CN1275255A - 由无电刷电动机驱动的泵 - Google Patents

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M·萨维利夫
D·J·科珀
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Abstract

提供了泵和叶轮,其中所述泵包括具有进口和出口的泵壳,所述叶轮具有转动轴线并且可转动地安装在泵壳中以绕转动轴线转动。叶轮相对泵壳构造和定位,使得叶轮的转动能够促使来自显示器的流体流向出口。与叶轮联接并一起转动的转子组件备有一组设置在大体平面的阵列中的永磁极。定子组件与大体平面的阵列的磁极间隔开并且整体面对,其包括定子和一组磁绕组,磁绕组定位并调整为当通电时使转子和叶轮转动。横隔位于转子和定子之间。横隔板包括位于中心的安装结构。固定轴部分位于安装结构内并由其支承,并且向个延伸越过横隔板。轴承可转动地安装在轴上并且适合与转子组件和叶轮一起转动。提供了散热件,其能够有效地将定子组件和电子控制装置产生的热量导出。

Description

由无电刷电动机驱动的泵
发明背景
本发明涉及由无电刷电动机驱动的泵。更具体地，本发明涉及由通常平面结构的无电刷电动机驱动的叶轮泵。
无电刷电动机被建议用于和/或已经用于各种目的。基本上，这种电动机分成至少两种构造；鼓型电动机，其中电动机的转子和定子通常为圆柱形；平面型电动机，其中电动机的转子和定子呈现为整体平面圆盘。尽管鼓型电动机通常能够产生更多的动力，但平面型电动机却具有尺寸紧凑的优点。
平面型无电刷电动机被建议与叶轮泵结合使用。参见，例如授权Mizobuchi等人的美国专利4,806,080；授权Kricker等人的美国专利5,332,374；和授权Atsumi的美国专利5,407,331。始终需要提供由平面型无电刷电动泵驱动的新型叶轮泵，特别用于泵送液体，例如水或类似物。
发明综述
发现了由平面型无电刷电动机驱动的新型泵，特别是液体输送泵。本发明的泵利用了这种电动机尺寸小或者紧凑的优点。事实上，本发明的泵包括设计为与这种电动机非常靠近并且协同工作的叶轮，所以整个泵，包括电动机和叶轮，都尺寸紧凑。重要的是，本发明的泵包括一种或多种特征，这些特征在不增加尺寸的情况下能够有利地增加泵的有效动力。此外，还包括减少摩擦并且/或者分散由泵产生的热量的特征。而且，本发明的泵更可取的是用较少数量的零件构造，从而使得制造比较容易，并且增强了泵的可靠性和有效寿命。简单地说，本发明的泵提供了一种或多种优点，这些优点在性能和成本经济性方面是重要的。
通常，本发明的泵包括一泵壳或壳体，其可包括一组固定在一起的壳体元件；一叶轮；一转子；和一定子。叶轮具有转动轴线，并且可转动地安装在泵壳内以绕转动轴线转动。叶轮向通过进口进入泵壳的流体提供泵送作用。换句话说，叶轮相对泵壳或在泵壳内构造和定位成使得叶轮绕转动轴线的转动能够有效促使来自进口的流体流经出口。
转子联接在叶轮上并与其一起转动，该转子包括一组设置在大体平面的阵列中的永磁极。转子最好具有整体的构造。例如整体转子可包括一磁铁和一所谓的护铁，并且封装在聚合材料中。定子与转子上的永磁极阵列间隔开并且面对。在一个优选实施例中，定子由一团金属颗粒构成，更可取的是压制金属颗粒。一组磁绕组位于定子上，并且适于在给绕组通电时能够使转子和叶轮转动。在定子和磁绕组之间最好设置有电绝缘材料。这种绝缘材料或元件在导电的绕组和定子之间提供电绝缘。这种绝缘材料或元件最好提供平行的表面和保持结构以在装配定子/绕组组合装置工序过程中支撑绕组。
在一个非常实用的实施例中，发现控制转子和叶轮的磁性区域的相对尺寸能够控制提供给叶轮的有效动力。特别是，当转子的尺寸做成具有比垂直于转动轴线的叶轮最大横截面面积大，最好是大至少约125％，更好是大至少约150％的垂直于转动轴线的最大磁横截面面积时，就能向叶轮提供如用于泵送液体的非常有用和有效数量的动力。
在不希望把本发明限定在特定的操作理论的情况下，据认为相对于转子具有减小的垂直于转动轴线的横截面面积的叶轮使得必须转动的质量和/或体积变少。换句话说，较大的转子与定子和本发明泵的其它构件一起产生了更多的动力，从而更有效地使较小的叶轮转动以将流体特别是液体泵送通过泵的出口。无论如何，对于泵的一给定尺寸，例如直径，优选的是垂直于叶轮转动轴线的转子的最大磁横截面面积，最好是最大直径，大于垂直于叶轮转动轴线的叶轮的最大横截面面积，最好是最大直径。
本发明泵的一个特别实用的实施例涉及包括环形磁铁的转子，其最好具有整体的构造。这种环形磁铁包括一组设置在大体平面的阵列中的永磁极，其在本发明的泵中表现得非常有效，此外，成本经济。转子最好封装在聚合材料中，从而有利地减少了在最终泵装配过程中需要的单独部件的数量。此外，转子的封装和所谓的“整体模制”为磁铁和单独的护铁(如果有的话)提供了腐蚀防护。此外，封装最好为叶轮与转子的联接，例如咬合联接，提供一个或多个保持结构。转子的磁铁例如环形磁铁可以具有基本均匀的成份，即基本均匀的化学成份。磁铁中的永磁极可以用任何适当的方法制造，例如可以通过在一环形磁铁结构(未磁化的)形成后，根据需要对该环形磁铁进行磁化来制造。
如果希望，转子可以构造成在相邻的永磁极之间具有一有限的空间。通常，永磁极布置为提供交替的北极(N)和南极(S)。这可通过这样的方法方便地实现，即将永磁极的大体平面的阵列设置成大体圆形的样式，使得该样式中的每个磁极都与两个极性相反的磁极相邻。
