直流无刷水泵原理及发展

1、直流无刷水泵的原理及发展第一章直流无刷水泵的基础知识直流无刷微型水泵一.直流无刷水泵工作原理直流无刷水泵运行转动是由直流无刷电动机驱动的，直流无刷电 动机与一般直流有刷电动机具有相同的工作原理和应用特性，而其结构组成是不一样的。除了电机本身外，直流有刷电机还多一个机械（碳 刷和转轴磨擦）换向电路，电机本身和换向电路紧密结合在一起。许 多小功率直流有刷电动机的电机本身是与换向电路合成一体，从外观上看直流无刷电动机与直流有刷电动机可完全一样。直流有刷水泵电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转， 线圈电流方向的交替变化是随着电机转动的换向器和电刷来完成，只要电机转动碳刷就会产生磨损，电机水泵运

2、行到一定的时候，碳刷磨 损间隙变大，声音也会随之增大，连续运行几百小时之后碳刷就不能 起到换向的作用了，有刷水泵电机，故称机械换相电机水泵。直流无刷水泵电动机的电机本身是机电能量转换部分，它除了电机电枢、永磁励磁两部分外，还带有传感器（也有三相无传感器的），电机本身是直流无刷电机的核心是通电电子换相，克服了有刷直流 电机的先天性缺陷，以电子换向器取代了机械换向器，所以无刷 直流电机既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电 机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点没有了换 向器与碳刷磨损，减小了机械噪音，誔长了水泵的使用寿命，它不仅关 系到性能指标、噪声振动、可靠性和使用寿命等，

3、还涉及制造费用及 产品成本。直流无刷电机因为具有直流有刷电机的特性 ，同时也是频率变化 的装置，所以又名直流变频水泵，国际通用名词为BLDC.无刷直流电机 的运转效率，低速转矩，转速精度等都比任何控制技术的变频器还要 好.（一）直流无刷水泵的优缺点？优点：1）电子换向来代替传统的机械换向，性能可靠、永无磨损（无 电火花产生）、故障率低，寿命比有刷电机提高了很多倍（一般可连 续工作20000小时以上，无刷直流水泵代表了直流水泵的发展方向；2）属静态电机，空载电流小；3）效率高；4）体积小5）.节能环保，无污染，。缺点：1）低速起动时有轻微振动，如速度加大换相频率增大，就感觉 不到振动现象了；2）

4、价格高，控制器要求高；3）易形成共振，因为任何一件东西都有一个固有振动频率，如 果无刷电机的振动频率与车架或塑料件的振动频率相同或接近时就 容易形成共振现象，但可以通过调整将共振现象减小到最小程度。所 以采用无刷电机驱动的电动车有时会发出一种嗡嗡的声音是一种正 常的现象。（二）直流无刷水泵的一般结构特点宦子motor stator泵休pump hody转子motor rctor问定地板” fIx foundtitionback cover與瓷轴 ceramic shaft（三）直流有刷水泵电机有什么优缺点？优点：1）变速平稳，几乎感觉不到振动；2）温升低，可靠性好;3）价格低，所以被较多厂家选

5、用。缺点：1）碳刷易磨损（有电火花产生和碳刷粉尘污染），碳刷更换较 为麻烦，寿命短（一般连续运行在 500-1000小时）；2）运行电流大，电机磁钢易退磁，降低了电机与电池的作用寿 命。3）不环保，有电火花产生，有闪络二；如何选择直流无刷水泵客户在选择直流无刷水泵时 ,一定要认真了解以下的一些参数或 将这些参数提供给我们 :1）规格型号 :选好系列及规格型号 （25#系列,32# 系列,38#系列,50# 系 列）2）供电方式： A. 变压式开关电源供电；电压及电流是多少B. 蓄电池供电 ;电蓄容量安培 /小时是多少C.太阳能供电；开路电压是多少；短路电流是多大3）电压等级:A.4.5Vdc；

6、6Vdc;9Vdc;12VDC;15V dc;24VdcB.4.5VDC-24VDC 任意一个电位上的电压 ；4）功率大小 :0.65120W5）静态杨程和静态流量 :静态杨程 - 是指水泵工作没有水流出时 ,水上升的最大高度 .静态流量-是指水泵出水口不接任何水管时水平出水量;例如:要选一个杨程 2 米高时流出 3 升水的水泵 ,哪么这个水泵的静态杨程一定要 大于 3 米,才有可能得到在 2 米高时的 3 升水 （具体参考水泵运行 VS 曲线图或咨询我公司业务人员 ）6）使用环境:环境温度 ,环境湿度,通风状态 ;使用在什么设备上 ;是否潜水 ;7. 介质:水;油,防冻液等及介质温度；酸碱的

7、”PH”值.8. 水泵性能的选择 :怎样选购质量优良的直流无刷水泵a. 外观：外观设计美观大方，制造精良；b. 电气性能：振动小，噪音低，启动电流小，效率高，温升低；c. 结构：安装操作简单，维护保修方便d. 专业正规的生产经销商：三直流无刷水泵安装及使用注意事项1）水泵外壳与硬性物体接时，水泵的外壳或底部装上减震垫；2）水泵进水口泵体与水平面平行安装为最佳安装效果；3进出水口连接之胶管折角尽可能的不要小于 90度；4）水泵可以360度任意角度安装,但是应在订货时需与我公司技术部联系，以便出厂时将水泵调整在最工作状态；5）远离强磁性物体环境；6）不允许有铁磁杂质、颗粒进入磁力传动器和轴承摩擦；

