CN203151350U - 一种间隙管电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种间隙管电机，包括：一转子，一定子以及位于该转子、定子之间的间隙管以及轴承装置，其中至少两个该轴承装置在轴向上与该转子有一定空间，且至少一个该轴承装置用以作为一轴承驱动装置，该轴承驱动装置包括一电机驱动装置和一磁轴承装置，用于驱动该转子并在径向上通过该轴承驱动装置无接触地悬浮该转子，该轴承驱动装置为一带电机绕组的无轴承电机，该定子上包括若干极对数P以及该绕组包括若干极对数P±1。

Description

一种间隙管电机

技术领域

本实用新型属于一种机械零部件技术领域，尤其涉及一种位于转子和定子间的间隙管。 

背景技术

在实际应用中，如果泵中存在侵蚀性液体或高纯度的水，将驱动电机和泵之间完全隔离是必需的。已知现有技术中所使用的隔离方式包括间隙管电机或封闭电机。间隙管电机的特点在于定子和转子间有间隙管。已知通过流体静力学或滑动的轴承可以将间隙管电机的转子悬浮起来。例如间隙管电机有个滑动轴承，缺点是在短时间运转后液体中含有的磨料物质会损坏滑动轴承。另外，滑动轴承的颗粒物质也会污染液体。例如间隙管电机有个静压轴承，其干燥运行性能差。而且含有挥发性物质的液体，即含有气体成分的液体传送很差。 

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种更为经济的间隙管电机。 

本实用新型提出一种间隙管电机，其特征在于，包括：一转子，一定子以及位于所述转子、定子之间的间隙管以及轴承装置，其中至少两个所述轴承装置在轴向上与所述转子有一定空间，且至少一个所述轴承装置用以作为一轴承驱动装置，所述轴承驱动装置包括一电机驱动装置和一磁轴承装置，用于驱动所述转子并在径向上通过所述轴承驱动装置无接触地悬浮所述转子，所述轴承驱动装置为一带电机绕组的无轴承电机，所述定子上包括若干极对数P以及所述绕组包括若干极对数P±1。 

更近一步地，所述轴承和所述轴承驱动装置包含一电机和一分离安装的磁轴承装置。所述转子为一内转子或一外转子。所述轴承装置均为磁轴承装置，且至少在径向上与所述转子无接触悬浮。所述间隙管电机至少包括一个传感器用以检测所述转子的位置，在所述传感器和所述转子之间有间歇管，所述传感器基于磁性测量原则，所述传感器为电涡流传感器或电感器传感器或霍尔传感器。所述间隙管电机包括一主动磁化线圈用以影响转子的轴向位置，所述间隙管在所述转子和所述主动磁化线圈之间延伸。所述间隙管电机包括一三相旋转电流控制装置，所述三相旋转电流控制装置用于反馈所述磁轴承装置信号。 

本实用新型还提出一种与上述的间隙管电机配套使用的泵，其特征在于，所述泵用于流体。 

满足该目标尤其需要间隙管电机包含一个转子、一个定子以及位于转子和定子间的间隙管；其中就转子而言，在轴向上至少安置两个轴承装置；并且至少一个轴承装置由轴承驱动装置形成并同时包含一个电机驱动装置和一个磁轴承装置，为了能驱动转子并在径向上悬浮无需接触就能使用该轴承驱动装置。 

在间隙管电机有利的实施例中，为了流体后者要连接至传送装置，特别是连接到一个离心泵。在进一步有利的实施例中，通过在轴向上的至少两个磁轴承装置，间隙管电机的转子为磁性悬浮无需接触。在进一步有利的实施例中，间隙管电机的一个磁轴承装置作为一个轴承驱动装置，其包含了一个电机驱动装置和一个磁轴承装置。在一个特别有利的实施例中，间隙管电机的轴承驱动装置作为一个位于定子中带有电机绕组的无轴承电机，电机绕组有若干极对数p及控制绕组有若干极对数p±1。 

