專利名稱：電磁泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電磁泵，其通過與磁場相互作用移動導電流體。
背景技術：
電磁泵可用于抽吸導電流體，例如導電的熔化的金屬組合物。電磁泵的一個優(yōu)點是流體能受磁感應從而沿管子或管道移動，而不需在管道內(nèi)使用機械泵元件。
眾所周知，電磁泵既可浸沒在導電流體的源中，也可連接到導電流體的源，如金屬熔煉和/或熔煉保溫爐。這樣的泵安裝方式難于保養(yǎng)和維護。因此需要一種高效且易于維護的電磁泵，其不是整體地連接到導電流體的源。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，本發(fā)明是一種用于抽吸泵內(nèi)的導電材料的裝置和方法，該泵具有供給部分或空間，以及磁力抽吸部分或空間。在本發(fā)明的一個實例中，通過供給部分的材料的流動方向與通過磁力抽吸部分的材料的流動方向相反。多線圈纏繞供給和磁力抽吸部分。電流流過多線圈產(chǎn)生磁場，磁場與放置在供給和磁力抽吸部分之間的磁性材料磁耦合，使得磁場穿過磁力抽吸部分中的導電材料，導電材料實質(zhì)上垂直于所期望的流動方向。該磁場方向最大化了作用于磁力抽吸部分中的導電材料的磁力大小。
本發(fā)明的這些和其他方面將在說明書中闡述。
附圖簡要說明結(jié)合說明書和權利要求書，附圖示出了本發(fā)明的一個或多個非限定性的實施方式。本發(fā)明不限于所示出的附圖的設計和內(nèi)容。


圖1是本發(fā)明的電磁泵的一實施例的側(cè)向透視圖。
圖2是本發(fā)明的電磁泵的一側(cè)的正視圖。
圖3(a)是圖2所示的本發(fā)明電磁泵通過線A-A的一側(cè)斷面圖。
圖3(b)是圖2中所示的本發(fā)明電磁泵通過線B-B的頂部斷面圖。
圖3(c)是用在本發(fā)明電磁泵的一實施例中的內(nèi)管、中間管及外管和磁性材料的界面區(qū)的局部斷面圖。
圖4(a)是與本發(fā)明電磁泵一起使用的感應線圈的電源及功率分配的簡化示意圖。
圖4(b)是與本發(fā)明的電磁泵一起使用的感應線圈的電源輸出的相分布矢量圖。
圖5是本發(fā)明電磁泵的另一實施例的一側(cè)斷面圖。
具體實施例方式
參考附圖，其中相同的數(shù)字代表相同的元件，圖中所示是本發(fā)明電磁泵的一個實例10，其用于抽吸導電材料熔化的導電金屬。在圖1中，12個感應線圈(12a到121)，將在下面進一步描述，被多個垂直的磁分路14圍繞，磁分路14由分路支撐16固定在適當位置，分路支撐16一端連接在底座18上，另一端連接在磁軛20上。底座18和磁軛20可隨意地由磁性材料形成，以提供底部和頂部的磁場約束。本領域所公知的其他分路和外支撐布置可用于代替圖1所示的分路和外支撐布置。在本發(fā)明的該非限制性實例中，泵入口24和泵出口22由合適的耐熱材料加工而成圓筒形。
參考圖3(a)，其是圖2所示的電磁泵的一側(cè)斷面圖，可選的絕熱體26將感應線圈與泵的內(nèi)部分隔開，并提供用于熔化的金屬的熱量保持的裝置以使其在泵中保持熔化狀態(tài)。在本發(fā)明的非限定性實例中，絕熱體實際上被做成開口的圓筒形狀，以底座18和磁軛20為界。在本發(fā)明的非限定性實例中，外管28實質(zhì)上是圓柱形的管子，其具有封閉的圓形底端和開口的頂端，且頂端沿開口有凸緣。外管的凸緣位于磁軛20的頂端。第一封閉裝置30位于磁軛20和外管凸緣的上方。第二封閉裝置32位于第一封閉裝置30的上方。出口22置于第一和第二封閉裝置之間。