CN108607693B - 一种直驱式离心分离设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直驱式离心分离设备,其特征在于所述设备的旋转离心单元的电机转子与离心转鼓或与离心转子为一体结构,所述旋转离心单元包括离心转鼓或离心转子、转子总成、间隔部以及转子总成支撑部,所述能够通向环形凹槽一侧的电机气隙端口所在的位置高于环形凹槽的底部内表面,并在其通向环形凹槽的任一空隙处被密封以使目标物质与电机气隙相隔离。本发明的有益之处是:该设备将执行固液分离任务的离心转鼓或离心转子与电机转子设计为一体结构,设备制造和组装简单,设备安全性高且运转安静、稳定,容易维护和清洁验证,可以克服现有固液分离设备存在的各种缺陷或弊端。

Description

一种直驱式离心分离设备
本申请是申请日2015年03月23日、申请号CN201510128476.8、申请公布号CN105251624A、发明名称为“一种直驱式离心分离设备”的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种直驱式离心分离设备,具体是一种小型固液混合物离心分离设备,可以用于实验室将克级至公斤级的固体从固液混合物中彻底分离出来,并对设备作完善的清洗。
背景技术
在实验室小试和中试研究以及工业生产过程中,我们经常会遇到需要将固液混合物进行彻底分离并洗涤固体,以获得符合要求的固体或液体的情况。工业生产中经常使用的固液分离设备就是各种各样的离心机,特别是三足式离心机。但是,目前由工业生产用离心机经过小型化改进而来的设备还是显得过于笨重、噪音和振动太大、制造工艺复杂、价格不菲,维修、维护费用高等等各种缺陷或弊端,不能更好地满足实验室小试和中试中固液混合物彻底分离的需要。
在实验室研究中,可供我们选用的设备主要是各种规格的台式离心机或布氏漏斗加抽滤瓶的组合,特别是布氏漏斗加抽滤瓶的组合使用最为普遍。但是使用布氏漏斗过滤分离固液混合物也存在许多弊端,甚至于即使采用相同的原料和工艺,由于每个人的经验、技术、操作技巧等的差异,导致其所获得产品出现质量上的显著差异、甚至不合格,特别是在固液混合物中含有油状杂质、有色杂质或者二者皆有时更是如此。即使是同一个人不同批次的产品也可能出现质量上的显著差异、甚至不合格。
对于台式离心机,多数情况下指的是离心沉淀机,其并不能实现固液混合物中固体与液体的彻底分离和良好洗涤并去除杂质。为了实现固液混合物中固体与液体的彻底分离和良好洗涤并去除杂质这个目的,人们发明了各种改进的固液分离料筒。尽管如此,台式离心机仍然具有比较致命的缺陷:(1)不能在线清洗固体:即转子转动情况下进行固体的洗涤,无法模拟生产中的实际情况,并提前为生产提供必要的离心操作数据;(2)不能在线加料:即转子转动时进行加料;(3)必须要有精密的配平料筒方可进行离心操作,单个样品无法离心;(4)料筒的装载量受到一定的制约,不能很好地满足各种需要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直驱式离心分离设备,其可以克服现有的各种离心机或固液分离机存在的各种缺陷或弊端,更好地满足实验室小试和中试中固液混合物彻底分离的需要。
技术方案:
为了克服现有的各种离心机或固液分离机存在的各种缺陷或弊端,本发明提供了一种直驱式离心分离设备,其在结构上所采取的措施包括:
所述直驱式离心分离设备的旋转离心单元的电机转子与离心转鼓为一体结构(图10)或电机转子与离心转子为一体结构;
其中所述直驱式离心分离设备的一体结构的旋转离心单元包括:
离心转鼓或离心转子,所述离心转鼓包括执行固液分离功能的离心转鼓本体(2-2、9-5)和中央具加料孔(2-6)的离心转鼓顶盖(2-3、9-11),所述离心转鼓本体的圆筒状周壁具贯穿的滤孔(2-5),所述离心转鼓顶盖防止目标物质从离心转鼓本体前端部逃溢;所述离心转子包括提供离心管孔的离心转子本体、位于离心转子本体上的离心管孔及适宜结构的离心管;
间隔部,其在将旋转离心单元分隔为上侧的离心转鼓或离心转子和下侧的转子总成支撑部的同时控制位于离心转鼓或离心转子内和/或外的目标物质的流向;
转子总成(8-6),所述转子总成通过与适配的定子总成(8-7)之间的电磁相互作用产生的旋转力使旋转离心单元绕电机轴中心线作旋转运动;
承载转子总成的转子总成支撑部;
其中所述转子总成隔着电机气隙位于与定子总成相对应的转子总成支撑部或间隔部;
其中所述电机气隙能够通向环形凹槽一侧的端口(图7中7-19所示位置、图9和图10中B处所示位置)所在的位置高于具排液口的环形凹槽的底部内表面;
其中环形凹槽与所述电机气隙相连通的空隙,该空隙在通向环形凹槽一侧的任一个位置(图7中7-19所示位置、图9和图10中B处所示位置)被密封,所述密封使目标物质与所述电机气隙相隔离。
详细地,本申请中所述“旋转离心单元”的概念仅仅是为了确保论述的清晰性和条理性以及更形象、更具体地体现设备的结构和功能特征,并不表示其与原申请存在冲突或不一致,也不表示其超出原申请的范围。
详细地,本申请中所述目标物质包括离心分离的固液混合物及其各组成成分(即固体部分和液体部分);所述“能够通向环形凹槽”的意思是“如果不密封,则电机气隙与环形凹槽通过空隙是连通的,目标物质将可以进入电机气隙”;所述“空隙”包括但不限于电机转子与环形凹槽内侧壁顶端所形成的间隙。
详细地,所述“一体结构”或“整体成型”指的是:离心转子或至少离心转鼓本体、间隔部、转子总成、转子总成支撑部所共同构成的旋转部件,其各组成部分之间不能被轻易的拆分为单一零件或根本无法拆分而是一个整体。
