流体通道及其电机和固液分离系统的制作方法

本发明涉及一种流体通道、具该流体通道的电机以及具该电机的固液分离系统。该固液分离系统属于离心机领域。

背景技术：

在实验室小试和中试研究过程中，最常用的固液分离设备主要是各种规格的离心机或布氏漏斗加抽滤瓶的组合，而布氏漏斗加抽滤瓶的组合在小试研究中使用更为普遍。为了模拟生产中的实际情况，并为生产提供必要的离心分离操作数据，更值得推荐的是离心机。

但是，目前常用的离心机都是采用驱动装置(主要是电机)和固液分离装置(主要是液体收集腔和离心转筒)分置、再组装而成，这种设备在结构上而言，过于复杂而笨重、噪音和振动太大、能耗太高，且制造工艺复杂、维修不方便、设备清洁验证比较困难等各种缺陷或弊端，不能完全满足实验室小试和中试中固液混合物彻底分离的需要。

技术实现要素：

发明目的：

本发明的目的在于提供一种将液体的收集、输送与电机转子和定子一体设计的、具流体通道旋转部和静止部的电机以及具该电机的固液分离系统。该系统可以克服现有的各种离心机或固液分离机存在的各种缺陷或弊端，更完美地满足实验室小试和中试中固液混合物彻底分离的需要。

技术方案：

为了克服现有的各种固液混合物分离设备存在的各种缺陷或弊端，本发明提供了一种将液体的收集、输送与电机转子和定子进行一体式结构设计的直驱式固液分离系统，该系统结构上的主要特点是具有一个由旋转部和静止部组成的流体输送通道。该流体通道至少包括：

(1)旋转部：

该旋转部至少包括功能不同但相互连接且以电机轴为中心轴的四部分：

用于收集液体的、其中一端为敞口的圆形的液体收集腔；

用于引导液体流向的，由内、外两个圆筒围成的环形的导流环；

外缘连接于液体收集腔和导流环外环交界处，中心具电机轴安装孔(106)，并驱使液体收集腔和导流环绕电机轴旋转的间隔板(110)；

处于导流环内、外环之间且位于液体收集腔腔壁和/或间隔板上的至少一圈通孔(104、105)。

其中所述导流环的内环(202)位于圆形间隔板内侧，外环(201)位于液体收集腔和间隔板的大致交界处，由内环和外环围成环形的导流环。由于自身重力的作用，由液体收集腔富集的离心液体通过由外环内侧、内环外侧所围成的环形的导流环而被输送至静止部的环形凹腔内。

(2)静止部：

该静止部包括用于承接由旋转部的导流环引导而来的液体的，由内(406)、外(404)两个圆筒围成的有底的环形凹腔(407)，以及位于该环形凹腔底部的用于使液体流向收集瓶的管道(405)，离心液体由静止部环形凹腔通过管道流入收集瓶。其中所述静止部的环形凹腔敞口端与旋转部的导流环敞口端密封连接。

本发明中旋转部的导流环和静止部的环形凹腔之间的密封连接采用优选的轴向结构，当然也可以根据需要采用次选的径向结构或介于轴向和径向二者之间的结构。

本发明中所述旋转部的间隔板中央优选具有以电机轴为中心轴的圆锥形凸台(107)，电机轴安装孔(106)位于圆锥形凸台的中央。所述旋转部的间隔板上沿圆周方向还分布有以电 机轴为中心轴的、位于导流环内环和外环之间的至少一圈通孔，其中最外缘的一圈通孔(104)位于液体收集腔和间隔板的大致交界处，其中所述通孔可以兼作离心转鼓的连接固定结构。由于圆锥形凸台的阻隔以及离心力的作用，液体会被甩向液体收集腔内侧壁，并在自身重力作用下通过通孔和导流环流向静止部的环形凹腔。

