CN103089656A - 磁浮式液态冷媒泵 - Google Patents

Abstract

一种磁浮式液态冷媒泵，其包含一旋转模块、一第一轴承模块、一第二轴承模块及一泵模块。旋转模块带动泵模块运转。第一轴承模块与第二轴承模块位于旋转模块的相对两侧。第二轴承模块包含一第一轴向磁浮轴承、一第二轴向磁浮轴承及一轴向间距调整环。旋转模块的一推力盘介于第一轴向磁浮轴承与第二轴向磁浮轴承之间。轴向间距调整环夹设于第一轴向磁浮轴承与第二轴向磁浮轴承之间，令第一轴向磁浮轴承与第二轴向磁浮轴承保持一距离，以调整推力盘与轴向磁浮轴承间的间隙。

Description

磁浮式液态冷媒泵

技术领域

本发明涉及一种液态冷媒泵，特别涉及一种磁浮式液态冷媒泵。

背景技术

在采用冷却液的冷却循环系统中，最重要的关键组件，即为可防止冷却液泄漏的冷媒液体泵。通常工业上使用的泵装置，由于其轴封处易产生泄露，因而造成生产过程中的损失。若冷却液为具剧毒性化学物质，则对环境、土地及工作人员而言，将造成无法弥补的伤害。由于冷媒是在相当高的压力下工作，要使输送泵达到绝对无泄漏的要求相当困难。目前解决这种需求大都采用屏蔽泵(Canned Pump)或无轴封泵(Seal-less Pump)。其中，屏蔽泵由于没有转轴密封，故可以避免冷却液泄漏的问题。因此，屏蔽泵在化工装置中的使用率已愈来愈普遍，其发展与运用也越来越受到重视。

虽然屏蔽泵具有以上的优点，但屏蔽泵系采用滑动轴承，因此冷媒通常须添加一定比例的润滑油。故，冷媒须具备良好的油混溶性才可与润滑油混合，进而造成冷媒选用上的局限。

此外，冷媒中的润滑油多少会残留在管路中，如此将造成冷却管路阻塞，进而使冷却系统效率变差，以及增加冷却系统的电力负载消耗。并且，滑动轴承与转子之间的长期摩擦易造成滑动轴承的磨损，如此将容易引起振动而造成转子及叶轮损伤。并且，由于滑动轴承是与转子直接的接触，如此也容易摩擦而造成能量的损耗。此外，冷媒液体泵于组装时，会或多或少产生组装误差。如此一来，转子的组装位置可能会具有偏差，使得冷媒液体泵的运转不顺畅，进而影响冷媒液体泵的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁浮式液态冷媒泵，可免除冷媒中添加润滑油所产生的问题，同时避免轴承与转子的直接接触所产生的磨耗现象，以及避免组装误差所造成的影响，进而提升使用寿命。

本发明所揭露的磁浮式液态冷媒泵，其包含一旋转模块、一第一轴承模块、一第二轴承模块及一泵模块。旋转模块包含一壳体、一转轴、一第一径向磁浮轴承转子、一第二径向磁浮轴承转子及一推力盘。壳体配置一马达定子，转轴枢设壳体。转轴环设有一马达转子对应于马达定子，转轴具有相对的一第一端及一第二端。第一径向磁浮轴承转子设置于第一端，第二径向磁浮轴承转子设置于第二端，推力盘设置于第二端。第一轴承模块设置于旋转模块，第一轴承模块包含一第一径向磁浮轴承座，对应第一径向磁浮轴承转子。第二轴承模块设置于旋转模块，第一轴承模块与第二轴承模块位于旋转模块的相对两侧。第二轴承模块包含一第二径向磁浮轴承座、一第一轴向磁浮轴承、一第二轴向磁浮轴承及一轴向间距调整环。第二径向磁浮轴承座对应第二径向磁浮轴承转子，第二轴向磁浮轴承与第一轴向磁浮轴承保持一距离，推力盘介于第一轴向磁浮轴承与第二轴向磁浮轴承之间。轴向间距调整环夹设于第一轴向磁浮轴承与第二轴向磁浮轴承之间，令第一轴向磁浮轴承与第二轴向磁浮轴承保持前述的距离。泵模块连接转轴，转轴带动泵模块运转。

