一种高集成一体化离心式水泵的制作方法

1.本发明属于液体泵技术，可应用于石油、化工、农业、建筑、消防，船舶等领域。具体地说，是一种高集成一体化离心式水泵。


背景技术：

2.现有技术的常规离心式水泵结构为泵体、叶轮、机械密封装置、电机组成，电机外挂或外置于泵体上，通过联轴节或直接连接至水泵叶轮，所以必须有中间轴穿入泵体，因此中间必需增加机械动静环密封保证介质不外泄，现有技术的常规离心式水泵，存在以下技术缺陷：
3.1)务必要有机械动静环作密封，机械密封装置导致水泵空载阻尼较大，影响整体效率；
4.2)整个泵体包含了大的电机、机械密封装置、叶轮、泵体外壳，结构复杂、整个泵体也相对比较笨重；
5.3)外置电机需要采用单独冷却方式、一般采用水冷或风冷；水冷会导致结构更加复杂化，风冷会使泵体运行的噪音增大；
6.4)传统泵体的电机是在转动的，而泵体是静止不动的，因此泵与电机之间密封难度很大，密封结构非常复杂且成本高，如图6所示，即为电机与泵之间的密封装置；更进一步地，一动一静的运作容易损坏，耐久性差，更换维修不方便且成本高；
7.5)因为所配合的叶轮为盘式结构，若仍采用传统的离心式水泵，其筒状结构空间很难做到有效利用，空间上相对传统离心式水泵没有优势。


技术实现要素：

8.本发明针对在涉水过程中存在的缺陷，公开了一种高集成一体化离心式水泵。
9.本发明是通过以下技术方案实现的：
10.本发明公开了一种高集成一体化离心式水泵，水泵包括进水口、出水口、泵壳、端盖、由泵壳和端盖内形成的空间和旋转轴，空间内设有内置盘式永磁电机，旋转轴的一端连接叶轮，另一端连有内置盘式永磁电机。
11.作为进一步地改进，本发明所述的旋转轴的一端通过轴承连接至叶轮中心的凹孔中，旋转轴的另一端通过轴承连接至端盖的凹孔中，轴承的材质为陶瓷。
12.作为进一步地改进，本发明所述的内置盘式永磁电机包括定子层与转子层，转子层固定于旋转轴上以旋转轴为圆心转动，定子层固定于泵壳上，定子层与转子层平行设置。
13.作为进一步地改进，本发明所述的定子层与转子层的间隔距离为0.8-2mm，定子层的厚度为4-8mm，转子层的厚度为4-7mm，这样电机的厚度总共也就 20-30mm，可以很好的放置于水泵当中，节约了空间。
14.作为进一步地改进，本发明所述的定子层上分布有线圈绕组，转子层上分布有永磁铁，线圈绕组与永磁磁对应。
15.作为进一步地改进，本发明所述的转子层为至上两层以上，定子层为至少一层以上，定子层与转子层交错排列，定子层上的线圈绕组与相邻的转子层上的永磁铁磁对应、相邻的转子层上的永磁铁磁对应，所产生的磁场沿着旋转轴向分布。当然，也可以是一层定子层，一层转子层，也同样可以实现本发明的技术效果。
16.作为进一步地改进，本发明所述的定子层为防腐材料浇注包裹线圈绕组，或者是在固定线圈绕组的铁芯外层包裹着防腐材料层。
17.作为进一步地改进，本发明所述的转子为用防腐材料浇注包覆固定永磁铁，或者用不锈钢或钛合金等防腐材料直接包覆于永磁铁及固定永磁铁的铁块。
18.作为进一步地改进，本发明所述的定子层和转子层均为圆环状，中间通孔用于固定轴穿过，定子层由环氧树脂浇注，内部均匀分布有扇形的线圈绕组；转子层为铁块上均匀固定分布有扇形的永磁铁。
19.作为进一步地改进，本发明所述的内置盘式永磁电机连接有变频调速模块；各相邻转子层上，有相互磁感应作用的那两个面，均分布有相同数量和排列模式的永磁，即相邻两侧均有转子层的转子层的上下表面均设有永磁铁。
20.本发明的有益效果如下：
21.1)本发明首次将电机结构也做成盘式结构，采用了内置的盘式永磁电机，垂直磁场设计，定子和转子均为圆盘状，盘面平行，气隙呈平面型，磁场沿轴向分布，具有重量轻、噪音小、效率高、结构尺寸紧凑、维修方便等显著优点，整体结构设计趋向于扁平化，节约了空间。
22.2)克服了传统泵体的电机转动的，泵体静止而产生的结构复杂、密封成本高、易损坏、耐久性差、维修更换繁琐等技术问题，得到了一种不易损坏、节约成本、结构简单、使用寿命长的泵体。
23.2)高效率高功率因数；电机需要一个磁场，传统电机的磁场是电流产生的，要有电流，就要有损耗，本发明引入了永磁以后，维持磁场，不需要永磁体以外提供能量，也就不需要无功电流，所以高效、高功率因数。通常比同功率三相异步电动机最高效率点高5％以上，而在常用低负载状态下，比三相异步电机效率平均提高20％，这是因为永磁电机的效率曲线、功率因数曲线是平的，跟随负荷变化不大；
24.3)突出了高功率密度或者高转矩密度的优点；稀土永磁电机损耗低、发热量小，可提高电磁负荷，同样体积永磁电机出力增大；或同样功率永磁电机体积小，这样电机控制灵活，反应灵敏。
25.4)控制性能好。所述的永磁电机连有变频调速模块，采用了变频调速技术使永磁电机获得了良好的控制性能，比普通异步电机的控制性能优异。现在采用智能控制的永磁电机具有更好的应用前景。为了实现智能化，在机器人机床及电动汽车等领域将会大量应用永磁电机。
26.5)对永磁电机作出了改进，不再局限于传统的径向，可根据需求灵活选择多定子或多转子等多种结构。
27.6)本发明所设计的盘式永磁电机，可以集成于泵中，是一款实现了电机内置于泵体中并用于水中的新型液态泵技术，取消动静环机械密封结构，取消电机外壳，取消了外置电机、取消联轴节、取消了冷却装置等部件、定子和转子均固定于叶轮的固定轴上，大大减
少装配零件、重量与体积、简化了结构，达到轻质、高效化等优点。
28.7)由于整个永磁电机包括定子和转子均泡在介质中，线圈的发热量均可由介质直接带走，冷却效果优于外置电机的各种冷却方式。
29.8)定子和转子由于处于一直泡在水中的桩体，因此最重要的是解决漏电和耐腐蚀的问题，材料的选择尤为重要，定子组件包括绕组和浇注体，浇注体和线圈绕组均采用环氧树脂包覆，环氧树脂具有可通磁导热、绝缘、耐高温、高硬度等特性，可满足定子泡在介质中的恶劣环境。
