目前，各种类型的泵在工农业生产和日常生活中的应用越来越广泛，据统计仅次于电动机的应用，排在第二位现在常用的泵如柱塞泵、叶片栗等，根据其工作原理，都必须靠电动机经中间传动机构驱动进行工作，使泵系统结构复杂，所占空间体积大，不适合应用于一些空间受到限制的场合。针对这种情况，本文设计了一种新颖的小型变流量电磁泵，无需由电动机驱动，结构简单、紧凑，体积小，制造成本低，工作可靠性高，泵输出的流量可以无级调节。

　　2电磁泵的工作原理2.1电磁泵的结构电磁栗的结构组成主要包括以下六部分，即液缸体1、电磁线圈2、柱塞3、进口阀4、出口阀5和柱塞复位弹簧6，如所示。

　　电磁泵的原理图电磁泵的基本工作原理是，直接利用泵的电磁线圈2产生的电磁力，驱动具有单向阀的柱塞3作往复直线运动输出液体，通过改变供电电源的频率实现泵输出流量的无级调节。

　　2.2电磁泵的工作过程当电磁栗的电磁线圈2未通电时，柱塞3在复位弹簧6作用下，处于液缸体下端（在液缸体的轴向上），柱塞3的中心位置偏离电磁线圈2的中心位置一个距离。当电磁线圈2中通入单相固定频率的交流电时，由于电磁感应将在电磁线圈中产生交变磁场。置于线圈磁场中的柱塞3由导磁物质构成，并且偏离电磁线圈2的中心位置，因此受到向上的电磁吸力，此电磁吸力大于柱塞复位弹簧6施加的向下作用力。此时，柱塞克服弹簧的作用力向上作加速运动；当柱塞向上运动到与电磁线圈的中心位置重合时，柱塞所受的电磁吸力为零，但是由于惯性，柱塞3继续向上运动，当其超过电磁线圈的中心位置时将会受到向下电磁吸力的作用，此时柱塞则向上做减速运动，当速度为零时，柱塞处于向上运动的极限位置。在柱塞向上的运动过程中，由液缸体1的上部和柱塞3形成的上腔体的容积减少，在压力差的作用下，出口阀5关闭；由液缸体下部和柱塞形成的下腔体的容积增大，腔内形成负压，腔外液体在大气压力作用下将进口阀5打开，并克服吸水管路和进口阀的阻力进入到下腔体中，这即是吸入液体的过程，如图la所示。

　　当柱塞处于向上运动的极限位置时，柱塞3所受的电磁吸力和复位弹簧6的作用力方向均向下，柱塞开始向下做加速运动，当超过电磁线圈的中心位置时，电磁吸力反向，柱塞作减速运动，速度为零时处于下极限位置。在柱塞向下的运动过程中，下腔体的液体被挤压，压力升高，进口阀关闭，进而将出口阀顶开，下腔体中的液体被排到上腔体中，如图lb所示。当柱塞再向上运创新设计的基础技术流量与电源频率的关系曲线从图中可以看出，当电源频率处于0/qHz时，随着电源频率的升高，泵的输出流量2增大，泵输出的流量0与供电电源频率基本成线性关系。原因在于电源频率低于柱塞的固有频率石时，柱塞的往复行程基本不变化，而柱塞的往复运动频率/随着电源频率的增加而线性增加。

　　当供电电源频率等于柱塞的固有频率/.时，由于共振，柱塞的往复行程大，此时栗输出的流量数学模型电磁泵的流量取决于两个因素，一是柱塞往复运动频率/，另一是柱塞每一次往复行程中所排出液体的体积F.每次排出液体的体积由柱塞直径D和行程长度i决定。用公式表示为g=60/y F=0.015（1）/柱塞往复运动频率，1/s V每次排出液体的体积，ml L柱塞往复运动行程长度，mm对于结构已确定的电磁栗，柱塞直径*0为一确定常数。因此，若想调节流量只能通过调节行程长度L和柱塞往复运动频率/.根据电磁泵数学模型可知，柱塞的往复运动频率等于周期性激振力（电磁吸力）的频率，电磁吸力的频率取决于供电电源的频率；柱塞的往复运动行程长度不仅与本身的结构有关，还与其往复运动的频率有关，即与电磁线圈的供电电源频率有关。因此可通过调节供电电源的频率，改变泵输出的流量由于交流电的频率易于实现连续调节，所以泵的流量2可以达到无级调节。

　　依据共振原理，对于柱塞弹簧系统，当外界激振力频率等于柱塞弹簧系统的固有频率时，产生共振，由于是有阻尼系统，此时柱塞的往复动时，出口阀关闭，进口阀打开，上腔体中的液体被压缩，容积变小，压力升高，上腔体中的液体被排出泵外，这即是排出液体的过程。同时下腔体吸入液体，柱塞在液缸内作上下往复直线运动，如此反复不断地吸入和排出液体。

　　3电磁泵数学模型的建立由上述工作原理分析可知，柱塞和弹簧所组成的系统在周期性电磁吸力作用下，可以简化为一个单自由度有阻尼的受迫振动系统，系统模型如所示。在此系统中，弹性力fee和阻尼力ex1均属于内力，而）*期性的电磁吸力即激振力属于外力。

　　运动行程大，泵输出的流量多，电磁泵效率尚。

　　4性能测试为了对电磁泵进行各项性能测试，设计了一个专门的试验装置。首先，将工频单相交流电经整流变为直流电，然后进行滤波，再经逆变器变为频率可调的交流电，作为电磁泵的供电电源。4.1电磁泵流量和压力的关系电磁泵流量和压力的关系曲线是一条比较重要的性能曲线，是选择泵的重要依据。为此在这里采取容积法测量流量，用压力表测量不同流量下的工作压力。表1所示为该电磁泵的流量0与压力P的实测结果。从表中可以看出，随着流量的增加，压力降低，符合杲的一般规律。

　　表1电磁泵流量2与压力P的实测结果流量压力流量压力4.2电磁泵流量与电源频率的关系为了考察供电电源频率对泵输出流量的调节作用，不断调节供电电源的频率，在不同供电电源频率下，对电磁泵的输出流量进行多次测量，取平均值作为该频率下的输出流量测试结果如所示。

　　产品设计与制造大，效率高。当电源频率高于柱塞的固有频率时，随着电源频率的升高，流量降低。原因是柱塞存在惯性，虽然柱塞往复运动的频率升高，但是柱塞往复运动的行程减小得多，。综合的结果导致流量随着电源频率升高而降低。当电源频率超过某一值时，由于柱塞惯性，根本跟不上交变磁场的变化，柱塞停止往复运动，所以输出流量为零。

　　5结论通过理论分析和实验结果表明：该电磁栗设计原理正确，理论分析与试验结果完全吻合。基于共振原理，当电磁泵供电电源频率等于柱塞弹簧系统的固有频率时，栗的输出流量大，泵的效率高。由于该电磁泵具有体积小，流量连续可调的特点，可以广泛应用于机械行业、化学工业、生物工程和医学领域中。