根据上述本发明所揭露的磁浮式液态冷媒泵，是通过上述磁浮结构设计来免除摩擦损耗的问题，以提升磁浮式液态冷媒泵的寿命。因此，使得磁浮式液态冷媒泵的工作介质里并不需要额外添加润滑油，如此可适用于各种冷媒并提升系统效率。并且，通过更换不同厚度的轴向间距调整环，可方便工程人员调整推力盘与轴向磁浮轴承间的轴向间隙，以弥补磁浮式液态冷媒泵的组装误差。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的磁浮式液态冷媒泵的结构剖示图；

图2为根据本发明一实施例的磁浮式液态冷媒泵的局部结构示意图；

图3为根据本发明一实施例的磁浮式液态冷媒泵的局部结构示意图。

其中，附图标记

10  磁浮式液态冷媒泵

100  旋转模块

110  壳体

111  屏蔽层

120  马达定子

130  转轴

1301 第一端

1302 第二端

132 锁固件

134 间隔环

140 马达转子

151 第一径向磁浮轴承转子

152 第二径向磁浮轴承转子

160 推力盘

171 感测靶

172 感测靶

181 扣环

182 扣环

183 扣环

184 扣环

191 套筒

192 套筒

200 第一轴承模块

210 第一磁浮轴承外壳

211 屏蔽层

220 第一径向磁浮轴承座

221 第一径向磁浮轴承

222 线圈

230 传感器

240 第一辅助轴承

300 第二轴承模块

310 第二磁浮轴承外壳

311 屏蔽层

320 第二径向磁浮轴承座

321 第二径向磁浮轴承

322 线圈

330 传感器

340 第二辅助轴承

350 第一轴向磁浮轴承

360 第二轴向磁浮轴承

370 端盖

380 轴向间距调整环

400 泵模块

410 泵外壳

420 泵叶轮

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请同时参照图1，图1为根据本发明一实施例的磁浮式液态冷媒泵的结构剖示图。

本发明所揭露的磁浮式液态冷媒泵10，其包含一旋转模块100、一第一轴承模块200、一第二轴承模块300及一泵模块400。其中，旋转模块100包含一壳体110及一转轴130。壳体110配置一马达定子120，马达定子120可为一电磁铁。转轴130枢设于壳体110，转轴130环设有一马达转子140。马达转子140包含多个硅钢片或永久磁铁对应于马达定子120，马达定子120因电生磁而驱动马达转子140旋转，以带动转轴130相对于壳体110枢转。

转轴130具有相对的一第一端1301及一第二端1302，第一径向磁浮轴承座转子151环绕设置于第一端1301，第二径向磁浮轴承转子152环绕设置于第二端1302。马达转子140是介于第一径向磁浮轴承转子151与第二径向磁浮轴承转子152之间。其中，第一径向磁浮轴承转子151与第二径向磁浮轴承转子152均可包含多个硅钢片，但不以此为限。此外，本实施例的推力盘160是包含有至少一导磁性材料，且推力盘160是具有一圆盘状的外型，但不以此为限。推力盘160固设于转轴130的第二端1302的端缘处，使得第二径向磁浮轴承转子152介于推力盘160与马达转子140之间。并且，在本实施例或其它实施例当中，推力盘160是通过一锁固件132而锁固于转轴130的第二端1302。并且，锁固件132与推力盘160之间还可夹设具有一间隔环134，使得推力盘160受到间隔环134的压迫而稳固地固定于转轴130的第二端1302上。

