[發(fā)明專利]一種泵體軸承一體化的超薄微型泵

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011003370.2
• 申請日: 2020-09-22
• 公開（公告）號: CN112112815B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅小兵;廖唯唯;范義文;鄒浩;趙偉賢;邢冠英
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: F04D13/06
• 分類號: F04D13/06;F04D29/22;F04D29/00;F04D29/049
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 尚威;李智

本發(fā)明屬于機(jī)械泵領(lǐng)域，并公開了一種泵體軸承一體化的超薄微型泵。所描述微型泵包括葉輪、上蓋、底座、滾珠以及電機(jī)定子，其中，所述葉輪包括輪轂以及環(huán)向排布的葉片，葉輪輪轂上設(shè)有球形凹槽；所述上蓋設(shè)置有流體工作腔、環(huán)形凹槽和密封圈槽；所述底座設(shè)置有流體工作腔、環(huán)形凹槽和電機(jī)槽；滾珠位于葉輪輪轂上的球形凹槽與底座和上蓋的環(huán)形凹槽之間，用于支承葉輪，并減小葉輪的旋轉(zhuǎn)摩擦。本發(fā)明通過將泵體與葉輪作為滾珠軸承的一部分，減小了軸承結(jié)構(gòu)的厚度，同時(shí)此種設(shè)計(jì)無軸承與轉(zhuǎn)子之間的連接件，大幅降低了微型泵的軸向厚度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微型泵領(lǐng)域，更具體地，涉及一種泵體軸承一體化的超薄微型泵。

背景技術(shù)

隨著芯片工藝技術(shù)的發(fā)展，芯片單位面積內(nèi)晶體管的數(shù)量急劇上升，芯片性能飛升的同時(shí)，其單位面積的發(fā)熱功率也急劇增加，傳統(tǒng)的風(fēng)冷散熱方式已越來越難滿足急劇增加的散熱需求。相比于風(fēng)冷散熱，液冷散熱技術(shù)具有散熱能力強(qiáng)、輸送距離長、噪聲低等顯著優(yōu)點(diǎn)。隨著各種電子器件向小型化、輕薄化發(fā)展，液冷散熱系統(tǒng)對驅(qū)動泵的厚度提出了更高的要求。

傳統(tǒng)的機(jī)械泵大多采用電機(jī)與泵體分開設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，由電機(jī)內(nèi)部引出一根軸與泵體的葉輪連接，帶動葉輪旋轉(zhuǎn)對流體做功。此種結(jié)構(gòu)電機(jī)與泵體相互獨(dú)立，其整機(jī)厚度為兩者相互疊加的總和，難以適應(yīng)輕薄化的場景需求。

針對微型泵的厚度問題，專利CN109356856A公開了一種超薄離心式微型泵，通過將軸承、電機(jī)定子、磁環(huán)與葉輪設(shè)置在同一水平面上排布的方法，使各部件的厚度不會疊加，整機(jī)厚度較小。但是，此種方案的軸系設(shè)計(jì)是一個巨大的挑戰(zhàn)。如專利一種具有陶瓷軸系的超薄微型泵(CN110762024A)所公開的軸系設(shè)計(jì)，其采用陶瓷滑動軸承系統(tǒng)，葉輪通過轉(zhuǎn)子組件與軸連接，但此種方案存在著兩個問題：一是軸承系統(tǒng)與葉輪仍需一個圓盤來提供連接，圓盤的存在會導(dǎo)致整機(jī)的厚度增加；二是葉片直徑相對于軸承直徑來說較大，軸在軸承處的微小偏移將會引起葉片處較大的偏移，造成葉片撞擊臨近壁面，導(dǎo)致噪音和磨損等問題。

此外，專利CN1558990A公開了一種超薄泵及包括該泵的冷卻系統(tǒng)，其摒棄了傳統(tǒng)意義上的軸承系統(tǒng)，在磁性元件的徑向和軸向方向設(shè)置凸起結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)通過凸起結(jié)構(gòu)與泵體之間的滑動摩擦來支承葉輪的旋轉(zhuǎn)。一方面在徑向方向設(shè)置凸起會增大電機(jī)與磁性元件的距離(氣隙)，極大影響電機(jī)的驅(qū)動能力和效率；另一方面靠凸起結(jié)構(gòu)與泵體之間的滑動摩擦工作，其摩擦力較大，且磁性元件不具防腐蝕的能力，長期磨損導(dǎo)致其表面的鍍層破壞后會帶來嚴(yán)重的可靠性問題。

綜上所述，在超薄微型泵的設(shè)計(jì)當(dāng)中，軸承系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個重要的難點(diǎn)，如何設(shè)計(jì)一種在有限厚度下具有摩擦力小、可靠性高的軸承系統(tǒng)是目前急需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提出了一種泵體軸承一體化的超薄微型泵，其目的在于，通過對泵體與葉輪的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，直接將泵體和葉輪作為軸承系統(tǒng)的一部分，使得微型泵的厚度大大降低，同時(shí)，通過直接在葉輪與上蓋和底座之間設(shè)置滾珠，使得葉輪泵與滾珠軸承合二為一，將滑動摩擦轉(zhuǎn)為滾動摩擦，降低了葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦阻力，并且此種結(jié)構(gòu)中軸承上的滾珠距旋轉(zhuǎn)中心的距離與葉片直徑幾乎相同，減小了由于軸承系統(tǒng)軸系設(shè)計(jì)原因引起的葉輪偏擺。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提供了一種泵體軸承一體化的超薄微型泵，包括上蓋、滾珠、葉輪、磁環(huán)、底座以及定子，其中：

葉輪包括葉輪輪轂和分布在葉輪輪轂外圈的葉片；葉輪輪轂的上下兩個端面分別設(shè)有環(huán)形槽，上蓋與底座分別設(shè)有與該環(huán)形槽相匹配的球形槽，或者，葉輪輪轂的上下兩個端面分別設(shè)有球形槽，上蓋與底座均設(shè)有與該球形槽相匹配的環(huán)形槽；

多個滾珠分別位于相互匹配的球形槽和環(huán)形槽之間，以將葉輪與上蓋、底座之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)換為滾動摩擦，減小摩擦阻力；同時(shí)，球形槽、環(huán)形槽與滾珠的形狀相配合，從而限定滾珠的位置，并限定葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)的軸向和徑向位置，以對葉輪進(jìn)行支撐和定位；