CN107642680B - 一种微型智能真空和增压气源模块 - Google Patents

Abstract

本发明一种微型智能真空和增压气源模块，包括电动气泵和气源端块，气源端块与电动气泵相连并气路连通，电动气泵内设有吸入外界气体的一级吸气管路和输出压力气体的二级排气管路，气源端块设有正压气容和真空气容，两气容和电动气泵的两管路连通并通过微型电磁阀即V1阀、V2阀和V3阀控制。本发明中电动气泵为增压气泵，气源端块两个气容可用于分别向外界输出压力气体或真空，缸体、气容、气体管路、阀体等均内置分布在模块中，结构紧凑，实现了整体微型化设计和自动化控制，特别适于在小型化校验仪中装配使用。

Description

一种微型智能真空和增压气源模块

技术领域

本发明属于压力仪表检验技术领域，涉及一种一体化气源模块，具体涉及一种组合有缸体导向微型增压式电动气泵和高压与真空多头自动输出功能的微型智能气源模块，特别适用于自动化、小型化、高度集成化的压力校验仪表中。

背景技术

在使用便携式压力校验仪器检定气体压力仪表的过程中，需要具有一定压力的压缩气作为介质来检定压力仪表。传统方式的压缩气来源主要有两种方式：便携手动气泵加压或携带高压气瓶。手动气泵主要应用在手动压力仪表检定装置中，为了完成正常的检定过程，操作人员需要不断操作手动气泵确保检定过程有足够的压缩空气产生，这是一项繁重的体力工作，严重影响了检定工作的效率。随着工业自动化程度的提高，出现了气体压力仪表自动检定装置，使用高压气瓶为检定装置提供压缩空气，但高压气瓶容量有限，体积庞大，不易搬运，给现场压力仪表的检定工作带来了诸多不便，更无法满足工业现场自动检定压力仪表的需要。随后用电动气泵造压成为一种趋势，但现有的电动气泵为工业大流量设计，存在体积大、重量大、功耗大、带压启动性能差等缺点，不能满足压力检定行业对小流量需要，严重制约着便携或手持式压力仪表自动检定装置向自动化、小型化、高度集成化发展的方向。另一方面，对压力仪表进行检定时，要对被检定的压力仪表进行压力或真空检测,需要具有一定压力的压缩气源和真空源作为介质来检定不同的压力仪表。传统检定中往往针对被检表的抽真空和压缩气体检测分别完成，各自使用一套系统，使用中需要手动切换，操作繁琐；也有压力校验仪器中组合有两种功能，该类仪器中通常设有外接连接气压源,分别提供气压和真空输入到压力校验中，提供的气压源和真空源设备体积较大，有时使用手动压力源人工加压来实现真空和高压气体，但高压和真空切换需要手动切换泵体的进气、排气接口完成，也没有真空和气压储存装置，提供的气源压力波动很大，不能实现自动控制和智能化管理。

因此迫切需要设计一种能够满足自动化、小型化、高度集成化的压力仪表自动检定仪器需求的气源。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种结构紧凑、体积小、自动化程度高、能提供储存压力气体和真空并切换提供真空或增压气体、方便在小型化校验仪中装配使用的微型智能真空和增压气源模块。

本发明的上述目的是由以下技术方案来实现的：

一种微型智能真空和增压气源模块，包括电动气泵和气源端块，其中：气源端块与电动气泵相连并气路连通，电动气泵内设有吸入外界气体的一级吸气管路(14)和输出压力气体的二级排气管路(22)，气源端块设有正压气容(34)和真空气容(36)，两气容和电动气泵的两管路连通并通过微型电磁阀即V1阀、V2阀和V3阀控制。

以上所述微型智能真空和增压气源模块，气源端块包括阀岛(30)，阀岛内部分隔设置有两个较大容腔分别直接用作正压气容(34)和真空气容(36)，容腔顶部用顶盖(46)密封；阀岛内部分隔设置的三个较小容腔分别放置所述V1阀、V2阀和V3阀，正压气容、真空气容和三个电磁阀之间通过管路连接。

以上所述微型智能真空和增压气源模块，所述电动气泵为缸体导向微型增压式电动气泵，其包括泵体座(08)、与泵体座连接的电机座(02)及电机、由电机带动的偏心轴、与偏心轴连动的连杆、一级缸体、二级缸体、穿设在一级缸体和二级缸体之中与连杆同步移动的活塞杆以及设于两缸体外端的多个单向阀，其中电机座、泵体座和阀岛分体设置并连接为一体。

所述泵体座(08)的两端形成一级缸体(081)和二级缸体支撑座(082)，二级缸体(06)装配于二级缸体支撑座(082)内侧且与一级缸体(081)同轴线；二级缸体(06)体积小于一级缸体(081)的体积，且一级缸体(081)的一级排气管路(17)与二级缸体(06)的二级吸气管路(20)连通；

活塞杆(10)两端设活塞一级端(101)和活塞二级端(102)，活塞一级端与一级缸体(081)配合，活塞二级端伸入二级缸体(06)内与二级缸体配合。

所述二级缸体(06)为中空柱体，内端内表面设有垂直于二级缸体(06)轴向的第一台阶面(062)，第二组合密封件(07)装配于该第一台阶面(062)处，泵体座(08)的侧面抵顶该第二组合密封件(07)。

所述第一台阶面(062)使得所述二级缸体(06)的内表面形成彼此连通的第一级通孔(061)和第二级通孔(066)，第一级通孔(061)的直径大于第二级通孔(066)的直径，第一级通孔(061)的内表面、第一台阶面(062)以及活塞杆(10)的活塞二级端(102)外表面共同形成一环形凹槽，该环形凹槽中放置第二组合密封件(07)；泵体座(08)与二级缸体(06)连接处设有一对相互对应的凸出部(083)用于抵挡第二组合密封件(07)。

