CN111350668B - 无轴驱动静音增压泵及实现方法 - Google Patents

无轴驱动静音增压泵及实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无轴驱动静音增压泵及实现方法。所述无轴驱动静音增压泵包括：泵体外壳；与所述泵体外壳结合为一体的定子组件；安装在所述定子组件所围成的腔体中的多个叶轮组件；用来连通所述多个叶轮组件的多个导叶，每个导叶安装在一个对应叶轮组件的输出端；以及根据泵出口水压数据控制定子组件转速和功率的控制器总成。由于本发明将动力直接传递到每个叶轮上，因而能够更高效的传递动力。

Description

无轴驱动静音增压泵及实现方法
技术领域
本发明涉及一种家用管道增压泵，特别是一种无转子驱动轴的用于家庭管道的无轴驱动静音增压泵及实现方法。
背景技术
目前的家用变频增压泵通常具有如下特点：1、常规电泵设计分为两个部分，感应电机﹢泵，再通过轴串联将电机动力传递至泵叶片。2、电机和泵之间需要用靠摩擦封闭的机械密封件进行隔离防止电机进水。3、电机需要用滚珠轴承支撑，转动时产生滚动摩擦噪音，同时磨损滚珠。4、高速旋转的叶片将水甩出，作用在泵体壁面产生冲击，同时伴随空泡产生、破裂等都会产生噪音，如果没有将这些声音进行屏蔽，会影响用户使用体验。5、传统感应电机功率密度和效率相对都比较低，同功率下体积比永磁电机体积大，消耗大量的钢、铜、铝等材料。分体设计的变频器、感应电机、泵，导致整机的体积过大。
总而言之，现有产品缺点是：
1、电机和泵之间需要靠摩擦封闭的机械密封件进行隔离，存在机械密封摩擦损耗，降低整机效率；该结构复杂且机械密封件属于消耗部件，容易失效泄漏，需定期更换；
2、串联动力轴的材料要求满足电机转矩所需要的剪切应力。
3、感应电机功率密度、效率低，体积大，浪费材料。
4、无屏蔽电泵工作时水流高速冲击壁面、空泡产生、破裂等造成的噪音。
5、支撑电机转轴的滚珠轴承防尘防水性能差、高速旋转造成滚动摩擦磨损滚珠，导致轴承噪音。
6、分体设计的变频器、感应电机、泵，导致系统集成度差，体积大。
发明内容
本发明的目的是提供一种无转子驱动轴的用于家庭管道的无轴驱动静音增压泵及实现方法，用于解决上述现有的采用电机+泵技术带来的技术问题。
根据本发明的一个方面，一种无轴驱动静音增压泵，其包括：
泵体外壳；
与所述泵体外壳结合为一体的定子组件；
安装在所述定子组件所围成的腔体中的多个叶轮组件；
用来连通所述多个叶轮组件的多个导叶，每个导叶安装在一个对应叶轮组件的输出端；以及
根据泵出口水压数据控制定子组件转速和功率的控制器总成。
优选地，所述的与所述泵体外壳4结合为一体的定子组件包括：作为定子组件外层套筒的带绕组定子；浇灌所述带绕组定子的定子灌封胶，用于密封所述带绕组定子；作为定子组件内层套筒的定子屏蔽套；其中，所述泵体外壳压入带绕组定子的外壁，所述定子屏蔽套连接带绕组定子，从而形成增压泵的定子部分。
优选地，所述每个叶轮组件包括：作为叶轮组件外层套筒的磁环；作为叶轮组件中层套筒的转子轭；作为叶轮组件内层套筒的叶轮，叶轮内部具有作为水体流道的腔体；其中，所述磁环、转子轭以及叶轮依次套接在一起，形成一个整体。
优选地，每个导叶与所述定子屏蔽套固定连接，将上游叶轮泵出的水体导入到下游叶轮组件。并且与所述定子屏蔽套固定连接的每个导叶形成了用来冷却定子组件的冷却水道。
本发明的无轴驱动静音增压泵还包括：安装在泵体外壳两端内部的两个支撑架；安装在所述两个支撑架之间的转轴；连接泵体外壳两端的两个端盖，一个端盖充当进水口，另一个端盖充当出水口。
优选地，所述多个叶轮固定在所述转轴上，以便多个叶轮同步旋转。
优选地，所述转轴上还装有用来定位叶轮的多个轴套。
根据本发明的另一方面，一种无轴驱动静音增压泵实现方法，其包括：
将泵体外壳与定子组件结合为一体，形成具有空腔的增压泵定子部分；
