一种微型液冷球形电机泵的制作方法

本专利涉及一种液冷用微型泵，特别是一种微型液冷球形电机泵。

背景技术：

1、目前，液冷主动散热技术逐步成为3c消费电子、端侧 ai 硬件以及机器人散热领域的重要发展方向。液冷散热系统依靠微型泵驱动冷却液循环流动，实现热量的转移与耗散，微型泵是液冷系统的核心执行部件。面向手机、笔记本电脑、ar/vr眼镜这类消费电子设备，以及机器人、机载ai计算模块等空间高度受限的机器人场景，对微型泵提出了严苛的综合要求：需要体积小巧、重量轻，能够适配设备内部紧凑的安装空间，同时具备一定输出压力与流量，液体无泄露，功耗低，且拥有较长的工作寿命。

2、球形泵作为一种新型容积式泵，具备体积小、重量轻、易于微型化和超微型化的突出优势，其结构如专利号为zl202220285836.0、名称为“一种微型球形泵”的中国专利所述。但常规球形泵需要在转盘轴与轴过孔之间配置动密封密封圈实现旋转部位的介质密封，动密封密封圈长期摩擦运动，会出现磨损老化问题，一方面会缩短泵体整体使用寿命，另一方面会带来介质泄漏风险；一旦发生冷却液泄漏，会直接威胁消费电子以及机器人内部精密电子器件、驱动元件的安全。同时，现有球形泵大多为独立泵体结构，需要额外搭配驱动电机进行装配使用，泵体与电机分体布置的结构形式占用空间大，整机重量偏高，不利于在手机、笔记本电脑、ar/vr 眼镜、机器人等空间极度受限的设备内部集成安装。

技术实现思路

1、针对现有球形泵存在的上述问题，本发明提供一种微型液冷球形电机泵，把球形泵与电机集成设计，减小泵与电机单元的体积，防止液体泄漏，减小功耗，提高液冷球形泵的可靠性和使用寿命。

2、本专利的技术方案为：一种微型液冷球形电机泵，包括缸盖、缸体、端盖组装形成的外壳，所述缸盖与缸体上部围合形成球形内腔，在缸盖上设置有连通球形内腔的进液管和出液管，活塞下部与转盘上部通过柱面铰链铰接组成球形转子，球形转子设于球形内腔中；所述转盘的下部的转盘轴穿过球形内腔下部的过孔伸入缸体下部的电机腔，转盘轴兼作为电机轴，端盖封堵在所述电机腔的下端；转盘轴外周上固定外铁心构成电机转子，电机腔内设置电机定子；转盘轴下方配置有第一轴承套，在第一轴承套上设置有过流槽；在所述外壳上开设有回流通道，从球形转子与球形内腔间隙泄漏的冷却液流入电机腔，依次经电机定子与电机转子的间隙、所述过流槽、回流通道回流至进液管，形成内部闭环循环回路。

3、进一步的，所述第一轴承套为陶瓷轴承或者工程塑料轴承，所述过流槽是在第一轴承套与转盘轴相配合的内圆柱面上设置的轴向贯通凹槽，从球形转子与球形内腔间隙泄漏的冷却液经由所述过流槽流过第一轴承配合副，过流的同时对第一轴承套进行润滑与冷却。

4、进一步的，从球形转子与球形内腔间隙泄漏的冷却液流过第一轴承套后在端盖的上部形成积液池，所述回流通道的下端与积液池连通，上端与进液管连通；在缸体下部电机腔与电机定子贴合的内圆周面上设置有回流冷却槽，回流冷却槽做为回流通道的一段，冷却液回流时对电机定子进行冷却。

5、进一步的，在缸盖本体上设置有缸盖回流孔，在缸体上部与缸盖对接的部分设置有缸体回流孔，多个所述回流冷却槽沿电机腔内圆周轴向贯通布置，在回流冷却槽的上端开设一汇流环，汇流环把多个回流冷却槽的上端连通；电机定子的上端与电机腔的上顶面密封贴合，缸体回流孔的下端与汇流环连通，在端盖内侧壁上设置有与回流冷却槽下端对接的端盖回流槽，缸盖回流孔、缸体回流孔、汇流环、回流冷却槽、端盖回流槽依次连通形成所述回流通道。

6、进一步的，在缸盖、缸体和端盖本体上分别设置有回流孔，缸盖回流孔、缸体回流孔和端盖回流孔从上到下依次对接连通形成所述回流通道，回流通道的下端与端盖上部的积液池连通，回流通道的上端与缸盖上的进液管连通。