所述二级缸体(06)的外端外表面至少设有第二台阶面(063)，一密封圈(28)抵接于该第二台阶面(063)，电机座(04)的侧面抵顶该密封圈(28)。

所述二级缸体(06)的外端外表面设有第三台阶面(064)和第四台阶面(065)两级台阶，第三台阶面(064)距离二级缸体(06)的中心轴距离小于第四台阶面(065)距离二级缸体(06)的中心轴的距离，密封圈(28)抵接于该第三台阶面(064)，电机座(04)的侧面抵顶该密封圈(28)以及第四台阶面(065)。

活塞一级端(101)的端面面积大于活塞二级端(102)的端面面积，相应的一级缸体(081)的轴向横截面面积大于二级缸体(06)的轴向横截面面积。

一级缸体(081)外端依次设有缸体垫(12)、反向装配的一级吸气单向阀(15)和一级排气单向阀(16)以及端盖(13)，一级吸气单向阀(15)和一级排气单向阀(16)与一级缸体(081)内腔连通，端盖(13)上的一级吸气管路(14)连接外界气体并与一级吸气单向阀(15)相连通，端盖(13)上的一级排气管路(17)与一级排气单向阀(16)相连通，并通过一过渡管路(19)与二级缸体(06)的二级吸气管路(20)连通。

二级缸体(06)外端分设有二级吸气管路(20)和二级排气管路(22)，二级吸气管路(20)入口前安装有用于控制进气的二级吸气单向阀(21)，一级缸体(081)的一级排气管路(17)通过置于阀岛(30)内的过渡管路(19)和该二级吸气单向阀(21)与二级吸气管路(20)连通；二级排气管路(22)出口安装用于控制出气的二级排气单向阀(23)。

以上所述微型智能真空或增压气源模块，阀岛(30)盖压接合于一级缸体(081)的端盖(13)、泵体座(08)和电机座(02)上端并将二级缸体(06)的二级吸气单向阀21和二级排气单向阀23压紧。

以上所述微型智能真空或增压气源模块，偏心轴(04)设有与电机轴同轴的凹槽以及反向偏离轴心的驱动柄(041)，电机(01)的电机轴伸入到该凹槽内，驱动柄(041)连接水平设置的连杆(05)的一端；连杆(05)另一端通过垂向设置的销钉(09)连接与其有距离的水平方向的活塞杆(10)。

以上所述微型智能真空和增压气源模块，一级吸气单向阀(15)、一级排气单向阀(16)、二级吸气单向阀(21)和二级排气单向阀(23)均为相同结构，所述单向阀包括单向阀体(25)、与单向阀体螺纹连接的阀端盖(27)、设置在单向阀体内部的单向阀芯(24)及位于单向阀芯和阀端盖之间的弹簧(26)，其中，单向阀体(25)为中空柱体，上侧设有用于输入气体的进气孔(251)，下端敞口端密封连接阀端盖(27)，阀端盖设有出气孔(252)；单向阀体和阀端盖形成的内腔中同轴留有间隙地安装单向阀芯(24)，单向阀芯设有外圆直径不同的上凸出部(241)和下凸出部(242)，上凸出部(241)与单向阀体(25)内壁之间装设阀体密封圈(31)，下凸出部(242)，外侧套装弹簧(26)。上、下凸出部外圆直径不同，可以防止单向阀装反方向。

以上所述微型智能真空和增压气源模块，设于气源端块中的V3阀为二位三通电磁阀，其包括V3阀第一通气孔(331)、V3阀第二通气孔(332)和V3阀第三通气孔(333)，其中V3阀第三通气孔(333)连通至外界大气，V3阀第二通气孔(332)与电动气泵的一级吸气管路(14)连通，V3阀第一通气孔(331)通过气流管路一(38)与真空气容(36)连通。

设于气源端块中的V1阀为二位二通电磁阀，其包括V1阀第一通气孔(311)和V1阀第二通气孔(312)，其中V1阀第一通气孔(311)连通至外界大气，V1阀第二通气孔(312)与电动气泵的二级排气管路(22)连通。

设于气源端块中的V2阀位二位二通电磁阀，包括V2阀第一通气孔(321)和V2阀第二通气孔(322)，其中V2阀第一通气孔(321)与二级排气管路(22)连通，V2阀第二通气孔(322)与正压气容(34)连通。

正压气容(34)通过管路连通一正压连接头(40)，真空气容(36)通过管路连通一真空连接头(45)。

以上所述微型智能真空和增压气源模块，阀岛(30)正面外表面铺设有一密封缓冲垫(41)，密封缓冲垫开设有左异形通槽(411)，左异形通槽(411)通过V3阀第三通气孔(333)与一级吸气管路(14)连通；密封缓冲垫的外侧设有通气板(42)，通气板与左异形通槽(411)对应位置处各设有由多个通气孔组成的左通气孔组(413)，一过滤器(43)设置在左异形通槽(411)内并从内部覆盖所述左通气孔组(413)。

密封缓冲垫(41)还设有右异形通槽(412)，右异形通槽通过V1阀第一通气孔(311)与二级排气管路(22)连通；通气板(42)上与右异形通槽(412)对应位置处设有由多个通气孔组成的右通气孔组(414)。

