一种永磁式直流传导电磁泵

技术领域

本发明涉及直流传导泵，具体涉及一种永磁式直流传导电磁泵。

背景技术

电磁泵是一种利用磁场和导电流体中电流的相互作用，使导电流体受电磁力作用而产生压力梯度，从而驱动导电流体流动的装置。直流传导泵是液态金属电磁泵的一种，目前市面上较为成熟的液态金属电磁泵产品多为电感式电磁泵，其流量大、体积大；主要用在化工、印刷行业中输送一些有毒的重金属，也用在核动力装置中输送作为载热体的液态金属，以及用于铸造生产中输送熔融的有色金属。相对于传统的圆柱感应式电磁泵（ALIP），直流传导电磁泵更适用于小流量工况。在小流量时，该直流传导泵型具有结构简单、体积小、效率高、扬程高的特点，且维修时无需切割液态金属管道、维护便捷。但是直流传导泵因其电流较大，其电极接头的设计空间较为困难。

发明内容

本发明实施例提供一种永磁式直流传导电磁泵，能够解决现有技术中存在技术问题。

为达上述目的，本发明实施例提供一种永磁式直流传导电磁泵，包括管道、两个电极和永磁联合体，所述永磁联合体包括两块导磁体和多块永磁体，所述导磁体为规则形状的板状体；

两块所述导磁体相对设置，多块所述永磁体散设于两块所述导磁体的相对面之间的边缘处，且每块所述永磁体的两端分别连接于两块所述导磁体；

所述管道自两块所述导磁体的相对面之间通过，所述管道连接于所述导磁体；

每个所述电极相对设于所述管道的表面、且所述电极的自由端处于所述永磁联合体之外的空间。

优选地，所述导磁体的相对面的中间位置设有凸块，两块所述导磁体的所述凸块的相对面之间的距离为第一间隙；所述管道自所述第一间隙内通过。

优选地，所述凸块为条形，所述第一间隙为条形，所述管道自所述第一间隙内沿所述第一间隙的长度方向通过。

优选地，每块所述导磁体的表面上设有多个贯穿孔；

多块所述永磁体与两块所述导磁体共同形成磁场；当所述管道被装入液态金属、两个所述电极被通上直流电时，两个所述电极与所述管道形成电流回路，在所述管道内的电流所形成的安培力推动所述液态金属沿所述管道流动；

其中，每个所述贯穿孔处于所述磁场的强度小于预设值的磁力线处。

优选地，所述多块所述永磁体均布散设于两块所述导磁体相对面之间的边缘处，或者，散设多块所述永磁体的所述导磁体的相对面之间的所述边缘处包括：位于所述板状体的外接圆上的边缘处。

优选地，所述管道的截面呈偏平状，所述偏平状的长边基本平行于两块所述导磁体的相对面。

优选地，所述管道具有进液端和出液端；所述进液端和所述出液端均处于所述永磁联合体的外部并临近所述永磁联合体的侧面。

优选地，还包括两组管道安装组件，一组所述管道安装组件设于所述进液端处用于固定所述管道，一组组所述管道安装组件设于所述出液端处用于固定所述管道；

每组所述管道安装组件包括两个管夹、两个螺杆、四个螺母，两个所述管夹相对设于所述管道的两侧；所述螺杆的两端分别连接于两个所述导磁体的相对面，每个所述螺杆贯穿所述管夹的端部，通过两个螺母在所述管夹的端部将所述管夹固定在所述管道上。

优选地，每组管道安装组件还包括两块隔热层，每块所述隔热层设于所述管夹与所述管道之间，所述隔热层通过所述管夹夹紧在所述管道的表面。

优选地，还包括两块电木板，每块所述电木板的板面的两端分别连接于两块所述导磁体的侧面，每个所述电极分别贯穿所述电木板连接于所述管道的表面。

上述技术方案具有如下有益效果：每个电极相对设于管道的表面、且电极的自由端处于永磁联合体之外的空间；通过将电极外伸后，所以电极空间充裕，便于连接电源；同时结构简单、散热性良好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的永磁式直流传导电磁泵的轴测图；

