[發明專利]一種高可靠性的微型機械泵

有效

• 申請號: 201210245632.5
• 申請日: 2012-07-16
• 公開（公告）號: CN102788022A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 羅小兵;郭庭輝;段斌
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: F04D13/06
• 分類號: F04D13/06;F04D29/42;F04D29/08;F04D29/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 朱仁玲

技術領域

本發明屬于流體泵技術領域，更具體地，涉及一種高可靠性的微型機械泵。

背景技術

通常把提升、輸送或使液體或氣體增加壓力，即把原動機的機械能變為液體或氣體的能量從而達到抽送液體或氣體目的的機器統稱為泵。目前常規泵的種類非常多，機械型泵因為原理簡單，制造工藝成熟，易于控制，所以被廣泛應用。微型機械泵作為微機電系統的一個重要研究方向，在藥物輸運系統、電子器件冷卻系統、熱控系統等、微化學分析系統等領域得到廣泛應用。

對于微型泵來說，因為尺度很小，造成了相對表面粗糙度和相對間隙較大，工藝誤差的影響更加顯著，加工困難，組裝工藝也很復雜；但是對其可靠性要求又非常高，這就給設計、制造和裝配帶來了很大困難。

首先，微型泵要做到高可靠性，需要解決好微型泵內的動力源也即電機的防水特性，尤其當采用無刷電機時，由于處在潮濕或浸水的環境中線圈定子容易受潮而產生銹蝕、短路及電解，導致型泵工作性能降低直至失效。同時，現有的機械泵驅動單元與泵功能單元一般都相對獨立，裝配結構上大都較為復雜，并且增大了密封難度。

其次，電機的發熱也是可靠性的一個影響因素。如果電機溫升過大，由于電機內部各部分熱膨脹系數不同導致結構應力的變化和內部氣隙的微小變化，會影響電機的動態響應，發熱嚴重時將導致絕緣老化甚至燒毀。微型泵的驅動電機一般都要放置在泵外殼內，以保護電機。常見的電機只能通過電機外殼將熱量導出，同時熱量還需通過電機外殼與泵外殼之間的空氣傳導給泵外殼，再散發到環境中，傳熱路徑漫長，散熱效率低。

再次，對于微型泵來說，泵送效率的維持要求泵體各部件比如葉輪等和電機進行有效的裝配和組合：例如葉輪和電機軸的連接如果不牢固，會出現葉輪軸向串動，周向滑移甚至脫落。而對于微型泵來說，由于主軸的尺寸很小，因此無法采用大型常規機械泵中銷釘、鍵和螺紋等連接方式。此外，如何保證葉輪能夠精確定位在在泵腔中心也是需要考慮的問題。在微小尺度下，如果葉輪安裝時稍微存在偏差，就可能造成葉輪與蝸殼的干涉，并對泵送效率有直接影響。

最后，保證泵腔的密封性是使維持微型泵正常工作的前提，其密封性能的好壞也會影響到其工作性能。由于尺寸微小，常規泵的密封方式如迷宮密封，螺紋密封等均無法實現。另外為了降低加工上的難度，一般泵的進出口管路與蝸殼都采用分開后再組裝的方式，如果兩者之間裝配時不能保證密封也會造成液體泄漏。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷和技術需求，本發明的目的在于提供一種微型機械泵，其能夠解決泵自身電機的防水問題并提高其散熱性能，進一步簡化泵的零部件結構使其緊湊化，同時通過結構上的設計來實現泵腔的有效密封及葉輪的精確同心定位，由此獲得高可靠性。

按照本發明，提供了一種微型機械泵，該微型機械泵包括泵體、泵腔、流體入口、流體出口，葉輪以及無刷電機，其特征在于：

所述泵體由蝸殼、電機保護外殼及其蓋板共同聯接構成，其中蝸殼內部形成用于容納葉輪的第一泵腔，電機保護外殼及其蓋板的內部形成用于容納所述無刷電機的第二泵腔；

所述流體入口和流體出口分別設置在蝸殼上并與蝸殼內部的第一泵腔相連通，流體由此在葉輪的驅動下從流體入口朝向流體出口輸送；

所述無刷電機設置在電機保護外殼及其蓋板內部的第二泵腔中，其輸出軸與葉輪的主軸相聯接，并包括永磁轉子組件和圍繞該永磁轉子組件而設置的繞組線圈定子組件，其中所述轉子組件與定子組件之間設置有金屬套筒，并且所述定子組件的繞組線圈表面形成有一層防水密封膠層將其包裹封閉。

通過以上構思，可以將無刷電機的保護外殼與蝸殼等結構集成設計為一體，由此簡化了產品構成，使得微型機械泵的整體結構更為緊湊，并能夠減小電機發熱時的傳熱路徑，提高散熱效率；通過在微型泵內使用無刷電機，能夠利用其運行效率高、無碳刷磨損、調速性能好和易于驅動控制等特點，由此獲得更高性能的微型泵產品；此外，通過對繞組線圈通過防水密封膠層進行包裹密封，保證了線圈定子組件的防水功能，在此基礎上，通過金屬套筒使得無刷電機的定子組件與轉子組件完全隔離，從而能夠進一步確保無刷電機定子組件的防水性。

作為進一步優選地，所述金屬套筒的兩端與所述蓋板和電機保護外殼之間通過無縫壓合方式連接，所述防水密封膠層通過灌封工藝形成。

通過采用無縫壓合方式來完成金屬套筒與電機保護外殼、蓋板之間的連接，能夠確保它們彼此之間的無縫式連接，由此更好地實現對電機定子組件的防水密封；此外，灌封工藝能夠簡便、高效地實現對繞組線圈的包裹，并保證密封膠層的成型和密封性能。