由集成控制器的永磁同步电机驱动的盘式磁力屏蔽泵的制作方法

1.本实用新型涉及屏蔽泵技术领域，尤其涉及一种由集成控制器的永磁同步电机驱动的盘式磁力屏蔽泵；广泛应用在输送清水及物理化学性质类似于清水的流体介质，介质温度不超过95℃，亦适用于超低温流体；适用工业和城市给排水，高层建筑增压送水、园林喷溉、消防增压，远距离流体输送、暖通制冷循环、浴室等冷暖水循环增压及设备配套；特别适用对振动、噪音要求较高的场合如地下泵房、空调制冷系统等；也可以用于不含固体颗粒的软水之用，适于能源、冶金、化工、纺织、造纸、食品以及洒店、宾馆、饭店、浴室、锅炉热水增压循环输送及城市采暖系统等场合；广泛应用在石油、化学工业，医药、纺织、核电及城市给排水，消防增压，高层建筑增压送水，园林喷灌，暖通制冷，等冷暖水循环增压；特别是对振动、噪音要求高的场所，如重点工程、泵房、中央空调等等；还可以用来输送压力和温度不产生结晶和凝固的液体，特别是对人体及环境有害的和不安全的液体和贵重液体等,如强腐蚀性，剧毒性，挥发性，放射性等介质。


背景技术：

2.传统的屏蔽泵由异步电机或永磁电机驱动；电机部分装有复杂的定转子不锈钢屏蔽套，由于屏蔽套的增加，电机的物理气隙增大，电机的有效材料增加，电机效率降低。


技术实现要素：

3.（一）要解决的技术问题
4.为了解决现有技术的上述问题，本实用新型提供一种由集成控制器的永磁同步电机驱动的盘式磁力屏蔽泵。
5.（二）技术方案
6.为了达到上述目的，本实用新型采用的主要技术方案包括：
7.由集成控制器的永磁同步电机驱动的盘式磁力屏蔽泵，其包括：泵体，所述泵体上固定连接有电机组件，所述泵体与电机组件之间设有不锈钢隔板；所述电机组件上连接有控制器组件，所述电机组件的绕组三相引出线与控制器组件上的三相接线端电连接；
8.所述泵体内设有叶轮，所述叶轮将介质从泵体的进口端传送至出口端；所述叶轮的中部通过水轴承连接有叶轮轴；所述叶轮轴的一端与不锈钢隔板固定连接，叶轮相对于叶轮轴可转动；所述叶轮靠近电机组件的一侧固定连接有水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘；所述电机组件的电机轴靠近泵体的一侧固定连接有电机侧盘式永磁磁钢磁力盘；所述水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘和电机侧盘式永磁磁钢磁力盘位于不锈钢隔板的两侧，且水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘和电机侧盘式永磁磁钢磁力盘分别与不锈钢隔板之间有间隙；
9.所述水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘包括水泵侧磁钢固定盘，所述水泵侧磁钢固定盘上呈环形阵列方式设有若干第一磁钢槽，所述第一磁钢槽内设有第一磁钢；所述第一磁钢为八个，分为四个n极和四个s极，其中，第一磁钢的磁极分布为n-s-n-s-n-s-n-s，相邻n极和s极之间设有第三磁钢；
10.所述电机侧盘式永磁磁钢磁力盘包括电机侧磁钢固定盘，所述电机侧磁钢固定盘上呈环形阵列方式设有若干第二磁钢槽，所述第二磁钢槽内设有第二磁钢；所述第二磁钢为八个，分为四个n极和四个s极，其中，第二磁钢的磁极分布为s-n-s-n-s-n-s-n，相邻s极和n极之间设有第四磁钢；
11.水泵侧磁钢固定盘上的第一磁钢中n和s极磁钢均采用轴向充磁，相邻n极和s极之间的第三磁钢采用沿弧长或弦长方向充磁；电机侧磁钢固定盘上的第二磁钢中的n和s极磁钢均采用轴向充磁，相邻n极和s极之间的第四磁钢采用沿弧长或弦长方向充磁。
12.进一步地，所述电机组件上的端部温度传感器引线与控制器组件上的热敏电阻接线端电连接；所述控制器组件上设有485通讯接口；所述控制器组件上设有正负接线插片。
13.进一步地，所述水泵侧磁钢固定盘采用不锈钢材料制成；所述第一磁钢呈扇形，充磁方向为沿第一磁钢的厚度方向。
14.进一步地，所述电机侧磁钢固定盘采用10#钢材料制成；所述第二磁钢呈扇形，充磁方向为沿第二磁钢的厚度方向。
15.进一步地，所述叶轮轴为陶瓷轴。
16.（三）有益效果
