磁悬浮泵.pdf

一种磁悬浮泵，其特征在于：缸体为永磁体磁筒，由永磁环制成的活塞位于缸体内，活塞外壁的磁极与缸体内壁的磁极相同，在缸体的端口处设置一磁铁环，其向缸体内侧一面的磁场极性与活塞环对应面的极性相同。本发明结构新颖合理，高效节能，能够工作于没有摩擦力的磁悬浮状态，基本上所有的能量都用在泵能上，工作效率比一般泵节能一倍左右，这对工作在微功耗上将十分突出。耐用可靠，能长久运行而无需维护，更无须更换部件。特别是对一些医疗仪器及需要连续不断工作的仪器，应用优势成为突出。

1、  一种磁悬浮泵，其特征在于：缸体(1)为永磁体磁筒，由永磁环制成的活塞(2)位于缸体(1)内，活塞(2)外壁的磁极与缸体(1)内壁的磁极相同，在缸体(1)的端口处设置一磁铁环(3)，其向缸体内侧一面的磁场极性与活塞(2)对应环面的极性相同。

2、  根据权利要求1所述的泵，其特征在于：磁铁(3)可采用固定磁铁环或电磁铁，并设置在缸体(1)内。

3、  根据权利要求1所述的泵，其特征在于：缸体(1)采用上缸体(4)与下缸体(5)结构，位于上缸体(4)内的悬浮活塞(6)与位于下缸体(5)内的悬浮活塞(7)通过一条垂直连杆(8)相连接，在连接杆(8)上设有两圆形永磁铁(9)及(10)，在永磁体(9)和(10)两则180度处设置一对电磁铁(11)及(12)，电磁铁(11)及(12)内放置了线圈(13)及(14)，两组线圈(13)及(14)连接成异名端接法。

4、  根据权利要求1所述的泵，其特征在于：缸体(1)内两端处可分别设置两电磁铁(15)及(16)，并通过电子线路控制。

5、  根据权利要求1或4所述的泵，其特征在于：电子线路包括共模抑制电路(17)，微电脑控制电路(18)，功率放大电路(19)，由电磁铁(15)及(16)产生的磁场强度变化信号通过共模抑制电路(17)送到微电脑控制电路(18)，微电脑控制电路(18)作出响应指令的信号驱动功率放大电路(19)，功率放大电路(19)的输出信号送到电磁铁(15)及(16)。