详细地,将图7、图8、图9、图10中的离心转鼓在设计和制造上简单地改变成离心转子,就成为电机转子与离心转子为一体结构的旋转离心单元。
详细地,图1(包括图1-1至图1-9)图示了几种具最常见固定连接结构A的离心转盘,其中的固定连接结构A包括但不限于凸起(1-2、1-4、1-6)、通孔(1-8、1-9)、卡槽(1-10)。
详细地,图2(包括图2-1至图2-3)图示了几种具常见连接结构的离心转鼓,其同样图示了本发明中所述离心转鼓的离心转鼓本体(2-2、9-5)、离心转鼓顶盖(2-3、9-11)、滤孔(2-5)以及加料孔(2-6)。
详细地,图3(包括图3-1至图3-3)图示了几种具常见连接结构的离心转子,其同样图示了本发明中所述离心转子的离心转子本体(3-1)和离心管孔(3-2)。
更详细地,所述图2中所示的离心转鼓或图3中所示的离心转子在结构上去除固定连接结构并与电机转子结合为一体结构后即成为本发明的旋转离心单元。
详细地,所述电机转子与离心转鼓或离心转子之间选择何种固定连接结构视具体情况确定,其中图4(包括图4-1至图4-3)图示了电机转子上的固定连接结构A与离心转鼓或离心转子上的固定连接结构B二者之间相互作用进而实现二者之间的相互锁定或解锁的三种典型情况,简单地,将二者结合为一体结构后即成为本发明的旋转离心单元。
详细地,图5(包括图5-1至图5-6)图示了几种具最常见固定连接结构的电机空心转子,其中的固定连接结构B包括但不限于凸起(5-3、5-4、5-6)、卡槽(5-7)。
详细地,所述电机转子为径向磁通结构(图7、图8)时,所述转子总成支撑部(图7中7-9所示位置)和间隔部(图7中7-8所示位置、图8中8-5所示位置)各自独立地存在,二者与转子总成共同构成旋转离心单元的电机转子;图7、图8、图9中的结构在设计和制造上很容易改变成电机转子与离心转鼓为一体结构的旋转离心单元。
详细地,所述电机转子为轴向磁通结构(图9、图10)时,所述转子总成支撑部和间隔部合二为一(图9和图10中9-7所示位置),所述转子总成位于间隔部,这极大地简化了旋转离心单元的结构,同时降低其重量,有利于提高电机效率,降低能耗。
详细地,本发明所述电机气隙与环形凹槽底部的位置关系、电机气隙与环形凹槽之间被密封隔离以及电机采用塑封结构形式,这三者的综合可以最大程度地防止目标物质特别是离心分离后的液体成分进入电机气隙,从而降低电机结构的复杂程度(不用对电机采取复杂的电绝缘措施),提高离心设备的耐腐蚀性(塑封料可以耐酸、碱、盐以及有机溶剂腐蚀)以及电安全性,而这是本发明所述结构类型的离心设备获得成功的关键所在。
作为本发明的进一步优化,所述旋转离心单元优选悬臂连接于电机轴上;所述电机高度优选小于其直径或宽度;所述电机定子与电机转子优选全塑封密闭结构。这样的结构安排可以降低电机结构的复杂程度、降低旋转离心单元的重心和增强其平衡性能以及提高离心分离设备的安全性。
作为本发明的进一步优化,经过所述离心转鼓或离心转子离心分离并流入离心液体收集腔的液体成分被其收集和引导流动方向,所述离心液体收集腔包括:
顶盖(7-1、8-1、9-1),其至少具有将离心物料引入旋转离心单元离心区内的通道并封闭离心液体收集腔腔壁顶端以防止离心物料从其顶端逃逸;
离心液体收集腔腔壁(6-3),所述腔壁用于收集和引导液体物料成分流向位于基座部的环形凹槽;
离心液体收集腔腔体(6-17、7-6以及9-12所示位置),所述离心液体收集腔腔体为顶盖、离心液体收集腔腔壁以及基座部所围成的内部空腔;
基座部(6-9、7-11),所述基座部封闭离心液体收集腔腔壁的底端,所述基座部包括:
位于最内侧的轴承座(9-25所示位置),所述轴承座中的轴承室部分容置有轴承(6-19和6-22、7-16和7-17、8-15和8-18、9-26和9-27),所述轴承支撑旋转离心单元的旋转轴(6-20、7-18、8-17、9-23);
位于最外侧与离心液体收集腔的腔壁相接的环形凹槽以及与环形凹槽底部相通的排液口(6-24、7-20、8-19、9-16),所述环形凹槽用于汇集液体物料成分,位于环形凹槽底部的所述排液口用于限定液体物料成分的流出方向,所述环形凹槽的底部内表面低于电机气隙通向环形凹槽一侧的端口(图7中7-19所示位置、图9和图10中B处所示位置)所在的位置;
电机定子区,所述电机定子区提供电机定子的安置区域;
电机转子旋转区,所述电机转子旋转区提供旋转离心单元在离心运转状态下的旋转区域和停止状态下的停放区域;
其中与所述电机气隙相连通的空隙,该空隙在通向环形凹槽一侧的任一个位置(图7中7-19所示位置、图9和图10中B处所示位置)被密封,所述密封使目标物质与所述电机气隙相隔离;
其中所述电机定子区和电机转子旋转区之间的相对位置由电机定子和电机转子之间的磁通结构决定。
详细地,图6、图7、图8、图9、图10图示了几种具上述结构特征的离心液体收集腔,相应的实施例1~5中更详细地论述了其结构、密封方式。
更详细地,图7、图8、图9、图10及其实施例图示和/或详述了环形凹槽的底部内表面低于电机气隙通向环形凹槽一侧的端口(图7中7-19所示位置、图9和图10中B处所示位置)所在的位置、电机气隙与环形凹槽之间被密封隔离以及电机采用塑封结构形式。
作为本发明的进一步优化,通过塑封定子总成而一体成型的所述电机定子被固定于离心液体收集腔基座部的电机定子区或在电机定子区的位置与基座部一体塑封成型;
其中所述电机定子(图6~图10)包括:
与转子总成相适配的定子总成,所述定子总成与转子总成通过电磁相互作用构成可产生旋转运动的电机器从而驱动旋转离心单元绕电机轴中心线旋转,所述定子总成隔着气隙位于与转子总成相对应的离心液体收集腔的基座部;
