CN113494464B - 集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵 - Google Patents

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Abstract

本发明提供集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵，涉及水泵控制技术领域，包括：机壳，泵体，设置于机壳内部；叶轮，叶轮设置于进水口处的泵体内部，叶轮通过叶轮锁紧螺母于泵体固定连接；前端盖，通过前轴承与泵体固定连接；后端盖，通过后轴承与泵体固定连接；圆盘形定子铁芯，圆盘形定子铁芯设置于前端盖上，圆盘形定子铁芯上开有径向方向的定子线圈槽，其内设置定子线圈；转子磁轭，转子磁轭设置在转轴上，转子磁轭与圆盘形定子铁芯靠近的一侧设置转子磁钢；压力传感器和控制装置。本发明通过压力传感器对出水口的水压进行检测，实现节能且智能控制，利用工作介质水直接冷却与圆盘形定子铁芯连接的前端盖以增加散热效果。

Description

集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵
技术领域
本发明涉及水泵控制技术领域，具体涉及集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵。
背景技术
传统水泵电机一般为异步电机驱动，异步电机是定子送入交流电，产生旋转磁场，而转子受感应而产生磁场，这样两磁场作用，使得转子跟着定子的旋转磁场而转动。在异步转子中会产生大量损耗，效率较低，功率因数也较低。永磁同步电机采用高性能永磁材料提供励磁，无转子铝耗，电机效率高，功率密度高。
现有的异步电机效率低，工作转速范围小，电机体积大，重量较重。
上述现有技术中，无法从根本上缩减水泵整体体积，无论是异步电机还是永磁电机水泵的结合继承上述架构则依旧无法从根本上大幅缩减水泵整体体积，节约材料和成本，亦无法切实解决散热问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵。
本发明的技术方案是：
集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵，包括：
机壳，
泵体，设置于机壳内部；
叶轮，所述叶轮设置于进水口处的泵体内部，所述叶轮通过叶轮锁紧螺母于泵体固定连接；
前端盖，通过前轴承与泵体固定连接；
后端盖，通过后轴承与泵体固定连接；
圆盘形定子铁芯，所述圆盘形定子铁芯设置于前端盖上和后端盖构成的腔体内，所述圆盘形定子铁芯上开有径向方向的定子线圈槽，其内设置定子线圈；
转子磁轭，所述转子磁轭设置在转轴上，所述转子磁轭与圆盘形定子铁芯靠近的一侧设置转子磁钢，所述转子磁轭通过磁轭固定螺钉与泵体固定连接；
压力传感器，所述压力传感器设置于出水口的侧边用于对出水口的水压进行检测；
控制装置，所述控制装置包括外壳和控制面板，所述外壳与后端盖固定连接，所述控制面板设置于外壳的内部并与外壳固定；
所述压力传感器的输出端和所述定子线圈的输出端连接控制装置，所述控制装置的输出端连接叶轮驱动器，所述叶轮驱动器与叶轮连接。
作为本发明的进一步技术方案为，所述外壳通过控制装置紧固螺钉与机壳固定连接，所述外壳的一侧设置控制装置进线格兰头。
作为本发明的进一步技术方案为，所述定子线圈的定子引出线通过弯头式格兰头与三芯电缆线连接，所述压力传感器的压力引出线和三芯电缆线通过控制装置进线格兰头与控制装置连接。
作为本发明的进一步技术方案为，所述前端盖与机壳的连接处设置密封圈。
作为本发明的进一步技术方案为，所述前端盖上设置辐射状筋条。
作为本发明的进一步技术方案为，所述控制面板上设置三相引出线接插件、压力传感器接插件、485通讯接口以及辅助电源引入线接插件；控制面板包括：辅助电源、MCU控制器、电机驱动电路、电流采样电路、人机接口电路和压力传感器接口电路，MCU控制器的输出端连接电机驱动器和人机接口电路，所述电流采样电路和压力传感器接口电路的输出端连接MCU控制器。
作为本发明的进一步技术方案为，所述进水口和出水口处设置内螺纹，所述进水口封口盖和出水口封口盖进水口封口盖为凹槽结构，所述凹槽的外侧设置外螺纹，所述进水口封口盖与出水口封口盖通过螺纹安装于进水口和出水口处。
