CN102122876B - 往复式导电液体永磁无接触驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种往复式导电液体永磁无接触驱动装置，由缸体、吸入阀门、连接管、永磁磁体和永磁磁体的往复运动驱动装置组成。所述的缸体为空心的柱体，缸体的外壁由不导磁不导电或不导磁低导电率的、薄的金属或非金属材料制成。缸体的两个端部由具有一定厚度的金属或非金属材料制成。缸体的左端部通过吸入阀门与液体管道的连接管相连接，缸体的右端部与液体管道的连接管相连接。缸体内部充有导电液体。永磁磁体位于缸体外部的一端，永磁磁体在永磁磁体的往复运动驱动装置的驱动下沿着缸体的轴线方向做往复直线运动。

Description

往复式导电液体永磁无接触驱动装置

技术领域

本发明涉及一种无接触驱动装置，特别涉及导电液体无接触驱动的装置。

背景技术

液体泵是一种把原动机的能量转化为液体能量的机器，它主要有旋转式和往复式两大类型。旋转式的液体泵有离心泵、轴流泵及混流泵三种形式，它的原动机通过泵轴带动叶轮旋转，对液体做功，使其能量增加，从而输送液体。往复式液体泵由泵体和原动机两大部分组成，其中泵体又可以分成两大部分：液力端和传动端。液力端主要包括排出阀、吸入阀(或吸液窗口)、泵缸和缸套、活塞(或柱塞)、密封器、各种连接管及补偿管。它的作用就是在泵体内压缩液体，使机械能转化为液体的压力能，使排出的液体的压力升高。传动端的作用，就是将原动机的动力通过减速机构输入，并通过连杆机构将旋转运动转换为往复运动。

往复式液体泵工作原理是：当泵体内的活塞从左端向右移动时，泵缸内部的容积就增大，压力随着降低，进入管路的液体压力大于泵缸中的压力时，液体在压差作用下，打开吸入阀而进入泵缸内。在传动箱的曲柄转过180度后，活塞开始从右向左移动。由于液体基本是不可压缩的，液体立即被活塞压缩而压力迅速升高，直到泵缸中的液体压力大到足够打开排出阀时，低温液体经过排出阀向排液管道输出。当活塞被曲柄拉动又从左向右移动时，重复以上过程。往复式泵前半个周期是吸入液体，后半个周期是排出液体。排液是间断式的，不是连续性的。

无论是旋转式和往复式液体泵，它们的共同特点是存在一个运动部件与液体相接触。当原动机驱动运动部件运动时，该部件使液体的压力改变，从而产生液体的运动。由于该运动部件作用于液体时，会对液体产生影响，例如：血泵的叶轮会造成溶血，而且液体也会通过气蚀和腐蚀来破坏运动部件。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术液体泵中的运动部件必须与液体直接接触，产生不良相互作用的缺点，提出一种往复式导电液体永磁无接触驱动装置。

本发明通过往复运动的永磁体所产生的与导电液体具有相对运动的永磁磁场在导电液体中感应电流和电磁力来实现导电液体的无接触驱动。

本发明的液体驱动装置由缸体、阀门、连接管、永磁磁体和永磁磁体的往复运动驱动装置组成。所述的缸体为空心的柱体，它由不导磁、不导电或低导电率的材料制成，缸体的外壁应该尽可能的薄，以便对永磁磁体所产生的磁场的磁阻尽可能小。缸体的两个端部可以用较厚的材料制成，以便使缸体有足够的刚度和强度。缸体的两个端部通过阀门与液体管道的连接管相连接。永磁磁体由高剩磁永磁材料制成，磁体的磁极为两极或多极。永磁磁体位于缸体外壁的外部，它在往复运动驱动装置的驱动下沿着缸体的轴线方向做往复直线运动。对具有两极(N极和S极)或多极的永磁磁体进行结构和尺寸设计以及确定充磁方向的原则是：当永磁磁体安装在缸体外的相应位置时，它在缸体内部所产生磁场尽可能地均匀，并且其磁感应强度尽可能地大。永磁磁体的往复运动驱动装置由一台直线电动机或者一台旋转电动机和一个将旋转运动转换为往复直线运动的连杆机构或其它旋转-直线运动转换器构成。永磁磁体的往复运动驱动装置直接与永磁磁体相连接。