7、进一步的，取消了转盘轴上部与球形内腔下端过孔处的旋转位置处的动密封密封圈，从球形转子与球形内腔间隙泄漏的冷却液进入电机腔对电机内部进行冷却和润滑。

8、进一步的，所述电机定子为线圈绕组或者柔性pcb印刷电路板制作，其表面相对冷却液为绝缘状态。

9、进一步的，在所述转盘轴的上部配置有第二轴承套，在第二轴承套与转盘轴相配合的内圆柱面上设置有轴向贯通的过流槽，从球形转子与球形内腔间隙泄漏的冷却液经由第二轴承套的过流槽后流入电机腔，过流的同时对第二轴承套进行润滑与冷却。

10、进一步的，所述转盘为分体式转盘，分体式转盘由转盘本体与转盘轴组合而成，转盘本体与转盘轴为独立的两个零件，在转盘本体的下方球面的中央设置有卡接槽，在转盘轴的上端设置有卡接头，转盘轴通过卡接的方式与转盘本体连接。

11、进一步的，所述电机泵由上半部和下半部对接组合而成，上半部为泵体部，下半部为电机部，上半部与下半部的对接面通过球形内腔下部转盘轴过孔；所述缸体由缸体上半部和缸体下半部两个部分对接组成，所述回流通道在缸体上半部与缸体下半部的对接面处密封对接，所述分体式转盘的转盘轴安装在电机部内，转盘轴的上部突出于电机部与泵体部的对接面，转盘轴的卡接头从泵体部上的转盘轴过孔向上插入转盘本体下部的卡接槽内与转盘本体连接，驱动转盘转动。

12、与现有技术相比，本专利具有如下有益效果。

13、1）将球形泵与电机进行一体化集成设计，泵体与电机共用同一根转轴，实现泵与电机结构的巧妙结合，省去独立泵体与电机之间的装配连接结构，大幅缩减整机的体积与重量，能够适配手机、平板、ar/vr 眼镜、机器人关节等空间极度受限的狭小安装场景。

14、2）取消球形泵旋转部位的动密封密封圈，消除动密封密封圈摩擦老化带来的介质泄漏隐患，从根源上解决传统泵因动密封失效发生漏液的问题，避免冷却液泄漏损坏内部精密元器件，显著提升整机工作可靠性，同时，减小了球形泵高速运转时大量的摩擦功，实验测试，对于球形内腔直径尺寸为5到8毫米的球形泵，转速每分钟1.5万转到2万转，流量200毫升到500毫升每分钟的情况下，摩擦功是微小型球形泵的主要功耗来源，此时，取消密封圈可以减小球形泵的功耗50%以上。

15、3）巧妙利用球形泵转子间隙自然泄漏的冷却液，使泄漏液体流经电机定子与电机转子之间的间隙，对电机定子、转子进行直接冷却；泄漏液体汇集至电机下部的积液池，再经壳体回流通道送回球形泵进液口，形成内部闭环循环回路。该循环充分利用泵的泄漏介质实现电机冷却，不会对泵的工作效率造成不利影响，同时借助冷却液带走电机运行产生的热量，改善电机散热条件。

16、4）电机采用peek等材质的工程塑料自润滑轴承，轴承整体浸泡在循环冷却液之中，依靠冷却液实现介质自润滑，有效降低轴承摩擦磨损，抑制运行噪声，大幅提升轴承以及整机的使用寿命，满足3c消费电子、机器人、端侧设备长周期工作的使用要求。

1.一种微型液冷球形电机泵，包括缸盖（1）、缸体、端盖组装形成的外壳，其特征是：所述缸盖（1）与缸体上部围合形成球形内腔，在缸盖（1）上设置有连通球形内腔的进液管（101）和出液管（102），活塞（3）下部与转盘上部通过柱面铰链铰接组成球形转子，球形转子设于球形内腔中；所述转盘的转盘轴穿过球形内腔下部的过孔伸入缸体下部的电机腔，转盘轴兼作为电机轴，端盖封堵在所述电机腔的下端；转盘轴外周上固定外铁心构成电机转子（8），电机腔内设置电机定子（7）；转盘轴下方配置有第一轴承套（9），在第一轴承套（9）上设置有过流槽（901）；在所述外壳上开设有回流通道，从球形转子与球形内腔间隙泄漏的冷却液流入电机腔，依次经电机定子（7）与电机转子（8）的间隙、过流槽（901）、回流通道回流至进液管（101），形成内部闭环循环回路。

