本发明涉及液体泵技术领域，特指一种带排水旁路的电动水泵和水枪结构。
背景技术：
电动水泵一般包括电机、齿轮组、传动机构和活塞组件，其中电机通过齿轮组与传动机构连接，传动机构与活塞组件连接，实现电机带动活塞组件做活塞运动。电动水泵在工作过程中，其活塞组件包括吸水行程和排水行程。其中，吸水行程为将外部水流吸入活塞组件内部过程中，活塞所移动的路程；排水行程为将活塞组件内部的水排出活塞组件过程中，活塞所移动的路程。实际应用中，电动水泵在排水过程中，并非单纯的将活塞组件内部的水排出活塞组件即可，而是需要将活塞组件内部的水从活塞组件的出水口排出，并沿着电动水泵的有效水流输出路径向外输送；实际应用中，将活塞组件内部的水从活塞组件的出水口排出并沿着电动水泵的有效水流输出路径向外输送的过程中，活塞所移动的距离称为有效排水行程。
在现有技术中，提高电动水泵的输出水压的唯一方法就是提高电动水泵的电机的功率，直接的做法是采用大功率电机，而大功率电机存在价格高、体积大、对供电设备要求高等特点，导致电动水泵的成本、体积和质量均大大增加，直接限制了电动水泵的应用范围。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现要素：
针对以上问题，本发明提供了一种带排水旁路的电动水泵和水枪结构，通过改变活塞组件的结构，提高电动水泵的输出水压。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种带排水旁路的电动水泵，包括电机、齿轮组、传动机构、活塞机构、排水旁路以及控制机构，电机的输出轴通过齿轮组连接于传动机构，传动机构连接于活塞机构，活塞机构包括活塞缸，活塞缸内设有活塞体，活塞体通过活塞杆连接于传动机构，传动机构通过活塞杆驱动活塞体上下运动，活塞缸设有出水口与进水口，出水口设有出水阀，进水口设有进水阀，排水旁路包括水流缓冲腔，水流缓冲腔通过连通通道连通于活塞缸，水流缓冲腔对活塞缸排出水流的阻力小于出水口对活塞缸排出水流的阻力，控制机构控制排水旁路的启闭，控制机构包括档板、上活动板、下活动板、连杆以及复位机构，挡板上还设有连杆通孔与水流通孔，挡板水平固定于水流缓冲腔内壁上，上活动板平行设于挡板上方，下活动板平行设于挡板下方，连杆的一端垂直连接于上活动板，连杆的另一端穿过连杆通孔垂直连接于下活动板，复位机构控制上活动板、下活动板以及连杆的复位。
进一步而言，还包括用于密封水流缓冲腔的切换阀门。
进一步而言，所述复位机构包括弹簧，弹簧的一端固定于水流缓冲腔底部上，弹簧的另一端固定于下活动板底部，上活动板通过活塞体驱动的水流推动向下移动，且上活动板与挡板接触后可封闭水流通孔实现排水旁路的闭合，下活动板通过弹簧的弹力推动向上移动，且上活动板与挡板分离后可打开水流通孔实现排水旁路的启动。
进一步而言，所述连通通道的一端连通于活塞缸，连通通道的另一端连通于水流缓冲腔，进水口设于连通通道上。
进一步而言，所述电机的输出轴上还设有配重机构，
进一步而言，所述配重机构包括主飞轮与副飞轮，副飞轮通过传动齿轮与主飞轮配合设置，主飞轮通过电机输出轴带动旋转，副飞轮通过主飞轮带动旋转，主飞轮与副飞轮的转动方向采用相反方向转动。
一种水枪结构，包括水枪壳体，水枪壳体内设有如以上技术方案所述的电动水泵。
本发明有益效果：
本发明采用这样的结构设置，通过在电动水泵的活塞机构增加排水旁路，实现电动水泵在活塞进入有效排水行程之前可以积蓄能量，并在活塞进入有效排水行程时将这些积蓄的能量释放，提高电动水泵的输出水压。
附图说明
图1是本发明电动水泵结构示意图；
图2是挡板结构示意图；
图3是配重机构结构示意图；