第一轴承模块200设置于旋转模块100，第一轴承模块200包含一第一径向磁浮轴承座220对应于转轴130第一端1301上的第一径向磁浮轴承转子151。其中，第一径向磁浮轴承座220包含一第一径向磁浮轴承221以及环绕于第一径向磁浮轴承221外的线圈222，以构成一电磁铁。第一径向磁浮轴承座220与第一径向磁浮轴承座转子151相互面对的磁极为相吸，以令转轴130的第一端1301通过第一径向磁浮轴承转子151而悬浮于第一径向磁浮轴承座220内。更进一步来说，转轴130的第一端1301是枢设于第一径向磁浮轴承座220，且不与第一径向磁浮轴承座220接触。

此外，第二轴承模块300设置于旋转模块100，第一轴承模块200与第二轴承模块300位于旋转模块100的相对两侧。第二轴承模块300包含一第二径向磁浮轴承座320、一第一轴向磁浮轴承350、一第二轴向磁浮轴承360及一轴向间距调整环380。第二径向磁浮轴承座320对应第二径向磁浮轴承转子152。其中，第二径向磁浮轴承座320包含一第二径向磁浮轴承321以及环绕于第二径向磁浮轴承321外的线圈322，以构成一电磁铁。第二径向磁浮轴承座320与第二径向磁浮轴承转子152相互面对的磁极为相吸，以令转轴130的第二端1302通过第二径向磁浮轴承转子152而悬浮于第二径向磁浮轴承座320内。更进一步来说，转轴130的第二端1302是枢设于第二径向磁浮轴承座320，且不与第二径向磁浮轴承座320接触。其中，第一径向磁浮轴承座220与第二径向磁浮轴承座320提供了转轴130的径向悬浮，使转轴130能够维持于一固定的径向位置而旋转。

并且，轴向间距调整环380以可拆卸替换的关系夹设于第一轴向磁浮轴承350与第二轴向磁浮轴承360之间，以令第一轴向磁浮轴承350与第二轴向磁浮轴承360保持一距离。第一轴向磁浮轴承350与第二轴向磁浮轴承360均可为一电磁铁。推力盘160是介于第一轴向磁浮轴承350与第二轴向磁浮轴承360之间，且轴向间距调整环380环绕推力盘160。推力盘160与第一轴向磁浮轴承350相面对的磁极为相吸，且推力盘160与第二轴向磁浮轴承360相面对的磁极也同样地相吸。如此一来，通过磁力相吸的原理，使得推力盘160保持于第一轴向磁浮轴承350与第二轴向磁浮轴承360之间，且不与第一轴向磁浮轴承350及第二轴向磁浮轴承360接触。更进一步来说，第一轴向磁浮轴承350与第二轴向磁浮轴承360限制了转轴130的轴向自由度，使转轴130能够维持于一固定的轴向位置而旋转。其中，由于轴向间距调整环380是以可拆卸替换的关系夹设于第一轴向磁浮轴承350与第二轴向磁浮轴承360之间，因此可通过更换或修正轴向间距调整环380的厚度来改变第一轴向磁浮轴承350与第二轴向磁浮轴承360之间的间距，以调整推力盘160与第一轴向磁浮轴承350或第二轴向磁浮轴承360间的轴向间隙。

此外，转轴130的第一端1301连接泵模块400。在本实施例或其它实施例当中，泵模块400还可包含一泵外壳410以及一泵叶轮420。泵外壳410连接于壳体110，泵叶轮420连接转轴130的第一端1301，转轴130带动泵叶轮420旋转。

通过上述磁浮结构设计，使得本实施例的转轴130带动泵模块400运转时，转轴130并不会直接与第一轴承模块200及第二轴承模块300相接触。如此将可消除摩擦损耗的问题，以提升磁浮式液态冷媒泵10的寿命。并且通过磁浮结构设计，使得磁浮式液态冷媒泵10的工作介质(冷媒)并不需要额外添加润滑油，如此可适用于各种冷媒并提高系统效率。

此外，由于本实施例的第一径向磁浮轴承座220、马达定子120与第二径向磁浮轴承座320之间是具有适当的间隔距离，因此可消除彼此之间的磁场干扰问题，以提高磁浮式液态冷媒泵10的运转稳定性。并且，通过更换或修正轴向间距调整环380的厚度，即可调整第一轴向磁浮轴承350与第二轴向磁浮轴承360之间的距离，如此的设计可方便工程人员调整推力盘160与第一轴向磁浮轴承350或第二轴向磁浮轴承360间的轴向间隙，以修正磁浮式液态冷媒泵10于组装时所产生的轴向误差。

请继续参照图1并搭配图2，图2为根据本发明一实施例的磁浮式液态冷媒泵的局部结构示意图。在本实施例或其它实施例当中，第一轴承模块200还可包含一第一磁浮轴承外壳210，第一磁浮轴承外壳210设置于壳体110的一侧，第一径向磁浮轴承座220是可固设于第一磁浮轴承外壳210内。此外，第二轴承模块300还可包含一第二磁浮轴承外壳310及一端盖370，第二磁浮轴承外壳310设置于壳体110的另一侧，以使得第二磁浮轴承外壳310与第一磁浮轴承外壳210位于壳体110的相对两侧。第二径向磁浮轴承座320与第一轴向磁浮轴承350是可固设于第二磁浮轴承外壳310内。值得一提的是，第二轴向磁浮轴承360及轴向间距调整环380是以可拆卸的关系设置于第二磁浮轴承外壳310内，端盖370以可拆卸的关系设置于第二磁浮轴承外壳310的一侧，令端盖370与第二磁浮轴承外壳310共同包覆住第二径向磁浮轴承座320、第一轴向磁浮轴承350、第二轴向磁浮轴承360及轴向间距调整环380。

如图2所示，当工程人员欲更换或修正的轴向间距调整环380的尺寸时，是可将端盖370由第二磁浮轴承外壳310上卸下，接着便可将第二轴向磁浮轴承360与轴向间距调整环380依序由第二磁浮轴承外壳310内取出，以对轴向间距调整环380进行更换而调整推力盘160与第一轴向磁浮轴承350或第二轴向磁浮轴承360间的轴向间隙。

请继续参照图1。在本实施例或其它实施例当中，第一轴承模块200还包含一传感器230，旋转模块100还包含一感测靶171设置于转轴130的第一端1301。感测靶171对应于传感器230，以令传感器230检测转轴130的第一端1301的位移量，以判断转轴130是否精确地控制在目标位置上。第二轴承模块300还包含一传感器330，旋转模块100还包含另一感测靶172设置于转轴130的第二端1302。感测靶172对应于传感器330，以令传感器330检测转轴130的第二端1302的位移量，以判断转轴130是否精确地控制在目标位置上。

此外，在本实施例或其它实施例当中，旋转模块100还可包含一屏蔽层111包覆住马达定子120，第一轴承模块200还可包含一屏蔽层211包覆住第一径向磁浮轴承座220，第二轴承模块300还包含一屏蔽层311包覆住第二径向磁浮轴承座320。屏蔽层111、211、311的材质可为一树脂。通过屏蔽层111、211、311分别包覆住马达定子120、第一径向磁浮轴承座220及第二径向磁浮轴承座320，可避免涡流损的现象产生，以提升磁浮式液态冷媒泵10约5-10％的运转效率。并且，屏蔽层111、211、311同时也可以降低马达定子120、第一径向磁浮轴承座220及第二径向磁浮轴承座320所产生的电磁对传感器330的检测精度所造成的影响。

