[实用新型]脉冲传动泵

说明书

本实用新型是一种以脉冲电磁力直接驱动振子（柱塞）作直线往复运动的微型电动泵。

现有电磁泵的结构原理国内外已有大量专利文献介绍和大量在销产品，国内称为晶体管电磁泵，可控硅柱塞泵、整流泵等。这些泵共同的特征是活动铁芯为光滑园柱体，绕组通电后主磁通回路只有一个齿侧电磁工作气隙，产生单向脉冲电磁力压缩弹簧，再由弹簧的弹力驱动铁芯复位从而形成周期性往复运动。这些泵存在的主要问题是：铁芯磁路的磁导大，功率因数低，大量铜材、铁材消耗于无功功率传输；由于电磁工作气隙少，机电转换输出的有效功率小，电机效率低；造成电机效率低的另一原因是电磁力作功过程中不但要克服惯性负载使振子制动再换向起动而且要克服弹簧阻力，因而响应速度低，功率函数P（x）V（t）值亦低；泵的输出功率大小决定于弹簧元件的储能容量，因而现有电磁泵再增加流量和扬程在设计上是困难的，弹簧负荷很重，易疲劳损坏，噪声大。

本实用新型的目的就是针对上述问题进行综合改进，提供一种电机效率和功率因数较高、有功功率容量大、使用可靠、噪声和振动较小的往复式电动泵。

上述目的是应用中国专利申请号为88108391.7的专利申请技术，综合运用以下技术措施实现的。

措施1.利用最大电磁力空间：通过磁场计算求出活动铁芯（2）在不同位置时的磁导，即∧（x）函数的有限数值解和∧（x）对位移（x）的一阶导函数（x）的对应数值，作出 (λ(x))/(Λ(x)) 曲线（图1），该曲线反映出静电磁力P（x）的分布规律，其峰值点出现在齿侧电磁工作气隙g＝0处。故弹簧约束机构的设计必须能限制振子（m）的工作行程在g＝0坐标两侧。为此，取起动工作气隙g₀＝1～8毫米，自由行程S≤g₀，振子（m）运行总位移量为r_K＋r_k＋S包含着P（x）的峰值点。

措施2，增加齿侧电磁工作气隙数：将光滑的活动铁芯园柱面（2）加工成轴向有齿状，使每一绕组（7）产生的主磁通穿进、穿出滑动配合面时形成两个齿侧电磁工作气隙。这一设计的效果是在电负荷、磁负荷不变的条件下提高功率因数。结合使用措施1可保证电阻上的热损耗不变的前提下使全部有功功率的增加都转换为机械功输出。同时增加泵的输出功率和效率。

措施3、采用多齿细分多绕组串联结构：将宽齿磁路细分成若干窄齿磁路，细分后的齿宽b＝1～3毫米。这一设计的效果是输入电功率、电机效率同时增加。为保证功率输入的总容量不变，细分磁路的同时必须增加磁回路和绕组的数目。当电源电压较高时，绕组以串联为宜；低压驱动时，绕组以并联为宜。

措施4、采用机械脉冲约束机构和脉冲共振传动：所述脉冲约束机构就是非线性振荡约束机构。振子（m）在弹簧（4）（10）之间有一自由行程S，通常1≤S≤g₀毫米，这是一个稳态运行区间。所述脉冲共振传动就是使电磁力P（x）直接作用于负载，不再经过复位弹簧倒相转换。此时，维持振子（m）往复运动所需的振荡能量只作为保守能量在机构内部进行虚功交换。设计时尽可能减轻参振元件的结构重量，使维持振子（m）脉冲振荡所需的能量减到最少，因而弹簧（4）（10）负载很轻。为了使电磁力直接作用于负载。使电磁力P（x）方向与单向阀（6）开启的运动方向，即流体输出速度V（t）的方向相同，应将齿侧电磁工作气隙g。设置在0－0坐标线（图1）的左侧。为保证脉冲共振状态运行，脉冲约束机构各元件参数应满足下式：

T > π m K + π m K ]]>

式中：T——驱动电流脉冲重复周期（秒）

m——参振件（2）（3）（5）（6）质量总和（千克）

K——弹簧（4）的刚度系数（牛顿／米）

k——弹簧（10）的刚度系数（牛顿／米）

以上公式是机构设计的必要条件，为了逼近理想的脉冲共振点，运行过程中需进行必要的调整。通常T、m、K、k等结构参数及负载给定后，可调整输入电流大小达到脉冲调谐的目的。输入电流大小调节最简便的方法是采用可控硅移相触发电路（图2）。