CN102536722B - 数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵 - Google Patents

Abstract

一种数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵，它包括吸油口端盖、排油口端盖、定子、转子、转速输出轴、回流盘和斜盘，吸油口端盖和排油口端盖分别安装固定在定子的两端，吸油口端盖、排油口端盖和定子上均有流道形成通路，转子安装在定子内，转子由转子铁芯、永磁体、泵套、缸体、右轴键套和左轴键套组成，转速输出轴一端由排油口端盖上的轴承支撑，另一端插入缸体内部的花型槽中与缸体中心相连接，斜盘安装固定在吸油口端盖上；配流盘安装在排油口端盖上。本发明通过将交流永磁伺服电机的转子部分与轴向柱塞泵的缸体结构紧密融合，实现电机泵的数字化控制，可广泛应用于民用和军工领域。

Description

数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵

技术领域

本发明涉及一种采用交流永磁伺服电机与斜盘式轴向液压泵高度融合的液压动力装置，具体说就是数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵。

背景技术

液压泵是一种能源转换装置，它将机械能转换为液压能，是液压传动系统中的动力元件，为系统提供一定压力和流量的油液。目前，在液压系统中使用的液压泵是通过联轴器与原动机相连，最常用的原动机是电动机。电动机由于需要散热都带有风扇，这就存在产生噪声和消耗电机能量的问题；联轴器在连接泵轴和电机轴时不可避免地存在不同心的问题，这会导致电机和液压泵运转过程中的振动和噪声、泄漏；电机和液压泵在运转中，都有由于机械摩擦而产生的能量耗损，使整个电机和液压泵装置的总效率不高；电动机和液压泵采用沿轴向排列和联结安装时，这种布置方式占用空间大，在空间有限的场合(例如航空、航天和舰船等领域)应用中受到限制；通过改变斜盘角度的变量机构复杂，而变频调速响应速度较慢。针对上述问题，国内外液压传动与控制领域的专家、学者和研究机构一直在致力于开展液压泵和原动机即电动机、发动机合一化的研究。然而，从目前国内外的研究结果和文献来看液压泵和电动机合一化的研究也只是把液压泵与电动机沿轴向排列共轴、共壳体，没有外伸轴而已，虽减少了一些体积，但并没有真正做到液压泵与电动机的高度融合。在一些特殊场合还是受到限制。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵，它结构紧凑、体积小、可替代现有的电动机和定量及变量液压泵的组合装置。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵，其吸油口端盖和排油口端盖分别安装固定在定子的两端，吸油口端盖上有四条径向流道F和与其相通的四条轴向侧壁孔流道E、与轴向侧壁孔流道E相通的环形槽流道N；吸油口端盖上还有沿周向均布的八条泄油流道G、一条沿着吸油口端盖轴向的泄油流道K以及吸油口，它们分别与径向流道F相连通；在排油口端盖上有轴向侧壁孔流道R、环形槽流道M、两条轴向的泄油流道L和径向流道Q，在排油口端盖上一端设有腰形吸油流道，及设在排油口端盖另一端的腰形排油流道和排油口，其中腰形吸油流道、轴向侧壁孔流道R、环形槽流道M和两条轴向的泄油流道L分别与径向流道Q相通；定子上设置定子槽，其内缠绕线圈，定子周向上有四条冷却流道，冷却流道两端分别与吸油口端盖环形槽流道N和排油口端盖环形槽流道M相通；吸油口端盖和排油口端盖分别与定子和转子形成一容腔，所述的容腔与吸油口端盖和排油口端盖上分别设置的泄油流道相连通；

转子安装在定子内，所述的转子由转子铁芯、永磁体、泵套、缸体、右轴键套和左轴键套组成，其中转子铁芯上嵌有的四块永磁体沿周向均匀分布，泵套套装在转子铁芯的内部，并由吸油口端盖和排油口端盖上的轴承支撑，右轴键套安装在泵套的内部，左轴键套安装在缸体的外部，左轴键套上的矩形齿与右轴键套上的矩形齿相啮合；缸体与左轴键套安装在一起；所述的缸体沿周向均匀分布有七个柱塞，每个柱塞的球头与回程盘上的滑靴铰接，滑靴放入回程盘上沿周向分布的7个孔中，并通过内套、钢球、回程盘和回程弹簧将滑靴紧紧压在斜盘上，斜盘安装固定在吸油口端盖上；

