民用微型电磁泵结构原理

电磁泵（Solenoid pump）是一种电磁铁驱动的微型柱塞泵，亦称为振动柱塞泵(Oscillating or Vibrating piston pump)。

电磁泵是一种特点突出的泵类产品，不需要驱动轴，通电后线圈产生磁力，推动柱塞运动，将电磁动力和泵体直接结合为一体的高压微型泵，体积小，结构紧凑，易于布置在狭小空间，无泄漏，体积小，价格相对低廉，动态调节特性好，输出流量较小等特点。

电磁泵的电源是交流过滤后的半波，或其它单向方波电流，一般城市电源为50或60Hz，整流后脉冲频率也为50或60Hz，这样流体就连续不断的从电磁泵进口流入, 在电磁泵出口流出, 滑杆左右运动的频率也是 50 或 60 Hz。

电磁泵由于形体小巧虽然便于安装，但也决定了它的压力和流量不会很高；主要应用在饮料冲饮机、蒸汽清洗机、冲牙器、喷雾加湿器、过滤器增压机、计量泵、地毯清洗机等需要小流量清水的场合，以民用设备为主。

也可作为计量泵使用，通过改变电压或者频率来控制流量，或作为润滑泵使用，特别适合主轴、导轨等需要微量润滑且空间狭小的场合，及作为燃油输送泵使用，为柴油机燃油系统供油，和需要微量循环液、冷却液的场合，靠电磁泵来驱动。

电磁泵工作原理
电磁泵的工作原理图：图中英文对应中文意思:
Outlet Pressure: P out = 出口压力 P out; Plunger = 滑杆
Inlet Pressure P in = 进口压力 P in;
Pressure Chamber Pressure P = 压力仓压力 P;
Plunger Motion Direction = 滑杆运动方向
Liquid Flow Direction = 液体流动方向
A 图: 电磁泵半波通电瞬间的状态图，B图: 电磁泵半波断电瞬间的状态图.
电磁泵工作原理就是用二极管和线圈串联，接到交流220V的电压上，线圈
磁力推动泵心压油。

一般城市电源整流后脉冲频率为 50 或 60 Hz, 滑杆左右运动的频率也是 50 或 60 Hz. 这样流体就连续不断的从进口流入, 出口流出。

A 图: 当电磁铁线圈半波通电时, 滑杆 (Plunger) 在电磁场力作用下向右运动, 密封仓 (Pressure Chamber) 容积增大, 压力(Pressure) P 小于进口气压(Inlet Pressure) P in 时, 液体流入密封仓(Pressure Chamber)。

B 图: 当电磁铁线圈半波断电时, 滑杆 (Plunger) 在弹簧力作用下向左运动,
密封仓 (Pressure Chamber) 容积减小, 压力 P 大于出口压力(Outlet
Pressure) P out 时, 流体从出口流出。

电磁泵设计注意
一是保证磁回路的均匀同心；二是电磁驱动部得发热和冷却的问题。

电磁泵中较难保证磁回路的均匀性，为此首先必须合理设计电磁驱动部和泵体部分的连接结构和装配精度。

其次是合理的设计的柱塞和衔铁的分开结构。

如果衔铁和柱塞虽分开但是一整体，则必须在形位公差上保证其精度，如果衔铁和柱塞分开且是两体，则只需考虑径向可调的连接结构，对两体的同轴度并不之分苛求。

电磁驱动部的发热主要取决于两个因素；一是磁导体材料和热处理工艺，对交流电磁泵这个问题很严重，其磁导体一定要用高电阻率的材料制造；二是电磁线圈的合理设计。

让液体通过其电磁驱动部排出，也有流体不通过电磁驱动部而直接排出的，这种情况下需要考虑设计相应的散热结构。

电磁泵交流电磁回路部分的设计可按下列步骤进行：
⑴选定工作气隙中磁感应强度B
根据泵的排出压力、衔铁和柱塞的惯性力、弹簧力，估算所需的电磁力F。

由泵的流量（先设定柱塞直径）初定行程δ，由此决定电磁铁的结构因素ϕk 在交流电磁铁中这个参数没有什么意义
ϕk =10/F δ/
式中 F—电磁吸力，N
δ—衔铁的行程（即柱塞的行程），cm
然后由ϕk —B 曲线可以确定工作气隙中磁感应强度B。

⑵有麦克斯韦电磁吸力公式求衔铁的截面积S 2m
S=2F 20/B μ
式中 F—电磁吸力，N
B—电磁感应强度，T
0μ—空气磁导率，0μ=4710-⨯πH/m
如果衔铁为圆截面，责由此可得衔铁直径
π/S 4=铁d
⑶求电磁线圈的匝数 N
N=BS V ω2
式中 V—电源电压，V
ω—固频率，f πω2=
f—电源频率，Hz
⑷确定安匝数IN
安匝数可由下式计算
IN δBv 14.1≈
式中 v —气隙系数，v =0.25~0.55
安匝数也可以由查表所得 ⑸确定电磁线圈的线径线d
线d =j
I π4 式中 j—电流密度，对长期工作制j=2~4A/2mm ，使其圆整到标准线径。