此外，在本实施例或其它实施例当中，第一径向磁浮轴承座220及第二径向磁浮轴承座320是为一异极式(Heter-polar)磁浮轴承座。采用异极式磁浮轴承座的结构设计可令第一径向磁浮轴承座220及第二径向磁浮轴承座320具有容易安装以及容易保持同心度的优点。

请继续参照图1并同时搭配图3，图3为根据本发明一实施例的磁浮式液态冷媒泵的局部结构示意图。在本实施例或其它实施例当中，旋转模块还包含二套筒191、192。套筒191、192分别套设于转轴130的第一端1301及第二端1302。并且，第一径向磁浮轴承座转子151与感测靶171是设置于套筒191上(如图3所示)，第二径向磁浮轴承转子152与感测靶172设置于套筒192上。此外，旋转模块还包含四扣环181、182、183、184，扣环181、183是套设于套筒191上，且扣环181介于感测靶171与第一径向磁浮轴承座转子151之间，感测靶171介于扣环181与扣环183之间(如图3所示)。另外，扣环182、184是套设于套筒192上，且扣环182介于感测靶172与第二径向磁浮轴承转子152之间，感测靶172介于扣环182与扣环184之间。其中，套筒191、192以及扣环181、182、183、184均可选用非导磁性(non-permeability)的材质，如此将可隔绝第一径向磁浮轴承转子151与第二径向磁浮轴承转子152对于感测靶171、172的磁场影响。因此通过套筒191、192以及扣环181、182、183、184的设计，可降低传感器230、330的噪声以及灵敏度，以提升控制磁浮式液态冷媒泵10的运转精度及稳定度。

此外，在本实施例或其它实施例当中，第一轴承模块200还可包含一第一辅助轴承240，转轴130的第一端1301穿设于第一辅助轴承240。第二轴承模块300还可包含一第二辅助轴承340，转轴130的第二端1302穿设于第二辅助轴承340。其中，第一辅助轴承240与第二辅助轴承340是为接触式轴承而非磁浮式轴承，第一辅助轴承240与第二辅助轴承340可为一滚珠轴承，但不以此为限。当磁浮式液态冷媒泵10突遭断电时，第一径向磁浮轴承座220及第二径向磁浮轴承座320因断电而无法提供继续转轴130的磁浮功效时，第一辅助轴承240与第二辅助轴承340为可实时发挥一般轴承的功效，以避免转轴130因无轴承支撑所造成的损伤问题。

根据上述实施例的磁浮式液态冷媒泵，是通过上述磁浮结构设计，使得转轴并不会直接与轴承模块相接触。如此将可消除摩擦损耗的问题，以提升磁浮式液态冷媒泵的寿命。此外，也因磁浮结构设计，使得磁浮式液态冷媒泵的工作介质里并不需要额外添加润滑油，如此可适用各种冷媒并提升运作效率。

并且，通过更换或修正轴向间距调整环的厚度，可方便工程人员调整推力盘与轴向磁浮轴承间的轴向间隙，以修正磁浮式液态冷媒泵于组装时所产生的轴向误差值。

此外，通过非导磁性材质的套筒及扣环的设计，可降低传感器的噪声以及灵敏度，以提升控制磁浮式液态冷媒泵的运转精度及稳定度。

并且，通过辅助轴承的设置，可提供磁浮式液态冷媒泵多一层的保障，以提升磁浮式液态冷媒泵的使用寿命。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (17)