转子最好还包括一离开定子延伸的区域，该区域具有铁或其它软磁材料的磁性。该所谓的“护铁”区域提高了由给定尺寸的转子和定子的相互作用产生的动力。例如，可以通过把“护铁”区域粘到磁铁上来将“护铁”区域作为与磁铁的背面，即背离定子的侧面，相邻的一独立的层包括进来。作为另外一种选择，转子的“护铁”区域或多个区域可以与磁铁，例如环形磁铁，成为一个整体，并可具有和磁铁基本相同的成份。制造出未磁化的磁铁后，“护铁”区域的磁性可以非常有效地赋予磁铁。本发明中使用的环形磁铁的一个特定实例是用锶铁氧体制造的磁铁，该磁铁例如可以植入成形为环形的聚合材料或陶瓷材料中。
在一个有用的实施例中，转子和叶轮是整体结构。由于转子和叶轮不可分离，所以该特征减少制造本发明的泵所需要的零件数，此外还提高了泵的可靠性并且增加了有效寿命。作为另外一种选择，例如封装在聚合材料中的转子可以与叶轮有效地联接和脱开。这种实施例允许在不必更换转子的情况下更换磨损或损坏的叶轮。
在一个实施例中，本发明的泵包括一横隔板或横隔元件，该横隔板或横隔元件固定在泵壳或壳体上并位于转子和定子之间。该横隔板最好包括一个或多个与定子接触并且由定子在结构上支撑的区域。横隔板支撑元件为横隔板提供另外的支撑，该支撑元件最好还为中心紧固零件，例如螺栓，提供锚定装置，以保持壳体在结构上完整。横隔板的该结构支撑是本发明的一个重要特征。通过提供这种结构支撑，横隔板可以制造成能够减少对定子绕组和转子之间的磁力线路径的干扰，同时作为有效的静态密封，防止流体从泵的转子侧进入泵的定子侧。而且，靠合的横隔板和定子表面提供了用于将热(定子和绕组损失)传导到被泵送的流体中的传导路径，从而冷却了定子组件。
横隔板最好用具有低磁导率和高导热系数的材料制造。当磁力线在定子和转子之间移动时，低磁导率能够减少与磁力线的干涉，例如以减少磁力线向直接横穿定子和转子之间空气间隙以外的其它方向偏转或甚至将这种偏转减为最小。横隔板的高导热系数能够有效地分散在定子处和转子及叶轮的转动产生的热量。横隔板的厚度最好具有一减少的厚度，以足以保持结构整体性，例如约0.001英寸或约0.005英寸到约0.1英寸或约0.5英寸的等级。这种减少的厚度能够有利地减少导电横隔板中的有害的涡流作用，此外，还能够使定子和转子之间的空气间隙更小。
由定子在结构上支撑的横隔板的区域或多个区域最好直接位于转子和定子之间。此外，重要的是横隔板不与定子和转子之间的磁力线通道明显干涉。
横隔板最好包括一位于中心的安装结构，例如一个凹进部或一个凸起部。在该实施例中，本发明的泵最好还包括一最好是管形构造的固定轴，其部分地位于该安装结构内或上，最好由该安装结构支承，并且横跨横隔板向外延伸。在一个实施例中，轴与泵壳联接并且/或者用键联接以帮助防止轴转动。有利的是提供一个轴承，该轴承可转动地安装在轴上并且适合与转子和叶轮一起转动。
在轴承附近最好包括一个固定的止推轴承，该止推轴承位于由横隔板限定的安装结构内或者上。
在泵包括一固定轴和轴承的实施例中，最好存在一流体通道，该流体通道提供泵的进口和面对轴的轴承内表面之间的流体连通。轴承最好包括至少一个位于轴承内表面和轴之间的流体通路。这种流体通道和流体通路向轴承和轴内或者它们之间提供流体以分散热量并减少转动摩擦。这又提高了泵的效率。
在一个特别实用的实施例中，离开轴承延伸的转子和定子之间的空间的至少一部分是流体通道的一部分。这允许流体连续地流入到转子和定子之间的空间内，促进了散热。泵可以包括一组径向延伸的叶片，这些叶片可与转子和叶轮一起转动，并且定位为促使流体在流体通道中流动。
利用来自进口的流体散热并减少轴承和轴之间的摩擦和分散由定子和转子及叶轮产生的热量是本发明的一个非常实用的特征。这可以在不使定子暴露给流体并且在定子和转子之间没有任何运动或转动密封件的情况下实现。使用一静态密封提高了本发明的泵的有效寿命。
在一个特别实用的实施例中，提供了定子支撑件，其承受定子组件，即定子、绝缘材料或元件和绕组的质量。定子支撑件定位为将定子组件的质量传递给横隔板支撑件，从而有效地支撑定子组件并保持定子相对横隔板的位置。
在本发明的另一方面，本发明的泵包括一与泵壳联接的壳体。该壳体具有一内侧壁并限定一个空间，定子位于该空间内。一散热件位于由壳体限定的该空间内，并包括横跨该空间的至少一部分延伸的第一元件。提供了联接在第一元件上的第二元件。第二元件与壳体内侧壁接触。散热件构造成能够通过壳体有效地分散来自定子组件和电子设备的热量，其中所述电子设备用于控制泵的操作。这种散热促进了泵效率的提高。
第一元件最好包括基本相对的第一端和第二端。第二元件在第一端与第一元件相联接。散热件最好还包括在第一元件的第二端与第一元件相联接的第三元件。该第三元件与壳体的内侧壁相接触。
本发明的泵最好包括与该组磁绕组联接的电子组件。该电子组件能够控制泵的操作。电子组件的至少一部分固定在散热件的第一元件上。该第一元件最好包括凸舌或夹紧结构，最好与散热件成一体，其能够提供足够的夹紧力以保持电子组件，例如功率晶体管等，和散热件之间的接触。保持电子组件的热源和散热件之间的这种接触增强了散热件通过壳体分散在泵的操作过程中产生的热量的能力。
散热件沿一个或两个大区域，例如由散热件的第二和第三元件与壳体内侧壁之间的接触所限定的区域，与壳体的内侧壁接触。这种大接触区域或多个区域在散热件和壳体之间提供了相当大的热传导，这增强了分散来自泵的热量的能力。散热件的第二元件和第三元件最好分别限定内壁和外壁。外壁的大部分，即至少约50％，是与壳体的内侧壁接触的。
