具流体通道旋转部与静止部的电机及其固液分离设备的制作方法

本发明涉及一种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设备，该固液分离设备属于离心机领域。

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，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。

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，这种设备仍然存在过于复杂而笨重、噪音和振动太大，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固液离心分离和液体的收集、输送与电机转子和/或定子一体设计的电机以及具该电机的固液分离设备。

技术方案：

为了克服现有固液分离设备存在的各种缺陷或弊端，本发明提供了一种将固液离心分离和液体的收集、输送与电机转子和/或定子进行一体式结构设计的电机以及具该电机的直驱式固液分离设备，该设备结构上的主要特点是具有一个由旋转部和静止部组成的液体输送通道。

该具流体通道旋转部和静止部的电机至少包括如下部件：

(1)旋转部：

该旋转部至少包括功能不同但相互关联且以电机轴为中心轴的三部分：

由支撑转子单元的腔壁围成的，其中一端为敞口的液体收集腔；

封闭或半封闭液体收集腔底部且中心具电机轴安装孔的间隔板(103)；

固定于支撑环和/或液体收集腔腔壁外侧的至少一个转子单元，所述转子单元至少包括导磁构件的部分和通过永磁体或电力产生磁力的构件部分；

所述旋转部隔着气隙布置于定子总成所围成的空腔内，并通过位于间隔板中央的电机轴安装孔(104)悬臂固定于电机轴轴伸端；

(2)静止部：

所述静止部选自下述部件a、b中的任一种：

部件a：包括位于定子总成的基座或端盖上的由环形凹腔内环(304)和环形凹腔外环(301)两个圆筒围成的有底的环形凹腔(310)以及位于该环形凹腔底部的使液体流向收集瓶的管道(309)，所述环形凹腔的敞口端与旋转部间隔板上用于将流体引导至部件a环形凹腔的具有导流通孔(102)的结构密封连接；

部件b：包括收集由旋转部的液体收集腔引导而来的液体的漏斗口和使液体流向收集瓶的漏斗颈，所述漏斗口边缘与液体收集腔内壁(101)密封连接，所述漏斗颈穿过电机空心轴并且其末端固定于电机基座或后端盖上；

(3)定子总成：

所述定子总成(306)至少包括固定定子单元的外壳和/或基座以及至少一个定子单元，所述定子单元至少包括导磁构件的部分和通过永磁体或电力产生磁力的构件部分；

(4)旋转支持系统：

所述旋转支持系统至少包括电机轴、轴承室以及轴承，所述电机轴、轴承室以及轴承位于由电机定子总成所围成的用于容纳旋转部的内部空腔底部的基座和/或端盖中央。

具体地，所述旋转部具有两个转子单元时，其中一个转子单元固定于液体收集腔腔壁外侧，另一个转子单元固定于与液体收集腔腔壁连接的支撑环上。

具体地，所述流体通道由液体收集腔和间隔部上正对环形凹腔位置的导流通孔(旋转部)与部件a(静止部)中的环形凹腔经过密封组成，在自身重力的作用下，由液体收集腔富集的离心液体经过间隔板上的导流通孔(102)被输送至静止部部件a的环形凹腔(310)内，最后通过位于该环形凹腔底部的管道(309)使液体流向收集瓶。

具体地，所述流体通道由液体收集腔(旋转部)与部件b中的漏斗口(静止部)经过密封组成，在自身重力的作用下，由液体收集腔富集的离心液体经过漏斗口(402、406)和联通口(403)被输送至漏斗颈(405)内，最后通过漏斗颈使液体流向收集瓶。

具体地，所述部件b(图4：包括图4-1和图4-2)中的漏斗口包括呈圆盘状(402)或漏斗状(406)两种结构形式，优选采用漏斗口状的结构形式，这样在重力作用下更有利于液体的流出，图4-1图示了具圆盘状漏斗口的部件b，图4-2图示了具漏斗状漏斗口的部件b。

本发明中所述具部件a电机的转子总成(基本上相当于旋转部)(图6：包括图6-1和图6-2)，其旋转部间隔板中央优选具有以电机轴为中心轴的圆锥形凸台(105)和位于圆锥形凸台中央的电机轴安装孔(104)，所述旋转部间隔板上与部件a环形凹腔相对应的位置具有选自以电机轴为中心轴的圆环形凸台(701)、圆环形凹槽(704)、由内、外圆环围成的间隔部环形凹腔(706)以及正对部件a环形凹腔内环和外环的环形内凹槽(201)和环形外凹槽(202)四者中的任一种结构，所述以电机轴为中心轴沿圆周方向分布的导流通孔(102)位于圆环形凸台上，或位于圆环形凹槽内，或位于间隔部环形凹腔内，或位于环形内凹槽和环形外凹槽之间的间隔板上，其中最外缘的导流通孔位于液体收集腔和间隔板的大致交界处，所述导流通孔也可以兼作离心转鼓的固定结构，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导流通孔流向部件a的环形凹腔，图6-1图示了具圆锥形凸台、电机轴安装孔和导流通孔的电机转子总成，图6-2为图6-1三维旋转180°后的轴测图，其图示了具环形内凹槽和环形外凹槽间隔板的电机转子总成。

具体地，所述旋转部间隔板上与部件a环形凹腔相对应的位置具有以电机轴为中心轴的圆环形凸台(701)以及位于圆环形凸台内、外侧之间的导流通孔，所述圆环形凸台卡入部件a的环形凹腔内并在密封件的辅助下实现二者之间的密封连接，图7-1图示了具该种结构的导流通孔的间隔板，。

具体地，所述旋转部间隔板上与部件a环形凹腔相对应的位置具有以电机轴为中心轴的圆环形凹槽(704)以及位于圆环形凹槽底部的导流通孔，所述部件a环形凹腔的内环和外环卡入间隔部的圆环形凹槽内并在密封件的辅助下实现二者之间的密封连接，图7-2图示了具该种结构的导流通孔的间隔板。

具体地，所述旋转部间隔板上与部件a环形凹腔相对应的位置具有以电机轴为中心轴的由内圆环(707)和外圆环(705)围成的间隔部环形凹腔(706)以及位于该环形凹腔底部的导流通孔，所述间隔部环形凹腔的内圆环和外圆环卡入部件a的环形凹槽内并在密封件的辅助下实现二者之间的密封连接，图7-3图示了具该种结构的导流通孔的间隔板。

具体地，所述旋转部间隔板上正对着部件a环形凹腔内环和外环的位置具有环形内凹槽(201)和环形外凹槽(202)，构成部件a环形凹腔的内环(304)和外环(301)凸入间隔板上相对应的环形内凹槽和环形外凹槽中，这样的结构可以产生旋转密封和迷宫密封的双重效果，从而可以简化旋转部和静止部之间的密封结构，同时却又可以取得较好的密封效果，图7-4图示了具该种结构的导流通孔的间隔板。

本发明中所述电机定子总成具有以电机轴为中心轴沿圆周方向分布的，位于环形凹腔内环(304)内侧的一圈排液孔(305)和/或环形凹腔外环(301)外侧的正对电机气隙的一圈通风孔(302)。具体地，具部件a的电机定子总成具有位于环形凹腔内环内侧的一圈通孔和环形凹腔外环外侧的正对气隙的一圈通风孔，而具部件b的电机定子总成优选仅仅具有正对气隙的一圈通风孔，这样的结构安排，即使部件a的环形凹腔与间隔部具导流通孔的结构二者之间的密封连接损坏，泄漏出的液体也可以通过通风孔和排液孔排出，同时也可以很方便地观察密封连接的密封情况，从而及时更换密封件，阻止液体的泄漏。

具体地，图3-1和图3-2以及图5-1和图5-2图示了具部件a的环形凹腔(310)和管道(309)以及排液孔(305)和通风孔(302)的电机定子总成。

本发明中所述旋转部的液体收集腔腔壁内侧(101)具有限止离心转鼓发生径向和/或轴向运动的固定该离心转鼓的凸起、凹槽、卡槽、卡扣或它们两者或多者之间的复合结构，这种固定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。

本发明中所述旋转部的液体收集腔腔壁外侧(107)具有限止具导磁磁轭和永磁体的转子单元发生径向和/或轴向运动的固定该转子单元的凸起(203)、凹槽、卡槽、卡扣或它们两者或多者之间的复合结构，并且优选具有防止转子单元发生轴向和/或径向运动的“l”型定位凸起或末端为大致“t”型定位凸起或末端为大致梯形定位凸起，所述“l”型定位凸起(204)或大致“t”型定位凸起(107)或大致梯形定位凸起(106)位于液体收集腔敞口端和/或与敞口端相对应的另一端，所述“l”型定位凸起的结构相对来说更简单，同时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。

