CN106989050B - 一种液体动压悬浮机械泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于微型机械泵领域，并公开了一种液体动压悬浮机械泵，包括蜗壳、叶轮、上端盖、无刷电机和防水套筒，所述无刷电机包括电机外壳、硅钢片、线圈、磁钢转子、防水套筒、转子套筒和转子转轴；本动压悬浮机械泵工作时，转子套筒外壁和防水套筒的内壁之间能通过液体形成径向液体动压轴承，能限制磁钢转子的径向位移。由于磁钢转子带有磁性，硅钢片和磁钢转子间会产生磁力，现在磁钢转子轴向位移。另外，液体在进入磁钢转子上部空隙时，会对磁钢转子产生向下的推力，液体进入磁钢转子下部空隙时，会对磁钢转子产生向上的推力，两个方向推力和磁力的合力能限制磁钢转子的轴向位移，从而可以实现磁钢转子的无接触悬浮。

Description

一种液体动压悬浮机械泵

技术领域

本发明属于微型离心泵领域，更具体地，涉及一种液体动压悬浮机械泵。

背景技术

从20世纪80年代开始,以微加工技术为基础的微机电系统(MEMS)逐步从实验室探索阶段进入工业应用时期。微流体系统是微机电系统中的一个主要研究方向,它具有尺寸微小、自动化、集成化以及能批量生产等特点,并且由于尺寸小,能减小流动系统中的无效体积，提高控制精度，降低能耗和试剂用量，而且机械响应速度快。因此，近年来它在流体精确控制、化学分析(如微总分析系统)、芯片冷却和微型卫星等领域中具有巨大的市场应用前景。微泵作为微流体系统中的动力源，是其核心执行器件,其工作性能与运行可靠性的优劣直接影响整个系统的工作状态。

依据微泵的工作原理，以其内部是否含有移动部件为标准，含有移动部件的为机械式微泵，反之就是非机械式微泵。离心式微泵就是根据离心力原理，利用高速旋转的叶轮叶片带动液体转动，将液体甩出，从而达到输送液体的目的。机械式离心泵作为旋转式水力机械，其运行稳定性和寿命很大程度上由轴系决定。目前，微型机械泵基本采用接触式轴承。接触式轴承大致分为滚动轴承和滑动轴承。滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成，内圈与轴配合并一起旋转；外圈与轴承座配合，起支撑作用；滚动体将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，轴承寿命主要由滚动体的材质和形状决定。滑动轴承一般由旋转轴颈和轴套两部分组成，轴颈外圆面与轴套内圆面构成了相对摩擦的摩擦副，因此轴承寿命与摩擦副材质相关。

接触式轴承作为轴系的支撑旋转零件，在保证轴系回转精度的前提下承受着轴系的旋转摩擦、轴径向冲击等诸多负荷。除此之外，应用于微型泵中的轴承还需要浸泡于泵送工质中工作，特殊的工作环境导致轴承还需承受粘度阻力、电化学腐蚀、工质颗粒物磨损等复杂因素。为了提升微型泵的功率质量比，使得微型尺寸下的水力部件输出更多泵功，则需要进一步提高叶轮转速，导致轴承所受负载将成倍增加。机械接触式轴承由于存在以上各项原因，严重制约了微型泵的使用寿命。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用液体动压达到轴系悬浮效果的悬浮机械泵，可以彻底摆脱摩擦损耗，延长微型泵运转寿命。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种液体动压悬浮机械泵，其特征在于，包括蜗壳、上端盖、叶轮和无刷电机，其中，

所述蜗壳上设置有进水通道和出水通道，所述蜗壳的内部空间作为泵腔，所述进水通道和出水通道分别与所述泵腔连通；

所述无刷电机包括电机外壳、线圈、磁钢转子、防水套筒、转子套筒、转子转轴和硅钢片，其中所述电机外壳与所述蜗壳固定连接并且所述电机外壳承接所述上端盖，所述电机外壳的侧壁上安装所述线圈并且其内壁套装用于防护线圈的所述防水套筒；所述上端盖上设置有与所述泵腔连通的中间进水孔，以用于使水流入所述防水套筒内；所述磁钢转子位于所述电机外壳内并且此磁钢转子固定穿装在所述转子转轴上；所述转子套筒套接在所述磁钢转子的外侧，所述转子转轴的上端穿过所述上端盖后与所述叶轮固定连接，并且所述叶轮位于所述泵腔内；所述磁钢转子的内侧壁与所述转子转轴的外侧面之间具有第一空隙作为第一水流通道，所述第一水流通道与所述泵腔连通；所述转子套筒的外侧壁与所述防水套筒的内侧壁之间存在第二空隙作为第二水流通道，所述第二水流通道与所述中间进水孔连通；

