CN109450180B - 一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机 - Google Patents
一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，属于电动机技术领域，一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，通过除湿功能壳和冷凝凸片的配合下，利用升温快慢的特性来控制温差，进而可以实现引导结露的方式，使得伺服电机在工作时，定子附近的热空气在冷凝凸片上发生结露现象，并将结露后产生的水滴利用超强吸湿球收集起来，与传统的隔热、空气流通等压制类的措施相比，利用引导控制结露现象发生的方式可以显著降低伺服电机内部结露不可控带来的危害，从而保障伺服电机的正常运行，延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及电动机技术领域，更具体地说，涉及一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机。
背景技术
电动机是把电能转换成机械能的一种设备，它是利用通电线圈(也就是定子绕组)产生旋转磁场并作用于转子(如鼠笼式闭合铝框)形成磁电动力旋转扭矩，电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机(电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速)，电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线(磁场方向)方向有关，电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。
伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置，伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象，伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出，分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
一般在工作的时候，电机内的定子转动切割磁感线，产生电能或者传递电能，因为定子转动产生热量，极易使电机内的温度高于电机外的环境的温度，而电机的电机机壳作为隔绝电机内外的结构，其温度低于电机内的温度而高于电机外的温度，电机内的热空气在靠近冰冷的电机机壳时会在表面凝结成水，我们将这一现象称为结露，结露流进电机内部极易影响电机内部各个零部件的正常工作，尤其是防护等级达到IP55及以上的电机，电机内部结露会对电机机壳及电机内部零部件产生较强的腐蚀，严重影响电机的安全运行及使用寿命。
为了解决电机内部结露的问题，现在通过在电机的电机机壳内外表面喷涂隔热层或防腐涂层，来减小电机内部结露，从而保障电机正常运行，延长使用寿命，又或者是设置透气阀的方式来提高内外空气流动，但是都是采用压制缓解的方法，并不能在根本上解决电机内部的结露现象，定子在工作产生的大量热量使得周围空气迅速升温，在遇到电机壳时因为温差水汽会迅速液化成水滴，这一现象无法减少，因此如何载高湿环境下最大程度上预防电机内部结露现象带来的危害成为需要技术人员迫切解决的难题。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，它可以实现在高湿环境下通过除湿功能壳和冷凝凸片的配合下，利用升温快慢的特性来控制温差，进而引导结露的方式，使得伺服电机在工作时，定子附近的热空气在冷凝凸片上发生结露现象，并将结露后产生的水滴利用超强吸湿球收集起来，与传统的隔热、空气流通等压制类的措施相比，利用引导控制结露现象发生的方式可以显著降低伺服电机内部结露不可控带来的危害，从而保障伺服电机的正常运行，延长其使用寿命。