CN115539400A - 一种盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵，包括机壳、蜗壳、离心式叶轮以及电机定子，蜗壳设有叶轮腔和周向出口，离心式叶轮设置于叶轮腔与蜗壳构成离心泵送结构，离心式叶轮包括背板、叶片和转轴，叶片固定于背板的轴向两侧，位于背板同侧的叶片之间构成流体通道，转轴与背板固定并设有供液体向流体通道流动的入口，离心式叶轮构成电机转子，叶片为转子极，机壳固定于蜗壳上，转轴与机壳转动连接，电机定子包括盘状导磁铁心和绕设其上的线圈，电机定子设置于离心式叶轮的轴向两侧并固定于机壳内，电机定子与离心式叶轮构成双定子单转子盘式开关磁阻电机结构。本发明实现轴向双吸周向单排的泵送效果，轴向尺寸小、功率密度高。

Description

一种盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵

技术领域

本发明涉及一种离心式双吸泵，特别是涉及一种盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵，属于流体泵技术领域。

背景技术

大功率高压泵是多种关键工业系统的核心装置，其研究应用能够促进相关领域的产业技术升级。离心泵具有结构简单紧凑、高速运行能力强、同等输送量下所占面积小等突出优点，且泵内无活门，适宜输送含有大块固体的悬浮液，在大功率混凝土泵车、化学工业、食品工业中得到了广泛应用。

目前，大功率高压离心泵多采用分立式结构，即驱动电机与泵为独立制造的部件，通过轴系连接在一起。上述拓扑有利于实现泵和叶轮的密封，但分立式泵系统结构复杂，部件含量多，轴向尺寸大，无法集成到安装尺寸受限的场合。其次，现有的驱动电机和泵体的连接对部件本身的公差要求较高，轴系稳定度差，电机和叶轮共振现象多见，运行过程中薄壁叶片振动噪声问题突出，无法应用于人机环境要求较高的领域。另外，驱动电机和泵体分立时，难以实现轴向双吸结构，采用间接双吸结构的离心泵更为复杂，且存在严重的轴向推力，需要专门的止推轴承。考虑到泵系统恶劣的使用环境，采用分立结构需要专门设置电机的冷却机制，以增强环境温度变化以及输送粘度较大的流体介质时的运行稳定性，进一步增大了系统复杂度，降低了可靠性、功率密度和效率。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵，解决双吸离心泵结构复杂，轴向尺寸大的问题。

本发明技术方案如下：一种盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵，包括机壳、蜗壳、离心式叶轮以及盘式开关磁阻电机定子，所述蜗壳设有叶轮腔和周向出口，所述离心式叶轮设置于所述叶轮腔与所述蜗壳构成离心泵送结构，所述离心式叶轮包括背板、叶片和转轴，所述叶片固定于所述背板的轴向两侧，位于所述背板同侧的所述叶片之间构成流体通道，所述转轴与所述背板固定并设有供液体向所述流体通道流动的入口，所述离心式叶轮构成盘式开关磁阻电机转子，所述叶片为所述盘式开关磁阻电机转子的转子极，所述机壳固定于所述蜗壳上，所述转轴与所述机壳转动连接，所述盘式开关磁阻电机定子包括盘状导磁铁心和绕设在所述盘状导磁铁心的线圈，所述盘式开关磁阻电机定子设置于所述离心式叶轮的轴向两侧并固定于所述机壳内，所述盘式开关磁阻电机定子与所述离心式叶轮构成双定子单转子电机结构。

进一步地，所述盘状导磁铁心表面开设若干径向凹槽形成轴向凸起的定子齿，所述线圈绕设于所述定子齿，所述离心式叶轮的两侧的所述盘状导磁铁心的定子齿之间交错一设定角度。定子齿间角度的交错可以减少转矩波动。

进一步地，所述设定角度为转矩脉动周期角的1/2。

进一步地，所述叶片在所述背板的轴向两侧为对称布置。

进一步地，所述转轴为中空结构，所述转轴内与所述离心式叶轮的背板对应位置设有封板，所述封板将所述中空结构分隔为第一轴向盲孔和第二轴向盲孔，所述入口设置于所述转轴的周向，部分所述入口与所述第一轴向盲孔连通，部分所述入口于所述第二轴向盲孔连通。通过封板阻隔了叶轮两侧的流体，可以减少流体在流入离心泵时的扰动。

进一步地，所述机壳和所述蜗壳均为轴端敞口结构，所述机壳盖合在所述蜗壳的轴端，所述叶轮腔与所述机壳的内腔连通，所述盘式开关磁阻电机定子由绝缘环氧树脂灌封固定于所述机壳的内腔内，如此使得整个本体结构更为紧凑，驱动效率更高，最大程度缩短了轴向尺寸。

