CN100335795C - 尤其适用于泵的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种尤其适用于泵(10)的驱动电机(12)，包括转子(16)和定子(14)，转子设有驱动轴(20)，定子由外壳体(36)容纳的定子壳体(26)封装。定子壳体(26)和外壳体(36)形成封闭的中间腔(38)，其中充有冷却流体(42)。冷却流体靠冷却剂叶轮(48)的驱动而流动，为达到此目的，冷却剂叶轮(48)由永磁联轴节(52)与电机的驱动轴(20)耦合在一起，永磁联轴节(52)具体可以是同步耦合，或磁滞耦合，或涡流耦合的形式。

Description

尤其适用于泵的电机
在泵中被输送或被泵送的介质，通常直接作为泵的驱动电机的冷却剂。这样当泵处理污水或其他被污染的流体时，会导致电机冷却空间的堵塞。另外，现在已知的泵尤其是污水泵都有内部冷却系统来冷却电机，其中，冷却剂的循环是靠附加的一个小的冷却剂叶轮实现的。冷却剂叶轮可以靠自带的小电动机运转。另一种方式是可以通过泵的电机直接驱动上述的冷却剂叶轮，采用这种方式时，冷却剂叶轮安装在驱动电机驱动轴的自由端，同泵叶轮连接在一起，或者在远离驱动轴自由端的另一端延长电机驱动轴，冷却剂叶轮布置在驱动电机一侧，而使之远离泵叶轮。已有技术的泵，如果不考虑冷却剂叶轮的相关布置，也必须密封隔离和电机及输送介质有关的冷却剂回路，污水要有动密封。然而，动密封易于泄漏，泄漏不可能可靠地消除。泄漏会导致危险的发生，例如，严重的情况下，冷却系统失效或者冷却剂渗入驱动电机。
CH614760A5公开了一种包括磁性联轴节的密封式离心泵，其外部环绕密封容器，而内部被密封容器环绕，磁性联轴节装有轴向并列放置的栅状永磁体。为了提供一个可靠的、无密封套的化学上用的密封离心泵，泵壳体、密封式离心泵的转子和磁性联轴节的内耦合部分优选地由耐热耐酸的塑料材料制成，这样可获得运转中的可靠保护，没有腐蚀。永磁体的侧面和端面完全压入内耦合部分且向外集中。在和磁性联轴节连接的轴承面部分，轴承材料中嵌入塑料成分。在这种已知的密封式离心泵中永磁体联轴节用作机械地耦合泵的驱动电机和泵叶轮。
DE3337086C2也公开了一种带有永磁联轴节的密封式离心泵。这种已知的带有磁性联轴节的离心泵包括一个塑性材料制成的容器罩，容器罩至少在容器轴向部分加固。塑料容器罩通过一个高质钢制成的杯形外壳与外界隔离，该杯形外壳作为容器的形状稳定器和固定器。在这种情况下，永磁联轴节也用来连接泵电机和泵叶轮，所以，即使输送介质处于高温高压状态，塑料容器罩也具有最大限度的稳定性，其外部散热良好。
DE3639719C3披露了一种密封式磁泵，包括泵壳体，泵叶轮和磁性联轴节，一个外部驱动部分和一个内部旋转部分通过磁性联轴节磁性耦合，其中，外部驱动部分和内部旋转部分通过一个容器罩相互密闭地密封。这种密封式电动泵输送的流体中的一部分流过容器罩的内部，该部分流体中的一部分用来润滑泵的滑动轴承，一部分可能为磁性联轴节和轴承散发热量。容器罩管状部分的端部、即靠近泵的地方，有一个连接法兰从磁性联轴节的旋转轴向外突出，该端部通过该连接法兰安装在泵壳体上。容器罩可能会受加热部件的作用，而加热部件不受输送介质的影响，想要提供一种密封式磁泵，其不但制作相对简单，而且有相对较宽的使用范围，即能够在输送介质温度高和温度低的情况下使用，其中容器罩在发生事故或损坏时提供一个安全加强等级。为达到此目的，至少容器罩的管状部分具有至少双层的结构，而且至少由互相同心且与磁性联轴节的旋转轴同心设置的两层壳体壁形成。双层或多层壁形成的内壁空间的作用是接收加热或冷却的介质。机械固定和密封连接到容器壁的连接法兰上容器壁至少有一个引导到内壁空间的供应通道和一个来引导加热介质或冷却剂的排出通道。在这种已知的密封式磁体泵中，磁性联轴节也是用来将泵驱动电机连接到泵叶轮上。
