專利名稱：機電一體化光伏直流大功率潛水泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械領(lǐng)域，尤其涉及流體機械，特別涉及直流潛水泵，具體的是ー種機電ー體化光伏直流大功率潛水泵。
背景技術(shù)：
農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中，經(jīng)常需要利用潛水泵提取水流。水泵由電機驅(qū)動，因此需要有電源。但是，野外經(jīng)常不具備電源條件，因此現(xiàn)有技術(shù)中采用內(nèi)燃機直接帶動水泵，或者由內(nèi)燃機帶動發(fā)電機發(fā)電。內(nèi)燃機中燃料容量有限，不能維持長期運行，工作噪聲大，廢氣污染環(huán)境，需要人員值守。盡管野外可以利用太陽能電池發(fā)電，但是，太陽能電池輸出的是直流電，如果使用交流電機驅(qū)動的水泵，需要在系統(tǒng)中添加逆變器來實現(xiàn)直流電到交流電的轉(zhuǎn)換，這樣會產(chǎn)生10% 15%的功率損耗。而使用直流電機驅(qū)動的水泵，在實現(xiàn)較大功率吋，電機會過熱，造成故障。尤其是驅(qū)動潛水泵的直流電機工作于水下環(huán)境時需要密封，電機運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱量更不易散發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種機電一體化光伏直流大功率潛水泵，所述的這種機電一體化光伏直流大功率潛水泵要解決現(xiàn)有技術(shù)中電源條件不利潛水泵在野外工作的技術(shù)問題。本發(fā)明的這種機電一體化光伏直流大功率潛水泵包括一個潛水泵、一個直流電機、一個太陽能電源組件和一個控制器，所述的潛水泵包括有ー個泵體、一個泵軸、一組離心式葉輪，所述的離心式葉輪設(shè)置在所述的泵軸上，泵軸通過軸承設(shè)置在泵體內(nèi)，泵體的下端設(shè)置有吸入ロ，泵體的上端設(shè)置有排出ロ，所述的直流電機由定子、轉(zhuǎn)子、輸入電纜、前軸承座和后軸承座構(gòu)成，所述的定子呈筒形，定子由機殼和線圈繞組構(gòu)成，所述的線圈繞組繞制在鐵芯上并設(shè)置在機殼的內(nèi)圓周上，所述的輸入電纜與線圈繞組連接，所述的轉(zhuǎn)子設(shè)置在定子內(nèi)，所述的前軸承座和后軸承座分別固定連接在定子的兩端，所述的轉(zhuǎn)子包括有一個轉(zhuǎn)子軸，所述的轉(zhuǎn)子軸的兩端分別通過軸承設(shè)置在前軸承座和后軸承座中，所述的太陽能電源組件由太陽能電池板通過串并聯(lián)組成。其中，電機的上端與泵體的下端固定連接，轉(zhuǎn)子軸的上端通過聯(lián)軸器與泵軸的下端連接，所述的控制器與太陽能電源組件的輸出端和直流電機的輸入電纜連接，控制器上還連接有水位傳感器。進ー步的，直流電機的機殼內(nèi)壁上沿圓周向固定設(shè)置有一個定子密封絕緣層，所述的線圈繞組和鐵芯均設(shè)置在所述的定子密封絕緣層內(nèi)，定子密封絕緣層包圍線圈繞組和鐵芯并填充線圈繞組、鐵芯與機殼內(nèi)壁之間的間隙，所述的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子軸、轉(zhuǎn)子軛、轉(zhuǎn)子套和兩片以上數(shù)目的磁鋼構(gòu)成，所述的轉(zhuǎn)子軸設(shè)置在轉(zhuǎn)子軛的軸心上，所述的磁鋼沿圓周向轉(zhuǎn)等角度分布在轉(zhuǎn)子軛的外圓周上，所述的轉(zhuǎn)子套與轉(zhuǎn)子軛同軸并固定套設(shè)在磁鋼外，轉(zhuǎn)子套與轉(zhuǎn)子軛的間隙之間、任意相鄰的兩個磁鋼之間均填充有轉(zhuǎn)子密封絕緣體，轉(zhuǎn)子套、轉(zhuǎn)子軛和磁鋼的兩端端面上均覆蓋有轉(zhuǎn)子密封絕緣層。