Бессальниковый электронасос с вентильным двигателем постоянного тока

 

Изобретение относится к герметичным насосам. Электродвигатель (за исключением электронного коммутатора) помещен во внутреннюю полость корпуса насоса и омывается перекачиваемой жидкостью. Статор выполнен в виде диска с залитой компаундом обмоткой якоря. Диск статора зажат через герметизирующие прокладки между двумя частями корпуса насоса. Ротор выполнен из двух частей в виде дисков, расположенных по обе стороны от диска статора и установленных на совмещенной шарикоподшипниковой опоре. Совмещенная опора образована дисками ротора и статора, на обращенных друг к другу торцевых поверхностях которых выполнены беговые дорожки для шариков. Шарики совместно с диском статора создают реакцию опоры, уравновешивающую осевую силу взаимного притяжения дисков ротора, обусловленную установленными в них постоянными магнитами. Для увеличения ресурса опоры беговые дорожки могут иметь твердослойное покрытие, например, из двуокиси алюминия, а шарики выполняются из керамики. На каждом из дисков ротора могут быть выполнены взаимно совмещающиеся выступы и полости, обеспечивающие взаимное зацепление дисков и передачу вращающего момента. Изобретение направлено на упрощение конструкции и процесса изготовления насоса, увеличение ресурса работы, уменьшение уровня шума. 4 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в конструкциях герметичных насосов, не содержащих сальниковых уплотнений и применяемых для перекачки различных жидкостей (теплоносителя, жидкого горючего, кровяной плазмы и т.п.) в технологических процессах разных отраслей промышленности, например в циркуляционных системах отопления.

Известен электронасос, содержащий герметичный корпус, в полость которого полностью помещен электромеханический преобразователь энергии вентильного электродвигателя постоянного тока, т. е. он смывается перекачиваемой жидкостью (патент России 2066793, бюл. 26 от 20.09.1996 г.). Корпус насоса имеет форму улитки, как в вентиляторах. Ротор насоса установлен на катушечной опоре скольжения. Эта опора имеет большие осевой и радиальный зазоры, а из-за недостаточной несущей способности в ней периодически возникает сухое трение. В результате понижается ресурс работы, возникают шумы и вибрации, а при резких изменениях температуры перекачиваемой жидкости происходит "заклинивание".

Наиболее близким к данному изобретению является изобретение по патенту России 2129669, бюл. 12 от 27.04.99 г. Сущность его состоит в том, что корпус насоса выполнен в виде двух частей конусообразной формы, между которыми через герметизирующие прокладки зажат диск статора двигателя с залитой компаундом обмоткой якоря, в центральном отверстии диска статора установлена катушечная опора скольжения, несущая ротор, выполненный из двух жестко скрепленных частей по обе стороны от диска статора. На одном из дисков ротора закреплено рабочее колесо центробежного насоса. На периферии диска статора имеются прорези для протока перекачиваемой жидкости от входной полости корпуса с выходной.

Такое выполнение насоса упрощает его конструкцию и процесс изготовления.

Другие отличительные признаки этого прототипа касаются схемы соединения обмотки якоря и схемы электронного коммутатора и уменьшают необходимую мощность источника питания.

Недостатком прототипа является то, что катушечная опора испытывает повышенную осевую нагрузку из-за реакции перекачиваемой жидкости: жидкость перемещается вдоль оси катушечной опоры в одном направлении, а сила осевой нагрузки (по 3-му закону Ньютона) направлена встречно. В результате в осевой опоре постоянно имеет место сухое трение, что приводит к ее быстрому износу, увеличению рабочего осевого зазора, появлению вибраций и шумов.

Кроме того, при работе двигателя им создается знакопеременная осевая сила, заставляющая ротор совершать возвратно-поступательное движение вдоль оси вращения. Это приводит к тому, что в осевой катушечной опоре рабочий зазор меняется от номинального значения до нуля. Осевая опора испытывает удары, что усиливает отмеченные выше недостатки.

За счет данного изобретения устраняются отмеченные недостатки, присущие известным техническим решениям, а именно: ограничиваются осевые перемещения ротора, снижается износ опоры, уменьшается уровень вибраций и шумов. Кроме того, упрощается конструкция и технологический процесс изготовления и сборки насоса.

