一种微型水力悬浮机械泵

摘要

本发明属于机械泵领域，并公开了一种微型水力悬浮机械泵，包括蜗壳、上端盖、叶轮、无刷电机、防水套筒和水润滑螺旋槽推力轴承，蜗壳上设置有进水通道和出水通道，上端盖上设置有中间进水孔；所述无刷电机包括电机外壳、线圈、磁钢转子、转子套筒和转子转轴；所述磁钢转子的上方和下方分别设置一组所述水润滑螺旋槽推力轴承。本微型水力悬浮机械泵工作时，静环和动环之间能形成液膜来使磁钢转子悬浮，而转子套筒的外壁和防水套筒的内壁之间也能形成液膜，可以实现磁钢转子的无接触悬浮。由于磁钢转子的无接触悬浮，可以避免采用接触式轴承带来的磨损，提高微型水力悬浮机械泵的寿命。

权利要求

1.一种微型水力悬浮机械泵，其特征在于，包括蜗壳、上端盖、叶轮、无刷电机、防水套筒和水润滑螺旋槽推力轴承，其中，

所述蜗壳上设置有进水通道和出水通道，所述蜗壳的内部空间作为泵腔，所述进水通道和出水通道分别与所述泵腔连通；

所述无刷电机包括电机外壳、线圈、磁钢转子、防水套筒、转子套筒和转子转轴，所述电机外壳与所述蜗壳固定连接并且所述电机外壳承接所述上端盖，所述电机外壳的侧壁上安装所述线圈并且其内壁套装用于防护线圈的所述防水套筒，所述上端盖上设置有与所述泵腔连通的中间进水孔，以用于使水流入防水套筒内，所述磁钢转子位于所述电机外壳内并且所述磁钢转子固定穿装在所述转子转轴上，所述转子套筒套接在所述磁钢转子的外侧，所述转子转轴的上端穿过所述上端盖后与所述叶轮固定连接，并且所述叶轮位于所述泵腔内，所述磁钢转子的内侧壁与转子转轴的外侧面之间具有第一空隙作为第一水流通道，所述第一水流通道与所述泵腔连通，所述转子套筒的外侧壁与所述电机外壳的内侧壁之间存在第二空隙作为第二水流通道，所述第二水流通道与所述中间进水孔连通；

所述磁钢转子的上方和下方分别设置一组所述水润滑螺旋槽推力轴承，每组所述水润滑螺旋槽推力轴承均包括静环和带有螺旋槽的动环，其中，位于所述磁钢转子上方的水润滑螺旋槽推力轴承的动环设置在所述磁钢转子的顶端面上并且其静环设置在所述上端盖的底部，位于所述磁钢转子上方的水润滑螺旋槽推力轴承的动环设置在所述磁钢转子的底端面上并且其静环设置在所述防水套筒的内底面上。

2.根据权利要求1所述的一种微型水力悬浮机械泵，其特征在于，所述中间进水孔设置有多个并且周向设置。

3.根据权利要求1所述的一种微型水力悬浮机械泵，其特征在于，所述静环和动环均由硬质合金制成。

4.根据权利要求1所述的一种微型水力悬浮机械泵，其特征在于，所述电机外壳上设置有定位凸台，所述蜗壳上设置有与所述定位凸台配合的定位凹槽，以用于使叶轮位于泵腔内的合适位置。

说明书

一种微型水力悬浮机械泵

技术领域

[0001] 本发明属于机械泵领域，更具体地，涉及一种微型水力悬浮机械泵。

背景技术

[0002] 随着电子技术的快速发展，电子设备朝着功能多元化、信息化，集成化等方面飞速迈进。电子设备的热流量不断攀升使得主动热控系统的大规模使用成为必然。微型泵正是主动热控系统的核心驱动器件。微型机械泵作为微机电系统的一个重要研究方向，在药物输运系统、电子器件冷却系统、热控系统等、微化学分析系统等领域得到广泛应用。

[0003] 目前，微型机械泵的关键技术在于：1.跨尺度设计，器件之间尺度相差大，需要结合并改良传统泵设计理论，实现跨尺度设计；2.流动与热耦合，需要考虑器件产热和散到系统中的热对热管理系统的反馈影响；3.数值仿真，准确模拟为流场中跨尺度流动和热问题；4.结构可靠性设计，包括防泄漏、抗震、轴系设计等。

[0004] 目前，可靠性已成为微型泵的一项制约因素。其中，轴系如同微型泵的脊梁，对保障整机的可靠性尤为重要。作为微型泵唯一的活动部件，稳定、鲁棒的轴系设计是延长整机使用寿命的唯一手段。现在，应用在微型机械泵中的轴承分为机械接触式轴承和非接触式轴承。机械接触式轴承由于存在轴承磨损，严重制约了微型泵的使用寿命。非接触式轴承实现了微型泵的无接触式运行，可大大提高微型泵的可靠性和使用寿命。

