CN108087236A - 基于电机驱动的多级氧气增压系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电机驱动的多级氧气增压系统，包括进气管、增压气缸、出气管、第一压力传感器、第二压力传感器、控制器、电机驱动器、电机、传动轴和凸轮，多个增压气缸之间依次串联连接，第一压力传感器、第二压力传感器、控制器和电机驱动器共同构成自动控制系统，控制电机运行，电机通过传动轴和设于传动轴上的多个凸轮驱动多个增压气缸的活塞杆。本发明通过电机驱动增压气缸，压缩氧气使其产生较大的压力，最终使氧气达到所需的输出压力，具有氧气输出压力高、氧气输出压力精准、氧气输出压力稳定、无需外部动力气源、降低系统功耗、减小噪声、无油驱动的优点，而且集成度高、体积小、重量轻。

Description

基于电机驱动的多级氧气增压系统

技术领域

本发明涉及一种氧气增压系统，尤其涉及一种基于电机驱动的多级氧气增压系统。

背景技术

氧气为易爆、助燃性气体，为了便于运输和应用，一般需要对氧气进行增压处理，目前均采用气动增压的方式，经过2～3级压缩，实现氧气高压压缩；该增压方式利用大活塞推动小活塞的原理，采用空气作为动力源，推动大活塞运动，大活塞与小活塞联动，小活塞压缩氧气后高压输出。

气体增压泵是以压缩空气为动力源的一种活塞式增压泵，当进气时增压气控阀的阀芯往复切换工作，控制增压泵活塞以极快的速度作往复动作，随着输出压力的增高，活塞的往复速度减慢直至停止，此时增压泵输出的气体压力恒定，达到最大压力。

采用气体增压泵来对氧气进行增压处理是一种常规氧气增压方式，存在功率大、噪声大、体积大、输出压力精度低、稳定性差的问题，这是因为：气动增压方式需要单独提供排气量大的空气动力源，一般采用大功率空气压缩机作为输入驱动源，推动活塞运动，因此系统的体积较大且笨重；气动增压通过2～3级活塞压缩，当活塞两端压力相等时，达到最大压力，输出气压稳定，此时输出气体压力的准确度和稳定性容易受活塞两端气压的影响，产生持续的压力波动，无法输出精度高、稳定性高的气体。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种能够实现快速、精准的增压控制的基于电机驱动的多级氧气增压系统。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于电机驱动的多级氧气增压系统，包括进气管、增压气缸、出气管、第一压力传感器、第二压力传感器、控制器、电机驱动器、电机、传动轴和凸轮，所述增压气缸和所述凸轮均为多个且一一对应，多个所述增压气缸之间依次串联连接，所述进气管的出口通过气管与第一个所述增压气缸的入口连接，最后一个所述增压气缸的出口通过气管与所述出气管的入口连接；所述第一压力传感器用于检测第一个所述增压气缸的入口处的气压且其信号输出端与所述控制器的低压信号输入端连接，所述第二压力传感器用于检测最后一个所述增压气缸的出口处的气压且其信号输出端与所述控制器的高压信号输入端连接，所述控制器的电机控制输出端与所述电机驱动器的输入端连接，所述电机驱动器的输出端与所述电机的控制输入端连接，所述电机的转轴与所述传动轴的一端连接，多个所述凸轮在所述传动轴的轴向方向依次设置于所述传动轴上且在所述传动轴的圆周方向错开分布，多个所述凸轮与多个所述增压气缸的活塞杆分别一一对应连接。