8、7）输送易结晶或沉淀的介质后要及时冲洗（停泵后向泵腔内灌注清水，运转1min后排放干净），以保障滑水泵使用寿命；8）输送含有固体颗粒的介质时，应在泵流管入口处过滤。9）电源的正负极不可接反；10）水泵工作时进水口要低于水的水平面；11）严禁水泵无水空载运行，会影水泵寿命和噪音，12）水泵分有：潜水泵;非潜水泵；水陆俩用三种形式；安装时要特别注 意。各种微型水泵的特点（一）、微型交流水泵：1. 交流水泵的换向是通过市电的50HZ的频率变化的，其转速很低，交流水泵里面没有电子元器件，可以耐高温，同样的扬程 交流水泵的体积和功率是直流无刷水泵的3-5倍，交流水泵效率低20%，不易做成调速控制，功率一

9、般在几百瓦以上。2. 优点：价格便宜，生产厂家也比较多。（二）、有刷直流水泵：1. 水泵工作时，转子上的换向器与碳刷磨擦，线圈和换向器旋 转，磁铁和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随着电机转动 的换向器和电刷来完成，只要电机转动碳刷就会产生磨损，电脑 水泵运行到一定的时候， 碳刷磨损间隙变大，声音也会随之增大, 连续运行几百小时之后碳刷就不能起到换向的作用了。2. 优点：价格低廉。（三）、无刷电机式直流水泵：电机式无刷直流水泵是采用无刷直流电机加上叶轮之后组成 的。电机的轴与叶轮连在一起，水泵的定子和转子之间是有间隙 的，使用时间长了水会渗透进入电机里增加了电机烧坏的可能。优点：无刷直流电机

10、已标准化，有专门的厂家大批生产，成 本比较低，效率高。（四）、无刷直流磁力驱动水泵：无刷直流水泵采用了电子组件换向，无需使用碳刷换向，采 用高性能耐磨工程塑料和石墨轴套，轴套通过注塑与磁铁连成整 体也就避免了磨损，因此无刷直流水泵的寿命大大增强了。磁力 隔离式水泵的定子部分和转子部分完全隔离，定子和电路板部分 采用环氧树脂灌封，100%防水，转子部分采用永磁磁铁，水泵机 身采用环保材料，噪音低，体积小，性能稳定。可以通过定子的绕线调节各种所需的参数，可以宽电压运行。优点：寿命长，噪音低可达35dB以下，可用于热水循环电机的定子和电路板部分采用环氧树脂灌封并与转子完全隔离， 可以水下安装而且完全

11、防水，水泵的轴心采用高性能陶瓷轴，精 度高，抗震性好。（五）微型直流水泵主要参数性能25#系列：1电压范围：DC3.5v-12v;2最大静态扬程：2m;3最大静态流量：2L/H4最高介质温度100 C5. 卫生等级：FDA.NSF32#系列：1电压范围：DC 6v-24v;2最大静态扬程：3.5m;3最大静态流量：190L/H4最高介质温度W 70 C38#系列：1. 电压范围：DC6v-24v;2. 最大静态扬程：8.5m;3. 最大静态流量：720L/H4. 最高介质温度：w 100 C5. 卫生等级“ FDA'。50#系列：1电压范围：DC6v-24v;2最大静态扬程：30m;3

12、最大静态流量：1700L/H4最高介质温度w110C5.最高卫生等级“ SGS特点：1环保节能，可做到食品级”FDA , NSF”2使用寿命长，连续运行在20000小时3设计工艺独特，无需保养，体积小效率高，功耗低 ,；4.水泵电机的定子和电路板部分米用环氧树脂灌封并与转子 完全隔离，解决了电机式直流水泵长期潜水产生的漏水问题，可 以水下安装而且完全防水5同一电压可以做出很多种参数，比如24V水泵可以做成扬程2米，也可以做成扬程 7米。水泵可以宽电压运行，比如24V的水泵可以在电压 12V以下运行。6水泵的轴心采用高性能石墨轴套，精度高，抗震性好，由 于水泵采用石墨轴套与氧化锆轴的精密配合，噪

13、音小,25#系列水泵功率可以达到 30分贝以下，几乎达到静音效果。7.水泵中的三相无霍尔程序驱动直流水泵可以实现PWM调速，模拟信号输入调速，电位器手动调速，这样就做到无级调节流量及扬程，可以订做音乐喷泉。三相直流水泵具有卡死保护， 防反接保护。8水泵已根据需求配置 4分管螺纹或6分管螺纹，满足特殊的需求。9多功能设计，可以潜水使用也可以放在外面（安装位置低于液面）10.可定制并按照客户要求来设计水泵11. 铝合金外壳；汽车级水最大介质温水可做到110度（六）应用范围：可用于电脑水冷系统，太阳能喷泉，太阳能热水器，桌面喷泉，工艺品，咖啡机，饮水机，泡茶器，倒酒器，无土栽培，淋浴器，热水器加压，

14、水暖床垫，热水循环，游泳池水循环过滤 ，洗脚冲浪按 摩盆,冲浪按摩浴缸，汽车冷却循环系统，汽车零下35度冷启动，加 油器,加湿器，空调机，洗衣机，医疗器械，冷却系统，卫浴产品。无刷直流水泵（离心泵）工作原理无刷直流磁力驱动泵的磁铁与叶轮注塑成一体组成电机的转子，转子中间有直接注塑成型的轴套，通过高性能陶瓷轴固定在 壳体中，电机的定子与电路板部分采用环氧树脂胶灌圭寸于泵体中， 定子与转子之间有一层薄壁隔离，无需配以传统的机械轴圭寸，因 而是完全密封。电机的扭力是通过矽钢片（定子）上的线圈通电后产生磁场带动永磁磁铁（转子）工作运转。对磁体进行n （n为偶数）级充磁使磁体部分相互组成完整藕合的磁力系

