阅读说明：本技术 电芯泵 (Battery cell pump ) 是由 曾喜平 王清纯 李德英 王蔚峰 于 2020-06-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种电芯泵。电芯泵的泵芯安装在原动机管轴内,使泵与原动机融为一体；原动机管轴旋转机械能直接传递给了流体,无中间传递环节。电芯泵泵芯的外部是圆管、内部是泵叶、中心是细杆；泵叶是沿外部圆管和中心细杆均匀分布的三条或多条连续等节距的螺旋叶片,其螺旋升角为45±15°；泵叶外轮廓为梭形(枣核形),即中间为圆柱型、两端为圆锥形。电芯泵流体进口处有导流器,流体出口处有整流器。电芯泵杜绝了无用功耗,不存在基础能耗,有变废为宝的功能。电芯泵流体输送系统效率可达80％以上,大大降低了流体输送系统能耗,减少了流体输送设备制造成本,节省了流体输送设备安装空间。(The invention discloses a battery cell pump. The pump core of the battery core pump is arranged in the shaft of the prime motor, so that the pump and the prime motor are integrated; the rotating mechanical energy of the tubular shaft of the prime motor is directly transmitted to the fluid without an intermediate transmission link. The outer part of the pump core of the battery cell pump is a circular tube, the inner part of the pump core is a pump blade, and the center of the pump core is a thin rod; the pump blade is three or more continuous spiral blades with equal pitch which are uniformly distributed along the outer circular tube and the central thin rod, and the helix angle of the pump blade is 45 +/-15 degrees; the outer contour of the pump blade is fusiform (jujube core shape), namely the middle is cylindrical and the two ends are conical. A fluid director is arranged at a fluid inlet of the battery cell pump, and a rectifier is arranged at a fluid outlet. The battery cell pump avoids useless power consumption, does not have basic energy consumption, and has the function of changing waste into valuables. The efficiency of the battery cell pump fluid conveying system can reach more than 80%, the energy consumption of the fluid conveying system is greatly reduced, the manufacturing cost of the fluid conveying equipment is reduced, and the installation space of the fluid conveying equipment is saved.)

电芯泵

技术领域

本发明涉及一种电力驱动泵，属于电力驱动和流体机械有机融合的综合性技术领域。

背景技术

泵是一种输送液体的流体机械，它把原动机的机械能或其他能源的能量传递给液体，使液体的能量(位能、压力能或动能)增加。

传统的泵必须与原动机一起工作，泵和原动机是分体的、各自独立的；泵体内流体流通面积、流向、流速、压力往往均存在剧变现象，泵体内流体流动主要是紊流或涡流，基本上无层流；制造工艺复杂，体积大、成本高、效率低(通常效率只有30％～60％)。

现有新型空心螺旋泵，是将空心螺旋叶片(或叶轮)安装在电机轴内，一方面，在泵进口及出口处，流体流向、流速、压力均发生突变，易产生冲击和噪音；另一方面，空心螺旋叶片(或叶轮)受力不均，使用寿命较短、效率不高；再其次，螺旋叶片(叶轮)中心是空的，旋转速度过高或过低，流体均会从中心回流，出现内泄现象。故现有新型空心螺旋泵，仍存在成本偏高、噪音偏大、效率不高等问题。

已有专利(公开号：CN1030967A，申请号：88104722.8)涉及具有气缸和位于气缸内的回转杆的液体压缩机。在此回转杆的外周面上形成螺旋形槽，具有和螺旋状槽相适合的螺旋状叶片，此叶片把由气缸内周面和回转杆外周面形成的空间分隔成多个动作室，此动作室的体积随着从气缸一端运离而慢慢减少，因此，在气缸和回转杆作相对回转时，从气缸一端导入的流体在动作室内被移向气缸的另一端。由此可知：该装置螺旋状叶片的节距不等距、是逐变的；各动作室的容积也是逐变的，即从气缸的吸入侧至排除侧动作室容积慢慢变小；气缸和回转杆作相对回转时，其内的流体经多个动作室逐渐压缩后，形成高压流体，从而去驱动其他机械工作。该装置的目的是提供一种动力装置，即压缩机，而不是用来输送液体的，也无法用来输送液体(流量小)，故泵的基本功用该装置不具备。

