ZENG XIAOQUAN (CN)
WU WANG (CN)
ZENG XIAOQUAN (CN)
| CN100363627C | 2008-01-23 | |||
| US6988873B2 | 2006-01-24 | |||
| US5711657A | 1998-01-27 | |||
| CN100561855C | 2009-11-18 | |||
| CN1929264A | 2007-03-14 | |||
| EP0574823A2 | 1993-12-22 | |||
| CN200710031484A | 2007-11-13 |
深圳市睿智专利事务所 (CN)
| 权 利 要 求 书 、 一种令单相永磁转子电动水泵仅有正确转动方向的方法， 包括步骤 A. 控制水泵体内水腔室的尺寸， 务必使水腔室的空间容积是其内弧形水叶轮各水叶片 旋转时包容空间的 3倍以上， 同时所述水腔室直径是其内共轴线水叶轮直径的 1. 2 倍以上， 以增大所述弧形水叶轮朝错误方向转动的阻力矩； B. 设计所述水泵体， 釆用切向出水形式， 使得设置在所述水腔室径向侧边、 并且与该 水腔室连通的出水管道内壁之远离所述水腔室中心轴线的部分， 平行地往外侧偏离 所述水腔室内壁的切线一段距离△, 造成一处突变结构， 进一步增大所述弧形水叶 轮朝错误方向转动的阻力矩； C. 选用扭矩合适的单相永磁转子电机拖动所述水泵体内的弧形水叶轮， 限定供电电压 的波动范围， 务必使得最高供电电压下所述电机的拖动扭矩 Mmax小于所述弧形水叶 轮朝错误方向转动， 即反转的阻力矩 N。pp, 而在最低供电电压下的拖动扭矩 Mmin则大 于所述弧形水叶轮朝正确方向转动， 即正转的阻力矩 NfM , 所述水腔室的结构形状 和相对于所述永磁转子的尺寸大小保证了 N。pp > > NfM , 于是有 Mmax < N0 Mmin〉 Nf 0Γ ^ 从而保证所述电动水泵仅有正确的、 逆着所述各水叶片弯曲方向的转动方向； 步骤 Α中所述水腔室的空间容积是指， 水腔室被水腔盖封闭后的全部空间容积。 、 如权利要求 1所述的令单相永磁转子电动水泵仅有正确转动方向的方法， 其特征在于: 所述步骤 B中所述突变结构， 其中的几何关系满足 0. 50 > A /d > 0. 20 , 式中 d是所述出水管道的内直径。 、 如权利要求 2所述的令单相永磁转子电动水泵仅有正确转动方向的方法， 其特征在于: 所述步骤 B中所述突变结构， 其中的几何关系满足 0. 30 > A /d > 0. 20 , 式中 d是所述出水管道的内直径。 、 如权利要求 1所述的令单相永磁转子电动水泵仅有正确转动方向的方法， 其特征在于 还包括步骤 D. 增加至少一块活动档板， 该活动档板可绕一轴向轴线在水腔室内壁上转动； 同时所 述弧形水叶轮背面设有一直径略大于该弧形水叶轮直径的基板， 当水叶轮反转时， 水流将活动档板冲开使其翘起而抵住所述基板边缘， 阻碍水叶轮反转。 