CN112392701B - 微型流体泵及包括其的压力流体应用设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微型流体泵，包括：马达，具有沿轴线延伸的马达轴；主壳体，其连接至至所述马达且限定容置空间；转轮，其接收所述马达转递的扭矩而转动且其上设置有偏心的摆轴，所述摆轴具有摆轴延伸线；隔膜体安装座，其连接至所述主壳体，所述隔膜体安装座上设置有具有多个隔膜单元的隔膜体；曲杆，其第一端连接至隔膜体以驱动所述隔膜单元往复压缩和抽吸运动，与第一端相对的第二端连接至所述摆轴的第一端；其中，所述流体泵还包括支撑件，其相对于所述主壳体固定且沿所述轴线的方向支撑所述曲杆。由此，可以仅通过改变摆轴的强度来降低转轮对曲杆的支撑力，以实现工件的预期寿命。本发明还涉及一种包括上述微型流体泵的压力流体应用设备。

Description

微型流体泵及包括其的压力流体应用设备

技术领域

本发明涉及一种微型流体泵。本发明还涉及包括该微型流体泵的压力流体应用设备，诸如洗牙器，咖啡机，特别是意式咖啡机。

背景技术

微型流体泵具有广泛的应用场景。例如，微型水泵可安装在不同的压力流体应用设备中，譬如咖啡机、洗牙器中，流体泵将水吸入其中，然后再将水以需要的压力泵出。但是，不同的压力流体应用设备对泵出流体的压力的要求也是不同的。例如，在美式咖啡机中，泵出水流的压力达到1巴即可出品合格的美式咖啡。但是，对于意式浓缩咖啡，要求泵出水流的压力达到约9巴、水温90度，且需要在30秒内冲煮出一杯30毫升的浓缩咖啡才算合格。此外，除了高压之外，还要求压力持续而稳定，且噪音较小，以及安装有流体泵的应用设备的体积尽可能小以便于放置。

针对出水高压且稳定的需求，已知的一种方案是使用凸轮泵，凸轮泵的优点是噪音小，但其价格昂贵，因为其对相互配合的部件的精度要求高。另一种已知方案是振动泵，其工作时会产生强烈的振动，从而引起很大的噪音；此外，其出水压力或者不够高从而不能满足需求，或者出水压力不能持续稳定，因此不能长时间连续运行，所以不适合商用。又一种已知的方案是旋转泵，典型的是叶片泵，叶片由叶轮机驱动旋转，其优点是成本低、也能够长时间运行，但是旋转泵体积大、造价高，不适用于家用咖啡机这种需要微型泵的场合。

发明内容

因此，本发明目的在于提供一种能够解决上述问题的技术方案。该目的通过根据本发明的微型流体泵实现，该微型流体泵包括：马达，具有沿轴线延伸的马达轴；主壳体，其连接至至所述马达且限定容置空间；转轮，其接收所述马达转递的扭矩而转动且其上设置有偏心的摆轴，所述摆轴具有摆轴延伸线；隔膜体安装座，其连接至所述主壳体，所述隔膜体安装座上设置有具有多个隔膜单元的隔膜体；曲杆，其第一端连接至隔膜体以驱动所述隔膜单元往复压缩和抽吸运动，与第一端相对的第二端连接至所述摆轴的第一端；

其中，所述曲杆沿所述轴向的力平衡公式为：

F_ln·cos(α)+F_lr·sin(α)＝F_p

其中，F_ln为所述转轮对所述摆轴的沿所述摆轴延伸线方向支撑力，F_lr为所述转轮对所述摆轴的沿与所述摆轴延伸线垂直的方向的支撑力，F_p为被压缩隔膜单元对曲杆的压力，α为所述摆轴的偏心角度；

其中，所述流体泵还包括支撑件，其相对于所述主壳体固定且沿所述轴线的方向支撑所述曲杆，使得所述力平衡公式为：

F_zcn·cos(α)+F_zcr·sin(α)+F_ln′·cos(α)+F_lr·sin(α)＝F_p，其中，F_ln’＝0，

以及，关于所述支撑点的力矩平衡公式为：

F_p·L_p＝F_lr·L_z

其中，F_zcn是所述支撑件对所述曲杆的沿所述摆轴延伸线方向的支撑力，F_zcn是所述支撑件对所述曲杆的沿与所述摆轴延伸线垂直的方向的支撑力，F_p为被压缩隔膜单元对曲杆的压力，L_p为所述曲杆在所述支撑件上的支撑点至F_p的力臂，F_ln’为所述转轮对所述摆轴的沿所述摆轴延伸线方向支撑力，F_lr为所述转轮对所述摆轴的沿与所述摆轴延伸线垂直的方向的支撑力，其表征与所述转轮的预期寿命相关联的工作载荷，L_z为F_lr关于所述支撑点的力臂；