本发明所提供的技术方案的优点在于：

本发明所提出的离心式双吸泵轴向结构紧凑、驱动部件少、功率密度高及轴向尺寸小等突出优点，降低了装配工作量和维护的人力成本，适合集成到安装尺寸严格的系统中。其次，所述泵能实现轴向双吸、周向单口排出效果，具有流体流量大，无轴向力等优点。盘式磁阻电机的转子作为离心式泵的背靠背叶轮，系统结构强度和刚度大幅增加，抑制了现有叶轮中薄壁叶片产生的振动噪声。运行时，盘式磁阻电机的定子绕组通入电流，驱动叶轮旋转，带动流体介质流动，直接对电机定转子进行冷却，且冷却能力随转速自主调节。测试表明，所提出的结构能够降低系统整体温升，提高驱动效率。最后，相较于驱动电机和叶轮分立式结构，本发明集成式拓扑传动链短，无需叶轮与轴系连接装置，易损部件少，泵的寿命大幅提高。

附图说明

图1为盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵整体结构示意图（部分剖切裸露）。

图2为盘式开关磁阻电机定子结构示意图。

图3为盘式开关磁阻电机定子的盘状导磁铁心结构示意图。

图4为盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵的离心式叶轮结构图。

图5为盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵的后侧结构示意图。

图6为离心式叶轮的转轴结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。需要指出的是，为避免对细微结构（例如，机壳上的固定孔、紧固件和绕组接线座）的描述模糊本发明的核心技术特征，在图1至图5中仅示出了与本发明主要技术特征相关的结构及实施步骤。

请参照图1所示，本实施例涉及了一种盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵，主要结构包括机壳1、蜗壳2、离心式叶轮3以及盘式开关磁阻电机定子4，其中机壳1与蜗壳2连接，离心式叶轮3置于蜗壳2内形成与普通离心泵类似的叶轮、泵壳结构，在离心式叶轮3转动后从轴向抽吸流体，并在蜗壳2内积聚通过蜗壳2的周向出口202排出。盘式开关磁阻电机定子4是固定在机壳1内，离心式叶轮3作为盘式开关磁阻电机转子与盘式开关磁阻电机定子4构成电机结构，从而达到离心式叶轮3转动的目的。

盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵的具体的结构是这样的，盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵总体为一个轴向两端对称结构，具有两个流体入口和一个流体出口。蜗壳2设有一个叶轮腔201，并且设置有一个周向出口202，该周向出口202即作为盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵总体的流体出口，其与叶轮腔201连通。蜗壳2沿流体流动方向上的渐开线构型由等边基元法确定。蜗壳2为轴端两侧敞口结构，即蜗壳2为左右开口303d贯穿的结构，由机壳1与蜗壳2连接封闭蜗壳2的两端，离心式叶轮3设置在叶轮腔201内。

机壳1有两个，分别位于蜗壳2的两端。机壳1与蜗壳2为铝金属模压制造，通过密封圈和螺栓固定。机壳1为一端敞口结构，机壳1盖合在蜗壳2的轴端后，机壳1的内腔与蜗壳2的叶轮腔201形成连通的一体。盘式开关磁阻电机定子4设置在机壳1的内腔内，通过绝缘环氧树脂灌封形成盘状结构与机壳1固定。

请结合图2和图3所示，盘式开关磁阻电机定子4包括盘状导磁铁心401和绕设在盘状导磁铁心401的线圈402。其中盘状导磁铁心401由0.35mm硅钢片卷绕构成，盘状导磁铁心401的一侧表面采用线切割工艺加工出12条径向凹槽401a，形成了轴向凸起的12个定子齿401b，由漆包圆铜线制作的线圈402绕设在定子齿401b上形成12个线圈402，线圈402的缠绕平面与盘状导磁铁心401表面平行，在线圈402与开设的凹槽401a间设置有Nomex绝缘纸（未画出）。在蜗壳2的轴端两侧的机壳1内的盘式开关磁阻电机定子4错开5.75º（即两个盘状导磁铁心401上最为接近的两个凹槽401a间的夹角轴向投影为5.75º），该角度为转矩波动周期角的1/2，以减小转矩波动。