旋转支持单元,所述旋转支持单元包括电机轴、轴承室以及轴承,所述旋转支持单元位于离心液体收集腔基座部的轴承座中央;
定子总成支撑部,其承载定子总成并与定子总成构成具完整结构与功能的电机定子;
其中所述电机定子和/或离心液体收集腔基座部的塑封结构部分与电机空隙的密封共同协作使电机与目标物质之间被电绝缘地隔离。
详细地,优选所述电机定子在电机定子区的位置与基座部一体塑封成型。
作为本发明的进一步优化,所述旋转离心单元中离心转鼓的直径与其用于离心分离固液混合物的有效高度之比优选为2~10,更优选的比值为2~5,比值的大小由离心转鼓的直径决定。
详细地,当离心转鼓的直径越大时,这个比值越接近2;当离心转鼓的直径越小时,这个比值越接近10。这个相对于工业离心机更大的比值(工业离心机一般为1.5~2.0),可以增加离心时离心转鼓中液体物料受到的离心力,同时增加离心时转鼓中固体物料的径向厚度,这对洗涤时彻底去除产品中的杂质非常有利,也对离心转鼓的制造和使用时的更换有利。
作为本发明的进一步优化,当离心转盘或离心转筒为独立部件(图6),驱动电机位于离心液体收集腔(6-17)的底部外侧中央时,其电机前端盖(6-13)及其延伸段、基座(6-9)、定子总成(6-8)以塑封料一体成型构成离心液体收集腔的腔壁(6-3),其底部中央围成容纳上、下轴承(6-19、6-22)及电机轴(6-20)的圆形空腔;电机转子悬臂连接于电机轴上;其驱动电机的金属外壳或端盖也可以沿径向向外延伸至离心液体收集腔内壁然后再沿轴向向上延伸至离心液体收集腔顶部,从而构成离心液体收集腔内壁的金属增强部分。所述图6及其实施例1可以视作接近于传统结构的固液离心分离设备或者本发明进一步改进、完善的起点。
作为本发明的进一步优化,所述旋转离心单元的电机转子与电机外转子融为一体时,驱动电机部分或全部位于离心液体收集腔的底部内侧中央时,其电机端盖、基座、金属底座或定子总成以热固性或热塑性塑料一体成型构成离心液体收集腔的腔壁;电机外转子悬臂连接于电机轴伸端,其上、下轴承位于一体成型离心液体收集腔底部由定子总成、端盖、塑封料及基座所围成的中央空腔的轴承室内,或者位于金属底座中央的轴承室内;所述电机外转子敞口端与离心液体收集腔底部或电机定子之间选自离心密封、迷宫密封、螺旋密封中任一种或它们两者或三者之间的复合型密封结构。
详细地,所述电机转子为外转子时(图7),转鼓连接结构(7-7)位于电机外转子的外表面,其电机后端盖(7-15)及其延伸段(7-23)、基座(7-11)、定子总成(7-10)以塑封料一体成型构成离心液体收集腔的腔壁,其底部中央围成容纳套装于电机轴两端的上轴承(7-16)、下轴承(7-17)及电机轴(7-18)的圆柱形空腔;电机外转子位于一体成型离心液体收集腔(7-6)的底部内侧并悬臂连接于电机轴(7-18)的轴伸端;或者电机外转子、离心转盘或离心转筒、离心转鼓三者一体成型为一个整体结构;电机外转子敞口端与离心液体收集腔底部或定子总成之间优选离心密封、迷宫密封、螺旋密封中任一种或它们两者或三者之间组合的密封结构。
更详细地,所述旋转离心单元的电机转子与电机外转子可以一体成型为一个整体结构,此时转鼓连接结构已被去除,进一步简化了设备结构。
作为本发明的进一步优化,所述旋转离心单元的电机转子与电机内转子时融为一体时,作为增强构件及内转子磁回路的圆盘状金属构件覆盖整个转子磁轭上表面并包裹部分或全部定子磁轭;圆盘状金属构件、转子磁轭及连接结构以热固性或热塑性塑料整体塑封成型而构成的电机转子悬臂连接于电机轴伸端;电机转子上、下轴承位于一体成型离心液体收集腔底部由端盖或金属基座与塑封料所围成的中央空腔的轴承室内,电机转子位于定子总成与塑封料所围成的圆环形空腔内;所述电机内转子上端部与离心液体收集腔底部或电机定子之间选自离心密封、迷宫密封、螺旋密封中任一种或它们两者或三者之间组合的密封结构。
详细地,所述电机转子为内转子时(图8),转鼓连接结构(8-4)位于电机内转子的外表面,其电机端盖(8-8)及冷却盘管(8-2)、基座、定子总成(8-7)以塑封料一体成型构成离心液体收集腔的腔壁,其底部中央围成容纳套装于电机轴两端的上轴承(8-18)、下轴承(8-15)及电机轴(8-17)的圆柱形空腔;电机内转子位于一体成型离心液体收集腔的底部内侧并悬臂连接于电机轴(8-17)的轴伸端;或者电机内转子、离心转盘或离心转筒、离心转鼓三者一体成型为一个整体结构;内转子与定子总成之间优选离心密封、迷宫密封、螺旋密封中任一种或它们两者或三者之间组合的密封结构。
更详细地,所述旋转离心单元的电机转子与电机内转子可以一体成型为一个整体结构,此时转鼓连接结构已被去除,进一步简化了设备结构。
作为本发明的进一步优化,所述旋转离心单元的电机转子与盘式电机转子融为一体时,所述电机转子选自上转子下定子或中间定子两侧转子盘式电机中任一种,其盘式电机全部或部分位于一体成型离心液体收集腔的底部内侧,上转子直径大于定子直径;作为上转子磁回路的圆盘状金属构件覆盖整个转子磁轭上表面并包裹部分或全部定子磁轭;圆盘状金属构件、转子磁轭及连接结构以热固性或热塑性塑料整体塑封成型而构成的电机转子悬臂连接于电机轴伸端;电机转子上、下轴承位于定子总成与塑封料、或金属底座所围成的中央空腔的轴承室内;所述电机上转子敞口端与离心液体收集腔底部或电机定子之间选自离心密封、迷宫密封、螺旋密封中任一种或它们两者或三者之间组合的密封结构。