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，包括电机本体、电机壳、伸出轴和控制盒，所述控制盒内安装有旋转编码器，所述控制盒内安装有控制器，所述电机壳内连接与之相匹配的除湿功能壳，所述除湿功能壳由内至外依次包括有导热部、硅胶加热片和隔热部，所述除湿功能壳内顶壁上安装有温度传感器，且温度传感器和硅胶加热片均与控制器连接，所述导热部远离硅胶加热片一端固定连接有多个均匀分布的冷凝凸片，所述冷凝凸片远离导热部一端开凿有半球容纳槽，所述半球容纳槽内固定连接有超强吸水球，所述超强吸水球包括壳体和填充在壳体内的球芯，所述壳体由高分子吸水树脂、胶粉和绒毛浆混合制成，所述球芯包括吸水绒毛纤维和吸水海绵，所述冷凝凸片包括弧形冷凝片和真空隔热块，且真空隔热块与除湿功能壳之间通过隔热胶粘接，所述弧形冷凝片表面设置有多根引水绒毛，可以实现通过冷凝凸片引导结露的方式，使得伺服电机在工作时，定子附近的热空气在冷凝凸片上发生结露现象，并将结露后产生的水滴利用超强吸湿球收集起来，与传统的隔热、空气流通等压制类的措施相比，利用引导控制结露现象发生的方式可以显著降低伺服电机内部结露不可控带来的危害，从而保障伺服电机的正常运行，延长其使用寿命。
进一步的，多根所述引水绒毛越靠近超强吸水球分布越密集，且多根引水绒毛的倾斜角度均朝向超强吸水球，所述引水绒毛微细且坚硬，用于引导冷凝凸片结露后表面的水分向超强吸水球流去被吸收，减少出现结露现象严重的情况时，水分聚集成团落下。
进一步的，所述吸水绒毛纤维的长度为2.7-3.0mm，吸水效果优异。
进一步的，所述弧形冷凝片由微晶玻璃制成，所述真空隔热块两端均连接有辅助隔热层，所述辅助隔热层为纳米二氧化硅气凝胶，微晶玻璃的升温速率极慢，不易因周围温度变化而升温，用于引导空气中的湿气在其表面液化结露，辅助隔热层用于辅助真空隔热块进行隔热，隔热效果显著。
进一步的，所述导热部和硅胶加热片之间夹设有导热网，所述导热部靠近硅胶加热片一端涂覆有导热硅胶，提高硅胶加热片与导热部之间的导热性，方便硅胶加热片对导热部进行迅速加热，升温至与定子周围热空气接近的温度。
进一步的，所述电机壳上开凿有多个均匀分布的透气孔，所述除湿功能壳上同样开凿有多个与透气孔相匹配的换热孔，所述透气孔内螺纹连接有透气阀，利用空气流动作为辅助手段，在与外界换热的同时，可以对电机壳内进行降温，减少温度过高。
进一步的，所述透气孔内还固定连接有透气吸湿膜，所述透气阀与透气孔之间还安装有环形密封圈，在满足空气流动的同时减少外界空气中的湿气进入电机壳内，环形密封圈的设置提高透气阀关闭时的密封性。
进一步的，所述弧形冷凝片表面涂覆有超亲水纳米涂层，水滴在弧形冷凝片表面时的接触角小于5度，与弧形冷凝片的接触面积大，易于被引水绒毛引流，且减少在重力作用下坠落。
进一步的，所述控制盒的一端侧壁上镶嵌安装有液晶显示屏，且液晶显示屏与控制器连接，直观显示电机壳内的温度和伸出轴的转速等运行状态参数，方便技术人员查看。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案可以实现在高湿环境下通过除湿功能壳和冷凝凸片的配合下，利用升温快慢的特性来控制温差，进而引导结露的方式，使得伺服电机在工作时，定子附近的热空气在冷凝凸片上发生结露现象，并将结露后产生的水滴利用超强吸湿球收集起来，与传统的隔热、空气流通等压制类的措施相比，利用引导控制结露现象发生的方式可以显著降低伺服电机内部结露不可控带来的危害，从而保障伺服电机的正常运行，延长其使用寿命。
(2)多根引水绒毛越靠近超强吸水球分布越密集，且多根引水绒毛的倾斜角度均朝向超强吸水球，引水绒毛微细且坚硬，用于引导冷凝凸片结露后表面的水分向超强吸水球流去被吸收，减少出现结露现象严重的情况时，水分聚集成团落下。
