CN109372755B - 一种内叶轮外电机超薄离心泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械泵领域，并公开了一种内叶轮外电机超薄离心泵。所述离心泵包括蜗壳、一体式叶轮、底座、直流无刷电机和轴承，其中，所述蜗壳包括蜗壳本体，所述蜗壳本体上设有螺旋压水室、进水口和出水口，所述一体式叶轮设于所述螺旋压水室内，包括叶片、轮毂、叶轮底盘以及转轴，所述底座包括底座本体，所述底座本体上设有轴承孔和定子槽，所述直流无刷电机包括线圈模块、控制板和环形永磁体。本发明采用水力部件与电机部件水平排列设计，使得离心泵的整体结构更为紧凑、厚度更小，同时将叶轮等水力部件设计在整机中央，实现了叶轮中心区域进水，能有效改善离心泵的效率和性能，所设计的离心泵具有性能稳定，效率高，适应性强的特点。

Description

一种内叶轮外电机超薄离心泵

技术领域

本发明属于机械泵领域，更具体地，涉及一种内叶轮外电机超薄离心泵。

背景技术

微型泵在电子器件液冷散热系统、生物医药、餐饮机械、航空航天、机载电子系统、雷达导弹等领域有着广泛的应用。无论是电子器件还是生命医药等领域，器件都在日益朝着小型化和微型化发展，这对微型泵的尺寸进一步减小提出了极高的要求。而微型泵本身是一个复杂的系统，涵盖了流体、机械、电气、电子等多学科领域，其尺寸的进一步减小较为困难。

以电子器件液冷散热系统为例。随着电子器件的发热更加严重，为了控制芯片温度在安全和不影响性能的范围，液冷散热已成为未来的主要技术。而为了使得液冷系统中的液体流动起来，微型泵是不可或缺的驱动元件。以笔记本电脑为例，相对轻薄的机身(通常总厚度<2cm)难以容纳现有尺寸的微型泵，更不用说尺寸更加轻薄的智能手机。因此，减小微型泵的尺寸，尤其是减小厚度，同时保证微泵的水力性能满足散热系统的需求，变得越来越紧迫。

现有技术中，要在小尺寸下获得满足要求的高水力性能(通常需要较高的扬程)，采用离心泵的结构设计是主流方式之一。离心泵通常需要泵腔的进口位于叶轮中心且垂直于叶轮。而超薄微泵通常需要进出水口均在微泵的侧面，且由于厚度的限制，难以实现叶轮中心区域进水。因此，目前的超薄微泵设计方式均采用其他的进水方式，例如将泵腔进水区设置在叶片部分。但这样会大大降低离心泵的效率和性能，这也是目前超薄微泵的性能不足的原因之一。

另一方面，目前的微泵结构均为水力部件与电机垂直的设计结构，而电机尺寸的减小是影响微泵尺寸减小的最大阻碍，且较小的电机会导致驱动力矩大大减小，不足以提供高水力性能所需的驱动力。因此，目前采用电机与水力部件垂直排列设计的超薄微泵结构厚度仍然较大，且整机性能仍然较差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种内叶轮外电机超薄离心泵，本发明采用水力部件与电机部件水平排列设计，使得微型泵的整体结构更为紧凑、厚度更小。同时将叶轮等水力部件设计在整机中央，实现了叶轮中心区域进水，能有效改善离心泵的效率和性能，所设计的离心泵具有性能稳定，效率高，适应性强的特点。

为达到上述目的，本发明提供了一种内叶轮外电机超薄离心泵，其特征在于，包括蜗壳、一体式叶轮、底座、直流无刷电机和轴承，其中，

所述蜗壳包括蜗壳本体，所述蜗壳本体上设有螺旋压水室、进水口和出水口，所述进水口和出水口设于蜗壳本体的一侧，且所述进水口和出水口分别与螺旋压水室连接；

所述一体式叶轮设于所述螺旋压水室内，包括叶片、轮毂、叶轮底盘以及转轴，所述叶片的根部与所述轮毂连接，所述叶轮底盘设于所述轮毂的底部，且该叶轮底盘上设有下沉式磁铁槽，所述转轴固定设于所述叶轮底盘的底部；