上述结构中，增压气缸、第一压力传感器、第二压力传感器、控制器、电机驱动器、电机、传动轴和凸轮均为现有技术常规部件，其安装和应用方式均为现有技术，具体来说，增压气缸就是通过活塞杆实现吸入气体并压缩增压功能的常规气缸，第一压力传感器和第二压力传感器就是检测气管内压力的常规压力传感器，控制器就是内含中央处理器且具有信号接入和控制输出功能的常规控制器，电机驱动器就是内含电机驱动电路的常规驱动器，传动轴和凸轮可以一体成型或焊接加工成型，均为常规结构；多个增压气缸用于对氧气进行渐进式增压，通过多级增压达到输出高压氧气的目的；电机是增压气缸工作的动力源，以电为能源的电机具有便于精确控制其输出功率的优点，从而使最终输出氧气的压力能够被精确控制；传动轴和凸轮共同构成传动机构，用于将电机输出的旋转动力传输给增压气缸的活塞杆，从而带动活塞杆运动，实现氧气的吸入和增压排出功能，多个凸轮的设置要满足使氧气从第一个增压气缸到最后一个增压气缸依次增压的目的，即第一个增压气缸的活塞杆先被拉出吸入氧气，然后被压缩使氧气增压并被排出，同时下一个增压气缸的活塞杆先被拉出吸入上一个增压气缸排出的氧气，然后被压缩使氧气继续增压并被排出，后面的增压气缸循环此模式，直到最后一个增压气缸排出高压氧气作为整个多级氧气增压系统输出的高压氧气；第一压力传感器、第二压力传感器、控制器和电机驱动器共同构成自动控制系统，控制器根据第一个增压气缸的入口处的气压、最后一个增压气缸的出口处的气压以及预设的输出气压来精确计算电机的输出功率，从而实现精确控制输出气压的目的，该计算过程是易于想到和实现的，不是本发明的创新重点，不作保护。

为了实现最佳的逐级增压效果，多个所述增压气缸的容量依次增大且第一个所述增压气缸的容量最小、最后一个所述增压气缸的容量最大。气缸的容量越大，功率就越大，所以第一个所述增压气缸的功率最小、最后一个所述增压气缸的功率最大。

优选地，所述增压气缸为四个。

为了便于缓冲、平衡进气压力，所述进气管的出口与第一个所述增压气缸的入口之间的气管上安装有缓冲罐，所述第一压力传感器安装于所述缓冲罐上；所述第二压力传感器安装于最后一个所述增压气缸的出口与所述出气管的入口之间的气管上。

为了便于控制高压氧气的输出，所述最后一个所述增压气缸的出口与所述出气管的入口之间的气管上还安装有输出电磁阀，所述输出电磁阀的控制输入端与所述控制器的电磁阀控制输出端连接。

为了便于集成安装各部件并实现精确的传动控制，所述电机的转轴与小齿轮连接，所述小齿轮通过皮带与所述大齿轮连接，所述大齿轮与所述传动轴的一端连接。

本发明的有益效果在于：

本发明通过电机驱动增压气缸，使增压气缸内的活塞杆往复运动，压缩氧气使其产生较大的压力并输出，最终使氧气达到所需的输出压力，且采用多个凸轮和多个增压气缸实现多级渐进式增压，并利用控制器等自动控制系统实现自动、精准的增压控制，从而具有氧气输出压力高、氧气输出压力精准、氧气输出压力稳定、无需外部动力气源、降低系统功耗、减小噪声、无油驱动的优点，而且集成度高、体积小、重量轻。

附图说明

图1是本发明所述基于电机驱动的多级氧气增压系统的结构框图；

图2是本发明所述基于电机驱动的多级氧气增压系统的立体结构示意图，图中未示出图1中的部分部件；

图3是本发明所述基于电机驱动的多级氧气增压系统的后视结构示意图，图中未示出图1中的部分部件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

说明：图1为框图结构，与图2和图3一起相互对应和补充，能够更加全面地了解本系统。

如图1所示，本发明所述基于电机驱动的多级氧气增压系统包括进气管2、缓冲罐7、增压气缸、输出电磁阀13、出气管15、第一压力传感器8、第二压力传感器14、控制器12、电机驱动器4、电机3、传动轴20和凸轮18，所述增压气缸包括容量（对应的功率亦同）由小到大依次增大的第一增压气缸6、第二增压气缸24、第三增压气缸16、第四增压气缸11，凸轮18包括四个且分别与第一增压气缸6、第二增压气缸24、第三增压气缸16、第四增压气缸11一一对应，第一增压气缸6、第二增压气缸24、第三增压气缸16、第四增压气缸11依次串联连接，进气管2的出口通过气管5与第一增压气缸6的入口连接，第四增压气缸11的出口通过气管5与出气管15的入口连接；缓冲罐7安装于进气管2的出口与第一增压气缸6的入口之间的气管5上，第一压力传感器8安装于缓冲罐7上，第一压力传感器8用于检测第一增压气缸6的入口处的气压且其信号输出端与控制器12的低压信号输入端连接，第二压力传感器14安装于第四增压气缸11的出口与出气管15的入口之间的气管5上，第二压力传感器14用于检测第四增压气缸11的出口处的气压且其信号输出端与控制器12的高压信号输入端连接，控制器12的电机控制输出端与电机驱动器4的输入端连接，电机驱动器4的输出端与电机3的控制输入端连接，电机3的转轴与小齿轮（图中未标记）连接，所述小齿轮通过皮带21与大齿轮22连接，大齿轮22与传动轴20的一端连接，四个凸轮18在传动轴20的轴向方向依次设置于传动轴20上且在传动轴20的圆周方向错开分布，四个凸轮18与第一增压气缸6、第二增压气缸24、第三增压气缸16、第四增压气缸11的活塞杆17分别一一对应连接，输出电磁阀13安装于第四增压气缸11的出口与出气管15的入口之间的气管5上，输出电磁阀13的控制输入端与控制器12的电磁阀控制输出端连接。上述增压气缸和凸轮18的数量还可以更多或更少，根据实际需要而定。

