离心泵的制作方法

本发明涉及一种离心泵，尤其涉及一种离心泵的转子组件。

背景技术：

当今，汽车行业对离心泵的要求逐步向小型化、高能效方向发展，而离心泵设计中，叶轮的设计是提高泵性能的关键，主要表现在：在现有小型化、轻型化要求的基础上，能否通过较小的外径尺寸达到较高的扬程和水力效率；现有设计中，离心泵的整体尺寸小，对应于叶轮的直径也比较小，在这种情况下，传统的圆弧型叶片很难满足低比转速小流量下的离心泵的高扬程和高水力效率要求。

因此，有必要对现有的技术进行改进，以解决以上技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种离心泵，制造方便，同时可以提高离心泵的扬程以及水力效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种离心泵，包括转子组件和泵轴，所述转子组件可围绕所述泵轴或者随所述泵轴一起转动；所述转子组件包括叶轮，所述叶轮围绕所述泵轴转动或者与所述泵轴一起转动；所述叶轮包括叶片固定部和多个叶片，所述叶片固定部包括弧面部，所述弧面部的上末端的外表面的切线与所述叶轮的中心轴大致平行设置，所述弧面部的下端边缘所在平面与所述叶轮的中心轴大致垂直设置；所述叶片沿所述弧面部的外圆面等间距分布或均匀分布；所述叶片包括第一侧面、第二侧面、叶片顶部和叶片根部，所述叶片根部与所述叶片固定部注塑固定，所述叶片顶部为叶片的悬臂端，所述叶片根部和所述叶片顶部之间包括所述第一侧面和所述第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面均包 括一凸起部和一凹陷部，所述凸起部和所述凹陷部平滑过渡连接；以所述叶轮的中心轴为轴线所形成的圆柱的外表面对所述叶片进行切割形成叶片截面，与所述叶轮的中心轴垂直的一个平面与所述叶片截面呈垂直状态；所述叶片截面包括第一交线、第二交线、第三交线、中线，所述第一交线为所述圆柱的外表面与第一侧面的交线，所述第二交线为所述圆柱的外表面与第二侧面的交线，所述第三交线为所述圆柱的外表面与所述叶片顶部的交线，所述中线为经过所述第三交线的中点平行于所述叶轮中心轴的的直线；叶片高度指在所述叶片截面内自所述叶片根部至所述叶片顶部的距离；在所述叶片截面上，所述叶片高度为第一高度(H1)处所述第一交线至所述中线的距离为第一距离(L1)，所述第二交线至所述中线的距离为第二距离(L2)；所述叶片高度为第二高度(H2)处，所述第一交线至所述中线的距离为第三距离(L1’)，所述第二交线至所述中线的距离为第四距离(L2’)，则存在以下关系，当第一高度(H1)大于第二高度(H2)，第一距离(L1)小于等于第三距离(L1’)，第二距离(L2)小于等于第四距离(L2’)。

所述第一侧面包括第一凸起部和第一凹陷部，所述第一凸起部比所述第一凹陷部靠近所述叶轮中心轴设置，所述第一凸起部的长度大于所述第一凹陷部的长度；所述第二侧面包括第二凸起部和第二凹陷部，所述第二凹陷部比所述第二凸起部靠近所述叶轮中心轴设置，所述第二凹陷部的长度大于所述第二凸起部的长度。

所述叶片还包括连接侧面，所述连接侧面连接所述第一侧面和所述第二侧面，所述连接侧面与所述叶轮中心轴平行设置，所述连接侧面靠近所述叶片固定部的外边缘设置，所述第二侧面的所述第二凸起部与所述连接侧面之间圆弧面连接并形成平滑过渡。

所述叶片顶部包括近端部和远端部，所述近端部比所述远端部靠近所述叶轮中心轴设置，所述近端部的厚度小于所述远端部的厚度，所述近端 部的前端与所述叶片固定部注塑固定，所述近端部的前端与所述叶片固定部的连接点位于所述叶片固定部的顶部或顶部以下的弧面部。