且其中，所述摆轴的长度设置为：

其中，C为常数，表示所述支撑点至所述摆轴的第一端的距离。

通常情况下，流体泵的工作压力根据实际需要预先确定的，也就是说，F_zcn和F_zcr大致确定。因此，当期望减小转轮对所述摆轴的支撑力以尽量延长预期使用寿命时，需要对一些零部件进行重新设计和制造，由此可能带来较大的成本支出。通常，摆轴的偏心角度，由于涉及到要对转轴重新设计和加工且还因为涉及到避免流体泵工作时各零部件之间的干涉，通常也不是容易改变的参数。而根据本发明，通过增加沿马达轴线方向支撑曲杆的支撑件，使得转轮对摆轴的沿摆轴延伸线方向的支撑力消失，即，F_ln’为零，而仅存在转轮对摆轴的沿与摆轴延伸线垂直的方向的支撑力F_lr。因此，当仅增加摆轴的长度L_b时，转轮对摆轴的沿支撑力F_lr就会减小，也就是说，与转轮的预期寿命相关联的工作载荷会减小。而摆轴是具有简单形状的元件，易于制造且成本低廉，由此不仅使得转轮对摆轴的支撑力易于控制，还大大降低了设计和制造成本。

在一个实施例中，所述偏心角度为3到9度。

优选地，所述偏心角度为4到6度。

在一个实施例中，F_lr关于所述支撑点的力臂L_z为10-16毫米。

优选地，F_lr关于所述支撑点的力臂L_z为12.5-13.5毫米。

在一个实施例中，F_p关于所述支撑点的力臂L_p为6-9毫米。

优选地，F_p关于所述支撑点的力臂L_p为7.5-8.5毫米。

在一个实施例中，所述支撑件包括支撑主体和从所述支撑主体朝向所述隔膜体安装座凸出的支撑凸起，所述曲杆在所述支撑件上的支撑点为所述支撑凸起的顶点。

在一个实施例中，所述支撑凸起为球形件或锥形件。

在一个实施例中，所述曲杆包括中空部，所述支撑主体为支撑杆，所述支撑杆能够在横向于所述延伸轴线的平面上设置在所述中空部中。

在一个实施例中，所述曲杆设置有与所述支撑凸起配合的曲杆凹部。

在一个实施例中，所述曲杆包括嵌入件，所述曲杆凹部设置在所述嵌入件上。

本发明还涉及一种压力流体应用设备，包括如前所述的流体泵。

在一个实施例中，所述压力流体应用设备是咖啡机。

优选地，所述咖啡机是意式咖啡机。

在一个实施例中，所述压力流体应用设备是家用洗牙器。

附图说明

图1是根据本发明的微型流体泵的组装后的整体示意图；

图2是根据本发明的微型流体泵的实施例的局部爆炸图，其示意性地示出了所述微型流体泵的各部件，且省去了组装元件；

图3A和图3B分别是不包括支撑件和根据本发明的包括支撑件的情况下微型流体泵沿一轴向截面的局部剖视示意图；

图4是根据本发明的微型流体泵的实施例的支撑件和曲杆在组装状态下的示意性立体图；

图5是根据本发明的微型流体泵的实施例的支撑件和曲杆在组装状态下的示意性截面图，沿包含支撑件的延伸线和马达轴线的平面截取；

图6是根据本发明的微型流体泵的实施例的支撑件和包括嵌入件的曲杆的示意性分解图；

图7是根据本发明的微型流体泵的实施例的支撑件和曲杆的示意性分解图；

图8是根据本发明的微型流体泵的实施例的主壳体的示意性立体图。

具体实施方式

为了使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图对本发明的实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。

在本说明书中，方向表述“上”和“下”相对于微型流体泵的组装方向A(图1和2中示出)定义，与组装方向A取向相同的方向为称为“上”，与组装方向A取向相反的方向为称为“下”。

