CN104813572B - 一种改进的磁路 - Google Patents

Abstract

一种用于音圈的磁路，包括磁杯，其具有一侧开口的带底座的圆柱形状。所述底座具有内表面。磁路还包括锥形磁体，其一侧至少部分为圆锥形状。磁路还包括极靴，其一侧具有与所述磁体的圆锥形状相对应的凹进的圆锥形状。磁杯、锥形磁体和极靴堆叠，使得锥形磁体居中设置于所述磁杯内的底座，极靴设置于锥形磁体上，使得极靴的具有凹进的圆锥形状的一侧接触锥形磁体的具有圆锥形状的一侧，所述堆叠设置为使得在磁杯的内壁表面与堆叠的锥形磁体和极靴之间形成气隙。

Description

一种改进的磁路

发明背景

发明领域

本发明总体上涉及音圈。更具体地，本发明涉及用于驱动在例如病人监护仪、呼吸监测设备、麻醉监测设备，尤其医疗通气监测设备以及监测病人呼吸的气体成分的气体分析仪中作为取样泵使用的隔膜泵的音圈。

现有技术描述

设计例如用于音圈的磁路的常见方法是，使磁铁为严格的圆柱形，且如果使用极靴，其通常也为严格的圆柱形。极靴用来收集磁通量，并将其重定向为纯径向方向。钢制部件(磁杯和极靴)内部的磁通量密度取决于部件的截面面积。如果过于密集，钢制品将饱和，不能处理更多的磁通，导致磁通量泄漏(即，将直接吸引磁性材料)，并限制了电路的性能。磁杯的圆柱形设计也限制音圈将其自由轴端安装在此圆柱外形的外部。

因此，设计新型改进的具有更好磁通定向能力的磁路将是有利的，尤其当相同磁路具有小的体积。

发明内容

因此，本发明的实施方式优选地通过按照所附权利要求提供的装置、系统或方法来在例如音圈设备中提供一种改进的磁路，以寻求单个地或任何组合方式地缓和、减轻或消除一个或多个本领域中的如上指出的缺陷、缺点或问题。这些音圈可以使用于病人监护仪、呼吸监测设备、麻醉监测设备、尤其医疗通气监测设备以及监测病人呼吸的气体成分的气体分析仪。

本文公开的是用于提供改进的磁路的装置、系统和方法。

根据本发明的一个方面，公开了一种用于音圈的磁路，包括磁杯、锥形磁体和极靴，磁杯具有一侧开口的带底座的圆柱形状，底座具有内表面，锥形磁体的一侧至少部分为圆锥形状，极靴的一侧具有与所述锥形磁体的所述圆锥形状相对应的凹进的圆锥形状。磁杯、锥形磁体和极靴堆叠，使得锥形磁体居中设置于所述磁杯内的底座，此外极靴设置于锥形磁体上，使得所述极靴的具有凹进的圆锥形状的一侧接触所述锥形磁体的具有圆锥形状的一侧。堆叠设置为使得在磁杯的内壁表面与堆叠的锥形磁体和极靴之间形成气隙。

圆锥形状使得极靴内更好地分配磁通。该设计也改善了磁路的装配，因为圆锥形状使得圆锥形部件之间可以自对准。在本发明的一些实施例中，底座具有部分为向磁杯内突出的圆锥形状的内表面区域，且圆锥形状位于圆柱形状的底座的中心部位。进一步地，锥形磁体具有第二侧，其具有与底座的内表面区域的圆锥形状相对应的凹进的圆锥形状。

通过锥形磁体和磁杯的内表面之间具有的圆锥形连接，提高了磁路内磁通量的分布。

甚至进一步地，通过使所有三个部件为圆锥形，甚至进一步改善了堆叠的自对准特性。

在本发明的一些实施例中，底座具有带凹进的圆锥形状的外表面。

此外，底座的圆锥形状使得有可能得到底座的凹进的外表面，这可能开拓了一个空间，该空间可以用来增加对自由轴端的支撑，而无需在圆柱形体积外部增加任何体积。从而音圈可以小型化。

