[发明专利]一种高效率磁力耦合悬浮泵

说明书

一种高效率磁力耦合悬浮泵。本发明公开了一种高效率磁力耦合磁悬浮泵，由定子本体和含有转子的蜗壳组成。工作时，转子在磁场力的作用下完全悬浮，转动时与定子无任何机械摩擦或剪切，无需任何动密封，避免了泄露和污染，可靠性高。定子本体和蜗壳可以设计为分离的，方便在需要时更换。本发明的电机输出功几乎全部用于驱动流体，整机效率非常高。本发明特别适合于血液、蛋白质大分子药物、超净原料、燃料等敏感流体的输送，适用于人工心脏等植入式医疗器械，核能特种泵，航空航天等领域。

技术领域

本申请涉及磁悬浮和泵领域，尤其涉及一种用于流体输送的高效率磁力耦合悬浮泵。

背景技术

泵是流体输送的基础装置。传统泵一般由电机、转轴、轴的动密封装置和固定于转轴端部的叶轮、蜗壳等部件构成。在使用过程中动密封装置存在对流体的摩擦剪切、泄漏、污染、失效等难题。在输送血液、蛋白质大分子药物、超净原料、燃料等敏感流体时，轴承摩擦剪切会损伤流体有效成分。在人工心脏、核能、太空领域，密封失效导致的泄露和污染更是不可接受的。

有鉴于现有技术的不足，本发明公开了一种磁力耦合悬浮泵，具有很高的驱动效率，运转时转子与定子没有任何机械接触，完全避免了轴承的摩擦剪切，不需要任何动密封，有效的避免了泄露和污染，可靠性高。

发明内容

本发明公开的磁力耦合悬浮泵由定子本体和含有转子的蜗壳组成。定子本体内含有磁悬浮定子组件和磁力耦合器定子组件，转子内含有磁悬浮转子组件和磁力耦合器转子组件，磁悬浮定子组件和磁悬浮转子组件构成磁悬浮组件，磁力耦合器定子组件和磁力耦合器转子组件构成磁力耦合器组件。磁悬浮组件沿周向产生径向单一磁极和磁场，磁力耦合器组件沿周向产生径向周期磁极和磁场。磁悬浮组件和磁力耦合器组件使得转子在定子本体的蜗壳内完全悬浮和旋转，转子上设置有随转子一起转动的叶轮，蜗壳上设置有流体入口和流体出口，流体在蜗壳内流动时，充斥在蜗壳内壁和转子之间的空间，被旋转的转子上的叶轮推动。

本发明公开的磁力耦合悬浮泵在工作时，磁悬浮组件通过磁场的相互作用力，为转子提供5个自由的稳定控制。这5个自由度中，转子的2个倾斜自由度、1个轴向位移自由度是被动稳定的，而径向的2个自由度是主动控制稳定的。为了实现径向2个自由度的转子位置的主动控制，磁悬浮定子组件中含有转子位置传感器，实时监测转子的位移，控制电路根据转子位移在磁悬浮定子组件的线圈中产生电流，实现稳定可控的转子磁悬浮。控制电路有零功耗控制和周期零功耗控制算法，降低了磁悬浮的功耗。磁力耦合器组件通过磁场的相互作用力矩，为转子提供旋转所需的转矩。

在转子旋转时，转子所有的6个自由度都在磁悬浮和电机的控制下，在定子本体及蜗壳中设定位置范围内转动，带动叶轮一起转动，推动蜗壳中的流体运动。转子和叶轮完全且仅仅浸入在蜗壳内的流体中，转动时转子及叶轮等部件和定子本体各部件之间没有任何摩擦，完全避免了任何动密封结构。

蜗壳与定子本体可设计为可分离的，在需要时可以方便的更换蜗壳，方便使用，节省成本。

转子在稳定旋转时，磁悬浮的功耗非常低。磁力耦合器在传递转矩的过程中，没有能量损失。因此，电机输出功几乎全部用于驱动流体，整机效率非常高。

可选地，磁力耦合器定子组件也可以用绕有多相线圈的电机定子绕组代替，以满足特殊情况的需求。

附图说明

图 1 整体结构

图 2 部件

图 3 整体剖面

图 4 转子

图 5 定子

图 6 转子和定子

图 7 磁悬浮组件

图 8 磁悬浮组件的多种实施方案

图 9 磁力耦合器组件

具体实施方式