專利名稱：一種實現單向排水的同步排水泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及泵，具體的家用電器和其它類似品上的泵。更具體來說，本 發(fā)明涉及此類型的一種離心泵，通過增加電機的啟動角度來提高水泵的啟動
可靠性；通過改變電機軸對葉輪的沖擊方向和速度，減少沖擊力，增加水泵 的使用壽命；通過單向制動結構來實現水泵的定向旋轉，達到使用單向葉輪 從而提高水泵效率的目的。
背景技術：
圖l顯示了同步電機的工作特性曲線。
圖2顯示了當前同步水泵所通常采用的電機軸帶動葉輪的啟動結構。 根據同步電機的性能特性曲線圖可知，同步電機啟動扭矩很小，要驅動 水泵葉輪，就必須達到能夠克服葉輪排水帶來的阻力T2的扭矩，而若要讓 電機達到扭矩T2，就必須讓電機在帶動葉輪之前(空轉)達到接近于額定 轉速nl的轉速n2。目前水泵電機驅動方式，都是在電機軸上套一個凸臺， 在葉輪內腔也設計一個凸臺，由電機軸上的凸臺驅動葉輪上的凸臺。在電機 達到克服扭矩T2之前，電機軸凸臺在葉輪內腔凸臺兩邊來回撞擊，直到電 機轉速達到n2，此時電機克服葉輪阻力帶動葉輪旋轉并達到nl和Tl,水泵 開始工作。同時，為了達到降低兩個凸臺之間的沖擊噪聲，在凸臺兩邊增加 了減振緩沖橡膠。
以往的排水泵大致由以下幾個部分組成，外殼10,定子20，轉子30， 電機軸40，葉輪50，旋轉軸頭60。在外殼10的內部有葉輪收容部11及轉 子收容部12。在收容部11內部有可以使水流入的入水口 13，另一側則有排水口 14。
上述定子20包括以下幾部分鐵芯21,纏繞在鐵芯上的線圈22。轉子 30收容于上述外殼10的轉子收容部12內。電機軸40沿著上述轉子30的 軸心一體形成，并且可以旋轉。上述葉輪50包括中空狀態(tài)的收容頭部51， 在頭部形成的多個葉片52。在上述收容頭部51內壁上突出形成有葉輪頭 51a。另外，在旋轉軸頭60的一側凸出有掛鉤凸部61。在61各51a之間放 置兩個柱狀橡膠緩沖柱62。
由于電機軸來回的撞擊，只能在一次不能確定的時刻達到需要的扭矩而 驅動葉輪，水泵葉輪的旋轉方向是不能確定的。所以葉輪的必須設計成不具 備方向性的十字形，從而相比較其它有方向性的水泵而言，降低了葉輪的使 用效率。
從圖2可以看出，電機的空轉角度小于150° 。要達到所需要的轉速n2， 需要來回撞擊多次，這種持續(xù)的沖擊力非常容易使橡膠緩沖墊的粉碎甚至凸 臺(特別是軸上凸臺)的疲勞斷裂。從而導致水泵噪聲過大甚至失效。
由于啟動角度小(小于150度)，所以，啟動不良是現有水泵的常見失 效模式。
由于葉輪尺寸小，要在葉輪內部完成凸臺、緩沖等結構的零件設計和裝 配，增加了產品的設計成本和工藝成本。
由于現有的設計存在諸多缺陷，因此，在經過大量的研究和開發(fā)后，本 發(fā)明尋找一種方法，能夠解決上述問題。

發(fā)明內容
為了克服現有的同步水泵不能實現定向旋轉，從而帶來的水泵效率損失 的問題；為了克服現有的傳動模式沖擊力過大，沖擊頻率過高帶來的緩沖失 效、噪聲以及水泵失效的問題；為了克服十字形離心葉輪的低效率問題；為 了克服目前水泵的電機空載啟動角度小，帶來的啟動不良的問題；以及為了克服目前水泵傳動結構復雜，制造工藝復雜，成本高的問題。
本設計提供一攬子解決方案，該方案水泵由定子組件200、轉子組件300、 泵體組件400組成。
在閉式單向葉輪340 (包含有葉輪螺母341、葉輪止動卡齒342、葉輪葉 片343、葉輪上蓋344和葉輪下蓋345等結構)和電機軸320之間，使用一 個寬松配合的電機軸絲桿322和葉輪螺母341結構，電機軸320為絲桿，單 向閉式葉輪340為螺母。使電機的啟動角度可以大于360° ，最大程度的保 證了電機啟動的一次成功率，減少了沖擊的次數。并且將沖擊速度由原設計 的周向沖擊線速度6m/s,縮小到軸向的lm/s。
在葉輪螺母341的上下兩端采用葉輪上擋團330和葉輪下擋團350構成 的限位結構，使單向閉式葉輪340在只能在電機軸320上某段固定距離上運 動。當電機軸320在單向閉式葉輪340內旋轉，而葉輪340也沒有被葉輪上 擋圏330或者葉輪下擋圏350限制時，電機軸絲桿322和葉輪螺母341之間 的摩擦力不足以克服水給葉輪葉片343的周向阻力，單向閉式葉輪340不發(fā) 生周向旋轉，只沿電機軸320的軸向運動，直到碰到某一端的葉輪擋圏停止 軸向運動。
利用葉輪螺母341在電機軸320的軸向運行特點，采用一個防止單向閉 式葉輪340朝某個特定方向旋轉的結構，葉輪反轉卡齒結構， 一邊卡齒在葉 輪上為葉輪止轉卡齒342， 一邊卡齒在電機蓋220上(電機蓋220固定在電 機定子組件200上)。當單向閉式葉輪340在朝著電機軸320的軸向運行到 葉輪下擋圉350，葉輪止動卡齒342和電機蓋止動卡齒222嚙合，電機被堵 轉。堵轉后的轉子組件300隨即帶動電機軸320反轉，單向閉式葉輪340沿 電機軸320向朝著遠離電機蓋220和葉輪下擋團350的方向運行，直到葉輪 止動卡齒342和電機蓋止動卡齒222脫離，單向閉式葉輪340被葉輪上擋圏 330限位，此時電機已達到克服水給葉輪葉片343阻力的扭矩，單向閉式葉 輪340隨著電機軸一起沿著周向運動，開始排水。由此實現單向閉式葉輪340朝某個我們需要的方向單向旋轉；
電機軸上的絲桿和葉輪上的螺紋設計，采用大的螺紋導程角設計，可以 防止絲桿螺母自鎖；
葉輪螺母341的上下限位機構在周向和葉輪之間采用小間隙配合，以使 葉輪和電機軸保持同軸。并且使葉輪上擋圈和葉輪下擋圏可以承受持久的擠 壓力。
采用閉式單向離心葉輪設計，達到提高葉輪的工作效率的目的； 采用配合閉式單向離心葉輪的水泵體410結構設計以及電機蓋220結構
設計。其中電機蓋腔體221按照螺旋線設計達到提高水泵的排水效率的目
的；
本發(fā)明的有益效果是
通過采用絲桿螺母機構的傳動方式，規(guī)避了軸上主動凸臺和葉輪被動凸 臺之間的周向高頻沖擊，提高了結構的可靠性和使用壽命，徹底消除的沖擊 噪聲。該設計方案結構簡單。設計和安裝都非常簡^"更。原設計中大多在軸和 葉輪之間有緩沖墊、銅擋套(或塑料擋套)、密封團、軸套等四五個輔助零 部件。而本設計實現傳動只需要在電機軸上擠壓和在葉輪上注塑螺紋，在葉 輪兩端增加限位裝置即可。降低了成本。
因為將原傳動結構中存在的周向沖擊改為軸向緩沖力，在軸上采用葉輪 上擋圏和葉輪下擋圈結構，限制葉輪在電機軸向的運行距離，并同時增加電 機軸空轉角度，使電機有效啟動，避免了原設計中因持續(xù)周向剪切力導致的 凸臺斷裂問題、因持續(xù)沖擊力導致的緩沖墊粉碎問題、因啟動角度不足導致 的啟動不良問題。
通過葉輪和220電機蓋的止轉卡齒結構，當葉輪下行到葉輪下擋圈時， 止轉卡齒嚙合，電機通過葉輪被單向鎖死，進而反向旋轉，直到葉輪上行碰 到葉輪上擋圏，并開始沿著周向旋轉并排水，解決了同步水泵旋轉方向不受 控制的問題，實現了水泵向我們所希望的某個規(guī)定方向旋轉的目標。
7因為電機實現了定向旋轉，采用閉式單向離心葉輪取代十字形離心葉輪， 大大提高了水泵的排水效率。
為了配合閉式單向離心式葉輪，擋水圏的蝸殼式設計和水泵出水口沿著 泵體切線方向防止，也可以大大提高排水效率。


圖1是交流同步電機的性能曲線圖。
圖2是顯示背景方案一般同步水泵，電機軸驅動葉輪方式的示意圖。 圖3是顯示背景方案一般同步水泵的結構示意圖。 圖4是顯示背景方案圖3的I-I剖視圖。
圖5是顯示背景方案圖4的葉輪頭以及電機軸頭的部分切開分解斜視圖。 圖6是顯示背景方案葉輪頭及旋轉軸頭之間的運行關系的圖4的II-II 線剖面圖。
圖7是顯示依據本發(fā)明的實施例的排水泵內部結構的剖面圖，該圖反映 了水泵內部總的結構關系和閉式單向葉輪和220電機蓋形成腔體之間的結 構關系。