作为本发明的进一步技术方案为，所述叶轮通过复合机械密封结构与泵体固定连接。
进一步地，所述复合机械密封结构包括：第一密封件，第二密封件、固件件和密封垫；所述第一密封件与第二密封件连接，所述第一密封件的一侧通过固定件固定，所述第二密封件通过密封垫与前端盖密封连接；所述第一密封件内侧设置凸块，所述第一密封件和第二密封件的连接处设置密封圈。
本发明的有益效果为：
1、本发明的前端盖与泵体之间形成的空间处于进水口和出水口之间，在叶轮的转动下，水从进水口输入，经过前端盖的外侧流向出水口，实现对前端盖的水冷散热，水流方向与圆盘形定子铁芯的轴向垂直，利用工作介质水直接冷却与圆盘形定子铁芯连接的前端盖以增加散热效果；
2、前端盖和后端盖安装于泵体上并与泵体形成密封腔体，用于安装圆盘形定子铁芯和转子磁轭，前端盖和后端盖通过前轴承和后轴承与泵体密封安装。
3、通过设置进水口封口盖和出水口封口盖，在使用前防止异物进入泵体。
4、压力传感器对出水口的水压进行检测，传递管道压力给控制装置，控制装置设置恒压值，当用水时，管道压力下降，水泵高速运行，压力达到压力值后就低速运转能保证管道恒压值，没用水，水泵停机，实现节能且智能控制。
5、本发明的前端盖上设置辐射状筋条，在增加散热的同时增加前端盖的强度。
附图说明
图1为本发明提出的集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵结构图；
图2为本发明提出的控制面板结构图；
图3为图1中A的放大图；
图4为本发明提出的辅助电源结构图；
图5位本发明提出的电机驱动电路图；
图6位本发明提出的MCU控制器电路结构图；
图7位本发明提出的压力传感器接口电路图；
图8为本发明提出的人机接口电路图；
图9位本发明提出的电流采样电路结构图；
图中所示：
1-泵体，2-复合式机械密封，3-叶轮锁紧螺母，4-进水口封口盖，5-叶轮， 6-前端盖，7-圆盘形定子铁芯，8-密封圈，9-出水口封口盖，10-压力传感器， 11-定子引出线，12-压力传感器信号线，13-弯头式格兰头，14-定子线圈，15- 三芯电缆线，16-机壳，17-转子磁轭，18-后端盖，19-转子磁钢，20-控制装置紧固螺钉，21-控制装置进线格兰头，22-控制装置，23-后轴承，24-磁轭固定螺钉，25-永磁电机后端盖固定螺栓，26-前轴承，27-前端盖联接到泵体紧固螺钉，28-压力传感器接插件，29-三相引出线接插件，30-485引出线接插件。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参见图1至图9，其中图1为本发明提出的集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵结构图；图2为本发明提出的控制面板结构图；图3为图1中A 的放大图；图4为本发明提出的辅助电源结构图；图5位本发明提出的电机驱动电路图；图6位本发明提出的MCU控制器电路结构图；图7位本发明提出的压力传感器接口电路图；图8为本发明提出的人机接口电路图；图9位本发明提出的电流采样电路结构图；
如图1至图9所示，集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵，包括：机壳16，泵体1，设置于机壳内部，所述泵体上设置进水口和出水口，所述进水口处设置进水口封口盖4，所述出水口处设置出水口封口盖9；叶轮5，所述叶轮5设置于进水口处的泵体1内部，所述叶轮5通过叶轮锁紧螺母3于泵体固定连接；前端盖6，通过前轴承26与泵体1固定连接；后端盖18，通过后轴承23与泵体1固定连接；后端盖通过永磁电机后端盖固定螺栓25与泵体固定，前端盖通过前端盖联接到泵体紧固螺钉27与泵体固定；圆盘形定子铁芯7，所述圆盘形定子铁芯设置于前端盖上和后端盖18构成的腔体内，所述圆盘形定子铁芯7上开有径向方向的定子线圈槽，其内设置定子线圈14；转子磁轭17，所述转子磁轭17设置在转轴上，所述转子磁轭17与圆盘形定子铁芯7靠近的一侧设置转子磁钢19，所述转子磁轭17通过磁轭固定螺钉24与泵体1固定连接；压力传感器10，所述压力传感器10设置于出水口的侧边用于对出水口的水压进行检测；控制装置22，所述控制装置22包括外壳和控制面板，所述外壳与后端盖18固定连接，所述控制面板设置于外壳的内部并与外壳固定；所述压力传感器10的输出端和所述定子线圈14的输出端连接控制装置22，所述控制装置22 的输出端连接叶轮驱动器，所述叶轮驱动器与叶轮5连接。