本发明中所述旋转部的液体收集腔内侧具有连接固定离心转筒的凸起、凹槽、卡槽、卡扣或它们两者或多者之间复合的结构，这种不依赖固定螺钉等第三方工具的结构使得离心转鼓的置入和更换变得非常简单，并且可以在取出离心转鼓后不用转移所获得的固体而直接与离心转鼓一起精确称量所获得的离心固体(总重量减去离心转筒及滤纸或滤布的重量＝离心固体重量)，方便离心操作。而液体收集腔外侧则具有防止转子单元径向运动的连接固定该转子单元的凸起(108)、凹槽、卡槽、卡扣或它们两者或多者之间复合的结构，并且优选具有防止转子单元轴向运动的阶梯状结构的定位凸起(由203和204组成)，特别优选外侧高于内侧的阶梯状凸起(附图3)且凸起总数与转子单元永磁体总数相等，这样内侧低的定位凸起(204)用于定位转子导磁磁轭，外侧高的突入永磁体安装孔内的定位凸起(203)用于定位转子永磁体，所述阶梯状凸起可以位于液体收集腔敞口端或与敞口端相对应的另一端。所述阶梯状凸起其实具有防止转子单元发生轴向和径向运动的双重作用，并且可以位于液体收集腔外侧壁的任一端，所以更受优选。本发明中所述内侧包括液体收集腔的敞口端面(103)、液体收集腔内侧壁(102)、间隔板内表面、圆锥形凸台内表面，所述外侧包括液体收集腔的敞口端面、液体收集腔外侧壁(109)。

本发明中所述至少包含液体收集腔、导流环、间隔板的旋转部优选为一体模制成型(附图1、2、3)，更优选将电机转子单元固定于间隔板后一体模制成型(附图7)，特别优选将旋转部和电机转子单元一体模制成型(大致如附图6)。

本发明中所述模制材料优选但不限于非导磁材料如金属铝及其合金、非导磁钢以及非金属聚合物如abs、pc-abs、dmc或bmc(不饱和聚酯玻璃纤维增强模塑料)、尼龙等工程塑料或增强塑料，或金属与非金属的复合材料。所述模制成型包括但不限于冲压成型、铸造成型、注塑成型等方式。

本发明中所述静止部优选与电机基座和/或电机外壳一体模制成型(附图4、附图8)，比如采用金属铝或钢、铁等材料将静止部与电机基座和/或电机外壳一体铸造或冲压成型，更优选静止部与电机前端盖和/或后端盖一体模制成型(附图9)，特别优选静止部与电机定子单元一体模制成型(附图10)，这样更有利于电机的塑封成型和组装以及绝缘等级的提高，对易燃易爆固液混合物的离心分离特别有效。附图4实际上展示了静止部、电机基座和/或电机外壳、电机前端盖和/或后端盖、轴承室、电机轴安装孔一体模制成型的整体部件结构。

本发明中所述的电机转子，至少包括：权利要求1中所述的流体通道的旋转部；转子单元，所述转子单元至少包括但不限于导磁构件部分和通过永磁体或电力产生磁力的构件部分，其中所述转子单元优选位于液体收集腔外侧壁，所述转子单元为径向气隙磁通或轴向气隙磁通构造中的任一种。该电机转子特别优选将旋转部与转子单元(比如由硅钢板的磁轭加永磁体构成)一体模制成型。

本发明中所述的电机定子，至少包括：权利要求1中所述的流体通道的静止部；定子单元，所述定子单元至少包括但不限于导磁构件部分和通过永磁体或电力产生磁力的构件部分，所述定子单元为径向气隙磁通或轴向气隙磁通构造中的任一种。该电机定子优选将静止部、基座和/或端盖与定子单元(比如硅钢板的磁轭加导电绕线构成)一体模制成型。

本发明中所述的电机，至少包括：权利要求7所述的具流体通道旋转部的电机转子；权利要求8所述的具流体通道静止部的电机定子；位于电机定子所围成的用于容纳电机转子的内部空腔底侧的基座和/或端盖；位于电机定子所围成的用于容纳电机转子的内部空腔底侧、流体通道静止部内侧的基座和/或端盖中央的电机轴、轴承室以及轴承；以及其它附属机构。其中所述电机转子通过位于旋转部间隔板中央的电机轴安装孔悬臂连接固定于电机轴轴伸端。当定子线圈通电后，其所产生的磁力与转子作用，驱动转子绕电机轴旋转，从而带动离 心转鼓同速同轴旋转。

本发明中所述的固液分离系统，至少包括：权利要求9所述的电机；固定于液体收集腔内侧并随电机转子同速同轴旋转的离心转鼓；一端铰链连接、相对应的另一端卡锁连接于电机定子部顶端位置的盖子；固液分离系统转速控制单元；减震底脚系统；以及其它附属机构。