在本發(fā)明的非限定性實例中，中間管34實質(zhì)上是圓筒形的管子，其兩端開口且上端沿開口具有凸緣。中間管的凸緣位于第二封閉裝置32的凹口中。安排第一和第二封閉裝置以形成出口環(huán)形空間42，其連接出口22到豎管環(huán)形空間44的內(nèi)部通路，其中豎管環(huán)形空間位于中間管34的外壁和外管28的內(nèi)壁之間。第三封閉裝置36位于第二封閉裝置32上方。在本發(fā)明的非限定性實例中，內(nèi)管40實質(zhì)上是底端開口且頂端封閉的圓筒形管子。從圖3(c)易見，內(nèi)管的開口底端的周邊與中間管開口底端的周邊形成流體密封。磁性材料46放置于內(nèi)管40的外壁和中間管34的內(nèi)壁之間的空間內(nèi)，其將在下面進一步描述。第四封閉裝置38位于第三封閉裝置36和內(nèi)管40封閉頂端的上方。入口24位于第三和第四封閉裝置之間，其內(nèi)部通路連接到內(nèi)管40的內(nèi)部通路。圖3(b)以水平面方式示出了各元件的空間關系。
上述本發(fā)明的非限定性實例為泵10的裝配和拆卸提供了方便的方法。移除第四封閉裝置38即可從泵中取出入口24和內(nèi)管40。進一步移除第三封閉裝置36即可從泵中取出磁性材料46和中間管34。進一步移除第二封閉裝置32即可從泵中移除出口22。進一步移除第一封閉裝置30即可從泵中移除外管28。
上述本發(fā)明的實例為改變?nèi)肟?4和出口22間的角取向提供了一種方便的方法。在特定的安裝中，分別連接到入口24和出口22的供給和引出導管(圖中沒有顯示)，對于圖1所示的泵10，不可能調(diào)整以在出口和入口之間接受180度的角取向(從泵的頂端向下看)。第一封閉裝置30和第二封閉裝置32可以旋轉(zhuǎn)并被固定在不同于圖1所示的位置，以改變?nèi)肟?4到出口22的角取向，這個出口包含在第一和第二封閉裝置中。第三封閉裝置36和第四封閉裝置38可以旋轉(zhuǎn)并被固定在不同于圖1所示的位置，以改變出口22到入口24的角取向，這個入口包含在第三和第四封閉裝置中。
熔化了的金屬按圖3(a)中的箭頭所示方向流過泵10。熔化的金屬通過入口24進入泵，并向下流到內(nèi)管40的圓筒形內(nèi)部通路。泵的這一部分稱為供給部分。熔化的金屬接著由磁力驅(qū)動，如下面將進一步描述的那樣，上升到豎管環(huán)形空間44(磁力抽吸部分)，進入出口環(huán)形空間42，最終經(jīng)過出口22流出泵。在本發(fā)明的另一實例中，出口22可直接連接到豎管環(huán)形空間44，而不是通過出口環(huán)形空間42連接，出口環(huán)形空間42形成于中間管34的內(nèi)壁和第一與第二環(huán)形封閉裝置的內(nèi)環(huán)形壁之間。外管、中間管和內(nèi)管均由合適的耐熱材料制成，例如陶瓷組合物。一種既可用于澆鑄外管、中間管和內(nèi)管，又可用于澆鑄入口24和出口22的非限定類型的陶瓷組合物是硅鋁氧氮化物，通常稱為硅鋁氧氮陶瓷(sialon)。
如上述公開，所施加的磁力可使導電的熔化物流過泵10。圖4(a)所示為向感應線圈供電以使熔化的金屬借助于磁力而流過泵10。電源48是具有可變輸出頻率和輸出電壓的三相輸出電源。適當類型的電源是具有脈寬調(diào)制輸出的固態(tài)電源。圖4(b)所示為從電源到線圈的六周期連接方案的矢量圖，其用于產(chǎn)生磁力，該磁力作用于豎管環(huán)形空間44上以推動熔化物沿豎管環(huán)形空間向上并通過出口22，從而通過泵10從適當?shù)娜刍饘俟┙o源吸出熔化的金屬，該熔化金屬供給源可以連接到入口24。