以上所述微型智能真空和增压气源模块，V1阀、V2阀、V3阀与电机(01)与一控制电路电连接。

采用上述技术方案，本发明的技术效果是：

本发明提供的气源模块整合了微型泵和阀座结构，模块设计不仅结构紧凑、体积小，还可用于校验仪整机中方便装配与更换。模块中阀座结构通过三个微型电磁阀的切换能自动控制从外界吸气、向外界排气和电动气泵的高压气输入，实现气源的智能化管理；通过正压气容和真空气容储存一定容积气体和真空能提供高压或真空，且减少了气泵频繁启动，提高了气源供气效率；通过附加的通气板、密封缓冲垫和过滤器，不仅洁净了进入气泵的外界气体，减小电动气泵的震动，还建立了与外界环境的连通，从外部环境吸气并将废气全部排到系统外部。模块中微型泵结构的二级缸体和活塞杆之间采用不动的密封方式，提高了密封件的使用寿命；活塞与二级缸体之间配合导向，当截面积较大的低压活塞向前压缩气体时，配合装配的高压缸和高压活塞成为主要轴、孔配合的导向机构，为低压活塞运动反方向强制导向，减少了组合密封的导向磨损；而当截面积较小的活塞压缩带压气体时，完全由活塞及高压缸实现导向功能，减小了密封部件的导向功能，大大提高了气泵的使用寿命及减少密封部件的磨损；低压大体积的一级缸体和高压小体积的二级缸体气路连通，气体在进入二级缸体时即实现一次增压，活塞压缩增压气体后能实现二次增压，气体能够产生两级连续增压后输出压力气体。本发明结构紧凑，缸体、气容、管路、阀体等均内置分布在连为一体的座体中，模块整体实现微型化设计，且微型泵的电机、偏心轴、连杆、活塞杆连动，各电磁阀和电机通过电路控制，易于实现自动化控制和智能化管理。

附图说明

图1是本发明微型智能真空和增压气源模块剖面结构图；

图2-1是本发明中电动气泵结构剖面图；

图2-2是电动气泵活塞杆向右运动工作状态示意图(活塞杆右侧处于压缩状态；活塞杆左侧在吸气状态的工作位置)；

图2-3是电动气泵活塞杆向左运动工作状态示意图(活塞杆左侧处于压缩状态；活塞杆右侧在吸气状态的工作位置)；

图2-4是电动气泵中二级缸体的两种不同结构的横截面图；

图2-5是电动气泵中单向阀结构的横截面图；

图3-1中A-C幅分别显示V1-V3阀的装配与连接；

图3-2是沿着图1中的C-C线进行剖面得到的局部剖视图；

图3-3显示该气源模块的正面视图；

图3-4是沿着图3-3中的D-D线进行剖面得到的局部剖视图；

图4显示控制电路单元。

图中附图标记表示为：

100：电动气泵，01：电机，02：电机座；

03：销轴，04：偏心轴，驱动柄041，05：连杆；

06：二级缸体，061：第一级通孔，062：第一台阶面，063：第二台阶面，064：第三台阶面，065：第四台阶面，066：第二级通孔；

07：第二组合密封件；

08：泵体座，081：一级缸体，082：二级缸体支撑座，083：凸出部；

09：销钉，10：活塞杆，101：活塞一级端，102：活塞二级端，11：第一组合密封件，12：缸体垫；

13：端盖，14：一级吸气管路，15：一级吸气单向阀，16：一级排气单向阀，17：一级排气管路；

19：过渡管路；

20：二级吸气管路，21：二级吸气单向阀，22：二级排气管路，23：二级排气单向阀；

24：单向阀芯，241：上凸出部，242：下凸出部，25：单向阀体，251：进气孔，252：出气孔，26：弹簧，27：阀端盖，29：阀体密封圈；

28：密封圈；

300：气源端块，30：阀岛；

31：V1阀，311：V1阀第一通气孔，312：V1阀第二通气孔；

32：V2阀，321：V2阀第一通气孔，322：V2阀第二通气孔；

33：V3阀，331：V3阀第一通气孔，332：V3阀第二通气孔，333：V3阀第三通气孔；

34：正压气容，35：正压气容通气管路，36：真空气容，37：真空气容通气管路，

38：气流管路一，39：气流管路二，40：正压连接头，41：密封缓冲垫，42：通气板，43：过滤器，45：真空连接头；顶盖46。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明的微型智能真空和增压气源模块进行详细说明。

本发明微型智能真空和增压气源模块包括电动气泵100和气源端块300两大部分，参见图1所示，还包括控制电路。电动气泵100为增压式气泵，气源端块300将电动气泵100与外界连通，控制电路(参见图4)控制两部分的工作。以下分别介绍：

电动气泵：缸体导向微型增压式电动气泵

本发明电动气泵为缸体导向微型增压式电动气泵，其具体结构参见图2-1至图2-3，包括电机01、偏心轴04、连杆05、二级缸体06和一级缸体081、活塞杆10、销钉09、泵体座08、多个单向阀和密封圈以及多个管路，其中：

泵体座08为该电动气泵的连接部件，电机01通过电机座02垂向固定于泵体座08一侧，偏心轴04通过销轴03固定在电机座02下部，且电机轴伸入到偏心轴04的垂向凹槽内，通过销轴03定位。

偏心轴04下端设有向下延伸偏离轴心的驱动柄041，驱动柄041穿过水平设置的连杆05一端的一个安装孔，驱动柄041的端部伸出连杆05并用螺母固定；垂向设置的销钉09穿过连杆05另一端设有的另一个安装孔，将连杆05连接在水平方向的活塞杆10上，连杆05与活塞杆10有距离，销钉09伸出连杆05的端部以及伸出活塞杆10的端部分别用螺母固定。

