專利名稱：一種離心電泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種離心電泵，特別涉及無機(jī)械軸連接的密閉電泵。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的普通電泵由電機(jī)，水泵，以及聯(lián)軸器等部件構(gòu)成，其中電機(jī)軸通過聯(lián)軸器把運(yùn)動傳遞給水泵的葉輪軸。這樣普通電泵產(chǎn)品都存在如下的缺點1.由于電機(jī)軸和葉輪軸的存在，造成電泵體積增大，原材料耗費多；2.葉輪軸需要伸出密閉的泵體外運(yùn)動，存在容易產(chǎn)生泄漏的動密封，造成環(huán)境污染，同時，密封件易磨損，維護(hù)工作量大；3.電機(jī)軸和葉輪軸之間存在同心度偏差，振動噪聲大；4.傳統(tǒng)機(jī)械軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生相應(yīng)的振動與噪聲。
中國專利“97250027.8”提出的盤式密閉電泵，雖然取消了電機(jī)軸和聯(lián)軸器，利用盤式電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子間的電磁傳動代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機(jī)軸驅(qū)動式機(jī)械傳動，克服了軸傳動產(chǎn)生的噪聲和泄漏問題。但仍然存在如下缺點1.仍然存在軸承，會產(chǎn)生相應(yīng)的噪聲；2.葉輪在固定軸上旋轉(zhuǎn)，而此軸固接于泵體上，葉輪運(yùn)行時的振動會通過固定軸、泵體傳給空氣和地基。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對上述普通泵和盤式密閉電泵在噪聲控制方面存在的不足，提供一種無聯(lián)軸器傳動，葉輪無實體軸運(yùn)轉(zhuǎn)，無傳統(tǒng)機(jī)械軸承支撐的磁懸浮離心電泵。它具有無機(jī)械磨損、體積小、無泄漏的特點，盡可能將噪聲降至最低，可滿足非常安靜型離心電泵的特種需求。
本實用新型采用如下技術(shù)方案本實用新型包括泵體、泵葉輪、扁平永磁電機(jī)、磁懸浮軸承、密閉端蓋和底座。其中，泵葉輪、永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子、磁懸浮軸承動子布置在泵體和密閉端蓋圍成的空腔中，三者固定連接成一體，實現(xiàn)共同運(yùn)動。
永磁電機(jī)定子、磁懸浮軸承定子布置在底座與密閉端蓋圍成的空腔中，并與泵體密閉隔開。永磁電機(jī)定子與泵體內(nèi)的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子間，以及磁懸浮軸承定子與磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子間沒有任何機(jī)械性接觸，而是通過磁場之間的相互作用，實現(xiàn)無接觸式力的傳遞。因而，本實用新型旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分完全隔離，無需動密封部件。這樣就從根本上解決了泵由于動密封而容易產(chǎn)生泄漏，污染環(huán)境的問題。
由于永磁電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間以電磁力無接觸式傳動，取消了傳統(tǒng)的軸驅(qū)動式機(jī)械傳動，使得該離心電泵消除了原有機(jī)械傳動的振動與噪音；同時，由于取消了傳動軸和聯(lián)軸器，泵的體積明顯減小，重量減輕。
泵葉輪在磁懸浮軸承的作用下運(yùn)行，由于取消了葉輪旋轉(zhuǎn)所需的固定實體轉(zhuǎn)軸，以及相應(yīng)的滾動或滑動軸承，就使得本實用新型在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中更加安靜并且沒有磨損。


圖1為本實用新型具體實施方式
