CN103762780A

CN103762780A - 一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵

Info

Publication number: CN103762780A
Application number: CN201410021408.7A
Authority: CN
Inventors: 赵升吨; 赵永强; 李靖祥; 范淑琴; 徐凡; 韩晓兰
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2014-01-17
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2034-01-17
Also published as: CN103762780B

Abstract

一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵，包括一个三螺杆泵、一个交流伺服电机和一个电机驱动控制器；三螺杆泵采用一端吸入，另一端排出的结构形式；交流伺服电机的电机转子直接带动主动螺杆转动，主动螺杆与从动螺杆相啮合转动；泵的排出口通过主动螺杆的轴心孔连接导通至泵吸入端的轴承端盖；电机驱动控制器中的旋转变压器安装在交流伺服电机内部，本装置实现了驱动电动机和三螺杆泵的紧密结合，大幅减小了电动机和泵单元的整体体积，减少传动元件数量，具有转动惯量小，降低电动机、泵单元的噪音和功耗等优点，特别适合使用在体积受限和对噪音要求高的场合。

Description

一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵

技术领域

本发明属于液压传动技术领域，具体涉及一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵。

背景技术

目前，在现代工业技术领域特别在高压大功率和快速响应方面，液压系统依然具有绝对的优势、占据着重要地位。液压系统中普遍采用的“电动机-联轴器-泵”的三段式液压动力单元结构，存在较多的缺陷和不足。一方面，“电动机-联轴器-泵”的轴向排列和联结结构使得液压动力单元的体积和质量较大。电动机的冷却风扇在消耗能量的同时，成为电动机噪声的主要来源，独立电动机中的冷却风扇使整个液压单元的噪声增大，通常功率1kW以上的异步电机在空载时噪声可达70dB以上；而50kW的电动机功率在90dB以上。另外由于电动机轴和泵轴的同轴度误差，使联轴器产生的振动和噪声较大，可达到液压单元整体噪声15%。另外，多处连接及配合降低了能量转化效率和可靠性，增加了动力单元的复杂性，存在外部泄漏途径。

因此，为了顺应液压泵将向高压化、信息化、智能化控制、集成化及小型化的发展趋势，结合螺杆泵结构简单，压力稳定、脉动小的优点，发明一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵，以达到高效、节能、环保（减少噪声与环境污染）及高度信息化、智能化的目的。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵，实现驱动电动机和三螺杆泵的紧密结合，在大幅减小整体体积的前提下，减少传动元件数量，降低电动机和泵构成系统的噪音和功耗，利用交流伺服直驱技术，实时调节泵的流量和工作压力。

为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：

一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵，包括一个三螺杆泵、一个交流伺服电机和一个电机驱动控制器；电机驱动控制器用于控制交流伺服电机给三螺杆泵提供动力，三螺杆泵采用一端吸入，另一端排出的结构形式，交流伺服电机布置在三螺杆泵的外侧，沿三螺杆泵的轴线方向的一端；交流伺服电机的电机转子直接带动主动螺杆转动，主动螺杆通过与从动螺杆的啮合带动从动螺杆转动，三螺杆泵的排出口通过主动螺杆的轴心孔连接导通至三螺杆泵吸入端的轴承端盖，电机驱动控制器包括旋转变压器，旋转变压器安装在交流伺服电机内部。

所述的三螺杆泵包括泵壳3，泵左内盖2和泵右内盖12固定在泵壳3的左右端面，泵左轴端盖19固定在泵左内盖2的外侧，泵右轴端盖13固定在泵右内盖12的外侧；泵左轴端盖19将主动螺杆4和两个从动螺杆5的左端轴承定位，通过内置管道将主动螺杆4和两个从动螺杆5的左端轴端密封腔导通；两个从动螺杆5对称布置在主动螺杆4的两侧，主动螺杆4和两个从动螺杆5的两端通过轴承分别支承在泵左内盖2和泵右内盖12中；主动螺杆4的左端和两个从动螺杆5的左端与泵左轴端盖19形成三个轴端密封腔，泵左轴端盖19中的管路使三个轴端密封腔导通；主动螺杆4的中心有圆通孔，靠近排出口端有一径向孔，也将三螺杆泵的右腔液压导入至主动螺杆4和从动螺杆5的左端的轴端密封腔。

所述的交流伺服电机采用开关磁通电机结构形式，开关磁通电机包括电机外壳8、电机定子9、电机转子10；电机外壳8采用圆筒式结构，电机外壳8的左端与电机左盖7进行止口相配合连接，电机左盖7连接在泵壳3上；电机外壳8的右端与电机右盖11进行止口相配合并连接，电机右盖11通过轴承与右端盖15连接，电机右盖11与排出口14相固连；排出口14、泵右内盖12与右端盖15之间进行密封连接；电机定子9镶嵌在电机外壳8的圆筒内壁，并与电机外壳8固定连接；电机转子10固定在右支承座16和左支承座6上，右支承座16和左支承座6经过轴承安装在泵壳3外侧，右支承座16和左支承座6之间固连，右支承座16和右端盖15固定连接。