详细地,所述电机转子为盘式电机转子时(图9、图10),转鼓连接结构位于盘式转子表面,其优选上转子下定子或中间定子两侧转子盘式电机中任一种,其盘式电机转子位于一体成型离心液体收集腔(9-12)的底部内侧中央,上转子直径大于定子直径;作为上转子磁回路的圆盘状金属构件(9-24)包裹整个转子磁轭部和部分定子磁轭,圆盘状金属构件和转子磁轭以热固性塑料整体塑封成型,转子通过固定螺钉(9-19)悬臂连接于电机轴(9-23)轴伸端;电机转子上、下轴承位于定子总成(9-15)与塑封料或基座(9-9)所构成的中央空腔的轴承室内;或者电机上转子、离心转盘或离心转筒、离心转鼓三者一体成型为一个整体结构(图10);上转子与定子总成之间优选离心密封、迷宫密封、螺旋密封中任一种或它们两者或三者之间组合的密封结构。
更详细地,所述旋转离心单元的电机转子与盘式电机转子可以一体成型为一个整体结构,此时转鼓连接结构已被去除,进一步简化了设备结构。
作为本发明的进一步优化,对于本发明所述的任一种直驱式离心分离设备,所述离心分离设备的离心液体收集腔包括如下(I)和(II)所述的结构部分:
(I)冲压成型或其它制造工艺成型的作为离心液体收集腔增强结构和/或电机结构的金属结构部分;
(II)使离心液体收集腔拥有完整结构与功能的由塑料或树脂模制成型的塑封结构部分;
其中所述塑料或树脂通过模制成型的方式将各金属结构塑封连接为具完整结构与功能的离心液体收集腔或同时将各金属结构以及与基座部成一体结构的定子总成塑封从而构成为具完整结构与功能的离心液体收集腔(图6~图10);
其中所述塑封结构部分与电机空隙的密封共同协作使电机与目标物质之间被电绝缘地隔离(图7~图10);
其中所述用于密封与电机气隙相连通的空隙的结构在由塑料或树脂模制成型离心液体收集腔的过程中形成。
详细地,所述金属结构部分包括但不限于冷却盘管、金属基座部、电机金属外壳、电机端盖、金属底座、金属增强内壁中的至少一者;所述电机端盖或金属底座可以沿径向向外然后沿轴向向上延伸构成离心液体收集腔的金属增强内壁(图7)。
详细地,根据本发明所述的直驱式离心分离设备,所述直驱式离心分离设备采用如下所述的方法制造而成:
将冲压成型或其它制造工艺成型的金属结构作为离心液体收集腔内衬或增强材料、或作为电机结构部分,或各种工艺制作而成的电机定子置于模具中的正确位置,然后注入塑料或树脂,采用注塑成型或其它工艺一体成型制成离心分离设备主体结构,再组装而成直驱式离心分离设备。本法特别适合克级至公斤级离心分离设备的制造。
更详细地,本发明所述塑料包括但不限于热塑性塑料或热固性塑料及其衍生形式,所述离心液体收集腔为以热塑性或热固性塑料与冷却盘管、基座、电机金属外壳、电机端盖、金属底座或者电机定子总成通过模制工艺一体成型而构成的内部圆形空腔,该直驱式离心分离设备主体作为一个整体,优选采用一体成型工艺技术整体制造,其一体成型材料优选金属与工程塑料相结合的材料,更优选热固性工程塑料中的不饱和聚酯玻璃纤维增强模塑料(简称DMC或BMC)与钢或铝的复合材料。单纯的金属成型材料可以增加电机的选择范围,同时离心液体收集腔的安全系数也很高,但是不利于防腐和维修保养;单纯的工程塑料则电机的选择范围有限制,离心腔的安全系数相对降低。因此,金属与工程塑料相结合的材料,特别是BMC与钢或铝的复合材料,综合了二者各自的优点,为最佳的使用材料。
作为本发明的进一步优化,对于本发明所述的任一种直驱式离心分离设备,所述直驱式离心分离设备的一体结构的旋转离心单元包括:
转子总成;以及如下(I)和(II)或仅仅(II)所述的结构部分:
(I)冲压成型或其它制造工艺成型的作为旋转离心单元主体结构的金属结构部分;
(II)使旋转离心单元拥有完整结构与功能的由塑料或树脂模制成型的塑封结构部分;
其中所述塑料或树脂通过模制成型的方式塑封所述转子总成以及金属结构部分或仅仅塑封转子总成从而构成转子总成支撑部和/或间隔部的部分(图7~图10)或全部(图11、图12)。
详细地,所述旋转离心单元的离心转鼓或离心转子,特别是离心转鼓本体由于承受巨大的离心力作用,在生产实践中基本都是选用金属材料制造成型,其与转子总成之间通过注入塑料或树脂而模制成型后被塑封为一体结构,这种塑封结构可以提高旋转离心单元的强度、降低制造难度以及提高设备的电安全性,不过,这种结构只适合本发明所述的公斤级固液混合物离心分离设备,对于工业生产中的大型离心机并不适合。
有益效果:
与现有技术相比,本发明提供的直驱式离心分离设备,其优点是:
(1)、将执行固液离心分离任务的离心转鼓或离心转子与电机转子设计为一体式结构,最大程度地减少设备零件,使离心分离设备的制造和组装简单,便于工业化生产,降低成本;
(2)、设备同轴度高并且运转稳定、安静,避免了常规皮带驱动的固液分离设备由于同轴度偏差引起的震动和噪音;
(3)、电机转子直接驱动离心转鼓或离心转子执行固液分离任务,电能/机械能转化效率高,降低了设备运转的能耗;
(4)、由于电机气隙与环形凹槽底部的位置关系、电机气隙与环形凹槽之间被密封隔离以及电机采用塑封结构,极大地提高了整个设备的电安全性;
(5)、离心分离设备的购买、使用、维护以及清洁验证费用获得大幅度降低。
附图及附图说明
附图1为具各种连接结构的离心转盘;
附图2为具各种连接结构的离心转鼓;
附图3为具各种连接结构的离心转子;
附图4为典型连接结构相互作用示意图;
附图5为具各种连接结构的空心电机转子;
附图6为实施例1结构示意图;
附图7为实施例2结构示意图;
附图8为实施例3结构示意图;
附图9为实施例4结构示意图;
附图10为实施例5结构示意图;
附图11为实施例6结构示意图;
附图12为实施例7结构示意图;
其中:
1-1、离心转盘本体; 1-2、凸起1; 1-3、固定安装孔1;
1-4、凸起2; 1-5、固定安装孔2; 1-6、凸起3;