评价微型流体泵的性能的因素包括使用寿命、每次排出流体量的精度、在较长使用时间的情况下总排出量的精度(例如，使用100次、500次、1000次等情况下总排出量的精度)等。任何一个零部件不能正常运转都会导致整个泵的不良性能，甚至不能继续使用该泵，从而将其作为关键部件安装的压力流体应用设备也不能再正常工作。这在需要高压泵出流体的情况下尤其值得重视。泵出的流体压力越高则意味着流体泵的各个零部件承受的压力要比一般情况下大得多。举个例子，一种压力流体应用设备(譬如美式咖啡机)需要的流体压力是1巴，而另一种需要更高压力的设备(譬如意式咖啡机)需要的流体压力高达9巴，如果将前者的泵的结构直接照搬到后者中使用，则泵零部件会由于受到过高压力而被过早破坏，导致后者使用寿命过短。本发明提出的微型流体泵很好地解决了上述问题，其能够应用在诸多需要高压流体的压力流体应用设备中，且由此能够适用于更广的压力范围。

图1示出了根据本发明的微型流体泵的组装后的整体示意图。应理解，图1仅是示意性地示出了根据本发明的微型流体泵整体视图，但图1中示出的姿态并不意味着其安装在压力流体应用设备中时所处于的状态。

根据本发明的微型流体泵可以安装在压力流体应用设备(未示出)中。例如，微型流体泵可以是微型水泵，压力流体应用设备可以是其中安装有该微型水泵的咖啡机。咖啡机利用微型水泵泵出的水来制作咖啡。特别地，压力流体应用设备是需要泵出水流的压力高达9巴的意式咖啡机。根据本发明的微型流体泵也可以应用在，例如，家用洗牙器中，以提供高压高速水流冲洗牙齿。此外，根据本发明的微型流体泵还可以是气泵。如图1所示，根据本发明的微型流体泵100包括马达9，所述马达9具有轴线X。马达9用于为微型流体泵的运转提供动力。

微型流体泵100还包括主壳体1。如图1所示，主壳体1在其一端连接至马达9，以与其组装在一起。例如，主壳体1的底部可以固定连接至马达9的上表面以与其组装在一起。

为了便于下文中的描述，图1中还示意性地示出了组装方向A。组装方向A取向为从马达9沿轴线X朝向安装在其上的主壳体1。

主壳体1可具有柱形外轮廓，所述柱形的母线可平行于马达的轴线X。图1中示出的主壳体1具有大致方柱形的轮廓，应理解，根据需要，主壳体1可具有其他形状的轮廓，例如圆柱形轮廓、截面为大致矩形的矩形柱轮廓。主壳体1在其内部限定一容置空间11(图2)，用于容纳微型流体泵100的部件。

马达9可具有沿轴线X延伸的马达轴(图中未示出)。参考图2，马达9的马达轴可从马达9的朝向主壳体1的表面91(即，上表面91)突伸出来。例如，马达9可具有大致圆柱形的马达外壳，如图1和2中所示的，而马达轴从其圆形上表面91的中心处突伸出来。马达9的扭矩通过马达轴输出，并经由例如一系列传动齿轮进行传递，以驱动微型流体泵工作。

如图1和2所示，微型流体泵100可包括隔膜体安装座2，其上可设置有包括隔膜单元的隔膜体20，将在下文详述。隔膜体安装座2相对于马达9位于主壳体1的另一侧，并连接至主壳体1。

微型流体泵100可还包括阀座3和上盖1。阀座3的一侧连接至隔膜体安装座2，而另一侧连接至上盖4。由此，马达9、主壳体1、隔膜体安装座2、阀座3以及上盖4沿图2中所示的组装方向A依次顺序组装在一起，其中，主壳体1、隔膜体安装座2、阀座3以及上盖4可通过固定元件连接在一起。在一个例子中，固定元件可以是穿过上盖4、阀座3、隔膜体安装座2和主壳体1的细长形固定元件，例如螺栓。在另一个例子中，上盖4、阀座3、隔膜体安装座2和主壳体1可通过卡簧固定连接在一起。

