CN1042756A - 电子调控双向磁力驱动往复泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型电磁驱动往复式加压泵的设计。它采用了双驱动磁极，双向磁力驱动，双注压胶等新式结构，并配合有加强激磁电流控制电路，从而根本上解决了磁力泵驱动力不均匀，行程短，容量小的矛盾。尤其是首次采用磁性衔铁(冲击活塞)结构，低噪声硅橡胶囊软连接及自动变频调节电路等设计为磁力泵的应用和发展提供更广阔的天地。

Description

本发明涉及到一种改进的电磁泵，具体属于对气（汽、液）体加压输送的工作系统。

电磁泵是一种将电机与泵融为一体的机电产品，因其结构简单且有明显的节能效果而受到各方面的高度重视。现有电磁泵的基本原理是利用电磁场对铁磁物质的作用，其结构设计中有经直流励磁的磁极，活动衔铁在磁极的作用下在一定的范围内形成往复运动，其回复力或是借助磁极断电后弹簧自回复，或是另设活动衔铁的回复磁极（例如中国专利局公告的CN85109538即是一种典型的设计）。于是，活动衔铁即在驱动磁极与回复力的共同作用下产生周而复始的直线振动，由于以上结构装置在设有进气（汽、液）口，排气（汽、液）口，注压腔，单向逆止阀的泵壳体之中，并配有支撑和连接的各部分组件，从而活动衔铁的往复运动就相当于一个冲击活塞不断在注压腔中实现吸入与加压的工作过程，直接完成了电机与机械泵的双重功能。以上的设计均存在以下问题，当冲击活塞处于平衡状态时，其驱动磁极的作用即无法最大限度的发挥作用，其根本原因在于磁牵引力（或斥力）的大小与冲击活塞与与驱动磁极之间的气隙成反比，磁驱动力的作功往往在达不到最大时却又面临冲击活塞的返程，因而造成冲击活塞受力明显不均匀。加上电源切换过程中激磁线圈的感抗，弹簧的高频谐振下的疲劳作用等等不利因素，使目前这种节能型电磁往复泵的设计停留在振幅小、压力小、容量低的水平上。

本发明创造的目的在于克服驱动过程中驱动力不均匀的矛盾，并改进控制电路提高强化激磁效率从而实现大行程，高压力，大容量和低噪声的往复式电磁泵设计。

本发明的基本构思是采用双向磁力驱动，双向压缩，双配套逆止阀门的结构，从而根本上克服了驱动力不均匀与无法充分发挥激磁电流效率的矛盾，并配以适当的强化磁力与调频控制电子线路及特有支撑与连接方式实现本发明的目的。具体的设计构思如下：

泵体上设有进气（汽、液）口，和加压后的出气（汽、液）口，气（汽、液）进入壳体后可分别在冲击活塞的作用下通过逆止阀进入两个注压腔之一，在两个注压腔中受冲击活塞的加压后通过逆止阀的出气（汽、液）口排出。在两个注压腔下分别设有驱动磁极，这两个驱动磁极总保持对应磁极的极性反向，在两个驱动磁极之间设置有冲击活塞（一般电磁泵中称为衔铁），它本身具有磁性，其磁极与驱动磁极有对应关系。冲击活塞可以由支撑或连接件作用与泵体相连且保证可以在两个驱动磁性之间做往复式运动。当其处于工作状态时其与驱动磁极之一的作用逞吸力，则与另一驱动磁极逞斥力，在其合力的作用下造成冲击活塞向单一方向运动，改变驱动磁极的极性后冲击活塞即产生反方向运动。由于两个驱动磁极的共同作用，虽然冲击活塞与其中之一的空气间隙越来越大但与另一驱动磁极之间的间隙越来越小，这样就有效的补偿了间隙损失，保证了冲击活塞基本上以稳定的冲击力产生均匀的往复式运动从而交替在两个注压腔中，同时但又分别实现吸入和加压两个工作过程。当然，为了保证吸入与加压的传递往往在驱动磁极上要留有与注压腔相贯通的通孔，其冲击活塞与泵体及驱动磁极之间要有适当的支撑和连接件以保证机械运动的正常进行和密封等。根据以上所述，只要能保证驱动磁极以一定频率或大小提供激磁电流和切换电流方向，那么就可以实现在一个较大行程的电磁驱动往复式加压泵。

下面将根据实施例所提供的附图进一步来说明本发明的目的是如何实现的。

图1是实施例1磁化水胶囊泵的示意图。

图2是实施例2“磁力致冷泵”的结构示意图。

图3是实施例1的激磁电流控制电路原理图。

图4为实施例2的激磁电流控制电路的电原理图。

其中1为进气（汽、液）口，2为进、排气（汽、液）逆止阀（A、B），3为注压腔，4为上驱动磁极的激磁线圈（A、B），5为下驱动动磁极的激磁线圈（A、B），6冲击活塞的磁芯，7为冲击活塞的激磁线圈，8为冲击活塞中的永磁体，9为驱动磁极的磁芯，10为通向注压腔的通孔，11为绝磁粘合剂，12为加压排气（汽、液）逆止阀，13为排气（汽、液）口，14泵壳体，15为隔磁支撑组件，16为伸缩胶囊，17为控制电路接线盒，18为进气（汽、液）通道，19为排气（汽、液）通道，20为水银接点温度计，21为绝磁连接件，22滑动活塞体。

