CN100366905C - 机电一体高效转子泵 - Google Patents

Abstract

本发明针对转子泵存在的问题，在对其进行内部结构优化的同时，使其传统的动力机装置+传动装置+机械装置的机器组合运行模式改变为机电一体的运行模式，以达到进一步改善和提高其工作性能，降低生产成本的目的。本发明的目的是这样实现的：在一个装置内，设置有水泵外壳组件、定子组件、转子组件、可移动磁性隔板组件、轴承组件、出水管和进水管。

Description

机电一体高效转子泵

技术领域

该发明涉及水力机械领域，同时涉及电机学理论，具体讲是提供一种机电一体高效转子泵。

背景技术

随着社会经济的高速发展，水泵在国民经济中的许多领域中发挥着越来越重要的作用，它不仅是农业灌溉、城镇供水工程中的重要机械之一，而且它也广泛应用于石油、化工、电力、冶炼、煤矿、食品等行业。转子泵作为目前较为常用的一种用于提水或输送水等液体的水泵，由于具有扬程高、运行部件少等优点，在一些场合使用具有明显的优势。然而多年来转子泵由于一直采用动力机装置+传动装置+机械装置的一般机器组成的结构、运行模式，使得对于其效率提高和降低生产成本的努力受到了一定局限，同时，由于其结构上的原因，工作时滑块与滑块之间磨损严重，甚至有时会发生断裂现象，滑块与偏心轴之间以及滑动轴承磨损也同样比较严重，进而导致水泵效率和使用寿命降低，噪音过大。为了使转子泵更好的服务于所需行业，更好地在社会经济发展中发挥其重要的作用，改变其传统的机器组合运行模式，优化其内部结构，提高其工作性能显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是针对转子泵存在的上述问题，在对其进行内部结构优化的同时，使其传统的动力机装置+传动装置+机械装置的机器组合运行模式改变为机电一体的运行模式，以达到进一步改善和提高其工作性能的目的，具体讲本发明的目的是提供一种机电一体高效转子泵。

本发明的目的是这样实现的：在一个装置内，设置有水泵外壳组件、定子组件、转子组件、可移动磁性隔板组件、轴承组件、出水管和进水管。水泵外壳组件是由上泵壳、下泵壳和泵座所组成，上泵壳和下泵壳通过螺栓连接固定在一起，泵座和下泵壳铸造在一起，水泵外壳组件的作用是形成一个密封的圆柱空间，并对整个泵体起支撑作用；定子组件是由铁芯、绕组和固定轴所组成，铁芯和固定轴连接固定在一起，外形为圆柱体形状，设置固定在上述密封圆柱空间的中心区域，其作用就是产生同步旋转磁场，并为转子组件提供支撑和径向固定作用；转子组件是由铁芯、鼠笼导条、行星外转子平衡外套和磁性圆环所组成，为空心行星圆筒形状，通过轴承套装在定子组件的外圆上，二者之间保持一个等间隙，行星外转子平衡外套采用偏心圆筒形状，圆筒筒壁厚度为变尺寸结构，在半径较大处厚度较薄，在半径较小处厚度较厚，套装在铁芯的外边，并通过螺钉和铁芯连接固定在一起，磁性圆环为永久磁铁圆环，镶嵌在行星外转子平衡外套上。在行星外转子平衡外套外圆面设置有蜂窝状半圆形小坑。转子组件的作用一方面是通过和定子组件同步旋转磁场进行磁力藕合产生电磁力矩，另一方面是和水泵外壳组件形成容积变化室；可移动磁性隔板组件是由可移动隔板、上盖、弹簧和磁性条所组成，设置在水泵进水管和出水管之间，磁性条镶嵌在可移动隔板最下端端面。可移动隔板最下端端面设置有蜂窝状半圆形小坑。可移动磁性隔板组件的作用就是将转子组件和水泵外壳组件所形成的容积变化室分成两个交变容积变化室，其中一个为A容积变化室，该容积变化室包容水泵进水管，另一个为B容积变化室，该容积变化室包容出水管；轴承组件是由轴承和压盖所组成，轴承安装在固定轴上，轴承外端面和转子组件固定在一起，其作用就是支撑转子组件进行高速旋转；进水管与出水管和上泵壳铸造在一起，进水管和A容积变化室相连通，出水管和B容积变化室相连通，进、出水管的作用是将水流等液体输入泵体内，经水泵加压后再输出水泵。