此外，在垂直于组装方向A的平面中，上盖4、阀座3、隔膜体安装座2和主壳体1的横截面可还具有大致相同的外部形状，以在组装后形成整体上一致的外观。

如图2和4所示，隔膜体安装座2上设置有隔膜体20，隔膜体20具有多个隔膜单元21。在图2和4的例子中示出了具有4个隔膜单元21的隔膜体20。根据实际需要，隔膜体20也可以具有其他数量的隔膜单元，例如，2个、3个、5个等。为此，隔膜体安装座2设置有与隔膜单元21的数量相对应的开口，用于接收各隔膜单元21。

每个隔膜单元21可包括腔体211和安装柄212。腔体211包括朝向阀座3的方向敞开的开口。安装柄212位于腔体211下方且从该腔体211的底部向下延伸。隔膜体20具有安装平面部22，该安装平面部22将各隔膜单元21连接在一起以形成一体的隔膜体20，例如，在各隔膜单元21的开口位置附近将它们连接在一起。

当组装时，将隔膜体20从隔膜体安装座2的上方安装到隔膜体安装座2，使得隔膜体20的安装平面部22定位在隔膜体安装座2的上部面上，例如定位在所述上部面上形成的凹部中，而隔膜单元21的腔体211的至少一部分被接收在隔膜体安装座2的对应的开口中，且安装柄212穿过该对应的开口从隔膜体安装座2的另一侧(下侧)露出。继续参考图2的局部爆炸图。阀座3上设置有从阀座3下方安装至阀座3的进入阀31，以及从阀座3的上方安装至阀座的排出阀32。进入阀的阀片与隔膜单元21位置上相配合，且数量相等。应理解，进入阀也可以具有其他形式。图2中示出了一件式排出阀32，应理解，排出阀也可以具有其他的形式，例如分立式的阀片。

如图1和2所示，上盖4固定安装至阀座3，且包括允许流体进入的入口42和允许流体排出的出口41。

请参见图2，根据本发明的微型流体泵100还包括转轮5。转轮5能够接收马达9传递的扭矩而转动，例如，马达9的输出扭矩可通过一系列传动元件(例如，一系列齿轮)传递到转轮5。转轮5在其上侧上可设置有偏心的摆轴6。摆轴6可插入在转轮5的上侧的孔中。该摆轴6是偏心的，意思是摆轴6的延伸方向与马达9的轴线X的延伸方向限定出一夹角，该夹角的角度被称为偏心角度α(图3B)。在根据本发明的微型流体泵中，摆轴6的偏心角度α为3至9度。

在一个优选实施例中，摆轴6的偏心角度α为4到6度。更优选地，该偏心角度α为6度。

进一步地，流体泵100可包括曲杆7。曲杆7沿组装方向A位于转轮5和隔膜体安装座2之间。曲杆7可包括朝向隔膜体安装座2的第一端701和与该第一端701相反的第二端702。该第二端702朝向转轮5取向。

曲杆7的第一端701连接至隔膜体20，以驱动隔膜单元21往复压缩和抽吸运动。具体地，曲杆7的第一端701可设置有支架71，支架71的数量对应于隔膜单元21的数量。在图2所示的实施例中，曲杆7包括4个支架71。支架71的自由端处设置有通孔，用于套设在隔膜单元21的安装柄212上，以驱动隔膜单元21的腔体211往复压缩和抽吸。

曲杆7的第二端702连接至摆轴6的第一端601。例如，在曲杆7的底部上设置一中心孔703(图5)，该中心孔703套设在摆轴6的第一端601上，从而实现曲杆7与摆轴6的连接。

在微型流体泵工作时，马达9输出的扭矩传递至转轮5以驱动转轮5转动，转轮5的转动通过摆轴6驱动曲杆7运动，由于摆轴6的延伸线X6与轴线X限定出非零夹角，曲杆7的转动使得隔膜体20的各隔膜单元21轮流压缩和抽吸运动。当抽吸时，流体从入口42进入微型流体泵100内部，阀座3上的进入阀31打开以让流体通过、并进入隔膜单元21的腔体211。当压缩时，流体被挤压出腔体211，并使排出阀32打开，从而经由出口41排出到微型流体泵100之外。

