专利名称：一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵，属无刷直流微电机水泵领域，可用作内燃机水冷却系统电动循环泵，混合动力汽车、电动汽车电动机及其功率驱动器件的水冷却系统(及暖风系统)电动循环泵，或其它电子电器设备、器件的水冷却系统电动循环泵，也可用作机动车暖风系统加压泵或循环泵、太阳能热水系统或其它热能利用(回收)系统循环泵，及用于其它方面。
背景技术：
现有与本发明用途类似的电动水泵有以下三类。一、发动机水冷却系统电动循环泵。现有发动机水冷却系统多采用同步带等驱动的机械水泵，不能根据发动机负荷和散热需要调节流量和冷却系统的散热量，明显的缺陷是本身消耗功率大、发动机升温慢、控温精度低。近年来，一些汽车零部件制造商开始尝试设计制造电动循环泵(一般称为电动水泵，EWP，Electric Water Pump)，一些汽车制造商(宝马、丰田等)也开始尝试采用电动水泵。基于电动循环泵和电子调速技术的冷却系统，能根据发动机负荷和散热需要调节水泵流量和冷却系统的散热量，不仅水泵本身消耗的功率减小，而且发动机升温快、控温精度高，并能提高发动机燃油效率、降低排放等。显然，发动机冷却系统电动循环泵应是调速型电动水泵。已公开的这类用途的电动水泵，其输入电功率在80-120W左右，其压头和流量甚至可满足3-5L大排量发动机冷却系统的需要。其结构是这样的，水泵为离心泵结构，其驱动电机为三相永磁同步电机(Three Phase Permanent Magnet SynchronousMotor,可以是(夕卜同步)三相自起动永磁同步电机 (Three Phase Se 1 f-startingPermanent Magnet Synchronous Motor)，或三才目无直电机(Three PhaseBrushless DC Motor或BLDC Motor)两类))，所以是所谓三相永磁同步电机电动水泵。其采用内转子结构，可以采用变频(VF)或脉宽调制(PWM)方式调速；除电机和水泵共用一个轴外，总体结构上(本质上)电机和水泵是互相独立的，其轴上有0型圈 (填料)密封或机械密封，从而将叶轮和转子分隔开，叶轮在泵壳内，而转子等全部电机部件在泵壳外。这种总体结构的好处是，电机结构不受水泵结构的限制，特别是，其气隙可以很小，使磁阻很小、磁通密度很高，电机扭矩、功率和效率等性能较高。但这种电机的缺陷也是显然的，由于轴要有密封，所以其总体结构较复杂且不紧凑，0型圈(填料)密封的使用寿命很短，机械密封的使用寿命也较短(实际使用寿命达不到制造商声称的2000小时)；虽然其合理的水泵内部流道设计可提高水泵的效率等，但由于形状复杂，不仅水泵结构件多， 而且制造难度也大，制造所需的注射成型模具非常复杂；另外，三相无刷直流电机的驱动电路(驱动电路指无刷直流电机所需的调速、电子换向和功率开关电路，下同)比单相电机的要复杂得多。二、机动车暖风系统电动循环泵。还有一种电动水泵是机动车暖风系统电动循环泵，一般称为电动加压泵(EBP，Electric Booster Pump)，其功率相对较小(10W以下)，只能定速工作，一些汽车制造商 (奔驰、宝马等)已采用其作为(某些豪华车型)暖风系统的加压泵。与此结构和性能相似的电动水泵也作为一般用途的循环泵及灌溉泵等出售。其水泵为离心泵结构，其驱动电机为一体化单相四极无刷直流电机，所以是所谓一体化单相四极无刷直流电机电动水泵。其电机利用霍尔传感器检测转子位置以实现电子换向，并且电机的驱动方式(电路)为非常简单的双绕组半波(半控)驱动方式，电机为内转子结构，定速工作(此种电机及其驱动方式多用于驱动计算机CPU冷却风扇(无刷直流风扇，Brushless DC FAN)，区别是后者为外转子结构，由于采用双绕组半波(半控)驱动，许多文献也称其为两相无刷直流电机)。