DE4319619A1公开了一种电机驱动的潜水泵，电机下面安装离心泵的壳体，其中，电机壳体在外侧同轴地由冷却套环绕，输送介质在冷却套中流动。在这种情况下，输送介质即泵送介质通常作为冷却剂，该冷却剂正如本文开头本分提到的，当处理污水或其他污染的流体时会导致冷却套的堵塞。进而导致电机的过热，在极端的情况下甚至整体失效。
DE4434461A1公开了一种应用于高污染流体的电动潜水泵。为了能够在泵内部清洁掉沉淀物，设有切向压力通路和管套空间的电动潜水泵有一个布置在管套空间端部的冲洗通路，其中管套空间容纳驱动电机，并且被输送流体流过该管套空间，所述的冲洗通路远离泵并被连接到外部流体源。所述冲洗通路接口最好带有一个可拆除的固定密封盖，该固定密封盖带有一个排放系统。这种泵结构复杂，成本高，没有得到重视。
一种为干式安装目的的用于冷却电动泥浆潜水泵、电动污水潜水泵和电动污泥潜水泵的冷却组件可见于DE19640155A1。这种已知的冷却组件是一个单独结构，没有与电动潜水泵连接的固定结构。
DE29814113U1公开了一种带有泵组件的永磁耦合泵，所述泵组件包括一个转子，该转子设置在容器罩里面并与驱动单元的驱动器连接，所述驱动器围绕容器罩延伸并通过电机的转动而被驱动。这种已知的永磁耦合泵设有一鼠笼，鼠笼一端和泵组件连接，另一端与电机相连。驱动器和电机通过驱动部件传动连接，这种驱动部件的材料是一种热的不良导体。驱动部件可以是联轴器的形式，或者是插入到驱动器和电机之间的驱动轴中的联轴节。联轴节具体可以是牙嵌离合器，弹性联轴节或者永磁联轴节的形式。
本发明的目的是提供一种尤其适用于泵的电机，其具有静态密闭式密封的内部冷却系统。
通过一种尤其适用于泵的电机能达到上述目的。该电机包括转子和定子，所述转子设有驱动轴，所述定子由被外壳体容纳的定子壳体封装，其中定子壳体和外壳体形成封闭的中间腔，中间腔静态地密封且充有冷却流体，冷却流体靠冷却剂叶轮的驱动而流动，其中冷却剂叶轮通过永磁联轴节与驱动轴耦合在一起。
本发明的电机具有的有益效果是，电机不直接与输送介质如污水或其他受污染的流体接触，所以没有电机冷却系统堵塞的危险。更进一步不可忽视的优点是，动密封得以避免，所以可靠地消除了相应的泄漏影响。通过本发明的电机，永磁联轴节不用来作为电机驱动轴与泵叶轮之间的联结，而是用来耦合电机驱动轴和密封式电机冷却系统的冷却剂叶轮。
本发明的冷却系统不仅可以应用在泵尤其是污水泵上，而且可以应用在任何带有密闭式密封冷却系统的电机上。任何其他先前已知的机械元件如皮带轮、三角皮带轮、齿条皮带轮等类似元件都可以安装在电机的驱动轴上，而不一定是泵叶轮。
以下将结合附图对本发明泵、尤其是污泥污水泵的驱动电机的实施例作进一步详述，其特点和优点将变得更加明显。
图1：电机驱动轴和驱动电机的静态密闭式密封冷却系统之间带有永磁联轴节的泵的第一个实施例的纵剖面图，其中，永磁联轴节是同步耦合的形式，包括第一和第二永磁体装置；
图2：图1中电机上部的放大图，对同步耦合形式的永磁联轴节进行进一步显示；
图3：与图1相似，泵尤其是污水泵电机的第二个实施例的纵剖面图，其带有另一种结构的同步耦合永磁联轴节；
图4：与图2相似，图3中电机上部的放大图，对同步耦合形式的永磁联轴节进行进一步显示；
图5：与图1、图3相似，泵尤其是污水泵电机的第三个实施例的纵剖面图，也带有永磁联轴节，但永磁联轴节安装在电机转子和泵叶轮之间的驱动轴上；
图6：图5的下部放大图，对同步耦合进行了进一步显示；
图7：与图1、图3、图5相似，冷却剂叶轮和电机驱动轴之间带有永磁联轴节的泵的第四个实施例的纵剖面图，其中永磁联轴节是以磁滞耦合的形式；
图8：与图2、图4、图6相似，图7的下部放大图，对磁滞耦合进一步显示；
图9：与图1、图3、图5、图7相似，带有永磁联轴节的泵的第五个实施例的纵剖面图，其中永磁联轴节是涡流耦合的形式；和
图10：图9的上部放大图，其对电机驱动轴和密封式电机冷却系统的冷却剂叶轮之间的涡流耦合进行进一步显示。
图1所示的是泵10的纵剖面，泵10尤其是一种污水泵。泵10包括带有定子14和转子16的电机12，定子14的定子绕组的绕线端表示为标记18。转子16相对静止地与驱动轴20相连，驱动轴20包括前端部22和后端部24，它们朝相分离的方向伸出转子16外。