所述磁钢转子与所述上端盖之间存在第三间隙，并且该第三间隙用于让水流入所述第三间隙后，对所述磁钢转子产生轴向的推力；

所述线圈与所述电机外壳之间设置所述硅钢片，所述硅钢片用于与所述磁钢转子之间产生磁力，从而与此磁钢转子顶部和底部的水对所述磁钢转子的推力共同配合，进而限制所述磁钢转子的轴向位移。

优选地，所述中间进水孔设置有多个并且周向设置。

优选地，所述转子套筒与所述磁钢转子通过胶水粘接在一起。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

转子套筒外壁和防水套筒的内壁之间能通过液体形成径向液体动压轴承，能限制磁钢转子的径向位移。由于磁钢转子带有磁性，硅钢片和磁钢转子间会产生磁力。另外，液体在进入磁钢转子与上端盖之间的空隙时，会对磁钢转子产生向下的推力，液体进到防水套筒的内底面时，会对磁钢转子产生向上的推力，从而也使磁钢转子与防水套筒之间产生间隙，在磁钢转子上的向下和向上的两个方向推力的合力，再加上磁钢转子与硅钢片的磁力，能限制磁钢转子的轴向位移，从而可以实现磁钢转子的无接触悬浮。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的剖视示意简图；

图3是本发明中上端盖的结构示意图；

图4是本发明中转子转轴与转子套筒的结构示意图；

图5是本发明中转子转轴与转子套筒的剖视示意图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参照图1～图5，一种液体动压悬浮机械泵，包括蜗壳1、上端盖3、叶轮2和无刷电机，其中，

所述蜗壳1上设置有进水通道和出水通道，所述蜗壳1的内部空间作为泵腔，所述进水通道和出水通道分别与所述泵腔连通；

所述无刷电机包括电机外壳10、线圈8、磁钢转子5、防水套筒7、转子套筒6和转子转轴4，所述电机外壳10与所述蜗壳1固定连接并且所述电机外壳10承接所述上端盖3，优选地，蜗壳1上有连接通孔，螺栓穿过连接通孔后通过螺纹连接在电机外壳10的上部，所述电机外壳10的侧壁上安装所述线圈8并且其内壁套装用于防护线圈8的所述防水套筒7，所述上端盖3上设置有与所述泵腔连通的中间进水孔，以用于使水流入防水套筒7内，优选地，上端盖3搁置在所述防水套筒7上，所述磁钢转子5位于所述电机外壳10内并且所述磁钢转子5固定穿装在所述转子转轴4上，所述转子套筒6套接在所述磁钢转子5的外侧，所述转子转轴4的上端穿过所述上端盖3后与所述叶轮2固定连接，并且所述叶轮2位于所述泵腔内，所述磁钢转子5的内侧壁与转子转轴4的外侧面之间具有第一空隙作为第一水流通道，所述第一水流通道通过上端盖3上的出水孔3b与所述泵腔连通，所述转子套筒6的外侧壁与所述防水套筒7的内侧壁之间存在第二空隙作为第二水流通道，所述第二水流通道与所述中间进水孔连通；

所述磁钢转子5与所述上端盖3之间存在第三间隙，并且该第三间隙能让水流入所述第三间隙后对磁钢转子5产生轴向的推力；

所述线圈8与所述电机外壳10之间设置所述硅钢片9，所述硅钢片9能与所述磁钢转子5之间产生磁力，从而与磁钢转子5顶部和底部的水对所述磁钢转子5的推力共同配合来限制所述磁钢转子5的轴向位移。

进一步，所述中间进水孔设置有多个并且它们周向设置。

电机外壳10及设置其上的上端盖3所共同包围形成的内部空间可以容纳磁钢转子5，进水通道101和出水通道102分别设置在蜗壳1上，并与蜗壳1内部的泵腔相连通，这样流体可以在叶轮2驱动下，从进流通道101朝向出流通道102输送并经由出口管路泵出，进入机械泵的大部分的流体主要是通过这种方式流出，少部分进入电机外壳10内部以带走热量。

转子转轴4为叶轮2的驱动提供动力，为了充分利用无刷电机的特性，必须保证其具备完善的防水性能。为达到此目的，在定子线圈8和转子套筒6之间布置防水套筒7，将线圈8与磁钢转子5隔离，由此为定子线圈8提供防水效果。