其总体结构是一体化的，特点是，有将转子和定子隔离开的转子水套，转子在转子水套内、而转子水套与泵相通，这样转子和叶轮就能制成一体、并一同装在一个不锈钢或陶瓷制造的轴上旋转工作(可将此种结构称为共轴承结构，也有在转子前后各设置一个轴承并转子和叶轮共用一个轴的共轴结构)，轴和轴承间靠冷却液润滑。显然，这样的一体化结构，轴就不再需要动密封，水泵结构因此极大简化。但这种一体化结构的电动水泵也有许多缺陷，由于电机的气隙长度(转子和定子之间的距离)较大，转子和定子间的磁阻较大、磁通密度较低，电机功率、扭矩等性能降低；所采用的四极结构，会使定子磁极间的漏磁加大、电机功率等性能更加降低。受这两方面限制，这种电动水泵的功率都较小。其它缺陷还有，其共轴承结构易使冷却液中的异物进入到转子与转子水套之间，使转子发生卡滞而停转、运行可靠性降低；为使制造难度降低，其水泵内部结构都非常简单，流道不合理，且缺乏平滑的过度， 使水泵效率较低。三、微机水冷系统用电动循环泵。这类微机水冷系统用电动循环泵的功率相对更小(仅3W左右)，一般用作CPU 等发热量大的芯片的水冷系统的循环泵。其结构与上述一体化单相四极无刷直流电机电动水泵相似，但采用单相两极无刷直流电机，是所谓一体化单相两极无刷直流电机电动水泵。其电机采用具有两个磁极的U型定子铁芯，所以也常称为U型铁芯单相无刷直流电机 (U-shaped core singlephase BLDC motor),或 U 形铁心单相永磁电机(U-shaped core singlephase permanent magnet motor)。其电机利用霍尔传感器检测转子位置以实现电子换向，并利用所谓不对称气隙实现定向旋转和自起动，有两个绕组、并半波(半控)驱动。 这种电动水泵的缺陷是，受永磁转子磁阻较大及两极结构本身的限制，其电机的功率、转矩等性能较低，振动和噪声较大、运转不平稳；所采用的较大的气隙和不合理的铁心形状(极靴没凸出)又使磁阻和漏磁均较大，进而使气隙处的磁通密度低，电机的起动性能差，功率和转矩等性能低，制成调速型电动水泵时调速范围小；不对称气隙(一般为阶梯型不对称气隙)形状也不合理，会使这些性能进一步降低；振动和噪声较大、运转不平稳，会加大轴和轴承的磨损；都采用共轴承结构，也易发生转子卡滞而停转；也不是按调速型电动水泵设计的；为使制造难度降低，其水泵内部结构也非常简单，流道不合理且缺乏平滑的过度， 使水泵效率较低。由于以上缺陷，现有的这种一体化单相两极无刷直流电机电动循环泵都是功率很小的水泵。综合上述分析，现有此三类电动水泵都存在不同的缺陷。本发明认为，这些缺陷是由于认识偏见所致。首先，这类电动水泵，可靠性是首要指标，特别是对发动机水冷却系统电动循环泵。由于认识上的偏差，目前的发动机水冷却系统电动循环泵结构过于复杂，其轴所采用的密封结构，寿命和可靠性都存在问题，所以未来的冷却系统不必要继续沿用现有电动循环泵的结构。其次，多磁极数0极)电机有其优点，但不一定是较佳的方案。这里要考虑到气隙长度的影响。对一体化的电动水泵，由于其气隙长度较大，如采用多磁极，会使磁极间的漏磁显著加大，使电机性能降低。例如单相四极无刷直流电机，其只适用于气隙很小的无刷直流风扇，用于电动水泵时，由于气隙较大，其四个磁极间的漏磁较大。所以，对较小型的电动水泵，更适合采用单相两极无刷直流电机。最后，一体化单相两极无刷直流电机电动水泵具有结构简单的明显优势。而通过采用直径较小而轴向尺寸较大的永磁转子能显著降低其永磁转子的磁阻，从而使主磁路和气隙处的磁场增强，进而可以制成功率较大的电机；而通过采用其它有针对性的技术改进， 也可以消除其它缺陷。所以本发明认为，一体化单相两极无刷直流电机电动水泵具有改进潜力，通过有针对性的技术改进，能使其满足发动机冷却系统循环泵的性能和使用要求。
发明内容