(3)超强吸水球包括壳体和填充在壳体内的球芯，壳体由高分子吸水树脂、胶粉和绒毛浆混合制成，球芯包括吸水绒毛纤维和吸水海绵，高分子吸水树脂能吸收其自身重量数百倍、甚至上千倍的水，并具有很强的保水能力，因此超强吸水球可以吸收冷凝凸片表面结露后的水分，并且不易“逃逸”。
(4)吸水绒毛纤维柔软，蓬松度高，纤维粗而长，且长度为2.7-3.0mm，吸水效果优异。
(5)弧形冷凝片由微晶玻璃制成，真空隔热块两端均连接有辅助隔热层，辅助隔热层为纳米二氧化硅气凝胶，微晶玻璃的升温速率极慢，不易因周围温度变化而升温，用于引导空气中的湿气在其表面液化结露，辅助隔热层用于辅助真空隔热块进行隔热，隔热效果显著。
(6)导热部和硅胶加热片之间夹设有导热网，导热部靠近硅胶加热片一端涂覆有导热硅胶，提高硅胶加热片与导热部之间的导热性，方便硅胶加热片对导热部进行迅速加热，升温至与定子周围热空气接近的温度。
(7)电机壳上开凿有多个均匀分布的透气孔，除湿功能壳上同样开凿有多个与透气孔相匹配的换热孔，透气孔内螺纹连接有透气阀，利用空气流动作为辅助手段，在与外界换热的同时，可以对电机壳内进行降温，减少温度过高。
(8)透气孔内还固定连接有透气吸湿膜，透气阀与透气孔之间还安装有环形密封圈，在满足空气流动的同时减少外界空气中的湿气进入电机壳内，环形密封圈的设置提高透气阀关闭时的密封性。
(9)弧形冷凝片表面涂覆有超亲水纳米涂层，水滴在弧形冷凝片表面时的接触角小于5度，与弧形冷凝片的接触面积大，易于被引水绒毛引流，且减少在重力作用下坠落。
(10)控制盒的一端侧壁上镶嵌安装有液晶显示屏，且液晶显示屏与控制器连接，直观显示电机壳内的温度和伸出轴的转速等运行状态参数，方便技术人员查看。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明除湿功能壳部分的结构示意图；
图3为本发明除湿功能壳部分的剖视图；
图4为本发明冷凝凸片部分的的结构示意图；
图5为本发明冷凝凸片部分发生结露现象时的结构示意图；
图6为图5中A处的结构示意图；
图7为本发明超强吸水球部分的结构示意图。
图中标号说明：
101电机壳、102伸出轴、103控制盒、2除湿功能壳、201导热部、202硅胶加热片、203隔热部、3冷凝凸片、301弧形冷凝片、302真空隔热块、4超强吸水球、401壳体、402球芯、5温度传感器、6导热网、7超亲水纳米涂层、8引水绒毛、9透气孔、10液晶显示屏。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-2，一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，包括电机本体、电机壳101、伸出轴102和控制盒103，控制盒103内安装有旋转编码器，控制盒103内安装有控制器，控制器采用STM32F103C6单片机作为控制核心，控制盒103的一端侧壁上镶嵌安装有液晶显示屏10，且液晶显示屏10与控制器连接，直观显示电机壳101内的温度和伸出轴102的转速等运行状态参数，方便技术人员查看，电机壳101内连接与之相匹配的除湿功能壳2，电机壳101与除湿功能壳2之间为可拆卸式连接，可拆卸式连接包括螺栓与螺母或者卡扣与卡槽之间的配合，技术人员可以自行挑选方便合适的连接方式，电机壳101与除湿功能壳2之间的可拆卸连接不仅方便拆卸除湿功能壳2进行维护维修，同时在高温干燥的环境下工作时，这种情况下无需除湿功能壳2预防结露现象带来的危害，可以取下除湿功能壳2，使用方式灵活，根据使用环境配备安装。
请参阅图3，除湿功能壳2由内至外依次包括有导热部201、硅胶加热片202和隔热部203，导热部201和硅胶加热片202之间夹设有导热网6，硅胶加热片202是采用耐高温、高导热、绝缘性能佳、强度好的硅橡胶、耐高温的纤维增强材料以及金属发热膜电路集合而成的软性电加热膜元件，由两张玻璃纤维布及双片压硅胶合制而成的硅胶玻璃纤维布构成，由于它为薄片状产品，标准厚度为1.5mm，它具有很好的柔软性，可以与被加热物体完全紧密接触，导热部201靠近硅胶加热片202一端涂覆有导热硅胶，提高硅胶加热片202与导热部201之间的导热性，方便硅胶加热片202对导热部201进行迅速加热，升温至与定子周围热空气接近的温度，隔热部203起到隔热效果，减少导热部201上的热量经由传导至电机壳101上，一方面造成导热部201的热量损失，另一方面电机壳101升温后与外界环境温度产生温差后，电机壳101的外表面容易出现结露现象，水滴较多时容易渗透进电机壳101内。