15、统。当定 子线圈产生的磁极与磁铁的磁极处于异极相对，即两个磁极间的 位移角 二0,此时磁系统的磁能最低；当磁极转动到同极相对，即两个磁极间的位移角二2n /n此时磁系统的磁能最大。去掉外力后，由于磁系统的磁极相互排斥，磁力将使磁体恢复到磁能 最低的状态。于是磁体产生运动，带动磁转子旋转。无刷直流水泵通过电子换向，无需使用碳刷，磁体转子和定 子矽钢片都有多级磁场，当磁体转子相对定子旋转一个角度后会 自动改变磁极方向，使转子始终保持同级排斥，从而使无刷直流 磁力隔离泵有较高的转速和效率。磁力隔离泵的定子与转子完全隔离，完全避免了传统的电机 式无刷直流水泵存在的液体泄漏问题。而且可以完全潜水使用并

16、且完全防水，有效的提高了泵的使用寿命及性能。直流无刷水泵电动机工作原理控制方法序言由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可 靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励 磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日 益普及。一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。 其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。由于传统的直流电动机 均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带 来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高 及维修困难等缺点，从而大大限制了

17、它的应用范围，致使目前工农业 生产上大多数均采用三相异步电动机。针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪 30年代就有 人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。经过了几十年的努力，直至上世纪 60年代初终于实现了这一愿望。上世纪 70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功 率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能 永磁材料的问世，均为直流无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基 础。三相直流无刷电动机的基本组成直流无刷永磁电动机主要由电动机本体、 位置传感器和电子开关 线路三部分组成。其定子绕组一般制成多相（三相、四相、五相不等）， 转子

18、由永久磁钢按一定极对数（2p=2,4,）组成。图1所示为三相 两极直流无刷电机结构，三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结， A、B、C相绕组分别与功率开关管 VI、V2、V3相接。位置传感器 的跟踪转子与电动机转轴相联结。当定子绕组的某一相通电时，该电流与转子永久磁钢的磁极所产 生的磁场相互作用而产生转矩，驱动转子旋转，再由位置传感器将转 子磁钢位置变换成电信号，去控制电子开关线路，从而使定子各项绕 组按一定次序导通，定子相电流随转子位置的变化而按一定的次序换 相。由于电子开关线路的导通次序是与转子转角同步的，因而起到了机械换向器的换向作用。图2为三相直流无刷电动机半控桥电路

19、原理图。 此处采用光电器 件作为位置传感器，以三只功率晶体管 VI、V2和V3构成功率逻辑 单元。图2三相直流无刷电动机三只光电器件VP1、VP2和VP3的安装位置各相差120度，均 匀分布在电动机一端。借助安装在电动机轴上的旋转遮光板的作用， 使从光源射来的光线一次照射在各个光电器件上，并依照某一光电器件是否被照射到光线来判断转子磁极的位置。图3开关顺序及定子磁场旋转示意图图2所示的转子位置和图3 a）所示的位置相对应。由于此时广 电器件VP1被光照射，从而使功率晶体 V1呈导通状态，电流流入绕 组A-A'，该绕组电流同转子磁极作用后所产生的转矩使转子的磁极 按图3中箭头方向转动。当

20、转子磁极转到图 3 b）所示的位置时，直 接装在转子轴上的旋转遮光板亦跟着同步转动， 并遮住VP1而使VP2 受光照射，从而使晶体管V1截至，晶体管V2导通，电流从绕组A-A断开而流入绕组B-B'，使得转子磁极继续朝箭头方向转动。当转子磁 极转到图3 c）所示的位置时，此时旋转遮光板已经遮住 VP2，使VP3 被光照射，导致晶体管 V2截至、晶体管V3导通，因而电流流入绕 组C-C'于是驱动转子磁极继续朝顺时针方向旋转并回到图3 a）的位置。这样，随着位置传感器转子扇形片的转动， 定子绕组在位置传感 器VP1、VP2、VP3的控制下，便一相一相地依次馈电，实现了各相 绕组电流的

21、换相。在换相过程中，定子各相绕组在工作气隙内所形成 的旋转磁场是跳跃式的。这种旋转磁场在 360度电角度范围内有三 种磁状态，每种磁状态持续120度电角度。各相绕组电流与电动机转 子磁场的相互关系如图3所示。图3a）为第一种状态，Fa为绕组A-A' 通电后所产生的磁动势。显然，绕组电流与转子磁场的相互作用，使 转子沿顺时针方向旋转；转过120度电角度后，便进入第二状态，这 时绕组A-A断电，而B-B'随之通电，即定子绕组所产生的磁场转过 了 120度，如图3 b）所示，电动机定子继续沿顺时针方向旋转；再 转120度电角度，便进入第三状态，这时绕组 B-B'断电，C-C通

22、电， 定子绕组所产生的磁场又转过了 120度电角度，如图3 c）所示；它 继续驱动转子沿顺时针方向转过120度电角度后就恢复到初始状态。 图4示出了各相绕组的导通顺序的示意图。24E-B"c-c* 1120>40图4各相绕组的导通示意图 位置传感器位置传感器在直流无刷电动机中起着测定转子磁极位置的作用，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，即将转子磁钢磁极的位置信号 转换成电信号，然后去控制定子绕组换相。位置传感器种类较多，且 各具特点。在直流无刷电动机中常见的位置传感器有以下几种：电磁式位置传感器、光电式位置传感器、磁敏式位置接近传感器。电磁式位置传感器在直流无刷电动机中，用得较