本发明通过对现有一体化单相两极无刷直流电机电动水泵进行有针对性的技术改进，以提出一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵，其结构简单、合理，可达到消除现有技术的缺陷、提高性能，并替代上述三种现有电动水泵的目的通过采用灌封等措施来减小气隙，以提高一体化结构水泵的电机的功率、扭矩和效率等；通过改进铁心的形状和不均勻气隙的形状，以进一步提高一体化结构水泵的电机的功率、扭矩和效率等，并降低振动和轴承的磨损；改进结构及改善润滑条件等，以显著延长水泵(轴承)的使用寿命； 改进结构使转子不发生卡滞；新结构应使水泵内部流道更合理、更平滑、水泵效率更高；在不改变电机本体的情况下，只要使用或装配不同的(或简化的)驱动电路就能简便地制成调速型电动水泵或定速型电动水泵。本发明装置是通过这样的技术方案实现的一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵，由定子槽、转子水套、前盖、 进水口、出水口、转子、轴、转子水套盖、后轴承、叶轮、密封材料、定子铁芯、定子绕组、驱动电路、灌封材料组成，电机是具有U型定子铁芯的单相两极无刷直流电机，转子采用径向两极充磁的磁体(极)结构，U形铁心端部有两个相对的极靴，极靴的极弧形状可形成所谓不对称气隙，集中式定子绕组安装在定子铁心上组成定子，驱动电路以全控(全波)或半控 (半波)驱动方式连接到绕组上，定子安装在定子槽内，定子槽是一个采用塑料注射成型方法制造的、由定子槽侧壁和定子槽底板构成的槽，定子槽开口与定子槽底板相对，定子槽底板上还制有凸出到定子槽内的转子水套，转子水套口在定子槽底板上，转子水套将转子与定子隔离开，转子安装在转子水套中并在冷却液中工作，转子水套、定子槽底板和前盖构成水泵内腔，进水口、出水口均制在前盖上，定子槽底板和前盖之间有密封材料(密封件)密封，除进水口、出水口与外部相通外，水泵内腔是密闭的，其特征是，转子水套的位置靠近定子槽的上部，定子的极靴在上方并套在转子水套上、定子绕组在下方，需要安装到定子槽内的驱动电路安装在定子槽内、且在转子水套和定子极靴的上方，灌封材料将定子和需要安装到定子槽内的驱动电路灌封在定子槽内、且灌封材料充满定子槽，转子和轴制成一体或装配成一体，后轴承在转子水套的底部，前轴承在转子水套盖上，转子水套盖安装在转子水套口处的定子槽底板上，转子装在转子水套内、后轴承与转子水套盖之间，轴穿过前轴承延伸到水泵内腔里，叶轮安装在轴的端部，进水口与叶轮和转子水套盖相对，转子水套盖能嵌入前盖内，转子水套盖前端面的中部与叶轮相对处向进水口方向凸出，前盖的中部与叶轮相对处向进水口方向凹陷，叶轮具有后弯叶片，转子水套盖前端面、前盖、及进水口和出水口能形成离心泵内流道(蜗壳)的典型结构，且当转子通过轴驱动叶轮旋转工作时具有离心泵的功能。本发明还具有下述技术特征。从定子槽开口方向看，定子槽的形状与定子的形状一致，以减小定子和定子槽侧壁之间的间隙及灌封材料的用量；充满定子槽的灌封材料具有增强整体结构强度的作用，特别是，能使本发明采用薄壁的转子水套，从而使气隙长度减小；U形铁心具有凸出的极靴，而且其不对称气隙的形状是，每侧极靴中心处的极弧的气隙长度大，靠近两端的两段极弧的气隙长度小并相等，靠近两端的两段极弧中一段的气隙宽度较大、另一段的气隙宽度较小；转子水套盖以耐磨性能好和润滑(减磨)性能好的材料制造，或转子水套盖上的前轴承和(或)后轴承另外以耐磨性能和润滑(减磨)性能好的材料制造再装配到转子水套盖上和(或)转子水套底部；轴与前轴承之间有间隙，转子水套盖与定子槽底板之间也有间隙，此间隙既能使冷却液进入转子水套内以实现对前轴承和后轴承的润滑，又能过滤冷却液中的杂质防止其进入到转子水套内；转子水套盖与前盖结合处有缝隙，此缝隙既能利用水泵的压力在此缝隙和轴与前轴承之间的间隙之间形成压力差，从而驱动所输送液体进入转子水套内，以实现对前轴承和后轴承的润滑，也能过滤冷却液中的杂质防止其进入到转子水套内；不改变水泵本体，只要使用或装配不同的驱动电路就能简便地制成调速型电动水泵或定速型电动水泵；调速型电动水泵，采用脉宽调制(PWM)方式调速；定子槽内、安装驱动电路的位置有插装电路板的槽，需要安装到定子槽内的驱动电路以插装方式安装并灌封在定子槽中，只通过导线与外部连接。