CN101087957B - 磁脉冲泵/压缩机系统 - Google Patents

Abstract

一种磁性泵系统，包括环形电磁体，当向该磁体施加高压和强电流脉冲时，该磁体使得可磁致弯曲弹性元件被压弯到具有弧形外表面的心轴上。弧形外表面和弹性元件内侧之间的容积减小，从而造成其内的流体压缩并通过单向通道系统的排出口排出。当该磁场衰减时，该弹性元件恢复原形，从而通过进入口将流体吸到该单向通路系统中。

Description

磁脉冲泵/压缩机系统

技术领域

本发明涉及一种软管泵，特别是涉及一种具有可磁致弯曲弹性元件的泵，该可磁致弯曲弹性元件在心轴上弯曲。 

背景技术

在许多应用领域中，尤其在液体流速相对较低且所需液体升压相对较高的场合中，非常希望使用往复式泵。对于需要较小升压和较大流速的应用来说，单级离心泵受到欢迎，这是由于它们简单、成本低并且维护要求低。 

另一种泵类型是软管泵。这种泵常用于敏感介质的输送和增压，或用在实现“清洁”真空相对重要的真空领域中。具有柔性元件的普通型式泵是风箱和隔膜泵。该隔膜通常是一种弹性体，该弹性体形成了待泵送容积的一部分。通过使得该柔性元件在泵的顶部空间往复运动(进口单向阀和出口单向阀通常位于该顶部空间内)，该被泵送介质进入，然后被推出该泵顶部。用于致动该柔性元件的机构可以是连接至马达的连杆或是用阀门调节的压缩空气。 

其它的致动器包括磁响应弹性管，该弹性管伸展到一轴上并从而密封到该轴上，进入口和排出口位于或邻近管端部。在进入口处，磁场在该封闭本体内部产生。该磁场与该管是基本同心的，该管通过朝着该磁场沿周向扩张而进行响应。这样在管与轴之间产生一容积，该管的位于磁场影响之外的长度部分仍然密封在该轴上。磁场随后沿泵轴线的移动传递到该容积以及封闭在从进入口到排出口之内的任何介质上，于是磁场的减小引起了该容积的排放。这个循环过程导致了泵浦作用。 

不利的是，已知软管泵太过于复杂、制造成本高，并且提供了最小泵送压力。 

因此，本发明希望提供一种便宜的、提供加大压力的软管泵。 

发明内容

根据本发明的磁脉冲系统包括环形电磁体，其中当向该磁体施加高压和强电流脉冲时，该磁体使得可磁致弯曲弹性元件被压弯到具有弧形外表面的心轴上。弧形外表面和弹性元件内侧之间的容积减小，从而造成其内的流体通过单向通道系统压缩并排出。 

当该磁体被激励时，产生强磁场。如果该弹性元件是导电的，那么在该弹性元件上产生涡电流。这会产生与环形磁体磁场相反的磁场。这两个场相互排斥，并且由于弹性元件是弹性的，因此它朝着该心轴移动。如果该弹性元件是磁性的，则该磁体的磁场与该环形磁体的磁场相互排斥，并且发生相同的作用。 

因此本发明提供了一种便宜的、提供加大压力的软管泵。 

附图说明

通过下面对本发明的优选实施例的详细说明，本领域技术人员将会清楚本发明的各种特征和优点。下面参考详细的说明来简要描述附图： 

图1是本发明泵系统的侧视图； 

图2是具有处于未压缩状态的弹性元件的泵系统的剖面侧视图； 

图3是泵系统的俯视图； 

图4是用于本发明泵系统的集管的放大剖面侧视图； 

图5是用于本发明的磁场的示意图，其中磁通量用标号101表示； 

图6a是单个比特盘的示意俯视图，其中多个比特盘形成用于本发明的磁体，其中，绝缘体用标号102表示，导体用标号103表示，电流方向用标号104； 

图6b是示出了接触的磁性比特盘的示意俯视图，这允许多个层叠的比特盘形成一种螺旋形磁线圈； 

图6c是示出了接触区域的比特盘的示意俯视图，这允许多个层叠的比特盘形成一种螺旋形磁线圈，其中，标号105表示通向另一侧的镀通孔，标号106表示玻璃纤维电路板，标号107表示铜箔； 