進ー步的，轉(zhuǎn)子軸的兩端的軸承均由石墨軸承構(gòu)成，所述的石墨軸承的內(nèi)圓周壁中設(shè)置有兩條以上數(shù)目的凹槽，任意一條所述的凹槽均從石墨軸承的一端端面延伸到石墨軸承的另一端端面，任意一條凹槽均各自位于ー個平面中，任意一個所述的平面均與石墨軸承的軸向均構(gòu)成ー個夾角，全部夾角的角度相等，所述的凹槽沿石墨軸承的內(nèi)圓周方向等分分布。進ー步的，所述的定子密封絕緣層由陶瓷體、或者樹脂體、或者金屬覆蓋層構(gòu)成。進ー步的，所述的轉(zhuǎn)子密封絕緣體由陶瓷體、或者樹脂體構(gòu)成，所述的轉(zhuǎn)子密封絕緣層由陶瓷體、或者樹脂體、或者金屬覆蓋層構(gòu)成。進ー步的，所述的轉(zhuǎn)子軸的后端設(shè)置有ー個滑板，所述的后軸承座中設(shè)置有ー個止推軸承。進ー步的，所述的前軸承座中偏離軸孔的位置上設(shè)置有ー個導(dǎo)線過孔，所述的線圈繞組與一根導(dǎo)線連接，所述的導(dǎo)線的一端從定子密封絕緣層的端面中向外延伸并穿過所述的導(dǎo)線過孔。 進ー步的，所述的后軸承座中偏離軸孔的位置上設(shè)置有ー個過水孔。進ー步的，所述的石墨軸承的內(nèi)圓周壁中設(shè)置有三條所述的凹槽。進ー步的，所述的直流電機采用無刷無位置傳感器永磁直流電機。進ー步的，所述的控制器中包括有單片機，所述的單片機的輸入輸出接ロ與水位傳感器連接，單片機的輸入輸出接口上連接有繼電器。本發(fā)明的工作原理是潛水泵和直流電機設(shè)置在水井中、水面以下，控制器從太陽能電源組件中獲得直流電，驅(qū)動直流電機，離心式葉輪旋轉(zhuǎn)，液體隨葉片一起旋轉(zhuǎn)，在離心力的作用下，飛離葉輪向外射出，射出的液體在泵殼擴散室內(nèi)速度變慢，壓カ増加，然后從泵體排出ロ流出。在葉片中心處，由于液體被甩向周圍而形成既沒有空氣又沒有液體的低壓區(qū)，水井中的水體在池面大氣壓的作用下，經(jīng)吸入管流入泵內(nèi)，連續(xù)不斷地從水井中被抽吸上來。直流電機中的定子在控制器的驅(qū)動下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場中產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。工作于水下環(huán)境時，水流從前軸承座進入定子和轉(zhuǎn)子之間的間隙，并從后軸承座排出，水流與石墨軸承之間產(chǎn)生潤滑作用，并且?guī)ё叨ㄗ雍娃D(zhuǎn)子中產(chǎn)生的熱量。定子密封絕緣層防止水流進入線圈繞組和鐵芯，實現(xiàn)定子的密封絕緣。轉(zhuǎn)子密封絕緣體和轉(zhuǎn)子密封絕緣層防止水流進入轉(zhuǎn)子套內(nèi)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的密封絕緣。轉(zhuǎn)子軸后端的滑板和后軸承座中的止推軸承配合，可消除轉(zhuǎn)子軸受到的軸向力。石墨軸承與轉(zhuǎn)子軸在相對旋轉(zhuǎn)過程中，石墨軸承與轉(zhuǎn)子軸的間隙之間產(chǎn)生水膜，實現(xiàn)水潤滑。同時，石墨軸承與轉(zhuǎn)子軸的間隙內(nèi)的水被凹槽推動，從石墨軸承的一端排出，從而形成水流，可將直流電機內(nèi)部的熱量帶出。