圖8是顯示依據本發(fā)明的實施例的排水泵的爆炸圖。該圖反映了水泵各 結構分解后的外形，
圖9是顯示依據本發(fā)明的葉輪與220電機蓋之間的止動卡齒的結構圖及 其剖面圖。
圖10是顯示依據本發(fā)明的葉輪螺母與電機軸絲桿之間的配合關系以及 葉輪上擋圏和葉輪下擋團的配合關系的結構圖。 圖ll是顯示依據本發(fā)明的圖IO的剖面圖。 主要部分附圖標記說明
200:定子組件 210:下軸承 220:電機蓋
221:電機蓋腔體 222:電才/L蓋止動卡齒
8300:轉子組件310:永磁轉子320:電才/L軸
321:軸端鉚扣322:電才幾軸絲桿323:電機軸肩
330:葉輪上擋圈340:閉式單向葉輪341:葉輪螺母
342:葉輪止動卡齒343:葉輪葉片344:葉輪上蓋
345:葉輪下蓋350:葉輪下擋團400:泵體組件
410:水泵體411:進水口412:出水口
420:擋水環(huán)430:水泵后蓋
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施方案對本發(fā)明做進一步地詳細說明。
在圖7所示的依據本發(fā)明的單向同步水泵的實施方式中，包含以下幾個 部分構成定子組件200、轉子組件300、泵體組件400。其中定子組件200 包含有為轉子組件200提供支撐下軸承210、電才幾蓋220以及提供激勵交變 磁場的沒有標明的定子鐵芯、線包、端子等零件；轉子組件300包含永磁轉 子310、電機軸320、葉輪上擋團330、閉式單向葉輪340和葉輪下擋團350 等零件；泵體組件400包含水泵體"0、擋水環(huán)420、水泵后蓋"0等零件。
首先，當水泵通電時，線包和定子鋏芯產生》茲場和永磁轉子的磁場發(fā)生 作用，使永磁轉子310帶動轉子軸320朝某個方向旋轉。其運行過程如下
步驟1:假設此時電機軸320沿著順時針旋轉，此時電機軸絲桿322傳 遞給閉式單向葉輪340的扭矩不足以克服水泵體中水對葉輪葉片343的阻 力，由于葉輪螺母341和電機軸絲桿322的作用，閉式單向葉輪340沿著電 機軸向向下運4?。?br> 步驟2:閉式單向葉輪340向下運行，直到凈皮葉輪下擋團350頂住(葉 輪下擋圏350通過過盈配合以及電機軸肩323固定在電機軸320上)；
步驟3:在步驟2的同時，葉輪止動卡齒3"也向下插入了電機蓋止動 卡齒222中，此時閉式單向葉輪340無法繼續(xù)向下運行，而周向又被葉輪止動卡齒342和電機蓋止動卡齒222的相互作用卡住，電機卡死；
步驟4:根據同步電機的性質，順時針卡死的永磁轉子310開始反過來 逆時針旋轉；
步驟5:此時閉式單向葉輪340在周向仍被兩個止動卡齒卡死，但在軸 向上閉式單向葉輪340在葉輪螺母341和電機軸絲桿322的作用下開始向上 運行；
步驟6:當葉輪止動卡齒342向上脫離了電才幾蓋止動卡齒222，電機軸絲 桿322傳遞給閉式單向葉輪340的扭矩仍然不足以克服水泵體中水對葉輪葉 片343的阻力，閉式單向葉輪340仍然不能周向轉動；
步驟7:閉式單向葉輪340繼續(xù)向上運行，直到頂住葉輪上擋圏330 (葉 輪上擋圏330通過與電機軸320的過盈配合和電才幾軸端鉚扣321的作用固定 在電機軸320上)。此時閉式單向葉輪340在軸向凈皮葉輪上擋圈330頂住無 法繼續(xù)向上運行；
步驟8:在步驟6、 7的同時，在周向止動卡齒已互相脫離，閉式單向葉 輪340在周向只有氷的阻力。而電機此時已經經過數圖的空轉，速度已經達 到額定的nl，扭矩也達到額定的Tl,足以克服水對葉輪葉片343的阻力。 于是順利帶動閉式單向葉輪340克服水的阻力逆時針旋轉。水泵開始排水。
步驟9:假設步驟1電機軸320沿著順時針旋轉，水泵直接進入步驟7 和8。水泵開始排水。