已有专利(公开号：CN103807207A，申请号：201210436592.2)涉及一种新型结构的感应空心螺旋推动装置。它采用一体化螺旋环在电机空心转子内部对被推物添加到输入口内做功移动，从而提高了被推物的流动容积和保证行程平稳。螺旋环是采用空心无轴多圈多环的管状结构，被直接感应驱动，而且密封的壳体与外部完全隔离，即取消了隔离物和轴的摩擦，以及驱动和转子间的摩擦，即减少了噪音。可直接对被推物环境同时具有自我感应调整转速和正反转能力，使整体推动推动效率超过现有泵、螺旋桨、风扇、螺旋空压设备和螺旋挖掘设备。由此可知：该装置螺旋环是空心无轴多圈多环的管状结构；螺旋环空心无轴，旋转速度过高或过低，流体(被推物)均会从中心回流，出现内泄现象，其效率会显著降低；螺旋环为多圈多环的管状结构，输入口流体(被推物)的流向、流速、压力与螺旋环内不同，故流体(被推物)会对螺旋环前环(靠近输入口端的一环)产生剧烈冲击，其效率会降低；螺旋环为多圈多环的管状结构，输出口流体(被推物)压能几乎全部是由螺旋环后环(靠近输出口端的一环)提供，故螺旋环实际受力极不均匀，缩短了使用寿命。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种高效泵——电芯泵，以解决提高流体输送系统效率，降低流体输送系统能耗，减少流体输送设备制造成本，节省流体输送设备安装空间等技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：

电芯泵结构：电芯泵是由导流器1、泵端盖2、泵壳3、定子4、转子5、轴承6、整流器7、固定环8、密封圈Ⅰ9、密封圈Ⅱ10、泵芯11、管轴12等组成。导流器1通过紧固螺钉和支口固定在泵端盖2上；其上有观察窗，观察窗中心下方设有指针，通过指针偏摆方向来判断泵的运转方向。泵端盖2通过紧固螺钉和支口固定在泵壳3上。泵壳3是电芯泵的外壳，对泵内各个零部件起支撑保护作用；泵壳3上设有电缆接线盒，接线盒里有接线柱，接线柱与定子4各相绕组的电线连接。定子4固定在泵壳3内，由定子铁心及定子绕组成，其作用是产生旋转磁场。转子5固定在管轴12上，由转子铁心及转子绕组成，其作用是将定子4产生的旋转磁场转换为转子的旋转机械能。轴承6固定并定位在泵端盖2内，用于支撑管轴12，保证管轴12正常旋转。整流器7与导流器1结构类似。固定环8将泵芯11固定于管轴12上，使泵芯11与管轴12一起旋转。密封圈Ⅰ9和密封圈Ⅱ10安装在导流器1、整流器7与管轴12之间，起密封保护作用，把泵芯11内的流体与电芯泵的定子4和转子5隔开，防止流体渗漏到定子4和转子5内，引发电气短路等故障。泵芯11是电芯泵的核心部件，泵芯11的作用是将转子5产生的旋转机械能转换成流体的压力能(为主)和动能；泵芯11的外部是圆形管，泵芯11叶片为螺旋叶片，外轮廓为梭形(枣核形)，中心有细杆；泵芯11通过固定环8将其固定在管轴12内，与管轴12一起旋转。管轴12是中空的，其内孔安装泵芯11，其外圆两边由轴承6支撑，其外圆中间段与转子5固定，并随同转子一起旋转。

电芯泵工作原理：当电芯泵定子4绕组通入电流时，便在定子4内圆空间产生旋转磁场，旋转磁场切割静止的转子5绕组导体，在转子5绕组导体内产生感应电势。由于转子5绕组导体被端环短接，在感应电势作用下，转子5绕组导体里便有电流流过。若不考虑电势与电流之间的相位关系，可以认为电流的方向与电势的方向相同。转子5绕组导体内的电流与定子4产生的旋转磁场相互作用，便产生作用于转子5绕组导体的电磁力，这个电磁力使转子5沿着定子4旋转磁场方向旋转。转子5与定子4旋转磁场之间必须有相对运动，其相对运动速度的百分率即为转差率，一般为2％～6％。因电芯泵的泵芯11与管轴12是固定在一起的，所以转子5旋转时直接带动泵芯11一起旋转，泵芯11内的泵叶直接将旋转机械能传递给泵芯11内的流体，使流体获得应有的压力能(为主)和动能。

