CN102969865A - 直线式导电液体无接触电磁驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种直线式导电液体无接触电磁驱动装置，其缸体的一个端部通过吸入阀门或者直接与液体管道的连接管相连接，缸体的另一个端部通过排出阀门或者直接与液体管道的连接管相连接；多相电磁驱动线圈按照一定的相序A、B、C、D…从吸入阀门端向排出阀门端周期地排列于缸体外部；多相交流电源具有与多相电磁驱动线圈相同的相数，按照先A相、后B相、再C相…的顺序给多相电磁驱动线圈的相绕组周期性供电；多相交流电源向环形状多相电磁驱动线圈供电，环形状多相电磁驱动线圈在缸体内产生一个从吸入阀门端向排出阀门端直线运动的三维分布磁场，该磁场与导电液体的相对运动，在导电液体中产生感应电流和电磁力实现导电液体沿某个特定方向的无接触驱动。

Description

直线式导电液体无接触电磁驱动装置

技术领域

本发明涉及一种导电液体的无接触驱动装置，特别涉及导电液体的直线式无接触电磁驱动装置。

背景技术

液体泵在国民经济中占据十分重要的地位，凡是有液体输送的地方都要用到液体泵，从上天的飞机、火箭、到入地的钻井、采矿，从陆地的火车、坦克、到海上的舰船、潜艇，不论是工业还是农业，不论是尖端科技还是人们的日常生活等等，到处都需要液体泵。尽管常规结构的液体泵得到了广泛地应用，但是它们仍然存在着两个难以解决的关键问题：一是液体泵内的输送液体密封的问题；二是输送液体会通过气蚀和腐蚀来破坏叶轮的问题，特别是对于高速或高压液体泵来讲这些问题更加突出。

为了解决液体泵的液体泄漏问题，目前人们推荐使用一种磁力传动泵，它被简称为磁力泵。磁力泵是应用现代磁力学的理论，利用永磁体的磁力实现扭矩无直接接触传递的新型液体泵。由于所输送的介质被密封在静止的隔离套内，从而达到了泵输送介质无泄漏的目的，解决了液体泵的液体泄漏问题。目前磁力泵已经广泛应用于化工、肥料、制药、石油、电镀、食品、电影、照相洗印等行业,承担液态酸、碱液、油类、稀有贵重液、毒液、挥发液体的输送，特别适用于易燃、易爆、易腐蚀性液体的输送。

磁力泵主要由泵头、磁力驱动装置和其它零部件共三部分组成。泵头部分主要由叶轮、泵体(压水塞)、轴承、轴套、泵盖、泵轴等零件组成；磁力驱动装置部分主要由内磁转子、外磁转子、隔离套等部件组成；其它零部件主要包括托架、底座、电机、中阀轴承体和联轴器等。当电动机带动外磁转子旋转时，由于内磁转子和外磁转子上的永磁体的相互吸斥作用，外磁转子上的永磁体的磁场能穿越空气间隙和非磁性物质(隔离套)，带动与叶轮相连的内磁转子作同步旋转，从而叶轮也就和内磁转子一起旋转将机械能直接传递给输送的液体，达到输送液体的目的。通过这一传动方式，实现了动力的无接触传递，并将泵轴的动密封转化为静密封。

与使用机械密封或填料密封的液体泵相比较，磁力泵具有以下优点:

1.泵轴由动密封变成封闭式静密封，彻底避免了介质泄漏;

2.无需独立润滑和冷却水，降低了能耗;

3.由联轴器传动变成同步拖动，不存在接触和摩擦。功耗小、效率高，且具有阻尼减振作用，减少电动机振动对泵的影响和泵发生气蚀振动时对电动机的影响;

4.过载时，内、外磁转子相对滑脱，对电动饥、泵有保护作用。

尽管磁力泵具有很多优点，但是它仍存在一个与液体相接触的运动部件-叶轮。当电动机通过磁力驱动装置驱动叶轮运动时，叶轮使液体的压力改变，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叶轮。

此外，磁力泵是由外磁转子通过磁场的作用带动内磁转子和叶轮的，在外磁转子带动内磁转子转动过程中，内磁转子和叶轮所受的磁力矩不是恒定不变的，而是在一个固定力矩上下波动的。假设磁力泵的叶轮承载一个恒定负载，则波动的磁力矩就会造成内磁转子和叶轮转速的波动。在泵发生气蚀振动时，内磁转子和叶轮的转速波动还有可能会更大。一旦内磁转子和叶轮的转速波动达到某一数值，将会导致内磁转子和叶轮与外磁转子失步，这时外磁转子和内磁转子将不能有效地传递转矩，磁力泵将不能工作。

发明内容

本发明的目的是解决当输送液体为导电液体时，现有液体泵所输送液体的密封问题；液体泵和磁力泵的叶轮与液体直接接触产生不良相互作用的问题；以及磁力泵在工作过程中内磁转子和叶轮与外磁转子失步的问题，提出一种直线式导电液体无接触电磁驱动装置。

本发明通过布置在柱型缸体外的多相电磁线圈在该缸体内产生的直线运动磁场与导电液体的相对运动，在导电液体中产生感应电流和电磁力来实现导电液体沿某个特定方向的无接触驱动。

本发明的直线式导电液体无接触电磁驱动装置由缸体、吸入阀门和排出阀门、液体管道连接管、多相电磁驱动线圈、多相交流电源、多相开关和多相保护装置等组成。

所述的缸体为空心的圆形、多边形或椭圆形的柱体，它由不导磁、不导电或低导电率的金属或非金属材料制成。缸体的外壁尽可能薄，以便使它对电磁驱动线圈所产生的磁场的阻碍尽可能小。由于缸体的两个端部需要连接管道和单向阀门，因此用较厚的不导磁的材料制成，以保证缸体有足够的刚度和强度。所述的缸体两个端部的外壁较厚，中间部分的外壁较薄。缸体内腔充有导电液体。缸体的一个端部通过吸入阀门或者直接与液体管道的连接管相连接，缸体的另一个端部通过排出阀门或者直接与液体管道的连接管相连接。所述的多相电磁驱动线圈由导电材料绕制而成，每个相电磁驱动线圈的形状为环形，其匝数和截面积由所产生磁场的需求而定，多相电磁驱动线圈按照一定的相序A、B、C、D…从吸入阀门端向排出阀门端周期地排列于缸体外壁的外部。多相电磁驱动线圈与缸体外壁间的间隙尽可能地小。所述的多相交流电源具有与多相电磁驱动线圈相同的相数，并且能够按照先A相、后B相、再C相…的顺序给多相电磁驱动线圈的相绕组周期性供电。所述的多相交流电源通过导线与多相开关和多相保护装置相连接，多相开关和多相保护装置再通过导线与环形的多相电磁驱动线圈相连接。开关与保护装置之间可采用导线串联连接，它们相互独立或集成为一体。多相开关与多相保护装置串联后的一端与多相交流电源连接，而另一端与多相电磁驱动线圈连接。环形的多相电磁驱动线圈在多相交流电源供电的情况下可以在缸体内产生一个从吸入阀门端向排出阀门端直线运动的三维分布磁场。

本发明的直线式导电液体无接触电磁驱动装置的工作原理以及各部件的功能是：当电路中的开关闭合时，多相交流电源通过保护装置向安装在缸体壁外部的多相电磁驱动线圈供电，这时线圈的磁势在缸体内腔的导电液体区域内产生一个三维分布的、沿从吸入阀门端向排出阀门端方向运动的磁场，这一运动磁场与位于缸体内腔的导电液体存在相对运动。按照电磁感应定律，由于三维运动磁场与导电液体之间的相对运动，位于这一磁场中的导电液体内将会产生感应电势，该电势将产生阻碍磁场运动的感应电流，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。在这一电磁力的作用下，位于吸入阀门处的液体压力随之降低，而位于排出阀门处的液体压力随之升高。当进入管路中的液体压力大于缸体端部吸入阀门处的液体压力时，液体在压差作用下，打开吸入阀门而进入泵缸内，同时当流出管路中的液体压力小于泵缸中的排出阀门处的液体压力时，液体在压差作用下，打开排出阀门而通过液体管道连接管流出泵缸外，这时导电液体将在缸体内从吸入阀门端向排出阀门端、沿缸体的轴线方向不断运动。通过上述过程，多相电磁驱动线圈所产生的运动磁场将多相交流电源输出的能量无接触地传递到缸体内的导电液体中，使导电液体从进入管路经过吸入阀门、缸体内腔、排出阀门到达流出管路，达到了对导电液体进行无接触驱动的目的。

本发明的直线式导电液体无接触电磁驱动装置的工作过程是：假设直线式导电液体无接触电磁驱动装置开始工作的时间点为导电液体驱动的初始状态，这时缸体内腔充满导电液体，吸入阀门和排出阀门均处于闭合状态,连接多相交流电源和环形的多相电磁驱动线圈的开关闭合，多相交流电源通过保护装置向安装在缸体壁外部的多相电磁驱动线圈供电，线圈中电流生成的磁势在缸体内腔的导电液体区域内产生一个三维分布的、沿吸入阀门端向排出阀门端方向运动的磁场，这一运动磁场在缸体内腔静止的导电液体中产生感应电势和感应电流，这些感应电流与该运动磁场相互作用，在导电液体中产生驱动导电液体沿缸体的吸入阀门端向排出阀门端方向运动的电磁力，驱动导电液体从缸体的吸入阀门端向排出阀门端移动。这时缸体内腔吸入阀门端导电液体的压力随之降低，当吸入阀门端进入管路中的液体压力大于缸体吸入阀门端液体的压力时，在压差作用下，导电液体打开缸体吸入阀门端的吸入阀门而进入到缸体内。同时，在从缸体的吸入阀门端向排出阀门端移动的导电液体的作用下，缸体内腔排出阀门端的液体压力大于与排出阀门端相连接的液体管道中的压力，在压差作用下，导电液体打开缸体排出阀门端的排出阀门而流出缸体。随着直线式导电液体无接触电磁驱动装置的不断工作，在缸体中导电液体在运动磁场所产生的电磁力的作用下其运动速度不断增加，最后达到某一恒定的速度，实现输送导电液体的功能。

为了调节缸体中导电液体的运动速度，以达到调节直线式导电液体无接触电磁驱动装置的输出功率的目的，可以通过改变多相交流电源的输出电压或输出电流频率，来实现改变多相电磁驱动线圈所产生的运动的磁场的大小或速度。

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直线式导电液体无接触电磁驱动装置示意图。

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。

图1所示为本发明实施例。本实施例中的多相电磁驱动线圈采用三相电磁驱动线圈。

本发明实施例的直线式导电液体无接触驱动装置由圆柱形缸体、吸入阀门、排出阀门、三相电磁驱动线圈、三相交流电源、三相开关和三相保护装置组成，其结构如图1所示。如图1所示,直线式导电液体无接触驱动装置的缸体为空心的圆形柱体，缸体的外壁由无磁不锈钢薄板制成。缸体的两个端部由具有一定厚度的无磁不锈钢板材制成，缸体两个端部的外壁较厚，中间部分的外壁较薄。缸体的左端部通过吸入阀门与液体的进入管路相连接，缸体的右端部通过排出阀门与液体的排出管路相连接。缸体内腔充有导电液体。在直线式导电液体无接触驱动装置工作时，导电液体可从缸体左端的液体进入管路经过吸入阀门和缸体的内腔以及排出阀门流入到缸体右端的液体排出管路中去。三组三相电磁驱动线圈由导电的金属线材或带材绕制而成，按照从左到右A相、B相、C相、A相、B相、C相、A相、B相、C相的顺序安装在缸体外壁的外侧，三组同相线圈可以串联，也可以并联。三相电磁驱动线圈的各相绕组可各自独立形成回路，由三相交流电源供电，也可采用星形或三角形连接后由三相交流电源供电。给三相电磁驱动线圈供电的三相交流电源可以输出互差120°电角度的、相序为A、B、C的三相对称电压。当与三相电磁驱动线圈连接的开关闭合时，三相交流电源通过保护装置向三相电磁驱动线圈供电，这时三相电磁驱动线圈的磁势在缸体内腔的导电液体区域内产生一个三维分布的、从左到右运动的磁场，导电液体在该磁场所产生的电磁力的作用下从进入管路经过吸入阀门、缸体内腔、排出阀门到达流出管路，实现导电液体的输送。

Claims (4)

1.一种直线式导电液体无接触电磁驱动装置，其特征在于，所述的驱动装置包括缸体、吸入阀门、排出阀门、多相电磁驱动线圈、多相交流电源、多相开关和多相保护装置；所述的缸体两个端部的外壁较厚，中间部分的外壁较薄；缸体的一个端部通过吸入阀门或者直接与液体管道的连接管相连接，缸体的另一个端部通过排出阀门或者直接与液体管道的连接管相连接；缸体内腔充有导电液体；多相电磁驱动线圈按照一定的相序A、B、C、D…从吸入阀门端向排出阀门端周期地排列于缸体外壁的外部；所述的多相交流电源具有与多相电磁驱动线圈相同的相数，并且按照先A相、后B相、再C相…的顺序给多相电磁驱动线圈的相绕组周期性供电；所述的多相交流电源与多相开关和多相保护装置相连接，多相开关和多相保护装置与环形的多相电磁驱动线圈相连接；多相开关与多相保护装置串联连接；多相开关与多相保护装置串联后的一端与多相交流电源连接，而另一端与多相电磁驱动线圈连接；所述的环形状多相电磁驱动线圈在多相交流电源供电的情况下，在缸体内产生一个从吸入阀门端向排出阀门端直线运动的三维分布磁场。

2.按照权利要求1所述的直线式导电液体无接触电磁驱动装置，其特征在于，所述的缸体为空心的圆形、多边形或椭圆形的柱体；所述的缸体由不导磁并不导电或低导电率的金属或非金属材料制成。

3.按照权利要求1所述的直线式导电液体无接触电磁驱动装置，其特征在于，所述的多相电磁驱动线圈由导电材料绕制而成，每个相电磁驱动线圈的形状为环形。

4.按照权利要求1所述的直线式导电液体无接触电磁驱动装置，其特征在于，当电路中的开关闭合时，所述的多相交流电源通过保护装置向安装在缸体壁外部的多相电磁驱动线圈供电，这时多相电磁驱动线圈的磁势在缸体内腔的导电液体区域内产生一个三维分布的、沿从吸入阀门端向排出阀门端方向运动的磁场；这一运动磁场与位于缸体内腔的导电液体存在相对运动，位于这一磁场中的导电液体内将会产生感应电势，所述的电势产生阻碍磁场运动的感应电流，所述的感应电流在磁场的作用下产生驱动导电液体沿该三维磁场运动方向运动的电磁力；在所述的电磁力的作用下，位于吸入阀门处的液体压力随之降低，而位于排出阀门处的液体压力随之升高；当进入管路中的液体压力大于缸体端部吸入阀门处的液体压力时，液体在压差作用下，打开吸入阀门而进入泵缸内，同时当流出管路中的液体压力小于泵缸中的排出阀门处的液体压力时，液体在压差作用下，打开排出阀门而通过液体管道连接管流出泵缸外，这时导电液体将在缸体内从吸入阀门端向排出阀门端、沿缸体的轴线方向不断运动；通过上述过程，多相电磁驱动线圈所产生的运动磁场将多相交流电源输出的能量无接触地传递到缸体内的导电液体中，使导电液体从进入管路经过吸入阀门、缸体内腔、排出阀门到达流出管路，达到了对导电液体进行无接触驱动的目的。

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