CN106887910A - 一种u形铁芯单相永磁同步电动机驱动的小型离心泵 - Google Patents
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Abstract
一种U形铁芯单相永磁同步电动机驱动的小型离心泵，包括离心式叶轮和同轴传动该叶轮的U形铁芯单相永磁同步电动机，该电动机包括：永磁转子，为径向两极充磁的圆柱形；定子，包括“U”字形的定子铁芯和该铁芯所穿越的定子绕组；所述“U”字形二臂上部成形为靠往所述永磁转子圆柱面左侧的左极靴和靠往所述永磁转子圆柱面右侧的右极靴，所述极靴与转子间气隙的宽度于每一极下沿设定的旋转方向收窄，因而在自由状态下，转子磁极的轴线以定子的轴线为参照，沿设定的旋转方向偏转一锐角角度；叶轮直径为20～70mm；所述永磁转子的圆柱面紧固于软磁合金制成的圆筒内。该设计可削弱转速脉动导致的振动噪声。
Description
技术领域
本发明涉及一种U形铁芯单相永磁同步电动机驱动的小型离心泵，尤其涉及其机械和电磁结构的配合；在国际专利分类表中，分类属于F04D25/06或F04D27/00。
背景技术
小型离心泵使用量大面广，运行时间长，亟需制造低成本和运行节能。针对传统小型离心泵使用异步电动机驱动以至效率偏低的情况，现有技术提出改由U形铁芯单相永磁同步电动机直接驱动而节能且体积较小和成本较低，但运转时存在瞬时转速波动并导致振动噪声。该现有技术可见本申请人的在先申请CN201510650496.1等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提出一种小型离心泵，可由U形铁芯单相永磁同步电动机直接驱动，但可以有效降低振动噪声，成本较低。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，一种U形铁芯单相永磁同步电动机驱动的小型离心泵，包括离心式叶轮和同轴传动该叶轮的U形铁芯单相永磁同步电动机，该电动机包括：
——永磁转子，为径向两极充磁的圆柱形；
——定子，包括“U”字形的定子铁芯和该铁芯所穿越的定子绕组；
——所述“U”字形二臂上部成形为靠往所述永磁转子圆柱面左侧的左极靴和靠往所述永磁转子圆柱面右侧的右极靴，所述极靴与转子间气隙的宽度于每一极下沿设定的旋转方向收窄，因而在自由状态下，转子磁极的轴线以定子的轴线为参照，沿设定的旋转方向偏转一锐角角度；
所述叶轮直径为20～70mm；
其特征在于：所述永磁转子的圆柱面紧固于软磁合金制成的圆筒内。
该圆筒的质量增加对转子的瞬时转速波动的惯性阻尼。更重要的是，按照楞次定律，该圆筒既由软磁合金制成，其良好导电性即可对永磁转子的瞬时转速波动产生电磁阻尼，因而削弱转速脉动导致的振动噪声；其良好导磁性使其占据的位置让工作磁通低损失通过，因而使电动机的效率得以保持，无需增加电磁材料成本。
上述技术方案的进一步设计之一是：所述软磁合金为电工纯铁。电工纯铁具有优秀的磁导率和便于机械切削或压力加工的性能，其适中的电导率，在产生足够的电磁阻尼的基础上，可提高转子电路功率因数而产生较大的异步转矩，改善启动性能。
上述技术方案的进一步设计之二是：所述软磁合金为铁素体不锈钢。其电磁性能比不上电工纯铁，但无需防腐蚀。
本发明的技术方案和效果将在具体实施方式中结合附图作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明实施例离心泵基本机械结构主視图。
图2是本发明实施例离心泵电动机电磁基本结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例是在CN201510650496.1说明书所述实施例离心泵的基础上改进而成，其基本机械、电磁结构如图1和图2所示，继承CN201510650496.1说明书所述离心泵实施例(可相应对照CN201510650496.1的说明书附图1、6)的结构设计包括：
——U形铁芯单相永磁同步电动机(图1示出该电动机定子的叠片铁芯3和绕组12以及永磁转子1的剖面)及其经一启动机构同轴传动的离心式叶轮105。离心式叶轮105具有4个叶片；按水压要求，叶片数也可以为3、5或6，但最好不要多于8片，且若采用奇数片，更有利于降低振动噪声。叶轮为注塑成型，直径60mm。叶轮不宜过大以至转动惯量过大，以配合电动机仍不太大的启动力矩；但也不宜过小，以具有足够的相应控制方法的转动惯量。