机电一体高效转子泵的工作原理是这样的：当定子组件通电后，在定子组件周围产生一个同步旋转磁场，该同步旋转磁场切割转子组件中的鼠笼导条绕组，鼠笼导条绕组中产生电流，该电流同样产生一个交变磁场，该磁场和同步旋转磁场进行磁力耦合，通过磁力耦合就会在转子组件上产生一个电磁力矩，在该电磁力矩的作用下，转子组件以固定轴为支点进行高速旋转，由于转子组件外缘是一个行星偏心外转子平衡外套，这样其半径最大处和水泵外壳组件圆筒形缸体内壁形成一个随转子组件旋转的旋转密封带，而可移动磁性隔板在进水管和出水管之间也使转子组件外缘和水泵外壳组件圆筒形缸体内壁形成一个固定不动的密封带，两个密封带将转子组件外缘和水泵外壳组件圆筒形缸体内壁之间所组成的容积空间分成两个容积变化室，一个为A容积变化室，它包容进水管，另一个为B容积变化室，它包容出水管。A、B两个容积变化室随着转子组件的旋转其容积进行相反的变化，当A容积变化室的容积从最小到大到最大再到最小时，B容积变化室的容积将从最大到较小到最小再到最大，两个A、B容积变化室在进行以上容积变化的同时，也在进行着不断换相的变化，当上述旋转密封带和固定密封带重合时开始换相，这时A容积变化室的容积达到了最大，而B容积变化室的容积达到最小，当旋转密封带跨过固定密封带后，原来的A容积变化室变换成为新的B容积变化室，原来的B容积变化室变换成新的A容积室，正是由于不断换相，才使上述A、B容积变化室容积的变化出现突变的情况，正是由于A、B两个容积室不断重复着上述容积的变化和换相，才能使水泵进水管不断将进水池里的水等液体抽吸到A容积变化室，通过A、B容积变化室的不断变换，从而使水等液体不断的在B容积变化室里加压，并不断地通过出水管将有压水流排出泵体。

该发明具有一定的新颖性，具体体现在在申请日以前没有同样的发明或者实用新型，在国内外出版物上公开发表过，在国内外公开使用过或者以其它方式为公众所知，也没有同样的发明或实用新型由他人向专利局提出过申请并且记载在申请日以后公布的专利申请文件中。

该发明也具有一定的创造性，具体体现在在申请日以前，国内外的转子泵由于一直采用动力机装置+传动装置+机械装置的一般机器组成的结构、运行模式，可移动隔板组件一直采用和转子组件直接进行机械接触、滑动的结构形式，使得对于其效率提高和降低生产成本的努力受到了一定局限，同时，滑块磨损严重，发生断裂现象的也屡见不鲜。本发明针对转子泵存在的上述问题，在对其进行内部结构优化的同时，使其传统的动力机装置+传动装置+机械装置的机器组合运行模式改变为机电一体的运行模式，以达到大幅降低生产成本，进一步改善和提高其工作性能的目的。本发明和目前国内外同类技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步。

该发明也具有一定的实用性，具体体现在该发明能够制造或者使用，并且能够产生以下积极有益的效果：

(1)该发明将水泵传统的动力装置+传动装置+机械装置的结构、运行模式改变为机电一体化的结构、运行模式，不仅可以使水泵机组造价降低40％以上，水泵机组装置效率提高25％以上，而且也可使水泵机组噪音减小35％以上，水泵机组安装使用时占地面积减少50％以上。

(2)该发明采用外转子，并使电机转子和水泵转子合二为一，不仅有利于节省生产材料，减小外形尺寸，而且对于增加结构强度，增加运行的稳定性具有显著的效果。

(3)该发明将可移动隔板组件设计成为可移动磁性隔板组件，在不和转子组件进行机械接触、滑动的情况下，实现将A、B两个容积变化室的有效隔离，这不仅可以大幅度提高可移动隔板的使用寿命，而且也可以使其机械摩擦力降为零。

(4)该发明具有较强的自吸能力，并能产生较高扬程。

(5)该发明当抽送水等液体时，由于水泵电磁绕组可以由抽送液体进行强行冷却，这对于提高电磁效率，延长绕组运行寿命具有显著的作用。

(6)、该发明使机电所有的部件密封于同一壳体内，轴不外露、不需动密封部件，这样不仅根除了泄漏，杜绝了介质泄漏造成的环境污染和事故隐患，而且也避免和消除了外部环境对电机水泵的影响，具有很强的防爆性能，可用于化工厂、煤矿等需防爆场合。

(7)、该发明由于采用了中开式结构，使安装检修十分方便。

(8)、该发明可用于水利、石油、化工、电力、冶炼、食品等各个行业，它不仅可抽送水、油等低粘度液体，而且也可以抽送原油、石蜡、油漆、橡胶浆、纸浆及污水等含有杂质及高粘度液体。该发明可以替代现在使用的离心泵、柱塞泵、凸轮泵、罗茨泵、齿轮泵等多种泵型。

附图说明

图1为本发明一实施例横剖面图。

图2为本发明一实施例纵剖面图。

图中，1.上泵壳2.下泵壳3.进水管4.出水管5.泵座6.固定轴7.定子铁芯8.定子绕组9.外转子铁芯10.外转子鼠笼导条11.行星外转子平衡外套12.支撑块13.磁性圆环14.可移动隔板15.上盖16.弹簧17.磁性条18.螺栓19.轴承20.压盖21.接线柱。

具体实施方式

在图1、图2中，设置有转子泵外壳组件、定子组件、外转子组件、可移动磁性隔板组件、轴承组件、出水管和进水管。

转子泵外壳组件是由上泵壳1、下泵壳2和泵座5所组成，其作用是形成一个密封的圆柱空间，并对整个泵体起支撑作用。上泵壳1和下泵壳2均是由铸钢铸造加工而成，两者通过螺栓18连接固定在一起，上泵壳1和下泵壳2的作用就是一方面是形成泵体，装置水泵各部件，另一方面是形成中开式泵壳结构，以便打开上泵壳1即可检修安装水泵内部的各部件。泵座5和下泵壳2铸造在一起，其作用就是支撑整个泵体，并和水泵基础进行安装固定。

定子组件是由固定轴6、定子铁芯7和定子绕组8所组成，外形为圆柱体形状，设置固定在上述密封圆柱空间的中心区域，其作用就是产生同步旋转磁场，并为转子组件提供支撑和径向固定作用。固定轴6是由碳素钢铸造加工而成，轴两端通过螺钉和下泵壳2固定在一起，其作用就是对定子组件和转子组件起支撑作用。定子铁芯7是由数片圆形硅钢片叠压而成，形成圆柱体形状，固定轴6从中心穿过，并通过螺钉将二者固定在一起。定子铁芯7的作用就是形成磁路。定子绕组8是由绝缘导线制作而成，安装在定子铁芯7绕组槽内，其作用就是形成同步旋转磁场。

外转子组件是由外转子铁芯9、外转子鼠笼导条10、行星外转子平衡外套11、支撑块12和磁性圆环13所组成，为空心行星圆筒形状，通过轴承19套装在定子组件的外圆上，二者之间保持一个等间隙间距，外转子组件的作用一方面是通过和定子组件同步旋转磁场进行磁力藕合产生电磁力矩，另一方面是和转子泵外壳组件形成容积变化室。外转子铁芯9是由数片圆环形硅钢片叠压而成，形成空心圆柱体形状，其作用同样是形成磁路。外转子鼠笼导条10是由铜导条制作而成，装置在外转子铁芯9绕组槽内，其作用就是通过切割同步旋转磁场，产生电磁力矩，从而使外转子组件高速旋转。行星外转子平衡外套11是由铸钢铸造加工而成，为偏心圆筒形状，偏心圆筒壁厚度变化不一，最大半径处筒壁最薄，半径最小处筒壁最厚，其目的是在其随外转子高速旋转时其转动惯量均布相等，以保证旋转平稳。行星外转子平衡外套11最外圆面设置有用密封的蜂窝状半圆形小坑，目的是对该圆面和可移动隔板14之间的间隙进行密封。行星外转子平衡外套11通过螺钉连接固定在外转子铁芯9上，其作用就是在旋转时和上泵壳1、下泵壳2与可移动隔板14一起形成两个变化的容积室。支撑块12是由钢板切割加工而成，其作用就是对行星外转子平衡外套11起支撑和加强作用。磁性圆环13是由永久磁铁制作而成，为圆环形状，圆环外侧为S极，通过螺钉将磁性圆环13嵌装固定在行星外转子平衡外套11上，磁性圆环13的作用就是通过磁力使可移动隔板14一直和行星外转子平衡外套11之间保持一定的密封间隙。