磁悬浮泵
所属技术领域
本发明涉及一种泵，特别是一种磁悬浮泵。
现有的泵均存在工作寿命短，经常性要更换易磨损的部件，因为接触必然导致磨损，特别是24小时不停工作的泵寿命更短，一般要在两年内就要更换部件，即使采用最好的耐磨材料最后也会产生磨损或穿孔(隔膜泵)，而且有摩擦或有张力，就会产生阻力(特别是高速运动时阻力更大)从而使工作效能降低，即工作转换效率降低。
发明目的
本发明的目的在于提供一种结构新颖合理，能够工作于没有摩擦力的磁悬浮状态，高效节能，耐用可靠的磁悬浮泵。
发明内容
本发明的目的可以通过以下措施来达到：一种磁悬浮泵，其特征在于：缸体为永磁体磁筒，由永磁环制成的活塞位于缸体内，活塞外壁的磁极与缸体内壁的磁极相同，在缸体的端口处设置一磁铁环，其向缸体内侧一面的磁场极性与活塞环对应面的极性相同。
本发明的目的还可以通过以下措施来达到：磁铁环可采用固定磁铁或电磁铁，并设置在缸体内。缸体采用上缸体与下缸体结构，位于上缸体内的悬浮活塞与位于下缸体内的悬浮活塞通过一条垂直连杆相连接，在连杆上设有两圆形永磁铁，在永磁体和两则180度处设置一对电磁铁，电磁铁内放置了线圈，两组线圈连接成异名端接法。缸体内两端处可分别设置两电磁铁，并通过电子线路控制。电子线路包括共模抑制电路，微电脑控制电路，功率放大电路，由电磁铁产生的磁场强度变化信号通过共模抑制电路送到微电脑控制电路，微电脑控制电路作出响应指令的信号驱动功率放大电路，功率放大电路的输出信号送到电磁铁。
本发明相比现有技术具有如下优点：
1、结构新颖合理，高效节能，能够工作于没有摩擦力的磁悬浮状态，基本上所有的能量都用在泵能上，工作效率比一般泵节能一倍左右，这对工作在微功耗上将十分突出。
2、耐用可靠，能长久运行而无需维护，更无须更换部件，一般能连续工作10年以上而无需维护，更无需更换部件。特别是对一些医疗仪器及需要连续不断工作的仪器，应用优势尤为突出。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图；
图2为本发明采用双缸对称式的结构示意图；
图3为本发明采用电子电路控制电磁铁方式时的结构示意图；
图4为本发明采用电子电路控制电磁铁方式时的电原理图；
图5为本实用新型的磁路原理图。
具体实施方式
本发明下面将结合附图(实施例)作进一步详述：
参照图1、图5，本发明主要包括由永磁体磁筒构成的缸体1，由永磁环制成的活塞2，置于缸体1端口处的磁铁环3。磁悬浮体是泵的活塞2，该活塞2可于缸体1内作上下运动，从而实现压缩与吸附来工作，于缸体1内壁布上均衡的(磁场即360度的磁力相等)，实际缸体1是一个永久磁铁，于框内壁上产生一均衡的磁场，而活塞2也是一个永久磁铁，这圆形活塞2外壁的磁极与缸体1内壁的磁极相同，使这两永磁产生一个排斥力(同性相斥)，由于是圆周360度的磁场强度均等，故而活塞2的外壁360度均存在着一个排斥力，把其推向中心，永远不能与圆筒形缸壁相接触，这样运动起来亦不会相互接触(活塞2与缸体1)，只要保证缸体360度的壁磁场强度相等，就可实现这一机理。实际操作中只要选择合适的冲磁方向就很容易实现360度磁场的均衡，而上下方向可不需要磁场强度相等。这样就能保证活塞2在缸体1内壁悬浮起来，其可运动方向只能作上下活动，只要于端口方向放置另一磁场，使其磁场极性与活塞2对应面相同的极性，这样，该活塞2就被限制在一定范围内运动，即可限制其做功的行程，最简单的方法是于圆形磁筒的两端加放另一个固定磁铁环3，但磁铁环3只要与活塞2对应面的极性相同，就自然产生一个排斥力，该斥力保证活塞2不会过冲，只能活动在设计的行程中。这样活塞2周围各个方向均存在磁场力，使该活塞工作在磁悬浮状态，只要给活塞小小的推力，就会向上或向下运动做功，亦可以于两端面上加一个交变磁场，令活塞作上下运动而做功(即通过转换磁场的极性来吸力/排斥力使永磁活塞作上下运动)。
