CN110762024A - 一种具有陶瓷轴系的超薄微型泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于微型泵领域，并具体公开了一种具有陶瓷轴系的超薄微型泵。该超薄微型泵包括蜗壳、底座、固定组件、定子系统、陶瓷轴承、转子系统、耐磨片和控制器，其中：蜗壳与底座通过固定组件连接，定子系统安装在定子槽的内部，陶瓷轴承固定在轴承座内；转子系统中永磁体设置在叶轮的内侧，叶轮套设在定子槽的外侧，工作时永磁体在交变磁场的作用下带动叶轮转动，陶瓷转轴的上端与叶轮连接并且插入陶瓷轴承的内部；耐磨片设置在陶瓷转轴与轴承座之间；控制器与所述定子系统连接。本发明具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，同时因转子系统受到向下的磁拉力，能够在不提供额外预紧力的情况下减少轴系的振动和噪音，具有优异的运转稳定性。

Description

一种具有陶瓷轴系的超薄微型泵

技术领域

本发明属于微型泵领域，更具体地，涉及一种具有陶瓷轴系的超薄微型泵。

背景技术

随着器件朝着小型化、集成化的方向不断迈进，作为驱动流体流动的核心功能器件，泵的微型化需求日益迫切。以电子器件液冷散热系统为例，诸如笔记本电脑、平板电脑和手机等电子产品对厚度的要求越来越高，为了提供更好的散热性能，将液冷散热系统放入这些电子产品中成为下一代散热技术的趋势。而其核心器件，微型泵的厚度，是限制液冷系统应用到这些电子产品中的一大阻碍。

由于微型泵结构的复杂性，研发厚度足以满足轻薄类电子产品需求的超薄微型泵，必须将电机与水力部件进行高效地耦合协同设计，两者需要进行高度整合。这就使得超薄微型泵的转子系统必然浸泡在工作液体(如水、乙二醇溶液、氟化液等)中。而采用金属轴系结构(如滚珠轴承等)的转子系统，将会遭受金属被工作液体腐蚀的损害，极易导致生锈。并且，长期运行的过程中，滚珠轴承中的润滑油会被工作液体冲走，继而使得轴承的润滑性能下降，不仅使得轴承可靠性和寿命大幅下降，还会导致较大噪音的产生。

另一方面，由于厚度方向空间极为有限，无论是采用单滚珠轴承还是双滚珠轴承，都很难对轴承施加预紧力。这使得轴承在运转过程中，滚珠会产生较大的晃动和异响。异响会使整机噪音进一步增大，而晃动会使得整个转子系统产生振动和偏摆，进一步加剧轴承的磨损，并对整机的水力性能产生较大影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种具有陶瓷轴系的超薄微型泵，其中利用陶瓷转轴和陶瓷轴承组成陶瓷轴系，能够有效提高超薄微型泵的防腐蚀性和耐磨性，同时利用磁拉力限制转子系统发生轴向位移，能够减少轴系的振动和噪音，提高超薄微型泵的稳定性。

为实现上述目的，本发明提出了一种具有陶瓷轴系的超薄微型泵，该超薄微型泵包括蜗壳、底座、固定组件、定子系统、陶瓷轴承、转子系统、耐磨片和控制器，其中：

所述蜗壳与底座通过所述固定组件连接，所述蜗壳的蜗壳腔与所述底座的底座腔连通形成空腔，用于为工作液体的流动提供空间，所述底座腔的内侧设置有环形密闭的定子槽和位于所述定子槽圆心位置的轴承座；

所述定子系统安装在所述定子槽的内部，用于产生交变磁场；

所述陶瓷轴承固定在所述轴承座内，用于与所述转子系统配合形成陶瓷轴系；

所述转子系统包括永磁体、叶轮和陶瓷转轴，所述永磁体设置在所述叶轮的内侧，所述叶轮套设在所述定子槽的外侧，工作时所述永磁体在所述交变磁场的作用下带动所述叶轮转动，从而对所述工作液体做功，为其流动提供能量，所述永磁体的磁中心线高于所述定子系统的磁中心线，使得所述转子系统受到向下的磁拉力，进而限制所述转子系统发生轴向位移，所述陶瓷转轴的上端与所述叶轮连接并且插入所述陶瓷轴承的内部；