Технический результат достигается тем, что в бессальниковом электронасосе с вентильным двигателем постоянного тока, содержащем герметичный корпус, внутри которого размещены статор и ротор электродвигателя и рабочее колесо насоса, датчик положения ротора и установленный снаружи на корпусе электронасоса электронный коммутатор, при этом статор выполнен в виде диска с залитой компаундом обмоткой якоря, зажатого через герметизирующие прокладки между двумя частями корпуса насоса, а ротор выполнен из двух частей в виде дисков, расположенных по обе стороны от диска статора, на одном из дисков ротора закреплено рабочее колесо насоса, на обращенных друг к другу торцевых поверхностях дисков ротора и статора выполнены кольцевые канавки одинакового профиля и диаметра, в которые вложены шарики так, что образована совмещенная шарикоподшипниковая опора, воспринимающая и уравновешивающая осевую силу взаимного притяжения дисков ротора, обусловленную наличием в них постоянных магнитов, а также обеспечивающая возможность вращения дисков ротора вокруг своей оси.

Диски ротора механически не связаны, но вращающий момент от одного к другому передается посредством магнитного поля магнитов, как в магнитной муфте вращения. Кроме того, магниты создают силу осевого притяжения дисков ротора друг к другу и обеспечивают осевой натяг в совмещенной шарикоподшипниковой опоре, элементом которой являются диски ротора и статора электродвигателя.

Дополнительно канавки на дисках ротора и статора (беговые дорожки) могут быть снабжены твердослойным покрытием, а шарики выполняются из керамики. Например, диски ротора и статора выполнены из алюминиевого сплава, а поверхности канавок после окисления имеют твердый слой из двуокиси алюминия. Такое исполнение позволяет существенно увеличить ресурс опоры.

На каждом из дисков ротора могут быть выполнены взаимно совмещающиеся выступы и полости, обеспечивающие зацепление дисков при вращении и передачу вращающего момента от одного диска ротора к другому в дополнение к силам магнитного притяжения.

Также с целью увеличения силы осевого прижатия дисков ротора друг к другу, в дисках ротора и статора выполнены центральные отверстия, через которые пропущен стягивающий болт.

Для обеспечения изменения силы осевого натяга при динамических осевых нагрузках опоры стягивающий болт заменяют шпилькой, на одном либо двух концах которой закреплены пружинные стопорные шайбы.

На фиг. 1 приведена конструктивная схема электронасоса в соответствии с изобретением, на фиг.2 и 3 - варианты выполнения беговых дорожек на дисках ротора и статора, на фиг.4 - вариант конструкции со стягивающим болтом, на фиг. 5 - вариант конструкции с пружинными шайбами на стяжке, на фиг.6 - вариант конструкции с зацеплением дисков 5 и 6 ротора, обеспечивающим передачу вращающего момента.

Электродвигатель 1 содержит ротор, состоящий из двух дисков 5 и 6, и статор 7.

Диски 5 и 6 ротора механически не имеют жесткой связи между собой, а диск статора 7 размещен в зазоре между дисками 5 и 6 ротора и зажат частями 3 и 4 корпуса через герметизирующие прокладки 8 и 9.

В диски 5 и 6 ротора встроены постоянные магниты 10...13 и 14...17, чередующейся полярности и магнитопроводные кольца 18 и 19.

В диск статора 7 встроены катушки 20...23 обмотки якоря электродвигателя 1 и магниточувствительная микросхема 24, выполняющая функции датчика положения ротора.

На периферии диска статора 7 выполнены прорези 25, 26 в виде сегментов, через которые проходит поток перекачиваемой электронасосом жидкости.

На обращенных друг к другу торцевых поверхностях диска статора 7 и дисков ротора 5 и 6 выполнены кольцевые канавки 27, 28 и 29, 30 одинакового профиля и диаметра, образующие беговые дорожки для вложенных в них шариков 31...41 и 42...52.

Диски 5 и 6 ротора притягиваются друг к другу силой взаимодействия постоянных магнитов 10...13 и 14...17. Эта сила осевого взаимодействия уравновешена силой реакции опоры, образованной шариками и торцевыми поверхностями дисков ротора 5 и 6 и статора 7, между которыми имеются торцевые зазоры 53 и 54.

