專(zhuān)利名稱(chēng):內(nèi)冷式電動(dòng)泵的制作方法
本實(shí)用新型是關(guān)于電動(dòng)泵、特別是微型電動(dòng)離心泵的實(shí)用新型。這些泵采用熱管或動(dòng)態(tài)熱管以將電機(jī)內(nèi)部的熱量排出、并可用非金屬材料如塑料代替金屬來(lái)制造電機(jī)和泵的外殼等零件。
為了使電動(dòng)泵工作更安全、一般都希望采用全密封型電機(jī)，但直接這樣做將引起電機(jī)內(nèi)部溫度過(guò)高。因此，一般密封電動(dòng)泵都采用潛水式或附加冷卻裝置來(lái)冷卻。但這會(huì)增加發(fā)生漏電事故的危險(xiǎn)性或設(shè)備費(fèi)用，限制其使用范圍。另一方面，這種冷卻方式對(duì)與電動(dòng)泵使用壽命密切相關(guān)的軸承和密封圈的冷卻作用差。
本實(shí)用新型的目的是提供一系列通過(guò)采用熱管或動(dòng)態(tài)熱管將電機(jī)內(nèi)部的熱傳給液體從而對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻的電動(dòng)泵。
其解決方案是在電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子中設(shè)置熱管。轉(zhuǎn)子熱管可制在輸出軸中(也可在轉(zhuǎn)子鐵芯中安裝熱管并)通過(guò)輸出軸將熱引出，這對(duì)直流電機(jī)效果特別好。以鋼或不銹鋼(輸出軸的材料)為管壁的熱管可采用有機(jī)工質(zhì)如丙酮或進(jìn)行表面鈍化后用水為工質(zhì)。也可將制成的熱管裝入輸出軸中。功率稍大的異步電機(jī)或其它需對(duì)定子進(jìn)行散熱的電機(jī)可在定子鐵芯中安裝熱管。用銅水熱管成本較低，在熱管與定子鐵芯間可用絕緣材料如滌綸薄膜等絕緣，這對(duì)傳熱作用基本無(wú)影響。用數(shù)根熱管在定子鐵芯中軸向布置，可使電機(jī)內(nèi)部溫度沿軸向均勻分布以達(dá)到最佳冷卻效果。為使熱管工作，可采用強(qiáng)迫水冷對(duì)定子和轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻，這樣做比通過(guò)外殼強(qiáng)迫水冷具有更好的冷卻效果，?？墒闺姍C(jī)選用功率增加一級(jí)。當(dāng)熱管處于水平工作時(shí)以及泵或管道恒處于電機(jī)上方時(shí)，一種較好的方法是將熱管的冷端伸進(jìn)泵或水管中來(lái)散熱。在環(huán)境允許時(shí)也可用冷卻管從泵或管道中引水對(duì)熱管冷端強(qiáng)迫冷卻。這樣可使熱管工作可靠，設(shè)備布局緊湊；工作方式一定的潛水泵則將定子熱管直接伸出進(jìn)入水中即可。
考慮到實(shí)際上廣泛應(yīng)用的是單相異步電機(jī)和離心泵，并且常要求允許其泵處于電機(jī)下面。為降低成本、方便使用，可在輸出軸中安裝離心式熱管。這種離心式熱管(在最苛刻工況，電機(jī)在上泵在下的條件下)依靠離心力將工質(zhì)沿管壁提升，以使大面積熱端在工作中始終得到工質(zhì)補(bǔ)充。并可控制工質(zhì)用量使在熱管底部形成裸露冷端，冷端外面與液體接觸。這種離心式熱管可保證電動(dòng)泵在任何方位可靠工作。
各種采用熱管的電動(dòng)泵，可以有效地降低電機(jī)工作時(shí)的內(nèi)部溫度。如370瓦電機(jī)，用四根定子熱管可減少溫升30度，即使外殼用絕熱材料仍可減少溫升15度左右。轉(zhuǎn)子輸出軸采用熱管的電動(dòng)泵可以大大降低軸承和密封圈的溫度從而減少潤(rùn)滑油的揮發(fā)，使電機(jī)使用壽命延長(zhǎng)一倍以上。對(duì)于功率小的電動(dòng)泵、特別是微型離心式電動(dòng)泵可用非金屬材料代替金屬來(lái)制造泵殼等零件。這時(shí)可降低成本30％，節(jié)省金屬60％、減輕重量40％。另外，采用定子絕緣設(shè)計(jì)，即定子與外界無(wú)電氣聯(lián)系，可以減少發(fā)生漏電事故的概率90％。塑料(如聚丙烯)制成外殼，對(duì)370瓦電機(jī)的潛水泵強(qiáng)度足夠?？紤]老化，工作壽命也可達(dá)八年，(鋁合金外殼潛水泵的設(shè)計(jì)壽命為五年)。另外可通過(guò)采用改性聚丙烯和添加玻璃纖維以及采用金屬附件來(lái)進(jìn)一步增加泵殼強(qiáng)度。塑料外殼的泵可適用化工、食品等行業(yè)。