如原理圖和矢量圖所示，六周期方案通過以交替的正和負相方向順序連接三相的每一相而形成。相量+AB之后是相量-BC，相量-BC之后是相量+CA，相量+CA之后是相量-AB，相量-AB之后是相量+BC，相量+BC之后是相量-CA。用于感應線圈12a到12f的六周期連接方案可重復用于感應線圈12g到121。選擇六周期連接方案并不是限制性的，但是六周期方案(相鄰線圈上的電壓有30度的電角度相角)提供較其他方式能更均衡的流動速率，其它方式如三周期方案(相鄰線圈上的電壓有60度的電角度相角)。由于電源48的輸出電壓大小直接正比于施加在熔化的金屬上的磁力大小，改變電源的輸出電壓將改變磁提升力和熔化的金屬通過泵的流動速率。
在豎管環(huán)形空間44中產(chǎn)生的磁力實質(zhì)上垂直于向上的方向，因為每一個線圈周圍產(chǎn)生的磁場與磁性材料46實質(zhì)上形成磁路，且穿過豎管環(huán)形空間中的熔化金屬的磁力線基本上是水平方向的。如果熱的熔化金屬被電磁泵10吸入，則磁性材料46必須具有比流過泵的熔化金屬溫度更高的居里溫度(磁性材料失去其磁性的溫度點)。對這些應用必須采用高居里溫度的磁性材料。例如，熔化的鋁通常可在680℃到800℃的溫度范圍流過泵。對這一應用磁性材料必須具有至少850℃的居里溫度，其為鋁熔化物的最高溫度加上設計余量。對這一應用，合適類型的高居里溫度磁性材料是一類鐵鈷合金，通常稱為帕明杜爾鐵鈷系高磁導率合金(permendur)。
最好，但不是必需，每一個感應線圈由細線多匝(通常500或更多匝)構(gòu)成，其通常稱為線軸磁線圈，因為它是通過在線軸上繞制細線并在繞完后取出線軸而制成。由于磁場產(chǎn)生的磁力大小直接正比于通過線圈的電流和線圈的匝數(shù)，所以采用具有較多匝數(shù)的線圈可保證在給定的磁力大小下，要求電源48輸出的電流電平較低。
如果流向泵的熔化金屬供給源位于入口24的水平線之下，則泵10在初始情況下需要在內(nèi)管40的內(nèi)部通路中填充熔化的金屬。達成這一目的的方法之一是在出口22加裝一個真空泵，從而對泵10內(nèi)的熔化金屬流經(jīng)通路抽真空，以從連接到入口24的熔化金屬供給源吸入熔化的金屬。在本發(fā)明的另一個例子中，內(nèi)管40的頂端是開口的，并穿過第四封閉裝置38，例如，一個漏斗形的開口，熔化的金屬能夠注入其中，實現(xiàn)通過填充內(nèi)管而使泵準備啟動。
如果泵10停止使用，泵內(nèi)不動的熔化金屬會在泵的內(nèi)部流動通路中冷卻和“凍結(jié)”。為了阻止這一現(xiàn)象發(fā)生，用熔化的金屬循環(huán)清空和填充豎管環(huán)形空間46可以電磁方式實現(xiàn)。反轉(zhuǎn)圖4(b)中所有相位矢量的方向，將在豎管環(huán)形空間46中的熔化金屬上產(chǎn)生磁力，其推動熔化的金屬向下并通過入口24而回到連接到入口的熔化金屬供給源。隨后反轉(zhuǎn)所有相位矢量回到如圖4(b)所示的方向，將產(chǎn)生磁力，其使在豎管環(huán)形空間中的熔化金屬上升。在泵停止使用時，熔化金屬的這種微動運動將阻止其在泵中凍結(jié)。本發(fā)明的另一個例子中，如果使用三相電源，循環(huán)反向其中兩相，例如使用固態(tài)開關交換，也能用于實現(xiàn)泵中的熔化物的電磁微動運動。在本發(fā)明的又一個實例中，可以在絕熱體26和外管28的外壁之間的空間中提供加熱介質(zhì)，如循環(huán)的熱氣體或液體，或者電加熱元件。
圖5示出了本發(fā)明電磁泵的另一實例。在這個實例中，入口24a在泵的底端，熔化的金屬直接被電磁泵向上吸入豎管環(huán)形空間，如本發(fā)明前面的實例中所描述的那樣。在這個特例中，由于熔化的金屬不流過內(nèi)管，內(nèi)管可以是完全封閉的管或其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)元件，其用作容納內(nèi)部結(jié)構(gòu)元件與中間管34之間的磁性材料46的裝置。
其他類型的電源和分布安排均包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。例如，使用多個單相電源；每一線圈由單獨的電源供電；或者各個電源各自向一組線圈供電。而且，雖然在本發(fā)明上述的例子中，內(nèi)、中間和外管的縱軸是垂直方向的，但是它們的縱軸在不背離本發(fā)明范圍的情況下，也可以是其他方向。
本發(fā)明的實例包括提及具體的電元件。本領域技術人員可以通過替換元件來實施本發(fā)明，這些元件不必是相同類型，但是可以產(chǎn)生本發(fā)明所希望的條件或?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明所希望的結(jié)果。例如，單個元件可以被多個元件替代，反之亦然。
前述的例子并不限制在此公開的本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍將在所附權利要求中進一步闡明。
權利要求
1.用于抽吸導電材料的設備，該設備包括具有封閉底端的開口外管；開口中間管布置在外管內(nèi)以在外管的內(nèi)壁與中間管的外壁之間形成了環(huán)形空間，環(huán)形空間的頂部連接出口，用于從設備排出導電材料；放置在中間管內(nèi)的開口內(nèi)管；放置在內(nèi)管外壁和中間管內(nèi)壁之間的磁性材料；用于將導電材料導入開口內(nèi)管的入口，入口鄰近于開口內(nèi)管的頂端布置，且與內(nèi)管的開口連通；布置在外管的外部高程周圍的多個感應線圈；和用于向多個感應線圈中的每一個提供交流電流的裝置，其使導電材料借助于磁場施加給導電材料的磁力而向上通過環(huán)形空間和出口，該磁場通過向多個感應線圈的每一個提供交流電流而產(chǎn)生。
2.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中用于向多個感應線圈中的每一個提供交流電流的裝置包括具有三相輸出的電源，其中三相中的每兩相交變正、負相位方向并順序連接到多個感應線圈以產(chǎn)生六相周期的磁場，從而推動導電材料向上通過環(huán)形空間和出口。
3.根據(jù)權利要求2所述的設備，其中電源具有可變輸出電壓或輸出頻率。
4.根據(jù)權利要求1所述的設備，其中多個感應線圈中的每一個包括線軸磁線圈。
5.抽吸導電材料的方法，包含步驟向開口內(nèi)管的開口提供導電材料；將開口中間管插在內(nèi)管的外圍；將具有封閉底端的開口外管插在中間管的外圍，以在中間管和外管之間形成環(huán)形空間，環(huán)形空間與開口內(nèi)管中的導電材料連通；在內(nèi)管的外壁和中間管的內(nèi)壁之間放置磁性材料；用多個感應線圈包圍外管的外圍；和對多個感應線圈中的每一個施加交流電流，以使導電材料借助于磁場施加給導電材料的磁力而向上通過環(huán)形空間和出口，該磁場由每一感應線圈中的交流電流產(chǎn)生。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，還包括步驟從三相電源提供交流電流給多個感應線圈中的每一個，其中三相中的每兩相交變正、負相位方向并順序連接到多個感應線圈。
7.抽吸導電材料的方法，包含步驟向開口內(nèi)管中形成的供給空間提供導電材料；將開口中間管插在內(nèi)管的外圍；將具有封閉底端的開口外管插在中間管的外圍，以在中間管和外管之間形成磁力抽吸空間，磁力抽吸空間與供給空間連通；在內(nèi)管和中間管之間放置磁性材料；用多個感應線圈包圍外管的外圍；和對多個感應線圈中的每一個施加交流電流，以借助于磁場施加給導電材料的磁力而移動導電材料通過磁力抽吸空間，其中磁場由每一感應線圈中的交流電流產(chǎn)生，從而驅(qū)動供給的導電材料通過供給空間并進入磁力抽吸空間，且導電材料在供給空間的流動方向和導電材料在磁力抽吸空間的流動方向相反。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，還包括步驟從三相電源提供交流電流給多個感應線圈中的每一個，其中三相中的每兩相交變正、負相位方向并順序連接到多個感應線圈。
9.用于抽吸導電材料的設備，該設備包括開口外管，外管底端的開口與入口連通，該入口用于將導電材料導入開口外管中；開口中間管布置在外管內(nèi)以在外管的內(nèi)壁與中間管的外壁之間形成了環(huán)形空間，中間管具有封閉底端，環(huán)形空間的頂部連接出口，出口用于從設備排出導電材料；放置在中間管內(nèi)的內(nèi)管；放置在內(nèi)管外壁和中間管內(nèi)壁之間的磁性材料；布置在外管的外部高程周圍的多個感應線圈；和用于向多個感應線圈中的每一個提供交流電流的裝置，其使導電材料借助于磁場施加給導電材料的磁力而向上通過環(huán)形空間和出口，該磁場通過向多個感應線圈的每一個提供交流電流而產(chǎn)生。
10.根據(jù)權利要求9所述的設備，其中用于向多個感應線圈中的每一個提供交流電流的裝置包括具有三相輸出的電源，其中三相中的每兩相交變正、負相位方向并順序連接到多個感應線圈以產(chǎn)生六相周期的磁場，從而推動導電材料向上通過環(huán)形空間和出口。
11.根據(jù)權利要求10所述的設備，其中電源具有可變輸出電壓或輸出頻率。
12.根據(jù)權利要求9所述的設備，其中多個感應線圈中的每一個包括線軸磁線圈。
13.抽吸導電材料的方法，包含步驟向開口外管底部的開口提供導電材料；將外管的開口底部與中間管外壁和外管內(nèi)壁之間形成的環(huán)形空間相連；在內(nèi)管外壁和中間管內(nèi)壁之間放置磁性材料；用多個感應線圈包圍外管的外圍；和對多個感應線圈中的每一個施加交流電流，以使導電材料借助于磁場施加給導電材料的磁力而向上通過環(huán)形空間和出口，該磁場由每一感應線圈中的交流電流產(chǎn)生。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，還包括步驟從三相電源提供交流電流給多個感應線圈中的每一個，其中三相中的每兩相交變正、負相位方向并順序連接到多個感應線圈。
全文摘要
一種電磁泵(10)，具有供給部分(40)和磁力抽吸部分(28)，其中在一些例子中，流過供給部分的導電材料的流動方向與磁力抽吸部分中的材料流動方向相反。多線圈(12a－12l)纏繞在供給和磁力抽吸部分。磁性材料放置在供給和磁力抽吸部分之間。
文檔編號F04B17/00GK1777751SQ200480010722
公開日2006年5月24日 申請日期2004年4月15日 優(yōu)先權日2003年4月21日
發(fā)明者維塔利·A.·佩厄薩霍維赫, 奧列格·S.·菲什曼, 伊馬德·塔巴塔巴艾 申請人:應達公司