1.一种磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，包含：

一旋转模块，该旋转模块包含：

一壳体，该壳体配置一马达定子；

一转轴，枢设该壳体，该转轴环设有一马达转子对应于该马达定子，该转轴具有相对的一第一端及一第二端；

一第一径向磁浮轴承转子，设置于该第一端；

一第二径向磁浮轴承转子，设置于该第二端；以及

一推力盘，设置于该第二端；

一第一轴承模块，设置于该旋转模块，该第一轴承模块包含一第一径向磁浮轴承座，对应该第一径向磁浮轴承转子；

一第二轴承模块，设置于该旋转模块，该第一轴承模块与该第二轴承模块位于该旋转模块的相对两侧，其包含：

一第二径向磁浮轴承座，对应该第二径向磁浮轴承转子；

一第一轴向磁浮轴承；

一第二轴向磁浮轴承，与该第一轴向磁浮轴承保持一距离，该推力盘介于该第一轴向磁浮轴承与该第二轴向磁浮轴承之间；以及

一轴向间距调整环，夹设于该第一轴向磁浮轴承与该第二轴向磁浮轴承之间，令该第一轴向磁浮轴承与该第二轴向磁浮轴承保持该距离；以及

一泵模块，连接该转轴，该转轴带动该泵模块运转。

2.根据权利要求1所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该旋转模块包含一屏蔽层，包覆该马达定子。

3.根据权利要求1所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该第一轴承模块还包含一屏蔽层，包覆该第一径向磁浮轴承座。

4.根据权利要求1所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该第二轴承模块还包含一屏蔽层，包覆该第二径向磁浮轴承座。

5.根据权利要求1所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该第一轴承模块还包含一传感器，该旋转模块还包含一感测靶设置于该转轴的该第一端，该感测靶对应于该传感器，以令该传感器检测该转轴的位移量。

6.根据权利要求5所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该旋转模块还包含一扣环，环设于该转轴的该第一端，且介于该感测靶与该第一径向磁浮轴承转子之间。

7.根据权利要求6所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该旋转模块还包含一套筒，套设于该转轴的该第一端，该第一径向磁浮轴承转子位于该套筒上，该感测靶及该扣环为环设于该套筒。

8.根据权利要求1所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该第一轴承模块还包含一第一辅助轴承，该转轴的该第一端穿设于该第一辅助轴承。

9.根据权利要求1所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该第一轴承模块还包含一第一磁浮轴承外壳，设置于该壳体的一侧，该第一径向磁浮轴承座位于该第一磁浮轴承外壳内。

10.根据权利要求1所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该第二轴承模块还包含一传感器，该旋转模块还包含一感测靶设置于该转轴的该第二端，该感测靶对应于该传感器，以令该传感器检测该转轴的位移量。

11.根据权利要求10所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该旋转模块还包含一扣环，环设于该转轴的该第二端，且介于该感测靶与该第二径向磁浮轴承转子之间。

12.根据权利要求11所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该旋转模块还包含一套筒，套设于该转轴的该第二端，该第二径向磁浮轴承转子位于该套筒上，该感测靶及该扣环为环设于该套筒。

13.根据权利要求1所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该第二轴承模块还包含一第二辅助轴承，该转轴的该第二端穿设于该第二辅助轴承。

14.根据权利要求1所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该第二轴承模块还包含一第二磁浮轴承外壳，设置于该壳体的一侧，且该第二磁浮轴承外壳与该第一磁浮轴承外壳位于该壳体的相对两侧，该第二径向磁浮轴承座与该第一轴向磁浮轴承是位于该第二磁浮轴承外壳内，且该第二轴向磁浮轴承及该轴向间距调整环以能够拆卸的关系设置于该第二磁浮轴承外壳内。

15.根据权利要求14所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该第二轴承模块还包含一端盖，以能够拆卸的关系设置于该第二磁浮轴承外壳，该端盖与该第二磁浮轴承外壳包覆住该第二径向磁浮轴承座、该第一轴向磁浮轴承、该第二轴向磁浮轴承及该轴向间距调整环。

16.根据权利要求1所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该泵模块还包含一泵外壳以及一泵叶轮，该泵外壳连接于该壳体，该泵叶轮连接该转轴的该第一端，该转轴带动该泵叶轮旋转。

17.根据权利要求1所述的磁浮式液态冷媒泵，其特征在于，该第一径向磁浮轴承座或该第二径向磁浮轴承座为一异极式磁浮轴承座。

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