按照本实用新型可以看到间隙管电机的优势是转子可以设计成具有完全被动的操作组件并且其中线圈为磁悬浮或磁性驱动转子，这样就能有间隙管从而与转子分离。因此转子磁性悬浮无需接触并且转子周围的空间通过间隙管与定子密闭分离。在这种方式下，可以生产一个间隙管泵，其有一个悬浮无接触的转子并且转子周围的空间通过间隙管与定子密闭分离。按照本实用新型通过该密封分离，间隙管泵是适用的，尤其对于像水或生化过程的酶这样的高纯度物质的传送。按照本实用新型含有化学品的磨料物质也可以通过使用间隙管泵来传送，因为转子悬浮无接触，这样磨料物质就不能损坏轴承装置了。按照本实用新型，间隙管泵有极好的干燥运行性能，因为转子磁悬浮无接触即使缺少流体或缺少强放气或高挥发性流体。 

附图说明

关于本实用新型的优点与精神可以通过以下的实用新型详述及所附图式得到进一步的了解。 

图1是对称排布的间隙管电机和位于中心位置的离心泵的A-A剖面图； 

图2是连着离心泵的间隙管电机的一种实施例的剖面图； 

图3是对称排布的间隙管电机和位于中心位置的离心泵的剖面图； 

图4、5、6、7均为连着离心泵的间隙管电机的进一步剖面图； 

图8是一个作为单极轴承的磁性径向轴承的实施例的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施例。 

图2是连着离心泵的间隙管电机的一种实施例的剖面图。图2显示了一个间隙管电机1，其带有一个外部转子3并通过轴9c连接到离心泵2。离心泵2通过进气孔20吸入液体往24a方向并通过叶轮22使之在24a方向流动至排出口21。间隙管电机1和离心泵2有一个共同 的转动轴A。间隙管电机1的定子4是在内部的并且有个磁性导电物质（特别是铁）组成的铁心4a，在它表面是一层薄铁片11，往径向延伸并按电机惯有的方式在其中埋进电导体12。所有薄铁片11一起形成一个层叠定子组。这样安排电导体12可以产生旋转电磁场为了使外置转子3旋转。定子4有一个圆柱形开孔4c来感应滚轮轴承10。在运转时，离心泵2产生作用在流动方向24a上的力并通过轴9c,9a和滚轮轴承10传输到定子4中。空心圆柱转子3作为外转子围绕在定子4外并在定子4周围轴向延伸的内表面上装有永磁铁8。也可以这样设定转子3，即一个感应电机或一个磁阻电机和定子4连在一起。靠近离心泵2的末端位置，空心圆柱转子3有一个连接到轴9c上的圆形末端部件3b以驱动叶轮22。另外，转子3可以有一个空心圆柱形接头9d，将圆形末端部件3b连接到离心泵2，其中在图2中的实施例中接头9d的直径与转子3的外直径一致。 

间隙管电机1和离心泵2的外壳是共同的耐压外壳5。间隙管电机1有一个间隙管18，其中至少不渗透液体的18或间隙管18围在转子4的表面或面对转子3的薄片11外。该间隙管18由金属、哈氏合金C22这样的合金组成或由耐蚀材料组成。 

间隙管电机泵1,2以这种方式形成，有个用于液体通道的开口23，这样液体首先从泵2的高压部分开始流动在转子3和外壳5之间的轴向7a上，然后流到反方向，即转子3和定子4之间的轴向7b上，这样便形成了转子3的液体动压径向轴承。液体再流向旋转A的轴，经过径向至定子4和圆形部分3b之间旋转A的轴，于是在定子4的端面和圆形3b反向一面之间形成转子3的液体动压轴向轴承。液体通过开口9b流进轴9c并通过空心轴9c流至离心泵2的进口侧20。轴9c有个延伸部分9a，滚轮轴承10使之悬浮在定子4的圆柱开孔4c中。滚轮轴承10是必需的，尤其用来启动离心泵2，鉴于在传送期间，定子4和圆形3b之间产生的液体动压轴向轴承足够来补偿作用于轴向上的力。 

也可以将圆形终端部分3b连接到轴9a,9c，没有孔径9b。因此间隙6a,6b中充满液体，但是流动方向7a,7b为轴向A。这样转子3有液体动压轴承作用，尤其在径向上。 