图2为本发明实施例的导磁体的轴测图；

图3为图1中A-A的剖视图；

图4为本发明实施例的导磁体的轴测图；

图5为本发明实施例的相对设置的导磁体的设置图；

图6为本发明实施例的永磁式直流传导电磁泵的磁场的磁通的模拟图。

附图标记表示为：

1、永磁体；2、导磁体；3、电极；4、电木板；5、隔热层；6、管道；7、管夹；8、螺杆；9、螺母；21、凸块；22、贯穿孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，结合本发明的实施例，提供一种永磁式直流传导电磁泵，包括管道6、两个电极3和永磁联合体，所述永磁联合体包括两块导磁体2和多块永磁体1，所述导磁体2为规则形状的板状体。

两块所述导磁体2相对设置，多块所述永磁体1散设于两块所述导磁体2的相对面之间的边缘处，且每块所述永磁体1的两端分别连接于两块所述导磁体2；

所述管道6自两块所述导磁体2的相对面之间通过，所述管道6连接于所述导磁体2；管道6的表面与每块永磁体1的表面均保持有一定的距离，分散式布置的永磁体1远离了管道6，也就是远离了管道6所输送的高温液态金属，因为远离了高温区所以降低了永磁体1失磁的风险，提高永磁体1的寿命，提高永磁式直流传导电磁泵的可靠性。且管道6周围没有其他构件，几乎属于非封闭的开阔空间，流通的空气能够对管道6进行及时降温，避免热量积聚而对永磁体1造成失磁，所以进一步避免了永磁体1因液态金属的高温而失磁的风险。避免了现有技术中的问题：“直流传导泵按磁场产生方式又分为励磁式（直流线圈）和永磁式（永磁铁）；其中，励磁式电磁泵存在线圈老化问题，且需要额外的励磁电源，系统构成相对复杂；永磁式直流传导电磁泵如果温度控制不佳时可能出现高温退磁”。

每个所述电极3相对设于所述管道6的表面、且所述电极3的自由端处于所述永磁联合体之外的空间。电极3的自由端处于永磁联合体之外的空间，也就是将电极3外伸，所以电极3空间充裕，便于连接电源。同时整体结构简单、散热性良好。

多块所述永磁体1与两块所述导磁体2共同形成磁场；将具有导电性的液态金属流体灌满管道6内，在两个电极3上通以恒定电流，两个电极3与管道6、两个电极3之间的管道6内的液态金属形成电流回路，则电流通过管道6内的液态金属，导电的液态金属（电流回路）在磁场中受力而运动，也就是在管道6内因电流产生而形成的安培力推动所述液态金属沿所述管道6流动；即受电磁力作用产生压力梯度（安培力）通电后，安培力推动管道6内的液态金属沿所述管道6流动，那么永磁式直流传导电磁泵推送液态金属的工作就开始了。

优选地，永磁体1的材料为钕磁铁（NdFeB50H），钕磁铁的磁能积和矫顽力极高，能量密度高；钕磁铁具有出色的加工性能，方便加工成各种形状。工作耐温高达200℃，具有稳定的性能和良好的性价比。

优选地，如图2、图3、图4和图5所示，所述导磁体2的相对面的中间位置设有凸块21，两块所述导磁体2所设有的两个所述凸块21的相对面之间的距离为第一间隙；导磁体2磁场较强的位置为两条对角线，这两条对角线在凸块21处汇集，形成辐射状的磁场；所述管道6自所述第一间隙内通过。每个永磁体1与凸块21之间的磁通密度相对每个永磁体1与凸块21之外导磁体之间的磁通密度高，起到聚集磁力线的作用。那么具有导电性的液态金属流体被灌满管道6内，在两个电极3上通以恒定电流后，两个电极3与管道6和液态金属形成电流回路，则电流通过管道6内的液态金属，导电的流体（电流回路）在磁场中受力而运动，从而在所述管道6内产生沿所述管道6长度方向的电流，管道6内因产生电流所形成的安培力推动所述液态金属沿所述管道6流动；也就是受电磁力作用产生压力梯度（安培力）就相对较大，所以推动管道6内的液态金属的力就大，液态金属沿所述管道6流动的速度就快，永磁式直流传导电磁泵推送液态金属的效率就高。如图6所示的模拟结果，辐射状的导磁结构设计能够汇每块小体积的永磁体1的磁感线，从而使得对应磁场电极的中间部分磁通量增大，达到类似磁聚焦的效果，从而大幅提高气隙处的磁场强度，提高泵体效率。