散热件的第二元件，最好还有第三元件，的大小和弹性做成足以有效地偏压该元件或多个元件以与壳体的内侧壁接触。
散热件最好是用导热性等于或者大于铝的导热性的材料制造。在一个特别实用的实施例中，散热件是用金属或金属的组合制造的。
这里公开的特征中的每一个都包括在本发明的范围内。此外，本发明公开特征中的两个或多个的所有不互斥或互相矛盾的组合也包括在本发明的范围内。
在下面的特别结合附图考虑的详细描述和权利要求书中可以明显地看到本发明的这些和其它方面及优点，在附图中类似的零件具有类似的参考标号。
附图简要描述
图1为根据本发明的定子的透视图；
图2为图1中所示定子的前平面图；
图3为根据本发明的定子的替代实施例的透视图；
图4为图3中所示定子的前平面图；
图5为用于形成图1至4中所示定子的金属颗粒的透视图；
图6为根据本发明完全装配好的泵的透视图；
图7为图6中所示泵的透视图，其中为表示清楚将许多零件分解了；
图8为图6中所示的泵的定子组件的透视图，其中为表示清楚将许多零件分解了；
图9为基本沿图11的线9-9取的横截面视图；
图10为图7中所示泵的转子磁铁的前平面图；
图11为图6中所示泵的中心区域的放大局部横截面视图；
图12为基本沿图11的线12-12取的横截面视图；
图13A、13B和13C为图7中所示泵的定子的前平面图，其展示了六(6)极、三(3)相电动机用的绕组样式；
图14A、14B和14C为图3和4中所示定子的前平面图，其展示了六(6)极、三(3)相电动机用的绕组样式；
图15为图7中所示泵的壳体部分的透视图，其中为表示清楚将许多零件分解了；
图16为图6中所示泵的后部壳体的透视图，其展示了散热件的定位和后部壳体在底座上的附着；
图17为局部横截面的视图，其进一步详细展示了后部壳体在底座上的附着。
优选实施例详细描述
参见附图，根据本发明整体表示为10的定子包括基本平面形的板12，板具有背面14、基本相对的前面16和位于其间的外周边表面18。板12包括内周边表面15，该表面限定中心开口17。从基本平面的前面16伸出了一系列九(9)个凸出部分，这些凸出部分从前面伸出并从周边表面径向向内延伸，在与定子10的中心轴线22相交之前终止。
凸出部分20中的每一个都包括一外周边表面24、一内周边表面26、一向前延伸的表面27和两个(2)尺寸相等的侧表面28。相邻凸出部分20之间的侧表面28与前面16一起构成槽30。每个槽30都大小相等，并且从凸出部分20的外周边表面24到内周边表面26径向向内具有基本恒定的尺寸。
定子10对于应用在三(3)相直流(DC)无电刷电动机中特别有效。但是，组成上与定子10类似的定子也可应用在单(1)相、两(2)相或多相直流无电刷电动机中。在槽30中提供了电绕组。如下文中所讨论的，绕组位于电绝缘体上，电绝缘体位于凸出部分20上。这种绕组的一种样式展示了图13a、13b和13c中。为简明起见，在图13a、13b和13c中的每一个中没有表示绝缘体，只表示了一个绕组(在图14a、14b和14c中也是一样的)。但是，在每一个槽30中最好包括较大数量的绕组，绕组的数量是根据希望的电动机动力输出来选择的。
本发明中使用的定子可以是任何合适的结构和构造，只要该定子能够起到定子的作用就行。在定子中可以利用任何合适的构造材料或构造材料的组合。在一个优选实施例中，定子10是用一团金属颗粒制造的。具体地，定子10用一团压制金属颗粒制造。金属，例如具有磁性的金属，即被磁体，如铁、镍、钴、其它磁性金属及类似物，合金，如钢、具有磁性的铁和/或金属或多种金属与钼、锰、铬、碳、硫、硅、铜、镍、钒、铌、金、铝、磷和类似物及它们的混合物制成的合金，所吸引的金属，这种颗粒最好是基本线性的针状颗粒，其具有基本上三角形的形状。这种颗粒在图5中整体以34表示。定子10可以，并且最好，是根据授权Krause等的美国专利5,594,186制备的，该专利的公开文本整体结合在这里作为参考。
金属颗粒34的尺寸最好为高(图5中的H尺寸)约0.002到约0.05英寸，沿底部(图5中的B尺寸)约0.002到约0.05英寸，长度(图5中的L尺寸)约0.006到约0.20英寸。金属颗粒最好具有基本三角形的横截面和小于3比1的体积压实比，具有足够的颗粒流动性质以允许经济地制造密度至少约为固体金属元件的理论密度的95％，更好地约为96％的定子。
应该注意到，可用于制造本发明的定子的金属颗粒可以具有任何合适的尺寸、形状和构造。这种颗粒最好具有这样的构造，即使得与定子不是用一团这种颗粒而是用固体金属制造的类似电动机相比，如这里所述的包括用一团这种颗粒制造的定子的平面型电动机能够产生增加的动力和/或减少有害的涡流作用。而且，在本发明中使用的具有基本三角形横截面的金属颗粒不局限于图5中所示的实施例。这种金属颗粒可具有独立地凸出的、凹进的和/或平面形的纵向表面。
此外，本发明的定子可以混合物的形式制造，其中一团金属颗粒与一种或多种其它材料，例如聚合材料、木材和类似物及它们的混合物结合，例如涂层、混合或用其它方式组合。这种组合定子应该包括足够量的金属颗粒以能够有效地起到定子的作用并提供至少一种这里所述的益处或优点。这种组合定子可利用传统的组合制造技术，如混合、涂层、压缩、造型、喷射模制等进行制造。