本发明具有如下优点：

(1)泵与原动机融为一体。电芯泵是将泵芯11固定在原动机管轴12内，原动机管轴12旋转机械能直接传递给了流体，无中间传递环节，电芯泵效率一般可达80％以上。

(2)泵芯11的外部是圆管、内部是泵叶、中心是细杆。泵叶是沿外部圆管和中心细杆均匀分布的三条或多条连续等节距的螺旋叶片，其螺旋升角为45±15°；泵叶外轮廓为梭形(枣核形)，即中间为圆柱型、两端为圆锥形。圆管、泵叶、细杆组成了电芯泵的泵芯11，如原动机功率不变(外形安装尺寸不变)，通过改变螺旋叶片的螺旋升角，即可得到不同型号的泵芯11，从而获得不同性能参数(流量、扬程)。

(3)泵芯11的泵叶是沿外部圆管和中心细杆均匀分布的三条或多条连续等节距的螺旋叶片，故稳定性高，动平衡性能非常好；泵叶外轮廓为梭形(枣核形)，则不同导程位置上的泵叶受力基本相同，且不会产生冲击。

(4)电芯泵流体进口处设有导流器1。导流器1内为锥孔，即靠近泵芯11一端的孔径小，远离泵芯11一端的孔径大，沿锥孔内壁均匀固定分布三片(或多片)导流螺旋叶，其收缩角度与导流器1锥孔角度相同，其螺旋方向与泵芯11相同，其与中心轴线的夹角是泵芯11螺旋升角的1/3～1/2。流体输送时，其外管管径均按经济比摩阻设计，外管内流体流速一般都低于泵芯11内流体流速的一半；外管内流体流向与泵中心轴线同向，而泵芯11内的流体因受螺旋叶片的作用，其实际流向已发生偏转，偏转角小于螺旋叶片的螺旋升角。鉴于此，导流器1作用是：对即将进入泵芯11的流体预先进行增速、降压、导流，使其流速和流向趋近泵芯11中央的流体流速和流向，避免了流体流速和流向在泵体内发生突变，最大限度防止了泵体内产生紊流和涡流，减少了冲击、降低了噪音；降压有利于泵芯11将旋转机械能转换成流体的压力能。

(5)泵芯11进口端圆锥形螺旋叶片。对进入泵芯11的流体再次进行增速、降压、导流，使其流速、流向与泵芯11中央的流体流速、流向趋于一致，避免了流体流速和流向在泵芯11内发生突变，最大限度防止了泵芯11产生紊流和涡流，减少了冲击、降低了噪音；降压有利于泵芯11将旋转机械能高效转换成流体的压力能。

(6)泵芯11出口端圆锥形螺旋叶片。对出离泵芯11的流体预先进行减速、升压、整流，使其流速和流向趋近整流器7内的流体流速和流向，避免了流体流速和流向在整流器7内发生突变，最大限度防止了整流器7产生紊流和涡流，减少了冲击、降低了噪音；升压有利于整流器7将部分动能转换成流体的压力能。

(7)泵芯11中心细杆。可使螺旋叶片精确定位；保证运行时螺旋叶片不变形；不论旋转速度高或低，均能确保流体不回流，即可确保无内泄现象；因有中心细杆，泵芯11内流道空间被均匀隔开，最大限度确保泵芯11内流体流动层流化。

(8)电芯泵流体出口处设有整流器7。整流器7内为锥孔，即靠近泵芯11一端的孔径小，远离泵芯11一端的孔径大，沿锥孔内壁均匀固定分布三块(或多块)整流螺旋叶，其扩张角度与整流器7锥孔角度相同，其螺旋方向与泵芯11相同，其与中心轴线的夹角是泵芯11螺旋升角的1/3～1/2。流体输送时，其外管管径均按经济比摩阻设计，外管内流体流速一般都低于泵芯11内流体流速的一半；外管内流体流向与泵中心轴线同向，而泵芯11内的流体因受螺旋叶片的作用，其实际流向已发生偏转，偏转角小于螺旋叶片的螺旋升角。鉴于此，整流器1作用是：对出离泵芯11的流体再次进行减速、升压、整流，使其流速和流向与外管中的流体流速、流向趋于一致，避免了流体流速和流向在泵出口处发生突变，最大限度防止了泵出口处产生紊流和涡流，减少了冲击、降低了噪音；升压有利于整流器7将部分动能转换成流体的压力能。

(9)杜绝了无用功耗。电芯泵的进出口在一条直线上，两端分别是导流器1和整流器7，通过其上的法兰盘，可直接将电芯泵安装于流体主管道上，无需额外引接或拐弯安装，故不存在无用功耗，同时也节省了安装空间。

(10)不存在基础能耗、有“变废为宝”的功能。电芯泵的泵芯11安装在原动机管轴12中，原动机铁损和磁损产生的热量，可由流过泵芯11中的流体带走，无需专用风扇对原动机冷却降温，故不存在基础能耗。对集中供热系统而言，原动机铁损和磁损产生的热量，原本已浪费，但采用电芯泵，这部分浪费的热量可有效回收至供热系统中，故其有“变废为宝”的功能。