活塞杆10包括杆部以及设置在杆部两端的活塞一级端101和活塞二级端102，活塞一级端101和活塞二级端102分别伸入一级缸体081和二级缸体06中。泵体座08的两端形成一级缸体081和二级缸体支撑座082，即一级缸体081和二级缸体支撑座082一体成型。一级缸体081用于容纳低压气体，位于连杆05运动的远端(图中所示“左”为连杆05运动的远端)，活塞一级端101装配在一级缸体081内侧；二级缸体支撑座082用于装配二级缸体06，二级缸体06用于容纳高压气体，活塞二级端102装配于二级缸体06的内侧。所述活塞二级端102为圆柱体，在活塞杆10左右运动的过程中，所述活塞二级端102伸入二级缸体06内部与二级缸体06配合形成密封。且在活塞杆10左右运动的过程中，活塞杆10的杆部不延伸进入所述二级缸体06的内部。活塞杆10通过设置在活塞一级端101的第一组合密封件11在一级缸体081内形成密封，第一组合密封件11由中空碗形密封环内衬弹性密封圈组合而成；活塞杆10通过设置在二级缸体06与活塞杆10的外表面之间的第二组合密封件07在二级缸体06内形成密封，第二组合密封件07由常规的高耐磨刚性圈和外套弹性密封圈组合使用。电机01驱动偏心轴04转动，通过驱动柄041带动连杆05左右摆动(连杆05向左摆动终点为其相对于偏心轴04的运动远端，向右摆动终点为其相对于偏心轴04的运动近端)，进而通过销钉09带动活塞杆10在一级缸体081和二级缸体06中沿轴线左右往复移动。活塞杆10的活塞一级端101的端面面积大于所述活塞二级端102的端面面积，相应地一级缸体081的轴向横截面面积也大于二级缸体06的轴向横截面面积，如此在活塞杆10左右运动的过程中，活塞杆10的行程相同，则一级缸体081的气体被压缩后通过单向阀控制进入二级缸体06后体积缩小即进一步被压缩，实现气体的一次增压。

一级缸体081外端依次设有缸体垫12、单向阀(包括一级吸气单向阀15和一级排气单向阀16)和端盖13。缸体垫12上设置有两个通气孔，一级吸气单向阀15和一级排气单向阀16通过上述两通气孔与一级缸体06的内部相连通。端盖13上设置有两个管路，分别为一级吸气管路14和一级排气管路17。一级吸气管路14用于连接外界空气或压缩空气管路，并与一级吸气单向阀15相连通。一级排气管路17与一级排气单向阀16相连通，用于将一级缸体081内的气体排出。

二级缸体06外端连接有电机座02，电机座02内部开设有两个与二级缸体06内部相连通的管路(包括二级吸气管路20和二级排气管路22)，二级吸气管路20入口前安装有一进气单向阀(二级吸气单向阀21)用于向二级缸体06内单向进气。二级排管路22出口安装有另一出气单向阀(二级排气单向阀23)用于将二级缸体06内气体单向排出。本发明中，泵体座08和电机座02可以为分体设计，分体设计时，可设一压板18盖压接合于端盖13、泵体座08和电机座02上端，同时将二级吸气单向阀21和二级排气单向阀23压紧；压板18开设有内置的过渡管路19，过渡管路19一端与一级排气管路17相连通，另一端连通二级吸气单向阀21。本发明最好将泵体座08、电机座02和阀岛30(见图1)连为一体，如此，压板18即不需要而以阀岛30底部代替压板18。

在本发明中，二级缸体06不仅与活塞杆10的活塞二级端102配合形成密闭空间以容纳高压气体，二级缸体06与一级缸体081对位同中心轴设置还能作为活塞杆10的导向装置。二级缸体06作为导向装置位于活塞杆10的二级侧的端部，形成反导向形式，即一级缸体081(低压缸)中低压活塞(活塞一级端101)向前(图1中左为前)压缩气体时，配合装配的二级缸体06(高压缸)和高压活塞(活塞二级端102)成为主要轴、孔配合的导向机构，结构上为低压活塞运动反方向强制导向。二级缸体06的结构参考图2-4，图2-4中的图(a)和图(b)分别为二级缸体06的两种不同结构形式。

如图2-4中的图(a)所示，二级缸体06为中空柱体，内部通孔设有两级，分别为第一级通孔061和第二级通孔066，两级通孔彼此连通且第一级通孔061的直径大于第二级通孔066的直径，第一级通孔061具有第一台阶面062，第一台阶面062垂直于二级缸体06的轴向并连接第一级通孔061和第二级通孔066的内表面。第二级通孔066的内径与活塞杆10的活塞二级端102外径匹配形成间隙配合，第一级通孔061的内径大于活塞杆10的活塞二级端102的外径，由此，第一级通孔061的内表面、第一台阶面062以及活塞杆10的活塞二级端102外表面共同形成一环形凹槽，该环形凹槽中放置第二组合密封件07，使得二级缸体06与活塞杆10的活塞二级端102之间形成密封，防止二级缸体06内部的气体从第一台阶面062处泄漏；泵体座08与二级缸体06连接处设有一对相互对应的能封闭该环形凹槽开口的凸出部083用于抵挡第二组合密封件07。二级缸体06的外表面上设有一外台阶，该外台阶设置在二级缸体06邻近电机座02的一端，该外台阶使二级缸体06的外表面形成外径大小不同的两部分。外台阶的外部台阶面即第二台阶面063垂直于二级缸体06的轴向。第二台阶面063连接二级缸体06的外径不同的两部分的外表面，在二级缸体06的外径较小的外表面处设置有一密封圈28，密封圈28抵接第二台阶面063，电机座02设置在密封圈28的外部，电机座02将密封圈28压紧进而密封二级缸体06抵接电机座02的一侧，使得二级缸体06内部的高压气体只能通过二级排气单向阀23排出。