本发明的定子10可以通过包括下列步骤的传统的金属粉末工艺制制备：(1)形成包括金属颗粒和滑润剂的金属颗粒混合物；(2)冷单轴压缩混合物以形成具有高生坯密度和良好生坯强度的生坯；(3)以足够高的温度加热生坯以使滑润剂热解并形成金属定子；(4)可选择地在足够高的温度将定子烧结足够长的时间以给予定子附加的强度并形成烧结的定子；(5)冷却定子或烧结的定子，然后对定子进行可选择的辅助操作以提供成品金属构件。最好，该方法包括单独的冷单轴压缩步骤、单独的加热步骤、单个的烧结步骤，并且提供密度至少为理论密度的95％，最好至少为96％的生坯和定子，和与生坯尺寸及形状基本相同的成品定子。
使用的滑润剂通常是密度约为0.8到1g/cc(克每立方厘米)的有机化合物。与此相反，粉末状金属通常密度为约6到8g/cc。从而，如果以容积计算，即使重量很少的滑润剂也会占据模具容积的很大部分。为获得高密度，最好使滑润剂占据的容积最小。因此，滑润剂的量有利的是约为金属颗粒混合物重量的0.015％到0.4％，更有利的是约为0.015％到0.25％。
滑润剂是在加热温度时可分解或热解的有机化合物。热解产物是气体，其在加热过程中排出。滑润剂在室温下可以是固体，并以特定形式结合在金属颗粒混合物中。滑润剂的实例包括乙烯双硬脂酸氨、C12到C20脂肪酸，例如硬脂酸及类似物、石蜡、合成腊和/或天然腊、聚乙烯、脂肪二酯、脂肪联氨和类似物及它们的混合物，但并不局限于此。有机酸盐，如锌、锂、镍、铁、铜、和/或镁硬脂酸盐，也可用作滑润剂。但是，酸盐滑润剂会在成品定子中留下金属氧化副产物。金属氧化副产物会不利地影响定子。
对于其它关于制造定子10的详细内容，请参考上述授权Krause等人的专利。
图3和4所示为整体表示为40的基本类似的定子，其与定子10基本类似。与定子10的部件对应的定子40的部件以增加30后的相同参考标号标识。
定子40与定子10之间的主要区别是凸出部分50相对凸出部分20的数量、尺寸和形状。具体地，与九(9)个凸出部分20相对，定子40具有十八(18)个凸出部分50。凸出部分50中的每一个尺寸上都基本小于凸出部分20。
定子40可应用在三(3)相电动机中，其中电绕组提供在定子的槽60中，利用了如图14a、14b和14c中所示的绕组样式。当然，与定子40构造相似的定子可应用在单(1)相、两(2)相或多相直流无电刷电动机中。
在下面的描述中，使用了定子10。但是，应该注意到，通过适当的改变以说明定子10和定子40之间的不同，同样也可使用定子40。
参见图6和7，整体表示为110的泵包括壳体112，壳体由泵壳116、横隔壳体元件118和后部壳体124组成。泵110的这些壳体构件利用一组传统的螺旋式紧固零件126固定在一起，紧固零件126至少穿过壳体构件中的两个。中心螺栓122穿过后部壳体124的背面123并锚定在位置上以使后部壳体保持固定在泵110的其余部分上。
泵壳116包括液体进口130和液体出口132。如图7和11中所示，叶轮134、转子组件136和定子组件139位于装配好的泵110中。横隔壳体元件118包括横隔支撑件141并且具有横隔板138，横隔板138包括位于足以的安装凹进部140。横隔支撑件141还包括配合凹进部137，安装凹进部140位于该配合凹进部137中。横隔壳体元件118和横隔支撑元件141的组合是整体形成的结构，并包括一密封脊143，横隔密封件145(图11)位于该密封脊中。横隔板138利用许多较小的螺旋式紧固零件127固定在横隔壳体元件118/横隔支撑元件141上。横隔壳体元件118、横隔支撑元件141和横隔密封件145的组合形成一静态密封，该静态密封防止定子组件139暴露给被泵送的液体。后部壳体124容纳定子组件139、电子设备和散热件147，其中所述电子设备控制定子组件的操作或起动。
如图11中所示，中心螺栓122包括带螺纹的表面129，横隔支撑元件141包括配套的带螺纹的表面129A，表面129A与表面129配合联接以将中心螺栓锚定在位置上。参见图7，中心螺栓122带有密封环113和垫圈115，当中心螺栓被锚定在位置上时，密封环和垫圈位于后部壳体124的背面123附近。传统的防水减应变组件117靠置在背面123上以保护向泵110输送电力的电源线。
定子支承元件199承受定子组件139的质量并将其传递给横隔支撑元件141。横隔支撑元件141为横隔板138提供支撑，并且为中心螺栓122提供锚定以将壳体112，特别是后部壳体124保持在位置上。
如图11中所示，位于中心的凹进部140构造成在端部146支撑固定轴144，轴144是中空的或实心的管形构造。凹进部140(和配套的凹进部137)和/或轴144的端部146用键联接或者包括利于保持轴相对凹进部固定的接合平面。轴144穿过转子组件136的中心孔152和叶轮134伸到横隔板138外面。轴144的端部149用键联接在泵壳116中，这种定位帮助保持轴固定。
转子组件136包括中心孔152，中心孔152构造成允许轴144和转动轴承154被接收在其中。此外，止推轴承156定位在凹进部140中并且保持固定。该止推轴承156面对轴承154的背面158(图11)，轴承154与叶轮134及转子组件136一起绕轴144转动。因为来自转子136的轴向力与由压力升高造成的力相反，所以净推力被减少，因此止推轴承156可以较小。
如图10中所示，转子组件136包括一环形磁铁137，磁铁包括一系列六(6)个交替的永磁极159。永磁极159是交替的北(N)和南(S)磁极，其布置在一圆形阵列中并且面对定子组件139。此外，转子组件136包括背离定子10的环形护铁元件161，该环形护铁元件固定在，例如，粘在磁铁135上并沿远离定子组件139的方向延伸。护铁元件161具有铁磁性，并且基本与永磁极159区域一起沿垂直于泵110的转动轴线170的方向延伸。带有软磁材料，如铁磁性的护铁元件161增强了定子组件139的定子和转子组件136的磁铁135之间的相互作用，从而增强了转子组件和叶轮134响应位于定子组件上的磁绕组而转动的能力并且增强了动力产生能力。