转速输出轴一端由排油口端盖上的轴承支撑，另一端插入缸体内部的花型槽中与缸体中心相连接，转速输出轴上设置有内孔，其内安装套杯，套杯内安装可移动的内套，内套通过钢球和回程盘接触，在套杯和内套之间安装回程弹簧，钢球顶住回程盘将滑靴压到斜盘上；配流盘安装固定在排油口端盖上。

作为本发明的一种优选方式，排油口端盖上设置有测压接口流道，可接压力传感器，检测泵的出口压力。

作为本发明的一种优选方式，在转速输出轴的端部装有编码器，用于测量电机的转速。

本发明的有益效果是：通过将交流永磁伺服电机的转子部分与轴向柱塞泵的缸体结构紧密融合，即电机泵转子的外周部分具有普通交流永磁伺服电机转子的结构，电机泵转子的中心部位是装有柱塞的缸体部分，使得这种柱塞泵具有变速变量、结构紧凑、体积小、重量轻、能量转化效率高、节能、低噪声等特点，通过伺服电机驱动器快速调节电机泵的转速，实现电机泵的数字化控制，可替代现有的电动机和液压泵的组合装置，为各种液压系统提供符合要求的液压能，可广泛应用于民用和军工领域，特别适合于空间有限或受限制的航空、航天及舰船等装备的液压系统中。

附图说明

图1是数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵的主视图；

图2是数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵的左视图；

图3是图2的A-A向剖视图；

图4是数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵局部剖视图；

图5是定子的左视图；

图6是排油口端盖右视图；

图7是排油口端盖主视图；

图8是吸油口端盖左视图；

图9是图8的B-B向剖视图；

图10是转子铁芯主视图；

图11是左轴键套主视图；

图12是左轴键套左视图；

图13是右轴键套主视图；

图14是右轴键套右视图；

图15是泵套半剖图；

图16是转速输出轴和缸体等装配的主视图；

图17是转速输出轴和缸体等装配的右视图；

图18是图17的C-C向剖视图；

图19是缸体的主视图；

图20是缸体的左视图；

图21是缸体的右视图；

图22是图21的D-D向剖视图。

附图标号说明：

1.固定吸、排油端盖和定子的螺栓，2.固定油封盖的螺栓，3.编码器，4.保护罩，5.旋转编码器接头，6.油封盖，7.唇形密封圈，8.小轴承9.套筒10.排油口端盖，11.波形弹簧片，12.大轴承13.环形槽流道M，14.挡圈，15.转速输出轴16.配流盘固定销，17.配流盘，18.缸体19.永磁体，20.柱塞，21.斜盘，22.转子铁芯，23.斜盘固定销，24.定子，25.环形槽流道N，26.吸油口端盖，27.轴向侧壁孔流道E，28.径向流道F，29.泄油流道G，30.泄油流道H，31.泄油流道K，32.吸油口，33.滑靴，34.钢球，35.内套，36.回程弹簧，37.套杯，38.回程盘，39.右转子端板，40.泵套，41.右轴键套，42.左轴键套，43.左转子端板，44.泄油流道L，45.泄油流道P，46.径向流道Q，47.轴向侧壁孔流道R，48.腰形吸油流道，49.冷却流道，50.排油口，51.腰形排油流道，52.测压接口流道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步具体详细的说明。