优选地，如图4所示，所述凸块21为条形，所述第一间隙为条形，所述管道6自所述第一间隙内沿所述第一间隙的长度方向通过，如图3所示。因为在每个永磁体1与凸块21之间的磁通密度相对每个永磁体1与凸块21之外导磁体之间的磁通密度高，凸块21具有聚集磁力线的作用，所以管道6自第一间隙内沿第一间隙的长度方向通过时，会进一步增加电流回路通过磁场的磁感线的范围，受电磁力作用产生压力梯度（安培力）会再次增大，所以推动管道6内的液态金属的力随之再次增大，液态金属沿所述管道6流动的速度随之更快，永磁式直流传导电磁泵推送液态金属的效率进一步提高。

永磁式直流传导属电磁泵的驱动力大小与驱动电流的大小成正比，与磁感应强度的大小成正比，与作用区域的流道（管道6）的高度成反比。在永磁体1形状和磁通量不变的情况下，气隙间距越小，磁感应强度越大。为了得到更大的驱动力，如图5所示，管道6在两导磁体2的内表面之间的空间（气隙）构成平行磁场位置，平行磁场位置宽度变大、高度变小、成为扁平状，从而使该处流道高度更小，受安培力作用的导电流体的长度更长。

优选地，多块所述永磁体1与两块所述导磁体2共同形成磁场；当所述管道6被装入液态金属，两个所述电极3被通上直流电时，两个所述电极3与所述管道6形成电流回路，所述电流回路在所述磁场中受力而运动，从而在所述管道6内产生沿所述管道6长度方向的电流，在所述管道6内因电流所形成的安培力推动所述液态金属沿所述管道6流动；

如图2、图3和图4所示，每块所述导磁体2的表面上设有多个贯穿孔22，每个所述贯穿孔22处于所述磁场的强度小于预设值的磁力线处。预设值表示磁场的强度，不小于预设值表明磁场强度强，小于预设值表明磁场强度弱，目的在于贯穿孔22尽量不影响原有磁场强度（或者尽量小的影响原有磁场强度）。贯穿孔22的位置选取原则：比如在四处磁场较弱（不处于对角线上），不阻碍两条对角线上强磁场的汇聚；并结合管道6的散热需求。

每个所述电极3相对设于所述管道6的表面，采用对称式设计，电极3处于同一条线上，且平行于两块导磁体2的相对面；对称式电极结构设计，能够大幅降低了加工制造难度。

优选地，如图1所示，所述多块所述永磁体1均布散设于两块所述导磁体2相对面之间的边缘处，或者，散设多块所述永磁体1的所述导磁体2的相对面之间的所述边缘处包括：位于所述板状体的外接圆上的边缘处；以及，使得管道6与永磁体1的距离最远，永磁体1远离了管道6，也就是远离了管道6所输送的高温液态金属，远离了高温区则降低了永磁体1失磁的风险，提高永磁体1的寿命，提高永磁式直流传导电磁泵的可靠性。且管道6周围没有其他构件，几乎属于非封闭的开阔空间，流通的空气能够对管道6进行及时降温，避免热量积聚对永磁体1造成失磁，进一步避免了永磁体1因液态金属的高温而失磁的风险。

优选地，如图1所示，永磁体1共四块，形状为长方体，分散外置在四角，与管道6有一定距离，这种安装方式能够大大降低对于永磁体1的耐温需求。即便可能存在所输送的液态金属温度偏高的极端条件，采用分散式布置的永磁体1，也只能使个别永磁体1退磁或者永磁体1中的部分退磁，永磁式直流传导电磁泵仍能正常工作运行，大幅提升了设备长期运行的可靠性。永磁体1的外形尺寸为30mm×30mm×90mm，上下端面开螺纹孔。