磁杯的圆锥形状的内表面区域和由锥形磁体及极靴得到的堆叠的外表面之间可以形成气隙。在此气隙中可以设置线圈。

在一些实施例中，线圈由自粘式衬层缠绕。这样的设计可以利用气隙的有限空间。因此得以可能设计更小的音圈。

在另外一些实施例中，孔可以至少部分地通过堆叠的高度。孔优选地设置在堆叠的中心。在此孔中可以设置有轴。轴可以连接线圈，使得当线圈移动时，轴将移动。轴的运动是线性往复冲程运动。

在本发明的一些实施例中，圆锥形状的角度跨度范围为10至45度。

制成锥形磁体的一些材料可以是钕或钐-钴或铝镍钴合金。

极靴和磁杯可以由铁磁性金属或合金制成。

根据本发明的另一方面，公开了一种隔膜泵。隔膜泵包括根据本文公开的磁路，以及具有带开口端的腔室的泵壳。隔膜泵还包括具有第一区域的膜元件，用于遮盖腔室的开口端。磁路设置为适于通过冲程运动将力传递到膜。

在隔膜泵的一些实施例中，膜元件包括具有由周缘部包围的第二区域的中间部。中间部比周缘部厚，且中间部的第二区域小于腔室的开口端第三区域，所述中间部设于所述第三区域上。

这种公开的结构的优点是，可以防止冲程运动撞击腔室的底部，因为泵冲程以渐进方式减速，这不仅使得停止时无声，而且减少了机械振动并使其保持为最低限度。

此外，该减速降低了更靠近冲程末端的膜的有效泵送区域。由于冲程的力恒定，所以更靠近冲程末端的泵送更强。

在另外一些实施例中，腔室可以具有倾斜内壁。膜元件的中间部居中设置于开口端上，且膜元件的第一区域大于开口端的第三区域。

此外，在一些实施例中，泵壳可以具有围绕腔室的开口端的延伸表面，且其总面积至少等于与膜元件的第一区域的面积。

在本发明的另外一些实施例中，膜元件可滑动地夹持于泵壳的延伸表面和泵壳的第二构件之间。

这种公开的结构的优点是，通过保持膜元件可滑动地固定在比实际工作直径(面积)更大的直径，膜自由地径向移动和伸展。因此可以实现更长的泵冲程(即每冲程可以泵送更多量)。而且，由于疲劳应力程度降低，使得膜的使用寿命更长，且可以获得对可用泵力的更有效使用。

根据本发明的另一方面，公开了一种用于装配部件于磁路的方法。该方法包括，使用锥形设计的部件以及磁路的磁力来使得不同部件自对准。

因为圆锥形状能使部件自我定向，从而圆锥形状使得可以达成更容易的装配操作。

在本发明中，词语“圆锥”不仅是指严格的圆锥形，而且也指截锥。

应当强调的是，当在本说明书中使用术语“包括/包含”时，指明存在所陈述的特征、整体、步骤或组件，但不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、组件或其组合。

附图说明

通过下文中对本发明实施方式的具体描述并结合附图，可以清楚本发明示例的这些及其它方面的特征和优点。

图1A和1B示出了一种实施例的磁路的截面概述图；

图2A和2B示出了现有技术电路以及本发明实施例电路中磁通分布的截面概述图；

图3A和B示出了现有技术电路以及本发明实施例电路中模拟磁通分布的截面概述图；

图4示出了隔膜泵的截面概述图。

实施方式描述

现在将参照附图对本发明的具体实施例进行描述。

虽然本发明可能以许多不同形式被实施，但不应该被解释为仅限于本文所阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明彻底和完整，并且向本领域技术人员全面表达本发明的范围。附图示出的实施方式的详细描述中使用的术语并非意在限制本发明。在附图中，相同的标号指相同的元件。

以下描述集中在可适用于磁路和音圈的本发明的实施方式。音圈被用作致动器。例如音圈可以用作在例如病人监护仪、呼吸监测设备、麻醉监测设备、尤其医疗通气监测设备以及监测病人呼吸的气体成分的气体分析仪中作为取样泵使用的隔膜泵的致动器。然而，应当理解的是，该描述并不限于此应用，而是可以应用于需要流体泵的其它许多系统。

图1A是磁路100。磁路包括磁杯7，其具有一侧开口的带底座的圆柱形状。底座的一部分为圆锥形，且圆锥朝向圆柱内。圆锥形状位于圆柱的底座的中心部位。磁路100还包括锥形磁体8和极靴9。极靴9的一侧具有朝向内的圆锥形状。

