【技术领域】

本发明涉及一种流体微型自吸式无刷直流泵， 尤其是指一种微型无刷直流 自吸外转子多腔泵。

【背景技术】

在现有技术中微型泵的功能和特性分类很多， 其工作原理可分为：隔膜泵、 电磁泵、 活塞泵（往复泵）、 叶轮泵（离心泵）等， 其结构由工作泵腔及机械传 动两大部分组成。 按用途分为： 微型负压泵， 微型真空泵， 微型循环泵， 微型 抽气泵， 微型抽水泵、 微型潜水泵、 微型加氧泵， 微型增压泵， 微型抽气打气 两用泵， 微型气水混合两用泵等等。 微型泵都具备一进一出的抽水口和排水口 (或者称作抽气口和排气口） 的基本特征， 并且在进口处能够持续形成真空或 负压； 在出口处形成较大输出压力； 工作介质为水或其它液体和气体。

背景技术的隔膜泵是由变频电机驱动， 其工作原理是： 在泵的两个对称工 作腔中各装有一块隔膜， 由中心联杆将其连结成一体。 压缩空气从泵的进气口 进入配气阀， 一旦到达行程终点， 配气机构自动将压缩空气引入另一工作腔， 推动隔膜朝相反方向运动， 从而使两个隔膜连续同步地往复运动， 介质被挤压 排出。

背景技术的电磁泵是利用磁场和导电流体中电 流的相互作用， 使流体、 气 体受电磁力作用而产生压力梯度， 从而推动流体、 气体运动。 电磁泵类似普通 电磁阀，它以交流电为工作动力，电流通过电 磁绕组形成交变固定磁场，与可运动 的介质形成交互作用,带动泵体振动，推动液� �或气体输出。

背景技术的活塞泵又叫往复泵， 结构分为单缸和多缸， 活塞泵靠活塞往 复运动， 使得泵腔工作容积周期变化， 实现泵的吸入和排出。 当活塞向上运动 时， 液体或气体进向阀开启， 液体或气体进入泵腔， 当活塞向下运动时， 液体 或气体阀关闭， 如此反复运动， 使液体或气体不断排出。 背景技术的叶轮式离心泵的工作原理是， 由高速旋转的（交流或直流） 电 机驱动叶轮（叶片） 带动水转动， 将水甩出,从而达到输送液体的目的。 一般情 况下制作的微型泵多用直流电机， 直流电机又可分为有刷电机和无刷电机， 从 机械角度比较， 有刷电机转速高、 低速扭力性能优异、 转矩大、 其性能和优点 是无刷电机不可替代的。 但是由于有刷电机的结构原因， 电刷和换向器的接触 电阻 4艮大， 造成电机整体电阻较大， 容易发热， 而永磁体是热敏元件， 温度太 高磁钢就会退磁， 不宜连续长时间运转， 工作噪音大、 机电性能不稳， 使用寿 命短。

无刷电机寿命较长， 维护成本低、 最大特点是电机运转时不产生电火花， 减少了电火花对无线电设备的干扰。 且由于无刷电机没有电刷， 运转时摩擦力 小， 运行顺畅， 噪音低， 对提高电机稳定性起到了决定性作用。 但是用于制作 微型直流泵其电机转速低、 低速扭力性能差、 转矩小等缺点影响微型泵的工作 压力和流量， 导致目前在这方面的发展緩 '隄状态。

从国家知识产权局网上查的申请号 :200420089656.7 , 授权公告号： CN 2795494Y专利 "直流水泵"， 是一种典型的利用有刷电机制造的微型泵； 该直 流水泵不宜连续长时间运转， 工作噪音大、 不能自吸、 机电性能不稳， 使用寿 命短。 从国家知识产权局网上还查有申请号： 02277092.5 , 授权公告号： CN5281733Y专利 "直流水泵"， 该直流水泵同样存在不宜连续长时间运转， 工作噪音大、 机电性能不稳， 使用寿命短。 但不同的是可以自吸和抽水。

背景技术中市场上有销售的无刷 （或有刷）微型直流水泵， 用的都是内转 子电机， 内转子电机体积相对要小， 但成本高， 扭力小、 低速运转扭力性能差、 用其制作微型直流泵影响工作压力、 流量和性能。

