CN107859620B - 一种基于双出轴伺服电机的高压低噪音伺服电机泵 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航天伺服技术领域，具体涉及一种能够将电能转换成液压能，并实现伺服控制，最终输出液压伺服系统所需的流量和油液方向的双出轴伺服电机的高压低噪音伺服电机泵；包括电机(1)、螺杆泵A(2)、螺杆泵B(3)及旋转变压器(11)四部分；所述电机(1)接有电机主轴(10)，所述旋转变压器(11)安装于电机主轴(10)上；螺杆泵A(2)、螺杆泵B(3)通过螺钉安装在双出轴伺服电机(1)壳体两端；所述螺杆泵A(2)、螺杆泵B(3)上的主动螺杆(6)通过内外花键的形式与电机主轴(10)相连；所述螺杆泵A(2)、螺杆泵B(3)外侧设有螺杆泵壳体(9)，所述电机(1)外侧设有电机壳体(12)。

Description

一种基于双出轴伺服电机的高压低噪音伺服电机泵
技术领域
本发明属于航天伺服技术领域，具体涉及一种基于双出轴伺服电机的高压低噪音伺服电机泵。
背景技术
降低噪声、提高性能已成为当今世界舰船设计中的一场革命，机械设备是现有舰船的一个主要噪声源，尤以舵面操纵系统为甚。电动舵机和静压舵机都属于机电控制的新型操舵系统。从国外来看，也在大力发展电动操舵系统(EMA)和静压操舵系统(EHA)以适应安静型舰船设计需求。美国的研究报告指出：在舰船上使用机电控制的舵机具有明显的技术优势，用它替换需频繁维修的液压作动器、液压能源及管路系统，可以减少舰船上的人员配置，并可以有效地提高可靠性，大大降低因液压系统而产生的振动噪声。目前，美欧等国家已将该技术应用于新型舰艇，技术本身已得到充分验证。
基于双出轴伺服电机的高压低噪音伺服电机泵应用于操舵机构，为机电静压伺服机构提供液压能源。因为双螺杆泵无法反向旋转供油，因此设计了单电机带双螺杆泵的方案，通过电机的正反向旋转，分别为闭式液压回路两侧提供高压油，实现作动器的伸出与缩回。该系统以高可靠性、低噪声、结构紧凑、能源利用率高为目标，用以替代传统的液压泵站，省去了伺服阀，实现了闭环伺服控制，提高舰船内部的使用空间，降低工作时的噪音。伺服电机螺杆泵启机时，由伺服电机驱动液压螺杆泵工作，通过控制电机旋转方向和速度来控制高低压控制的切换以及螺杆泵输出流量的大小，从而控制伺服作动器作动方向以及速度，完成作动器的闭环控制。
作为新一代舰船操舵系统的核心，电机泵的性能至关重要，其可靠性以及静音性能直接关系到舰船的性能。基于双出轴伺服电机的高压低噪音伺服电机泵是考虑舰船操舵机构的应用特点及安装要求而设计，该机构是一种机电静压伺服系统的核心动力与控制单元，为智能、可数字控制的泵控容积伺服系统提供动力来源以及控制接口。主要用于功率电传泵控伺服液压系统，具有可靠性高，噪音低的特点，在相关领域具有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种能够将电能转换成液压能，并实现伺服控制，最终输出液压伺服系统所需的流量和油液方向的双出轴伺服电机的高压低噪音伺服电机泵。
本发明的技术方案是：
一种基于双出轴伺服电机的高压低噪音伺服电机泵，包括电机1、螺杆泵A2、螺杆泵B3及旋转变压器11四部分；所述电机1接有电机主轴10，所述旋转变压器11安装于电机主轴10上；螺杆泵A2、螺杆泵B3通过螺钉安装在双出轴伺服电机1壳体两端；所述螺杆泵A2、螺杆泵B3上的主动螺杆6通过内外花键的形式与电机主轴10相连；所述螺杆泵A2、螺杆泵B3外侧分别设有螺杆泵壳体9，所述电机1外侧设有电机壳体12。
所述螺杆泵2包括螺杆泵后盖4、螺杆泵前盖5、主动螺杆6、从动螺杆7、螺杆泵壳体9以及螺杆轴承A81、螺杆轴承B82、螺杆轴承C83及螺杆轴承D84；其中，所述主动螺杆6通过花键固连在电机主轴10上，由电机1驱动旋转；主动螺杆6驱使从动螺杆转动，两螺杆啮合输出高；油，并通过螺杆泵壳体9内部油道输送至电机壳体12内部油道中。螺杆轴承A81、螺杆轴承B82、螺杆轴承C83及螺杆轴承D84在主动螺杆6四周起到支撑作用；螺杆泵前盖5设置有通油孔；
