CN102410183B - 对偶动磁式薄腔微行程增压泵 - Google Patents

Abstract

对偶动磁式薄腔微行程增压泵，属机电领域：针对近70年的增压器历史中形成的；双螺旋移积式，活塞式及离心式以及汽波式等的缺陷，它们无法兼顾：长寿性/效率/噪音及启动滞后时间等要素；本发明给出的动磁技术具有极高效率，小的启动功率的气/流体泵，技术关键就在于：其核心部件是多个对偶分布摆放的，旋转永磁驱动的薄腔微行程的变容空间，具有自抵消无功转动势垒力矩的特点，可广泛用于汽车增压器等领域。

Description

对偶动磁式薄腔微行程增压泵

本发明属机电领域：确切地讲是一种用旋转(动磁或其它)驱动的多个薄型风箱对偶放置，并行输出高压(流/气体)的一种集成装置。

一种高效的流体泵的设计需要考虑多种因素：诸如；长寿性，效率，噪音及启动滞后时间等；但是许多方案都只满足上述部分性能，往往满足不了需要。例如：汽车增压器就是其一；在近70年的增压器历史中形成了；双螺旋移积式(含压缩移积及非压缩移积2种)，活塞式及离心式以及汽波式(废气助推方式)以及曲轴及直线电机活塞式等6种；诸方法各有仲伯：双螺旋移积式特点是排气量大，效率低下，组件惯量质量巨大，(动磁或其它)驱动下无法迅捷反应；离心式效率最高，但转速奇高，寿命及迅捷性无从谈起；汽波式(废气助推方式)属于废气驱动类，主要是嘈音及寿命问题；曲轴及直线电机活塞式的特点是效率(直线电机除外)较佳，体积较大且无法迅速响应；目前就获得迅速响应性能的方式而言：直联发动机曲轴动力是唯一的方式，但代价在于付出高昂的效率代价及高冲击下的磨损代价；另一方面，无论任何单一完成机械往复运动的实现方式，都将导致往复传动部件的强度的要求，而导致寿命及相应速度问题；使得增压器仅作为少量场合使用。

本发明的目的就在于克服已有技术的不足之处，其重要依据是英国李约瑟博士所考察的导致300年前瓦特产生蒸汽机灵感的中国古代风箱的原理(核心在于单向风门)出发；设计出集重要优点于一身的流/气体泵，结合磁力(或磁力结合计机械传动)的无源力场的特点，以(动磁或其它)的方式驱动，适用于诸如汽车及大型运动工具等重要行业。

本发明的特点在于；以驱动旋转磁体为动力，可配合机械滑道进行力的分担，更重要的是为了严格限定对偶运动，以确保产生极小的振动及嘈音；由于永磁间的力的传输不用机械部件，可以允许很高的频率，这样可产生较大的排气量，因而给出一种集高寿命，高效率，低噪音及极小的启动滞后时间于一身的，并加之较小的重量及体积；这5项重要优点于一身的流体泵；汽车增压器只是其应用之一。

本发明的技术关键就在于：其核心部件是多个分布摆放的薄腔微行程流体泵；

具有自抵消无功转动势垒力矩的特点，

在消除噪音方面可采取了声波干涉方法，是将诸流体泵或环形/或对称/或基本对称摆放；另一核心技术是分是供电方式，就是将诸流体泵分成多组，分时供电，使电流平稳，有利于减少电磁辐射；其基本构造为：由挠性边围板区(1)，簧片气门片(2)及(4)，永磁体(5)，过气孔(6)，支撑件(7)及(12)，线圈(8)，紧固铆钉(9)，型腔空间围板(11)及(14)，行腔空间(16)，线圈引出导线(17)等组成；核心部件的基本工作过程为：对于行腔空间(16)来说；簧片气门片(2)是用于进气的，而(4)则是用于排气的；当线圈(8)被电流驱动时，永磁体(5)将对线圈产生作用力，由于线圈(8)与型腔空间围板(14)是固定在一起的；在挠性边围板区(1)的可变性的特性支持下，(14)将产生移动，而形成了行腔空间(16)的变容；当驱动电流周期性改变时，行腔空间(16)的容积将被周期性改变；簧片气门片(2)及(4)也将轮流开闭，从簧片气门的安装状态来看，当行腔空间(16)的容积变小时排气门(2)将开启而排气；当行腔空间(16)的容积变大时进气门(4)将开启而进气。

