CN100543294C - 一种单腔永磁转子泵循环预热器及其装配方法 - Google Patents

Abstract

一种单腔永磁转子泵循环预热器及其装配方法，属机动车发动机电预热器领域，可用于各型发动机的预热。发明的目的是使装置简单、易制，可靠性、安全性提高，体积减小，特别是进口和出口间的距离减小。其特征是，其腔主体和转子腔壳均采用塑料注射成型方法制造，并制成一体或连接成一体，出口、前盖口、下部的电热管口和单独的定子槽均制在腔主体上，永磁转子、前轴承和叶轮可从前盖口装入转子腔或加热腔，电热管螺旋形部分可从电热管口装入加热腔，定子灌封在定子槽中，感温器件安装在电热管固定盘外侧面上，电热管固定盘及定子槽的下方是接线盒。装配时先安装电热管组件。

Description

一种单腔永磁转子泵循环预热器及其装配方法

技术领域

本发明是关于一种单腔永磁转子泵循环预热器及其装配方法，属机动车发动机电预热器领域，也可以应用于其它发动机及其它机器设备的预热、加热、控温，及电暖气、热水器等领域。

背景技术

在低温环境下，机动车发动机会因燃料凝结、机油黏稠等原因而发生启动困难。解决此问题最理想的办法是提前加热发动机，此过程一般称预热。通过预热，冷启动变为热启动，不仅启动顺利，而且可极大减轻发动机磨损，也可极大减少发动机尾气中污染气体的排放量，并减少燃料消耗。

为实现预热，通常是在发动机上安装预热器。与其它预热方式相比，电预热器可靠性高、安全性好、使用简便、价格较低，所以使用较普遍。

电预热器在欧洲和美国已有几十年的生产历史，有多家公司参与研制和生产，有多种加热方式，其中有一种是以加热发动机不冻液的方式来间接加热发动机的，而这种加热方式的预热器按安装方式和循环方式又可大致分为两大类四种方案。

一大类是所谓直热式的(Direct Coolant Immersion Heater)，也称塞子式的(Block Heater)，它结构简单、价格低廉，实际就是外侧带有连接螺纹的电热器件，可以象螺栓一样安装在发动机水套上的工艺孔或放水孔上，但各种发动机的工艺孔或放水孔是不同的，所以供每种发动机使用的预热器也是不同的，使通用性变差，而且其靠热传导和热对流传热，传热速度慢，功率不能做大(一般200-300W)，预热也因此很慢。

另一大类是所谓腔式的(Tank Style Coolant Heater)，它本身有加热腔，电热元件安装在加热腔内，再通过加热腔上的进口和出口与发动机水套相联接，通用性好。腔式预热器又有两种方案，一种没有循环泵的，完全靠热对流循环加热，功率仍不能做大，预热仍很慢；另一种是泵循环(PumpCirculation)的，循环速度很快，功率因此可以做得很大(可达1500W以上)、预热快速均匀，而且便于温度控制、改善安全性能，但这种泵循环预热器一般采用所谓双腔(Two-tank)方案，即泵和加热腔实际是分开的，泵串联在加热腔前面或后面，所以体积很大，安装使用很不方便。这两种腔式预热器国内也有生产，结构同国外产品大同小异。

除了双腔方案以外，在泵循环预热器中还有一类很重要的所谓单腔(One-tank)方案。对于这种方案，我国有较深入的研究，有许多新方案提出，并申报了中国专利，如ZL97230979.9、ZL01222684.X、ZL01269622.6ZL02246938.9等。单腔方案最显著的进步就是单腔，即把泵的腔和加热腔设计成同一个腔，既可以说把离心泵(的叶轮)设计在加热腔内，也可以说把加热器件设计在泵的腔内，泵的壳就是加热腔的壳或预热器的壳；另一显著的进步是采用单相交流永磁转子电机并配合采用铁氧体材料的径向两极永磁转子，不仅电机结构极其简单(主要是因为离心泵叶轮的旋转方向可以是任意的，电机因此就不需控制旋转方向)，而且转子也在属于加热腔一部分的转子腔内(的机动车发动机冷却液中)工作，省去了轴的动密封，提高了密封的可靠性。可以把这类单腔泵循环预热器归结命名为单腔永磁转子泵循环预热器(One-tank Pump Circulation Heater of Permanent MagnetRotator)。