为了实现持续且稳定的高压流体输出，根据本发明的微型流体泵100还包括支撑件8。现参考图3A至8来描述支撑件的具体布置以及曲杆的受力情况。图3A和图3B分别示意性地示出了不包括支撑件的情况下和根据本发明的包括支撑件的情况下微型流体泵沿一轴向截面的局部剖视示意图，用于说明在该两种情况下曲杆的受力情况，其中，图3B中的截面大致垂直于支撑件的延伸线Y。图4示意性地示出了支撑件8和曲杆7在组装状态下的立体图。图5示意性地示出了支撑件8和曲杆7在组装状态下的截面图。图6和图7分别示意性地示出了支撑件8和曲杆7的分解图。图8示意性地示出了本发明的微型流体泵的主壳体的立体图。

根据本发明，支撑件8相对于主壳体1固定且沿轴线X的方向支撑曲杆7。由此，在隔膜体20的隔膜单元21的往复抽吸和压缩运动中产生的高压的绝大部分将沿轴向X的方向经由支撑件8传递至主壳体，从而由主壳体1支撑，而不再如传统技术中那样被直接传递至曲杆、转轮、一系列传动齿轮等部件上。如前所述，微型泵的零部件承受高压力将造成其过早损坏，从而引起泵的使用寿命过短等问题；而在根据本发明的微型流体泵中，通过支撑件的巧妙设置改变了高压力的传递路径和承受对象，不仅保护了微型泵中精细小巧的各个零部件使它们能够在较长使用寿命期间精密配合，而且还显著提高了流体泵的排出流体的压力，增加了流体泵的压力适用范围(例如从以前的1巴扩展到现在的1至9巴)。此外，根据本发明的微型流体泵由于沿用了隔膜泵的技术而保留了相比于现有技术中其他高压泵(例如，凸轮泵、叶片泵等)的优点，包括噪音小、体积微小、成本低等。

具体来说，支撑件8可包括支撑主体81和从支撑主体81朝向隔膜体安装座2凸出的支撑凸起82，曲杆7支撑在该支撑凸起82上。

在一个实施例中，如图4至7所示的，支撑件8的支撑主体81为支撑杆，具有大致平直的杆状形状，特别地如图5和图6所示的。支撑杆可以由金属制成，例如钢。同时，曲杆7包括一中空部72，使得具有支撑杆形式的支撑主体81能够在横向于轴线X的平面上设置在中空部72中。例如，中空部72是贯通的，使得支撑主体81能够从其中穿过且其两端固定至主壳体1。这里“横向于轴线X的方向”理解为该方向与轴线X相交。优选地，在该实施例中，支撑主体81的延伸线Y(图5中示出)垂直于轴线X。

现返回图4至图6，支撑凸起82设置在支撑主体81上，从支撑主体81朝向隔膜体安装座2凸出，使得曲杆7支撑在支撑凸起82上。具体地，支撑凸起82可以为球形，如图5所示的，球的顶点位于马达8的轴线X上。而曲杆7的在中空部72上方的部分支撑在该支撑凸起82的顶点上。也就是说，曲杆7在支撑件8上的支撑点O_z为所述支撑凸起82的顶点。

此外，在一个未示出的实施例中，支撑凸起可以为锥形，例如圆锥形或多面体锥形。在该情况下，曲杆7支撑在该锥形的顶点上。

如图6所示，支撑凸起82和支撑主体81是分立的部件，也就是说，它们是能够分开的。可以通过将支撑凸起82紧配合至支撑主体81而将它们组装在一起。例如，支撑主体81可在其上部面811上设置有用于安装所述支撑凸起82的支撑凸起安装凹部813。例如球形的支撑凸起82的外部面可以与该支撑凸起安装凹部813的内边缘相互配合，以使得支撑凸起82紧配合至支撑主体81。当曲杆7在摆轴6的带动下运动时，支撑曲杆7的支撑凸起82由于与支撑主体81紧配合而不随曲杆7运动，而是相对于支撑主体81固定。

在一个未示出的实施例中，支撑凸起82可以与支撑主体81一体成型，形成一件式支撑件。

形成支撑凸起的材料可具有多种选择。例如，支撑凸起可以为钢凸起、陶瓷凸起、或硬质合金凸起。从而能够为曲杆7提供强支撑，承受很高的工作压力。

以下参考图3A和图3B来说明根据本发明的具有支撑件的微型流体泵的受力情况。图3A示出了不包括支撑件的情况，以与图3B中所示的包括支撑件的流体泵的情况进行对比。在以下对比中，曲杆和与其连接的摆轴作为一个受力整体来分析。