所述耐磨片设置在所述陶瓷转轴与轴承座之间，用于避免所述轴承座受到摩擦；

所述控制器与所述定子系统连接，用于控制所述交变磁场的产生。

作为进一步优选地，所述转子系统还包括设置在所述陶瓷转轴下端的卡圈，通过与所述陶瓷轴承底部的限位环相互配合，防止所述叶轮沿轴向方向移动与所述蜗壳发生干涉。

作为进一步优选地，所述陶瓷转轴的下端面为圆头，使得所述陶瓷转轴与耐磨片处于点接触。

作为进一步优选地，所述转子系统还包括设置在所述永磁体和叶轮之间的马达壳，所述马达壳采用导磁材料制成，用于提高所述超薄微型泵的效率。

作为进一步优选地，所述叶轮采用塑料包射工艺与所述陶瓷转轴和马达壳一体成型，以保证装配精度。

作为进一步优选地，所述叶轮上设置有叶轮排气孔，所述陶瓷轴承的侧壁设置有轴承排气孔，分别用于避免所述叶轮和陶瓷轴承出现安装不到位的问题。

作为进一步优选地，所述陶瓷转轴与陶瓷轴承之间留有间隙，用于容纳所述工作液体作为润滑液。

作为进一步优选地，所述底座还设置有控制器槽，用于放置所述控制器。

作为进一步优选地，所述蜗壳腔的外侧设置有密封槽，用于安装密封件从而防止所述工作液体泄漏。

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.本发明采用陶瓷制成的转轴和轴承形成陶瓷轴系，并将定子系统安装在密闭的定子槽中，避免其暴露于工作液体中，能够保证超薄微型泵具有优异的耐腐蚀性和耐磨性，同时通过设置永磁体的磁中心线高于定子系统的磁中心线，使得转子系统受到向下的磁拉力，进而限制转子系统发生轴向位移，能够在不提供额外预紧力的情况下减少轴系的振动和噪音，具有优异的运转稳定性；

2.此外，本发明通过在陶瓷转轴的下端设置卡圈，通过与陶瓷轴承的限位环相互配合进一步防止叶轮沿轴向方向移动与蜗壳发生干涉，提高运转稳定性；

3.本发明通过设置陶瓷转轴与耐磨片处于点接触，能够有效降低转子系统的旋转摩擦阻力，进一步提高陶瓷轴系的耐磨性，提高超薄微型泵的寿命和效率；

4.本发明还对超薄微型泵的结构和装配工艺进行改进，能够有效提高装配精度，使得实际装配情况不宜偏离设计值，进而减少振动和噪音的产生。

附图说明

图1是按照本发明优选实施例构建的具有陶瓷轴系的超薄微型泵的爆炸图；

图2是图1超薄微型泵的剖面结构示意图；

图3是图1超薄微型泵中转子系统的剖面结构示意图；

图4是图1超薄微型泵中陶瓷转轴的结构示意图；

图5是图1超薄微型泵中陶瓷轴承的结构示意图；

图6是图1超薄微型泵中叶轮的结构示意图；

图7是图1超薄微型泵工作时轴线磁拉力的示意图。

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-蜗壳，2-密封件，3-转子系统，301-叶轮，3011-叶片，3012-叶轮壳体，3013-叶轮转轴孔，3014-叶轮排气孔，302-马达壳，303-永磁体，304-陶瓷转轴，3041-叶轮固定槽，3042-陶瓷转轴侧壁，3043-卡圈槽，3044-圆头，305-卡圈，4-陶瓷轴承，401-转轴孔，402-限位环，403-轴承排气孔，5-耐磨片，6-定子系统，601-电机定子，602定子绕组，7-底座，701-底座腔，702-定子槽，703-控制器槽，704-轴承座，705-进口管，706-出口管。

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、2所示，本发明实施例提出了一种具有陶瓷轴系的超薄微型泵，该超薄微型泵包括蜗壳1、底座7、固定组件9、定子系统6、陶瓷轴承4、转子系统3、耐磨片5和控制器8，其中：