由上述中国专利、特别是其中的ZL01269622.6，可知现有单腔永磁转子泵循环预热器的公知结构是这样的，它主要由转子腔、加热腔、进口、出口、前轴承、后轴承、永磁转子、叶轮、电热管、定子、接线盒、温度控制电路、电源线或电源插座组成，其主要结构是一个腔，除进口和出口与外部相通外腔是密闭的，腔又分为较小的转子腔和较大的加热腔两部分，转子腔口在加热腔的侧壁上从而使两部分腔通过转子腔口相通，而转子腔及转子腔壳由转子腔口向外侧凸出于加热腔外，进口在与转子腔口相对的加热腔的另一个侧壁上，出口在加热腔的上部，前轴承安装在转子腔口处，后轴承在转子腔的底部，永磁转子装在转子腔内并且转子轴支承在前轴承和后轴承上，前轴承侧的转子轴穿过前轴承伸到加热腔内，叶轮连接到加热腔内的转子轴上并与进口相对，叶轮、进口、出口和加热腔具有单吸离心泵的典型结构并具有离心泵的功能，电热管在加热腔???内并围绕在叶轮周围。为实现上述结构和功能，现有技术又具有如下公知结构，腔由转子腔壳、腔主体、前盖和电热管固定盘四部分外壳连接围成，其中转子腔壳围成转子腔，腔主体、前盖和电热管固定盘围成加热腔，前盖较大并构成了加热腔的绝大部分壳，转子腔壳采用塑料注射成型方法制造，腔主体和前盖一般采用铝合金压铸成型方法制造，进口和出口均制在前盖上，腔主体较小，实际只构成加热腔的一个侧壁，转子腔口在此侧壁上，转子腔壳在转子腔口处同腔主体相连接，电热管也通过其固定盘固定在此侧壁上，其端部穿过此侧壁伸到位于此侧壁外侧也就是加热腔外侧的接线盒内，向外侧凸出的转子腔及转子腔壳实际就凸出在接线盒内并位于其下部，定子安装在接线盒内，定子铁芯是U型横置的，定子极靴套在转子腔壳的外侧并把永磁转子夹在定子极靴中间，其它如温度控制器件及电路、电源线等也都安装在接线盒内，感温器件分别安装在电热管固定盘的外侧面上或加热腔外侧面上。

同双腔泵循环预热器相比，单腔永磁转子泵循环预热器的优点是显著的，如结构简单、体积较小、电热管处在泵的高速涡流中散热好、阻力小等。但现有技术还不完善，主要是结构不合理——为便于连线等原因，不仅定子、温度控制器件及电路、电源线等安装在接线盒内，而且电热管端头也要伸到接线盒内，并且都处在加热腔的同一外侧面上。受此影响，现有技术存在以下缺陷：

1、电热管既要围绕在叶轮周围，其端部又穿过加热腔侧壁伸到接线盒内，所以螺旋型电热管端部要有额外的90°转弯，使得电热管占用空间较大，也使得加热腔各方向的尺寸均较大；

2、由于加热腔各方向的尺寸均较大，同时由于认识上的偏见，又有意将进口布置在加热腔的下部，以为这样才有利于电热管散热，错误地使进口和出口间的距离进一步加大，而实践证明，进口和出口间距离的加大将使预热器占用较大的安装空间，非常不利于在机动车及发动机上安装使用；

3、加热腔各方向的尺寸较大，结构强度及承压能力因此降低，而且为装入电热管，腔主体和前盖要从加热腔横截面最大处分开，因此形成的前盖口很大，使结构强度及承压能力进一步降低，造成腔主体等零件不太适合采用塑料制造；

4、受空间限制，电热管固定盘的面积必须很小，使得在其上安装布置感温器件变得很困难，甚至已无法将全部感温器件布置其上，非常不利于准确感温、测温，因此控温不准、过热保护失效、安全性变差。

5、由于定子和加热腔壁之间存在空气热阻，使定子、特别是定子绕组冷却不好易发热，限制定子进一步小型化。

6、腔需要密封的口较多，特别是前盖口过大，密封的可靠性降低。

发明内容

本发明的目的是提出一种单腔永磁转子泵循环预热器及其装配方法，可以较全面地解决现有技术由于结构不合理所产生的上述缺陷，使装置进一步小型化，进口和出口间距离显著减小，便于安装使用，同时使结构简单、易于制造和装配，控温准确、过热保护可靠，定子冷却好、密封可靠性提高。

本发明装置是通过这样的技术方案实现的：转子腔壳和腔主体均采用塑料注射成型方法制造，并且两者在注射成型时就制成一体，即在注射成型时转子腔壳就直接制在腔主体上，这样腔仅由腔主体、前盖和电热管固定盘三部分壳连接围成，腔主体较大并构成了加热腔的大部分壳，出口制在腔主体上，前盖较小，仅进口制在前盖上，腔主体上还制有前盖口和电热管口，前盖口位于与转子腔口所在侧壁相对的加热腔的另一侧上，是腔主体与前盖的连接口，永磁转子能从前盖口和转子腔口装入转子腔，前轴承和叶轮能从前盖口装入加热腔，电热管口位于加热腔下部并向下开口，是腔主体与电热管固定盘的连接口，电热管螺旋形部分能从电热管口装入加热腔并螺旋形围绕在叶轮周围，在腔主体上还直接制有单独的定子槽，定子槽与转子腔在加热腔的同一侧壁上，是由加热腔侧壁向外侧开口的槽，定子槽的底就是加热腔的侧壁，定子槽的侧壁包围或半包围转子腔及转子腔壳，转子腔及转子腔壳凸出到定子槽内并位于其上部，定子安装、灌封在定子槽内，电热管固定盘及定子槽的下方是接线盒，温度控制电路在接线盒内，电源通过电源线或电源插座接入接线盒内，感温器件安装在电热管固定盘的外侧面上。