所述电机壳底部设有高压油口A131、高压油口B132及低压油口14。
本装置的整体结构的油路由螺杆泵壳体9以及电机壳体12的内部油路组成，最终通过电机壳体底部的高压油口A131，高压油口B132，低压油口14与外接系统连通；
本发明的有益效果是：
1.电机和螺杆泵一体化设计
电机与螺杆泵通过内外花键的形式连接；可有效减小高速旋转时产生附加动载荷而引起强烈振动导致较大机械噪音；螺杆泵的出油孔(高压)与电机壳体油道的连接采取两道径向密封，回油口(低压)采用端面密封来保证密封要求；整个机构对外有两个出油口和一个回油口(位于电机壳体底部)，具有较高的集成性；
2.伺服电机自冷却设计
为了实现伺服电机自冷却，通过特殊的油路设计，使油液在壳体流动的通畅。取消伺服电机与螺杆泵之间的旋转动密封并在电机端盖开有泄油孔，使油液能在电机泵内自由循环流动对轴承进行润滑的同时，实现了对伺服电机的冷却，保证伺服电机长期工作时的稳定性，提高了系统可靠性；
3.低噪音设计
螺杆泵具有低噪声、工作可靠、流量脉动小等特点；该机构可以通过改变电机的旋向来实现作动器伸出和缩回的工况，消除了因控制阀引起的机械噪声和流体噪声；经过电机以及泵的参数匹配计算，使其均能在静音稳定转速条件下工作；设计特殊的流道，使电机浸油工作，减小了电机的震动噪音。通过上述各方面的设计，全面减小了系统的噪音；
4.单个电机+两台螺杆泵”工作模式，实现双向供油
根据螺杆泵的工作特点，伺服电机设计为两端出轴，同时带动两个螺杆泵，每个螺杆泵具有三种工况，一、从低压口吸油，高压口输出高压油，即“泵正转工况”；二、高压油进入高压口，低压口回油，即“马达反转工况”；三、低压油进入高压口，低压口回油，即“反转回油工况”。不论在哪个工况下均能保证螺杆泵的高压口的压力始终不小于低压口，即满足螺杆泵的工作要求，同时满足伺服电机驱动螺杆泵实现正反转的伺服控制。
附图说明
图1是低噪音可双向旋转伺服电机螺杆泵剖面图；
图2是低噪音可双向旋转伺服电机螺杆泵仰视图；
图3是伺服电机泵液压原理图
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明进行进一步的介绍：
一种基于双出轴伺服电机的高压低噪音伺服电机泵，包括：电机1、螺杆泵A2、螺杆泵B3及旋转变压器11四部分；所述电机1接有电机主轴10，所述旋转变压器11安装于电机主轴10上；螺杆泵A2、螺杆泵B3通过螺钉安装在双出轴伺服电机1壳体两端；所述螺杆泵A2、螺杆泵B3上的主动螺杆6通过内外花键的形式与电机主轴10相连；所述螺杆泵A2、螺杆泵B3外侧设有螺杆泵壳体9，所述电机1外侧设有电机壳体12。
所述螺杆泵2包括螺杆泵后盖4、螺杆泵前盖5、主动螺杆6、从动螺杆7、泵壳体9以及螺杆轴承A81、螺杆轴承B82、螺杆轴承C83及螺杆轴承D84；其中，所述主动螺杆6通过花键固连在电机主轴10上，由电机1驱动旋转；主动螺杆6驱使从动螺杆转动，两螺杆啮合输出高；油，并通过螺杆泵壳体9内部油道输送至电机壳体12内部油道中。螺杆轴承A81、螺杆轴承B82、螺杆轴承C83及螺杆轴承D84在主动螺杆6四周起到支撑作用；泵前盖5设置有通油孔。
所述电机壳底部设有高压油口A131、高压油口B132及低压油口14。
本装置的整体结构的油路由螺杆泵壳体9以及电机壳体12的内部油路组成，最终通过电机壳体底部的高压油口A131，高压油口B132，低压油口14与外接系统连通。
实施例