此外，为了更好地分析高压微型流体泵中的受力情况，限定了一力分析平面，在该平面中，其中一个隔膜单元处于最大被压缩状态。此时，为了估算使用寿命，假设此工作瞬间是静态的、部件之间的接触是刚性的，且使用了简化的公式。

如图3A所示，当曲杆7’驱动隔膜体以使得隔膜单元的腔体压缩时，曲杆7承受来自被压缩隔膜单元的腔体的压力F_P，连接至转轮5’的摆轴6’由此受到来自转轮的支撑力F_lr和F_ln，其中，F_lr沿与摆轴延伸线X6’垂直的方向，F_ln沿摆轴延伸线X6的方向。则曲杆沿马达轴线X’的方向的力平衡公式为：

F_ln·cos(α)+F_lr·sin(α)＝F_p 公式一

其中，α是摆轴6的偏心角度。

现在参考图3B，在包括支撑件的情况下，曲杆沿轴线X的方向的力平衡公式变为：

F_zcn·cos(α)+F_zcr·sin(α)+F_ln′·cos(α)+F_lr·sin(α)＝F_p，其中，F_ln’＝0 公式二

其中：

F_zcn是支撑件8对曲杆7的沿摆轴延伸线X6方向的支撑力，

F_zcr是支撑件8对曲杆7的沿与摆轴延伸线X6垂直的方向的支撑力，

F_p为被压缩隔膜单元对曲杆7的压力，

L_p为曲杆7在支撑件8上的支撑点Oz至F_p的力臂，

F_ln’为所述转轮对所述摆轴的沿所述摆轴延伸线方向支撑力，

F_lr为转轮5对摆轴6的沿与所述摆轴延伸线垂直的方向的支撑力，其表征与转轮5的预期寿命相关联的工作载荷，

L_z为F_lr关于所述支撑点Oz的力臂。

当设置了支撑件8时，隔膜单元对曲杆7施加的压力在轴线X的方向上几乎全部由支撑件8承载，由此，体现在公式二中，转轮5对摆轴6的沿摆轴延伸线X6的方向的支撑力F_ln’为0，而仅存在转轮对摆轴的沿与摆轴延伸线垂直的方向的支撑力F_lr。

而且，关于支撑点Oz的力矩平衡公式为：

F_p·L_p＝F_lr·L_z 公式三

则摆轴的长度设置为：

其中，C为常数，表示所述支撑点Oz至所述摆轴的第一端的距离。

转轮对曲杆的支撑力的大小表征与转轮的预期寿命相关联的工作载荷，也是影响流体泵的一系列传动部件的使用寿命的因素。转轮对曲杆的支撑力越大，则曲杆对转轮的反作用力越大，工作载荷的增加会使工件的预期使用寿命缩短。因此，期望能够尽量以简单有效的方式降低该工作载荷，即，转轮对曲杆的支撑力。在根据本发明的具有支撑件的微型流体泵中，能够通过仅改变摆轴6的长度而实现该目的。具体地，L_z为F_lr关于支撑点Oz的力臂，其包括支撑点Oz至摆轴的第一端的距离以及摆轴的长度两部分，即：

L_z＝L_b+C 公式五

如上所述且如图3B所示，L_b为摆轴的长度，C为支撑点Oz至摆轴的第一端的距离。

将公式二代入公式三，且根据公式五，得到公式四。通常情况下，流体泵的工作压力根据实际需要预先确定的(例如前面提到的高达9巴的压力)，也就是说，F_zcn和F_zcr大致确定，摆轴的偏心角度α通常也不是很容易改变的参数(因为改变偏心角度涉及到重新设计和加工转轮)，那么根据公式四，当仅增加摆轴6的长度L_b时，转轮7对摆轴6的支撑力F_lr就会减小，也就是说，与转轮5的预期寿命相关联的工作载荷会减小。而摆轴6是具有简单形状的元件，易于制造且成本低廉，由此不仅使得转轮对摆轴的支撑力易于控制，还大大降低了设计和制造成本。