17.本实用新型的有益效果是：1、通过在电机组件的电机轴端安装电机侧盘式永磁磁钢磁力盘，在叶轮的内侧安装对称的水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘，并在电机侧盘式永磁磁钢磁力盘和水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘之间加一不锈钢隔板，二个盘式永磁磁钢磁力盘与不锈钢隔板之间有合理的气隙，这样将屏蔽泵的泵体端与电机内部完全隔离，确保工作介质不会泄漏和流入电机内部。
18.2、电机侧盘式永磁磁钢磁力盘和水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘分别设计成单侧增强磁场强度的磁路结构，本案例设计为4对极，磁极磁场方向为以轴向为主。盘式磁钢的充磁方向，本实用新型中是二种充磁方向相结合的充磁方向，一种是轴向充磁，一种是沿弧长或弦长方向充磁。经仿真优化，本实用新型的盘式永磁磁钢磁力盘的吸引磁力是传统内转子的磁力转矩的1.67倍，是盘式n 、s交替磁路的1.37倍。同时，本实用新型的 盘式永磁磁钢磁力盘，过载能力也更强，没有传统内转子式的磁力泵负载变化较大时，就会发生失步停机的弊端。
19.3、磁钢固定在磁钢固定盘上，在磁钢固定盘上加工出放置磁钢的盲孔，磁钢固定盘，在叶轮上的采用导磁的不锈钢，在电机侧用导磁的10#钢，采用导磁的材料做为固定盘，便于充磁后的磁钢粘贴，更有利的是可以增强轴向的磁场强度，有很好的聚磁作用；即便采用本技术的磁钢矩阵分布，可以采用无轭磁路，即使用无轭磁路，考虑磁钢的固定也要有铝合金或不锈钢材质的圆板做磁钢的固定板，而用导磁的常用钢板做磁钢的固定板成本会更低。
20.4、叶轮成为一个独立的转动体，通过一个单独的水轴承和一个短的陶瓷轴达到平稳运转，结构简单，阻力更小，达到超静音效果，同时，可靠性提高。
21.5、电机组件省去二个屏蔽套，电机气隙减小，气隙磁场强度提高，电机主要材料可进一步降低，材料利用率提高，铁芯和绕组缩短，电机损耗减少，电机效率进一步提高；进而，原屏蔽泵电机需要的定、转子灌封的工艺和灌封的导热胶材料省去，成本降低，结构更简单，运行更可靠。
附图说明
22.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
23.图1为本实用新型一个实施例的结构示意图；
24.图2为本实用新型一个实施例的结构侧视图；
25.图3为本实用新型一个实施例的控制器组件结构示意图；
26.图4为本实用新型一个实施例的水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘结构示意图；
27.图5为本实用新型一个实施例的第三、第四磁钢充磁方向示意图一；
28.图6为本实用新型一个实施例的第一、第二磁钢充磁方向示意图；
29.图7为本实用新型一个实施例的电机侧盘式永磁磁钢磁力盘结构示意图；
30.图8为本实用新型一个实施例的第三、第四磁钢充磁方向示意图二；
31.图9为本实用新型一个实施例的盘式永磁磁钢磁力盘角特性示意图；
32.图10为本实用新型一个实施例的盘式永磁磁钢磁力盘瞬态速度性能示意图；
33.图11为本实用新型一个实施例的盘式永磁磁钢磁力盘电机转速4200rpm空载工况的转子瞬态速度示意图；
34.图12为本实用新型一个实施例的永磁电机盘式永磁磁钢磁力盘空载/满载转速对比：增速示意图；
35.图13为本实用新型一个实施例的永磁电机盘式永磁磁钢磁力盘空载/满载转速对比：降速示意图；
36.图14为本实用新型一个实施例的永磁电机盘式永磁磁钢磁力盘空载/满载转速对比：均速示意图。
具体实施方式
37.为了更好地解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实用新型作详细描述。