这三个组件堆叠，使得锥形磁体8设置于底座上，在磁杯7内部。然后极靴9设置于锥形磁体8上。

此外，在以这种方式设置时，圆柱的内表面区域20和磁杯7内堆叠的部件的一侧之间形成气隙11。

在该气隙中，可以设置有线圈(未在图中可见)。在磁路的一些实施例中，线圈由自粘式衬层缠绕。这种设计可以利用气隙的有限空间。从而磁路的设计可能小型化。

可替代图1A所示的是，只有极靴9和锥形磁体8之间的连接可以是圆锥形。

通过在磁路100中使用极靴9，其中极靴9具有与锥形磁体的相应圆锥形状接触的凹进的圆锥形状。锥形磁体8内部的磁通量为纯轴向。因此所有的磁通量传递到极靴9和磁杯7内。由于极靴内的磁通重新朝向磁杯7，所以更靠近圆柱中心的磁通密度比外部的低。因此，设计为圆锥形是有利的，因为如果需要，这也将达成更大尺寸的磁体。

如图1B所示，磁杯7不需要具有在底座的外表面上凹进的圆锥形。

另一方面，如果磁体8的其它侧(朝向磁杯7的一侧)也被制成圆锥形，且杯形7的底座也为圆锥形(类似图1)，将开拓一个小的圆锥形空间，其适于为自由振荡的音圈提供灵活的支持，而不需要为此必要特征提供额外的空间。

制成锥形磁体8的一些材料可以是钕或钐-钴或铝镍钴合金。极靴9和磁杯7可以由铁磁性金属和/或合金制成。

此外，在图1A和1B的磁路100的一些实施例中，圆锥形状的角度10跨度范围为10至45度。

另外地和/或替代地，如果锥形磁体8和磁杯的底座的内表面之间的连接也为圆锥形，例如图1A和1B所示，则角度15也可以为从10至45度。

角度10和15可以具有相同的梯度，或者角度10和15可以具有不同的梯度。

关于磁通量，不同部件例如磁杯7的壁和极靴9之间的厚度比例取决于磁体的百分度和强度。但它也依赖于磁路的功能以及圆柱截面面积。

在磁路100的一些实施例中，堆叠的部件可以具有至少部分地通过的孔6。孔6设置于堆叠的中心。孔6中可以设置连接到气隙11中的线圈的轴。当驱动电压或电流经过线圈时，轴将以往复冲程运动线性运动。这可以被用作泵头，以施加力于隔膜泵的膜上。

此外，装配音圈磁路需要非常小心。绝对有必要将磁体和极靴同心以使其工作。这非常麻烦，因为磁力始终将磁体和极靴拉向磁杯的圆柱形壁。通过使用锥形设计部件，磁路变为自我定向。磁力将像所期望的那样拉动杯子的中心处的圆锥形部件。因此，如果所有三个部件具有圆锥形状，可以改善效果。

图2A和2B示意性使出了现有技术(图2A)磁路200和本发明实施例(图2B)磁路100中的磁通量分布。

图3A和3B示意性示出了现有技术(图3A)磁路200和本发明实施例(图3B)磁路100中模拟的磁通量分布。模拟的尺度不相同，所以图3A和图3B仅是用于说明磁通量分布差异的目的。

图4示出了一种实施例的隔膜泵300的剖视图。隔膜泵300包括膜元件33、泵壳1、可选的第二壳构件5(如膜固定板)、以及泵室21。在本实施例中，泵室21具有倾斜的壁，用于邻接其中膜元件33变厚的区域。因此将泵冲程以渐进方式减速。

膜的一部分可滑动地夹持于第二构件5和泵壳1之间。这使得在施加力时，膜可以径向移动和拉伸。

这种结构的优点是，通过保持膜元件可滑动地固定在比实际工作直径(面积)更大的直径，膜自由地径向移动和伸展。因此可以实现更长的泵冲程(即每冲程可以泵送更多量)。而且，由于径向运动，相同的泵容积可以保持较少的拉伸，这将由于疲劳应力程度降低，而使得膜的使用寿命更长，且可以获得对可用泵力的更有效使用。

另外地和/或替代地，通过设计第二泵壳构件5(即膜固定板)的边缘为圆锥形，或者设计为具有一个或多个半径位于膜元件32变更硬(更厚)的区域中，这也将有可能以渐进方式使泵冲程减速。这将使得当膜元件处于转折点时，各个停止变为无声，也减少了由于渐进运动减速的机械振动。