【发明内容】

本发明的目的是克服以上现有技术存在的不足 ， 研制一种微型无刷直流自 吸外转子多腔泵。 实现泵的自吸性能好、 输出压力大、 无噪音、 效率高， 调速 性能好、 低速运转扭力大、 转动惯性大、 散热效果好、 达到结构筒单、 体积微 型化、 降低能耗， 节能环保、 便于安装维护、 降低生产成本、 适应工业化大生 产的目的； 同时实现机电一体化和泵体微型化的效果。

为了实现上述目的， 本发明的技术解决方案如下：为了方便理解技 术内容， 请同时参看附图说明， 图中标号在括号内表示。

一种微型无刷直流自吸外转子多腔泵， 由泵体、 驱动动力和联动件三部分 组成，其特征是：驱动动力是以自控式运行方 式的微型无刷直流外转子电机（ 13 ) 组成， 泵体部分是由从上至下的带有进、 出流体口的泵盖（1)、 密封垫片 （2)、 阀支架（3)、 隔膜固定架（4)、 泵支架（7)和底座-电机保护外壳（14)用螺釘 (20)相连接构成整体固定框架结构， 阀支架（3)上有进水通孔（18)和出水 通孔（19); 联动件部分结构是由在电机（13)输出轴上固定 偏心轴套（12), 偏心轴套（12)上固定倾斜的偏心轴（6), 在偏心轴（6)上套接摆动帽（5), 摆动帽（5)边缘和垂吊的隔膜（10)杯柄相连， 隔膜（10)上表面固定在阀支 架（3)与隔膜固定架（4)之间并垂吊下来， 阀支架（3)上连接的进水阀 （9) 和出水阀 （8)组成； 均匀分布的各自圓柱形泵腔（15)上面分别独立 的联通对 应伞形进水阀 （9) 的伞顶、 出水通孔（19)、 进水通孔（18)组成自吸多腔泵 机构。

本发明的技术解决方案还包括：

所述的一种微型无刷直流自吸外转子多腔泵， 其特征是： 在上述的联动件 部分结构中， 阀支架（3)上面内环形凹槽为环形排水腔（ 17), 其中部的凸起 上套接橡胶件圓盘形出水阀（ 8 ), 出水阀（ 8 )边缘阀瓣压在均布的出水通孔（ 19 ) 上处于常闭状态， 在阀支架（3)、 出水阀 （8)和密封垫片 （2)之间形成流体 从下向上流动的一个环形排水腔（17) 空间； 在阀支架（3)周边近似环形凹槽 为进水腔（16), 其内均勾分布上下通孔， 在该各个通孔上套接可上下的伞形进 水阀（9), 可关闭开启且均勾分布的进水阀（9)伞形边缘� ��瓣与进水通孔（ 18) 对应接触配合。 所述的一种微型无刷直流自吸外转子多腔泵， 其特征是： 在上述的联动件 部分结构中， 隔膜（ 10)呈一个独立整体橡胶零件， 其上表面为连接面， 该连 接面薄膜下面下坠均匀分布独立的可变形的酒 杯状膜片， 每一个酒杯状膜片杯 中空间为泵腔（15), 每一个酒杯状膜片下边的杯柄穿过伞形摆动帽 （5)套接 为一个整体。

所述的一种微型无刷直流自吸外转子多腔泵， 其特征是： 在上述的联动件 部分结构中， 隔膜（ 10)呈一个独立整体橡胶零件， 其上表面为连接面， 该连 接面薄膜下面下坠均匀分布独立的可变形的酒 杯状膜片， 每一个酒杯状膜片杯 中空间为泵腔（15), 每一个酒杯状膜片下边的杯柄与伞形摆动帽 （5) 边缘开 口相互插接为一个整体， 在伞形摆动帽 5边缘均布 "U" 形开口， 其开口呈口小 里大结构。

上面所述的一种微型无刷直流自吸外转子多腔 泵， 其特征是： 隔膜（10) 下坠的酒杯状膜片下边的杯柄处有外凸起， 伞形摆动帽（5)边缘穿过套接或者 插接连接该凸起。