38.本实用新型一个实施例的一种由集成控制器的永磁同步电机驱动的盘式磁力屏蔽泵，如图1-图3所示，其包括：泵体1，所述泵体1上固定连接有电机组件2，所述泵体1与电机组件2之间设有不锈钢隔板31，将泵体1与电机组件2进行分隔，使得泵体1内的介质不会进入到电机组件2的内部，使电机组件2损害；所述电机组件2为现有技术，其结构不再赘述；所述电机组件2上连接有控制器组件8，所述电机组件2的绕组三相引出线与控制器组件8上的三相接线端81电连接；所述电机组件2上的端部温度传感器引线与控制器组件8上的热敏电阻接线端82电连接；所述控制器组件8上设有485通讯接口83；所述控制器组件8上设有正负接线插片84。
39.具体地，在本实施例中，如图1、图4、图5、图6、图8所示，所述泵体1内设有叶轮30，所述叶轮30将介质从泵体1的进口端传送至出口端；所述叶轮30的中部通过水轴承26连接有叶轮轴3，所述叶轮轴3为陶瓷轴；所述叶轮轴3的一端与不锈钢隔板31固定连接，叶轮30相对于叶轮轴3可转动；所述叶轮30靠近电机组件2的一侧固定连接有水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘25；所述电机组件2的电机轴靠近泵体1的一侧固定连接有电机侧盘式永磁磁钢磁力盘24；所述水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘25和电机侧盘式永磁磁钢磁力盘24位于不锈钢隔板
31的两侧，且水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘25和电机侧盘式永磁磁钢磁力盘24分别与不锈钢隔板31之间有间隙；所述水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘25包括水泵侧磁钢固定盘251，所述水泵侧磁钢固定盘251上呈环形阵列方式设有若干第一磁钢槽，所述第一磁钢槽内设有第一磁钢253；所述第一磁钢253为八个，分为四个n极和四个s极，其中，第一磁钢253的磁极分布为n-s-n-s-n-s-n-s；相邻n极和s极之间设有第三磁钢254；所述水泵侧磁钢固定盘251采用不锈钢材料制成；所述第一磁钢253呈扇形，充磁方向为沿第一磁钢253的厚度方向。
40.进一步地，在本实施例中，如图1、图5、图6、图7、图8所示，所述电机侧盘式永磁磁钢磁力盘24包括电机侧磁钢固定盘241，所述电机侧磁钢固定盘241上呈环形阵列方式设有若干第二磁钢槽，所述第二磁钢槽内设有第二磁钢243；所述第二磁钢243为八个，分为四个n极和四个s极，其中，第二磁钢243的磁极分布为s-n-s-n-s-n-s-n；相邻s极和n极之间设有第四磁钢244；所述电机侧磁钢固定盘241采用10#钢材料制成；所述第二磁钢243呈扇形，充磁方向为沿第二磁钢243的厚度方向；水泵侧磁钢固定盘251上的第一磁钢253中n和s极磁钢均采用轴向充磁，相邻n极和s极之间的第三磁钢254采用沿弧长或弦长方向充磁；电机侧磁钢固定盘241上的第二磁钢243中的n和s极磁钢均采用轴向充磁，相邻n极和s极之间的第四磁钢244采用沿第四磁钢244的沿弧长或弦长方向充磁；采用导磁的材料做为固定盘，便于充磁后的磁钢粘贴，更有利的是可以增强轴向的磁场强度，有很好的聚磁作用。
41.本技术通过在电机组件2的电机轴端安装电机侧盘式永磁磁钢磁力盘24，在叶轮30的内侧安装对称的水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘25，并在电机侧盘式永磁磁钢磁力盘24和水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘25之间加一不锈钢隔板31，二个盘式永磁磁钢磁力盘与不锈钢隔板之间有合理的气隙，这样将屏蔽泵的泵体端与电机内部完全隔离，确保工作介质不会泄漏和流入电机内部。
42.本技术电机侧盘式永磁磁钢磁力盘24和水泵侧盘式永磁磁钢磁力盘25分别设计成单侧增强磁场强度的磁路结构，本案例设计为4对极，磁极磁场方向为以轴向为主。盘式磁钢的充磁方向，本实用新型中是二种充磁方向相结合的充磁方向，一种是轴向充磁，一种是沿弧长或弦长方向充磁。经仿真优化，本实用新型的盘式永磁磁钢磁力盘的吸引磁力是传统内转子的磁力转矩的1.67倍，是盘式n 、s交替磁路的1.37倍。同时，本实用新型的盘式永磁磁钢磁力盘，过载能力也更强，没有传统内转子式的磁力泵负载变化较大时，就会发生失步停机的弊端。