在上述总的技术方案下，本发明装置还采用下述技术措施或具有下述技术特征。

永磁转子是径向两极的，其上的永磁体用铁氧体永磁材料制造并且与转子轴制成一体或连接、装配成一体。

电热管组件的形状和结构为，电热管螺旋形环绕近两周或近三周，其端部沿切向展开并穿过电热管固定盘上的孔后再焊接在电热管固定盘上，电热管螺旋形的中部靠近电热管固定盘的部分也焊接在电热管固定盘上，电热管螺旋形部分所围的空间的大小要保证不影响永磁转子、前轴承和叶轮的安装及叶轮的旋转工作，电热管固定盘以能与电热管实现焊接的金属材料制造。

电热管口的作用是能从电热管口把电热管螺旋形部分装入加热腔，及实现同电热管固定盘的连接，所以，电热管口要比电热管螺旋形部分大，比电热管固定盘小。

定子铁芯是U型的，定子绕组绕在或套在定子铁芯上，长出定子绕组的U型铁芯的两个端部内侧相对的两个面构成定子极靴，定子是横置的。

定子装入定子槽后，位于上方的定子极靴套在转子腔壳的外侧并把转子腔及转子腔中的永磁转子夹在其中央，而定子绕组位于下方。

为保证装入后定子能全部没入并灌封在定子槽中，定子槽的深度要大于此深度方向上定子绕组的宽度。装入后，以灌封材料灌封，灌封材料是环氧树脂或其它树脂、塑料、密封胶，灌封材料中还加入其它改善其性能的材料。

本发明的装配方法是通过这样的技术方案实现的：本发明装置的装配方法是，先从电热管口安装电热管组合件，然后从前盖口依次安装永磁转子、前轴承及其附加零件、叶轮，最后安装前盖及其附加零件。

本发明装置的工作原理是，将本发明装置串联到发动机小循环管或暖风管上后，本发明装置所构成的泵会驱动不冻液在预热器和发动机之间的循环流动，从而连续不断地将电热管产生的热量带给发动机，实现对发动机的加热。虽然将电热管改为从加热腔下部装入后加热腔的高度增大，并且进口和出口均靠近加热腔上部，但同样由于泵或者说组成泵的叶轮会驱动整个加热腔内的不冻液高速旋转流动，当然也会高速冲刷电热管，从而将电热管产生的热量，包括靠近加热腔下部电热管产生的热量，高效地带走，根本不会发生电热管散热不良的问题；定子实现灌封后消除了空气热阻，定子产生的热量可以通过灌封材料传到加热腔侧壁，而后也被高速旋转流动的不冻液带走；电热管固定盘面积较大，所有感温器件都可以方便地安装在电热管固定盘上，电热管的两个端部同电热管固定盘焊接所以可把电热管产生的热量可靠地传给电热管固定盘，同时电热管固定盘只有边缘处与腔主体接触所以散热较小，电热管固定盘的温度更接近电热管的温度，无论加热腔内有无不冻液，电热管的热量都能可靠地传给感温器件。由于电热管的中部也焊接在固定盘上，显然传热效果更好。

本发明的装配方法的原理是，虽然为使本发明装置更紧凑，电热管同永磁转子、前轴承和叶轮在加热腔内是交叉布置的，但电热管螺旋形部分所围的空间的大小及局部形状并不影响永磁转子、前轴承和叶轮的安装及叶轮的旋转工作，所以先安装电热管组件后，从前盖口仍可依次装入转子、前轴承和叶轮等。

本发明可产生的有益效果是：

1、由于电热管占用空间减小，加热腔尺寸也随之减小，也由于腔主体等零件制造材料和方法的改进，定子的进一步小型化，使本发明装置的体积和重量均明显减小，在保持性能不变的条件下，只有现有单腔永磁转子泵预热器的约1/2，或现有双腔泵预热器的约1/5；

2、加热腔形状改进，尺寸的减小，及克服了认识上的偏见，将进口也设置在尽量靠近加热腔上部的位置，使进口和出口间的距离明显减小，只有现有技术的约1/4，使预热器实际占用的空间很小，也就使预热器在机动车及发动机上安装使用变得非常简单、方便；

3、由于加热腔结构、形状改进、尺寸的减小，也由于腔主体加大并构成加热腔的绝大部分，其上只有较小的电热管口和很小的前盖口，从电热管口看加热腔是狭长的腔，其结构强度及承压能力明显提高，不仅使腔主体等零件适合采用塑料注射成型方法制造，而且可以采用较薄的侧壁；

4、由于电热管的热量能可靠地传给感温器件，使感温、控温更准确、过热保护更可靠，实现可靠的安全保护。

5、定子实现灌封后消除了空气热阻，其产生的热量能传到加热腔并被冷却液带走，定子不再发热，定子绕组可减小，定子铁芯也可变短，定子进一步小型化，或者在相同的体积下增大其额定电流，改善电机性能，如提高功率、改善起动性能等；

6、灌封后，灌封材料将转子腔壳包围，对转子腔壳起加强作用，提高其承压能力，所以转子腔壳可以减薄，进而减小定子极靴与永磁转子之间的间隙，因此可显著改善电机性能；

7、较小的电热管口和很小的前盖口使总的密封周长显著减小，密封更可靠。另外电热管固定盘较大并且密封在其边缘处，密封材料不易过热失效，也使密封更可靠；

8、电热管呈简单的螺旋形，端部无弯曲，结构简单、易于制造。

9、定子实现灌封后，定子绕组防水、防潮性能显著提高。

10、本发明所提出的装配方法完全可以实现本发明装置的装配，且流程清楚合理、各零件装配均可一次完成，工序上没有互相交叉影响。

11、上述的主要改进及其有益效果，均使本发明装置的制造成本降低。

附图说明

图1是本发明装置沿图2所示剖面的剖视图。

图2是图1的左视图和A-A剖视图。

图3是图1的B-B剖视图。

图中各标号名称为：1、腔主体，2、出口，3、加热腔，4、转子腔壳，5、前轴承，6、转子腔，7、后轴承，8、永磁转子，9、转子轴，10、定子槽，11、定子铁芯，12、定子绕组，13、定子极靴，14、灌封材料，15、加热腔上壁，16、叶轮，17、前盖，18、进口，19、电热管螺旋形部分，20、电热管固定盘，21、电热管端部，22、接线盒，23、接线盒盖，24、温控开关，25、温度保险，26、电源插座。

具体实施方式

下面结合附图来说明本发明的具体实施方式和实施例。

由图1、图2、图3可见，本发明装置的主要结构是一个密闭的腔，仅通过其上的进口(18)和出口(2)与外部相通，腔又分为较小的转子腔(6)和较大的加热腔(3)两部分，两部分通过转子腔口相通，之间的位置关系是，转子腔口在加热腔(3)的一个侧壁上，而转子腔(6)及转子腔壳(4)由转子腔口向外侧凸出于加热腔(3)外。这样的位置关系表明转子腔口是转子腔(6)与加热腔(3)的分界面，当把前轴承(5)安装到转子腔口后，前轴承(5)把转子腔(6)和加热腔(3)分隔开，但两部分不是密闭的，加热腔(3)内的不冻液仍能进入转子腔(6)内，既可以冷却永磁转子(8)，又可以润滑前轴承(5)和后轴承(7)。这样的位置关系还表明，当永磁转子(8)、转子腔壳(4)和定子极靴(13)具有一致的截面形状时，套在转子腔壳(4)外侧面的定子极靴(13)才能把转子腔(6)内的永磁转子(8)夹在中中央并间隙较小，所构成的电机性能才较好。这种电机使用单相交流电源，所以连同本发明装置均使用交流电。

由图1、图2、图3可见，进口(18)和出口(2)都在加热腔(3)上，进口(18)在与转子腔口相对的加热腔(3)的另一侧面上，出口(2)在加热腔(3)的上部，前轴承(5)安装在转子腔口，后轴承(7)在转子腔(6)的底部，永磁转子(8)装在转子腔(6)内并且转子轴(9)支承在前轴承(5)和后轴承(7)上，前轴承(5)侧的转子轴(9)穿过前轴承(5)伸到加热腔(3)内，叶轮(16)连接到加热腔(3)内的转子轴(9)上并与进口(18)相对。永磁转子(8)是径向两极的，其上的永磁体用铁氧体永磁材料制造并且与转子轴(9)制成一体或连接、装配成一体，一般是注塑成一体，以保证永磁转子(8)驱动转子轴(9)同速旋转，而转子轴(9)再驱动叶轮(16)旋转。在此处也可以采用的简单设计来改善电机及泵的起动性能，即永磁转子(8)和转子轴(9)之间或转子轴(9)与叶轮(16)之间的结构或机构在起动时可让永磁转子(8)和转子轴(9)先空转一定角度再驱动叶轮(16)同速旋转。叶轮(16)、进口(18)、出口(2)和加热腔(3)及下述的可能的附属零件具有单吸离心泵的典型结构并具有离心泵的功能。