本发明中所述旋转部液体收集腔外壁(107)固定转子单元的结构优选通过模制和/或切割或者模制和/或切割-弯折液体收集腔的腔壁形成，所述旋转部液体收集腔的腔壁内侧固定离心转鼓的结构优选通过模制和/或切割或者模制和/或切割-弯折液体收集腔的腔壁形成，更优选在定位好转子单元后再一体模制成型形成，特别优选将转子单元置于模具中一体模制成型为电机转子，这样可以同时形成固定转子单元和离心转鼓的结构。

本发明中所述部件b的漏斗口具有从其边缘向其中心延伸的直线状或曲线状的凸起(401)和/或凹槽，具体地，包括直线状的凸起和/或凹槽以及曲线状的凸起和/或凹槽两种情况。这些凸起、凹槽可以达到快速降低使液体作旋转运动的离心力的作用，从而使液体更快经由漏斗颈到达液体收集瓶，提高离心液体的排出效率，图4-1和图4-2图示了这种凸起以及位于相邻的凸起之间的凹槽。

本发明中所述液体收集腔腔壁、间隔板和导流通孔三者中的任两者或三者优选通过模制和/或切割成型或者模制和/或切割-弯折成型后与转子单元一起组装成型或模制成型为旋转部，或者通过将转子单元与具导流通孔和/或电机轴安装孔的间隔板一起模制或者模制-切割成型为旋转部，或者直接通过将转子单元置于模具中模制或者模制-切割成型为具导流通孔和/或电机轴安装孔的旋转部。

本发明中所述电机基座、电机外壳和部件a三者中的任两者或三者通过模制和/或切割成型或者模制和/或切割-弯折成型后与定子单元一起组装成型或模制成型为电机定子总成(图3、图5)，或者电机前端盖、后端盖和部件a三者中的任两者或三者通过模制和/或切割成型后与定子单元一起模制成型为电机定子总成(图9)，或者直接通过将定子单元置于模具中模制成型为具轴承室和/或部件a的电机定子总成。

具体地，本发明中所述模制材料包括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聚四氟乙烯、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。

具体地，本发明中所述部件a优选与电机基座(图8)和/或电机外壳一体模制成型，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，更优选部件a与电机前端盖和/或后端盖一体模制成型(图9)，特别优选部件a与电机定子单元一体模制成型(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。

本发明中所述的固液分离设备，至少包括如下部件：

权利要求1所述的具流体通道旋转部和静止部的电机；

固定于液体收集腔腔壁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顶端位置的顶盖；

电机转速控制单元；

以及其它附属部件。

具体地，所述固液分离设备的离心转鼓在液体收集腔腔壁内侧的固定包括可拆卸固定和不可拆卸固定两种情况，优选可拆卸固定方式，特别优选不依赖第三方固定件(比如最常见的螺栓固定)的可拆卸固定方式。

具体地，所述固液分离设备的离心转鼓顶盖外侧优选同时密封液体收集腔。

有益效果：

与现有技术相比，本发明提供的具流体通道旋转部和静止部的电机及其固液分离设备，其优点是：

(1)、液体排出固液分离设备时不会受到离心力的干扰；

(2)、固液离心分离以及液体的收集、输送与电机转子和/或定子的一体化设计，使得设备部件数量大幅度减少，设备制造和安装变得简单；

(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)、可以简化离心转鼓的结构和制造工艺，并方便其使用；

(5)、整机重量大大减少，便于搬运。

附图及附图说明

附图1为旋转部液体收集腔及具通孔的间隔板结构示意图；

附图2为具环形内凹槽和环形外凹槽的间隔板及液体收集腔结构示意图；

附图3为静止部部件a结构示意图；

附图4为静止部部件b结构示意图；

附图5为电机定子总成结构示意图；

附图6为电机转子总成结构示意图；

附图7为各种具导流通孔的结构的间隔板结构示意图；

附图8为具静止部部件a电机基座结构示意图；

附图9为具流体通道旋转部和静止部的电机1结构示意图；

附图10为具流体通道旋转部和静止部的电机2结构示意图。

其中：

101、液体收集腔内壁；102、导流通孔；103、间隔板；

104、电机轴安装孔；105、圆锥形凸台；106、液体收集腔外壁；

107、“t”型定位凸起；201、环形内凹槽；202、环形外凹槽；

203、定位凸起；204、“l”型定位凸起；301、环形凹腔外环；

302、通风孔；303、轴孔；304、环形凹腔内环；

305、排液孔；306、定子总成；307、挡液凸台；

308、底脚；309、管道；310；环形凹腔；

401、凸起；402、圆盘状漏斗口；403、联通口；

404、密封圈卡槽；405、漏斗颈；406、漏斗状漏斗口；

601、离心转鼓卡槽；602、转子总成；701、圆环形凸台；

702、卡槽；703、定位孔；704、圆环形凹槽；

705、外圆环；706、间隔部环形凹腔；707、内圆环；

901、减震底脚；902、后端盖；903、电机空心轴；

904、固定螺钉；905、后端盖固定螺钉；906、前端盖；

907、定子单元；908、转子单元；909、敞口端面；

910、基座；1001、漏斗颈固定螺母；1002、转子固定螺母；

1003、风扇扇叶；1004、部件b。

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。

本专利中各术语的基本含义如下：

“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；

“过盈连接”是指利用零件间的配合过盈来实现两个零件间的连接，其装配方法包括压入法、热胀配合法、冷缩配合法等；

“卡接”是指通过两零件上相互配合的凹槽与凸起、卡槽/卡孔/卡口与卡扣或燕尾槽与凸起之间的镶嵌连接从而限制两零件之间产生相对位移的连接方式；

“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、铸造成型等方式，所述“熔接”为“模制成型”的一种特殊形式。

“切割成型”是指采用除“模制成型”以外的，包括但不限于车、刨、铣、钻、磨、切(割)等工艺获得目标几何形状的物体的过程。

“弯折成型”是指采用包括但不限于卷制、绕制、弯曲等工艺获得目标几何形状的物体的过程，比如将某种物体卷制或绕制成圆筒状物体或将其弯曲成任意角度。

实施例1

本实施例为具流体通道静止部部件a的电机定子，采用图8的具流体通道静止部部件a的基座。

该一体模制成型的具流体通道静止部部件a的基座包括：由环形凹腔外环(301)和环形凹腔内环(304)构成有底的环形凹腔(310)，由该环形凹腔和位于环形凹腔底部的管道(309)构成流体通道静止部a，环形凹腔内环内侧具排液孔(305)，环形凹腔外环外侧具通风孔(302)，通风孔外侧具有用于定位定子单元的定位孔和卡槽。

将具部件a的基座与定子单元定位于模具中后，以塑封料注塑成型的具流体通道静止部部件a的电机定子如图5(包括图5-1和图5-2)所示，其顶部具有防止液体流入的挡液凸台(307)，底部具有增大接触面的底脚(308)，其中图5-1为该定子轴测图，图5-2为图5-1旋转180°后以方便观察排液孔(305)和通风孔(302)。

实施例2

本实施例为具流体通道旋转部的电机转子，采用图1的旋转部液体收集腔及具通孔的间隔板。

该一体模制和切割成型的旋转部液体收集腔及具通孔的间隔板结构件包括液体收集腔腔壁和与其连接的圆形间隔板两部分：

其中圆形间隔板(103)具有：位于该圆形间隔板中央的具电机轴安装孔(104)的圆锥形凸台(105)，位于液体收集腔腔壁和圆形间隔板交界处的沿圆周方向分布的导流通孔(102)，以及位于导流通孔外侧与部件a环形凹腔外环相对应位置的环形外凹槽(201)和位于导流通孔内侧与部件a环形凹腔内环相对应位置的环形内凹槽(202)；

其中液体收集腔腔壁外侧具有：靠敞口端切割并弯折成型的末端具“t”型结构的定位凸起(106)和相对应的另一端已切割但未完全弯折成型的定位结构。

将圆形磁轭卡入敞口端“t”型定位凸起(106)的“l”型结构部，然后将永磁体逐一卡入相邻“t”型定位凸起之间的卡槽中，最后将与敞口端相对应的另一端已切割成型的定位结构完全弯折成型为“t”型定位凸起，从而实现对包括磁轭和永磁体在内的转子单元的固定，最后置于模具中注塑成型并充磁为电机转子，该成型的电机转子如图6(包括图6-1和图6-2)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3