23、多的是开口变压器。用于三相直流无刷电动机的开口变压器由定子和跟踪转子两部分组成。定子一般有六个极，它们之间的间隔分别为60度，其中三个极上绕一次绕组，并相互串联后通以高频电源，另外三个极分别绕上 二次绕组 WA、WB、WC。它们之间分别相隔120度。跟踪转子是 一个用非导磁材料做成的圆柱体，并在它上面镶一块120度的扇形导 磁材料。在安装时将它与电动机转轴相联，其位置对应于某一磁极。 一次绕组所产生的高频磁通通过跟踪转子上的到此材料耦合到二次 绕组上，故在二次绕组上产生感应电压，而另外两相二次绕组由于无 耦合回路同一次绕组相联，其感应电压基本为零。随着电动机转子的转动，扇形片也跟着旋转，使之离

24、开当前耦合一次绕组而向下一个一 次绕组靠近。就这样，随着电动机转子运动，在开口变压器二次绕组 上分别感应出电压。扇形导磁片的角度一般略大于120度电角度，常 采用130度电角度左右。在三相全控电路中，为了换相译码器的需要， 扇形导磁片的角度为180度电角度。同时，扇形导磁片的个数应同直 流无刷电动机的极对数相等。接近开关式位置传感器主要由谐振电路及扇形金属转子两部分组成，当扇形金属转子接近震 荡回路电感L时，使该电路的Q值下 降，导致电路正反馈不足而停振，故输出为零。扇形金属转子离开电 感元件L时，电路的Q值开始上升，电路又重新起振，输出高频调 制信号，经二极管检波后，取出有用控制信号，去控制

25、逻辑开关电路， 以保证电动机正确换向。光电式位置传感器前面已经讲过， 是利用光电效应制成的，由跟 随电动机转子一起旋转的遮光板和固定不动的光源及光电管等部件组成。磁敏式位置传感器是指它的某些电参数按一定规律随周围磁场变化的半导体敏感元件。其基本原理为霍尔效应和磁阻效应。 常见的 磁敏传感器有霍尔元件或霍尔集成电路、磁敏电阻 ：研究结果表明，在半导体薄片上产生的霍尔电动势 E可用下式表示：e=r=¥式中RH 霍尔系数（）;IH 控制电流（A）;B感应强度（T）;d薄片厚度（m）;p材料电阻率（Q *S；u材料迁移率（若在上式中各常数用KH表示，则有E二KHIHB霍尔元件产生的电动势很低

26、，直接应用很不方便，实际应用时采 用霍尔集成电路。霍尔元件输出电压的极性随磁场方向的变化而变 化，直流无刷电动机的位置传感器选用开关型霍尔集成电路。磁阻效应是指元件的电阻值随磁感应强度而变化， 根据磁阻效应 制成的传感器叫磁阻电阻。三相直流无刷电动机的运行特性要十分精确地分析直流无刷电动机的运行特性，是很困难的。-般工程应用中均作如下假定：（1）电动机的气隙磁感应强度沿气隙按正弦分布。（2）绕组通电时，该电流所产生的磁通对气隙所产生的影响忽略不 计。（3） 控制电路在开关状态下工作，功率晶体管压降为恒值。（4）各绕组对称，其对应的电路完全一致，相应的电气时间常数忽略不计。(5) 位置传感器等控

27、制电路的功耗忽略不计。由于假设转子磁钢所产生的磁感应强度在电动机气隙中是按正 弦规律分布的，即B=BMs inB 。这样，如果定子某一相绕组中通一 持续的直流电流，所产生的转矩为TM二ZDLBMrlsin 0式中，ZD相绕组的有效导体数；L绕组中导线的有效长度，即磁钢长度；r电动机中气隙半径；I 绕组相电流。就是说某一相通以不变的直流后，它和转子磁场作用所产生的转 矩也将随转子位置的不同而按正弦规律变化，如图5所示。图5在恒定电流下的单相转矩它对外负载讲，所得的电动机的平均转矩为零。但在直流无刷电动机三相半控电路的工作情况下，每相绕组中通过1/3周期的矩形波 电流。该电流和转子磁场作用所产生的

28、转矩也只是正弦转矩曲线上相当于1/3周期的一段，且这一段曲线与绕组开始通电时的转子相对位 置有关。显然在图6a所示的瞬间导通晶体管，则可产生最大的平均 转矩。因为在这种情况下，绕组通电120度的时间里，载流导体正好 处在比较强的气隙磁场中。所以它所产生的转动脉动最小，平均值较 大。习惯上把这一点选作晶体管开始导通的基准点，定为。在=0度的情况下，电动机三相绕组轮流通电时所产生的总转矩如图 6b所 示。图6三相直流无刷电动机半空桥转矩如若晶体管的导通时间提前或滞后，则均将导致转矩的脉动值增 加，平均值减小。当=30度时，电动机的瞬时转矩过零点，这就是 说，当转子转到某几个位置时，电动机产生的转矩

29、为零，电动机起动 时会产生死点。当 > 30度后，电动机转矩的瞬时值将出现负值，则 总输出转矩的平均值更小。因此，在三相半控的情况下，特别是在起 动时，不宜大于30度，而在直流无刷电动机正常运行时，总是尽 力把 角调整到0度，使电动机产生的平均转矩最大。当 =0度时, 可以求得输出转矩的平均值 ：sin =0 827Tm电动机在电动转矩的作用下转动后，旋转的转子磁场就要切割定子绕组，在各相绕组上感生出电动势，当其转速n不变时，该电 动势波形也是正弦波，相位同转矩相位一致。在本电路中，每相绕组 在一个周期中只通电，因此仅在这 期间对外加电压起作用。所以对 外加电压而言，感生电动势波形如图