要说明的是，上述对本发明内容的描述，只表示其结构及各零部件的相对位置关系(即附图中的相对位置关系)，并不是指其工作时在空间上一定具有这样的上下左右前后位置关系。本发明的设计和工作原理是转子采用径向两极充磁的磁极结构。其上的永磁体采用铁氧体材料制造，包括烧结、粘结和塑料磁等工艺方式，具有优良的耐腐蚀性能，能在冷却液中工作。如采用钕铁硼等高性能磁材料、或不同磁材料混合制造，但一般要采用特殊的(表面涂覆等)处理工艺， 使转子具有一定的耐腐蚀性能，能在冷却液中工作。钕铁硼等强磁材料的磁性能好，可显著提高电机的功率、效率等性能。本发明的总体结构使本发明结构合理、紧凑。定子槽内的上部空间是专门安装驱动电路的空间，是使本发明结构合理、紧凑的特特点之一，也使定子槽底板的结构强度提高；定子槽的截面形状与定子的截面形状一致，既能减小定子和定子槽侧壁之间的间隙和灌封材料的用量，复杂的形状也能使定子槽侧壁及定子槽底板的结构强度提高；充满定子槽的灌封材料不仅具有密封和固定作用，也能使定子槽及定子槽底板的结构强度提高。电机的起动原理是，每侧极弧中心处的极弧的气隙长度大、靠近两端的两段极弧的气隙长度小并相等，靠近两端的两段极弧中一段的气隙宽度较大、另一段的气隙宽度较小(中心处的极弧的气隙长度大，但形状不严格，可以是圆弧或非圆弧形，气隙长度也可以不相等)，这样，静态时转子能形成一定的起动角(偏转角)，电机加电时能产生较大的起动转矩以实现(自)起动。由于有起动角，位置传感器(常用的霍尔传感器)能检测到转子磁极的极性及其改变，从而实现换(相)控制，使电机产生定向的旋转驱动扭矩。电机的运行原理是，充满定子槽的灌封材料对转子水套起加强作用，能使本发明采用薄壁的转子水套，从而使气隙长度和磁路的磁阻减小、气隙处的磁通(密度)增强；凸出的极靴也使磁路的磁阻和漏磁减小、气隙处的磁通(密度)增强；由于运行时每侧极弧的不对称气隙的对称性较好(相对于每侧极靴中心(线)，每侧的极弧形状具有较好的对称性)，也能磁路的磁阻减小、气隙处的磁通(密度)增强。这些能提高电机运行时的扭矩、功率和效率等性能。由于运行时每侧极弧的不对称气隙的对称性较好，使磁通密度分布更均勻、对称， 能减小电机运行时的振动和噪声，改善电机和水泵的平稳性。本发明的总体结构方案(转子水套盖的中部向进水口方向凸出，使前轴承的长度显著加大，从而显著降低轴承的单位面积压力，所输送液体形成的润滑膜受到的冲击减小、 不易破裂、润滑可靠)、及转子水套盖或前轴承和(或)后轴承能另以耐磨性能好和润滑 (减磨)性能好的材料制造(例如耐磨性能好和润滑(减磨)性能好的塑料制造、或以添加了减磨和润滑材料的金属或塑料制造)，能明显减小轴和轴承的摩损；转子水套盖嵌入前盖中并在结合处留有缝隙，此缝隙处在水泵内压力最大处，轴和前轴承之间有间隙，转子水套盖与定子槽底板之间也有间隙，从而在此缝隙和轴承间隙之间形成较大的压力差，能驱动水泵所输送的液体进入到转子水套内，并在前轴承和后轴承内形成稳定的润滑膜，以实现润滑、避免磨损；另外，转子振动的减小，也能减轻轴和轴承间的冲击。这些技术能保证轴承及整个电动水泵有足够长的使用寿命。本发明所确定的转子和轴一体、转子装在转子水套内、及轴和轴承等处的间隙和缝隙能过滤杂质防止其进入转子水套的措施，能避免转子发生卡滞而停转，从而保证了电动水泵的可靠性。转子水套盖前端面、前盖、及进水口和出水口能形成离心泵内流道(或蜗壳)的典型结构，且当转子通过轴驱动叶轮旋转工作时具有离心泵的功能。转子水套盖的前端面面积较大、并且嵌入前盖(并且，前盖可采用压紧的方式将转子水套盖固定在定子槽底板上)，这样，转子水套盖的前端面与前盖配合就可以形成水泵的内流道，不仅制造简单，而且能实现复杂并非常理想的内流道形状；同时，作为低扬程循环水泵，转子水套盖前端面的中部与叶轮相对处向进水口方向凸出，前盖的中部与叶轮相对处向进水口方向凹陷，叶轮具有后弯叶片。这些技术改进能使水泵具有很高的效率。驱动电路以全控(全波)或半控(半波)驱动方式连接到绕组上。