请参阅图2和图4，除湿功能壳2内顶壁上安装有温度传感器5，且温度传感器5和硅胶加热片202均与控制器连接，温度传感器5实时采集定子附近的环境温度信息并将数据传输至控制器，导热部201远离硅胶加热片202一端固定连接有多个均匀分布的冷凝凸片3，冷凝凸片3远离导热部201一端开凿有半球容纳槽，半球容纳槽内固定连接有超强吸水球4，用于吸收冷凝凸片3表面结露后的水分，减少水分过多聚团落下影响电机本体运行。
请参阅图7，超强吸水球4包括壳体401和填充在壳体401内的球芯402，壳体401由高分子吸水树脂、胶粉和绒毛浆混合制成，球芯402包括吸水绒毛纤维和吸水海绵，高分子吸水树脂能吸收其自身重量数百倍、甚至上千倍的水，并具有很强的保水能力，因此超强吸水球4可以吸收冷凝凸片3表面结露后的水分，并且不易“逃逸”，吸水绒毛纤维柔软，蓬松度高，纤维粗而长，且长度为2.7-3.0mm，吸水效果优异。
请参阅图5，冷凝凸片3包括弧形冷凝片301和真空隔热块302，且真空隔热块302与除湿功能壳2之间通过隔热胶粘接，弧形冷凝片301的材质为紫铜，真空隔热块302的由真空板制成，真空隔热块302用来隔热，防止导热部201上的热量传导至弧形冷凝片301上，使得弧形冷凝片301表面不易出现结露现象，弧形冷凝片301由微晶玻璃制成，真空隔热块302两端均连接有辅助隔热层，辅助隔热层为纳米二氧化硅气凝胶，微晶玻璃的升温速率极慢，不易因周围温度变化而升温，用于引导空气中的湿气在其表面液化结露，辅助隔热层用于辅助真空隔热块302进行隔热，隔热效果显著。
请参阅图6弧形冷凝片301表面设置有多根引水绒毛8，多根引水绒毛8越靠近超强吸水球4分布越密集，且多根引水绒毛8的倾斜角度均朝向超强吸水球4，引水绒毛8微细且坚硬，用于引导冷凝凸片3结露后表面的水分向超强吸水球4流去被吸收，减少出现结露现象严重的情况时，水分聚集成团落下，弧形冷凝片301表面涂覆有超亲水纳米涂层7，水滴在弧形冷凝片301表面时的接触角小于5度，与弧形冷凝片301的接触面积大，易于被引水绒毛8引流，且减少在重力作用下坠落。
请参阅图1，电机壳101上开凿有多个均匀分布的透气孔9，除湿功能壳2上同样开凿有多个与透气孔9相匹配的换热孔，透气孔9内螺纹连接有透气阀，利用空气流动作为辅助手段，在与外界换热的同时，可以对电机壳101内进行降温，减少温度过高，透气孔9内还固定连接有透气吸湿膜，透气阀与透气孔9之间还安装有环形密封圈，在满足空气流动的同时减少外界空气中的湿气进入电机壳101内，环形密封圈的设置提高透气阀关闭时的密封性。
本发明可以实现在高湿环境下通过除湿功能壳2和冷凝凸片3的配合下，利用升温快慢的特性来控制温差，进而引导结露的方式，使得伺服电机在工作时，定子附近的热空气在冷凝凸片3上发生结露现象：
首先利用温度传感器5采集到电机本体定子周围的环境温度数据后，将数据传输至控制器，由控制器控制硅胶加热片202对导热部201加热升温至与定子周围的环境温度接近，缩小导热部201与环境的温差后，由于冷凝凸片3升温极慢的特性，存在与环境温度较大的温差，空气中的水汽在冷凝凸片3表面发生结露现象。
之后将结露后产生的水滴利用超强吸湿球4收集起来：
在冷凝凸片3的弧形设计和引水绒毛8的引导配合下，将冷凝凸片3表面的水滴引流至超强吸水球4被吸收，空气中的湿气不断在冷凝凸片3表面结露被超强吸水球4吸收，湿气越来越少，且超强吸水球4在平常状态下由于其超强的吸水性，可以自主吸收电机壳101内空气中的水分，降低空气内的湿气含量。