30.9)转子的材料可用两种方案做包覆，第一种是采用环氧树脂用浇注方式做包覆，另一种是用不锈钢或钛合金等防腐材料直接包覆于永磁体周围，用粘接剂或螺钉等方式与其贴合固定，克服了耐腐蚀的问题。
31.10)由于长期浸泡在水中，因此所选择用的轴承也要同时满足耐腐蚀和硬度的要求，因此，轴承的材料选择陶瓷。
附图说明
32.图1是本发明装置的部分结构示意图；
33.图2是本发明装置的内置盘式永磁电机实施例1的部分剖面结构示意图；
34.图3是本发明装置的线圈绕组的结构示意图；
35.图4是本发明装置的转子层的结构示意图；
36.图5是本发明装置的内置盘式永磁电机实施例2的部分剖面结构示意图；
37.图6是现有技术中电机与水泵的密封装置图纸。
38.图中，1是定子层，2是转子层，3是旋转轴，4是永磁铁，5是线圈绕组，6 是防腐材料，7是铁块，8是轴承，9是进水口，10是出水口，11是泵壳，12 是端盖，13是叶轮。
具体实施方式
39.下面结合说明书附图、通过具体实施例对本发明的结构方案做进一步的说明：
40.本发明公开了一种高集成一体化离心式水泵，图1是本发明装置的部分结构示意图，图2是本发明装置剖面的部分结构示意图，水泵包括进水口9、出水口 10、泵壳11、端盖12、由泵壳11和端盖12内形成的空间和旋转轴3，空间内设有内置盘式永磁电机，旋转轴3的一端连接叶轮13，通过轴承8连接至叶轮 13中心的凹孔中；另一端连有内置盘式永磁电机，通过轴承8连接至端盖12的凹孔中，轴承8的材质为陶瓷，可防止生锈，且满足一定的硬度。
41.内置盘式永磁电机包括定子层1与转子层2，转子层2固定于旋转轴3上以旋转轴3为圆心转动，定子层1固定于泵壳11上，定子层1与转子层2平行设置，转子层2为两层，定子层1为一层，定子层1与转子层2交错排列，定子层 1位于两个转子层2的中间，定子层1与转子层2的间隔距离为0.8-2mm，定子层1的厚度为4-8mm，转子层2的厚度为4-7mm，定子层1上的线圈绕组5与相邻的转子层2上的永磁铁4磁对应、相邻的转子层2上的永磁铁4磁对应，所产生的磁场沿着旋转轴3向分布。当然，也可以是一层定子层，一层转子层，也同样可以实现本发明的技术效果。
42.定子层1与转子层2均为圆环形，中间通孔，用于旋转轴3穿过。定子层1 包括防腐材料6和线圈绕组5，这里的防腐材料6是环氧树脂，定子层1通过环氧树脂浇注将线圈绕组5
固定于定子层1的中间，图3是本发明装置的线圈绕组 5的结构示意图；线圈绕组5呈扇形分布于圆环定子层1的内部；或是定子层1 包括环氧树脂、铁芯和线圈绕组5，线圈绕组5固定于铁芯上，然后再由环氧树脂浇注包覆于整个定子层1的外表面。
43.图4是本发明装置的转子层2的结构示意图，转子层2包括环氧树脂和永磁铁4，转子层2通过环氧树脂浇注包覆固定永磁铁4，转子层2为圆环形，永磁铁4为扇形，均匀分布于圆环转子层2的表面；或是转子层2包括铁块7、环氧树脂或不锈钢或钛合金和永磁铁4，永磁铁4固定分布于铁块7的表面，环氧树脂或不锈钢或钛合金和永磁铁4包覆于整个转子层2的外表面。
44.整个内置盘式永磁电机连接有变频调速模块，采用了变频调速技术使永磁电机获得了良好的控制性能，比普通异步电机的控制性能优异。
45.工作流程：
46.液体注满泵壳11，定子层1上的线圈通电，转子收磁感应的影响开始旋转，液体在离心力的作用下产生高速度，高速液体经过逐渐扩大的泵壳11通道，部分动能转化为静压能，以较高的压强而压出，叶轮13中心处形成真空，在液面压差的作用下，液体被压入泵内，叶轮13不断的转动，液体就不断地吸入和排出，完成一定的送液任务。
47.图5是本发明装置的内置盘式永磁电机实施例2的部分剖面结构示意图；该实施例中，有三个转子层2和两个定子层1，同样是交错排布，两个定子层1夹于两个转子层2的中间，各相邻转子层2上，有相互磁感应作用的那两个面，均分布有相同数量和排列模式的永磁，即相邻两侧均有转子层2的转子层2的上下表面均设有永磁铁4，中间的转子层2的上下表面均分布有扇形的永磁铁4，三个转子层2的永磁铁4数量一样，两个定子层1的线圈绕组5数量一样。
48.本发明可改变为多种方式对本领域的技术人员是显而易见的，这样的改变不认为脱离本发明的范围，所有这样的对所述领域的技术人员显而易见的修改，将包括在本权利要求的范围之内。

