CN104393705B - 采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，包括微间隙旋转动密封组件、电机本体、内充的绝缘压力油、脂类防尘旋转动密封组件、波纹管式内外腔压力平衡组件、耐压插座和后端盖。微间隙旋转动密封组件，装配于电机的输出轴上，采用绝缘压力油在径向微小间隙中产生的张力进行动密封；脂类防尘旋转动密封组件插入微间隙旋转动密封组件的电机输出轴中，螺固于电机前端的定位内圆止口中；波纹管式内外腔压力平衡组件与电机本体的后端连接，采用螺杆式内外腔微小压力差调节。本发明的优点是提高了电机在深海超高压力下运行的高效率；能抵抗在深海海底数千米下巨大的超高压力而能正常工作。

Description

采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机

技术领域

本发明涉及一种深海微电机，特别涉及一种工作于深海海底数千米的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机。

背景技术

目前市场上的深海微电机结构如图1所示，大多为工作于数百米深至数千米深的海底。市埸上如图1所示的深海微电机包括机械迷宫式防尘机构1、唇形橡胶旋转动密封机构2、O型橡胶圈3、电机本体4、绝缘压力油5、O型橡胶圈6、活塞支架7、移动防尘橡胶圈8、内外腔压差调节弹簧9和后端盖10。由于该深海微电机的工作压力随着潜海深度的加深而压力增加，导致了唇形橡胶旋转动密封2压在转轴上的压力大增。因而，损失较大的电机转矩动力，电机运行效率低下。唇形橡胶密封圈在深海压力的巨大压力下，磨损增大，运行寿命很短。所以，此类深海微电机只能工作于深海百米深以内。

而此类深海微电机中采用O型橡胶圈6的内外腔压力平衡机构，由于O型圈的摩擦力大而使得压力调节灵敏度低下，易使电机内外压力存在微小的不平衡而使得电机机壳产生微小变形，提高了电机运行时的阻力，使得电机运行效率进一步下降。同时，压力调节灵敏度的低下导致电机内外腔压差调节很不可靠，容易使得海水进入电机内部的几率增大。

此类深海微电机中的多圆柱弹簧式内外腔微小压差调节及保持机构，由于内外腔压差调节弹簧9过多，电机装配时对压力差值的调节很不方便，调节压差值离散性大。这是由于该压力差值取决于弹簧的本身的压力大小和装配时的压缩量，所以很难精确调节压力差值。

为了提高深海的工作深度及电机的压力调节灵敏度，市埸上还有另一种如图2所示的深海微电机。该深海微电机包括羊毛毡防尘机构、磁传动旋转动密封机构、电机本体、橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构和单个大圆柱弹簧式内外腔微小压力差调节及保持机构。此类深海微电机虽然采用了磁传动方式解决了电机输出转矩损耗大的问题，使得该电机在深海工作的深度处于无限深度范围。但此深海微电机当负载超载时易引起磁传动输出轴失步以及突然起动时输出轴的滞后效应。同时，此深海微电机无论是轴向尺寸还是径向尺寸均大大增加，其重量也相应快速增加。电机的结构趋于愈来愈复杂，电机的费用随着稀土磁钢的成倍增加而大大增加了该深海微电机的制造成本。

此深海微电机中采用羊毛毡11的防尘机构，海水直接浸入磁传动机壳内，海水中的泥沙将直接在电机运行时与滑动轴承15、磁传动外转子输出轴组件17和磁传动密封罩20接触。使得这些零部件的运行寿命降低。特别是海水中泥沙对磁传动外转子输出轴组件17上的稀土磁钢防护层的磨损，使得海水直接腐蚀磁钢，导致电机失效。

磁传动密封型深海微电机的橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构包括O型圈24、内外平衡机壳A 25、紧固螺钉28、橡胶皮囊压板29、橡胶皮囊30、橡胶皮囊支架31、内外平衡机壳B 33。

橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构较之于O型圈活塞式内外腔压力平衡机构的压力调节灵敏度大大增加，但橡胶皮囊制造较为复杂，需要开模进行压制。且橡胶皮囊使用时易折裂，使用寿命短，而且该机构的轴向长度增加不少。

磁传动密封型深海微电机的单个大圆柱弹簧式内外腔微小压力差调节及保持机构包括内外腔压差调节弹簧32、拉杆34和内外平衡机壳B 33。该压差调节机构可以精确地方便地进行压力差的调节，但拉杆露出机壳长长的部分对于电机的搬运、使用极为不便，常常因为与别的物体相碰而发生损坏，有时断裂的拉杆或受到撞击的拉杆直接刺破橡胶皮囊而导致电机失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种能够抵抗深海海底数千米巨大海水压力而能够正常工作的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机。

