CN103443467A - 用于泵的操作的同步电动马达和相关马达泵 - Google Patents

Abstract

在用来操作泵（150）的同步电动马达（120）中，包括马达本体（122）、定子（140）及转子（132、232），该转子联接到所述泵（150）的叶轮（152），所述马达（120）还包括圆筒形元件（124、224），该圆筒形元件从所述马达本体的外壁（122A）之一向所述马达本体（122）的内部延伸，从而限定出通到外部以在内部插入所述转子（132、232）的第一圆柱形空腔（128），所述转子（132、232）具有基本上与所述圆筒形元件（124、224）的内部截面相对应的圆形横截面，从而所述转子（132、232）与所述圆筒形元件（124、224）相接触，并且当所述转子（132、232）转动时，在所述转子（132、232）与所述圆筒形元件（124、224）之间存在摩擦，所述转子（132、232）是无轴的，并且沿轴向并且直接地联接到所述泵（150）的所述叶轮（152）。

Description

用于泵的操作的同步电动马达和相关马达泵

技术领域

本发明涉及一种用于泵的操作的同步电动马达。

本发明还涉及一种马达泵，该马达泵包括联接到泵上的同步电动马达。

背景技术

已知的是，将同步马达用于泵的操作，这些泵如用于水池的泵、用于家用电器的泵，这些家用电器例如洗衣机、洗碗机以及其它类似物。

同步马达包括马达本体，在该马达本体内部容纳定子和转子。

定子包括通常是一堆磁性叠片的定子组件，在该定子组件上，缠绕着一个或多个电绕组。定子组件具有至少两个磁极件，转子定位在该至少两个磁极件内部。然后，定子形成电动马达的感应器。

转子通常包括圆柱形形状的永久磁铁，并且构成电动马达的电枢。

通过向电绕组馈电，在定子组件中产生磁通，并因此，在磁极件处产生磁极，这些磁极与转子的磁场相互作用，因而引起转子的转动。

转子通常在中心处开孔，轴刚性地插入并固定于其内部。轴在其两个端部处由相应的衬套支撑，这些衬套刚性地固定在形成于马达本体中的空腔内部。泵的叶轮固定到轴的两个端部之一。

在图1中所示的现有技术的一些马达中，圆筒形元件用来将定子部分与转子部分绝缘，并因而防止定子的电绕组与待泵送的液体相接触。在这个图中，示出了现有技术的马达泵10，该马达泵10包括联接到泵50的马达20。

马达20包括由壁定界的马达本体22。从马达本体22的上部壁22A开始，圆筒形元件24朝内部延伸，该圆筒形元件24具有两个端部：第一端部24a，面向壁22A并且朝外部敞开；和第二端部24b，面向马达本体22的内部，并且由底部26封闭。圆筒形元件24因而限定出两个空腔：第一空腔28，在圆筒形元件24内部；和第二空腔30，在圆筒形元件24外部，但容置在马达本体22内部。

包含磁铁的转子32容纳在第一空腔28中，而定子容纳在第二空腔30中，定子的磁极件34已经示出在在图1中。

转子32包括轴36，该轴36插入并固定于制成在转子32的中心中的孔内。轴36具有两个端部：第一端部36a，在第一端部36a上固定有泵50的叶轮52；和第二端部36b，容纳在座26a内部，该座26a形成在圆筒形元件24的底部26上。

转子32与叶轮52之间的轴36的一部分插入到衬套38中，在其中轴36自由地转动。衬套38由圆筒形元件24内部的垫片40固定，例如由O形圈固定。

泵50包括安装到马达本体22上的泵体54，叶轮52容纳在该泵体54内部。

通过向定子的电绕组馈电，在磁极件34处产生磁极，这些磁极通过与转子磁铁32的磁场相互作用而使转子32转动，并因此也使叶轮52转动。

如可看的那样，由于圆筒形元件24，使得容纳定子的第二空腔30完全封闭，并因此电绕组完全绝缘。

然而，刚描述的现有技术的这个实施例具有几个缺陷。

首先，该实施例十分复杂，因为必须建造有：用来将运动从转子传递到叶轮的轴；在内部具有孔的转子，在该孔处将轴插入并固定；衬套，用于支撑轴的一个端部；以及壳体座，用来支撑轴的另一个端部。另外，一旦建造全部这些元件，就必须将它们彼此安装。那么，用来得到各个构件和它们的组装件的生产成本都很高。