可移动磁性隔板组件是由可移动隔板14、上盖15、弹簧16和磁性条17所组成，设置在水泵进水管和出水管之间，可移动磁性隔板组件的作用就是将转子组件和水泵外壳组件所形成的容积变化室分成两个交变容积变化室，其中一个为A容积变化室，该容积变化室包容转子泵进水管3，另一个为B容积变化室，该容积变化室包容出水管4。可移动隔板14是由钢板切割加工而成，为矩形平面板，该平面板上端通过弹簧16和上盖15连接在一起，在弹簧16力的作用下，可移动隔板14可以上下移动。可移动隔板14的最下端面设置有蜂窝状半圆形小坑，目的是对其和外转子平衡外套11之间间隙进行有效密封。上盖15是由钢板切割加工而成，通过螺钉和上泵壳1连接固定在一起，其作用就是使弹簧16一直处在压缩状态。弹簧16一端和上盖15连接在一起，另一端和可移动隔板14连接在一起，其作用就是通过弹簧16的压缩和伸展使可移动隔板14上下移动。磁性条17是由永久磁铁制作而成，为矩形条状，镶嵌在可移动隔板14最下端端面。磁性条17的下面是S极，这样，该磁性条17产生的磁场和镶嵌在行星外转子平衡外套11上的磁性圆环13产生的磁场相互作用，产生排斥磁力，在该排斥磁力的作用下，使可移动隔板14始终和行星外转子平衡外套11之间保持一定的密封间隙，以防止产生机械摩擦，并阻止水流通过。

轴承组件是由轴承19和压盖20所组成，其作用就是支撑转子组件进行高速旋转。轴承19是标准件，它的内壳通过平键和固定轴6连接固定在一起，其外壳和外转子铁芯9连接固定在一起，其作用就是支撑外转子铁芯9高速旋转。压盖20是由铸钢铸造而成，通过螺钉和外转子铁芯9连接固定在一起，其作用就是限定轴承19轴向移动。

进水管3与出水管4均和上泵壳1铸造成一体，进水管和A容积变化室相连通，出水管和B容积变化室相连通，进、出水管的作用是将水流等液体输入泵体内，经水泵加压后再输出水泵。接线柱21是定子绕组和三相交流电源接线连接的接点，接线柱21通过螺钉固定在上泵壳1上，其绝缘导线穿过固定轴6和上泵壳1后引出泵外。

在上述图示中，虽然列举了本发明较佳实施例进行了说明，但众所周知，不应由该实施例反而限制了本发明的权利保护范围，亦即，任何熟悉该发明创新点的工程技术科学研究人员，若应用本发明主要之特征，进行若干细节的变动，皆仍应属于本发明的专利保护范围。

Claims (2)

1.一种机电一体高效转子泵，其特征在于在该装置内设置有：由上泵壳(1)、下泵壳(2)和泵座(5)所组成的转子泵外壳组件，由定子铁芯(7)、定子绕组(8)和固定轴(6)所组成的定子组件，由外转子铁芯(9)、外转子鼠笼导条(10)、行星外转子平衡外套(11)、支撑块(12)和磁性圆环(13)所组成的转子组件，由可移动隔板(14)、上盖(15)、弹簧(16)和磁性条(17)所组成的可移动磁性隔板组件，由轴承(19)和压盖(20)所组成的轴承组件，在该发明装置内还设置有进水管(3)和出水管(4)；上述转子组件套装在定子组件的外边，为空心行星圆筒形状，通过轴承(19)套装在定子组件的外圆上，二者之间保持一个等间隔间隙，转子组件中的行星外转子平衡外套(11)采用偏心圆筒形状，圆筒筒壁厚度为变尺寸结构，在半径较大处厚度较薄，在半径较小处厚度较厚，套装在外转子铁芯(9)的外边，并通过螺钉(18)和外转子铁芯(9)连接固定在一起，磁性圆环(13)为永久磁铁圆环，镶嵌在行星外转子平衡外套(11)上，在行星外转子平衡外套(11)外圆面上设置有蜂窝状半圆形小坑；可移动磁性隔板组件设置在进水管(3)和出水管(4)之间；定子组件中的定子铁芯(7)和固定轴(6)连接固定在一起。

2.根据权利要求1所述的一种机电一体高效转子泵，其特征在于可移动磁性隔板组件中的磁性条(17)镶嵌在可移动隔板(14)最下端端面，可移动隔板(14)最下端端面设置有蜂窝状半圆形小坑。

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