为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，该微电机包括微间隙旋转动密封组件、电机本体、内充的绝缘压力油、脂类防尘旋转动密封组件、波纹管式内外腔压力平衡组件、耐压插座和后端盖。

所述微间隙旋转动密封组件，装配于电机的输出轴上，采用绝缘压力油在径向微小间隙中产生的张力进行动密封。

所述微间隙旋转动密封组件包括微间隙旋转动密封动环、微间隙旋转动密封静环组件和电机输出轴，微间隙旋转动密封静环组件安装于深海微电机前端的内圆止口中，微间隙旋转动密封静环组件的中孔中插入带有微间隙旋转动密封动环的电机输出轴。

所述微间隙旋转动密封静环组件包括微间隙旋转动密封静环、静环支架、金属波纹管和波纹管支架，轴向布置的金属波纹管一端与静环支架焊接，另一端与波纹管支架焊接，实现微间隙旋转动密封动环与微间隙旋转动密封静环的自动对中；静环支架的内圆表面与微间隙旋转动密封静环过盈压配加粘胶安装。

深海微电机运行中电机的输出轴旋转时会产生微小的径向跳动，为了实时使得微间隙旋转动密封静环实时对中电机输出轴上的微间隙旋转动密封动环，本发明采用轴向布置的金属波纹管来实现这一目的。因为轴向布置的金属波纹管各向柔性好，能够很好地胜任。

所述两处的焊接部位喷涂有环氧树脂胶层。

所述静环支架内圆等间距设有多个储胶槽。所述储胶槽为三角形，或为上小下大的多边形。

所述微间隙旋转动密封静环的材料为硬性材料，微间隙旋转动密封动环为硬性材料，或为软性材料。

所述微间隙旋转动密封动环为软性材料，过盈装配于电机输出轴上并精密加工外圆；或所述微间隙旋转动密封动环为硬性材料，硬性材料喷涂在电机输出轴上并精密加工外圆。

所述微间隙旋转动密封静环内圆等间距设有梯形的储油槽，确保微间隙中留有充足的润滑密封用油。绝缘压力油充当润滑介质的微间隙动密封副运行时更加平稳、运行噪声更低。

微间隙旋转动密封组件的旋转动密封效果是采用绝缘压力油在微间隙旋转动密封动环与微间隙旋转动密封静环间径向微小间隙0.005mm～0.015mm中产生的张力进行动密封的。本发明深海微电机中的绝缘压力油在微间隙动密封组件间的微小间隙中产生的油液表面张力足以阻止电机外部的海水进入电机内部而起到动密封作用。同时，微间隙旋转动密封组件中油液表面张力对电机输出轴旋转时的阻力远小于唇形橡胶密封圈、O型橡胶密封圈对电机输出轴旋转时产生的阻力。由于绝缘压力油具有润滑和动密封两重功效，且深海微电机采用内外腔压力平衡机构抵御海底的巨大压力，该微间隙旋转动密封组件虽然要承受数十MPa的压力，但在它两端形成的压差非常之小，为0.01MPa～0.05MPa。

微间隙旋转动密封组件具有很好的密封性能，对电机输出轴的波动影响很小，可以忽略不计。对电机转矩输出的损耗很低，运行中产生的噪声非常低。由于磨损很小，其工作寿命长。所以，本发明的微间隙旋转动密封组件非常适用于深海微电机对动密封副的要求，密封、低耗、低噪、高效、长寿。

所述脂类防尘旋转动密封组件插入微间隙旋转动密封组件的电机输出轴中，螺固于电机前端的定位内圆止口中，脂类防尘旋转动密封组件中的脂类密封材料及其外层的聚酯薄膜将海水及海水中的泥沙阻断。

所述脂类防尘旋转动密封组件包括脂类密封材料、调节座、紧固螺钉、调节垫圈、聚酯薄膜、防尘薄壁机壳、O型圈和紧固螺钉；所述脂类密封材料与防尘薄壁机壳中部和电机输出轴形成旋转动密封副，O型圈与防尘薄壁机壳外部密封槽和电机前端机壳内圆止口形成静密封副，旋转动密封副和静密封副构成了防护海水的屏障。

