專利名稱：一種隔膜式電磁氣泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁氣泵，特別涉及一種隔膜式電磁氣泵及其測控方法。
背景技術(shù)：
隔膜式電磁氣泵在便攜式電動(dòng)吸引器、止 血帶和氣墊床等醫(yī)療場合中作為低壓小流量氣壓源已獲得廣泛應(yīng)用。通常，隔膜式電磁氣泵在交流電作用下，拉桿二側(cè)對稱的電磁線圈產(chǎn)生異極性的交變磁場，對嵌在拉桿內(nèi)互反極性的永磁體分別產(chǎn)生引力和斥力，其合成的交變磁力沿拉桿軸向驅(qū)動(dòng)拉桿，帶動(dòng)其二端膜片隨著交流電周期性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用外力改變拉桿二端氣腔體積而輸出脈動(dòng)正氣壓和負(fù)氣壓。此類電磁泵內(nèi)部空間狹窄而散熱效果不佳，運(yùn)行過程中電磁線圈處容易升溫發(fā)熱，長期連續(xù)運(yùn)行容易導(dǎo)致橡膠老化，例如出現(xiàn)裂紋；電網(wǎng)電壓波動(dòng)易使拉桿在電磁力作用下過沖或欠沖；橡膠膜片在溫升與往復(fù)振動(dòng)共同作用下容易軟化，也會(huì)使得拉桿過沖，甚至不能承受拉桿之重，在橡膠膜片變形導(dǎo)致永磁體二側(cè)受力不平衡等因素作用下，拉桿有時(shí)會(huì)偏向一側(cè)電磁線圈，最終無法運(yùn)動(dòng)而停機(jī)。鑒于上述問題，有的電磁泵采用外冷流體，使得泵體積增大，失去微型優(yōu)勢；有的在電磁線圈回路串聯(lián)NTC元件限流，但NTC元件的補(bǔ)償作用是基于過流溫升，不能解決電源瞬間波動(dòng)以及膜片軟化與老化所致的拉桿行程異常。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是針對現(xiàn)在隔膜式電磁氣泵出現(xiàn)的膜片故障和電源波動(dòng)導(dǎo)致的拉桿運(yùn)動(dòng)失控的問題，提出了一種隔膜式電磁氣泵，結(jié)合半導(dǎo)體制冷降溫的溫度測控裝置，以及電磁泵自身差動(dòng)電容來檢測橡膠膜片與拉桿行程故障。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種隔膜式電磁氣泵，包括泵體、底座、散熱器和測控單元，泵體包括泵蓋、兩頭的氣腔端蓋、位于兩個(gè)氣腔端蓋之間的嵌入?yún)?shù)相等而異性磁極共平面的兩個(gè)永磁體的拉桿、分別固定于兩個(gè)絕緣骨架上的參數(shù)相等且異性磁極相向的兩個(gè)電磁線圈，泵體還包括與泵體絕緣骨架固定連接并與絕緣骨架上線圈氣隙隔離的微型半導(dǎo)體制冷裝置、分別位于兩氣腔端蓋內(nèi)的差動(dòng)電容，底座的貫通孔外側(cè)的溫度傳感器和差動(dòng)電容信號(hào)送入測控單元，測控單元輸出控制信號(hào)到微型半導(dǎo)體制冷裝置。所述兩氣腔端蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，對稱安裝，位于兩端蓋內(nèi)的二個(gè)電容組成差動(dòng)電容，每個(gè)電容的可動(dòng)極板為與拉桿頂端固定連接的導(dǎo)電橡膠膜片，固定極板為端蓋的氣腔側(cè)表面正對導(dǎo)電橡膠膜片的導(dǎo)電工程塑料，差動(dòng)電容電介質(zhì)是氣腔端蓋內(nèi)空氣。所述差動(dòng)電容的導(dǎo)電工程塑料固定極板上有吸氣閥和排氣閥。所述導(dǎo)電橡膠膜片中心開孔，熱膨脹系數(shù)大于拉桿的絕緣螺絲從氣腔側(cè)依次穿過絕緣彈簧墊圈、絕緣墊圈和導(dǎo)電橡膠膜片，然后與拉桿頂端的圓臺(tái)固定連接，拉桿由二端的導(dǎo)電橡膠膜片支承其重量。