所述近端部和所述远端部的连接处为所述叶片顶部的高度最高点，所述近端部和所述远端部的连接处的最高点的高度大于所述侧面连接部的高度，所述近端部自靠近所述叶轮中心轴的一端至所述近端部与所述远端部的连接处的高度逐渐增加，所述远端部自所述连接侧面所在一端至所述近端部与所述远端部的连接处的高度逐渐增加。

在所述叶片固定部上，所述弧形面的上末端的外周面形成直径为Φ1的第一圆周，所述弧面部的下端边缘的外侧面形成直径为Φ3的第三圆周，所述叶片固定部上在所述第一圆周和所述第三圆周之间，虚拟有直径为Φ2的第二圆周，其中Φ1<Φ2<Φ3，所述第二圆周的直径与所述第三圆周的直径的比例Φ2/Φ3的比值在0.75至0.9之间，所述第一侧面的第一凸起部和所述第二侧面的第二凹陷部起始于所述第一圆周终止于所述第二圆周，所述第一侧面的第一凹陷部和所述第二侧面的第二凸起部起始于所述第二圆周终止于所述第三圆周。

所述第一凸起部与所述第二圆周的交点处，所述第一凸起部的切线与所述第二圆周的切线的夹角为第一出口安放角β2，所述第一凹陷部与所述第三圆周的交点处，所述第一凹陷部的切线与所述第三圆周的切线的夹角为第二出口安放角β2’，其中第一出口安放角β2和第二出口安放角β2’满足以下关系式：20°<β2<β2’<90°。

所述第一圆周的直径Φ1与第三圆周的直径Φ3之比即Φ1/Φ3的比值在0.26至0.35之间，所述叶片的个数为6个。

在所述叶片截面上，所述第一交线和所述第二交线关于所述中线对称设置，所述第一交线和所述第二交线为直线段，所述第一交线与所述中线平行线的夹角与偶所述第二交线与所述第一中线的夹角大致相同，所述夹 角范围为1°至1.5°，所述叶片顶部的远端部的厚度范围为1.4mm至1.6mm。

所述转子组件包括转子，所述转子包括磁性材料，所述转子带动所述叶轮转动，所述离心泵包括定子组件，所述转子和所述定子组件通过磁场力相互作用；所述离心泵还包括轴套，所述转子和所述叶轮以所述轴套为镶嵌件一体注塑成形，所述转子呈圆筒状，所述叶轮设置于所述转子的上端，所述叶片固定部与所述转子连接部之间设置有一台阶。

与现有技术相比，本发明的离心泵包括叶轮，叶片包括第一侧面、第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面均包括一凸起部和一凹陷部，所述凸起部和所述凹陷部平缓过渡连接，这样设置叶片的形状，可以同时提高叶片的动压力和静压力，进而可以提高离心泵的水力效率和扬程；第一侧面与所述第二侧面在以叶轮的中心轴为中心所形成的圆柱的外表面对叶片切割形成的叶片截面上，第一侧面与第二截面与叶片截面的交线呈随着叶片高度的增加呈逐渐减小的趋势，叶轮加工制造时脱模容易。

【附图说明】

图1是本发明离心泵的一种实施例的剖视结构示意图；

图2是图1转子组件12与轴套5形成的注塑体一种立体结构示意图；

图3是图2的正投影图；

图4是图3的A-A剖视结构示意图；

图5是图3的俯视结构示意图；

图6是叶片截面的第一种示意图；

图7是叶片截面的第二种示意图；

图8是叶片截面的第三种示意图；

图9是具有直叶片的叶轮和具有本发明所示叶片的叶轮的电驱动泵在一定转速和流量下的扬程趋势对比图；

图10是具有直叶片的叶轮和具有本发明所示叶片的叶轮的电驱动泵时在一定转速和流量下的水力效率对比图。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

