CN104682625B - 一种集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵 - Google Patents

Abstract

本发明属于内燃机输送泵设备的技术领域，为了实现油液预热、冷却控制电路并延长泵使用寿命的目的，本发明提供了一种集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵，包括集成为一体的无刷无槽无传感器直流电机、电机的控制电路箱和齿轮箱，所述无刷无槽无传感器直流电机内设有与齿轮箱、电路箱贯通的导流机构，包括电动转子与线圈内壁空间形成的电动机导油通路，电动机导油通路顶部通过电动机轴与齿轮箱箱体的装配间隙连通齿轮腔，电动机导油通路底部通过线圈外壁与电动机箱体间的质检区域、硬质尼龙线圈支撑的内部方孔连通到齿轮腔的进油口。本发明利用导油机构降低了电机的温度，延长了输送泵的寿命，提高了系统工作的可靠性。

Description

一种集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵

技术领域

本发明属于内燃机输送泵设备的技术领域，具体为一种集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵。

背景技术

大型舰船、航空设备和轨道交通等行业的迅猛发展，促使了国家对大功率内燃机的旺盛需求，作为内燃机心脏的输送泵，因其外伸泵轴动密封处易发生漏油，而出现发动机供油不足或者供油迟滞的现象，严重限制了内燃机性能的发挥。

输送泵的功能是保证有足够数量的油液自油箱输送到喷油泵，并维持一定的供油压力以克服管路阻力，使油液在低压管路中循环，输送泵的输油量一般为内燃机全负荷需要量的3-4倍。从实际使用和维修情况看，输送泵系统发生故障的概率高于其它零部件，且发动机功率越大，发生故障的概率越高。

内燃机工作时释放大量的热能，使输送泵的工作温度变高，同时输送泵电机与电控元器件本身工作会产生大量热源，造成输送泵寿命缩短，在全寿命周期内出现故障；随着内燃机向大功率、小体积方向的发展，需要输送泵，在低转速高扭矩的情况下补充油量，由此要求油液输送泵有较小的体积，较大的供油量、良好的自冷却性能及较高的可靠性。

一般输送泵使用的渐开线齿轮有困油现象，其带来的振动大、噪声大、易磨损、使用寿命短等缺陷在大功率输送泵中比较突出，随着内燃机功率的增大，这些缺陷显得更加明显；同时传统输送泵使用的电机，其碳刷易于磨损，且因磨损引发污染和故障，这与大型设备希望长时间运行而避免维修的使用要求不相符。

因此，迫切需要一种带自冷却功能的小体积泵，从而实现避免漏油、自冷却，减小输送泵体积，解决渐开线齿轮承载低和电机电刷磨损等系统问题。而目前的无刷无槽无传感器直流电机集成时存在以下的问题，如集成输油泵的体积过大，当电机功率较大电压较低时，会产生较多的热量，造成发动机过热，影响泵的使用。

发明内容

本发明为了实现油液预热、冷却控制电路及电机、缩小安装体积、减少泄漏、延长泵使用寿命的目的，提供了一种集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵。

本发明采用如下技术方案：

一种集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵，包括集成为一体的无刷无槽无传感器直流电机、电机的控制电路箱和齿轮箱，所述无刷无槽无传感器直流电机内设有与齿轮箱、电路箱贯通的导流机构，无刷无槽无传感器直流电机的导流机构包括电动转子与线圈内壁空间形成的电动机导油通路，电动机导油通路顶部通过电动机轴与齿轮箱箱体的装配间隙连通齿轮腔，电动机导油通路底部通过线圈外壁与电动机箱体间的质检区域、硬质尼龙线圈支撑的内部方孔连通到齿轮腔的进油口。

所述电路箱包括分别设于电路箱箱体内、外侧的内电路板和外电路板，电路箱中的电路分为两路，一路引入外电路板，一路经过电路箱箱体上的电路箱导线通口、齿轮箱箱体上的齿轮箱导线通路引入电机内的线圈，内电路板为电机的电流换向驱动电路。

所述电路箱的箱体内设有电路箱导油通路，是设置于电路箱控制电路背部的壁内的输油孔；齿轮箱中也设有导油通路，包括设于齿轮箱内齿轮腔两侧且都与齿轮腔贯通的齿轮箱左侧导油通路和齿轮箱右侧导油通路，电路箱导油通路的一端与齿轮箱的进油口连通，电路箱导油通路的另一端与齿轮箱左侧导油通路连通。

所述齿轮箱的箱体上还设有出油口、泄油口和安全阀口，安全阀口处的油液通道内安装有安全阀，出油口与齿轮箱的进油口位于齿轮箱体的同一侧但不直接贯通在一起，出油口与安全阀口经齿轮箱右侧导油通路直接贯通在一起。

