CN117249094A - 一种叶轮泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叶轮泵，包括外壳以及容纳在所述外壳内的电机和叶轮组件，所述电机包括定子和转子，其中，所述叶轮组件包括叶轮和用于承载所述叶轮的叶轮骨架，所述叶轮骨架的内部是中空的以形成流体的流道，所述叶轮固定在所述叶轮骨架的内周面上，并且所述电机的转子一体地结合在所述叶轮骨架的外周面上。本发明通过将电机转子与叶轮骨架结合在一起，避免了使用过长的泵轴所导致的振动、噪音和能量损耗等问题。

Description

一种叶轮泵

技术领域

本发明属于泵装置的技术领域，具体涉及一种叶轮泵。

背景技术

在常用的叶轮泵例如轴流泵中，电机和水泵通常都是通过联轴器联接，即，电机的转轴通过联轴器与泵轴连接，叶轮固定在泵轴上以便被电机的转轴带动旋转。但是，这种布置方式会造成很多问题：例如，过长的泵轴的悬臂梁结构导致泵体抗振性能差；叶轮与固定的叶轮外壳摩擦可能造成事故；过长的泵轴容易出现弯曲从而导致泵运转发生故障；等等。

此外，已知的汽车电子流体泵仅通过单叶轮实现流体的压缩以泵送介质，但是当流量和压差需求比较大时，单级的传统泵类已经无法满足发展的需求。常用的解决方式是增大叶轮和流道的体积，提高驱动电机的功率，然而这会导致泵体尺寸偏大、重量增加并且成本上升，同时泵体功率的增加会消耗更多的能源。因此当前形势下亟需解决高流量大压差的泵类尺寸偏大的问题。

因此，需要一种具有更优设计的新型的叶轮泵，以克服现有技术的上述缺陷。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种新型的叶轮泵，其能够解决因使用过长的泵轴所导致的一系列问题。

本发明的另一个目的是提供一种新型的叶轮泵，其能够解决高流量大压差的泵类尺寸偏大的问题。

为此，本发明涉及一种叶轮泵，包括外壳以及容纳在所述外壳内的电机和叶轮组件，所述电机包括定子和转子，其中，所述叶轮组件包括叶轮和用于承载所述叶轮的叶轮骨架，所述叶轮骨架的内部是中空的以形成流体的流道，所述叶轮固定在所述叶轮骨架的内周面上，并且所述电机的转子一体地结合在所述叶轮骨架的外周面上。

根据本发明的一种优选实施方式，所述电机的转子为环状磁体的形式，所述叶轮骨架为空心圆柱体的形式，并且所述电机的转子在所述叶轮骨架的外周面上与所述叶轮骨架同轴布置。

根据本发明的一种优选实施方式，所述叶轮骨架的两端设置有轴承组件，以用于支承所述叶轮骨架的旋转。

根据本发明的一种优选实施方式，所述外壳包括限定流体入口的入口壳体、限定流体出口的出口壳体以及位于所述入口壳体和所述出口壳体之间的电机壳体，所述流体入口和所述流体出口沿流体流动方向位于一条直线上，并且所述叶轮骨架与所述流体入口和所述流体出口均轴向对中并流体连通。

根据本发明的一种优选实施方式，所述电机的转子通过二次注塑成形工艺固定结合在所述叶轮骨架的外周面上。

根据本发明的一种优选实施方式，所述叶轮通过螺纹连接、焊接或粘接固定在所述叶轮骨架的内周面上。

根据本发明的一种优选实施方式，所述叶轮的每个叶片的根部设有燕尾榫，所述叶轮骨架的内周面上设有沿周向分布并沿轴向贯通的燕尾槽，所述燕尾榫与所述燕尾槽相互卡接并通过螺钉固定在一起。

根据本发明的一种优选实施方式，所述叶轮组件为包括沿轴向分布的至少两级叶轮的多级增压叶轮组件。

根据本发明的一种优选实施方式，沿流体流动方向的一级叶轮包括至少三个叶片，并且后一级叶轮所包括的叶片数量均大于等于前一级叶轮所包括的叶片数量。

根据本发明的一种优选实施方式，所述电机为印刷电路板控制的无刷直流电机。

由于采用了上述技术方案，本发明能够产生以下有益的技术效果中的至少一个：

1)根据本发明，叶轮泵的电机部分和泵体部分(其主要是叶轮组件部分)集成为一体，由此完全省略了传统泵中电机部分和叶轮之间的很长的动力传输轴，克服了这种长轴所造成的一系列缺陷，包括：提高了泵体的抗振性能，避免了叶轮与固定的叶轮外壳摩擦所造成的损坏，避免了长轴的弯曲导致的运行故障，避免了泵的进出口流道设计成弯管，同时还降低了动力传输中的能量损耗以及噪音，从而显著提高泵的效率；