通常，离心泵包括机械式离心泵和电驱动离心泵，机械式离心泵通过机械运动带动叶轮转动，电驱动离心泵包括具有磁性的转子，转子带动叶轮转动；本发明的离心泵主要用于汽车领域，汽车领域的部件正向智能化精准化方向发展，电驱动离心泵更能够满足汽车领域的要求，本发明以电驱动离心泵简称电驱动泵为例进行具体说明。

图1为一种电驱动泵100的结构示意图，电驱动泵100包括第一壳体11、第二壳体14、转子组件12、定子组件15、泵轴16、电路板17、端盖18；泵内腔包括第一壳体11、第二壳体14以及端盖18之间的空间，第一壳体11和第二壳体14固定连接，第一壳体11和第二壳体14的连接部分设置有环形密封圈19；电驱动泵100具有一隔离套13，隔离套13将泵内腔分隔为流通腔20和容纳腔30，流通腔20内可以有工作介质流过，转子组件12设置于流通腔20，容纳腔30无工作介质通过，定子组件15和电路板17设置于容纳腔30内；定子组件15与电路板17通过引线电连接，电路板17与外部线路通过插接件连接，电路板17通过连接装置与泵轴16以及隔离套13机械连接；本实施例中，隔离套13与第二壳体14为一体注塑件，以泵轴16为注塑嵌件注塑形成包括第二壳体14和隔离套13的注塑体；本实施例中，电驱动泵100为外转子式电驱动的离心泵，外转子式电驱动泵是指以泵轴16为中心轴，转子组件12的转子4位于定子组件15的外周，即定子组件15比转子4更靠近泵轴16设置。

如图1所示，转子组件12设置于流通腔20中；转子组件12包括叶轮3和转子4，其中至少转子4包括磁性材料，转子4外形呈圆筒状，叶轮3设置于转子4的上端并与转子4固定，叶轮3可以包含磁性材料也可以不 含有磁性材料；流通腔20包括叶轮腔21和转子腔22，叶轮腔21和转子腔22连通设置即并不是相隔分开的；叶轮3设置于叶轮腔21，转子4设置于转子腔22。

图2为转子组件12的一种立体结构示意图，转子组件12包括叶轮3和转子4，本实施例中，转子4和叶轮3一体注塑成形；参见图1，转子组件12围绕泵轴16转动，泵轴16与第二壳体14固定设置，电驱动泵100还包括一轴套5，转子组件12以轴套5为注塑镶嵌件，通过注塑磁性材料和塑料材料的混合物形成转子组件注塑体或者通过以轴套5和永磁体为注塑镶嵌件通过注塑塑料材料形成转子组件注塑体，一体注塑成形的叶轮3和转子4连接可靠，制造工序简单，且一次成形一致性相对较好；当然，叶轮3和转子4也可以分别单独成形，通过固定装置固定连接；单独成形的叶轮3和转子4可以分别用不同的材料，叶轮3可以使用普通的塑料材料，可以降低材料成本，同时叶轮3使用塑料材料不使用磁性材料可以提高叶轮3的韧性，可以使叶轮3的叶片比较薄，提高水力性能；同系列电机具有相同的转子4但是可以搭配不同的叶轮3，不同的叶轮3可以改变电驱动泵100的水力性能，不同的水力性能只需要改变叶轮3，增加了转子4的通用性，这样就可以减少零件的模具开模费用；而且单独注塑成形的转子4的圆柱度和壁厚均匀度也容易保证。

参见图2，叶轮3包括叶片31和叶片固定部32，叶片31与叶片固定部32注塑成形，多个叶片31等间距圆周排布于叶片固定部32上表面或者多个叶片31均匀分布于叶片固定部32上表面；为了便于描述叶轮，引入叶轮中心轴、两个辅助面、第一平面和轴面，叶轮中心轴是指叶片固定部的中心轴，平面是指垂直于叶轮中心轴的面，轴面是通过叶轮中心轴的面；叶轮中心轴与转子组件的旋转轴或者说叶轮旋转轴基本同轴。