[0005] 目前，在非接触式轴承中应用的轴系悬浮技术采用的主要手段有：主动控制悬浮、永磁悬浮、水力悬浮。主动控制悬浮的基本原理是位置传感器捕捉转子的动态位置，利用主控电磁铁产生动态磁场，将转子限定于轴心。其优点是控制精度高，载荷范围大，但控制电路复杂，价格高昂，增加额外耗电。永磁悬浮利用永磁体的相斥性对转子自由度进行限制。其结构简单、可靠，装配要求低，但无法实现全自由度悬浮，需引入外力限制。水力悬浮利用转子的高速旋转，在悬浮面产生高压液膜，支持转子悬浮。结构稳定可靠，尺寸小，但加工、安装精度要求严格，难以加工和安装。

发明内容

[0006] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种微型水力悬浮机械泵，能实现磁钢转子的无接触运行，可以大大减少磁钢转子的磨损，提高微型水力悬浮机械泵的寿命。

[0007] 为实现上述目的，按照本发明，提供了一种微型水力悬浮机械泵，其特征在于，包括蜗壳、上端盖、叶轮、无刷电机、防水套筒和水润滑螺旋槽推力轴承，其中，[0008] 所述蜗壳上设置有进水通道和出水通道，所述蜗壳的内部空间作为泵腔，所述进水通道和出水通道分别与所述泵腔连通；

[0009] 所述无刷电机包括电机外壳、线圈、磁钢转子、防水套筒、转子套筒和转子转轴，所述电机外壳与所述蜗壳固定连接并且所述电机外壳承接所述上端盖，所述电机外壳的侧壁上安装所述线圈并且其内壁套装用于防护线圈的所述防水套筒，所述上端盖上设置有与所述泵腔连通的中间进水孔，以用于使水流入防水套筒内，所述磁钢转子位于所述电机外壳内并且所述磁钢转子固定穿装在所述转子转轴上，所述转子套筒套接在所述磁钢转子的外侧，所述转子转轴的上端穿过所述上端盖后与所述叶轮固定连接，并且所述叶轮位于所述泵腔内，所述磁钢转子的内侧壁与转子转轴的外侧面之间具有第一空隙作为第一水流通道，所述第一水流通道与所述泵腔连通，所述转子套筒的外侧壁与所述电机外壳的内侧壁之间存在第二空隙作为第二水流通道，所述第二水流通道与所述中间进水孔连通；

[0010] 所述磁钢转子的上方和下方分别设置一组所述水润滑螺旋槽推力轴承，每组所述水润滑螺旋槽推力轴承均包括静环和带有螺旋槽的动环，其中，位于所述磁钢转子上方的水润滑螺旋槽推力轴承的动环设置在所述磁钢转子的顶端面上并且其静环设置在所述上端盖的底部，位于所述磁钢转子上方的水润滑螺旋槽推力轴承的动环设置在所述磁钢转子的底端面上并且其静环设置在所述防水套筒的内底面上。

[0011] 优选地，所述中间进水孔设置有多个并且周向设置。

[0012] 优选地，所述静环和动环均由硬质合金制成。

[0013] 优选地，所述电机外壳上设置有定位凸台，所述蜗壳上设置有与所述定位凸台配合的定位凹槽，以用于使叶轮位于泵腔内的合适位置。

[0014] 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，能够取得下列有益效果：

[0015] 本微型水力悬浮机械泵工作时，静环和动环之间能形成液膜来使磁钢转子悬浮，而转子套筒的外壁和防水套筒的内壁之间也能形成液膜，可以实现磁钢转子的无接触悬浮。此外，通过防水套筒使得无刷电机的线圈与磁钢转子完全隔离，从而能够确保无刷电机的线圈的防水性，由于磁钢转子的无接触悬浮，可以大大减少磁钢转子的磨损，提高微型水力悬浮机械泵的寿命。

