1.本发明涉及一种电动机器，更具体地，但不仅涉及一种用于泵送液体和其他流体的电动泵，还涉及一种用于有效发电的发电机。
背景技术：2.电动泵是众所周知的。典型的流体泵包括其中设置有电马达的第一(干)部分和第二(湿)部分，该第二(湿)部分包括具有流体入口和出口端口的外壳和可旋转地安装在外壳的腔内的叶轮，该叶轮用于在叶轮旋转时引起液体从入口流动到出口端口。叶轮安装在旋转轴上，该旋转轴从马达延伸穿过外壳的边界壁中的孔，该壁将泵的第一部分和第二部分分开。在一些泵中，弹性密封件设置在孔周围并抵靠轴而密封，以防止流体从第二部分逃逸到第一部分。在另一实施例中，密封件通过耐磨材料的可旋转o形构件围绕孔形成，该耐磨材料的可旋转o形构件密封到马达轴并且偏压抵靠在围绕孔的耐磨材料区域上。其他类型的密封件也是已知的，但所有密封件都容易失效，因为它们都依赖于旋转马达轴和边界壁之间的某种形式的密封接触，这种密封接触最终将损坏。这个问题可能导致更换整个泵，例如因为水污染了泵的第一部分的轴承。
3.通常，流体泵包括庞大笨重的感应马达。举例来说，1.5kw的泵通常将包括重约14kg并具有180mm的直径和270mm的长度的感应马达。当将这种泵安装在水疗中心或热水浴缸中时，这会造成问题，因为水疗中心或热水浴缸的壳体下方有大量的隔热材料而导致空间非常有限。提高效率的一种方法是使用具有三相感应马达或具有变速驱动器的永磁马达的泵。然而，这种泵仍然过于庞大并且仍然存在上述密封失效问题。考虑到上述情况，我们现在设计了一种改进的电动泵。
技术实现要素：4.根据本发明，如从第一方面可见的，提供了一种电动泵，包括具有流体入口和出口端口的外壳以及可旋转地安装在密封的外壳的腔内的叶轮，该叶轮用于在叶轮旋转时引起液体从入口流动到出口端口，叶轮安装在轴上以绕轴线旋转，该轴被限制在密封的外壳内，该泵还包括电动马达，电动马达具有设置在外壳外部的定子和密封地设置在外壳的内部且在所述轴上的转子，定子具有电线圈，当通电时，电线圈使旋转磁场辐射穿过外壳的边界壁，以诱导定子并因此叶轮绕所述轴线的旋转。
5.轴没有延伸到外壳之外，因此不需要密封，并避免了泄漏的风险。此外，在外壳内提供转子允许使用非常紧凑的定子，因此该泵比具有可比较的功率的传统泵更小。
6.转子和叶轮可以形成为一体。
7.马达可以是永磁无刷马达。
8.转子可以包括周向隔开的永磁体的环形阵列。
9.叶轮可以包括形成转子的主体和产生流体流动的一个或多个叶片。
10.铁磁构件可以设置在定子的与转子相反的一侧，从而闭合定子与转子相反一侧的
磁路。铁磁构件的作用是增加朝向转子辐射的磁场的投掷(投射)，并连接磁路，从而允许更强的磁锁定。铁磁构件可以设置在转子的与定子相反的一侧，从而闭合在转子的与定子相反一侧上的磁路。转子、叶轮和铁磁构件可以形成为一体。
11.在第一实施例中，定子可以被布置成生成朝向转子轴向延伸的旋转磁场。
12.在该实施例中，转子磁体可以具有轴向面对的磁极，相邻磁体的磁极相反。
13.由定子绕组或线圈生成的旋转磁场可以辐射穿过边界壁并直接引起转子的旋转，或者叶轮中的磁体的旋转可以在定子的线圈中诱导电力。
14.在某些情况下，由定子辐射的磁场可能太弱而无法直接诱导转子的旋转，例如，因为定子可能设置成距离转子太远，或者因为定子和转子之间的材料具有低磁渗透性。为了解决这个问题，可以在定子和转子之间的外壳外部设置旋转耦合构件，耦合构件的旋转轴线与转子轴线共线。在使用中，当通电时，定子辐射电场以诱导耦合构件的旋转。耦合构件辐射穿过外壳的边界壁的磁场以引起转子的旋转。耦合构件可以包括周向隔开的永磁体的环形阵列。耦合构件的磁体可以具有轴向面对的磁极，相邻磁体的磁极相反。转子和耦合构件可以具有相同数量的磁体。
15.耦合构件的磁体与转子上的磁体磁性锁定。当耦合构件的磁体的北极吸引转子上的磁体的南极时，就会发生这种情况。耦合构件上的磁体与转子上的磁体耦合并闭合磁路，因此耦合构件的旋转引起转子的旋转。以这种方式耦合允许耦合磁体之间的间隙更大，并且更厚的非铁磁材料可以用于外壳和设置在定子和转子之间的其他部件。
16.在第二实施例中，定子可以布置成生成旋转磁，该旋转磁沿转子径向延伸穿过边界壁。
17.在该实施例中，转子磁体可以具有径向面对的磁极，相邻磁体的磁极相反。
18.转子可以设置在定子的径向外侧，反之亦然，边界壁具有设置在其间的管状部分。
19.通过反转该处理，即，使液体通过叶轮并旋转叶轮，它将在定子的线圈中生成电力。通过这种方式，该装置可用于高效的水力发电，并可按比例放大以安装在水坝或潮汐发电应用等中。
20.此外，根据本发明，如第二方面可见的，提供了一种电力发电机设备，包括具有流体入口和出口端口的外壳以及可旋转地安装在密封的外壳的腔内的叶轮，该叶轮布置成在流体从入口流动穿过外壳到出口端口时旋转，叶轮安装在轴上以绕轴线旋转，该轴被限制在密封的外壳内，该泵还包括电力发电机，该电力发电机具有设置在外壳的外部的定子和密封地设置在外壳的内部且在所述轴上的转子，转子包括磁体，磁体辐射穿过外壳的边界壁的磁场并且当叶轮绕所述轴线旋转时在定子的线圈中感应出电流。
21.通过基本上反转本发明第一方面的电动泵的操作处理，该设备可用于通过使流体流过外壳以引起叶轮旋转来生成电力。以这种方式，该设备可用于高效的水力发电，并可按比例放大以安装在水坝或潮汐发电方案等中。此外，根据本发明，如从第三方面可见的，提供了一种电气设备包括用于密封地容纳流体并具有流体入口和出口端口的外壳以及可旋转地安装在外壳的腔内并布置为旋转的叶轮，叶轮安装在轴上以绕轴线旋转，该轴被限制在密封的外壳内，该设备还包括电动机器，该电动机器具有设置在外壳外部的定子和密封地设置在外壳的内部且在所述轴上的转子，转子包括磁体，设备被布置成使得在使用中旋转磁场延伸穿过外壳的边界壁，以磁耦合在外壳的边界壁的相对侧的定子和转子。
22.该设备可以是泵，其中电动机器是布置成使叶轮旋转以使流体从入口流到出口的马达。
23.该设备可以是电力发电机设备，其中电动机器是发电机，当叶轮绕所述轴线旋转时，转子在定子的线圈中感应出电流。
24.应当理解，本发明第一方面的电动泵的上述可选特征也适用于本发明第二或第三方面的设备。
附图说明
25.现在将仅通过示例并参考附图来描述本发明的实施例，其中：
26.图1是根据本发明的电动泵的实施例的爆炸图；
27.图2是当从右侧和上方看时图1的组装的泵的后部的局部剖视立体图；
28.图3是根据本发明的电动泵的另一实施例的爆炸图；
29.图4是从右侧和上方看时图3的组装的泵的后部的立体图；
30.图5是从右侧和上方看时图3的组装的泵的后部的局部剖视立体图；
31.图6是根据本发明的电动泵的另一实施例的爆炸图；及
32.图7是当从右侧和上方看时图6的组装的泵的后部的局部剖视立体图。
具体实施方式
33.参考附图中的图1和图2，示出了包括外壳11的电动泵10，外壳11具有密封在一起的前部16和后部13，它们限定了内部中空腔，在该内部中空腔中，叶轮装置12可旋转地安装在轴(未图示)上以绕轴线旋转，该轴被限制在密封的外壳11内。外壳11的前部16包括轴向延伸的流体入口端口17。外壳11的后部13包括径向延伸的流体出口端口15。入口和出口端口17、15与叶轮装置12可旋转地安装在其中的内部空腔连通。
34.叶轮装置12的后表面包括多个周向隔开的永磁体19，形成环形转子29，磁体19具有轴向面对的磁极，相邻磁体的磁极相反，除非选择海尔贝克(halbach)布置或偏斜。磁体可以封装在叶轮装置12的主体内(如图1的叶轮装置12的下弧所示)。叶轮装置12的前部包括多个朝向入口17延伸的叶片18。
35.泵10还包括具有多个电线圈的环形定子20，例如缠绕在叠层铁磁材料的开槽模子上。定子20设置在外壳11的外部，邻近外壳11的后部13的后边界壁14。环形定子20以与叶轮装置12的旋转轴线共线延伸的轴线为中心。带孔的后盖21在定子20上延伸并接合外壳11的后部13。
36.在使用中，环形定子20的线圈连接到驱动电路(未图示)，该驱动电路使线圈辐射旋转磁场，该旋转磁场穿过外壳11的边界壁14朝向转子29轴向延伸。在定子20的与转子29相反的一侧设置有铁磁盘27，从而闭合磁路。铁磁盘27用于增加从定子20朝向转子29辐射的磁场的投掷(投射)，并且连接磁路，从而允许更强的磁锁定。由定子20辐射的旋转磁场与转子29的永磁体19耦合，从而引起叶轮组件12的旋转并将流体从入口17泵送到出口15。
37.参考附图中的图3、图4和图5，示出了电动泵110的替代实施例，其在结构上与图1和2的泵相似，并且相同的部件被赋予相同的附图标记。在该实施例中，叶轮装置12的后部包括管状转子29，其具有围绕其内表面布置的多个周向隔开的永磁体19，磁体19具有径向
面对的磁极，相邻磁体19的磁极相反。磁体19可以封装在叶轮装置12的主体内。
38.管状转子29延伸到设置在外壳11的边界壁14的前表面上的环形通道结构23中。环形定子20抵靠外壳11的边界壁14的背面安装并且围绕边界壁14的环形通道结构23的外周管壁延伸。
39.在使用中，环形定子20的线圈连接到驱动电路(未图示)，该驱动电路使线圈辐射旋转磁场，该旋转磁场穿过边界壁14的环形通道结构23的外周管壁朝向转子29径向向内延伸。由定子20辐射的旋转磁场与转子29的永磁体19耦合，从而引起叶轮组件12的旋转并将流体从入口17泵送到出口15。
40.参考附图中的图6和图7，示出了电动泵110的替代实施例，其在结构上与图1和2的泵相似，并且相同的部件被赋予相同的附图标记。在该实施例中，在定子20和转子29之间的外壳11的外部设置有耦合装置24。耦合装置24被安装成绕与转子29的旋转轴线共线延伸的轴线旋转。
41.耦合装置24包括设置在保形件26中的周向隔开的永磁体25的环形阵列。磁体25具有轴向面向转子29的磁极，相邻磁体25的磁极相反，除非选择海尔贝克(halbach)布置或偏斜。保形件26可以模制在磁体25周围，或者磁体可以设定到保形件26中。
42.在使用中，环形定子20的线圈连接到驱动电路(未图示)，该驱动电路使线圈辐射旋转磁场，该旋转磁场引起耦合装置24的旋转。
43.耦合装置24的永磁体25辐射穿过边界壁14的磁场并与转子29的永磁体19磁锁定。当耦合装置24的磁体25的北极吸引转子29上的磁体19的南极时，就会发生这种情况29。耦合装置24上的磁体25与转子29上的磁体19耦合并闭合磁路，因此定子20的磁场引起的耦合装置24的旋转间接地引起转子29的旋转。以这种方式耦合允许定子20和转子29之间的更大间隙，并且可以将更厚的非铁磁材料用于外壳11以及设置在定子20和转子29之间的其他部件。
44.本发明的电动泵10因此避免了轴从泵外壳11延伸到外部马达的需要，因此不需要密封并且避免了泄漏的风险。此外，在外壳内提供转子29允许使用非常紧凑的定子，因此泵10比具有可比较的功率的传统泵更小。
45.应当理解，上文所述的电动泵的实施例可以通过引起从入口17到出口端口15的流体流动而作为电力发电机运行。这导致转子29旋转，使得永磁体19辐射穿过外壳的边界壁14的旋转磁场，以磁耦合在外壳的边界壁14的相对侧的定子20和转子29，从而在定子线圈中感应出电流。
技术特征：1.一种电动泵，包括具有流体入口和出口端口的外壳以及可旋转地安装在密封的外壳的腔内的叶轮，该叶轮用于在所述叶轮旋转时引起液体从入口流动到出口端口，所述叶轮安装在轴上以绕轴线旋转，所述轴被限制在所述密封的外壳内，该泵还包括电动马达，所述电动马达具有设置在所述外壳外部的定子和密封地设置在所述外壳的内部且在所述轴上的转子，所述定子具有电线圈，当通电时，所述电线圈使旋转磁场辐射穿过所述外壳的边界壁，以诱导所述定子并因此所述叶轮绕所述轴线的旋转。2.根据权利要求1所述的电动泵，其中，所述转子和所述叶轮形成为一体。3.根据权利要求1或权利要求2所述的电动泵，其中，所述转子包括周向隔开的永磁体的环形阵列。4.根据权利要求3所述的电动泵，其中，所述转子磁体具有轴向面对的磁极。5.根据权利要求3所述的电动泵，其中，所述转子磁体具有径向面对的磁极。6.根据权利要求3或4所述的电动泵，其中，相邻磁体的磁极是相反的。7.根据权利要求3或4所述的电动泵，其中，相邻磁体的磁极呈海尔贝克布置。8.根据前述权利要求中任一项所述的电动泵，其中，具有低磁阻路径的铁磁构件设置在所述定子的与所述转子相反的一侧上，反之亦然。9.根据权利要求4所述的电动泵，其中，旋转耦合构件设置在所述外壳的外部，在所述定子和所述转子之间，所述耦合构件的旋转轴线与所述转子的轴线共线。10.根据权利要求9所述的电动泵，其中，所述耦合构件包括周向隔开的永磁体的环形阵列。11.根据权利要求10所述的电动泵，其中，所述耦合构件和所述转子的磁体各自具有轴向面对的磁极，相邻磁体的磁极相反。12.根据权利要求10所述的电动泵，其中，所述耦合构件和所述转子的磁体各自具有轴向面对的磁极，相邻磁体的磁极呈海尔贝克布置。13.根据权利要求5所述的电动泵，其中，所述转子设置在所述定子的径向上，所述边界壁具有设置在其间的管状部分。14.一种电力发电机设备，包括具有流体入口和出口端口的外壳以及可旋转地安装在密封的外壳的腔内的叶轮，该叶轮布置成在流体从入口流动穿过外壳到出口端口时旋转，叶轮安装在轴上以绕轴线旋转，所述轴被限制在密封的外壳内，所述设备还包括电力发电机，所述发电机具有设置在所述外壳的外部的定子和密封地设置在外壳的内部且在所述轴上的转子，所述转子包括磁体，所述磁体辐射穿过所述外壳的边界壁的磁场并且当所述叶轮绕所述轴线旋转时在所述定子的线圈中感应出电流。15.根据权利要求14所述的电力发电机设备，其中，所述转子和所述叶轮形成为一体。16.根据权利要求14或权利要求15所述的电力发电机设备，其中，所述转子包括周向隔开的永磁体的环形阵列。17.根据权利要求16所述的电力发电机设备，其中，所述转子磁体具有轴向面对的磁极。18.根据权利要求16所述的电力发电机设备，其中，所述转子磁体具有径向面对的磁极。19.根据权利要求16或17所述的电力发电机设备，其中，相邻磁体的磁极是相反的。
20.根据权利要求16或17所述的电力发电机设备，其中，相邻磁体的磁极呈海尔贝克布置。21.根据权利要求14至20中任一项所述的电力发电机设备，其中，具有低磁阻路径的铁磁构件设置在所述定子的与所述转子相反的一侧上，反之亦然。22.根据权利要求17所述的电力发电机设备，其中，旋转耦合构件设置在所述外壳的外部，在所述定子和所述转子之间，所述耦合构件的旋转轴线与所述转子的轴线共线。23.根据权利要求22所述的电力发电机设备，其中，所述耦合构件包括周向隔开的永磁体的环形阵列。24.根据权利要求23所述的电力发电机设备，其中，所述耦合构件和所述转子的磁体各自具有轴向面对的磁极，相邻磁体的磁极相反。25.根据权利要求23所述的电力发电机设备，其中，所述耦合构件和所述转子的所述磁体各自具有轴向面对的磁极，相邻磁体的磁极呈海尔贝克布置。26.根据权利要求18所述的电力发电机设备，其中，所述转子设置在所述定子的径向上，所述边界壁具有设置在其间的管状部分。27.一种电气设备，包括用于密封地容纳流体并具有流体入口和出口端口的外壳以及可旋转地安装在外壳的腔内并布置用于旋转的叶轮，所述叶轮安装在轴上以用于绕轴线旋转，所述轴被限制在密封的外壳内，所述设备还包括电动机器，所述电动机器具有设置在所述外壳的外部的定子和密封地设置在外壳的内部且在所述轴上的转子，所述转子包括磁体，所述设备被布置成使得在使用中旋转磁场延伸穿过所述外壳的边界壁，以磁耦合在所述外壳的边界壁的相对侧上的所述定子和所述转子。28.根据权利要求27所述的电气设备，其中，所述设备是泵，并且所述电动机器是布置成使所述叶轮旋转以使流体从所述入口流到所述出口的马达。29.根据权利要求27所述的电气设备，其中，所述设备是电力发电机设备并且所述电动机器是发电机，当所述叶轮绕所述轴线旋转时，所述转子在所述定子的线圈中感应出电流。
技术总结一种电动泵或发电机设备(10)包括具有流体入口和出口端口(17、15)的密封的外壳(11)和可旋转地安装在外壳(11)的腔内的叶轮(12)，叶轮(12)安装在轴上以绕轴线旋转，该轴被限制在密封的外壳(11)内。泵(10)的电机具有设置在外壳(11)的外部的定子(20)和密封地设置在外壳(11)内部的转子(29)。在使用中，旋转磁场延伸穿过外壳(11)的边界壁(14)，以磁耦合在外壳(11)的边界壁(14)的相对侧的定子(20)和转子(29)。因此避免了轴密封的需要，并且该设备比传统的泵和发电机更紧凑。传统的泵和发电机更紧凑。传统的泵和发电机更紧凑。
技术研发人员：纳比尔
受保护的技术使用者：伊普露派尔德有限公司
技术研发日：2020.11.11
技术公布日：2022/11/1