参照图2-4中的图(b)，为二级缸体06的另一结构形式，其与图2-4中的(a)的结构相似，其不同之处在于二级缸体06的外台阶结构的不同。为了调整密封圈压紧量，二级缸体06的外台阶设有具有两级，其形成两个外台阶面，其分别为第三台阶面064和第四台阶面065，第三台阶面064距离二级缸体06的中心轴距离小于第四台阶面065距离二级缸体06的中心轴的距离。密封圈28仅设置在第三台阶面064上，第三台阶面064和第四台阶面065均与电机座02压紧配合，电机座02压紧第四台阶面065能够防止二级缸体06因活塞杆10运动而产生的窜动(因为弹性密封圈压紧后还可能存在受力继续变形的可能)；通过调整二级缸体06的第三台阶面064和电机座02在轴向上抵靠弹性的密封圈28的面之间的间距，可以调整密封圈28的压缩量。电机座02具有与上述两个外台阶面相匹配/吻合的结构，一方面用于固定和压紧密封圈28，另一方面电机座02通过与第四外台阶面065匹配的压紧面还从轴向上将二级缸体06压紧在泵体座08上。

本发明中，一级吸气单向阀15、一级排气单向阀16、二级吸气单向阀21、二级排气单向阀23均可以使用相同功能已有结构的单向阀。更优的，可以使用图2-5所示的单向阀结构。如图2-5所示，该单向阀包括单向阀体25、与单向阀体25螺纹连接的阀端盖27、设置在单向阀体25内部的单向阀芯24及位于单向阀芯24和阀端盖27之间的弹簧26，其中，单向阀体25为中空柱体，上侧设有用于输入气体的进气孔251，下端敞口端连接阀端盖27，接口处密封，阀端盖27设有出气孔252；单向阀体25和阀端盖27形成的内腔中同轴留有间隙地安装单向阀芯24，单向阀芯24设有上凸出部241和下凸出部242，上凸出部241与单向阀体25内壁之间装设阀体密封圈29，下凸出部242外侧套装弹簧26。

单向阀的工作原理为：当气体经由单向阀体25的远离弹簧26一侧的进气孔251进入时，气体施加一压力至单向阀芯24上并推动单向阀芯24向阀端盖27的方向运动，弹簧26被压缩同时加大了单向阀芯24和单向阀体25之间的间隙，阀体密封圈29无法有效密封，气体进入单向阀体25，并经由单向阀体25和单向阀芯24之间的空隙从阀端盖27的出气孔252排出。当没有气体从进气孔251进入或者进入的气体施加的力不足以压缩弹簧26时，被压缩的弹簧26反弹，向上施加一反弹力使单向阀芯24向单向阀体25上部的进气孔251方向移动，缩小了单向阀芯24与单向阀体25之间的间隙，单向阀芯24压迫阀体密封圈29实施密封，使气体无法从进气孔251通过，当反向从排气孔252进入气体时，密封圈29进一步被压缩持续密封，使气体无法从进气孔251反向通过，从而实现单向进气。

单向阀的有益效果：第一、结构紧凑，可以实现体积小型化，节省空间；第二、可以单独制备，然后插装至需要的元件上，方便使用和替换；以及第三、改变安装方向即可实现相反的打开方向，方便使用。

通过以上各部件的装配得到缸体导向微型增压电动气泵。其工作原理如下：

在图2-2中，电机10带动偏心轴04转动，带动连杆05和活塞杆10向右侧运动并最终达到最右侧。此时在一级缸体081(泵体低压部分，低压缸)的一侧，一级吸气单向阀15打开，一级排气单向阀16关闭，外部空气经由一级吸气管路14进入，一级缸体081内部的空间逐渐增加并达到最大；同时，在二级缸体06(泵体高压部分，高压缸)的一侧，二级吸气单向阀21关闭，之前来自低压缸的气体在二级缸体06中进一步被压缩，从而其压力增加，实现气体的二级增压过程，此时，二级排气单向阀23开启向外排出二级增压后的气体。

在图2-3中，电机10带动偏心轴04转动，带动连杆05和活塞杆10向左侧运动并最终达到最左侧。此时在一级缸体081的一侧，一级吸气单向阀15关闭，一级排气单向阀16打开，一级缸体081内的气体经由一级排气管路17、过渡管路19二级吸气单向阀21以及二级吸气管路20进入二级缸体06；此时，二级缸体06接收来自一级缸体081内的气体，由于活塞一级端101的面积大于活塞二级端102的面积，一级缸体081的气体进入二级缸体06之后体积被压缩，从而其压力增加，实现气体的一级增压过程。在此过程中，若二级缸体06内的气体压力小于二级排气单向阀23的排出端的压力时，二级排气单向阀23仍保持关闭；若二级缸体06内的气体压力大于二级排气单向阀23的排出端的压力时，二级排气单向阀23打开，二级缸体06内的一级增压气体通过二级排气管路22直接排出。

由此，外部气体被吸入一级缸体081(如图2-2)，在一级缸体081内被压缩(如图2-3)后进入二级缸体06，在二级缸体06内经过体积变小的一级增压和再次被压缩(如图2-2)的二级增压，经由二级排气管路22排出。本发明缸体导向微型电动气泵如此循环工作，实现了持续提供增压气体的功能。

本发明的反导向微型电动气泵实现的有益效果为：

(1)在二级缸体06部分，将组合密封件07设置在二级缸体06的内表面与活塞杆10的外表面限定的环形凹槽内，从而将现有的活塞杆10与二级缸体06之间的动态密封改进成了静态密封，使得组合密封件07的寿命提高；

(2)二级缸体06位于活塞杆10的活塞二级端102，结构上成为轴、孔配合的导向机构形成自带导向功能的气泵，二级缸体06与活塞杆10的配合距离较长，使得活塞杆10运动的稳定性提高，改变了采用密封件作为活塞导向主要零件状态，减小了密封件磨损；