30、7所示。10. 3Q.60.4C. 2k E2丿厂 / / / 4 r y VK /八、A/ / / / 7崔240 300 360图7三相直流无刷电动机半控电路的反电动势同理可按下式求得感生电动势的平均值2云严脅0.82忑从上面的平均转矩和平均反电动势，便可求得直流无刷电动机稳定运行时的电压平衡方程式，为此首先定义反电动势系数和转矩系数:对于某个具体的电动机，它们为常数。当然，其大小同主回路的接法以及功率晶体管四.水泵功能简易检测客户收到我公司样品或批单， 有条件可用流量压力计进行流量和杨程检测；没有条件的 可做简易检测（一）外观目测： 检测水泵外观有无破损，流胶，脱线，露筋；脏污；（二）水

31、泵参数检测： 根据我司提供的检测报告测试水泵的杨程和流量和户的要求求； 器准备：a. 可调稳压直流电源一台b. 水槽（箱）一个c. 量杯一个d. 塑胶透明软管一根，（透明软管的长短视水泵进出管径而定， 如果 以测杨程为主：只要塑胶透明软管一根）e. 钮子开关一只f. 带夹子电源线红黑线各一个g. 计时表一个，测出每分钟的流量：测量杨程时用标尺测水位实际 高度（三）;测试器具的校准1. 将可调稳压直流电源接通交流电：a、将电流旋钮调在电流的最大档位b、将输出电压调在被测水泵的实际电压值上2. 在水槽（箱）内放进水泵（潜水泵） ，将干净的自来水，慢慢的 加入水槽内，一直到超过水泵进水口的高度 20

32、CM 以上3. 将塑胶软管插在水泵出水口， 拉直塑胶软管， 使塑胶软管与水平 面垂直并固定好4. 将钮子开关串接在红色电线上并将带有夹子的红、 黑电源线分别 按在稳压电源的正负极（电源线的正负极千万不可接反）5. 使钮子开关打在断电状态， 然后分别将有夹子的红、 黑电源线接 在水泵电源线的红（正） ，黑（负）电线上6. 检查以上各项安装工作，确定无误（四）.测试1. 杨程测试；a. 钦动钮子开关，水泵即开始工作b. 观察稳压电源上的电流表和电压表读数；电流，电压在设定值士5%之内c. 观察水泵的上水高度，等水刚溢出测出高度2. 流量测试；a.在将水泵正常工作后计时测试1分钟的流量，流量在设定值

33、士 5% 升/小时？b、水泵进水口无阻障物c、软管内不可有空气和汽泡，如有空气或汽泡，先关断水泵电源 后，等待塑胶透明软管内水位为零后，再一次上电测试观察。d、软管与水泵出水口按触是否良好、无漏水现象3.漏水试验 :a. 将水泵的进出水口插塑胶透明软管长约 10CM;b. 在水泵正常工作抽出水来后，将进水管保持在水中，用手紧紧地 堵住出水口，并擦净水泵外面的水，看水泵是否有水滴出或水渗出 来。五.常见不良情况的处理1. 水泵上电不转无任何响声：检查电源线路及接线。2. 水泵上电不转有嗡嗡响声：检查电源功率是否太小（供电电源功率应1.5倍水泵功率），检查水泵转子是否有脏物堵转；3. 水泵工作抽不

34、出水 :水泵泵腔内有空气或水管内有空气 ;排气 ,并 将水泵反复启动停止 3 次以上并让水泵工作几分钟后就可正常 出水 ;4. 水泵工作达不到应有的流量 : 叶轮损坏，转速不够，扬程过高，管内有杂物堵塞等水泵泵腔内有空气或水管内有空气,将水泵反复启动停止3次以上；5. 扬程不足。造成这种故障的原因有：输送介质内有空气， 叶轮损 坏，转速不够，输送液体的比重过大，流量过大。6水泵运转时有异常的声音：泵腔内可能有异物，清洗泵腔7水泵电机发热:检查水泵转子是否有堵转，电源供电是否正常, 水泵电机泵体是否损坏进水8.振动声音大并有较大噪音：试验;将水泵放在棹面上或木板上接 上额定的工作电压时，有很大的

35、振动并有噪音时；若将正在工作 中的水泵拿在手上或放入水中，手感振动但无噪音,说明可能是转 子偏心,轴孔变大或叶片损坏，变形处理:轻微振动:并有噪音，加装 防震软体棉或海棉垫片防振；严重振动及较大的噪音时换转子.9水泵上电工作期噪音大；检查水泵泵腔内是否有异物，转子及转轴是 否正常，垫片，转轴，前端盖及泵体是否完好，电源电压是否正常；10. 漏水：泵壳装配不良，密圭寸圈漏装11. 水泵轴采用的材料是不锈钢和氧化锆，泵轴折断的主要原因是，因为泵空运转，轴承干磨发热使轴变形（不锈钢轴）或将轴扭断（氧化锆）。拆开泵检查时可看到磁转子轴套已磨损严重或氧化 锆轴折断的主要办法是避免泵的空运转。12. 水泵

36、轴承损坏；水泵的轴承采用的材料是石墨高密度碳，如遇泵断或水泵内有杂质，就会造成轴承的损坏而偏心，圆筒形联轴器内外磁转子间的同轴度要求若得不到保证，也会直接影响轴承的寿命。第二章汽车直流无刷水泵（一）；直流无刷汽车水泵的发展直流无刷水泵是随着直流无刷电动机的发展而发展起来的水泵行业一个新亮点；直流 无刷水泵的动力是直流无刷电机，直流无刷电机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、 维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围已遍及国民经济的各个 领域以及人们的日常生