Профиль беговых дорожек 27, 28 и 29, 30 может обеспечивать либо двухточечный контакт с ними шариков (точки 54, 55 и 56, 57 - см. фиг.2), либо четырехточечный контакт (точки 58, 59, 60, 61 и 62, 63, 64, 65 - см. фиг.3).

Дополнительно в конструкции электродвигателя 1 может быть установлен стягивающий диски 5 и 6 ротора в осевом направлении болт 66 (см. фиг.4). Для этого в дисках 5 и 6 ротора и диске статора 7 выполнены центральные отверстия 67, 68 и 69.

Стягивающий болт может на одном конце (либо на обоих концах) иметь закрепляющую пружинную шайбу 70 (см. фиг.5).

Диски 5 и 6 могут иметь выступы 71 и полости 72, обеспечивающие их взаимное зацепление при вращении и передачу вращающего момента (см. фиг.6).

На статоре 7 снаружи корпуса насоса закреплен электронный блок 73 (см. фиг.1).

Электронасос работает следующим образом. При включении электродвигателя 1 диски 5 и 6 ротора начинают вращаться на совмещенной с ними шарикоподшипниковой опоре. Рабочее колесо, жестко связанное с одним из дисков ротора (например, с диском 5 за счет посадки с натягом), перекачивает жидкость в направлении от входа насоса к выходу. При этом вращающий момент на диск ротора 5, на котором закреплено рабочее колесо 2, передается со второго диска ротора 6 через магнитное поле, как это происходит в магнитной муфте. Осевая сила магнитного притяжения двух дисков 5 и 6 ротора удерживает всю конструкцию в равновесном состоянии. При увеличении нагрузки диск 5 ротора с рабочим колесом 2 насоса может отставать по углу от второго диска ротора 6. Увеличение нагрузки допустимо до тех пор, пока не произойдет проскальзывание магнитной муфты, образованной дисками 5 и 6 ротора. В случае, если согласно данному изобретению диски 5 и 6 ротора входят в зацепление при взаимном угловом рассогласовании, вращающий момент от диска к диску передается и механически, а не только через магнитное поле.

Устанавливаемая через центральные отверстия в дисках статора 7 и ротора 5 и 6 стяжка 66 обеспечивает необходимый осевой натяг шариковой опоры. Натяг может автоматически изменяться в соответствии с изменением динамической осевой нагрузки, если стяжка 66 снабжена пружинной шайбой 70.

Таким образом, благодаря предложенному выполнению электронасоса ограничиваются осевые перемещения ротора, снижается износ опоры ротора, уменьшается уровень вибраций и шумов, упрощается конструкция и технологический процесс изготовления и сборки насоса.

Формула изобретения

1. Бессальниковый электронасос с вентильным двигателем постоянного тока, содержащий герметичный корпус, внутри которого размещены статор и ротор электродвигателя и рабочее колесо насоса, датчик положения ротора и установленный снаружи на корпусе насоса электронный коммутатор, при этом ротор выполнен в виде двух несущих постоянные магниты дисков, между которыми размещен диск статора, а рабочее колесо закреплено на одном из дисков ротора, отличающийся тем, что на обращенных друг к другу торцевых поверхностях дисков ротора и статора выполнены кольцевые канавки одинакового профиля и диаметра, в канавки вложены шарики, диски ротора с установленными в них постоянными магнитами образуют магнитную муфту вращения и не имеют жесткой механической связи, а осевая сила магнитного притяжения двух роторов уравновешивается силой реакции шариковой опоры.

2. Электронасос по п.1, отличающийся тем, что канавки на дисках ротора и статора имеют твердослойное покрытие, например, из двуокиси алюминия, а шарики выполнены из керамики.

3. Электронасос по п.1 или 2, отличающийся тем, что на каждом из дисков ротора выполнены взаимно совмещающиеся выступы и полости, обеспечивающие взаимное зацепление дисков и передачу вращающего момента.

4. Электродвигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в дисках ротора и статора выполнены центральные отверстия, через которые вставлен болт, стягивающий диски ротора и обеспечивающий дополнительный осевой натяг опоры.

5. Электронасос по п.4, отличающийся тем, что на одном либо на обоих торцах стягивающего болта установлены пружинные шайбы, обеспечивающие изменение осевого натяга при динамических осевых нагрузках опоры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6