所述齿轮箱的箱体与无刷无槽无传感器直流电机的电机箱体之间的回油通道上还安装有止回阀。

所述止回阀的头部呈鸭嘴状。

所述齿轮箱内部相互啮合的主动齿轮和从动齿轮均为圆弧齿轮。

所述主动齿轮的安装轴为电动机轴。

所述电路箱的箱体为铝合金材料。

本发明具有如下有益效果：

（1）本发明采用无刷无槽无传感器直流电机取代传统的交流电机，通过在无刷无槽无传感器直流电机内部开设冷却通路，利用油液的流动带走电机产生热量的同时也实现了油液的预热，可有效消除齿轮槽损耗，减少涡流损耗，提高了效率，克服了原电机无法与控制电路箱、齿轮箱集成的问题；

（2）本发明将控制电路部分设计冷却通道，也可带走因电路电流过大而产生的热量，进而可以缩小控制部分，乃至整个电机的体积；将齿轮泵、电机、控制系统进行有机集成，使油液输送泵体积较传统“三段式”输送泵少1/2以上，利于安装，节省空间，同时系统集成后电机轴即为齿轮主动轴，没有外部伸出轴，避免了油液的泄漏；

（3）本发明通过设计导流机构（齿轮箱导油通路、电路箱导油通路和电动机导油通路），使油液回路通过电机内部和控制系统背部，利用油液对电器元件和电机进行冷却，降低了电机的温度，延长了输送泵的寿命，提高了系统工作的可靠性；

（4）本发明以圆弧齿轮泵代替渐开线齿轮泵，噪声小，接触强度大，寿命长。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为图2的B-B剖视图；

图中：1-进油口、2-止回阀、3-主动齿轮、4-电动机轴、5-从动齿轮、6-从动轴、7-工艺口、8-安全阀口、9-泄油口、10a-齿轮箱左侧导油通路、10b-齿轮箱右侧导油通路、11-齿轮箱导线通路、12-出油口、13-电路箱导油通路、14-内电路板、15-电路箱导线通口、16-外电路板、17-线圈、18-磁铁、19-电动机导油通路、20-齿轮盖、21-密封盖、22-电路箱、23-齿轮箱、24-线圈支架、25-电机箱体、26-堵头、27-机座。

具体实施方式

结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所述的种集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵，包括集成为一体的无刷无槽无传感器直流电机、电机的控制电路箱22和齿轮箱23，三部分通过螺栓和密封件连接为一体。所述无刷无槽无传感器直流电机内设有与齿轮箱23、电路箱22贯通的导流机构，无刷无槽无传感器直流电机的导流机构包括电动转子（即图1中的电动机轴和磁铁部分）与线圈17内壁空间形成的电动机导油通路19，电动机导油通路19顶部通过电动机轴4与齿轮箱箱体23的装配间隙连通齿轮腔，电动机导油通路19底部通过线圈外壁与电动机箱体25间的质检区域、硬质尼龙线圈支撑24的内部方孔连通到齿轮腔的进油口1。

如图3所示，电路箱22包括分别设于电路箱箱体内、外侧的内电路板14和外电路板16，电路箱中的电路分为两路，一路引入外电路板16，一路经过电路箱箱体上的电路箱导线通口15、齿轮箱箱体上的齿轮箱导线通路11引入电机内的线圈17，电路箱箱体壁内通孔（即导线通路）利用线股密封，腔体内所有的导线接头均使用绝缘材料覆盖包裹，并固定于孔壁上。因铝合金材料的导热性较好，电路箱22箱体采用铝合金材料，冷却效果更明显。内电路板14为电机的电流换向驱动电路，其通过电子换向器来完成直流无刷电机的相线电流换向，而有刷电机是靠转子运动过程中通过换向环来达到相线电流换向目的，而传统的方案采用交流电机，此改进减小了电能损耗，提高效率，消除电刷磨损带来的故障。

如图2，所述电路箱22的箱体内设有电路箱导油通路13，是设置于电路箱控制电路背部的壁内的输油孔；齿轮箱23中也设有导油通路，包括设于齿轮箱内齿轮腔两侧且都与齿轮腔贯通的齿轮箱左侧导油通路10a和齿轮箱右侧导油通路10b，电路箱导油通路13的一端与齿轮箱的进油口1连通，电路箱导油通路13的另一端与齿轮箱左侧导油通路10a连通。

所述齿轮箱23的箱体上还设有出油口12、泄油口9和安全阀口8，安全阀口8处的油液通道内利用弹簧装置压装有安全阀，在一定压力范围下，保持密封，当压力增大到极限值时，安全阀口8打开，油液会沿着安全阀口8进入泄油口9，最终流入油箱；出油口12与齿轮箱的进油口1位于齿轮箱体的同一侧但不直接贯通在一起，出油口12与安全阀口8经齿轮箱右侧导油通路10b直接贯通在一起，与安全阀口8在同一油路管道上的出油口12，通过装在阀口上的安全阀输出定量压力。为了便于加工，齿轮箱左侧导油通路10a的一端设有工艺口7，泵工作时，工艺口7处用堵头26密封，齿轮箱23箱体顶部还设有密封用的齿轮盖20。