由于实际上单独的(动磁或其它)薄腔微行程流体泵单一工作时只产生有限的气流量，往往需要多只薄腔式短行程气泵并联工作，并排布在一起，适当的控制每一个的同步性，就能使各流体泵的产生的气压的大部分相互抵消，而减小大部分噪音输出。

简要来讲：由进气口进入的空气先经空气滤清网过滤，经过度区后，当泵扩容式再进入诸薄腔式短行程气泵的内部空间(压缩区)，在该泵的内部空间将空气压缩，当压力大于等于排气空间的压力时，排气簧片开启，压缩空气进入排放区。

需要强调的是：在本增压泵中使用了多个具有独立空间的(动磁或其它)薄腔微行程子泵；而多个(动磁或其它)薄腔微行程子泵的摆放方式可以是伞形排布，柱面排布，一字排布，球面排布，以进气口为基准的曲面排布及平面排布；空气滤清网即可以独立的滤清器构件的方式放置(作为进入改泵的前级使用)，也可以放置在(动磁或其它)薄腔微行程子泵的进气端前方，与之交织排布，共同安排在一个一体化的紧凑空间内；对于诸(动磁或其它)薄腔微行程子泵的供电方式即可以是同步方式也可以是异步分时方式；对于(动磁或其它)薄腔微行程子泵的单向导气的气门方式，即可以是机械式的簧片，胶片，梯形塞这些机械的气门方式，也可以是电控的电磁气门构件。上述的使用了多个具有独立空间的(动磁或其它)薄腔微行程子泵，是指范围在同一个分布干涉式薄腔微行程增压泵中使用了2到20000个(动磁或其它)薄腔微行程子泵；独立空间是指：每一个(动磁或其它)薄腔微行程子泵进/排气门所对应的(可变容)空间。

需要加以重点强调的是：在本增压泵中使用了多个具有独立空间的薄腔微行程子泵；而多个薄腔微行程子泵的摆放方式可以是伞形排布，柱面排布，一字排布，球面排布，以进气口为基准的曲面排布及平面排布；空气滤清网即可以独立的滤清器构件的方式放置(作为进入改泵的前级使用)，也可以放置在薄腔微行程子泵的进气端前方，与之交织排布，共同安排在一个一体化的紧凑空间内；对于薄腔微行程子泵的单向导气的气门，即可以是机械式的簧片，胶片，梯形塞这些机械的气门方式，也可以是电控的电磁气门构件；各薄腔微行程子泵的组合方式为对偶方式；对泵体的驱动即可以用(动磁或其它)方式也可以用电磁直线驱动方式。

而文中提及的：多个具有独立空间的薄腔微行程子泵，是指范围在同一个分布干涉式薄腔微行程增压泵中使用了2到20000个(动磁或其它)薄腔微行程子泵；独立空间是指：每一个薄腔微行程子泵进/排气门所对应的(可变容)空间。

以下结合附图就本发明的基本实施例，对本发明作进一步说明：

图1(轴向)对偶(动磁或其它)驱动方式原理示意图

图2(轴向兼径向)对偶(动磁或其它)驱动方式原理示意图

图3(动磁或其它)薄腔微行程流/气体泵结构剖面示意图

图4一种对偶(动磁或其它)式薄腔微行程增压泵示意图

图示说明：

(1)挠性边围板区

(2)(4)簧片气门片

(3)弯曲状态的簧片气门片

(5)永磁体

(6)过气孔

(7)(12)支撑件

(8)线圈

(9)紧固铆钉

(10)运动指示箭头

(11)(14)型腔空间围板

(13)进气指示箭头

(15)出气指示箭头

(16)行腔空间

(17)线圈引出导线

(30)(31)活动永磁块

(32)中心轴

(33)固定磁块

(34)(35)固定磁块磁力方向

(36)固定磁块所受磁力矩方向

(37)固定磁块减小了的轴向磁力方向

(38)转(动磁或其它)块所受磁力矩方向

(40)(41)活动永磁体的磁力矩

(42)转动轴

(43)固定永磁体

(44)转动轴合力矩

(50)电机转轴

(51)外壳体

(52)活(动磁或其它)体

(53)(54)通气孔

(55)薄腔微泵驱动板

(56)密封环

(57)电动机

(58)转动磁或其它体

(59)转动磁或其它体壁滑槽

(60)空气过滤网

(61)(62)进气口及进气流

(63)(64)排气口及高压排气流

(65)进排气空间隔离罩

(66)薄腔泵活动板

(67)凹槽滑动销

(70)高压排气气流

如图1所示：

(30)及(31)是2块独立的条形磁铁块粘接在一起的，2块的磁化方向相反；粘接后组成统一的活动永磁块；且与中心轴(32)固定连接。

固定磁块(33)不可转动，中心轴(32)穿过其中孔，不妨碍其相互自由转动。

当外力转动中心轴时，(30)及(31)将一起转动；将产生相互作用的磁力矩：如固定磁块所受磁力矩方向(36)及转(动磁或其它)块所受磁力矩方向(38)。

(34)及(35)为固定磁块磁力方向；与活动永磁块(30)(31)；的力矩方向相反。随着转动角度的增加；各自所受的力矩渐渐增大，轴向方向的磁力将减小：如(37)所指示。如果转轴不断地转动下去，力及力矩将进行周期性的变化。

图1中B表示在A指示的状态下，轴受有外力时的各磁体的受力状态。

如图2所示：

该图具有自抵消无功转动势垒力矩的特点：(40)及(41)为2个活动永磁体的磁力矩，转动轴(42)是2者的共同轴且刚性固定，其他磁块为固定永磁体；如(43)所示。

2个活动永磁块的磁力矩方向相反，呈抵消趋势；因而转动轴合力矩(44)将是一个相对于各自力矩而言的小量值。

图2中C和D两部分分别代表2组共轴的磁体组；C与D之间也是对偶关系(它们之间抵消大部分力矩)，每一组自身(如C或者D自身)也还是对偶关系(他们抵消的是轴向的磁力)。

如图3所示：

核心部件的基本工作过程原理为：当线圈(8)被电流驱动时，永磁体(5)将对线圈产生作用力，由于线圈(8)与型腔空间围板(14)是固定在一起的；在挠性边围板区(1)的可变性的特性支持下，(14)将产生移动，而形成了行腔空间(16)的变容；当驱动电流周期性改变时，行腔空间(16)的容积将被周期性改变；簧片气门片(2)及(4)也将轮流开闭(开启时；就像弯曲状态的簧片气门片(3)一样)，从簧片气门的安装状态来看，当行腔空间(16)的容积变小时排气门(2)将开启而排气；当行腔空间(16)的容积变大时进气门(4)将开启而进气。简而言之；对于行腔空间(16)来说；当扩容时；簧片气门片(2)张开，是用于进气过程(此时簧片(4)处于关闭状态)，当行腔空间(16)缩小容积时，此时(4)张开进行排气(此时簧片(2)处于关闭状态)；过气孔(6)开在支撑件(7)及(12)上，以使空气自由流通，紧固铆钉(9)可用来固定各个簧片；(11)及(14)是用于形成变容空间的型腔空间围板；是刚性安装的，不会发生位移。运动指示箭头(10)代表着(14)可沿着此方向或反方向位移；(13)及(15)分别代表着进气指示箭头及出气指示箭头(表征着簧片开启时的运动方向)。(17)是线圈引出导线，用以接入驱动电流。

图3的下方的图是俯视图。

如图4所示：

本结构中含有4个独立的薄腔泵(每个薄腔泵为环形结构)；(50)为电动机(57)的转轴，直接驱动2个转(动磁或其它)体(58)转动；4个活(动磁或其它)体(52)与4个薄腔微泵驱动板(55)刚性连接；驱动板(55)与各自的薄腔泵活动板(66)刚性连接；密封环(56)粘接于4个薄腔泵活动板(66)与固定板之间，进行4个独立空间的边界密封；(51)为外壳体，(53)及(54)通气孔，(60)为空气过滤网，(65)为进排气空间隔离罩。