由图1、图2、图3可见，本发明提出的新结构是这样的，转子腔壳(4)和腔主体(1)均采用塑料注射成型方法制造，在注射成型时就直接把转子腔壳(4)同加热腔制成一体，从而构成一体的腔主体(1)，腔仅由腔主体(1)、前盖(17)和电热管固定盘(20)三部分外壳连接围成，腔主体(1)较大并构成了加热腔(3)的大部分壳，出口(2)制在腔主体(1)上，前盖(17)较小，仅进口(18)制在的前盖(17)上，腔主体(1)上还制有前盖口和电热管口，前盖口位于与转子腔口所在侧壁相对的加热腔(3)的另一侧壁上，是与前盖(17)的连接口，设置前盖口的目的是，永磁转子(8)能从前盖口和转子腔口装入转子腔(6)，前轴承(5)能从前盖口装到转子腔口处，叶轮(16)能从前盖口装入加热腔(3)。由于电热管不再从前盖口装入，所以前盖口可以很小。电热管口位于加热腔(3)下部并向下开口，是与电热管固定盘(20)的连接口，电热管口的作用是可从电热管口把电热管螺旋形部分(19)装入加热腔(3)，及实现同电热管固定盘(20)的连接，所以，电热管口要比电热管螺旋形部分(19)大，比电热管固定盘(20)小。

当腔主体(1)和转子腔壳(4)分别制造再连接成一体时，腔显然就由四部分壳连接围成。这样做的优点是加工腔主体(1)的注射模具相对较简单，缺点是增加了装配工作量并可能因此产生质量缺陷。通常腔主体(1)和转子腔壳(4)在转子腔口相连接，通常的装配方法是，由加热腔(3)向定子槽(10)方向将转子腔壳(4)装配到腔主体(1)上，当然也可以采用相反的方向。腔主体(1)和转子腔壳(4)之间可以用螺纹连接固定，也可以用螺栓螺母、螺钉、自攻螺钉等紧固件连接固定，也可以用其它通常的方法连接固定，连接面以橡胶密封件或密封胶实现密封。由于这样增加了装配工作量并可能因此产生质量缺陷，所以本申请不采用这样的方案。

由图1、图3可见，由于电热管螺旋形部分(19)能从电热管口装入加热腔(3)，并螺旋型围绕在叶轮(16)周围。其形状因此变得简单。电热管螺旋形环绕近两周，其端部沿切向展开并穿过电热管固定盘(20)上的孔后，再焊接在电热管固定盘(20)上，所以电热管同电热管固定盘(20)是组合件。焊缝显然应是水密的。电热管螺旋形部分(19)的中部靠近电热管固定盘(20)的部分也焊接在电热管固定盘(20)上以进一步增加传热量，使控温更准确，安全性更高。电热管螺旋形部分(19)显然不必是严格的螺旋形，其局部形状也可改变，以保证电热管螺旋形部分(19)所围空间的大小不影响永磁转子(8)、前轴承(5)和叶轮(16)的安装及叶轮(16)的旋转工作，电热管螺旋形部分(19)围绕在叶轮(16)周围也具有与此相同的含义。电热管固定盘(20)以钢或铜这样能与电热管实现焊接的金属材料制造，一般为平板型，为提高强度其上可以制有翻边或加强筋等；另外其外侧面上也可以制有槽以便安装感温器件，槽采用铜等传热性好的材料制造并可凸出到加热腔(3)中。电热管环绕近两周，其展开长度可达300mm，如采用直径8mm的电热管其功率可达1500W；如环绕近三周，则其功率可达2200W。

由图1、图2可见，本发明装置设有单独的定子槽(10)用于安装定子，定子槽(10)也制在腔主体(1)上，定子槽(10)与转子腔(6)在加热腔(3)的同一侧壁上，是一向外侧开口的槽，其底就是加热腔(3)的侧壁，其侧壁包围或半包围转子腔(6)及转子腔壳(4)。由于进口(18)和转子腔(6)是相对的，为使进口(18)靠近加热腔(3)上部，凸出到定子槽(10)内转子腔(6)及转子腔壳(4)也要位于定子槽(10)上部。所谓半包围是指定子槽(10)上部侧壁与转子腔壳(4)的上部是相连的，这样部分转子腔壳(4)也是定子槽(10)的侧壁，图中所画是半包围的设计。当转子腔壳(4)直接制在腔主体上(1)时，更适合采用半包围的设计；当两者分别制造再连接成一体时，这时显然定子槽(10)侧壁上部与转子腔壳(4)的上部是不相连的，属于全包围的设计。定子安装并灌封在定子槽(10)中，定子槽(10)侧壁的高度即定子槽(10)的深度大于此深度方向上定子绕组(12)的宽度，作用是定子能全部没入定子槽(10)中，以便灌封后能够把整个定子固定密封在定子槽(10)中。定子是从侧面开口装入定子槽(10)的，显然，由于转子腔(6)及转子腔壳(4)位于定子槽(10)上部，所以定子极靴(13)位于上方，定子绕组(12)位于下方。通过定子槽(10)与接线盒(22)之间的一个孔，可以从接线盒(22)接线到定子绕组(12)为定子提供电源。定子槽(10)一般不加盖，但也可以在完成灌封之前或之后加盖。

由图1、图2可见，定子铁芯(11)是U型的，定子绕组(12)分成两组绕制在骨架上再套在定子铁芯(11)上，也可以在加绝缘层后直接绕在定子铁芯(11)上。两组定子绕组(12)是串联的，也可以是并联的，或只采用一组或一侧绕组。长于定子绕组(12)的定子铁芯(11)的两个端部内侧相对的两个面构成定子极靴(13)，定子极靴(13)套在转子腔壳(4)的外侧并把转子腔(4)及其中的永磁转子(8)夹在中央。定子是横置的，即装配时U型的定子铁芯(11)中心与转子轴(9)垂直，此垂直可以有偏差，只要不影响定子灌封或可以改善定子灌封。一般定子极靴(13)上制有改善电机起动性能的非对称的槽。定子装入定子槽(10)后，用灌封材料(14)灌封固定。灌封材料(14)选择环氧树脂，也可以选择其它树脂或密封橡胶。定子铁芯(11)从材料上讲既可以是低碳钢的，也可以是硅钢等其它软磁材料的；从结构及制造方法上讲既可以叠片的，几件组合式的，也可以是整体的，甚至是铁粉制成的。

显然，根据上述对本发明装置总体结构的描述，与现有技术上相比，本发明装置的前盖口较小，电热管口也较小，腔主体(1)构成了腔的大部分外壳。

组装时，各部分壳之间以橡胶密封件或密封胶密封，并以螺栓螺母、螺钉、自攻螺钉等紧固件连接固定，也可以用其它通常的方法，如卡扣、压板等方法连接固定。当前盖(17)也以塑料制造时，腔主体(1)和前盖(17)之间也可以焊接，如焊接为密封的，还可以省去橡胶密封件或密封胶。

由图1、图3可见，电热管固定盘(20)及定子槽(10)的下方是整个装置的接线盒(22)，一般是在电热管固定盘(20)的下方，容积不够时才扩大到定子槽(10)的下方，接线盒(22)是由腔主体(1)、电热管固定盘(20)和接线盒盖(23)围成的，温度控制电路和电源插座(26)或电源线也均在接线盒(22)内。温度控制电路采用常闭式温控开关(24)加温度保险(25)的形式，温控开关(24)和温度保险(25)本身既是感温器件，又是控制器件；温控开关(24)和温度保险(25)安装在电热管固定盘(20)外侧面上，通过感知或测量电热管固定盘(20)的温度来测量加热腔(3)中不冻液或电热管的温度。温度控制器件和电路也可以采用其它器件或电路形式，甚至电子线路，但感温器件均安装在电热管固定盘(20)外侧面上。

由图1、图3可见，电源由三极电源插座(26)提供，一种接线方式为，电热管和定子绕组(12)并联，再与温控开关(24)和温度保险(25)串联，再分别接到三极电源插座(26)的火线和中性线上，电热管固定盘(20)则接到三极电源插座(26)的地线上。电源也可不用三极电源插座(26)而由电源线直接提供，但电源线会给安装带来不便，而且损坏后不便于更换。电源也可以有其它的连接方式。

需要说明的是，为描述和制图简便，图1、图2、图3中的各表面都画成无脱模斜度的，但根据塑料注射成型模具设计理论，有的表面，如转子腔(6)的内表面、加热腔(3)的内表面等，如有一定的脱模斜度会有利于脱模。

对单吸离心泵的结构等，还需要进一步说明。后轴承(7)既可以制在转子腔(6)底部，也可以是另外单独制造的零件再安装在转子腔(6)底部。而叶轮(16)与进口(18)相对是指叶轮(16)的旋转中心与进口(18)的中心相对，但不一定是正对，例如为使进口(18)和出口(2)间的距离进一步减小，进口(18)可以向上偏离一定距离，实验证明，只要偏离后，进口(18)的边缘不超出叶轮(16)的旋转半径，泵的性能就不会明显降低。单吸离心泵的典型结构是指已知的各种能够构成单吸离心泵的结构，这种结构的功能特征是，由进口(18)流入的不冻液(从一侧)到达叶轮(16)的中心区域，叶轮(16)旋转驱动其周围及加热腔(3)内的不冻液旋转产生离心力，离心力使不冻液流向加热腔(3)四周并由出口(2)排出，即具有离心泵的功能。具有这样功能特征的具体结构可以有许多种形式或组合，如叶轮(16)是单侧开放式的，一般是进口(18)一侧是开放的，即叶轮(16)靠近进口(18)一侧无阻挡回流的挡板，由进口(18)流入的不冻液靠前盖(17)的引导作用从开放一侧到达叶轮(16)的中心区域，而前盖(17)与叶轮(16)之间的距离较近因而具有挡板作用，可防止加热腔(3)内的不冻液回流到叶轮(16)的中心区域，当然也可以在前盖(17)附近增加一个或多个附加零件代替或改善前盖(17)所起的引导作用和挡板作用；如叶轮(16)是双侧开放式的，则前轴承(5)也要有挡板作用，前轴承(5)还具有防止颗粒性物质进入转子腔(6)卡住永磁转子(8)的作用，象前盖(17)一样，也可以在前轴承(5)附近增加一个或多个附加零件代替或改善前轴承(5)所起的作用。图1、图3所表示的是双侧开放式叶轮(16)的情况，前盖(17)和前轴承(5)均是一体的。前轴承(5)可以卡紧在转子腔口，也可以以支架等其它方法固定。显然，叶轮(16)及周围零件还可采用其它结构形式或混合形式。

由图1、图3可见，制在腔主体(1)上处于加热腔上部的出口(2)与转子腔(6)和定子槽(10)在加热腔(3)的同一侧壁上，而与进口(18)在相对的侧壁上，进口(18)也靠近加热腔(3)上部，进口(18)与出口(2)距离很小，图中所画的只有30mm，所以可直接简便地把本发明装置串联在发动机小循环管或暖风管，且占用的空间很小，非常方便安装使用。需要说明的是，上述出口(2)的位置并不是确定的或唯一的，只要其处在加热腔(3)上部即可，包括在加热腔(3)侧壁上或加热腔上壁(15)上，目的是便于排出加热腔(3)内的气体，特殊需要也包括与进口(18)在同一侧壁上。加热腔侧壁和加热腔上壁(15)一般是平面，也可以是非平面，甚至是连贯的曲面，如圆柱面。显然非平面可以减小塑料在注射成型时的变形。

由图1可见，为便于与发动机小循环管或暖风管联接，进口(18)和出口(2)上均制有一段管，此段管的形状和方向可以根据需要改变。也可以改变此段管的制造和连接方式，如单独制造后再焊接上。显然，由于同发动机之间存在其它的连接方式，如以其它方式直接连接在发动机上，所以，也可以没有此段管，或进口(18)和出口(2)其中之一没有此段管。

由图1、图3可见，本发明装置的装配方法是，先从电热管口安装电热管组合件，然后从前盖口依次安装永磁转子(8)、前轴承(5)及其附加零件、叶轮(16)，最后安装前盖(17)及其附加零件等。

图1、图2、图3也表示了一个实施例的结构，采用民用AC220V50Hz单相交流电供电；永磁转子(8)为圆柱形，直径13mm，长度18mm，定子绕组(12)是两组顺接串联的；电机功率约2W；叶轮(16)是双侧开放式的，三叶片，直径24mm，由转子轴(9)直接驱动；电热管功率1500W；控温电路采用常闭式温控开关(24)加温度保险(25)的形式，温控开关(24)断开温度60℃，温度保险(25)熔断温度100℃；在扬程为0.6m时，泵流量约为6L/min。

实验结果如下：泵工作时，测得加热腔(3)上部和下部的不冻液的温度相同，表明电热管上部和下部均散热良好；测得定子和定子槽(10)的温度仅比加热腔(3)内不冻液的温度高约20℃，表明灌封后定子冷却良好；当加热腔(3)内不冻液的温度达到55℃时，测得电热管固定盘(20)的温度约为63℃，达到温控开关(24)的断开温度，温控开关(24)断开，达到了控温的目的；当加热腔(3)内无不冻液时，测得电热管温度约为100℃时，电热管固定盘(20)的温度约为70℃，温控开关(24)断开，达到了防止干烧的目的。为模拟温控开关(24)故障，将其短路，加热腔(3)内无不冻液，测得当电热管温度约为160℃时，电热管固定盘(20)的温度约为130℃，温度保险(25)熔断，实现了可靠的安全保护。实验证明本发明装置的有益效果是明显的。

将上面的实施例安装在某1.6L排量轿车上，安装位置是接在发动机小循环管上，虽然小循环管很短，但由于实施例进口(18)和出口(2)之间的距离只有30mm，所以仍可直接串联上，安装简便。将车停在室外-25℃环境中10小时后，测得发动机温度为-25℃。接通预热装置电源，预热25分钟，测得发动机温度大于40℃，达到预热效果。发动机顺利启动，启动后运转平稳、顺畅、怠速明显降低、噪音明显降低，可间接证明发动机磨损降低、燃料消耗减小；通过对发动机尾气的测量，启动后5分钟内，主要污染物排放量降低80％以上。试验证明达到了预热的目的。