将多个叶轮组件安装在由定子组件所围成的空腔中；
在每个叶轮组件的出水端安装一个导叶，从而导出每个叶轮组件泵出的水体；以及
在泵体上安装用来根据泵出口水压数据控制定子组件转速和功率的控制器总成。
优选地，与所述泵体外壳结合为一体的定子组件包括：作为定子组件外层套筒的带绕组定子；浇灌所述带绕组定子的定子灌封胶，用于密封所述带绕组定子；作为定子组件内层套筒的定子屏蔽套；其中，通过将所述泵体外壳压入带绕组定子外壁，再将所述定子屏蔽套附在带绕组定子上，形成一体化的增压泵定子部分。
优选地，所述每个叶轮组件包括：作为叶轮组件外层套筒的磁环；作为叶轮组件中层套筒的转子轭；作为叶轮组件内层套筒的叶轮，叶轮内部具有作为水体流道的腔体；其中，所述磁环、转子轭以及叶轮一同注塑，再对磁环进行分级充磁。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：动力直接传递到每个叶轮上的磁环上，动力传递更高效；无轴动力传力实现取消机械密封件，降低维护成本；叶轮上的轴仅实现支撑叶轮的作用，降低了轴材料对切应力的要求；采用水冷设计，对电机和控制器散热有优势，进一步提高电机功率密度，降低电机的体积；叶片加速甩出的水流作用在电机定子内腔，电机内腔包含屏蔽层、电机定子、定子封闭胶、不锈钢外壳等起到对噪音的屏蔽和缓冲作用，实现降低了泵抽水的噪音。
下面结合附图以具体实施例对本发明的上述特点、功能和效果，进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的无轴驱动静音增压泵的主视图；
图2是本发明的无轴驱动静音增压泵的剖视图；
图3是用于显示图2中部分结构的放大图；
图4是本发明的无轴驱动静音增压泵实现方法的示意图。
附图标记说明：1、固定端盖；2、塑料支撑座；3、密封圈；4、泵体外壳；5、控制器总成；6、定子灌封胶；7、水压传感器；8耐磨橡胶静环；9不锈钢动环；10不锈钢锁紧螺钉；11转轴；12耐磨橡胶垫；13氧化锆嵌件；14塑料叶轮；15铜套；16导叶；17带绕组定子；18定子屏蔽套；19磁环；20转子轭。
具体实施方式
图1和图2显示了本发明的一种无轴驱动静音增压泵的结构，其包括：泵体外壳4，其由不锈钢机壳支撑，为管状或筒形形状；与所述泵体外壳4结合为一体的定子组件，以形成增压泵的定子部分；安装在所述定子组件所围成的腔体中的多个叶轮组件，每个叶轮组件通过与所述定子部分的电磁作用进行旋转；用来连通所述多个叶轮组件的多个导叶16，每个导叶安装在一个对应叶轮组件的输出端；以及根据泵出口水压数据控制定子组件转速和功率的控制器总成5，通过水压传感器7将出口压力数据传导控制器总成5处理后控制带绕组定子17输出转速、功率，再通过带绕组定子17三相线反馈的数据给控制器总成5完成控制闭环，实现智能恒压控制。
参见图3.本发明的与所述泵体外壳4结合为一体的定子组件通常包括：作为定子组件外层套筒的带绕组定子17；浇灌带绕组定子17的定子灌封胶6，用于密封所述带绕组定子17，即用定子灌封胶6浇灌带绕组定子17的两个端部；作为定子组件内层套筒的定子屏蔽套18；所述泵体外壳4压入带绕组定子17的外壁，所述定子屏蔽套18连接带绕组定子17，从而形成一体结构的增压泵的定子部分。
参见图3本发明的每个叶轮组件包括：作为叶轮组件外层套筒的磁环19；作为叶轮组件中层套筒的转子轭20；作为叶轮组件内层套筒的叶轮14，叶轮内部具有作为水体流道的腔体；其中，所述磁环19、转子轭20以及叶轮14依次套接在一起，形成一个带有磁环的叶轮部分，以便使叶轮直接与增压泵的定子部分发生电磁作用。
本发明的每个导叶6与所述定子屏蔽套18固定连接，将上游叶轮泵出的水体导入到下游叶轮组件，实现上游叶轮组件与下游叶轮组件的水道连通。
