本發(fā)明涉及一種離心泵，尤其涉及一種離心泵的轉子組件。

背景技術：

當今，汽車行業(yè)對離心泵的要求逐步向小型化、高能效方向發(fā)展，而離心泵設計中，葉輪的設計是提高泵性能的關鍵，主要表現(xiàn)在：在現(xiàn)有小型化、輕型化要求的基礎上，能否通過較小的外徑尺寸達到較高的揚程和水力效率；現(xiàn)有設計中，離心泵的整體尺寸小，對應于葉輪的直徑也比較小，在這種情況下，傳統(tǒng)的圓弧型葉片很難滿足低比轉速小流量下的離心泵的高揚程和高水力效率要求。

因此，有必要對現(xiàn)有的技術進行改進，以解決以上技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種離心泵，制造方便，同時可以提高離心泵的揚程以及水力效率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種離心泵，包括轉子組件和泵軸，所述轉子組件可圍繞所述泵軸或者隨所述泵軸一起轉動；所述轉子組件包括葉輪，所述葉輪圍繞所述泵軸轉動或者與所述泵軸一起轉動；所述葉輪包括葉片固定部和多個葉片，所述葉片固定部包括弧面部，所述弧面部的上末端的外表面的切線與所述葉輪的中心軸大致平行設置，所述弧面部的下端邊緣所在平面與所述葉輪的中心軸大致垂直設置；所述葉片沿所述弧面部的外圓面等間距分布或均勻分布；所述葉片包括第一側面、第二側面、葉片頂部和葉片根部，所述葉片根部與所述葉片固定部注塑固定，所述葉片頂部為葉片的懸臂端，所述葉片根部和所述葉片頂部之間包括所述第一側面和所述第二側面，所述第一側面和所述第二側面均包 括一凸起部和一凹陷部，所述凸起部和所述凹陷部平滑過渡連接；以所述葉輪的中心軸為軸線所形成的圓柱的外表面對所述葉片進行切割形成葉片截面，與所述葉輪的中心軸垂直的一個平面與所述葉片截面呈垂直狀態(tài)；所述葉片截面包括第一交線、第二交線、第三交線、中線，所述第一交線為所述圓柱的外表面與第一側面的交線，所述第二交線為所述圓柱的外表面與第二側面的交線，所述第三交線為所述圓柱的外表面與所述葉片頂部的交線，所述中線為經過所述第三交線的中點平行于所述葉輪中心軸的的直線；葉片高度指在所述葉片截面內自所述葉片根部至所述葉片頂部的距離；在所述葉片截面上，所述葉片高度為第一高度(H1)處所述第一交線至所述中線的距離為第一距離(L1)，所述第二交線至所述中線的距離為第二距離(L2)；所述葉片高度為第二高度(H2)處，所述第一交線至所述中線的距離為第三距離(L1’)，所述第二交線至所述中線的距離為第四距離(L2’)，則存在以下關系，當?shù)谝桓叨?H1)大于第二高度(H2)，第一距離(L1)小于等于第三距離(L1’)，第二距離(L2)小于等于第四距離(L2’)。

所述第一側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葉輪中心軸設置，所述第一凸起部的長度大于所述第一凹陷部的長度；所述第二側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葉輪中心軸設置，所述第二凹陷部的長度大于所述第二凸起部的長度。

所述葉片還包括連接側面，所述連接側面連接所述第一側面和所述第二側面，所述連接側面與所述葉輪中心軸平行設置，所述連接側面靠近所述葉片固定部的外邊緣設置，所述第二側面的所述第二凸起部與所述連接側面之間圓弧面連接并形成平滑過渡。

所述葉片頂部包括近端部和遠端部，所述近端部比所述遠端部靠近所述葉輪中心軸設置，所述近端部的厚度小于所述遠端部的厚度，所述近端 部的前端與所述葉片固定部注塑固定，所述近端部的前端與所述葉片固定部的連接點位于所述葉片固定部的頂部或頂部以下的弧面部。