、 仅有正确转动方向的单相永磁转子电动水泵， 包括泵体（2)和其内大致是圆柱状空间 的水腔室 （3), 该水腔室 （3) 轴向外侧端部装配的水腔盖（8) 限定水腔室 （3) 的空 间， 转子组件（4) 上的弧形水叶轮 （42) 同轴线地容纳于所述水腔室 （3) 的空间内， 被该水叶轮（42)同轴安装的单相同步电机之永磁体转子拖动旋转； 在所述水腔室（3) 的径向侧边设置有与该水腔室 （3)连通的出水管道（7); 其特征在于： 所述水腔室 （3) 的空间容积是其内弧形水叶轮 （42)各水叶片（45)旋转时包容空 间的 3倍以上， 同时所述水腔室直径 D是其内共轴线水叶轮直径 Dy的 1.2倍以上， 此 处所述水腔室 （3) 的空间容积是指， 水腔室 （3)被水腔盖（8) 封闭后的全部空间容 积； 所述出水管道（7) 的内壁 （71) 远离所述水腔室 （3) 中心轴线 00' 的部分， 平 行地往外侧偏离所述水腔室 （3) 内壁 （31) 的切线一段距离△, 造成突变结构 （6)。 、 如权利要求 5所述的仅有正确转动方向的单相永磁转子电动水泵， 其特征在于: 所述突变结构 ), 其中的几何关系满足 0.50> A/d>0.20 , 式中 d是所述出水管道（7) 的内直径。 、 如权利要求 5所述的仅有正确转动方向的单相永磁转子电动水泵， 其特征在于: 所述突变结构 ) 的几何关系满足 0.30> A/d>0.20 , 式中 d是所述出水管道的内直径。 、 如权利要求 5 所述的仅有正确转动方向的单相永磁转子电动水泵， 其特征在于： 还包括至少一块设在所述水腔室内壁 （31) 上并围绕该水腔室内壁 （31) 上一轴向轴 线转动的活动档板（33), 而所述弧形水叶轮（42)背面则设有一直径略大于该水叶轮 (42)直径 Dy的基板（43), 若水叶轮（42)反转， 水流将所述活动档板（33)冲开使 其翘起而抵住水叶轮基板（43) 的边缘， 阻碍水叶轮 （42)反转。 2 |
仅有正确转动方向的单相永磁转子电动水泵和 实现方法 技术领域 本发明涉及旋转型非变容式泵送装置及其拖动 机构， 尤其涉及令所述泵送装置 的弧形水叶轮正转和反转时阻力矩差异加大的 方法， 特别是涉及令单相永磁转子电机拖动 的水泵仅有正确转动方向的方法和装置。 背景技术 现有技术借助单相交流永磁转子同步电机拖动 离心水泵， 所述永磁转子和所 述离心水泵的水叶轮同轴线直接联结， 参见图 3 , 构造简单、 形体轻小、 生产容易， 从而 成本也相对较低，被广泛大量使用。但是所述 单相永磁转子同步电机的起动扭矩几乎为零， 且任何水流扰动都会影响和改变该电机转子起 动和运转的方向， 也就是说该电机转子起动 和运转的方向是不确定和随机的。 正因为这样， 现有技术早些时候， 此类单相永磁转子电 动水泵都是釆用极低效率的直形叶片的水叶轮 和中间出水形式， 即出水孔中心轴线落在水 叶轮径向并同该水叶轮的中心轴线正交， 如图 6所示。 为了提升水泵的出水效率， 有人试 图用半导体集成电路和 /或嵌入式软件控制所述水泵的拖动电机，使 不受干扰地朝指定方 向旋转， 例如欧洲专利申请 EP 0 574 823 A2和 EP 1 075 080 A2 , 以及中国发明专利申 请 200710031484. 6 公开的技术， 从而可以使用高效率的、 有着向同一方向弯曲各水叶片 的弧形水叶轮和切向出水形式， 见图 5所示， 从而做到使电动水泵高效节能。 但是上述公 开的专利技术都存在成本明显上升， 结构相对复杂， 可靠性下降的问题。