请结合图4至图6所示，位于叶轮腔201的离心式叶轮3成了盘式开关磁阻电机转子，由盘式开关磁阻电机定子4驱动转动，离心式叶轮3在轴向上与两侧的盘式开关磁阻电机定子4间形成轴向气隙，气隙宽度为0.31mm。离心式叶轮3包括背板301、叶片302和转轴303，背板301为圆形，是盘式开关磁阻电机转子的轭部，背板301厚度为5mm。转轴303设置在背板301的圆心与背板301固定连接，同时转轴303与两侧的机壳1通过轴承形成转动连接。转轴303为中空结构，转轴303的中空结构内在背板301对应位置设有封板303a，封板303a将中空结构分隔为第一轴向盲孔303b和第二轴向盲孔303c。在转轴303的周向设置有两圈开口303d，其中一圈开口303d位于背板301的前侧与第一轴向盲孔303b连通，另一圈开口303d位于背板301的背侧与第二轴向盲孔303c连通。液体分别通过第一轴向盲孔303b和第二轴向盲孔303c向中部流动，并从两圈开口303d流入叶轮腔201，因此这两圈开口303d以及第一轴向盲孔303b、第二轴向盲孔303c也是液体向泵内流动的入口。封板303a结构可以减少两侧流体的相互扰动。

在背板301的两侧分别固定安装有叶片302，这些叶片302由0.35mm厚无取向硅钢片卷绕形成的铁心加工得到并具有叶片302形状，在本实施例中，背板301每侧都设有14个叶片302，这些叶片302即形成盘式开关磁阻电机转子的转子极。14个转子极沿圆周均匀分布，极弧角度为28.5º，略大于极距值25.7°。转子极的型线302a根据贝塞尔曲线、流量和压比确定，相邻转子极的间隙构成沿半径方向的流体通道304，该流体通道304逆旋转方向后倾，前述的转轴303的周向上的开口303d则分别与各个流体通道304位置相对。转子极外缘通过过盈配合套入形状相同的1.2mm厚护套（图上未示出），再由护套嵌入背板301并焊接固定。由此，盘式开关磁阻电机定子4与离心式叶轮3形成14极12槽双定子单转子电机结构，本实施例中该电机结构额定功率为2000W，额定转速3200r/min。

正常工作时，盘式开关磁阻电机定子4的线圈402通入三相电流，形成旋转磁场，带动盘式开关磁阻电机转子（离心式叶轮3）旋转，在图5中为逆时针方向。借助离心力，离心式叶轮3的叶片302驱动流体从转轴303的第一轴向盲孔303b和第二轴向盲孔303c流入，通过开口303d进入叶片302间的流体通道304，然后进入叶轮腔201由蜗壳2的周向出口202排出，这一过程中流体压力增大，实现泵送功能。

Claims (6)

1.一种盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵，其特征在于，包括机壳、蜗壳、离心式叶轮以及盘式开关磁阻电机定子，所述蜗壳设有叶轮腔和周向出口，所述离心式叶轮设置于所述叶轮腔与所述蜗壳构成离心泵送结构，所述离心式叶轮包括背板、叶片和转轴，所述叶片固定于所述背板的轴向两侧，位于所述背板同侧的所述叶片之间构成流体通道，所述转轴与所述背板固定并设有供液体向所述流体通道流动的入口，所述离心式叶轮构成盘式开关磁阻电机转子，所述叶片为所述盘式开关磁阻电机转子的转子极，所述机壳固定于所述蜗壳上，所述转轴与所述机壳转动连接，所述盘式开关磁阻电机定子包括盘状导磁铁心和绕设在所述盘状导磁铁心的线圈，所述盘式开关磁阻电机定子设置于所述离心式叶轮的轴向两侧并固定于所述机壳内，所述盘式开关磁阻电机定子与所述离心式叶轮构成双定子单转子电机结构。

2.根据权利要求1所述的盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵，其特征在于，所述盘状导磁铁心表面开设若干径向凹槽形成轴向凸起的定子齿，所述线圈绕设于所述定子齿，所述离心式叶轮的两侧的所述盘状导磁铁心的定子齿之间交错一设定角度。

3.根据权利要求2所述的盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵，其特征在于，所述设定角度为转矩脉动周期角的1/2。

4.根据权利要求2所述的盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵，其特征在于，所述叶片在所述背板的轴向两侧为对称布置。

5.根据权利要求1所述的盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵，其特征在于，所述转轴为中空结构，所述转轴内与所述离心式叶轮的背板对应位置设有封板，所述封板将所述中空结构分隔为第一轴向盲孔和第二轴向盲孔，所述入口设置于所述转轴的周向，部分所述入口与所述第一轴向盲孔连通，部分所述入口与所述第二轴向盲孔连通。

6.根据权利要求1所述的盘式磁阻电机集成叶轮离心式双吸泵，其特征在于，所述机壳和所述蜗壳均为轴端敞口结构，所述机壳盖合在所述蜗壳的轴端，所述叶轮腔与所述机壳的内腔连通，所述盘式开关磁阻电机定子由绝缘环氧树脂灌封固定于所述机壳的内腔内。

Images