CN107905995B - 一种水冷式无刷电机泵单元及高压清洗设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水冷式无刷电机泵单元及高压清洗设备，包括：泵，具有一个进水口和一个出水口；与泵相连的无刷电机，具有一铁芯；以及控制无刷电机的控制器，具有一温度较高的面；控制器水冷体，具有一温度较低的面；温度较低的面与温度较高的面相接触，控制器水冷体具有一个第一水口，沿第一水口向内延伸形成冷却流道；无刷电机还具有一壳体，壳体具有一环形腔，壳体包裹并紧贴铁芯，壳体与控制器水冷体相连接使环形腔与冷却流道相连通以形成冷流路径，环形腔在壳体外形成第二水口，第二水口或第一水口通过连接管与泵进水口相连。本发明具有的有益效果：能够利用清洗水对无刷电机和控制器分别进行冷却，有效提升机器效率和寿命等。

Description

一种水冷式无刷电机泵单元及高压清洗设备

技术领域

本发明属于清洗设备技术领域，具体涉及一种水冷式无刷电机泵单元。

背景技术

高压清洗设备是一种以水或添加有清洗剂的混合液为清洗介质，利用高压水流实现物体表面清洗的设备，其主要组成有喷枪单元和电机泵单元，喷枪单元负责根据实际需要形成不同形状的水流，而电机泵单元负责将水从市政水管输送至喷枪单元中。

电机泵通常包括电机和泵，在电机的驱动下泵可以正常的工作从而实现水的输送。作为用电设备，电机在将电能转变为机械能的同时也产生大量的热能，从而使工作温度升高，对于任何用电设备而言，部件升温往往是造成电气故障的主要因素，除此之外，对于设备上大量的塑料件而言，高温环境也会加速塑料件的老化，也会造成许多危害。

为了解决发热大、温度高这一问题，申请号为“200880005868.3”、名称为“电动泵单元，尤其是应用于高压清洗设备的电动泵单元”的发明专利中披露了一种具有冷却功能的电动泵单元，其公开文本中详细记载了其技术手段主要是通过在电动马达的马达壳体上建立冷却流体的流体连接从而利用泵的输送功能实现电机泵的冷却。虽然该专利披露了一种针对电机泵冷却的解决方案，但是由于该电机泵所采用的电动马达为有刷电机，该类电机缺点较多，已经成为一种较为落后的泵驱动方式。

随着能源危机的不断加剧，采用永磁励磁取代电励磁以节省能源消耗已成为全世界的共识，同时，由于我国是世界上稀土资源最丰富的国家，开放研究和推广应用新型稀土永磁无刷电机，可以显著提高电机的效率、功率密度、寿命等，具有重要的理论意义和应用价值。作为更优的泵驱动方案，永磁无刷电机特别是稀土永磁无刷电机替代传统电机优势非常明显，前景非常看好。稀土永磁无刷电机包括电机本体和控制器，是一种典型的机电一体化产品。对于稀土永磁无刷电机除了要控制电机泵体的温度外还要有效控制控制器的温度，根据实际测试的数据可以得出，控制器的局部温度往往高于电机本体，而过高的温度往往会对控制器内的板载电子元件造成不可逆转的损害。因此，在实际使用时，控制器的温度控制要比电机的温度控制更为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种水冷式无刷电机泵单元及高压清洗设备，能够利用清洗水对无刷电机和控制器分别进行冷却，有效提升机器效率和寿命等，并且机器紧凑、静音。

为解决现有技术问题，本发明公开了一种水冷式无刷电机泵单元，包括：

泵，具有一个泵进水口和一个泵出水口；

无刷电机，具有一铁芯；以及

控制器，具有一温度较高的面；

无刷电机与泵相连，控制器控制无刷电机；

还包括：

控制器水冷体，具有一温度较低的面；

温度较低的面与温度较高的面相接触，控制器水冷体具有一个第一水口，沿第一水口向内延伸形成冷却流道；

无刷电机还具有一壳体，壳体具有一环形腔，壳体包裹并紧贴铁芯，壳体与控制器水冷体相连接使环形腔与冷却流道相连通以形成冷流路径，环形腔在壳体外形成第二水口，第二水口或第一水口通过连接管与泵进水口相连。