所述近端部和所述遠端部的連接處為所述葉片頂部的高度最高點，所述近端部和所述遠端部的連接處的最高點的高度大于所述側面連接部的高度，所述近端部自靠近所述葉輪中心軸的一端至所述近端部與所述遠端部的連接處的高度逐漸增加，所述遠端部自所述連接側面所在一端至所述近端部與所述遠端部的連接處的高度逐漸增加。

在所述葉片固定部上，所述弧形面的上末端的外周面形成直徑為Φ1的第一圓周，所述弧面部的下端邊緣的外側面形成直徑為Φ3的第三圓周，所述葉片固定部上在所述第一圓周和所述第三圓周之間，虛擬有直徑為Φ2的第二圓周，其中Φ1<Φ2<Φ3，所述第二圓周的直徑與所述第三圓周的直徑的比例Φ2/Φ3的比值在0.75至0.9之間，所述第一側面的第一凸起部和所述第二側面的第二凹陷部起始于所述第一圓周終止于所述第二圓周，所述第一側面的第一凹陷部和所述第二側面的第二凸起部起始于所述第二圓周終止于所述第三圓周。

所述第一凸起部與所述第二圓周的交點處，所述第一凸起部的切線與所述第二圓周的切線的夾角為第一出口安放角β2，所述第一凹陷部與所述第三圓周的交點處，所述第一凹陷部的切線與所述第三圓周的切線的夾角為第二出口安放角β2’，其中第一出口安放角β2和第二出口安放角β2’滿足以下關系式：20°<β2<β2’<90°。

所述第一圓周的直徑Φ1與第三圓周的直徑Φ3之比即Φ1/Φ3的比值在0.26至0.35之間，所述葉片的個數(shù)為6個。

在所述葉片截面上，所述第一交線和所述第二交線關于所述中線對稱設置，所述第一交線和所述第二交線為直線段，所述第一交線與所述中線平行線的夾角與偶所述第二交線與所述第一中線的夾角大致相同，所述夾 角范圍為1°至1.5°，所述葉片頂部的遠端部的厚度范圍為1.4mm至1.6mm。

所述轉子組件包括轉子，所述轉子包括磁性材料，所述轉子帶動所述葉輪轉動，所述離心泵包括定子組件，所述轉子和所述定子組件通過磁場力相互作用；所述離心泵還包括軸套，所述轉子和所述葉輪以所述軸套為鑲嵌件一體注塑成形，所述轉子呈圓筒狀，所述葉輪設置于所述轉子的上端，所述葉片固定部與所述轉子連接部之間設置有一臺階。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的離心泵包括葉輪，葉片包括第一側面、第二側面，所述第一側面和所述第二側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緩過渡連接，這樣設置葉片的形狀，可以同時提高葉片的動壓力和靜壓力，進而可以提高離心泵的水力效率和揚程；第一側面與所述第二側面在以葉輪的中心軸為中心所形成的圓柱的外表面對葉片切割形成的葉片截面上，第一側面與第二截面與葉片截面的交線呈隨著葉片高度的增加呈逐漸減小的趨勢，葉輪加工制造時脫模容易。

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明離心泵的一種實施例的剖視結構示意圖；

圖2是圖1轉子組件12與軸套5形成的注塑體一種立體結構示意圖；

圖3是圖2的正投影圖；

圖4是圖3的A-A剖視結構示意圖；

圖5是圖3的俯視結構示意圖；

圖6是葉片截面的第一種示意圖；

圖7是葉片截面的第二種示意圖；

圖8是葉片截面的第三種示意圖；

圖9是具有直葉片的葉輪和具有本發(fā)明所示葉片的葉輪的電驅動泵在一定轉速和流量下的揚程趨勢對比圖；

圖10是具有直葉片的葉輪和具有本發(fā)明所示葉片的葉輪的電驅動泵時在一定轉速和流量下的水力效率對比圖。

【具體實施方式】

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明：

通常，離心泵包括機械式離心泵和電驅動離心泵，機械式離心泵通過機械運動帶動葉輪轉動，電驅動離心泵包括具有磁性的轉子，轉子帶動葉輪轉動；本發(fā)明的離心泵主要用于汽車領域，汽車領域的部件正向智能化精準化方向發(fā)展，電驅動離心泵更能夠滿足汽車領域的要求，本發(fā)明以電驅動離心泵簡稱電驅動泵為例進行具體說明。