(3)二级缸体06采用耐磨、自润滑材料制成，减少了二级缸体06和活塞杆10之间的摩擦力，提高电动气泵寿命；

(4)二级缸体06和活塞杆10之间可以自润滑从而不需要润滑油，形成一种无油润滑增压电动气泵，减少了电动气泵的污染；以及

(5)所述活塞一级端101的端面面积较大，在活塞杆10向左运动时，由于一级缸体081压力较小，连杆05仅需施加较小的力给活塞杆10即可实现将一级缸体081内的大量气体排出到二级缸体06内，如此，电机01也仅需提供较小的动力给连杆，节省了能耗；而活塞二级端102的端面面积较小，输出的气体压力可以很高，活塞杆10需要的动力较小，因此，在活塞杆10向右运动时，可以实现对二级缸体06内的气体进行增压，实现了气体的二级增压过程。

气源端块

参见图1，本发明中气源端块300包括阀岛30、布置在阀岛30内的一正压气容34和一真空气容36、以及与两气容和电动气泵管路连通的三个微型电磁阀V1阀31、V2阀32和V3阀33。

阀岛30为用于布置两气容、三个电磁阀和管路的部件，其内部设有两个较大容腔、三个较小容腔和多个管路孔。分隔设置的两个较大容腔可以分别直接用作正压气容34和真空气容36，较大容腔直接作为气容腔室时，容腔顶部用顶盖46密封，结合图3所示，正压气容34通过正压气容通气管路35连接并连通一正压连接头40，真空气容36通过真空气容通气管路37连接并连通一真空连接头45；分隔设置的三个较小容腔分别用于放置所述三个电磁阀V1阀31、V2阀32和V3阀33，正压气容34、真空气容36和三个电磁阀之间通过管路连接。其中：

继续参阅图1和图3-1之A幅(图1中A-A剖面)，V3阀33安装在阀岛30靠近电动气泵100气缸低压端一级缸体081位置。V3为二位三通电磁阀，其包括三个通气孔即V3阀第一通气孔331、V3阀第二通气孔332和V3阀第三通气孔333，其中V3阀第三通气孔333连通至外界大气，V3阀第二通气孔332与电动气泵100的吸气端即一级吸气管路14连通，V3阀第一通气孔331通过气流管路一38与真空气容36连通。V3阀能用以控制V3阀三个通气孔的打开或关闭。

请参阅图1和图3-1之C幅(图1中B-B剖面)，V1阀31安装在阀岛30靠近电动气泵100气缸高压端二级缸体06位置。V1阀31为二位二通电磁阀，其包括两个通气孔即V1阀第一通气孔311和V1阀第二通气孔312，其中V1阀第一通气孔311连通至外界大气，V1阀第二通气孔312与电动气泵100的增压输出端即二级排气管路22连通。V1阀的开/断能控制二级排气管路22与外界之间的气体连通/断开。

请参阅图1和图3-1之B幅，V2阀32用于连通正压气容34和电动气泵100的增压输出端即二级排气管路22。V2阀32是二位二通电磁阀，包括两个通气孔即V2阀第一通气孔321和V2阀第二通气孔322，其中V2阀第一通气孔321通过气流管路二39与二级排气管路22连通(二级排气管路22分为两个支路，分别与V1阀和V2阀连接)，V2阀第二通气孔322与正压气容34连通。V2阀能用以控制V2阀两个通气孔的打开或关闭。

以上装配的微型电磁阀V1阀31、V2阀32和V3阀33以及电动气泵100的电机01连接到一控制电路，控制电路单元参见图4，通过控制电磁阀开/闭及电动气泵100电机01启停与正压气容34、真空气容36或外界大气之间的气流连通/断开，在正压气容34内部存储高压气体，在真空气容36内部形成真空。

以上装配作为气源端块300的基本形式，其可完成如下工作：

真空源产生过程为：V3通电，此时V3阀第三通气孔333关闭，V3阀第二通气孔332和V3阀第一通气孔331连通并打开，真空气容36通过气流管路一38连通电动气泵100的一级吸气管路14，电动气泵100的低压端对真空气容36进行抽真空；从真空气容36抽取的气体在电动气泵100中被输送至其高压端，通过二级排气管路22和二级排气单向阀23输送至V1阀；V1阀通电，打开V1阀第二通气孔312和V1阀第一通气孔311，从真空气容36抽取的气体从V1阀第一通气孔311被排出至大气。通过电动气泵100的持续工作，真空气容36内部的气体不断被排出，真空气容36的真空度提高；V3阀断电，关闭与真空气容36连通的V3阀第一通气孔331，如此保持真空气容36内部的真空。在上述过程中，V2关闭，真空气容36抽真空的过程电动气泵100不输出增压气体。

正压气源产生过程为：V3阀断电，此时V3阀第一通气孔331关闭(电动气泵100不再对真空气容36进行抽真空)，而V3阀第三通气孔333和V3阀第二通气孔332连通并打开，电动气泵100的一级吸气管路14通过V3阀第三通气孔333与大气连通；电动气泵100运行，电动气泵气缸低压端不断从外界大气抽取气体并增压形成增压气体；V2阀通电且V1阀断电，打开V2阀第一通气孔321和V2阀第二通气孔322，关闭V1阀第二通气孔312，电动气泵100形成的增压气体顺序经过二级排气单向阀23、二级排气管路22、V2阀第一通气孔321、气流管路二39、V2阀第二通气孔322被输送至正压气容34，如此在正压气容34内形成压力。