2)根据本发明，叶轮泵的电机部分和泵体部分集成为一体，这使得叶轮泵特别是在轴向方向上的尺寸减小，叶轮泵的空间布局进一步优化，并且其制造和安装更为简便，进一步节约了生产成本；

3)根据本发明，省略了位于泵体部分中间的泵轴，因此显著增加了泵内流道的截面积，提高了泵送流量；

4)根据本发明，可以在泵体内设置多级增压叶轮组件，由此在无需提高电机转速的情况下能够满足叶轮泵的大流量大压差的需求；

5)根据本发明，轴向分布的多级增压叶轮组件可以极大地缩小整个泵的尺寸，其结构简单并且方便装配；

6)根据本发明，可以采用无刷直流电机作为控制单元，由此进一步提高了叶轮泵的使用寿命。

附图说明

图1是根据现有技术的一种轴流泵的示意图；

图2是根据本发明的叶轮泵的一个实施例的侧向剖视图；

图3是在根据本发明的叶轮泵的上述实施例中，电机的转子与叶轮骨架结合在一起的示意图；

图4a是在根据本发明的叶轮泵的上述实施例中，叶轮的叶片与叶轮骨架的连接结构的示意图；

图4b是图4a中的连接结构的放大示意图；以及

图4c是叶片上的连接部件的示意图。

在这些附图中，相同或相似的部件或结构用相同的附图标记表示。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。此说明仅以示例的方式给出，而不对本发明构成限制。

图1是根据现有技术的一种轴流泵的示意图。如该图所示，电机1的轴通过联轴器9与泵轴10连接，泵轴10向下穿过轴承体3和密封体4进一步延伸，并在底部装有叶轮7，叶片15安装在所述叶轮7上，由此电机1的轴带动泵轴10并进而带动叶轮的叶片旋转。

如图1清晰示出的，在电机的轴与叶轮之间设有很长的泵轴10，申请人研究发现，这可能会造成很多问题：例如，长轴的悬臂梁结构导致泵体抗振性能差；叶轮与固定的叶轮外壳可能发生摩擦而导致损坏；长轴容易出现弯曲从而导致泵的运行故障；以及联轴器和长轴导致动力传输的大量能量损耗；等等。而且，如图1所示，为了给长轴留出空间，泵的进水口流道和出水口流道还设计成弯管的形式，显然这会增加制造工艺的难度和制造成本。

通过本发明的技术方案能够至少部分地解决上述现有技术的这些缺陷。根据本发明，提供一种叶轮泵，其包括电机和叶轮组件，所述电机包括定子和转子，其中，所述叶轮组件包括叶轮骨架和固定在所述叶轮骨架上的叶轮；所述电机的转子与所述叶轮骨架结合在一起，以便由所述电机的转子直接带动所述叶轮骨架并相应地带动所述叶轮旋转。因此，本发明的技术方案完全省略了联轴器以及泵轴的使用，避免了由过长的泵轴导致的上述一系列技术缺陷。

具体地，图2示出了根据本发明的叶轮泵的一个实施例的侧向剖视图。该叶轮泵总体由附图标记100表示，其中的流体流动方向如图中的箭头所示为从右向左。沿着流体的流动方向，叶轮泵100包括限定流体入口的入口壳体1，以及限定流体出口的出口壳体2。流体入口与流体出口沿流体流动方向位于一条直线上，因此无需像图1所示的现有技术那样设计成弯管的形式。在入口壳体1与出口壳体2之间布置有电机壳体3，并且电机壳体3分别与入口壳体1和出口壳体2通过密封件进行密封，以确保泵的整体密封性能。入口壳体1、出口壳体2以及电机壳体3共同构成了叶轮泵100的外壳，所述外壳用于容纳泵的电机和叶轮组件。

具体地，电机壳体3的内壁设有环形凹腔，以用于容纳和固定电机定子4。在入口壳体1与出口壳体2之间，设有与流体入口和流体出口轴向对中并流体连通的中空的叶轮骨架5，该叶轮骨架5在这里为空心圆柱体的形式。因此，叶轮骨架5的内部形成供流体从流体入口流到流体出口的流道。与现有技术中通常在流道的中间设置泵轴的技术方案相比，本发明中由叶轮骨架的中空内部所形成的流道显著增大了流道截面积，提高了泵送流量。