泵还包括泵头12。在本实施例中，泵头12邻接膜元件33的中间部。替代地，在一些实施例中，泵头可以机械地连接到中间部的顶部，例如插入中间部或者可以使用螺钉将其固定在一起。当使用泵头邻接中间部的顶部时，可以在中间部的顶部和泵头12的邻接区域之间使用粘合剂以粘接这两个构件。粘合剂的例子可以是胶水、胶带等等。

在图4所示实施例中，施加力于膜元件33上的致动器为音圈。音圈用于通过泵头12向膜元件33传递往复冲程运动。具体地，音圈可以是圆柱形音圈。

在一种实施例中，线圈13为圆筒结构，固定于泵头上并位于气隙中。气隙由具锥形底部的磁杯7、锥形磁体8如永磁、以及一侧为锥形的极靴9包围。

另外，为了最大程度地使用气隙中的磁场以及减少泵300的尺寸，线圈13可以是无骨架式线圈，由自粘式衬层缠绕。这种设计可以利用气隙的有限空间，因此可以设计小型化隔膜泵300。

在图4所示实施例中，具锥形底部的磁杯7放置为倒置的M型。锥形极靴9与锥形磁体8之间的接触面、以及锥形磁体与磁杯7的锥形底部之间的接触面都是锥形。该锥形面在相同的方向上逐渐减小。这种结构增加了锥形极靴9的侧部区域，使得气隙中的磁场可以均匀地径向分布。

此设计允许有更大的磁体，磁通量更好地分布于极靴9内。另外，圆锥形状为泵头的自由轴提供更好的支持，而不需要在圆柱体积外部增加任何体积。因此当线圈13工作于气隙中时，磁场尽可能的大。

在图4中，隔膜泵300的工作原理是：位于磁场中的线圈13由一侧为锥形的极靴9、锥形磁体8及具锥形底部的磁杯7形成。当交变电压传递到线圈13，线圈13将产生交流安培力来以往复直线运动驱动泵头12。

泵循环将在泵室21中产生正压力和负压力循环。当密封室内的压力为负，流体将通过泵入口移动入腔室21。当密封室内的压力为正，泵300将流体通过出口移出。

在图4所示实施例中，采用小音圈来驱动膜做直线运动，从而省去大的传动装置。因此可以减小隔膜泵300的尺寸。音圈不影响泵300的工作寿命，因为音圈不具有那些容易磨损的结构。音圈直接驱动膜元件33，而无需将运动转换为其它的处理过程，因此没有消耗中间能量。此外也不存在起动转矩的问题；因此通过施加小电压，可以几乎立即起动泵300。音圈也因此输出力或使泵头12移动，以在即使小的驱动电压或电流下收集小容量流体。

此外，通过控制电压的频率来控制泵头12的往复运动。因为往复运动的幅度依赖于电流的幅度，所收集的流量大小可以容易地通过调节音圈的电压幅度来控制。

虽然本文描述和说明了本发明的若干实施方式，但是本领域技术人员将容易想到多种其它方式和/或结构以执行功能和/或获得本文描述的结果和/或一个或多个优点，并且每个这样的变化和/或修改被认为实在本发明的范围之内。更一般地，本领域技术人员将容易理解，本文描述的所有参数、尺寸、材料及结构意在示例，且实际的参数、尺寸、材料和/或结构将取决于具体的应用或本发明教导的应用。此外，不同于那些上述的方法步骤，通过硬件执行方法，可以在本发明的范围内。本发明的不同特征和步骤可以以不同于那些描述的组合方式来组合。本发明的范围仅由所附专利权利要求书限制。

Claims (16)

1.一种用于音圈的磁路，包括：

磁杯(7)，其具有一侧开口的带底座的圆柱形状，所述底座具有内表面，所述底座还具有部分为向所述磁杯内突出的圆锥形状的内表面区域，该圆锥形状位于所述圆柱形状的所述底座的中心部位；