1-7、通孔1; 1-8、通孔2; 1-9、通孔3;
1-10、卡槽1; 2-1、离心转鼓底部; 2-2、离心转鼓本体;
2-3、离心转鼓顶盖; 2-4、凸起4; 2-5、滤孔;
2-6、加料孔1; 2-7、凸起5; 2-8、凹槽1;
2-9、凸起6; 3-1、离心转子本体; 3-2、离心管孔;
3-3、凸起7; 3-4、卡扣1; 3-5、凸起8;
4-1、凸起连接部1; 4-2、凸起连接部2; 4-3、凸起挡臂;
4-4、卡扣2; 4-5、弧形凸起; 5-1、空心转子本体;
5-2、永磁体1; 5-3、凸起9; 5-4、凸起10;
5-5、永磁体2; 5-6、凸起11; 5-7、卡槽2;
6-1、独立顶盖; 6-2、冷却盘管; 6-3、腔壁;
6-4、离心转鼓; 6-5、离心转盘; 6-6、转盘连接结构;
6-7、永磁体; 6-8、定子总成; 6-9、基座部;
6-10、减震脚垫; 6-11、固定螺钉1; 6-12、挡圈;
6-13、前端盖; 6-14、风扇叶片; 6-15、固定螺钉2;
6-16、固定螺钉3; 6-17、离心液体收集腔; 6-18、转鼓连接结构;
6-19、上轴承; 6-20、电机轴; 6-21、电机转子;
6-22、下轴承; 6-23、转子衬套; 6-24、排液口;
6-25、顶盖固定结构; 6-26、门锁; 6-27、转鼓顶盖;
7-1、顶盖1; 7-2、连接结构1; 7-3、连接结构2;
7-4、冷却盘管; 7-5、离心转鼓; 7-6、离心液体收集腔;
7-7、转鼓连接结构; 7-8、金属磁轭; 7-9、永磁体;
7-10、定子总成; 7-11、基座部; 7-12、固定螺钉;
7-13、挡圈; 7-14、转子衬套; 7-15、后端盖;
7-16、上轴承; 7-17、下轴承; 7-18、电机轴;
7-19、O型密封圈; 7-20、排液口; 7-21、转子连接结构;
7-22、转鼓顶盖; 7-23、后端盖轴向延伸; 7-24、连接结构3;
7-25、连接结构4; 8-1、顶盖; 8-2、冷却盘管;
8-3、离心转鼓; 8-4、转鼓连接结构; 8-5、金属磁轭;
8-6、转子总成; 8-7、定子总成; 8-8、前端盖;
8-9、加料孔; 8-10、固定螺钉1; 8-11、挡圈;
8-12、转子衬套; 8-13、固定螺钉2; 8-14、后端盖;
8-15、下轴承; 8-16、固定螺帽; 8-17、电机轴;
8-18、上轴承; 8-19、排液口; 9-1、离心液体收集腔顶盖;
9-2、门锁; 9-3、顶盖连接结构; 9-4、冷却盘管;
9-5、离心转鼓; 9-6、转鼓连接结构; 9-7、电机转子;
9-8、电刷; 9-9、基座; 9-10、顶盖固定结构;
9-11、转鼓独立顶盖; 9-12、离心液体收集腔; 9-13、转子连接结构;
9-14、磁轭轴向延伸; 9-15、永磁体; 9-16、排液口;
9-17、换向器; 9-18、转子衬套; 9-19、转子固定螺钉;
9-20、挡圈; 9-21、端盖固定螺钉; 9-22、后端盖;
9-23、电机轴; 9-24、金属磁轭; 9-25、金属底座;
9-26、上轴承; 9-27、下轴承; 11-1、二合一顶盖;
11-2、离心转鼓; 11-3、转子总成; 11-4、定子总成;
11-5、散热叶片; 11-6、上轴承; 11-7、电机空心轴;
11-8、下轴承; 11-9、基座; 11-10、减震脚垫;
11-11、转子总成下端部; 11-12、线路板; 11-13、前端盖;
11-14、固定螺钉; 11-15、后端盖; 11-16、排液口;
11-17、顶盖连接结构; 11-18、转鼓连接结构; 11-19、转子连接结构;
11-20、离心液体收集腔; 11-21、通风口; 12-1、二合一顶盖;
12-2、顶盖连接结构; 12-3、前端盖; 12-4、定子总成;
12-5、转子总成; 12-6、基座; 12-7、后端盖;
12-8、减震脚垫; 12-9、连接结构; 12-10、固定螺钉;
12-11、上轴承; 12-12、离心转盘; 12-13、下轴承;
12-14、离心转鼓; 12-15、离心液体收集腔; 12-16、电机空心转子;
12-17、排液口; 12-18、弧形凸起。
具体实施方式
实施例1
本实施例驱动系统为外转子电机,其详细的结构示意图见附图6。
如附图6所示,离心转盘6-5和离心转鼓6-4均为独立部件。其中密封离心液体收集腔6-17的独立顶盖6-1通过其顶盖固定结构6-25固定于离心液体收集腔的腔壁6-3顶部,并通过门锁6-26锁紧;顶盖中央具加料孔。密封离心转鼓的转鼓顶盖6-27、位于离心转鼓6-4底部外侧的转盘连接结构6-6及离心转鼓本体为一体成型制造而成;离心转鼓通过位于其底部外侧的转盘连接结构与位于离心转盘6-5外侧的转鼓连接结构6-18互相连接固定;由离心液体收集腔6-17收集而得的离心液体由其底部的排液口6-24排出并收集于储液罐内保存,连接结构见附图1-2及附图4-1。
如附图6所示,冷却盘管6-2、基座6-9、离心腔腔壁6-3、前端盖6-13及电机定子总成6-8以塑封料一体成型构成离心液体收集腔的腔壁,其底部中央围成容纳上轴承6-19、下轴承6-22及电机轴6-20的圆形空腔;电机轴通过套装于其两端的上轴承及下轴承卡紧安装于该圆形空腔内,并由转子衬套6-23压紧下轴承内圈,从而实现对电机轴的固定。
如附图6所示,位于定子总成6-8外侧对应位置的电机转子永磁体6-7固定于金属磁轭6-21上,而金属磁轭6-21以固定螺钉2 6-15与转子衬套6-23连接;永磁体、金属磁轭及转子衬套以热固性树脂一体成型构成电机转子6-21,转子衬套内侧压紧下轴承6-22内圈,电机转子通过固定螺钉3 6-16悬臂连接于电机轴的底端,垫片在固定螺钉3的作用下压紧转子衬套。