37、活中。 其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。由于传统的直流电动机均采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用范围，致使目前工农业生产上大多数均采用三相异步电动机。针对上述传统直流电动机的弊病，早在上世纪30年代就有人开始研制以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电动机。经过了几十年的努力，直至上世纪60年代初终于实现了这一愿望。上世纪 70年代以来，随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器 件，女口 GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高

38、性能永磁材料的问世，均为直流 无刷电动机的广泛应用奠定了坚实的基础一一也为直流无刷水泵的产生创造了条；（二）直流无刷水泵有什么特点？优点：1）电子换相来代替传统的机械换相，性能可靠、永无磨损（无电火花产生）、故障率低，寿命比有刷电机提高了很多倍（一般可连续工作20000小时以上;无刷电机使用寿命，是有刷电机寿命30-40倍）无刷直流水泵代表了直流水泵的发 展方向；2）.属静态电机，空载电流小；3）.效率高；4）.体积小，维护保修方便5）.节能环保，无污染，6）.噪音小7）耐温性好，生产工艺简单缺点：1）低速起动时有轻微振动，如速度加大换相频率增大，就感觉不到振动现象了；2）价格高，控制器要求高

39、；3）易形成共振，因为任何一件东西都有一个固有振动频率，如果无刷电机 的振动频率与车架或塑料件的振动频率相同或接近时就容易形成共 振现象，但可以通过调整将共振现象减小到最小程度。所以采用无刷 电机驱动的电动车有时会发出一种嗡嗡的声音是一种正常的现象。（三）直流有刷水泵有什么优缺点？优点：1）变速平稳，几乎感觉不到振动；2）温升低，可靠性好:3）价格低，所以被较多厂家选用。缺点：1）碳刷易磨损（有电火花产生和碳刷粉尘污染），碳刷更换较为麻烦，寿命短（一般连续运行在 500-1000小时）；2）运行电流大，电机磁钢易退磁，降低了电机与电池的作用寿命。3）不环保（碳刷粉尘污染），有电火花产生 ,有闪

40、络（四）；汽车直流无刷水泵水泵工作结构（一）；水泵的分类根据驱动方式的不同， 水泵一般分为机械水泵和电动水泵； 电动 水泵条又分为有刷电动水泵和无刷电动水泵； 目前大多数发动机采用 机械水泵，在一些新开发的技术含量较高的发动机上已经使用了电动 水泵有刷电动水泵，例如宝马6系（E63 ）搭载的发动机。（1）机械水泵 机械水泵由发动机曲轴通过传动胶带驱动，它 的转速和发动机的转速成正比。机械水泵的工作方式有优点也有缺 点。当发动机在高速大负荷工况下工作时，发动机产生的热量多，水 泵的高转速使冷却液的循环流量增大， 这样正好能够提高发动机的冷 却能力；当发动机在低速大负荷工况下工作时， 例如牵引其他

41、车辆或 开空调，此时发动机的转速低导致水泵的转速也低， 这样就降低了发 动机的冷却能力。（2）电动水泵；电动水泵又无刷电动水泵和有刷电动水泵之分； 电动水泵由发动机控制单元通过电流控制， 它不受当时发动机转速的 影响，可以根据发动机的实际冷却需要灵活工作。 由于电动水泵消耗 的发动机功率非常少， 因此采用电动水泵后， 发动机的燃油消耗量可 以有所降低；特别是新一代的直流无刷电动水泵出现为汽车及新能源 汽车的发展和性能的提高注入新的元素 。（二）；水泵的结构1.无刷直流汽车水泵的结构汽车上使用的水泵比一般水泵在结构和性能要求比较高；汽车水泵的工作环境比较差，要做到能防振，防潮，耐热，特别对于新能

42、源电动汽车 水泵的稳定性，可靠性都有更高的要求外，还要考滤水泵的环保节能；无直流刷水泵的磁铁与叶轮注塑成一体组成电机的磁转子，转子中间有直接注塑成型的轴套，轴套是高耐磨性能石墨固定在转子体中， 电机的定子与电路板部分采用环氧树脂胶灌封于泵体中，定子与转子之间是一个空腔，水泵泵体腔与电机转子腔连通，电机转子腔与电机 定子及电机控制完全隔离，转轴是用高光洁度，又有高强度的氧化锆 精加工而成，轴将电机与泵体连成一体，采用无腔真空灌流式一体化 工艺流程生产制作，所以无需配以传统的机械轴封，不需要轴润滑 油，因而是完全密封而又可防漏。电机的扭力是通过矽钢片（定子）上的线圈通电后产生磁场带动永 磁磁铁（转

43、子）工作运转。对磁体进行n （n为偶数）级充磁使磁体部分相互组成完整藕合的磁力系统。当定子线圈产生的磁极与磁铁的磁 极处于异极相对，即两个磁极间的位移角 =0，此时磁系统的磁能 最低;当磁极转动到同极相对，即两个磁极间的位移角 =2n /n此时 磁系统的磁能最大。去掉外力后，由于磁系统的磁极相互排斥，磁力 将使磁体恢复到磁能最低的状态。于是磁体产生运动，带动磁转子旋 转；直流无刷水泵叶轮的驱动力是直流无刷电机。直流无刷水泵通过电子换向，无需使用碳刷，磁体转子和定子矽 钢片都有多级磁场， 当磁体转子相对定子旋转一个角度后会自动改变 磁极方向， 使转子始终保持同级排斥， 从而使无刷直流磁力隔离泵有

44、 较高的转速和效率，直流无刷汽车水泵的定子与转子完全隔离，完全避免了传统的电 机式直流无刷水泵存在的液体泄漏问题。 而且可以完全潜水使用并且 完全防水， 有效的提高了泵的使用寿命及性能， 所以直流无刷水泵不 需要水泵轴承，也不用用润滑脂润滑 ，也没有密封垫和油封 ，减小了 机械磨损，降低了功耗，提高了工作寿命。2有刷直流汽车水泵有刷直流汽车水泵， 支撑水泵轴的轴承用润滑脂润滑， 因此要防 止冷却液泄漏到润滑脂造成润滑脂乳化，同时还要防止冷却液的泄 漏。水泵防止泄漏的密封措施有水封和密封垫。 水封动密封环与轴通 过过盈配合装在叶轮与轴承之间， 水封静密封座紧紧的靠在水泵的壳 体上，从而达到密封冷

45、却液的目的。有刷直流离心水泵的磁铁与叶轮注塑成一体组成电机的转子， 转子中间有直接注塑成型的轴套，通过高性能陶瓷轴固定在壳体中， 电机的定子与电路板部分采用环氧树脂胶灌封于泵体中， 定子与转子 之间有一层薄壁隔离，无需配以传统的机械轴封，因而是完全密封。 电机的扭力是通过矽钢片 （定子）上的线圈通电后产生磁场带动永磁 磁铁（转子）工作运转。其电磁工作原理与无刷水泵电机是一样的。总而言之：无刷水泵电电子换相；有刷水泵电机是机械换相；有刷水 泵叶轮的驱动力是有刷电机。三；汽车直流无刷水泵工作原理汽车直流无刷水泵工作的最终目的是把汽车上受热零件吸收的 部分热量及时散发出去，保证发动机在最适宜的温度状

46、态下正常工 作。接通电源水泵运转工作带动叶轮转动，水泵中的冷却液被叶 轮带动一起旋转，在离心力的作用下被甩向水泵壳体的边缘，同 时产生一定的压力，然后从出水道或水管流出。叶轮的中心处由 于冷却液被甩出而压力降低，水箱中的冷却液在水泵进口与叶轮 中心的压差作用下经水管被吸入叶轮中，实现冷却液的往复循环。有刷水泵，支撑有刷水泵轴的轴承要用润滑脂润滑，因此要 防止冷却液泄漏到润滑脂造成润滑脂乳化，同时还要防止冷却液 的泄漏。水泵防止泄漏的密封措施有水封和密封垫。水封对密封 环与轴通过过盈配合装在叶轮与轴承之间，水封静密封座紧紧的 靠在水泵的壳体上，从而达到密封冷却液的目的。水泵壳体通过密封垫与发动机

47、相连，并支撑着轴承等运动部 件。水泵壳体上还有泄水孔，位于水封与轴承之间。一旦有冷却 液漏过水封，可从泄水孔泄出，已防止冷却液进入轴承腔，而破 坏轴承润滑及部件锈蚀。如果发动机停止后仍有冷却液漏出，则 表明水封已经损坏；而无刷水泵，由于设计结构及生产工艺不同；无碳刷磨损， 水泵泵体与电机为一整体，所以就不存在以上的密封和防漏的情 况。1;汽车直流无刷水泵的驱动汽车直流无刷水泵叶轮的转动的动力是直流无刷电动机，直 流无刷电动机是直流无刷水泵的动力核心，直流无刷水泵，是以 直流无刷电机为动力，从而实现将机械能转化为液压能；水泵是 发动机冷却系统的重要部件，它的作用是泵送冷却液，使冷却液在发 动机的

48、冷却水道内快速流动，以带走发动机工作时产生的热量， 保持 发动机正常工作温度。叶轮是水泵工作的核心，叶轮本身的运动很简单，只是和磁转子 一起旋转。但由于叶片的作用，叶轮中液体的运动是很复杂的；一方 面随叶轮旋转作牵连运动，一方面在叶片的驱驶下不断地从旋转着的 叶轮中甩出，即相对叶轮的运动。因此叶轮的外径大小，叶轮叶片的 高低及角度，以及与水泵壳体的间隙，直接影响着水泵的性能，汽车水泵 主要是汽车冷却系统强制循环的主要部件，在汽车发动机的缸 体里，有条多供冷却水循环的水道，与置于汽车前部的 散热器（俗称 水箱）通过水管相连接，构成一个大的水循环系统，在发动机的上出 水口，装有一个水泵，通过风扇皮

49、带来带动，把发动机缸体水道内的 热水泵出，把冷水泵入。在水泵的旁边还有一个 节温器，汽车刚发动 时（冷车）时，不打开，使冷却水不经过水箱，只在发动机内循环（俗称小循环），待发动机的温度达到 80 度以上时，就打开，发动机内的 热水被泵入水箱，汽车前行时的冷风吹过水箱，带走热量，大致上是 这样工作的。四；汽车冷却系的工作原理一、冷却系的功用： 当今汽车水循环冷却系统主要还是使用机械水泵和直流有刷水 泵；水泵是推动水循环，把受热零件吸收的部分热量及时散发出去， 保证发动机在最适宜的温度状态下工作。二、冷却系的形式： 冷却系统按照冷却介质不同可以分为风冷和水冷。 风冷系统是把发动机中高温零件的热量直

50、接散入大气而进行冷 却的装置。水冷系统是把这些热量先传给冷却水， 然后再散入大气而进行冷 却的装置。由于水冷系统冷却均匀，效果好，而且发动机运转噪音小，目前 汽车发动机上广泛采用的是水泵水冷循环系。发动机正常工作时，水冷却系中的冷却水温度应保持在80度90 度范围内。三、水冷却系组成及工作过程：1、水冷系大都是由散热器、水泵、风扇、冷却水套和温度调节装置等组成。（如下图所示）2、冷却液的走向（如下表）3、工作过程：水泵强制冷却水循环，冷却水在水套内吸收热量后，流经散热器，将热量散发到空气中，然后再流入水套。如此循环,以保证发动机在最佳温度下工作。水冷却系的组成如右图所示。四、水冷却系的主要部件