本發(fā)明和已有技術(shù)相比較，其效果是積極和明顯的。本發(fā)明利用控制器可實現(xiàn)直流電機的自動過流保護，實現(xiàn)MPPT太陽能電池最大功率追蹤，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速異常保護，實現(xiàn)水泵干打保護，實現(xiàn)雙水位檢測并自停，防止管路回水重啟功能，還可實現(xiàn)防雷保護。直流電機采用永磁無刷無位置傳感器結(jié)構(gòu)，定子和轉(zhuǎn)子分別塑封后，利用水流實現(xiàn)冷卻，采用石墨軸承實現(xiàn)水潤滑，解決了發(fā)熱問題，電機功率可提升到3000W或者更高。本發(fā)明無噪聲、全自動、高可靠，供水量與蒸發(fā)量適配性好，最大流量可達22噸/每小時以上，最大揚程250M,可全天候無人值守運行。


圖I是本發(fā)明的機電一體化光伏直流大功率潛水泵的ー個實施例的示意圖。圖2是本發(fā)明的機電一體化光伏直流大功率潛水泵中的直流電機的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的機電一體化光伏直流大功率潛水泵中的直流電機中的轉(zhuǎn)子的軸向剖面示意圖。圖4是本發(fā)明的機電一體化光伏直流大功率潛水泵中的直流電機中的轉(zhuǎn)子的徑向剖面示意圖。圖5是本發(fā)明的機電一體化光伏直流大功率潛水泵中的直流電機中的石墨軸承用作前軸承的實施例的軸向結(jié)構(gòu)示意圖。圖6是本發(fā)明的機電一體化光伏直流大功率潛水泵中的直流電機中的石墨軸承用作前軸承的實施例的徑向結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本發(fā)明的機電一體化光伏直流大功率潛水泵中的直流電機中的石墨軸承用作后軸承的實施例的軸向結(jié)構(gòu)示意圖。圖8本發(fā)明的機電一體化光伏直流大功率潛水泵中的直流電機中的石墨軸承用
作后軸承的實施例的徑向結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式 實施例I:
如圖I、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7和圖8所示，本發(fā)明的機電一體化光伏直流大功率潛水泵包括ー個潛水泵100、ー個直流電機200、一個太陽能電源組件300和一個控制器400，所述的潛水泵100包括有ー個泵體、一個泵軸(圖中未示)、一組離心式葉輪(圖中未示)，所述的離心式葉輪設(shè)置在所述的泵軸上，泵軸通過軸承設(shè)置在泵體內(nèi)，泵體的下端設(shè)置有吸入ロ 101，泵體的上端設(shè)置有排出ロ，所述的太陽能電源組件300由太陽能電池板通過串并聯(lián)組成(圖中未示)。其中，直流電機200的機殼205的上端與泵體的下端固定連接，直流電機200中轉(zhuǎn)子軸209的上端通過聯(lián)軸器與泵軸的下端連接，所述的控制器400與太陽能電源組件300的輸出端和直流電機200的輸入電纜連接，控制器400上還連接有水位傳感器500。