НАСОСНЫЙ УЗЕЛ
PUMP UNIT

Область изобретения
[1] Настоящее изобретение относится по существу к насосным узлам и, более конкретно, к насосам с "мокрым" ротором с регулируемой частотой вращения. Такие насосы, имеющие мощность от 5 Вт до 3 кВт, типично применяются как циркуляционные насосы в системах отопления домов.
Предпосылки
[2] Насосы с "мокрым" ротором содержат крыльчатку, расположенную внутри корпуса насоса, для транспортировки текучей среды, статор с обмотками, расположенными внутри статора, и ротор с постоянными магнитами, расположенным в кожухе ротора. Ротор приводит в движение крыльчатку, а ток в статоре генерирует вращающийся магнитный поток, приводящий в движение ротор с постоянными магнитами. Ток в статоре обычно регулируется электроникой двигателя, расположенной в корпусе системы электроники. Электроника двигателя бесщеточного электродвигателя постоянного тока с постоянными магнитами обычно содержит частотный преобразователь для управления частотой вращения ротора.
[3] Известно подключение насосов к другим устройствам или к сети для диагностики, сбора статистики, регулирования, обслуживания и/или оптимизации характеристик. Например, насос может быть подключен к домашней сети WIFI, как и многие другие бытовые электроприборы, такие как смартфоны, планшеты, холодильники, обогреватели или системы кондиционирования воздуха. Это иногда называют "интернетом вещей". Однако, обычно срок службы насоса значительно превышает срок службы смартфона или планшета с их коммуникационными стандартами. Поэтому известные насосы могут оказаться неспособны поддерживать связь с другими устройствами или домашней сетью в течение всего срока службы этих насосов, поскольку коммуникационные стандарты и в программной, и в аппаратной части регулярно меняются.
[4] Некоторые известные насосы могут быть оснащены дополнительными внешними модулями для обеспечения, при необходимости, функциональности, относящейся к управлению и/или диагностике. Например, в ЕР 1 452 739 В1 описан циркуляционный насос с внешним дополнительным модулем для управления и/или диагностики насоса. Однако, такой дополнительный внешний модуль, описанный в этом документе, довольно громоздок и не обладает гибкостью в отношении добавления или обновления функциональности, относящейся к управлению, коммуникациям, диагностике и/или дисплею.
Краткое описание изобретения
[5] В отличие от таких известных насосов, варианты настоящего изобретения позволяют создать насосный узел, имеющий компактную конструкцию и обладающий гибкостью для добавления или обновления функциональности, относящейся к управлению, коммуникациям, диагностике и/или дисплею.
[6] Согласно первому аспекту настоящего изобретения предлагается насосный узел, содержащий
- насосный блок с крыльчаткой, имеющей ось вращения;
- приводной электродвигатель для привода крыльчатки, и
- блок управления для управления приводным электродвигателем,
в котором блок управления содержит основной модуль, расположенный в корпусе, первый отсоединяемый сменный модуль и второй отсоединяемый сменный модуль,
в котором основной модуль закреплен на приводном электродвигателе и выполнен с возможностью управлять электродвигателем,
в котором первый сменный модуль и второй сменный модуль выполнены с возможностью выборочного подсоединения в первом положении для коммуникации с основным модулем через по меньшей мере один беспроводной коммуникационный канал.
[7] Эти два (или более) сменных модуля могут иметь разную функциональность, относящуюся к управлению, коммуникациям, диагностике и/или дисплею. Так, предлагаемый насосный узел дает пользователю, изготовителю или обслуживающему персоналу гибкость в выборе одного из двух сменных модулей для добавления или обновления функциональности, относящейся к управлению, коммуникациям, диагностике и/или дисплею, путем установки их в первое положение. Нет необходимости переконфигурировать сменный модуль для добавления или обновления функциональности, относящейся к управлению, коммуникациям, диагностике и/или дисплею. Один или более из сменных модулей могут быть ограничены одноразовым применением и по окончании использования выбрасываются, например, такой модуль можно использовать для загрузки обновления управляющей логики в основной модуль, вставив его в первое положение, и выбросив по окончании операции. Сменные модули также могут быть ограничены до придания упомянутой функциональности основному модулю насосного узла, когда модуль вступает в связь или сопрягается с ним первый раз. Функциональность может блокироваться, когда спаренный модуль вставляется в другой насосный узел. Например, процесс первого сопряжения с основным модулем может включать создание поля данных в сменном модуле, запирание его и, тем самым, блокирование возможности сопряжения с любым другим насосным узлом. Кроме того, функциональность может быть предназначена для конкретных насосных блоков и блокируется, если сменный модуль получает данные, указывающие, что насосный узел не распознан или не относится к этим конкретным насосным узлам. Аналогично, основной модуль может быть выполнен с возможностью разрешать сопряжение только с распознанным и/или незапертым сменным модулем.
[8] Сменные модули могут иметь по существу идентичную форму, но хранить разные данные и программные средства. Альтернативно или дополнительно, разные сменные модули могут обеспечивать разную функциональность аппаратных средств, таких как дисплей, модуль Bluetooth, модуль WIFI, и/или модуль ввода/вывода. Альтернативно или дополнительно, форма сменных модулей может отличаться одна от другой, например, если разная аппаратная функциональность требует разного пространства. Два сменных модуля могут иметь по существу идентичные сопрягаемые части, которые вставляются в первое положение для коммуникации с основным модулем. Однако третий сменный модуль может содержать другой сопрягаемый участок, вставляемый во второе положение для коммуникации с основным модулем.