⑹计算窗口面积k Q
k Q =1
24f d N π∙ 式中 1f —充填系数，1f =0.5~0.8 ⑺由窗口面积k Q 决定线圈的高度h 和宽度b 由此确定b h
/=β值，β值可以取2~3，为了防止或减少来自磁导体的热量，β值取偏小有利，这时电磁线圈矮而粗。

⑻验算线圈温升θ，使在允许的范围内。

KhD
R I 2=θ 式中R—线圈电阻，
K—散热系数，C cm W ∙2/，温升65℃时，k 为℃∙⨯-24/1012cm W
D—线圈外侧表面周长，cm
电磁泵的有关结构设计
⑴为了使电磁泵能够正常工作，必须使衔铁长度l，和线圈长度L 之间符合如下条件：121<<L l ，因为当21<L l 时，在线圈励磁时，衔铁将移出线圈外，当线圈再度励磁时也不会产生电磁力。

当1=L
l 时，则衔铁横跨两侧厄铁，没有磁阻变化，也无法产生电磁力。

⑵据经验，在要求长行程的地方，可以选择较短的长度，并具有锥形端部形状的衔铁，在要求短行程和强驱动力的地方，可以选择具有适当长度的平头端部形状的衔铁。

⑶从国内外的电磁泵的结构来看，组成其电磁回路的，大部分采用甲壳螺管式的磁路形式，如图示
a 其主磁通主φ产生的端头力，漏磁通漏φ产生的螺管力，两力的方向一致，都是
使衔铁向档铁的方向位移，因此电磁吸力大，这样泵能克服外部负载大，泵送的压力可提高。

b 工作间隙δ较大，泵的往复行程较长，并且衔铁是在线圈的内腔中做直线往复运动，便于柱塞密封。

c 螺管式电磁回路气隙磁导最大，也是电磁吸力增大。

d 结构简单，加工工艺简单。

电磁泵的流量及变量途径
电磁泵的压力可以大幅度的提高，但是流量较小。

因为要是电磁泵的流量增大，一是要增大柱塞直径，二是要提高柱塞的往复行程和泵速。

柱塞直径加大，衔铁的质量就增加，需电磁吸力就增大，从而泵的结构庞大，耗电大，失去其自身的优势。

从理论上讲当交流电源的频率一定，则电磁泵泵速就一定，因此柱塞行程和直径大小就决定了泵流量的大小。

电磁泵流量改变的方法：
1 改变柱塞的行程，这在结构上比较简单。

2 从控制线路上设置变频电路，改变电源频率，从而使泵速改变。

（一） 电磁泵的参数设计与选择
首先根据泵的排出压力、衔铁和柱塞的惯性力，估算所需的电磁力F。

由泵的流量（先设定柱塞的直径），初定行程δ，初步选定泵的流量500cc/min，p d pv Q δπ2015.060==
p —柱塞往复运动的频率，设为50HZ
v —柱塞移动δ距离排出的液体体积
δ—柱塞行程
根据计算确定柱塞d =5mm ，δ=10mm
普通单向阀进出口压力差为0.2-0.3 Mpa.由于初步选定的电磁泵为12bar，这样在泵部由柱塞的压力所形成的压力为15bar。

由于公式 S
F p = S 是柱塞的截面积2m 可以初步确定F 的大小F =PS =1500000pa*3.14*0.005*0.005/4
F =29.4375N，为方便计算先定F =30N
有公式 S=20/2B F μ
式中 S—衔铁的截面积 2m ，衔铁的截面积与柱塞截面积关系的确定
F—电磁吸力，N
B—电磁感应强度，T
0μ—空气磁导率，0μ=4710-⨯πH/m
有上公式确定B 的大小为1.96T
有公式 ()20
221δ
μA IN F =确定IN 的大小 IN =15.60
有公式 BS
V N ω2= 经计算的 N =25759圆整取25000
根据上面所得的计算结果，确定=I 0.0024A
有公式线d =j
I π4 确定线d =0.0319mm，圆整到标准的线径
窗口面积k Q
k Q =1
24f d N π∙ 式中 1f —充填系数，1f =0.5~0.6 取0.55 得到k Q =9.452mm
由窗口面积k Q 决定线圈的高度h 和宽度b 由此确定b h /
=β值，
β值可以取2~3，为了防止或减少来自磁导体的热量，β值取偏小有利，这时电磁线圈矮而粗。

取β=2，也即b h 2=
求得=b 2.17mm h=4.35mm。