采用固定磁场来限制活塞的行程，如图2采用双缸对称式结构，于上缸体4的底部安放有一固定的磁铁环3，而该磁环面的磁极与活塞2的对应面磁环极相同。即可保证活塞磁悬浮体6不能与固定磁铁3相碰，因磁场同极间距越小斥力越大，特别是微距时斥力极大，两磁同极性相斥的力度是与距离成几何级增加的，所以能很有效保证了上缸体1的活塞行程。而另一端下缸体5也是采用上缸体4相同结构，保证了悬浮活塞7不会与固定磁环3相碰。由于悬浮活塞6与悬浮活塞7是通过一条垂直连杆8相连固紧，即上缸体4向上压缩时，下缸体5是工作于吸附状态，由于有固定磁铁3的存在，悬浮活塞7会受到限位不能冲过固定磁铁3这点，亦即可限制了悬浮活塞6，不能过冲上顶部与单向导口瓶盖相碰。同理，向下运动时下缸体5工作于压缩状态，上缸体4工作于吸附状态。悬浮活塞6亦不会与固定磁铁3相碰，亦即保证了悬浮活塞7不会与单向导口瓶盖相碰，这样就算高速运动起来，亦不会产生机械接触噪声，故而这种结构的泵运行噪声比现有任何的泵都宁静。通过以上分析，由于没有机械接触，就不存在机械磨损，故而这种结构的泵理论上讲是永远不需要更换部件，使用寿命很长，实际制作时，只要保证磁悬浮活塞外径与固定磁筒内径相匹配，就能保证做功时所产生的的压力大(瞬间漏气小)只要相配的汽缸不变，其做功的压力亦不变。如果由于其它问题令至磨损后，气隙增大后，相对压力就会降低。故设计这种泵工作在什么压力下气隙间距地选择就显得很重要，即密封性好间隙小，精度高，做价亦高，气隙较大，压力小，精度低，做价亦低(当然压力的大小亦即与功率的大小是由外部推动力来决定的。只是讲相同的功率下密封性亦起了另一部分作用)。而外部做功是由缸外相连的杆8来提供推力，这种推力的产生是通过两个圆形永磁铁9及10于电磁铁当中产生的磁场来提供动能，并作往复上下运动，由于永磁体9及10两侧180度放置一对电磁铁11及12，电磁铁11及12内放置了线圈13及14，而双组线圈13、14是连接成异名端接法(即通电后，180度放置的电磁铁会产生相同的磁极)这样磁铁受力平衡，功效高，只要接上交流电源，磁铁即可上下运动，另这两磁铁受电磁铁的外型尺寸限制不会过冲。即整体都是悬浮运动，不与任何支承体相接触，即不会受到机械磨损的存在，从而实现真正的磁悬浮泵。
参考图3、图4，整个泵只有一个工作缸，缸体1的结构都是一样的，只不过于圆形磁筒两端放置的不是固定磁铁，而是电磁铁15及16，随着电流方向的不同，产生的吸/排力方向亦随之变化，但这种结构较复杂，要受电子线路控制，要于圆筒形缸体1两头端口的行程上放置两只磁力传感器，亦可用电磁铁15及16作传感器来用(即电磁铁作磁场生产器同时又当作为传感器来用，见附图4)，要验测永磁活塞2工作位置，从而控制电流方向，其工作原理如下：当接通电源时，因微电脑控制电路18产生一震荡信号，因第一周期时不知悬浮活塞2初态在什么位置，悬浮活塞2作上下运动，当悬浮活塞2接近端口时，该端口磁场强度亦产生变化，这一变化使放于端口附近的传感器产生信号，这信号通过共模仰制电路17送到微电脑控制电路18，使其作出响应的指令给功率放大电路19，作反方向电流，磁场随之变化，泵由原来压缩变为吸附工作，反之亦然。这样就可以使磁悬浮活塞2作上下运动来做功，由于电磁铁15及16是安放在缸体1的两端口处，极性相反(即一个产生吸力，另一个产生推力，而反转电流方向时，就产生作用力对调)，这样就很有效工作，而且精度很高，工作压力或吸力恒定，即它不是按时间来转换而是按做功的容积来判断何时反转运动，即对空载与满载所做的排吸功容积一样，而且于整个行程中产生的压力/吸力始终恒定，不会忽大忽小，这对很多高精度要求的场合十分有用，即每一过程所排或吸的容器均等，不会受阻力影响(如用在医疗方面就十分重要)。这种结构泵机械结构十分简单，效率高，压力恒定，控制灵活，精度高。
另本磁悬浮泵可工作在气泵方面或流体方面都可以，由于该泵不存在有润滑油，有橡胶，有磨损等，故而可用在不同领域上。如用在有腐蚀气体的场合，因永磁体不存在化学反应，故很适合直接工作在这种场合。如工作在有腐蚀的流体时于永磁体外包一层耐腐蚀体就可以了，比如注塑一层尼龙塑料，就是一个很好耐腐蚀材料，分子结构稳定，无毒，自润滑性好。当然现代材料很多，工作场合要求不同，压铸的材料亦不相同。