附图说明

图1是本发明电芯泵总装示意图。

图2是本发明电芯泵(螺梭)泵芯示意图。

图3是本发明电芯泵导流器(整流器)示意图。

图中编号：1.导流器，2.泵端盖，3.泵壳，4.定子，5.转子，6.轴承，7.整流器，8.固定环，9.密封圈Ⅰ，10.密封圈Ⅱ，11.泵芯，12.管轴。

具体实施方式

本发明的具体结构参见附图1、附图2、附图3。附图的提供仅是为了更好的理解本发明，它们而不应该理解成对本发明的限制。

参见图1所示电芯泵的结构

导流器1通过紧固螺钉和支口固定在泵端盖2上；其上有观察窗，观察窗中心下方设有指针，通过指针偏摆方向来判断泵的运转方向，参见图3。

泵端盖2通过紧固螺钉和支口固定在泵壳3上。

泵壳3是电芯泵的外壳，对泵内各个零部件起支撑保护作用；泵壳3上设有电缆接线盒，接线盒里有接线柱，接线柱与定子4各相绕组的电线连接。

定子4固定在泵壳3内，由定子铁心及定子绕组成，其作用是产生旋转磁场。

转子5固定在管轴12上，由转子铁心及转子绕组成，其作用是将定子4产生的旋转磁场转换为转子的旋转机械能。

轴承6固定并定位在泵端盖2内，用于支撑管轴12，保证管轴12正常旋转。

整流器7与导流器1结构类似，参见图3。

固定环8将泵芯11固定于管轴12上，使泵芯11与管轴12一起旋转。

密封圈Ⅰ9和密封圈Ⅱ10安装在导流器1、整流器7与管轴12之间，起密封保护作用，把泵芯11内的流体与电芯泵的定子4和转子5隔开，防止流体渗漏到定子4和转子5内，引发电气短路等故障。

泵芯11是电芯泵的核心部件，泵芯11的作用是将转子5产生的旋转机械能转换成流体的压力能(为主)和动能；泵芯11的外部是圆形管，泵芯11叶片为螺旋叶片，外轮廓为梭形(枣核形)，中心有细杆；泵芯11通过固定环8将其固定在管轴12内，与管轴12一起旋转，参见图2。

管轴12是中空的，其内孔安装泵芯11，其外圆两边由轴承6支撑，其外圆中间段与转子5固定，并随同转子一起旋转。

下面结合附图对本发明工作原理进行详细描述。

当电芯泵定子4绕组通入电流时，便在定子4内圆空间产生旋转磁场，图1左向右看为逆时针旋转，旋转磁场切割静止的转子5绕组导体，在转子5绕组导体内产生感应电势，电势的方向由右手定则确定，图1上部转子5绕组导体电势左高右低、下部转子5绕组导体电势右高左低。由于转子5绕组导体被端环短接，在感应电势作用下，转子5绕组导体里便有闭环电流流过，若不考虑电势与电流之间的相位关系，可以认为转子5绕组导体中的电流的方向与电势的方向相同，图1转子5绕组导体中的电流方向为顺时针。转子5绕组导体中的电流与定子4产生的旋转磁场相互作用，便产生作用于转子5绕组导体的电磁力，其方向由左手定则决定，图1上部转子5绕组导体电磁力方向由外指向里、下部转子5绕组导体电磁力方向由里指向外。这个电磁力使转子5沿着定子4旋转磁场方向旋转，即左向右看逆时针旋转。转子5与定子4旋转磁场之间必须有相对运动，其相对运动速度的百分率即为转差率，一般为2％～6％。电芯泵的泵芯11固定在管轴12内，与管轴12一起旋转，泵芯11内部的螺旋泵叶与其外部的圆形管是固定连接的，故电芯泵转子5旋转时直接带动泵芯11一起旋转，图1泵芯11内的螺旋泵叶是三条右旋螺旋叶片，逆时针旋转时，泵芯11内的液体在三条右旋螺旋叶片的作用下，从泵的左端进口流至右端出口，这样，电芯泵管轴12旋转机械能就转换成流体应有的压力能(为主)和动能。

本发明可应用于集中供热系统的循环泵、补水泵；中央空调系统的冷冻泵、冷却泵、补水泵；自来水系统的给水泵；排污系统的排污泵；石油石化系统的输送泵等。