在一个实施例中，F_lr关于所述支撑点Oz的力臂L_z为10至16毫米。

更优选地，F_lr关于所述支撑点Oz的力臂L_z为12.5-13.5毫米。

在一个实施例中，F_p关于所述支撑点Oz的力臂L_p为6-9毫米。

更优选地，F_p关于所述支撑点Oz的力臂L_p为7.5-8.5毫米。

在如图3B-8所示的例子中，摆轴6可具有沿延伸线X6延伸的圆杆形式。

在一个实施例中，隔膜单元21的腔体211在垂直于轴线X的平面中为大致圆形。该腔体211在其开口处限定内直径D。该内直径D为7至9毫米。

在一个优选实施例中，隔膜单元21的腔体211的内直径D为8至9毫米。

现在返回参考图5至图8来描述支撑件8与主壳体1的连接方式的例子。支撑杆形式的支撑主体81的两个端部801和802可固定连接至主壳体1的至少一部分。例如，支撑主体81的两个端部801和802可装配在主壳体1的相对应的装配部分上，以与主壳体1固定连接。如图8所示，所述装配部分例如是主壳体1的上部中设置的两个凹槽11和12。凹槽11和12例如可从主壳体1的上部面102朝向马达9的方向下凹，以接收支撑杆的两个端部。沿轴线X的方向，支撑主体81的端部可部分地位于凹槽11和12中，也可以全部位于凹槽11和12中。

进一步地，如图6所示的，支撑杆形式的支撑主体81在靠近两端的部分处形成有开孔811和812，开孔811和812分别与主壳体1的凹槽11和12中的定位突出部111和112相配合，以使得支撑件8稳固地定位至主壳体1。

以上描述了支撑主体为支撑杆的例子。应理解，支撑主体也可以具有其他形式，例如，为其他形状的支架，只要支撑件能够相对于主壳体1固定且沿轴线X的方向支撑曲杆7。

以上示例中描述了支撑件8与主壳体1分立且固定至主壳体1的示例。在一未示出的示例中，支撑件8可以与主壳体1的一部分一体成型。例如，支撑件的支撑主体可以是具有多个分支的支架，支架在其中心处设置有用于支撑曲杆的支撑凸起，且所述多个分支从该中心处向外延伸，所述分支的末端固定地连接至主壳体的一个部段。由此，整个支架与主壳体的该部段一起成型。在该情况下，曲杆可包括两个部分，这两个部分分别位于支架的两侧且能够连接在一起(例如，这两个部分中的至少一个具有能够延伸穿过所述分支之间的空间的连接部，以与另一部分中的配合部相接合)。

下面参考图4至7来说明根据本发明的微型流体泵100的曲杆7。如图6和8所示，为了使曲杆7能够稳定的支撑在支撑凸起82上，曲杆7在其朝向凹部82的一侧设置有与支撑凸起82配合的曲杆凹部73。由此，支撑凸起82位于支撑主体81和曲杆凹部73之间。例如，在支撑凸起82与支撑主体81分立的情况下，支撑凸起82可被夹持在支撑主体81的支撑凸起安装凹部813与曲杆凹部73之间。曲杆凹部73构造为以能够在支撑凸起82上不受阻碍的运动的方式与支撑凸起82相配合。例如，当支撑凸起82为球形时，曲杆凹部73的曲率半径大于支撑凸起82的曲率半径，以使得在微型流体泵工作期间曲杆7能够在支撑件8上受到支撑且不受阻碍地运动。

进一步地，曲杆7可还包括嵌入件74(图6)，在该情况下，曲杆凹部73可设置在该嵌入件74上。具体地，在图6和7所示的例子中，嵌入件74可具有中间部段741、以及从中间部段741的两端延伸的分支部段742和743。中间部段741可具有伸长的形状，其中部可设置有沿横向于其伸长方向扩张的部分，使得既能够为设置与支撑凸起82配合的曲杆凹部73提供足够空间，又能够保证该嵌入件具有足够的结构强度。曲杆凹部73可设置在该扩张部分的下部面，即朝向曲杆7的第二端702的面。分支部段742和743可平行于彼此朝向第二端702延伸。嵌入件74可由金属材料制成，例如刚，由此与支撑凸起82之间形成刚性支撑。

在一优选的例子中，嵌入件74通过包覆模制而嵌入在曲杆7的主体中。由此，该嵌入件74构成了曲杆7本身的加强件，从而提升了曲杆7的整体结构强度。

应当理解的是，上面描述的和在附图中示出的结构仅是本发明的示例，其可通过表现出用于获得所需最终结果的相同或相似功能的其他结构代替。另外，应当理解的是，上面描述的和附图所示的实施例应被视为仅组成本发明的非限制性示例，并且它可在专利权利要求的范围内以多种方式进行修改。

