CN103195480A

CN103195480A - 可变膨胀比的叶片式气动马达

Info

Publication number: CN103195480A
Application number: CN2013101399029A
Authority: CN
Inventors: 韩永强; 康见见; 柴嘉鸿; 许允; 田径
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-04-22
Also published as: CN103195480B

Abstract

本发明提供了一种可变膨胀比的叶片式气动马达，包括前机盖、后机盖、前端盖、主排气孔旋转后端盖、转子、定子、叶片、驱动机构密封壳等组成，所述主排气孔旋转后端盖上加工有主排气孔、内环槽、顶部凹槽、从动齿轮，所述转子与定子非内切式偏心布置，所述驱动机构密封壳对安装于后机盖上的驱动机构进行封装,根据实际需求，在驱动机构的驱动下，主排气孔位置的改变，使膨胀时刻容积发生改变，从而实现膨胀比的可变调节，同时通过泄漏工质回流通道减轻工质的外部泄漏，系统结构简单，加工方便。

Description

可变膨胀比的叶片式气动马达

技术领域

本发明属于机械技术领域中的气动机类，具体涉及一种可变膨胀比的叶片式气动马达。

背景技术

叶片式气动马达，是以压缩工质为动力源的原动机，它是利用压缩工质的膨胀作用，把压力能转化为机械能的装置，一般有外壳、机盖、定子、转子、叶片、前后端盖、轴承、衬套、止推环等零件组成，定子、转子间形成一个工作腔，压缩工质进入工作腔后，压力能在叶片上产生扭矩，使转子转动作功。

现有叶片式气动马达基本都是滑片偏心式结构，马达定子、转子最小距离处开设两个外伸的气孔，其中一个是进气孔，另一个为副排气孔。可根据需要选择进出气口的布置，实现马达正反转，另外在定子、转子最大偏心处设有主排气孔，使得马达拥有两次排气，转速得以提升。

但是现有叶片式气动马达由于主排气孔与进气孔的位置相对固定，使得马达膨胀比固定，在进气为温度、压力不同的理想空气时，无法实时保证工质充分膨胀及有效防止工质过膨胀；在进气为温度、压力不同的相变工质时，无法根据其工质特性，实时改变膨胀比，对工质的状态控制能力匮乏。固定膨胀比造成了单款气动马达只能适用于特定工况范围，通过外设方式进行转矩等相关方面的调节会增加机构的复杂性，引起了转换效率的降低。此外，目前多数的叶片式气动马达，内部转子与外部定子之间属于内切配合，以实现最大偏心距的目的，追求马达输出功率最大的效果，但叶片的突出面积加大后，就会产生叶片与定子间的密封问题，造成内部泄漏增加，降低压缩工质的能量转化效率。

发明内容

本发明目的是提供一种可变膨胀比的叶片式气动马达，通过电机执行机构调整主排气孔与进气孔的相对位置，实现膨胀比的可控调节，增加定子、转子间最小距离的设计减小了工质内漏程度，驱动机构密封壳的安装实现了工质外部紧密封。

