一种旋片电子抽气泵 |
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| 申请号 | CN201710764164.5 | 申请日 | 2017-08-30 | 公开(公告)号 | CN107313937A | 公开(公告)日 | 2017-11-03 |
| 申请人 | 重庆工商大学; 重庆赛迪罗科技有限公司; 杨恒兆; | 发明人 | 杨洪; 杜力; 张宝蒂; 王晶晶; 朱朝宽; 张云红; 杨恒兆; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种旋片 电子 抽气 泵 ，包括泵体、泵盖、底座和直流 电机 ，泵体包括 定子 、 转子 、下盖板和上盖板，泵盖套设于泵体外部，泵体和直流电机通过底座连接，泵盖固定于底座上，转子上设有第一电机轴连接孔和若干沿圆周均匀分布的旋片槽，旋片槽上下贯穿转子，若干旋片槽内分别设有旋片，底座上设有第二电机轴连接孔；定子上设有椭圆形空腔，转子同心设置于椭圆形空腔内，转子的直径等于椭圆形空腔的短轴长，定子和转子之间的空隙构成两段泵腔；旋片的一端位于旋片槽内，另一端与椭圆形空腔的腔壁相抵。通过无偏心、双进气通道和双出气通道的结构设计，能有效降低转子、旋片对定子的摩擦，减小泵体发热量，提高旋片抽气泵的抽气效率和使用寿命。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种旋片电子抽气泵，包括泵体(1)、泵盖(2)、底座(3)和直流电机(4)，所述泵体(1)包括定子(11)、转子(12)、下盖板(15)和上盖板(16)，所述上盖板(16)、所述定子(11)和所述下盖板(15)从上至下依次连接；所述泵盖(2)套设于所述泵体(1)的外部，所述泵体(1)和所述直流电机(4)通过所述底座(3)相连接，所述泵盖(2)固定于所述底座(3)上，所述转子(12)上设有第一电机轴连接孔(121)和若干沿圆周均匀分布的旋片槽(122)，所述旋片槽(122)上下贯穿所述转子(12)，若干所述旋片槽(122)内分别设有旋片(13)，所述底座(3)上设有第二电机轴连接孔(31)，其特征在于， |
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| 说明书全文 | 一种旋片电子抽气泵技术领域[0001] 本发明涉及抽气泵技术领域，特别涉及一种旋片电子抽气泵。 背景技术[0002] 在大气环境监测气体采样时，需要用到高效率、体积小、重量轻、抽气负压高、流量稳定且可调性好的抽气泵。目前大气环境监测的气体采集多使用交流电机抽气泵，但交流电机抽气泵体积庞大，重量在5公斤左右，甚至更重，携带不便，且存在触电安全隐患。相较于交流电机抽气泵，直流电机抽气泵的体积更小、质量更轻且安全性更高。 [0003] 目前，直流电机抽气泵多采用旋片抽气泵。如图1所示，为现有旋片抽气泵泵体的结构示意图，泵体包括定子、转子和旋片。旋片可沿转子滑槽径向滑动并与定子内腔壁相接触，由电机轴带动转子和旋片旋转，使旋片沿转子滑槽往复运动，并将泵腔分成若干容积可变的密闭子泵腔，通过转子旋转，由定子进气道抽取气体，通过密闭子泵腔的容积变化对气体进行压缩，并最终将压缩气体由定子出气道排出泵外。 [0004] 然而，如图1所示的现有旋片抽气泵，基本都是采用偏心式的泵体结构，即转子偏心设置于定子内腔中，构成抽气泵的气体进气腔和气体压缩腔，实现抽取和压缩气体的目的。由于其转子圆心相对于定子圆心存在偏心距，导致转子在定子内部旋转时，存在一个离心力，这种偏心设计带来的离心力，会增大转子与定子之间的摩擦，因此，当转子高速旋转时，泵体发热量会快速增加，导致抽气泵的工作时间与效率均下降，还会影响抽气泵的使用寿命。此外，现有旋片抽气泵的偏心式泵体，都是采用单一进气通道和单一出气通道设计，且其进气通道和出气通道都开设在定子上，使得抽气泵的工作效率低，且散热慢、噪音较大。 发明内容[0005] 本发明提供一种旋片电子抽气泵，以解决现有的偏心式旋片抽气泵工作效率低的问题。 [0006] 根据本发明的实施例，提供了一种旋片电子抽气泵，包括：泵体、泵盖、底座和直流电机，所述泵体包括定子、转子、下盖板和上盖板，所述上盖板、所述定子和所述下盖板从上至下依次连接；所述泵盖套设于所述泵体的外部，所述泵体和所述直流电机通过所述底座相连接，所述泵盖固定于所述底座上，所述转子上设有第一电机轴连接孔和若干沿圆周均匀分布的旋片槽，所述旋片槽上下贯穿所述转子，若干所述旋片槽内分别设有旋片，所述底座上设有第二电机轴连接孔； [0007] 所述定子上设有椭圆形空腔，所述转子同心设置于所述椭圆形空腔内，所述转子的直径等于所述椭圆形空腔的短轴长，所述定子和所述转子之间的空隙构成两段泵腔，所述转子与所述定子的高度相等；所述旋片的一端位于所述旋片槽内，所述旋片的另一端与所述椭圆形空腔的腔壁相抵接，所述旋片的长度等于所述转子的高度。 [0008] 进一步地，所述定子两侧分别设有第一进气孔组和第二进气孔组，所述第一进气孔组和所述第二进气孔组相对于所述椭圆形空腔的长轴对称设置，所述第一进气孔组和所述第二进气孔组均包括若干均匀分布的定子进气通孔。 [0009] 进一步地，所述下盖板上设有第一下盖板进气孔、第二下盖板进气孔、第一下盖板进气槽、第二下盖板进气槽和第三电机轴连接孔；所述第一下盖板进气孔与所述第一进气孔组连通；所述第二下盖板进气孔与所述第二进气孔组连通；所述第一下盖板进气槽与所述第一下盖板进气孔连通；所述第二下盖板进气槽与所述第二下盖板进气孔连通； [0010] 所述上盖板设有第一上盖板引气槽、第二上盖板引气槽和出气孔组；所述第一上盖板引气槽与所述第一进气孔组连通；所述第二上盖板引气槽与所述第二进气孔组连通。 [0011] 进一步地，所述底座上设有底座进气通道和底座排气通道；所述第一下盖板进气孔和所述第二下盖板进气孔均与所述底座进气通道连通；所述泵体和所述泵盖之间的空腔与所述底座排气通道连通。 [0012] 进一步地，所述泵盖的直径大于所述定子的外直径。 [0013] 可选地，所述出气孔组包括第一出气孔、第二出气孔和中心出气孔；所述第一出气孔和所述第二出气孔分别与所述两段泵腔连通。 [0014] 可选地，所述旋片槽和所述旋片的数量为大于或等于6的偶数。 [0015] 可选地，所述泵盖与所述底座的连接处设有第一密封圈，所述泵体与所述底座的连接处设有第二密封圈，所述第二电机轴连接孔处设有第三密封圈。 [0016] 可选地，所述泵盖、所述底座、所述定子、所述下盖板和所述上盖板上均设有若干沿圆周均匀分布的螺纹安装孔，以使所述泵体与所述底座通过螺钉或螺栓固定连接，以及所述泵盖与所述底座通过螺钉或螺栓固定连接。 [0017] 可选地，所述底座进气通道和所述底座排气通道内均设有气体单向阀。 [0018] 由以上技术方案可知，本发明提供一种旋片电子抽气泵，泵体中，定子设有椭圆形空腔，将转子同心设置于椭圆形空腔内，转子直径等于椭圆形内腔的短轴长，使转子与定子的椭圆形空腔相切，则转子与定子之间的间隙形成了两段泵腔，用于完成对气体的进气、压缩和出气过程。本发明泵体采用了无偏心距的对称结构设计，使得转子相对于定子高速旋转时，基本不存在离心力，可以有效降低转子、旋片与定子间的摩擦，减小泵体发热量，从而增加旋片抽气泵的工作效率和使用寿命。此外，本发明还对旋片抽气泵作了进一步改进，通过增设特殊设计的上盖板和下盖板，在定子上设置双进气孔组，在泵体内设计出了两段泵腔，形成双气流通道。另外，还将进气通道和排气通道设置于底座上。通过这些特殊的结构和设计，一方面，使得气体的进气量、出气量和压缩效率得以成倍增加，从而提高了抽气泵的抽气效率，另一方面，气体流经这些部件形成的双气体通道时，可以增加气体的流通面积和流通速率，充分散热并消声减噪。附图说明 [0019] 图1为现有旋片抽气泵的泵体结构示意图； [0020] 图2为本发明实施例示出的一种旋片电子抽气泵的整体结构分解图； [0021] 图3为本发明实施例示出的泵体结构示意图； [0022] 图4为本发明实施例示出的定子结构示意图； [0023] 图5为本发明实施例示出的下盖板的结构示意图； [0024] 图6为本发明实施例示出的上盖板的结构示意图； [0025] 图7为本发明实施例示出的密封件的安装图。 [0026] 其中，1-泵体；11-定子；111-椭圆形空腔；112-第一进气孔组；113-第二进气孔组；114-定子进气通孔；12-转子；121-第一电机轴连接孔；122-旋片槽；13-旋片；14-泵腔；15-下盖板；151-第一下盖板进气孔；152-第二下盖板进气孔；153-第一下盖板进气槽；154-第二下盖板进气槽；155-第三电机轴连接孔；16-上盖板；161-第一上盖板引气槽；162-第二上盖板引气槽；163-出气孔组；164-第一出气孔；165-第二出气孔；166-中心出气孔；2-泵盖； 3-底座；31-第二电机轴连接孔；32-底座进气通道；33-底座排气通道；4-直流电机；41-电机轴；5-第一密封圈；6-第二密封圈；7-第三密封圈；8-螺纹安装孔。 具体实施方式[0027] 为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。 [0028] 实施例一 [0029] 参照图3和图4，本发明实施例一提供的旋片电子抽气泵，包括泵体1、泵盖2、底座3和直流电机4，泵体1包括定子11、转子12、下盖板15和上盖板16，上盖板16、定子11和下盖板15从上至下依次连接；泵盖2套设于泵体1的外部，泵体1和直流电机4通过底座3相连接，泵盖2固定于底座3上。转子12上设有第一电机轴连接孔121和若干沿圆周均匀分布的旋片槽 122，旋片槽122上下贯穿转子12，若干旋片槽122内分别设有旋片13，底座3上设有第二电机轴连接孔31。 [0030] 转子12上设有第一电机轴连接孔121，第一电机轴连接孔121的直径等于电机轴41的直径，使得直流电机4能够带动转子12旋转。 [0031] 定子11上设有椭圆形空腔111，转子12同心设置于椭圆形空腔111内，转子12的直径等于椭圆形空腔111的短轴长，使转子12在转动过程中始终保持与椭圆形空腔111的腔壁相切，这种设计使定子11和转子12之间的空隙构成两段泵腔14，转子12与定子11的高度相等；当直流电机4带动转子12转动时，转子12会带动旋片13沿定子11的椭圆形空腔111滑动，转子12旋转过程中，旋片13的一端位于旋片槽122内，旋片13的另一端始终与椭圆形空腔111的腔壁相抵接，从而将泵腔14分成若干子泵腔，用于完成对气体的进气、压缩和出气过程。 [0033] 旋片抽气泵工作时，旋片13始终紧贴椭圆形空腔111的腔壁，将泵体1的进气口和出气口分割开来，转子12带动旋片13旋转，使旋片13两侧子泵腔的容积大小发生周期性变化，将进气口侧的子泵腔容积扩大，此时，腔内气体压强降低，抽气泵的进气口外部的气体压强大于进气口侧的子泵腔内的气体压强，因此将气体吸入，同时逐渐缩小出气口侧的子泵腔容积，将已吸入的气体进行压缩，然后从出气口排出，从而达到连续抽气的目的。 [0034] 可选地，本发明涉及到的几个关键参数的取值范围为：椭圆形空腔111的长轴的取值范围40mm-480mm，椭圆形空腔111的短轴的取值范围30mm-400mm，转子直径的取值范围30mm-400mm，旋片13厚度的取值范围1mm-20mm。 [0035] 本发明中的泵体采用了无偏心距(定子和转子的对称中心重合，无偏心距)的对称结构设计，使得转子相对于定子高速旋转时，基本不存在离心力，在转子高速旋转时，有利于转子和定子之间形成动平衡，可以有效降低转子、旋片与定子间的摩擦，减小泵体发热量，从而增加旋片抽气泵的工作效率和使用寿命。现有的偏心式旋片抽气泵(定子和转子的对称中心不重合，存在一个偏心距)，在其泵体内仅有一段泵腔；而本发明提供的旋片电子抽气泵，由于采用了无偏心距设计，在其泵体内存在着两段泵腔，这两段泵腔可以同时工作进行抽气，其抽气速度和抽气流量均大幅度提高，有利于提高抽气泵的工作效率。 [0036] 实施例二 [0037] 由于现有偏心式旋片抽气泵内仅有一段泵腔，因此，泵体采用单一进气通道和单一出气通道，且其进气通道和出气通道一般都开设在定子上，这就使得抽气泵的工作效率低，且散热慢、噪音较大，基于此，本发明在实施例一所述技术方案的基础上又作了如下进一步改进。 [0038] 如图2～图6所示，进一步地，定子11两侧分别设有第一进气孔组112和第二进气孔组113，第一进气孔组112和第二进气孔组113关于椭圆形空腔111的长轴对称设置，第一进气孔组112和第二进气孔组113均包括若干均匀分布的定子进气通孔114。本实施例中，定子进气通孔114的数量选为四个，可根据实际应用的需要增加或减少定子进气通孔114的数量，本发明对此不作限定。 [0039] 这种定子11的双气道设计比普通抽气泵的单气道设计有着明显的区别和显著的优点，它可以极大的提升旋片抽气泵的抽气能力和效率，也具有良好的散热和降噪效果。 [0040] 进一步地，下盖板15上设有第一下盖板进气孔151、第二下盖板进气孔152、第一下盖板进气槽153、第二下盖板进气槽154和第三电机轴连接孔155；第一下盖板进气孔151与第一进气孔组112连通；第二下盖板进气孔152与第二进气孔组113连通；第一下盖板进气槽153与第一下盖板进气孔151连通；第二下盖板进气槽154与第二下盖板进气孔152连通。其中，第一下盖板进气槽153和第二下盖板进气槽154具有一定的深度，但均不贯穿下盖板15。 [0041] 上盖板16设有第一上盖板引气槽161、第二上盖板引气槽162和出气孔组163；第一上盖板引气槽161与第一进气孔组112连通；第二上盖板引气槽162与第二进气孔组113连通。其中，第一上盖板引气槽161和第二上盖板引气槽162具有一定的深度，但均不贯穿上盖板16。 [0042] 底座3上设有底座进气通道32和底座排气通道33；第一下盖板进气孔151和第二下盖板进气孔152均与底座进气通道32连通；泵体1和泵盖2之间的空腔与底座排气通道33连通。 [0043] 进一步地，泵盖2的直径大于定子11的外直径，使得泵盖2和泵体1之间存在空隙，以构成气体回流通道，便于气体经底座排气通道33排出。 [0044] 电机轴41贯穿第一电机轴连接孔121、第二电机轴连接孔31和第三电机轴连接孔155；第二电机轴连接孔31和第三电机轴连接孔155的直径均大于电机轴41的直径，使电机轴41能够穿过底座3和下盖板15，实现电机轴41与转子12的直接连接，且电机轴41旋转时，只带动转子12转动，底座3和下盖板15固定不动。 [0045] 如图2所示，空心宽箭头表示旋片电子抽气泵工作时气体的流通方向，气体由底座进气通道32进入后，分别通过两个气流通道进入泵腔14内，以其中一个气流通道为例进行说明，本发明提供的旋片电子抽气泵的具体工作过程如下： [0046] 气体进入底座进气通道32后，一部分气体进入第一下盖板进气孔151内，此时，这部分气体会分两个气路进行流通，其中一路经第一下盖板进气槽153进入泵腔14内，另一路经第一进气孔组112的四个定子进气通孔114后，通过第一上盖板引气槽161被引入泵腔14内，直流电机4带动转子12和旋片13转动，使气体经过泵腔14压缩后从上盖板16的出气孔组163排出泵体1外，泵盖2和泵体1之间的空隙构成气体回流通道，排出泵体1后的气体经该回流通道回流至底座3，并由底座排气通道33将气体彻底排出。本实施例中，泵盖2、底座3、上盖板16、定子11、转子12和下盖板15，共同构成了独特的气流通道，不仅大大增加了气体流通面积，摩擦发热小且散热更快，还提高了抽气流量和气体流通速率，进而提高了旋片抽气泵的工作效率。 [0047] 气体由底座进气通道32进入后，同时，另一部分气体会通过第二下盖板进气孔152对应的另一气流通道进入泵腔14内，另一气流通道的气体流通路径，以及进入泵腔14后的压缩和排气过程参见上述说明，在此不再赘述。 [0048] 可选地，出气孔组163包括第一出气孔164、第二出气孔165和中心出气孔166；第一出气孔164和第二出气孔165分别与两段泵腔14连通，气体经泵腔14压缩后，经第一出气孔164、第二出气孔165和中心出气孔166排出泵体1外。 [0049] 可选地，可在底座进气通道32和底座排气通道33处分别攻丝螺纹，并在底座进气通道32处安装进气气嘴，在底座排气通道33处安装出气气嘴；进气时，气体经进气气嘴进入底座进气通道32；排气时，回流至底座排气通道33的气体，由出气气嘴排出抽气泵，便于气体的流入和排出。 [0050] 可选地，底座进气通道32和底座排气通道33内均设有气体单向阀。气体单向阀是气流只能一个方向流动而不能反向流动的方向控制阀，使得底座进气通道32只能进气不能排气，底座排气通道33只能排气不能进气，防止气体逆向流动，可以保证气体沿既定的气流路径进行流通，进而提高流量稳定性。 [0051] 本发明提供的旋片抽气泵，无需在定子11上设置进气通道和排气通道，而是在传统泵体结构的基础上，增设特殊结构设计的下盖板15和上盖板16，并将进气通道和排气通道设置于底座3上，使得承担主要载荷和摩擦的定子11可以大幅度减薄减重，并提高泵体的散热性能，还能避免因设置在定子上的进气通道和排气通道连通而导致的气体泄漏。此外，泵体内采用双气流通道，一方面，使进气量、出气量以及气体的压缩效率成倍增加，提高抽气泵的工作效率，另一方面，使气体流经这些部件形成的通道时，可以增加气体流通面积、充分散热和消声减噪。 [0052] 实施例三 [0053] 现有旋片抽气泵多采用三旋片或四旋片结构，少数采用五旋片结构，其泵腔的容积利用率和抽气效率较低。基于此，如图2和图3所示，结合实施例一和实施例二，在本发明实施例三中，选择旋片槽122和旋片13的数量为8个。 [0054] 采用八旋片结构相对于三旋片结构、四旋片和五旋片结构的优势在于，可以增大气体的抽气速度，进而增大抽气流量，提高旋片抽气泵的工作效率。根据旋片抽气泵气体抽速的理论计算公式，旋片抽气泵的几何理论抽气速率S几为： [0055] [0056] 式中：S几为旋片抽气泵单位时间所抽取(或排出)的气体的几何容积，Z为旋片数目，n为泵轴转速，D为定子内直径，d为转子直径，L为定子高度，K容为泵腔容积利用系数。在其它参数相同的情况下，本发明采用了旋片数量Z＝8的结构设计，相较于3旋片、4旋片和5旋片结构的抽气泵，抽气流量和抽气效率得到了显著提高。 [0057] 为进一步提高本发明提供的旋片电子抽气泵的抽气流量和抽气效率，旋片槽122和旋片13的数量为大于或等于6的偶数，如6，8，10，12，14或16个，可根据实际应用需要进行选取，本发明对此不作限定。 [0058] 实施例四 [0059] 在抽气泵的整个气道流通通路中，为了实现气道密封，保证抽气泵的密封性能和流量稳定性，结合实施例一、实施例二和实施例三，在本发明实施例四中，如图2和图7所示，泵盖2与底座3的连接处设有第一密封圈5，泵体1与底座3的连接处设有第二密封圈6，第二电机轴连接孔31处设有第三密封圈7。采用这种设计不仅减少了密封圈的使用数量，还增大了旋片电子抽气泵的密封性能。 [0060] 本实施例四中，设置第一密封圈5、第二密封圈6和第三密封圈7，可以防止气体泄漏，提高所述电子抽气泵整体结构的密闭性，进而提高抽气泵的流量稳定性。其中，设置第一密封圈5可以确保泵盖2和底座3的空隙构成的气体回流通道的密闭性，使气体能回流至底座3，并通过底座排气通道33排出泵外。 [0061] 可选地，泵盖2、底座3、定子11、下盖板15和上盖板16上均设有若干沿圆周均匀分布的螺纹安装孔8，以使泵体1与底座3通过螺钉或螺栓固定连接，以及泵盖2与底座3通过螺钉或螺栓固定连接，实现第一密封圈5、第二密封圈6和第三密封圈7的压紧密封，有利于提升所述电子抽气泵的密封性能，进而提高抽气泵的工作效率。 [0062] 具体地，泵盖2与底座3通过螺钉或螺栓固定连接，用于封装泵体1，确保气体回流通道的密闭性，使气体能回流至底座3，并通过底座排气通道33排出泵外；泵体1与底座3通过螺钉或螺栓固定连接，可以保证抽气泵的结构稳定性，并使气体沿既定的气流路径流通，从而提高抽气流量、抽气效率和流量稳定性，减少摩擦发热，并加速散热。 |
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