参见图3、图4，叶片固定部32包括弧面部322和圆弧过渡部3223，叶片固定部32是上部略小、下部略大的类似双曲线体的结构；弧面部322包括上末端3221和下端边缘3222；弧面部322的上末端的外表面的切线 与叶轮3的中心轴大致平行设置，这里“大致平行设置”指两者之间形成角度在5度之内；弧面部322的下端边缘沿叶轮径向的切线与叶轮3的中心轴大致垂直设置，这里“大致垂直设置”指两者之间形成角度在90±5度之内；上末端3221与圆弧过渡部3223光滑过渡，弧面部322是由一段圆弧或多段圆弧组合的曲线沿叶轮中心轴旋转而成的结构。。

参见图2，为了便于标示图标，分多个叶片进行标注，每个叶片的结构均相同；叶片31包括叶片顶部311、叶片根部312、第一侧面313、第二侧面314以及连接侧面315，叶片根部312与叶片固定部32注塑固定，叶片顶部311为叶片31的悬臂端，叶片根部312和叶片顶部311之间包括第一侧面313、第二侧面314以及连接侧面315；同一叶轮3其中一叶片31的第一侧面313与相邻叶片的第二侧面314之间形成工作介质的流通通道；其中叶轮3的转动方向如图5所示箭头方向，其中第一侧面313为压力面，第二侧面314为背压面，通常压力面的压力大于背压面的压力。

具体地，第一侧面313包括第一凸起部33和第一凹陷部34，第一凸起部33与第一凹陷部34平滑连接；第二侧面314包括第二凸起部35和第二凹陷部36，第二凸起部35和第二凹陷部36平滑连接；这样设置的叶片呈凸凹的圆弧形，可以平衡离心泵的动压和静压，在叶轮外部尺寸较小的时候提高离心泵的水力效力和扬程；本实施例中，连接侧面315与第二凸起部36通过弧面37过渡连接，这样设置可以使得相邻叶片31之间流道内的工作介质在被压面流动的更加流畅，减少摩擦损失，进一步提高离心泵的水力效率。

参见图5，弧面部322包括上末端3221的外表面为直径为Φ1的第一圆周，弧面部322包括弧面部322下端边缘3222为直径为Φ3的第三圆周，在第一圆周和第三圆周之间虚拟一第二圆周，第二圆周的直径为Φ2，其中Φ1<Φ2<Φ3，第二圆周的直径与第三圆周的直径的比例Φ2/Φ3的比值在0.75至0.9之间，第一圆周的直径Φ1与第三圆周的直径Φ3之比即Φ1/Φ3的比值在0.26至0.35之间；第一凸起部33开始于叶片固定部的直 径为Φ1第一圆周而大致终止于叶片固定部的直径为Φ2的第二圆周，第一凹陷部34开始于叶片固定部的直径为Φ2的第二圆周终止于叶片固定部的直径为Φ3的第三圆周；第一凸起部33的弧长与第二凹陷部36的弧长是指开始于叶片固定部的直径为Φ1第一圆周而大致终止于叶片固定部的直径为Φ2的第二圆周的圆弧的长度，第一凹陷部34的弧长和第二凸起部35的弧长是指开始于叶片固定部的直径为Φ2的第二圆周终止于叶片固定部的直径为Φ3的第三圆周的圆弧的长度，第一凸起部33的弧长大于第一凹陷部34的弧长，第二凹陷部36的弧长大于第二凸起部35的弧长。第一凸面33的第一出口安放角为β2，第二凸面35的第二出口安放角为β2’，20°<β2<β2’<90°，其中第一出口安放角β2指在直径为Φ2第二圆周上与叶片的交点处，第二圆周的切线与第一凸起部33切线之间的夹角；第二出口安放角β2’指直径为Φ3第三圆周上与叶片的交点处，第三圆周的切线与第一凹陷部34切线之间的夹角；通常，相同的目标扬程下，由于圆盘摩擦损失与叶轮外径的5次方成正比，叶片31的第一出口安放角β2越大，则叶轮外径可以越小，因此一定程度上可以减小摩擦损失从而提高水泵的水力效率。另外，若保持叶轮3外径不变，适当增大叶片31的第一出口安放角β2，可以提高离心泵的扬程。

但是，第一出口安放角β2的增加并不是无限的，第一出口安放角β2的过度增加会使相邻叶片31之间工作介质的相对流动扩散严重，同时也会使小流量下的冲击损失增加，容易使离心泵的扬程-流量曲线出现驼峰，成为不稳定的性能曲线。为了获得稳定的性能曲线和防止过载现象，针对本发明的叶轮结构，本发明所定的叶片出口角在20°<β2<β2′<90°范围内，在这一范围水泵可以获得较优的性能曲线。

叶片顶部311包括近端部38和远端部39，近端部38比远端部39更靠近叶轮中心设置，近端部38的厚度小于远端部39的厚度，这样可以增加相邻叶片形成的流道的进口端的截面积，使得工作介质在近端部进入流道更加流畅；近端部38与远端部39连接处389为叶片顶部311高度最高 点，近端部38和远端部39连接处的最高点的高度大于连接侧面315的高度，近端部38自靠近叶轮中心轴的一端至近端部38与远端部39的连接处389高度逐渐增加，近端部38的最低高度小于等于叶片固定部的最高高度；远端部自连接侧面所在一端至近端部与远端部的连接处的高度逐渐增加。

叶片根部312与叶片固定部32注塑固定，叶片31为圆柱形叶片，叶片31与第一平面大致垂直设置，叶片31与第一平面垂直设置是指，叶片31的第一侧面313和第二侧面314的对称面与第一平面垂直设置，第一侧面313和第二侧面314与轴面呈一定的夹角，用于叶片注塑后的拔模工艺，夹角大约为0.9°至1.5°；以叶轮3的中心轴为轴线所形成的圆柱的外表面对叶片31进行切割形成的叶片截面40，叶片截面40与第一平面垂直设置；叶片截面40包括第一交线401、第二交线402、第三交线403、第四交线404以及中线400，其中第一交线401为圆柱的表面与叶片的第一侧面313的交线，第一交线401根据第一侧面313的形状可以为一段直线，多段直线或者一端圆弧或者多段圆弧；第二交线402为所述圆柱的外表面与第二侧面314的交线，第二交线402根据第二侧面314的形状可以为一段直线，多段直线或者一端圆弧或者多段圆弧；第三交线403为所述圆柱的外表面与叶片顶部311的交线，第三交线403实际为一段圆弧，但是由于叶片顶部311较薄，图示中近似为一段直线；第四交线404为所述圆柱的外表面与所述叶片根部312的交线，第四交线404实际为一段圆弧，但是由于叶片底部较薄，图示中近似为一段直线；中线400为经过第三交线403的中点平行于所述叶轮中心轴的的直线，由于第三交线403为一段圆弧，取第三交线403两端的连线并取连线的中点为第三交线403的中点；图6为叶片截面40的第一种实施方式，本实施例中叶片截面40大致呈等腰梯形，即第一交线401和第二交线402为一直线段；第一侧面313与第二侧面314与圆柱的外表面形成的交线分别为第一交线401和第二交线402，叶片顶部311与圆柱的外表面的交线为第三交线403，叶片根部312与圆柱的外表面的交线为第四交线404，由于叶片31比较薄，第三交线403 和第四交线404长度比较短，可以近似的将第三交线403和第四交线404看成一段直线段；第一交线401和第二交线402关于叶片截面的中线400对称，第三交线403和第四交线403均与中线400垂直设置，并且第三交线403与第四交线404大致平行设置，第一交线401和第二交线402与通过叶片截面40上的叶轮中心轴的平行线第一平行491线和第二平行线492所成的夹角α大致相同，夹角α大约为0.9°至1.5°，叶片高度H指在叶片截面40内第三交线403至第四交线404距离；在叶片截面40内，叶片高度为第一高度H1处所述第一交线401至所述中线400的距离为第一距离L1，第二交线402至中线400的距离为第二距离L2；叶片高度为第二高度H2处，第一交线401至中线400的距离为第三距离L1’，第二交线402至中线400的距离为第四距离L2’，则存在以下关系，当第一高度H1大于第二高度H2，即第一高度H1的长度大于第二高度H2的长度时，第一距离L1小于等于第三距离L1’，第二距离L2小于等于第四距离L2’。远端部39的厚度为1.4mm至1.6mm，这样设置的叶片可以保证其强度，同时由于叶片通过拔模制作，保持一定的夹角拔模工艺性较好；当然第一交线401和第二交线402也可以为多条线段(如图7)或者一段圆弧或多端圆弧(如图8所示)，只要满足：第一交线401和第二交线402大致关于叶片截面40的中线400对称设置，第一交线401和第二交线402位于第一平行线491和第二平行线492以及第三交线403和第四交线404围成的区域的外部，同时沿第三交线403到第四交线404的方向，第一交线401与第二交线402到中线400的距离均呈递增的规律变化；包括其中部分距离为相同的情况，如图7所示，第一交线401的401b段至中线400的距离相同，第二交线402的402b段至中线400的距离相同。

根据离心泵的水力设计的一般原理，增加叶片31的个数可以提高叶轮3对工作介质的约束能力，有利于提高水力效率，但是增加叶片31个数也会使相邻叶片31之间工作介质的流通流道变窄，特别是叶轮3入口处的流通截面积降低，从而降低水力效率，甚至引发汽蚀；同时当叶轮3与转子 4是一体注塑设计，因为一体式注塑叶片的材料含有磁性材料，一般脆性很高，太薄很容易使叶片受到破坏，断裂或损伤，所以叶片不能太薄，根据水力测试结果，叶轮3包括偶数个叶片31时，有利于转子旋转过程中的动平衡，本实施例中叶片的数量为6个，不但可以保证动平衡，而且根据叶轮外径以及第一圆周的尺寸要求，6个叶片可以流道尺寸和叶轮对工作介质的拘束达到理想的状态。

图9为具有直叶片的叶轮和具有S形叶片的叶轮的电驱动泵在三个速度和特定流量时，电驱动泵的扬程趋势对比图，其中，图中的实线代表具有S形叶片的电驱动泵，虚线代表具有直叶片的电驱动泵，圆形节点的曲线对应的转速为n1，三角形节点的曲线对应的转速为n2，菱形节点的曲线对应的转速为n3，从图中可以看出，相同转速n以及相同的流量Q下，具有S形叶片的叶轮对应的扬程大于具有直叶片的叶轮对应的扬程。

图10为具有直叶片的叶轮和具有S形叶片的叶轮的电驱动泵在三个速度和特定流量时，两种电驱动泵的水力效率对比图，其中，图中的实线代表具有S形叶片的电驱动泵，虚线代表具有直叶片的电驱动泵，圆形节点的曲线对应的转速为n1，三角形节点的曲线对应的转速为n2，菱形节点的曲线对应的转速为n3，从图中可以看出，相同转速n以及相同的流量Q下，具有S形叶片的叶轮对应的效率大于具有直叶片的叶轮对应的效率。

参见图1、图2，本实施例中，转子组件12包括叶轮3和转子4，转子4包括磁性材料，转子4和叶轮3一体注塑成形，转子4的外径大于叶轮3的外径，在叶轮3外径和转子4外表面之间包括一段距离的连接部43，所述连接部43与叶轮3的叶片固定部32之间形成一台阶部432；这样转子组件12在流通腔20内运动时能够防止与泵盖11产生摩擦，降低机械损失，可以提高电驱动泵效率。

需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员 仍然可以对本发明进行修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。