進ー步的，直流電機200由定子201、轉(zhuǎn)子202、前軸承座203和后軸承座204構(gòu)成，所述的定子201呈筒形，定子201由機殼205和線圈繞組206構(gòu)成，所述的線圈繞組206繞制在鐵芯207上并設(shè)置在機殼205的內(nèi)圓周上，所述的轉(zhuǎn)子202設(shè)置在定子201內(nèi)，其中，所述的機殼205的內(nèi)壁上沿圓周向固定設(shè)置有一個定子密封絕緣層208，所述的線圈繞組206和鐵芯207均設(shè)置在所述的定子密封絕緣層208內(nèi)，定子密封絕緣層208包圍線圈繞組206和鐵芯207并填充線圈繞組206、鐵芯207與機殼205內(nèi)壁之間的間隙，所述的轉(zhuǎn)子202由轉(zhuǎn)子軸209、轉(zhuǎn)子軛210、轉(zhuǎn)子套211和兩片以上數(shù)目的磁鋼212構(gòu)成，所述的轉(zhuǎn)子軸209設(shè)置在轉(zhuǎn)子軛210的軸心上，所述的磁鋼212沿圓周向轉(zhuǎn)等角度分布在轉(zhuǎn)子軛210的外圓周上，所述的轉(zhuǎn)子套211與轉(zhuǎn)子軛210同軸并固定套設(shè)在磁鋼212タト，轉(zhuǎn)子套211與轉(zhuǎn)子軛210的間隙之間、任意相鄰的兩個磁鋼212之間均填充有轉(zhuǎn)子密封絕緣體213，轉(zhuǎn)子套211、轉(zhuǎn)子軛210和磁鋼212的兩端端面上均覆蓋有轉(zhuǎn)子密封絕緣層214，所述的前軸承座203和后軸承座204分別固定連接在定子201的兩端，轉(zhuǎn)子軸209的兩端分別通過軸承215設(shè)置在前軸承座203和后軸承座204中。進ー步的，所述的定子密封絕緣層208由陶瓷體、或者樹脂體、或者金屬覆蓋層構(gòu)成。進ー步的，所述的轉(zhuǎn)子密封絕緣體213由陶瓷體、或者樹脂體構(gòu)成，所述的轉(zhuǎn)子密封絕緣層214由陶瓷體、或者樹脂體、或者金屬覆蓋層構(gòu)成。
進ー步的,所述的轉(zhuǎn)子軸209的后端設(shè)置有一個滑板216,所述的后軸承座204中設(shè)置有ー個止推軸承217。進ー步的，所述的前軸承座203中偏離軸孔的位置上設(shè)置有ー個導(dǎo)線過孔218，所述的線圈繞組206與一根導(dǎo)線219連接，所述的導(dǎo)線219的一端從定子密封絕緣層208的端面中向外延伸并穿過所述的導(dǎo)線過孔218。進ー步的,所述的后軸承座204中偏離軸孔的位置上設(shè)置有ー個過水孔220。進ー步的，轉(zhuǎn)子軸209的兩端的軸承均由石墨軸承構(gòu)成，石墨軸承的內(nèi)圓周壁中設(shè)置有兩條以上數(shù)目的凹槽221，任意一條所述的凹槽221均從石墨軸承的一端端面延伸到石墨軸承的另一端端面，任意一條凹槽221均各自位于ー個平面中，任意一個所述的平面均與石墨軸承的軸向均構(gòu)成ー個夾角a，全部夾角a的角度相等，所述的凹槽221沿石 墨軸承的內(nèi)圓周方向等分分布。進ー步的，所述的石墨軸承的內(nèi)圓周壁中設(shè)置有三條所述的凹槽221。進ー步的，任意一個所述的夾角a的角度均在5度到45度之間。進ー步的，任意一個所述的夾角a的角度均為30度。進ー步的，所述的直流電機200采用無刷無位置傳感器永磁直流電機200。進ー步的，所述的控制器400中包括有單片機(圖中未示)，所述的單片機的輸入輸出接ロ與水位傳感器500連接，單片機的輸入輸出接口上連接有繼電器(圖中未示)。本實施例的工作原理是潛水泵100和直流電機200設(shè)置在水井中、水面以下，控制器400從太陽能電源組件300中獲得直流電，驅(qū)動直流電機200，離心式葉輪旋轉(zhuǎn)，液體隨葉片一起旋轉(zhuǎn)，在離心カ的作用下，飛離葉輪向外射出，射出的液體在泵殼擴散室內(nèi)速度變慢，壓カ増加，然后從泵體排出ロ流出。在葉片中心處，由于液體被甩向周圍而形成既沒有空氣又沒有液體的低壓區(qū)，水井中的水體在池面大氣壓的作用下，經(jīng)吸入管流入泵內(nèi)，連續(xù)不斷地從水井中被抽吸上來。