所述的旋转变压器由旋变转子17、旋变定子18和绕组组成；旋变定子18的内圆固定在电机左盖7上，旋变转子17固定在右支承座16上；旋变定子18和旋变转子17同轴安装，绕组布置在旋变定子18上，旋变转子17无绕组。

本发明采用交流伺服电机直驱技术，把三螺杆泵布置在电机内部，将电机定子、电机壳和泵壳固连成一体，将电机转子与三螺杆泵的主动螺杆直接相连，将交流伺服电机中的旋转变压器布置在电机壳体内部，大幅减少了零件数量和整体体积，降低了整体噪音，具有结构紧凑、运行效率高、泄露量少、噪声低等优点，特别适合在体积受限和对噪音要求高的场合使用。

附图说明

图1为本发明的左端面图。

图2为本发明的右端面图。

图3为本发明的A-A截面图。

图4为图3的B-B截面图。

图5为图3的C-C截面图。

图6为图3的D-D截面图。

图中，1-吸入口，2-泵左内盖，3-泵壳，4-主动螺杆，5-从动螺杆，6-左支承座，7-电机左盖，8-电机外壳，9-电机定子，10-电机转子，11-电机右盖，12-泵右内盖，13-泵右轴端盖，14-排出口，15-右端盖，16-右支承座，17-旋变转子，18-旋变定子，19-泵左轴端盖。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细描述。

一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵，包括一个三螺杆泵、一个交流伺服电机和一个电机驱动控制器；三螺杆泵采用一端吸入，另一端排出的结构形式；电机驱动控制器用于控制交流伺服电机给三螺杆泵提供动力，三螺杆泵由于螺杆的长度尺寸较长，为了降低整体尺寸和利于螺杆泵的立式安装，同时使三螺杆泵与电动机的轴线平行，使三螺杆泵与电动机的连接更容易。交流伺服电机布置在三螺杆泵的外侧，沿三螺杆泵的轴线方向的一端；交流伺服电机的电机转子直接带动主动螺杆转动，主动螺杆通过与从动螺杆的啮合带动从动螺杆转动；电机转子通过端盖法兰的连接方式不需要联轴器，使得电动机直接驱动三螺杆泵工作，这样减少了零件数量，同时主动螺杆带动从动螺杆的转动，使得整体转动惯量较小。三螺杆泵的排出口通过主动螺杆的轴心孔连接导通至三螺杆泵吸入端的轴承端盖，其作用是平衡电液泵工作时主动螺杆和从动螺杆的轴向力；电机驱动控制器包括旋转变压器，旋转变压器安装在交流伺服电机壳内，方便旋转变压器的布置。

参照图1、图2和图3，所述的三螺杆泵包括泵壳3，一个主动螺杆4和两个从动螺杆5，泵左内盖2，泵右内盖12，泵左轴端盖19和泵右轴端盖13；泵左内盖2和泵右内盖12通过螺栓固定在泵壳3的左右端面，泵左轴端盖19通过螺栓固定在泵左内盖2的外侧，泵右轴端盖13通过螺栓固定在泵右内盖12的外侧；泵左轴端盖19将一个主动螺杆4和两个从动螺杆5的左端轴承定位，通过内置管道将主动螺杆4和两个从动螺杆5的左端轴端密封腔导通；两个从动螺杆5对称布置在主动螺杆4的两侧，主动螺杆4和两个从动螺杆5的两端通过轴承分别支承在泵左内盖2和泵右内盖12中；主动螺杆4的左端和两个从动螺杆5的左端与泵左轴端盖19形成三个轴端密封腔，泵左轴端盖19中的管路使三个轴端密封腔导通；主动螺杆4的中心有圆通孔，靠近排出口端有一径向孔，将三螺杆泵的右腔和排出口导通，也将右腔液压导入至主动螺杆4和从动螺杆5的左端的轴端密封腔。

参照图4和图5，所述的交流伺服电机采用开关磁通电机结构形式，开关磁通电机包括电机外壳8、电机定子9、电机转子10；电机外壳8采用圆筒式结构，电机外壳8的左端与电机左盖7进行止口相配合通过螺栓连接，电机左盖7通过螺栓连接在泵壳3上；电机外壳8的右端与电机右盖11进行止口相配合通过螺栓连接，电机右盖11通过轴承与右端盖15连接，电机右盖11通过螺栓与排出口14相固连；排出口14、泵右内盖12与右端盖15之间进行密封连接；电机定子9镶嵌在电机外壳8的圆筒内壁，并通过平键与电机外壳8固定连接；电机转子10通过键固定在右支承座16和左支承座6上，右支承座16和左支承座6经过轴承安装在泵壳外侧，右支承座16和左支承座6之间通过螺栓固连，右支承座16和右端盖15通过螺栓固定连接。开关磁通电机的特点是电机转子上既没有绕组也没有永磁体，电机转子结构简单，电机的绕组布置在电机定子上，另外在电机定子上布置永磁体以增强磁场的磁密度，以提高电机的输出扭矩。