本发明的与定子屏蔽套18固定连接的每个导叶6还形成了用来冷却定子组件的冷却水道，以便通过流动的水体带走定子组件发出的热量。本发明的每个导叶实际上是一个迫使水体经过定子屏蔽套18的筒形部件。
在一个实例中，氧化锆嵌件13、导叶16可以一同注塑完成，氧化锆嵌件13安装在耐磨橡胶12中，与耐磨橡胶12滑动接触。
此外，本发明的无轴驱动静音增压泵还包括：安装在泵体外壳4两端内部的两个支撑架2；安装在所述两个支撑架之间的转轴11；连接泵体外壳4两端的两个端盖1，一种一个端盖充当进水口，另一个端盖充当出水口。其中，所述多个叶轮14固定在所述转轴11上，以便多个叶轮14同步旋转。在转轴上还装有用来定位叶轮14的多个轴套15。
图4显示了本发明的一种无轴驱动静音增压泵实现方法，其包括：将泵体外壳4与定子组件结合为一体，形成具有空腔的增压泵定子部分；将多个叶轮组件安装在由定子组件所围成的空腔中；在每个叶轮组件的出水端安装一个导叶16，从而导出每个叶轮组件泵出的水体；以及在泵体上安装用来根据泵出口水压数据控制定子组件转速和功率的控制器总成5。
在本发明的无轴驱动静音增压泵实现方法中，与所述泵体外壳4结合为一体的定子组件包括：作为定子组件外层套筒的带绕组定子17；浇灌所述带绕组定子17的定子灌封胶6，用于密封所述带绕组定子17；作为定子组件内层套筒的定子屏蔽套18；其中，通过将所述泵体外壳4压入带绕组定子17外壁，再将所述定子屏蔽套18附在带绕组定子17上，形成一体化的增压泵定子部分。
在本发明的无轴驱动静音增压泵实现方法中，每个叶轮组件包括：作为叶轮组件外层套筒的磁环19；作为叶轮组件中层套筒的转子轭20；作为叶轮组件内层套筒的叶轮14，叶轮内部具有作为水体流道的腔体；其中，所述磁环19、转子轭20以及叶轮14一同注塑，再对磁环19进行分级充磁。
综上所述，针对现有的家用变频增压泵的上述特点，本发明开发了免维护、静音型等高度集成化小体积的智能恒压供水电泵。
本发明针对现有技术的缺点，本发明设计无轴驱动智能恒压电泵，将电机的转子的磁环与单个叶轮设计在一起，定子的磁场直接作用在叶轮外圆永磁体上，每个叶轮都获得单独的动力传递，实现无轴传递动力的功能。
此外，本发明的无轴驱动智能恒压电泵，动力直接传递到每个叶轮上的磁环上；无轴传动实现取消机械密封件，降低摩擦损耗，免密封件维护；叶轮上的转轴仅起到支撑作用，对轴材料的抗剪切应力的要求降低；电机定子部分包裹住泵的过流部分，对高速水流冲击、空泡破裂声音起到缓冲、屏蔽作用，降低了泵抽水噪音；采用滑动轴承，比传统滚珠轴承防护性能和使用寿命都好，减少了滚珠磨损、生锈等导致轴承噪音；将永磁电机、泵、水压传感器、控制器高度集成一体，体积小，可以节省大量的材料，同时实现智能恒压控制。
此外，通过将带绕组定子17嵌入定子屏蔽套18，保护定子受高速水流、杂质冲击，定子灌封胶6防止带绕组定子17进水。
通过固定端盖1、塑料支撑座2组装、密封圈3组装好、耐磨橡胶静环8与塑料支撑座2螺纹锁紧，起到固定密闭作用。
转轴可以采用六字轴。其转轴11串联叶轮14、轴套15、不锈钢动环9、耐磨橡胶垫12，用螺丝10两头锁紧，通过支撑座2构成整机的转动部分。
无轴驱动动力的实现方式，将叶轮14、磁环19、转子轭20集成一起作为电机转子安装在定子内部。
实现静音的方式，水流是经由不锈钢机壳4、带绕组定子17、定子灌封胶6、定子屏蔽套18构成整机屏蔽定子内腔流过。
本发明的技术效果是：1、动力直接传递到每个叶轮上的磁环上，动力传递更高效。2、无轴动力传力实现取消机械密封件，降低维护成本。3、叶轮上的轴仅实现支撑叶轮的作用，降低了轴材料对切应力的要求。4、采用水冷设计，对电机和控制器散热有优势，进一步提高电机功率密度，降低电机的体积。5、叶片加速甩出的水流作用在电机定子内腔，电机内腔包含屏蔽层、电机定子、定子封闭胶、不锈钢外壳等起到对噪音的屏蔽和缓冲作用，实现降低了泵抽水的噪音。6、叶轮支撑轴两端采用耐磨橡胶静环加不锈钢轴套动环的滑动支撑结构，在转轴高速旋转时，橡胶静环和不锈钢轴套之间会形成一层水膜，实现降低轴承噪音。7、将永磁电机、泵、水压传感器、控制器高度集成一体，体积小，可以节省大量的材料，同时实现智能恒压控制。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种无轴驱动静音增压泵，包括：
