CN1829048A - 尤其是用于水族缸泵的同步电机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于水族缸(12)的螺旋桨式泵(10)，其中转子(34)沿正确的旋转方向的起动这样来保证，即将由泵的螺旋桨(54)和转子(34)形成的单元可轴向移动和可转地布置在轴(38)上。当沿错误方向起动时，所述单元并且由此还有转子(34)从定子(24)的磁场中轴向移出，直至定子(24)和转子(34)之间的磁耦合不再足以在角度方向上的继续进行驱动。然后由转子(34)和螺旋桨(54)形成的单元通过轴向的磁力分量重新被拉回定子(24)中，并且在这里获得重新起动的可能性。最后，在几次的起动尝试之后，确保转子(34)按正确的方向转动。

Description

尤其是用于水族缸泵的同步电机

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的尤其是用于水族缸泵的同步电机。

背景技术

同步电机通常用于这样的应用场合，其中重要的是电机的坚固的和不易发生故障的结构以及电机的低噪音运行。对于这种类型的电机的典型的应用领域是用于水族缸泵的驱动电机。

对于同步电机公知的是，电机从静止状态起动的运行方向不是可容易地预先规定的。根据转子相对于定子的相对位置不同，电机在接入馈电电压时按一个或另一个旋转方向起动。对于电机必须按确定的旋转方向起动的应用场合，已知机械起动装置，该起动装置按正确的转动方向使转子产生例如微小的起动运动。这种由同步时钟已知的起动装置可以是通过棘轮传动装置作用在与定子相连的齿轮上而进行工作的驱动杆。

但是这种机械起动装置易发生故障并且也不适于在必须考虑污染的条件下使用，例如，在水族缸中。

发明内容

因此，通过本发明可提供一种带有起动装置的同步电机，该同步电机具有简单的机械结构，并且也适用于可导致污染的环境条件下。

根据本发明该目的通过具有权利要求1中所述特征的同步电机来实现。

在根据本发明的同步电机中，当转子以错误的方向起动时，则会沿轴向将转子从定子中拉出。拉出进行到定子和转子之间的磁耦合变得如此之小，以致于转子不再能够通过磁场保持运动。根据转子的工作负荷较大或较小，该轴向(拉出)行程可以较小或较大。

如果转子达到静止状态，则通过作用在转子上的磁场的轴向分量重新将转子拉回到定子磁场中。所述返回运动与磁场非同步地进行，从而存在这样的可能性，即当在转子和定子之间存在当定子和转子之间的磁耦合重新足以在角度方向上进行驱动时存在的相对角度位置时，所述相对位置是使起动按正确的旋转方向进行的相对位置。如果不是这种情况，则重新沿轴向将转子移离定子，并且再次重复上述循环。以这种方法可以保证转子-在一些情况下在几次错误尝试之后-在正确的方向上运转。

在此根据本发明的同步电机具有机械上非常简单的构造。所述电机没有机械上复杂的部件，这种部件的功能由于如在水族缸水中会出现污染而容易受到损害。

本发明的有利的改进方案在从属权利要求中给出。

利用根据权利要求2的本发明的改进方案，可简单地确保转子低摩擦的支承结构，在转子在轴上按一定的(时间)间隔进行轴向移动并且继续进行旋转运动时，这种支承结构还可进行自清洁。

根据权利要求3，在起动方向错误时使用用于产生轴向力的螺旋桨轮以使转子轴向移动，反正为了流体-输送的目的也要设置该螺旋桨轮。因此，由权利要求3限定的泵与常用的螺旋桨式泵的不同之处只是，转子和与其相连的螺旋桨在轴上的支承是可轴向运动地并且不是轴向刚性地进行的。由此实际上并不会增加成本。

根据权利要求4的本发明的改进方案允许将转子和螺旋桨设计成整体构件。特别是当将转子直接注塑形成在塑料-螺旋桨中时，这简化了安装和降低了制造成本。在以这种方式制造由螺旋桨和转子形成的单元时，这样还能自动地确保这两个部件在共同的轴上的良好对中。因此可基本上避免不平衡而不需要机械精加工。

根据权利要求5的本发明的改进方案适用于使用用于驱动机械负荷的同步电机的应用场合。根据该改进方案，通过一种允许转子和从动轴之间进行轴向的和角度上的相对运动的螺旋/推力装置提供轴向的相对运动。

根据权利要求6所述螺旋/推力装置可由螺纹连接结构形成，其中螺纹的斜率确保，在错误旋转方向上进行小角度的起动行程之后就已经可以中止驱动运动。

利用根据权利要求7的本发明的改进方案，可良好地保护螺旋/推力装置不受污染影响，因为共同作用的螺旋面处于一套筒的内部。

根据权利要求8的本发明的改进方案确保，当在螺旋桨或与负荷相连的轴上施加外力时，则转子沿轴向距定子就不会很远，即到达与定子之间这样的距离，在这个距离处，作用定子与转子之间的轴向力不再足以将转子重新拉回到定子。以这种方法就能省去沿轴向将转子压回到定子的单独的转子复位装置。

当选择根据权利要求9的止挡装置时，一方面确保，在轴向移出位置处，转子与定子进行这样程度的磁去耦，即转子在相对于定子的其它相对角位置处被移回到定子。另一方面确保，沿轴向作用的磁复位力仍足够大。

对于由于较高的摩擦力或其它结构上的原因而不能确保轴向磁力足以将转子拉回定子中的应用场合，可根据权利要求10设置专门的复位装置，以使转子返回定子中。

附图说明

下面参考附图详细说明本发明的实施例。

其中：

图1示出：在正常运行中的包含同步电机的、用于水族缸的螺旋桨式泵的轴向剖视图；

图2示出：与图1类似的剖视图，但其中示出了处于转子沿错误方向起动时的位置中的转子；

图3示出：与图1类似的视图，但其中同步电机用于驱动可与机械负荷接合的电机轴，其中示出转子在按正确的旋转方向起动后所占据的轴向位置；和

图4示出：与图3类似的剖视图，但其中示出了转子按错误的旋转方向起动后所占据的轴向位置。

具体实施方式

在图1中总体用10表示螺旋桨式泵，所述螺旋桨式泵布置在仅示意性示出的水族缸水的容积12中。螺旋桨式泵10按箭头14所示的方向从水容积12中抽吸水，并按箭头16所示的方向将水重新输送给水族缸。

螺旋桨式泵10具有总体上用18表示的壳体，该壳体分为泵壳体20和电机壳体22。

定子24布置在电机壳体22中，该定子具有叠片组(Lamellenpaket)26和励磁线圈28。

叠片组26具有接纳分隔斗32的孔30。在分隔斗32中以径向间隙布置由永磁材料制成的转子34，所述材料例如可具有多个在周向上分布的磁极。

当由未示出的外部交流电源向励磁线圈28加载信号时，则转子34开始在交变磁场中旋转。

转子34有一个可旋转地坐靠在轴38上的中心孔36。

轴38在一个端部处具有贴合在分隔斗32底部的外侧上的端部凸缘40，其中轴38穿过分隔斗32的中心孔。

轴38的第二端部支承在通过径向臂46与出口接管48固定连接的星状支承部44的毂部分42中，所述出口接管由泵壳体20的一个一体形成的段形成。

此外泵壳体20在到电动壳体22的类似于截锥的过渡段中具有入口滤网50，所述入口滤网与泵壳体20的注射相结合地制成。

这样泵壳体20就规定了位于入口滤网50和出口接管48之间的工作腔52，总体上用54表示的螺旋桨在该工作腔中运行。螺旋桨54具有毂部分56，它支承三个相对于螺旋桨轴线倾斜的叶片58。叶片58的倾斜方向布置成，在螺旋桨54按由箭头60所示的正确旋转方向转动时，通过入口滤网50吸入水并且通过出口接管50排出水。

如图1所示，转子34嵌入毂部分56中。这种嵌入可以适当地这样进行，即，将已设有孔36的转子34放入注射模中，利用该注射模来注射形成由热塑材料制成的螺旋桨54。这样就确保了螺旋桨54的中心孔62与转子的中心孔36的精确对齐。

此外，毂部分56位于图中的右边的部分可用作规定转子34移入分隔斗32中的最大轴向位置的间隔件。相反，位于图中左边的毂部分56的端面与星状出口部44的毂部分42一起规定了转子34移出的最大轴向位置。

如图1所示，在其最大移入位置的转子34关于定子24的中间面是对称的。

如上所述，由转子34和螺旋桨54所组成的整个单元不仅是可旋转地而且还可轴向移动地布置在轴38上。

当螺旋桨式泵10在转子34和螺旋桨54按箭头60方向的转动的情况下工作时，在由转子34和螺旋桨54所形成的单元上作为给水提供动量的反作用力获得在图1中向右的力。该力由轴向支承结构或向内的止挡装置所吸收，所述止挡装置由毂部分56的右端面和分隔斗32的底部形成。

在转子沿正确的旋转方向运动时，转子因此具有规定的轴向位置并且如由轴向/径向-支承结构所支承的转子一样而运行。

相反，如果在给励磁线圈28加载电压时转子34按错误的旋转方向转动，如图2中箭头64所示，则螺旋桨54通过星状出口部44抽吸水，并通过入口滤网50将水压回水族缸中。作为用于给水提供动量的反作用力，获得了作用在由转子34和螺旋桨54形成的单元上的沿轴向向外的方向分布的轴向力，因此在图2中将由转子34和螺旋桨54形成的单元向左移动。

当定子24和转子34之间的磁耦合变得很小，以致于不再足以使螺旋桨54克服水的负荷旋转时，所述向左的移动结束。在这种条件下，不再存在转子34和交变磁场之间角度上的同步化。但是还存在磁场的轴向分量，该分量试图沿轴向将转子34拉回分隔斗32中。

在这种返回运动时，定子24和转子之间的磁耦合就会重新增强，其中，当转子处于对在正确方向上起动有利的相对于定子的相对位置时，所述耦合是否重新达到对于驱动目的足够的大小，完全是随机的。

如果转子和定子之间的相对位置是对按正确旋转方向的起动有利的位置，则转子以正确的方向起动，并通过现在在图1和图2中向右的反作用力重新回移到与定子的完全的磁重叠(状态)(berlapp)中，其中螺旋桨54的毂部分56的端面贴合到分隔斗32的底部上。

在上述转子34轴向复位到定子24的磁场中时，对螺旋桨54的叶片58的冲流用于使转子34与此前起动的旋转方向相反地-即按正确的旋转方向-微小地转动。当定子24和转子34之间重新建立可获得驱动转矩的磁耦合时，这能够提高转子34按正确的旋转方向起动的机率。

对于在根据图3和4的实施例中，对应于上面所述的螺旋桨式泵10的组件的、总体用10’表示的电机的部件，也用相同的参考标号表示。

在壳体件20’的支承壁44’中现在通过径向/轴向支承件74支承电机轴66，该轴在其朝向转子的端部上支承有螺纹套筒68。该螺纹套筒在其内面设有陡螺纹槽。

螺纹套筒68的陡螺纹槽与一体注射形成在毂部分56的外表面上的陡螺纹棱70共同作用。

图3和4中示出的电机10’在起动上与上述螺旋桨式泵10相类似地工作。只是将转子沿错误的旋转方向的旋转运动转换为转子轴向向外的运动的螺旋/推力装置不是由带有倾斜的叶片58的螺旋桨54形成-所述螺旋桨与作为负荷的水容积共同作用，而是由通过螺纹套筒68和陡螺纹棱70所形成的螺旋/推力传动装置形成。在所述螺旋/推力传动装置中与电机轴66相连/关联的负荷相对于陡螺纹棱70对螺纹套筒68起制动作用，因此可获得能产生所期望的轴向力的螺旋运动-滑动(Schraub-Schlupf)。

如果电机沿正确的旋转方向运行，则获得转子34和电机轴66之间规定的轴向相对位置，并由此获得所述两个部件之间的转矩锁合的连接。

与此相反，在转子34沿错误的方向运行时，毂部分56以其陡螺纹棱70旋入由与电机轴66相连的负荷制动的螺旋套筒68。因此转子34从定子24磁场中移出直至转子的运动停止，并且然后转子被拉回定子中并可按正确的旋转方向重新起动，如上面所述的那样。

对于在轴向远离定子24的转子34的位置处所获得的磁复位力不足以将转子34拉回到定子24的情况，为了确保较强的复位力，可设置复位弹簧72，所述复位弹簧设计成螺旋弹簧并布置在毂部分56和支承壁44相对的端面之间。

为了保证电机对潮湿影响良好的不敏感性，可给电动壳体22的内部填充填料/隔离物76。

Claims (10)

1.尤其是用于水族缸的同步电机，具有定子(24)和转子(34)以及保证转子(34)按规定的旋转方向起动的起动装置，其特征在于，转子(34)可轴向运动地支承，并与在按错误的旋转方向运行时可将转子从定子(24)中移开的螺旋/推力装置共同作用。

2.根据权利要求1的同步电机，其特征在于，所述转子(34)具有支承孔(36)，转子利用该支承孔可移动地在一固定的轴(38)上运行。

3.根据权利要求1或2的同步电机，其特征在于，所述螺旋/推力装置具有与转子(34)转动地接合的螺旋桨(54)。

4.根据权利要求3的同步电机，其特征在于，所述转子(34)嵌入螺旋桨(54)的毂部分(56)中。

5.根据权利要求1或2的同步电机，其特征在于，所述螺旋/推力装置包括转子(34)和电机轴(66)之间的螺纹连接结构(68，70)。

6.根据权利要求5的同步电机，其特征在于，所述螺纹连接结构包括陡螺纹(68，70)。

7.根据权利要求5或6的同步电机，其特征在于，所述螺旋连接结构包括与定子(54)相连的螺纹棱(70)和与电机轴(66)相连的螺纹套筒(66)，或相反。

8.根据权利要求1至7的任一项的同步电机，其特征在于，包括止挡装置(44，56)，所述止挡装置限定转子(34)沿离开定子(24)的方向的轴向移动路程。

9.根据权利要求8的同步电机，其特征在于，所述止挡装置(44，56)将转子(34)的轴向移动路程限定在一个路段上，该路段在转子(34)和定子(24)之间最大轴向磁重叠量的30％和70％之间，优选约为45％。

10.根据权利要求1至9中的任一项的同步电机，其特征在于，具有回拉装置，通过该装置可将转子(34)预紧到和定子(24)轴向对齐的位置。

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