实施例1所给出的是一用于磁化水的加压胶囊泵（示意图见图1）在泵壳体14内由隔磁支撑组件15将驱动磁极固定在泵体14内，冲击活塞6做成平面结构型，冲击活塞所具有的磁性由激磁线圈7产生，由激磁电流的控制电路提供一个恒定的直流，这个直流电源直接来自桥式整流器（参看图3）。冲击活塞的激磁线圈分为两组同旋向线圈（A、B）串联，分别绕在两组E型高导磁材料制成的磁芯上，两组线圈用绝磁材料粘合剂例如树脂粘合在一起形成一个王字形冲击活塞磁芯6，在激磁电流的作用会产生上面为S-N-S三端磁极，下面会产生N-S-N三端磁极。驱动磁极的磁芯9也为高导磁材料制成E形，磁芯9的中间开有通孔10与注压腔3相通，同时也与在冲击活塞6和上、下驱动磁极之间形成的压缩空间相通。在冲击活塞和上、下驱动磁极之间用硅橡胶伸缩胶囊16低噪声软连接形成一个密闭空间。上、下驱动磁极的激磁线圈4、5分别由两组线圈（A、B）平行并绕在驱动磁极的磁芯9上，其中每两组（4A-5A，4B-5B）同时定向串联，这样当有激磁电流通过时，上驱动磁极会产生S-N-S的三端磁极，下驱动会产生N-S-N三端磁极，上斥、下吸共同作用于冲击活塞向下运动。运动过程中上驱动斥力会渐小而下吸力会逐渐增大从而保持在一个较大行程中冲击活塞的作用力保持均匀平衡。与此同时，位于下面的注压腔中流体被加压后经逆止阀13排出，而上注压腔中同时又吸入了液体。当冲击活塞达到最大行程后上、下驱动磁极的激磁线圈13另一组通电，同时作用转变为下斥上吸，运动方向向上，上注压腔加压排出，下注压腔吸入。周而复始，只要能及时准确地切换上、下驱动磁极的激磁线圈电流该泵即可持续不断地将液体从进口吸入磁化后由出口加压排出。

图3是与实施例1相配套的调节激磁电流的控制电路原理图，它包括直流电源供给部分：图3中主要是一个桥式整流器（D5、D6、D7、D8），由它来供给驱动磁极与冲击活塞的激磁电流，由于冲击活塞的激磁特性是恒定的所以其所需直流电无需切换，直接跨接在桥式整流器两输出端。驱动磁极的极性是要根据工作频率的需要不断切换的，因而在控制电路中还包括一个电源极性切换开关及控制切换开关发生器。图3所给出的切换开关是一组可控硅SCR₁，SCR₂，一组可控硅导通控制左旋线圈（4A、5A）的导通，另一个可控硅则控制右旋线圈（4B、5B）的导通，依一定的频率顺序启动两组可控硅即实现了冲击活塞的往复运动。控制可控硅导通信号来自由BG2，BG3组成的多谐振荡器，导通信号经一级放大（BG1，BG4）后加在SCR1，SCR2的控制极上可依一定的频率轮流导通两个可控硅（SCR1，SCR2），从而实现自动切换驱动电极中激磁电流的方向。图3中的直流电源供给部分还包括有跨接在激磁线圈上的续流二极管D₁，D₂，其作用是在于电流切换时续流，可便于开关切换和节省电能。信号发生器的频率可以通过电组R₃，R₄调节。如果在具体使用场合需要自动调整激磁电流的切换频率，则可以将多谐振荡器改为双稳态电路，其翻转频率由外调节装置的触发信号发生装置实现调节，这种自动控制电路也很普遍，在此就不再详细举例了。

