懸浮葉輪軸流泵機的製作方法

2023-10-29 22:15:17 3

專利名稱：懸浮葉輪軸流泵機的製作方法
技術領域：
本實用新型涉泵與風機技術，特別是一種懸浮葉輪軸流泵機。
背景技術：
傳統的泵或風機、電機是兩種獨立的設備，常用聯軸器聯接在一起工作。 如圖1,為一種現有的彎管式軸流泵或風機與電機聯接在一起的結構示意圖。
軸流泵或風機由葉輪l、支架2、軸承3、彎管道4、軸5、軸承6組成，軸 流泵或風機用聯軸器7與電機8聯接在一起。這種泵或風機在管道4內需安 裝支架2，支架2和軸5對流體有不小的阻力，因而效率不高；在軸承6處 需要密封，此密封是動態密封，密封件受轉動的軸5的摩擦，易失效造成洩漏。
如圖2，為另一種現有的常規的軸流泵或風機的示意圖。將葉輪9直接 安裝在電機12的軸上，用支架11支撐固定電機於直管道10內。因電機12 的外徑比前一種泵或風機的軸5的直徑大，所以這種泵或風機的支架11和電 機12對流體的阻力更大，效率更低。
發明內容
本實用新型設計一種懸浮葉輪軸流泵機，旨在克服現有軸流泵或風機的 上述缺陷，利用永磁力使葉輪懸浮，利用電磁能和永磁能驅動，實現高效、 節能。
本實用新型按下述技術方案實現。
本實用新型由定子、轉子、控制系統構成；在定轉子上設置永磁環，使 轉子懸浮在定子之中；在轉子的葉輪外周固結一個有若干永磁磁極的圓環， 定子上有若干被絕緣包皮線圈包圍的齒，形成電磁極，所述定轉子及控制系 統構成一種特殊電機，它有電動機和發電機，控制系統由轉子位置傳感器、 控制器、蓄電池及整流調壓器組成，控制器根據傳感器測取轉子磁極相對於 定子齒的位置信號或觀測器(觀測器是估算轉子位置和速度信息的硬體及包 含算法的簡稱，觀測器根據輸入所述電動機定子線圈中的電流和電壓在設定 坐標系下的分量來估算出所述轉子位置和速度。觀測器已有成熟的技術。如
滑模觀測器等)確定轉子磁極相對於電動機定子齒的位置信號，從蓄電池取 電給電動機定子各組線圈有規律地通電，則轉子因其永^f茲極受到電動機定子 齒的電磁極的吸引力矩和排斥力矩而旋轉，從而驅動葉輪，並驅動所述電機 的發電機發電，發出的電經整流調壓器存入蓄電池。
假設將所述電機的電動機部分的轉子的永磁磁極用純軟鐵做成有若干齒 的轉子代替，那麼它的工作原理與開關磁阻電機很相似，不計損耗，開關磁 阻電機輸出能量等於輸入的電能，並不節能。而本實用新型使轉子永磁極同 時獲得相應電動才幾定子一個電》茲極吸引力矩和另 一個電^茲才及的斥力矩，而且
引力矩或斥力矩均由電磁場與永磁場共同提供；開關磁阻電機僅是定子齒的 電磁力吸引其轉子的軟鐵齒，而且這個引力僅由電磁場提供。所以，本實用 新型的電機的電動機輸出能量大於需輸入的電能。本實用新型的電機的電動 機定子的電磁極與轉子永磁極之間作用力大小與在它們之間間隙中的磁感應 強度的平方成正比，而此》茲感應強度值是電；茲極和永》茲極》茲感應強度的疊加 值，若保持此值不變，提高永磁極在所述間隙中的磁感應強度值，等量地減 小電磁極在所述間隙中的磁感應強度值的，則所述電動機機輸出能量值不變， 但大幅度地降低了所需輸入的電能，這就是說能量輸出輸入差值變大。所以 本實用新型巧妙使用永磁體能，使能量增值，而且增值隨永磁場的增強而大 幅度增長，這個增值的能量的大部分向外輸出驅動所述葉輪，小部分用於所 述發電才幾發電，以支持所述電4幾運行。
還應該指出，本實用新型的電動機結構和工作原理與永磁電機(詳細了 解可參考有關資料)有實質上的不同，永磁電機利用定子的旋轉電磁場與含 有永磁體的轉子磁場相互作用驅動轉子，是基於電磁感應原理，而本實用新 型的電動機基於電磁體與永磁體之間的引力和斥力。永磁電機定子電磁力與 轉子永磁力對其轉子產生的轉矩不如本實用新型的大，原因是這種定子電磁 力僅對轉子產生引力矩，而本實用新型電動機的轉子永磁極同時受到相應定 子齒的電磁極的吸引力矩和排斥力矩。永磁電機定子的旋轉電磁場會在轉子 鐵心和永磁體中感應出渦流造成能量損耗，而且渦流生熱造成危害，旋轉電 磁場還會在轉子鐵心中產生磁滯損耗。而本實用新型電動機的定子磁場進入
轉子的磁力線很少，在轉子中感應很弱，所以本實用新型節能比永磁電機顯 著的多。
為了避免流過所述懸浮葉輪軸流泵機中的流體對泵機定子的內部腐蝕或 磨損，可在定子的內壁打襯非磁性絕緣密封圓筒。
本實用新型既是泵，又是風機，能單獨作泵用或單獨作風機用，能用作
船和飛行器的推進器；若將定子線圈都接到整流調壓器，本實用新型就是風 力發電機或水輪發電機或汽輪發電機。 本實用新型有以下優點
1、 由於葉輪懸浮於定子中，不需要軸承、支架，從而避免了對流體的 阻力，避免了額外的能量損耗；
2、 由於葉輪懸浮於定子中，因而免潤滑、振動小、噪音小、壽命長；
3、 充分地將永磁能轉換為可直接實際使用的機械能，使永磁能輸出的能 量比輸入的能量顯著增值，因而本實用新型耗電很少，損耗小，節能，效率 極高，運行費用很低；
4、 本實用新型產生動力和驅動葉輪同時發生在所述控制系統及定轉子， 而且只有轉子一個運動件，體積小，結構簡單緊湊，所以可靠性很高，且制 造成本低；
5、 完全密封，無洩漏，環保。

圖1是一種現有的彎管式軸流泵或風機與電機聯接在一起的結構示意
圖2是現有的另一種現有的常規的軸流泵或風機的示意圖； 圖3是本實用新型的結構示意圖； 圖4是圖3的A-A剖面圖； 圖5是圖3的B-B剖面圖6是圖4的中轉子相對於定子轉過一個角度的示意圖7是圖6中轉子轉到其磁極與定子鐵心齒正對時的示意圖8是圖3的A1-A1剖面圖9是圖3的B1-Bl剖面圖IO是本實用新型的另一種結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。
如圖3至圖5示。本實用新型由定子、轉子、控制系統構成。葉輪29 固定在轉軸18上，導磁環38固結於葉輪29的外周，導磁環38上均勻地鑲 著沿厚度方向充磁的若干長方體永磁塊或沿徑向充磁的瓦片形永磁體37,且 沿周向相鄰的永磁塊極性是交替的，導磁塊36和非磁性絕緣塊42與導磁環 38和永磁體37固結在一起，非磁性絕緣塊42的外面制螺旋槽；導磁塊22、 永磁體24、非磁性絕緣塊43的橫截面尺寸依次與導磁塊36、永磁體37、非 磁性絕緣塊42的相同，非磁性絕緣塊43的外面制螺旋槽，導磁塊22和非磁 性絕緣塊43與導磁環38和永磁體24固結在一起；在導磁塊36、永磁體37 與導磁塊22、永磁體24之間用一非磁性絕緣圓環39聯結；在導磁環38的 外圓、導磁塊36和永磁體37左端面固結非磁性絕緣圓環27,在導磁環38 的外圓、導磁塊22和永磁體24右端面固結非磁性絕緣圓環15;在導磁環38 的外圓、非磁性絕緣圓環27的左端面固結沿徑向充磁的外錐永磁環31,在 導磁環38的外圓、非磁性絕緣圓環15的右端面固結沿徑向充磁的外錐永磁 環16;在導^f茲環38和外錐永f茲環31的左端面固結導流錐環30,在導^茲環 38和外錐永^t環16的右端面固結導流錐環17;上述所有件組成了本實用新 型的轉子。
本實用新型的定子由矽鋼片疊成的定子鐵心21和25、絕緣包皮線圏20 和26、小長條形永磁體40和41、非磁性絕緣圓環23、徑向充磁的內錐永磁 環19和28、定子圓筒13、內錐孔圓盤14和32固結組成；絕緣包皮線圈20 包圍著定子鐵心21的齒，絕緣包皮線圈26包圍著定子鐵心25的齒；非磁性 絕緣圓環23將線圈20線圈26隔開；小長條形永磁體40和41的長方向沿轉 子軸18的軸線方向，且軸對稱地嵌在定子鐵心25之中；所述定子順軸向且 沿徑向隔間隙包圍轉子，且使定子永^磁環19、 28依次與轉子永^磁環16、 31 沿徑向同性極相對，保證轉子軸18、轉子及定子同軸。
本實用新型的控制系統由轉子位置傳感器(圖中未畫)觀測器、控制器
33、蓄電池34、整流調壓器35及連接導線組成，整流調壓器35輸入端與定 子線圈20連接，定子線圈26的接線端與控制器33連接。控制器33用現代 硬軟體技術易實現。
如圖6示，本實用新型在停止狀態，由於永石茲體異極間的吸引，轉子上 有兩塊永磁體37的》茲極與永磁體40和41沿徑向正對。若要啟動，通過控制 器33給定子線圈26通電，且使定子鐵心25的每個齒的內弧磁極極性如圖6 示、那麼，轉子每一個磁極受到與它鄰近的定子鐵心25齒的電磁推拉力矩(永 磁體40和41對轉子的作用力矩很小)，使轉子順時針轉到圖4所示位置，這 時，傳感器將此位置信號傳給控制器33,或設計硬體電3各及算法確定轉子永 磁體37的磁極相對於定子鐵心25齒的位置信號傳給控制器33,控制器33 立即改變定子線圈26中的電流方向，定子鐵心25齒的極性同時改變，如圖 7示，由於轉子永磁體37的磁極極性與定子鐵心25各齒的極性相同而產生 相互排斥力，轉子受到的排斥力的合力為零，轉子依慣性轉過圖7所示位置； 接著轉子永磁體37的每一個磁極又受到與它鄰近的定子鐵心25齒的電磁推 拉力矩而繼續轉動，此過程重複循環，轉子不斷被驅轉。結果轉子將進入其 中的流體旋出。
控制器33還可控制定子線圈26中的電流的大小以改變軸18的輸出功 率，從而改變出流速度。啟動時，轉子的轉動方向由控制器33控制線圈26 中的電流方向確定。轉子不斷被驅轉時，轉子上的永-茲體24與定子鐵心21 及定子線圈20組成的發電機發電，通過整流調壓器35給蓄電池34充電，定 子線圈26的工作電流通過控制器33從蓄電池34得到，使所述泵機運行。 本實用新型轉子石茲^L還可採用其它結構形式。 本實用新型首次啟動前，必須從外部給蓄電池34充電。 實施例二如圖8圖9示，本實用新型定子鐵心21和25的齒均用非磁 性絕緣材料製作成齒44和齒45。
實施例三如圖10示。為了避免流過所述懸浮葉輪軸流泵機中的流體對泵 機定子的內部腐蝕或磨損，可在所述定子的內壁打襯非磁性絕緣密封圓筒 46。
權利要求1. 一種懸浮葉輪軸流泵機，其特徵是:由定子、轉子、控制系統構成；在定轉子上設置永磁環，使轉子懸浮在定子之中；在轉子的葉輪外周固結一個有若干永磁磁極的圓環，定子上有若干被絕緣包皮線圈包圍的齒，形成電磁極，所述定轉子及控制系統構成一種特殊電機，它有電動機和發電機，控制系統由轉子位置傳感器、控制器、蓄電池及整流調壓器組成，控制器根據傳感器測取轉子磁極相對於定子齒的位置信號或設計硬體電路及算法確定轉子磁極相對於電動機定子齒的位置信號，從蓄電池取電給電動機定子各組線圈有規律地通電，則轉子因其永磁極受到電動機定子齒的電磁極的吸引力矩和排斥力矩而旋轉，從而驅動葉輪，並驅動所述電機的發電機發電，發出的電經整流調壓器存入蓄電池。