——环绕叶轮起涡壳作用的泵盖106；
——支承或/和封闭所述永磁同步电动机、叶轮105和泵盖106的泵体107、轴承108和密封圈109等附件；
——转子筒171，插于所述永磁同步电动机的定、转子间起隔水作用。
——径向两极充磁的圆柱形永磁转子1；
——定子2，包括图示“U”字形的叠片铁芯3和定子绕组12；定子绕组12缠绕于左、右二个塑料线圈架121后被表层塑料122塑封为一整体；铁芯3的左臂31和右臂32分别穿越塑料线圈架121左、右二个内孔后露出的上部形成极面靠往转子1圆柱面左侧和右侧的左极靴311和右极靴316；极面形状为内凹而成阶梯连接的二段与转子1同轴的圆弧面：沿顺时针方向，先是半径较大的圆弧面，然后是半径较小的圆弧面；左极靴311的上、下极尖所在平面和右极靴316的上、下极尖所在平面均与图示“U”字形的对称轴30平行，定子磁场轴线20则与对称轴30垂直。因此，永磁转子1的磁极轴线10即相对于定子磁场轴线20向气隙短即磁阻小的方向即顺时针方向自然偏转一角度β0，构成启动角。该设计可避免在自由状态下转子停留于其轴线与定子凸极的轴线重合而使通电时启动转矩为零的所谓“死点”位置，所形成的磁阻转矩还有利于防止运转中的转子于交流电流过零时不产生转矩而停转。但正是该电磁结构使电动机运行时产生磁阻转矩振动。
上述定子结构以图示“U”字形垂直的二臂31、32为极身和底部的水平段33为磁轭，但也有以图示“U”字形底部的水平段为极身和垂直的二臂为磁轭的结构，后者的定子绕组缠绕于极身仅1个线圈架上。
关于U形铁芯单相永磁同步电动机更详细的资料可见机械工业出版社2009年版《小功率永磁电机原理、设计及应用》。
本发明实施例相比CN201510650496.1说明书所述实施例离心泵的改进主要是：
——增加了电工纯铁制成的圆筒100，其紧套于原永磁转子外圆柱面，见图1和图2(可分别对照CN201510650496.1的说明书附图1、6)。
由于要求不高和为降低成本，电工纯铁选用国家标准中的牌号DT3即可。用该电工纯铁材料拉拔成内径相应于原永磁转子外径的圆筒形，并取与原永磁转子相同的轴向长度，再将原永磁转子穿入圆筒内，在对永磁转子端部和轴套注塑加工的同时达到固定，或以紧配合公差直接紧固。
圆筒的壁厚取0.15～0.8mm。通常越厚，电磁阻尼效果越好而启动性能稍差，并对有效空间利用稍有减少。可按照实验，综合效果适当调整。
由于电工纯铁容易生锈，需要视使用条件按现有技术采取适当的防锈措施，包括对圆筒内、外圆柱面镀覆或复合纯铜或纯铝薄层。该薄层除可防锈外，还可增强电磁阻尼效果。其中，对圆筒内圆柱面镀覆或复合纯铜或纯铝薄层，基于启动时感应电流频率较高，有利于兼顾启动性能和电磁阻尼。
当然，也可改为使用400系列铁素体不锈钢。
该水泵的控制电路和方法可仍按照CN201510650496.1说明书所述实施例。当叶轮不需要定向旋转时，电动机绕组也可以不经电子开关电路直接输入交流电源工作。
Claims (5)
1.一种U形铁芯单相永磁同步电动机驱动的小型离心泵，包括离心式叶轮和同轴传动该叶轮的U形铁芯单相永磁同步电动机，该电动机包括：
——永磁转子，为径向两极充磁的圆柱形；
——定子，包括“U”字形的定子铁芯和该铁芯所穿越的定子绕组；
——所述“U”字形二臂上部成形为靠往所述永磁转子圆柱面左侧的左极靴和靠往所述永磁转子圆柱面右侧的右极靴，所述极靴与转子间气隙的宽度于每一极下沿设定的旋转方向收窄，因而在自由状态下，转子磁极的轴线以定子的轴线为参照，沿设定的旋转方向偏转一锐角角度；
所述叶轮直径为20～70mm；
其特征在于：所述永磁转子的圆柱面紧固于软磁合金制成的圆筒内。
2.按照权利要求1所述离心泵，其特征在于，所述软磁合金为电工纯铁。
3.按照权利要求1所述离心泵，其特征在于，所述软磁合金为铁素体不锈钢。
4.按照权利要求1或2或3所述离心泵，其特征在于，所述圆筒壁厚为0.15～0.8mm。
5.按照权利要求1或2或3所述离心泵，其特征在于，所述圆筒内圆柱面镀覆或复合纯铜或纯铝薄层。
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