所述脂类密封材料由硅酯和润滑脂按质量比1：1～1.5：1混合配制而成。

所述调节座支撑和阻挡聚酯薄膜的侧面宽度b为聚酯薄膜的宽度，所述调节座与电机输出轴的间隙a为聚酯薄膜宽度的1～5倍，调节座左端设置的α为5°～30°的斜角。

所述防尘薄壁机壳支撑和阻挡聚酯薄膜的侧面宽度b为聚酯薄膜的宽度，防尘薄壁机壳与电机输出轴的间隙a为聚酯薄膜宽度的1～5倍，防尘薄壁机壳左端设置的α为5°～30°的斜角。

所述聚酯薄膜的厚度为0.05mm～0.15mm。

脂类密封材料具有明显的阻水性和动力驱动下的流动性，该动密封副可以将海水及海水中的泥沙阻断，特别是脂类密封材料及其外层的聚酯薄膜将海水中细小的泥沙拒之门外，对电机输出轴旋转工作时的阻力很小。

在地面时位于微间隙旋转动密封组件的左端与防尘旋转动密封右端形成的油液封闭小区均充满绝缘压力油，随着深海微电机逐步下降至海底，则外部海水压力将迫使防尘薄壁机壳发生向内凹的形变。由于液体的不可压缩性，防尘薄壁机壳的内凹形变将海水的巨大压力传递给电机内部的微间隙旋转动密封组件的各个零部件表面并与电机的内外腔压力平衡组件产生的内压力相平衡，以保证电机的正常工作。调节座中和防尘薄壁机壳中左、右两个α为5°～15°倒角保证在海水压力下发生形变后不致于阻碍电机输出轴的运行。

因此，本发明中脂类防尘旋转动密封组件兼具防尘旋转动密封和压力传导双重功能。其中防尘动密封效果远优于通常的机械迷宫式防尘机构，其对电机输出轴的摩擦转矩略大于机械迷宫式防尘机构，但小于通常的橡胶防尘圈有摩擦转矩。而防尘薄壁机壳中的面积大而薄的机壳极易在海水压力下内凹变形，将海水的压力传导到微间隙旋转动密封机构上。由于其封闭的空间相对小于电机内腔空间，且该空间充满绝缘压力油，因此防尘薄壁机壳的薄壁机壳微小的变形就足以将海水压力传导至微间隙旋转动密封组件上与电机后方的内外腔压力平衡组件产生的压力相平衡，以保证电机的正常工作。所以，具有压力传导能力的脂类防尘旋转动密封组件也是一种压力平衡机构，比通常的O型圈活塞式内外腔压力平衡机构、橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构具有更加简单的结构、更小的体积及重量和更低的制造成本。虽然其调节的内容积小于前两者，但用于此处的小容积压力调节已绰绰有余。因此，本发明的具有压力传导能力的脂类防尘旋转动密封组件非常适用于深海微电机防尘密封。

所述波纹管式内外腔压力平衡组件与电机本体的后端连接，其内平衡机壳与电机本体内腔构成安放电机驱动电路的防护空间，所述波纹管式内外腔压力平衡组件采用螺杆式内外腔微小压力差调节。

所述波纹管式内外腔压力平衡组件包括内平衡机壳、O型圈、金属波纹管、压力调节板和压力差值调节螺钉，其中内平衡机壳、金属波纹管和压力调节板均为金属构件。

所述金属波纹管的左端焊于内平衡机壳的左端内止口上，金属波纹管的右端焊于压力调节板的外止口上，压力差值调节螺钉旋入压力调节板将金属波纹管前后推拉，调节深海微电机内外腔的压力差在0.01MPa～0.05MPa之间。

所述两处的焊接部位喷涂有环氧树脂胶层。

将金属波纹管向后拉伸进行深海微电机内腔充油后，在外部海水压力的作用下该波纹管式内外腔压力平衡组件即可起到电机内腔绝缘压力油产生向外的压力以抵御和平衡外部海水对电机机壳的压力，保证了电机在巨大压力下正常工作。同时，该波纹管式内外腔压力平衡组件均为金属构件组成，在深海微电机装配时它比橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构更不怕被尖锐的加工刀具和工件触碰和划伤。它比橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构具有结构更加简单，调压功效同样有效、快速、灵敏的特点。只是调压的容积略小，由于液体的不可压缩性，对于深海微电机约百分之十几的内腔容积比的调节范围已绰绰有余。因此，本发明中的波纹管式内外腔压力平衡组件特别适于深海微电机对内腔压力调节灵敏度和调节容积的要求。