附图说明

[0016] 图1是本发明的结构示意图；

[0017] 图2是本发明的剖视示意简图；

[0018] 图3是本发明中转子转轴的结构示意图；

[0019] 图4是本发明中蜗壳的结构示意图；

[0020] 图5是本发明中上端盖的结构示意图

[0021] 图6是本发明中动环的结构示意图；

[0022] 图7是本发明中静环的结构示意图。

具体实施方式

[0023] 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。

[0024] 参照图1～图7，一种微型水力悬浮机械泵，其特征在于，包括蜗壳1、上端盖3、叶轮2、无刷电机、防水套筒6和水润滑螺旋槽推力轴承，其中，

[0025] 所述蜗壳1上设置有进水通道和出水通道，所述蜗壳1的内部空间作为泵腔，所述进水通道和出水通道分别与所述泵腔连通；

[0026] 所述无刷电机包括电机外壳11、线圈10、磁钢转子9、防水套筒6、转子套筒7和转子转轴8，所述电机外壳11与所述蜗壳1固定连接并且所述电机外壳11承接所述上端盖3，优选地，蜗壳1上有连接通孔，螺栓穿过连接通孔后通过螺纹连接在电机外壳11的上部，所述电机外壳11的侧壁上安装所述线圈10并且其内壁套装用于防护线圈10的所述防水套筒6，所述上端盖3上设置有与所述泵腔连通的中间进水孔3a，以用于使水流入防水套筒6内，优选地，上端盖3搁置在所述防水套筒6上，所述磁钢转子9位于所述电机外壳11内并且所述磁钢转子9固定穿装在所述转子转轴8上，所述转子套筒7套接在所述磁钢转子9的外侧，所述转子转轴8的上端穿过所述上端盖3后与所述叶轮2固定连接，并且所述叶轮2位于所述泵腔内，所述磁钢转子9的内侧壁与转子转轴8的外侧面之间具有第一空隙作为第一水流通道，所述第一水流通道与所述泵腔连通，所述转子套筒7的外侧壁与所述电机外壳11的内侧壁之间存在第二空隙作为第二水流通道，所述第二水流通道与所述中间进水孔3a连通；

[0027] 所述磁钢转子9的上方和下方分别设置一组所述水润滑螺旋槽推力轴承，每组所述水润滑螺旋槽推力轴承均包括静环4和带有螺旋槽的动环5，其中，位于所述磁钢转子9上方的水润滑螺旋槽推力轴承的动环5设置在所述磁钢转子9的顶端面上并且其静环4设置在所述上端盖3的底部，位于所述磁钢转子9上方的水润滑螺旋槽推力轴承的动环5设置在所述磁钢转子9的底端面上并且其静环4设置在所述防水套筒6的内底面上。

[0028] 进一步，所述中间进水孔3a设置有多个并且它们周向设置，所述静环4和动环5均由硬质合金制成，所述上端盖3上设置有定位凸台，所述蜗壳1上设置有与所述定位凸台配合的定位凹槽，以用于使叶轮2位于泵腔内的合适位置。

[0029] 电机外壳11及设置其上的上端盖3所共同包围形成的内部空间可以容纳磁钢转子9，进流通道101和出流通道102分别设置在蜗壳1上，并与蜗壳1内部的泵腔相连通，这样流体可以在叶轮2驱动下，从进流通道101朝向出流通道102输送并经由出口管路泵出，进入机械泵的大部分的流体主要是通过这种方式流出，少部分进入电机外壳11内部以带走热量。

[0030] 转子转轴8为叶轮2的驱动提供动力，动环5由硬质合金构成，以支持较长时间工作的要求。为了充分利用无刷电机的特性，必须保证其具备完善的防水性能。为达到此目的，在定子线圈10和转子套筒7之间布置防水套筒6，将线圈10与磁钢转子9隔离，由此为定子线圈10提供防水效果。

[0031] 由于微型泵的尺寸很小，传统的叶轮的安装方式无法采用。为实现叶轮2的可靠安装，本发明中叶轮2与磁钢转子9的输出转子转轴8为过盈配合，并通过粘结剂固定，而且转子转轴8可以采用一根圆柱轴进行加工，将外侧削去一部分，以便于与磁钢转子9之间形成间隙。电机外壳11同时也是泵体的组成部件，它与蜗壳1共同构成微型泵的泵腔。电机外壳11与蜗壳1相接触的接触端面上设置有定位凸台，蜗壳1与电机保护外壳11相接触的接触端面相应设置有定位凹槽，两者配合以保证叶轮2安装定位时的叶轮2与泵腔体的同心，防止叶轮2偏心安装带来的机械干涉和对性能的不利影响。电机外壳11上设置有螺纹孔，蜗壳1在相应位置开设通孔，两者通过螺钉完成连接。

[0032] 动环5上刻有螺旋槽5a，可以让动环5和静环4之间形成液膜，而转子套筒7的外侧壁和防水套筒6的内侧壁可以形成液膜，提供磁钢转子9悬浮所需的支撑力。动环5和静环4优选由硬质合金制造，以提高使用寿命。为了给液膜轴承提供足够的流量和带走热量，在上端盖3上开有三个中间进水孔3a，使水一部分进入磁钢转子9上端动环5和静环4之间的间隙，另一部分水由蜗壳1进入转子套筒7和防水套筒6之间的间隙，再通过转子转轴8和磁钢转子9形成的流水通道流回蜗壳1内

[0033] 本发明通过上端盖3上开的中间进水孔3a和转子转轴8的结构设计形成流水通道，可以给径向液膜轴承提供足够的流量并带走电机产生的热量。此外，通过防水套筒6设计使得无刷电机的定子组件与转子组件完全隔离，从而能够确保无刷电机定子组件的防水性。由于转子的无接触悬浮，可以大大减少转子的磨损，提高微型机械泵的寿命。

[0034] 所述的防水套筒6，布置在定子线圈10和转子套筒7之间，可以将线圈10与电机外壳11内的水隔离，从而可以确保电机定子线圈10的防水性。

[0035] 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。