CN110500287B

CN110500287B - 一种基于无刷电机的无轴泵

Info

Publication number: CN110500287B
Application number: CN201910630617.4A
Authority: CN
Inventors: 邓建强; 康祥; 王茂森; 夏凌寒; 张寅捷; 夏琦; 宣炳蔚
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2019-07-12
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2021-04-20
Anticipated expiration: 2039-07-12
Also published as: CN110500287A

Abstract

本发明公开了一种基于无刷电机的无轴泵结构，包括定子、转子、机械密封、转动管道、套筒、叶轮、滚动轴承、端盖、底座等。定子上缠有绕组，霍尔元件位于定子内侧，转子位于定子内部，转子上嵌含钕铁硼磁瓦，转子与转动管道相配合，带动转动管道中的叶轮，叶轮内叶片轴向受力依次通过转动管道、套筒、滚动轴承传递到机架。两套机械密封装置作用于转动管道与固定管道之间。端盖设有排水孔。定子外壁设计为肋片结构。本发明摒弃了轴流泵中长轴的使用，采用机械密封的方法，解决了现有无轴泵设计的密封问题，具有结构紧凑、稳定性高、体积小、噪音低等优点。

Description

一种基于无刷电机的无轴泵

技术领域

本发明属于水泵结构设计技术领域，涉及一种无轴泵，尤其是一种基于无刷电机的无轴泵。

背景技术

目前，轴流泵的泵体和电机都是分体结构，且一般的轴流泵由电机和水泵通过联轴器联接，该种结构造成很多问题，如长轴的悬臂梁结构导致泵体抗振性能差；叶轮与固定的叶轮外壳摩擦造成事故；长轴较长易导致轴出现弯曲以及泵运转发生故障等。而无轴泵可将电机与水泵设计集成于一体，彻底摒弃轴流泵中长轴的使用，泵的出水口流道不需设计成弯管为电机和轴的提供空间，并且无由联轴器产生的能量损耗，可显著提高泵的效率，提高结构紧凑性，而且系统布置简单，具有极高的实用性。

目前有相关研究学者已设计出电机与泵体集成，摒弃长轴的推动器，但电机的气隙内存在流体，存在逆流的问题，降低了效率。另有相关研究学者提出无轴泵的模型，但仅处于整体示意图及初步设计的阶段，没有涉及具体的密封结构及方法。Michal Schmirler等人对无轴泵的结构进行了初步的设计，具有一定的可行性，但是其结构中在转动部件与固定部件之间使用O形圈实现动密封，密封效果较差，可能会造成流体泄漏，造成电机烧毁。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于无刷电机的无轴泵，该无轴泵装置能够有效解决现有设计中转动管道与固定管道间无可靠密封措施的问题，使无轴泵运行平稳、可靠、高效，且运行噪音低。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开的一种基于无刷电机的无轴泵，包括同轴安装的端盖、滚动轴承、转动管道、叶轮、转子和定子；

所述定子的外壁为肋片结构，内部缠有绕组，定子上开设接线孔，通过出线连接无刷电机的控制器；

转子外侧嵌有磁瓦，转子位于定子内部，定子与转子之间通过滚动轴承支撑，并留有气隙，转子能够带动转动管道及叶轮旋转；

在转子与滚动轴承之间安装有对称设置的第一套筒和第二套筒，第一套筒和第二套筒用于传递转动管道承受的轴向力；滚动轴承外侧与端盖过盈配合，能够将第一套筒和第二套筒传递的轴向力传递给端盖；

所述端盖为凸台结构，一侧为能够外接管路系统的固定管道，在该固定管道与转动管道之间设有机械密封件，所述机械密封件包括静部件、弹簧、第一动部件和第二动部件，静部件一侧与端盖固定，另一侧与第一动部件接触，且第一动部件与静部件被弹簧紧压；第二动部件的两侧分别与第一动部件及转动管道配合；

转动管道、端盖、叶轮和机械密封件内部形成流体流道。

优选地，在转动管道上开设有用于安装辅助密封圈的环形小槽。

优选地，在端盖的外侧设有排水孔。

优选地，所述磁瓦为钕铁硼磁瓦。

优选地，叶轮设有轮毂，叶片呈圆周径向安装在轮毂上。

优选地，端盖一侧的固定管道与法兰相连接，另一侧与定子通过螺栓连接。

优选地，在定子底部设有底座。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出的基于无刷电机的无轴泵结构，在转动管道与固定管道间设计了两套机械密封件，代替了现有设计中使用O型圈密封的方法，解决现有设计中转动管道与固定管道间无可靠密封措施的问题，提高了无轴泵运行的可靠性和稳定性。该无轴泵的定子产生的旋转磁场带动含有磁瓦的转子，转子带动转动管道旋转，进而带动旋转管道中的叶轮，利用叶轮叶片对流体产生的作用力输送流体，因而彻底摒弃了使用传统的长轴来驱动叶轮，将电机与水泵集成为一体，从而避免了因长轴的悬臂梁结构而产生抗振性能差的问题，实现了泵的平稳、低噪音运行；同时该无轴泵电机与水泵一体化的设计，摒弃了联轴器的使用，结构紧凑且布置简单，无联轴器产生的能量损耗；现有轴流泵出口因存在弯道，产生能量损耗，而无轴泵出口无弯道设置，因此可高效运行。