转子组件136可以用单独的磁性部分和位于背侧(背离定子组件139)的单独的铁层(对应护铁元件161)制成，其中磁性部分用于提供永磁极，铁层用于提供软磁材料的磁性。一种替代方法是利用环形磁铁提供一组永磁极，该环形磁铁带有具有软磁材料磁性的铁或类似物的背面层或背面区域。在另一个实施例中，转子136具有整体构造，例如用热塑聚合主材料，如聚丙烯及类似物，与锶铁氧体及类似颗粒的复合材料制造，这种复合材料可以被磁化以提供交替的永磁极159和具有软磁材料磁性的背离定子10的环形区域。
在这种复合转子的制造过程中，调整每种成份的百分比以获得磁性和结构特性的理想平衡。复合转子可以通过喷射模制工艺制造，在该工艺中将混合的成份加热到可以流动，然后强迫其进入封闭的空腔模具中。当混合的材料仍在模具中时，给相对模具适当定位的磁化设备通电，从而将混合材料中的磁性颗粒排列起来。
这里所述的整体结构转子组件是环形磁铁的一个实例，该环形磁铁具有这样的附加特征，即结构的一个区域被磁化以具有软磁材料的磁性。具有这种整体结构提供了明显的益处。例如，实现了重量的减少，这可减少泵的磨损和振动。而且，使用整体转子组件减少了在泵中包含的零件数量。
特别参见图7和11，所示转子组件136包括聚合材料，例如聚烯烃，如聚丙烯及类似物的覆盖模163，该覆盖模封装了磁铁135和护铁元件161。该覆盖模163为磁铁135和护铁元件161提供了腐蚀防护。覆盖模163还提供了中心结构，该中心结构整体表示为165，位于转子组件136的中心孔中。中心结构165构成中心孔152，轴承154位于中心孔152中。此外，中心结构165为转子组件136和叶轮134的咬合联接提供了保持倒钩167。
可以利用各种封装技术提供覆盖模163，这些技术中的大部分在该技术领域都是公知的和传统的。可以利用喷射模制和内嵌模制提供覆盖模163。通常，覆盖模163的厚度在转子组件136的背离定子组件139的一侧大一些。例如，转子组件136的面对定子组件139一侧的覆盖模136的厚度在约0.001英寸到约0.005英寸等级上，例如约0.003英寸，而转子组件的背离定子组件一侧的覆盖模厚度在约0.002英寸到约0.01英寸等级上，例如约0.006英寸。
叶轮13包括一系列弧形叶片160，叶片160处于进口130和出口132之间的主液流路径上。在叶轮134转动时，叶片能够给予通过进口130的液体离心能，这促使液体在增加的压力作用下穿过出口132流出。这样，叶轮134和叶片160提供了泵110中的主要泵送作用。
叶轮134与转子组件136直接联接。具体地，叶轮134包括一系列向内延伸的凸出部分169，这些凸出部分适合咬接在中心结构165的保持倒钩167下面。这样，叶轮134直接响应转子组件136的转动而转动，在这两个部件之间没有联接或动力传递组件，如轴、齿轮装置或类似物。该直接联接特征减少了泵110的尺寸和需要的部件数量。在一个实施例中，叶轮和转子组件呈现为单个元件或整体元件。例如，可利用传统技术形成单个零件并且根据本发明该单个零件运行得非常有效，该单个零件，例如，可用前面所述的复合材料制造，其结构做成或构造成包括叶轮和转子组件。仅通过将叶轮134和转子组件136考虑成单个零件来将这种整体叶轮/转子表示在附图中。这种整体叶轮/转子组件所提供的优点包括尺寸减少、元件数量减少和易于装配。
垂直于泵110的转动轴线170的转子组件136的最大磁横截面面积大于垂直与该轴线的叶轮134的最大横截面面积。使用较大的转子组件136能够获得，例如比鼓型无电刷电动机/泵组合装置更短的壳体轮廓。此外，较大的转子组件136提供了与横隔板138相邻的较大面积，该面积用于将热消散到，例如来自进口130的液体中(如后面所述)，从而减少或甚至消除对旁通冷却通道的需要。而且，大转子组件136允许增加叶轮134的设计灵活性，以减少或甚至基本消除浪费的空间并有利地减少泵110的尺寸。而且，比叶轮134大的转子组件136向叶轮提供了增加的动力，同时减少了叶轮相对转子的重量。由于被转动的重量更少，所以泵110运行得更有效。换句话说，更多的由定子组件139和转子组件136之间的相互作用产生的动力被传递给通过出口泵出的液体。
特别参见图8，定子组件139包括定子10、绝缘元件171和绕组172。定子10前面已经详细描述过了。绝缘元件171是用电绝缘材料，例如绝缘陶瓷或类似成份制造的，能够提供导电的绕组172和定子10之间的电绝缘。此外，绝缘元件171提供了中空的凸出部分173，定子的凸出部分20位于该凸出部分173中。中空的凸出部分173包括向外延伸的保持结构175，在装配工序，即缠绕工序中该保持结构175能够支撑绕组172。尽管所示绝缘元件171为单个零件，但如果希望，也可为定子10的每个凸出部分20使用单独的绝缘元件。
定子组件139定位为与转子组件136相互作用，以在给绕组172通电时使转子组件和叶轮134转动。在后部壳体124中，转子组件136、定子组件139和电子控制装置的组合构成了六(6)极、三(3)相无电刷直流电动机组件。在该实施例中，定子组件139的绕组172可以为如图13a、13b和13c中所示的结构。当然，本发明不局限于任何特定的永磁极数量或者局限于任何特定相或许多相的电动机。本发明电动机和泵的盘形或平面形布置方式在尺寸、永磁极数量和电动机构造方面是非常灵活的。
