CN104061169B - 车辆用电子水泵及其叶轮转子组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆用电子水泵及其叶轮转子组件，叶轮转子组件包括叶轮和转子组件；叶轮包括轮盘主体、叶片、叶轮轴、第一限位板和第二限位板，叶轮轴的中央开设转子轴孔，转子轴孔的深度为28mm～32mm。所述转子组件包括转子铁芯、磁瓦和塑封壳体，磁瓦安装在转子铁芯内，安装了磁瓦的转子铁芯塑封在塑封壳体内部，叶轮的第二限位板抵靠塑封壳体的内部前端面，塑封壳体的前端面抵靠叶轮的第一限位板。叶轮转子组件通过两步注塑工艺成型，先将转子组件注塑成型，然后在对转子注塑成型后得到叶轮转子组件，与转子轴连接时无需轴承，叶轮的转子轴孔有28mm～32mm的长度与转子轴配合，运行时稳定，转子不会偏心晃动。
Description
技术领域
本发明涉及电子水泵，具体涉及一种车用电子水泵及其叶轮转子组件以及叶轮转子组件的制备方法。
背景技术
目前，现有的车辆用电子水泵采用的是电机轴端直接连接叶片或通过磁性联轴器来带动叶片。前者轴的动密封易失效，难以做到有效密封，泵寿命短。后者虽然解决了密封问题，但由于是通过磁性联轴器传递，效率降低，同时磁性联轴器使生产成本上升，生产装配难度大。
中国专利文献CN201448251U(申请号200920059915.4)公开了一种水泵，叶轮与转子为一体成型的叶轮转子，叶轮转子为稀土永磁铁与塑胶注塑成的叶轮转子。电机轴连接转子的一端连接有陶瓷轴承，陶瓷轴承装在轴上。陶瓷轴承连接转子的顶端成球状，表面光滑不易磨损。该水泵的叶轮转子与轴连接时需要使用陶瓷轴承，而陶瓷轴承价格高加工困难；另外该叶轮的内孔与轴相接触的距离较短，叶轮在旋转过程中易摆动造成偏心磨损。
中国专利文献CN202381401U(申请号201120557873.4)公开了一种无刷电动循环水泵，包括转子叶轮组件、泵体组件、上端盖、下端盖组件、定子组件以及无刷电机控制器，泵体组件由泵壳和固定转轴采用塑料嵌件注塑而成，所述的转子叶轮组件由叶轮转子与高致密性的石墨轴承注塑而成并固定于泵体组件的固定转轴上，具体的叶轮转子组件用塑料嵌件结构一次注塑而成安装在泵体组件的内部。与上面专利文献所公开的叶轮转子同样的，该电子水泵的叶轮转子组件的叶轮内孔与轴相接触的距离较短，叶轮在旋转过程中易摆动造成偏心磨损；另外转子腔和定子腔只有很薄的一层壁容易开裂，定子腔空间小散热效果差。
中国专利文献CN203114645U(申请号201220621880.0)公开了一种车用电子水泵，包括泵盖、泵体、固定座和泵座，泵体内设置直流无刷电机，直流无刷电机由定子组件和直流无刷电机转子构成，水泵叶片与直流无刷电机转子通过注塑做成一体。该专利文献未具体公开水泵叶片与转子的连接结构，也未公开水泵叶片与转子如何注塑做成一体。
中国专利文献CN102297142A(申请号201110215254.1)公开了一种车用电子水泵，包括动力部分、涡轮、定子部分、转子部分和机壳部分，转子部分套在涡轮上，转子带动涡轮运转，从而使涡轮进行泵水。所述涡轮包括涡轮叶片，转子部分包括转子轴、涡杆支撑、转子磁钢和转子铁芯，涡轮叶片装在转子轴上且构成转子的涡杆支撑，转子铁芯套在涡轮叶片外圈，涡轮叶片通过转子轴支撑在端盖上面。其中转子的磁钢和转子铁芯采用塑封工艺，将及和涡轮塑封为一体，塑封后定转子的气隙小于1mm，塑封材料应具有防水、耐高温性能。该电子水泵的蜗轮在转子内部，加工复杂且加工难度大；另外构成转子的涡杆支撑结构复杂且易磨损。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种完全密封、体积小、结构简单的车用电子水泵及其叶轮转子组件以及叶轮转子组件的制备方法。