在沒有太陽光的情況下，直流電機200可利用蓄電池的電能工作。在有太陽光的情況下，太陽能光伏電池通過充電器對蓄電池充電。直流電機200中的定子201在控制器400的驅(qū)動下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子202在旋轉(zhuǎn)磁場中產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。工作于水下環(huán)境時，水流從前軸承座203進入定子201和轉(zhuǎn)子202之間的間隙，并從后軸承座204排出，水流與石墨軸承之間產(chǎn)生潤滑作用，并且?guī)ё叨ㄗ?01和轉(zhuǎn)子202中產(chǎn)生的熱量。定子密封絕緣層208防止水流進入線圈繞組206和鐵芯207，實現(xiàn)定子201的密封絕緣。轉(zhuǎn)子密封絕緣體213和轉(zhuǎn)子密封絕緣層214防止水流進入轉(zhuǎn)子套211內(nèi)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子202的密封絕緣。轉(zhuǎn)子軸209后端的滑板216和后軸承座204中的止推軸承217配合，可消除轉(zhuǎn)子軸209受到的軸向力。石墨軸承與轉(zhuǎn)子軸209在相對旋轉(zhuǎn)過程中，石墨軸承與轉(zhuǎn)子軸209的間隙之間產(chǎn)生水膜，實現(xiàn)水潤滑。同時，石墨軸承與轉(zhuǎn)子軸209的間隙內(nèi)的水被凹槽221推動，從石墨軸承的一端排出，從而形成水流，可將直流電機200內(nèi)部的熱量帶出。
權(quán)利要求
1.一種機電一體化光伏直流大功率潛水泵，包括ー個潛水泵、ー個直流電機、一個太陽能電源組件和一個控制器，所述的潛水泵包括有ー個泵體、一個泵軸、一組離心式葉輪，所述的離心式葉輪設(shè)置在所述的泵軸上，泵軸通過軸承設(shè)置在泵體內(nèi)，泵體的下端設(shè)置有吸入口，泵體的上端設(shè)置有排出ロ，所述的直流電機由定子、轉(zhuǎn)子、輸入電纜、前軸承座和后軸承座構(gòu)成，所述的定子呈筒形，定子由機殼和線圈繞組構(gòu)成，所述的線圈繞組繞制在鐵芯上并設(shè)置在機殼的內(nèi)圓周上，所述的輸入電纜與線圈繞組連接，所述的轉(zhuǎn)子設(shè)置在定子內(nèi)，所述的前軸承座和后軸承座分別固定連接在定子的兩端，所述的轉(zhuǎn)子包括有ー個轉(zhuǎn)子軸，所述的轉(zhuǎn)子軸的兩端分別通過軸承設(shè)置在前軸承座和后軸承座中，所述的太陽能電源組件由太陽能電池板通過串并聯(lián)組成，其特征在干電機的上端與泵體的下端固定連接，轉(zhuǎn)子軸的上端通過聯(lián)軸器與泵軸的下端連接，所述的控制器與太陽能電源組件的輸出端和直流電機的輸入電纜連接，控制器上還連接有水位傳感器。
2.如權(quán)利要求I所述的機電一體化光伏直流大功率潛水泵，其特征在于直流電機的機殼內(nèi)壁上沿圓周向固定設(shè)置有一個定子密封絕緣層，所述的線圈繞組和鐵芯均設(shè)置在所述的定子密封絕緣層內(nèi)，定子密封絕緣層包圍線圈繞組和鐵芯并填充線圈繞組、鐵芯與機殼內(nèi)壁之間的間隙，所述的轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子軸、轉(zhuǎn)子軛、轉(zhuǎn)子套和兩片以上數(shù)目的磁鋼構(gòu)成，所述的轉(zhuǎn)子軸設(shè)置在轉(zhuǎn)子軛的軸心上，所述的磁鋼沿圓周向轉(zhuǎn)等角度分布在轉(zhuǎn)子軛的外圓周上，所述的轉(zhuǎn)子套與轉(zhuǎn)子軛同軸并固定套設(shè)在磁鋼外，轉(zhuǎn)子套與轉(zhuǎn)子軛的間隙之間、任意相鄰的兩個磁鋼之間均填充有轉(zhuǎn)子密封絕緣體，轉(zhuǎn)子套、轉(zhuǎn)子軛和磁鋼的兩端端面上均覆蓋有轉(zhuǎn)子密封絕緣層。
3.如權(quán)利要求I所述的機電一體化光伏直流大功率潛水泵，其特征在于轉(zhuǎn)子軸的兩端的軸承均由石墨軸承構(gòu)成，所述的石墨軸承的內(nèi)圓周壁中設(shè)置有兩條以上數(shù)目的凹槽，任意一條所述的凹槽均從石墨軸承的一端端面延伸到石墨軸承的另一端端面，任意一條凹槽均各自位于ー個平面中，任意一個所述的平面均與石墨軸承的軸向均構(gòu)成ー個夾角，全部夾角的角度相等，所述的凹槽沿石墨軸承的內(nèi)圓周方向等分分布。
4.如權(quán)利要求2所述的機電一體化光伏直流大功率潛水泵，其特征在于所述的定子密封絕緣層由陶瓷體、或者樹脂體、或者金屬覆蓋層構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求2所述的機電一體化光伏直流大功率潛水泵，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子密封絕緣體由陶瓷體、或者樹脂體構(gòu)成，所述的轉(zhuǎn)子密封絕緣層由陶瓷體、或者樹脂體、或者金屬覆蓋層構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求2所述的機電一體化光伏直流大功率潛水泵，其特征在于所述的前軸承座和后軸承座內(nèi)分別設(shè)置有水潤滑軸承。
7.如權(quán)利要求2所述的機電一體化光伏直流大功率潛水泵，其特征在于所述的轉(zhuǎn)子軸的后端設(shè)置有ー個滑板，所述的后軸承座中設(shè)置有ー個止推軸承。
8.如權(quán)利要求2所述的機電一體化光伏直流大功率潛水泵，其特征在于所述的前軸承座中偏離軸孔的位置上設(shè)置有ー個導(dǎo)線過孔，所述的線圈繞組與一根導(dǎo)線連接，所述的導(dǎo)線的一端從定子密封絕緣層的端面中向外延伸并穿過所述的導(dǎo)線過孔。
9.如權(quán)利要求2所述的機電一體化光伏直流大功率潛水泵，其特征在于所述的后軸承座中偏離軸孔的位置上設(shè)置有ー個過水孔。
全文摘要
一種機電一體化光伏直流大功率潛水泵，包括潛水泵、直流電機、太陽能電源組件和控制器，直流電機機殼的上端與泵體的下端固定連接，直流電機轉(zhuǎn)子軸的上端通過聯(lián)軸器與泵軸的下端連接，控制器與太陽能電源組件的輸出端和直流電機的輸入電纜連接，控制器連接有水位傳感器。利用控制器可實現(xiàn)直流電機自動過流保護、太陽能電源組件的最大功率追蹤、電機轉(zhuǎn)速異常保護、水泵干打保護、雙水位檢測并自停、防止管路回水重啟。電機采用永磁無刷無位置傳感器結(jié)構(gòu)，定子和轉(zhuǎn)子分別塑封后，利用水流實現(xiàn)冷卻，采用石墨軸承實現(xiàn)水潤滑，解決了發(fā)熱問題，電機功率大,無噪聲、全自動、高可靠，供水量與蒸發(fā)量適配性好，流量大，揚程高，可全天候無人值守運行。
文檔編號F04D13/08GK102808783SQ20121001467
公開日2012年12月5日 申請日期2012年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月18日
發(fā)明者包龍新 申請人:侯學(xué)青, 上海禧龍?zhí)柲芸萍加邢薰?br>