蜗壳1与底座7通过固定组件9连接，蜗壳1的蜗壳腔102与底座7的底座腔701连通形成空腔，用于为工作液体的流动提供空间，同时蜗壳腔102的外侧设置有密封槽101，用于安装密封件2防止工作液体泄漏，底座腔701的内侧设置有环形密闭的定子槽702和位于定子槽702圆心位置的轴承座704，底座腔701还设置有进口管705和出口管706，用于为工作液体进出超薄微型泵提供通道；

定子系统6包括电机定子601和定子绕组602，其安装在密闭定子槽702的内部，用于产生交变磁场，因不接触工作液体能够有效防腐蚀；

陶瓷轴承4固定在轴承座704内，用于与转子系统3配合形成陶瓷轴系，使得转子系统3在径向获得固定于稳定运转，如图5所示，陶瓷轴承4的中心设置有转轴孔401，并且其底部设置有限位环402；

如图3所示，转子系统3包括永磁体303、马达壳302、叶轮301和陶瓷转轴304，永磁体203和马达壳302由内至外依次设置在叶轮301的内侧，马达壳302采用导磁材料制成，利用其优异的导磁性能，使得整机具有更高的效率，叶轮301套设在定子槽702的外侧，工作时永磁体203在交变磁场的作用下带动叶轮301转动，从而对工作液体做功，为其流动提供能量，如图7所示，永磁体303的磁中心线高于定子系统6的磁中心线，使得转子系统3受到向下的磁拉力，进而限制转子系统3发生轴向位移，陶瓷转轴304的上端与叶轮301连接并且插入陶瓷轴承4的转轴孔401；

耐磨片5设置在陶瓷转轴304与轴承座704之间，用于避免轴承座704受到摩擦；

控制器8设置在底座7的控制器槽703内，与定子系统6连接，当控制器8接通电源后，定子绕组602中导入电流，进而产生交变磁场。

进一步，如图4所示，陶瓷转轴304包括叶轮固定槽3041、陶瓷转轴侧壁3042、卡圈槽3043和圆头3044，陶瓷转轴304通过叶轮固定槽3041与叶轮301进行固定连接，以产生较大的紧固力，保证陶瓷转轴304可以为叶轮301提供足够的扭矩，陶瓷转轴侧壁3042与陶瓷轴承4之间留有间隙，用于容纳工作液体作为润滑液，既可以提高陶瓷轴系的耐磨性能和寿命，也可以减小摩擦阻力，卡圈槽3043用于安装卡圈305，若超薄微型泵运行过程中发生剧烈震动或因负载变化导致震动，使得转子系统3发生向上的窜动，陶瓷轴承4下端的限位环402将顶住卡圈305，防止叶轮301向上碰撞到蜗壳1，使得叶轮301或蜗壳1受损，转子系统3在轴向支撑力和向下磁拉力的共同作用下保持轴向固定和稳定，陶瓷转轴304的下端面的圆头3044使得陶瓷转轴304与耐磨环5处于点接触，一方面可以为陶瓷转轴304提供轴向支撑力，另一方面可以使摩擦阻力达到最小化，使得转子系统的耐磨性得到大幅提升，增强超薄微型泵的可靠性和寿命，同时滑动轴系由于点接触的引入，使得由于滚珠轴承无法预紧而导致的振动和噪音增大现象不复存在，大大降低了超薄微型泵的噪音和振动。

进一步，如图6所示，叶轮301包括叶片3011、叶轮壳体3012和叶轮转轴孔3013，叶轮301通过叶轮转轴孔3013与陶瓷转轴304进行固定连接，叶片3011作为超薄微型泵的核心水力部件，其在旋转过程中直接对液体做功，将电机的能量转化到液体中，叶轮壳体3012用于支撑整个叶轮301，叶轮转轴孔3013用于与叶轮固定槽3041配合安装；

进一步，叶轮301采用塑料包射工艺与陶瓷转轴304和马达壳302一体成型，以保证装配精度。

进一步，叶轮301上设置有叶轮排气孔3014，陶瓷轴承4的侧壁设置有轴承排气孔403，分别用于避免叶轮301和陶瓷轴承4安装过程中因空气压缩产生阻力出现安装不到位的问题。