作为优选方案，冷却流道包括内流道和外流道，内流道分别与第一水口及外流道相连通，外流道与环形腔相连通。

作为优选方案，控制器水冷体的冷却流道与温度较低的面之间设有冷却通道和若干第一导热筋，温度较低的面与冷却流道通过第一导热筋相连接。

作为优选方案，冷却流道的外围设有至少一个侧筋。

作为优选方案，内流道呈S形结构布置。

作为优选方案，内流道通过其底面与壳体的端面相贴合形成完整的密封流道。

作为优选方案，外流道内还设有沿冷却水流动方向延伸形成的内导热筋。

作为优选方案，环形腔设有隔挡，隔挡位于环形腔内离第二水口较远的位置从而使环形腔沿一段圆弧延伸。

作为优选方案，环形腔的底部与铁芯之间具有一定间距。

作为优选方案，壳体上设置至少一个第二导热筋，第二导热筋从环形腔的外部向铁芯的外部延伸。

作为优选方案，控制器水冷体位于壳体轴向的端面处。

作为优选方案，控制器水冷体位于壳体周向的外侧处。

作为优选方案，壳体轴向的端面的内部设有轴承座，用于安装无刷电机的轴承。

作为优选方案，控制器水冷体由铝或铝合金材料制成。

作为优选方案，壳体由铝或铝合金材料制成。

作为优选方案，控制器水冷体通过O型圈与壳体形成密封连接。

作为优选方案，无刷电机为永磁无刷电机。

作为优选方案，无刷电机为稀土永磁无刷电机。

本发明还公开了一种高压清洗设备，包括上述的水冷式无刷电机泵单元。

本发明具有的有益效果：

1、冷却效果好，无刷电机的本体和控制器都得到很好冷却，电机泵发热问题得到明显改善，机器设备运行效率明显提升，最大输出压力及流量得到提升；

2、用水冷无刷电机替代传统电机，电机寿命大大提升；

3、在解决无刷电机水冷却的同时，还有效解决了因高温导致材料腐蚀所带来的电气安全问题；

4、机器设备工作温度显著下降，降低关键部位塑料件的老化速度，设备可靠性得到提高、使用寿命得到延长；

5、无刷电机采用水冷完全替代风冷，减少风叶和进出风口等零部件及机身构造，大大提高设备的防水等级；

6、采用清洗介质作为冷源，可以实现设备的全密封设计构造，既降低了机器运行噪声，还缩小了设备体积。

附图说明

图1为本发明一个优选实施例的结构立体图；

图2为图1所示实施例的结构主视图；

图3为图1所示实施例中控制器水冷体一个视角下的结构立体图；

图4为图1所示实施例中控制器水冷体另一个视角下的结构立体图；

图5为图1所示实施例中控制器水的结构主视图；

图6为图1所示实施例中控制器水冷体的结构仰视图；

图7为图1所示实施例中壳体的结构立体图；

图8为图1所示实施例中壳体的结构俯视图；

图9为图8沿A-A向剖视图。

附图标记：

1进水接头；2控制器；3控制器水冷体；301内流道；302外流道；303底面；304温度较低的面；305第一水口；306第一导热筋；307侧筋；308冷却通道；309内导热筋；4壳体；401环形腔；402端面；403隔挡；404第二导热筋；405内壁；406轴承座；5无刷电机；6连接管；7泵；8铁芯；9电机泵单元；10第二水口；11泵进水口；12泵出水口；13O型圈；F水流方向。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一

如图1和2所示，一种高压清洗设备，包括喷枪单元和电机泵单元，所述电机泵单元9包括：泵7、无刷电机5、控制无刷电机5的控制器2和控制器水冷体3。无刷电机5为稀土永磁无刷电机，作为一种典型的电机类型，可选择钕铁硼永磁无刷电机。泵7具有一个泵进水口11和一个泵出水口12，泵出水口12通过水管连接到喷枪单元实现水的喷出与清洗。无刷电机5具有一铁芯8和一壳体4，壳体4包裹铁芯8，尤其是其内壁405紧贴铁芯8从而建立热传导路径。控制器2，具有一温度较高的面201，控制器2内的主要大功率电子元件紧贴该温度较高的面201布置，作为一种典型的结构，该温度较高的面201为控制器2的底面。同样地，控制器水冷体3，具有一温度较低的面304，作为一种典型的结构，该温度较低的面304为控制器水冷体3的顶面。