泵体外壳；
安装在泵体外壳两端内部的两个支撑架之间的转轴；
与所述泵体外壳结合为一体的定子组件；
安装在所述定子组件所围成的腔体中的多个叶轮组件，包括固定在所述转轴上的多个叶轮；
用来连通所述多个叶轮组件的多个导叶，每个导叶安装在一个对应叶轮组件的输出端；
其特征在于，还包括根据泵出口水压数据控制定子组件转速和功率的控制器总成；其中：
所述定子组件包括作为定子组件内层套筒的定子屏蔽套；
每个导叶与所述定子屏蔽套固定连接，并且每个导叶由迫使水体经过定子屏蔽套的筒形部件构成，用于形成冷却所述定子组件的冷却水道；以及
所述转轴两端采用耐磨橡胶静环加不锈钢轴套动环的滑动支撑结构，以便转轴高速旋转时，在耐磨橡胶静环和不锈钢轴套动环之间形成一层水膜，降低轴承噪音。
2.根据权利要求1所述的无轴驱动静音增压泵，其中，所述的与所述泵体外壳结合为一体的定子组件还包括：
作为定子组件外层套筒的带绕组定子；
浇灌所述带绕组定子的定子灌封胶，用于密封所述带绕组定子；
其中，所述泵体外壳压入带绕组定子的外壁，所述定子屏蔽套连接带绕组定子，从而形成增压泵的定子部分。
3.根据权利要求2所述的无轴驱动静音增压泵，其中，所述每个叶轮组件还包括：
作为叶轮组件外层套筒的磁环；
作为叶轮组件中层套筒的转子轭；
其中，所述磁环、转子轭以及叶轮依次套接在一起，形成一个整体。
4.根据权利要求3所述的无轴驱动静音增压泵，还包括固定在转轴上的耐磨橡胶，以及与导叶一同注塑形成的氧化锆嵌件；所述氧化锆嵌件安装在耐磨橡胶中，与耐磨橡胶滑动接触。
5.根据权利要求3所述的无轴驱动静音增压泵，还包括安装在出水口的用于将泵出口水压数据送给控制器总成的水压传感器；所述控制器总成处理所述泵出口水压数据后，控制定子输出转速、功率，再通过定子三相线反馈的数据给控制器总成完成控制闭环，实现智能恒压控制。
6.一种无轴驱动静音增压泵实现方法，包括：
将泵体外壳与定子组件结合为一体，形成具有空腔的增压泵定子部分，所述泵体外壳两端内部的 两个支撑架之间安装有转轴；
将多个叶轮组件安装在由定子组件所围成的空腔中，所述叶轮组件包括固定在所述转轴上的多个叶轮；
在每个叶轮组件的出水端安装一个导叶，从而导出每个叶轮组件泵出的水体；
其特征在于，还包括在泵体上安装用来根据泵出口水压数据控制定子组件转速和功率的控制器总成；其中：
所述定子组件包括作为定子组件内层套筒的定子屏蔽套；
每个导叶与所述定子屏蔽套固定连接，并且每个导叶由迫使水体经过定子屏蔽套的筒形部件构成，用于形成冷却所述定子组件的冷却水道；以及
所述转轴两端采用耐磨橡胶静环加不锈钢轴套动环的滑动支撑结构，以便转轴高速旋转时，在耐磨橡胶静环和不锈钢轴套动环之间形成一层水膜，降低轴承噪音。
7.根据权利要求6所述的无轴驱动静音增压泵实现方法，其中，与所述泵体外壳结合为一体的定子组件还包括：
作为定子组件外层套筒的带绕组定子；
浇灌所述带绕组定子的定子灌封胶，用于密封所述带绕组定子；
其中，通过将所述泵体外壳压入带绕组定子外壁，再将所述定子屏蔽套附在带绕组定子上，形成一体化的增压泵定子部分。
8.根据权利要求6或7所述的无轴驱动静音增压泵实现方法，其中，所述每个叶轮组件还包括：
作为叶轮组件外层套筒的磁环；
作为叶轮组件中层套筒的转子轭；
其中，所述磁环、转子轭以及叶轮一同注塑，再对磁环进行分级充磁。
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