包括在后部壳体124中的电子控制装置起作用以控制定子组件139的操作，从而提供转子组件136和叶轮134的理想的转动。这些控制装置可以基于传统的并且为该技术领域的普通技术人员所公知的电子技术。具体地，可以利用在操作无电刷直流电动机中使用的电子控制装置。由于这种控制装置是传统的并且为该技术领域的普通技术人员所公知，所以这里不再对其进行详细介绍了。
如图7中所示，在横隔板138和横隔支撑元件141之间提供了传感器模块213。该传感器模块213包括一带凹口的元件215和一连接组件217。带凹口元件215的三(3)个凹口219中的每一个都适合接收和保持霍尔传感器。这些霍尔传感器用于控制包括定子组件139的电动机组件的操作。来自霍尔传感器的信号通过连接组件217传递到电路板上，电路板是位于后部壳体124中的控制电子装置的一部分。
电子控制装置和定子组件139会产生热量，这些热量会不利地影响泵110的操作。后部壳体124是用高度导热的材料例如铝之类的金属制造的，以便于将后部壳体中的电子控制装置和定子组件139产生的热量导出。此外，后部壳体124包括散热件147，该散热件位于定子组件139和后部壳体的背面123之间。
特别参见图15和16，散热件147包括一横过元件183，其基本沿直径方向横穿由后部壳体124限定的内部空间184。此外，散热件147包括第一弧形元件185和第二弧形元件187。第一弧形元件185在第一端189与横过元件183相连，第二弧形元件187在相对第二端191与横过元件相连。如图16中所示，弧形元件185和187具有足够的弹性，并且尺寸做成足以装配在后部壳体124中，其中第一和第二弧形元件185和187的外表面186和188与后部壳体124的内部侧壁表面193之间分别具有较长的接触区域。事实上，基本上第一和第二弧形元件185和187的整个外表面186和188都分别与后部壳体124的内部侧壁表面193接触。
而且，中心元件183包括一系列凸舌或夹子195，这些凸舌或夹子适合提供夹紧力以保持产生热量的电子控制部件，例如功率晶体管，与横过元件183之间的接触。而且，横过元件183包括一向前延伸的凸出部分197，该凸出部分197与定子支撑元件199接触。这样，来自定子组件139的热量借助通过定子支撑元件199的传导就可传递到散热件147上。
由于第一和第二弧形元件185和187与后部壳体之间存在的大接触区域，因此会发生热传导，从而收集到或传递到散热件147的热量被通过该热传导散发到后部壳体124外面。
如图11中所示，如下面所述，定子10的凸出部分20的向前延伸的表面27与横隔板138接触，并且为热量通过横隔板向被泵送液体的传导提供了传导路径，从而进一步冷却了定子组件139。
效率的进一步提高是通过减少泵110的运行摩擦来实现的。这是通过，至少部分通过，利用一部分来自进口130的液体在转动的转子组件136和叶轮134与固定的机架，即横隔板138、定子组件139和相关部件之间建立一流体薄膜来实现的。该流体薄膜是按照下面的方面提供的。
特别参考图11和12，一部分来自进口130的液体进入到横隔板138与转子组件136之间的流动通道201中。轴承154包括一系列四(4)个流动通路174，这些流动通路沿轴144的外表面176在轴承154的整个长度上延伸。这些流动通路174接收来自横隔板138和转子组件136之间的流动通道201的流体。流动通路174通过孔与通过进口130流入到泵中的液体连通。通道201和通路174中的液体形成薄膜，薄膜减少了泵110的转动部件和非转动部件之间的摩擦并且将转动产生的热量从转动位置导出，从而促进了泵更有效地操作。该液体与出口132流体连通，这样在通道201和通路174中提供了连续的液流。
横隔壳体元件118和横隔板138提供了泵110的转动部分，例如转子组件136和叶轮134，与泵的非转动或固定部分，例如定子组件139，之间的密封。这样，没有转动元件穿过由横隔壳体元件118和横隔板138限定的密封板。在泵110的固定或电磁部分，例如定子组件139，中没有运动的零件。所述运动零件都结合到泵110的转动部分中。这种集成的转子设计特征减少了泵110的磨损，并且避免将定子组件139暴露给被泵送的液体。
被定位的横隔板138具有一种构形和/或用一种材料制造以便为泵110提供一或多方面的提高。因而，横隔板138位于转子136和定子组件139之间，并且包括一个或多个区域，特别是与转子组件直接面对的区域，这些区域与定子接触并由定子10在结构上支撑。允许定子10在结构上支撑至少横隔板138的一部分减少了泵110的尺寸，并且允许使用较薄的材料膜或材料层作为横隔板。例如，由定子10在结构上支撑的横隔板138的区域或多个区域最好厚度小于约0.03英寸。使用非常薄的横隔板138能够增加定子10上的绕组172和转子组件136上的永磁极159之间的相互作用。这提高了定子组件139和转子组件136之间相互作用的效率并且提高的动力产生能力。
而且，横隔板138，特别是与转子136组件直接面对的横隔板区域，最好用低磁导率材料制造，以便进一步减少涡流的有害作用。横隔板138降低的磁导率能够增加定子10上的绕组172和磁极159之间的相互作用。高导热系数允许有利地增加散热，最终提高了泵110的寿命。