如图1、图3、图7、图9、图16、图17和图18所示，数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵，包括吸油口端盖26和排油口端盖10，吸油口端盖26、排油口端盖10分别通过螺栓1与定子24相连，斜盘21安装在吸油口端盖26上，缸体18与左轴键套42热装在一起，并与右轴键套41啮合联接，可进行轴向移动，用来补偿配流盘17和缸体18的间隙，而右轴键套41热装在泵套40的内部，泵套40又与转子铁芯22热装，泵套40靠安装在两侧的轴承12支承，同时为了轴承12的内环定位加入挡圈14，而加入波形弹簧片11，则是为了补偿滑靴33与斜盘21的间隙。转速输出轴15一端安装在排油口端盖10上的小轴承8中，另一端带有花键的头部直接插入缸体18的槽中，而且转速输出轴15上还开有内孔，孔内安装套杯37，回程弹簧36安装在套杯37和内套35中，并通过钢球34顶住回程盘38，缸体18上安装有沿周向均布的七个柱塞20，柱塞20的头部和滑靴33铰接，滑靴33放入回程盘38上沿周向分布的7个孔中，同时回程盘38将滑靴33压在斜盘21上，配流盘17通过销16固定在排油口端盖10上，油封盖6压在小轴承8和套筒9上，并通过螺栓2连接在排油口端盖10上，防止转速输出轴15的轴向移动，在油封盖6内的唇形密封圈7则是起到轴向密封作用，同时在转速输出轴15的左端头部安装编码器3，用来测量电机泵的转速，编码器3中的数据通过旋转编码器接头5输出，编码器3的外部还装有保护罩4，用来防止灰尘等污染物的进入。转子铁芯22由数片转子冲片组成，它们靠安装在两侧的左、右转子端板43和39来固定，同时在转子铁芯22上有沿周向均布的四个凹槽，槽内固定有永磁体19，这样就构成了电机转子整体。转子、定子24、吸油口端盖26和排油口端盖10形成一连通的容腔，其间充满油液，工作中油液把各个工作元件产生的热量通过泄油流道带走。

吸油口端盖26上设置相通的四条径向流道F28和与其相通的四条轴向侧壁孔流道E27，同时为了将油引入定子的冷却流道49中，在吸油口端盖上还加工有与轴向侧壁孔流道E27相通的环形槽流道N25，定子24与吸油口端盖26通过连接螺栓1联结后，环形槽流道N25与定子24周向上设置的四条冷却流道49相通，油液通过吸油口32进入到环形槽流道N25中，然后经冷却流道49进入排油口端盖10上的环形槽流道M13和轴向侧壁孔流道R47，如图3、图4、图6、图7、图8和图9所示，轴向侧壁孔流道R47与排油口端盖10上设置的一条径向流道Q46相通，油液通过这条径向流道Q46流入腰形吸油流道48，再通过配流盘17上的配流窗口被吸入到柱塞腔中。旋转缸体18把柱塞腔中油液压入腰形排油流道51，再通过排油口50排出高压油。排油口端盖10上同时还开有两条与径向流道Q46相通的泄油流道L44、泄油流道P45和一条与腰形排油流道51相通的测压接口流道52，使得压力传感器可以方便的测出泵的出口压力。而吸油口端盖26上还开有沿周向均布的四条泄油流道G29、四条泄油流道H30和一条沿着吸油口端盖轴向泄油流道31K，这些泄油流道与径向流道F28相连通。液压电机泵定子24和转子外圈之间的空腔中也充满油液，交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵在工作过程中由于定子线圈的铁损等、以及高速旋转的转子和油液摩擦等产生的热量，可以通过设计与径向流道F28相通的泄油流道G29、泄油流道H30和轴向泄油流道K31让容腔中的油液把产生的热量带走。

如图5所示，数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵的定子24上设置定子槽，定子槽内缠绕有线圈，从而组成定子绕组；如图3和图10所示，转子铁芯22的槽上安装有沿周向均布的四条永磁体19，用聚胺脂铁胶粘接在转子铁芯22的槽内，再用浸环氧树脂带进行多层包扎，以固定和保护永磁体19。三相交流电通入定子绕组后，便形成了一个旋转磁场，该旋转磁场作为电机的控制磁场，控制转子的旋转速度，该磁场与转子铁芯22上的永磁体19形成磁场作用，产生电磁转矩，推动转子以及与其热装的泵套40转动，泵套40的转动又通过相啮合的左、右轴键套42、41传递给缸体18，如图11～图18所示。这样，沿周向均匀分布在缸体18上的七个柱塞20绕转速输出轴15的轴线作牵连旋转运动；由于每个柱塞20的球头与滑靴33铰接，并通过内套35、钢球34、回程盘38和回程弹簧36将滑靴33紧紧压在斜盘21上，斜盘21通过销23固定在吸油口端盖26上，而且斜盘21法线方向与转速输出轴15的轴线方向有一定夹角，当缸体18旋转时，柱塞20沿着缸体18上的柱塞孔作往复运动，通过配流盘17完成吸、排油过程。与此同时，回程弹簧36的反作用力又将缸体18压在配流盘17上，起预紧密封作用，从而完成液压电机泵吸、排油的过程，如图3、图4、图19、图20、图21和图22所示。