圖1為一種電驅動泵100的結構示意圖，電驅動泵100包括第一殼體11、第二殼體14、轉子組件12、定子組件15、泵軸16、電路板17、端蓋18；泵內腔包括第一殼體11、第二殼體14以及端蓋18之間的空間，第一殼體11和第二殼體14固定連接，第一殼體11和第二殼體14的連接部分設置有環(huán)形密封圈19；電驅動泵100具有一隔離套13，隔離套13將泵內腔分隔為流通腔20和容納腔30，流通腔20內可以有工作介質流過，轉子組件12設置于流通腔20，容納腔30無工作介質通過，定子組件15和電路板17設置于容納腔30內；定子組件15與電路板17通過引線電連接，電路板17與外部線路通過插接件連接，電路板17通過連接裝置與泵軸16以及隔離套13機械連接；本實施例中，隔離套13與第二殼體14為一體注塑件，以泵軸16為注塑嵌件注塑形成包括第二殼體14和隔離套13的注塑體；本實施例中，電驅動泵100為外轉子式電驅動的離心泵，外轉子式電驅動泵是指以泵軸16為中心軸，轉子組件12的轉子4位于定子組件15的外周，即定子組件15比轉子4更靠近泵軸16設置。

如圖1所示，轉子組件12設置于流通腔20中；轉子組件12包括葉輪3和轉子4，其中至少轉子4包括磁性材料，轉子4外形呈圓筒狀，葉輪3設置于轉子4的上端并與轉子4固定，葉輪3可以包含磁性材料也可以不 含有磁性材料；流通腔20包括葉輪腔21和轉子腔22，葉輪腔21和轉子腔22連通設置即并不是相隔分開的；葉輪3設置于葉輪腔21，轉子4設置于轉子腔22。

圖2為轉子組件12的一種立體結構示意圖，轉子組件12包括葉輪3和轉子4，本實施例中，轉子4和葉輪3一體注塑成形；參見圖1，轉子組件12圍繞泵軸16轉動，泵軸16與第二殼體14固定設置，電驅動泵100還包括一軸套5，轉子組件12以軸套5為注塑鑲嵌件，通過注塑磁性材料和塑料材料的混合物形成轉子組件注塑體或者通過以軸套5和永磁體為注塑鑲嵌件通過注塑塑料材料形成轉子組件注塑體，一體注塑成形的葉輪3和轉子4連接可靠，制造工序簡單，且一次成形一致性相對較好；當然，葉輪3和轉子4也可以分別單獨成形，通過固定裝置固定連接；單獨成形的葉輪3和轉子4可以分別用不同的材料，葉輪3可以使用普通的塑料材料，可以降低材料成本，同時葉輪3使用塑料材料不使用磁性材料可以提高葉輪3的韌性，可以使葉輪3的葉片比較薄，提高水力性能；同系列電機具有相同的轉子4但是可以搭配不同的葉輪3，不同的葉輪3可以改變電驅動泵100的水力性能，不同的水力性能只需要改變葉輪3，增加了轉子4的通用性，這樣就可以減少零件的模具開模費用；而且單獨注塑成形的轉子4的圓柱度和壁厚均勻度也容易保證。

參見圖2，葉輪3包括葉片31和葉片固定部32，葉片31與葉片固定部32注塑成形，多個葉片31等間距圓周排布于葉片固定部32上表面或者多個葉片31均勻分布于葉片固定部32上表面；為了便于描述葉輪，引入葉輪中心軸、兩個輔助面、第一平面和軸面，葉輪中心軸是指葉片固定部的中心軸，平面是指垂直于葉輪中心軸的面，軸面是通過葉輪中心軸的面；葉輪中心軸與轉子組件的旋轉軸或者說葉輪旋轉軸基本同軸。