所谓“温度较高的面”是指：相比控制器2的其它面而言，平均温度相对较高或靠近主要电子元件的面。

所谓“温度较低的面”是指：相比温度较高的面而言，温度较低同时又与控制器2的温度较高的面相接触以建立热传导的面。

无刷电机5与泵7相连接从而使无刷电机5驱动泵7工作，控制器2与无刷电机相连接从而控制无刷电机5的运行状态。控制器水冷体3上温度较低的面304与控制器2上温度较高的面205相接触建立热传递路径。控制器水冷体3具有一个第一水口305，沿第一水口305向其内部延伸形成冷却流道。

如图7所示，壳体4具有一环形腔401，壳体4与控制器水冷体3相连接使环形腔401与冷却流道相连通以形成冷流路径，作为一个典型的连接方案，控制器水冷体3通过O型圈13与壳体4轴向的端面密封相连。环形腔401在壳体4外形成第二水口10，第二水口10或第一水口305通过连接管6与泵进水口11相连。当第一水口305与泵进水口11相连时，则第二水口10通过进水接头1连接市政水管，此时水流先冷却无刷电机5，后冷却控制器2。当第二水口10与泵进水口11相连时，则第一水口305通过进水接头1连接市政水管，此时水流先冷却控制器2，后冷却无刷电机5，水流方向F如图2、图6及图8所示。

由于清洗水还用于无刷电机5和控制器2的冷却，因此相比尚未进入该高压清洗设备的水而言，从该高压清洗设备喷出的水的温度较高，对于清洗能力相比冷水清洗也有一定的增强。

如图4和6所示，冷却流道包括内流道301和外流道302，内流道301分别与第一水口305及外流道302相连通，外流道302与环形腔401相连通。作为一种典型的布置结构，内流道301呈S形结构布置。通过内流道301和外流道302的合理布置使得冷却流道能够更充分传到热量。

防腐蚀问题是水冷电机另一大难题所在——在实际运行时，控制器2会产生较多的热量，如果冷却流道与温度较低的面304之间为实心结构，则这些热量将会在控制器水冷体3靠近功率较大的电子元件的部位聚积造成局部温度升高，这种极冷和极热同时作用的情况下，长此以往会造成该部位的腐蚀击穿，水通过腐蚀点进入控制器2中便会造成电子元件的短路，造成极大危害。如图3和5所示，为了解决该问题，控制器水冷体3的冷却流道与温度较低的面304之间设有冷却通道308和若干第一导热筋306，温度较低的面304与冷却流道通过第一导热筋306相连接。通过第一导热筋306，热量能够实现分流而传导至控制器水冷体2的其它部位避免局部过热，有效解决水冷电机存在的电气安全问题。

如图3至6所示，冷却流道的外围设有至少一个侧筋307。作为一种典型的布置结构，侧筋307可以对称地设置于控制器水冷体3的两侧，并与第一导热筋306垂直，侧筋307的布置可以提高水冷效果，导向需要散热的元件。外流道302内还设有沿冷却水流动方向延伸形成的内导热筋309，改善水流导向及散热效果。

如图2所示，内流道301通过其底面303与壳体4的端面402相贴合形成完整的密封流道。与完全在内部形成冷却流道相比，这种结构更加便于制造，可以降低制造难度和成本。

如图8所示，环形腔401设有隔挡403，隔挡403位于环形腔401内离第二水口10较远的位置从而使环形腔401沿一段圆弧延伸。采取这种结构使得水流在环形腔401内产生沿环形路径的流动，避免首尾相通式的构造而影响水的流动。

所谓“较远的位置”是指，满足隔挡403与第二水口10之间的距离既能使水流路径尽可能的长从而提高冷却效果，又不至于两者相连而使环形腔401首尾相通时隔挡403的位置。该位置可以由本领域技术人员根据具体的结构和尺寸进行确定，故不赘述。

如图2所示，由于铁芯8为无刷电机5的主要发热部件，因此也存在与控制器水冷体3同样面临腐蚀击穿的问题，因此优选地在环形腔401的底部与铁芯8之间具有一定间距S。

所谓的“一定间距S”是指环形腔401既要尽可能近的靠近铁芯8，要有避免两者有重叠部分而造成壳体4与铁芯8重叠的部分极冷极热而导致腐蚀击穿的安全距离。本领域技术人员可以根据这一要求对该距离进行确定，故不赘述。