所述的一种微型无刷直流自吸外转子多腔泵， 其特征是： 在上述的联动件 部分结构中， 不转却圓周摆动的伞形摆动帽 （5) 下面套接在偏心轴 （6)上， 可转动的倾斜的偏心轴（6)下面固定在偏心轴� ��（12)上的偏心孔中， 偏心轴 套（12)套接固定在电机（13) 的输出轴上， 取其偏心距 e为 1至 8mm之间的 任意一个数值， 偏心轴 （6) 中心线与电机（13)输出轴中心线之间的夹角为 倾斜角 a, 取该倾斜角 α为 5。 到 20° 之间的任意一个数值。

所述的一种微型无刷直流自吸外转子多腔泵， 其特征是： 使出水通孔（19) 处于常闭状态的圓盘形出水阀（ 8 )边缘阀瓣厚度为 0.15— 0.5 mm之间任意一个 数值， 较佳厚度为 0.2mm。

所述的一种微型无刷直流自吸外转子多腔泵， 其特征是： 在泵体部分结构 中， 起限位作用的限位块（11 )放置在隔膜固定架（4) 中部下面， 与下面的摆 动帽（5)对应接触。 上面所述的一种微型无刷直流自吸外转子多腔 泵， 其特征是： 带有压簧的 限位块（ 11 )放在在隔膜固定架 （4 ) 中部下面凹槽里， 与下面的摆动帽 （5 ) 对应接触。

本发明的优点和效果：

1、 本发明借助活塞泵（往复泵）、 离心泵（叶轮泵） 的工作原理， 不同的 是在泵腔中分别设置两个或多个单项截止阀 （指进出、 水阀 9和 8 ), 由外转子 电机带动偏心凸轮（指偏心轴套 12 )高速平面摆动， 挤压泵腔膜片隔膜 10的凹 凸变化， 使泵腔工作容积周期性的变化， 在单项截止阀进水阀 9、 出水阀 8的配 合作用下， 截止流体（液体、 气体） 流动， 使进入泵腔液体腔的流体（液体、 气体）定向挤压排出， 实现泵的吸入和排出。 从而达到泵输作业的目的。

本发明由外转子无刷直流电机作为驱动主体和 泵体组成， 其扭力和优势比 内转子电机大。 经在互联网和国家专利局网站查询， 未见利用外转子无刷直流 电机制作的微型泵及相关资料。 由于外转子无刷直流电动机是以自控式运行， 散热条件更好， 所以不会象变频调速下重载启动的同步电机那 样在转子上另加 启动绕组， 也不会在负载突变时产生振荡和失步。 特别适应在恶劣的空气、 液 体介质中长期运行。

2、 通过购买、 订做外转子电机， 可实现修改外转子电机电器参数， 改进泵 阀、 优化泵腔、 提高外转子无刷直流多腔泵的工作性能及泵的 负载压力。

3、 本发明结构紧凑， 便于安装维护， 降低生产成本， 适宜工业化生产。

4、 本发明用途适用于科研、 化工、 化学分析、 医疗器械、 机械加工、 家 用电器、 自动控制、 环保、 水处理、 航天航空业、 汽车制造业、 仪器仪表、 农 用喷淋滴灌等产品的应用配套。

5、 经过反复试验和试制， 申请人采用购买的外转子无刷直流电机做动力 ， 在使用电压 DC 6-13.6V , 额定电流<1八， 最大功率范围 6-12W , 转速范围 500-5000RPM/分， 额定电压 9 V -12 V条件下， 分别配置 5个泵腔和 4个泵腔， 实测检验得知： 外转子无刷直流电机的转速和电机负载有关， 电机负载大， 转 速低， 但工作扭力大、 摆动角度大、 作用于偏心轴套（也称偏心凸轮） 12后对 可压缩的橡胶泵腔形成较大的压缩比， 从而表现出泵的优异工作性能， 即吸程 大、 输出流量大、 压力强、 无噪声 （小于 35db )等特征。 并且在进口处能够持 续形成真空或负压； 在出口处形成较大输出压力， 工作介质为流体一一水或气 体或者液体和气体的混合。

5.1 在五个泵腔测试实验中，采用偏心距 e为 3mm、 4mm, 工作效果较好； 其产品的有关数据如下：

泵体微型化和机电一体化： 直径 40x40x100mm左右（含电机和水泵腔体）。 功率： 4W。

直流： 驱动电压 9-12V。

自吸： 有负压功能， 吸程为 1.5m, 负压： 0-25KPa, 正压： 0-20KPa。

扬程： 最大 6m。

流量： 1.2L/min。

外转子无刷直流电机： 以自控式运行， 散热条件更好， 重载启动的同步工 作性能好， 不会在负载突变时产生振荡和失步。 没有定子和转子间的碳刷摩擦， 寿命长。

多腔体特征为： 在泵体内分别设置的五个单独工作泵腔， 每个单独泵腔体 积直径为： Φ10ηιηι、 高度 5mm、 容积 392.5 mm ³ 。 在电机带动偏心轴套（也称偏 心凸轮） 12高速旋转时， 被偏心轴套 12连续摆动挤压的多个泵腔， 依次循环的 开启和闭合， 形成稳定的吸入和排出； 从实验来看： 泵腔越多， 流体机械性能 越好， 工作稳定可靠。 修改泵腔参数， 减小或者增加每个泵腔容积的变化， 可 以在相同电器参数的情况下， 减小压力、 提高流量， 也可以增加压力、 减小流 量； 根据使用环境和条件， 为客户量身定做适用的外转子无刷直流泵。

5.2 在四个泵腔的测试中， 其产品测试和相关参数如下：

泵腔体积最大尺寸： 45x45x100mm左右， （含电机和水泵腔体）。 随着功率 的增加， 该外转子无刷直流泵体积也会适度增加。 在每个单独泵腔直径为 Φ13.8ηιηι、 高度 5.5mm、 容积 822.2mm3时实测检 验得知， 液体： 功率： 7-10W、 吸程： 3000mm、 扬程： 最大 10m 、 流量： 0.8-2.8L/min;

气体： 功率 7-10W, 负压： 0-35KPa, 正压： 0-30KPa; 噪音小于 35db。 直流驱动电压为： DC9-12V。 能够自吸和抽水， 有负压功能， 具有气水介 质两用泵特征。 自吸性能好、 输出压力大、 无噪音、 效率高， 调速性能好、 低 速运转扭力大、 转动惯性大、 散热效果好、 实现泵体微型化和机电一体化。

综上所述， 本发明所述的微型自吸式外转子无刷直流多腔 泵， 具有结构筒 单、 响应速度快、 体积小、 重量轻、 无噪音、 压力大、 不泻压、 无污染、 止逆 效果好、 安装使用方便等特点。

【附图说明】

图 1是图 2的后视外观结构示意图； 图 2是整体剖视结构示意图； 图 3是 图 2的分解示意图； 图 4是图 2中 A-A局部剖视结构示意图。

上述附图标号说明： 1.泵盖， 2.密封垫片， 3.阀支架， 4.隔膜固定架， 5.摆动 帽 ， 6.偏心轴， 7.泵支架， 8.出水阀， 9.进水阀， 10.隔膜， 11.限位块， 12.偏心 轴套（也称偏心凸轮）， 13.电机， 14.电机保护外壳， 15.泵腔， 16.进水腔， 17. 排水腔。 e—偏心距， α—摆动角度或倾斜角， 18.进水通孔， 19.出水通孔， 20. 螺釘。 e—偏心距， α—摆动角度。

【具体实施方式】

参看图 1-图 4, 本发明是由泵体、 驱动动力和联动三部分组成。 泵体部分是 由从上至下的泵盖 1、 密封垫片 2、 阀支架 3、 隔膜固定架 4、 泵支架 7和底座- 电机保护外壳 14用螺釘 20连接件相连接构成整体固定框架结构。 驱动动力部 分是由市场上购买 （或者是根据用户提出的要求定做的是外转子 无刷直流电动 机） 的以自控式运行方式的微型无刷直流外转子电 机 13组成， 电机 13位于泵 支架 7的下面在底部电机保护外壳 14 内固定。 联动件部分是由固定在电机 13 输出轴上的偏心轴套 12、 偏心轴套 12上固定倾斜的偏心轴 6、 在偏心轴 6和垂 吊的隔膜 10之间有相连接的摆动帽 5、隔膜 10整体上表面固定在阀支架 3与隔 膜固定架 4之间， 且该隔膜 10垂吊在隔膜固定架 4下面、 阀支架 3上连接的进 水阀 9和出水阀 8组成。 泵体中分别设置五个单项截止阀组， 每一个组是由进 水阀 9、 出水阀 8组成。 在上述的泵体部分结构中， 限位块 11 (限位块 11可以 不要， 在试验中也是正常工作） 固定在隔膜固定架 4 中部， 与下面的摆动帽 5 对应接触起限制其位置偏离的作用 （参看图 2和图 4 ); 在泵盖 1和阀支架 3之 间装有密封垫片 2, 把进水和出水完全隔开， 泵盖 1上面的右边有进水口、 左边 是出水口， 见图 2箭头所示的流体方向。

具体说： 在上述的联动件部分结构中， 阀支架 3上面的凹槽里中部有凸起， 该凸起上套接圓盘形出水阀 8 (参见图 2和图 3 ), 圓盘形出水阀 8是橡胶件， 中间厚边缘薄， 中间固定， 边缘下面是五个独立的均布的出水通孔 19, 作为阀 瓣的出水阀 8边缘在流体压力作用下可打开， 当泵腔一排水腔 17无正压力时， 依靠橡胶弹性性能使出水通孔 19处于常闭状态， 可关闭开启的出水阀 8边缘中 五个阀瓣与阀支架 3凹槽内的五个出水通孔 19对应接触配合， 可以把把整体单 项截止阀一出水阀 8边缘分割成像梅花状的 5个阀瓣， 在有通槽一出水通孔 19 的位置连接的橡胶厚度仅 0.2mm, 也就说使出水通孔（19 )处于常闭状态的圓 盘形出水阀（8 )边缘阀瓣厚度为 0.15— 0.5 mm,如 0.16、 0.17、 0.18、 0.19、 0.20、 0.21 , 0.22 , 0.24, 0.25 , 0.28 , 0.29, 0.30, 0.31 , 0.32, 0.35 , 0.37, 0.38, 0.40, 0.41、 0.43、 0.45、 0.47、 0.49、 0.50等数值， 在试验中得知较佳厚度为 0.2mm。 由于其阀瓣正好在每个出水通孔 19的中间位置， 在流体压力作用下， 该位置橡 胶阀瓣易于变形， 使该部位打开而其他位置仍闭合， 流体从下向上流动形成一 个在阀支架 3、 出水阀 8和密封垫片 2之间的环形排水腔 17空间。 从图 2的 平面直径方向看， 进水在外经排水在内经。 在阀支架 3 周边凹槽内通孔倒着套 接可上下的伞形或称作蘑菇形的进水阀 9 ,均勾分布的五个进水阀 9和五个出水 阀 8对应， 且均布呈平面圓环形分布， 可关闭开启的进水阀 9伞形阀瓣与阀支 架进水通孔 18对应接触配合， 阀支架 3上面近似环形凹槽为进水腔（ 16 ), 隔 膜 10呈一个整体零件， 其上表面为连接面， 该连接面薄膜下面下坠五个可变形 的酒杯状膜片， 五个圓环形分布均勾的杯状膜片杯中空间为泵 腔 15 , 杯状膜片 下边的杯柄穿过伞形摆动帽 5套接为一个整体，杯柄处有外凸起， 伞形摆动帽 5 边缘穿过凸起位于隔膜 10下面的杯柄处，凸起起到不易脱落、稳定连� ��的作用， 当然不用穿过用插接连接方式也可， 五个分布均匀的圓柱形泵腔 15上面各自分 别独立的联通对应五个伞形进水阀 9的伞顶、 五个出水通孔 19、 五个进水通孔 18组成自吸多腔泵机构， 和下面的摆动帽 5、 偏心轴 6、 偏心轴套 12共同组成 联动件部分或者称作联动件机构。 圓周摆动 （但是不转动） 的伞形摆动帽 5 下 面套接在偏心轴 6上， 可转动的倾斜的偏心轴 6下面固定在偏心轴套 12上的偏 心孔中， 偏心轴套 12套接固定在电机 13 的输出轴上； 这里注意的是偏心距 e 为 1至 8mm之间的任意自然数值， 申请人分别采用偏心距 e为 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8mm做实验， 初步确定 3mm偏心距时， 在有五个泵腔 15状态下工作效 果较好； 4mm偏心距在四个泵腔 15状态下工作效果较好； 同理偏心轴 6中心线 与电机 13输出轴中心线之间的夹角为倾斜角 a , 对该倾斜角 α为 5° 到 20° 之 间的任意数值实验， 初步确定倾斜角 α为 15。 时， 在五个泵腔 15状态下工作效 果较好。 倾斜角 α为 18。 时， 在四个泵腔 15状态下工作效果较好。 电机 13接 通直流电后旋转， 通过偏心轴 6和摆动帽 5 , 使隔膜 10产生拉伸和压缩变形， 从图中看： 由于倾斜角 α、 偏心距 e和摆动帽 5的伞形结构， 使得摆动帽 5的 相对平面摆动导致泵腔 15周边的膜片在一个小的高度范围内受到平面� ��曲、 拉 伸、 挤压变形 （就如同坐着的人用手一个方向按摩腿膝盖， 但不转动）， 对泵腔 15 的空间产生一定程度的大小变化， 从而在泵腔 15 内形成正压和负压， 泵腔 15体积的增大和缩小把流体吸入和排出泵腔 15 , 五个泵腔 15依次工作是电机 13转到某一位置时， 一部分泵腔 15的膜片被拉伸， 另一部分泵腔 15的膜片被 压缩， 从而使一些泵腔 15吸水， 一些泵腔 15排水， 从而不断地把水吸入和排 出泵腔 15 , 见图 2箭头所示。

需要说明的是：

1、 摆动帽 5的倾斜角 α会影响到泵的输出流量和电机负载大小， 一般根据 要求达到的输出流量来选定倾斜角 , 倾斜角 α越大， 圓柱形泵腔 15容积变化 量越大， 要求电机 13的输出力矩越大， 电机 13的外形尺寸也越大。

2、 实施例采用五个分布均勾的独立工作泵腔 15组成一个整体隔膜 10 , 对 应五个进水阀 9、 五个出水阀 8 , 同时也对应五个相互联通的进水腔 16和五个 相互联通的排水腔 17, 构成一个完整的相互协调工作的整体微型自吸 多腔泵。 那么并不局限上面 5个， 采用 3个到 10个中的任意自然数的泵腔 15均可实现 本发明的目的， 只是体积随着泵腔数量的增加而增加， 功率也是随着泵腔数量 的增力。而增力口。

3、 本发明的关键部件无刷直流外转子电机 13 能够在市场厂家根据不同型 号的产品来定做。

4、 隔膜 10呈一个独立的整体零件， 其上表面为连接面， 该连接面薄膜下 面下坠五个可变形的酒杯状膜片， 杯中空间为泵腔 15 , 杯状膜片下边的杯柄穿 过伞形摆动帽 5边缘套接为一个整体， 杯柄处有外凸起， 伞形摆动帽 5边缘穿 过凸起， 用插接方式也可作为替换品或等同产品， 即在伞形摆动帽 5 边缘均布 五个开口， 呈 "U" 形， 开口处为口小里面大结构， 由于杯状膜片下边的杯柄都 是可压缩变形的， 故装配时挤压插接即可。

5、 关于泵体部分结构中的限位块 11可以不要， 在试验中也能够正常工作， 固定在隔膜固定架 4下面中部凹槽内， 与下面的摆动帽 5顶部对应接触， 起到 限制其位置偏离的作用； 为了防止在各种恶劣环境下工作出现意外故增 加此限 位块 11 , 那么在限位块 11上顶加装一个压簧也行， 始终给摆动帽 5—个轻微的 力。