技术特征：
1.一种高集成一体化离心式水泵，其特征在于，所述的水泵包括进水口(9)、出水口(10)、泵壳(11)、端盖(12)、由泵壳(11)和端盖(12)内形成的空间和旋转轴(3)，所述的空间内设有内置盘式永磁电机，所述的旋转轴(3)的一端连接叶轮(13)，另一端连有内置盘式永磁电机。2.根据权利要求1所述的高集成一体化离心式水泵，其特征在于，所述的旋转轴(3)的一端通过轴承(8)连接至叶轮(13)中心的凹孔中，旋转轴(3)的另一端通过轴承(8)连接至端盖(12)的凹孔中，所述的轴承(8)的材质为陶瓷。3.根据权利要求1所述的高集成一体化离心式水泵，其特征在于，所述的内置盘式永磁电机包括定子层(1)与转子层(2)，所述的转子层(2)固定于旋转轴(3)上以旋转轴(3)为圆心转动，所述的定子层(1)固定于泵壳(11)上，所述的定子层(1)与转子层(2)平行设置。4.根据权利要求3所述的高集成一体化离心式水泵，其特征在于，所述的定子层(1)与转子层(2)的间隔距离为0.8-2mm，所述的定子层(1)的厚度为4-8mm，所述的转子层(2)的厚度为4-7mm。5.根据权利要求3或4所述的高集成一体化离心式水泵，其特征在于，所述的定子层(1)上分布有线圈绕组(5)，所述的转子层(2)上分布有永磁铁(4)，所述的线圈绕组(5)与永磁磁对应。6.根据权利要5所述的高集成一体化离心式水泵，其特征在于，所述的转子层(2)为至上两层以上，所述的定子层(1)为至少一层以上，所述的定子层(1)与转子层(2)交错排列，所述的定子层(1)上的线圈绕组(5)与相邻的转子层(2)上的永磁铁(4)磁对应、所述的相邻的转子层(2)上的永磁铁(4)磁对应，所产生的磁场沿着旋转轴(3)向分布。7.根据权利要求6所述的高集成一体化离心式水泵，其特征在于，所述的定子层(1)为防腐材料(6)浇注包裹线圈绕组(5)，或者是在固定线圈绕组(5)的铁芯外层包裹着防腐材料(6)层。8.根据权利要求6所述的高集成一体化离心式水泵，其特征在于，所述的转子为用防腐材料(6)浇注包覆固定永磁铁(4)，或者用不锈钢或钛合金等防腐材料(6)直接包覆于永磁铁(4)及固定永磁铁(4)的铁块(7)。9.根据权利要求3或4所述的高集成一体化离心式水泵，其特征在于，所述的定子层(1)和转子层(2)均为圆环状，中间通孔用于固定轴穿过，所述的定子层(1)由环氧树脂浇注，内部均匀分布有扇形的线圈绕组(5)；所述的转子层(2)为铁块(7)上均匀固定分布有扇形的永磁铁(4)。10.根据权利要求9所述的高集成一体化离心式水泵，其特征在于，所述的内置盘式永磁电机连接有变频调速模块；各相邻转子层(2)上，有相互磁感应作用的那两个面，均分布有相同数量和排列模式的永磁，即相邻两侧均有转子层(2)的转子层(2)的上下表面均设有永磁铁(4)。

技术总结
本发明公开了是一种高集成一体化离心式水泵，水泵包括进水口、出水口、泵壳、端盖、由泵壳和端盖内形成的空间和旋转轴，空间内设有内置盘式永磁电机，旋转轴的一端连接叶轮，另一端连有内置盘式永磁电机；本发明首次将电机结构也做成盘式结构，采用了内置的盘式永磁电机，垂直磁场设计，定子和转子均为圆盘状，盘面平行，气隙呈平面型，磁场沿轴向分布，具有重量轻、噪音小、效率高、结构尺寸紧凑、维修方便等显著优点，整体结构设计趋向于扁平化，节约了空间，克服了传统泵体的电机转动的，泵体静止而产生的结构复杂、密封成本高、易损坏、耐久性差、维修更换繁琐等技术问题，得到了一种不易损坏、节约成本、结构简单、使用寿命长的泵体。使用寿命长的泵体。使用寿命长的泵体。


技术研发人员：陈国祥
受保护的技术使用者：杭州爱纬斯电子有限公司
技术研发日：2022.01.07
技术公布日：2022/3/8