然后，随着时间流逝并且由于磨损，不可避免的是，一些部件可能失效，并且中断马达泵的正确操作，并且也需要用于专业人员干预的成本。

具体地说，由于垫片40与泵体相接触，所以它也与待泵送的流体相接触，该流体在一些情况下是脏的或甚至是腐蚀性的。

事实上，洗衣机的废水包含化学腐蚀性洗涤剂，这些洗涤剂容易攻击和侵蚀垫片，因此它们必须被频繁地更换，这显然引起不便。

另外，空间或空气腔室限定在第一圆柱形空腔28与转子32之间，并且更确切地说，第一空气腔室在转子32与圆筒形元件24的底部26之间，并且第二空气腔室在转子32与衬套38之间。

那么，两个空气腔室通过在圆筒形元件24与转子32之间限定出的空间彼此连通。

本申请人认为，这些空气腔室由于：

-马达的不断启动和停止，

-待泵送的液体的温度变化（例如，在用于洗衣机或洗碗机的马达泵的情况下，液体可在室温下或者被加热），

起小型泵的作用，这些小型泵抽吸叶轮本体中包含的液体。但是，尽管使用垫片40，这些空气腔室能够抽吸叶轮本体中包含的液体，特别是如果如以上指出的那样，则必须考虑这些密封件被磨损并被待泵送的液体的攻击。

因此，在液体中包含的杂质（如在用于洗衣机或洗碗机的马达泵装置的情况下的洗涤剂、清洁剂及各种杂质）侵入容纳转子的空腔内部，并且随着时间流逝，它们积累并妨碍空腔内部的转子的正确转动，因而引起卡住或对转子的不能修理的损坏。

这引起由于马达停止而导致的问题，并且然后产生用于损坏的马达泵的维护或甚至更换的高的成本。

发明内容

本发明的目的是，消除以上参照引用的现有技术提到的缺陷，并且具体地说，避免形成电动马达的各个部件的快速磨损，但特别是防止由于可侵入空腔的杂质造成转子不正确地起作用或者甚至卡住或失效。

这些目的由根据权利要求1的一种马达泵实现。

以这种方式，显著地简化了马达的结构设计，因为与现有技术的马达相比，没有驱动轴，没有必要为了插入轴而钻削转子，并且没有必要建造衬套或其它支架，轴的端部在这些衬套或其它支架内部转动。

简单仅需要实现转子，并且将它沿轴向并且直接地联接到叶轮。

事实上，要记住，转子对于其长度的至少一部分具有与圆筒形元件的圆柱形空腔相对应的段，转子容纳在该圆柱形空腔内部，不需要任何支撑，因为转子由圆筒形元件直接支撑，转子插入在该圆筒形元件内部。

换句话说，转子本身作为轴操作，并且衬套由圆筒形元件代替，转子在该圆筒形元件内部转动。

由于这种结构的简单性，这种马达的生产时间显著地减小，并且显著地限制了制造成本。

另外，转子与圆筒形元件之间的接触直径比现有技术马达的驱动轴和衬套之间的接触直径大得多，并因此接触表面宽得多。

因此，接触压力非常有限，所以磨损显著减小。以这种方式，马达的使用寿命显著地延长。

此外，由于对于转子长度的至少一部分而言具有转子与圆筒形元件之间的直接接触，流体不能够侵入容纳转子的空腔内部。因此，没有转子经受由在待泵送的流体中包含的杂质造成的故障或卡住的危险。

优选地，容纳在所述圆筒形元件内的转子的整个部分具有与所述圆筒形元件的内截面相对应的圆形横截面，从而容纳在所述圆筒形元件内部的转子的整个部分与所述圆筒形元件相接触。

具体地说，所述转子的长度等于或大于所述圆筒形元件的长度，从而转子大体上接合所述圆筒形元件的整个内部空腔，从而在所述圆筒形元件与所述转子之间没有空隙或空穴，并且转子与圆筒形元件之间的摩擦接触发生在所述圆筒形元件的所述第一内部空腔的整个长度上。

显然的是，如果转子完全接合它容纳在其中的空腔，则首先接触发生在非常宽广的表面上，从而增强之前描述的益处，而尤其是没有杂质侵入空腔内部的可能性。

这不仅是因为整个空腔由转子接合，而且尤其是因为在转子与空腔之间没有空气腔室，并且之前所描述的泵效应不再产生，该泵效应是可将待泵送的具有杂质的流体抽回空腔中的效应。由于流体不再抽回内部，所以在转子与容纳它的空腔之间没有杂质的沉积。