所述底座包括底座本体，所述底座本体上设有轴承孔和定子槽，所述定子槽设于所述轴承孔的外侧；

所述直流无刷电机包括线圈模块、控制板和环形永磁体，其中，所述线圈模块设于所述定子槽内，所述控制板设于所述线圈模块的底部，所述环形永磁体设于所述下沉式磁铁槽中，所述转轴设于所述轴承孔中，且所述轴承安装在轴承孔的侧壁与转轴之间；

进而，电流在所述控制板的调节下，所述线圈模块中产生交变磁场，所述环形永磁体在交变磁场的作用下带动所述一体式叶轮旋转，流体从侧边所述进水口进入所述螺旋压水室，在所述叶片的旋转作用下流体压力升高，然后从侧边所述出水口流出。

进一步的，所述蜗壳本体上还设有进水流道和出水流道，其中，所述进水流道设于所述进水口与所述螺旋压水室之间，所述出水流道设于所述出水口和所述螺旋压水室之间。

进一步的，所述蜗壳本体上还设有泵腔吸入口和泵腔压力口，其中，所述泵腔吸入口设于所述进水流道和所述螺旋压水室之间，所述泵腔压力口设于所述出水流道和所述螺旋压水室之间。

进一步的，所述蜗壳本体上还设有第一引流通道和第二引流通道，其中，所述第一引流通道设于所述进水口与所述进水流道之间，所述第二引流通道设于所述出水口与所述出水流道之间。

进一步的，所述蜗壳本体上还设有磁铁槽，所述磁铁槽与所述下沉式磁铁槽的形状相匹配。

进一步的，所述轴承采用过盈配合的方式安装在轴承孔的侧壁与转轴之间；所述环形永磁体采用过盈配合的方式设于所述磁铁槽与所述下沉式磁铁槽中。

进一步的，所述蜗壳本体上还设有密封槽，所述密封槽内设有密封圈。

进一步的，所述转轴远离所述叶轮底盘的一端为球面状。

进一步的，所述叶片的底部还设有叶片加强板

进一步的，所述离心泵还包括后盖，所述后盖设于所述底座的底部。

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，主要具备以下的技术优点：

(1)本发明的离心泵采用分层的过流部件设计，使得引流结构与泵体外壳集成设计成一体，简化了产品构成，使得微型泵的整体结构更为紧凑，同时，将螺旋压水室设置于蜗壳中，进、出口流道设置于底座中，通过引流结构与螺旋压水室连通，并实现叶轮中心区域进水，从而在有利于减小蜗壳厚度的基础上，获得满足要求的高水力性能，进而有效改善微型泵的效率和性能，所获得的离心泵具有性能稳定，效率高，适应性强，能耗低的特点。

(2)本发明的离心泵采用电机线圈、环形永磁体及叶轮呈水平排列设计，各部件在厚度方向的相互影响较小，进而在降低整机厚度的同时，满足了离心泵工作的效率和性能。

(3)本发明通过在蜗壳上设置与泵工作腔吸入口连通的进口流道和出口流道，同时通过相互配合使用的第一引流通道、第二引流通道、泵腔吸入口和泵腔压力口，进而实现了流体垂直于叶轮中心区域进水，从而在满足紧凑空间侧边进出口安装的基础上，获得满足要求的高水力性能。

(4)本发明采用的底座结构将电机线圈和控制板与泵流体工作腔隔开，防止工作流体进入电机电气部分导致电机失效。

(5)本发明通过在输出轴端部设置为球面状，以保证转轴底端即使与底座接触也只是点接触，能大大减小转动阻力，减少磨损。

附图说明

图1为本发明涉及的一种内叶轮外电机超薄离心泵的前视剖视图；

图2为本发明涉及的一种内叶轮外电机超薄离心泵的结构示意图；

图3为本发明涉及的蜗壳剖面结构示意图；

图4为本发明涉及的一体式叶轮剖面结构示意图；

图5为本发明涉及的底座剖面结构示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-蜗壳，2-密封圈，3-环形永磁体，4-一体式叶轮，5-轴承，6-底座，7-线圈模块，8-控制板，9-螺钉，101-进水口，102-出水口，103-进水流道，104-出水流道，103a-泵腔吸入口，103b-第一引流通道，104a-泵腔压力口，104b-第二引流通道，105-螺旋压水室，106-磁铁槽，107-密封槽，401-叶片，402-轮毂，403-叶片加强板，404-叶轮底盘，405-下沉式磁铁槽，406-转轴，601-轴承孔，602-转子槽，603-定子槽，604-加工孔。