永磁体为长方体时，在导磁体2表面上设的多个贯穿孔22为四个梯形孔，四个梯形孔处于所述磁场的强度小于预设值磁力线处，预设值表示磁场的强度，不小于预设值表明磁场强度强，小于预设值表明磁场强度弱，目的在于尽量不影响原有磁场强度。

优先地，导磁体2材料为电工纯铁（DT4C）；电工纯铁有高感磁性和低抗磁性，磁通量高，作为软磁性材料性价比很高；两块导磁体2与永磁体1通过螺栓连接，构成永磁联合体，作为永磁式直流传导电磁泵的基本框架。在上下对称安装的两块导磁体2之间的区域形成近似平行的强磁场。导磁体2的磁极长为100mm，磁极宽为40mm，两磁极间距10mm。永磁体1通过螺栓与导磁体2固定，永磁式直流传导电磁泵的总外形尺寸为160mm×120mm×300mm。

优选地，如图1所示，所述管道6的截面呈偏平状，所述偏平状的长边基本平行于两块所述导磁体2的相对面。基本平行是指：偏平状的长边平行于两块导磁体2的相对面，或者呈偏平状的长边与两块导磁体2的相对面具有预设范围内的微小夹角，使得呈扁平状的长边几乎接近平行于两块导磁体2的相对面。管道6的截面呈偏平状，就是管道6在两导磁体2形成的平行磁场位置（第一间隙内）宽度变大、高度变小，成为扁平状，从而使该处磁感应强度更大，当流道高度更小，受安培力作用的导电流体的长度更长。

优选地，所述管道6的两端为圆形接口：进液端和出液端；所述进液端和所述出液端均处于所述永磁联合体的外部并临近所述永磁联合体的侧面。

管道6为非导磁金属材料；管道6的两端为圆形接口，气隙（两导磁体形成的平行磁场位置）为长方形，管道6长方形段的外形尺寸为8mm×43mm，壁厚为1.5mm，液态金属的流域面积为5mm×40mm，管道6材料为304。

优选地，如图1和图3所示，还包括两组管道安装组件，一组所述管道安装组件设于管道6的进液端处用于固定所述管道6，一组组所述管道安装组件设于所述管道6的出液端处用于固定所述管道6；

每组所述管道安装组件包括两个管夹7、两个螺杆8、四个螺母9，两个所述管夹7相对设于所述管道6的两侧；所述螺杆8的两端分别连接于两个所述导磁体2的相对面，每个所述螺杆8贯穿所述管夹7的端部，通过螺母调节位于螺杆上的高度，保证管道6悬挂于气隙的中间位置，通过两个螺母在所述管夹7的端将所述管夹7固定在所述管道6上，以支撑固定管道6。

优选地，如图1所示，每组管道安装组件还包括两块隔热层5，每块所述隔热层5设于所述管夹7与所述管道6之间，所述隔热层5通过所述管夹7夹紧在所述管道6的表面。

隔热层5为纳米隔热毡；隔热层5厚度为1mm，铺敷在管道6的长方形段；管道6温度较高，隔热层5能够避免管夹7与管道6的外壁直接接触；此外导磁体2与扁平状的管道6的外壁距离较近，也需要进行隔热处理。

优选地，如图1所示，还包括两块电木板4，每块所述电木板4的板面的两端分别连接于两块所述导磁体2的侧面，每个所述电极3分别贯穿所述电木板4连接于所述管道6的表面。电极3穿过电木板4完成外部接线，电极3通大电流直流电源，最终为管道6中的液态金属提供电流，根据电磁感应原理，通电后的液态金属强磁场中产生驱动力，从而沿流道流动。

综上，永磁式直流传导电磁泵所采用管道侧壁无其他结构件，电极接头的设计空间非常宽裕。此外还可通过调节永磁体材料牌号及永磁体体积的方式进行型号扩展。通过分散式布置永磁体1，不仅远离了高温区而降低失磁风险，提高可靠性，且易于通过调节永磁体的材料牌号及永磁体的体积的方式进行型号扩展。结构布局合理，永磁式直流传导电磁泵的体积约为同规格感应泵体积的2/3。

应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于所述的特定顺序或层次。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。