本发明实施例中，前端盖与泵体之间形成的空间处于进水口和出水口之间，在叶轮的转动下，水从进水口输入，经过前端盖的外侧流向出水口，实现对前端盖的水冷散热，水流方向与圆盘形定子铁芯的轴向垂直，利用工作介质水直接冷却与圆盘形定子铁芯连接的前端盖以增加散热效果；
前端盖和后端盖安装于泵体上并与泵体形成密封腔体，用于安装圆盘形定子铁芯和转子磁轭，前端盖和后端盖通过前轴承和后轴承与泵体密封安装，通过设置弯头式格兰头将定子线圈引出至控制装置，定子线圈与转子磁轭进行发电，产生电能为控制装置供电。轴向磁场电机的定子所固定的前端盖，固定于泵体上，即是电机定子铁芯的固定和散热体，也是水泵的密封端盖。
通过设置进水口封口盖和出水口封口盖，在使用前防止异物进入泵体。
压力传感器对出水口的水压进行检测，传递管道压力给控制装置，控制装置设置恒压值，当用水时，管道压力下降，水泵高速运行，压力达到压力值后就低速运转能保证管道恒压值，没用水，水泵停机，实现节能且智能控制。
本发明实施例中，所述外壳通过控制装置紧固螺钉20与后端盖18固定连接，所述外壳的一侧设置控制装置进线格兰头21，外壳与机壳16通过控制转轴紧固螺钉25进行固定，方便拆卸安装，并且外壳和机壳之间设置密封圈，防止水进入控制装置内部，控制装置进线格兰头与外壳之间为固定密封结构，提高控制装置的密闭性。
本发明实施例中，定子线圈14的定子引出线11通过弯头式格兰头13与三芯电缆线15连接，所述压力传感器10的压力引出线12和三芯电缆线15通过控制装置进线格兰头21与控制装置连接，引出线及接入线密封效果好。其中，前端盖6与机壳16的连接处设置密封圈8。
本发明实施例中，前端盖6上设置辐射状筋条，在增加散热的同时增加前端盖的强度。电机的前端盖上设有有利于散热的辐射 状筋条，增加散热效果同时端盖强度增强。
控制面板上设置三相引出线接插件29、压力传感器接插件28、485通讯接口30以及辅助电源引入线接插件，方便接线。控制面板包括：辅助电源、MCU 控制器、电机驱动电路、电流采样电路、人机接口电路和压力传感器接口电路， MCU控制器的输出端连接电机驱动器和人机接口电路，所述电流采样电路和压力传感器接口电路的输出端连接MCU控制器。
压力传感器对出水口的水压进行检测，传递管道压力给控制装置，控制装置设置恒压值，当用水时，管道压力下降，水泵高速运行，压力达到压力值后就低速运转能保证管道恒压值，没用水，水泵停机，实现节能且智能控制。
本发明实施例中，进水口和出水口处设置内螺纹，所述进水口封口盖和出水口封口盖进水口封口盖为凹槽结构，所述凹槽的外侧设置外螺纹，所述进水口封口盖与出水口封口盖通过螺纹安装于进水口和出水口处，方便安装。
本发明实施例中，叶轮5通过复合机械密封结构2与泵体1固定连接。其中，复合机械密封结构2包括：第一密封件201，第二密封件202、固件件203 和密封垫204；所述第一密封件201与第二密封件202连接，所述第一密封件 201的一侧通过固定件203固定，所述第二密封件202通过密封垫204与前端盖 6密封连接；所述第一密封件201内侧设置凸块，所述第一密封件201和第二密封件202的连接处设置密封圈。叶轮驱动器即为叶转动轴与泵体进行密封，通过复合机械密封结构进行密封，防止叶轮驱动器带动叶轮转动时与前端盖发生漏水渗水，提高叶轮转动的密封性。
本发明采用集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁电机较易实现变频和无级调速，能够很好的满足水泵可变压的市场需求，达到高效节能的要求。采用集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁电机，电机体积更小，只有同规格异步电机的四分之一，控制器与电机集成，省去控制器到电机的长引出电缆线，可靠性更高，抗干扰能力更强。另外省去常规异步鼠笼式电机的前盖与水泵结合的中间连接的空间，避免了原来异步机结构的体积大，笨重，而且散热效率低问题。轴向磁场电机的前盖与水泵泵体相连，其驱动的工作介质成为了电机的冷却介质，利用泵壳的水对电机前盖和定子进行冷却，不仅结构紧凑，体积小，成本大幅降低。