43.本实施例中，磁钢固定在磁钢固定盘上，在磁钢固定盘上加工出放置磁钢的盲孔，磁钢固定盘，在叶轮上的采用导磁的不锈钢，在电机侧用导磁的10#钢，采用导磁的材料做为固定盘，便于充磁后的磁钢粘贴，更有利的是可以增强轴向的磁场强度，有很好的聚磁作用；即便采用本技术的磁钢矩阵分布，可以采用无轭磁路，即使用无轭磁路，考虑磁钢的固定也要有铝合金或不锈钢材质的圆板做磁钢的固定板，而用导磁的常用钢板做磁钢的固定板成本会更低。
44.本技术的叶轮成为一个独立的转动体，通过一个单独的水轴承和一个短的陶瓷轴达到平稳运转，结构简单，阻力更小，达到超静音效果，同时，可靠性提高。
45.电机组件省去二个屏蔽套，电机气隙减小，气隙磁场强度提高，电机主要材料可进一步降低，材料利用率提高，铁芯和绕组缩短，电机损耗减少，电机效率进一步提高；进而，原屏蔽泵电机需要的定、转子灌封的工艺和灌封的导热胶材料省去，成本降低，结构更简
单，运行更可靠。另外，泵体与永磁驱动电机之间，二个盘式永磁磁钢磁力盘之间加一不锈钢隔板，泵体侧工作介质也是很好的冷却介质，可以充分的将永磁电机的损耗热量带走，加之，本实用新型的电机气隙减小，气隙磁场强度提高，电机主要材料可进一步降低，材料利用率提高，铁心和绕组缩短，电机损耗减少，电机效率提高，因此电机温升进一步降低；本案例中，电机绕组温度稳定温度为65℃，温升只有33k 。
46.如图9所示，盘式永磁磁钢磁力盘叶轮转子与永磁电机转子，在转矩角度特性，当永磁电机转子轴端的盘式永磁磁钢磁力盘，超前屏蔽泵叶轮内侧的盘式永磁磁钢磁力盘43
º
电角度时，磁力盘的磁拉力达到最大2.5nm；说明在实用新型产品的整个工作区间，可以正常传递转矩。
47.如图10所示，是产品样机的瞬态速度性能仿真曲线，电机输入转速0.5s内转速从0rpm-升到4200rpm，持续0.5s稳定运行后，电机输入转速在0.5s内，转速从4200rpm降为0rpm。瞬态速度性能达到独立电机的瞬态速度性能。
48.如图11所示，是盘式永磁磁钢磁力盘电机额定转速4200rpm时，空载工况下，给一个加速指令时，转子瞬态速度的波动情况，转子转速可在0.2s（0.7-0.5）内，重新达到稳定转速。
49.如图12所示，永磁电机盘式永磁磁钢磁力盘空载/满载转速，做增速仿真时，空载的速度变化相对满载转速的变化快些，原因是介质阻力作用影响；整体趋势基本相同。
50.如图13所示，永磁电机盘式永磁磁钢磁力盘空载/满载转速，做减速仿真时，在开始阶段，空载和满载转速的变化基本一致，而接近减速停止区段，空载减速较平稳，而满载减速未段出现较小幅度跌宕，原因是介质阻力作用影响。
51.如图14所示，永磁电机盘式永磁磁钢磁力盘空载/满载转速，做均速仿真时，初始阶段，空载转速的跌宕幅值较小，满载转速的跌宕幅值较大；但此初始阶段仅维持0.2s,空载转速和满载转速，趋势平稳，变化基本一致，在0.1s 基本达到平稳转速。
52.从以上仿真曲线特性分析，永磁电机盘式永磁磁钢磁力盘具有与独立永磁电机相当的快速响应特性，平稳的跟随性体现出优异的实用价值。
53.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
54.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
55.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关
系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
56.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
57.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
58.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
59.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。