CN109838360A - 一种用直线电机作为动力的泵 - Google Patents

Abstract

一种用直线电机作为动力的泵。属于机电技术领域，主要用在管道输送工业中。针对现有泵存在密封性差的缺点。提出一种泵的技术方案，主要包括励磁装置、泵体、底座。励磁装置包括励磁绕组与励磁铁芯；泵体包括管状缸体、活塞、单向导通阀、管道。本技术方案提高了泵的密封性，同时还提高了可靠性。

Description

一种用直线电机作为动力的泵

技术领域

一种用直线电机作为动力的泵，属于机电技术领域。

背景技术

泵是管道输送领域的核心部件，不同工况下对泵的特性要求不同，评测泵的性能主要参考以下指标：可靠性、密闭性。现有的泵以旋转电机作为动力装置驱动螺旋桨旋转实现泵的功能，存在密封性不高的缺点，即使采用多层密封圈也不能从源头上解决密封的问题，这个缺陷是由其物理结构决定的。

发明内容

针对现有泵密闭性差的缺点，本发明提出的泵的技术方案，通过改变物理结构，使其具备更高的密闭性，同时还带来了更高的可靠性。

1、一种用直线电机作为动力的泵，包括励磁装置、泵体、底座；

其中励磁装置由独立的励磁单元排列组合而成；组成励磁装置的励磁单元不少于两个；单个励磁单元包括励磁铁芯与励磁绕组，励磁铁芯由导磁材料构成，励磁绕组由导电线绕制而成，励磁绕组绕制在励磁铁芯上；相邻励磁单元之间安置有活塞位置检测装置，活塞位置检测装置为红外检测装置或为磁强计，红外检测装置包括红外光光源与红外光接收机；

泵体包括管状缸体，管状缸体内置作往复运动的活塞，活塞由导磁材料构成；管状缸体两端中的每一端均设有出口和入口，除开出口和入口外，管状缸体内部空间与外部空间隔绝；独立的管道分别与出口或入口连接，每一个管道串接单向导通阀；管状缸体的一端至少包括一个导进单向导通阀和一个导出单向导通阀；

底座承载励磁装置、泵体，底座、励磁装置、泵体三者构成一个整体。

技术特征解释：

励磁装置：由多个励磁单元（不少于2个）组合而成。励磁单元的励磁绕组通电后，使励磁铁芯对活塞有吸引作用。励磁装置的作用就是给活塞在管状缸体内作往复运动提供动力。

励磁单元：主要由励磁绕组和励磁铁芯构成， 励磁单元排列组合，可采用并列式或者交错式，实施例给出的是交错式，即励磁单元以缸体为界，一左一右交错排列。励磁单元的作用为提供吸引力，使活塞靠近该励磁单元。

励磁绕组：由导电线绕制而成，绕制在励磁铁芯上，通入直流电后能产生磁场。

励磁铁芯：由具备刚性的导磁材料构成，励磁铁芯的外形类似为字母“C”形，励磁绕组绕制在字母“C”的“腰”上，字母“C”的缺口衔接在管状缸体上，励磁铁芯的作用是使励磁绕组产生的磁场按设计的铁芯的物理外形形成闭合的磁场回路。

活塞位置检测装置：可为红外检测装置或磁强计。采用红外检测装置时，当红外光源被活塞挡住后，红外光接收机不能接收到红外光，从而发出位置信号。采用磁强计时，由于活塞由导磁材料构成，因而其经过磁强计附近时，会改变磁强计周边磁场强度，从而可通过磁强计检测活塞位置。

管状缸体：呈直管状，由具有刚性且耐磨的导磁材料构成，缸体端侧设有连接口，除连接口外，其余部位封堵，使管状缸体内部形成与外部隔绝的柱状空间，内部仅靠连接口与外部相连。缸体材质特性为：耐磨、具备一定刚性、导磁，可选用高分子塑料，如聚四氟乙烯。