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。

如图1至图5所示，一种内叶轮外电机超薄离心泵包括蜗壳1、一体式叶轮4、底座6、轴承5和直流无刷电机，其中，

蜗壳1包括蜗壳本体以及设于蜗壳本体上的螺旋压水室105，设于螺旋压水室105外侧的密封槽107以及设于螺旋压水室105与密封槽107之间的磁铁槽106，其中螺旋压水室105用于容纳一体式叶轮4，密封槽107用于放置密封圈2，磁铁槽106用于容纳环形永磁体3。蜗壳1还包括设于蜗壳本体上的进水口101和出水口102，其中，进水口101和出水口102设于蜗壳本体的一侧或者两侧。进水口101和出水口102分别与螺旋压水室105连接。进一步的，进水口101与螺旋压水室105之间还设有进水流道103，其中，进水流道103还包括依次连接的第一引流通道103b和泵腔吸入口103a，流体通过进水口101进入微泵，并通过进口垂直引流通道103b流入到进水流道103，并进一步流入泵腔吸入口103a，之后，流体在叶片401的旋转带动下吸收能量产生高压，并在螺旋压水室105中进一步升高压力。进一步的，出水口102与螺旋压水室之间还设有出水流道104，其中，出水流道104还包括设于其两端的泵腔吸入口104a和第二引流通道104b，进而，升压后的流体依次通过泵腔压力口104a，出水流道104，出口垂直引流通道104b，出水口102流出超薄微泵。

具体而言，所述蜗壳本体上设置有侧边进水口101和出水口102，内部空间为泵腔。所述直流无刷电机包括线圈模块7、控制板8和环形永磁体3。所述一体式叶轮4上设置有转轴406。底座6与蜗壳本体通过密封圈2与螺钉9进行紧固密封连接。底座6与蜗壳1形成的内腔用于容纳一体式叶轮4和环形永磁体3。环形永磁体3通过过盈配合或粘接的方式紧固在一体式叶轮4上。转轴406与轴承5采用过盈配合连接。轴承5采用过盈配合安装在底座6的轴承孔601中。线圈7和控制板8安装在底座6的定子槽603中。当超薄微泵工作时，电流在控制板8的调节下，在线圈7中产生交变磁场。环形永磁体3在交变磁场中带动一体式叶轮4旋转。流体从侧边进水口101进入泵腔，在叶片401的旋转作用下流体压力升高。高压流体从侧边出水口102流出超薄微泵。所述侧边进水口101通过进水流道103与泵腔吸入口103a连通，蜗壳进水口101与出水口102均设置在蜗壳侧面。

如图4所示为一体式叶轮剖面结构示意图，一体式叶轮4包括叶片401，轮毂402，叶片加强板403，叶轮底盘404，下沉式磁铁槽405和转轴406。其中，叶片401的根部与轮毂402连接，叶片401和轮毂402一体成型，且叶片401根据需要设计若干个。叶片加强板403设于叶片401的底部，通过设置叶片加强板403来加强叶片301强度，防止叶片401弯折。叶轮底盘404与蜗壳1配合形成几乎封闭的螺旋压水室105以减小螺旋压水室105的流体泄漏而使得水力效率降低。叶轮底盘404外侧设置有下沉式磁铁槽405，其形状与所述磁铁槽106相匹配，用以装配环形永磁体3。转轴406设于所述轮毂402的底部，且与轮毂402采用一体化加工，进一步的，在转轴406的底部加工成球面以减小轴向接触面积，极大地减小磨损与摩擦扭矩。

具体而言，叶片401的根部与轮毂402连接，通过设置叶片加强板403来加强叶片301强度，防止弯折。叶轮底盘404与蜗壳1配合形成几乎封闭的压水室105以减小压水室105的流体泄漏而使得水力效率降低。叶轮底盘404外侧设置有下沉式磁铁槽405以装配环形永磁体3。转轴406与一体式叶轮4采用一体化加工，并在转轴406的底部加工成球面以减小轴向接触面积，极大地减小磨损与摩擦扭矩。

图5为本发明涉及的底座剖面结构示意图，其中，底座6中心设置轴承孔601以用于固定轴承5，其外侧设置转子槽602以容纳一体式叶轮4。底座6外侧设置定子槽603以装配线圈模块7和控制板8。底座6外围加工通孔604以装配螺钉9，进而实现蜗壳1与底座6的固定连接。

