CN110566495A - 一种超薄微型泵的轴承结构及超薄微型泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于超薄旋转机械领域，并具体公开了一种超薄微型泵的轴承结构及超薄微型泵。所述轴承结构包括设于超薄微型泵底座上的盲孔、轴、第一滚珠轴承、第二滚珠轴承和垫圈，轴设于该盲孔中心，所述第一滚珠轴承和第二滚珠轴承从下到上依次套设在所述轴上，垫圈设置在所述第一滚珠轴承内圈与第二滚珠轴承内圈或者所述第一滚珠轴承外圈与第二滚珠轴承外圈之间。所述超薄微型泵包括轴承结构、转子套、蜗壳、底座、叶轮、电机磁体和电机定子。本发明通过垫圈的设置以产生两个滚珠轴承内外圈的行程差，使滚珠直接与轴承内外圈接触，消除滚珠轴承的轴向游隙，实现双滚珠轴承的定位和预紧，使得旋转部件在旋转时轴承结构噪音小、寿命长、精度高。

Description

一种超薄微型泵的轴承结构及超薄微型泵

技术领域

本发明属于超薄旋转机械领域，更具体地，涉及一种超薄微型泵的轴承结构及超薄微型泵。

背景技术

微型泵是一种广泛应用于液冷系统、微流控系统和药物输送等领域驱动流体的动力源，随着各种器件向小型化、轻薄化发展，对微型泵的厚度提出了更高的要求，因而超薄微型泵应运而生。超薄微型泵主要包括驱动电机、对流体做功的叶轮、作为整机骨架的底座和引导流体的蜗壳等部分，其中叶轮作为主要的旋转做功部件，叶轮的稳定支承关系到整机的性能、噪声与可靠性问题。

由于空间限制，超薄旋转机械的轴承结构存在诸多特殊性，以现有的超薄微型泵为例。(1)轴的尺寸小：轴的直径仅有1.5mm、长度不到4mm，其结构尺寸微小，难以加工和装配；(2)轴承孔不是通孔：为了防止液体通过轴承孔向外界泄露，轴承孔设计为盲孔，因而，在轴承装配时只能从一个方向装配，限制了轴承结构的装配方式；(3)轴向尺寸小：轴的上端紧挨旋转部件，顶端难以施加预紧结构；(4)旋转精度要求高：为了保证超薄微型泵的性能，旋转部件与壁面之间的间隙小于0.15mm。由于倍长效应，轴端的微小偏差，将会在叶轮直径处放大许多倍，可能造成叶轮与壁面摩擦，导致噪声和寿命衰减，因而对轴承结构的精度提出了更高的要求。现有超薄风扇和超薄微型泵大多采用单轴承结构，使用滑动轴承加上扣环或PET片的方式来进行轴的定位和支承，这种方式主要的缺点是寿命和旋转精度不高，在叶轮旋转时，轴会与轴承壁和PET片产生滑动摩擦，导致磨损，当转速越高，其磨损越剧烈，在磨损后，整机的噪音和旋转精度将急剧恶化，这种结构主要应用于对寿命要求不高的场合。此外，轴与滑动轴承之间的间隙将会导致旋转部件产生偏摆，不适用于高精度要求的场合。为了避免轴承磨损问题，目前也出现了磁浮轴承和动压轴承等无接触支承技术，但在如此小的尺寸下，磁浮轴承和动压轴承的承载力不足，难以应对振动、冲击等状况，并且非接触支承结构旋转精度不高、成本较高。

带有预紧的双滚珠轴承结构具有良好的旋转精度、噪音控制及可靠性，是高精度、低噪音、长寿命要求场合的主流选择。但双轴承结构预紧一般需要在轴的两端加上机械固定结构或螺旋式弹簧来消除轴向游隙，而本例所述的超薄微型泵轴向尺寸小，轴端没有空间施加额外结构，并且所述超薄微型泵底座上的轴承孔不是通孔，难以在轴两端施加传统的预紧结构。

综上所述的常见轴承结构形式应用于超薄微型泵时将会产生结构复杂、厚度增大、装配精度低、结构可靠性低等问题。因此本领域亟待对现有技术中超薄微型泵的轴承结构进行改进，以提高超薄微型泵叶轮的旋转精度，从而提高超薄微型泵的寿命、降低工作时的噪声。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超薄微型泵的轴承结构及超薄微型泵，其中结合轴承结构自身的特征及超薄微型泵工作特点，相应设计了适用于超薄微型泵使用的轴承结构，并对其关键组件如底座上的盲孔、轴、第一滚珠轴承、第二滚珠轴承和垫圈的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可通构造第一滚珠轴承外圈与第一滚珠轴承内圈以及第二滚珠轴承外圈与第二滚珠轴承内圈在竖直方向形成高度差，以消除第一滚珠轴承和第二滚珠轴承工作时的轴向游隙，使得超薄微型泵的叶轮在工作过程中，避免轴与轴承壁和叶轮产生滑动摩擦，从而提高超薄微型泵叶轮旋转精度，以提高超薄微型泵的寿命、降低工作时的噪声，本发明的轴承结构具有结构简单、易于装配、精度高等特点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种超薄微型泵的轴承结构，包括设于超薄微型泵底座上的盲孔、轴、第一滚珠轴承、第二滚珠轴承和垫圈，其中，

所述轴设于该盲孔中心，所述第一滚珠轴承和第二滚珠轴承从下到上依次套设在所述轴上，所述第一滚珠轴承包括与所述轴固定连接的第一滚珠轴承内圈、与所述盲孔侧壁固定连接的第一滚珠轴承外圈以及设于第一滚珠轴承外圈与第一滚珠轴承内圈之间的第一滚珠，所述第二滚珠轴承包括与所述轴固定连接的第二滚珠轴承内圈、与所述盲孔侧壁固定连接的第二滚珠轴承外圈以及设于第二滚珠轴承外圈与第二滚珠轴承内圈之间的第二滚珠，所述垫圈设置在所述第一滚珠轴承内圈与第二滚珠轴承内圈或者所述第一滚珠轴承外圈与第二滚珠轴承外圈之间，用于使得第一滚珠轴承外圈与第一滚珠轴承内圈以及第二滚珠轴承外圈与第二滚珠轴承内圈在竖直方向形成高度差，以消除第一滚珠轴承和第二滚珠轴承工作时的轴向游隙。

作为进一步优选的，所述第一滚珠轴承和第二滚珠轴承均为微型滚珠轴承，且所述第一滚珠轴承外圈和第二滚珠轴承外圈的外径均为3mm～5mm，所述第一滚珠轴承内圈、第一滚珠轴承外圈、第二滚珠轴承内圈以及第二滚珠轴承外圈的高度均为1mm～3mm。

作为进一步优选的，所述第一滚珠轴承外圈的水平高度大于所述第一滚珠轴承内圈的水平高度；所述第二滚珠轴承外圈的水平高度小于所述第二滚珠轴承内圈的水平高度。

作为进一步优选的，所述垫圈为硬质塑料片或金属片，其厚度为0.3mm～0.5mm。

作为进一步优选的，所述轴包括依次相连的底端轴肩和连接轴，所述盲孔包括从上至下依次布置的第一空腔结构和第二空腔结构，所述第一空腔结构与第二空腔结构的轴线共线，且所述第一空腔结构的直径大于第二空腔结构的直径，所述底端轴肩设于所述第二空腔结构中，且所述底端轴肩的厚度小于所述第二空腔结构的厚度，同时，所述底端轴肩顶面的的水平高度小于所述第二空腔结构顶面的的水平高度。

作为进一步优选的，所述底端轴肩不与连接轴连接的一端为圆弧形结构，且与第二空腔结构的底面之间设有间隙。

作为进一步优选的，所述第一滚珠轴承和第二滚珠轴承采用过盈配合或粘接的方式固定于所述盲孔的侧壁与轴之间。

按照本发明的另一个方面，提供了一种超薄微型泵，包括轴承结构、转子套、蜗壳、底座、叶轮、电机磁体和和电机定子，其中，所述轴承结构为上述的轴承结构，所述转子套设于所述蜗壳与底座形成的空腔中，且所述转子套与所述轴的顶端固定连接，所述叶轮设于所述转子套的外侧壁上，所述电机磁体设于所述转子套的内侧壁上，所述底座远离所述蜗壳的一侧还设有容纳所述电机定子的空腔。

作为进一步优选的，所述超薄微型泵还包括密封圈和控制电路，所述密封圈设于所述蜗壳与底座之间，所述控制电路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.本发明通过垫圈的设置以产生两个滚珠轴承内外圈的行程差，使滚珠直接与轴承内外圈接触，消除滚珠轴承的轴向游隙(滚珠与轴承内外圈之间的缝隙)，实现双滚珠轴承的定位和预紧，使得旋转部件在旋转时轴承结构噪音小、寿命长、精度高。