为实现上述技术特征，本发明采用如下技术方案：

可变膨胀比的叶片式气动马达，由前机盖、后机盖、前端盖、主排气孔可旋转式后端盖、开有叶片槽的转子、定子、叶片、驱动机构密封壳等组成；所述定子8上开有两个导气孔，一个为进气孔32，一个为副排气孔33，两个导气孔对称布置，可通过外部连接的改变，交换两导气孔的功能，实现马达正反转功能；所述定子8与转子9 非内切式偏心布置，转子9均布若干叶片槽用于安装相应数目的叶片11，前端盖4通过转子轴的凸台固定于动力腔前端，与动力腔内转子9、叶片11之间设有一定间隙，固定于转子轴上的轴承Ⅰ2、衬套3内嵌在前端盖4前端，前机盖1通过若干螺栓Ⅰ5与定子8的内螺纹Ⅰ7连接后进行固定，并通过垫片Ⅰ6进行前端盖4处的工质密封，轴承Ⅰ2通过前机盖1进行轴向固定；所述主排气孔可旋转式后端盖28包括主排气孔29、内环槽34 、从动齿轮35、顶部凹槽36；主排气孔旋转式后端盖28通过定子8的止口固定于动力腔后端，开于主排气孔可旋转式后端盖28上部的顶部凹槽36与固连在定子8上的主排气道14相对，后机盖25通过若干螺栓Ⅲ26与定子8的内螺纹Ⅲ27连接后进行固定，并通过垫片Ⅱ13进行工质密封，利用后机盖25前端的环形凸台对主排气孔可旋转式后端盖28进行轴向限位；所述温压传感器Ⅰ10、温压传感器Ⅱ15、温压传感器Ⅲ30分别安放在进气口32、主排气道14、主排气孔29处，通过对不同理想气体和相变工质的温度及压力的实时测量，将信号传到控制器31 中，通过控制器输出驱动电机22旋转；驱动机构包括驱动齿轮12、齿轮箱18、驱动电机22，驱动齿轮12 内置于后机盖25 前端，与主排气孔可旋转式后端盖28右侧从动齿轮35进行配合，通过后机盖25上的通孔与固定于后机盖25上的齿轮箱18、驱动电机22进行连接，经由驱动机构密封壳19对齿轮箱18、驱动电机22进行封装，并将泄露的少量工质通过与驱动机构密封壳19固连的泄漏工质回流通道16引回主排气道14内。

本发明原理是：主排气孔开设在后端盖上，后端盖在驱动机构的驱动下沿转子轴线旋转，使得主排气孔的位置发生改变，引起主排气时刻容积发生改变，实现膨胀比可变调节。在进气为温度、压力不同的理想空气时，通过实时改变膨胀比，实现工质充分膨胀的同时，防止工质过膨胀导致的动力腔内压力低于外部大气压而形成倒吸气，减少副排气过程中的压缩负功；在进气为温度、压力不同的相变工质时，实时改变膨胀比，可实现相变工质气液相变过程的良好控制，使膨胀过后的相变工质能够在副排气的压缩过程中顺利液化，减小副排气过程的压缩负功；马达转子与定子非内切式偏心布置，增加定子、转子间最小距离，可以减轻叶片的突出面积加大后的工质内漏问题，一定程度增加压力能的转化效率；固定于外机盖上的齿轮箱、驱动电机通过驱动机构密封壳、垫片与外机盖良好密封，开设的泄漏工质回流通道可将从后机盖泄漏出来的小部分工质引回到主排气道中，实现外部工质紧密封。

本发明的有益效果在于：本发明在进气为温度、压力不同的理想空气时，通过实时改变膨胀比，实现工质充分膨胀的同时，防止工质过膨胀导致的动力腔内压力低于外部大气压而形成倒吸气，减少副排气过程中的压缩负功；在进气为温度、压力不同的相变工质时，实时改变膨胀比，可实现相变工质气液相变过程的良好控制，使膨胀过后的相变工质能够在副排气的压缩过程中顺利液化，减小副排气过程的压缩负功。通过驱动机构调整膨胀比，提高了气动马达工作时的针对性，实现马达输出机械能最大程度利用且系统结构简单，很好的解决了工质泄漏问题，加工方便，成本较低。

附图说明

图1为本发明的主视剖视图

图2为图1中的A-A剖视图

图3为本发明主排气孔可旋转式后端盖的主视图

图4为图2中的D-D剖视图

图5为图2的右视图

图中标记：1前机盖、2轴承Ⅰ、3衬套、4前端盖、5螺栓Ⅰ、6垫片Ⅰ、7内螺纹Ⅰ、8定子、9转子、10温压传感器Ⅰ、11叶片、12驱动齿轮、13垫片Ⅱ、14主排气道、15温压传感器Ⅱ、16泄漏工质回流通道、17垫片Ⅲ、18齿轮箱、19驱动机构密封壳、20轴承Ⅱ、21止推环、22驱动电机、23螺栓Ⅱ、24内螺纹Ⅱ、25后机盖、26螺栓Ⅲ、27内螺纹Ⅲ、28主排气孔可旋转式后端盖、29主排气孔、30温压传感器Ⅲ、31控制器、32进气口、33副排气口、34内环槽、35从动齿轮、36顶部凹槽。