參見圖3、圖4，葉片固定部32包括弧面部322和圓弧過渡部3223，葉片固定部32是上部略小、下部略大的類似雙曲線體的結構；弧面部322包括上末端3221和下端邊緣3222；弧面部322的上末端的外表面的切線 與葉輪3的中心軸大致平行設置，這里“大致平行設置”指兩者之間形成角度在5度之內；弧面部322的下端邊緣沿葉輪徑向的切線與葉輪3的中心軸大致垂直設置，這里“大致垂直設置”指兩者之間形成角度在90±5度之內；上末端3221與圓弧過渡部3223光滑過渡，弧面部322是由一段圓弧或多段圓弧組合的曲線沿葉輪中心軸旋轉而成的結構。。

參見圖2，為了便于標示圖標，分多個葉片進行標注，每個葉片的結構均相同；葉片31包括葉片頂部311、葉片根部312、第一側面313、第二側面314以及連接側面315，葉片根部312與葉片固定部32注塑固定，葉片頂部311為葉片31的懸臂端，葉片根部312和葉片頂部311之間包括第一側面313、第二側面314以及連接側面315；同一葉輪3其中一葉片31的第一側面313與相鄰葉片的第二側面314之間形成工作介質的流通通道；其中葉輪3的轉動方向如圖5所示箭頭方向，其中第一側面313為壓力面，第二側面314為背壓面，通常壓力面的壓力大于背壓面的壓力。

具體地，第一側面313包括第一凸起部33和第一凹陷部34，第一凸起部33與第一凹陷部34平滑連接；第二側面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平滑連接；這樣設置的葉片呈凸凹的圓弧形，可以平衡離心泵的動壓和靜壓，在葉輪外部尺寸較小的時候提高離心泵的水力效力和揚程；本實施例中，連接側面315與第二凸起部36通過弧面37過渡連接，這樣設置可以使得相鄰葉片31之間流道內的工作介質在被壓面流動的更加流暢，減少摩擦損失，進一步提高離心泵的水力效率。

參見圖5，弧面部322包括上末端3221的外表面為直徑為Φ1的第一圓周，弧面部322包括弧面部322下端邊緣3222為直徑為Φ3的第三圓周，在第一圓周和第三圓周之間虛擬一第二圓周，第二圓周的直徑為Φ2，其中Φ1<Φ2<Φ3，第二圓周的直徑與第三圓周的直徑的比例Φ2/Φ3的比值在0.75至0.9之間，第一圓周的直徑Φ1與第三圓周的直徑Φ3之比即Φ1/Φ3的比值在0.26至0.35之間；第一凸起部33開始于葉片固定部的直 徑為Φ1第一圓周而大致終止于葉片固定部的直徑為Φ2的第二圓周，第一凹陷部34開始于葉片固定部的直徑為Φ2的第二圓周終止于葉片固定部的直徑為Φ3的第三圓周；第一凸起部33的弧長與第二凹陷部36的弧長是指開始于葉片固定部的直徑為Φ1第一圓周而大致終止于葉片固定部的直徑為Φ2的第二圓周的圓弧的長度，第一凹陷部34的弧長和第二凸起部35的弧長是指開始于葉片固定部的直徑為Φ2的第二圓周終止于葉片固定部的直徑為Φ3的第三圓周的圓弧的長度，第一凸起部33的弧長大于第一凹陷部34的弧長，第二凹陷部36的弧長大于第二凸起部35的弧長。第一凸面33的第一出口安放角為β2，第二凸面35的第二出口安放角為β2’，20°<β2<β2’<90°，其中第一出口安放角β2指在直徑為Φ2第二圓周上與葉片的交點處，第二圓周的切線與第一凸起部33切線之間的夾角；第二出口安放角β2’指直徑為Φ3第三圓周上與葉片的交點處，第三圓周的切線與第一凹陷部34切線之間的夾角；通常，相同的目標揚程下，由于圓盤摩擦損失與葉輪外徑的5次方成正比，葉片31的第一出口安放角β2越大，則葉輪外徑可以越小，因此一定程度上可以減小摩擦損失從而提高水泵的水力效率。另外，若保持葉輪3外徑不變，適當增大葉片31的第一出口安放角β2，可以提高離心泵的揚程。

