永磁罐裝泵結(jié)構(gòu)改良裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?011103300199的分案申請(qǐng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 無(wú)軸封罐裝泵為馬達(dá)與泵浦做成一體，且其馬達(dá)轉(zhuǎn)子與定子線(xiàn)圈都是經(jīng)耐腐蝕材 料封裝隔絕保護(hù)，而且是直接與輸送液體相接觸，無(wú)軸封罐裝泵的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)可以區(qū)分為感 應(yīng)馬達(dá)，以下簡(jiǎn)稱(chēng)感應(yīng)罐裝泵，與永磁馬達(dá)，以下簡(jiǎn)稱(chēng)永磁罐裝泵，在許多零泄漏需求的工 業(yè)用途逐漸為使用者重視，尤其在含有毒性、易燃、高腐蝕等化學(xué)液體，另外，無(wú)軸封罐裝泵 的轉(zhuǎn)子是直接接觸輸送液體，多數(shù)選用耐磨耗的陶瓷材質(zhì)滑動(dòng)軸承，例如石墨、氧化鋁、炭 化硅等，但是軸承磨耗會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏心運(yùn)轉(zhuǎn)，固定軸結(jié)構(gòu)必須承受更高的離心力及其力矩， 而造成轉(zhuǎn)子與封罐后蓋相互磨擦損毀而失效泄漏，使得馬達(dá)軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)成為設(shè)計(jì)焦點(diǎn)之 一，在零泄漏的高可靠度需求下常見(jiàn)的方法便是裝設(shè)軸承磨耗監(jiān)測(cè)裝置。
[0003] 因此，本創(chuàng)作為塑料或塑料內(nèi)襯的永磁罐裝泵結(jié)構(gòu)改良裝置，目的在增進(jìn)固定軸 的結(jié)構(gòu)剛性并能裝設(shè)傳感器，例如軸承磨耗監(jiān)測(cè)裝置。
【背景技術(shù)】
[0004] 金屬制的感應(yīng)罐裝泵系以極低導(dǎo)磁且耐蝕之金屬薄板圓筒狀封罐來(lái)封裝馬達(dá)轉(zhuǎn) 子與定子，封罐系被安裝在定子內(nèi)徑面內(nèi)用來(lái)隔絕液體與定子線(xiàn)圈，鼠籠轉(zhuǎn)子表面也用金 屬薄板封裝來(lái)隔絕液體，因此馬達(dá)的氣隙是由定子齒部硅鋼片表面到轉(zhuǎn)子齒部硅鋼片表 面的單邊徑向距離，總氣隙寬度多數(shù)小于3_，電機(jī)特征為小氣隙馬達(dá)結(jié)構(gòu)；在清潔無(wú)腐蝕 性液體輸送也需無(wú)軸封罐裝泵用途，如汽車(chē)引擎冷卻水泵，常使用耐高溫但耐蝕性有限制 之耐熱塑料材料來(lái)制作，如PPS，來(lái)封裝馬達(dá)定子與馬達(dá)轉(zhuǎn)子，其封裝厚度無(wú)腐蝕裕度單邊 1. 5mm以上，總氣隙寬度通常高于4mm以上，使得電機(jī)特征為高氣隙馬達(dá)結(jié)構(gòu)；在滿(mǎn)足高毒 性、高腐蝕性化學(xué)液體輸送，如氫氟酸等，必須使用溫度在85°C以上時(shí)容易降低強(qiáng)度的耐腐 蝕塑料結(jié)構(gòu)件或內(nèi)襯，如PP、氟樹(shù)酯等材料，來(lái)封裝馬達(dá)定子與馬達(dá)轉(zhuǎn)子，由于耐腐蝕塑料 材料的使用，使得馬達(dá)軸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度成為設(shè)計(jì)焦點(diǎn)之一，而在馬達(dá)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上也因此 