附圖1給出了一個(gè)流量8噸／小時(shí)，揚(yáng)程約五米的塑料外殼微型電動(dòng)潛水泵的實(shí)施例半剖圖。用250W單相兩極異步電機(jī)。其定子(1)用四根有吸液芯的銅水熱管(2)，與定子電氣隔離，上方伸出，用環(huán)氧(3)密封。通過(guò)冷卻管(4)從蝸殼(6)中將水引出并用噴嘴(5)對(duì)熱管伸出端強(qiáng)迫冷卻。以防水泵沒(méi)有潛沒(méi)水中時(shí)燒壞電機(jī)，冷卻管也可視情況省略。圖中熱管(2)的下方伸進(jìn)蝸殼(6)，當(dāng)潛水泵工作方式一定時(shí)也可使下方不伸出；外殼(7)、蝸殼(6)、濾網(wǎng)(8)等用聚丙烯塑料。外殼下部和上部除用制成護(hù)架(9)和手柄(10)形式的鐵條以螺釘形成迸緊外、也可直接焊死。轉(zhuǎn)子(11)中用一根離心熱管(12)，用不銹鋼輸出軸制成，管壁有數(shù)個(gè)軸向的槽，不用吸液芯。熱管伸入所泵液體中。斜點(diǎn)劃線(xiàn)(13)表示離心熱管工作時(shí)工質(zhì)分布形狀。(以電機(jī)效率75％(電容運(yùn)轉(zhuǎn))計(jì)，內(nèi)部廢熱為62.5W，四根定子熱管即可解決問(wèn)題)電源通過(guò)端口(14)引入。這種泵可任意方位工作，也可不浸沒(méi)工作。圖中迸緊螺釘?shù)缺皇÷粤?。裝配時(shí)，轉(zhuǎn)子上部軸承(15)由塑料托架(16)固定在定子(1)上，這樣可以通過(guò)同時(shí)調(diào)整定、轉(zhuǎn)子來(lái)調(diào)整氣隙，并使定子(1)與外界電氣絕緣?？梢愿鶕?jù)實(shí)際情況只在定子或轉(zhuǎn)子中使用熱管。也可以用熱敏電阻來(lái)代替離心開(kāi)關(guān)(17)?？紤]到現(xiàn)場(chǎng)電壓常常過(guò)低和這種泵不容易被人注意，可配置低電壓和過(guò)電壓保護(hù)、漏電保安器和蜂鳴器。
對(duì)于內(nèi)徑和轉(zhuǎn)速一定、軸心線(xiàn)垂直的圓筒，其中液體表面形狀為拋物面。由理論分析可知地球表面每分鐘2800轉(zhuǎn)的盛液圓筒，管壁上液體達(dá)到的最高處與拋物面頂點(diǎn)的凈差h和管子半徑R的關(guān)系為h＝(293.2R)2／2g下表是這一函數(shù)的幾個(gè)具體值，其中h取厘米為單位，R為毫米單位
鑒于低溫液體傳熱能力差，因此需選擇熱管內(nèi)徑并控制離心熱管裝液量，以使其在垂直工作時(shí)(泵在下電機(jī)在上)既使管內(nèi)曲面在底部(冷端)開(kāi)口足夠大，又使工質(zhì)能有效地到達(dá)熱端，最好保持0.5至2毫米的工質(zhì)厚度。熱管內(nèi)壁適當(dāng)?shù)亻_(kāi)些槽會(huì)使效果更好。
為避免制造離心熱管的困難，可采用一種動(dòng)態(tài)熱管。所謂動(dòng)態(tài)熱管是這樣一根管子，(假定其垂直放置，在其它方位時(shí)會(huì)失效)其上端密封，中間有空氣，下端有一層向內(nèi)的卷邊，用以在管壁上支撐起一層(一段)拋物曲面分布的液體，卷邊內(nèi)壁面有由數(shù)個(gè)葉片組成的小葉輪或其變形用以當(dāng)管子繞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生一個(gè)克服外力對(duì)下端口液體的吸力并稍將其向上提升以使適量液體進(jìn)入卷邊的力。在端口中央有一個(gè)抽空器，用以在管子旋轉(zhuǎn)時(shí)將氣體或液體抽出以使管內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓。這個(gè)負(fù)壓可促進(jìn)熱管內(nèi)受熱液面的蒸發(fā)從而將熱從內(nèi)部傳給端口液體并被帶走。同時(shí)，小葉輪不斷向熱端補(bǔ)充液體。這就近似于離心熱管中產(chǎn)生的現(xiàn)象，由于這一現(xiàn)象與轉(zhuǎn)速和所泵送的工質(zhì)有關(guān)，故稱(chēng)為動(dòng)態(tài)熱管。動(dòng)態(tài)熱管在一定場(chǎng)合下能有效地從上向下傳熱并且性能可靠，制造簡(jiǎn)單，所以有較重要的應(yīng)用價(jià)值。