实现本发明第一目的的技术方案是一种车辆用电子水泵，包括前盖组件、叶轮转子组件、转子轴、塑封定子组件、电机塑封壳体、密封圈、驱动线路板组件和后盖组件，叶轮转子组件包括叶轮和转子组件；叶轮包括轮盘主体、叶片、叶轮轴、第一限位板和第二限位板，叶轮轴的中央开设转子轴孔，转子轴孔的深度为28mm～32mm。
所述转子组件包括转子铁芯、磁瓦和塑封壳体，磁瓦安装在转子铁芯内，安装了磁瓦的转子铁芯塑封在塑封壳体内部，叶轮的第二限位板抵靠塑封壳体的内部前端面，塑封壳体的前端面抵靠叶轮的第一限位板。
转子轴包括一体加工成型的前段、中段和后段，前段的外径与后段的外径相同，前段的外径大于中段的外径；转子轴的前段和后段与转子轴孔形成间隙配合。
所述前盖组件通过自攻螺丝固定在电机塑封壳体的前方，前盖组件与电机塑封壳体采用第一密封圈静密封；后盖组件通过螺丝固定在电机塑封壳体的后方，后盖组件与电机塑封壳体采用第二密封圈静密封形成塑封定子组件的密封腔。
实现本发明第二目的的技术方案是一种车辆用电子水泵的叶轮转子组件，包括叶轮和转子组件，叶轮包括轮盘主体、叶片、叶轮轴、第一限位板和第二限位板，叶轮轴的中央开设转子轴孔，转子轴孔的深度为28mm～32mm。
所述转子组件包括转子铁芯、磁瓦和塑封壳体，磁瓦安装在转子铁芯内，安装了磁瓦的转子铁芯塑封在塑封壳体内部，叶轮的第二限位板抵靠塑封壳体的内部前端面，塑封壳体的前端面抵靠叶轮的第一限位板。
所述第一限位板和第二限位板均固定设置在叶轮轴上，其中第一限位板靠近轮盘主体设置，第二限位板设置在叶轮轴的后端面。
所述转子轴孔的边缘还开设槽，槽的长度与转子轴孔的长度相同。
实现本发明第三目的的技术方案是一种如上所述的车辆用电子水泵的叶轮转子组件的制备方法，包括以下步骤：
①转子组件的注塑成型，将磁瓦安装在转子铁芯内，然后进行第一次注塑操作，使得转子铁芯塑封在塑封壳体内部。
②将步骤①得到的转子组件放置在叶轮的注塑模具中，转子组件的放置位置位于注塑模具的中后部；然后开始叶轮的注塑成型，在叶轮的成型过程中叶轮与转子组件注塑成一体件。
上述步骤①转子组件注塑成型时塑封壳体所用的注塑材料与步骤②转子组件注塑成型所用的注塑材料不同，塑封壳体所用的注塑材料成本低于转子组件注塑成型所用的注塑材料。
本发明具有积极的效果：(1)本发明的电子水泵的前盖组件与电机塑封壳体采用密封圈静密封，电机塑封壳体与后盖组件之间采用密封圈静密封，前盖组件、电机塑封壳体以及后盖组件之间的密封结构简单同时密封效果好，叶轮转子组件安装在塑封定子组件内工作时不存在内部泄露问题。
另外本发明的电子水泵的电机定子采用上下骨架结构，绕线容易完成，同时易于电机定子一体化成型，减少密封装置定子线圈及铁芯腐蚀。转子轴与电机定子组装时，采用轴压入轴底座后与电机定子一体化成型方式，确保轴能够稳定与壳体一体化，且能够保持抗叶轮冲击。
(2)本发明的叶轮转子组件由叶轮和转子组件两部分组成，叶轮转子组件通过两步注塑工艺成型，先将转子组件采用IPM(INNER PERMANENT MAGNET)结构一次注塑成型，然后在与叶轮一体注塑成型后得到叶轮转子组件；减少密封装置、防止转子铁芯腐蚀。与SPM(表面式永磁)结构相比，可防止在高速旋转下磁铁脱体。