图4是本发明工作原理图一；
图5是本发明工作原理图二；
图6是本发明工作原理图三；
图7是本发明工作原理图四；
图8是水枪结构示意图。
10.电机；20.齿轮组；30.传动机构；41.活塞缸；42.活塞体；43.活塞杆；44.出水口；45.进水口；46.出水阀；47.进水阀；51.水流缓冲腔；52.弹簧；53.连通通道；54.上活动板；55.下活动板；56.连杆；57.挡板；570.连杆通孔；571.水流通孔；60.切换阀门；70.配重机构；710.主飞轮；720.副飞轮；730.传动齿轮；100.水枪壳体；200.水枪进水管道；300.电池组；400.水枪喷水口。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1所示，本发明所述一种带排水旁路的电动水泵，包括电机10、齿轮组20、传动机构30、活塞机构、排水旁路以及控制机构，电机10的输出轴通过齿轮组20连接于传动机构30，传动机构30连接于活塞机构(实际应用中，活塞机构采用单活塞结构)，活塞机构包括活塞缸41，活塞缸41内设有活塞体42，活塞体42通过活塞杆43连接于传动机构30，传动机构30通过活塞杆43驱动活塞体42上下运动，活塞缸42设有出水口44与进水口45，出水口44设有出水阀46，进水口设有进水阀47，具体的，活塞体42设置在活塞缸41中，活塞杆43一端连接活塞体42，另一端通过传动机构30和齿轮组20连接电机10，实现电机10带动活塞体42在活塞缸41中做活塞运动，活塞缸41上设有出水口44与进水口45，活塞缸41通过进水口44连接外部水源，出水口44设有出水阀46，进水口设有进水阀47，具体的，出水阀46的作用是在活塞的有效排水行程时打开(其余时间处于关闭状态)，使活塞缸41内的水从出水口排出并沿着电动水泵的有效水流输出路径向外输送；进水阀47的作用是在活塞的吸水行程时打开，使活塞将活塞缸41外部的水吸入活塞缸41内部(其中，有效排水行程和吸水行程请参见背景技术中的描述)。实际应用中，出水阀46与进水阀47均可以采用单向阀结构。
如图2所示，排水旁路包括水流缓冲腔51，水流缓冲腔51通过连通通道53连通于活塞缸41，水流缓冲腔51对活塞缸41排出水流的阻力小于出水口对活塞缸41排出水流的阻力，控制机构控制排水旁路的启闭，控制机构包括档板57、上活动板54、下活动板55、连杆56以及复位机构，挡板57上还设有连杆通孔570与水流通孔571，挡板57水平固定于水流缓冲腔51内壁上，上活动板54平行设于挡板57上方，下活动板55平行设于挡板57下方，连杆56的一端垂直连接于上活动板54，连杆56的另一端穿过连杆通孔570垂直连接于下活动板55，复位机构控制上活动板54、下活动板55以及连杆56的复位。排水旁路是在活塞机构的无效排水行程中(无效排水行程为在活塞缸41内部的部分水通过排水旁路排出的过程中，活塞体42移动的距离)，减少活塞体42的做功功率，使电动水泵可以积蓄能量，因此要求排水旁路对活塞缸41排出水流的阻力小于出水口44对活塞缸41排出水流的阻力。控制机构的作用是用于关闭排水旁路，使活塞机构进入有效排水行程(即活塞缸41内部的水通过出水口44排出)，此时电动水泵在活塞机构的无效排水行程中所积蓄的能力会释放，挤压活塞缸41内部的水，从而提高电动水泵的输出水压。在活塞的排水行程中，活塞缸41内部的部分水可以通过连通通道53排出至水流缓冲腔51(此时活塞体42的移动距离为无效排水行程)。