图6d是示出了接触区域的比特盘的示意俯视图，这允许多个层叠的比特盘形成一种螺旋形磁线圈； 

图7是在一对散热片之间的比特盘层叠件的侧视图； 

图8是用于本发明泵系统的控制电路的示意图；以及 

图9是具有处于压缩状态的弹性元件的泵系统的剖面侧视图。 

具体实施方式

图1示出了泵组件10的总体透视图。泵组件10通常包括心轴12、绕所述心轴12安装的可磁致弯曲的弹性元件14、以及围绕所述可弯曲弹性元件14的环形磁体16。应该理解，尽管泵组件10描述为用于气体的压缩机，但本发明同样适用于诸如流体泵的其它用途。 

该心轴12确定了纵向轴线A。该心轴12是一种基本上为管状的元件，该管状元件具有绕轴线A确定的弧形外表面17，以形成一种基本上为沙漏的形状。更加优选的是，该外表面17是抛物线形。带有进入口20和排出口22的通路系统18(图2)被限定在对置的集管24和26之间，该集管24和26安装在该心轴12的各纵向端部附近。集管24和26可以与心轴12成为一体，或者可以是独立部件，用紧固件F(如图3)或类似物将该独立部件安装至该心轴12。 

参考图2，通路系统18与泵浦容积V连通，该泵浦容积被限定在该弧形外表面17与该可弯曲弹性元件14之间。通路系统18包括多个纵向通路18a、18b(示出了两个)，它们围绕该轴线A沿径向布置。应当理解，虽然在图2的横截面图中仅示出了通路18a、18b，但是本发明中可以有多个通路围绕该轴线A沿径向布置。单个中央通路18c位于轴线A上，该中央通路上具有通路分支18d，其延伸离开轴线A并与弧形外表面17连通，增设该单个中央通路18c是为了进一步增加流体流量。应当明白在本发明中可以使用各种通路路径。 

通路系统18的各通路18a-18c包括单向止回阀28，使得流体只从进入口20流至排出口22。各通路基本上被分段为输入部分和输出部分，该输入部分向容积V进行注入，而输出部分是由容积V进行注入。该输入部分和输出部分不必是沿直线对准的。各止回阀28优选是装入该通路18a-18c的内径中，然而，也可以使用其它的安装方式。 

该可磁致弯曲弹性元件14优选是包含有导体或磁性材料的管状橡胶材料。或者，环绕该管安装柔性导电条(诸如镀铜弹簧钢条或丝)。 

该可弯曲弹性元件14通过环形夹圈30在邻近各集管24和26处安装到心轴12上。该夹圈30包括楔形32，该楔形32对应于沿其边缘36的心轴楔形部分34。夹圈30通过紧固件F(也在图4中示出)如螺栓安装到心轴12上。当将紧固件F拧入夹圈30中时，该夹圈30将该可弯曲弹性元件14夹紧到该心轴楔形部分34上。 

该环形磁体16优选是一种产生抛物线形磁场(图5)的环形磁体，该磁场的形状与心轴12的弧形外表面17相对应。该磁体可以制成为环绕卷轴的绕丝，然而，优选是由通常称为比特盘(bitter disc)38的盘所制成的磁体。 

参考图5和图6a-6d，该比特盘由铜或铝压制而成，该铜或铝的厚度取决于所需的载流能力和刚性。绝缘体由绝缘薄片压制而成，典型是由玻璃纤维压制而成。若干个这些盘部分和绝缘体部分交替插入，通过与相邻盘的接触而形成一种螺旋状物或线圈。各比特盘38一侧上的接触区域C提供了与邻近比特盘38另一侧上的接触区域C2之间的接触，而绝缘体阻止了各盘38除接合部I处之外的接触。 