具体实施方式

以下结合附图对本发明技术方案作进一步详细阐述：

如图1所示，本发明由前机盖1、轴承Ⅰ2、衬套3、前端盖4、螺栓Ⅰ5、垫片Ⅰ6、内螺纹Ⅰ7、定子8、转子9、温压传感器Ⅰ10、叶片11、驱动齿轮12、垫片Ⅱ13、主排气道14、温压传感器Ⅱ15、泄漏工质回流通道16、垫片Ⅲ17、齿轮箱18、驱动机构密封壳19、轴承Ⅱ20、止推环21、驱动电机22、螺栓Ⅱ23、内螺纹Ⅱ24、后机盖25、螺栓Ⅲ26、内螺纹Ⅲ27、主排气孔可旋转式后端盖28、主排气孔29、温压传感器Ⅲ30、控制器31组成。

其中，所述定子8与转子9 非内切式偏心布置，以减少叶片突出的面积，降低工质的内部泄漏；所述转子9均布若干叶片槽用于叶片11的安装，前端盖4通过转子轴的凸台固定于动力腔前端，与动力腔内转子9、叶片11相距一定间隙，固定于转子轴上的轴承Ⅰ2、衬套3内嵌在前端盖4前端，前机盖1通过若干螺栓Ⅰ5与定子8的内螺纹Ⅰ7连接后进行固定，并通过垫片Ⅰ6进行前端盖4处的工质密封，轴承Ⅰ2通过前机盖1进行轴向固定；所述主排气孔可旋转式后端盖28通过定子8的止口固定于动力腔后端，开于主排气孔可旋转式后端盖28上部的顶部凹槽36与固连在定子8上的主排气道14相对，以保证旋转后的工质能顺利进入主排气道14；所述后机盖25通过若干螺栓Ⅲ26与定子8的内螺纹Ⅲ27连接后进行固定，并通过垫片Ⅱ13进行工质密封，通过后机盖25前端的环形凸台对主排气孔旋转后端盖28进行轴向限位；所述温压传感器Ⅰ10、温压传感器Ⅱ15、温压传感器Ⅲ30分别安放在进气口32、主排气道14、主排气孔29，通过对不同理想气体和相变工质的温度及压力的实时测量，将信号传到控制器31 中，通过控制器控制驱动电机22旋转，实现膨胀比实时的可控调节；所述驱动机构包括驱动齿轮12、齿轮箱18、驱动电机22，驱动齿轮12 内置于后机盖25 前端，与主排气孔旋转后端盖28右侧从动齿轮35进行配合，通过后机盖25上的通孔与固定于后机盖25上的齿轮箱18、驱动电机22进行连接，经由驱动机构密封壳19对齿轮箱18、驱动电机22进行封装，并将泄露的少量工质通过与驱动机构密封壳19固连的泄漏工质回流通道16引回主排气道14内，最大程度地减少外部工质的泄露。

如图3所示，本发明的核心部件为主排气孔可旋转式后端盖28，在其上加工有轴孔和作为第一次排气用的主排气孔29；在轴孔内侧开设与主排气孔29贯通的内环槽34，与主排气通道14相接的主排气孔29末端开设特定角度范围顶部凹槽36，使工质在主排气孔29位置改变后还可顺利进入主排气道14；主排气孔可旋转式后端盖28后端铣有一定角度的从动齿轮35，通过传递驱动齿轮12的力及旋转角度，使主排气孔29旋转特定角度，满足不同的膨胀比要求。

本发明的工作流程描述如下：可变膨胀比的叶片式气动马达通过进气孔32向动力腔内输入压缩工质，并通过主排气孔29、副排气孔33对膨胀后的气体先后进行排气，温压传感器Ⅰ10、温压传感器Ⅱ15、温压传感器Ⅲ30分别在测得进气口32、主排气道14、主排气孔29的温度、压力后，将相关信号传入到控制器31 中，由控制器31控制驱动电机22的旋转，经由齿轮箱18将转矩传递到驱动齿轮12，并通过驱动齿轮12带动主排气孔可旋转式后端盖28后端从动齿轮35运转，从而使得主排气孔29相对于动力腔的位置得以改变，特定主排气孔角度的改变,使得主排气时刻的容积在一定程度内连续变化，进而使得膨胀比从设定的最小到最大范围内连续变动，针对不同温度、压力的不同工质实现膨胀后的不同预期目标。此外通过外加的驱动机构密封壳19对齿轮箱18、驱动电机22进行了有效密封，并通过泄漏工质回流通道16将泄露的少量工质引回到主排气道14内，最大限度降低工质外部泄漏。

本发明在进气为温度、压力不同的理想空气时，通过实时改变膨胀比，实现工质充分膨胀的同时，防止工质过膨胀导致的动力腔内压力低于外部大气压而形成倒吸气，减少副排气过程中的压缩负功；在进气为温度、压力不同的相变工质时，实时改变膨胀比，可实现相变工质气液相变过程的良好控制，使膨胀过后的相变工质能够在副排气的压缩过程中顺利液化，减小副排气过程的压缩负功，且结构简单，加工方便，降低工质外部泄漏。

本发明中仅就利用控制器、驱动电机、调节齿轮实现主排气孔位置的改变，按此原理，在实际应用中，任何可以改变主排气孔位置的控制及驱动机构均可实现此功能。

Claims

1.可变膨胀比的叶片式气动马达，包括前机盖（1）、后机盖（25）、前端盖（4）、主排气孔可旋转式后端盖（28）、开有叶片槽的转子（9）、定子（8）、叶片（11）、驱动机构密封壳（19）等组成，其特征在于，所述后端盖（28）上加工有主排气孔（29）、内环槽（34）、顶部凹槽（36）、从动齿轮（35），所述转子（9）通过前后轴承与定子（8）非内切式偏心布置，所述驱动机构密封壳（19）通过后机盖（25）上的内螺纹（27）对驱动机构进行封装。

2.根据权利要求1所述的可变膨胀比的叶片式气动马达，其特征在于所述的主排气孔可旋转式后端盖（28）与定子（8）间隙配合，可实现绕转子（9）轴线旋转，并通过定子止口对其进行轴向限位。

3.根据权利要求1所述的可变膨胀比的叶片式气动马达，其特征在于所述的主排气孔旋转后端盖（28）加工有特定角度范围的外部从动齿轮（35），该从动齿轮（35）与驱动齿轮（12）配合，在驱动齿轮（12）的驱动下带动主排气孔（29）旋转。

4.根据权利要求1所述的可变膨胀比的叶片式气动马达，其特征在于所述的主排气孔可旋转式后端盖（28）内铣内环槽（34），将主排气孔（29）与后端盖顶部环槽（36）贯通。

5.根据权利要求1所述的可变膨胀比的叶片式气动马达，其特征在于所述的主排气孔（29）旋转后使得主排气位置发生改变，从而使得主排气时刻膨胀容积发生改变，实现膨胀比可变调节。

6.根据权利要求1所述的可变膨胀比的叶片式气动马达，其特征在于所述的转子（9）与定子（8）非内切式偏心布置，保证主排气孔（29）排气顺利的同时，使得叶片（11）的突出面积减小，降低工质内漏问题。

7.根据权利要求1所述的可变膨胀比的叶片式气动马达，其特征在于所述的驱动机构密封壳（19）上固连泄漏工质回流通道（16），并与主排气道（14）相通。