交流伺服电机1带动螺杆泵2，3旋转，输入指令的极性、大小改变伺服电机泵1的转向、转速，从而改变伺服电机泵液流的流动方向及流量大小；系统采用电机轴10两端安装两个高压低噪音、低转速、低脉动、新型大排量螺杆泵2，3，该新型螺杆泵可作马达使用，具有反转功能，具有耐高压、低噪音、可反转的优良性能，能满足机电静压控制要求以及适合长时间工作的工况环境。当伺服电机1正向旋转时，此时螺杆泵2处于工作状态，通过内部油道从低压油口14吸油，产生的压力油液流经内部油路通过压力油口132输出到系统中，而此时螺杆泵3处于非工作状态，其吸油口以及高压油口A131压力油口油液压力基本相同。当伺服电机转速改变时，螺杆泵2，3工作状态不变，只是旋转速度改变，同时输出油液流量改变。当伺服电机转向改变时，此时螺杆泵3处于工作状态，而螺杆泵2处于非工作状态，即油口131输出压力油，如图3所示。
该伺服电机泵结构紧凑，通过伺服电机1驱动螺杆泵2，3旋转达到输出不同方向、压力、流量的液压油。该结构设计优点：螺杆泵2，3的出油孔(高压)与电机壳体油道的连接采取两道径向密封，回油口(低压)采用端面密封来保证密封要求，对外密封只有静密封，对外密封少，密封可靠性高；整个电机泵对外有两个出油口和一个回油口(位于电机壳体底部)，即对外只有三个液压接口和两个电气接口，具有较高的集成性，外形简洁美观，电机1与螺杆泵2，3通过内外花键的形式连接，可有效减小高速旋转时产生附加动载荷而引起强烈振动导致较大机械噪音，另外，电机螺杆泵封闭在外罩内，与外接环境不接触，起到良好的静音效果。

Claims (1)

1.一种基于双出轴伺服电机的高压低噪音伺服电机泵，其特征在于：包括电机(1)、螺杆泵A(2)、螺杆泵B(3)及旋转变压器(11)四部分，所述螺杆泵A(2)、螺杆泵B(3)可作马达使用，具有反转功能；所述电机(1)接有电机主轴(10)，所述旋转变压器(11)安装于电机主轴(10)上；螺杆泵A(2)、螺杆泵B(3)通过螺钉安装在双出轴伺服电机(1)壳体两端；所述螺杆泵A(2)、螺杆泵B(3)上的主动螺杆(6)通过内外花键的形式与电机主轴(10)相连；所述螺杆泵A(2)、螺杆泵B(3)外侧分别设有螺杆泵壳体(9)，所述电机(1)外侧设有电机壳体(12)；电机(1)的正反向旋转，分别带动左侧螺杆泵A(2)或右侧螺杆泵B(3)处于工作状态，为闭式液压回路两侧提供高压油，实现作动器的伸出与缩回；
所述螺杆泵A(2)包括螺杆泵后盖(4)、螺杆泵前盖(5)、主动螺杆(6)、从动螺杆(7)、螺杆泵壳体(9)以及螺杆轴承A(81)、螺杆轴承B(82)、螺杆轴承C(83)及螺杆轴承D(84)；其中，所述主动螺杆(6)通过花键固连在电机主轴(10)上，由电机(1)驱动旋转；主动螺杆(6)驱使从动螺杆转动，两螺杆啮合输出高压油，并通过螺杆泵壳体(9)内部油道输送至电机壳体(12)内部油道中；螺杆轴承A(81)、螺杆轴承B(82)、螺杆轴承C(83)及螺杆轴承D(84)在主动螺杆(6)四周起到支撑作用；螺杆泵前盖(5)设置有通油孔；
所述电机壳底部设有高压油口A(131)、高压油口B(132)及低压油口(14)；电机(1)正向旋转时，此时螺杆泵A(2)处于工作状态，通过内部油道从低压油口(14)吸油，产生的压力油液流经内部油路通过高压油口B(132)输出到系统中，而此时螺杆泵B(3)处于非工作状态，其吸油口以及高压油口A(131)压力油口油液压力基本相同；当伺服电机转速改变时，螺杆泵A(2)、螺杆泵B(3)工作状态不变，只是旋转速度改变，同时输出油液流量改变；当伺服电机转向改变时，此时螺杆泵B(3)处于工作状态，通过内部油道从低压油口(14)吸油，产生的压力油液流经内部油道通过高压油口A(131)输送到系统中，而螺杆泵A(2)处于非工作状态，其吸油口以及高压油口B(132)压力油口油液压力基本相同；
本装置的整体结构的油路由螺杆泵壳体(9)以及电机壳体(12)的内部油路组成，最终通过电机壳体底部的高压油口A(131)，高压油口B(132)，低压油口(14)与外接系统连通，所述电机(1)带动螺杆泵A(2)和螺杆泵B(3)旋转，通过外接系统输入指令的极性、大小改变电机(1)的转向、转速，从而改变该电机泵输出液流的流动方向及流量大小。
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