本发明的转子组件和叶轮各自注塑成型时所使用的材料不同，叶轮所使用的注塑材料成本较高，转子组件所使用的注塑材料成本较低；相比于对比文件中一次成型的叶轮转子组件，本发明节省了制造成本，因为若是一次注塑成型，转子组件所使用的材料必须也是叶轮所用的材料，叶轮所使用的材料是高强度、高耐磨性的材料，成本较高。
(3)本发明的叶轮转子组件上设置的通孔一方面减轻了叶轮转子组件的自重，另一方面可由孔观察转子组件与叶轮1的连接是否可靠以及是否能传递足够的扭矩。一旦叶轮上的通孔与转子铁芯上的通孔不在同一轴线上，说明工作中叶轮与转子组件之间发生了移位，该叶轮转子组件不能传递足够的扭矩，反之如果叶轮上的通孔与转子铁芯上的通孔一直在同一轴线上，说明叶轮转子组件能传递足够的扭矩。
(4)本发明的通过两次注塑过程得到叶轮转子一体件，与转子轴连接时无需轴承，叶轮的转子轴孔有28mm～32mm的长度与转子轴配合，运行时稳定，转子不会偏心晃动。转子轴采取三段式结构，易于制造；前段和后段与转子轴孔形成间隙配合，起到了滑动轴承作用，维持叶轮转子绕转子轴稳定旋转工作。同时转子轴孔的边缘开槽，使得转子高速旋转过程中与转子轴间形成动压液体膜，起到滑动轴承润滑作用。
附图说明
图1为本发明的叶轮转子组件的结构示意图；
图2为图1所示的叶轮转子组件的爆炸图；
图3为图1所示叶轮转子组件的A-A剖视图；
图4为转子轴的立体结构图；
图5为图3所示的叶轮转子组件中安装转子轴后的剖视图；
图6为本发明的车辆用电子水泵的结构爆炸示意图；
上述附图中的标记如下：叶轮1，轮盘主体11，通孔11-1，叶轮轴12，第一限位板13，第二限位板14，转子轴孔15，槽16；
转子铁芯2，通孔21；
磁瓦3；
塑封壳体4，通孔41；
转子轴5，前段51，中段52，后段53，轴座54；
塑封定子组件6，电机塑封壳体7，驱动线路板组件8，后盖组件9，前盖组件100，第一密封圈101，第二密封圈102。
具体实施方式
(实施例1)
见图4至图6，本实施例的车辆用电子水泵包括前盖组件100、叶轮转子组件、转子轴5、塑封定子组件6、电机塑封壳体7、密封圈、驱动线路板组件8和后盖组件9。
塑封定子组件6完全密封，塑封定子组件6是将绕线后的定子组件直接注塑成电机主体。所述定子组件采用上下骨架结构，便于绕线，同时易于电机定子一体化成型。转子轴5压入轴座54后与塑封定子组件6一起注塑。
塑封定子组件6和驱动线路板组件8固定于电机塑封壳体7的内腔内。前盖组件100通过自攻螺丝固定在电机塑封壳体7的前方，前盖组件100与电机塑封壳体7采用第一密封圈101静密封。后盖组件9通过螺丝固定在电机塑封壳体7的后方，后盖组件9与电机塑封壳体7采用第二密封圈102静密封形成塑封定子组件6的密封腔。前盖组件100、电机塑封壳体7以及后盖组件9之间的密封结构简单同时密封效果好，叶轮转子组件安装在塑封定子组件6内工作时不存在内部泄露问题。
见图1至图3，所述叶轮转子组件包括叶轮1和转子组件。
所述叶轮1包括轮盘主体11、叶片、叶轮轴12、第一限位板13和第二限位板14。叶片和叶轮轴12分别设置在轮盘主体11的两侧。第一限位板13和第二限位板14均固定设置在叶轮轴12上，其中第一限位板13靠近轮盘主体11设置，第二限位板14设置在叶轮轴12的后端面。轮盘主体11上开设通孔11-1，通孔11-1有四个，等间距围绕设置在叶轮轴12的外周。