有益效果：

与现有技术相比，本发明提供的流体通道、具该流体通道的电机及其固液分离系统，其优点是：

(1)、液体流出固液分离系统的通道更顺畅，几乎不会受到离心力的干扰；

(2)、离心转筒的置入和取出非常方便；

(3)、系统同轴度超高且运转稳定、安静，避免了常规固液分离设备由于同轴度偏差引起的震动和噪音；

(4)、将液体的收集、输送与电机转子和定子的一体化设计使得设备制造和安装变得简单，减轻了整机重量，便于搬运。

附图及附图说明

附图1为流体通道旋转部液体收集腔及间隔板结构示意图；

附图2为流体通道旋转部导流环结构示意图；

附图3为流体通道液体收集腔外侧壁阶梯状凸起结构示意图；

附图4为流体通道静止部结构示意图；

附图5为电机定子结构示意图；

附图6为电机转子结构示意图；

附图7为流体通道旋转部圆形间隔板结构示意图；

附图8为具流体通道静止部电机端盖结构示意图；

附图9为具流体通道电机1结构示意图；

附图10为具流体通道电机2结构示意图。

其中：

101、定位孔；102、液体收集腔内侧壁；103、敞口端面；

104、外缘通孔；105、内缘通孔；106、轴安装孔；

107、圆锥形凸台；108、凸起；109、液体收集腔外侧壁；

110、圆形间隔板；201、导流环外环；202、导流环内环；

203、外定位凸起；204、内定位凸起；401、磁轭定位凸起；

402、定位通孔；403、通风孔；404、静止部外环；

405、管道；406、静止部内环；407、静止部；

408、电机轴孔；409、电机外壳；501、基座；

502、定子总成；503、挡液凸台；504、液体管道(同405)；

601、卡槽；602、转子总成；701、转子单元定位孔；

702、内环定位孔；801、定子单元定位孔；901、减震底脚；

902、固定螺钉；903、电机空心轴；1001、后端盖；

1002、固定螺钉；1003、前端盖。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的流体通道、具该流体通道的电机及固液离心分离系统的示例性实施例，其中，相同的部件用相同的附图标记表示。

在本说明书中，各术语含义如下：

“周向”是指以电机轴中心线上一点为圆心所形成的垂直于电机轴中心线的圆的圆周方向；

“轴向”是指电机轴的中心线方向；

“径向”是指垂直于电机轴中心线并通过电机轴上圆心的方向；

“模制成型”是指生产工序中通过使用模具获得目标几何形状的物体的过程，包括但不限于冲压成型、铸造成型、注塑成型等方式。

实施例1

本实施例为具流体通道静止部的电机定子，采用附图4的流体通道静止部。

该一体模制成型的流体通道静止部构件包括：圆筒状的电机外壳(409)以及位于该外壳内侧的用于定位定子单元的磁轭定位凸起(401)；由外环(404)和内环(406)构成有底的环形凹腔，由该环形凹腔和位于环形凹腔底部的管道(405)构成流体通道静止部(407)；环形凹腔内环内侧为具轴承室的电机轴安装孔(408)，环形凹腔外环向外延伸用于连接电机外壳的部分具通风孔(403)和定位通孔(402)。

将定子单元卡入电机外壳内，注塑成型的具流体通道静止部的电机定子大致如附图5所示，其顶部具有防止液体流入的挡液凸台(503)，底部具有增大接触面的基座(501)。

实施例2

本实施例为具流体通道静止部的电机定子，采用附图8的流体通道静止部。

该一体模制成型的流体通道静止部构件包括：由外环和内环构成有底的环形凹腔，由该环形凹腔和位于环形凹腔底部的管道(405)构成流体通道静止部(407)；环形凹腔内环内侧为具轴承室的电机轴安装孔(408)，环形凹腔外环向外延伸用于固定电子单元的部分具通风孔(403)和定子单元定位孔(801)。

采用固定螺钉或其它方式将定子单元固定于定子单元定位孔(801)后，注塑成型的具流体通道静止部的电机定子大致如附图5所示，其顶部具有防止液体流入的挡液凸台(503)，底部具有增大接触面的基座(501)。

