专利名称：磁能密封驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及机电一体化技术，特别是一种磁能密封驱动器。
背景技术：
传统的泵、阀门、反应釜等装置的转轴与壳体之间的密封，用静止密封 件包夹转轴实现，是动态密封，其中的流体难免会渗漏到外面。磁传动装置 应用于诸如泵、阀门、反应釜等，能将其改进成全密封的，彻底杜绝流经其 中的流体向外滴、冒、渗、漏，从而延长使用寿命，节约资源，带来较大的 经济效益和环保效益。然而，现有的全密封磁传动装置，存在缺陷，因而应 用受到限制。比如现有的全密封磁传动泵由泵体、磁传动装置、磁传动装置 支持架、联轴器、电动机(或驱动机)组成，这种泵比由泵体、联轴器及电动 机组成的传统泵结构复杂、体积大、效率低、成本高。现有的全密封磁传动 阀门、反应釜等也存在类似的缺陷。
发明内容
本发明设计一种磁能密封驱动器，克服现有磁传动装置的缺陷，利用电 磁能和永磁能驱动，能简化结构、缩小体积、降低成本，实现高效、节能。 因而用途广。
本发明按下述技术方案实现。
本发明由定子、转子、控制系统、冷却风扇构成；定转子用轴承联系， 转子被完全密封在定子之中，转子轴头部安装工作件(如动轮、转动板等)； 在转子上有若干永磁磁极，定子上有若干被绝缘包皮线圈包围的齿，形成电 磁极，所述定转子及控制系统构成一种特殊电机，它有电动机和发电机，控 制系统由转子位置传感器、控制器、蓄电池及整流调压器组成，控制器才艮据 传感器测取转子磁极相对于定子齿的位置信号或观测器(观测器是估算转子 位置和速度信息的硬件及包含算法的简称，观测器根据输入所述电动机定子 线圈中的电流和电压在设定坐标系下的分量来估算出所述转子位置和速度。 观测器已有成熟的技术。如滑模观测器等)确定转子磁极相对于电动机定子 齿的位置信号，从蓄电池取电给电动机定子各组线圈有规律地通电，则转子因其永磁极受到电动机定子齿的电磁极的吸引力矩和排斥力矩而旋转，并驱 动所述电机的发电机发电，发出的电经整流调压器存入蓄电池。用磁传动驱 动冷却风扇。
假设将所述电机的电动机部分的转子的永磁磁极用纯软铁^敝成有若干齿 的转子代替，那么它的工作原理与开关磁阻电机很相似，不计损耗，开关磁 阻电机输出能量等于输入的电能，并不节能。而本发明使转子永^磁极同时获 得相应电动机定子一个电磁极吸引力矩和另一个电磁极的斥力矩，而且引力
矩或斥力矩均由电磁场与永磁场共同提供；开关磁阻电机仅是定子齿的电磁 力吸引其转子的软铁齿，而且这个引力仅由电磁场提供。所以，本发明的电
机的电动机输出能量大于需输入的电能。本发明的电机的电动机定子的电磁 极与转子永磁极之间作用力大小与在它们之间间隙中的磁感应强度的平方成
正比，而此磁感应强度值是电磁极和永磁极磁感应强度的叠加值，若保持此 值不变，提高永磁极在所述间隙中的磁感应强度值，等量地减小电磁极在所 述间隙中的磁感应强度值的，则所述电动机机输出能量值不变，但大幅度地 降低了所需输入的电能，这就是说能量输出输入差值变大。所以本发明巧妙 使用永磁体能，使能量增值，而且增值随永磁场的增强而大幅度增长，这个 增值的能量的大部分向外输出驱动所述动轮，小部分用于所述发电机发电， 以支持所述电机运行。
还应该指出，本发明的电动机结构和工作原理与永磁电机(详细了解可 参考有关资料)有实质上的不同，永磁电机利用定子的旋转电磁场与含有永 磁体的转子磁场相互作用驱动转子，是基于电磁感应原理，而本发明的电动 机基于电磁体与永磁体之间的引力和斥力。永磁电机定子电磁力与转子永磁 力对其转子产生的转矩不如本发明的大，原因是这种定子电磁力仅对转子产 生引力矩，而本发明电动机的转子永磁极同时受到相应定子齿的电磁极的吸 引力矩和排斥力矩。永磁电机定子的旋转电磁场会在转子铁心和永磁体中感 应出涡流造成能量损耗，而且涡流生热造成危害，旋转电磁场还会在转子铁 心中产生磁滞损耗。而本发明电动机的定子磁场进入转子的磁力线很少，在 转子中感应很弱，所以本发明节能比永磁电机显著的多。为了避免流体对磁能密封驱动器定子的内部腐蚀或磨损，可在定子的内壁打衬非磁性绝缘密封圓筒。
若将本发明定子线圈都接到整流调压器，当本发明的转子被外力驱动，本发明就是发电机。
本发明有以下优点
1、 由于本发明将所述工作件与它们的驱动电机设计成一体，省掉了现有的全密封磁传动泵、全密封磁传动阀门、全密封磁传动反应釜中的磁传动装置、磁传动装置支持架、联轴器、驱动电机的轴，因而本发明结构简单、体积小、材料便宜、工艺性好、易装配，所以本发明造价低。
2、 充分地将永磁能转换为可直接实际使用的机械能，使永磁能输出的能量比输入的能量显著增值，因而本发明耗电很少，损耗小，节能，效率极高，运行费用很低；
3、 完全密封，无泄漏，环保。
图l是本发明的结构示意图；图2是图1的A-A剖面图；图3是图1的B-B剖面图4是图2的中转子相对于定子转过一个角度的示意图5是图4中转子转到其磁极与定子铁心齿正对时的示意图6是图1的A1-Al剖面图7是图1的B1-B1剖面图8是本发明的另一种结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一 步说明。
如图l至图3示。本发明由定子、转子、控制系统、冷却风扇构成。有中孔的圆柱体31、 13固套在转轴26上，圆柱体31上均匀地镶着沿厚度方向充磁的若干长方体永磁块或沿径向充磁的瓦片形永磁体33，且沿周向相邻的永磁块极性是交替的，导磁块32、非磁性绝缘块36、圆柱体31、永磁体33相互固结在一起；导磁块17、永磁体19、非磁性绝缘块37的横截面尺寸依 次与导磁块32、永磁体33、非磁性绝缘块36的相同，导磁块17、非磁性绝 缘块37、圓柱体13、永磁体19相互固结在一起；在导磁块32、非磁性绝缘 块36、圓柱体31、永磁体33与导磁块17、非磁性绝缘块37、圓柱体13、 永磁体19之间用一非磁性绝缘圆环14联结；在转轴26上装配轴承内圈7 和24，轴承内圈7离开圓柱体13右端面；轴承内圈24离开圆柱体31左端 面；磁轮12安装在转轴26的右端；动轮25安装在转轴26的左端；上述所 有件组成了本发明的转子。
本发明的定子由硅钢片叠成的定子铁心16和2 0、绝缘包皮线圈15和21 、 小长条形永磁体34和35、非磁性绝缘圓环18、定子圆筒l、端盘2和22、 分别装配在端盘2和22上的轴承外圈6和23、隔间隙包围动轮25的壳子27、 与端盘2的右端固定的密封盖11固结组成；密封盖11不与磁轮12接触；绝 缘包皮线圈15包围着定子铁心16的齿，绝缘包皮线圈21包围着定子铁心 20的齿；非磁性绝缘圆环18将线圈15线圈21隔开；长条形永磁体34和35 的长方向沿转轴26的轴线方向，且轴对称地嵌在定子铁心20之中；所述定 子沿轴向隔间隙包围转子，并保证转轴26、转子及定子同轴。
控制系统由转子位置传感器(图中未画)或观测器、控制器28、蓄电池 29、整流调压器30及连接导线组成，整流调压器30输入端与定子线圈15 连接，定子线圈21的接线端与控制器28连接。控制器28用现代硬软件技术 易实现。
冷却风扇扇轮4安装在轴8的右端，磁轮5安装在轴8的左端，磁轮5 隔密封盖11与磁轮12同轴相对；支架3固定在端盘2的右端面；轴承内圏 9套在轴8上且处于扇轮4和磁轮5之间；轴承外圈10与支架3的中孔装配。 所述轴 K均为f兹力轴承或积4成轴承或^兹力积4成复合轴7"R。 如图4示，本发明在停止状态，由于永磁体异极间的吸引，转子上有两 块永磁体33的磁极与永磁体34和35沿径向正对。若要启动，通过控制器 28给定子线圈21通电，且使定子铁心20的每个齿的内弧磁极极性如图4示、 那么，转子每一个磁极受到与它邻近的定子铁心20齿的电磁推拉力矩(永磁体34和35对转子的作用力矩很小),使转子顺时针转到图2所示位置，这时， 传感器将此位置信号传给控制器28,或设计硬件电路及算法确定转子永磁体 33的磁极相对于定子铁心20齿的位置信号传给控制器28,控制器28立即改 变定子线圈21中的电流方向，定子铁心20齿的极性同时改变，如图5示， 由于转子永磁体33的磁极极性与定子铁心20各齿的极性相同而产生相互排 斥力，转子受到的排斥力的合力为零，转子依惯性转过图5所示位置；接着 转子永磁体33的每一个磁极又受到与它邻近的定子铁心20齿的电磁推拉力 矩而继续转动，此过程重复循环，转子不断被驱转。
若动轮25为离心泵的动轮，它将从壳子27的中口 Kl进入的流体离心地 从壳子27的径向口 K2旋出，所述磁能密封驱动器就是一种全密封离心泵； 动轮"作成搅拌轮，并去掉壳子27,所述磁能密封驱动器就是一种搅拌器； 动轮25作成岡门的阀板状或阀球状，壳子27不开中口 Kl,并在壳子27的 口 K2径向对称位置开口 ，所述磁能密封驱动器就是一种阀门。
磁轮12和5依磁力偶合所述转子的部分转矩给所述冷却风扇扇轮4,扇 轮4向所述电机吹风冷却。
控制器28还可控制定子线圏21中的电流的大小以改变转轴26的输出功 率，从而改变转速。启动时，转子的转动方向由控制器28控制线圏21中的 电流方向确定。转子不断被驱转时，转子上的永磁体19与定子铁心16及定 子线圈15组成的发电机发电，通过整流调压器30给蓄电池29充电，定子线 圈21的工作电流通过控制器28从蓄电池29得到，使所述^f兹能密封驱动器运 行。
本发明转子磁极还可采用其它结构形式。 本发明首次启动前，必须从外部给蓄电池29充电。 实施例二如图6图7示，本发明定子铁心16和20的齿均用非磁性绝 缘绝缘材料制作成齿38和齿39。
实施例三如图8示。为了避免流体对所述^F兹能密封驱动器定子的内部 腐蚀或磨损，可在所述定子的内壁打衬非磁性绝缘密封圆筒40。
权利要求
1.一种磁能密封驱动器，其特征是由定子、转子、控制系统、冷却风扇构成；有中孔的圆柱体(31)、(13)固套在转轴(26)上，圆柱体(31)上均匀地镶着沿厚度方向充磁的若干长方体永磁块或沿径向充磁的瓦片形永磁体(33)，且沿周向相邻的永磁块极性是交替的，导磁块(32)、非磁性绝缘块(36)、圆柱体(31)、永磁体(33)相互固结在一起；导磁块(17)、永磁体(19)、非磁性绝缘块(37)的横截面尺寸依次与导磁块(32)、永磁体(33)、非磁性绝缘块(36)的相同，导磁块(17)、非磁性绝缘块(37)、圆柱体(13)、永磁体(19)相互固结在一起；在导磁块(32)、非磁性绝缘块(36)、圆柱体(31)、永磁体(33)与导磁块(17)、非磁性绝缘块(37)、圆柱体(13)、永磁体(19)之间用一非磁性绝缘圆环(14)联结；在转轴(26)上装配轴承内圈(7)和(24)，轴承内圈(7)离开圆柱体(13)右端面；轴承内圈(24)离开圆柱体(31)左端面；磁轮(12)安装在转轴(26)的右端；动轮(25)安装在转轴(26)的左端；上述所有件组成了本发明的转子；本发明定子由硅钢片叠成的定子铁心(16)和(20)、绝缘包皮线圈(15)和(21)、小长条形永磁体(34)和(35)、非磁性绝缘圆环(18)、定子圆筒(1)、端盘(2)和(22)、分别装配在端盘(2)和(22)上的轴承外圈(6)和(23)、隔间隙包围动轮(25)的壳子(27)、与端盘(2)的右端固定的密封盖(11)固结组成；密封盖(11)不与磁轮(12)接触；绝缘包皮线圈(15)包围着定子铁心(16)的齿，绝缘包皮线圈(21)包围着定子铁心(20)的齿；非磁性绝缘圆环(18)将线圈(15)线圈(21)隔开；长条形永磁体(34)和(35)的长方向沿转轴(26)的轴线方向，且轴对称地嵌在定子铁心(20)之中；所述定子沿轴向隔间隙包围转子，并保证转轴(26)、转子及定子同轴；本发明的控制系统由转子位置传感器或观测器、控制器(28)、蓄电池(29)、整流调压器(30)及连接导线组成，整流调压器(30)输入端与定子线圈(15)连接，定子线圈(21)的接线端与控制器(28)连接；本发明的冷却风扇扇轮(4)安装在轴(8)的右端，磁轮(5)安装在轴(8)的左端，磁轮(5)隔密封盖(11)与磁轮(12)同轴相对；支架(3)固定在端盘(2)的右端面；轴承内圈(9)套在轴(8)上且处于扇轮(4)和磁轮(5)之间；轴承外圈(10)与支架(3)的中孔装配；所述轴承均为磁力轴承或机械轴承或磁力机械复合轴承。
2. 根据权利要求1所述的磁力能船，其特征是定子铁心(16 )和(20 ) 的齿均用非磁性绝缘绝缘材料制作成齿(38)和齿(39)。
3. 根据权利要求1或2所述的磁力能船，其特征是在所述定子的内壁打衬非磁性绝缘密封圓筒(40 )。
全文摘要
一种磁能密封驱动器，由定子、转子、控制系统构成，转子左端有动轮，转子被定子包封，仅在定子左端壳上有被驱动流体的出入口；在转子外周固结若干永磁磁极，定子上有若干被绝缘包皮线圈包围的齿，形成电磁极，所述定转子及控制系统构成一种电机，它有电动机和发电机，控制系统由转子位置传感器、控制器、蓄电池及整流调压器组成，控制器根据传感器测取转子磁极相对于定子齿的位置信号或设计硬件电路及算法确定转子磁极相对于电动机定子齿的位置信号，从蓄电池取电给电动机定子各组线圈有规律地通电，则转子因其永磁极受到电动机定子齿的电磁极的吸引力矩和排斥力矩而旋转，驱动动轮和发电机，发出的电经整流调压器存入蓄电池。本发明节能、环保。
文档编号H02K51/00GK101604900SQ200810110830
公开日2009年12月16日 申请日期2008年6月12日 优先权日2008年6月12日
发明者刘新广 申请人:刘新广