为实现叶轮2的可靠安装，本发明中叶轮2与磁钢转子5的输出转子转轴4为过盈配合，并通过粘结剂固定，而且转子转轴4可以采用一根圆柱轴进行加工，将外侧削去一部分，以便于与磁钢转子5之间形成间隙。电机外壳10同时也是泵体的组成部件，它与蜗壳1共同构成微型泵的泵腔。电机外壳10与蜗壳1相接触的接触端面上设置有定位凸台，蜗壳1与电机外壳10相接触的接触端面相应设置有定位凹槽，两者配合以保证叶轮2安装定位时的叶轮2与泵腔体的同心，防止叶轮2偏心安装带来的机械干涉和对性能的不利影响。电机外壳10上设置有螺纹孔，蜗壳1在相应位置开设通孔，两者通过螺钉完成连接。

本发明通过上端盖3上开的中间进水孔和转子转轴4的结构设计形成流体通道，可以给径向液膜轴承提供足够的流量并带走电机产生的热量。此外，通过防水套筒7设计使得无刷电机的定子组件与转子组件完全隔离，从而能够确保无刷电机定子组件的防水性。由于转子的无接触悬浮，可以大大减少转子的磨损，提高微型机械泵的寿命。

所述的防水套筒7布置在线圈8和转子套筒6之间，可以将线圈8与电机外壳10内的水隔离，从而可以确保电机定子线圈8的防水性。

本微型动压悬浮机械泵工作时，液体通过上端盖3的中间进水孔，进入到电机防水套筒7内部，一部分进入到磁钢转子5和上端盖3的第三空隙，一部分进入到防水套筒7侧边和转子套筒6形成的第二空隙，之后，流到磁钢转子5和防水套筒7内底面的空隙，再进入磁钢转子5的中心孔。最后，液体全部从上端盖3上的孔回到蜗壳1内；

转子套筒外壁和防水套筒7的内壁之间能通过液体形成径向液体动压轴承，能限制磁钢转子5的径向位移。由于磁钢转子5带有磁性，硅钢片9和磁钢转子5间会产生磁力。另外，液体在进入磁钢转子5与上端盖3之间的空隙时，会对磁钢转子5产生向下的推力，液体进到防水套筒7的内底面时，会对磁钢转子5产生向上的推力，从而也使磁钢转子5与防水套筒7之间产生间隙，在磁钢转子5上的向下和向上的两个方向推力的合力，再加上磁钢转子5与硅钢片9的磁力，能限制磁钢转子5的轴向位移，从而可以实现磁钢转子5的无接触悬浮。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种液体动压悬浮机械泵，其特征在于，包括蜗壳、上端盖、叶轮和无刷电机，其中，

所述蜗壳上设置有进水通道和出水通道，所述蜗壳的内部空间作为泵腔，所述进水通道和出水通道分别与所述泵腔连通；

所述无刷电机包括电机外壳、线圈、磁钢转子、防水套筒、转子套筒、转子转轴和硅钢片，其中所述电机外壳与所述蜗壳固定连接并且所述电机外壳承接所述上端盖，所述电机外壳的侧壁上安装所述线圈并且其内壁套装用于防护线圈的所述防水套筒；所述上端盖上设置有与所述泵腔连通的中间进水孔，以用于使水流入所述防水套筒内；所述磁钢转子位于所述电机外壳内并且此磁钢转子固定穿装在所述转子转轴上；所述转子套筒套接在所述磁钢转子的外侧，所述转子转轴的上端穿过所述上端盖后与所述叶轮固定连接，并且所述叶轮位于所述泵腔内；所述磁钢转子的内侧壁与所述转子转轴的外侧面之间具有第一空隙作为第一水流通道，所述第一水流通道与所述泵腔连通；所述转子套筒的外侧壁与所述防水套筒的内侧壁之间存在第二空隙作为第二水流通道，所述第二水流通道与所述中间进水孔连通；

所述磁钢转子与所述上端盖之间存在第三间隙，并且该第三间隙用于让水流入此第三间隙后，对所述磁钢转子产生轴向的推力；

所述线圈与所述电机外壳之间设置所述硅钢片，所述硅钢片用于与所述磁钢转子之间产生磁力，从而与此磁钢转子顶部和底部的水对所述磁钢转子的推力共同配合，进而限制所述磁钢转子的轴向位移。

2.根据权利要求1所述的一种液体动压悬浮机械泵，其特征在于，所述中间进水孔设置有多个并且周向设置。

3.根据权利要求1所述的一种液体动压悬浮机械泵，其特征在于，所述转子套筒与所述磁钢转子通过胶水粘接在一起。