膜片式电磁泵设计与仿真研究

膜片式电磁泵设计与仿真研究

徐朝阳  赖玉强

惠州市艾美珈磁电技术股份有限公司 广东惠州 516000

摘要：1：针对家用蒸汽手刷,蒸汽熨斗的需求，设计了一种膜片式电磁泵。电磁泵采用具有良好耐水,水蒸汽,酸,抗压永久性变形及抗撕裂特点的三元乙丙橡胶膜片，有效提高了电磁泵使用寿命。

2：对电磁泵的结构、工作原理与流量特性进了分析，并采用AMESim仿真平台对其响应特性和流量特性进行仿真模拟。仿真结果表明，电磁泵具有良好的精度与稳定性，通过脉冲宽度调制（PWM）脉宽电路调节响应频率f，即可对电磁泵的流量进行调节，能够满足家用蒸汽手刷,蒸汽熨斗的需求。

近年来由于消费者对生活品质的要求不断提高及转变，智能化、小巧便携化蒸汽手刷，蒸汽熨斗市场呈现出较快的增长趋势，并且正在逐步渗透到中国家庭，对于核心零配件之一的电磁泵的需求量也越来越大。

针对蒸汽手刷，蒸汽熨斗的需求，设计了一种膜片电磁泵，介绍了其结构及其工作原理，计算了其流量特性，并采用AMEsim仿真对其响应特性与流量特性进行了深入分析，以达到蒸汽手刷，蒸汽熨斗内部功能对电磁泵流量的要求。

1电磁泵结构

1.1结构与原理图及分析

膜片式电磁泵属于往复式容积泵，当线圈通电时，缠绕线圈产生磁场,带磁动铁芯在磁力的作用下，克服复位弹簧弹力运动，泵腔容积增大而腔内压力降低，液体克服进口单向阀闭合力使进口阀芯开启，液体进入泵腔；当线圈断电后，动铁芯电磁力迅速衰减，动铁芯在复位弹簧弹力作用下复位，使泵腔容积增小而腔内压力升高，液体克服出口单向阀阀口闭合力从出口排出。电磁泵周期性工作，动铁芯往复运动，进、出口阀芯依次周期性启闭，实现液体的稳定供给。

电磁泵结构原理图

2.流量特性分析

2.1流量特性分析

电磁泵采用由PWM脉宽电路控制，其流量排量V为：

Vn V0（1）

n t f（2）

上式中： n为次数；V0为单次排量；T为周期；f为频率。

1）为提高泵体内部密封性及提高电磁泵使用寿命，膜片采用具有良好耐水,水蒸汽,酸,抗压永久性变形及抗撕裂特点的三元乙丙橡胶(EPDM）材料。

2）动铁芯在两端极限位置时，膜片行程容积近似为两个对称的圆台形。

故电磁泵的单次排量V：

πlR2  Rr r 2

3

式中：r为锁紧膜片半径；R为膜片有效半径；l为动铁芯位移量。

将式（2）、（3）代入（1），得到电磁泵排

量V：

fπlR 2R rr2

3

因此，通过PWM脉宽电路设置响应频率f，即可对电磁泵的流量进行调节。

3电磁泵建模与仿真分析

为进一步探究其响应性能，借助AMESim仿真 平台对其响应特性与流量特性进行仿真模拟，为 其性能分析提供相关的理论依据。

电磁泵AMESim仿真模型如图3所示。

图3  电磁泵AMESim仿真模型

根据电磁泵物理模型对其AMESim仿真模型的相关几何参数进行设置。同时，设置电电磁泵初始响应频率f为10Hz，占空比50%。

为了观察电磁泵在一个周期内的响应特性与流量特性，设置仿真时长为0.1s，打印步长为1ms，得到电磁泵在一个周期内的参数曲线下图所示。

图4电磁线圈电流曲线

图5  定铁芯电磁力曲线

从图4、5所示，当电磁泵工作时，线圈通电后电流逐渐增大，铁芯电磁力随着电流的增大也不断增大。当线圈电流达到峰值1.7A时，电磁力迅速达到45N并保持稳定。当线圈断电后，线圈电流迅速降低，铁芯电磁力也逐渐降低为0。

图6  进、出口阀芯位移曲线

如图6所示，随着动铁芯压缩弹簧的往复运动，驱动膜片行程腔容积周期性变化。当动铁芯压缩弹簧时，膜片行程腔容积增大，腔内压力降低，进口单向阀阀迅速开启至0.2mm，液体迅速进入腔内，

127

当动铁芯在弹簧的推力下复位时，膜片行程腔容积减小，腔内压力增大，克服出口单向阀闭合力，出口单向阀芯迅速开启 至0.2mm，液体迅速排出；进、出口单向阀依次周期性启、闭，实现电磁泵吸液体与排液体。

图7  不同频率f时电磁泵质量流量曲线

如图7所示，不同频率f时电磁泵质量流量曲线均呈阶梯状上升，这是由于电磁泵属于单作用 容积泵，在一个周期内，膜片吸液体一次。同时随着频率f不断增大，电磁泵质量流量按比例增大，这表明电磁泵具有良好的精度与稳定性，能够满足蒸汽手刷，蒸汽熨斗蒸汽流量的要求。同时通过应频率f，即可对电磁泵的流量进行更精准调节。

4结束语

（1）膜片采用具有良好耐水,水蒸汽,酸,抗压永久性变形及抗撕裂特点的三元乙丙橡胶(EPDM)材料，提高电磁泵内部密封性及提高电磁泵使用寿命。

（2）电磁泵具有良好的精度与稳定性，能够满足蒸汽手刷，蒸汽熨斗蒸汽流量的要求。

（3）通过PWM电路调节响应频率f，即可对电磁泵的流量进行更精准调节。

127