全控时，驱动电路根据转子位置输出交流电，驱动定子绕组产生交变磁场；半控时，驱动电路根据转子位置交替向两个定子绕组输出直流电，并合成交变磁场。在交变磁场的作用下，转子旋转并通过转子轴驱动水泵叶轮旋转，实现上述的离心泵的功能。不需改变水泵本体结构或机械部分，只要使用或装配不同的驱动电路就能简便地制成调速型电动水泵或定速型电动水泵，显然这种生产方式是灵活的。调速型电动水泵，采用脉宽调制(PWM)方式调速。脉宽调制信号发生电路或在定子槽外(脉宽调制信号发生电路与其它驱动电路分置、两部分电路通过导线连接)，或与其它驱动电路一同制在一片电路板上并一同封装在定子槽内、只把其控制信号占空比的电路或器件(如温度传感器)置于定子槽外。定子槽内、安装驱动电路的位置有插装电路板的槽，需要安装到定子槽内的驱动电路以插装方式安装并灌封在定子槽中，只通过导线与外部连接。本发明可产生的有益效果是1、通过上述对本发明方案的描述、再结合对其原理的描述和分析，可见，本发明所提出的一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵具有简单、合理和紧凑的(总体)结构。其起动性能、功率、扭矩和效率等性能显著提高；寿命显著延长；可靠性显著提高；更合理(总体)结构，也使水泵具有较大的输送能力和很高的效率。这些，使本发明能满足未来发动机冷却系统电动水泵等电动水泵的性能和使用要求。2、相比现有三相无刷直流电机电动水泵，本发明在许多方面具有明显优势，其结构极其简单、驱动电路也很简单；结构紧凑，各向尺寸均衡；可靠性高；成本及价格也具有明显优势。这些优势，对发动机冷却系统电动水泵的实用化具有特别积极意义。3、本发明效率很高，因而非常节能，如用于250mL排量的水冷摩托车发动机冷却系统电动水泵，其输入电功率只5W左右，对1. 6L排量的小型车发动机也不超过25W。作为发动机冷却系统电动水泵，还将显著提高发动机的燃油效率，进一步提高整体节能效果。4、本发明在不改变电机本体的情况下，只要使用或装配不同的(或简化的)驱动电路就能简便地制成更具成本优势的定速型循环泵、增压泵、灌溉泵等。机动车暖风系统简单地增加一个(调速型或定速型)加压泵，就能显著降低其水冷及暖风系统的复杂程度，并显著提高暖风系统性能；同样，本发明对电动汽车水冷却系统及暖风系统的改进也具有积极意义，对电子电器设备、器件的水冷却系统改进也具有积极意义。
附图1是本发明电动水泵沿电机轴和铁心中心线剖开的剖视图，其中出水口部分又沿其中心线做了局部剖视；附图2是附图1的左视图；附图3是沿附图1中A-A剖开的左剖视图；附图4是沿附图1中A-A剖开的右剖视图。为使图形简洁，各图中均隐去了一些图 (虚)线，一些图线也做了简化。附图中各标号名称为1、后轴承，2、定子槽，3、安装在定子槽的电路，4、转子，5、转子水套，6、轴，7、密封材料，8、前轴承，9、转子水套盖，10、前盖，11、叶轮，12、定子槽口，13、 灌封材料，14、定子绕组，15、定子铁心，16、定子槽底板，17、出水口，18、进水口，19、极靴。附图5是本发明使用的一种调速型驱动电路的原理图。图中以虚线将图分成两部分，左侧部分是由ICl和IC2及外围元件构成脉冲宽度调制PWM信号发生电路，ICl和IC2是555时基芯片(或用一片556时基芯片)，Rt是PTC热敏电阻。右侧部分是由IC3及其外围元件构成的(功率)驱动电路，IC3是UDN3625M单相双绕组无刷直流(风扇)电机专用(功率)驱动芯片，Li、L2为无刷直流电机的两个定子绕组。这里要特别说明的是，图中所示的进水口(18)和出水口(17)连接方式不是必要的，可以采用其它的连接方式同水管、散热器或发动机等相连接。另外前盖(10)可以同其它零件制成一体，例如直接将前盖(10)制在发动机缸体上(利用缸体作为前盖(10))。
具体实施例方式附图1、附图2、附图3和附图4以图形的形式说明了本发明的技术方案、技术特征和工作原理。详细的说明如前述。附图1、附图2、附图3、附图4和附图5也公开了本发明在摩托车发动机水冷系统上的具体实施方式