参照图6，旋转变压器由旋变转子17和旋变定子18组成，旋变定子18的内圆固定在电机左盖7上，旋变转子17通过键固定在右支承座16上；旋变定子18和旋变转子17同轴安装。旋转变压器用于检测交流伺服电动机转子的转动相位和转速信号，将检测到的信号反馈给交流伺服控制器。为了充分适应交流伺服电机和三螺杆泵的连接关系，将旋转变压器做成旋变转子外置的结构，旋变定子布置在旋变转子的内侧。

本发明的工作原理为：

一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵是将交流伺服电机和三螺杆泵相结合，用交流伺服电机作为原动力，交流伺服电机的电机转子转动通过法兰与三螺杆泵的主动螺杆相连，带动三螺杆泵的主动螺杆转动；三螺杆泵的主动螺杆螺旋面和从动螺杆的螺旋面相互接触并啮合；电液泵工作时，在主动螺杆螺旋槽、从动螺杆螺旋槽与泵壳中间孔三者之间形成多个密封腔，多个密封腔从泵的吸入端到泵的排出端轴向排列；工作介质逐步从泵的吸入端密封腔进入，经过中间的密封腔输送到泵的排出端，由于工作介质的输送使电液泵输出端的工作介质在有限的体积中逐步累积，使得输出端的压力升高。利用交流伺服直驱技术，实时调节泵的流量和工作压力，以简化后续液压工作回路的组成和控制。

Claims

1.一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵，其特征在于：包括一个三螺杆泵、一个交流伺服电机和一个电机驱动控制器；电机驱动控制器用于控制交流伺服电机给三螺杆泵提供动力，三螺杆泵采用一端吸入，另一端排出的结构形式，交流伺服电机布置在三螺杆泵的外侧，沿三螺杆泵的轴线方向的一端；交流伺服电机的电机转子直接带动主动螺杆转动，主动螺杆通过与从动螺杆的啮合带动从动螺杆转动，三螺杆的排出口通过主动螺杆的轴心孔连接导通至三螺杆泵吸入端的轴承端盖，电机驱动控制器包括旋转变压器，旋转变压器安装在交流伺服电机内部。

2.根据权利要求1所述的一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵，其特征在于：所述的三螺杆泵包括泵壳（3），泵左内盖（2）和泵右内盖（12）固定在泵壳（3）的左右端面，泵左轴端盖（19）固定在泵左内盖（2）的外侧，泵右轴端盖（13）固定在泵右内盖（12）的外侧；泵左轴端盖（19）将主动螺杆（4）和两个从动螺杆（5）的左端轴承定位，通过内置管道将主动螺杆（4）和两个从动螺杆（5）的左端轴端密封腔导通；两个从动螺杆（5）对称布置在主动螺杆（4）的两侧，主动螺杆（4）和两个从动螺杆（5）的两端通过轴承分别支承在泵左内盖（2）和泵右内盖（12）中；主动螺杆（4）的左端和两个从动螺杆（5）的左端与泵左轴端盖（19）形成三个轴端密封腔，泵左轴端盖（19）中的管路使三个轴端密封腔导通；主动螺杆（4）的中心有圆通孔，靠近排出口端有一径向孔，将三螺杆泵的右腔液压导入至主动螺杆（4）和从动螺杆（5）的左端的轴端密封腔。

3.根据权利要求1所述的一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵，其特征在于：所述的交流伺服电机采用开关磁通电机结构形式，开关磁通电机包括电机外壳（8）、电机定子（9）、电机转子（10）；电机外壳（8）采用圆筒式结构，电机外壳（8）的左端与电机左盖（7）进行止口相配合连接，电机左盖（7）连接在泵壳（3）上；电机外壳（8）的右端与电机右盖（11）进行止口相配合并连接，电机右盖（11）通过轴承与右端盖（15）连接，电机右盖（11）与排出口（14）相固连；排出口（14）、泵右内盖（12）与右端盖（15）之间进行密封连接；电机定子（9）镶嵌在电机外壳（8）的圆筒内壁，并与电机外壳（8）固定连接；电机转子（10）固定在右支承座（16）和左支承座（6）上，右支承座（16）和左支承座（6）经过轴承安装在泵壳（3）外侧，右支承座（16）和左支承座（6）之间固连，右支承座（16）和右端盖（15）固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种交流伺服直驱型三螺杆电液泵，其特征在于：所述的旋转变压器由旋变转子（17）、旋变定子（18）和绕组组成；旋变定子（18）的内圆固定在电机左盖（7）上，旋变转子（17）固定在右支承座（16）上；旋变定子（18）和旋变转子（17）同轴安装，绕组布置在旋变定子（18）上，旋变转子（17）无绕组。