低功耗电子脉动器的设计

李源源+赵德刚+王军+陈蕾+许桢子

挤奶机是实现机械化挤奶的关键设备，而脉动器是挤奶机的核心工作部件，脉动器性能的好坏直接影响着挤奶效率、奶牛产奶量及奶站的经济效益。挤奶脉动器按动力来源可分为电动和气动两种。我国挤奶站长期以来主要使用气动脉动器，而国外已基本淘汰了气动脉动器。电子脉动器由于具有脉动稳定性好、使用寿命长等优点，使用量逐年增加。目前国内使用的电子脉动器大多是进口的，价格比较昂贵，有时还存在供货时间较长、售后服务不及时、配件买不到等问题。此外，早期的进口电子脉动器功耗大，就单通道电磁机构而言，线圈功耗12 W/24 V（500 mA）左右，而我国某些偏远农村地区电网电压波动大，电网电压低时脉动器不能正常工作，电网电压高时会烧毁脉动信号发生器，致使很多奶站不得不另外安装交流稳压器，但低价位的交流稳压器在潮湿和牛粪沼气等恶劣环境下的使用寿命不超过1 a。因此，进口电子脉动器在我国的应用存在可靠性差、运行管理成本高的问题。为了解决这一问题，研制一种节能、可靠性高、运行管理成本低的低功耗电子脉动器。

1 低功耗电子脉动器的结构设计

低功耗电子脉动器的结构如图1所示。

2 低功耗电子脉动器的工作原理

脉动器初始状态时，线圈未供电，动铁芯在自身重力和真空压力作用下位于下方，将真空管道堵塞，阀体内部通过静铁芯阀口以及动铁芯和线圈管壁之间的空隙连通大气，大气通道打开，大气进入挤奶器奶衬与钢杯之间的腔内，大气压力压迫奶衬变形闭合。此时为挤奶休息状态，动铁芯与定铁芯之间的距离为δ。

当线圈加电时，动铁芯受电磁吸力上抬，将大气通道堵塞，开启真空通道，挤奶器奶衬与钢杯之间腔内的气体随即排出，钢杯腔与奶衬同为真空压，奶衬复原。此时为挤奶工作状态。

动铁芯靠脉动信号发生器驱动，脉动频率一般为60次/s，大气通道与真空通道交替打开，挤奶工作状态与休息状态交替完成。

3 低功耗实现原理

3.1 电磁提升力F与气隙δ

3.3 安装反力弹簧

由于采用环形通道结构，有加装反力弹簧的空间。两个弹簧套座分别构成两个真空通道的内环实体，在两个弹簧套座内分别设置反力弹簧，可以降低电磁线圈的功率消耗。反力弹簧参数的选择需满足以下条件：当弹簧反力为35 kPa时，脉动器能正常工作；若弹簧反力大于35 kPa，真空压力波动时会导致真空压力小于弹簧反力，脉动器不能工作。经试验，安装反力弹簧后功率消耗下降了70%，节能效果显著。

4 结论

本文设计的低功耗电子脉动器的动铁芯行程δ为0.90～1.10 mm，与国外产品的1.80～2.00 mm相比，减少了动铁芯行程，因此可降低电磁线圈的功率消耗；真空排气通道由圆孔形变成圆环形，环形通道面积比圆孔形面积大，在保证气体流量的同时也降低了电磁线圈的功率消耗；两个弹簧座套分别构成两个真空通道的内环实体，并在弹簧座套内设置反力弹簧，降低了电磁线圈的功率消耗。电磁线圈功率消耗下降，既可增加脉动信号发生器电子元件参数的阈值，又可使增加保护功能变得容易，还减少了线损，间接提高了可靠性。

参考文献

[1] 左全璋.各种结构形式电磁铁通用的磁路计算公式和方法[J].机电元件，1983（2）：1-10.

[2] 赵凯华，陈熙谋.电磁学[M]北京：高等教育出版社，1985.

[3] 贾起民.电磁学[M].上海：复旦大学出版社，1987.

[4] 梁灿彬.电磁学[M].北京：高等教育出版社，1981.

[5] 葛伟亮，汪渤.电磁控制元件[M].北京：北京理工大学出版社，1994.

Abstract： The performance of electronic pulsator has a direct effect the efficiency of milking， milk yield and the economic benefit of milk stations. In view of the existing problems in the application of electronic pulse， we developed a low power electronic pulsator of energy-saving， high reliability， and low cost in operation and management. This article examines the design of the structure and the working process of the pulsator， and analyzes the principle of its low power consumption.

