ましい。この他、ステータは可動スクロールに対して磁気吸引力を作用させるものが好ましいが、磁気反発力を利用するものであってもよい。。
【０００９】
上記制御手段は、複数のコイルを周方向順に順次励磁するが、この時、コイルを１つずつ励磁するものでは制御を簡単に行うことができ、隣合う複数のコイルを同時に励磁するものでは磁束密度の向上によって駆動力が向上する。さらに１つのコイルの励磁と隣合う複数のコイルの励磁とを交互に行うものでは、１回転あたりの定常位置が増えるために角度分解能が向上するとともに推進力の変動を抑えることができる。
【００１０】
さらに、制御手段は、各コイルを一定時間ずつ励磁することで定速駆動とすることができるが、始動時における各コイルの励磁時間を漸次短くしていくものであることが始動時の脱調防止の点で好ましい。
【００１１】
また、制御手段は、コイルに矩形波電流を供給するものであれば、駆動回路が簡単ですむものとなり、漸増漸減の変動波形電流を供給するものであれば、推進力変動を抑制して安定した推進性能を得ることができる。
【００１２】
そして、制御手段は、複数のコイルの励磁のための電流供給をオープンループ制御で行うものとするとシステム構成を簡単にすることができて安価となるが、複数のコイルの励磁のための電流供給を可動スクロールの旋回状態検出手段からのフィードバックを受けたフィードバック制御で行うものとすれば、安定した駆動を行うことができる。このフィードバック制御を行う場合、旋回状態検出手段は各コイルに付設されて可動スクロールの接近を検出する位置センサで、制御手段は該位置センサの出力に基づいて励磁するコイルを切り換えるものとすれば、脱調のない駆動を行うことができ、旋回状態検出手段として可動スクロールの旋回速度を検出するセンサを用いて、制御手段は速度フィードバック制御を行うものとすると、高精度な旋回速度（回転数）制御を行うことができる。
【００１３】
可動スクロールの旋回運動を案内する案内手段を備えたものにおいては、ステータは永久磁石からなる可動スクロールに対して磁気吸引力と磁気反発力とを作用させるものであってもよい。推進力を高めることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施の形態の一例に基づいて詳述すると、このスクロール型ポンプは、図１〜図３に示すように、ハウジング１と、このハウジング１に固定される固定スクロール２と、ハウジング１に対して拘束された状態で移動自在となっている可動スクロール３、そしてハウジング１に組み付けられたステータ４とを主な構成部品としている。
【００１５】
ここで、ハウジング１は、その中央に軸受１０を介して軸１１を回転自在に受けているのであるが、この軸１１は偏心した位置に軸孔１２を備えており、この軸孔１２に可動スクロール３の一面から突出する軸３２を回転自由に遊嵌させているために、可動スクロール３はハウジング１及び固定スクロール２に対して、上記軸孔１２の偏心量を半径とする旋回が自在となっている。
【００１６】
また、可動スクロール３の一面に設けたキー溝３３にオルダムリング５が備えるキー５１がスライド自在に係合して、オルダムリング５に対して可動スクロール３が１自由度の移動が可能となっており、さらにオルダムリング５は他面に上記キー５１と直交するキー５２を備えて該キー５２がハウジング１に設けたキー溝１５にスライド自在に係合することでハウジング１に対してオルダムリング５が１自由度の移動が可能となっている。ハウジング１に対し、可動スクロール３はオルダムリング５を介して２自由度の移動が可能となっているわけであり、この結果、上記軸１１による案内を受けて可動スクロール３が旋回する時、可動スクロール３は自転を行うことがないようになっている。
【００１７】
そして、可動スクロール３はその一面に渦巻き状のラップ３０を備え、固定スクロール２は可動スクロール３のラップ３０と対向する面に同じく渦巻き状のラップ２０を備えて、両ラップ２０，３０が重なるように両者が組合されており、上記の軸１１とオルダムリング５とによって拘束された動き、つまりは自転を伴うことなく一定半径の旋回運動を所定の回転方向において可動スクロール３が行う時、固定スクロール２のラップ２０と可動スクロール３のラップ３０とによって密閉された空間が外周側から中心側へとその容積を漸次小さくしつつ移動させるために、外周側に吸い込み口３５、中心部に吐出口３６を配した該スクロール型ポンプでは、吸い込み口３５から吸い込んだ流体を吐出口３６から吐出する。
【００１８】
ここで、可動スクロール３は強磁性体もしくは永久磁石で形成して、ハウジング１に組み付けたステータ４に対応するロータとなるようにしている。図１〜図３に示したものにおけるステータ４は、鉄心４１と鉄心４１に巻回したコイル４２とからなる電磁石４０を複数個（図示例では８個であるが、この個数は限定するものではない）、ハウジング１内に放射状に配置することで形成してあり、各電磁石４０はハウジング１の内周面に位置する鉄心４１の一端がロータである可動スクロール３の外周面と対向し、鉄心４１の他端が可動スクロール３の下面に対向するために、あるコイル４２に通電して励磁すれば、図中にＭで示す磁力線が発生して、可動スクロール３はそのコイル４２を備えた鉄心４１に吸引されることになる。この時、可動スクロール３は図２において下方への移動がハウジング１によって規制されており、軸１１の軸方向と直交する面内での動きも上述のように拘束されものとなっているために、今、図３に示す位置に可動スクロール３が位置しているとともに、鉄心４１の一端が最も可動スクロール３に近接している電磁石４０₁のコイル４２に通電して磁気吸引力Ｆを可動スクロール３に作用させている状態から、時計回り方向に位置する電磁石４０₂を励磁させるということを順次行えば、可動スクロール３は時計回り方向の旋回運動を行うものであり、この旋回運動によって前述のようにポンプとして作動する。
【００１９】
このものにおいて、可動スクロール３はその旋回時に自転を行わないことから、旋回に伴って各電磁石４０の鉄心４１に接近する部分は常に同じ部分となっている。従って、可動スクロール３の該当部分を各電磁石４０の鉄心４１の一端の励磁時の磁極に併せた極性に着磁しておけば、上記磁気吸引力を大きくすることができるために、可動スクロール３を動かす駆動力をより大きくすることができる。
【００２０】