马达不再损坏或没有进一步的故障，并且使用寿命显著地延长。

附图说明

本发明的这些和其它有利特性由实施例的如下描述将变得更明白，该实施例仅作为例子而提供，不作为限制，并且参照如下附图，在附图中：

图2是根据本发明的一种马达泵的横截面；

图3、4及5是横截面图，以分解图示出了图2的马达泵，并且具体地说，分别示出了泵体、容纳在圆筒形元件内部并具有叶轮的转子、以及马达本体；

图6和7是横截面图，示出了图4的细节，即示出了具有叶轮的转子和能够容置转子的圆筒形元件；

图8是具有叶轮转子的立体图，该转子容纳在图2的马达泵的定子中；

图9、10及11是立体图，这些立体图以分解图示出了什么包含在图8中，具体地说，分别是具有叶轮的转子、圆筒形元件以及定子；

图12是立体图，示出了本发明的与圆筒形元件和其中容置的转子相关的变型；

图13和14是图12的圆筒形元件的立体图，分别以完全和部分剖开的方式示出；

图15和16是图12的转子的立体图，分别以完全和部分剖开的方式示出。

具体实施方式

在图2中用100整体表示的是一种马达泵，这种马达泵包括联接到泵150（如用于水池的泵或用于诸如洗衣机和洗碗机之类的家用电器的泵）上的电动马达120。

电动马达120包括马达本体122，该马达本体122如在图5中更清楚示出的那样由壁定界，具体地说由上部壁122A定界，在该上部壁122A处形成圆形开口123。

图7和10详细地示出了插入在马达本体122内部的圆筒形元件124，圆筒形元件由管状元件125形成，该管状元件125具有两个相对的端部：第一敞开端部125a和由底部126封闭的第二端部125b。

凸缘127安装在管状元件125的第一端部125a上，具有与在上部壁122A中制成的圆形开口123相对应的尺寸，所以通过将圆筒形元件124插入到马达本体122中，而使凸缘127封闭圆形开口123。圆周凹口129制成在凸缘127上，其作用将在下面描述。

在泵本体122内部的圆筒形元件124因而限定出两个空腔：在圆筒形元件124内部的第一空腔128和在圆筒形元件124外部但在马达本体122内部的第二空腔130。

转子132容纳在第一空腔128内部（见图4），而定子140容纳在第二空腔130中（见图8）。

转子132（如在图4和6中更清楚示出的那样）具有与圆筒形元件124的形状相对应的形状，从而可以将转子132插入到圆筒形元件124内部，完全填充第一空腔128。因而，转子132在其转动期间沿其整个圆柱形表面由圆筒形元件124支撑。

转子132包含磁铁134，并且转子132在其一个端部132a处直接地且沿轴向联接到泵150的叶轮152。在联接到叶轮152的端部132a处，转子132具有圆周突起136，该圆周突起136的尺寸与形成在圆筒形元件124上的圆周凹口129的尺寸相对应。通过将转子132插入到圆筒形元件124内，圆周突起136进入到圆周凹口129中，该圆周凹口129因此起用于转子132与圆筒形元件124之间的相对转动的导向件的作用。

定子140如图11所示包括铁磁材料的定子组件142和缠绕的电绕组144，该定子组件142具有两个磁极件142A、142B。

泵150包括泵体154，叶轮152容纳在该泵体154内部。

如可在图3中更清楚地看到的那样，泵体154包括进口或吸入口156和出口158，待泵送的液体通过该进口或吸入口156吸入，已泵送的液体通过该出口158出去。

泵体154还包括圆形开口160，该圆形开口160具有与圆筒形元件124的凸缘127相对应的尺寸，所以通过将泵体154安装到马达本体122上，而使圆形开口160由凸缘127封闭。

在泵体154内部，当将叶轮152插入到内部时，限定出液体的通路162（见图2），该通路162将吸入口156连接到出口158，并且具有的尺寸相比于吸入口156和出口158的尺寸相等或更大。这样，通过吸入口156可以透入泵体154内部的任何外来物体能够穿过通路162，并且从出口158出去。