各比特盘38相对于相邻盘转动，使得比特盘38一侧上的接触区域C与相邻比特盘38另一侧上的接触区域C2接触。也就是说，单个比特盘上的接触区域C1和C2在径向上偏移，并处于各比特盘38的相对两侧。通过在径向上偏移一层叠件(如图7)中的各相邻比特盘38，就形成一种由比特盘构成的连续螺旋线圈。在将比特盘层叠后，用多个拉紧螺栓4 0或类似物(如图7)将它们夹紧到一起。 

参考图8，示意性地示出了用于驱动环形磁体16的电源和控制电路44。交流电源通过变压器逐步上升到高压。交流开关将输入电力连接至桥式整流器。该直流开关将电容器连接至环形磁体16。这些开关可以是可控硅、绝缘栅双极型晶体管和/或其它半导体器件。该控制逻辑控制对电容器的充电以及电容器到环形磁体16上的放电。 

该控制电路44优选是单相电源，然而，通过用多相变压器和电桥来替换该变压器和电桥，也可以使用多相电源。取决于输入电压和所需直流电压，也可以不需要该变压器。例如，如果输入电力是480伏的交流电，则该直流电压是大约700伏。如果这些开关设计成可处理这些电压，则将不需要变压器。 

该操作的控制顺序大致如下：1)起初断开交流开关和直流开关；2)闭合交流开关，对电容器充电时间T1；3)断开交流开关；4)闭合直流开关，电容器放电到环形磁体上；以及5)时间T2后断开直流开关。 

每次执行该顺序时，环形磁体16激励并压弯该可弯曲弹性元件14(图9)。时间T1决定了电容器的电量。通过改变这个时间来控制泵10形成的压力。T2决定了循环频率。T2这个时间优选是允许该可弯曲弹 性元件14恢复原形。通过使用第一级泵或压缩机来对进入口20进行增压，可以实现高频操作。这允许该可弯曲弹性元件在被压弯之后更快地恢复原形。可选择地或者另外地，该磁体可以逆向将该可弯曲弹性元件基本拉回到未被压弯的形状(图2)。第一级泵或压缩机可以具有比泵组件10低很多的压力。 

为了描述简单起见而示出了一个磁体，然而，优选使用多个磁体来产生更大的流速。这些磁体从进入口到排出口依次被激励。该优点在于，当一个磁体激励时，其它的磁体的激励电路可正在充电。特别是，该可弯曲弹性元件可以延长超过该进入口和排出口，这样，如果该可弯曲弹性元件从该入口延伸到该源头并且从该排出口延伸到终点，则可以实现一种完全无铅化系统。 

应该理解，相对位置术语，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“之上”、“之下”等，是参考了车辆的正常工作姿态，而不应视为对本发明的限制。 

尽管示出、描述并要求了特定的步骤顺序，但是应该理解，除非特别说明，这些步骤可以按任何顺序、分离的或组合方式进行，并且仍然受益于本发明。 

前面的说明是示意性的，而不是限制性的。根据上述教导，本发明的许多修改和变化都是可能。已经公开了本发明的优选实施例，然而，一个本领域的技术人员应当知道，在本发明的范围内可以提出一定的修改。因此，应当明白，在所附权利要求的范围内，本发明可以以其它方式实施，而非如具体描述的那样。据此应该研究如下的权利要求，以确定本发明的真正涵盖范围和内容。 

Claims (22)