如附图6所示,位于起支撑作用的垫片6-12上的离心转盘6-5通过固定螺钉1 6-11连接于电机轴的轴伸端。
实施例2
本实施例中驱动系统为外转子电机,其详细的结构示意图见附图7。
如附图7所示,密封离心液体收集腔7-6的独立顶盖7-1通过其外侧的连接结构27-3与离心液体收集腔腔壁顶部的连接结构1 7-2相互旋转卡紧实现顶盖的固定(连接结构见附图1-1及附图4-1);该顶盖中央具加料孔;密封离心转鼓的转鼓顶盖7-22通过连接结构3 7-24与离心转鼓7-5外侧的连接结构4 7-25相互旋转卡紧实现该顶盖的固定(连接结构见附图1-2及附图4-1)。
如附图7所示,冷却盘管7-4、基座7-11、定子总成7-10、后端盖7-15及后端盖径向和轴向延伸段7-23以塑封料一体成型构成离心液体收集腔的腔壁,其底部中央围成容纳电机轴7-18、上轴承7-16、下轴承7-17的圆形空腔;上、下轴承分别套装于电机轴的两端,而电机轴通过位于后端盖内侧轴承室内的下轴承安装于前述离心液体收集腔底部中央的圆形空腔内。
如附图7所示,具磁轭轴向延伸的金属磁轭7-8、永磁体7-9、转子衬套7-14以热固性树脂一体成型构成的电机转子通过固定螺钉7-12悬臂连接于电机轴7-18的轴伸端,垫片7-13在固定螺钉7-12的作用下压紧转子衬套7-14。
如图7所示,离心转鼓7-5通过位于其底部外侧的转子连接结构7-21与位于电机转子外侧的转鼓连接结构7-7互相连接固定(连接结构见附图1-1及附图4-1)。由离心液体收集腔收集而得的离心液体由其底部的排液口7-20排出并收集于储液罐内保存。
实施例3
本实施例中驱动系统为内转子电机,其详细的结构示意图见附图8。
如附图8所示,密封离心液体收集腔的顶盖8-1与腔壁的连接方式同实施例2;离心转鼓与密封离心转鼓的转鼓顶盖之间的连接方式同实施例2;密封离心液体收集腔的顶盖中央的圆孔为待离心固液混合物的加料孔8-9。
如附图8所示,冷却盘管8-2、定子总成8-7以及前端盖8-8以塑封料一体成型构成离心液体收集腔的腔壁,其底部中央分别围成位于内侧的圆形空腔和位于外侧的圆环形空腔,内侧的圆形空腔用于容纳电机轴8-17、上轴承8-18、下轴承8-15,外侧的圆环形空腔用于容纳电机内转子;上、下轴承分别套装于电机轴的两端,而电机轴通过位于前端盖8-8内侧轴承室内的上轴承安装于前述离心液体收集腔底部中央的圆形空腔内,下轴承被后端盖8-14压紧保护,而后端盖则通过固定螺帽8-16和位于前端盖上的固定螺钉2 8-13的共同作用实现压紧固定。
如附图8所示,具磁轭轴向延伸的金属磁轭8-5、转子总成8-6、转子衬套8-12以热固性树脂一体成型构成的电机转子通过固定螺钉1 8-10悬臂连接于电机轴8-17的轴伸端,垫片8-11在固定螺钉1 8-10的作用下压紧转子衬套。
如附图8所示,离心转鼓8-3通过位于其底部外侧的转子连接结构与位于电机转子外侧的转鼓连接结构8-4互相连接固定(连接方式同实施例2)。由离心液体收集腔收集而得的离心液体由其底部的排液口8-19排出并收集于储液罐内保存。
实施例4
本实施例驱动系统为盘式电机,详细的结构示意图见附图9。
本实施例中密封离心液体收集腔的顶盖9-1和密封离心转鼓的转鼓独立顶盖9-11各自独立存在。密封离心液体收集腔的顶盖通过其顶盖固定结构9-10固定于离心液体收集腔9-12的腔壁顶部,并通过门锁9-2锁紧;密封离心转鼓9-5的转鼓独立顶盖9-11,通过位于该顶盖外侧的连接结构与位于离心转鼓顶部外侧的顶盖连接结构9-3(连接方式同实施例1),实现二者之间的固定。
如附图9所示,冷却盘管9-4、基座9-9、金属底座9-25及固定于该金属底座内侧的永磁体9-15置于模具中以塑封料一体成型构成离心液体收集腔9-12的腔壁;环形金属底座中央具容纳上、下轴承以及电机轴9-23的圆形空腔,底座靠近其边缘处具等间距沿圆周分布的通孔;电刷9-8安装在与换向器9-17相对应的金属底座内侧;后端盖9-22以固定螺钉9-21固定于金属底座上,同时压紧下轴承并实现对电机轴的固定。
如附图9所示,具磁轭轴向延伸9-14的金属磁轭9-24、线圈(未示出)、转子衬套9-18及换向器9-17以热固性树脂一体成型构成的电机转子9-7通过固定螺钉9-19悬臂连接于电机轴9-23的轴伸端,垫片9-20在固定螺钉9-19的作用下压紧转子衬套;图中B处圆圈所示为密封结构:外侧为离心密封,内侧为O型圈密封。
如附图9所示,离心转鼓9-5通过位于其底部内侧的转子连接结构9-13与位于电机转子9-7外侧的转鼓连接结构9-6互相连接固定(连接方式同实施例1)。由离心液体收集腔9-12收集而得的离心液体由其底部的排液口9-16排出并收集于储液罐内保存。
实施例5
本实施例驱动系统为盘式电机,详细的结构示意图见附图10。
如附图10所示,离心转鼓9-5与金属磁轭9-24为一体成型的整体结构,该整体结构与转子衬套9-18、换向器9-17及线圈(未示出)以热固性树脂一体成型构成的电机转子9-7通过固定螺钉9-19悬臂连接于电机轴9-23的轴伸端,垫片9-20在固定螺钉9-19的作用下压紧转子衬套,转子衬套下端则压紧上轴承的内圈。
如附图10所示,环形金属底座9-25中央具容纳上、下轴承以及电机轴9-23的圆形空腔,电机上轴承9-26、下轴承9-27分别套装于电机轴9-23的两端并安装于该圆形空腔内的轴承室。
本实施例其它部分的结构如实施例4。
实施例6
本实施例驱动系统为空心转子塑封电机,详细的结构示意图见附图11。