[9] При необходимости первое положение может быть определено первым пазом в корпусе основного модуля, т.е., корпуса электроники насоса. При необходимости первый паз может проходить по существу перпендикулярно оси вращения. Это упрощает создание очень компактной конструкции, поскольку основной модуль может размещаться на печатной плате, проходя по существу перпендикулярно оси вращения так, чтобы первый или второй сменный модуль можно было вставить сбоку в первый паз параллельно печатной плате и рядом с ней.
[10] При необходимости поверхность первого или второго сменного модуля может образовывать поверхность корпуса, когда первый или второй сменный модуль, соответственно, вставлен в первое положение. Поверхность сменного модуля и остальная поверхность корпуса могут образовывать чистую и гладкую поверхность корпуса, т.е., поверхность сменного модуля может заполнять углубление в поверхности корпуса, когда модуль вставлен.
[11] При необходимости первый, второй и/или третий сменный модуль может быть выполнен с возможностью выборочной установки во второе положение для коммуникации с основным модулем через по меньшей мере один беспроводной коммуникационный канал. Это позволяет одновременно вставлять два сменных модуля т одновременно и/или в комбинации друг с другом использовать их соответствующие функциональности. Например, первый сменный модуль может быть модулем Bluetooth для связи с соседним насосным узлом, а второй или третий сменный модуль может быть модулем ввод/вывода для коммуникаций одновременно с датчиком, компьютером или дисплеем.
[12] При необходимости и аналогично первому положению, второе положение может быть определено вторым пазом в корпусе. При необходимости второй паз может быть по существу параллелен первому пазу. Таким образом, можно создать компактную многослойную конструкцию. Второй паз может быть по существу идентичным или симметричным относительно первого паза для установки первого или второго сменного модуля, либо он может быть другим для установки третьего сменного модуля, у которого может быть другой сопрягаемый участок.
[13] При необходимости основной модуль может содержать передающую катушку, расположенную между первым пазом и вторым пазом, при этом основной модуль может быть выполнен с возможностью коммуникации с первым, вторым и/или третьим сменным модулем, выставленным в первое и/или второе положение, через передающую катушку и по единственному беспроводному коммуникационному каналу. Передающая катушка может содержать плоскую катушку, расположенную на плате основного модуля, расположенную между двумя сменными модулями, вставленными в первый и второй пазы, соответственно. Передающая катушка может содержать плоскую катушку на любой стороне или на обеих сторонах платы основного модуля. При необходимости передающая катушка может таким образом определять ось беспроводной передачи, перпендикулярную первому и/или второму пазу. Поэтому ось беспроводной передачи может проходить параллельно оси вращения.
[14] При необходимости насосный узел дополнительно может содержать внешний блок с внешним модулем во внешнем корпусе, при этом первый сменный модуль и второй сменный модуль выполнены с возможностью выборочной установки в третье положение, которое определено пазом во внешнем корпусе. Например, внешний блок может содержать источник питания для индуктивного питания или зарядки одного или более сменного модуля, вставленного в третье положение, т.е., в паз. Внешний блок может содержать два или более предпочтительно параллельных паза для индуктивного питания или зарядки двух или более сменных модулей одновременно. Таким образом, определенные функциональности сменных модулей можно использовать независимо и удаленно от насосного блока.
[15] При необходимости первый, второй и/или третий сменный модуль содержит по меньшей мере один модуль, выбранный из группы, содержащей: коммуникационный модуль Bluetooth, модуль беспроводной связи ближнего радиуса действия (NFC), модуль радиочастотной идентификации (RFID), модуль инфракрасной связи, модуль передачи сигналов с расширенным спектром с кодом прямой последовательности (WIFI) по стандарту IEEE 802.11b, модуль беспроводной передачи электроэнергии (WPT), модуль емкостной связи и модуль индуктивной связи, модуль датчика, модуль программирования насоса, отладочный модуль, модуль обновления, модуль дисплей, и модуль пользовательского ввода. При необходимости по меньшей мере один из перечисленных первый, второй и третий сменные модули может отличаться от других.
[16] При необходимости каждый из первого, второго и/или третьего сменных модулей может содержать передающую катушку для приема электроэнергии, передаваемой через индукцию, а также для беспроводных коммуникаций. Поэтому никакого непосредственного электрического контакта не требуется, и сменные модули могут быть полностью герметизированы и/или внедрены в электроизоляционный материал, например, в пластик. Кроме того, нет необходимости в выступающих из корпуса электрических контактах. Блок управления, таким образом, может быть надежно защищен от воды и коррозии за счет полностью закрытого корпуса.
[17] При необходимости передающая катушка первого сменного модуля по существу идентична передающей катушке второго и/или третьего сменного модуля. Это облегчает коммуникацию между основным модулем и разными сменными модулями за счет использования одного и того же коммуникационного канала. При необходимости этот по меньшей мере один беспроводной коммуникационный канал может содержать по меньшей мере одну систему коммуникаций из группы, состоящей из: коммуникации Bluetooth, коммуникации ближнего радиуса действия (NFC), коммуникации радиочастотной идентификации (RFID), модуль инфракрасной связи, коммуникации по стандарту IEEE 802.11b передачи сигналов с расширенным спектром с кодом прямой последовательности (WIFI), беспроводной передачи электроэнергии (WPT), емкостную связь и индуктивную связь. Этот по меньшей мере один коммуникационный канал может уже быть частью стандарта, стать стандартом или может быть заказным решением для коммуникации между основным модулем и любым соответствующим сменным модулем.
[18] При необходимости основной модуль выполнен с возможностью принимать первую оперативную команду от первого, второго и/или третьего сменного модуля, при этом основной модуль выполнен с возможностью продолжать управлять приводным двигателем на основании первой оперативной команды до получения второй оперативной команды, которая отменит действие первой оперативной команды. Поэтому насосный блок остается работоспособным независимо от отсоединяемых сменных модулей. Ключевая функциональность основного модуля, т.е., управление электродвигателем для получения требуемых характеристик перекачки, может быть улучшена, расширена, обновлена или изменена определенными сменными модулями, но не зависит от такого вставленного сменного модуля. Сменные модули предпочтительно могут просто добавлять вспомогательные функции насоса, такие как коммуникации, диагностику и/или отображение.
[19] При необходимости первый, второй и/или третий паз может содержать сужающуюся поверхность для создания фрикционного сопротивления с ответной сужающейся поверхностью первого, второго и/или третьего сменного модуля, когда первый, второй и/или третий сменный модуль вставлен в первое и/или второе положение. Поэтому сменные модули могут содержать узкий передний конец и широкий задний конец, а пазы могут содержать широкое переднее отверстие и узкий задний конец. С одной стороны, это облегчает установку сменного модуля узким передним концом в широкое переднее отверстие паза. С другой стороны, боковые сужающиеся поверхности между передним концом и задним концом создают фрикционный контакт для удержания вставленного сменного модуля на месте.
[20] При необходимости первый сменный модуль может быть выполнен с возможностью беспроводных коммуникаций со вторым сменным модулем, когда первый сменный модуль вставлен в первое, второе или третье положение, а второй сменный модуль вставлен другое из первого, второго и третьего положений. Таким образом, насос может поддерживать связь с внешним блоком и/или сменные модули могут поддерживать связь друг с другом. Например, первый и/или второй сменный модуль может содержать пользовательский интерфейс для приема пользовательского ввода и/или дисплей для отображения информации. Пользовательский ввод может быть переключающим сигналом, который может быть инициирован нажатием кнопки, а дисплей на том же ли на другом сменном модуле может показывать ответ на этот переключающий сигнал или любую другую диагностическую информацию, например, рабочие параметры, такие как частота вращения, расход, напор, давление, ток или потребляемая мощность электродвигателя, температура текучей среды и/или змеевика и т.д.
[21] При необходимости основной модуль может быть выполнен с возможностью конфигурирования через по меньшей мере один беспроводной коммуникационный канал с помощью внешнего конфигурирующего модуля, расположенного в непосредственной близости от корпуса. Альтернативно или дополнительно, основной модуль может одновременно получать индукционное питание от внешнего конфигурирующего модуля. Такое беспроводное конфигурирование и/или питание от внешнего конфигурирующего модуля является преимуществом особенно в процессе изготовления насосного блока. Хотя аппаратные средства множества изготовленных насосов могут быть идентичны, основные модули блока управления индивидуальных насосов могут быть запрограммированы по-разному или сконфигурированы для разных вариантов применения и/или рабочих характеристик, когда насосы транспортируются по производственной линии. Внешний конфигурирующий модуль может быть фиксированной установкой на производственной линии, а насосы на производственной линии могут перемещаться и/ил временно останавливаться у конфигурирующего модуля так, чтобы корпус находился в непосредственной близости от конфигурирующего модуля. Конфигурирующий модуль не требует введения в первое или второе положение для беспроводного конфигурирования и/или запитывания основного модуля. "Непосредственная близость" в этом контексте может означать расстояние, не превышающее 2-3 диаметров плоской передающей катушки, используемой для беспроводных коммуникаций. Предпочтительно, внешний конфигурирующий модуль содержит такую же или подобную плоскую передающую катушку, которая применяется на печатной плате так, чтобы их можно было установить соосно в непосредственной близости друг от друга для беспроводных коммуникаций или индукционного питания.
[22] Согласно второму аспекту настоящего изобретения предлагается сменный модуль вышеописанного насосного узла, в котором сменный модуль вставлен в первое положение для:
- индукционного питания или заряда;
- коммуникации с основным модулем насосного узла через по меньшей мере один беспроводной коммуникационный канал, и
- обеспечения функциональности основного модуля;
в котором сменный модуль выполнен с возможностью обеспечивать такую функциональность только основному модулю насосного узла, с которым он находится на связи или сопряжен в первый раз. В настоящем описании термин "сопряжен" означает предварительную коммуникацию между двумя модулями, приводящую к успешной приемке обоих модулей, разрешающей коммуникацию.
[23] При необходимости упомянутая функциональность может быть однократной загрузкой данных в основной модуль, при этом сменный модуль может быть одноразовым и выбрасываться после такой однократной загрузки данных. Например, такая загрузка данных может быть новой характеристикой насоса f[H,Q] где H -напор, а Q - расход. Это позволяет легко повышать или понижать требуемые характеристики насоса, вставив сменны модуль. От производителя насоса требуется изготавливать только один тип насоса с основным модулем, и поставлять разные сменные модули для решаемой задачи, чтобы охватить широкий диапазон характеристик насоса. Таким образом, насос обладает лучшей способностью адаптироваться под требования заказчика и его производство становится более экономически эффективным за счет использования сменных модулей по настоящему изобретению. Кроме того, производитель получает возможность контролировать и ограничивать использование описанного сменного модуля. Предотвращается многократное неправомерное использование одного сменного модуля для более чем одного насоса.
[24] При необходимости такая функциональность может быть добавлением или обновлением программных средств основного модуля. Поэтому можно не только обновлять данные, например, вводить новые характеристики насоса f[H,Q], но и вводить новый коммуникационный стандарт, новую логику работы, или новые/обновленные рабочие режимы, такие как режимы постоянной частоты вращения, режимы пропорционального давления, режимы постоянного давления и/или логику автоматической адаптации для определения оптимальных рабочих точек.
Краткое описание чертежей
[25] Далее следует описание вариантов настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где:
Фиг. 1 - вид в перспективе примера насосного узла по настоящему изобретению.
Фиг. 2 - вид сверху примера насосного узла по настоящему изобретению.
Фиг. 3 - вид сбоку примера насосного узла по настоящему изобретению.
Фиг. 4 - вид сверху и сбоку корпуса электроники и первого сменного модуля примера насосного узла по настоящему изобретению.
Фиг. 5 - сечение корпуса электроники примера насосного узла по настоящему изобретению.
Фиг. 6 - вид сверху и сбоку корпуса статора, электроники двигателя (без корпуса электроники) и третьего сменного модуля примера насосного узла по настоящему изобретению.
Фиг. 7 - вид в перспективе корпуса статора, электроники двигателя (без корпуса электроники) и третьего сменного модуля примера насосного узла по настоящему изобретению.
Фиг. 8 - сечение с фрагментом в увеличенном масштабе примера насосного узла по настоящему изобретению.
Фиг. 9 - разнесенный вид примера узла насоса по настоящему изобретению.
Фиг. 10 - вид сверху крышки корпуса статора и третьего сменного модуля примера насосного узла по настоящему изобретению.
Фиг 11 - сечение корпуса электроники и третьего сменного модуля примера насосного узлапо настоящему изобретению.
Фиг 12 и 13 - виды в перспективе внешнего блока и первого, второго и третьего сменного модуля примера насосного узлапо настоящему изобретению в установленном состоянии и извлеченном состоянии, соответственно.
Фиг. 14, 15 и 16 - виды сверху, в сечении и фрагмент в увеличенном масштабе, соответственно, примера насосного узла по настоящему изобретению во время беспроводного конфигурирования.
Подробное описание
[26] На фиг. 1 показан насосный узел 1 с блоком 2 центробежного насоса входным отверстием 3 и выходным отверстием 5, при этом входное отверстие 3 и выходное отверстие 5 расположены соосно относительно оси F трубы на противоположных сторонах насосным блоком 2. Входное отверстие 3 и выходное отверстие 5 имеют соединительные фланцы 7, 9 для соединения с трубами (не показаны) Насосный блок 2 имеет ось R ротора, проходящую по существу перпендикулярно оси F трубы. Корпус 11 насосного блока 2 расположен между входным отверстием 3 и выходным отверстием 5 Корпус 11 насоса содержит крыльчатку 12 (см. фиг. 9), вращающуюся против часовой стрелки вокруг оси R ротора, и прокачивающую текучую среду от входного отверстия 3 к выходному отверстию 5. Крыльчатку 12 приводится во вращение против часовой стрелки трехфазным синхронным низковольтным (менее 110 В) электродвигателем постоянного тока с постоянными магнитами, статор которого расположен в корпусе 13 статора, который проходит от корпуса 11 насоса вдоль оси R ротора до корпуса 15 электроники. Корпус 15 электроники имеет по существу цилиндрическую форму, как и корпус 13 статора и имеет по существу такой же диаметр. Корпус 13 статора и корпус 15 электроники установлены по один поверх другого существу соосно относительно оси R ротора. Корпус 13 статора установлен на корпусе 11 насоса с помощью крепежного элемента 16 в форме соединительной муфты, имеющей по существу такой же наружный диаметр, что и корпус 13 статора и корпус 15 электроники.
[27] Корпус 15 электроники содержит электронику управления электродвигателем с основным модулем на печатной плате 14 (см. фиг. 7 и 9) для управления электродвигателем. Питание двигатель и электроника получает через вход 17 переменного тока 110-140В. Адаптер 18 питания может преобразовывать линейное напряжение 110-240 В переменного тока в низкое напряжение 5-60 В постоянного тока, которое подается на печатную плату 14. Адаптер 18 питания может содержать линейный фильтр от электромагнитных помех и преобразователь напряжения, который может находиться не на печатной плате 14 электроники электродвигателя. Потому печатная плата 14 электроники электродвигателя и корпус 15 электроники могут иметь более компактную конструкцию. Передняя поверхность 19 корпуса 15 электроники может иметь пользовательский интерфейс, например, кнопку 21, светоизлучающий диод и/или дисплей (не показан). Кнопка 21 может быть, например, кнопкой включения/выключения. Один или более светодиод и/или дисплей могут являться индикаторами рабочего параметра или статуса, например, для индикации нормальной работы, аварийного режима, частоты вращения двигателя, успешного/неуспешного беспроводного соединения, потребляемой мощности, расхода, напора и/или давления.
[28] На фиг. 1-3 показан первый сменный модуль 23, содержащий модуль Bluetooth, и третий сменный модуль 25, содержащий модуль ввода/вывода. Второй сменный модуль 27, содержащий обновления программных средств насоса, показан на фиг. 12 и 13, при этом форма второго сменного модуля 27 по существу такая же, что и форме первого сменного модуля 23. Поэтому первый сменный модуль 23 и второй сменный модуль 27 можно выборочно вставлять в первое положение, определенное первым пазом 29 на верхней поверхности 19 корпуса 15 электроники. Первый сменный модуль 23 и второй сменный модуль 27 имеют плоскую форму для введения в первый паз 29 в радиальном направлении относительно оси R вращения. Первый сменный модуль 23 и второй сменный модуль 27 имеют гребень 30 для захвата пальцем для облегчения вытягивания модуля из первого паза 29. Первый паз 29 определяет углубление в верхней поверхности 19 корпуса 15 электроники так, чтобы это углубление было заполнено первым сменным модулем 23 или вторым сменным модулем 27, соответственно, когда они вставлены в паз.
[29] Третий сменный модуль 25 содержит другие аппаратные средства по сравнению с остальными сменными модулями. В качестве модуля ввода/вывода он может служить модулем для подсоединения датчика, например, датчика температуры, расхода или давления, или компьютера или дисплея к насосному блоку 2. Третий сменный модуль 25, таким образом, содержит разъем 31 ввода/вывода для подключения датчика, компьютера или дисплея. Например, насосный блок 2 может принимать сигналы датчика, представляющие температуру, давление и/или расход через разъем 31 ввода/вывода третьего сменного модуля 25. Альтернативно или дополнительно, насосный блок 2 может выводить рабочие параметры, такие как частота вращения двигателя и/или потребляемая мощность, через разъем 31 ввода/вывода третьего сменного модуля 25 на компьютер или дисплей. Поэтому его форма отличается от формы других сменных модулей. Третий сменный модуль 25 вставлен во второе положение, расположенное ниже первого положения в осевом направлении, при этом второе положение определено вторым пазом 33, параллельным первому пазу 29, и отнесено от него на небольшое расстояние в направлении оси R вращения (как лучше видно на фиг. 4). Расстояние между первым пазом 29 и вторым пазом 33 занято платой 14 электроники двигателя, проходящей между пазами 29, 33 (см. фиг. 8). Корпус 15 электроники зафиксирован защелками 34 на корпусе 13 статора, расположенном ниже. На виде сверху на фиг. 4 хорошо видна разница в форме между первым пазом 29 для приема первого и второго сменных модулей 23, 27, и вторым пазом 33 для приема третьего сменного модуля 25. Первый и второй сменные модули 23, 27 содержат узкий передний конец 35 и широкий задний конец 37. Первый паз 29 имеет соответствующее широкое переднее отверстие 39 и узкий задний конец 41. Это облегчает установку сменного модуля 23, 27 с узким передним концом 35, входящим в широкое переднее отверстие 39 первого паза 29. Первый и второй сменные модули 23, 27 далее содержат боковые сужающиеся поверхности 43, проходящие между передним концом 35 и задним концом 37 для создания фрикционного контакта с ответными сужающимися поверхностями 45 паза для удержания вставленного сменного модуля 23, 27 на месте.
[30] Первый и второй сменные модули далее содержат встроенную передающую катушку 47 для беспроводных коммуникаций с основным модулем блока управления насосным узлом 1. На фиг. 6 и 7 лучше показан основной модуль блока управления насосным узлом 1. Основной модуль расположен на плате 14 электроники двигателя и проходит по существу перпендикулярно оси R вращения и параллельно верхней поверхности 19 корпуса 15 электроники. Плата 14 электроники двигателя механически прикреплена к верхней поверхности корпуса 13 статора тремя соединителями 49 и содержит секцию 51 передающей катушки. Секция 51 передающей катушки расположена между первым пазом 29 и вторым пазом 33 и содержит передающую катушку 53 для коммуникаций с передающей катушкой 47 первого или второго сменного модуля 23 27. Когда первый или второй сменный модуль 23, 27 вставлен в первое положение, передающая катушка 47 первого или второго сменного модуля 23, 27 и передающая катушка 53 платы 14 электроники электродвигателя выровнены соосно для достижения хорошего беспроводного сопряжения между катушками 47, 53. На фиг. 6 и 7 показан третий сменный модуль 25, вставленный во второе положение, т.е., во второй паз 33. Третий сменный модуль 25 содержит вставляемый участок 55, входящий во второй паз 33 и имеющий по существу такую же передающую катушку 57 (см. фиг. 10), установленную также, как и передающая катушка 47 первого и второго сменного модуля 23, 27. Передающая катушка 57 расположена соосно и под передающей катушкой 53 секции 51 передающей катушки платы 14 электроники электродвигателя. Основной модуль выполнен с возможностью поддерживать беспроводные коммуникации с первым или вторым сенным модулем 123, 27, находящимся в первом положении, и с третьим сменным модулем 25, находящимся во втором положении через один и тот же коммуникационный канал. Передаваемые пакеты данных могут адресоваться в соответствии с тем сменным модулем, для которого они предназначены или от которого они приходят, соответственно.
[31] На фиг. 8 более подробно показана многослойная компоновка передающих катушек 27, 53, 57, когда сменные модули 23, 25 вставлены в первое и второе положение. Центральная передающая катушка 53 платы 14 электроники электродвигателя может содержать плоскую катушку на верхней стороне секции 51 передающей катушки и плоскую катушку на нижней стороне секции 51 передающей катушки 51.
[32] Сечение на фиг. 8 иллюстрирует очень компактную конструкцию насоса, которую позволяет создать настоящее изобретение. Поскольку на фиг. 8 компоненты насоса расположены слишком плотно, чтобы их рассмотреть, можно обратиться к разнесенному виду, приведенному на фиг. 9. На фиг. 8 не показаны корпус 11 насоса и пластина 59 дефлектора на которой посажена крыльчатка 12 Возвращаясь к фиг. 1, входное отверстие 3 закручивается от оси F трубы эффективным с точки зрения гидромеханики образом так, чтобы входить снизу соосно оси R вращения в камеры крыльчатки корпуса 11 насоса. Камера крыльчатки имеет концентрический вход снизу, сообщающийся по текучей среде с впускным отверстием 3, и тангенциальный выход, сообщающийся по текучей среде с выпускным отверстием 5. Пластина 59 дефлектора (см. фиг. 9) расположена концентрично с осью R ротора на нижнем входе в камеру крыльчатки для предотвращения обратного потока текучей среды во впускное отверстие 3. Крыльчатка 12 посажена соосно на пластину 59 дефлектора. Крыльчатка 12 содержит внутренние спиральные лопасти 61 и на своей нижней стороне пластину 63 крыльчатки для формирования эффективных с точки зрения гидромеханики каналов крыльчатки для ускорения текучей среды радиально наружу и тангенциально в направлении против часовой стрелки за счет центробежной силы, когда крыльчатка 12 вращается. Такой направленный радиально наружу и тангенциально поток приводит к центральному всасыванию текучей среды из впускного отверстия 3.
[33] Корпус 11 насоса имеет верхнее круглое отверстие 65 (см. фиг. 9), сквозь которое крыльчатку 12 можно вставить в камеру крыльчатки во время изготовления насосного блока 2. Для получения наиболее компактной конструкции насоса круглое отверстие 65 может иметь лишь немного больший диаметр, чем диаметр крыльчатки 12. Вал 66 ротора проходит вдоль оси R ротора сквозь несущий подшипник 67 и закреплена с возможностью вращения нижним концом на крыльчатке 12. Несущий подшипник 67 центрирует кольцо 69 первого радиального подшипника, находящееся в скользящем контакте с валом 66 ротора. Вал 66 ротора и кольцо 69 первого радиального подшипника могут иметь углеродные контактные поверхности с низким коэффициентом трения. Между валом 66 ротора и кольцом 69 первого радиального подшипника может возникать очень тонкая, порядка микрон, смазывающая пленка прокачиваемой текучей среды, когда вал 66 ротора вращается относительно фиксированного первого кольца 69 радиального подшипника. Осевая несущая пластина 71 расположена сверху кольца 69 первого радиального подшипника для создания кольцевой верхней поверхности с низким коэффициентом трения. Эта несущая пластина 71 с кольцевой верхней поверхностью с низким коэффициентом трения может быть волнистой или содержать радиальные каналы для потока текучей среды (лучше видно на фиг. 9) для создания тонкой смазывающей пленки из прокачиваемой текучей среды и снижения трения. Ротор 73 с постоянными магнитами охватывает ось 66 ротора и закреплен на ней с возможностью вращения. Нижняя кольцевая поверхность ротора 73 с постоянными магнитами скользит во время вращения по неподвижной верхней поверхности осевой несущей пластины 71 с низким коэффициентом трения. Кольцо 75 второго радиального подшипника находится в контакте с низким коэффициентом трения с верхним концом вала 66 ротора. Кольцо 75 второго радиального подшипника центрируется несущей втулкой 77 с радиальными выступами и осевыми каналами для обеспечения осевого потока текучей среды (лучше видно на фиг. 9). Когда крыльчатка 12 вместе с валом 66 ротора и ротором 73 с постоянными магнитами во время вращения присасывается вниз, необходима только одна несущая пластина 71.
[34] Пластина 59 дефлектора, крыльчатка 12, вал 66 ротора, кольцо 69 первого радиального подшипника, осевая несущая пластина 71, ротор 73 с постоянными магнитами, кольцо 75 второго радиального подшипника и несущая втулка 77 являются так называемыми "мокрыми" деталями, которые все погружены в перекачиваемую текучую среду. Вращающиеся мокрые детали, т.е., крыльчатка 12, вал 66 ротора и ротор 73 с постоянными магнитами, работают со смазкой, создаваемой прокачиваемой текучей средой, образующей смазывающие пленки для уменьшения трения на двух радиальных поверхностях и на одной осевой контактной поверхности. Прокачиваемой текучей средой предпочтительно является вода.
[35] "Мокрые" детали охвачены имеющей форму чаши гильзой 79 ротора так, чтобы текучая среда могла протекать между камерой крыльчатки и внутренним объемом гильзы 79 ротора. Гильза 79 ротора содержит нижний первый осевой конец 81, т.е., осевой конец, обращенный к крыльчатке 12, и верхний второй осевой конец 83, т.е., осевой конец, обращенный от крыльчатки 12 (см. фиг. 9). Первый осевой конец 81 открыт и определяет фланец 85 гильзы ротора. Второй осевой конец 83 закрыт. Крепежный элемент 16 содержит центральное отверстие, сквозь которое выступает гильза 79 ротора так, чтобы крепежных элемент 16 охватывал гильзу 79 ротора и крепил фланец 85 гильзы ротора к корпусу 11 насоса. Фланец несущего подшипника 67 расположен между фланцем 85 гильзы ротора и корпусом 11 насоса. Поэтому крепежный элемент 16 крепит и гильзу 79 ротора, и несущий подшипник 67 и образует водонепроницаемое соединение. Это соединение является водонепроницаемым потому, что уплотнительное кольцо 89 прижато крепежным элементом 16 к фланцу 85 гильзы ротора.
[36] Крепежный элемент является соединительной муфтой с внутренней резьбой 91, которая навинчена на наружную резьбу 93 корпуса 11 насоса. Крепежный элемент 16 далее содержит коническую кольцевую поверхность 94. Эта коническая кольцевая поверхность 94 прижимает уплотнительное кольцо 89 и аксиально вниз к верхней кольцевой поверхности фланца 85 гильзы ротора, и радиально наружу к периферийной стенке корпуса 11 насоса. За счет этого "мокрые" детали водонепроницаемо уплотнены уплотнительным кольцом 89. Корпус 13 статора и/или корпус 15 электроники можно демонтировать, не открывая водонепроницаемое соединение между гильзой 79 ротора и корпусом 11 насоса.
[37] Крепежный элемент 16 далее проходит радиально наружу, определяя боковую стенку 95, по существу такого же диаметра, что и корпус 13 статора и корпус 15 электроники. Боковая стенка 95 создает соединение между крепежным элементом 16 и корпусом 13 статора, которое выступает наружу больше, чем водонепроницаемое соединение между крепежным элементом 16 и гильзой 79 ротора. Это соединение может быть резьбовым соединением или байонетным соединением между боковой стенкой 95 и корпусом 13 статора. Для крепления корпуса 13 статора поворотом предпочтительно, чтобы такое соединение закрывалось поворотом по часовой стрелке, поскольку вращение ротора против часовой стрелки провоцирует направленный в противоположную сторону момент на статоре 97, который предпочтительно закрывает такое соединение, а не открывает его.
[38] Корпус 13 статора охватывает статор 97 с шестью катушками с обмотками из медной проволоки (не показаны) вокруг ферромагнитного сердечника в соединении звездой, трехфазного синхронного электродвигателя постоянного тока с регулируемой частотой вращения. Статор 97 выровнен по оси с ротором 73 с постоянными магнитами для создания наиболее эффективного магнитного потока для привода ротора 73 с постоянными магнитами. Корпус 13 статор может быть закрыт сверху крышкой 99 корпуса статора, через которую проходят контакты электроники статора 97. Корпус 15 электроники может защелкиваться в осевом направлении на корпусе 13 статора и фиксироваться защелками 34. Плата 14 с электроникой электродвигателя может проходить перпендикулярно оси R ротора и параллельно верхней поверхности 19 и находиться в непосредственной близости к ней для получений более компактной конструкции. Плата 14 соединена с контактами электроники статора 97, проходящими сквозь крышку 99 корпуса статора. Близость платы 14 к верхней поверхности 19 корпуса 15 электроники позволяет упростить конструкцию пользовательских интерфейсов, таких как кнопка 21, светодиоды, сменные модули 23, 27 и/или дисплей. Пользовательские интерфейсы могут быть расположены на плате 14, а верхняя поверхность 19 может просто иметь окна, отверстия или механические части кнопки.
[39] В показанном примере второй осевой конец 83 гильзы 79 ротора не отцентрирован механически, на подвешен и не поддерживается корпусом 13 статора. Гильза 79 ротора зафиксирована только своим фланцем 85 на ее первом осевом конце 81. Поэтому предпочтительно, чтобы гильза 79 ротора имела стабильную и жесткую конструкцию, позволяющую выдерживать осевые и радиальные силы во время работы насосного блока 2. Одним признаком, стабилизирующим гильзу 79 ротора, является ее по меньшей мере частичная выпуклость второго осевого конца 83. Как показано на фиг. 9, кромка между плоской верхней поверхностью и боковой стенкой гильзы 79 ротора скруглена в форме четверти окружности. В другом варианте (не показан) второй осевой конец 83 может быть сферическим, эллиптическим, эллипсоидальным или иметь форму конуса. Это дает дополнительное преимущество, заключающееся в более плавном потоке текучей среды внутри гильзы 79 ротора для снижения механического сопротивления, вызванного турбулентностью.
[40] На фиг. 10 и 11 показаны виды сверху и сбоку крышки 99 корпуса статора, содержащий направляющие 101, в данном случае, имеющие L-образный профиль, на направления вставляемой части 55 третьего сменного модуля 25 во второе положение, т.е., во второй паз 33. Направляющие 101 содержат по меньшей мере одну фрикционную точку 103 для удержания третьего сменного модуля 25 во втором положении. Фрикционные точки 103 также прижимают вставляемую часть 55 третьего сменного модуля 25 немного вверх, чтобы выбрать зазор между секцией 51 передающей катушки платы 14 электроники электродвигателя и вставляемой частью 55 третьего сменного модуля 25 в максимально возможной степени (см. фиг. 8).
[41] На фиг. 12 и 13 показан внешний блок 105 с внешним модулем в форме модуля источника питания. Альтернативно или дополнительно, он может быть сконфигурирован и оснащен так, чтобы служить соединительной коробкой или "шлюзом" системы с множеством насосных блоков. Внешний блок 105 как часть насосного узла 1 выполнен отдельно от насосного блока 2 и имеет собственный внешний корпус 107. Внешний корпус 107 содержит три паза 109, из которых два паза по существу аналогичны первому пазу 29, а один по существу аналогичен второму пазу 33. Первый сменный модуль 23 и второй сменный модуль 27 выполнены с возможностью выборочной установки в третье положение в любой из этих пазов 109, имеющих форму первого паза 29. Третий сменный модуль 25 выполнен с возможностью выборочной установки в третье положение в паз 109, имеющий форму второго паза 33. Внешний модуль в данном случае выполнен с возможностью индуктивно подавать питание или заряжать один или более из сменных модулей, когда они вставлены в третье положение, т.е., в пазы 109. Поэтому, некоторая функциональность сменных модулей может использоваться независимо и удаленно от насосного блока 2. Альтернативно или дополнительно, внешний модуль может быть оснащен логикой для управления и коммуникаций с множеством насосных блоков.
[42] На фиг. 14, 15 и 16 показано, как основной модуль можно сконфигурировать через по меньшей мере один беспроводной коммуникационный канал внешним конфигурирующим модулем, расположенным в непосредственной близости от корпуса 16. Внешний конфигурирующий модуль может находиться на внешней плате 111, которая расположена чуть выше насосного блока 2 параллельно верхней поверхности 19. Внешняя плата 111 может быть частью стационарного конфигурирующего устройства на производственной или сборочной линии насосных блоков (не показана). Насосный блок 2 может проходить под внешней платой 111 или временно останавливаться под ней, как показано на фиг. 14 15 и 16. Как показано на фиг. 16, на нижней стороне внешней платы 111 имеется передающая катушка 113 так, чтобы передающая катушка 53 основного модуля могла находиться соосно с передающей катушкой 113 внешней платы 111. Основной модуль, таким образом, может одновременно индуктивно запитываться внешним конфигурирующим модулем во время конфигурирования. Верхняя поверхность 19 и/или вставляемые части первого и второго сменных модулей могут содержать материал пластика или другой непроводящий материал, чтобы не экранировать такое беспроводное конфигурирование.
[43] В том случае, когда в вышеприведенном описании приведены упомянуты детали или элементы, имеющие известные, очевидные или прогнозируемые эквиваленты, то такие эквиваленты включены в настоящее описание, как если бы они были описаны индивидуально. Истинный объем настоящего изобретения определен формулой изобретения, которую следует толковать как включающую любые такие эквиваленты. Следует также понимать, что детали и признаки настоящего изобретения, описанные как необязательные, предпочтительные, преимущественные, удобные и т.п., являются необязательными и не ограничивают объем независимых пунктов формулы.
[44] Вышеописанные варианты следует считать иллюстративными примерами изобретения. Следует понимать, что любой признак, описанный в связи с любым из вариантов, может использоваться самостоятельно или в комбинации с другими описанными признаками, а также может использоваться в комбинации с одном или более из признаков любого другого варианта или любой комбинацией любых других вариантов. Хотя был описан и показан по меньшей мере один иллюстративный вариант, следует понимать, что специалистам понятны другие модификации, замены и альтернативы, которые смогут вводиться, не выходя за пределы объема описанного предмета изобретения, и настоящая заявка охватывает любые адаптации или варианты конкретных описанных вариантов.
[45] Кроме того, термин "содержащий" не исключает наличия других элементов или этапов, а элементы, описанные в единственном числе, могут присутствовать во множестве. Кроме того, характеристики или этапы, описанные со ссылками на один иллюстративный вариант, могут использоваться в комбинации с другими характеристиками или этапами других описанных иллюстративных вариантов. Этапы способа могут применяться в любом порядке или параллельно, или могут являться частью более детальной версией другого этапа способа. Следует понимать, что в объем патента, выданного по настоящей заявке должны входить все такие модификации, которые обоснованно и надлежащим образом входят в объем усовершенствования существующей техники. Такие модификации, замены и альтернативы могут быть внесены, не выходя за пределы изобретательской идеи и объема изобретения, которые должны определяться приложенной формулой или ее законными эквивалентами.