如图示，转子3可配有永磁铁8或作为一个鼠笼型转子或磁阻转子。 

定子4可以有空腔，例如在定子4端部上的电导体12上。这样的空腔可由铸模树脂这样的填充料填充或用油填充，这样在填充料上也有不渗透液体的薄层。 

按照本实用新型可见间隙管电机1的优势实际上是不透水的薄片18位于圆柱形定子4的表面。因为薄片18仅受到压力载荷，它可以做得很薄和/或由塑料这样的弹性材料构成。间隙管电机1更进一步的优势是流动在间隙6a,6b,6c中的液体可以有很高的压力而不损坏不透水的薄片18。再进一步的优势是定子4的铁芯4a也可以用陶瓷制成，这样定子4的抗压强度高并且滚轮轴承10承载性能有利。 

间隙管电机1有两个在轴向A上以定间距隔开的轴承装置30a并且两个都是所谓的无轴承电机。这样的无轴承电机在转子3驱动方向上产生转矩同时也在径向上产生了对转子3的力，为了无接触悬浮转子3。这种无轴承电机的定子4有一个若干极对数p的绕组12以产生转矩以及附加的控制绕组12a来无接触悬浮转子3，其中控制绕组12a有若干极对数p±1。集成位置传感器15位于定子4上，为了测量转子3相对于定子4的位置并传递至控制或调节装置40。定子4的通道4b来接收电导体13，从分配器14开始通向绕组12,12a以及传感器15。测量装置45接收传感器15的信号并馈入控制装置40，控制装置40可以通过设置装置或控制器41,42,43,44和位于后面的分配器14对绕组12和控制绕组12,12a励磁。 

电控***40接受到传感器15的值并激励控制绕组12,12a，转子3的位置受控于径向和/或轴向上，这样转子3和有叶轮的离心泵2磁性悬浮连接并能自由转动。这样的磁轴承是有优势的，例如用于离心泵2的启动和停止，因为液体在这种操作状态下压力相对较低，所以流动在间隙管6a,6b中的液体7a,7b不用确保转子3和定子4不相互接触。主动调节磁轴承防止转子3和定子4间的相互接触，尤其是在电机静止时，在产生更大力的情况下用紧急运转轴承10或滚轮轴承10以传输作用力到定子4。这可以证明在定子4上安排一个主动轴向磁轴承是有利的。图2显示了在圆柱形定子4的端面上的主动磁铁，该主动磁铁为环形的并有环形绕组16位于具有良好磁导性的终端部分16a上。有环形绕组16的主动磁铁使转子3接近定子4。在此期间，液体处于定子4的圆形终端部分16a和转子3的圆形终端之间产生了液体动压轴承，其作用力作用在朝离心泵22的方向。有环形绕组16的主动磁铁产生与前者相反的力。传感器15检测两个终端部分3b,16a之间的距离。传感器信号馈入控制装置40，该激励了有环形绕组16的主动磁铁，符合预设值。 

图1a显示了沿着A—A通过图3的横截面。定子4有几个开孔4e或凹槽4e平行延伸至轴A。图1a的横截面中嵌入的电导体12仅在一些凹槽4e中说明以便简化本插图。然而在组装的电机中，所有凹槽4e有一个嵌入的电导体12。如此可以安排和励磁导体12，这样 

由旋转电流运作并在定子4中形成旋转磁场。图3中没有说明到不能渗透液体的薄片18，也就是间隙管18，能够在图1a中发现。由外向内看，首先转子3有防渗流体或液体层18，接着是叠片转子组件3a，再是一层在径向上极化的永磁铁8以及最后是永磁铁8上防渗流体或液体层18。对于永磁铁8来说，用箭头表示磁化的方向伴随着径向上延伸的磁化以及个别的永磁铁8邻近排列在圆周方向，这样产生了磁化径向向外指向区域和径向向内指向区域。间隙6b覆盖在叠片转子组件11和凹槽4e上，其中有一层防渗流体或液体层18，这样保护整个定子免受间隙6b中的液体影响。 