图1中还示出了电源接口1，传动轴20及凸轮18共同构成的传动机构10，用于对第一增压气缸6、第二增压气缸24、第三增压气缸16、第四增压气缸11进行散热的散热风扇9，图2和图3还示出了用于作为安装基础的机架23，安装于第四增压气缸11的出口与出气管15的入口之间的气管5上的气体采集组件19，为了便于安装，第二压力传感器14安装在气体采集组件19上。这些为根据实际需要采用的常规结构，不是本发明的创新结构，所以不作保护。

如图1、图2和图3所示，运行时，低压氧气从进气管2进入缓冲罐7，第一增压气缸6的活塞杆先被拉出吸入氧气，然后被压缩使氧气增压并被排出，同时第二增压气缸24的活塞杆先被拉出吸入第一增压气缸6排出的氧气，然后被压缩使氧气继续增压并被排出，后面的增压气缸循环此模式，直到第四增压气缸11排出高压氧气至出气管15作为整个多级氧气增压系统输出的高压氧气；在上述工作过程中，第一压力传感器、第二压力传感器分别检测第一增压气缸6的入口处的实时气压、第四增压气缸11的出口处的实时气压并将信息传输给控制器12，控制器12结合该信息并根据预设的输出气压来精确计算电机3所需的输出功率，从而实现精确控制输出气压的目的。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于电机驱动的多级氧气增压系统，其特征在于：包括进气管、增压气缸、出气管、第一压力传感器、第二压力传感器、控制器、电机驱动器、电机、传动轴和凸轮，所述增压气缸和所述凸轮均为多个且一一对应，多个所述增压气缸之间依次串联连接，所述进气管的出口通过气管与第一个所述增压气缸的入口连接，最后一个所述增压气缸的出口通过气管与所述出气管的入口连接；所述第一压力传感器用于检测第一个所述增压气缸的入口处的气压且其信号输出端与所述控制器的低压信号输入端连接，所述第二压力传感器用于检测最后一个所述增压气缸的出口处的气压且其信号输出端与所述控制器的高压信号输入端连接，所述控制器的电机控制输出端与所述电机驱动器的输入端连接，所述电机驱动器的输出端与所述电机的控制输入端连接，所述电机的转轴与所述传动轴的一端连接，多个所述凸轮在所述传动轴的轴向方向依次设置于所述传动轴上且在所述传动轴的圆周方向错开分布，多个所述凸轮与多个所述增压气缸的活塞杆分别一一对应连接。

2.根据权利要求1所述的基于电机驱动的多级氧气增压系统，其特征在于：多个所述增压气缸的容量依次增大且第一个所述增压气缸的容量最小、最后一个所述增压气缸的容量最大。

3.根据权利要求2所述的基于电机驱动的多级氧气增压系统，其特征在于：所述增压气缸为四个。

4.根据权利要求1所述的基于电机驱动的多级氧气增压系统，其特征在于：所述进气管的出口与第一个所述增压气缸的入口之间的气管上安装有缓冲罐，所述第一压力传感器安装于所述缓冲罐上；所述第二压力传感器安装于最后一个所述增压气缸的出口与所述出气管的入口之间的气管上。

5.根据权利要求4所述的基于电机驱动的多级氧气增压系统，其特征在于：所述最后一个所述增压气缸的出口与所述出气管的入口之间的气管上还安装有输出电磁阀，所述输出电磁阀的控制输入端与所述控制器的电磁阀控制输出端连接。

6.根据权利要求1-5中任何一项所述的基于电机驱动的多级氧气增压系统，其特征在于：所述电机的转轴与小齿轮连接，所述小齿轮通过皮带与所述大齿轮连接，所述大齿轮与所述传动轴的一端连接。