所述測控單元包括差動(dòng)電容檢測模塊、溫度檢測模塊、微處理器、制冷裝置電流調(diào)節(jié)模塊、報(bào)警模塊，差動(dòng)電容檢測模塊將檢測到差動(dòng)電容的實(shí)時(shí)電容量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出到微處理器，溫度檢測模塊檢測溫度傳感器的信號(hào)，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送微處理器，微處理器計(jì)算后輸出控制信號(hào)到制冷裝置電流調(diào)節(jié)模塊，調(diào)節(jié)微型半導(dǎo)體制冷裝置工作電流，微處理器在電容量異?；驕囟犬惓r(shí)均會(huì)驅(qū)動(dòng)報(bào)警模塊發(fā)出警示。所述微型半導(dǎo)體制冷裝置的熱端貫通并凸出泵蓋之外，與散熱器貼合，泵蓋與微型半導(dǎo)體制冷裝置的熱端二者交界處采用避震材料填充并密封。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明隔膜式電磁氣泵，實(shí)現(xiàn)泵內(nèi)氣溫測控和導(dǎo)電橡膠膜片、拉桿行程故障的檢測，大大提高了泵運(yùn)行的安全性，提高了泵的使用壽命。


圖I為本發(fā)明隔膜式電磁氣泵內(nèi)結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明隔膜式電磁氣泵中差動(dòng)電容剖視 圖3為本發(fā)明隔膜式電磁氣泵側(cè)視 圖4為本發(fā)明隔膜式電磁氣泵測控系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示隔膜式電磁氣泵內(nèi)結(jié)構(gòu)示意圖，包括嵌入?yún)?shù)相等而異性磁極共平面的永磁體7和永磁體12的拉桿I、分別固定于絕緣骨架6和9上的參數(shù)相等且異性磁極相向的電磁線圈5和10、固定于泵體絕緣骨架9且位于電磁線圈10上方與該線圈氣隙隔離的微型半導(dǎo)體制冷裝置11、底座2的貫通孔4外側(cè)的溫度傳感器3、分別位于拉桿二端的氣腔端蓋13和8。拉桿I與二個(gè)電磁線圈5、10之間由均勻氣隙隔離,且二個(gè)電磁線圈5、10的磁極端面與二個(gè)永磁體7、12磁極端面之間始終平行。拉桿I左右二端與二個(gè)端蓋8、13之間的泵的靜態(tài)機(jī)電結(jié)構(gòu)是完全對稱的，正常運(yùn)行時(shí)呈差動(dòng)形式。電磁泵接通交流電后，電磁線圈5和10產(chǎn)生等值交變的磁通。例如圖I所示瞬間，電磁線圈5的N極與永磁體7的S極之間存在吸力，而與永磁體12的N極之間存在斥力；而電磁線圈10的S極與永磁體7的N極之間存在吸力，而與永磁體12的S極之間存在斥力。由于泵結(jié)構(gòu)的對稱性，拉桿I雙側(cè)所受吸力相等，斥力也相等，故拉桿I受到向右的軸向合力而右向運(yùn)動(dòng)，如圖I的箭頭所示。隨著交流電極性周期性變化，電磁線圈5和10產(chǎn)生等值交變的磁通，導(dǎo)致拉桿I周期性地軸向往復(fù)水平運(yùn)動(dòng)。通電后泵內(nèi)升溫，在拉桿I往復(fù)運(yùn)動(dòng)作用下，可認(rèn)為泵內(nèi)狹窄空間內(nèi)的空氣被拉桿I攪拌均勻而等溫。泵內(nèi)氣溫由緊貼在底座2的貫通孔4外側(cè)安裝的溫度傳感器3檢測并作信號(hào)反饋，該反饋量用于控制微型半導(dǎo)體制冷裝置11制冷降溫。圖I中永磁體數(shù)量和電磁線圈數(shù)量僅是舉例示意，實(shí)際數(shù)量可有所變化，但應(yīng)保持拉桿I受到的合力始終為水平軸向。圖I中的貫通孔4和微型半導(dǎo)體制冷裝置11的位置僅是舉例示意，實(shí)際貫通孔4只要保證溫度傳感器能在底座外正常測溫，微型半導(dǎo)體制冷裝置11也可安裝在電磁線圈5上方。如圖2所示差動(dòng)電容剖視圖，端蓋8的氣腔側(cè)表面正對導(dǎo)電橡膠膜片17處采用導(dǎo)電工程塑料18，導(dǎo)電橡膠膜片17隨拉桿I運(yùn)動(dòng)，與導(dǎo)電工程塑料18之間構(gòu)成動(dòng)態(tài)電容21的二塊極板，其電介質(zhì)是氣腔內(nèi)空氣。由于對稱結(jié)構(gòu)，拉桿I 一側(cè)導(dǎo)電橡膠膜片17遠(yuǎn)離導(dǎo)電工程塑料18導(dǎo)致氣腔電容減小，氣腔負(fù)壓將打開吸氣閥20，關(guān)閉排氣閥19，把泵外氣體吸入氣腔，而拉桿I另一側(cè)的電容就增大，對應(yīng)的氣腔正壓將打開其排氣閥，關(guān)閉其吸氣閥，把氣腔氣體排出，故這二個(gè)動(dòng)態(tài)電容組合能構(gòu)成差動(dòng)電容，其電介質(zhì)溫度是環(huán)境氣溫。正常運(yùn)行過程中在拉桿I驅(qū)動(dòng)下，拉桿左右的二片導(dǎo)電橡膠膜片有規(guī)律受迫振動(dòng)，使得被檢差動(dòng)電容量在正常值區(qū)間內(nèi)動(dòng)態(tài)波動(dòng)，而導(dǎo)電橡膠膜片的異常運(yùn)動(dòng)、裂紋或軟化變形都會(huì)導(dǎo)致被檢差動(dòng)電容進(jìn)入異常值區(qū)間。
導(dǎo)電橡膠膜片17中心開孔，熱膨脹系數(shù)大于拉桿I的絕緣螺絲16從氣腔側(cè)依次穿過絕緣彈簧墊圈14、絕緣墊圈15和導(dǎo)電橡膠膜片17，然后與拉桿I頂端的圓臺(tái)固定連接。運(yùn)行中泵內(nèi)氣溫高于環(huán)境氣溫時(shí)，將致絕緣螺絲16與拉桿I更緊密連接而不會(huì)松脫，而泵內(nèi)氣溫低于環(huán)境氣溫時(shí)，絕緣彈簧墊圈14的壓力也能使之緊密連接。由于拉桿I左右二側(cè)的泵的結(jié)構(gòu)對稱，拉桿I雙側(cè)均是上述結(jié)構(gòu)。拉桿I由二端的導(dǎo)電橡膠膜片支承其重量，且要求導(dǎo)電橡膠膜片的常溫變形均可忽略。如圖3所示側(cè)視圖，泵封閉運(yùn)行，屆時(shí)泵的地腳24應(yīng)保證底座2外側(cè)安裝的溫度傳感器3有一定凈空高度。微型半導(dǎo)體制冷裝置11的熱端貫通并凸出泵蓋22之外，二者交界處采用避震材料填充并密封，避免泵振動(dòng)導(dǎo)致二者碰撞。運(yùn)行時(shí)，微型半導(dǎo)體制冷裝置11冷端給泵內(nèi)降溫，而熱端升溫則由其上安裝的散熱器23解決。如圖4所示測控系統(tǒng)示意圖，本測控系統(tǒng)工作原理如下
該泵在常規(guī)運(yùn)行過程中，拉桿I 二端導(dǎo)電橡膠膜片與二個(gè)氣腔固定端蓋的導(dǎo)電工程塑料層之間構(gòu)成的差動(dòng)電容，膜片受拉桿驅(qū)動(dòng)而往復(fù)運(yùn)動(dòng)，使電容量在正常范圍內(nèi)近似周期性波動(dòng)。差動(dòng)電容檢測模塊將檢測到的實(shí)時(shí)電容量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出到微處理器。而在膜片老化、裂紋、行程異常或拉桿卡而停機(jī)等情況下，微處理器將接收到被測差動(dòng)電容量異常信號(hào)，送報(bào)警模塊進(jìn)行報(bào)警?；诒脙?nèi)氣體被充分?jǐn)嚢?，將貼緊安裝在泵底座2貫通孔4外側(cè)的溫度傳感器3檢測溫度視為泵內(nèi)氣溫，并傳輸?shù)綔囟葯z測模塊處理，微處理器實(shí)時(shí)采集該模塊輸出的電壓信號(hào)后，通過算法指令制冷裝置電流調(diào)節(jié)模塊輸出制冷裝置工作電流，由此通過控制制冷裝置來達(dá)到控制泵內(nèi)氣溫的目的。
權(quán)利要求
1.一種隔膜式電磁氣泵，包括泵體、底座(2)、散熱器(23)和測控單元，泵體包括泵蓋(22)、兩頭的氣腔端蓋(8、13)、位于兩個(gè)氣腔端蓋(8、13)之間的嵌入?yún)?shù)相等而異性磁極共平面的兩個(gè)永磁體(7、12)的拉桿(I)、分別固定于兩個(gè)絕緣骨架(6、9)上的參數(shù)相等且異性磁極相向的兩個(gè)電磁線圈(5、10)，其特征在于，泵體還包括與泵體絕緣骨架固定連接并與絕緣骨架上線圈氣隙隔離的微型半導(dǎo)體制冷裝置(11)、分別位于兩氣腔端蓋(8、13)內(nèi)的差動(dòng)電容，底座(2)的貫通孔(4)外側(cè)的溫度傳感器(3)和差動(dòng)電容信號(hào)送入測控單元，測控單元輸出控制信號(hào)到微型半導(dǎo)體制冷裝置(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述隔膜式電磁氣泵，其特征在于，所述兩氣腔端蓋(8、13)內(nèi)部結(jié)構(gòu)相同，對稱安裝，位于兩端蓋(8、13)內(nèi)的二個(gè)電容組成差動(dòng)電容，每個(gè)電容的可動(dòng)極板為與拉桿(I)頂端固定連接的導(dǎo)電橡膠膜片，固定極板為端蓋的氣腔側(cè)表面正對導(dǎo)電橡膠膜片的導(dǎo)電工程塑料，差動(dòng)電容電介質(zhì)是氣腔端蓋(8、13 )內(nèi)空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述隔膜式電磁氣泵，其特征在于，所述差動(dòng)電容的導(dǎo)電工程塑料固定極板上有吸氣閥(20 )和排氣閥(19 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述隔膜式電磁氣泵，其特征在于，所述導(dǎo)電橡膠膜片(17)中心開孔，熱膨脹系數(shù)大于拉桿(I)的絕緣螺絲(16)從氣腔側(cè)依次穿過絕緣彈簧墊圈(14)、絕緣墊圈(15)和導(dǎo)電橡膠膜片(17),然后與拉桿(I)頂端的圓臺(tái)固定連接,拉桿(I)由二端的導(dǎo)電橡膠膜片支承其重量。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述隔膜式電磁氣泵，其特征在于，所述測控單元包括差動(dòng)電容檢測模塊、溫度檢測模塊、微處理器、制冷裝置電流調(diào)節(jié)模塊、報(bào)警模塊，差動(dòng)電容檢測模塊將檢測到差動(dòng)電容的實(shí)時(shí)電容量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)輸出到微處理器，溫度檢測模塊檢測溫度傳感器的信號(hào)，將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)送微處理器，微處理器計(jì)算后輸出控制信號(hào)到制冷裝置電流調(diào)節(jié)模塊，調(diào)節(jié)微型半導(dǎo)體制冷裝置(11)工作電流，微處理器在電容量異常或溫度異常時(shí)，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警模塊發(fā)出警示。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述隔膜式電磁氣泵，其特征在于，所述微型半導(dǎo)體制冷裝置(11)的熱端貫通并凸出泵蓋(22)之外，與散熱器(23)貼合，泵蓋(22)與微型半導(dǎo)體制冷裝置(11)的熱端二者交界處采用避震材料填充并密封。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種隔膜式電磁氣泵，包括泵體、底座、散熱器和測控單元，泵體包括泵蓋、兩頭的氣腔端蓋、位于兩個(gè)氣腔端蓋之間的嵌入?yún)?shù)相等而異性磁極共平面的兩個(gè)永磁體的拉桿、分別固定于兩個(gè)絕緣骨架上的參數(shù)相等且異性磁極相向的兩個(gè)電磁線圈，泵體還包括與泵體絕緣骨架固定連接并與絕緣骨架上線圈氣隙隔離的微型半導(dǎo)體制冷裝置、分別位于兩氣腔端蓋內(nèi)的差動(dòng)電容，底座的貫通孔外側(cè)的溫度傳感器和差動(dòng)電容信號(hào)送入測控單元，測控單元輸出控制信號(hào)到微型半導(dǎo)體制冷裝置。此隔膜式電磁氣泵，實(shí)現(xiàn)泵內(nèi)氣溫測控和導(dǎo)電橡膠膜片、拉桿行程故障的檢測，大大提高了泵運(yùn)行的安全性，提高了泵的使用壽命。
文檔編號(hào)F04B45/047GK102767508SQ20121023187
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月6日
發(fā)明者孫遜, 鄧菲 申請人:上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院