如附图11所示,本实施例的二合一顶盖11-1同时密封离心转鼓11-2和电机空心转子内的离心液体收集腔11-20;通过位于其最外侧的连接结构与位于电机空心转子顶部的顶盖连接结构11-17(连接方式见附图1及附图4-1),实现二者之间的固定。
如附图11所示,定子总成11-4、基座11-9及前端盖11-13以塑封料一体成型构成离心分离系统的主体部分;前端盖11-13位于定子总成11-4的下端、基座11-9的上端(即位于二者之间),其上设有通风口11-21;定子总成的内侧构成容纳电机空心转子总成11-3的圆筒形空腔。
如附图11所示,电机空心轴11-7通过位于前端盖11-13内侧轴承室内的上轴承11-6安装于前端盖中央的轴孔内,并通过位于下轴承11-8上的后端盖11-15实现对电机空心轴的固定,后端盖边缘压紧固定于基座11-9内壁并进一步以固定螺钉11-14加固,后端盖内侧连接有排液口11-16。
如附图11所示,转子总成11-3位于定子总成11-4内侧的圆筒形空腔内,转子总成下端部11-11呈漏斗状,其漏斗口连接于电机空心轴11-7的上端,转子总成下端部外侧、对应通风口11-21的位置设有散热叶片11-5;线路板11-12位于前端盖内侧、转子总成下端部外侧空腔内;离心转鼓11-2通过位于其外表面上的转子连接结构11-19与位于电机空心转子内表面上的转鼓连接结构11-18互相连接固定(连接方式见附图1及附图4-1)。
由空心转子的离心液体收集腔11-20收集而得的离心液体沿箭头所示方向流经空心轴后,从空心轴下端的排液口11-16排出并收集于储液罐内保存。
实施例7
本实施例驱动系统为空心转子塑封电机,详细的结构示意图见附图12。
如附图12所示,本实施例的二合一顶盖12-1同时密封离心转鼓和空心转子内的离心液体收集腔;通过位于其最外侧的连接结构12-9与位于电机空心转子12-16顶部的顶盖连接结构12-2(连接方式见附图1及附图4-1),实现二者之间的固定。
如附图12所示,定子总成12-4、基座12-6及后端盖12-7以塑封料一体成型构成离心分离系统的主体部分并在定子总成的内侧围成容纳电机空心转子12-16的圆筒形空腔;电机空心转子12-16通过位于后端盖内侧轴承室内的下轴承12-13安装于后端盖的轴孔内,并通过位于上轴承12-11上的前端盖12-3实现对电机空心轴的固定,前端盖压紧上轴承并以固定螺钉固定于塑封电机定子上端部,后端盖沿径向向中央延伸且其中央端部沿轴向外翻并延伸成的圆筒状结构构成离心液体的出口通道一排液口12-17。
如附图12所示,转子总成12-5、金属支撑件(未示出)、具离心转鼓安装通孔的离心转盘12-12以塑封料一体成型构成电机空心转子12-16;在离心转鼓安装通孔的外侧还具有供离心液体流通的通孔;离心转鼓12-14通过位于其底部外表面上的弧形凸起12-18与位于离心转盘12-12上的通孔互相连接固定(连接方式见附图1及图4-3)。
由位于电机空心转子内的离心液体收集腔12-15收集而得的离心液体沿箭头所示方向流经后端盖后,从位于后端盖中央的排液口12-17排出并收集于储液罐内保存。
实施例8
本实施例中驱动系统为外转子电机,其离心转鼓通过位于其底部外侧的转子连接结构与位于电机转子上的转鼓连接结构互相连接固定(连接结构见附图1及附图4-3),其它部分的结构如实施例2。
上述的对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例作出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,对于本发明作出的任何改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直驱式离心分离设备,其特征在于:所述直驱式离心分离设备的旋转离心单元的电机转子与离心转鼓为一体结构或电机转子与离心转子为一体结构;
其中所述直驱式离心分离设备的一体结构的旋转离心单元包括:
离心转鼓或离心转子,所述离心转鼓包括执行固液分离功能的离心转鼓本体和中央具加料孔的离心转鼓顶盖,所述离心转鼓本体的圆筒状周壁具贯穿的滤孔,所述离心转鼓顶盖防止目标物质从离心转鼓本体前端部逃溢;所述离心转子包括提供离心管孔的离心转子本体、位于离心转子本体上的离心管孔以及适宜结构的离心管;
间隔部,其在将旋转离心单元分隔为上侧的离心转鼓或离心转子和下侧的转子总成支撑部的同时控制位于离心转鼓或离心转子内和/或外的目标物质的流向;
转子总成,所述转子总成通过与适配的定子总成之间的电磁相互作用产生的旋转力使旋转离心单元绕电机轴中心线作旋转运动;
承载转子总成的转子总成支撑部;
其中所述转子总成隔着电机气隙位于与定子总成相对应的转子总成支撑部或间隔部;
其中所述电机气隙能够通向环形凹槽一侧的端口所在的位置高于具排液口的环形凹槽的底部内表面;
其中与所述电机气隙相连通的空隙,该空隙在通向环形凹槽一侧的任一个位置被密封,所述密封使目标物质与所述电机气隙相隔离。
2.根据权利要求1所述的直驱式离心分离设备,其特征在于:所述旋转离心单元悬臂连接于电机轴轴伸端;所述电机高度小于其直径或宽度;所述电机定子和/或电机转子为塑封密闭结构。
3.根据权利要求1所述的直驱式离心分离设备,其特征在于,经过所述离心转鼓或离心转子离心分离并流入离心液体收集腔的液体成分被其收集和引导流动方向,所述离心液体收集腔包括:
顶盖,其至少具有将离心物料引入旋转离心单元离心区内的通道并封闭离心液体收集腔腔壁顶端以防止离心物料从其顶端逃逸;
离心液体收集腔腔壁,所述离心液体收集腔腔壁用于收集和引导液体物料成分流向位于基座部的环形凹槽;