为了马达泵的组装，进行如下操作足够的：

-将定子140插入到马达本体122中；

-将圆筒形元件124插入到马达本体122中，从而凸缘127封闭马达本体122的圆形开口123；

-将具有叶轮152的转子132插入到圆筒形元件124内部，从而圆周突起136插入到圆周凹口129内部；

-将泵体154安装到马达本体122上，从而泵体154的圆形开口160由圆筒形元件124的凸缘127封闭。

如可注意到的那样，具有电绕组144的定子140容纳在完全绝缘的马达本体122的第二空腔130内部，从而没有液体可侵入电绕组144并与电绕组144接触的可能性。

通过向定子140的电绕组144馈电，在磁极件142A、142B处产生磁极，这些磁极与转子132的磁铁134的磁场相互作用，使转子132转动，并因此使叶轮152转动。

转子132在圆筒形元件124内部转动，该圆筒形元件124起普通轴承的作用。圆筒形元件124优选地用自润滑且耐磨的材料制成，如由聚合材料制成。

这种马达构造由于对于马达的实现需要减少数量的元件而非常简单。因此显著地减小建造时间和成本。

可注意到的是，转子132完全接合圆筒形元件124的第一空腔128，由此，在转子132与圆筒形元件124之间的接触表面是显著的，并且转子则适当地支撑在圆筒形元件124内部。由于这种特征，转子的操作更规律，并且也减少磨损。

另外，必须注意如下非常重要的特性：在圆筒形元件124与转子132之间没有空间或空气腔室，从而不产生以上所述的泵效应，因而避免了待泵送的液体中包含的杂质可能侵入到圆筒形元件124中，该液体如已经解释的那样是故障和失效的根源。

由于结构的简单性、转子与圆筒形元件之间的大接触表面以及因为在容纳转子的空腔中没有空气腔室，马达极为可靠，并且相对于现有技术的马达，其使用寿命显著地增加。

也应该考虑到，由于转子132与圆筒形元件124之间的接触，定子140与转子132之间存在的气隙减小到可能的最小值，并且在这样的条件下，定子140的磁场和转子132的磁场密切地链接。因此，在馈电到定子140的电绕组的电压与通过的电流之间具有非常接近于零的非常小的相位角

并且那么所谓的功率因数基本上等于1。这样，绕组144中的电流是可能的最小值，并因此，由焦尔效应造成的电损失减小到最小值。在这样做时，电动马达的效率很高，并且在具有与已知马达相同电功率的情况下，能够操作吸收更大能量的泵。

图12示出了本发明的变型，并且具体地说，示出了插入到圆筒形元件224内部的转子232。

如从图13和14更清楚看到的那样，圆筒形元件224与圆筒形元件124相似，即它具有管状元件225，该管状元件225设有凸缘227。

管状导管229布置在管状元件225内部，并且具有相同的长度但较小的截面。纵向凹槽228在管状元件225和导管229的整个长度上形成在管状元件225与导管229之间的接触区域中，这使管状元件225的内部与导管229的内部相接触。

如将从图12、15及16看到的那样，转子232设有中心销233，在该中心销233上安装磁铁234，而叶轮152安装在销233的自由端部233A处。销233具有轴向通孔237。

如在图12中注意到的那样，转子232的长度比管状元件225的长度小，并因此，转子232与管状元件225的底部226间隔开。

在图12中，示出了从外部围绕圆筒形元件224的定子240。

当操作泵时，转子232在管状元件225内部转动，联接到转子232的叶轮152将待泵送的液体推到导管229中，并且由于纵向凹槽228，液体与转子232相接触，从而实现转子232与管状元件225之间的接触区域的冷却和润滑。

由于转子232与管状元件225的底部间隔开，通过凹槽228的液体行进到管状元件225内部的转子232下方的区域中，然后沿转子232的通孔237向上行进，最后从销233的自由端部233A出去。这样，形成液体的强制循环，这显著地增加了进入纵向凹槽228中和然后进入转子232与管状元件225之间的接触区域中的液体量。这有效地冷却和润滑其中在转子与管状元件之间具有摩擦的区域。

最后，显然的是，功能或概念上等效的任何变型或修改落在本发明的范围内。

例如，可以使定子具有不同数量的磁极件，或者使多个电绕组或定子组件具有不同形状。

Claims (11)