。由于发动机的散热量的变化范围特别大，所以在本实施例中，在附图5左侧部分电路中，增加一个温度控制的机械或电子开关Si，发动机机体温度低时Sl断开，达到某个温度(例如60°c)以上而需要本发明所构成的冷却系统介入自动控温时，开关Sl接通，这样既可使系统简单，又可发挥本发明自动冷却控温的能力。下面结合附图5来说明采用本发明电动水泵的发动机冷却系统的原理。图5左侧部分，ICl及其外围元件构成矩形波信号发生带电路，IC2及其外围元件构成单稳态触发器电路，两个电路连接后，构成脉冲宽度调制(PWM)信号发生电路，其PWM信号的占空比受PTC 热敏电阻Rt的控制。温度传感器PTC热敏电阻Rt具有在其开关温度(动作温度)附近阻值快速增大的温变特性，其开关温度和温变特性可根据冷却系统的设定温度需要确定， 选开关温度为85°C，并安装在上水管上，用来感知发动机缸体的温度。PWM信号的占空比在85°C附近具有随缸体温度升高而增大、并在超过85°C显著增大的特性，例如由低温时的 30%到高温时的接近90%。图5右侧部分，UDN3625M是单相双绕组无刷直流(风扇)电机专用(功率)驱动芯片，其内部带有霍尔型转子位置传感器，所以只需要几个外围元件就能构成单相无刷直流电机的半控型(功率)驱动电路，实现可靠的换向(相)驱动，使两个定子绕组(14)交替工作，产生(合成)交流磁场。UDN3625M还有PWM信号输入端，将图5左侧部分的PWM信号接入其PWM信号输入端，即可实现对电机及水泵的调速控制，从而改变冷却系统的散热量，温度低是散热量小、发动机升温快，温度高时散热量显著增大，使发动机温度稳定。根据此实施例制作了一个模拟的内燃机冷却系统，模拟系统表明本实施例具有较理想的冷却性能。模拟系统还表明，本发明具有很好的起动性能、具有理想的功率、扭矩和效率性能；具有足够长的使用寿命；高可靠性。这些，使本发明能满足未来发动机冷却系统电动水泵的性能和使用要求。作为另一个实施例，附图1、附图2、附图3、附图4和附图5所公开的电动水泵也可用作机动车暖风系统加压泵(也可简化为定速型)。
权利要求
1.一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵，由定子槽、转子水套、前盖、进水口、出水口、转子、轴、转子水套盖、后轴承、叶轮、密封材料、定子铁芯、定子绕组、驱动电路、灌封材料组成，电机是具有U型定子铁芯的单相两极无刷直流电机，转子采用径向两极充磁的磁体(极)结构，U形铁心端部有两个相对的极靴，极靴的极弧形状可形成所谓不对称气隙，集中式定子绕组安装在定子铁心上组成定子，驱动电路以全控(全波)或半控(半波)驱动方式连接到绕组上，定子安装在定子槽内，定子槽是一个采用塑料注射成型方法制造的、由定子槽侧壁和定子槽底板构成的槽，定子槽开口与定子槽底板相对，定子槽底板上还制有凸出到定子槽内的转子水套，转子水套口在定子槽底板上，转子水套将转子与定子隔离开，转子安装在转子水套中并在冷却液中工作，转子水套、定子槽底板和前盖构成水泵内腔，进水口、出水口均制在前盖上，定子槽底板和前盖之间有密封材料(密封件)密封， 除进水口、出水口与外部相通外，水泵内腔是密闭的，其特征是，转子水套的位置靠近定子槽的上部，定子的极靴在上方并套在转子水套上、定子绕组在下方，需要安装到定子槽内的驱动电路安装在定子槽内、且在转子水套和定子极靴的上方，灌封材料将定子和需要安装到定子槽内的驱动电路灌封在定子槽内、且灌封材料充满定子槽，转子和轴制成一体或装配成一体，后轴承在转子水套的底部，前轴承在转子水套盖上，转子水套盖安装在转子水套口处的定子槽底板上，转子装在转子水套内、后轴承与转子水套盖之间，轴穿过前轴承延伸到水泵内腔里，叶轮安装在轴的端部，进水口与叶轮和转子水套盖相对，转子水套盖能嵌入前盖内，转子水套盖前端面的中部与叶轮相对处向进水口方向凸出，前盖的中部与叶轮相对处向进水口方向凹陷，叶轮具有后弯叶片，转子水套盖前端面、前盖、及进水口和出水口能形成离心泵内流道(蜗壳)的典型结构，且当转子通过轴驱动叶轮旋转工作时具有离心泵的功能。
