CN108026930A - 磁力驱动的无密封泵 - Google Patents

Abstract

一种磁力驱动无密封组合的轴流式空气泵和水泵，其包括：壳体，具有入口和出口；至少一个叶轮，安装用于在壳体内旋转；以及磁力驱动器，围绕第一转子和第二转子，磁力驱动器配置成在与所述第一转子和所述第二转子的中心轴线径向隔开的位置处将扭矩传递到所述第一转子和第二转子。

Description

磁力驱动的无密封泵

技术领域

本发明总体上涉及泵，尤其涉及一种磁力驱动的无密封轴向空气泵和水泵。

背景技术

典型的水泵将所谓的“湿端”与马达结合以产生水流。湿端由离心转子组成，该离心转子包含在塑料壳体内，当该离心转子从线性进料流向外泵送到离心流时，该塑料外壳将水从离心转子转移离开。

离心转子通常安装在马达的轴上，轴通过压缩磨损密封与泵内的水接触而被隔离，这种方式既密封了泵的内部水分以保证其不会泄漏到泵外面，又提供了使得水不能接触到马达的轴的屏障。在现有的游泳池和水疗池泵中，这个密封的完整性可能会受到损害，需要更换或维护。即使该密封件没有彻底损坏，也会通过密封件造成明显的泄漏，在动态压缩界面处也可能形成小的泄漏，这又会使水沿着马达的轴流到马达轴承。这可能会导致腐蚀，这种腐蚀可能会由于游泳池或水疗化学品而增强，进而会导致电机故障。这种类型的泄漏使得游泳池和水疗行业在保修服务电话和泵更换方面花费了大量资金。

已经尝试通过将磁体附着到马达的轴上并将磁体附接到转子的中空轴的内部来消除上述密封。在两个磁体之间放置一个密封的外壳，两个磁体之间的磁性耦合使得电机启动时转子转动并泵送水。

但是，这种类型的设计有几个问题。例如，泵仍然是效率较低的离心式转子装置，其需要大量的扭矩来有效地驱动它。此外，磁性联轴器转动转子所需的表面积受到相对较小的电机轴直径的限制，并且限制了内部壳体布置可以与转子联接的程度。

最终，这样的设计导致传递的扭矩值低，并因此表现不佳，因为它们既不能泵送足够的水也不能产生足够的压力。

另外的解决方案涉及使用较大的马达、轴和壳体，其成本通常太高而不能与具有压缩密封件的更小、更强大的直接驱动泵竞争。

综上所述，需要一种在性能和成本方面与现有的直接驱动的密封泵相匹敌的无密封的水泵。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种泵。

本发明的另一个目的在于提供一种磁力驱动的无密封的轴向空气泵和水泵。

本发明的再一目的在于提供一种磁力驱动无密封的轴向空气泵和水泵，该水泵在性能和成本方面可与现有的直接驱动的密封泵相匹敌。

上述目的以及其它目的借助本发明来实现。

在一个实施例中，一种磁力驱动无密封组合的轴流式空气泵和水泵包括：壳体，其具有入口和出口；至少一个叶轮，其被安装用于在壳体内旋转；以及磁驱动器，其围绕第一转子和第二转子，所述磁驱动器构造成在与所述第一转子和所述第二转子的中心轴线径向间隔的位置处将扭矩传递到所述第一转子和第二转子。

在另一个实施例中，泵送流体的方法包括以下步骤：将至少一个转子布置到泵壳体的内部，将磁性驱动组件围绕于至少一个所述转子，所述磁性驱动组件包括大致圆柱形的围绕所述至少一个转子的磁体内部阵列和围绕所述磁体内部阵列的大致圆柱形的磁体外部阵列；将所述壳体的入口联接到流体源；以及在与所述至少一个转子径向轴间隔开的位置处将所述转矩传递到所述至少一个转子。

在又一个实施例中，一种磁力驱动的无密封轴向泵包括具有入口和出口的大致圆柱形的壳体，安装成在壳体内旋转的至少一个叶轮以及围绕第一转子和第二转子的磁驱动器，所述磁驱动器被构造成在与所述壳体的纵向轴线径向间隔开的位置处将扭矩传递到所述至少一个叶轮的外部以旋转所述叶轮。磁驱动器包括位于壳体内部的内磁阵列和位于壳体壁外部的外磁阵列。

附图说明

通过阅读以下对非限制性实施例的描述和参考附图可以更好地理解本发明，其中：

图1是如本发明实施例的所述泵的透视图。

图2是图1所述泵的壳体的透视图。

图3是图1所述的泵的纵向剖视图。

图4是图1所述的泵的轴向剖视图，其示出了泵的空气转子。

图5是图1所述的泵的另一轴向剖视图，其示出了泵的水转子。

图6是图1所述的泵的内磁阵列的轴向截面图。

图7是图1所述的泵的组合式空气和水转子的透视图。

图8是图7所述的组合式空气和水转子的水转子的详细透视图。

图9是图7所述的组合式空气和水转子的空气转子的详细透视图。

图10是根据本发明实施例所述的双重空气转子的透视图。

图11是根据本发明实施例所述的双水转子的透视图。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明涉及一种磁力驱动无密封的组合轴流式空气泵和水泵10。如图所示，泵10包括壳体12，壳体12具有用于接收流体的线性流动的入口14，以及用于排出高压流体的出口16。壳体12与外部磁性驱动机构相结合，所述外部磁性驱动机构包括位于壳体内并具有多个磁体的内磁阵列18以及围绕于壳体外部并具有多个磁体的外磁阵列20。

如图所示，内磁阵列18和外磁阵列20可以具有基本上圆柱形的形状，并且其尺寸与壳体12的长度、形状和直径相对应。具体地，在一个实施例中，内磁阵列18通常为圆柱形的形状，且具有与壳体的内径紧密对应的外径，并具有与泵的壳体的长度大致相对应的长度。

同样，外磁阵列20的形状通常为圆柱形的形状，其内径与壳体的外径紧密对应，并具有与泵的壳体的长度大致相对应的长度。如图1所示，泵10联接到本领域已知的任何类型的空心马达11并被其包围，以被构造成驱动磁驱动装置。

如在图3中最佳地示出的那样，多个叶轮或涡轮(在此称为水转子22和空气转子24)设置在壳体12的内部，在内磁阵列18的内部旋转。在优选实施例中，空气转子24是位于壳体12内且大体靠近出口16的位置，而水转子22位于壳体12内，在轴向上比空气转子24更靠近入口12的位置。

图8和图9分别示出了水转子22和空气转子24的构造。如图所示，水转子22和空气转子24分别具有大致中空的圆柱轴26，轴26上装载有多个叶片。如图所示，水转子22具有安装到轴26上的三个叶片28，而空气转子24具有安装到轴26上的六个叶片30。水转子22的每一个叶片28占据比空气转子24的每一个叶片30占据轴26的多一些的圆周。

在操作中，围绕转子的外部磁驱动机构将转矩传递到转子的外部，而不是转子的中心线轴，从而可能允许产生比现有技术更高的传递转矩。磁体在外部阵列中的这种布置允许将相对于现有技术所能实现的更多的耦合磁体放置在大约一个数量级以上的耦合面积上。联轴器面积的这种增加导致传递到转子的扭矩显著增加，并允许泵的更高的输出和更多的压力。

虽然这种外部连接机构可以用于为标准离心泵提供动力，但是其也允许诸如本文所述的更为有效的直通式线性泵设计。使用空芯马达为外部磁耦合机构提供动力允许提供直通式线性泵送系统。本发明的泵10比离心泵更节能，并且需要更少的转矩来有效地运行。这个事实与由外部磁耦合机构产生的增强扭矩相结合，使得本发明的泵远远优于任何类似尺寸的磁力泵。

除上述之外，本发明的泵10允许完全地无密封的泵送系统用于游泳池、水疗池和密封泄漏会导致泵故障的其它情况中。由于泵是线性的，因此可以很容易地将多个转子结合到设计中，以产生更高效的输出。除了用于抽水的多个转子之外，还可以结合用于泵送空气的涡轮转子来形成非常高效的空气泵。而且，除了空气泵和水泵之外，还可以在同一个轴上添加多个混合转子，以使线性泵能够泵送水或空气，或者两者的组合。

例如，如图9所示，在一个实施例中，具有水转子22和空气转子24的组合转子40可被用在泵10内用于泵送空气和水。例如，这对于充气水疗中心是有用的，其中一个水泵可以用来给水疗中心充气，然后用同一个水泵为水疗中心抽水。可以打开额外的进气口以让空气进入泵，其中转子组合将会泵送和混合空气和水以形成用于温泉喷气机的充气水。这种能力将允许消除温泉使用单个鼓风机。

可替代地，如图10所示，具有双空气转子24的双重空气转子装置50可以用来泵送仅仅空气，而如图11所示，具有双水转子22的双重水转子装置60可以用来仅仅抽水。

如上所述，本发明允许生产用于游泳池和水疗的泵的高扭矩磁驱动单元。本发明的线性驱动的线性流通式泵能够泵送空气、水或两者的组合，这提供了迄今为止在本领域中未曾见过的多功能性。如上所述，这消除了使用两个单独的空气泵和水泵的需要。而且，泵与空心马达的配合使用，提供了一个紧凑而简单的泵送系统，该泵送系统高效节能，易于达到更高的输出量，并且既可以用于泵送液体和也可以用于泵送空气。

如上面进一步讨论的，本发明的泵10不使用密封件，这不仅允许用于长期泵送水和空气，而且可以用于其他应用中，例如泵送任何类型的腐蚀性液体。事实上，虽然本发明在此被描述为用于泵送空气和水，但是本发明并不限于此。特别是因为没有密封件，泵可以用来泵送任何流体，包括腐蚀性液体。在不锈钢构造中，泵10可以用作食品和化学工业的乳化泵送系统。

在另外一个实施例中，泵10可利用感应电机的磁性定子来产生类似于感应电机中的旋转磁性驱动场。具体地，在一个实施例中，该旋转磁性驱动场耦合到类似于上述内磁阵列和外磁阵列的旋转磁体，所述内磁阵列和外磁阵列的旋转磁体提供由定子驱动的磁极。如上所述，这使得泵壳体内的转子就像马达绕组一样旋转，但是它们全部密封在壳体中。

虽然已经参考其详细实施例示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，可以做出各种改变并且可以用等同物替换上述陈述的部件而不背离本发明的保护范围。此外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行修改以使特定的情况或材料适应于本发明的教导。因此，本发明并不局限于以上详细描述中公开的特定实施例，而是包括落入本公开范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种磁力驱动无密封泵，其特征在于，包括：

具有入口和出口的壳体；

至少一个叶轮，其安装成在壳体内旋转；和

围绕所述第一转子和所述第二转子的磁驱动器，所述磁驱动器构造成在与所述第一转子和所述第二转子的中心轴线径向间隔的位置处将扭矩传递到所述第一转子和第二转子。

2.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，其中：

磁驱动器包括内磁阵列和外磁阵列。

3.如权利要求2所述的泵，其特征在于，其中：

内磁阵列通常是圆柱形的，并且位于壳体的壁的内部；和

外磁阵列通常是圆柱形的，并且位于壳体的壁的外部。

4.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，其中：

与中心轴径向隔开的位置是叶轮的外部。

5.如权利要求1所述的泵，其特征在于，其中：

该泵为线性泵。

6.根据权利要求1所述的泵，其特征在于，其中：

该泵没有流体密封。

7.如权利要求1所述的泵，其特征在于，其中：

所述至少一个叶轮包括第一叶轮和第二叶轮；

其中，所述第一叶轮是水叶轮，其构造成泵送水并且具有大致中空的轴，多个叶片从所述中空轴延伸出；和

其中，所述第二叶轮是空气叶轮，其构造成泵送空气并且具有大致中空的轴，多个叶片从所述中空轴延伸出。

8.如权利要求7所述的泵，其特征在于，其中：

空气叶轮比水叶轮具有更多的叶片。

9.如权利要求8所述的泵，其特征在于，其中：

空气叶轮有六个叶片；和

水叶轮有三个叶片。

10.根据权利要求8所述的泵，其特征在于，其中：

水叶轮位于入口附近；和

空气叶轮位于出口附近。

11.一种泵送流体的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将至少一个转子布置到泵壳体的内部；

在至少一个转子周围围绕磁驱动组件，所述磁驱动组件包括含有至少一个转子的大致圆柱形的内磁阵列以及围绕所述内磁阵列的大致圆柱形的外磁阵列；

将壳体的入口连接到流体源；和

在与所述至少一个转子的纵向轴线径向隔开的位置处将扭矩传递到所述至少一个转子。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

将所述磁驱动组件与空心电机相关联地布置。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，

在与所述第一转子和所述第二转子的中心轴径向隔开的位置处将扭矩传递到所述第一转子和第二转子。

14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中：

内磁阵列通常是圆柱形的，并且位于壳体的壁的内部；和

外磁阵列通常是圆柱形的，并且位于壳体的壁的外部。

15.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

将入口流体连接到水疗池。

16.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中：

将至少一个转子内部布置到泵壳体的步骤包括：将第一转子布置在壳体内并将第二转子布置在壳体内；

其中所述第一转子是水转子，所述水转子构造成泵送水并且具有大致中空的轴，多个叶片从所述中空轴延伸出；和

其中所述第二转子是空气转子，所述空气转子构造成泵送空气并且具有大致中空的轴，多个叶片从所述中空的轴延伸出；

其中流体是空气和水的组合。

17.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中：

流体是一种腐蚀性流体。

18.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中：

壳体内没有任何流体密封件。

19.一种磁力驱动无密封轴向泵，其特征在于，包括：

具有入口和出口的大致圆柱形的壳体；

至少一个叶轮，其安装成在壳体内旋转；和

围绕所述第一转子和所述第二转子的磁力驱动器，所述磁力驱动器构造成在与所述壳体的纵向轴线径向间隔开的位置处将扭矩传递到所述至少一个叶轮的外部以旋转所述叶轮；

其中所述磁驱动器包括位于所述壳体内部的内磁阵列和位于所述壳体的壁的外部的外磁阵列。

20.根据权利要求19所述的泵，其特征在于，其中：

所述至少一个叶轮包括第一叶轮和第二叶轮；

其中，所述第一叶轮是水叶轮，其构造成泵送水并具有大致中空的轴，多个叶片从所述中空轴延伸出；和

其中，所述第二叶轮是空气叶轮，其构造成泵送空气并且具有大致中空的轴，多个叶片从所述中空轴延伸出。