結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1底座、2密閉端蓋、3泵體、4泵葉輪、5永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子、6內(nèi)磁環(huán)、8外磁環(huán)、7上鐵軛、9下鐵軛、10永磁電機(jī)定子、11外鐵心、12內(nèi)鐵心、13鐵軛、14線圈。
圖2為圖1中A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為磁懸浮軸承定子結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為磁懸浮軸承內(nèi)主磁通路徑圖。
圖5為磁懸浮軸承控制線路圖。圖中15放大器、16比較器、17鎖存器、18吸斥驅(qū)動器、19軸承線圈。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及具體適合方式詳細(xì)描述本實用新型如圖1、2所示，本實用新型電泵為立式泵，從上面吸入流體，從側(cè)面排出流體。
泵分上下兩個腔室，上腔室由泵體3和密閉端蓋2圍成，其中安裝有泵葉輪4，永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子5及磁懸浮軸承動子。磁懸浮軸承動子由內(nèi)磁環(huán)6、外磁環(huán)8、上鐵軛7和下鐵軛9構(gòu)成。其中，上鐵軛7和下鐵軛9均為圓環(huán)形。上鐵軛7固接于泵葉輪4的底面上，并與之同軸。上鐵軛7下端面和下鐵軛9上端面之間布置有內(nèi)磁環(huán)6與外磁環(huán)8，四者固定連接并且相互同軸。永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子5與磁懸浮軸承動子均設(shè)置在圓盤形泵葉輪4的底面上，永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子5設(shè)置在圓盤形泵葉輪4底面的外圈，磁懸浮軸承動子設(shè)置在圓盤形泵葉輪4底面的內(nèi)圈，三者同軸組合為一體；泵的下腔室由密閉端蓋2和圓形底座1圍成，其中安裝有永磁電機(jī)定子10，磁懸浮軸承定子。磁懸浮軸承定子由外鐵心11、內(nèi)鐵心12、鐵軛13、以及線圈14構(gòu)成。其中，線圈14纏繞在外鐵心11上，而外鐵心11和內(nèi)鐵心12布置在鐵軛13的上面，并且固定連接。永磁電機(jī)定子10與磁懸浮軸承定子均設(shè)置在圓形底座1的上面，永磁電機(jī)定子10設(shè)置在圓形底座1上面的外圈，它上面隔著密閉端蓋2與端蓋上方的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子5相對；磁懸浮軸承定子設(shè)置在圓形底座的內(nèi)圈，它上面隔著密閉端蓋2與端蓋上方的磁懸浮軸承動子相對。兩者同軸并與底座1結(jié)合為一體；上腔室與下腔室中心軸同軸，上下兩腔室不連通；永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子5與永磁電機(jī)定子10構(gòu)成扁平永磁電機(jī)；而磁懸浮軸承動子與磁懸浮軸承定子構(gòu)成磁懸浮軸承；該磁懸浮軸承設(shè)置在該扁平永磁電機(jī)的中央空心軸孔的位置。
本實用新型由永磁電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間的電磁力驅(qū)動泵葉輪旋轉(zhuǎn)，磁懸浮軸承動子與定子之間的電磁力使泵葉輪懸浮在由泵體3與密閉端蓋2圍成的上腔室中，實現(xiàn)無磨損運(yùn)行。
下面結(jié)合圖3、4、5介紹磁懸浮軸承工作原理圖3所示為磁懸浮軸承的定子結(jié)構(gòu)，它由四個單元組成。每個單元包括定子外鐵心11、內(nèi)鐵心12、線圈14和四個單元共用的鐵軛13，圖中HA、HB、HC、HD分別為四個單元所屬的霍耳傳感器。
磁懸浮軸承定子和動子間有如圖2所示的六個自由度，分別為X、Y、Z三個方向的移動和三個軸向的轉(zhuǎn)動。其中只有繞Z軸的轉(zhuǎn)動是需要的，其他五個自由度應(yīng)該受到限制。
泵在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時，磁懸浮軸承動子和定子間的主磁通如圖4所示。扁平永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子鐵心間構(gòu)成外環(huán)磁通路，同軸的磁懸浮軸承構(gòu)成內(nèi)環(huán)磁通路；內(nèi)、外環(huán)磁通路共同約束泵葉輪沿垂直旋轉(zhuǎn)軸平面的移動。