本发明的优越功效在于：

1)本发明深海微电机采用微间隙旋转动密封组件充分利用电机内腔的绝缘压力油进行密封和润滑，使得微电机在深海海底超高压力下的转矩输出损耗很小，运行十分平稳，工作效率很高。较之于传统的唇形橡胶密封圈的旋转动密封具有更高的工作较率，对电机的输出转矩损耗更少。较之于传统的磁传动旋转动密封也具有更高的工作较率，对电机输出转矩的损耗也小，不像磁传动旋转动封输出转矩在负载超载时易发生失步和突然起动时的输出轴的起动滞后；

2)本发明深海微电机结构更加简单，体积和重量也远小于传统的磁传动旋转动密封，性价比更高；

3)本发明深海微电机的脂类防尘旋转动密封组件兼具防尘动密封和压力传导双重功能；采用脂类密封材料的防尘动密封机构能够有效地防止海底泥沙侵入电机微间隙旋转动密封前区，使得微间隙旋转动密封工作寿命更长，它比传统的机械迷宫式防尘机构、毛毡防尘圈或橡胶防尘圈防尘效果更好，同时，该脂类防尘动密封过期后更换新材料更加简单和方便；

4)本发明深海微电机的脂类防尘旋转动密封组件的防尘薄壁机壳的薄壁结构，在其弹性范围内足以将外部海水压力从电机外部前端传递进电机内部，创新性地将防尘与内外腔的压力平衡有机结合在一起，大大简化了传统防尘动密封所需的附加的调压结构；

5)本发明深海微电机采用波纹管式内外腔压力平衡组件，较之于传统的O型圈活塞式内外腔平衡机构压力调节更加灵敏，防尘效果更加优越且结构更加简单。较之于传统的橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构结构更加简单，应用寿命更长。同时，在深海微电机装配时它比橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构更不怕被尖锐的加工刀具和工件触碰和划伤；

6)本发明深海微电机中采用的螺杆式内外腔微小压力差调节及保持机构较之于传统的多圆柱弹簧式内外腔微小压力调节及保持机构，更易于进行精确地内外腔微小压力差值调节。调节后则可去掉调节螺钉，调节后的压力差值将继续保持。同时，它没有像多圆柱弹簧式机构内外腔微小压力差调节及保持机构和单个大圆柱弹簧式内外腔微小压力差调节及保持机构的内外腔压力差值调节后随压力弹簧的弹簧力变化而受到影响，调节后的内外腔压力差值保持稳定；

7)本发明深海微电机的内腔充满绝缘压力油，以平衡电机内腔油压与外部水压，使深海微电机抵抗在深海海底数千米下巨大的超高压力而能正常工作。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为目前市埸上橡胶密封型深海微电机结构示意图；

图2为目前市埸上磁传动密封型深海微电机结构示意图；

图3为本发明的深海微电机结构示意图；

图4为本发明微间隙旋转动密封组件的结构示意图；

图5为本发明脂类防尘旋转动密封组件的结构示意图；

图6为本发明波纹管式内外腔压力平衡组件的结构示意图；

图1中标号说明：

1—机械迷宫防尘结构； 2—唇形橡胶密封圈；

3—O型圈； 4—电机本体；

5—绝缘压力油； 6—O型圈；

7—活塞支架； 8—移动防尘橡胶圈；

9—内外腔压差调节弹簧； 10—后端盖；

图2中标号说明：

11-毛毡防尘圈； 12-防尘圈支架；

13-紧固螺钉； 14-轴向挡块；

15-滑动轴承； 16-磁传动机壳；

17-磁传动外转子输出轴组件； 18-海水浸入区；

19-磁传动内转子输入轴组件； 20-磁传动密封罩；

21-O型圈； 22-O型圈；

23-电机本体； 24-O型圈；

25-内平衡机壳A； 26-耐压插座；

27-绝缘压力油； 28-紧固螺钉；

29-橡胶皮囊压板； 30-橡胶皮囊；

31-橡胶皮囊支架； 32-内外腔压差调节弹簧；

33-内平衡机壳B； 34-拉杆。

图3、图4和图5中标号说明：

35-电机输出轴； 36-微间隙旋转动密封动环；

37-微间隙旋转动密封静环； 38-粘接密封胶体；

39-油液封闭外区； 40-静环支架；

41-金属波纹管； 42-紧固螺钉；

43-O型圈； 44-波纹管支架；

45-电机本体； 46-O型圈；

47-橡胶圈； 48-耐压插座；

49-内平衡机壳； 50-金属波纹管；

51-绝缘压力油； 52-压力调节板；

53-后端盖； 54-压力差值调节螺钉；

55-脂类密封材料； 56-调节座；

57-紧固螺钉； 58-调节垫圈；

59-聚酯薄膜； 60-防尘薄壁机壳；

61-O型圈； 62-紧固螺钉。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

下面结合附图详细说明本发明的实施例。

图3示出了本发明的深海微电机结构示意图。如图3所示，本发明提供了一种采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，该微电机包括微间隙旋转动密封组件、电机本体45、内充的绝缘压力油51、脂类防尘旋转动密封组件、波纹管式内外腔压力平衡组件、耐压插座48和后端盖53。