图3显示了间隙管电机1的纵剖图，其中两个不对称分布的定子4和两个转子3通过共 同的轴9c相连。离心泵2固定到共同轴9c上。离心泵2和间隙管电机1共同安装在耐压外壳5,5a,5b中。再将不能渗透液体的薄层18装置在定子4的表面。从压力面24b开始，间隙流通过轴向7a在外壳5和转子3之间流动，进一步通过反方向7b在转子3和定子4之间流动并通过孔径9b通向轴9c。然后流经轴向上轴9c的中心，再次在左侧的电机1通过转子3和定子4间的开口9b流出并随后外壳5和转子3间流动到离心泵2的进口侧24a。因此实现了液体动压轴承。在图3的实施例中，两台电机1为无轴承电机，正如图2中所描绘的。可见图3实施例的优势在于电机1对称的布置产生了较小的承载力，其中离心泵2和电机1之间的杠杆臂较短并从而可能以一种简单的方式操作一个在两个电机1之间有着多个压力级的泵。 

图4显示了由间隙管电机1所驱动的离心泵2的进一步实施例。间隙管电机1在内部有一个定子4，外部有个转子3。间隙管电机1又有一个液体流动7a,7b所形成的径向轴承以及一个由径向上流动的7f产生的液体动压支撑轴承，其中在轴向上轴9c中心上的开孔流动的流体流向液压轴承装置30c。流体流回到方向7d和7e上离心泵2的进口侧24a。位于右侧的液压轴承装置30c产生了径向和轴向上轴9c的悬浮。在图4的实施例中，再次将轴承驱动装置30a作为一个无轴承电机。 

图5显示了有外转子3的间隙管电机1的进一步实施例。定子4左侧有一个轴承驱动装置30a，其作为无轴承电机；右侧有一个轴承装置30b，其作为主动调节径向磁轴承27。另外，定子有主动调节径向轴承16,16a。传感器15监测转子3相对于定子4的位置。转子3的圆形终端3b有个环形开孔26b。定子4有个环形突出部分26a，在开孔26b对面。这两个组件26a,26b共同形成被动方式26a,26b来调整液体动压轴承。被动方式26a,26b用于相对于定子4在轴向上补偿转子3的位置。 

图6显示了间隙管电机1进一步实施例，其中间隙管18和外定子4,4a围绕在内转子3外。间隙管电机1有两个轴承装置30a,30b，分别以定距离间隔位于在轴向上并在径向定子4,4a中通过磁浮作用方式无接触支撑转子3。其中轴承装置30a作为无轴承电机，它的定子4a有若干极对数p的电机绕组以及若干极对数p±1的控制绕组。在无轴承电机30a的转子3中，绕组12c轴向延伸，其中由电机绕组12和控制绕组12产生的旋转磁场来感应电流。绕组12c作为短路绕组。另一个轴承装置30b作为一个带控制绕组12b的磁轴承。这样的控制绕组12b通常包含三或四个可他励的绕组为了能够是转子3无接触悬浮。磁轴承30b尽可能靠近叶轮22以保持轴9a部分在磁轴承30b和叶轮22间延伸的长度尽可能的短，这样相对于叶轮22产生的力，在径向上轴9a的这部分仅形成短杆臂。径向上，定子4和转子3之间的距离为1mm，间隙管1的厚度为0.6mm以及气隙分隔0.4mm。传感器15监测转子3的位置， 由间隙管18将这些传感器15与转子3相隔。电涡流传感器、感应传感器或有永磁的霍尔传感器合适作为测量原理。轴向磁轴承装置50位于转子3的左端。轴承装置50的一部分在间隙管18内部并包含一个磁导电体35b，该为U型并在转子3的圆周方向环形延伸，同时永磁铁35c相对地位于磁导电体35b中为了在轴向上产生作用于轴9a的圆形3b上的永磁力。轴承装置50的在一部分位于间隙管18外并且包含环形延伸的磁导电体35a，其为U型并有在U型开孔有个可励磁的通电线圈35。该线圈35可由控制装置41来励磁，这样由传感器15a监测的转子3的轴向位置，可以在受控方式下受到影响。 

图7显示了一个类似于图6实施例的布置，离心泵2的转动轮位于无轴承电机30a和磁轴承30b之间。在进口侧20，转动轮22有个空心圆柱延伸9d，其作为磁性传导并与磁轴承30b配合，这样延伸部分9d在磁浮作用力下径向无接触悬浮。 