1.一种泵系统，包括：

心轴，该心轴具有部分弧形外表面，且所述心轴形成为沙漏的形状；以及

可磁致弯曲的弹性元件，该弹性元件围绕所述部分弧形外表面安装，

其中，位于所述部分弧形外表面与所述可磁致弯曲弹性元件之间的泵浦容积沿所述心轴的纵向轴线的位置保持不变。

2.根据权利要求1所述的泵系统，其中，所述部分弧形外表面是抛物线形的。

3.根据权利要求1所述的泵系统，其中，所述可磁致弯曲弹性元件包括管状元件。

4.根据权利要求1所述的泵系统，还包括夹圈，用于将所述可磁致弯曲弹性元件夹到所述心轴上。

5.根据权利要求1所述的泵系统，还包括环形磁体，该环形磁体围绕所述可磁致弯曲弹性元件安装。

6.根据权利要求5所述的泵系统，其中，所述环形磁体包括多个比特盘。

7.根据权利要求1所述的泵系统，还包括在所述心轴内形成的通路系统。

8.根据权利要求7所述的泵系统，还包括单向止回阀，该单向止回阀位于所述通路系统的各通路内。

9.一种泵系统，包括：

心轴，该心轴具有部分弧形外表面；

可磁致弯曲的弹性元件，该弹性元件围绕所述部分弧形外表面安装；以及

在所述心轴内形成的通路系统，所述通路系统与一泵浦容积连通，所述泵浦容积位于所述部分弧形外表面与所述可磁致弯曲弹性元件之间，

其中，位于所述部分弧形外表面与所述可磁致弯曲弹性元件之间的泵浦容积沿所述心轴的纵向轴线的位置保持不变。

10.根据权利要求9所述的泵系统，还包括与所述通路系统连通的 进入集管和排出集管，所述进入集管和排出集管邻近于所述心轴的各端部而形成。

11.一种泵系统，包括：

管状的可磁致弯曲弹性元件；

具有部分弧形外表面的心轴，该心轴至少部分地安装在所述管状可磁致弯曲弹性元件内，以在它们之间形成泵浦容积，所述心轴限定了通路系统，所述通路系统从进入口通向所述泵浦容积，并且从所述泵浦容积通向排出口，位于所述部分弧形外表面与所述可磁致弯曲弹性元件之间的所述泵浦容积沿所述心轴的纵向轴线的位置保持不变；以及

环形磁体，该环形磁体围绕所述可磁致弯曲弹性元件安装，以选择性地朝着所述部分弧形外表面压弯所述管状可磁致弯曲弹性元件。

12.根据权利要求11所述的泵系统，其中，所述部分弧形外表面是抛物线型的，并且围绕一纵向轴线而被限定。

13.根据权利要求11所述的泵系统，其中，所述环形磁体包括多个比特盘。

14.根据权利要求11所述的泵系统，其中，所述通路系统包括在各通路内的单向止回阀。

15.根据权利要求11所述的泵系统，还包括与所述通路系统连通的进入集管和排出集管，所述进入集管和排出集管邻近于所述心轴的各纵向端部而形成。

16.根据权利要求15所述的泵系统，其中，所述通路系统包括在所述进入集管和所述排出集管之间的多个纵向通路。

17.根据权利要求15所述的泵系统，其中，所述通路系统包括沿着由所述心轴限定的纵向轴线的通路，所述通路包括通路分支，该通路分支偏离所述轴线，以便与所述泵浦容积连通。

18.根据权利要求11所述的泵系统，其中，所述心轴形成为沙漏的形状。

19.一种操作磁性泵系统的方法，包括步骤：

(1)激励环形磁体；以及

(2)朝着心轴的部分弧形外表面磁性压弯一管状可磁致弯曲弹性元件，以将流体从泵浦容积传送通过排出口，位于所述部分弧形外表 面与所述可磁致弯曲弹性元件之间的所述泵浦容积沿所述心轴的纵向轴线的位置保持不变。

20.根据权利要求19所述的方法，还包括步骤：

从该泵浦容积通过一单向通路系统传送该流体，该单向通路系统与该泵浦容积连通。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述心轴形成为沙漏的形状。

22.根据权利要求19所述的方法，其中，所述泵浦容积沿所述心轴的纵向轴线的位置保持不变。 

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