本实施例为具流体通道旋转部的电机转子，采用图7-1的流体通道旋转部圆形间隔板。

该一体模制和切割成型的流体通道旋转部圆形间隔板(103)具有：位于该圆形间隔板中央的具电机轴安装孔(104)的圆锥形凸台(105)，与部件a环形凹腔相对应的以电机轴中心线为中心轴的圆环形凸台(701)和位于该圆环形凸台上的沿圆周方向分布的导流通孔(102)，位于间隔板边缘的卡槽(702)以及形成该卡槽的卡状凸起和位于该卡状凸起上的转子单元定位孔(703)。

将转子单元通过转子单元定位孔(703)固定于圆形间隔板(103)后，注塑成型为具导流通孔的电机转子，其敞口端顶部具有连接固定离心转鼓的离心转鼓卡槽。

实施例4

本实施例为具流体通道旋转部和静止部a的电机，结构示意图见图9，其流体通道静止部a与电机前端盖一体模制成型。

如图9所示，将电机定子单元(907)和前端盖(906)定位于模具中后，以塑封料一体模制成型为电机定子总成，该电机定子总成所围成的用于容纳电机转子的空腔底部中央具安装轴承和电机轴的轴承室、由环形凹腔外环(301)和环形凹腔内环(304)围成的静止部环形凹腔(310)以及位于环形凹腔底部的排液管(309)、位于环形凹腔外环(301)外侧的通风孔(302)、位于环形凹腔内环(304)内侧的排液口，定子总成顶端具挡液凸台(307)。电机空心轴(903)通过前轴承立于前轴承室内，再由后轴承和后端盖(902)通过后端盖固定螺钉(905)固定于电机定子总成上，由定子总成围成的内部空腔隔着气隙布置有具流体通道旋转部的转子。

如图9所示，一体模制成型的间隔板(103)上具有圆环形凸台(701)以及位于该圆环形凸台上的导流通孔(102)、位于间隔板中央的圆锥形凸台(105)以及位于该圆锥形凸台中央的电机轴安装孔(104)，图7-1为该间隔板的详细结构示意图。

如图9所示，将电机转子单元(908)和间隔板(103)定位于模具中后，以塑封料一体模制成型为电机转子总成，其顶部具固定离心转鼓的离心转鼓卡槽(601)，且其敞口端面(909)外半径大于或等于定子总成顶部的挡液凸台(307)外半径。

如图9所示，转子总成通过电机轴安装孔由固定螺钉(904)悬臂固定于电机空心轴(903)轴伸端，具导流通孔(102)的圆环形凸台(701)与静止部的环形凹腔(310)密封连接。

实施例5

本实施例为具流体通道旋转部和静止部b的电机，结构示意图见图10。

如图10所示，将电机定子单元(907)和后端盖(902)定位于模具中后，以塑封料一体模制成型为具基座(910)、后轴承室以及通风孔(302)的电机定子总成，其顶端具挡液凸台。电机空心轴(903)通过后轴承定位于后轴承室内，再经由前轴承和前端盖(906)卡紧固定于基座(910)中央的空腔内，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。

如图10所示，将一体模制成型的中央具电机轴安装孔的漏斗状的圆形间隔板(103)和电机转子单元(908)定位于模具中后，以塑封料一体模制成型为电机转子总成，该转子总成圆形间隔板外侧面对基座的一侧具风扇扇叶(1003)，其顶部具固定离心转鼓的离心转鼓卡槽(601)，且其敞口端面外半径大于或等于定子总成顶部的挡液凸台外半径。

如图10所示，电机转子总成通过电机轴安装孔由转子固定螺母(1002)悬臂固定于电机空心轴(903)轴伸端，由漏斗口和穿过空心轴(903)的漏斗颈组成的具径向凸起(401)的静止部部件b(1004)通过漏斗颈固定螺母(1001)固定于后端盖上，部件b漏斗口边缘与液体收集腔内壁密封连接。

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。