具体而言，蜗壳本体通过密封圈2及螺钉9与底座6进行密封紧固，并通过蜗壳本体与底座6的接触定位来控制蜗壳1与一体式叶轮4和环形永磁体3的间隙。环形永磁体3通过过盈配合或粘连的方式固定在一体式叶轮4上，并与其构成转动部件。转动部件与蜗壳1和底座6间均设置了间隙以避免摩擦。

进一步，所述线圈模块7、环形永磁体3与一体式叶轮4为水平排列设计。

进一步，所述一体式叶轮4上设置的转轴406底部为球面状，以减少接触面积。

进一步，所述轴承5采用滚珠轴承等接触式轴承。

进一步，所述一体式叶轮4等旋转部件与静止部件(如底座6)间的间隙由转轴406的长度与轴承5高度的差值来控制。

进一步的，所述离心泵还包括后盖，所述后盖设于所述底座6的底部。

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 (10)

1.一种内叶轮外电机超薄离心泵，其特征在于，包括蜗壳(1)、一体式叶轮(4)、底座(6)、直流无刷电机和轴承(5)，其中，

所述蜗壳(1)包括蜗壳本体，所述蜗壳本体上设有螺旋压水室(105)、进水口(101)和出水口(102)，所述进水口(101)和出水口(102)设于蜗壳本体的一侧，且所述进水口(101)和出水口(102)分别与螺旋压水室(105)连接；

所述一体式叶轮(4)设于所述螺旋压水室(105)内，包括叶片(401)、轮毂(402)、叶轮底盘(404)以及转轴(406)，所述叶片(401)的根部与所述轮毂(402)连接，所述叶轮底盘(404)设于所述轮毂(402)的底部，且该叶轮底盘(404)上设有下沉式磁铁槽(405)，所述转轴(406)固定设于所述叶轮底盘(404)的底部；

所述底座(6)包括底座本体，所述底座本体上设有轴承孔(601)和定子槽(603)，所述定子槽(603)设于所述轴承孔(601)的外侧；

所述直流无刷电机包括线圈模块(7)、控制板(8)和环形永磁体(3)，其中，所述线圈模块(7)设于所述定子槽(603)内，所述控制板(8)设于所述线圈模块(7)的底部，所述环形永磁体(3)设于所述下沉式磁铁槽(405)中，所述转轴(406)设于所述轴承孔(601)中，且所述轴承(5)安装在轴承孔（601）的侧壁与转轴(406)之间；

所述线圈模块(7)、环形永磁体(3)和一体式叶轮(4)为水平排列布置。

2.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于，所述蜗壳本体上还设有进水流道(103)和出水流道(104)，其中，所述进水流道(103)设于所述进水口(101)与所述螺旋压水室(105)之间，所述出水流道(104)设于所述出水口(102)和所述螺旋压水室(105)之间。

3.根据权利要求2所述的离心泵，其特征在于，所述蜗壳本体上还设有泵腔吸入口(103a)和泵腔压力口(104a)，其中，所述泵腔吸入口(103a)设于所述进水流道(103)和所述螺旋压水室(105)之间，所述泵腔压力口(104a)设于所述出水流道(104)和所述螺旋压水室(105)之间。

4.根据权利要求3所述的离心泵，其特征在于，所述蜗壳本体上还设有第一引流通道(103b)和第二引流通道(104b)，其中，所述第一引流通道(103b)设于所述进水口(101)与所述进水流道(103)之间，所述第二引流通道(104b)设于所述出水口(102)与所述出水流道(104)之间。

5.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于，所述蜗壳本体上还设有磁铁槽(106)，所述磁铁槽(106)与所述下沉式磁铁槽(405)的形状相匹配。

6.根据权利要求5所述的离心泵，其特征在于，所述轴承(5)采用过盈配合的方式安装在轴承孔（ 601） 的侧壁与转轴(406)之间；所述环形永磁体(3)采用过盈配合的方式设于所述磁铁槽(106)与所述下沉式磁铁槽(405)中。

7.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于，所述蜗壳本体上还设有密封槽(107)，所述密封槽(107)内设有密封圈(2)。

8.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于，所述转轴(406)远离所述叶轮底盘(404)的一端为球面状。

9.根据权利要求1所述的离心泵，其特征在于，所述叶片(401)的底部还设有叶片加强板(403)。

10.根据权利要求1-9任一项所述的离心泵，其特征在于，所述离心泵还包括后盖，所述后盖设于所述底座(6)的底部。

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