电机12的定子14由定子壳体26封装，定子壳体26包括一个杯形的主壳体部分28和一个前壳体部分30，两部分密封地连接在一起。
电机12的驱动轴20由其后端部24动态支撑在轴承元件32上，轴承元件32位于定子壳体26的主壳体部分28上。驱动轴20还由其前端部22动态支撑在轴承元件34上，轴承元件34位于定子壳体26的前壳体部分30上。
定子壳体26由外壳体36容纳，外壳体36与定子壳体26相互隔开，由此在定子壳体26和外壳体36之间形成中间腔38，可以通过充液开口40向中间腔38充入冷却流体42。向中间腔38充入冷却流体42完成后，充液开口40由塞子元件44密封地关闭。由此，形成电机12的密封式冷却系统46。为了提供一个最优的电机12的冷却效果，借助于冷却剂叶轮48，使得密封式冷却系统46的中间腔38中的冷却流体42在电机运转过程中流动，也就是说，在转子16旋转过程中流动。
冷却剂叶轮48安装在轴50上一起转动，其通过永磁联轴节52与电机12的驱动轴20耦合在一起，即转动连接在一起。
更清楚地如图2所示，永磁联轴节52是以同步耦合的形式，包括第一永磁体装置54和第二永磁体装置56，两者之间由空隙58隔开，空隙58中设有隔离件60，其由非磁性材料组成。永磁体装置54和56具有平面盘形的结构，两者轴向隔开以形成空隙58。隔离件60是以板元件62的形式，其密封地固定在定子壳体26的主壳体部分28的环套64上。为达到此目的，板元件62形式的隔离件60密封地夹在定子壳体26的主壳体部分28上的环套64和盖元件66之间且使二者密封。驱动冷却剂叶轮的轴50安装在盖元件66和板元件62或隔离件60之间。
以板元件62形式的隔离件60与定子壳体26的主壳体部分28上的环套64之间形成干腔部分68，干腔部分68中设有第一永磁体装置54，其安装在支撑体70上，支撑体70精确地位于驱动轴20后端部24的端部，也就是说，该支撑体70也是同心定位安装，以免产生不平衡。
如图1所示，泵叶轮72安装在驱动轴20的前端部22上。
在图1和图2所示的电机的实施例中，第一永磁体装置54和第二永磁体装置56由具有平面盘形结构的面对面旋转耦合元件构成。相比较而言，图3和图4所示的是带有永磁联轴节52的泵10，该联轴节52布置在电机12的驱动轴20和冷却剂叶轮48之间，其中，第一永磁体装置54和第二永磁体装置56是以彼此同心关系设置的同心耦合元件。
环形的第一和第二永磁体装置54和56径向固定地互相隔开，由此两者之间形成环空隙58，环空隙58中设有杯形的隔离件60。
在这种实施例中，隔离件60密封地夹在定子壳体26的主壳体部分28的环套64和盖元件66之间，以此形成干腔部分68，其中设有第一永磁体装置54。
图3和图4中相同的元件可参考图1和图2，这样，就不需要对与图3和图4中有关的这些特征再重复描述一遍。
图5和图6所示的是泵电机的一个实施例，其中，带有冷却剂叶轮48的永磁联轴节52没有像图1、图2与图3、图4中的实施例一样设在电机12的驱动轴20的后端部24上，而是设置在驱动轴20的前端部22上。在这种实施例中，永磁联轴节52是以同步耦合53的形式，包括第一永磁体装置54和第二永磁体装置56，两者之间由环空隙相互隔开，环空隙中设有隔离件60。第一永磁体装置54安装在驱动轴20的前端部22，第二永磁体装置56固定地和冷却剂叶轮48结合在一起。隔离件60是一种圆筒套管74的形式，为形成干腔部分68，其安装在定子壳体26的前壳体部分30上。
为了进一步提高中间腔38中密封着的冷却流体42的冷却效果，泵10的壳体部分76设有冷却翼片78，其在中间腔38内突出，中间腔38封闭且充有冷却流体42。冷却翼片78增加了表面积，因此可使冷却流体42的冷却效果优化。
图5和图6中相同的元件可参考图1至图4，这样，就不需要对与图5和图6中有关的这些特征再重复描述一遍。
图7和图8所示的是泵电机的一个实施例，其与图1、图2中的泵10的实施例不同点在于，在泵10的电机12的驱动轴20和冷却剂叶轮48之间的永磁体联轴节52不是同步耦合形式，而是磁滞耦合80的形式，其包括磁滞表面元件82和永磁体装置84，两者以空隙58隔开，空隙58中设有非磁性材料构成的隔离件60。永磁体装置84固定地和冷却剂叶轮48结合在一起。磁滞表面元件82由具有较高的剩磁和较低的矫顽磁场强度的磁性材料构成，以致反方向磁化能够抵抗较低的阻抗。同步耦合不存在任何的滑移，而磁滞耦合具有一定的滑移，所以存在耦合传动机构引起的能量损耗。
除了永磁体联轴节52，图1、图2与图7、图8所示的泵10基本上相似的配置，因此不需要对图7和图8所有的特征再详细描述一遍。
图9、图10所示的是与图1、图2和图7、图8中泵10类似的泵电机的一个实施例，其中，图9、图10中的泵10的永磁体联轴节52，既不是同步耦合(见图1、图2)，也不是磁滞耦合(见图7、图8)，而是一种涡流耦合86的形式，包括涡流表面元件88和永磁体装置90。永磁体装置90与冷却剂叶轮48连接在一起。涡流表面元件88安装在电机12的驱动轴20上，其包括表面元件92和表面元件94，表面元件92由一种电导体材料如铜或其他类似材料构成，而表面元件94由软磁性材料构成，两者固定结合在一起，例如铆接。另外，图9、图10所示的泵与图1、图2和图7、图8中所示的泵10有相似的配置，因此参考图9、图10，不需要对所有的特征再详细描述一遍。
图1至图10相同的元件都分别用相同的标记表示。另外，图1、3、5、7和9中也表示了一个泵壳体73。
很明显，本发明不限定在图中所示的电机配置的范围内，该电机设有密闭式密封冷却系统，冷却系统的冷却剂叶轮48通过永磁联轴节52与电机12的驱动轴20耦合在一起。

Claims (23)

1.一种尤其适用于泵的电机，包括转子(16)和定子(14)，所述转子设有驱动轴(20)，所述定子由被外壳体(36)容纳的定子壳体(26)封装，其中定子壳体(26)和外壳体(36)形成封闭的中间腔(38)，中间腔(38)静态地密封且充有冷却流体(42)，冷却流体靠冷却剂叶轮(48)的驱动而流动，其中冷却剂叶轮(48)通过永磁联轴节(52)与驱动轴(20)耦合在一起。
2.如权利要求1所述的电机，其特征在于，永磁联轴节(52)是同步耦合(53)的形式，包括第一永磁体装置(54)和第二永磁体装置(56)，两者之间由空隙(58)隔开，空隙(58)中设有非磁性材料构成的隔离件(60)，其中，第一永磁体装置(54)与驱动轴(20)连接，第二永磁体装置(56)与冷却叶轮(48)结合在一起。
3.如权利要求2所述的电机，其特征在于，第一永磁体装置(54)设在定子壳体(26)内的干腔部分(68)中，干腔部分(68)由隔离件(60)密闭地密封，并与充有冷却流体(42)的中间腔(38)隔离。
4.如权利要求2或3所述的电机，其特征在于，第一和第二永磁体装置(54)和(56)具有平面盘形的结构，是轴向相互隔开的面旋转耦合元件，设在第一和第二永磁体装置(54)和(56)之间轴向扁平空隙(58)内的隔离件(60)是板元件(62)的形式，板元件(62)密封地固定在定子壳体(26)上。
5.如权利要求2或3所述的电机，其特征在于，第一和第二永磁体装置(54)和(56)具有环形结构，彼此同心设置，是中心耦合元件的形式。
6.如权利要求5所述的电机，其特征在于，第一和第二永磁体装置(54)和(56)之间的径向环形空隙(58)中设置的隔离件(60)是杯形，该隔离件密封地固定在定子壳体(26)上。
7.如权利要求2或3所述的电机，其特征在于，第一和第二永磁体装置(54)和(56)之间的径向环形空隙(58)中设置的隔离件(60)是圆筒套管(74)，该套管密封地固定在定子壳体(26)上。
8.如权利要求5所述的电机，其特征在于，第一和第二永磁体装置(54)和(56)之间的径向环形空隙(58)中设置的隔离件(60)是圆筒套管(74)，该套管密封地固定在定子壳体(26)上。
9.如权利要求1所述的电机，其特征在于，永磁联轴节(52)是磁滞耦合(80)形式，包括永磁体装置(84)和磁滞表面元件(82)，磁滞表面元件(82)由具有较高的剩磁和较低的矫顽磁场强度的磁性材料构成，永磁体装置(84)和磁滞表面元件(82)两部分之间由空隙(58)相互隔开，空隙(58)中设有非磁性材料构成的隔离件(60)，其中，磁滞表面元件(82)与驱动轴(20)连接或与冷却叶轮(48)结合在一起，永磁体装置(84)与冷却叶轮(48)结合在一起或与驱动轴(20)连接。
10.如权利要求9所述的电机，其特征在于，磁滞表面元件(82)设在定子壳体(26)内的干腔部分(68)中，干腔部分(68)由隔离件(60)密闭式密封，并与充有冷却流体(42)的中间腔(38)隔离。
11.如权利要求9或10所述的电机，其特征在于，磁滞表面元件(82)和永磁体装置(84)具有平面盘形的结构，是轴向相互隔开的面旋转耦合元件，设在磁滞表面元件(82)和永磁体装置(84)之间轴向扁平空隙(58)内的隔离件(60)是板元件的形式，该板元件密封地固定在定子壳体(26)上。
12.如权利要求9或10所述的电机，其特征在于，磁滞表面元件(82)和永磁体装置(84)具有环形结构，是彼此同心设置的中心耦合元件。
13.如权利要求12所述的电机，其特征在于，磁滞表面元件(82)和永磁体装置(84)之间的径向环形空隙(58)中设置的隔离件(60)是杯形，其密封地固定在定子壳体(26)上。
14.如权利要求12所述的电机，其特征在于，磁滞表面元件(82)和永磁体装置(84)之间的径向环空隙(58)中设置的隔离件(60)是圆筒套管(74)，其密封地固定在定子壳体(26)上。
15.如权利要求1所述的电机，其特征在于，永磁联轴节(52)是涡流耦合(86)的形式，包括永磁体装置(90)和涡流表面元件(88)，涡流表面元件(88)包括面向永磁体装置(90)且由电导体材料构成的表面元件(92)和设置在后端且背向永磁体装置(90)由软磁性材料构成的表面元件(94)，两元件固定连接在一起，其中，永磁体装置(90)和涡流表面元件(88)之间由空隙(58)相互隔开，空隙(58)内设有非磁性材料构成的隔离件(60)。
16.如权利要求15所述的电机，其特征在于，涡流表面元件(88)设在定子壳体(26)内的干腔部分(68)中，干腔部分(68)由隔离件(60)密封，与充有冷却流体(42)的中间腔(38)隔离。
17.如权利要求15或16所述的电机，其特征在于，涡流表面元件(88)和永磁体装置(90)具有平面盘形的结构，是轴向相互隔开的面旋转耦合元件；设在涡流表面元件(88)和永磁体装置(90)之间轴向扁平空隙(58)内的隔离件(60)是板元件的形式，该板元件密封地固定在定子壳体(26)上。
18.如权利要求15或16所述的电机，其特征在于，涡流表面元件(88)和永磁体装置(90)具有环形结构并同心设置，是中心耦合件。
19.如权利要求18所述的电机，其特征在于，涡流表面元件(88)和永磁体装置(90)之间的径向环空隙(58)中设置的隔离件(60)是杯形，其密封地固定在定子壳体(26)上。
20.如权利要求18所述的电机，其特征在于，涡流表面元件(88)和永磁体装置(90)之间的径向环空隙(58)中设置的隔离件(60)是圆筒套管(74)，其密封地固定在定子壳体(26)上。
21.如权利要求1所述的电机，其特征在于，定子壳体(26)和/或外壳体(36)形成有冷却翼片(78)，该冷却翼片在充有冷却流体(42)的密封式中间腔(38)中突出。
22.如权利要求1所述的电机，其特征在于，带有冷却剂叶轮(48)的永磁联轴节(52)安装在转子(16)和泵叶轮(72)之间的驱动轴(20)上。
23.如权利要求1所述的电机，其特征在于，带有冷却剂叶轮(48)的永磁联轴节(52)安装在驱动轴(20)的部分(24)，远离泵叶轮(72)。
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