在某些实施方式中，在水流缓冲腔51与连通通道53的连通处设置有切换阀门60，该切换阀门60的作用是控制电动水泵的模式切换。具体为，当切换阀门60打开时，排水旁路连通活塞缸41，控制机构正常工作，此时电动水泵间歇输出高压水流；当切换阀门60关闭时，排水旁路51关闭，控制机构停止工作，电动水泵处于传统的工作状态，持续输出低压水流。
在本实施例中，所述复位机构包括弹簧52，弹簧52的一端固定于水流缓冲腔51底部上，弹簧52的另一端固定于下活动板55底部上，上活动板54通过活塞体42驱动的水流推动向下移动，且上活动板54与挡板57接触后可封闭水流通孔571实现排水旁路的闭合，下活动板55通过弹簧52的弹力推动向上移动，且上活动板54与挡板57分离后可打开水流通孔570实现排水旁路的启动。水流通孔571的作用是让水流通过。实际应用中，连杆56穿过57上的连杆通孔570，使上活动板54与下活动板55分别置于挡板57的上下两侧。需要说明的是，上活动板54与下活动板55的侧壁并非与水流缓冲腔51的内壁紧密接触，上活动板54、下活动板55和连杆56可以在水流缓冲腔51中相对于挡板57活动。实际应用中，上活动板54、下活动板55、连杆56和挡板57可以采用塑料、铝合金等轻质硬质材料制作而成。在本实施例中，控制机构采用物理结构实现，与活塞体42配合动作，实现对排水旁路的打开和关闭。需要说明的是上述活动组件为本发明的较佳优选结构，其也可以采用将弹簧52设在上活动板54与水流缓冲腔51的顶壁之间，又或是活动组件包括上活动板54与连杆56，弹簧52设于连杆56与水流缓冲腔51的底壁之间，又或是活动组件包括上活动板54，上活动板54与水流缓冲腔51的顶壁之间设有弹簧52，均可以起到通过上活动板54实现相对挡板57上水流通孔571的启闭。
如图3所示，在本实施例中，所述电机10的输出轴上还设有配重机构70，配重机构70包括主飞轮710与副飞轮720，副飞轮720通过传动齿轮730与主飞轮710配合设置，主飞轮710通过电机10输出轴带动旋转，副飞轮730通过主飞轮710带动旋转，主飞轮710与副飞轮730的转动方向采用相反方向转动。采用这样的结构设置，利用两个飞轮反向转动的方式，不但可以提高积蓄能量，同时还可以消除质量大的配重机构70在高速转动的不稳定性。在实际应用中，配重机构70可以采用密度较大的材料制作，例如采用铁质圆盘作为配重机构70。
为了更加清楚的说明本实施例的电动水泵的原理，以下结合附图，对本实施例工作过程进行说细描述：
电动水泵的初始状态，活塞缸41处于最大的容纳水量，在弹簧52的弹力作用下，将下活动板55顶起，从而下活动板55通过连杆56使上活动板54与挡板57处于分离状态，即排水旁路处于导通状态，当电机10工作时，通过齿轮组20和传动机构30推动活塞体42向上运动，此时活塞机构处于排水行程(如图4所示)。进水阀47关闭，活塞缸41内部的水被推动向上流动，由于由连通通道53和水流缓冲腔51组成的排水旁路对水流的阻力非常小(即水流很容易的在排水旁路中流动)，而出水口44对水流的阻力远远大小排水旁路对水流的阻力，活塞缸41内部的水被推动选择阻力小的路径排出，即从排水旁路中排出，此时活塞机构处于无效排水行程(出水阀46处于关闭状态)。而在活塞机构无效排水行程中，由于排水旁路对水流的阻力非常小，因此电机10带动配重机构70持续加速，电机10输出的能量被转化为电机转子、齿轮组20、传动机构30以及配重机构70的动能，同时上活动板54会被水流推动向下移动。电动水泵持续蓄能，直到上活动板54向下运动至接触盖合挡板57，使挡板57上的水流通孔571闭合，使排水旁路中的水流难以通过水流通孔571，此时排水旁路被关闭(如图5所示)，排水旁路被关闭后，活塞机构的出水口44成为了活塞缸41内部的水剩下唯一的排水路径，因此活塞缸41内部的水会被挤压通过出水口44排出，即活塞机构进入有效排水行程。