附圖2給出了一個(gè)使用動(dòng)態(tài)熱管對(duì)電機(jī)內(nèi)部冷卻的電動(dòng)泵實(shí)施例半剖圖。按圖示方位工作。這是個(gè)用于洗衣機(jī)上排水的密封塑料外殼(7)離心泵，僅在輸出軸(18)中制造一根動(dòng)態(tài)熱管。離心泵葉輪的作用對(duì)動(dòng)態(tài)熱管工作條件的影響可以忽略，其抽空器用數(shù)根細(xì)管子(19)。(圖中僅畫(huà)一根)。一端伸進(jìn)電機(jī)內(nèi)部，一端徑向向外彎曲以獲得較大的離心力。卷邊(20)上的葉輪很小，與圖3中葉輪(21)相似。抽空器也可制成一個(gè)喇叭型，見(jiàn)附圖3中(25)所示。附圖3是一個(gè)喇叭型抽空器件的結(jié)構(gòu)示意圖。這種單個(gè)型抽空器制造簡(jiǎn)單，但抽真空能力稍差些，為此在抽空器內(nèi)壁設(shè)置由數(shù)個(gè)葉片組成的小葉輪(21)以增強(qiáng)抽空效果。葉輪可用凸式或凹式。圖3中為凸式，凹式為一條條槽。附圖4是圖2所示微型塑料殼電動(dòng)泵的上視圖。電容工作電機(jī)，電容置于(22)所示部位，電源由小孔(23)引入。圖5是一個(gè)接口(24)剖面圖，為漏斗型。它可連接于圖3水泵的入水口，以使水泵具有一定吸程，這便于在現(xiàn)有洗衣機(jī)上增設(shè)上排水裝置，并可使本實(shí)用新型的水泵用于更多的場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.一種內(nèi)冷式電動(dòng)泵，由電動(dòng)機(jī)和離心泵組成，其特征在于在電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯或轉(zhuǎn)子軸中設(shè)有軸向布置的供冷卻用的熱管，通過(guò)向熱管通水對(duì)定子或轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的內(nèi)冷式電動(dòng)泵，其特征在于所述熱管的冷端伸進(jìn)泵或水管中進(jìn)行冷卻。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的內(nèi)冷式電動(dòng)泵，其特征在于在所述的轉(zhuǎn)子軸中設(shè)置的熱管是一個(gè)上端密封的圓管，下端有一個(gè)向內(nèi)的卷邊，用以在管壁上支撐起一層拋物曲面分布的液體，卷邊內(nèi)壁面有由數(shù)個(gè)小葉片組成的葉輪，用以在該電動(dòng)泵工作時(shí)提升冷卻水。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的內(nèi)冷式電動(dòng)泵，其特征在于在所述的轉(zhuǎn)子軸中設(shè)置的熱管是一個(gè)上端密封的圓管，下端有一個(gè)向內(nèi)的卷邊，在該熱管下端中央設(shè)有由數(shù)根一端伸向該熱管內(nèi)部另一端徑向彎曲的管子組成的抽空器，用以抽空造成負(fù)壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的內(nèi)冷式電動(dòng)泵，其特征在于在所述的轉(zhuǎn)子軸中設(shè)置的熱管是一個(gè)上端密封的圓管，下端有一個(gè)向內(nèi)的卷邊，在該熱管下端中央設(shè)有一個(gè)喇叭形抽空器，該抽空器內(nèi)壁有由數(shù)個(gè)葉片組成的葉輪，用以抽引冷卻水。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1至5之一所述的內(nèi)冷式電動(dòng)泵，其特征在于其外殼為塑料。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1至5之一所述的內(nèi)冷式電動(dòng)泵，其特征在于泵入口接有一個(gè)漏斗形的接口。
專(zhuān)利摘要
一種內(nèi)冷式電動(dòng)泵，特別是內(nèi)冷式微型電動(dòng)離心泵，在電動(dòng)機(jī)定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯或轉(zhuǎn)子軸內(nèi)設(shè)有軸向布置的冷卻用熱管，通過(guò)向熱管通水對(duì)定子或轉(zhuǎn)子進(jìn)行冷卻，可降低電動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度，特別是軸承和密封圈溫度，從而改善電機(jī)工況。并可采用塑料外殼以降低成本，減輕重量，增加電氣安全性。可用于洗衣機(jī)排水，民用汲水及灌溉等場(chǎng)合。
文檔編號(hào)F04D13/06GK86204715SQ86204715
公開(kāi)日1987年10月3日 申請(qǐng)日期1986年10月22日
發(fā)明者施國(guó)梁 申請(qǐng)人:施國(guó)梁導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan