CN108412733A - 单相交流空气泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种活塞的驱动力强、气泵出气量大、气压高并且具有节能效果的单相交流空气泵，该泵可分为单缸体和双缸体两种结构形式的单相交流空气泵。该泵由定子和动子两部分组成，定子上设有铁芯凸极和凸极线圈绕组；动子上主要设有活塞(9)和永磁体组成。驱动活塞做直线往复运动的驱动力是由定子线圈绕组电流在铁芯凸极上产生的磁极磁场、与动子永磁磁场之间的相互吸引力和排斥力共同产生。由于驱动力大，所以即可作为增氧泵使用也可作为家庭装潢所用压缩空气的气源。其结构形式在于，按动子驱动轴的永磁磁极可分为四极、八极等不同磁极数的单相交流空气泵；按照壳体(3)的结构形式，可分为方形结构形式和圆形结构形式两种。

Description

单相交流空气泵
技术领域
本发明涉及低压空气泵领域，具体涉及一种单相交流空气泵。
背景技术
目前所用的电磁式空气泵属于单缸、单相交流半波气泵。一般用于鱼缸增氧、医疗等行业。附图1表示电磁式空气泵的基本结构和工作原理示意图，其结构特征在于：主要由定子和动子两部分组成。所述的定子主要包括非铁磁质壳体3、气缸和气缸盖2、定子绕组磁极5a和5b、二极管和定子线圈；所述的动子主要包括活塞9、驱动轴6和弹簧7。所述的驱动轴6上安装有软铁磁质驱动衔铁8。
工作原理：如附图1所示，假如当线圈接通单相220V(50赫兹)交流电源且为上半周期二极管处于导通状态时，两个绕组磁极的上端为N极下端为S极。那么此时磁场吸引衔铁8，使弹簧7被压缩、活塞9向右运动，同时气缸的进气阀打开出气阀关闭；当单相交流电处于下半周期、二极管处于截止状态、线圈内没有电流，此时弹簧7弹起并带动活塞9向左运动、同时进气阀关闭出气阀打开、气缸内的空气被压缩并从出气孔1流出。
所述电磁式空气泵的弱点：活塞9压缩空气和排气的驱动动力是靠弹簧7的弹力产生、驱动动力小、气泵的出气量少、气压低。
发明内容
本发明的目的是提供一种活塞的驱动力强、气泵出气量大、气压高并且具有节能效果的单相交流空气泵，该泵可分为单缸体和双缸体两种结构形式的单相交流空气泵；按动子驱动轴的永磁磁极可分为四极、八极等不同磁极数的单相交流空气泵；按照壳体(3)的结构形式，可分为方形结构形式和圆形结构形式两种。如附图所示，本发明的结构形式主要由定子和动子两部分组成，定子上设有铁芯和绕组磁极；动子上设有活塞(9)、永磁体，永磁体镶嵌在驱动轴(6)上；所述的动子永磁体的块数是绕组磁极数的两倍；驱动活塞作直线往复运动的驱动力是由定子线圈绕组电流在铁芯凸极上感应产生的磁极(简称绕组磁极)磁场、与动子永磁磁场之间的相互吸引力和排斥力共同产生；其中单缸结构形式单相交流空气泵的压缩与排气冲程的驱动力，除了磁场吸引力和排斥力还包括弹簧(7)的弹力。由于驱动力大，所以本发明即可作为增氧空气泵使用也可作为家庭装潢所用压缩空气的气源。下面以单缸、四极、壳体方形结构形式的单相交流空气泵为例，来说明其基本结构和工作原理。
基本结构形式
本发明是一种低压空气压缩设备，属于单缸(或双缸)、单相交流全波空气泵，其结构形式参见附图2。该方案的壳体3为方形、动子为四极(永磁磁极)的单相交流空气泵。主要由定子和动子两部分组成，所述的定子主要包括泵体3、气缸和气缸盖2、定子绕组磁极5a、5b和定子线圈4a、4b；所述的动子主要由活塞9、永磁体、驱动轴6和弹簧7组成，所述的四极是指由四块永磁体10a、10b、10c和10d组成。永磁体镶嵌在驱动轴(6)上，活塞活塞9安装在驱动轴的左侧、弹簧7安装在驱动轴右侧。
如附图2所示，四块瓦片状永磁体，其中10a、10b两块瓦片状永磁体外弧面分别为N极和S极，10c和10d两块瓦片状永磁体外弧面分别为N极和S极。也就是沿径向相对应的两块永磁体的外弧面的极性相反、沿轴向同一侧的两块永磁体的外弧面的极性相反。四块瓦片状永磁体镶嵌安装在驱动轴6上。所述的弹簧7一端与驱动轴连接、另一端固定在定子上并且通过调节螺栓11可以在驱动轴移动的方向上调整其弹力的大小。
工作原理
附图2表示线圈4a和4b没有接通电源、动子及活塞9处于静止状态的示意图。附图5表示当线圈4a和4b接通单相交流电源、活塞8受到磁场力、运动方向向右的示意图。假设此时为单相交流电的正向半周期，并且绕组磁极5a显示为S极、绕组磁极5b显示为N极。根据磁场具有同性磁极磁场相互排斥和异性磁极磁场相互吸引的属性，那么此时驱动轴6带动活塞9在磁场力的作用下向右运动，同时气缸吸气、弹簧7被压缩(附图5表示活塞9到达终点位置的示意图)。当线圈4a和4b内的交流电负向半周期时(如附图6所示)，在这期间绕组磁极5a显示为N极、绕组磁极5b显示为S极。同样，根据磁场具有同性磁极磁场相互排斥和异性磁极磁场相互吸引的属性，此时驱动轴6带动活塞9在磁场力的作用下向左运动，此时气缸内的气体被压缩、压缩空气从排气口1中排出。以上所述是单相交流电接入线圈绕组一个周期、气泵完成一次吸气、一次压缩排气冲程的全过程。如此下去，单相交流空气泵将连续产生压缩空气，从而实现连续得到压缩空气的目的。
活塞7受到的驱动力：活塞9向右运动受到的驱动力：一是绕组磁极5a的S极磁场排斥动子永磁体10b的S极磁场和吸引永磁体10a的N极磁场产生驱动力；二是绕组磁极5b的N极磁场排斥动子永磁体10c的N极磁场和吸引永磁体10d的S极磁场产生的驱动力。该作用力产生的效果是：完成气缸吸气及将弹簧7压缩。活塞9向左运动受到的驱动力：一是绕组磁极5a的N极磁场排斥永磁体10a的N极磁场和吸引永磁体10b的S极磁场产生的驱动力；二是绕组磁极5b的S极磁场排斥动子永磁体10d的S极磁场和吸引永磁体10c的N极磁场产生的驱动力；三是弹簧7产生的弹力。该驱动力作用效果是：活塞9完成对气缸内气体的压缩和排气。
有益效果及特点
本发明与传统的电磁式空气泵相比较，一是动子上去掉了衔铁8、定子上去掉了二极管，增加了四块瓦片状永磁体；二是传统的电磁式空气泵接入的是半波单相交流电，本发明接入的是全波单相交流电；三是传统的电磁式空气泵的活塞9完成压缩和排气冲程的驱动力只有弹簧7提供，而单相交流空气泵的活塞9完成压缩和排气冲程是由绕组磁极磁场和永磁磁场之间的相互吸引、排斥力以及弹簧7的弹力共同产生。可见，本发明所述的单相交流空气泵的驱动力大，但制造成本若有增加。综合其利弊关系，结果是利远大于弊。因为对于相同体积、相同功率的气泵来说，产出的压缩空气压力高、气量大；而且用同样的设计原理，可制造大功率的空气泵，从而能够扩大该气泵的应用范围。
附图说明
附图1表示传统电磁式空气泵的基本结构和工作原理示意图。
附图2表示单缸、单相交流空气泵的基本结构和工作原理示意图，其中10a、10b、10c和10d表示瓦片状永磁体。
附图3表示单缸、单相交流空气泵(附图2)在A-A向的剖视示意图。
附图4表示单缸、单相交流空气泵(附图2)在B-B向的剖视示意图。
附图5表示单缸、单相交流空气泵接通单相交流电且交流电处于正向半周期时的示意图。
附图6表示单缸、单相交流空气泵接通单相交流电且交流电处于负向半周期时的示意图。
附图7表示壳体及永磁体都为圆形、双缸、单相交流空气泵接通单相交流电且交流电处于负向半周期时的示意图。