叶轮骨架5在沿轴向方向的两端分别装设在轴承组件中，即，沿流体流动方向位于上游的右轴承组件6和位于下游的左轴承组件7。这些轴承组件可以固定在电机壳体3的内壁上设有的凹腔中，以用于支承叶轮骨架5的旋转。

在叶轮骨架5的外周壁上与电机定子4相对应的轴向位置处，一体地结合有电机转子8，从而当电机转子8在电机定子4磁场的作用下转动时，可以同时带动叶轮骨架5一起旋转。在空心圆柱体形式的叶轮骨架5的内周壁上，固定有至少一级叶轮，在此实施例中为四级叶轮，即，沿着流体流动方向依次为一级叶轮9、二级叶轮10、三级叶轮11和四级叶轮12。由于这些叶轮固定在叶轮骨架5上，因此当电机转子8带动叶轮骨架5旋转时，这些叶轮也会同时被带动旋转。

根据本发明，叶轮泵的电机可以有利地采用由印刷电路板控制的无刷直流电机。这种电机使用寿命长，可靠性高并且效率高。因此，可以进一步提高泵的使用寿命，减少其维护和更换的需要。

图3示出了在根据本发明的叶轮泵的上述实施例中，电机的转子8与叶轮骨架5结合在一起的示意图。作为一个示例，电机转子可以是四极磁铁，例如通过将磁粉混合到塑料粒子中加热成熔融状态后进行注塑操作所得到的注塑磁铁。叶轮骨架例如可以由铝型材通过挤压成型工艺(类似于塑钢的成型工艺)制成。在实际操作中，电机转子可以通过二次注塑成形工艺(也称为“包覆成形”工艺)固定结合在叶轮骨架的外周面上。

具体地，首先将通过挤压成型工艺制成的叶轮骨架放入模具中，然后将磁粉与塑料粒子的熔融混合物注射到该模具中的用于形成电机转子的位置，当磁粉与塑料粒子的混合物固化冷却形成电机转子之后，将这些部件从模具中取出，即得到电机转子稳定结合在叶轮骨架的外周面上的一体集成式组件。这种二次注塑成形工艺确保了电机转子与叶轮骨架之间的稳固连接，以便由电机转子直接带动叶轮骨架旋转，从而避免了动力传输中的任何能量损失。

本领域技术人员应理解，电机转子与叶轮骨架还可以通过二次注塑成形工艺之外的其它工艺或手段实现结合，只要能够确保二者之间的稳固连接以实现一体式旋转就可以。例如，这二者之间可以通过机械连接结构结合，例如通过花键结构、粘接结构、焊接结构或其组合而结合在一起。

图4a示出了在根据本发明的叶轮泵的上述实施例中，叶轮的叶片与叶轮骨架的连接结构的示意图。图4b示出了图4a中的连接结构的放大示意图(图4a中的圆圈“A”部分)。如这些图以及图2和3中清楚示出的，叶轮骨架5的内周面上设有沿周向分布并沿轴向贯通的凹槽滑道，这些凹槽滑道可以采取燕尾槽13的形式。由于叶轮骨架是通过铝型材挤压成型的，因此这些凹槽滑道可以在叶轮骨架的形成过程中一体成型。

组成叶轮的各个叶片可以是粉末冶金部件，例如铜基部件。对应于这些燕尾槽13的形状和轮廓，如图4c所示，叶轮的各个叶片与叶轮骨架之间的连接部件可以采取燕尾榫14的形式。该图示出了在叶片根部设有三个燕尾榫14，并且在中间一个燕尾榫14内可以设有螺纹孔，与此相对应地，在叶轮骨架5上的相应位置设有沿径向穿过叶轮骨架5的周向壁的贯通圆孔。

当安装叶片时，将叶片的根部沿着叶轮骨架的凹槽滑道推至设定的深度处，然后使沉头螺钉15从叶轮骨架5的外部穿过相应的贯通圆孔，并旋拧到该叶片的中间燕尾榫14的螺纹孔中，从而将该叶片牢固锁定在叶轮骨架的内周壁上。这种连接方式限制了叶片的轴向移动并且消除了径向间隙，因此避免了与叶片的轴向和径向位移相关的振动、噪声等不利影响。当以上述方式将所有叶片在叶轮骨架上安装就位后，可以在叶轮骨架的内部使用胶水将所有的凹槽滑道封闭，以进一步牢固地固定这些叶片，同时避免凹槽滑道对流体流动的不利影响。