本结构的工作原理基本上是图1/图2及图3的综合；2个转(动磁或其它)体(58)的转动将带动4个活(动磁或其它)体(52)轴向往复移动；因而使4个薄腔微泵驱动板(55)作同样的往复移动；最终4个驱动板(55)带动各自的薄腔泵活动板(66)也完成同样的往复移动，形成4个薄腔泵的变容，而单向输送气流。

凹槽滑动销(67)插于加工在转(动磁或其它)体(58)柱面上的转(动磁或其它)体壁滑槽(59)内，随着转(动磁或其它)体的转动，将与磁力一起带动4个驱动板(55)往复运动，由于槽位的约束，将使泵的驱动更加对称一致，进而减少震动及嘈音。

(61)及(62)为进气口及进气流，(63)及(64)为排气口及高压排气流，(70)为高压排气气流。

图4中的下方的视图是沿上方图中的水平剖面线剖开后所得到的，俯视图；(66)实际上是一个完整的圆，为节约版面而表示为残缺。

Claims (1)

1.一种对偶动磁式薄腔微行程增压泵，基本结构为：含有4个独立的薄腔泵,每个薄腔泵为环形结构称作为薄腔微行程子泵；动磁机(57)的转轴(50)直接驱动2个转动磁体(58)转动；4个活动磁体(52)与4个薄腔微泵驱动板(55)刚性连接；薄腔微泵驱动板(55)与各自的薄腔泵活动板(66)刚性连接；密封环(56)粘接于4个薄腔泵活动板(66)与固定板之间，进行4个独立空间的边界密封；结构还包括：外壳体(51)，通气孔(53)、(54)，空气过滤网(60)，进排气空间隔离罩(65)；基本结构的工作原理基本上是薄腔微行程子泵的综合；2个转动磁体(58)的转动将带动4个活动磁体(52)轴向往复移动；因而使4个薄腔微泵驱动板(55)作同样的往复移动；最终4个薄腔微泵驱动板(55)带动各自的薄腔泵活动板(66)也完成同样的往复移动，形成4个薄腔泵的变容，而单向输送气流；凹槽滑动销(67)插于加工在转动磁体(58)柱面上的转动磁体壁滑槽(59)内，随着转动磁体的转动，将与磁力一起带动4个薄腔微泵驱动板(55)往复运动，由于槽位的约束，将使泵的驱动更加对称一致，进而减少震动及嘈音；结构还包括：进气口及进气流，排气口(63)及高压排气流(64)，高压排气气流(70)；进气先进行过滤；从进气到排气的过程被分为4个独立空间，它们是：进气衔接区：进气管道口到空气滤清网的空间；过渡区：空气滤清网与型腔空间围板之间的空间；压缩区：各个薄腔微行程子泵的内部空间；排放区：薄腔微行程子泵的排气面与隔离板及排气管所围的空间；由进气口进入的空气先经空气滤清网过滤，经过渡区后，当泵扩容后再进入诸薄腔微行程子泵的内部空间：即压缩区，在各个薄腔微行程子泵的内部空间将空气压缩，当压力大于等于排气空间的压力时，排气簧片开启，压缩空气进入排放区；其特征就在于；而诸薄腔微行程子泵的摆放方式是伞形排布，或柱面排布，或一字排布，或球面排布；空气滤清网是以独立的滤清器构件的方式放置，作为进入增压泵的前级使用，或以放置在薄腔微行程子泵的进气端前方，与之交织排布，共同安排在一个一体化的紧凑空间内；薄腔微行程子泵的单向导气的进气气门是机械式气门方式，或是电控的电磁气门构件，其中机械式气门方式有簧片、胶片、梯形塞；各薄腔微行程子泵的组合方式为对偶方式；对泵体的驱动是用动磁方式。