活塞：位于管状缸体内部，为具有刚性且耐磨的导磁材料构成，活塞的截面与管状缸体截面相似，活塞紧贴管状缸体内壁自由滑动。活塞的宽度略大于励磁铁芯（20）的宽度，约为相邻两活塞位置检测装置间的距离。活塞为磁性材料时，活塞内部的磁力线与励磁铁芯缺口处的磁力线平行。也可将活塞（11）置换成电磁铁，电导线从管状缸体（10）一端接入，悬在管状缸体（10）内部，避免电导线被活塞（11）与管状缸体（10）夹住即可。

单向导通阀：为一种单向门导通阀，即流体受压后仅能从导通阀一侧流向另一次，反向则处于关断状态。

2、励磁铁芯为导磁材料片叠压而成，励磁绕组的导电线的表面覆有绝缘涂层。

附加“导磁材料片叠压而成”这个技术特征的原因：通过导磁材料片叠压能减少磁滞涡流损耗，提高电能的利用率（常用变压器、电磁铁主要采取这种方案）；附加“导电线的表面覆有绝缘涂层”这个技术特征的原因：进一步限制导线的选型，划清与裸导线的界限。

3、组成励磁装置的励磁单元呈交错排列；导磁材料为铁、钴、镍或铁-钴、铁-镍、钴-镍、铁-钴-镍合金。

励磁单元呈交错排列的原因：所谓交错排列，可从附图1中直观的看出，以缸体未分界线，励磁单元以一左一右交错排列；这种排列可使励磁装置整体更为紧凑，励磁绕组散热更好，管状缸体固定更牢靠；铁、钴、镍或铁-钴、铁-镍、钴-镍、铁-钴-镍合金为常用导磁材料，也可加入稀土作改良，如采用钕铁硼。

4、励磁绕组由主励磁绕组和反励磁绕组构成，主励磁绕组与反励磁绕组并行绕制在励磁铁芯上，主励磁绕组与反励磁绕组相互独立。

将励磁绕组分为主励磁绕组和反励磁绕组的原因：上一励磁单元对活塞的吸引将阻碍活塞向下一相邻励磁单元运动（这是由导磁材料的磁滞效应决定的）；在低速运动时，仅靠主励磁绕组即可实现泵的基本功能，磁滞效应的负面作用并不明显；提速后，可将上一励磁单元反接直流源，加速该单元的铁芯消磁；进一步提速后，对同一励磁绕组进行切换正负极操作，易出现短路、烧毁电源的情况，因而采用主励磁绕组和反励磁绕组组合形成复合的励磁绕组，主励磁绕组作为吸引活塞的动力，当活塞滑向下一单元时，反励磁绕导通加速该励磁铁芯消磁。

5、一种用直线电机作为动力的泵，管状缸体的截面呈圆柱状或者椭圆状。

附加“管状缸体的截面呈圆状或者椭圆状”这个技术特征的原因：当管状缸体截面的周长值恒定时，围成一个圆可使缸体截面面积更大，因而泵的效率更高，具备有益效果；构成椭圆会拉低泵的工作效率与空间利用率，但形成了对活塞限定，即防止活塞在缸体内部旋转，影响泵正常工作，因而采用椭圆方案，存在潜在的有益效果。

有益效果：本技术方案提出的泵，相比现有技术，具备密封性好的优点，改进的同时还提高了泵的可靠性，适用于对密封性要求较高的应用场合。

附图说明

本申请给出的附图中，励磁装置的励磁单元为4个，交错布置。

图1为一种用直线电机作为动力的泵的模型图，图中包括如下主要构件：

管状缸体（10）、励磁铁芯（20）、励磁绕组（201）、单向导通阀（30）、管道（40）、底座（80）。

图2为一种用直线电机作为动力的泵的结构示意图（非模型图的截面图），图中包括：管状缸体（10）；活塞（11）；励磁铁芯（20）、（21）、（22）、（23）；单向导通阀（30）、（31）、（32）、（33）；管道（40）（41）、（42）、（43）；活塞位置检测装置（50）、（51）、（52）。

图3为一种用直线电机作为动力的泵的主视图。

图4为一种用直线电机作为动力的泵的右视图。

图5为一种用直线电机作为动力的泵的俯视图。

具体实施方式

实施例中励磁装置的励磁单元为4个、呈交错安置，管状缸体选用圆柱状；管状缸体的两端的每一端分别安置一个出口和入口；活塞位置检测装置采用红外检测装置；励磁绕组仅由主励磁绕组构成。

如图2示，一种用直线电机作为动力的泵包括：管状缸体（10）；活塞（11）；励磁铁芯（20）、（21）、（22）、（23）；单向导通阀（30）、（31）、（32）、（33）；管道（40）（41）、（42）、（43）；活塞位置检测装置（50）、（51）、（52）。

管状缸体（10）：呈圆管状，活塞（11）能在缸体内部紧密贴合且能滑动，管体两端的每一端分别设有两个连接口，除连接口外，其余部位封堵，使管状缸体内部形成与外部隔绝的柱状空间，内部仅靠连接口与外部相连。缸体材质特点为：耐磨、具备一定刚性、导磁，可选用高分子塑料，本实施例选用聚四氟乙烯管。

活塞（11）：位于管状缸体（10）内部，呈圆柱状，圆柱高度略大于励磁铁芯（20）的宽度， 其外径略小于管状缸体（10）内径（为了贴合紧密），活塞（11）能在管状缸体（10）内部自由滑动。活塞（11）材质可为铁、钴、镍或铁-钴、铁-镍、钴-镍、铁-钴-镍合金等。本实施例采用纯铁，在特殊工况下，可将活塞（11）置换成电磁铁，电导线从管状缸体（10）一端接入，悬在管状缸体（10）内部，避免电导线被活塞（11）与管状缸体（10）夹住即可。

励磁铁芯（20）、（21）、（22）、（23）为同种方法制成的4个独立构件，由硅钢片叠压而成，其外形为字母“C”形，励磁绕组（201）绕制在字母“C”的“腰”上，字母“C”的缺口衔接在管状缸体（10）上， 励磁铁芯（20）、（21）、（22）、（23）交错排列。

励磁绕组（201）为外覆绝缘层的铜导线。本实施例仅由主励磁绕组，未绕制反励磁绕组，绕组直接与直流源相连，正极连线串接受控开关（本实施例采用IGBT）。

单向导通阀（30）、（31）、（32）、（33）：从附图2可知，单向导通阀（30）、（31）为由外到内的单向导通阀，单向导通阀（32）、（33）为由内到外的单向导通阀。作用为限制流体的流向，即仅能单向流动。其工作原理为受压单向导通。

管道（40）（41）、（42）、（43）：管道一端分别与管状缸体（10）的连接口连接，单向导通阀（30）、（31）、（32）、（33）分别串接在管道上，管道另一端与外部管道相连（附图未给出外部管道）。

活塞位置检测装置（50）、（51）、（52）：本方案选择红外检测装置，包括外光光源与红外光接收机，当活塞（11）运动到外光光源与红外光接收机之间时，与之对应的外光光源被挡住，红外光接收机无接收，产生的特定信号传送给单片机，通过预编程序的处理，即可大致判断活塞（11）的位置。活塞位置检测装置安置在相邻励磁铁芯之间，与管状缸体（10）紧密贴合；为进一步改善性能，可在管状缸体（10）两端分别增设活塞位置检测装置。本实施例仅装有3套红外检测装置套位置检测装置。

控制电源，本申请没有将控制电源纳入权利要求的保护范围，适合实施例给出的泵的电源具有如下主要特点：控制电源包含一个直流源、不少于4套绝缘栅双极型晶体管装置（行业内部简称IGBT）和附加的驱动电路、一个单片机及其外围辅助设备（常用单片机为STM32系列）。当泵的结构确定后，尤其是确定了励磁单元的个数后，控制电源应与之进行匹配。

泵与控制电源的连接方式：励磁单元上的励磁绕组的正、负级连接在直流源上，在正极连接线上串接一个IGBT，将负责驱动这个IGBT的驱动装置上的控制信号线与单片机相连，其余3个励磁单元的接法与上面的描述相同。红外光接收机生成的位置检测信号输入给单片机。由此，单片机检测到活塞的位置后，按照预定编写的控制程序，通过控制相应IGBT的导通与关断，实现活塞在管状缸体（10）内的往复运动。

以附图2为初始状态，活塞（11）往右侧运动为例：

从励磁铁芯（20）到励磁铁芯（21）：活塞位置检测装置（50）的红外光被挡，即可知活塞（11）位于励磁铁芯（20）、（21）之间，励磁铁芯（21）上的励磁线圈导通，其余关断，活塞（11）受到励磁铁芯（21）的电磁力而向右移动。

从励磁铁芯（21）到励磁铁芯（22）：当活塞（11）正对励磁铁芯（21）时，活塞位置检测装置（50）、（51）的红外光被挡，即可知活塞（11）正对励磁铁芯（21），励磁铁芯（22）上的励磁线圈导通，其余关断，活塞（11）受到励磁铁芯（22）的电磁力而向右移动。

从励磁铁芯（22）到励磁铁芯（23）：当活塞（11）正对励磁铁芯（22）时，活塞位置检测装置（51）、（52）的红外光被挡，即可知活塞（11）正对励磁铁芯（22），励磁铁芯（23）上的励磁线圈导通，其余关断，活塞（11）受到励磁铁芯（23）的电磁力而向右移动。

活塞（11）到达右侧端头，再类似上述操作，使活塞（11）回到左侧。活塞向右运动时，右侧内部空间压力增大，单向导通阀（31）紧闭，单向导通阀（32）开启，活塞内部右侧流体从单向导通阀（32）和管道（42）流出；与此同时，左侧空间压力减小，向导通阀（33）紧闭，单向导通阀（30）开启，外部流体从单向导通阀（30）和管道（40）流入活塞左侧。接上辅助管道，即可实现泵的基本功能。

上面结合附图对本技术方案的实施方式作了详细说明，但是本技术方案不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以做出种种变化，但这种改变都应属于本专利的权利要求保护的范围内。

Claims (5)

1.一种用直线电机作为动力的泵，包括励磁装置、泵体、底座；

其中励磁装置由独立的励磁单元排列组合而成，组成励磁装置的励磁单元不少于两个，单个励磁单元包括励磁铁芯与励磁绕组，励磁铁芯由导磁材料构成，励磁绕组由导电线绕制而成，励磁绕组绕制在励磁铁芯上，相邻励磁单元之间安置有活塞位置检测装置，活塞位置检测装置为红外检测装置或为磁强计，红外检测装置包括红外光光源与红外光接收机；

泵体包括管状缸体，管状缸体内置作往复运动的活塞，活塞由导磁材料构成，管状缸体两端中的每一端均设有出口和入口，除开出口和入口外，管状缸体内部空间与外部空间隔绝，独立的管道分别与出口或入口连接，每一个独立管道串接单向导通阀，管状缸体的每一端至少包括一个导进单向导通阀和一个导出单向导通阀；

底座承载励磁装置、泵体，底座、励磁装置、泵体三者构成一个整体。

2.根据权利要求1所述的一种用直线电机作为动力的泵，其特征在于，励磁铁芯为导磁材料片叠压而成，励磁绕组的导电线的表面覆有绝缘涂层。

3.根据权利要求2所述的一种用直线电机作为动力的泵，其特征在于，组成励磁装置的励磁单元不少于两个且呈交错排列；导磁材料为铁、钴、镍或铁-钴、铁-镍、钴-镍、铁-钴-镍合金。

4.根据权利要求3所述的一种用直线电机作为动力的泵，其特征在于，励磁绕组由主励磁绕组和反励磁绕组构成，主励磁绕组与反励磁绕组并行绕制在励磁铁芯上，主励磁绕组与反励磁绕组相互独立。

5.根据权利要求4所述的一种用直线电机作为动力的泵，其特征在于，管状缸体的截面呈圆状或者椭圆状。