在使用高效率的、 有着向同一方向弯曲各水叶片的弧形水叶轮和 切向出水形式水泵结 构的情况下， 应当首先设法使所述弧形水叶轮在正转和反转 时的阻力矩差异加大， 从而在 起动状态、 所述电动水泵的转子组件有些抖动时， 就自然朝着阻力矩较小的方向旋转， 并 且越转越快， 直至达到同步转速。 另一个要考虑的问题是供电源的电压波动范围 。 分析表 明， 拖动电机的供电电压如果偏离额定值， 其拖动扭矩会有更大的偏离。 因此， 必须在最 高供电电压下电机的拖动扭矩小于水叶轮反转 时的阻力矩， 而在最低供电电压下电机的拖 动扭矩大于水叶轮正转的阻力矩， 自然就成为保证所述电动水泵可靠运行的必要 条件。 发明内容 本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技 术的不足之处， 并且在不增加 成本的前提下， 而提出一种令单相永磁转子电机拖动的离心水 泵仅有正确转动方向的方法 和装置， 从而大幅提升此类水泵的能效， 并可适用于供电网电压波动范围更大的地区。 本 发明解决所述技术问题可以通过釆用以下技术 方案来实现： 提出一种令单相永磁转子电动 水泵仅有正确转动方向的方法， 包括步骤
A. 控制水泵体内水腔室的尺寸， 务必使水腔室的空间容积是其内弧形水叶轮各 水叶片 旋转时包容空间的 3倍以上， 同时所述水腔室的直径是其内水叶轮直径的 1. 2倍以 上， 以增大所述弧形水叶轮朝错误方向转动的阻力 矩；
B. 设计水泵体时， 釆用切向出水形式， 使得设置在所述水腔室径向侧边、 并与该水腔 室连通的出水管道内壁之远离所述水腔室中心 轴线的部分， 平行地往外侧偏离所述 水腔室内壁的切线一段距离△, 造成一处突变结构， 进一步增大所述弧形水叶轮朝 错误方向转动的阻力矩；
C. 选用扭矩合适的单相永磁转子电机拖动所述水 泵体内的水叶轮， 限定供电电压的波 动范围， 务必使得最高供电电压下所述电机的拖动扭矩 M max 小于所述水叶轮朝错误 方向转动， 即反向转动的阻力矩 N。 pp , 而在最低供电电压下的拖动扭矩 M min 则大于所 述水叶轮朝正确方向转动， 即正向转动的阻力矩 N fM , 所述水腔室的结构形状和相 对于所述永磁转子的尺寸大小保证了 N。 pp > > N fM , 于是有
Mmax < N 0 Mmin〉 Nf 0Γ ^
从而保证所述电动水泵仅有正确的、 逆着所述各水叶片弯曲方向的转动方向； 步骤 Α中所述水腔室的空间容积是指， 水腔室被水腔盖封闭后的全部空间容积。 至于所述步骤 B中所述突变结构， 其中的几何关系满足
0. 50 > A /d > 0. 20 , 式中 d是所述出水管道的内直径；
在另一优选实施例中， 所述步骤 B中所述突变结构的几何关系满足
0. 30 > A /d > 0. 20 , 式中 d同样是所述出水管道的内直径。
本发明再有一实施例， 所述令单相永磁转子电动水泵仅有正确转动方 向的方法还包括 步骤
D. 增加至少一块活动档板， 该活动档板可绕一轴向轴线在水腔室内壁上转 动； 同时所 述弧形水叶轮背面设有一直径略大于该弧形水 叶轮直径的基板， 当水叶轮反转时， 水流将活动档板冲开使其翘起而抵住所述基板 边缘， 阻碍水叶轮反转。
本发明还提出一种仅有正确转动方向的高效率 电动水泵， 包括泵体和其内大致是圆柱 状空间的水腔室， 该水腔室轴向外侧端部装配的水腔盖限定水腔 室的空间， 转子组件上的 弧形水叶轮同轴线地容纳于所述水腔室的空间 内， 被该水叶轮同轴安装的单相同步电机之 永磁体转子拖动旋转； 在所述水腔室的径向侧边设置有与该水腔室连 通的出水管道； 尤其 是， 所述水腔室的空间容积是其内弧形水叶轮各水 叶片旋转时包容空间的 3倍以上， 同时 所述水腔室直径 D是其内共轴线水叶轮直径 D y 的 1. 2倍以上， 此处所述水腔室的空间容积 是指， 水腔室被水腔盖封闭后的全部空间容积； 所述出水管道的内壁远离所述水腔室中心轴线 00' 的部分， 平行地往外侧偏离所述水 腔室内壁的切线一段距离△, 造成突变结构。
