一种给水泵用驱动装置及给水泵的制作方法

方法领域

本发明涉及水泵技术领域，具体涉及一种给水泵用驱动装置及给水泵。

背景方法

在工业、农业和居民生活领域，水泵等负载机械应用数量很大，据统计，水泵配套电机占电机总量的23%，年耗电量站发电量的20%，在普通装备中，水泵所占比例是高的。然而，目前水泵类产品电能利用率非常低，实际运行效率不到50%，系统运行效率不到30%，每年我国在水泵类负载为此要浪费电力100亿千瓦时，在一些负载中，需要调节水泵的流量，现有技术中常采用阀门、挡板等调节流量，这样使得系统的运行效率明显下降。

而且，电动机长期驱动一个出水口可变的阀门而运行于一个恒定的转速，由于电动机恒速运行于高压头，故关小阀门可减少流量，但减小能耗的数值甚小。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有方法的不足，提供一种能够调节水泵流量，且用电量小的给水泵用驱动装置。

为达到上述目的，本发明采用的方案是：

一种给水泵用驱动装置，包括用于驱动给水泵运行的永磁同步电动机及变频调速器，所述永磁同步电动机包括机座，所述变频调速器固定设置在所述机座上与所述永磁同步电动机形成一体式结构，所述变频调速器与所述永磁同步电动机电连接，所述驱动装置还包括用于对所述永磁同步电动机和所述变频调速器进行冷却的冷却装置，所述冷却装置设置在所述永磁同步电动机内。

优选地，所述机座上设有通风槽，所述变频调速器包括底板，所述底板安装在所述通风槽上，所述变频调速器还包括逆变器，所述逆变器安装在所述底板上。

优选地，所述机座除安装所述变频调速器的端面之外的其他端面上均设有散热筋，所述散热筋的延伸方向与设置所述散热筋的端面相垂直。

优选地，所述冷却装置包括冷却风扇，所述冷却风扇包括叶轮，所述叶轮包括轮毂以及由轮毂向外辐射延伸的若干扇叶，所述扇叶的倾斜方向与所述冷却风扇运行时的旋转方向相反。

优选地，所述驱动装置还包括设置在所述变频调速器与所述永磁同步电动机之间的隔热减震器。

优选地，所述变频调速器还包括设置在所述变频调速器的电源交流侧的交流电抗器和设置在所述变频调速器的输出端直流母线上的直流电抗器。

优选地，所述永磁同步电动机包括定子，所述定子包括定子铁心，所述永磁同步电动机的基准频率高于同一规格的标准永磁同步电动机的基准频率，所述定子铁心的长度为同一规格的标准永磁同步电动机的定子铁心的长度的65%~75%。

优选地，所述永磁同步电动机包括转子，所述转子包括转子铁心和磁钢，所述磁钢嵌设在所述转子铁心内，且所述磁钢靠近所述转子铁心的外圆周面。

优选地，所述永磁同步电动机的气隙长度为1.0~4.0。

本发明还提供一种给水泵，所述给水泵具有如上述任一项所述的驱动装置。

由于上述方案的运用，本发明与现有方法相比具有下列优点：本发明的给水泵用驱动装置通过变频调速器来改变永磁同步电动机的转速，从而来调节水泵流量，可减小能耗，从而使水泵的使用成本较低。

附图说明

附图1为本发明的给水泵用驱动装置的结构示意图；

附图2为本发明的给水泵用驱动装置的基座的结构示意图；

附图3为本发明的给水泵用驱动装置的底板的结构示意图；

附图4为本发明的给水泵用驱动装置的冷却风扇的结构示意图；

附图5为本发明的给水泵用驱动装置的隔热减震器的结构示意图；

附图6为本发明的给水泵用驱动装置的转子的结构示意图。

其中：1、永磁同步电动机；11、机座；111、支撑平台；112、通风槽；113、散热筋；12、转子；121、转子铁心；122、磁钢；2、变频调速器；21、底板；211、插接部；212、连接部；213、散热筋；3、冷却风扇；31、轮毂；32、扇叶；4、隔热减震器；41、主体；42、嵌设部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来对本发明的方法方案作进一步的阐述。

给水泵主要包括水泵本体和用于驱动水泵本体运行的驱动装置。

如图1所示，本发明的给水泵用驱动装置包括永磁同步电动机1和变频调速器2，变频调速器2与永磁同步电动机1固定设置在一起形成一体式结构，且变频调速器2与永磁同步电动机1之间电连接，通过变频调速器2来改变永磁同步电动机1的转速，从而控制给水泵的流量。

永磁同步电动机1包括机座11，本实施例中，机座11呈方形结构，机座11的上端面上设有支撑平台111，变频调速器2包括底板21，变频调速器2的底板21固定安装在支撑平台111上，从而使该驱动装置形成背包式结构。

该驱动装置的永磁同步电动机1和变频调速器2共用一套冷却装置，本实施例中，冷却装置采用风冷的冷却方式，具体包括冷却风扇3，冷却风扇3设置在永磁同步电动机1的风扇罩内，在机座11的支撑平台111的中部设有通风槽112，底板21包括插接部211和连接部212，插接部211插设在通风槽112中，连接部212搭设在支撑平台111上并与支撑平台111固定连接在一起，这样，经冷却风扇3吹出的冷却气流通过对流对变频调速器2进行冷却。