因为至少横隔板138的一部分是由定子10在结构上支撑的，所以在制造横隔板中使用的能满足上述减少磁导率和增加导热系数要求的材料范围就很大了。换句话说，因为至少横隔板138的一部分是由定子10在结构上支撑的，所以用于制造横隔板的材料的强度就不是主要的考虑方面了。可用于制造横隔板138的材料的实例有铜、奥氏体不锈钢、聚合材料及类似物。
参见图16和17，所示底座220利用夹紧元件222随着在后部壳体124上。特别是，包括两个环224的支架固定在，例如点焊在，后部壳体124的外部侧壁表面194上。夹紧元件222包括两个用横杆连接起来的细长腿226。如图16中所示，底座220包括两个间隔开的孔230，孔230定位为当底座的凹面232与后部壳体124的外部侧壁表面194接触时，允许环224从中穿过。
夹紧元件222定位为使得腿226的端部进入环224。当夹紧元件222移动时，越来越多的腿226进入环224中，横杆228与底座220的凸轮面234相遇。该凸轮面或斜面234使得腿226更易于安装到环224中。最后，如图17中所示，当腿226最大程度地进入环224中时，横杆228超出凸轮面234并且非常靠近平面236。当横杆228处于该位置时，向下延伸的表面238作为挡块以防止夹紧元件222的腿226从环224中脱开。当希望将底座220从后部壳体124上取下时，可以用手来克服挡块238。底座220包括一系列凸出部分240，凸出部分240定位为减少腿226在环224中的移动量，从而使后部壳体124能够更稳定地附着在底座220上。与夹紧元件222合作的支架和环224在不需要在后部壳体上制孔的情况下以低断面、节省空间的设计将后部壳体124固定在底座220上。
例如，通过利用非金属构件可以将泵110制造成具有防腐蚀能力。特别是，定子组件139的部分、壳体112的部件和叶轮134可以利用聚合材料制造。
尽管关于各种特定实例和实施例描述了本发明，但应注意到，本发明不局限于此，并且在下面的权利要求范围内本发明可以各种方式实施。

Claims (38)

1、一种泵，包括：
一泵壳，其具有一进口和一出口；
一叶轮，其具有一转动轴线和垂直于所述转动轴线的一最大横截面面积，该叶轮可转动地安装在所述泵壳内以绕所述转动轴线转动，所述叶轮相对所述泵壳构造和定位成使得所述叶轮的转动能够有效促使来自所述进口的流体流经所述出口；
一转子，其联接在所述叶轮上并与叶轮一起转动，该转子包括一组设置在大体平面阵列中的永磁极，所述转子具有一垂直于所述转动轴线的最大磁横截面面积，该面积大于所述叶轮的垂直于所述转动轴线的最大横截面面积；
一定子，其与所述大体平面的阵列隔开并且面对，一组磁绕组设置在所述定子上并适于在通电时使所述转子和所述叶轮转动。
2、根据权利要求1中所述的泵，其特征在于，所述转子具有一垂直于所述转动轴线的最大磁横截面面积，该面积至少约为所述叶轮的垂直于所述转动轴线的最大横截面面积的125％。
3、根据权利要求1中所述的泵，其特征在于，所述转子包括一离开所述定子延伸的区域，该区域具有一软磁材料的磁性。
4、根据权利要求1中所述的泵，其特征在于，所述转子包括一磁铁，该磁铁包括所述一组永磁极。
5、根据权利要求1中所述的泵，其特征在于，所述转子封装在聚合材料中。
6、根据权利要求4中所述的泵，其特征在于，所述转子还包括软磁材料，该软磁材料定位为使得所述磁铁位于所述定子和所述软磁材料之间。
7、根据权利要求1中所述的泵，还包括一横隔元件，该横隔元件固定在所述泵壳上并且位于所述转子和所述定子之间，所述横隔元件包括位于中心的安装结构；一固定轴，其部分地位于所述安装结构中或上并且向外延伸横越所述横隔元件；和一轴承，该轴承可转动地安装在所述轴上并且适合与所述转子和所述叶轮一起转动。
8、根据权利要求7中所述的泵，还包括所述轴承附近的一固定止推轴承，该止推轴承位于所述安装结构中或上。
9、根据权利要求7中所述的泵，还包括一流体通道，该流体通道在所述进口和面对所述轴的所述轴承内表面之间提供流体连通。
10、根据权利要求9中所述的泵，其特征在于，所述轴承包括至少一个在所述轴承的所述内表面和所述轴之间的流体通路。
11、根据权利要求1中所述的泵，还包括位于所述定子和所述磁绕组之间的电绝缘材料。
12、一种泵，包括：
一泵壳，其具有一进口和一出口；
一叶轮，其具有一转动轴线并且可转动地安装在所述泵壳内以绕所述转动轴线转动，所述叶轮相对所述泵壳构造和定位成使得所述叶轮的转动能够有效促使来自所述进口的流体流经所述出口；
一转子，其联接在所述叶轮上并与叶轮一起转动，该转子包括一具有一组永磁极的磁铁，所述一组永磁极设置在大体平面的阵列中，所述转子封装在聚合材料中；和
一定子，其与所述大体平面的阵列间隔开并且面对，一组磁绕组设置在所述定子上并适于在通电时使所述转子和所述叶轮转动。
13、根据权利要求12中所述的泵，其特征在于，所述转子包括一离开所述定子延伸的区域，该区域具有一软磁材料的磁性。
14、根据权利要求12中所述的泵，其特征在于，所述转子还包括软磁材料，该软磁材料定位为使得所述磁铁位于所述定子和所述软磁材料之间。
15、根据权利要求12中所述的泵，还包括一横隔元件，该横隔元件固定在所述泵壳上并且位于所述转子和所述定子之间，所述横隔元件包括一位于中心的安装结构；一固定轴，该固定轴部分地位于所述安装结构中或上并且向外延伸横越所述横隔元件；和一轴承，该轴承可转动地安装在所述轴上并且适合与所述转子和所述叶轮一起转动。
16、根据权利要求15中所述的泵，还包括所述轴承附近的一固定止推轴承，该止推轴承位于所述安装结构中或上。