1.马达泵（100），包括联接至泵（150）的电动马达（120），所述电动马达（120）包括马达本体（122）、定子（140）及转子（132、232），该转子联接到所述泵（150）的叶轮（152），所述马达（120）还包括圆筒形元件（124、224），该圆筒形元件从所述马达本体的外壁（122A）之一朝所述马达本体（122）的内部延伸，从而将所述马达本体（122）的内部划分成两个空腔：圆柱形的第一空腔（128）和第二空腔（130），该第一空腔在所述圆筒形元件（124、224）内部并能够容纳所述转子（132、232），该第二空腔在所述圆筒形元件（124、224）外部并能够容纳所述定子（140），所述圆筒形元件（124、224）具有敞开的第一端部（125a）并具有第二端部（125b），该第一端部与第二端部相对，并定位在所述马达本体（122）的所述外壁（122A）处，从而所述圆柱形的第一空腔（128）与外部连通，以便将所述转子（132、232）插入到所述圆筒形元件（124、224）内部，其特征在于，所述转子（132、232）对于其长度的至少一部分具有与所述圆筒形元件（124、224）的内部截面大致相对应的圆形横截面，从而所述转子（132、232）与所述圆筒形元件（124、224）相接触，于是当所述转子（132、232）转动时，在所述转子（132、232）与所述圆筒形元件（124、224）之间存在摩擦，所述转子（132、232）是无轴的，并且沿轴向且直接地联接到所述泵（150）的所述叶轮（152）。

2.根据权利要求1所述的马达泵，其特征在于，容纳在所述圆筒形元件（124、224）内部的所述转子（132、232）的整个部分具有与所述圆筒形元件（124、224）的内部截面相对应的圆形横截面，从而在所述圆筒形元件（124、224）内部容纳的转子的全部部分与所述圆筒形元件（124、224）相接触。

3.根据权利要求2所述的马达泵，其特征在于，所述转子（132、232）的长度等于或者大于所述圆筒形元件（124、224）的长度，从而转子基本上填充所述圆筒形元件（124、224）内部的整个第一空腔（128），从而在所述圆筒形元件（124、224）与所述转子（132、232）之间没有空间或间隙，并且转子（132、232）与圆筒形元件（124、224）之间的摩擦接触发生在所述圆筒形元件（124、224）的第一空腔（128）的整个长度上。

4.根据以上权利要求中任一项所述的马达泵，其特征在于，所述圆筒形元件（124、224）由自润滑且耐磨的材料制成。

5.根据权利要求4所述的马达泵，其特征在于，所述自润滑且耐磨的材料是聚合物材料。

6.根据以上权利要求中任一项所述的马达泵，其特征在于，所述圆筒形元件（124、224）在第一端部处包括凸缘（127），所述马达本体（122）具有开口（123），该开口具有与所述凸缘（127）的形状和尺寸相对应的形状和尺寸，从而通过将所述圆筒形元件（124、224）插入到所述马达本体（122）内部，使所述凸缘（127）封闭所述马达本体（122）的所述开口（123）。

7.根据以上权利要求中任一项所述的马达泵，其特征在于，所述转子（132、232）包括至少一个永久磁铁（134）。

8.根据以上权利要求中任一项所述的马达泵，其特征在于，所述定子（140）包括至少一个定子组件（142），所述定子组件限定面对所述圆筒形元件（124、224）的至少两个磁极件（142A、142B）并限定至少一个电绕组（144），以便产生磁场并且然后在所述至少两个磁极件（142A、142B）处产生至少两个磁极。

9.根据以上权利要求中任一项所述的马达泵，其特征在于，所述马达泵包括导管（229），该导管布置在所述圆筒形元件（224）的侧部上，并且限定出在所述圆筒形元件（224）与所述导管（229）之间连通的纵向凹槽（228），所述导管（229）与所述泵（150）连通，从而由所述泵（150）泵送的流体能够进入到所述导管（229）中，并且润滑和/或冷却在所述转子（232）与所述圆筒形元件（224）之间的接触区域。

10.根据以上权利要求中任一项所述的马达泵，其特征在于，所述导管（229）还与位于所述转子（232）与所述圆筒形元件（224）的底部（226）之间的区域连通，所述转子（232）还设有通孔（237），从而到达所述圆筒形元件（224）的底部（226）与转子（232）之间的流体能通过转子（232），然后出去。

11.根据以上权利要求中任一项所述的马达泵，其特征在于，所述泵（150）包括泵体（154），在该泵体内部容纳所述泵（150）的叶轮（152），所述泵体（154）设有吸入口（156）和出口（158），待泵送的液体通过该吸入口吸入，已泵送的液体通过该出口出去，在所述泵体（154）内部限定出通路（162），该通路将所述吸入口（156）连接到所述出口（158），并具有等于或大于所述吸入口（156）的和所述出口（158）的尺寸的尺寸，从而通过所述吸入口（156）透入所述泵体（154）内部的任何外来物体能够通过所述通路（162），并且从所述出口（158）出去。

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