2.根据权利要求1所述的一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵，其特征是，从定子槽开口方向看，定子槽的形状与定子的形状一致，以减小定子和定子槽侧壁之间的间隙及灌封材料的用量。
3.根据权利要求1或2所述的一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵，其特征是，充满定子槽的灌封材料具有增强整体结构强度的作用，特别是，能使本发明采用薄壁的转子水套，从而使气隙长度减小。
4.根据权利要求1所述的一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵，其特征是，U形铁心具有凸出的极靴，而且其不对称气隙的形状是，每侧极靴中心处的极弧的气隙长度大，靠近两端的两段极弧的气隙长度小并相等，靠近两端的两段极弧中一段的气隙宽度较大、另一段的气隙宽度较小。
5.根据权利要求1所述的一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵，其特征是，转子水套盖以耐磨性能好和润滑(减磨)性能好的材料制造，或转子水套盖上的前轴承和(或)后轴承另外以耐磨性能和润滑(减磨)性能好的材料制造再装配到转子水套盖上和(或)转子水套底部。
6.根据权利要求1或5所述的一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵，其特征是，轴与前轴承之间有间隙，转子水套盖与定子槽底板之间也有间隙，此间隙既能使冷却液进入转子水套内以实现对前轴承和后轴承的润滑，又能过滤冷却液中的杂质防止其进入到转子水套内。
7.根据权利要求1、5或6所述的一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵， 其特征是，转子水套盖与前盖结合处有缝隙，此缝隙既能利用水泵的压力在此缝隙和轴与前轴承之间的间隙之间形成压力差，从而驱动所输送液体进入转子水套内，以实现对前轴承和后轴承的润滑，也能过滤冷却液中的杂质防止其进入到转子水套内。
8.根据权利要求1所述的一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵，其特征是，不改变水泵本体，只要使用或装配不同的驱动电路就能简便地制成调速型电动水泵或定速型电动水泵。
9.根据权利要求1或8所述的一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵，其特征是，调速型电动水泵，采用脉宽调制(PWM)方式调速。
10.根据权利要求1、8或9所述的一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵， 其特征是，定子槽内、安装驱动电路的位置有插装电路板的槽，需要安装到定子槽内的驱动电路以插装方式安装并灌封在定子槽中，只通过导线与外部连接。
全文摘要
一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵，属无刷直流微电机水泵领域，可用作内燃机水冷系统电动循环泵等。发明的目的是替代较复杂的三相无刷直流电机电动水泵。其特征是，单相无刷直流电机驱动的一体化电动水泵，灌封材料将定子和驱动电路灌封在定子槽内，具有凸出的极靴和对称性较好的不均匀气隙，转子水套盖能过滤异物防止其进入转子水套内，水泵的压力能驱动冷却液进入转子水套内以保证轴承的润滑，转子水套盖前端面、前盖构成水泵内流道。
文档编号F04D29/06GK102242717SQ20101018564
公开日2011年11月16日 申请日期2010年5月14日 优先权日2010年5月14日
发明者于佳衣, 于昊昱, 衣美凤 申请人:于佳衣