2.本发明轴承结构空间需求小，结构简单、无机械固定结构、从一个方向安装，适合在紧凑空间内安装。

3.本发明轴承结构的旋转精度高、噪音低、寿命高。由于使用了经过预紧的双滚珠轴承，消除了滚珠轴承的轴向游隙，减小了轴承结构的振动与偏心。

4.本发明轴承结构的预紧量调整方便。可以通过调整垫圈厚度和硬度来调整轴承内外的行程差，以控制轴承预紧的程度，来适应不同的负载情况。

5.本发明超薄微型泵将轴承结构、转子套、蜗壳、底座、叶轮、电机磁体和以及电机定子等结构组件进行改进设计和集成，使得整体的超薄微型泵结构更为紧凑、厚度更小，同时其采用的轴承结构通过垫圈的设置以产生两个滚珠轴承内外圈的行程差，使滚珠直接与轴承内外圈接触，消除滚珠轴承的轴向游隙(滚珠与轴承内外圈之间的缝隙)，实现双滚珠轴承的定位和预紧，使得旋转部件在叶轮旋转时，避免了叶轮产生滑动摩擦，噪音小、寿命长、精度高。

附图说明

图1是本发明涉及的一种超薄微型泵的轴承结构的结构示意图；

图2是本发明涉及的一种超薄微型泵的轴承结构在超薄微型泵中的安装示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-轴，2-第二滚珠轴承，3-垫圈，4-第一滚珠轴承，5-底座，6-蜗壳，7-转子套，8-叶轮，9-电机定子，10-电机磁体，2a-第二滚珠轴承内圈，2b-第二滚珠，2c-第二滚珠轴承外圈，4a-第一滚珠轴承内圈，4b-第一滚珠，4c-第一滚珠轴承外圈。

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和图2所示，包括设于超薄微型泵底座5上的盲孔、轴1、第一滚珠轴承4、第二滚珠轴承2和垫圈3,其中，所述轴1设于该盲孔中心，所述第一滚珠轴承4和第二滚珠轴承2从下到上依次套设在所述轴1上，所述第一滚珠轴承4包括与所述轴1固定连接的第一滚珠轴承内圈4a、与所述盲孔侧壁固定连接的第一滚珠轴承外圈4c以及设于第一滚珠轴承外圈4c与第一滚珠轴承内圈4a之间的第一滚珠4b，所述第二滚珠轴承2包括与轴1固定连接的第二滚珠轴承内圈2a、与所述盲孔侧壁固定连接的第二滚珠轴承外圈2c以及设于第二滚珠轴承外圈2c与第二滚珠轴承内圈2a之间的第二滚珠2b，所述垫圈3设置在所述第一滚珠轴承内圈4a与第二滚珠轴承内圈2a或者所述第一滚珠轴承外圈4c与第二滚珠轴承外圈2c之间，用于使得第一滚珠轴承外圈4c与第一滚珠轴承内圈4a以及第二滚珠轴承外圈2c与第二滚珠轴承内圈2a在竖直方向形成高度差，以消除第一滚珠轴承4和第二滚珠轴承2工作时的轴向游隙。所述第一滚珠轴承外圈4c的水平高度大于所述第一滚珠轴承内圈4a的水平高度；所述第二滚珠轴承外圈2c的水平高度小于所述第二滚珠轴承内圈2a的水平高度。所述轴1包括依次相连的底端轴肩1a和连接轴1b，所述盲孔包括从上至下依次布置的第一空腔结构和第二空腔结构，所述第一空腔结构与第二空腔结构的轴线共线，且所述第一空腔结构的直径大于第二空腔结构的直径，所述底端轴肩1a设于所述第二空腔结构中，且所述底端轴肩1a的厚度小于所述第二空腔结构的厚度，同时，所述底端轴肩1a顶面的的水平高度小于所述第二空腔结构顶面的的水平高度。所述底端轴肩1a不与连接轴1b连接的一端为圆弧形结构，且与第二空腔结构的底面之间设有间隙。所述第一滚珠轴承4和第二滚珠轴承2采用过盈配合或粘接的方式固定于所述盲孔的侧壁与轴1之间。