图4示出了本发明微间隙旋转动密封组件的结构示意图。如图4所示，所述微间隙旋转动密封组件，装配于电机的输出轴35上，采用绝缘压力油51在径向微小间隙中产生的张力进行动密封。

所述微间隙旋转动密封组件包括微间隙旋转动密封动环36、微间隙旋转动密封静环组件和电机输出轴35，微间隙旋转动密封静环组件安装于深海微电机前端的内圆止口中，微间隙旋转动密封静环组件的中孔中插入带有微间隙旋转动密封动环36的电机输出轴。

所述微间隙旋转动密封静环组件包括微间隙旋转动密封静环37、静环支架40、金属波纹管41和波纹管支架44，轴向布置的金属波纹管41一端与静环支架40焊接，另一端与波纹管支架44焊接，实现微间隙旋转动密封动环36与微间隙旋转动密封静环37的自动对中；静环支架40的内圆表面与微间隙旋转动密封静环37过盈压配加粘胶安装。其中，静环支架40和波纹管支架44的外端面做挤圆处理，如图4中B部和A部的放大图所示。

深海微电机运行中电机的输出轴35旋转时会产生微小的径向跳动，为了实时使得微间隙旋转动密封静环37对中电机输出轴35上的微间隙旋转动密封动环36，本发明采用轴向布置的金属波纹管41来实现这一目的。因为轴向布置的金属波纹管41各向柔性好，能够很好地胜任。

上述组装、焊接及挤圆完成后，在金属波纹管41外表面及与波纹管支架44焊接处和静环支架焊接处喷涂一层环氧树脂胶层，防海水腐蚀。

所述静环支架40内圆等间距设有多个储胶槽。所述储胶槽为三角形，或为上小下大的多边形。

所述微间隙旋转动密封静环37的材料为硬性材料，如陶瓷材料，如B₄C(碳化四硼)、AI₂O₃(三氧化二铝)、Cr₂O₃(三氧化二铬)、烧结WC(碳化钨)。微间隙旋转动密封动环36为硬性材料，如陶瓷材料，如B₄C(碳化四硼)、AI₂O₃(三氧化二铝)、Cr₂O₃(三氧化二铬)、烧结WC(碳化钨)；或为软性材料，如Cr12(铬12钢)、CrWMn(铬钨锰钢)钢材和锡青铜。

所述微间隙旋转动密封动环36为软性材料，过盈装配于电机输出轴35上并精密加工外圆。保证金属材料的静环支架40与陶瓷材料的微间隙旋转动密封静环37内、外圆配合后不致因两者的膨胀系数相差较大在高温时松动。

所述微间隙旋转动密封动环36为硬性材料，硬性材料喷涂在电机输出轴35上并精密加工外圆。

所述微间隙旋转动密封静环37内圆等间距设有梯形的储油槽，确保微间隙中留有充足的润滑密封用油。绝缘压力油51充当润滑介质的微间隙动密封副运行时更加平稳、运行噪声更低。

经过上述焊接、压装、粘接后的微间隙旋转动密封静环组件在波纹管支架44槽中放入O型圈43即可装配到深海微电机前端的内圆止口中，并在微间隙旋转动密封静环37中孔中插入带有微间隙旋转动密封动环36的电机输出轴就形成了完整的微间隙旋转动密封组件。

微间隙旋转动密封组件的旋转动密封效果是采用绝缘压力油51在微间隙旋转动密封动环36与微间隙旋转动密封静环37间径向微小间隙0.005mm～0.015mm中产生的张力进行动密封的。绝缘压力油51在微间隙动密封组件间的微小间隙中产生的油液表面张力足以阻止电机外部的海水进入电机内部而起到动密封作用。同时，微间隙旋转动密封组件中油液表面张力对电机输出轴旋转时的阻力远小于唇形橡胶密封圈、O型橡胶密封圈对电机输出轴旋转时产生的阻力。由于绝缘压力油51具有润滑和动密封两重功效，且深海微电机采用内外腔压力平衡机构抵御海底的巨大压力，该微间隙旋转动密封组件虽然要承受数十MPa的压力，但在它两端形成的压差非常之小，为0.01MPa～0.05MPa。