2.如权利要求1所述的一种微型液冷球形电机泵，其特征是：所述第一轴承套（9）为陶瓷轴承或者工程塑料轴承，所述过流槽（901）是在第一轴承套（9）与转盘轴相配合的内圆柱面上设置的轴向贯通凹槽，从球形转子与球形内腔间隙泄漏的冷却液经由所述过流槽（901）流过第一轴承配合副，过流的同时对第一轴承套（9）进行润滑与冷却。

3.如权利要求1所述的一种微型液冷球形电机泵，其特征是：从球形转子与球形内腔间隙泄漏的冷却液流过第一轴承套（9）后在端盖的上部形成积液池（601），所述回流通道的下端与积液池（601）连通，上端与进液管（101）连通；在缸体下部电机腔与电机定子（7）贴合的内圆周面上设置有回流冷却槽（203），回流冷却槽（203）做为回流通道的一段，冷却液回流时对电机定子（7）进行冷却。

4.如权利要求3所述的一种微型液冷球形电机泵，其特征是：在缸盖（1）本体上设置有缸盖回流孔（104），在缸体上部与缸盖（1）对接的部分设置有缸体回流孔（201），多个所述回流冷却槽（203）沿电机腔内圆周轴向贯通布置，在回流冷却槽（203）的上端开设一汇流环（202），汇流环（202）把多个回流冷却槽（203）的上端连通；电机定子（7）的上端与电机腔的上顶面密封贴合，缸体回流孔（201）的下端与汇流环（202）连通，在端盖内侧壁上设置有与回流冷却槽（203）下端对接的端盖回流槽（602），缸盖回流孔（104）、缸体回流孔（201）、汇流环（202）、回流冷却槽（203）、端盖回流槽（602）依次连通形成所述回流通道。

5.如权利要求1所述的一种微型液冷球形电机泵，其特征是：在缸盖（1）、缸体和端盖的本体上分别设置有回流孔，缸盖回流孔（104）、缸体回流孔（201a）和端盖回流孔（601a）从上到下依次对接连通形成所述回流通道，回流通道的下端与端盖上部形成的积液池（601a）连通，回流通道的上端与缸盖（1）上的进液管（101）连通。

6.如权利要求1到5任意一项所述的一种微型液冷球形电机泵，其特征是：取消了转盘轴上部与球形内腔下端过孔处的旋转位置的动密封密封圈，从球形转子与球形内腔间隙泄漏的冷却液进入电机腔对电机内部进行冷却和润滑。

7.如权利要求1到5任意一项所述的一种微型液冷球形电机泵，其特征是：所述电机定子（7）为线圈绕组或者柔性pcb印刷电路板制作，其表面相对冷却液为绝缘状态。

8.如权利要求1到5任意一项所述的一种微型液冷球形电机泵，其特征是：在所述转盘轴的上部配置有第二轴承套（9a），在第二轴承套（9a）与转盘轴相配合的内圆柱面上设置有轴向贯通的过流槽，从球形转子与球形内腔间隙泄漏的冷却液经由第二轴承套（9a）的过流槽后流入电机腔，过流的同时对第二轴承套（9a）进行润滑与冷却。

9.权利要求8所述的一种微型液冷球形电机泵，其特征是：所述转盘为分体式转盘，分体式转盘由转盘本体与转盘轴组合而成，转盘本体与转盘轴为独立的两个零件，在转盘本体的下方球面的中央设置有卡接槽，在转盘轴的上端设置有卡接头，转盘轴通过卡接的方式与转盘本体连接。

10.如权利要求9所述的一种微型液冷球形电机泵，其特征是：所述电机泵由上半部和下半部对接组合而成，上半部为泵体部（100），下半部为电机部（200），上半部与下半部的对接面通过球形内腔下部转盘轴过孔；所述缸体由缸体上半部和缸体下半部两个部分对接组成，所述回流通道在缸体上半部与缸体下半部的对接面处密封对接，所述分体式转盘的转盘轴安装在电机部（200）内，转盘轴的上部突出于电机部（200）与泵体部（100）的对接面，转盘轴的卡接头从泵体部（100）上的转盘轴过孔向上插入转盘本体下部的卡接槽内与转盘本体连接，驱动转盘转动。