具体而言，本发明的一种超薄微型泵的轴承结构包括：包括轴1、第一滚珠轴2、垫圈3、第二滚珠轴承4、底座5，其中，底座5靠近蜗壳6的一侧设有盲孔，该盲孔为阶梯形结构，其包括第一空腔结构和第二空腔结构，其中，第一空腔结构设置在靠近蜗壳6的一侧，第二空腔结构设置在远离蜗壳6的一侧，第一空腔结构与第二空腔结构的轴线共线，且第一空腔结构的直径大于第二空腔结构的直径。轴1设置于该盲孔的中心，轴1为阶梯轴，其包括依次相连的底端轴肩1a和连接轴1b，其中，底端轴肩1a与底座5之间具有一定的间隙，进一步的，底端轴肩1a远离连接轴1b的一端为圆弧形结构。底端轴肩1a顶面的水平高度小于第二空腔结构顶面的水平高度。连接轴1b的一端与底端轴肩1a固定连接，另一端与蜗壳6固定连接。第一滚珠轴承2和第二滚珠轴承4套设在连接轴4b上，其中，第一滚珠轴承2设于靠近蜗壳6的一侧，第二滚珠轴承4设置在靠近底端轴肩4a的一侧。第一滚珠轴承2和第二滚珠轴承4之间采用垫圈4隔开。具体而言，第二滚珠轴承4包括第二滚珠轴承内圈4a、第二滚珠4b以及第二滚珠轴承外圈4c，其中，第二滚珠轴承内圈4a与连接轴1b固定连接，第二滚珠轴承外圈4c与底座5固定连接，第二滚珠轴承内圈4a与第二滚珠轴承外圈4c之间形成一个可容纳第二滚珠4b的第三空腔结构，且第二滚珠4b可在该第三空腔结构中滚动。进一步的，在本发明中，第二滚珠轴承内圈4a的侧面与连接轴1b固定连接，其底部与底端轴肩1a固定连接，从而第二滚珠轴承内圈4a与第二滚珠轴承外圈4c在水平高度方向形成高度差。第一滚珠轴承2包括第一滚珠轴承内圈2a、第一滚珠2b和第一滚珠轴承外圈2c，其中，第一滚珠轴承内圈2a与连接轴1b固定连接，第一滚珠轴承外圈2c与底轴5固定连接，第一滚珠轴承内圈2a与第一滚珠轴承外圈2c之间形成一个可容纳第一滚珠2b的第四空腔结构，第一滚珠2b可在该第四空腔结构中滚动。同时，也可在第一滚珠轴承外圈4c与第二滚珠轴承外圈2c之间，用于使得第一滚珠轴承外圈4c与第一滚珠轴承内圈4a以及第二滚珠轴承外圈2c与第二滚珠轴承内圈2a在竖直方向形成高度差，以消除第一滚珠轴承4和第二滚珠轴承2工作时的轴向游隙。

本发明中，所述第一滚珠轴承2和第二滚珠轴承4均为微型滚珠轴承，且所述第一滚珠轴承2和第二滚珠轴承4的外径均为3mm～5mm，高度均为1mm～3mm。具体而言，所述第一滚珠轴承外圈4c和第二滚珠轴承外圈2c的外径均为3mm～5mm，所述第一滚珠轴承内圈4a、第一滚珠轴承外圈4c、第二滚珠轴承内圈2a以及第二滚珠轴承外圈2c的高度均为1mm～3mm。

本发明的轴承结构可用于超薄微型泵中，也可用于其他对准东精度高等小型机械器件中。具体而言，本发明还提供了一种超薄微型泵，其包括轴承结构、转子套7、蜗壳6、底座5、叶轮8、电机磁体10和、电机定子9，其中，所述轴承结构为本发明提供的轴承结构，所述转子套7设于所述蜗壳6与底座5形成的空腔中，且所述转子套7与所述轴1的顶端固定连接，所述叶轮8设于所述转子套7的外侧壁上，底座5远离蜗壳6的一侧设有以轴1的中心为轴心的环形安装槽，该安装槽用于放置，电机定子9。底座5远离蜗壳6的一侧还设有用于安装并布置控制电路的电路安装槽。所述电机磁体10设于所述转子套7的内侧壁上，所述底座5远离所述蜗壳6的一侧还设有容纳所述电机定子9的空腔。

进一步的，本发明超薄微型泵的蜗壳6与底座5采用密封圈进行密封，相应的，在蜗壳6于底座5对接的一面上开设有安装密封圈的密封槽。

本发明所涉及的一种超薄微型泵的轴承结构其应用于超薄微型泵中，其用于承载超薄微型泵的叶轮，使得叶轮在工作时，能够在水平面内保持稳定，以克服叶轮与壁面的摩擦，从而提高超薄微型泵的使用寿命，降低超薄微型泵工作时的噪声，同时还需保证安装的可适应，以方便超薄微型泵的装配。

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 (9)