图2所给出的是一种用于致冷压缩机的“磁力致冷泵”结构示意图。其和实施例1的区别在于冲击活塞的结构不同，其采用永磁式结构和驱动磁极之间的连接形式为滑动活塞型。即冲击活塞由三部分永磁体8构成并由绝磁材料连接件21组合成一体，其中两边的永磁体设置磁极方向相同（如果冲击活塞横断面设计成圆形时则两边实为一个永磁体），中间的永磁体与两边的磁极相反，总而言之也形成一个向上S-N-S，向下N-S-N的结构，在中部永磁体上设置有一滑动活塞体22，这一滑动活塞体与驱动磁极上留的与注压腔3相贯通的通孔10可实现滑动配合连接，在上斥下吸作用下滑动活塞体即可实现与实施例1中所说吸入和压出的工作过程。其工作过程基本与实施例1相同。图4是实施例2的控制电路原理图，其主要结构与图3也没什么区别，也包括直流电源，续流二极管，可控硅切换，切换信号发生器等，所不同的是加了一级工作场合下的温度调节，它包括一个水银接点温度计20和一个BG₉组成的谐振电容调节电路。在产生可控硅导通信号的多谐振荡器中设置了若干组电容（C4～C9），分别可接受继电器J的控制进入并联或开路状态，从而实现对泵往复频率的调节。这种设计可以在水银温度计上设上温度控制区间（T₁-T₂），当温度达到T₁后BG₉启动继电器J吸合，于是J₁、J₂、J₃触点闭合多谐振荡器以高频率进行工作，温度低于T₂点后多谐振荡器进入低频工作状态可保压缩泵的低频工作则更有效的保持温度而又节能。除了水银温度计控制外这种电容组并联方式可与各种其他合作场合下的控制开关相连接而实现电磁泵的变频控制。

为了防止冲击噪音可以设置限位开关，减震防冲击橡胶垫圈等，因为均为一般公知技术在此就不加一一说明。

根据本发明基本构思而设计的各类型双向驱动往复式电磁泵，其中包括致冷泵，注油泵，磁水泵等均可实现小体积，大压力而且有极明显的节能效果，比同类电磁泵节能15%，而且其输出功率可实现大幅度提高，尤其是实施例1所例举的磁化胶囊泵，其噪声低，扬程高，且生成的强力磁化水无论在灌溉，养鱼，饮用方面皆有其特殊的作用，因此，本发明是一种有实用价值的新型电磁泵设计，有效为广泛的应用天地。

Claims (9)

1、一种磁力驱动往复式加压泵，由泵体，进气(汽、液)口、出气(汽、液)口、注压腔、单向逆止阀、驱动磁极，磁力驱动的冲击活塞、调节磁极激磁电流的控制电路，以及各部结构之间的支撑和连接件组成，其特征在于冲击活塞本身也具有磁性，其位于两个极性总保持相反的驱动磁极之间，还具有二个注压腔和4个以上的单向逆止阀，其处于工作状态时，冲击活塞同时受驱动磁极的斥吸合力产生往复运动并交替在两个注压腔分别同时实现吸入与加压工作过程。

2、根据权利要求1所说的往复式加压泵，其特征在于两驱动磁极由高导磁材料制成的E型磁芯9，绕在磁芯上的激磁线圈（4、5）组成，磁芯9由隔磁材料组件15支撑固定于泵壳体14内部，磁芯9上开有通孔10分别与两注压腔3相通，激磁线圈（4、5）分两组（A、B）并绕上、下分别串联。

3、根据权利要求1所说的往复式加压泵，其特征在于由磁力驱动的冲击活塞具体可由永磁体8及永磁体8间的绝磁连接件21组成，也可由导磁材料制成的磁芯9及激磁线圈7组成，其形状可做成代滑动活塞体22的滑动活塞型。

4、根据权利要求1所说的往复式加压泵，其特征在于两注压腔3内分别设置吸入逆止阀2和排出逆止阀12，其分别与进气（汽、液）口1和加压出气（汽、液）口13相连。

5、根据权利要求1或3所说的往复式加压泵，其特征在于冲击活塞做成平面型时其与驱动磁极之间用硅橡胶伸缩胶囊16实现低噪声软连接，做成滑动活塞型时其与驱动磁极之间可由固定在冲击活塞上的滑动活塞体22，实现与驱动磁极上的通孔10的滑动连接。

6、根据权利要求1或3所说的往复式加压泵，其特征在于冲击活塞采用永磁式结构时，三个永磁体8由绝缘磁材料连接件21联成一体，其中两边的永磁体设置磁极性相同方向，中间永磁体与两边磁极方向相反，采用激磁式结构时磁芯7做成断面王字型结构，具体可采用双E型加绝磁粘合剂11粘接，由两个同极性串联线圈激磁。

7、根据权利要求1所说的往复式加压泵，其特征在于调节激磁电流的控制电路中包括直流电源供给部分，电源切换开关，控制切换开关的信号发生器以及与具体使用场合相配套的频率外调节装置。

8、根据权利要求7所说的往复式加压泵，其特征在于直流电源供给部分包括一个桥式整流器和跨接激磁线圈的续流二极管（D1，D2），电源极性切换开关由可控硅（SCR1，SCR2）组成，控制切换开关的信号发生器是一个频率可调节的多谐振荡器（BG₂，BG₃），其输出的脉冲经放大电路（BG₁或BG₄）放大后依一定的频率变换加在可控硅（SCR₁，SCR₂）的控制极上，从而实现对两驱动线圈激磁电流方向的切换。

9、根据权利要求8所说的往复式加压泵，其特征在于在控制切换开关的信号发生器中的多谐振荡电路中设置有2-3对电容组（C₄……C₉）其可供具体工作场合下通过选择开关20来调节泵的工作频率。

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