下面对本发明提供的具有陶瓷轴系的超薄微型泵的工作过程作具体描述。

控制器8接通电源后定子绕组602中导入电流，进而产生交变磁场，永磁体304在交变磁场的作用下带动叶轮301转动，工作液体从进口管705流入底座腔701和蜗壳腔102共同形成的腔体中，叶轮301对工作液体做功，使工作液体的总压升高并从出口管706流出，使得超薄微型泵产生驱动工作液体流动的功能。

本领域的技术人员容易理解，以上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)

1.一种具有陶瓷轴系的超薄微型泵，其特征在于，该超薄微型泵包括蜗壳(1)、底座(7)、固定组件(9)、定子系统(6)、陶瓷轴承(4)、转子系统(3)、耐磨片(5)和控制器(8)，其中：

所述蜗壳(1)与底座(7)通过所述固定组件(9)连接，所述蜗壳(1)的蜗壳腔(102)与所述底座(7)的底座腔(701)连通形成空腔，用于为工作液体的流动提供空间，所述底座腔(701)的内侧设置有环形密闭的定子槽(702)和位于所述定子槽(702)圆心位置的轴承座(704)；

所述定子系统(6)安装在所述定子槽(702)的内部，用于产生交变磁场；

所述陶瓷轴承(4)固定在所述轴承座(704)内，用于与所述转子系统(3)配合形成陶瓷轴系；

所述转子系统(3)包括永磁体(303)、叶轮(301)和陶瓷转轴(304)，所述永磁体(203)设置在所述叶轮(301)的内侧，所述叶轮(301)套设在所述定子槽(702)的外侧，工作时所述永磁体(203)在所述交变磁场的作用下带动所述叶轮(301)转动，从而对所述工作液体做功，为其流动提供能量，所述永磁体(303)的磁中心线高于所述定子系统(6)的磁中心线，使得所述转子系统(3)受到向下的磁拉力，进而限制所述转子系统(3)发生轴向位移，所述陶瓷转轴(304)的上端与所述叶轮(301)连接并且插入所述陶瓷轴承(4)的内部；

所述耐磨片(5)设置在所述陶瓷转轴(304)与轴承座(704)之间，用于避免所述轴承座(704)受到摩擦；

所述控制器(8)与所述定子系统(6)连接，用于控制所述交变磁场的产生。

2.如权利要求1所述的具有陶瓷轴系的超薄微型泵，其特征在于，所述转子系统还包括设置在所述陶瓷转轴(304)下端的卡圈(305)，通过与所述陶瓷轴承(4)底部的限位环(402)相互配合，防止所述叶轮(301)沿轴向方向移动与所述蜗壳(1)发生干涉。

3.如权利要求1或2所述的具有陶瓷轴系的超薄微型泵，其特征在于，所述陶瓷转轴(304)的下端面为圆头(3044)，使得所述陶瓷转轴(304)与耐磨片(5)处于点接触。

4.如权利要求1所述的具有陶瓷轴系的超薄微型泵，其特征在于，所述转子系统(3)还包括设置在所述永磁体(303)和叶轮(301)之间的马达壳(302)，所述马达壳(302)采用导磁材料制成，用于提高所述超薄微型泵的效率。

5.如权利要求4所述的具有陶瓷轴系的超薄微型泵，其特征在于，所述叶轮(301)采用塑料包射工艺与所述陶瓷转轴(304)和马达壳(302)一体成型，以保证装配精度。

6.如权利要求1所述的具有陶瓷轴系的超薄微型泵，其特征在于，所述叶轮(301)上设置有叶轮排气孔(3014)，所述陶瓷轴承(4)的侧壁设置有轴承排气孔(403)，分别用于避免所述叶轮(301)和陶瓷轴承(4)出现安装不到位的问题。

7.如权利要求1所述的具有陶瓷轴系的超薄微型泵，其特征在于，所述陶瓷转轴(304)与陶瓷轴承(4)之间留有间隙，用于容纳所述工作液体作为润滑液。

8.如权利要求1所述的具有陶瓷轴系的超薄微型泵，其特征在于，所述底座(7)还设置有控制器槽(703)，用于放置所述控制器(8)。

9.如权利要求1～8任一项所述的具有陶瓷轴系的超薄微型泵，其特征在于，所述蜗壳腔(102)的外侧设置有密封槽(101)，用于安装密封件(2)从而防止所述工作液体泄漏。

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