17、根据权利要求15中所述的泵，还包括一流体通道，该流体通道在所述进口和面对所述轴的所述轴承的一内表面之间提供流体连通。
18、根据权利要求17中所述的泵，其特征在于，所述轴承包括至少一个在所述轴承的所述内表面和所述轴之间的流体通路。
19、根据权利要求12中所述的泵，还包括位于所述定子和所述磁绕组之间的电绝缘材料。
20、一种泵，包括：
一泵壳，其具有一进口和一出口；
一叶轮，其具有一转动轴线并且可转动地安装在所述泵壳内以绕所述转动轴线转动，所述叶轮相对所述泵壳构造和定位成使得所述叶轮的转动能有效促使来自所述进口的流体流经所述出口；
一转子，其联接在所述叶轮上并与叶轮一起转动，该转子包括一组设置在大体平面的阵列中的永磁极；
一定子，其与所述大体平面的阵列间隔开并且面对，一组磁绕组设置在所述定子上并适于在通电时使所述转子和所述叶轮转动。
一横隔元件，其固定在所述泵壳上并且位于所述转子和所述定子之间，该横隔元件包括一位于中心的安装结构；
一固定轴，其部分地位于所述安装结构中或上，并且向外延伸横越所述横隔元件；
一轴承，其可转动地安装在所述轴上，并且适合与所述转子和所述叶轮一起转动。
21、根据权利要求20中所述的泵，其特征在于，所述轴具有一管形构造。
22、根据权利要求20中所述的泵，其特征在于，所述轴包括一端部区域，该端部区域延伸横越所述横隔元件并且联接在所述泵壳上。
23、根据权利要求20中所述的泵，其特征在于，所述安装结构和所述轴的至少一个被构造成防止所述轴转动。
24、根据权利要求20中所述的泵，还包括所述轴承附近的一固定止推轴承，该止推轴承位于所述安装结构中或之。
25、根据权利要求20中所述的泵，还包括一横隔元件，该横隔元件固定在所述泵壳上并且位于所述转子和所述定子之间，所述横隔元件包括一位于中心的安装结构；一固定轴，该固定轴部分地位于所述安装结构中或上，并且向外延伸横越所述横隔元件；和一轴承，该轴承可转动地安装在所述轴上并且适合与所述转子和所述叶轮一起转动。
26、根据权利要求25中所述的泵，其特征在于，所述轴承包括至少一个在所述轴承的所述内表面和所述轴之间的流体通路。
27、根据权利要求20中所述的泵，还包括位于所述定子和所述磁绕组之间的电绝缘材料。
28、一种泵，包括：
一泵壳，其具有一进口和一出口；
一叶轮，其具有一转动轴线并且可转动地安装在所述泵壳内以绕所述转动轴线转动，所述叶轮相对所述泵壳构造和定位成使得所述叶轮的转动能有效促使来自所述进口的流体流经所述出口；
一转子，其联接在所述叶轮上并与叶轮一起转动，该转子包括一组设置在大体平面的阵列中的永磁极；
一定子，其与所述大体平面的阵列间隔开并且面对，一组磁绕组设置在所述定子上并适于在通电时使所述转子和所述叶轮转动。
一横隔元件，其固定在所述泵壳上并且位于所述转子和所述定子之间，该横隔元件包括一个或多个与所述定子接触并由所述定子在结构上支撑的区域。
29、根据权利要求28中所述的泵，其特征在于，所述横隔元件是用具有低磁导率和高导热系数的材料制造。
30、根据权利要求28中所述的泵，其特征在于，所述横隔元件的所述区域或多个区域直接位于所述转子和所述定子之间
31、根据权利要求28中所述的泵，其特征在于，所述横隔元件包括一位于中心的安装结构，所述泵还包括一固定轴，该固定轴部分地位于所述安装结构中或上并且向外延伸横越所述横隔元件；和一轴承，其可转动地安装在所述轴上并适合与所述转子和所述叶轮一起转动。
32、一种泵，包括：
一泵壳，其具有一进口和一出口；
一叶轮，其具有一转动轴线并且可转动地安装在所述泵壳内以绕所述转动轴线转动，所述叶轮相对所述泵壳构造和定位成使得所述叶轮的转动能够有效促使来自所述进口的流体流经所述出口；
一转子，其联接在所述叶轮上并与叶轮一起转动，该转子包括一组设置在大体平面的阵列中的永磁极；
一定子，其与所述大体平面的阵列间隔开并且面对，一组磁绕组设置在所述定子上并适于在通电时使所述转子和所述叶轮转动。
一壳体，其联接在所述泵壳上，该壳体具有一内侧壁并且限定了一空间，所述定子位于该空间内；
一散热件，其位于所述空间内并且包括一第一元件和一第二元件，其中所述第一元件横越所述空间的至少一部分延伸，所述第二元件联接在所述第一元件上并与所述壳体的所述内侧壁接触。
33、根据权利要求32中所述的泵，其特征在于，所述第一元件包括大致相对的第一端和第二端，所述第二元件在所述第一端联接在所述第一元件上，所述散热件还包括一第三元件，该第三元件在所述第二端联接在所述第一元件上并与所述壳体的所述内侧壁接触。
34、根据权利要求32中所述的泵，还包括一电子组件，该电子组件联接在所述一组磁绕组上并且能够控制所述泵的操作，所述电子组件的至少一部分固定在所述第一元件上。
35、根据权利要求34中所述的泵，其特征在于，所述散热件还包括一组位于所述第一元件上的夹子，这些夹子适合将所述电子组件的至少一部分固定在所述第一元件上。
36、根据权利要求32中所述的泵，其特征在于，所述第二元件的尺寸和弹性足以有效地偏压第二元件，使与壳体的内侧壁接触。
37、根据权利要求32中所述的泵，其特征在于，所述第二元件限定了一外壁，所述外壁的大部分与壳体的所述内侧壁接触。
38、根据权利要求32中所述的泵，其特征在于，所述散热件是用导热性等于或大于铝的导热性的材料制造。
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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication