CN217380905U - U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，包括：泵体、设置于泵体上的U形的铁芯、设置于该铁芯上的定子绕组、可转动地安装于泵体上的转子、泵盖，转子包括：转轴；永磁体，为径向两极充磁的具中空内孔的圆柱体；其特征在于：转子还包括固定容置于所述中空内孔的导磁体，该导磁体中心设容置转轴的轴向通孔。本实用新型的U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，通过在永磁体的中空内孔设导磁体，使磁路可从更靠近轴线的地方通过，同时，导磁体可使用价格较永磁体低的材料制成。经该设计后，可获得性价比更佳的转子，从而降低离心泵的材料成本。

Description

U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵

技术领域

本实用新型涉及一种U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，其IPC分类号为F04D 13/06。

背景技术

现有的交流永磁离心泵，其转子的常用结构见图1和图2所示，包括中空的圆柱状的永磁体10′、穿越永磁体中间通孔的转轴20′和注塑于永磁体10′的中间通孔内将永磁体10′与转轴20′固定连接的塑料块30′。上述离心泵的磁路如图3，沿永磁体的截面走，由于永磁体磁阻大，接近于空气磁阻，因此磁路总磁阻较大，离心泵的性能受到限制，如何优化转子的设计，在保证离心泵性能的同时更具成本优势的转子目前并没较好的设计方案；另外一种采用整体永磁体，其中间通孔固定转轴的现有技术转子同样存在这样的问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵。

本实用新型所采用的技术方案是：

U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，包括：泵体、设置于泵体上的U形的铁芯、设置于该铁芯上的定子绕组、可转动地安装于泵体上的转子、泵盖，转子包括：转轴；永磁体，其为径向两极充磁的具中空内孔的圆柱体；其特征在于：转子还包括固定容置于中空内孔的导磁体，该导磁体中心设容置转轴的轴向通孔。

本实用新型的U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，通过在永磁体的中空内孔设导磁体，使磁路可从更靠近轴线的地方通过，同时，导磁体可使用价格较永磁体低的材料制成。经该设计后，可获得性价比更佳的转子，从而降低离心泵的材料成本。

进一步地，永磁体的半径为R，导磁体的外周面至转子轴线的最大径向距离为r，则R减 r之差值满足公式:

该设计可以使得通过导磁体区域磁力线的磁阻小于通过导磁体区域外磁力线的磁阻，驱使磁力线绝大部分通过导磁体区域。

进一步地，永磁体的半径R取值范围为8.5mm-15mm，导磁体的外周面至转子轴线的最大径向距离为r，则R减r之差值为4mm～7mm。该设计可以保障永磁体具有合适的磁能积，进而具有性能或性价比更合适的驱动负载的电磁转矩。

更进一步地，导磁体的径向厚度范围为0.5～2mm。

进一步地，导磁体为中空柱状体，该柱状体外周包括一对相互对称的扇弧面，该扇弧面的轴线与永磁体的轴线重合。

更进一步地，柱状体外周还包括一对相互对称的平面。

进一步地，转轴与导磁体过盈配合，且该转轴与轴向通孔配合面设有滚花纹。

进一步地，转轴与导磁体之间和/或永磁体与导磁体之间设粘结剂固定连接。

进一步地，永磁体的轴向长度L1大于铁芯的轴向长度L2。

本实用新型的电动机，通过对转子进行磁性能的优化，可减少磁芯的轴向高度，在保证电动机原有性能的同时有利于降低电动机的材料成本。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1是现有转子的立体结构示意图；

图2是现有转子的轴向剖面图；

图3是现有电动机的转子和铁芯磁力线走向的仿真示意图；

图4是本实用新型电动机的轴向剖面图；

图5是本实用新型电动机的分解结构示意图；

图6是本实用新型转子实施例1的立体结构示意图；

图7是本实用新型转子实施例1的径向剖视图；

图8是本实用新型转子实施例2的径向剖视图；

图9是本实用新型转子实施例2的分解结构示意图；

其中：10′-永磁体、20′-转轴、30′-塑料块、10-泵体、20-铁芯、30-定子绕组、40-转子、50-叶轮、60-泵盖、100-转轴、110-滚花纹、200-永磁体、210-中空内孔、300-导磁体、301-第一平面、302-第二平面、303-第一扇弧面、304-第二扇弧面、310-轴向通孔

具体实施方式

U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵见图4和图5，包括泵体10，设置于泵体10上的U形的铁芯20，设置于该铁芯20上的定子绕组30，可转动地安装于泵体10上的转子40，安装于转子40上的叶轮50和盖设在泵体10上的泵盖60。本实用新型的转子40的第一实施例见图6和图7，包括转轴100、永磁体200和导磁体300。其中，永磁体200为径向两极充磁的具中空内孔210的圆柱体；导磁体300设有轴向通孔310，导磁体300固定容置于永磁体的中空内孔210；转轴100固定设置于轴向通孔310内。本实用新型中的导磁体是指机械工程材料中导磁率高的软磁材料制成的零件，如采用铁、硅钢等制成的零件。

本实用新型的U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，转子的永磁体的中空内孔设导磁体，导磁体可使用价格较永磁体低的软磁材料制成，经该设计后维持转子原有磁通或稍有提升，可获得性价比更佳的转子，从而降低离心泵的材料成本。

见图4，永磁体200的轴向长度为L1，铁芯20的轴向长度为L2，其中，L1大于L2。通过该设计可进一步地调节永磁体200和铁芯20的轴向长度，达降低离心泵的材料成本。

见图7，假设磁力线由上向下穿过永磁体200，为了使得通过导磁体300区域磁力线磁路的磁阻小于通过导磁体300区域外磁力线磁路的磁阻，驱使磁力线绝大部分通过靠近轴线的导磁体区域，可以优化设计如下，如在径向剖视图中，设定永磁体200的中空圆柱体的半径为R，导磁体300的外周面至转子轴线K的最大径向距离为r，则导磁体300外周内切圆的切线X与永磁体200外周圆相交,切线X与永磁体200外周圆弧包围的导磁体300外部分为区域 D，区域D的中轴线段为M，区域D的中轴线段M的垂直平分线段为O,则线段O的长度a计算公式如下：

由于导磁体的磁导率远高于永磁体的磁导率，永磁体的磁导率与空气磁导率U0接近，为使得磁力线绝大部分通过靠近轴线的导磁体区域，需要使得通过导磁体外区域D的磁路平均距离大于包围导磁体区域的永磁体总厚度，即将线段O的长度a设计大于2倍中空圆柱状的永磁体厚度，则有：

这样磁力线大部分就会由磁阻较小的靠近轴线的导磁体300区域通过，减少磁路的总磁阻，转子磁性能得到改善。

见图6及图7，永磁体200的中空圆柱体的半径R取值范围为8.5mm-15mm时，导磁体300 的外周面至转子轴线K的最大径向距离为r，为了保障永磁体具有合适的磁能积，进而具有更合适的驱动负载的电磁转矩，实验表明，R减r之差值取值范围为4mm～7mm，转子的磁通量处于峰值区域，一般地，R减r之差值与永磁体200的中空圆柱体的半径R值成正比例关系。更进一步地经实验，导磁体300的厚度范围为0.5～2mm，此后导磁体300的厚度的增加对转子的磁通量增加贡献不大。

以下为实验实测的数据：具体操作为采用U型铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵的定子绕组与数字磁通计连接，以同一离心泵泵体分别安装外径为19mm的现有转子和安装外径为 19mm永磁体厚度不同的本实用新型转子测量对应的磁通量。

通过上述的实验测试，采用本实用新型的转子的离心泵磁通量与采用现有技术转子的离心泵磁通量相比，磁通量波动在±5％的范围内，整体变化不大。但是该外径为19mm，轴向长度为25mm，转轴直径为3mm的现有转子为例，永磁体体积为276.32mm²，而本实用新型的转子，以永磁体厚度为5mm为例，可将体积为56.52mm²的永磁体替换成导磁体，由于导磁体的单价较永磁体的单价一般能低5成左右，经上述的设计，在维持离心泵磁通量不变或变动很少的前提下，单个转子的成本可降10％以上，转子的性价比更佳。

进一步地，我们尝试改变安装在上述永磁体内孔的导磁体厚度，同样用数字磁通计与离心泵的定子绕组连接测量其磁通量：

测试表明，本实施例导磁体300的厚度为0.5～2mm时，离心泵的磁通量可以保持在理想范围。因此，在一些应用例中，可以考虑减少导磁体300的厚度，并在导磁体300与转轴的间隙填充塑性材料将它们固定连接，以减少导磁体的材料耗用。

本实用新型导磁体的另一种实施例2见图8及图9，本实施例中的导磁体300为中空柱状，该柱状体外周包括一对相互对称的扇弧面。具体实施时，扇弧面包括第一扇弧面303和与第一扇弧面303镜像对称的第二扇弧面304，扇弧面的轴线与永磁体的轴线重合。该设计有利于磁力线更均匀地穿过导磁体300。更进一步地，柱状体外周还包括一对相互对称的平面。见图7，具体实施时，平面包括第一平面301和与第一平面301镜像对称的第二平面302。该结构有利于导磁体300与永磁体200可靠均匀地固定，有利于转子转动的平稳性。

见图9，为简化安装结构及增强转轴100与导磁体300之间的连接强度，转轴100与导磁体的轴向通孔310配合的外表面设有滚花纹110，且转轴100与导磁体300之间采用过盈配合固定。

进一步地，为提升转轴100与导磁体300之间，或永磁体200与导磁体300之间的连接强度，防止转轴100或导磁体300脱出。转轴100与导磁体300的配合面之间设粘结剂；或永磁体200与导磁体300的配合面之间设粘结剂；或转轴100与导磁体300的配合面之间，永磁体200与导磁体300的配合面之间同时设粘结剂。

本实用新型并不局限于上述实施方式，例如转轴可以固定在泵体上，转子通过导磁体内孔套设于转轴等，如果这些对本实用新型的各种改动或变形不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变形。

Claims (9)

1.U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，包括：泵体(10)、设置于泵体(10)上的U形的铁芯(20)、设置于该铁芯(20)上的定子绕组(30)、可转动地安装于泵体(10)上的转子(40)、安装于转子(40)上的叶轮(50)、泵盖(60)，所述转子(40)包括转轴(100)及永磁体(200)，所述永磁体(200)为径向两极充磁的具中空内孔(210)的圆柱体，其特征在于：所述转子(40)还包括固定容置于所述中空内孔(210)的导磁体(300)，该导磁体(300)中心设容置所述转轴(100)的轴向通孔(310)。

2.根据权利要求1所述的U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，其特征在于：所述永磁体(200)的半径为R，所述导磁体(300)的外周面至所述转子轴线的最大径向距离为r，则R减r之差值满足公式:

3.根据权利要求1或2所述的U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，其特征在于：所述永磁体(200)的半径R取值范围为8.5mm-15mm，所述导磁体(300)的外周面至所述转子轴线的最大径向距离为r，则R减r之差值为4mm～7mm。

4.根据权利要求3所述的U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，其特征在于：所述导磁体(300)的径向厚度范围为0.5～2mm。

5.根据权利要求1所述的U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，其特征在于：所述导磁体(300)为中空柱状体，该柱状体外周包括一对相互对称的扇弧面，该扇弧面的轴线与永磁体的轴线重合。

6.根据权利要求5所述的U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，其特征在于：所述柱状体外周还包括一对相互对称的平面。

7.根据权利要求1所述的U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，其特征在于：所述转轴(100)与导磁体(300)过盈配合，且该转轴(100)与轴向通孔(310)配合面设有滚花纹(110)。

8.根据权利要求1所述的U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，其特征在于：所述转轴(100)与导磁体(300)之间和/或所述永磁体(200)与导磁体(300)之间设粘结剂固定连接。

9.根据权利要求1所述的U形铁芯单相永磁同步电机驱动的离心泵，其特征在于：所述永磁体(200)的轴向长度L1大于铁芯(20)的轴向长度L2。

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