本发明的液体驱动装置的工作原理以及各部件的功能是：

永磁磁体安装在缸体外壁的外部、充磁后的永磁磁体磁势在缸体内部的导电液体区域产生一个三维静磁场，当具有电动机的永磁磁体往复运动驱动装置带动永磁磁体沿着缸体的轴线方向做直线运动时，它所产生的磁场也随着永磁磁体开始做直线运动，这一磁场将与位于缸体内部静止的导电液体存在相对运动。按照电磁感应定律，位于这一三维运动磁场前端的导电液体中将产生阻碍磁场增加的感应电流，而位于这一三维运动磁场后端的导电液体中将产生阻碍磁场减少的感应电流，这些感应电流在磁场的作用下将产生驱动导电液体沿该三维磁场运动方向运动的电磁力。在这一磁场的作用下导电液体将在缸体内沿其轴线方向运动，通过上述过程，永磁磁体所产生的磁场将电动机输出的机械能无接触地传递到缸体内的导电液体中，达到了对导电液体进行无接触驱动的目的。

假设往复式导电液体永磁无接触驱动装置开始工作的时间点为导电液体驱动的初始状态，这时缸体内部充满导电液体，永磁磁体位于缸体外部的一端，例如：左端。当永磁磁体在往复运动驱动装置的电动机驱动下开始沿缸体的轴线方向由左向右做直线运动时，它在缸体内所产生的磁场也随着永磁磁体开始沿缸体的轴线方向由左向右做直线运动，这一运动的磁场将在位于缸体内部静止的导电液体中感应电流，这些感应电流在该磁场的作用下将产生驱动导电液体沿该磁场运动方向运动的电磁力，从而驱动导电液体从左向右移动。这时缸体内部左端导电液体的压力随着降低，当左端进入管路中的液体压力大于缸体左端中液体的压力时，导电液体在压差作用下，打开缸体左端的吸入阀而进入缸体内。当永磁磁体到达缸体外部的右端时，这一液体输送过程完成，然后永磁磁体在其驱动装置的电动机驱动下开始沿缸体的轴线方向由右向左做直线运动，此时缸体左端的吸入阀在导电液体的压力作用下关闭。尽管这时永磁磁场也在缸体内的导电液体中感应电流，这些感应电流在该磁场的作用下也将产生驱动导电液体沿该磁场运动方向运动的电磁力，但是由于缸体左端的吸入阀门已经关闭，液体无法流动，只能保持静止。当永磁磁体回到缸体外部的左端时，往复式导电液体永磁无接触驱动装置完成一个工作周期，随着它的不断工作，实现其输送导电液体的功能。

由于当永磁磁体在其驱动装置的电动机驱动下由右向左做直线运动时会在缸体内的导电液体中感应电流，而这一感应电流的存在对导电液体的驱动没有意义，并且它会在导电液体中产生能量损耗，降低永磁无接触驱动装置的效率，所以我们可以在永磁磁体的由右向左运动过程中将它“移开”，也就是使它所产生的强磁场在这个过程中不处于缸体内的导电液体区域内。为了实现这一想法，在驱动永磁磁体由右向左运动之前，先将它沿着与将要运动的方向相垂直的某个方向移动一段距离，使它所产生的强磁场脱离缸体内的导电液体区域，然后再由右向左运动，最后通过永磁磁体沿先前某个方向所相反的方向移动一段距离，来使它回到缸体外部的左端。

本发明的永磁无接触驱动装置除了用于导电液体的输送之外，还可用于磁性液体的输送。

附图说明

图1往复式导电液体永磁无接触驱动装置示意图；

图2矩形缸体和永磁磁体的中心横截面图；

图3圆形缸体和永磁磁体的中心横截面图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。

本发明实施例的导电液体的永磁无接触驱动装置由缸体、吸入阀门、连接管、永磁磁体和永磁磁体的往复运动驱动装置组成，它们的结构和相对位置如图1所示。

如图1所示，永磁无接触驱动装置的缸体为空心的方形、矩形、多边形、圆形或椭圆形柱体，它的外壁由不导磁不导电或不导磁低导电率的、薄的金属或非金属材料制成。缸体的两个端部由具有一定厚度的金属或非金属材料制成，以保证缸体有足够的刚度和强度。缸体的左端部通过吸入阀门与液体管道的连接管相连接，缸体的右端部直接与液体管道的连接管相连接。在永磁无接触驱动装置工作时，导电液体可从缸体左端的液体管道经过吸入阀门和缸体的内腔流入到缸体右端的液体管道中去。永磁磁体由钕铁硼永磁材料制成，磁体的磁极为两极(N极和S极)。永磁磁体充磁后安装在缸体外的相应位置，永磁磁体在缸体内部产生一个均匀磁场。永磁磁体的往复运动驱动装置由一台直线电动机或者一台旋转电动机和一个将旋转运动转换为往复直线运动的连杆机构或其它旋转-直线运动转换器(例如涡轮-蜗杆装置)构成，在永磁无接触驱动装置工作时，它驱动永磁磁体沿着缸体的轴线方向按照一定的规律做往复直线运动。

本发明的一个实施例：图1中的缸体和永磁磁体的中心横截面如图2所示，缸体为空心的矩形柱体，永磁磁体为上、下两块长方体，布置在缸体外壁的两侧。充磁后的N和S极如图中所示。在这种情况下上、下两块磁体在缸体内产生一个均匀的平行磁场。

本发明的另一个实施例：图1中的缸体和永磁磁体的中心横截面如图3所示，缸体为空心的圆形柱体，永磁磁体为一个HALBACH环形体，按照HALBACH定律进行充磁，充磁后磁场的方向如图中的N和S所示。在这种情况下HALBACH环形磁体在缸体内产生一个均匀的平行磁场。

Claims (5)

1.一种往复式导电液体永磁无接触驱动装置，其特征在于：所述的驱动装置由缸体、吸入阀门、连接管、永磁磁体和永磁磁体的往复运动驱动装置组成；所述的缸体为空心的矩形柱体，缸体的外壁由不导磁不导电或不导磁低导电率的金属或非金属材料制成；缸体的两个端部由金属或非金属材料制成；缸体的左端部通过吸入阀门与液体管道的连接管相连接，缸体的右端部与液体管道的连接管相连接；缸体内部充有导电液体；永磁磁体位于缸体外部的一端，永磁磁体在永磁磁体的往复运动驱动装置的驱动下沿着缸体的轴线方向做往复直线运动；永磁磁体为上、下两块长方体，布置在所述的缸体外部的两侧，其主磁通路径为：某一永磁体→缸体→另一永磁体，在主磁通回路中，两个永磁体的磁势相串联，两个永磁磁体间仅包含缸体的磁阻，上、下两块磁体在缸体内产生一个均匀的平行磁场；所述的驱动装置通过往复运动的永磁体所产生的与导电液体具有相对运动的永磁磁场在导电液体中感应电流和电磁力来实现导电液体的无接触驱动；所述的驱动装置驱动的液体随着永磁磁体在往复运动驱动装置的驱动下脉动流动，所述液体脉动流动的周期通过改变往复运动驱动装置的运动周期来调节。

2.根据权利要求1所述的往复式导电液体永磁无接触驱动装置，其特征在于：所述的永磁磁体由钕铁硼永磁材料制成，永磁磁体的磁极为两极。

3.根据权利要求1所述的往复式导电液体永磁无接触驱动装置，其特征在于：所述的驱动装置工作时，导电液体从缸体左端的液体管道经过吸入阀门和缸体的内腔流入到缸体右端的液体管道中。

4.根据权利要求1所述的往复式导电液体永磁无接触驱动装置，其特征在于：所述的永磁磁体在永磁磁体的往复运动驱动装置的驱动下做迂回式的往复直线运动，即所述的永磁磁体沿着缸体的轴线方向做直线运动，从缸体的左端到右端后，永磁磁体再在与缸体垂直的方向做直线移动，使永磁磁体的工作磁场离开缸体中的导电流体后，永磁磁体再沿着缸体轴线平行的方向往回--即向缸体左端--做直线运动，永磁磁体直线运动的距离与永磁磁体从左端到右端的直线运动的距离相同，永磁磁体再沿着与缸体垂直的方向移回至缸体左端的起点。

5.根据权利要求1所述的往复式导电液体永磁无接触驱动装置，其特征在于：所述的矩形柱体缸体用为空心的圆形柱体缸体替换，所述的上、下两块长方体的永磁磁体用一个HALBACH环形永磁磁体替换，其主磁通路径为：HALBACH环形永磁体和缸体；在主磁通回路中，N块永磁体的磁势矢量叠加，两个永磁磁极间仅包含缸体的磁阻。

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