但是，第一出口安放角β2的增加并不是無限的，第一出口安放角β2的過度增加會使相鄰葉片31之間工作介質的相對流動擴散嚴重，同時也會使小流量下的沖擊損失增加，容易使離心泵的揚程-流量曲線出現(xiàn)駝峰，成為不穩(wěn)定的性能曲線。為了獲得穩(wěn)定的性能曲線和防止過載現(xiàn)象，針對本發(fā)明的葉輪結構，本發(fā)明所定的葉片出口角在20°<β2<β2′<90°范圍內，在這一范圍水泵可以獲得較優(yōu)的性能曲線。

葉片頂部311包括近端部38和遠端部39，近端部38比遠端部39更靠近葉輪中心設置，近端部38的厚度小于遠端部39的厚度，這樣可以增加相鄰葉片形成的流道的進口端的截面積，使得工作介質在近端部進入流道更加流暢；近端部38與遠端部39連接處389為葉片頂部311高度最高 點，近端部38和遠端部39連接處的最高點的高度大于連接側面315的高度，近端部38自靠近葉輪中心軸的一端至近端部38與遠端部39的連接處389高度逐漸增加，近端部38的最低高度小于等于葉片固定部的最高高度；遠端部自連接側面所在一端至近端部與遠端部的連接處的高度逐漸增加。

葉片根部312與葉片固定部32注塑固定，葉片31為圓柱形葉片，葉片31與第一平面大致垂直設置，葉片31與第一平面垂直設置是指，葉片31的第一側面313和第二側面314的對稱面與第一平面垂直設置，第一側面313和第二側面314與軸面呈一定的夾角，用于葉片注塑后的拔模工藝，夾角大約為0.9°至1.5°；以葉輪3的中心軸為軸線所形成的圓柱的外表面對葉片31進行切割形成的葉片截面40，葉片截面40與第一平面垂直設置；葉片截面40包括第一交線401、第二交線402、第三交線403、第四交線404以及中線400，其中第一交線401為圓柱的表面與葉片的第一側面313的交線，第一交線401根據(jù)第一側面313的形狀可以為一段直線，多段直線或者一端圓弧或者多段圓??；第二交線402為所述圓柱的外表面與第二側面314的交線，第二交線402根據(jù)第二側面314的形狀可以為一段直線，多段直線或者一端圓弧或者多段圓弧；第三交線403為所述圓柱的外表面與葉片頂部311的交線，第三交線403實際為一段圓弧，但是由于葉片頂部311較薄，圖示中近似為一段直線；第四交線404為所述圓柱的外表面與所述葉片根部312的交線，第四交線404實際為一段圓弧，但是由于葉片底部較薄，圖示中近似為一段直線；中線400為經過第三交線403的中點平行于所述葉輪中心軸的的直線，由于第三交線403為一段圓弧，取第三交線403兩端的連線并取連線的中點為第三交線403的中點；圖6為葉片截面40的第一種實施方式，本實施例中葉片截面40大致呈等腰梯形，即第一交線401和第二交線402為一直線段；第一側面313與第二側面314與圓柱的外表面形成的交線分別為第一交線401和第二交線402，葉片頂部311與圓柱的外表面的交線為第三交線403，葉片根部312與圓柱的外表面的交線為第四交線404，由于葉片31比較薄，第三交線403 和第四交線404長度比較短，可以近似的將第三交線403和第四交線404看成一段直線段；第一交線401和第二交線402關于葉片截面的中線400對稱，第三交線403和第四交線403均與中線400垂直設置，并且第三交線403與第四交線404大致平行設置，第一交線401和第二交線402與通過葉片截面40上的葉輪中心軸的平行線第一平行491線和第二平行線492所成的夾角α大致相同，夾角α大約為0.9°至1.5°，葉片高度H指在葉片截面40內第三交線403至第四交線404距離；在葉片截面40內，葉片高度為第一高度H1處所述第一交線401至所述中線400的距離為第一距離L1，第二交線402至中線400的距離為第二距離L2；葉片高度為第二高度H2處，第一交線401至中線400的距離為第三距離L1’，第二交線402至中線400的距離為第四距離L2’，則存在以下關系，當?shù)谝桓叨菻1大于第二高度H2，即第一高度H1的長度大于第二高度H2的長度時，第一距離L1小于等于第三距離L1’，第二距離L2小于等于第四距離L2’。遠端部39的厚度為1.4mm至1.6mm，這樣設置的葉片可以保證其強度，同時由于葉片通過拔模制作，保持一定的夾角拔模工藝性較好；當然第一交線401和第二交線402也可以為多條線段(如圖7)或者一段圓弧或多端圓弧(如圖8所示)，只要滿足：第一交線401和第二交線402大致關于葉片截面40的中線400對稱設置，第一交線401和第二交線402位于第一平行線491和第二平行線492以及第三交線403和第四交線404圍成的區(qū)域的外部，同時沿第三交線403到第四交線404的方向，第一交線401與第二交線402到中線400的距離均呈遞增的規(guī)律變化；包括其中部分距離為相同的情況，如圖7所示，第一交線401的401b段至中線400的距離相同，第二交線402的402b段至中線400的距離相同。

