CN103557148A - 一种通过频率控制柱塞泵方法及柱塞泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过频率控制柱塞泵方法及柱塞泵。该柱塞泵采用直线步进电机作为泵动力；直线步进电机由脉冲信号控制，通过脉冲信号的方向改变传动轴的运动方向，通过脉冲信号的频率改变传动轴的运动速度实现柱塞泵的流量控制。本发明具有以下技术特点：一是通过频率控制方式来实现泵的流量控制，控制方便、灵活；二是将直线步进电机与泵本体做成一整体，一方面体现了液压元件的集成化、小型化；另一方面体现了液压技术与数字控制技术的高度融合；三是体积小，重量轻。本发明的排量为微升级，主要用于液压控制系统中需要低压和微流量控制的场合，还可用于医用注射机等需要严格控制小药剂的医疗机械。

Description

一种通过频率控制柱塞泵方法及柱塞泵

技术领域

本发明涉及一种通过频率控制柱塞泵方法及柱塞泵，属于柱塞泵技术领域。

背景技术

传统的变量柱塞泵通常是通过改变斜盘或缸体倾角的方式来实现流量变化的，主要应用于高压大流量的液压泵，这种通过改变斜盘或缸体倾角进行流量控制的柱塞泵结构一般都较复杂，控制起来也较麻烦。所以对应一些小排量泵，如仍采用上述通过改变斜盘或缸体倾角的方式来实现流量变化，不但制作起来比较麻烦，而且制成成本也很高，体积也无法进一步缩小。因此上述柱塞泵不太适用小流量工作状态。

为此，本申请人于2011年5月20日申请的专利号为201120162119.0的《一种装有步进电机的微流量变量柱塞泵》专利，主要是应用于微流量工作状态。201120162119.0号专利是由步进电机带动一对啮合的小直齿轮，然后再将旋转运动传给一对啮合的锥齿轮，从而改变旋转运动的方向，最后由一对与锥齿轮同轴的齿轮齿条机构将旋转运动转变为直线运动，由齿条的直线往复运动来驱动柱塞的直线往复运动。该专利结构复杂，尤其是步进电机的齿轮传动部分生产制造困难，无法进一步缩小体积，实现小型化。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种通过频率控制柱塞泵方法及柱塞泵，可进一步简化结构，缩小体积，为微排量柱塞泵提供一件新的技术方案。

本发明的技术方案：

一种通过频率控制柱塞泵方法，该柱塞泵采用直线步进电机作为泵动力；直线步进电机由脉冲信号控制，通过脉冲信号的方向改变传动轴的运动方向，通过脉冲信号的频率改变传动轴的运动速度实现柱塞泵的流量控制。

前述方法中，所述直线步进电机的传动轴分为花键轴和螺纹轴两段，通过螺纹轴与转子内孔中的内螺纹将转子的双向旋转运动转化为螺纹轴的直线往复运动；通过直线步进电机前端盖上的花键槽限制花键轴径向旋转，通过花键轴带动柱塞往复运动，实现泵腔的吸排油功能。

前述方法中，所述泵腔的吸排油功能由设在进油口和出油口的二位二通电磁换向阀控制；吸油时，进油口的阀打开，出油口的阀关闭；排油时，进油口的阀关闭，出油口的阀打开。

根据前述方法构成的柱塞泵，包括泵头，泵头上设有进油口和出油口，进油口和出油口与泵头内的泵腔相通，泵腔一端设有支撑环和密封垫圈，支撑环和密封垫圈的内孔中设有柱塞；泵头与泵体一端连接；泵体另一端与直线步进电机连接，直线步进电机的花键轴端头与柱塞的端头螺纹连接。

前述柱塞泵中，所述直线步进电机包括传动轴，传动轴分为两段，一段为花键轴，花键轴的端部设有螺纹头，螺纹头与柱塞的端头螺纹连接；传动轴另一段为螺纹轴；螺纹轴与转子内孔中的内螺纹传动连接。

前述柱塞泵中，所述转子两端经轴承与直线步进电机的前端盖和后端盖连接，前端盖与后端盖之间设有定子。

前述柱塞泵中，所述转子的外圆上设有磁铁，定子内设有线圈，线圈与控制线电气连接。

前述柱塞泵中，所述前端盖上设有花键槽，花键槽与花键轴滑动连接。

与现有技术相比，本发明具有以下技术特点：一是通过频率控制方式来实现泵的流量控制，控制方便、灵活；二是将直线步进电机与泵本体做成一整体，一方面体现了液压元件的集成化、小型化；另一方面体现了液压技术与数字控制技术的高度融合；三是体积小，重量轻。本发明的排量为微升级，主要用于液压控制系统中需要低压和微流量控制的场合，还可用于医用注射机等需要严格控制小药剂的医疗机械。