步驟10:假設步驟9中，沒有提供給電機軸320提供足夠的空運行角度， 使電機沒有達到足以克服氷的阻力的扭矩。閉式單向葉輪340被葉輪上擋圏 330頂住后堵轉。根據同步電機的性質，逆時針卡死的永磁轉子310開始反 過來順時針旋轉。水泵的運行程序進入步驟1-8。
10
權利要求
1、一種實現單向排水的同步排水泵，由繞線組件、鐵芯、電機殼體、泵殼組件以及轉子組件組成。轉子組件由永磁轉子、葉輪等組成。其特征在于，由葉輪(螺母)和電機軸(絲桿)組成的絲桿螺母機構，當電機軸逆時針旋轉時，葉輪沿軸向下降，直到葉輪被葉輪下擋圈擋住，此時葉輪的止轉卡齒插入到電機蓋的止轉卡齒中，限制了電機軸繼續(xù)帶動葉輪一起逆時針旋轉。根據同步電機的特性，此時電機改為順時針旋轉，葉輪沿著軸向開始上升，直到葉輪被葉輪上擋圈擋住，此時葉輪的止轉卡齒脫離了電機蓋的止轉卡齒，電機軸帶動葉輪開始逆時針旋轉。進行排水工作。若把絲桿和螺母的螺紋旋向改變，水泵定向排水的旋向也會隨之逆轉。
2、 根據權利要求1所述的同步排水泵，其特征在于葉輪，這個葉輪的 特征是，葉輪內部沿著回轉軸的中心，有一個螺紋結構，該螺紋結構構成螺 母。其可以是和葉輪一體化注塑的結果，也可以是通過鑲嵌注塑或者壓裝一 個另外的螺母結構的結果。
3、 根據權利要求1所述的同步排水泵，其特征在于電機軸，該電機軸 結構的特征是，為了配合葉輪螺母結構，電機軸上有一個絲軒結構，其可以 是直接在電機軸上機械加工獲得，也可以是單獨的絲桿和軸通過某種緊固配 合而獲得的。這個絲桿的齒寬應小于槽寬，以便獲得較為寬松的配合；這個 絲桿應采用比較打的導程角，以防止絲桿螺母產生自鎖現象。
4、 根據權利要求1所述的同步排水泵，其特征在于葉輪，該葉輪的特 征是，葉輪底部沿著圓周方向，均勻分布止轉卡齒，其形狀可以為鋸齒狀或 者尖錐狀等，齒的數量可以不作限制。
5、 根據權利要求1所述的同步排水泵，其特征在于電機蓋，作為定子 一部分的電機蓋，其特征是，為了配合葉輪的止轉卡齒，在與葉輪對應的圓 周上也均勻分布止轉卡齒。
6、 根據權利要求1所述的同步排水泵，其特征在于葉輪，葉輪的特征 是，采用閉式單向離心水泵結構。
7、 根據權利要求1所述的同步排水泵，其特征在于電機蓋，為了配合 葉輪的單向結構，其特征是，電機蓋與水泵體形成的葉輪腔體外形采用螺旋 線結構。
8、 根據權利要求1所述的同步排水泵，其特征在于水泵體，為了配合 葉輪的單向結構，其特征是，水泵體與電機蓋形成的葉輪腔體外形采用螺旋 線結構。
9、 根據權利要求1所述的同步排水泵，其特征在于電機軸，該電機軸 的特征是為了給葉輪下擋圏定位，靠近絲桿螺紋底部的區(qū)域有一臺肩結構。 為了給葉輪上擋圈定位，在上擋圈裝入軸端后，軸端高出葉輪上擋圏約2mm， 以便采用鉚接或其它方式將葉輪上擋圏緊固。
10、 根據權利要求1所述的同步排水泵，其特征在于葉輪上擋圈，該 葉輪上擋圏的特征是，其與電機軸的配合為緊配合，材質為硬質金屬或塑料 材料。
11、 根據權利要求1所述的同步排水泵，其特征在于葉輪下擋圈，該 葉輪下擋圈的特征是，其與電機軸的配合為緊配合，材質為硬質金屬或塑料 材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型定向同步水泵，通過改變葉輪與電機軸之間的驅動力傳動結構，改變葉輪和定子之間的裝配關系，可以使上述葉輪活動順暢，并且使產生的沖擊最小化，降低噪聲并防止配件受損提高壽命；可以使同步電機的旋轉方向由不可控變?yōu)榭煽兀梢愿淖內~輪的無方向性為有方向性，可以使水泵的排水效率大幅提高的排水泵的發(fā)明。
文檔編號F04D1/00GK101566160SQ20091014341
公開日2009年10月28日 申請日期2009年5月25日 優(yōu)先權日2009年5月25日
發(fā)明者何麗英 申請人:何麗英