基于圆筒型直线振荡电机的数字式往复泵设计及研究.pdfVIP

摘要

往复泵作为最常见的泵类型，因其所具有的排出压力大、效率高、对泵送

介质的适应性好等优点被广泛应用于工业生产的方方面面。但传统往复泵通常

需要一定的转化机构将原动件（通常为旋转电机）的旋转运动转化为直线往复

运动以驱动活塞，因此不可避免地面临着因转化机构摩擦导致的功率损失和工

作噪声大等问题。而如今，随着一体化直驱技术的发展，越来越多的新型往复

泵开始考虑将中间传动机构省去，采用直线驱动方式驱动柱塞使得往复泵的结

构更加紧凑，数字化和集成化程度更高。

本文提出了一种基于圆筒型直线振荡电机的直驱式往复泵方案，并对这种

新型往复泵的动态特性和输出性能进行了研究。主要研究内容如下：

首先，介绍了圆筒型直线振荡电机往复泵的基本结构，并依照等效磁路法

对直线电机的磁回路进行理论建模，得到直线振荡电机的运行方程组，除此之

外，还对直线电机泵的基本性能参数，包括流量和柱塞腔压力进行理论分析；

然后，建立了电机磁回路有限元分析模型，通过有限元分析验证磁回路的

有效性，并基于该模型对直线振荡电机的主要结构参数（包括永磁铁充磁厚度、

动子背铁芯厚度、定子极靴长度、极间气隙和线圈线径）对于电机性能的影响

进行研究，最终确定出最佳的结构参数；

随后，将理论分析所得的数学模型与磁回路有限元分析所得的电机最佳结

构参数结合，建立了基于直线电机系统和往复泵系统的负载耦合仿真模型，由

此对直线电机往复泵的动态特性和输出性能进行了分析。分析结果表明正弦波

激励信号更适合作为直线电机往复泵的控制信号载波，且在并联协同工作方式

下奇数泵组流量输出脉动率要远小于偶数泵组，而偶数泵组可采用错相位并联

方式大幅降低泵组的流量输出脉动率；

最后，通过直线电机空载反电势实验与样机功能性实验进一步研究了不同

运动频率下的反电动势参数变化以及样机柱塞腔内压力变化，并分别进行了详

细的分析讨论，实验结果表明运动频率升高会导致反电动势波形的畸变，且会

因为回流问题导致柱塞腔内压力波动。

关键词：往复泵；直线电机；圆筒型直线振荡电机；Amesim；联合仿真

ABSTRACT

Asthemostcommontypeofpump,reciprocatingpumpiswidelyusedinall

aspectsofindustrialproductionduetoitsadvantagessuchashighdischargepressure

andhighefficiency.However,traditionalreciprocatingpumpsusuallyneedacertain

conversionmechanismtoconverttherotarymotionofthedrivingpart(usuallythe

rotarymotor)intolinearreciprocatingmotiontodrivethepiston,sotheyinevitably

faceproblemssuchaspowerlossandhighworkingnoisecausedbythefrictionofthe

conversionmechanism.Butnow,withthedevelopmentofintegrateddirect-drive

technology,moreandmorenewreciprocatingpumpsbegintoconsidereliminatingthe

intermediatetransmissionmechanism.Theuseoflineardrivetodrivetheplunger

makesthestructureofthereciprocatingpumpmorecompact,withahigherdegreeof

digitalizationandintegration.

Inthispaper,adirectdrivereciprocatingpumpba