离心液体收集腔腔体,所述离心液体收集腔腔体为顶盖、离心液体收集腔腔壁以及基座部所围成的内部空腔;
基座部,所述基座部封闭离心液体收集腔腔壁的底端,所述基座部包括:
位于最内侧的轴承座,所述轴承座中的轴承室部分容置有轴承,所述轴承支撑旋转离心单元的旋转轴;
位于最外侧与离心液体收集腔的腔壁相接的环形凹槽以及与环形凹槽底部相通的排液口,所述环形凹槽用于汇集液体物料成分,位于环形凹槽底部的所述排液口用于限定液体物料成分的流出方向,所述环形凹槽的底部内表面低于电机气隙通向环形凹槽一侧的端口所在的位置;
电机定子区,所述电机定子区提供电机定子的安置区域;
电机转子旋转区,所述电机转子旋转区提供旋转离心单元在离心运转状态下的旋转区域和停止状态下的停放区域;
其中与所述电机气隙相连通的空隙,该空隙在通向环形凹槽一侧的任一个位置被密封,所述密封使目标物质与所述电机气隙相隔离;
其中所述电机定子区和电机转子旋转区之间的相对位置由电机定子和电机转子之间的磁通结构决定。
4.根据权利要求3所述的直驱式离心分离设备,其特征在于:通过塑封定子总成而一体成型的所述电机定子被固定于离心液体收集腔基座部的电机定子区或在电机定子区的位置与基座部一体塑封成型;
其中所述电机定子包括:
与转子总成相适配的定子总成,所述定子总成与转子总成通过电磁相互作用构成可产生旋转运动的电机器从而驱动旋转离心单元绕电机轴中心线旋转,所述定子总成隔着气隙位于与转子总成相对应的离心液体收集腔的基座部;
旋转支持单元,所述旋转支持单元包括电机轴、轴承室以及轴承,所述旋转支持单元位于离心液体收集腔基座部的轴承座中央;
定子总成支撑部,其承载定子总成并与定子总成构成具完整结构与功能的电机定子;
其中所述电机定子和/或离心液体收集腔基座部的塑封结构部分与电机空隙的密封共同协作使电机与目标物质之间被电绝缘地隔离。
5.根据权利要求1所述的直驱式离心分离设备,其特征在于:所述离心转鼓的直径与其用于离心分离固液混合物的有效高度之比为2~10。
6.根据权利要求4所述的直驱式离心分离设备,其特征在于:所述旋转离心单元的电机转子与电机外转子融为一体,驱动电机部分或全部位于离心液体收集腔的底部内侧中央时,其基座与金属底座,或者与电机金属外壳、端盖,或者与定子总成以热固性或热塑性塑料一体成型构成离心液体收集腔的腔壁;电机外转子悬臂连接于电机轴伸端,其上、下轴承位于一体成型离心液体收集腔底部由定子总成、端盖、塑封料及基座所围成的中央空腔的轴承室内,或者位于金属底座中央的轴承室内;
所述电机外转子敞口端与离心液体收集腔底部或电机定子之间选自离心密封、迷宫密封、螺旋密封中任一种或它们两者或三者之间的复合型密封结构。
7.根据权利要求4所述的直驱式离心分离设备,其特征在于:所述旋转离心单元的电机转子与电机内转子融为一体时,作为增强构件及内转子磁回路的圆盘状金属构件覆盖整个转子磁轭上表面并包裹部分或全部定子磁轭;圆盘状金属构件、转子磁轭及连接结构以热固性或热塑性塑料整体塑封成型而构成的电机转子悬臂连接于电机轴伸端;电机转子上、下轴承位于一体成型离心液体收集腔底部由端盖或金属基座与塑封料所围成的中央空腔的轴承室内,电机转子位于定子总成与塑封料所围成的圆环形空腔内;
所述电机内转子上端部与离心液体收集腔底部或电机定子之间选自离心密封、迷宫密封、螺旋密封中任一种或它们两者或三者之间组合的密封结构。
8.根据权利要求4所述的直驱式离心分离设备,其特征在于:所述旋转离心单元的电机转子与盘式电机转子融为一体时,所述电机转子选自上转子下定子或中间定子两侧转子盘式电机中任一种,其盘式电机全部或部分位于一体成型离心液体收集腔的底部内侧,上转子直径大于定子直径;作为上转子磁回路的圆盘状金属构件覆盖整个转子磁轭上表面并包裹部分或全部定子磁轭;圆盘状金属构件、转子磁轭以热固性或热塑性塑料整体塑封成型而构成的电机转子悬臂连接于电机轴伸端;电机转子上、下轴承位于定子总成与塑封料、或金属底座所围成的中央空腔的轴承室内;
所述电机上转子敞口端与离心液体收集腔底部或电机定子之间选自离心密封、迷宫密封、螺旋密封中任一种或它们两者或三者之间组合的密封结构。
9.根据权利要求4所述的直驱式离心分离设备,其特征在于:所述直驱式离心分离设备的离心液体收集腔包括如下(I)和(II)所述的结构部分:
(I)冲压成型或其它制造工艺成型的作为离心液体收集腔增强结构和/或电机结构的金属结构部分;
(II)使离心液体收集腔拥有完整结构与功能的由塑料或树脂模制成型的塑封结构部分;
其中所述塑料或树脂通过模制成型的方式将各金属结构塑封连接为具完整结构与功能的离心液体收集腔或同时将各金属结构以及与基座部成一体结构的定子总成塑封从而构成为具完整结构与功能的离心液体收集腔;
其中所述塑封结构部分与电机空隙的密封共同协作使电机与目标物质之间被电绝缘地隔离;
其中所述用于密封与电机气隙相连通的空隙的结构在由塑料或树脂模制成型离心液体收集腔的过程中形成。
10.根据权利要求1~9任一项所述的直驱式离心分离设备,其特征在于:所述直驱式离心分离设备的一体结构的旋转离心单元包括:
转子总成;以及如下(I)和(II)或仅仅(II)所述的结构部分:
(I)冲压成型或其它制造工艺成型的作为旋转离心单元主体结构的金属结构部分;
(II)使旋转离心单元拥有完整结构与功能的由塑料或树脂模制成型的塑封结构部分;
其中所述塑料或树脂通过模制成型的方式塑封所述转子总成以及金属结构部分或仅仅塑封转子总成从而构成转子总成支撑部和/或间隔部的部分或全部。
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