由于軸承定子內(nèi)鐵心12、外鐵心11所產(chǎn)生的磁性分別與軸承動子內(nèi)外永磁環(huán)6、8的磁性相反，使磁懸浮軸承動子受到斥力的作用而浮起。定子線圈產(chǎn)生斥力的大小控制著動子沿Z軸的移動，即Z軸向的移動受到了定子四個線圈所產(chǎn)生斥力的影響而受到了控制。
當(dāng)軸承動子有X、Y方向的移動(即XY平面的移動)時，由于這使得軸承定子鐵心11、12，軸承定子鐵軛13和軸承動子下鐵軛9組成磁回路中的磁阻增加，使得軸承定子與動子下鐵軛間的磁力有使其保持原來位置的趨勢；同時，設(shè)計的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子5和永磁電機(jī)定子10有相同的徑向尺寸，X、Y方向的移動同樣會使得永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子間磁回路中的磁阻增加，永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子間的電磁力會阻止其相對位置的偏移。這樣，就控制了軸承動子在X、Y方向的移動。
當(dāng)軸承動子產(chǎn)生X、Y方向的轉(zhuǎn)動時，軸承動子和定子四個單元間的位置發(fā)生變化，有的距離增大，有的距離變小。這時，霍耳傳感器所在位置的磁通密度發(fā)生變化。由于磁通密度隨軸承動子與定子間距離增大而成單調(diào)減小變化，因此霍耳傳感器的輸出信號可以作為反饋控制信號。如圖5所示，霍耳傳感器的模擬輸出信號在經(jīng)微分放大器15放大后同參考電壓V參考(5V)在比較器16中進(jìn)行比較，得到反饋信號SA，SB，SC，SD。這四個反饋信號可以作為動子的姿態(tài)信號。
例如，當(dāng)動子靠近霍耳傳感器HA超過一定限度時，SA變成“0”；相反，當(dāng)動子偏離霍耳傳感器HA超過一定限度時，SA變成“1”。由于軸承定子單元A在霍耳傳感器A、B之間，因此，單元A線圈19中電流的大小由信號SA、SB控制。當(dāng)SA、SB都為“1”時，表明磁懸浮軸承動子與單元A的距離增大，超過了預(yù)定的限度，于是，吸斥驅(qū)動器18使得單元A線圈19中電流變小，斥力減小，甚至反向，形成吸力。這樣磁懸浮軸承動子就會向單元A的方位轉(zhuǎn)動；當(dāng)SA、SB都為“0”時，表明磁懸浮軸承動子與單元A的距離減小，超過了預(yù)定的限度，于是，單元A線圈19中電流變大，斥力增大。磁懸浮軸承動子就會向偏離單元A的方位轉(zhuǎn)動；當(dāng)SA、SB信號不相同時，單元A線圈19中電流不變，磁懸浮軸承動子保持原有姿態(tài)。這樣磁懸浮軸承動子在X、Y方向的轉(zhuǎn)動就受到了限制。
另外，把葉輪外緣設(shè)計成有錐度的形狀也有利于其旋轉(zhuǎn)時保持在中心位置穩(wěn)定運(yùn)行。
本實用新型是把泵與永磁電機(jī)以及磁懸浮軸承設(shè)計成一體的一種電泵。適用于各種輸送液體、氣體、汽液兩相流等領(lǐng)域，特別在對靜音有較高要求的民用住宅，供暖、軍事等領(lǐng)域更具應(yīng)用價值。
權(quán)利要求1.一種離心電泵，包括泵體[3]、泵葉輪[4]、扁平永磁電機(jī)和軸承，其特征在于其軸承為磁懸浮軸承，磁懸浮軸承設(shè)置在扁平永磁電機(jī)的空心軸孔；泵葉輪[4]和永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子[5]、磁懸浮軸承動子三者同軸組合為一體，永磁電機(jī)定子[10]與磁懸浮軸承定子同軸并與底座[1]結(jié)合為一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心電泵，其特征在于磁懸浮軸承由磁懸浮軸承動子和磁懸浮軸承定子構(gòu)成；磁懸浮軸承動子由內(nèi)磁環(huán)[6]、外磁環(huán)[8]、上鐵軛[7]和下鐵軛[9]構(gòu)成；上鐵軛[7]和下鐵軛[9]均為圓環(huán)形；上鐵軛[7]固接于泵葉輪[4]的底面上，并與之同軸；上鐵軛[7]下端面和