附图说明

图1是本发明的结构示意图； 

图2是现有技术的结构示意图。

附图中的标记为：1-泵头、2-进油口、3-密封垫圈、4-螺纹头、  5-花键轴、6-前端盖、7-定子、8-磁铁、9-后端盖、10-螺纹轴、11-控制线、12-转子、13-轴承、14-泵体、15-柱塞、16-支撑环、17-泵腔、18-出油口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。

实施例

一种通过频率控制柱塞泵方法，如图1所示。该柱塞泵采用直线步进电机作为泵动力；直线步进电机由脉冲信号控制，通过脉冲信号的方向改变传动轴的运动方向，通过脉冲信号的频率改变传动轴的运动速度实现柱塞泵的流量控制。直线步进电机的传动轴分为花键轴5和螺纹轴10两段，通过螺纹轴10与转子内孔中的内螺纹将转子12的双向旋转运动转化为螺纹轴10的直线往复运动；通过直线步进电机前端盖6上的花键槽限制花键轴5径向旋转，通过花键轴5带动柱塞15往复运动，实现泵腔17的吸排油功能。泵腔17的吸排油功能由设在进油口2和出油口18的二位二通电磁换向阀控制；吸油时，进油口2的阀打开，出油口18的阀关闭；排油时，进油口2的阀关闭，出油口18的阀打开。

根据前述方法构成的柱塞泵，包括泵头1，泵头1上设有进油口2和出油口18，进油口2和出油口18与泵头1内的泵腔17相通，泵腔17一端设有支撑环16和密封垫圈3，支撑环16和密封垫圈3的内孔中设有柱塞15；泵头1与泵体14一端连接；泵体14另一端与直线步进电机连接，直线步进电机的花键轴5端头与柱塞15的端头螺纹连接。直线步进电机包括传动轴，传动轴分为两段，一段为花键轴5，花键轴5的端部设有螺纹头4，螺纹头4与柱塞15的端头螺纹连接；传动轴另一段为螺纹轴10；螺纹轴10与转子12内孔中的内螺纹传动连接。转子12两端经轴承13与直线步进电机的前端盖6和后端盖9连接，前端盖6与后端盖9之间设有定子7。转子12的外圆上设有磁铁8，定子7内设有线圈，线圈与控制线11电气连接。前端盖6上设有花键槽，花键槽与花键轴5滑动连接。

图2是本申请人于2011年5月20日申请的专利号为201120162119.0的《一种装有步进电机的微流量变量柱塞泵》专利的结构示意图，代表现有技术。由图2可见，现有微流量变量柱塞泵由两大部分构成，一部分为泵本体部分，一部分为控制电机部分。在控制电机部分，首先由步进电机带动一对啮合的小直齿轮，然后再将旋转运动传给一对啮合的锥齿轮，从而改变旋转运动的方向，最后由一对与锥齿轮同轴的齿轮齿条机构将旋转运动转变为直线运动，由齿条的直线往复运动来驱动柱塞的直线往复运动；在泵本体部分，主要由柱塞、泵体、泵体头部、泵体尾部组成，其中，在泵体头部设计有腔体、吸油口和排油口，通过与齿条做成一体的柱塞在此腔体中的往复运动，实现吸油和排油的功能。尽管上述专利也可以实现同样的功能，但泵结构复杂，尤其是步进电机的齿轮传动部分，结构不仅复杂，而且难于生产制造。

本发明的工作原理

本发明的柱塞泵是一种基于频率控制的低压小流量轴向变量柱塞泵。主要由直线步进电机、泵体14、泵头1和柱塞15四部分组成；其中，直线步进电机的传动轴是一体的，一段为花键轴5，另一段为螺纹轴10。花键轴5通过其端部的螺纹头4与柱塞15螺纹连接。直线步进电机接受控制系统输出的脉冲信号和换向信号，通过直线步进电机内部的转换机构将旋转运动转化为花键轴5的直线往复运动，进而推动柱塞15作直线往复运动，从而改变泵腔17的容积大小，当泵腔17的容积变大时，通过进油口2进油，当泵腔17的容积变小时，通过出油口18排油，从而实现了轴向变量柱塞泵的吸排油功能。

直线步进电机的工作原理如下：转子12的外部是磁铁8，当定子7通电时，在磁场力的作用下，磁铁8会带动转子12转动；在转子内部有一个带螺纹的精密螺母与传动轴一端的螺纹轴10配合，从而将转子的旋转运动转化为螺纹轴10的直线运动，螺纹轴10与花键轴5是一个整体，构成直线步进电机的传动轴（也是电机的输出轴）。为防止螺纹轴10与花键轴5的径向旋转，在直线步进电机的前端盖6上设有花键槽，花键槽与花键轴5配合连接。

当直线步进电机接收到控制系统发出脉冲信号后，通过直线步进电机内部的转换机构，花键轴5直线移动相应的距离，进而带动柱塞15轴向移动相应的距离，当柱塞15运动到极限位置时，控制系统发出换向信号，直线步进电机在此换向信号的作用下，柱塞15便反方向轴向运动，直至反方向的极限位置，如此反复，柱塞15便进行往复直线运动，从而实现了泵腔17的吸油和排油。

当定子线圈接收到不同频率的脉冲信号后，通过步进电机内部的转换机构，花键轴5轴向往复直线运动的快慢发生改变，促使柱塞15往复直线运动的快慢跟着发生改变，从而导致在单位时间内泵腔17的吸油和排油的次数亦发生改变，也就是说，此轴向变量柱塞泵的排量发生改变。由此可见，轴向变量柱塞泵的排量是由控制系统输出脉冲信号的频率来进行控制的。    

上图所示的微流量轴向变量柱塞泵在实际使用时，为了配合完成吸油和排油，还需在进油口和出油口分别设置一个二位二通电磁换向阀（图中未画出）。吸油时，进油口的阀打开，出油口的阀关闭；排油时，进油口的阀关闭，出油口的阀打开。

Claims (8)

1. 一种通过频率控制柱塞泵方法，其特征在于：该柱塞泵采用直线步进电机作为泵动力；直线步进电机由脉冲信号控制，通过脉冲信号的方向改变传动轴的运动方向，通过脉冲信号的频率改变传动轴的运动速度实现柱塞泵的流量控制。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：所述直线步进电机的传动轴分为花键轴和螺纹轴两段，通过螺纹轴与转子内孔中的内螺纹将转子的双向旋转运动转化为螺纹轴的直线往复运动；通过直线步进电机前端盖上的花键槽限制花键轴径向旋转，通过花键轴带动柱塞往复运动，实现泵腔的吸排油功能。

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于：所述泵腔的吸排油功能由设在进油口和出油口的二位二通电磁换向阀控制；吸油时，进油口的阀打开，出油口的阀关闭；排油时，进油口的阀关闭，出油口的阀打开。

4.一种根据权利要求1-3任一权利要求所述方法构成的柱塞泵，包括泵头（1），泵头（1）上设有进油口（2）和出油口（18），进油口（2）和出油口（18）与泵头（1）内的泵腔（17）相通，泵腔（17）一端设有支撑环（16）和密封垫圈（3），支撑环（16）和密封垫圈（3）的内孔中设有柱塞（15）；泵头（1）与泵体（14）一端连接；其特征在于：泵体（14）另一端与直线步进电机连接，直线步进电机的花键轴（5）端头与柱塞（15）的端头螺纹连接。

5.根据权利要求4所述柱塞泵，其特征在于：所述直线步进电机包括传动轴，传动轴分为两段，一段为花键轴（5），花键轴（5）的端部设有螺纹头（4），螺纹头（4）与柱塞（15）的端头螺纹连接；传动轴另一段为螺纹轴（10）；螺纹轴（10）与转子（12）内孔中的内螺纹传动连接。

6.根据权利要求5所述柱塞泵，其特征在于：所述转子（12）两端经轴承（13）与直线步进电机的前端盖（6）和后端盖（9）连接，前端盖（6）与后端盖（9）之间设有定子（7）。

7.根据权利要求6所述柱塞泵，其特征在于：所述转子（12）的外圆上设有磁铁（8），定子（7）内设有线圈，线圈与控制线（11）电气连接。

8.根据权利要求7所述柱塞泵，其特征在于：所述前端盖（6）上设有花键槽，花键槽与花键轴（5）滑动连接。

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