所述突变结构， 其中的几何关系满足
0. 50 > A /d > 0. 20 , 式中 d是所述出水管道的内直径。
在另一优选实施例中， 所述突变结构的几何关系满足
0. 30 > A /d > 0. 20 , 式中 d是所述出水管道的内直径。
在另一优选实施例中， 本发明仅有正确转动方向的高效率电动水泵， 还包括至少 一块设在所述水腔室内壁上并围绕该水腔室内 壁上一轴向轴线转动的活动档板， 而所 述弧形水叶轮背面则设有一直径略大于该水叶 轮直径 D y 的基板， 若水叶轮反转， 水流 将所述活动档板冲开使其翘起而抵住水叶轮基 板的边缘， 阻碍水叶轮反转。
同现有技术相比较， 本发明电动水泵的有益效果在于， 可以在波动幅度高达 20% 额定电压的单 相交流供电条件下， 仅有正确转动方向地高效率水泵。 附图说明 图 1是本发明单相永磁转子电动水泵优选实施例 体外观的正投影示意图， 其中图 1-1为主视图， 是图 1-2的 A-A剖视图； 图 1-2为俯视图；
图 2是所述优选实施例整体外观的轴测投影示意 ， 其中图 2-1为分解状态示意图； 图 1-1为组装后的轴测投影示意图；
图 3是所述电动离心水泵转子组件 4的轴测投影示意图， 包括图 3-1为分解状态示意 图； 图 3-2为组装后的轴测投影示意图；
图 4是本发明单相永磁转子电动水泵另一优选实 例整体外观的正投影示意图， 其中 图 4-1为弧形水叶轮正转时的主视剖视图， 此时活动挡板 33沉底平躺， 图 4-2为弧形水 叶轮反转时的主视剖视图，活动挡板 33立起， 该两图均为图 4-3的 A-A剖视图；图 4-3为 俯视图；
图 5是现有技术单相永磁转子电动水泵（弧形水 轮）整体外观的正投影示意图， 其 中图 5-1为主视图， 是图 5-2的 A-A剖视图； 图 5-2为俯视图；
图 6是现有技术早些时候单相永磁转子电动水泵 直形水叶片）整体外观的正投影示 意图， 其中图 6-1为主视图， 是图 6-2的 A-A剖视图； 图 6-2为俯视图。 具体实施方式 本发明令单相永磁转子电动水泵仅有正确转动 方向的方法， 包括步骤
A. 控制水泵体内水腔室的尺寸， 务必使水腔室的空间容积是其内弧形水叶轮各 水叶片旋 转时包容空间的 3倍以上， 同时所述水腔室的直径是其内水叶轮直径的 1. 2倍以上， 以增大所述弧形水叶轮朝错误方向转动的阻力 ； B. 设计水泵体时， 釆用切向出水形式， 使得设置在所述水腔室径向侧边、 并与该水腔室 连通的出水管道内壁之远离所述水腔室中心轴 线的部分， 平行地往外侧偏离所述水腔 室内壁的切线一段距离△, 造成一处突变结构， 以增大所述弧形水叶轮朝错误方向转 动的阻力；
C. 选用扭矩合适的单相永磁转子电机拖动所述水 泵体内的水叶轮， 限定供电电压的波动 范围，务必使得最高供电电压下所述电机的拖 动扭矩 M max 小于所述水叶轮朝错误方向转 动， 即反向转动的阻力矩 N。 pp , 而在最低供电电压下的拖动扭矩 M min 则大于所述水叶轮 朝正确方向转动， 即正向转动的阻力矩 N fQI , 此处 Ν。 ΡΡ > > Ν ¾Ι , 于是有
Mmax < N 0 Mmin〉 Nf 0Γ ^
从而保证所述电动水泵在整个供电电压波动范 围内， 都仅有正确的、 逆着所述各水叶 片弯曲方向的转动方向。
步骤 Α中所述水腔室的空间容积是指， 水腔室被水腔盖封闭后的全部空间容积。
至于所述步骤 B中所述突变结构， 其中的几何关系满足 0. 50 >△/(! > (). 20 ，式中 d是所 述出水管道的内直径。
在另一优选实施例中， 所述步骤 B中所述突变结构的几何关系满足
0. 30 > A /d > 0. 20 , 式中 d同样是所述出水管道的内直径。
本发明再有一实施例， 令单相永磁转子电动水泵仅有正确转动方向的 方法还包括步骤
D. 增加至少一块活动档板， 该活动档板可绕一轴向轴线在水腔室内壁上转 动； 同时所述 弧形水叶轮背面设有一直径略大于该弧形水叶 轮直径的基板， 当水叶轮反转时， 水流 将活动档板冲开使其翘起而抵住所述基板边缘 ， 阻碍水叶轮反转。
本发明仅有正确转动方向的单相永磁转子电动 水泵， 见图 1至图 3 , 包括泵体 2 和其 内大致是圆柱状空间的水腔室 3 , 该水腔室 3轴向外侧端部装配的水腔盖 8限定水腔室 3 空间， 转子组件 4上的弧形水叶轮 42 同轴线地容纳于所述水腔室 3的空间内， 被该水叶 轮 42同轴安装的单相同步电机之永磁体转子 41拖动旋转； 在所述水腔室 3的径向侧边设 置有与该水腔室 3连通的出水管道 7 ; 尤其是， 所述出水管道 7的内壁 71远离所述水腔室 3中心轴线 00' 的部分，被平行地往外侧移动偏离所述水腔室 3内壁 31的切线一段距离△, 造成突变结构 6 , 从而进一步增大所述弧形水叶轮 42朝错误方向转动 （即反转） 的阻力， 借以保证所述高效率水泵仅有正确的、 逆着所述各水叶片 45 弯曲方向的转动方向 （即正 转）。
所述水腔室 3的空间容积是其内弧形水叶轮 42各水叶片 45旋转时包容空间的 3倍以 上， 同时所述水腔室直径 D是其内共轴线水叶轮直径 D y 的 1. 2倍以上， 此处所述水腔 室 3的空间容积是指， 水腔室 3被水腔盖 8封闭后的全部空间容积； 所述突变结构 6, 其中的几何关系满足
0.50> A/d>0.20 , 式中 d是所述出水管道 7的内直径。
在另一优选实施例中， 所述突变结构的几何关系满足
0.30> A/d>0.20 , 式中 d是所述出水管道的内直径。
本发明再有一实施例， 见图 4, 仅有正确转动方向的单相永磁转子电动水泵还 包括至 少一块设在所述水腔室内壁 31上并围绕该水腔室内壁 31上一轴向轴线转动的活动档 板 33, 而所述弧形水叶轮 42背面则设有一直径略大于该水叶轮 42直径 D y 的基板 43, 若水叶轮 42反转，水流将所述活动档板 33冲开使其翘起而抵住水叶轮基板 43的边缘, 阻碍水叶轮 42反转。
现有技术单相永磁转子电动水泵，见图 5和图 6,其中图 5釆用弧形水叶轮和切向出 水形式， 图 6釆用直形叶片的水叶轮和中间出水形式。 图 5 中， 2为泵体， 3为水腔室， 31为水腔室内壁， 32为切向出水管， 45为弧形水叶片。 图 6中， 2为泵体， 3为水腔室， 10 为直形水叶轮， 11 为中间出水管。 与本发明相比， 现有技术单相永磁转子电动水泵存 在成本高， 结构复杂， 可靠性低的问题。