上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本发明专利的保护范围。
以上对本发明进行了详细介绍，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。

Claims (9)

1.集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵，其特征在于，包括：
机壳；
泵体，设置于机壳内部；
叶轮，所述叶轮设置于进水口处的泵体内部，所述叶轮通过叶轮锁紧螺母于泵体固定连接；
前端盖，通过前轴承与泵体固定连接；
后端盖，通过后轴承与泵体固定连接；
圆盘形定子铁芯，所述圆盘形定子铁芯设置于前端盖上和后端盖构成的腔体内，所述圆盘形定子铁芯上开有径向方向的定子线圈槽，其内设置定子线圈；
转子磁轭，所述转子磁轭设置在转轴上，所述转子磁轭与圆盘形定子铁芯靠近的一侧设置转子磁钢，所述转子磁轭通过磁轭固定螺钉与泵体固定连接；
压力传感器，所述压力传感器设置于出水口的侧边用于对出水口的水压进行检测；
控制装置，所述控制装置包括外壳和控制面板，所述外壳与后端盖固定连接，所述控制面板设置于外壳的内部并与外壳固定；
所述压力传感器的输出端和所述定子线圈的输出端连接控制装置，所述控制装置的输出端连接叶轮驱动器，所述叶轮驱动器与叶轮连接；
前端盖与泵体之间形成的空间处于进水口和出水口之间，在叶轮的转动下，水从进水口输入，经过前端盖的外侧流向出水口，水流方向与圆盘形定子铁芯的轴向垂直，利用工作介质水直接冷却与圆盘形定子铁芯连接的前端盖。
2.根据权利要求1所述的集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵，其特征在于，所述外壳通过控制装置紧固螺钉与机壳固定连接，所述外壳的一侧设置控制装置进线格兰头。
3.根据权利要求1所述的集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵，其特征在于，所述定子线圈的定子引出线通过弯头式格兰头与三芯电缆线连接，所述压力传感器的压力引出线和三芯电缆线通过控制装置进线格兰头与控制装置连接。
4.根据权利要求1所述的集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵，其特征在于，所述前端盖与机壳的连接处设置密封圈。
5.根据权利要求1所述的集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵，其特征在于，所述前端盖上设置辐射状筋条。
6.根据权利要求1所述的集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵，其特征在于，所述控制面板上设置三相引出线接插件、压力传感器接插件、485通讯接口以及辅助电源引入线接插件；
所述控制面板包括：辅助电源、MCU控制器、电机驱动电路、电流采样电路、人机接口电路和压力传感器接口电路，MCU控制器的输出端连接电机驱动器和人机接口电路，所述电流采样电路和压力传感器接口电路的输出端连接MCU控制器。
7.根据权利要求1所述的集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵，其特征在于，所述进水口和出水口处设置内螺纹，所述进水口封口盖和出水口封口盖进水口封口盖为凹槽结构，所述凹槽的外侧设置外螺纹，所述进水口封口盖与出水口封口盖通过螺纹安装于进水口和出水口处。
8.根据权利要求1所述的集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵，其特征在于，所述叶轮通过复合机械密封结构与泵体固定连接。
9.根据权利要求8所述的集成控制装置高效水冷轴向磁场永磁智能水泵，其特征在于，所述复合机械密封结构包括：第一密封件，第二密封件、固件件和密封垫；所述第一密封件与第二密封件连接，所述第一密封件的一侧通过固定件固定，所述第二密封件通过密封垫与前端盖密封连接；所述第一密封件内侧设置凸块，所述第一密封件和第二密封件的连接处设置密封圈。
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