微间隙旋转动密封组件具有很好的密封性能，对电机输出轴的波动影响很小，可以忽略不计。对电机转矩输出的损耗很低，运行中产生的噪声非常低。由于磨损很小，其工作寿命长。所以，本发明的微间隙旋转动密封组件非常适用于深海微电机对动密封副的要求，密封、低耗、低噪、高效、长寿。

图5示出了本发明脂类防尘旋转动密封组件的结构示意图。如图5所示，所述脂类防尘旋转动密封组件插入微间隙旋转动密封组件的电机输出轴35中，螺固于电机前端的定位内圆止口中，脂类防尘旋转动密封组件中的脂类密封材料55及其外层的聚酯薄膜59将海水及海水中的泥沙阻断。

所述脂类防尘旋转动密封组件包括脂类密封材料55、调节座56、紧固螺钉57、调节垫圈58、聚酯薄膜59、防尘薄壁机壳60、O型圈61和紧固螺钉62；所述脂类密封材料55与防尘薄壁机壳60中部和电机输出轴35形成旋转动密封副，O型圈61与防尘薄壁机壳60外部密封槽和电机前端机壳内圆止口形成静密封副，旋转动密封副和静密封副构成了防护海水的屏障。

所述脂类密封材料55由硅酯和润滑脂按质量比1：1～1.5：1混合配制而成。其中润滑脂选用高粘度的润滑脂，与硅酯混合后充分搅拌而成。

所述调节座56支撑和阻挡聚酯薄膜59的侧面宽度b为聚酯薄膜的宽度，所述调节座56与电机输出轴35的间隙a为聚酯薄膜59宽度的1～5倍，调节座56左端设置的α为5°～30°的斜角。防尘薄壁机壳60变形时引起调节座56空间位置发生变化而阻碍电机输出轴35旋转。

所述防尘薄壁机壳60支撑和阻挡聚酯薄膜59的侧面宽度b为聚酯薄膜59的宽度，防尘薄壁机壳60与电机输出轴35的间隙a为聚酯薄膜59宽度的1～5倍，防尘薄壁机壳60左端设置的α为5°～30°的斜角。防尘薄壁机壳60变形时引起自身空间位置发生变化而阻碍电机输出轴35旋转。

所述聚酯薄膜59的厚度为0.05mm～0.15mm。两片聚酯薄膜59将脂类密封材料55阻挡在调节座56与防尘薄壁机壳60之间，以利于装配时调节座56对脂类密封材料55施加压力，挤出空气。聚酯薄膜59内圆与电机输出轴35形成的单边间隙确定在0.025～0.10mm。聚酯薄膜59外圆小于或等于其在防尘薄壁机壳60中装配内圆的尺寸。

脂类密封材料55具有明显的阻水性和动力驱动下的流动性，该动密封副可以将海水及海水中的泥沙阻断，特别是脂类密封材料55及其外层的聚酯薄膜59将海水中细小的泥沙拒之门外，对电机输出轴35旋转工作时的阻力很小。

在地面时位于微间隙旋转动密封组件的左端与防尘旋转动密封右端形成的油液封闭小区39均充满绝缘压力油51，随着深海微电机逐步下降至海底，则外部海水压力将迫使防尘薄壁机壳60发生向内凹的形变。由于液体的不可压缩性，防尘薄壁机壳60的内凹形变将海水的巨大压力传递给电机内部的微间隙旋转动密封组件的各个零部件表面并与电机的内外腔压力平衡组件产生的内压力相平衡，以保证电机的正常工作。调节座56中和防尘薄壁机壳60中左、右两个α为5°～15°倒角保证在海水压力下发生形变后不致于阻碍电机输出轴的运行。

因此，本发明中脂类防尘旋转动密封组件兼具防尘旋转动密封和压力传导双重功能。其中防尘动密封效果远优于通常的机械迷宫式防尘机构，其对电机输出轴35的摩擦转矩略大于机械迷宫式防尘机构，但小于通常的橡胶防尘圈有摩擦转矩。而防尘薄壁机壳60中的面积大而薄的机壳极易在海水压力下内凹变形，将海水的压力传导到微间隙旋转动密封组件上。由于其封闭的空间相对小于电机内腔空间，且该空间充满绝缘压力油51，因此防尘薄壁机壳60的薄壁机壳微小的变形就足以将海水压力传导至微间隙旋转动密封组件上与电机后方的内外腔压力平衡组件产生的压力相平衡，以保证电机的正常工作。所以，具有压力传导能力的脂类防尘旋转动密封组件也是一种压力平衡机构，比通常的O型圈活塞式内外腔压力平衡机构、橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构具有更加简单的结构、更小的体积及重量和更低的制造成本。虽然其调节的内容积小于前两者，但用于此处的小容积压力调节已绰绰有余。因此，本发明的具有压力传导能力的脂类防尘旋转动密封组件非常适用于深海微电机防尘密封。

所述脂类防尘旋转动密封组件装配过程：在地面组件装配时采用预装电机输出轴的装配假轴于该脂类防尘旋转动密封组件中，顺序放入防尘薄壁机壳60、聚酯薄膜59和定量放入脂类密封材料55。此时将预装好的该分装组件放入真空机中进行真空，排出在脂类密封材料55在装配时混入的空气，以减小其在深海压力下的体积变化。随后在该分装组件上继续装入左端的聚酯薄膜59、调节垫圈58，此时的调节垫圈58选用厚12mm，调节座56、紧固螺钉57和O型圈61，拨出电机输出轴的装配假轴，在油液中将该脂类防尘旋转动密封组件插入深海微电机的输出轴中，拧入并拧紧紧固螺钉62，将该脂类防尘旋转动密封组件紧固于电机前端的定位内圆止口中。此时再拧下前端的紧固螺钉57，拨出调节座56和调节垫圈58，更换相对较薄的调节垫圈58于该脂类防尘旋转动密封组件上，并再次装入调节压板56和紧固螺钉57。拧紧紧固螺钉57，此时多余的脂类密封材料55将从聚酯薄膜59与电机输出轴的间隙中挤出，无论是进入右端腔体内还是挤出左端的外腔均无关紧要，对电机运行没有影响。这样装配的脂类防尘旋转动密封组件的脂类密封材料55密实，密封性能更好。

图6示出了本发明波纹管式内外腔压力平衡组件的结构示意图。如图6所示，所述波纹管式内外腔压力平衡组件与电机本体45的后端连接，其内平衡机壳49与电机本体45内腔构成安放电机驱动电路的防护空间，所述波纹管式内外腔压力平衡组件采用螺杆式内外腔微小压力差调节。

所述波纹管式内外腔压力平衡组件包括内平衡机壳49、O型圈46、金属波纹管50、压力调节板52和压力差值调节螺钉54，其中内平衡机壳49、金属波纹管50和压力调节板52均为金属构件。

所述金属波纹管50的左端焊于内平衡机壳49的左端内止口上，金属波纹管50的右端焊于压力调节板52的外止口上。焊好后按图6中的D、E局部放大视图进行挤圆处理，以增强抵御压力的能力。上述组装、焊接及挤圆完成后在金属波纹管50外表面及与内平衡机壳49焊接处和压力调节板52焊接处喷涂一层环氧树脂胶层，以防海水腐蚀。压力差值调节螺钉54旋入压力调节板52将金属波纹管50前后推拉，调节深海微电机内外腔的压力差在0.01MPa～0.05MPa之间。

将金属波纹管50向后拉伸进行深海微电机内腔充油后，在外部海水压力的作用下该波纹管式内外腔压力平衡组件即可起到电机内腔绝缘压力油产生向外的压力以抵御和平衡外部海水对电机机壳的压力，保证了电机在巨大压力下正常工作。同时，该压力平衡机构均为金属构件组成，在深海微电机装配时它比橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构更不怕被尖锐的加工刀具和工件触碰和划伤。它比橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构具有结构更加简单，调压功效同样有效、快速、灵敏的特点。只是调压的容积略小，由于液体的不可压缩性，对于深海微电机约百分之十几的内腔容积比的调节范围已绰绰有余。因此，本发明中的波纹管式内外腔压力平衡组件特别适于深海微电机对内腔压力调节灵敏度和调节容积的要求。

在深海微电机中的微间隙旋转动密封组件、具有传导压力的脂类防尘旋转动密封组件和波纹管式内外腔压力平衡组件装配完成后，整机仍沉浸在装满绝缘压力油51的容器中，此时，先取下耐压插座48，在插座孔上装配上压力计接头用表头并拧松接头处。此时，将压力差值调节螺钉54向后拉长金属波纹管50，随后拧紧压力计接头，旋出所有的压力差值调节螺钉54。抬高该电机露出油液表面，此时压力计的读数即为深海微电机内、外腔的压力差值。多次重复上述的操作调节步骤拉紧或放松金属波纹管50的长度，即可简便地和精确地将电机内、外腔的压力差调节在0.01MPa～0.05MPa范围内。当达到需要值时，在油液中先将压力差值调节螺钉54旋入现在的位置，控制当下金属波纹管50的拉长长度并旋下压力计接头，换上耐压插座48并拧紧之，此时内外腔的压差值即调定。在批量生产时的压差值调节则可根据第一台调定的金属波纹管50长度，快速调节深海微电机的压差值。

以上所述仅为本发明的优先实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围内之内。

Claims (16)

1.一种采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：该微电机包括微间隙旋转动密封组件、电机本体、内充的绝缘压力油、脂类防尘旋转动密封组件、波纹管式内外腔压力平衡组件、耐压插座和后端盖；

所述微间隙旋转动密封组件，装配于电机的输出轴上，采用绝缘压力油在径向微小间隙中产生的张力进行动密封；

所述脂类防尘旋转动密封组件插入微间隙旋转动密封组件的电机输出轴中，螺固于电机前端的定位内圆止口中，脂类防尘旋转动密封组件中的脂类密封材料及其外层的聚酯薄膜将海水及海水中的泥沙阻断；所述脂类防尘旋转动密封组件包括脂类密封材料、调节座、紧固螺钉、调节垫圈、聚酯薄膜、防尘薄壁机壳、O型圈和紧固螺钉；所述脂类密封材料与防尘薄壁机壳中部和电机输出轴形成旋转动密封副，O型圈与防尘薄壁机壳外部密封槽和电机前端机壳内圆止口形成静密封副，旋转动密封副和静密封副构成了防护海水的屏障；

所述波纹管式内外腔压力平衡组件与电机本体的后端连接，其内平衡机壳与电机本体内腔构成安放电机驱动电路的防护空间，所述波纹管式内外腔压力平衡组件采用螺杆式内外腔微小压力差调节。

2.根据权利要求1所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述脂类密封材料由硅酯和润滑脂按质量比例1：1～1.5：1混合配制而成。

3.根据权利要求1所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述调节座支撑和阻挡聚酯薄膜的侧面宽度b为聚酯薄膜的宽度，所述调节座与电机输出轴的间隙a为聚酯薄膜宽度的1～5倍，防尘薄壁机壳左端设置的斜角α为5°～30°。

4.根据权利要求2或3所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述聚酯薄膜的厚度为0.05mm～0.15mm。

5.根据权利要求1所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述微间隙旋转动密封组件包括微间隙旋转动密封动环、微间隙旋转动密封静环组件和电机输出轴，微间隙旋转动密封静环组件安装于深海微电机前端的内圆止口中，微间隙旋转动密封静环组件的中孔中插入带有微间隙旋转动密封动环的电机输出轴。

6.根据权利要求5所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述微间隙旋转动密封静环组件包括微间隙旋转动密封静环、静环支架、金属波纹管和波纹管支架，轴向布置的金属波纹管一端与静环支架焊接，另一端与波纹管支架焊接，实现微间隙旋转动密封动环与微间隙旋转动密封静环的自动对中；静环支架的内圆表面与微间隙旋转动密封静环过盈压配加粘胶安装。

7.根据权利要求6所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述两处焊接的部位喷涂有环氧树脂胶层。

8.根据权利要求6所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述静环支架内圆等间距设有多个储胶槽。

9.根据权利要求8所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述储胶槽为三角形，或为上小下大的多边形。

10.根据权利要求5或6所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述微间隙旋转动密封静环的材料为硬性材料，微间隙旋转动密封动环为硬性材料，或为软性材料。

11.根据权利要求10所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述微间隙旋转动密封动环为软性材料，过盈装配于电机输出轴上并精密加工外圆；或所述微间隙旋转动密封动环为硬性材料，硬性材料喷涂在电机输出轴上并精密加工外圆。

12.根据权利要求6所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述微间隙旋转动密封静环内圆等间距设有储油槽。

13.根据权利要求12所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述储油槽的形状为梯形。

14.根据权利要求1所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述波纹管式内外腔压力平衡组件包括内平衡机壳、O型圈、耐压插座、金属波纹管、压力调节板、压力差值调节螺钉和后端盖，其中内平衡机壳、金属波纹管和压力调节板均为金属构件。

15.根据权利要求14所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述金属波纹管的左端焊于内平衡机壳的左端内止口上，金属波纹管的右端焊于压力调节板的外止口上，压力差值调节螺钉旋入压力调节板将金属波纹管前后推拉，调节深海微电机内外腔的压力差在0.01MPa～0.05MPa之间。

16.根据权利要求15所述的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，其特征在于：所述两处焊接的部位喷涂有环氧树脂胶层。