51、 1、水泵（以有刷水泵为例）1）功用：是对冷却水加压，使冷却水循环流动。车用发动机多采用 离心式水泵。2）安装位置：水泵用螺栓固定在发动机前端面上。通过皮带与曲轴 带轮相连。3）组成：主要由泵壳、泵盖、叶轮、水泵轴、轴承、油封等组成。工作过程：当叶轮旋转时，水泵中的水被叶轮带动一起旋转，在离心力作用下，水被甩向叶轮边缘，然后经外壳上与叶轮成切线方向 的出水管压送到发动机水套内。与此同时，叶轮中心处的压力降低， 散热器中的水便经进水管被吸进叶轮中心部分。如此连续的作用，使冷却水在水路中不断地循环。2、风扇1）功用 提高通过散热器芯的空气流速，增加散热效果，加速水的 冷却。2）安装位置：通常安排在

52、散热器后面，并与水泵同轴。与水泵一起 转动。3）形式 车用发动机的风扇有两种形式，轴流式和离心式。轴流式风扇所产生的风，其流向与风扇轴平行；离心式风扇所产 生的风，其流向为径向。轴流式风扇效率高，风量大，结构简单，布 置方便。因而在车用发动机上得到了广泛的应用。3、散热器1）功用 增大散热面积，加速水的冷却。为了将散热器传出的 热量尽快带走在散热器后面装有风扇与散热器配合工作。2）安装位置 大多安装在发动机及风扇的前方。3）结构 散热器又称为水箱，由上贮水室、散热器芯和下贮水 室等组成。散热器上贮水室顶部有加水口，平时用散热器盖盖住，冷却水即 由此注入整个冷却系。在上、下贮水室分别装有进水管和

53、出水管，分别用橡胶软管和气缸盖的出水管和水泵的进水管相连。由发动机气缸 盖上出水管流出的温度较高的热水经过进水软管进入上贮水室， 经冷 却管得到冷却后流入下贮水室，由出水管流出被吸入水泵。在散热器 下贮水室的出水管上还有一个放水阀。散热器芯由许多冷却水管和散热片组成，对于散热器芯应该有尽可能 大的散热面积，采用散热片是为了增加散热器芯的散热面积。 散热器 芯的构造形式有多样，常用的有管片式和管带式两种散热气芯挣却器 敢热片进水管4、节温器1）功用 改变冷却水的循环路线及流量，自动调节冷却强度， 使冷却水温度经常保持在80度90度。2）安装位置 装在冷却水循环的通路中，一般装在气缸盖的出 水口。

54、3）形式分为蜡式和折叠式蜡式节温器 在橡胶管和感应体之间的空间里装有石蜡， 为提高 导热性，石蜡中常掺有铜粉或铝粉。常温时，石蜡呈固态，阀门压在 阀座上。这时阀门关闭通往散热器的水路， 来自发动机缸盖出水口的 冷却水，经水泵又流回气缸体水套中，进行小循环。当发动机水温升高时，石蜡逐渐变成液态，体积随之增大，迫使橡胶管收缩，从而对 反推杆上端头产生向上的推力。 由于反推杆上端固定， 故反推杆对橡 胶管、感应体产生向下反推力，阀门开启，当发动机水温达到80C以上时，阀门全开，来自气缸盖出水口的冷却水流向散热器，而进行 大循环。一汽奥迪100型轿车和CA1091型货车均采用蜡式节温器。折叠式节温器

55、由具有弹性的、折叠式的密闭圆筒（用黄铜制 成），内装有易于挥发的乙醚。主阀门和侧阀门随膨胀筒上端一起上 下移动。 膨胀筒内液体的蒸气压力随着周围温度的变化而变化， 故圆 筒高度也随温度而变化。 当发动机在正常热状态下工作时， 即水温高 于80C，冷却水应全部流经散热器，形成大循环。此时节温器的主 阀门完全开启，而侧阀门将旁通孔完全关闭；当冷却水温低于70C时，膨胀筒内的蒸汽压力很小，使圆筒收缩到最小高度。主阀门压在 阀座上，即主阀门关闭，同时侧阀门打开，此时切断了由发动机水套 通向散热器的水路，水套内的水只能由旁通孔流出经旁通管进入水 泵，又被水泵压入发动机水套，此时冷却水并不流经散热器，只在

56、水 套与水泵之间进行小循环， 从而防止发动机过冷， 并使发动机迅速而 均匀地热起来；当发动机的冷却水温在 7080C范围内，主阀门和 侧阀门处于半开闭状态， 此时一部分水进行大循环， 而另一部分水进 行小循环。4）工作原理 当冷却水温度低于 76 度时，节温器主阀门关闭， 副阀门开启冷却水在水泵与水套之间小范围内循环， 促使水温迅速上 升。当水温高于86度时，节温器主阀门全开，副阀门全关，冷却水 全部流经散热器进行水的大循环，使发动机保持正常工作温度。五. 直流无刷电动机工作原理与控制方法序言由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可 靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电动机的运行效率高、无励 磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日 益普及。一个多世纪以来，电动机作为机电能量转换装置，其应用范 围已遍及国民经济的各个领域以及人们的日常生活中。其主要类型有同步电动机、异步电动机和直流电动机三种。由于传统的直流电动机 均采用电刷以机