叶轮轴12的中央开设转子轴孔15，转子轴孔15的深度为28mm～32mm(本实施例中为30mm)。
见图3，转子轴孔15的边缘还开设与转子轴孔15相通的槽16，槽16的长度与转子轴孔15的长度相同，槽16的宽度为0.6mm，深度为0.4mm。
叶轮1是由高强度、高耐磨性含碳纤塑料一次注塑成型，本实施例中叶轮1使用日本东丽公司的短纤维CF强化PPS(CF10％)材料一次注塑成型。
所述转子组件包括转子铁芯2、磁瓦3和塑封壳体4。转子铁芯2和塑封壳体4的中央均设有叶轮轴通孔，转子铁芯2的叶轮轴通孔的外周还设有4个通孔21，塑封壳体4的叶轮轴通孔的外周还设有4个通孔41。
磁瓦3安装在转子铁芯2内，安装了磁瓦3的转子铁芯2塑封在塑封壳体4内部。
转子轴5安装在叶轮转子组件的转子轴孔15内。
见图4，转子轴5包括一体加工成型的前段51、中段52和后段53，前段51的外径与后段53的外径相同，前段51的外径大于中段52的外径。前段51的长度为9mm～10mm，中段52的长度为9mm～10mm，后段53的长度为9mm～10mm。
见图5，转子轴5的前段51和后段53与转子轴孔15形成间隙配合，起到了滑动轴承作用，维持叶轮转子绕转子轴稳定旋转工作。因此本实施例的转子轴5与叶轮转子组件连接时不需要使用轴承。由于转子轴孔15的边缘还开设了槽16，使得转子高速旋转过程中与转子轴5间形成动压液体膜，起到滑动轴承润滑作用。
叶轮转子组件为一体件。叶轮转子组件的制备方法包括以下步骤：
①转子组件的注塑成型。将磁瓦3安装在转子铁芯2内，然后进行第一次注塑操作，使得转子铁芯2塑封在塑封壳体4内部。塑封壳体4是在注塑时成型。此时转子铁芯2的各通孔21分别与塑封壳体4的各通孔41同轴线设置。在进行转子组件的注塑成型时，塑封壳体4所用的注塑材料是日本东丽公司的PPS+GF30材料。
②将步骤①得到的转子组件放置在叶轮1的注塑模具中，转子组件的放置位置位于注塑模具的中后部；然后开始叶轮1的注塑成型，在叶轮1的成型过程中叶轮1与转子组件注塑成一体件。并且叶轮1的第二限位板14抵靠塑封壳体4的内部前端面，塑封壳体4的前端面抵靠叶轮1的第一限位板13。注塑完成后叶轮1的轮盘主体11的通孔11-1与转子铁芯2的各通孔21分别同轴线设置。在进行叶轮1的注塑成型时，所用的注塑材料是日本东丽公司的短纤维CF强化PPS(CF10％)材料。
本实施例通过两次注塑过程得到叶轮转子一体件，与转子轴5连接时无需轴承，叶轮1的转子轴孔15有28mm～32mm的长度与转子轴配合，转子轴5的前段51和后段53与转子轴孔15形成间隙配合，起到了滑动轴承作用，能够维持叶轮转子绕转子轴稳定旋转工作，运行时稳定，转子不会偏心晃动。
本实施例的叶轮转子组件上设置的通孔一方面减轻了叶轮转子组件的自重，另一方面可由孔观察转子组件与叶轮1的连接是否可靠以及是否能传递足够的扭矩。一旦叶轮1上的通孔11-1与转子铁芯2上的通孔21不在同一轴线上，说明工作中叶轮与转子组件之间发生了移位，该叶轮转子组件不能传递足够的扭矩，反之如果叶轮1上的通孔11-1与转子铁芯2上的通孔21一直在同一轴线上，说明叶轮转子组件能传递足够的扭矩。
Claims (6)