冷却风扇3包括叶轮，叶轮包括轮毂31以及由轮毂31向外辐射延伸的若干扇叶32，扇叶32的倾斜方向与冷却风扇3运行时的旋转方向相反，即该冷却风扇3的扇叶32采用后倾式的结构形式，这样的结构设计，可减小冷却风扇3运行中的噪音。

该冷却风扇3通过安装在永磁同步电动机1的风扇罩内的变频电机独立驱动，因此，无论变频调速器2驱动永磁同步电动机1在何种转速转速下运行，该冷却风扇3的冷却气流参数均可以保持不变。本实施例中，冷却气流参数为：风量337m3/h，风压35Pa。

该冷却装置在运行时，在扇叶32和风扇罩的内壁上均喷涂减震液，这样，可减小冷却风扇3在运行过程中的振动。

为了增强散热效果，机座11和底板21均由铝质材料制成，机座11除上端面之外的其他端面上均设有散热筋113，散热筋113的延伸方向与设置该散热筋113的端面相垂直。底板21上也设有散热筋213。

变频调速器2还包括机壳和设置在机壳内的逆变器，由于逆变器的发热量较大，将逆变器安装在底板21的连接部212上。

由于水泵负载有防潮要求，所以变频调速器2的外壳上设有密封结构，这在一定程度上影响了变频调速器2的散热效果，因此，该逆变器的功率管的容量要在同一规格的标准逆变器的功率管的容量的基础上适度放大，而且要将逆变器的功率管安装在底板21上，以便于功率管的传导散热。

变频调速器2还包括设置在变频调速器2的电源交流侧的交流电抗器和设置在变频调速器2的输出端直流母线上的直流电抗器，这样，可就地吸收逆变器产生的高次谐波，降低了变频调速器2的电磁噪声，从而使给水泵机组的噪声降低。

在永磁同步电动机1与变频调速器2的连接部位之间设置有隔热减震器4，通过隔热减震器4的设置，可防止永磁同步电动机1机背的热量通过支撑平台111传导到变频调速器2，同时也可以减少运行中永磁同步电动机1的振动传递到变频调速器2。

如图所示，隔热减震器4包括主体41和嵌设在主体41中的嵌设部42，主体41由橡胶和阻尼材料制成，嵌设部42由金属材料制成，嵌设部42有两组，分别嵌设在主体41的上部和下部，嵌设部42上设有螺纹孔，以便于与机座11和底板21连接。

永磁同步电动机1还包括定子，为了缩小机座号，减少材料用量，从而降低永磁同步电动机1的制造成本，可提高永磁同步电动机1的基准频率，但基准平率提高后，在其他参数保持不变的情况下，定子铁耗将增大，而缩短定子铁心的长度可减少定子铁耗，经计算，定子铁心的长度为同一规格的标准永磁同步电动机的定子铁心的长度的65%~75%时最佳，这样，永磁同步电动机1效率仍可达到1级能效。

以Y2系列132M-6永磁同步电动机为例，当永磁同步电动机1的基准频率由50Hz提高至150Hz时，定子铁耗根据下式计算：

其中：为经验系数，一般取2.5~2.0；

为单位重量铁心的损耗；

为磁感应强度；

和均为基准频率，为改变之前的基准频率，本实施例中为50Hz，为提高后的基准频率，为150Hz。

在、、均保持不变的情况下，永磁同步电动机1的基准频率由50Hz提高至150Hz时，定子铁心在重量相同条件下，定子铁耗将增加即4.17倍，将定子铁心的长度缩短为130mm时，定子铁耗相应减少，此时定子铁耗可以控制在285w左右，该永磁同步电动机1的效率仍可达到1级能效。

为了减少杂散损耗，定子铁心采用斜槽的结构形式。

提高定子绕组的槽满率，使其控制在78%~80%的范围内，可减少铜耗。提高定子绕组的槽满率主要是通过增加定子槽中的用铜量来实现，这可以通过改变定子槽的槽型结构，或者，在定子槽的槽型结构不变的情况下，通过改进绕线直径或放置方式来实现。

永磁同步电动机1还包括转子12，转子12包括转子铁心121和磁钢122，磁钢122内嵌在转子铁心121中，且磁钢122在转子铁心121中靠近转子铁心121的外圆周面，这样，使得磁钢122的用量较少，可节约成本，而且由于磁钢122是内嵌在转子铁心121中，磁钢122不容易从转子铁心121中脱出，使得运行可靠。

为了进一步减少杂散损耗，确保永磁同步电动机1的效率可达到1级能效，可增加永磁同步电动机1的气隙长度，该永磁同步电机的气隙长度为1.0~4.0，具体数值可根据永磁同步电机的规格设定。以Y2系列132M-6永磁同步电动机为例，气隙长度由0.35增加至1.0后，可使杂散损耗控制在170w左右。

综上，该发明的给水泵用驱动装置通过变频调速器来改变永磁同步电动机的转速，从而来调节水泵流量，可减小能耗，该给水泵的制造成本和使用成本较低，从而可降低其销售价格，大约可降低35%左右，同时可使变频调速器的成本和销售价格也降低，大约可降低45.23%。另外，该驱动装置中的永磁同步电动机的效率可达到1级能效限定值，该驱动装置运行过程中的噪声较小，可达到55dB(A)。

上述实施例只为说明本发明的方法构思及特点，其目的在于让熟悉此项方法的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。