除了上述叶轮叶片与叶轮骨架的安装方式以外，本领域技术人员当然也可以设想其它的连接方式。例如，叶轮叶片与叶轮骨架通过焊接、粘接等方式固定在一起。

图2所示的实施例示出了本发明应用于多级增压式轴流泵的示例。在此示例中，采用了四级增压叶轮，即，流体沿轴向方向依次经过一级叶轮9、二级叶轮10、三级叶轮11和四级叶轮12的四级增压后流出。其中，一级叶轮包括至少三个叶片，并且二级叶轮包括的叶片数量大于等于一级叶轮包括的叶片数量，其它级叶轮包括的叶片数量以此类推。此外，每级叶轮之间的轴向距离可以是叶轮骨架的流道内直径的0.78-1.1倍。

通过使用轴向分布的多级增压叶轮组件，可以在无需提高电机转速的情况下满足叶轮泵的大流量大压差的需求。并且，这种多级增压叶轮组件可以极大地缩小整个泵的尺寸，其结构简单并且方便装配，从而解决了现有技术中高流量大压差的泵类尺寸偏大的问题。

需要指出的是，根据本发明的叶轮泵所包括的叶轮级数和每级叶轮所包括的叶片数量以及每级叶轮之间的轴向距离并不限于图2的实施例，而是可以根据具体应用场景和泵送需求进行调整。叶片的具体轮廓形状也可以根据实际需要进行调整。

此外，尽管图2的实施例示出了本发明应用于多级增压式轴流泵的情形，但是本发明同样适用于由电机驱动的其它泵类，例如汽车用水泵、气泵、循环泵、增压泵等。特别地，本发明尤其适用于汽车电子流体泵。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的各种更动与修改，均应纳入本发明的保护范围内，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种叶轮泵，包括外壳以及容纳在所述外壳内的电机和叶轮组件，所述电机包括定子和转子，其中，所述叶轮组件包括叶轮和用于承载所述叶轮的叶轮骨架，所述叶轮骨架的内部是中空的以形成流体的流道，所述叶轮固定在所述叶轮骨架的内周面上，并且所述电机的转子一体地结合在所述叶轮骨架的外周面上。

2.根据权利要求1所述的叶轮泵，其特征在于，所述电机的转子为环状磁体的形式，所述叶轮骨架为空心圆柱体的形式，并且所述电机的转子在所述叶轮骨架的外周面上与所述叶轮骨架同轴布置。

3.根据权利要求1或2所述的叶轮泵，其特征在于，所述叶轮骨架的两端设置有轴承组件，以用于支承所述叶轮骨架的旋转。

4.根据权利要求1或2所述的叶轮泵，其特征在于，所述外壳包括限定流体入口的入口壳体、限定流体出口的出口壳体以及位于所述入口壳体和所述出口壳体之间的电机壳体，所述流体入口和所述流体出口沿流体流动方向位于一条直线上，并且所述叶轮骨架与所述流体入口和所述流体出口均轴向对中并流体连通。

5.根据权利要求1或2所述的叶轮泵，其特征在于，所述电机的转子通过二次注塑成形工艺固定结合在所述叶轮骨架的外周面上。

6.根据权利要求1或2所述的叶轮泵，其特征在于，所述叶轮通过螺纹连接、焊接或粘接固定在所述叶轮骨架的内周面上。

7.根据权利要求1或2所述的叶轮泵，其特征在于，所述叶轮的每个叶片的根部设有燕尾榫，所述叶轮骨架的内周面上设有沿周向分布并沿轴向贯通的燕尾槽，所述燕尾榫与所述燕尾槽相互卡接并通过螺钉固定在一起。

8.根据权利要求1或2所述的叶轮泵，其特征在于，所述叶轮组件为包括沿轴向分布的至少两级叶轮的多级增压叶轮组件。

9.根据权利要求8所述的叶轮泵，其特征在于，沿流体流动方向的一级叶轮包括至少三个叶片，并且后一级叶轮所包括的叶片数量均大于等于前一级叶轮所包括的叶片数量。

10.根据权利要求1或2所述的叶轮泵，其特征在于，所述电机为印刷电路板控制的无刷直流电机。