锥形磁体(8)，其一侧至少部分为圆锥形状，所述锥形磁体具有第二侧，其具有与所述底座的所述内表面区域的圆锥形状相对应的凹进的圆锥形状；

极靴(9)，其一侧具有与所述锥形磁体(8)的所述圆锥形状相对应的凹进的圆锥形状；

其中，所述磁杯(7)、所述锥形磁体(8)和所述极靴(9)堆叠，使得所述锥形磁体(8)居中设置于所述磁杯(7)内的所述底座，所述极靴(9)设置于所述锥形磁体(8)上，使得所述极靴(9)的具有凹进的圆锥形状的一侧接触所述锥形磁体(8)的具有圆锥形状的一侧，所述堆叠设置为使得在所述磁杯(7)的内壁表面(20)与堆叠的所述锥形磁体(8)和所述极靴(9)之间形成气隙(11)。

2.如权利要求1所述的磁路，其特征在于，所述底座具有带凹进的圆锥形状的外表面。

3.如权利要求1所述的磁路，其特征在于，所述气隙(11)中设置有线圈(13)。

4.如权利要求3所述的磁路，其特征在于，所述线圈(13)由自粘式衬层缠绕。

5.如权利要求3所述的磁路，其特征在于，所述堆叠具有至少部分地通过的孔(6)，且所述孔(6)设置于所述堆叠的中心。

6.如权利要求5所述的磁路，其特征在于，所述孔(6)内设置有轴，所述轴连接所述线圈(13)。

7.如权利要求6所述的磁路，其特征在于，所述轴以往复冲程运动形式线性运动。

8.如权利要求1至7任一项所述的磁路，其特征在于，所述圆锥形状的角度跨度范围为10至45度。

9.如权利要求1至7任一项所述的磁路，其特征在于，所述锥形磁体(8)由钕或钐-钴或铝镍钴合金制成。

10.如权利要求1至7任一项所述的磁路，其特征在于，所述极靴(9)和磁杯(7)由铁磁性金属或合金制成。

11.一种隔膜泵，包括：

根据权利要求1至10任一项所述的磁路；

泵壳(1)，具有带开口端的腔室(21)；

膜元件(33)，具有第一区域，并设置为遮盖所述腔室(21)的所述开口端；和

其中所述磁路设置为适于通过冲程运动将力传递到所述膜(33)。

12.根据权利要求11所述的隔膜泵，其特征在于，所述膜元件(33)包括具有由周缘部包围的第二区域的中间部；

其中所述中间部比所述周缘部厚，且所述中间部的所述第二区域小于所述腔室(21)的所述开口端的第三区域，所述中间部设于所述第三区域上。

13.根据权利要求12所述的隔膜泵，其特征在于，所述腔室(21)具有倾斜内壁；所述膜元件(33)的所述中间部居中设置于所述开口端上，且所述膜元件(33)的所述第一区域大于所述第三区域。

14.根据权利要求11至13任一项所述的隔膜泵，其特征在于，所述泵壳(1)具有围绕所述腔室的所述开口端的延伸表面，且其总面积至少等于所述膜元件(33)的所述第一区域的面积。

15.根据权利要求14所述的隔膜泵，其特征在于，所述膜元件(33)可滑动地夹持于所述泵壳(1)的所述延伸表面和所述泵壳(1)的第二构件(5)之间。

16.一种用于为音圈装配磁路的方法，包括：

提供磁杯(7)，其具有一侧开口的带底座的圆柱形状，所述底座具有内表面，所述底座还具有部分为向所述磁杯(7)内突出的圆锥形状的内表面区域，该圆锥形状位于所述圆柱形状的所述底座的中心部位；

提供锥形磁体(8)，其一侧至少部分为圆锥形状，所述锥形磁体(8)具有第二侧，其具有与所述底座的所述内表面区域的圆锥形状相对应的凹进的圆锥形状；

提供极靴(9)，其一侧具有与所述锥形磁体的所述圆锥形状相对应的凹进的圆锥形状；

堆叠所述磁杯(7)、所述锥形磁体(8)和所述极靴(9)，使得所述锥形磁体(8)居中设置于所述磁杯(7)内的所述底座，所述极靴(9)设置于所述锥形磁体(8)，使得所述极靴(9)的具有凹进的圆锥形状的一侧接触所述锥形磁体(8)的具有圆锥形状的一侧，所述堆叠设置为使得在所述磁杯的内壁表面(20)与堆叠的所述锥形磁体(8)和所述极靴(9)之间形成气隙(11)，当堆叠时，通过使用所述圆锥形状和所述磁体的磁力来自对准各部件。