附图说明

图1为本发明所提供的无轴泵的轴向剖视图；

图2为本发明所提供的辅助密封圈的结构示意图；

图3为本发明所提供的无轴泵的径向剖视图；

图4为本发明所提供的无轴泵密封结构图。

其中，1-端盖；2-滚动轴承；3-转动管道；4-辅助密封圈；5-第一套筒；6-排水孔；7-螺栓；8-第二套筒；9-弹簧；10-叶轮；11-静部件，12-第一动部件，13-第二动部件；14-接线孔；15-转子；16-磁瓦；17-定子；18-底座。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1、图2、图3和图4，一种基于无刷电机的无轴泵，包括定子17、转子15、转动管道3、第一套筒5、第二套筒8、叶轮10、滚动轴承2、端盖1、螺栓7、底座18。定子17外壁为肋片结构，设有接线孔14，底部设有底座18，内部缠有绕组，霍尔元件位于定子17内侧；转子15位于定子17内部，外侧嵌含钕铁硼磁瓦16；转动管道3位于转子15内部，与转子15相配合；叶轮10位于转动管道3内部；第一套筒5位于转子15与滚动轴承2之间，用于传递转动管道3所受的轴向力；端盖1呈凸台结构，一侧作为固定管道，外侧与法兰相连接，另一侧与定子17通过螺栓7进行连接，滚动轴承2装在端盖1内，端盖1设计有排水孔6，防止流体泄漏并淤积；机械密封件位于端盖1的固定管道与转动管道3之间，其包括静部件11、弹簧9、第一动部件12与第二动部件13，静部件11一侧与端盖1固定在一起，第一动部件12与静部件11相接触并被弹簧9紧压在一起。定子17、转子15、转动管道3、第一套筒5、第二套筒8、叶轮10、滚动轴承2、端盖1都同轴安装，转动管道3、端盖1、叶轮10、机械密封件内部形成流体流道。

如图3所示，转动管道3内的动部件12通过弹簧9与静部件11紧压在一起。摩擦端面损耗后，动部件12在弹簧9的力的作用下补充损耗位置，故要求动部件12可沿轴向自由滑动，动部件13两侧与动部件12和转动管道3配合。转动管道3上有环形小槽，可安装辅助密封圈4，防止流体轴向泄漏。端盖1外侧设有排水孔6，可排出泄漏的流体。

本发明的无轴泵的工作原理为：含有多极绕组的定子17产生的旋转磁场带动含有磁瓦16的转子15，转子15带动转动管道3旋转，进而带动旋转管道3中的叶轮10。同时，在转动管道3两侧与固定管道连接处，分别安装有一套机械密封件，能够有效防止传送介质在转动管道3两侧泄漏。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims

1.一种基于无刷电机的无轴泵，其特征在于，包括同轴安装的端盖（1）、滚动轴承（2）、转动管道（3）、叶轮（10）、转子（15）和定子（17）；

所述定子（17）的外壁为肋片结构，内部缠有绕组，定子（17）上开设接线孔（14），通过出线连接无刷电机的控制器；

转子（15）外侧嵌有磁瓦（16），转子（15）位于定子（17）内部，定子（17）与转子（15）之间通过滚动轴承（2）支撑，并留有气隙，转子（15）能够带动转动管道（3）及叶轮（10）旋转；

在转子（15）与滚动轴承（2）之间安装有对称设置的第一套筒（5）和第二套筒（8），第一套筒（5）和第二套筒（8）用于传递转动管道（3）承受的轴向力；滚动轴承（2）外侧与端盖（1）过盈配合，能够将第一套筒（5）和第二套筒（8）传递的轴向力传递给端盖（1）；

所述端盖（1）为凸台结构，一侧为能够外接管路系统的固定管道，在该固定管道与转动管道（3）之间设有机械密封件，且机械密封件设置在转动管道（3）径向内侧；所述机械密封件包括静部件（11）、弹簧（9）、第一动部件（12）和第二动部件（13），静部件（11）一侧与端盖（1）固定，另一侧与第一动部件（12）接触，且第一动部件（12）与静部件（11）被弹簧（9）紧压；第二动部件（13）的两侧分别与第一动部件（12）及转动管道（3）配合；

转动管道（3）、端盖（1）、叶轮（10）和机械密封件内部形成流体流道；

在转动管道（3）上开设有用于安装辅助密封圈（4）的环形小槽，在端盖（1）的外侧设有排水孔（6）。

2.根据权利要求1所述的基于无刷电机的无轴泵，其特征在于，所述磁瓦（16）为钕铁硼磁瓦。

3.根据权利要求1所述的基于无刷电机的无轴泵，其特征在于，叶轮（10）设有轮毂，叶片呈圆周径向安装在轮毂上。

4.根据权利要求1所述的基于无刷电机的无轴泵，其特征在于，端盖（1）一侧的固定管道与法兰相连接，另一侧与定子（17）通过螺栓（7）连接。

5.根据权利要求1所述的基于无刷电机的无轴泵，其特征在于，在定子（17）底部设有底座（18）。