Claims (16)

1.一种微型流体泵，所述流体泵包括：

马达，具有沿轴线延伸的马达轴；

主壳体，其连接至所述马达且限定容置空间；

转轮，其接收所述马达转递的扭矩而转动且其上设置有偏心的摆轴，所述摆轴具有摆轴延伸线；

隔膜体安装座，其连接至所述主壳体，所述隔膜体安装座上设置有具有多个隔膜单元的隔膜体；

曲杆，其第一端连接至隔膜体以驱动所述隔膜单元往复压缩和抽吸运动，与第一端相对的第二端连接至所述摆轴的第一端；

其中，所述曲杆沿所述轴线的力平衡公式为：

F_ln·cos(α)+F_lr·sin(α)＝F_p

其中，F_ln为所述转轮对所述摆轴的沿所述摆轴延伸线方向支撑力，F_lr为所述转轮对所述摆轴的沿与所述摆轴延伸线垂直的方向的支撑力，F_p为被压缩隔膜单元对曲杆的压力，α为所述摆轴的偏心角度；

其中，所述流体泵还包括支撑件，其相对于所述主壳体固定且沿所述轴线的方向支撑所述曲杆，使得所述力平衡公式为：

F_zcn·cos(α)+F_zcr·sin(α)+F_ln′·cos(α)+F_lr·sin(α)＝F_p，其中，F_ln’＝0，

以及，关于支撑点的力矩平衡公式为：

F_p·L_p＝F_lr·L_z

其中，F_zcn是所述支撑件对所述曲杆的沿所述摆轴延伸线方向的支撑力，F_zcn是所述支撑件对所述曲杆的沿与所述摆轴延伸线垂直的方向的支撑力，F_p为被压缩隔膜单元对曲杆的压力，L_p为所述曲杆在所述支撑件上的支撑点至F_p的力臂，F_ln’为所述转轮对所述摆轴的沿所述摆轴延伸线方向支撑力，F_lr为所述转轮对所述摆轴的沿与所述摆轴延伸线垂直的方向的支撑力，其表征与所述转轮的预期寿命相关联的工作载荷，L_z为F_lr关于所述支撑点的力臂；

且其中，所述摆轴的长度设置为：

其中，C为常数，表示所述支撑点至所述摆轴的第一端的距离。

2.如权利要求1所述的流体泵，其中，所述偏心角度为3到9度。

3.如权利要求2所述的流体泵，其中，所述偏心角度为4到6度。

4.如权利要求1至3中任一项所述的流体泵，其中，F_lr关于所述支撑点的力臂L_z为10-16毫米。

5.如权利要求4所述的流体泵，其中，F_lr关于所述支撑点的力臂L_z为12.5-13.5毫米。

6.如权利要求1至3中任一项所述的流体泵，其中，F_p关于所述支撑点的力臂L_p为6-9毫米。

7.如权利要求6所述的流体泵，其中，F_p关于所述支撑点的力臂L_p为7.5-8.5毫米。

8.如权利要求1所述的流体泵，其中，所述支撑件包括支撑主体和从所述支撑主体朝向所述隔膜体安装座凸出的支撑凸起，所述曲杆在所述支撑件上的支撑点为所述支撑凸起的顶点。

9.如权利要求8所述的流体泵，其中，所述支撑凸起为球形件或锥形件。

10.如权利要求9所述的流体泵，其中，所述曲杆包括中空部，所述支撑主体为支撑杆，所述支撑杆能够在横向于所述轴线的平面上设置在所述中空部中。

11.如权利要求8至10中任一项所述的流体泵，其中，所述曲杆设置有与所述支撑凸起配合的曲杆凹部。

12.如权利要求11所述的流体泵，其中，所述曲杆包括嵌入件，所述曲杆凹部设置在所述嵌入件上。

13.一种压力流体应用设备，包括如权利要求1至12中任一项所述的流体泵。

14.如权利要求13所述的设备，其中，所述设备是咖啡机。

15.如权利要求14所述的设备，其中，所述咖啡机是意式咖啡机。

16.如权利要求13所述的设备，其中，所述设备是家用洗牙器。

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