本发明装置在其它领域的联结和应用方法与上述相同。用在电暖气上，由于可与散热器分开布置，之间以较长的绝缘管路连接，所以可提高用电安全性。而且同现有电暖气相比，一个加热器可连接多个散热器，费用降低。同样，用在热水器上，也可以提高用电安全性。

Claims (9)

1、一种单腔永磁转子泵循环预热器，它主要由转子腔、加热腔、进口、出口、前轴承、后轴承、永磁转子、叶轮、电热管、定子、接线盒、温度控制电路、电源线或电源插座组成，其主要结构是一个腔，除进口和出口与外部相通外，腔是密闭的，腔又分为较小的转子腔和较大的加热腔两部分，转子腔口在加热腔的侧壁上从而使两部分腔通过转子腔口相通，而转子腔及转子腔壳由转子腔口向外侧凸出于加热腔外，进口在与转子腔口相对的加热腔的另一个侧壁上，出口在加热腔的上部，前轴承安装在转子腔口处，后轴承在转子腔的底部，永磁转子装在转子腔内并且转子轴支承在前轴承和后轴承上，前轴承侧的转子轴穿过前轴承伸到加热腔内，叶轮连接到加热腔内的转子轴上并与进口相对，叶轮、进口、出口和加热腔具有单吸离心泵的典型结构并具有离心泵的功能，电热管在加热腔内并围绕在叶轮周围，其特征是，转子腔壳和腔主体均采用塑料注射成型方法制造，并且两者在注射成型时就制成一体，即在注射成型时转子腔壳就直接制在腔主体上，这样腔仅由腔主体、前盖和电热管固定盘三部分壳连接围成，腔主体较大并构成了加热腔的大部分壳，出口制在腔主体上，前盖较小，仅进口制在前盖上，腔主体上还制有前盖口和电热管口，前盖口位于与转子腔口所在侧壁相对的加热腔的另一侧上，是腔主体与前盖的连接口，永磁转子能从前盖口和转子腔口装入转子腔，前轴承和叶轮能从前盖口装入加热腔，电热管口位于加热腔下部并向下开口，是腔主体与电热管固定盘的连接口，电热管螺旋形部分能从电热管口装入加热腔并螺旋形围绕在叶轮周围，在腔主体上还直接制有单独的定子槽，定子槽与转子腔在加热腔的同一侧壁上，是由加热腔侧壁向外侧开口的槽，定子槽的底就是加热腔的侧壁，定子槽的侧壁包围或半包围转子腔及转子腔壳，转子腔及转子腔壳凸出到定子槽内并位于其上部，定子安装、灌封在定子槽内，电热管固定盘及定子槽的下方是接线盒，温度控制电路在接线盒内，电源通过电源线或电源插座接入接线盒内，感温器件安装在电热管固定盘的外侧面上。

2、根据权利要求1所述的一种单腔永磁转子泵循环预热器，其特征是，永磁转子是径向两极的，其上的永磁体用铁氧体永磁材料制造并且与转子轴制成一体或连接、装配成一体。

3、根据权利要求1所述的一种单腔永磁转子泵循环预热器，其特征是，电热管螺旋形环绕近两周或近三周，其端部沿切向展开并穿过电热管固定盘上的孔后再焊接在电热管固定盘上，电热管螺旋形的中部靠近电热管固定盘的部分也焊接在电热管固定盘上，电热管螺旋形部分所围空间的大小要保证不影响永磁转子、前轴承和叶轮的安装及叶轮的旋转工作，电热管固定盘以能与电热管实现焊接的金属材料制造。

4、根据权利要求1或3所述的一种单腔永磁转子泵循环预热器，其特征是，电热管口要比电热管螺旋形部分大，比电热管固定盘小。

5、根据权利要求1所述的一种单腔永磁转子泵循环预热器，其特征是，定子铁芯是U型的，定子绕组绕在或套在定子铁芯上，长出定子绕组的U型铁芯的两个端部内侧相对的两个面构成定子极靴，定子是横置的。

6、根据权利要求1或5所述的一种单腔永磁转子泵循环预热器，其特征是，定子极靴位于上方，并套在转子腔壳的外侧把转子腔及转子腔中的永磁转子夹在其中央，而定子绕组位于下方。

7、根据权利要求1或5所述的一种单腔永磁转子泵循环预热器，其特征是，为保证装入后定子能全部没入并灌封在定子槽中，定子槽的深度要大于此深度方向上定子绕组的宽度。

8、根据权利要求1或5所述的一种单腔永磁转子泵循环预热器，其特征是，灌封材料是环氧树脂或其它树脂、塑料、密封胶，灌封材料中还加入其它改善其性能的材料。

9、根据权利要求1所述的一种单腔永磁转子泵循环预热器的装配方法，其特征是，先从电热管口安装电热管组合件，然后从前盖口依次安装永磁转子、前轴承及其附加零件、叶轮，最后安装前盖及其附加零件。

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