齿轮箱23的箱体与无刷无槽无传感器直流电机的电机箱体25之间的回油通道上还安装有止回阀2，止回阀2头部成鸭嘴状紧闭在一起，油液从阀腔内进入时，会将鸭嘴型止回阀撑开，流出油液，但当油液从嘴部反向流动时，鸭嘴型止回阀封闭，阻止油液进入，起到单向阀的作用。

其中，齿轮箱23内部相互啮合的主动齿轮3和从动齿轮5均为圆弧齿轮，以圆弧齿轮代替目前普遍采用的渐开线齿轮，可提高承载能力和使用寿命，集成式结构取消了联轴器、电机风扇同时电机没有传感器，系统的体积减小、结构紧凑，安装方便。

本发明的电路箱、齿轮箱和电动机三部分的箱体集成为一个完整系统，省略了传统三段式输送泵联轴器结构，电动机轴即为主动轮的轴，具有较小的体积；没有外部伸出轴，避免了油液的泄漏。三个箱体之间通过齿轮箱导油通路、电路箱导油通路和电动机导油通路相互贯通，使油液在箱体中有三种流动的路径，既保证了供油压力，同时使油液回路通过电机内部和控制系统（电路箱），利用油液对电控元器件和电机线圈进行冷却，降低了电机的工作温度，实现自冷却功能的同时实现了对油液的预热。

本发明冷却泵的具体油液通路为：

首先，电路箱控制电动机旋转，电动机轴驱动齿轮旋转，使油液被吸入齿轮箱进油口，一部分油液直接进入齿轮腔，另一部分油液进入电路箱后经壁面中的倒流槽（即电路箱导油通路）全部流入中部的齿轮箱内，完成对电路箱的上壁面腔体内控制电路冷却的同时实现对油液的预热。

进入齿轮箱中的油液分成两个支路，其中一条支路经齿轮腔将大部分油液输送到与安全阀口在同一油路管道上的出油口，输出定量压力；另一条支路的油液经电机轴与中部齿轮箱的装配间隙，流入电动机，后流入电动转子与线圈内壁空间（即电动机导油通路），又流过线圈外壁与电机壳体的区域，经硬质尼龙线圈支撑的内部方孔，回流到齿轮腔进油口，完成对电动机的冷却。

Claims (8)

1.一种集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵，其特征在于：包括集成为一体的无刷无槽无传感器直流电机、电机的控制电路箱（22）和齿轮箱（23），所述无刷无槽无传感器直流电机内设有与齿轮箱（23）、电路箱（22）贯通的导流机构，无刷无槽无传感器直流电机的导流机构包括电动转子与线圈（17）内壁空间形成的电动机导油通路（19），电动机导油通路（19）顶部通过电动机轴（4）与齿轮箱（23）箱体的装配间隙连通齿轮腔，电动机导油通路（19）底部通过线圈外壁与电动机箱体（25）间的区域、硬质尼龙线圈支撑（24）的内部方孔连通到齿轮腔的进油口（1）；

所述电路箱（22）的箱体内设有电路箱导油通路（13），是设置于电路箱控制电路背部的壁内的输油孔；齿轮箱（23）中也设有导油通路，包括设于齿轮箱内齿轮腔两侧且都与齿轮腔贯通的齿轮箱左侧导油通路（10a）和齿轮箱右侧导油通路（10b），电路箱导油通路（13）的一端与齿轮箱的进油口（1）连通，电路箱导油通路（13）的另一端与齿轮箱左侧导油通路（10a）连通。

2.根据权利要求1所述的集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵，其特征在于：所述电路箱（22）包括分别设于电路箱箱体内、外侧的内电路板（14）和外电路板（16），电路箱中的电路分为两路，一路引入外电路板（16），一路经过电路箱箱体上的电路箱导线通口（15）、齿轮箱箱体上的齿轮箱导线通路（11）引入电机内的线圈（17），内电路板（14）为电机的电流换向驱动电路。

3.根据权利要求2所述的集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵，其特征在于：所述齿轮箱（23）的箱体上还设有出油口（12）、泄油口（9）和安全阀口（8），安全阀口（8）处的油液通道内安装有安全阀，出油口（12）与齿轮箱的进油口（1）位于齿轮箱体的同一侧但不直接贯通在一起，出油口（12）与安全阀口（8）经齿轮箱右侧导油通路（10b）直接贯通在一起。

4.根据权利要求3所述的集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵，其特征在于：所述齿轮箱（23）的箱体与无刷无槽无传感器直流电机的电机箱体（25）之间的回油通道上还安装有止回阀（2）。

5.根据权利要求4所述的集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵，其特征在于：所述止回阀（2）的头部呈鸭嘴状。

6.根据权利要求4所述的集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵，其特征在于：所述齿轮箱（23）内部相互啮合的主动齿轮（3）和从动齿轮（5）均为圆弧齿轮。

7.根据权利要求6所述的集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵，其特征在于：所述主动齿轮（3）的安装轴为电动机轴（4）。

8.根据权利要求2所述的集成有无刷无槽无传感器直流电机的泵，其特征在于：所述电路箱（22）的箱体为铝合金材料。