そして、図示例においては、上述のように偏心位置に可動スクロール３を受ける軸孔１２を備えた軸１１を設けて、可動スクロール３の旋回運動を案内するようにしているが、このものにおいては、磁力線Ｍが常に可動スクロール３の径方向に作用しており、磁気吸引力は可動スクロール３を外側へ引っ張るように働くために、軸１１がなくてもオルダムリング５によるところの平面的な位置規制のみで可動スクロール３に旋回運動を行わせることができる。また、たとえ軸１１による旋回ガイドがあったとしても、軸１１部分におけるクリアランスの関係で、固定スクロール２のラップ２０と可動スクロール３のラップ３０との接触部に隙間が生じて、両ラップ２０，３０の間の密閉空間に閉じ込められた空気はその圧力により上記隙間を通じて外部に逃げようとするが、上述のように、可動スクロール３の径方向に作用する磁気吸引力は、可動スクロール３のラップ３０と固定スクロール２のラップ２０とを確実に接触させて空気洩れを防ぐことになるために、高い効率のポンプとすることができる。
【００２１】
図４及び図５に他例を示す。ここでは放射状に配設する電磁石４０として、その鉄心４１の両端が共に可動スクロール３の下面に近接するものを用いている。なお、各鉄心４０の外周側の端面が、旋回運動する可動スクロール３の外接円の位置にくるようにしてある。この場合においても、電磁石４０を励磁すれば、可動スクロール３は磁気回路的にもっとも安定する位置へと動くために、放射状に並べた電磁石４０を順次励磁していくことで、可動スクロール３に旋回運動を行わせることができる。
【００２２】
図６及び図７にさらに他例を示す。ここではステータ４として、内周側へと突出する磁極歯４３が所定間隔で設けられるとともに固定スクロール２の中心と同心に配設されて可動スクロール３の外周側に位置しているリング状の鉄心４１と、この鉄心４１の磁極歯４３間の部分に夫々巻回した複数個のコイル４２とからなるものを用いており、また、可動スクロール３にはその外周面における上記磁極歯４３と対向する部分に突部３５を備えたものを用いている。
【００２３】
このものにおいて、あるコイル４１に通電すれば、そのコイル４１の両端に位置する２つの磁極歯４３，４３がＮ極とＳ極とになって、磁性体からなる可動スクロール３に対して磁気吸引力を作用させる。従って、通電するコイル４２を時計回り方向に順次切り換えていけば、可動スクロール３も時計回り方向の旋回運動を行うことになる。可動スクロール３は図７に示すように、外周部のみを珪素鋼鈑や電磁軟鉄のような磁性体で形成したり永久磁石で形成してもよい。つまりは、他の部分をたとえば軽量化に有利な材料で形成することができる。
【００２４】
ところで、コイル４２に通電して励磁するにあたっては、上述のように周方向に並ぶコイル４２を順に励磁していくのであるが、この時、図８(a)に示すように、１つずつ順に励磁する（励磁されているコイル４２は常に１つとする）ほか、図８(b)に示すように、隣合う複数（図示例では２つ）のコイル４２が同時に励磁されるようにしたり、図８(c)に示すように、１つだけ励磁する状態と複数を励磁する状態とを交互に切り換えつつ周方向に順次励磁していくようにしてもよい。ちなみに、図８(a)に示す励磁形態とすれば、コイル４２への通電制御が簡単となり、図８(b)に示す励磁形態とすれば、磁束密度が向上するために駆動力を大きくすることができ、図８(c)に示す励磁形態とすれば、１回転あたりの定常位置が増えるために角度分解能が向上する上に、可動スクロール３に生じる推進力の変動を減少させることができる。
【００２５】
なお、図６及び図７に示したリング状の鉄心４１を用いたものにおいて、隣合う複数のコイル４２を同時に励磁する場合、両コイル４２，４２間に位置するとともに両コイル４２，４２が共有する磁極歯４３が同磁極となるように通電する。また、可動スクロール３（の外周部）を永久磁石で形成する場合、図９に示すように、その突部３５の部分が磁極となるように着磁しておく。
【００２６】
次にコイル４２への通電制御について説明する。図１０はオープンループ制御とした場合の一例を示しており、可動スクロール３の旋回速度（回転数）についての指令をコントローラＣに送れば、コントローラＣは速度指令値から１コイルあたりの励磁時間を計算して励磁時間に相当するパルス（電流指令）を順次シーケンス的に各コイル４２に送る。システム的にもっとも簡単で低コストとなる。
【００２７】
フィードバック制御を行ってもよく、この場合、高速高精度な制御が可能となる。図１１はこの場合の一例を示しており、コントローラＣは受けた指令値から１コイルあたりの励磁量を計算して励磁量に相当するパルス列をコイル４２に送るとともに、可動スクロール３の旋回状態を検出する外部のセンサＳ１からの情報を受けて、指令値との偏差分を補正してパルス列をコイル４２に送る。
【００２８】
図１２はフィードバック制御の他例を示しており、各コイル４２に可動スクロール３が接近したことを検知する位置センサＳ２を設けている。コントローラＣは受けた指令値から１コイルあたりの励磁量を計算して励磁量に相当するパルス列をコイル４２に送るとともに、可動スクロール３が接近したことについての位置センサＳ２からの情報を受けて、励磁すべきコイル４２を切り換える。可動スクロール３の旋回位置を常に検知しながら駆動するために、脱調することがなく、高精度な旋回位置制御が可能である。
【００２９】
上記位置センサＳ２を用いてフィードバックをかける場合、位置センサＳ２の情報に基づいて回転数（旋回速度）を求めて、速度フィードバックをかけるようにしてもよい。つまり、各コイル４２に付設した位置センサＳ２₁，Ｓ２₂，Ｓ２₃…の検知時間差Ｔ（図１３参照）から、可動スクロール３の駆動回転数ＮをＮ＝６０／ＴＸ（Ｘはコイル４２の数）を計算して、指令値通りの回転数（旋回速度）となるようにフィードバック制御するのである。
【００３０】
また、可動スクロール３を定速回転させてポンプとしての性能を安定化させる場合、図１４に示すように、各コイル４２の励磁時間ｔ１を一定とすることで、速度を一定にすることができるが、始動時においては、図１５(a)に示すように、上記時間ｔ１を長くとり、２回転目、３回転目となるにつれて、上記時間ｔ１を漸次短くして、最終的に定速回転のための時間ｔ１になるようにすることで、つまりは回転速度が徐々に高くなるようにすることで、可動スクロール３を確実に追従させることができ、脱調のない駆動を行うことができる。
【００３１】
ところで、前述の軸１１を用いて可動スクロール３の運動の案内を行っているもので且つ可動スクロール３を永久磁石で形成しているものにおいては、コイル４２を励磁させた際の磁気吸引力に加えて、磁気反発力も利用してもよい。図１６はリング状鉄心４１を用いたものにおいて、磁極歯４３に対応する突部３５を交互に異極に着磁した可動スクロール３に対し、隣接する２つのコイル４２に同方向の電流をして、磁気吸引力と磁気反発力とが同時に可動スクロール３に作用するようにしたものを示している。軸１１による拘束があるために、磁気吸引力及び磁気反発力は可動スクロール３に対して図中の矢印方向の推進力を与えることになり、推進性能が向上する。なお、磁気反発力も利用することは放射状に鉄心４１を配したものにおいても可能である。
【００３２】
さらに、鉄心４１を放射状に配置したものにおいては、磁気反発力が可動スクロール３をその径方向において外側へと移動させることになるように、鉄心４２の一端を可動スクロール３の中央部に配したものにおいては、軸１１による拘束がなくとも、磁気反発力のみで永久磁石からなる可動スクロール３を駆動することができる。
【００３３】
コイル４２に供給するパルス（電流）は、図１７(a)に示すような矩形波形のものとすれば、駆動回路を簡単に構成することができるが、コギングのない安定した駆動力を得るには、図１７(b)に示すように、漸増漸減の変動波形となるようにするのが好ましい。特にコイル４２の数が少ない場合は、このような電流波形とするのが好ましい。図１８はコイル４２が４つの場合にコイル４２に流す電流を図１７(b)に示すものにした場合を示しているが、９０°ずつ移送をずらしてコイル４２に通電することで、永久磁石からなる可動スクロール３に対して作用する磁気吸引力と磁気反発力との総和が可動スクロール３の旋回の全位置において等しくしている。
【００３４】
なお、スクロール型ポンプにおいては、可動スクロール３の回転方向を逆転させれば、真空ポンプとして動作することになるが、ここで示したものも、コイル４２の励磁順を順方向（時計回り方向）とするか逆方向（反時計回り方向）とするかにすることによって、圧縮ポンプと真空ポンプの動作を切り換えることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように本発明においては、周方向に複数個のコイルを配置しているとともにコイルによる励磁で可動スクロールに磁気力を作用させて可動スクロールをその径方向外側へと駆動するステータと、複数個のコイルの励磁を切り換えて磁性体または永久磁石で形成された可動スクロールに対する磁気力の作用位置を周方向において漸次変更していく制御手段とからなり、上記ステータが、放射状に配設されるとともに外周側の一端が可動スクロールの外周面の外側に位置している複数の鉄心と、各鉄心に巻回されたコイルとからなることから、ステータが可動スクロールに与える力が可動スクロールを径方向外側へ作用するものであるために、固定スクロールと可動スクロールのラップ間の密閉空間で圧縮される気体の圧力に対抗して密閉空間の密閉度を高くすることができるものであり、そしてこのような方向に力を作用させるものであるにもかかわらず、可動スクロールに対する磁気力の作用位置を周方向において漸次変更することから可動スクロールに旋回運動を行わせることができるものであって、高いポンプ効率を得ることができる。また、可動スクロールをロータとするダイレクト駆動であるために、コンパクトなものを得ることができる。
【００３６】
そして、可動スクロールを永久磁石で形成したものでは、より強い駆動力を得ることができるとともに、密閉空間の密閉度も高めることができるためにポンプ効率も向上する。
【００３７】
上記ステータが放射状に配設されるとともに外周側の一端が可動スクロールの片面の外周端部付近に位置している複数の鉄心と、各鉄心に巻回されたコイルとからなるものでもよく、この場合には、エアギャップが変動しないために出力特性が向上する。また、上記ステータは可動スクロールの外側に固定スクロールの中心と同心に配されたリング状の鉄心と、周方向に間隔をおいて鉄心に巻回された複数のコイルとからなるものでもよく、この場合は、軸方向の厚みが薄いものを得ることができる。また、リング状鉄心はコイル間に内周側へと突出する磁極歯を備えたものとし、可動スクロールはその外周面における上記磁極歯と対向する位置に外周側に突出する突部を備えたものとするのが磁気特性の点で良好な結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の分解斜視図である。
【図２】 (a)は同上の固定スクロールを省いた状態の縦断面図、(b)は部分斜視図である。
【図３】同上の水平断面図である。
【図４】他例の分解斜視図である。
【図５】同上の部分縦断面図である。
【図６】さらに他例の分解斜視図である。
【図７】同上の水平断面図である。
【図８】 (a)(b)(c)は各コイルへの駆動パルスについての説明図である。
【図９】別の例の水平断面図である。
【図１０】駆動回路ブロックの説明図である。
【図１１】他の駆動回路ブロックの説明図である。
【図１２】さらに他の駆動回路ブロックの説明図である。
【図１３】位置センサの出力の説明図である。
【図１４】 (a)(b)は定速駆動についての説明図である。
【図１５】 (a)(b)は始動時の駆動制御についての説明図である。
【図１６】磁気吸引力と磁気反発力とを併用する場合の説明図である。
【図１７】 (a)(b)はコイルに供給する電流波形の説明図である。
【図１８】 (a)はコイルの配置についての説明図、(b)は電流波形と推進力についての説明図である。
【符号の説明】
１ハウジング
２固定スクロール
３可動スクロール
４ステータ
４１鉄心
４２コイル[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is formed by superimposing both scrolls by combining a fixed scroll having a spiral wrap with a movable scroll having a spiral wrap and causing the movable scroll to perform a turning motion without rotation. The present invention relates to a scroll type pump that moves a sealed space from the outside of a spiral part to the center side while gradually reducing the volume.
[0002]
[Prior art]
Among such scroll pumps, Japanese Patent Laid-Open No. 3-991 discloses a movable scroll that performs a turning motion using a plurality of linear motors. In this device, a plurality of permanent magnets are arranged on one surface of the movable scroll, and a plurality of stators are arranged at positions facing the one surface to directly drive the movable scroll. A power transmission mechanism is unnecessary.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the resistance force by the gas compressed in the sealed space surrounded by the wrap of the fixed scroll and the movable scroll not only acts in the turning direction of the movable scroll but also acts in the radial direction of the movable scroll. The resistance force acting on causes a gap at the contact portion between both the movable scroll and the fixed scroll. And since gas leaks from this clearance gap, the efficiency of a pump deteriorates.
[0004]
On the other hand, since the linear motor shown in the above publication only pushes the movable scroll in the circumferential direction and does not generate a force in the radial direction, it cannot counter the resistance force in the radial direction. Of course, by providing a guide mechanism for guiding the turning motion of the movable scroll, it is possible to counter the gas leakage, but the clearance cannot be eliminated due to the clearance in the guide mechanism.
[0005]
The present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is not only to be able to turn the movable scroll but also to counter the resistance force of gas acting in the radial direction. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a scroll type pump that can increase pump efficiency.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Thus, the present invention includes a fixed scroll and a movable scroll each provided with a spiral wrap, and a sealed space between the overlapping wraps of the fixed scroll and the movable scroll by a revolving motion that is a revolution of a predetermined radius of the movable scroll. In the scroll type pump that moves while changing its internal volume, a plurality of coils are arranged in the circumferential direction and a magnetic force is applied to the movable scroll by excitation by the coils so that the movable scroll is moved outward in the radial direction. a stator for driving, and a gradual control means to continue to change in the operative position of the magnetic force circumferential direction relative to the movable scroll formed of magnetic material or a permanent magnet by switching the excitation of the plurality of coils, the stator Is arranged radially and one end on the outer peripheral side is outside the outer peripheral surface of the movable scroll. A plurality of iron cores and coils wound around each iron core, or the stator is arranged radially and one end on the outer peripheral side is located near the outer peripheral end of one side of the movable scroll A plurality of iron cores and coils wound around each iron core, or the stator has a ring-shaped iron core arranged concentrically with the center of the fixed scroll on the outer side of the movable scroll, and in the circumferential direction. It is characterized by comprising a plurality of coils wound around an iron core at intervals .
[0007]
Since the force applied to the movable scroll by the stator acts on the movable scroll radially outward, it is possible to increase the sealing degree of the sealed space against the pressure of the fluid compressed in the sealed space. Although the force is applied in such a direction, the moving position of the magnetic force with respect to the movable scroll is gradually changed in the circumferential direction, so that the movable scroll can be turned. At this time, if the movable scroll is formed of a permanent magnet, a stronger driving force can be obtained.
[0008]
The above-mentioned ring-shaped iron core is provided with magnetic pole teeth protruding between the coils on the inner peripheral side, and the movable scroll is provided with a protrusion protruding outward on the outer peripheral surface at a position facing the magnetic pole teeth. Is preferable in terms of magnetic characteristics . In addition, the stator preferably applies a magnetic attraction force to the movable scroll , but may use a magnetic repulsive force . .
[0009]
The above-mentioned control means sequentially excites a plurality of coils in the order of the circumferential direction. At this time, it is possible to easily perform control by exciting one coil at a time , and magnetic flux by exciting a plurality of adjacent coils simultaneously. The driving force is improved by increasing the density. Furthermore , in the case of alternately performing excitation of one coil and excitation of a plurality of adjacent coils, the steady position per rotation increases, so that the angular resolution is improved and fluctuations in propulsive force can be suppressed .
[0010]
Furthermore, the control means can be driven at a constant speed by exciting each coil for a certain period of time, but it is said that the excitation time of each coil at the start is gradually shortened. It is preferable in terms of prevention.
[0011]
In addition, if the control means supplies a rectangular wave current to the coil , the drive circuit is simple, and if the control means supplies a gradually increasing and decreasing fluctuation waveform current , the control force is suppressed and stable. Propulsion performance can be obtained .
[0012]
If the control means performs current supply for excitation of a plurality of coils by open loop control, the system configuration can be simplified and the cost is reduced, but current supply for excitation of the plurality of coils is achieved. If the control is performed by feedback control that receives feedback from the turning state detecting means of the movable scroll , stable driving can be performed. When performing this feedback control, if the turning state detection means is a position sensor attached to each coil and detects the approach of the movable scroll, the control means switches the coil to be excited based on the output of the position sensor . If the control means performs speed feedback control using a sensor that detects the turning speed of the movable scroll as the turning state detecting means , and can perform driving without step-out , a highly accurate turning speed (the number of revolutions) ) Can be controlled .
[0013]
In the structure provided with the guide means for guiding the orbiting movement of the movable scroll, the stator may apply a magnetic attractive force and a magnetic repulsive force to the movable scroll made of a permanent magnet. The driving force can be increased.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment. As shown in FIGS. 1 to 3, the scroll pump includes a housing 1, a fixed scroll 2 fixed to the housing 1, and a housing 1. The main component is a movable scroll 3 that is movable in a restrained state and a stator 4 that is assembled to the housing 1.
[0015]
Here, the housing 1 rotatably receives a shaft 11 via a bearing 10 at the center thereof. The shaft 11 has a shaft hole 12 at an eccentric position, and the shaft hole 12 is movable. Since the shaft 32 protruding from one surface of the scroll 3 is freely loosely fitted, the movable scroll 3 can freely turn with respect to the housing 1 and the fixed scroll 2 with the eccentric amount of the shaft hole 12 as a radius. It has become.
[0016]
Further, the key 51 provided in the Oldham ring 5 is slidably engaged with the key groove 33 provided on one surface of the movable scroll 3, so that the movable scroll 3 can move with one degree of freedom relative to the Oldham ring 5. Further, the Oldham ring 5 is provided with a key 52 orthogonal to the key 51 on the other surface, and the key 52 is slidably engaged with a key groove 15 provided in the housing 1 so that the Oldham ring 5 is in contact with the housing 1. Can move with one degree of freedom. The movable scroll 3 can be moved with respect to the housing 1 through the Oldham ring 5 with two degrees of freedom. As a result, the movable scroll 3 is movable when the movable scroll 3 turns by receiving the guidance from the shaft 11. The scroll 3 does not rotate.
[0017]
The movable scroll 3 includes a spiral wrap 30 on one surface, and the fixed scroll 2 includes a spiral wrap 20 on the surface facing the wrap 30 of the movable scroll 3 so that the wraps 20 and 30 overlap. When the movable scroll 3 performs the movement restricted by the shaft 11 and the Oldham ring 5, that is, the revolving motion of a constant radius without rotation, in a predetermined rotational direction, the fixed scroll In order to move the space sealed by the wrap 20 of the second wrap 20 and the wrap 30 of the movable scroll 3 from the outer peripheral side to the central side while gradually reducing the volume thereof, the suction port 35 is disposed on the outer peripheral side, and the discharge port 36 is disposed on the central portion. In the scroll type pump provided with the above, the fluid sucked from the suction port 35 is discharged from the discharge port 36.
[0018]
Here, the movable scroll 3 is formed of a ferromagnetic material or a permanent magnet so as to be a rotor corresponding to the stator 4 assembled to the housing 1. The stator 4 shown in FIG. 1 to FIG. 3 has a plurality of electromagnets 40 (eight in the illustrated example) composed of an iron core 41 and a coil 42 wound around the iron core 41. However, this number is not limited. And each electromagnet 40 has one end of the iron core 41 located on the inner peripheral surface of the housing 1 facing the outer peripheral surface of the movable scroll 3 as a rotor, Since the other end of 41 faces the lower surface of the movable scroll 3, if a certain coil 42 is energized and excited, a magnetic force line indicated by M in the figure is generated, and the movable scroll 3 has an iron core provided with the coil 42. 41 will be sucked. At this time, the downward movement of the movable scroll 3 in FIG. 2 is restricted by the housing 1, and the movement in the plane perpendicular to the axial direction of the shaft 11 is also restricted as described above. Now, the movable scroll 3 is located at the position shown in FIG. 3, and one end of the iron core 41 is energized to the coil 42 of the electromagnet 40 ₁ closest to the movable scroll 3, and the magnetic attraction force F is moved to the movable scroll. from a state in which to act on. 3, sequentially performed that excites the electromagnet 40 ₂ located in the clockwise direction, the movable scroll 3 is intended to perform a pivoting movement in the clockwise direction, the above-described by the pivoting movement Operates as a pump.
[0019]
In this case, the movable scroll 3 does not rotate during its turning, so that the part that approaches the iron core 41 of each electromagnet 40 along with the turning is always the same part. Therefore, if the corresponding part of the movable scroll 3 is magnetized to a polarity combined with the magnetic pole at the time of excitation of one end of the iron core 41 of each electromagnet 40, the magnetic attractive force can be increased. The driving force for moving the can be increased.
[0020]
In the illustrated example, the shaft 11 having the shaft hole 12 that receives the movable scroll 3 is provided at the eccentric position as described above, and the turning motion of the movable scroll 3 is guided. Since the magnetic force line M always acts in the radial direction of the movable scroll 3 and the magnetic attractive force acts to pull the movable scroll 3 outward, the planar position by the Oldham ring 5 without the shaft 11. The orbiting scroll 3 can be caused to perform a turning motion only by regulation. Even if there is a turning guide by the shaft 11, a clearance is generated in the contact portion between the wrap 20 of the fixed scroll 2 and the wrap 30 of the movable scroll 3 due to the clearance in the shaft 11 portion. The air confined in the sealed space between 30 tends to escape to the outside through the gap due to the pressure, but as described above, the magnetic attractive force acting in the radial direction of the movable scroll 3 is the wrap of the movable scroll 3. 30 and the wrap 20 of the fixed scroll 2 are reliably brought into contact with each other to prevent air leakage, so that a highly efficient pump can be obtained.
[0021]
4 and 5 show other examples. Here, as the electromagnets 40 arranged radially, both ends of the iron core 41 are close to the lower surface of the movable scroll 3. In addition, the end surface of the outer peripheral side of each iron core 40 is made to come to the position of the circumscribed circle of the movable scroll 3 which carries out a turning motion. Even in this case, if the electromagnet 40 is excited, the movable scroll 3 moves to the most stable position in terms of the magnetic circuit. Therefore, the electromagnets 40 arranged in a radial manner are sequentially excited to turn the movable scroll 3. Can exercise.
[0022]
6 and 7 show another example. Here, as the stator 4, magnetic pole teeth 43 projecting toward the inner peripheral side are provided at predetermined intervals, and are arranged concentrically with the center of the fixed scroll 2 and are located on the outer peripheral side of the movable scroll 3. 41 and a plurality of coils 42 wound around a portion between the magnetic pole teeth 43 of the iron core 41, and the movable scroll 3 is opposed to the magnetic pole teeth 43 on the outer peripheral surface thereof. The part provided with the protrusion 35 is used.
[0023]
In this case, if a certain coil 41 is energized, the two magnetic pole teeth 43 and 43 located at both ends of the coil 41 become the N pole and the S pole, and the magnetic scroll 3 made of a magnetic material is magnetically attracted. Apply force. Therefore, if the coil 42 to be energized is sequentially switched in the clockwise direction, the movable scroll 3 also performs a clockwise turning motion. As shown in FIG. 7, the movable scroll 3 may be formed only of the outer peripheral portion with a magnetic material such as a silicon steel plate or electromagnetic soft iron, or with a permanent magnet. In other words, other parts can be formed of a material advantageous for weight reduction, for example.
[0024]
By the way, when the coils 42 are energized and excited, the coils 42 arranged in the circumferential direction are sequentially excited as described above. At this time, as shown in FIG. In addition to energizing (the number of energized coils 42 is always one), as shown in FIG. 8B, a plurality of adjacent coils (two in the illustrated example) may be simultaneously energized, As shown in FIG. 8 (c), excitation may be sequentially performed in the circumferential direction while alternately switching between a state in which only one is excited and a state in which a plurality are excited. Incidentally, if the excitation mode shown in FIG. 8A is used, the energization control to the coil 42 is simplified, and if the excitation mode shown in FIG. 8B is used, the driving force is increased to improve the magnetic flux density. In the excitation mode shown in FIG. 8 (c), the steady position per rotation increases, so that the angular resolution is improved and the fluctuation of the propulsive force generated in the movable scroll 3 can be reduced. .
[0025]
In the case of using the ring-shaped iron core 41 shown in FIGS. 6 and 7, when exciting a plurality of adjacent coils 42 at the same time, the coils 42 and 42 are shared between the coils 42 and 42. Energization is performed so that the magnetic pole teeth 43 to become the same magnetic pole. Further, when the movable scroll 3 (the outer peripheral portion thereof) is formed of a permanent magnet, as shown in FIG. 9, the projecting portion 35 is magnetized so as to become a magnetic pole.
[0026]
Next, energization control to the coil 42 will be described. FIG. 10 shows an example in the case of the open loop control. When a command about the turning speed (rotation speed) of the movable scroll 3 is sent to the controller C, the controller C calculates the excitation time per coil from the speed command value. Pulses (current commands) corresponding to the excitation times calculated are sequentially sent to the coils 42 in sequence. The simplest and lowest cost system.
[0027]
Feedback control may be performed. In this case, high-speed and high-precision control is possible. FIG. 11 shows an example of this case. The controller C calculates the excitation amount per coil from the received command value, sends a pulse train corresponding to the excitation amount to the coil 42, and changes the turning state of the movable scroll 3. The information from the external sensor S1 to be detected is received, the deviation from the command value is corrected, and the pulse train is sent to the coil.
[0028]
FIG. 12 shows another example of feedback control, and a position sensor S <b> 2 that detects that the movable scroll 3 approaches each coil 42 is provided. The controller C calculates the amount of excitation per coil from the received command value, sends a pulse train corresponding to the amount of excitation to the coil 42, and receives information from the position sensor S2 that the movable scroll 3 has approached, The coil 42 to be excited is switched. Since it is driven while constantly detecting the turning position of the movable scroll 3, the turning position can be controlled with high accuracy without being stepped out.
[0029]
When feedback is performed using the position sensor S2, the rotational speed (turning speed) may be obtained based on information from the position sensor S2, and the speed feedback may be applied. That is, from the detection time difference T (see FIG. 13) of the position sensors S2 ₁ , S2 ₂ , S2 ₃ ... Attached to each coil 42, the driving rotation speed N of the movable scroll 3 is N = 60 / TX (X is the coil 42). Number) is calculated, and feedback control is performed so that the rotation speed (turning speed) is equal to the command value.
[0030]
When the movable scroll 3 is rotated at a constant speed to stabilize the performance as a pump, the speed can be made constant by making the excitation time t1 of each coil 42 constant as shown in FIG. However, at the time of starting, as shown in FIG. 15 (a), the time t1 is lengthened, and the time t1 is gradually shortened as the second and third rotations are performed, and finally the constant speed rotation is performed. By setting the time t1 for the above, that is, by gradually increasing the rotation speed, the movable scroll 3 can be surely followed, and driving without step-out can be performed. .
[0031]
By the way, in the case where the movement of the movable scroll 3 is guided using the shaft 11 and the movable scroll 3 is formed of a permanent magnet, the magnetic attraction force when the coil 42 is excited is used. In addition, magnetic repulsion may be used. FIG. 16 shows an example in which a ring-shaped iron core 41 is used, and currents in the same direction are applied to two adjacent coils 42 with respect to the movable scroll 3 in which the protrusions 35 corresponding to the magnetic pole teeth 43 are alternately magnetized in different polarities. The magnetic attraction force and the magnetic repulsion force are applied to the movable scroll 3 at the same time. Since there is a restriction by the shaft 11, the magnetic attractive force and the magnetic repulsive force give the movable scroll 3 a propulsive force in the direction of the arrow in the figure, and the propulsive performance is improved. The magnetic repulsion can also be used in the case where the iron cores 41 are arranged radially.
[0032]
Further, in the case where the iron cores 41 are arranged radially, one end of the iron core 42 is arranged at the center of the movable scroll 3 so that the magnetic repulsion force moves the movable scroll 3 outward in the radial direction. In the thing, even if there is no restraint by the axis | shaft 11, the movable scroll 3 which consists of a permanent magnet can be driven only with a magnetic repulsive force.
[0033]
If the pulse (current) supplied to the coil 42 has a rectangular waveform as shown in FIG. 17A, the drive circuit can be configured easily, but a stable driving force without cogging can be obtained. As shown in FIG. 17 (b), it is preferable that the waveform gradually increases and decreases. In particular, when the number of coils 42 is small, such a current waveform is preferable. FIG. 18 shows the case where the current flowing through the coil 42 is the same as that shown in FIG. 17B when there are four coils 42. By moving the coil 42 by 90 ° and shifting the current, the permanent magnet The sum of the magnetic attraction force and the magnetic repulsive force acting on the movable scroll 3 is made equal at all the turning positions of the movable scroll 3.
[0034]
Note that the scroll pump operates as a vacuum pump if the rotation direction of the movable scroll 3 is reversed. However, in the case shown here, the excitation order of the coil 42 is the forward direction (clockwise direction). Or the reverse direction (counterclockwise direction), the operation of the compression pump and the vacuum pump can be switched.
[0035]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, a plurality of coils are arranged in the circumferential direction, and a magnetic force is applied to the movable scroll by excitation by the coils to drive the movable scroll to the outside in the radial direction. And a control means for gradually changing the position of the magnetic force applied to the movable scroll formed of a magnetic material or permanent magnet in the circumferential direction by switching the excitation of the individual coils, and the stator is arranged radially. In addition, since the outer peripheral end includes a plurality of iron cores positioned on the outer peripheral surface of the movable scroll and coils wound around the respective iron cores, the force applied to the movable scroll by the stator in the radial direction of the movable scroll Sealed against the pressure of the gas compressed in the sealed space between the wrap of the fixed scroll and the movable scroll because it acts on the outside Although the degree of sealing can be increased, and the force is applied in such a direction, the position of the magnetic force with respect to the movable scroll is gradually changed in the circumferential direction so that it is movable. The scroll can be swung and high pump efficiency can be obtained. Moreover, since it is direct drive which uses a movable scroll as a rotor, a compact thing can be obtained.
[0036]
When the movable scroll is formed of a permanent magnet, a stronger driving force can be obtained, and the sealing efficiency of the sealed space can be increased, so that the pump efficiency is improved.
[0037]
May also consist of one end of the outer peripheral side and a plurality of cores which is located near the outer edge of one side of the movable scroll, a coil wound on each core together with the stator is arranged radially, the In this case, the output characteristics are improved because the air gap does not fluctuate. Further, the stator may also consist outer centered concentric to arranged a ring-shaped iron core of the fixed scroll of the movable scroll, a plurality of coils wound around the iron core at intervals in the circumferential direction, this In the case, a thin axial thickness can be obtained. The ring-shaped iron core is provided with magnetic pole teeth protruding between the coils on the inner peripheral side, and the movable scroll is provided with a protrusion protruding on the outer peripheral side at a position facing the magnetic pole teeth on the outer peripheral surface thereof. Therefore, good results can be obtained in terms of magnetic characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is a longitudinal sectional view in a state where the fixed scroll is omitted, and FIG. 2B is a partial perspective view.
FIG. 3 is a horizontal sectional view of the above.
FIG. 4 is an exploded perspective view of another example.
FIG. 5 is a partial longitudinal sectional view of the above.
FIG. 6 is an exploded perspective view of still another example.
FIG. 7 is a horizontal sectional view of the above.
FIGS. 8A, 8B, and 8C are explanatory diagrams of drive pulses to each coil.
FIG. 9 is a horizontal sectional view of another example.
FIG. 10 is an explanatory diagram of a drive circuit block.
FIG. 11 is an explanatory diagram of another drive circuit block.
FIG. 12 is an explanatory diagram of still another drive circuit block.
FIG. 13 is an explanatory diagram of an output of a position sensor.
FIGS. 14A and 14B are explanatory diagrams of constant speed driving.
FIGS. 15A and 15B are explanatory diagrams of drive control at start-up.
FIG. 16 is an explanatory diagram in the case where a magnetic attractive force and a magnetic repulsive force are used in combination.
FIGS. 17A and 17B are explanatory diagrams of current waveforms supplied to the coils. FIGS.
FIG. 18A is an explanatory diagram regarding the arrangement of coils, and FIG. 18B is an explanatory diagram regarding current waveforms and driving force.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Housing 2 Fixed scroll 3 Movable scroll 4 Stator 41 Iron core 42 Coil

Claims

A fixed scroll and a movable scroll each provided with a spiral wrap are provided, and the inner volume of the sealed space between the overlapping laps of the fixed scroll and the movable scroll is changed by a revolving motion of a predetermined radius of the movable scroll. In the scroll pump that moves while moving, a plurality of coils are arranged in the circumferential direction and a magnetic force is applied to the movable scroll by excitation by the coils to drive the movable scroll outward in the radial direction, and a plurality of coils Control means for gradually changing the position of the magnetic force applied to the movable scroll formed of a magnetic material or permanent magnet in the circumferential direction by switching the excitation of the individual coils, and the stator is arranged radially. A plurality of outer peripheral ends positioned outside the outer peripheral surface of the movable scroll. Scroll type pump and mind, that composed of a coil wound around each core, characterized.

A fixed scroll and a movable scroll each provided with a spiral wrap are provided, and the inner volume of the sealed space between the overlapping laps of the fixed scroll and the movable scroll is changed by a revolving motion of a predetermined radius of the movable scroll. In the scroll pump that moves while moving, a plurality of coils are arranged in the circumferential direction and a magnetic force is applied to the movable scroll by excitation by the coils to drive the movable scroll outward in the radial direction, and a plurality of coils Control means for gradually changing the position of the magnetic force applied to the movable scroll formed of a magnetic material or permanent magnet in the circumferential direction by switching the excitation of the individual coils, and the stator is arranged radially. And one end on the outer peripheral side is located near the outer peripheral end of one side of the movable scroll. Scroll type pump, characterized in that consists of a number of iron core, a coil wound on each core.

A fixed scroll and a movable scroll each provided with a spiral wrap are provided, and the inner volume of the sealed space between the overlapping laps of the fixed scroll and the movable scroll is changed by a revolving motion of a predetermined radius of the movable scroll. In the scroll pump that moves while moving, a plurality of coils are arranged in the circumferential direction and a magnetic force is applied to the movable scroll by excitation by the coils to drive the movable scroll outward in the radial direction, and a plurality of coils and a control means to continue to progressively change at the operative position the circumferential direction of the magnetic force on the pieces of the movable scroll formed of magnetic material or a permanent magnet by switching the excitation of the coil, the stator is outside the movable scroll Ring-shaped iron cores concentrically with the center of the fixed scroll, and circumferentially spaced Scroll type pump, characterized in that comprising a plurality of coils wound in Oite core.

The ring-shaped iron core is provided with magnetic pole teeth protruding to the inner peripheral side between the coils, and the movable scroll is provided with a protrusion protruding to the outer peripheral side at a position facing the magnetic pole teeth on the outer peripheral surface thereof. The scroll pump according to claim 3 .