由于在无效排水行程中，电动水泵积蓄了一定的能量，当排水旁路被关闭时，活塞缸41内部的水只能被挤压通过出水口44排出(此时相当于水流的急刹车)，电动水泵积蓄的能量会爆发，通过活塞体42大力挤压活塞缸41内部的水，此时出水阀46被打开，活塞机构实现从出水口44输出一段高压急速的水流。当电动水泵积蓄的能量爆发后，电机转子、齿轮组20、传动机构30和配重机构70的转速会降低(因为能量释放了)，活塞体42持续挤压活塞缸41内部的水，使活塞机构保持持续输出低压水流，活塞机构保持持续输出低压水流，直到活塞体42运动至最顶部(如图6所示)，此时活塞机构的整个排水行程(即无效排水行程加有效排水行程)结束，活塞缸41内部的水基本被排出。活塞缸41内部的水排出后，出水阀46重新关闭，电机10持续工作，通过齿轮组20和传动机构30带动活塞体42向下运动，此时活塞机构处于吸水行程(如图7所示)，进水阀47打开，水从外部水源经过进水口流入至活塞缸41内，同时由水流缓冲腔51组成的排水旁路失去阻力，在弹簧52的回弹力作用下，重新将下活动板55顶起，下活动板55通过连杆56使上活动板54与挡板57重新处于分离状态，即排水旁路处于导通状态，直至活塞体42运动至活塞缸41的最底部，即回到电动水泵的初始状态，完成一个工作周期。在电机10持续工作中，循环进入下一个工作周期。需要说明的是弹簧52的弹力功率小于出水阀46的排水功率。
在实际应用中，可以将本发明所公开的电动水泵结构应用在不同的产品中，如图8所示，为利用本发明所公开的电动水泵制得的水枪结构，该水枪结构包括壳体100，在壳体100内部固定安装本发明所述的电动水泵，进水管道200接入壳体100内部，并与活塞机构的进水口45连接，为电动水泵提供水源，水枪结构还设置有电池组300，该电池组300与电机10连接，为电机10提供电能，水枪结构的喷水口400与活塞机构的出水口44连通，活塞机构的出水口44输出的水流从水枪结构的喷水口400喷出。利用本发明所公开的电动水泵所制得的水枪结构，其结构小，质量轻，便于手持作业，其用途广泛，例如可以用于汽车清洗。
本发明巧妙的通过改变活塞机构的结构，增设排水旁路以及控制机构，使活塞机构在排水过程中存在有效排水行程和无效排水行程，并且在无效排水行程中，使电动水泵可以积蓄能量，利用控制机构关闭排水旁路，使活塞机构进入有效排水行程，使电动水泵积蓄的能力爆发，实现电动水泵输出一段高压急速的水流。本发明无需增大电机10的功率，即可得到高压急速的水流输出，本发明的这种电动水泵结构，结构精巧，体积小，质量轻，成本低，便于携带，值得推广应用。
实际应用中，通过调整改变排水旁路的结构，例如增大排水旁路与活塞缸41连接处的孔径、增大排水旁路的水流通道的内径、减少排水旁路的弯道以及调整弯道的角度等，可以实现排水旁路对活塞缸41排出水流的阻力远远小于出水口44对活塞缸41排出水流的阻力，使电动水泵在无效排水行程时，可以最大限度的积蓄能量。另外，通过调节出水阀46的松紧度，出水口44的孔径大小，也可以调节出水口44对活塞缸41排出水流的阻力。
实际应用中，通过改变控制机构的结构或控制，可以实现改变电动水泵的有效排水行程，即实现改变电动水泵的蓄能时间，最终实现调整电动水泵的输出水流压力大小的效果。具体为，可以通过改变水流缓冲腔51的形状尺寸或者改变连杆56的长度，实现改变电动水泵的有效排水行程，即改变电动水泵的蓄能时间。
实际应用中，根据实际作业需要，可以组合出效果最好的电动水泵方案，在此不再赘叙。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。