附图8表示双缸、单相交流空气泵(附图7)在A-A向的剖视示意图。
<1>出气孔，<2>气缸盖，<3>壳体，<4a>、<4b>、<4c>和<4d>表示定子线圈，<5a>、<5b>、<5c>和<5d>表示绕组磁极，<6>驱动轴，<7>弹簧，<8>软磁质衔铁，<9>活塞，10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g和10h表示瓦片状永磁体，<11>表示调节螺栓，空心箭头表示驱动轴运动的方向。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明
本发明按动子驱动轴的永磁磁极可分为四极、八极等不同磁极数的单相交流空气泵；按照壳体3的结构形式，可分为方形结构形式和圆形结构形式两种；该泵可分为单缸体和双缸体两种结构形式。所以在具体设计某一型号的单相交流空气泵时可根据实际需求来设计制造。所述的动子永磁体镶嵌在驱动轴6上，是指沿轴向相邻的两块永磁体磁极的极性相反、沿圆周方向相邻的两块永磁体磁极的极性相反。所述的定子绕组磁极，其结构特征在于：沿圆周方向、相邻的绕组磁极当接通单相交流电源产生的磁极极性相反。所述的永磁体的外弧面与所对应的定子绕组磁极的内弧面度数相等。下面介绍一种壳体为圆形、动子永磁体为八极、定子绕组磁极为四极、双泵体结构形式的单相交流空气泵。
参见附图7-8，该图表示双缸单相交流空气泵的结构原理示意图，其中壳体3、定子铁芯及绕组磁极为圆环形，有四个定子绕组磁极、有八块瓦片状永磁体。八块永磁体10a、10b、10c、10d、10e、10f、10g和10h镶嵌在驱动轴6上；沿轴向排列的两块永磁体的磁极极性相反；沿径向相对应的两块永磁体的磁极极性相同；双缸的吸气、压缩和排气的驱动力都来自定子磁极磁场和动子磁极磁场的作用力。四个定子绕组可以串联连接也可以并联连接；具体要求是：相对应的两个绕组磁极，当线圈绕组接通单相交流电源时磁极极性相同。附图7表示活塞9在磁场力的作用下运行到最左端时的示意图，附图8表示沿A-A方向的剖视示意图。
可见，所述的双缸结构形式单相交流空气泵的出气量大，与出气量相同的传统电磁式空气泵相比较，其综合制造成本低，是本发明的优选方式。

Claims (5)

1.一种单相交流空气泵，该泵可分为单缸体和双缸体两种结构形式的单相交流空气泵；结构特征在于：主要由定子和动子两部分组成，定子上设有铁芯和定子绕组磁极；动子上设有活塞(9)、永磁体，永磁体镶嵌在驱动轴(6)上；所述的动子永磁体的块数是绕组磁极数的两倍；驱动轴(6)驱动力的产生在于：驱动活塞做直线往复运动的驱动力是由定子线圈绕组电流在铁芯凸极上感应产生的磁极磁场、与动子永磁磁场之间的相互吸引力和排斥力共同产生；其中单缸结构形式的单相交流空气泵的压缩与排气冲程的驱动力，除了吸引力和排斥力还包括弹簧(7)的弹力；结构类型在于：按动子驱动轴的永磁磁极可分为四极、八极等不同磁极数的单相交流空气泵；按照壳体(3)的结构形式，可分为方形结构形式和圆形结构形式两种。
2.根据权利要求1所述的绕组磁极，其特征在于：定子线圈绕组电流在铁芯凸极上感应产生的磁极。
3.根据权利要求1所述的定子绕组磁极，其结构特征在于：沿圆周方向、相邻的绕组磁极当接通单相交流电源产生的磁极极性相反。
4.根据权利要求1所述的永磁体，其特征在于：永磁体为瓦片状。
5.根据权利要求1所述的永磁体镶嵌在驱动轴(6)上，其安装特征在于：沿轴向相邻的两块永磁体磁极的极性相反、沿圆周方向相邻的两块永磁体磁极的极性相反。
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