图8显示了磁轴承装置30b的实施例，其在径向上通过磁性作用力无接触地支撑转子3。这样设计的磁轴承装置30b被称为单极轴承并且有两个旋转磁场电机定子53,54，每个都有三个分别形成的线圈53a,53b,53c;54a,54b,54c。轴向上极化的永磁铁55位于旋转磁场电机定子53,54之间并产生单极磁通从旋转磁场电机定子53流向转子3再从后面流向旋转磁场电机定子54。线圈对53a,54a;53b,54b;53c,53c最好串联并由一个三相旋转电流源励磁，这样转子3在磁轴承30b中悬浮无接触。在一个有利的实施例中，转子3有个在圆周方向延伸的凹槽3z。凹槽3z影响着轴向上转子3的稳定，也就是在转子3偏转时轴向上产生了与偏转相反的磁力。例如，图8说明了符合实施例的磁轴承30b可以用在间隙管电机1，同样也符合了图6。转子3形成了轴9a的一部分。如果磁轴承30b有个凹槽3z，那么无需在间隙管18内装配支撑轴承50的部件，因为通过在轴向上相对排列轴9a和磁轴承30b可以产生作用在轴向的导向力。 

同样适用于磁轴承30b进一步的实施例中，例如一个绕有三个线圈的U型定子，位于圆周方向并且都有一个可控线圈为了无接触磁性悬浮于转子3。 

按照本实用新型可以看到间隙管电机的优势是转子可以设计成具有完全被动的操作组件并且其中线圈为磁悬浮或磁性驱动转子，这样就能有间隙管从而与转子分离。因此转子磁性悬浮无需接触并且转子周围的空间通过间隙管与定子密闭分离。在这种方式下，可以生产一个间隙管泵，其有一个悬浮无接触的转子并且转子周围的空间通过间隙管与定子密闭分离。按照本实用新型通过该密封分离，间隙管泵是适用的，尤其对于像水或生化过程的酶这样的高纯度物质的传送。按照本实用新型含有化学品的磨料物质也可以通过使用间隙管泵来传送，因为转子悬浮无接触，这样磨料物质就不能损坏轴承装置了。按照本实用新型，间隙管泵有极好的干燥运行性能，因为转子磁悬浮无接触即使缺少流体或缺少强放气或高挥发性流体。 

本说明书中所述的只是本实用新型的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型的限制。凡本领域技术人员依本实用新型的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的范围之内。 

Claims (8)

1.一种间隙管电机，其特征在于，包括：一转子，一定子以及位于所述转子、定子之间的间隙管以及轴承装置，其中至少两个所述轴承装置在轴向上与所述转子有一定空间，且至少一个所述轴承装置用以作为一轴承驱动装置，所述轴承驱动装置包括一电机驱动装置和一磁轴承装置，用于驱动所述转子并在径向上通过所述轴承驱动装置无接触地悬浮所述转子，所述轴承驱动装置为一带电机绕组的无轴承电机，所述定子上包括若干极对数P以及所述绕组包括若干极对数P±1。

2.如权利要求1所述的间隙管电机，其特征在于，所述轴承和所述轴承驱动装置包含一电机和一分离安装的磁轴承装置。

3.如权利要求1所述的间隙管电机，其特征在于，所述转子为一内转子或一外转子。

4.如权利要求1所述的间隙管电机，其特征在于，所述轴承装置均为磁轴承装置，且至少在径向上与所述转子无接触悬浮。

5.如权利要求1所述的间隙管电机，其特征在于，所述间隙管电机至少包括一个传感器用以检测所述转子的位置，在所述传感器和所述转子之间有间歇管，所述传感器基于磁性测量原则，所述传感器为电涡流传感器或电感器传感器或霍尔传感器。

6.如权利要求1所述的间隙管电机，其特征在于，所述间隙管电机包括一主动磁化线圈用以影响转子的轴向位置，所述间隙管在所述转子和所述主动磁化线圈之间延伸。

7.如权利要求1所述的间隙管电机，其特征在于，所述间隙管电机包括一三相旋转电流控制装置，所述三相旋转电流控制装置用于反馈所述磁轴承装置信号。

8.一种与权利要求1至7任一项所述的间隙管电机配套使用的泵，其特征在于，所述泵用于流体。

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