1.一种超薄微型泵的轴承结构，其特征在于，包括设于超薄微型泵底座(5)上的盲孔、轴(1)、第一滚珠轴承(4)、第二滚珠轴承(2)和垫圈(3)，其中，

所述轴(1)设于该盲孔中心，所述第一滚珠轴承(4)和第二滚珠轴承(2)从下到上依次套设在所述轴(1)上，所述第一滚珠轴承(4)包括与所述轴(1)固定连接的第一滚珠轴承内圈(4a)、与所述盲孔侧壁固定连接的第一滚珠轴承外圈(4c)以及设于第一滚珠轴承外圈(4c)与第一滚珠轴承内圈(4a)之间的第一滚珠(4b)，所述第二滚珠轴承(2)包括与所述轴(1)固定连接的第二滚珠轴承内圈(2a)、与所述盲孔侧壁固定连接的第二滚珠轴承外圈(2c)以及设于第二滚珠轴承外圈(2c)与第二滚珠轴承内圈(2a)之间的第二滚珠(2b)，所述垫圈(3)设置在所述第一滚珠轴承内圈(4a)与第二滚珠轴承内圈(2a)或者所述第一滚珠轴承外圈(4c)与第二滚珠轴承外圈(2c)之间，用于使得第一滚珠轴承外圈(4c)与第一滚珠轴承内圈(4a)以及第二滚珠轴承外圈(2c)与第二滚珠轴承内圈(2a)在竖直方向形成高度差，以消除第一滚珠轴承(4)和第二滚珠轴承(2)工作时的轴向游隙。

2.根据权利1所述的一种超薄微型泵的轴承结构，其特征在于，所述第一滚珠轴承外圈(4c)的水平高度大于所述第一滚珠轴承内圈(4a)的水平高度；所述第二滚珠轴承外圈(2c)的水平高度小于所述第二滚珠轴承内圈(2a)的水平高度。

3.根据权利1所述的一种超薄微型泵的轴承结构，其特征在于，所述第一滚珠轴承(4)和第二滚珠轴承(2)均为微型滚珠轴承，且所述第一滚珠轴承外圈(4c)和第二滚珠轴承外圈(2c)的外径均为3mm～5mm，所述第一滚珠轴承内圈(4a)、第一滚珠轴承外圈(4c)、第二滚珠轴承内圈(2a)以及第二滚珠轴承外圈(2c)的高度均为1mm～3mm。

4.根据权利1所述的一种超薄微型泵的轴承结构，其特征在于，所述垫圈(3)为硬质塑料片或金属片，其厚度为0.3mm～0.5mm。

5.根据权利1所述的一种超薄微型泵的轴承结构，其特征在于，所述轴(1)包括依次相连的底端轴肩(1a)和连接轴(1b)，所述盲孔包括从上至下依次布置的第一空腔结构和第二空腔结构，所述第一空腔结构与第二空腔结构的轴线共线，且所述第一空腔结构的直径大于第二空腔结构的直径，所述底端轴肩(1a)设于所述第二空腔结构中，且所述底端轴肩(1a)的厚度小于所述第二空腔结构的厚度，同时，所述底端轴肩(1a)顶面的的水平高度小于所述第二空腔结构顶面的的水平高度。

6.根据权利4所述的一种超薄微型泵的轴承结构，其特征在于，所述底端轴肩(1a)不与连接轴(1b)连接的一端为圆弧形结构，且与第二空腔结构的底面之间设有间隙。

7.根据权利1-6任一项所述的一种超薄微型泵的轴承结构，其特征在于，所述第一滚珠轴承(4)和第二滚珠轴承(2)采用过盈配合或粘接的方式固定于所述盲孔的侧壁与所述轴(1)之间。

8.一种超薄微型泵，其特征在于，包括转子套(7)、蜗壳(6)、底座(5)、叶轮(8)、电机磁体(10)、电机定子(9)以及如权利要求1-7任一项所述的轴承结构，所述转子套(7)设于所述蜗壳(6)与底座(5)形成的空腔中，且所述转子套(7)与所述轴(1)的顶端固定连接，所述叶轮(8)设于所述转子套(7)的外侧壁上，所述电机磁体(10)设于所述转子套(7)的内侧壁上，所述底座(5)远离所述蜗壳(6)的一侧还设有容纳所述电机定子(9)的空腔。

9.根据权利要求8所述的一种超薄微型泵，其特征在于，还包括密封圈和控制电路，所述密封圈设于所述蜗壳(6)与底座(5)之间，所述控制电路设于所述底座(5)的底部。