根據(jù)離心泵的水力設計的一般原理，增加葉片31的個數(shù)可以提高葉輪3對工作介質的約束能力，有利于提高水力效率，但是增加葉片31個數(shù)也會使相鄰葉片31之間工作介質的流通流道變窄，特別是葉輪3入口處的流通截面積降低，從而降低水力效率，甚至引發(fā)汽蝕；同時當葉輪3與轉子 4是一體注塑設計，因為一體式注塑葉片的材料含有磁性材料，一般脆性很高，太薄很容易使葉片受到破壞，斷裂或損傷，所以葉片不能太薄，根據(jù)水力測試結果，葉輪3包括偶數(shù)個葉片31時，有利于轉子旋轉過程中的動平衡，本實施例中葉片的數(shù)量為6個，不但可以保證動平衡，而且根據(jù)葉輪外徑以及第一圓周的尺寸要求，6個葉片可以流道尺寸和葉輪對工作介質的拘束達到理想的狀態(tài)。

圖9為具有直葉片的葉輪和具有S形葉片的葉輪的電驅動泵在三個速度和特定流量時，電驅動泵的揚程趨勢對比圖，其中，圖中的實線代表具有S形葉片的電驅動泵，虛線代表具有直葉片的電驅動泵，圓形節(jié)點的曲線對應的轉速為n1，三角形節(jié)點的曲線對應的轉速為n2，菱形節(jié)點的曲線對應的轉速為n3，從圖中可以看出，相同轉速n以及相同的流量Q下，具有S形葉片的葉輪對應的揚程大于具有直葉片的葉輪對應的揚程。

圖10為具有直葉片的葉輪和具有S形葉片的葉輪的電驅動泵在三個速度和特定流量時，兩種電驅動泵的水力效率對比圖，其中，圖中的實線代表具有S形葉片的電驅動泵，虛線代表具有直葉片的電驅動泵，圓形節(jié)點的曲線對應的轉速為n1，三角形節(jié)點的曲線對應的轉速為n2，菱形節(jié)點的曲線對應的轉速為n3，從圖中可以看出，相同轉速n以及相同的流量Q下，具有S形葉片的葉輪對應的效率大于具有直葉片的葉輪對應的效率。

參見圖1、圖2，本實施例中，轉子組件12包括葉輪3和轉子4，轉子4包括磁性材料，轉子4和葉輪3一體注塑成形，轉子4的外徑大于葉輪3的外徑，在葉輪3外徑和轉子4外表面之間包括一段距離的連接部43，所述連接部43與葉輪3的葉片固定部32之間形成一臺階部432；這樣轉子組件12在流通腔20內運動時能夠防止與泵蓋11產生摩擦，降低機械損失，可以提高電驅動泵效率。

需要說明的是：以上實施例僅用于說明本發(fā)明而并非限制本發(fā)明所描述的技術方案，盡管本說明書參照上述的實施例對本發(fā)明已進行了詳細的說明，但是，本領域的普通技術人員應當理解，所屬技術領域的技術人員 仍然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而一切不脫離本發(fā)明的精神和范圍的技術方案及其改進，均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍內。