Key words： electronic pulse； low power consumption； structure； design； principle

挤奶机是实现机械化挤奶的关键设备，而脉动器是挤奶机的核心工作部件，脉动器性能的好坏直接影响着挤奶效率、奶牛产奶量及奶站的经济效益。挤奶脉动器按动力来源可分为电动和气动两种。我国挤奶站长期以来主要使用气动脉动器，而国外已基本淘汰了气动脉动器。电子脉动器由于具有脉动稳定性好、使用寿命长等优点，使用量逐年增加。目前国内使用的电子脉动器大多是进口的，价格比较昂贵，有时还存在供货时间较长、售后服务不及时、配件买不到等问题。此外，早期的进口电子脉动器功耗大，就单通道电磁机构而言，线圈功耗12 W/24 V（500 mA）左右，而我国某些偏远农村地区电网电压波动大，电网电压低时脉动器不能正常工作，电网电压高时会烧毁脉动信号发生器，致使很多奶站不得不另外安装交流稳压器，但低价位的交流稳压器在潮湿和牛粪沼气等恶劣环境下的使用寿命不超过1 a。因此，进口电子脉动器在我国的应用存在可靠性差、运行管理成本高的问题。为了解决这一问题，研制一种节能、可靠性高、运行管理成本低的低功耗电子脉动器。

1 低功耗电子脉动器的结构设计

低功耗电子脉动器的结构如图1所示。

2 低功耗电子脉动器的工作原理

脉动器初始状态时，线圈未供电，动铁芯在自身重力和真空压力作用下位于下方，将真空管道堵塞，阀体内部通过静铁芯阀口以及动铁芯和线圈管壁之间的空隙连通大气，大气通道打开，大气进入挤奶器奶衬与钢杯之间的腔内，大气压力压迫奶衬变形闭合。此时为挤奶休息状态，动铁芯与定铁芯之间的距离为δ。

当线圈加电时，动铁芯受电磁吸力上抬，将大气通道堵塞，开启真空通道，挤奶器奶衬与钢杯之间腔内的气体随即排出，钢杯腔与奶衬同为真空压，奶衬复原。此时为挤奶工作状态。

动铁芯靠脉动信号发生器驱动，脉动频率一般为60次/s，大气通道与真空通道交替打开，挤奶工作状态与休息状态交替完成。

3 低功耗实现原理

3.1 电磁提升力F与气隙δ

3.3 安装反力弹簧

由于采用环形通道结构，有加装反力弹簧的空间。两个弹簧套座分别构成两个真空通道的内环实体，在两个弹簧套座内分别设置反力弹簧，可以降低电磁线圈的功率消耗。反力弹簧参数的选择需满足以下条件：当弹簧反力为35 kPa时，脉动器能正常工作；若弹簧反力大于35 kPa，真空压力波动时会导致真空压力小于弹簧反力，脉动器不能工作。经试验，安装反力弹簧后功率消耗下降了70%，节能效果显著。

4 结论

本文设计的低功耗电子脉动器的动铁芯行程δ为0.90～1.10 mm，与国外产品的1.80～2.00 mm相比，减少了动铁芯行程，因此可降低电磁线圈的功率消耗；真空排气通道由圆孔形变成圆环形，环形通道面积比圆孔形面积大，在保证气体流量的同时也降低了电磁线圈的功率消耗；两个弹簧座套分别构成两个真空通道的内环实体，并在弹簧座套内设置反力弹簧，降低了电磁线圈的功率消耗。电磁线圈功率消耗下降，既可增加脉动信号发生器电子元件参数的阈值，又可使增加保护功能变得容易，还减少了线损，间接提高了可靠性。

参考文献

[1] 左全璋.各种结构形式电磁铁通用的磁路计算公式和方法[J].机电元件，1983（2）：1-10.

[2] 赵凯华，陈熙谋.电磁学[M]北京：高等教育出版社，1985.

[3] 贾起民.电磁学[M].上海：复旦大学出版社，1987.

[4] 梁灿彬.电磁学[M].北京：高等教育出版社，1981.

[5] 葛伟亮，汪渤.电磁控制元件[M].北京：北京理工大学出版社，1994.

Abstract： The performance of electronic pulsator has a direct effect the efficiency of milking， milk yield and the economic benefit of milk stations. In view of the existing problems in the application of electronic pulse， we developed a low power electronic pulsator of energy-saving， high reliability， and low cost in operation and management. This article examines the design of the structure and the working process of the pulsator， and analyzes the principle of its low power consumption.