数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵的吸油流道设计在电机泵定子体内，流体在流动过程中同时带走电机泵定子、转子工作过程中由于耗损等原因所产生的热量，起到传热冷却作用。

本发明提出了一种数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵，如图1所示，它采用了与交流永磁伺服电动机紧密融合的结构。通过转子永磁体产生的磁场与定子上的交变磁场相互作用使转子旋转，同时带动泵套转动。泵套通过左、右轴键套将转动传递给缸体，缸体内的柱塞在斜盘和回程盘的作用下在缸体内做往复直线运动，完成吸、排油过程。

数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵的冷却不是采用传统电机上的风扇模式，而是利用电机泵所输送的流体进行冷却。在电机泵的定子中开有冷却流道，定、转子的两侧都与液压油接触，电机泵在吸、排油过程中，液压油通过吸油口从油箱吸油，经定子上的冷却流道、配流盘等进入柱塞腔，随着缸体的旋转完成排油。

Claims (3)

1.一种数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵，其吸油口端盖(26)和排油口端盖(10)分别安装固定在定子(24)的两端，吸油口端盖(26)上有四条径向流道F(28)和与其相通的四条轴向侧壁孔流道E(27)、与轴向侧壁孔流道E(27)相通的环形槽流道N(25)；吸油口端盖(26)上还有沿周向均布的八条泄油流道G(29、30)、一条沿着吸油口端盖(26)轴向的泄油流道K(31)以及吸油口(32)，它们分别与径向流道F(28)相连通；在排油口端盖(10)上有轴向侧壁孔流道R(47)、环形槽流道M(13)、两条轴向的泄油流道L(44、45)和径向流道Q(46)，在排油口端盖(10)上一端设有腰形吸油流道(48)，及设在排油口端盖(10)另一端的腰形排油流道(51)和排油口(50)，其中腰形吸油流道(48)、轴向侧壁孔流道R(47)、环形槽流道M(13)和两条轴向的泄油流道L(44、45)分别与径向流道Q(46)相通；定子(24)上设置定子槽，其内缠绕线圈，定子(24)周向上有四条冷却流道(49)，冷却流道(49)两端分别与吸油口端盖(26)环形槽流道N(25)和排油口端盖(10)环形槽流道M(13)相通；吸油口端盖(26)和排油口端盖(10)分别与定子(24)和转子形成一容腔，所述的容腔与吸油口端盖(26)和排油口端盖(10)上分别设置的泄油流道(29、30、31、44、45)相连通；

转子安装在定子(24)内，所述的转子由转子铁芯(22)、永磁体(19)、泵套(40)、缸体(18)、右轴键套(41)和左轴键套(42)组成，其中转子铁芯(22)上嵌有的四块永磁体(19)沿周向均匀分布，泵套(40)套装在转子铁芯(22)的内部，并由吸油口端盖(26)和排油口端盖(10)上的轴承支撑，右轴键套(41)安装在泵套(40)的内部，左轴键套(42)安装在缸体(18)的外部，左轴键套(42)上的矩形齿与右轴键套(41)上的矩形齿相啮合；缸体(18)与左轴键套(42)安装在一起；所述的缸体(18)沿周向均匀分布有七个柱塞(20)，每个柱塞(20)的球头与回程盘(38)上的滑靴(33)铰接，滑靴(33)放入回程盘(38)上沿周向分布的7个孔中，并通过内套(35)、钢球(34)、回程盘(38)和回程弹簧(36)将滑靴(33)紧紧压在斜盘(21)上，斜盘(21)安装固定在吸油口端盖(26)上；

转速输出轴(15)一端由排油口端盖(10)上的轴承支撑，另一端插入缸体(18)内部的花型槽中与缸体(18)中心相连接，转速输出轴(15)上设置有内孔，其内安装套杯(37)，套杯(37)内安装可移动的内套(35)，内套(35)通过钢球(34)和回程盘(38)接触，在套杯(37)和内套(35)之间安装回程弹簧(36)，钢球(34)顶住回程盘(38)将滑靴(33)压到斜盘(21)上；配流盘(17)安装固定在排油口端盖(10)上。

2.根据权利要求1所述的数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵，其特征在于：排油口端盖(10)上设置有测压接口流道(52)。

3.根据权利要求1或2所述的数控交流永磁伺服变速变量斜盘式轴向柱塞液压电机泵，其特征在于：转速输出轴(15)的端部装有编码器(3)。