區(qū)分為轉(zhuǎn)動(dòng)軸與固定軸，本創(chuàng)作針對(duì)固定軸系統(tǒng)提出較佳方案，由于封裝厚度含腐蝕裕度 單邊3mm以上，總氣隙寬度通常高于7mm以上，使得電機(jī)特征為高氣隙馬達(dá)結(jié)構(gòu)，因此，永磁 同步馬達(dá)為高氣隙電機(jī)的較佳選擇，無(wú)軸封罐裝泵浦雖然已經(jīng)使用陶瓷材質(zhì)滑動(dòng)軸承，但 是軸承仍然會(huì)因軸承磨損、無(wú)水空轉(zhuǎn)、過(guò)高震動(dòng)等原因而磨損，因此，安裝監(jiān)測(cè)軸承磨耗的 傳感器來(lái)增進(jìn)其可靠度為必要手段；另外，本創(chuàng)作之傳感器也可以選用霍爾組件，使得永磁 罐裝泵的驅(qū)動(dòng)方式除了無(wú)傳感器驅(qū)動(dòng)外也可以使用有傳感器驅(qū)動(dòng)，以減少對(duì)特定驅(qū)動(dòng)器的 依賴(lài)有助于使用者設(shè)備選配的方便性；
[0005] 以下的引證案是針對(duì)無(wú)軸封罐裝泵習(xí)知的解決方案，包含固定軸結(jié)構(gòu)、無(wú)傳感器 驅(qū)動(dòng)與有傳感器驅(qū)動(dòng)及軸承磨耗監(jiān)測(cè)等方案，習(xí)知技術(shù)的相關(guān)引證案說(shuō)明如下：
[0006] 弓丨證案一：
[0007] 2009年臺(tái)灣專(zhuān)利TWM369391永磁罐裝泵浦之結(jié)構(gòu)改良，應(yīng)用于耐高溫耐腐蝕用 途，其馬達(dá)結(jié)構(gòu)為懸臂固定軸結(jié)構(gòu)但馬達(dá)為徑向氣隙內(nèi)轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，本引證案的封裝厚度含 腐蝕裕度，其單邊厚度為3_總氣隙寬度8_，使用無(wú)感測(cè)組件方法計(jì)算磁極位置以驅(qū)動(dòng)永 磁馬達(dá)，使用剛性復(fù)合固定軸結(jié)構(gòu)以滿(mǎn)足高溫、高馬力數(shù)用途；但本引證案之結(jié)構(gòu)無(wú)軸承磨 耗監(jiān)測(cè)功能。
[0008] 引證案二：
[0009] 2005年日本專(zhuān)利JP2005344589A-CANNED MOTOR PUMP，應(yīng)用于引擎冷卻之永磁罐 裝泵，本引證案為小功率泵浦為簡(jiǎn)單固定軸結(jié)構(gòu)，陶磁軸由耐熱塑料結(jié)構(gòu)件支撐固定，含三 腳架與泵浦后蓋，在主磁鐵軛部的內(nèi)徑空間裝設(shè)有二次磁鐵與霍耳組件，用來(lái)偵測(cè)磁極位 置以驅(qū)動(dòng)永磁馬達(dá)，該霍耳組件由后蓋底部軸向伸出，而轉(zhuǎn)子磁鐵長(zhǎng)度也相對(duì)軸向伸長(zhǎng)以 減少獨(dú)立霍耳組件的軸向伸長(zhǎng)量；清潔液體輸送無(wú)須考慮軸承磨損所增加的負(fù)載，使用簡(jiǎn) 單固定軸結(jié)構(gòu)，但增加磁鐵長(zhǎng)度會(huì)增加成本，只能偵測(cè)磁鐵表面漫射的磁力線(xiàn)不利于磁極 精確位置偵測(cè)。
[0010] 引證案二：
[0011] 2008年日本專(zhuān)利 JP2008220008A-BRUSHLESS MOTOR AND FLUID PUMP DEVICE，應(yīng) 用于引擎冷卻的永磁罐裝泵，本引證案為小功率泵浦為簡(jiǎn)單固定軸結(jié)構(gòu)，陶磁軸由耐熱塑 料結(jié)構(gòu)件支撐固定，含三腳架與泵浦后蓋，在馬達(dá)后蓋底部外測(cè)裝設(shè)有霍爾組件及其驅(qū)動(dòng) 電路板，用來(lái)偵測(cè)磁極位置以驅(qū)動(dòng)永磁馬達(dá)，磁鐵長(zhǎng)度軸向加長(zhǎng)使其尾端接近霍爾組件，并 把磁鐵尾端加工成斜面，使磁力線(xiàn)能斜向射出經(jīng)過(guò)裝設(shè)在電路板上的霍耳組件以提高磁極 位置檢出精度；清潔液體輸送無(wú)須考慮軸承磨損所增加的負(fù)載，使用簡(jiǎn)單固定軸結(jié)構(gòu)，但增 加磁鐵長(zhǎng)度會(huì)增加成本，只能偵測(cè)磁鐵表面斜向漫射的磁力線(xiàn)不利于磁極精確位置偵測(cè)。
[0012] 引證案四：
[0013] 1980 年美國(guó)專(zhuān)利 US4211973A_Apparatus for detect ing faul ts to be occurred or initially existing in a running electric rotary machine，應(yīng)用于感應(yīng) 罐裝泵，其感應(yīng)線(xiàn)圈的長(zhǎng)度是涵蓋定子積厚全長(zhǎng)，感應(yīng)線(xiàn)圈可以輸出周期性感應(yīng)電壓，包含 與電源同步主磁通感應(yīng)電壓與由轉(zhuǎn)子滑差引起的轉(zhuǎn)子感應(yīng)諧波電壓，當(dāng)軸承磨損時(shí)會(huì)造成 氣隙大小的微量改變，此一變化也會(huì)反映在線(xiàn)圈輸出的感應(yīng)電壓上，當(dāng)二個(gè)在定子齒部相 對(duì)徑向位置的線(xiàn)圈，其輸出電壓值會(huì)因相減而只留下周期性諧波電壓，當(dāng)軸承磨耗使轉(zhuǎn)子 發(fā)生偏心運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，周期性諧波電壓的值會(huì)增加，適用于徑向氣隙感應(yīng)馬達(dá)與軸向氣隙感應(yīng) 馬達(dá)，此一方法也同時(shí)可以監(jiān)測(cè)馬達(dá)電源問(wèn)題或線(xiàn)圈本身問(wèn)題，例如三項(xiàng)不平衡等問(wèn)題，但 本案僅適用于感應(yīng)馬達(dá)之徑向軸承磨損監(jiān)測(cè)，不包含軸向止推軸承磨耗監(jiān)測(cè)。
[0014] 引證案五：
[0015] 1999 美國(guó)專(zhuān)利 US5926001A_Canned motor bearing wear moni toring device， 應(yīng)用于感應(yīng)罐裝泵，其裝置是在定子二端齒部?jī)?nèi)徑側(cè)空間角度差度90各做出四個(gè)共計(jì)二 組八個(gè)縫穴，使定子二端共有八個(gè)獨(dú)立齒部可以裝設(shè)感應(yīng)線(xiàn)圈，定子二端相對(duì)應(yīng)縫穴有相 同的空間角度，八組線(xiàn)圈將能感測(cè)出軸承徑向磨耗、軸向磨耗及傾斜磨耗等功能；
[0016] 引證案六：
[0017] 1999 美國(guó)專(zhuān)利 US5955880A_Sealless pump rotor position and bearing monitor，應(yīng)用于感應(yīng)罐裝泵，系使用二極性相反的線(xiàn)圈及軛鐵構(gòu)成一組的高頻激發(fā)線(xiàn)圈 組，該線(xiàn)圈組并排由軛鐵固定在封罐外表面上，且位于定子二端外側(cè)軸向位置，該線(xiàn)圈組其 磁力線(xiàn)會(huì)首先穿過(guò)封罐并進(jìn)入轉(zhuǎn)子二端外側(cè)空間，并經(jīng)由轉(zhuǎn)軸上之轉(zhuǎn)子二側(cè)端的圓盤(pán)的導(dǎo) 磁材料，再由空間轉(zhuǎn)向經(jīng)封罐回到極性相反線(xiàn)圈構(gòu)成徑向的密閉磁路，也就是導(dǎo)磁材料與 線(xiàn)圈組為同心位置關(guān)系，線(xiàn)圈是以三條線(xiàn)并繞一條線(xiàn)圈用來(lái)高頻激發(fā)另二條為感應(yīng)線(xiàn)圈， 這二條線(xiàn)圈之一條用來(lái)做徑向感測(cè)另一條線(xiàn)圈做為軸向感測(cè)，當(dāng)單邊軸承有徑向磨耗時(shí)， 圓盤(pán)的徑向位置會(huì)產(chǎn)生徑向偏移，會(huì)使得圓盤(pán)會(huì)更靠近或離開(kāi)線(xiàn)圈組，也就是磁路的磁阻 會(huì)發(fā)生改變，也就是線(xiàn)圈組的輸出電壓會(huì)發(fā)生改變，當(dāng)同一軸向位置裝設(shè)有空間角度互為 90度的4個(gè)線(xiàn)圈組時(shí)，就可以偵測(cè)出軸承的徑向磨耗，當(dāng)轉(zhuǎn)子二側(cè)軸端都裝設(shè)有線(xiàn)圈組與 圓盤(pán)時(shí)，就可以增加軸向位移的偵測(cè)，軸向感測(cè)的訊號(hào)處理是利用轉(zhuǎn)子二端線(xiàn)圈的電壓訊 號(hào)作對(duì)比，以計(jì)算出轉(zhuǎn)子的軸向位移量，另外，1K-4K高頻訊號(hào)可以避免馬達(dá)原有的線(xiàn)圈諧 波訊號(hào)干擾，另外，為降低諧波干擾本引證案在定子線(xiàn)圈尾端增加導(dǎo)磁隔離裝置。
[0018] 引證案七：
[0019] 2000 年美國(guó)專(zhuān)利 US6114966A-Motor having a bearing wear monitoring device，應(yīng)用于感應(yīng)罐裝泵，本引證案清楚指出雖然在定子的前后端加裝復(fù)數(shù)感應(yīng)線(xiàn)圈確 實(shí)可以達(dá)到偵測(cè)軸承之軸向磨損，但是馬達(dá)維修可能更換定子、轉(zhuǎn)子、軸心及感應(yīng)線(xiàn)圈，這 時(shí)的定子與轉(zhuǎn)子的機(jī)械軸向定位可能無(wú)法與電氣軸向定位一致，或感應(yīng)線(xiàn)圈重新繞線(xiàn)不一 致，將會(huì)導(dǎo)致訊號(hào)重大異常，也就是偵測(cè)裝置必須能調(diào)整相對(duì)位置并把軸向磨損訊號(hào)歸零， 其方法就是轉(zhuǎn)子有較定子稍長(zhǎng)的積厚，組裝時(shí)在軸端側(cè)轉(zhuǎn)子端面相對(duì)于定子端面距離必須 確認(rèn)，轉(zhuǎn)子端面對(duì)齊線(xiàn)圈中心，轉(zhuǎn)子稍長(zhǎng)的積厚伸出定子尾端面，轉(zhuǎn)子尾端完全涵蓋線(xiàn)圈并 有軸向余裕，當(dāng)前止推軸承磨損時(shí)轉(zhuǎn)子前移，而前端線(xiàn)圈訊號(hào)變動(dòng)較明顯，但尾端的線(xiàn)圈訊 號(hào)變動(dòng)較低；
[0020] 引證案八：
[0021] 2002 年美國(guó)專(zhuān)利 US6429781B2_Axial bearing wear detector device for canned motor，應(yīng)用于感應(yīng)罐裝泵，其裝置為一組線(xiàn)圈為空間角度180度相對(duì)應(yīng)，含定子一 齒部全幅的二個(gè)線(xiàn)圈，一組線(xiàn)圈組含定子兩端齒部的二個(gè)線(xiàn)圈，本引證案清楚指出雖然在 定子的前后端加裝復(fù)數(shù)感應(yīng)線(xiàn)圈確實(shí)可以達(dá)到偵測(cè)軸承之軸向磨損，但是馬達(dá)前后磨損環(huán) 的軸向長(zhǎng)度比轉(zhuǎn)子的前后止推軸承之軸向長(zhǎng)度長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子可以在前后磨損環(huán)之間自由軸向位 移±2. 5mm，軸承軸向磨耗偵測(cè)裝置必須區(qū)分出轉(zhuǎn)子的正常軸向位移與不正常的磨耗位移， 也就是必須能真正偵測(cè)出軸承實(shí)際磨耗量，本引證案使用一個(gè)參考電路與一個(gè)死點(diǎn)電路來(lái) 分別比較出感測(cè)線(xiàn)圈訊號(hào)，以區(qū)別轉(zhuǎn)子軸向位移是在正常范圍否。
[0022] 引證案九：
[0023] 2006 年美國(guó)專(zhuān)利 US7019661B2_Axial abrasion detector of bear ing in canned motor，應(yīng)用于感應(yīng)罐裝泵，使用引證案八相同的線(xiàn)圈感測(cè)方法，本引證案清楚指出 雖然在定子的前后端加裝復(fù)數(shù)感應(yīng)線(xiàn)圈確實(shí)可以達(dá)到偵測(cè)軸承之軸向磨損，在把訊號(hào)歸零 后確實(shí)可以得到磨損值，但是感應(yīng)線(xiàn)圈輸出電壓訊號(hào)值常常會(huì)受馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)電壓的影響而有 迀移現(xiàn)象，導(dǎo)致訊號(hào)歸零動(dòng)作的困難，也就是軸承磨損值不正確，該案提出訊號(hào)處理的方法 與裝置，可以確實(shí)把訊號(hào)歸零。
[0024] 綜合以上的感應(yīng)罐裝泵與永磁罐裝泵的結(jié)構(gòu)解決方案可分為下列三種：
[0025] 1、裝設(shè)傳感器以監(jiān)測(cè)軸承增加泵浦可靠度；
[0026] 2、裝設(shè)霍爾組件以方便驅(qū)動(dòng)泵浦但須加長(zhǎng)磁鐵；
[0027]3、提高固定軸剛性來(lái)增加泵浦可靠度。
[0028] 所提出的各種問(wèn)題及其解決方法都有其可實(shí)施性，但是這些方案并無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足 提高固定軸剛性又可裝設(shè)傳感器以提高可靠度之需求，本創(chuàng)作之永磁罐裝泵之結(jié)構(gòu)改良必 須克服以下問(wèn)題：
[0029] 問(wèn)題1 :材料本身的強(qiáng)度弱點(diǎn)
[0030] 改善結(jié)構(gòu)剛性使能避開(kāi)溫度在85°C以上時(shí)耐腐蝕塑料結(jié)構(gòu)件或內(nèi)襯容易降低強(qiáng) 度的問(wèn)題，在無(wú)傳感器下也能增加泵浦可靠度；
[0031] 問(wèn)題2:軸承磨耗監(jiān)測(cè)需求
[0032] 滿(mǎn)足高毒性、高腐蝕性化學(xué)液體輸送的安全需求，裝設(shè)傳感器可以用來(lái)持續(xù)監(jiān)測(cè) 軸承磨耗狀態(tài)以提升泵浦可靠度；
[0033] 問(wèn)題3 :高氣隙電機(jī)特性的低成本需求
[0034] 永磁馬達(dá)是高氣隙電機(jī)的較佳選擇，但需大量使用昂貴的磁鐵，直接延長(zhǎng)主磁鐵 的長(zhǎng)度來(lái)提供感應(yīng)組件訊號(hào)源，則磁鐵成本相對(duì)增加；