Key words： electronic pulse； low power consumption； structure； design； principle

挤奶机是实现机械化挤奶的关键设备，而脉动器是挤奶机的核心工作部件，脉动器性能的好坏直接影响着挤奶效率、奶牛产奶量及奶站的经济效益。挤奶脉动器按动力来源可分为电动和气动两种。我国挤奶站长期以来主要使用气动脉动器，而国外已基本淘汰了气动脉动器。电子脉动器由于具有脉动稳定性好、使用寿命长等优点，使用量逐年增加。目前国内使用的电子脉动器大多是进口的，价格比较昂贵，有时还存在供货时间较长、售后服务不及时、配件买不到等问题。此外，早期的进口电子脉动器功耗大，就单通道电磁机构而言，线圈功耗12 W/24 V（500 mA）左右，而我国某些偏远农村地区电网电压波动大，电网电压低时脉动器不能正常工作，电网电压高时会烧毁脉动信号发生器，致使很多奶站不得不另外安装交流稳压器，但低价位的交流稳压器在潮湿和牛粪沼气等恶劣环境下的使用寿命不超过1 a。因此，进口电子脉动器在我国的应用存在可靠性差、运行管理成本高的问题。为了解决这一问题，研制一种节能、可靠性高、运行管理成本低的低功耗电子脉动器。

1 低功耗电子脉动器的结构设计

低功耗电子脉动器的结构如图1所示。

2 低功耗电子脉动器的工作原理

脉动器初始状态时，线圈未供电，动铁芯在自身重力和真空压力作用下位于下方，将真空管道堵塞，阀体内部通过静铁芯阀口以及动铁芯和线圈管壁之间的空隙连通大气，大气通道打开，大气进入挤奶器奶衬与钢杯之间的腔内，大气压力压迫奶衬变形闭合。此时为挤奶休息状态，动铁芯与定铁芯之间的距离为δ。

当线圈加电时，动铁芯受电磁吸力上抬，将大气通道堵塞，开启真空通道，挤奶器奶衬与钢杯之间腔内的气体随即排出，钢杯腔与奶衬同为真空压，奶衬复原。此时为挤奶工作状态。

动铁芯靠脉动信号发生器驱动，脉动频率一般为60次/s，大气通道与真空通道交替打开，挤奶工作状态与休息状态交替完成。

3 低功耗实现原理

3.1 电磁提升力F与气隙δ

3.3 安装反力弹簧

由于采用环形通道结构，有加装反力弹簧的空间。两个弹簧套座分别构成两个真空通道的内环实体，在两个弹簧套座内分别设置反力弹簧，可以降低电磁线圈的功率消耗。反力弹簧参数的选择需满足以下条件：当弹簧反力为35 kPa时，脉动器能正常工作；若弹簧反力大于35 kPa，真空压力波动时会导致真空压力小于弹簧反力，脉动器不能工作。经试验，安装反力弹簧后功率消耗下降了70%，节能效果显著。

4 结论

本文设计的低功耗电子脉动器的动铁芯行程δ为0.90～1.10 mm，与国外产品的1.80～2.00 mm相比，减少了动铁芯行程，因此可降低电磁线圈的功率消耗；真空排气通道由圆孔形变成圆环形，环形通道面积比圆孔形面积大，在保证气体流量的同时也降低了电磁线圈的功率消耗；两个弹簧座套分别构成两个真空通道的内环实体，并在弹簧座套内设置反力弹簧，降低了电磁线圈的功率消耗。电磁线圈功率消耗下降，既可增加脉动信号发生器电子元件参数的阈值，又可使增加保护功能变得容易，还减少了线损，间接提高了可靠性。

参考文献

[1] 左全璋.各种结构形式电磁铁通用的磁路计算公式和方法[J].机电元件，1983（2）：1-10.

[2] 赵凯华，陈熙谋.电磁学[M]北京：高等教育出版社，1985.

[3] 贾起民.电磁学[M].上海：复旦大学出版社，1987.

[4] 梁灿彬.电磁学[M].北京：高等教育出版社，1981.

[5] 葛伟亮，汪渤.电磁控制元件[M].北京：北京理工大学出版社，1994.

Abstract： The performance of electronic pulsator has a direct effect the efficiency of milking， milk yield and the economic benefit of milk stations. In view of the existing problems in the application of electronic pulse， we developed a low power electronic pulsator of energy-saving， high reliability， and low cost in operation and management. This article examines the design of the structure and the working process of the pulsator， and analyzes the principle of its low power consumption.

Key words： electronic pulse； low power consumption； structure； design； principle