如图7和9所示，壳体4上设置至少一个第二导热筋404，当第二导热筋404的数量为多个时，作为一种典型的布置结构，第二导热筋404对称设置在壳体4的两侧，每侧的第二导热筋404以相互平行的方式设置。第二导热筋404从环形腔401的外部向铁芯8的外部延伸。距离相对靠近的两个第二导热筋404之间还连接有水平筋，通过第二导热筋404可以将铁芯8产生的热量快速传导至环形腔401中以及散发到空气中，进一步提高冷却效果。

如图9所示，壳体4轴向的端面402的内部设有轴承座406，用于安装无刷电机5的轴承。通过轴承座406来固定轴承，可以使轴承和无刷电机5的内部的热量经由轴承座406向环形腔401传导，提高了冷却范围，提升轴承寿命。

控制器水冷体3和壳体4均由铝或铝合金材料制成。与其它材料相比，这类材质具有各项性能更加均衡、导热效果好、易于成型及成本较低等优点。

实施例二

与实施例一不同之处在于，本实施例中，控制器水冷体3通过密封件与壳体4周向的外侧相连。

本发明中，侧筋307、第一导热筋307、第二导热筋404以及水平筋不仅作为功能件实现热量的传导和对外辐射，还作为结构件实现局部强度的提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (18)

1.一种水冷式无刷电机泵单元（9），包括：

泵（7），具有一个泵进水口（11）和一个泵出水口（12）；

无刷电机（5），具有一铁芯（8）；以及

控制器（2），具有一温度较高的面（201）；

所述无刷电机（5）与所述泵（7）相连，所述控制器（2）控制所述无刷电机（5）；

其特征在于，还包括：

控制器水冷体（3），具有一温度较低的面（304）；

所述温度较低的面（304）与所述温度较高的面（201）相接触，所述控制器水冷体（3）具有一个第一水口（305），沿所述第一水口（305）向内延伸形成冷却流道；

所述无刷电机（5）还具有一壳体（4），所述壳体（4）具有一环形腔（401），所述壳体（4）包裹并紧贴所述铁芯（8），所述壳体（4）与所述控制器水冷体（3）相连接使所述环形腔（401）与所述冷却流道相连通以形成冷流路径，所述环形腔（401）在所述壳体（4）外形成第二水口（10），所述第二水口（10）或所述第一水口（305）通过连接管（6）与所述泵进水口（11）相连；

所述控制器水冷体（3）的冷却流道与所述温度较低的面（304）之间设有冷却通道（308）和若干第一导热筋（306），所述温度较低的面（304）与所述冷却流道通过所述第一导热筋（306）相连接。

2.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述冷却流道包括内流道（301）和外流道（302），所述内流道（301）分别与所述第一水口（305）及所述外流道（302）相连通，所述外流道（302）与所述环形腔（401）相连通。

3.根据权利要求2所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述内流道（301）通过其底面（303）与所述壳体（4）的端面（402）相贴合形成完整的密封流道。

4.根据权利要求2所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述内流道（301）呈S形结构布置。

5.根据权利要求2所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述外流道（302）内还设有沿冷却水流动方向延伸形成的内导热筋（309）。

6.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述冷却流道的外围设有至少一个侧筋（307）。

7.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述环形腔（401）设有隔挡（403），所述隔挡（403）位于所述环形腔（401）内离所述第二水口（10）较远的位置从而使所述环形腔（401）沿一段圆弧延伸。

8.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述环形腔（401）的底部与所述铁芯（8）之间具有一定间距。

9.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述壳体（4）上设置至少一个第二导热筋（404），所述第二导热筋（404）从所述环形腔（401）的外部向所述铁芯（8）的外部延伸。

10.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述控制器水冷体（3）位于所述壳体（4）轴向的端面处。

11.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述控制器水冷体（3）位于所述壳体（4）周向的外侧处。

12.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述壳体（4）轴向的端面（402）的内部设有轴承座（406），用于安装所述无刷电机（5）的轴承。

13.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述控制器水冷体（3）由铝或铝合金材料制成。

14.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述壳体（4）由铝或铝合金材料制成。

15.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述控制器水冷体（3）通过O型圈（13）与所述壳体（4）形成密封连接。

16.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述无刷电机（5）为永磁无刷电机。

17.根据权利要求1所述一种水冷式无刷电机泵单元（9），其特征在于，所述无刷电机（5）为稀土永磁无刷电机。

18.一种高压清洗设备，包括电机泵单元，其特征在于：所述电机泵单元为权利要求1所述的一种水冷式无刷电机泵单元（9）。