1.一种车辆用电子水泵，包括前盖组件（100）、叶轮转子组件、转子轴（5）、塑封定子组件（6）、电机塑封壳体（7）、密封圈、驱动线路板组件（8）和后盖组件（9），叶轮转子组件包括叶轮（1）和转子组件；其特征在于：叶轮（1）包括轮盘主体（11）、叶片、叶轮轴（12）、第一限位板（13）和第二限位板（14），叶轮轴（12）的中央开设转子轴孔（15），转子轴孔（15）的深度为28mm～32mm；第一限位板（13）和第二限位板（14）均固定设置在叶轮轴（12）上，其中第一限位板（13）靠近轮盘主体（11）设置，第二限位板（14）设置在叶轮轴（12）的后端面；
所述转子组件包括转子铁芯（2）、磁瓦（3）和塑封壳体（4），磁瓦（3）安装在转子铁芯（2）内，安装了磁瓦（3）的转子铁芯（2）塑封在塑封壳体（4）内部；塑封壳体（4）的前端面抵靠叶轮（1）的第一限位板（13）；
转子轴（5）包括一体加工成型的前段（51）、中段（52）和后段（53），前段（51）的外径与后段（53）的外径相同，前段（51）的外径大于中段（52）的外径；转子轴（5）的前段（51）和后段（53）与转子轴孔（15）形成间隙配合。
2.根据权利要求1所述的车辆用电子水泵，其特征在于：前盖组件（100）通过自攻螺丝固定在电机塑封壳体（7）的前方，前盖组件（100）与电机塑封壳体（7）采用第一密封圈（101）静密封；后盖组件（9）通过螺丝固定在电机塑封壳体（7）的后方，后盖组件（9）与电机塑封壳体（7）采用第二密封圈（102）静密封形成塑封定子组件（6）的密封腔。
3.一种车辆用电子水泵的叶轮转子组件，包括叶轮（1）和转子组件，其特征在于：叶轮（1）包括轮盘主体（11）、叶片、叶轮轴（12）、第一限位板（13）和第二限位板（14），叶轮轴（12）的中央开设转子轴孔（15），转子轴孔（15）的深度为28mm～32mm；第一限位板（13）和第二限位板（14）均固定设置在叶轮轴（12）上，其中第一限位板（13）靠近轮盘主体（11）设置，第二限位板（14）设置在叶轮轴（12）的后端面；
所述转子组件包括转子铁芯（2）、磁瓦（3）和塑封壳体（4），磁瓦（3）安装在转子铁芯（2）内，安装了磁瓦（3）的转子铁芯（2）塑封在塑封壳体（4）内部，叶轮（1）的第二限位板（14）抵靠塑封壳体（4）的内部前端面，塑封壳体（4）的前端面抵靠叶轮（1）的第一限位板（13）。
4.据权利要求3所述的车辆用电子水泵的叶轮转子组件，其特征在于：转子轴孔（15）的边缘还开设槽（16），槽（16）的长度与转子轴孔（15）的长度相同。
5.一种如权利要求3所述的车辆用电子水泵的叶轮转子组件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
①转子组件的注塑成型，将磁瓦（3）安装在转子铁芯（2）内，然后进行第一次注塑操作，使得转子铁芯（2）塑封在塑封壳体（4）内部；
②将步骤①得到的转子组件放置在叶轮（1）的注塑模具中，转子组件的放置位置位于注塑模具的中后部；然后开始叶轮（1）的注塑成型，在叶轮（1）的成型过程中叶轮（1）与转子组件注塑成一体件。
6.根据权利要求5所述的车辆用电子水泵的叶轮转子组件的制备方法，其特征在于：步骤①转子组件注塑成型时塑封壳体（4）所用的注塑材料与步骤②叶轮注塑成型所用的注塑材料不同，塑封壳体（4）所用的注塑材料成本低于叶轮注塑成型所用的注塑材料。
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