另一方面，在隔热部203的隔热特性下，电机壳101在电机本体工作时不易升温，与外界环境产生温差，电机壳101的外壁不易出现结露现象，减少外壁结露后水分经由电机壳101渗透进去对电机本体造成腐蚀。
与传统的隔热、空气流通等压制类的措施相比，利用引导控制结露现象发生的方式可以显著降低伺服电机内部结露不可控带来的危害，从而保障伺服电机的正常运行，延长其使用寿命。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，包括电机本体、电机壳(101)、伸出轴(102)和控制盒(103)，所述控制盒(103)内安装有旋转编码器，其特征在于：所述控制盒(103)内安装有控制器，所述电机壳(101)内连接与之相匹配的除湿功能壳(2)，所述除湿功能壳(2)由内至外依次包括有导热部(201)、硅胶加热片(202)和隔热部(203)，所述除湿功能壳(2)内顶壁上安装有温度传感器(5)，且温度传感器(5)和硅胶加热片(202)均与控制器连接，所述导热部(201)远离硅胶加热片(202)一端固定连接有多个均匀分布的冷凝凸片(3)，所述冷凝凸片(3)远离导热部(201)一端开凿有半球容纳槽，所述半球容纳槽内固定连接有超强吸水球(4)，所述超强吸水球(4)包括壳体(401)和填充在壳体(401)内的球芯(402)，所述壳体(401)由高分子吸水树脂、胶粉和绒毛浆混合制成，所述球芯(402)包括吸水绒毛纤维和吸水海绵，所述冷凝凸片(3)包括弧形冷凝片(301)和真空隔热块(302)，且真空隔热块(302)与除湿功能壳(2)之间通过隔热胶粘接，所述弧形冷凝片(301)表面设置有多根引水绒毛(8)。
2.根据权利要求1所述的一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，其特征在于：多根所述引水绒毛(8)越靠近超强吸水球(4)分布越密集，且多根引水绒毛(8)的倾斜角度均朝向超强吸水球(4)，所述引水绒毛(8)微细且坚硬。
3.根据权利要求1所述的一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，其特征在于：所述吸水绒毛纤维的长度为2.7-3.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，其特征在于：所述弧形冷凝片(301)由微晶玻璃制成，所述真空隔热块(302)两端均连接有辅助隔热层，所述辅助隔热层为纳米二氧化硅气凝胶。
5.根据权利要求1所述的一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，其特征在于：所述导热部(201)和硅胶加热片(202)之间夹设有导热网(6)，所述导热部(201)靠近硅胶加热片(202)一端涂覆有导热硅胶。
6.根据权利要求1所述的一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，其特征在于：所述电机壳(101)上开凿有多个均匀分布的透气孔(9)，所述除湿功能壳(2)上同样开凿有多个与透气孔(9)相匹配的换热孔，所述透气孔(9)内螺纹连接有透气阀。
7.根据权利要求6所述的一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，其特征在于：所述透气孔(9)内还固定连接有透气吸湿膜，所述透气阀与透气孔(9)之间还安装有环形密封圈。
8.根据权利要求1所述的一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，其特征在于：所述弧形冷凝片(301)表面涂覆有超亲水纳米涂层(7)。
9.根据权利要求1所述的一种可预防结露现象的伸出轴伺服电机，其特征在于：所述控制盒(103)的一端侧壁上镶嵌安装有液晶显示屏(10)，且液晶显示屏(10)与控制器连接。
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