2. 根據權利要求1所述的懸浮葉輪軸流泵機，其特徵是葉輪(29)固 定在轉軸(18)上，導磁環(38)固結於葉輪U9)的外周，導磁環(38) 上均勻地鑲著沿厚度方向充磁的若干長方體永磁塊或沿徑向充磁的瓦片形永 磁體(37),且沿周向相鄰的永磁塊極性是交替的，導磁塊(36)和非磁性絕 緣塊(42 )與導磁環(38 )和永磁體(37 )固結在一起，非磁性絕緣塊(42 ) 的外面制螺旋槽；導磁塊(22)、永磁體(24)、非磁性絕緣塊(43)的橫截 面尺寸依次與導磁塊(36)、永磁體(37)、非磁性絕緣塊(42)的相同，非 磁性絕緣塊(43)的外面制螺旋槽，導磁塊(22)和非磁性絕緣塊(43)與 導磁環(38 )和永磁體(24 )固結在一起；在導磁塊(36 )、永磁體(37 )與 導磁塊(22 )、永磁體(24 )之間用一非磁性絕緣圓環(39 )聯結；在導磁環(38 )的外圓、導磁塊(36 )和永磁體(37 )左端面固結非磁性絕緣圓環(")， 在導磁環(38)的外圓、導磁塊(22)和永磁體(24)右端面固結非磁性絕 緣圓環(15);在導磁環(38)的外圓、非磁性絕緣圓環(27)的左端面固結 沿徑向充磁的外錐永磁環(31 ),在導磁環(38)的外圓、非磁性絕緣圓環(15) 的右端面固結沿徑向充磁的外錐永磁環(16);在導磁環(38)和外錐永磁環 (31)的左端面固結導流錐環(30 )，在導磁環(38 )和外錐永磁環(16 )的 右端面固結導流錐環(17);上述所有件組成了本實用新型的轉子；本實用新型的定子由矽鋼片疊成的定子鐵心(21)和(25)、絕緣包皮線 圈(20)和(26)、小長條形永^茲體(40)和(41)、非磁性絕緣圓環(23)、 徑向充磁的內錐永磁環(19)和(28)、定子圓筒U3)、內錐孔圓盤(14) 和(32)固結組成；絕緣包皮線圈(20)包圍著定子鐵心(21)的齒，絕緣 包皮線圈(26)包圍著定子鐵心(25)的齒；非磁性絕緣圓環(23)將線圈 (20)線圈(26)隔開；小長條形永磁體(40)和(")的長方向沿轉子軸 (18)的軸線方向，且軸對稱地嵌在定子鐵心(25)之中；所述定子順軸向 且沿徑向隔間隙包圍轉子，且使定子永磁環(19)、 (28)依次與轉子永磁環 (16)、 (31)沿徑向同性極相對，保證轉子軸(18)、轉子及定子同軸；本實用新型的控制系統由轉子位置傳感器或觀測器、控制器(33)、蓄電 池(34 )、整流調壓器(35 )及連接導線組成，整流調壓器(35 )輸入端與定 子線圈(20)連接，定子線圈(26)的接線端與控制器(33)連接； 本實用新型轉子^t極還可採用其它結構形式。
3. 根據權利要求1或2所述的懸浮葉輪軸流泵機，其特徵是本實用新 型定子鐵心(21 )和(25 )的齒均用非磁性絕緣材料製作成齒(44 )和齒(45 )。
4. 根據權利要求1或2所述的懸浮葉輪軸流泵機，其特徵是在所述定 子的內壁打襯非磁性絕緣密封圓筒(46)。
專利摘要一種懸浮葉輪軸流泵機，由定子、轉子、控制系統構成；在定轉子上設置永磁環，使轉子懸浮在定子之中；在轉子的葉輪外周固結一個有若干永磁磁極的圓環，定子上有若干被絕緣包皮線圈包圍的齒，形成電磁極，所述定轉子及控制系統構成一種電機，它有電動機和發電機，控制系統由轉子位置傳感器、控制器、蓄電池及整流調壓器組成，控制器根據傳感器測取轉子磁極相對於定子齒的位置信號或觀測器確定轉子磁極相對於電動機定子齒的位置信號，從蓄電池取電給電動機定子各組線圈有規律地通電，則轉子因其永磁極受到電動機定子齒的電磁極的吸引力矩和排斥力矩而旋轉，驅動葉輪和發電機，發出的電經整流調壓器存入蓄電池。本實用新型節能、環保。
文檔編號F04D29/38GK201202679SQ20082011817
公開日2009年3月4日 申請日期2008年6月13日 優先權日2008年6月13日
發明者劉新廣 申請人:劉新廣