由此，产生的增压气体能存储在正压气容34内以用作正压气源，真空气容36形成真空源。在实际工作时，结合图3-2所示，正压气容34通过正压连接头40、真空气容36通过真空连接头45能与其它设备气体连通，或者直接插装于其它设备上，从而为其它设备提供正压气源或真空源，实施对其它设备的加压或抽真空。

气源端块300在最初开始运行时，通过打开V1阀和关闭V2阀，可将电动气泵100的二级缸体06(高压缸)与外界气体之间连通，此时，高压缸内的气体压力为外界大气压力，如此实现了电动气泵的无压启动，可以消除电动气泵在启动时因管路容积小瞬间产生较高压力损坏气泵零件的问题，从而保护了气泵，也延长了智能气源装置的使用寿命。气源在此无压启动之后，再根据需要对V1阀、V2阀、V3阀进行控制，用以产生增压气体或真空。

以上设计的气源端块300能达到以下有益效果：

第一、其结构紧凑、体积小，能自动提供增压气体和真空。

第二、产生的正压气源和真空可以存储在正压气容和真空气容中，当有需要时，可以通过正压气源和真空源直接提供，而无需气泵运行，减少了气泵频繁启动，提高了气源供气效率。

改进型气源模块

本发明还对上述气源模块基本形式进行扩展形成改进型气源模块，该改进体现在增加有密封缓冲垫和过滤系统。

请参阅图3-3和图3-4，显示了位于图1所示气源模块的正面的密封缓冲垫41的构成，该密封缓冲垫41铺设在阀岛30外表面，与正压连接头40、真空连接头45所在阀岛30的外表面相对(参见图3-2)。密封缓冲垫41上开设有两个异形通槽，其中左异形通槽411位置与正压气容34相对，左异形通槽411通过V3阀第三通气孔333与一级吸气管路14连通，右异形通槽412位置与真空气容36相对，通过V1阀第一通气孔311与二级排气管路22连通。

密封缓冲垫41的前端设有通气板42，通气板42与左异形通槽411、右异形通槽412对应位置处各设有由多个通气孔组成的左通气孔组413和右通气孔组414，一过滤器43设置在左异形通槽411内并从内部覆盖所述左通气孔组413，通气板42和阀岛30外表面从两侧夹紧密封缓冲垫41以及其中的过滤器43，通过密封缓冲垫41对气源模块正面形成平面密封。

该改进型气源模块，在以上介绍的基本工作过程中，当V3阀断电状态时，V3阀第三通气孔333打开，外界气体经由左通气孔组413进入左异形通槽411，被过滤器43过滤之后通过V3阀第三通气孔333由一级吸气管路14进入电动气泵100的一级缸体081(低压缸)，如此，从外界进入低压缸的气体经过过滤而变成洁净的气体。而当V1阀通电时，V1阀第一通气孔311打开，电动气泵100的二级缸体06(高压缸)内的增压气体由二级排气管路22经V1阀第一通气孔311、通过通气板42(参见图3-1之C幅)的右通气孔组414排出，不影响电动气泵100的无压启动。

而当V1阀通电时，V1阀第一通气孔311打开，电动气泵的气缸(高压缸)内的高压气体由二级排气管路22右通气孔组414排出，如此可实现电动气泵100的无压启动。

改进型的气源模块增加了以下有益效果：

第一、附加的通气板和阀岛从两侧夹紧密封缓冲垫形成平面密封，这样进气和排气的气道较短，气阻较小，气泵效率较高，气泵产生的热量也较容易被吸、排的空气带走。

第二、密封缓冲垫41、阀岛30外表面，通气板42内表面三者共同形成吸气和排气道，将气路系统与外部环境相连，气泵从过滤后系统外部环境吸气，并将废气全部排到系统外部，集中密封处理，实现了气源装置的防水防尘。

第三、压紧安装的密封缓冲垫为气源装置提供支撑，同时避免电动气泵的震动直接传导到机体外部，起到了减震作用。

第四、进气端使用隔离过滤装置，保证粉尘和其他固体颗粒不会进入气路内部。

本领域技术人员应当理解，这些实施例或实施方式仅用于说明本发明而不限制本发明的范围，对本发明所做的各种等价变型和修改均属于本发明公开内容。

Claims (15)

1.一种微型智能真空和增压气源模块，包括电动气泵和气源端块，其特征在于：气源端块与电动气泵相连并气路连通，电动气泵内设有吸入外界气体的一级吸气管路（14）和输出压力气体的二级排气管路（22），气源端块设有正压气容（34）和真空气容（36），两气容和电动气泵的两管路连通并通过微型电磁阀即V1阀、V2阀和V3阀控制，其中：

设于气源端块中的V3阀为二位三通电磁阀，其包括V3阀第一通气孔（331）、V3阀第二通气孔（332）和V3阀第三通气孔（333），其中V3阀第三通气孔（333）连通至外界大气，V3阀第二通气孔（332）与电动气泵的一级吸气管路（14）连通，V3阀第一通气孔（331）通过气流管路一（38）与真空气容（36）连通；

设于气源端块中的V1阀为二位二通电磁阀，其包括V1阀第一通气孔（311）和V1阀第二通气孔（312），其中V1阀第一通气孔（311）连通至外界大气，V1阀第二通气孔（312）与电动气泵的二级排气管路（22）连通；

设于气源端块中的V2阀位二位二通电磁阀，包括V2阀第一通气孔（321）和V2阀第二通气孔（322），其中V2阀第一通气孔（321）与二级排气管路（22）连通，V2阀第二通气孔（322）与正压气容（34）连通。