实施例3

本实施例为具流体通道旋转部的电机转子，采用附图1、2、3的流体通道旋转部。

该一体模制成型的流体通道旋转部构件包括：由外环(201)和内环(202)围成的导流环；驱使液体收集腔和导流环绕电机轴旋转的圆形间隔板(110)，该圆形间隔板中央为具电机轴安装孔(106)的圆锥形凸台(107)，至少一圈以电机轴为中心线的包括内缘通孔(105)和外缘通孔(104)的液体流出孔道位于圆锥形凸台(107)和液体收集腔内壁(102)底部之间的圆形间隔板上；以及圆筒状的液体收集腔，其敞口端面(103)外缘半径大于电机定子顶部防止液体流入的挡液凸台(503)外缘半径，该端面(103)具定位孔(101)。液体收集腔外侧壁(109)具轴向的用于防止转子单元周向运动的凸起(108)，靠近敞口端面(103)端部位置具有一圈由外定位凸起(203)和内定位凸起(204)组成的阶梯状定位凸起，其中外定位凸起(203)的轴向高度大于内定位凸起(204)。

将转子单元通过凸起(108)和阶梯状凸起(203+204)固定于流体通道旋转部后，注塑成型的具流体通道旋转部的电机转子大致如附图6所示，其敞口端顶部具有连接固定离心转筒的卡槽(601)。

实施例4

本实施例为具流体通道旋转部的电机转子，采用附图7的流体通道旋转部圆形间隔板(110)。

该一体模制成型的流体通道旋转部圆形间隔板(110)具有：位于该圆形间隔板中央的具电机轴安装孔(106)的圆锥形凸台(107)；一圈以电机轴中心线为中心轴的外缘通孔(104)作为液体流出孔道；以及位于外缘通孔(104)外侧的转子单元定位孔(701)，位于内侧的导流环内环定位孔(702)。

将转子单元通过转子单元定位孔(701)固定于圆形间隔板(110)后，注塑成型的具流体通道旋转部(包括液体收集腔和导流环(201+202))的电机转子大致如附图6所示，其 敞口端顶部具有连接固定离心转筒的卡槽(601)。

实施例5

本实施例为具流体通道的电机，结构示意图见附图9，其流体通道静止部与电机前端盖一体模制成型。

如附图9所示，电机定子单元(502)、基座(501)、后轴承室、后端盖(未示出)、通风孔(403)以塑封料一体模制成型，构成电机定子总成，其顶端具挡液凸台。电机空心轴(903)通过后轴承立于后轴承室内，再通过前轴承由卡紧于基座(501)内侧空腔的具流体通道静止部(407)的前端盖而得以固定。由定子总成围成的内部空腔隔着气隙布置具流体通道旋转部的转子。

如附图9所示，一体模制成型的圆形间隔板(110)上具有：由内环(202)和外环(201)组成的导流环、外缘通孔(104)、位于中央的圆锥形凸台以及该凸台中央的电机轴安装孔。

如附图9所示，电机转子单元(602)、圆形间隔板(110)以塑封料一体模制成型，构成电机转子总成，其顶部具连接固定离心转筒的卡槽(601)，且其敞口端面(103)外半径大于或等于定子总成顶部的挡液凸台外半径。

如附图9所示，转子总成通过电机轴安装孔由固定螺钉(902)悬臂连接固定于电机空心轴(903)轴伸端，旋转部导流环与静止部(407)的环形凹腔密封连接。

实施例6

本实施例为具流体通道的电机，结构示意图见附图10，其流体通道静止部(407)与电机定子一体模制成型。

如附图10所示，电机定子单元(502)、基座(501)、前轴承室、前端盖(1003)、通风孔(403)、流体通道静止部(407)和离心液体管道(405)以塑封料一体模制成型，构成电机定子总成，其顶端具挡液凸台。电机空心轴(903)通过前轴承立于前轴承室内，再通过固定螺钉(1002)由后轴承和后端盖(1001)固定于基座(501)上。由定子总成围成的内部空腔隔着气隙布置具流体通道旋转部的转子。

如附图10所示，一体模制成型的圆形间隔板(110)上具有：由内环(202)和外环(201)组成的导流环、外缘通孔(104)、位于中央的圆锥形凸台以及该凸台中央的电机轴安装孔。

如附图10所示，电机转子单元(602)、圆形间隔板(110)以塑封料一体模制成型，构成电机转子总成，其顶部具连接固定离心转筒的卡槽(601)，且其敞口端面(103)外半径大于或等于定子总成顶部的挡液凸台外半径。

如附图10所示，转子总成通过电机轴安装孔由固定螺钉(902)悬臂连接固定于电机空心轴(903)轴伸端，旋转部导流环与静止部(407)的环形凹腔密封连接。

上述的对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的任何改进和修改都应该在本发明的保护范围内。