下鐵軛[9]上端面之間布置有內(nèi)磁環(huán)[6]與外磁環(huán)[8]，四者固定連接并且相互同軸；磁懸浮軸承定子由外鐵心[11]、內(nèi)鐵心[12]、鐵軛[13]及線圈[14]構(gòu)成，線圈[14]纏繞在外鐵心[11]上，而外鐵心[11]和內(nèi)鐵心[12]布置在鐵軛[13]的上面，并且固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的離心電泵，其特征在于永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子[5]與磁懸浮軸承動子均設(shè)置在圓盤形泵葉輪[4]的底面上，永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子[5]設(shè)置在圓盤形泵葉輪4底面的外圈，磁懸浮軸承動子設(shè)置在圓盤形泵葉輪4底面的內(nèi)圈，三者同軸組合為一體；泵的下腔室由密閉端蓋[2]和圓形底座[1]圍成，其中安裝有永磁電機(jī)定子[10]和磁懸浮軸承定子；永磁電機(jī)定子[10]與磁懸浮軸承定子均設(shè)置在圓形底座[1]的上面，永磁電機(jī)定子[10]設(shè)置在圓形底座[1]上面的外圈，它上面隔著密閉端蓋[2]與端蓋上方的永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子[5]相對；磁懸浮軸承定子設(shè)置在圓形底座[1]的內(nèi)圈，它上面隔著密閉端蓋[2]與端蓋上方的磁懸浮軸承動子相對，兩者同軸并與圓形底座[1]結(jié)合為一體；上腔室與下腔室中心軸同軸，上下兩腔室不連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心電泵，其特征在于扁平永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子鐵心間構(gòu)成外環(huán)磁通路，同軸的磁懸浮軸承構(gòu)成內(nèi)環(huán)磁通路；內(nèi)、外環(huán)磁通路共同約束泵葉輪沿垂直旋轉(zhuǎn)軸平面的移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心電泵，其特征在于其旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分完全隔離，沒有動密封部件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離心電泵，其特征在于其為立式泵，從上面吸入流體，從側(cè)面排出流體。
專利摘要一種離心電泵，涉及無機(jī)械軸連接的密閉電泵。它包括泵體[3]、泵葉輪[4]、扁平永磁電機(jī)和磁懸浮軸承；磁懸浮軸承設(shè)置在扁平永磁電機(jī)的空心軸孔。泵葉輪[4]和永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子[5]、磁懸浮軸承動子三者同軸組合為一體，永磁電機(jī)定子[10]與磁懸浮軸承定子同軸并與底座[1]結(jié)合為一體。扁平永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子和定子鐵心間構(gòu)成外環(huán)磁通路，同軸的磁懸浮軸承構(gòu)成內(nèi)環(huán)磁通路；內(nèi)、外環(huán)磁通路共同約束泵葉輪沿垂直旋轉(zhuǎn)軸平面的移動。泵的旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分完全隔離，沒有動密封部件，解決了由于動密封而易產(chǎn)生的泄漏，污染環(huán)境的問題。同時，本泵運(yùn)轉(zhuǎn)時更加安靜并且沒有磨損，消除了機(jī)械傳動的振動與噪音。由于取消了傳動軸和聯(lián)軸器，泵的體積明顯減小，重量減輕。
文檔編號F04D13/06GK2793384SQ20042000904
公開日2006年7月5日 申請日期2004年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月24日
發(fā)明者彭燕, 鄭毅, 凌金福, 沙次文, 趙凌志, 李然, 周適, 楊愛華 申請人:中國科學(xué)院電工研究所