2.根据权利要求1所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：气源端块包括阀岛（30），阀岛内部分隔设置有两个较大容腔分别直接用作正压气容（34）和真空气容（36），容腔顶部用顶盖（46）密封；阀岛内部分隔设置的三个较小容腔分别放置所述V1阀、V2阀和V3阀，正压气容、真空气容和三个电磁阀之间通过管路连接。

3.根据权利要求2所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：所述电动气泵为缸体导向微型增压式电动气泵，其包括泵体座（08）、与泵体座连接的电机座（02）及电机、由电机带动的偏心轴、与偏心轴连动的连杆、一级缸体、二级缸体、穿设在一级缸体和二级缸体之中与连杆同步移动的活塞杆以及设于两缸体外端的多个单向阀，其中电机座、泵体座和阀岛分体设置并连接为一体。

4.根据权利要求3所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：

所述泵体座（08）的两端形成一级缸体（081）和二级缸体支撑座（082），二级缸体（06）装配于二级缸体支撑座（082）内侧且与一级缸体（081）同轴线；二级缸体（06）体积小于一级缸体（081）的体积，且一级缸体（081）的一级排气管路(17)与二级缸体(06)的二级吸气管路（20）连通；

活塞杆（10）两端设活塞一级端（101）和活塞二级端（102），活塞一级端与一级缸体（081）配合，活塞二级端伸入二级缸体（06）内与二级缸体配合。

5.根据权利要求4所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：所述二级缸体（06）为中空柱体，内端内表面设有垂直于二级缸体（06）轴向的第一台阶面（062），第二组合密封件（07）装配于该第一台阶面（062）处，泵体座（08）的侧面抵顶该第二组合密封件（07）。

6.根据权利要求5所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：所述第一台阶面（062）使得所述二级缸体（06）的内表面形成彼此连通的第一级通孔（061）和第二级通孔（066），第一级通孔（061）的直径大于第二级通孔（066）的直径，第一级通孔（061）的内表面、第一台阶面（062）以及活塞杆（10）的活塞二级端（102）外表面共同形成一环形凹槽，该环形凹槽中放置第二组合密封件（07）；泵体座（08）与二级缸体（06）连接处设有一对相互对应的凸出部（083）用于抵挡第二组合密封件（07）。

7.根据权利要求6所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：所述二级缸体（06）的外端外表面至少设有第二台阶面（063），一密封圈（28）抵接于该第二台阶面（063），电机座（04）的侧面抵顶该密封圈（28）。

8.根据权利要求7所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：所述二级缸体（06）的外端外表面设有第三台阶面（064）和第四台阶面（065）两级台阶，第三台阶面（064）距离二级缸体（06）的中心轴距离小于第四台阶面（065）距离二级缸体（06）的中心轴的距离，密封圈（28）抵接于该第三台阶面（064），电机座（04）的侧面抵顶该密封圈（28）以及第四台阶面（065）。

9.根据权利要求4至8任一所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：活塞一级端（101）的端面面积大于活塞二级端（102）的端面面积，相应的一级缸体（081）的轴向横截面面积大于二级缸体（06）的轴向横截面面积。

10.根据权利要求9所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：一级缸体（081）外端依次设有缸体垫（12）、反向装配的一级吸气单向阀（15）和一级排气单向阀（16）以及端盖（13），一级吸气单向阀（15）和一级排气单向阀（16）与一级缸体（081）内腔连通，端盖（13）上的一级吸气管路（14）连接外界气体并与一级吸气单向阀（15）相连通，端盖（13）上的一级排气管路（17）与一级排气单向阀（16）相连通，并通过一过渡管路（19）与 二级缸体(06)的二级吸气管路（20）连通。

11.根据权利要求10所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：

二级缸体（06）外端分设有二级吸气管路（20）和二级排气管路（22），二级吸气管路（20）入口前安装有用于控制进气的二级吸气单向阀（21），一级缸体（081）的一级排气管路(17)通过置于阀岛（30）内的过渡管路（19）和该二级吸气单向阀（21）与二级吸气管路（20）连通；二级排气管路（22）出口安装用于控制出气的二级排气单向阀（23）。

12.根据权利要求11所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：所述单向阀包括单向阀体（25）、与单向阀体螺纹连接的阀端盖（27）、设置在单向阀体内部的单向阀芯（24）及位于单向阀芯和阀端盖之间的弹簧（26），其中，单向阀体（25）为中空柱体，上侧设有用于输入气体的进气孔（251），下端敞口端密封连接阀端盖（27），阀端盖设有出气孔（252）；单向阀体和阀端盖形成的内腔中同轴留有间隙地安装单向阀芯（24），单向阀芯设有外圆直径不同的上凸出部（241）和下凸出部（242），上凸出部（241）与单向阀体（25）内壁之间装设阀体密封圈（29），下凸出部（242）外侧套装弹簧（26）。

13.根据权利要求1所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：正压气容（34）通过管路连通一正压连接头（40），真空气容（36）通过管路连通一真空连接头（45）。

14.根据权利要求1或2或13所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：阀岛（30）正面外表面铺设有一密封缓冲垫（41），密封缓冲垫开设有左异形通槽（411），左异形通槽（411）通过V3阀第三通气孔（333）与一级吸气管路（14）连通；密封缓冲垫的外侧设有通气板（42），通气板与左异形通槽（411）对应位置处各设有由多个通气孔组成的左通气孔组（413），一过滤器（43）设置在左异形通槽（411）内并从内部覆盖所述左通气孔组（413）。

15.根据权利要求14所述微型智能真空和增压气源模块，其特征在于：密封缓冲垫（41）还设有右异形通槽（412），右异形通槽通过V1阀第一通气孔（311）与二级排气管路（22）连通；通气板（42）上与右异形通槽（412）对应位置处设有由多个通气孔组成的右通气孔组（414）。