CN113236455B - 一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵，包括电机及燃油泵，电机由电机定子组件及电机转子组件构成，燃油泵由轴流式叶轮构成低压泵，主、从动齿轮轴及泵体构成高压泵；本发明通过合理设计冷却结构，以尽可能小的代价来满足电机冷却要求；同时，使得电动燃油泵整体结构更为紧凑，减轻泵的重量。

Description

一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵

技术领域

本发明涉及电动燃油泵技术领域，特别是涉及一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵。

背景技术

面向多电航空辅助动力装置的电动燃油泵是一种燃油输送、增压与控制装置，是多电航空辅助动力装置的核心技术之一。电机直接驱动泵，可以通过对电机转速的控制，达到控制燃油流量的目的，减少辅助动力装置燃油泵在调节过程中的功率损失与燃油发热。在航空航天领域，对设备功率密度的要求比地面设备更高，因此燃油泵的转速也较高。在电动燃油泵工作过程中，电机损耗功率以热的形式耗散，若散热不良会导致电机整体或局部温度过高，烧坏绕组绝缘层，影响电机工作可靠性，因此需要合理设计电机冷却方式，来保障电机正常运行。电机冷却常采用外套冷却壳体的方式进行冷却，将泵输送的燃油经过冷却壳体，来带走热量。这种方式虽然冷却效果好，但增加了泵的重量，且由于大量燃油通过冷却壳体，压力损失较大，牺牲了一部分功率。电动燃油泵部件较多，一体化设计能够让电动燃油泵结构更为紧凑，减轻重量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵，本发明通过合理设计冷却结构，以尽可能小的代价来满足电机冷却要求；同时，使得电动燃油泵整体结构更为紧凑，减轻泵的重量。

为实现上述目的，本发明采用的方案为：

一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵，包括：壳体，所述壳体的一侧设置有前端盖，另外一侧设置有后端盖，在所述壳体的内部设置有电机组件和泵体，所述泵体包括低压泵和高压泵，其中，

所述电机组件包括定子组件和转子组件；所述低压泵设置在所述转子组件的内部区域，所述低压泵包括轴流式叶轮，所述轴流式叶轮通过平键套设在主动齿轮轴上，并且所述轴流式叶轮与所述转子组件采用过盈配合的方式进行连接；

所述电机组件与所述壳体的内壁存在间隙，所述前端盖与所述轴流式叶轮存在径向以及轴向方向上的间隙，其中，

所述定子组件与所述壳体的间隙为连通的第一油冷通道和第二油冷通道，所述前端盖与所述壳体构成的间隙为第三油冷通道，所述定子组件与所述转子组件之间的间隙为第四油冷通道，所述前端盖与所述轴流式叶轮的径向间隙为第一油冷泄漏通道，所述前端盖与所述轴流式叶轮的轴向间隙为第二油冷泄漏通道，并且所述第一油冷通道、第二油冷通道、第三油冷通道、第四油冷通道、第一油冷泄漏通道和第二油冷泄漏通道依次连通，形成冷却通路，所述第一油冷通道连通所述轴流式叶轮的工作区域，所述第二油冷泄漏通道连通所述轴流式叶轮的前部区域；

在所述壳体的内部且靠近所述后端盖的区域设置有从动齿轮轴，所述主动齿轮轴与所述从动齿轮轴相互啮合，在所述壳体内形成吸油腔及排油腔，构成所述高压泵，所述主动齿轮轴通过第一固定轴承和第一浮动轴承设置在所述壳体的内部，相应的，所述从动齿轮轴通过第二固定轴承和第二浮动轴承设置在所述壳体的内部，并且所述第一固定轴承与所述第二固定轴之间，以及所述第一浮动轴承与所述第二浮动轴承之间通过插销进行连接；

在所述第一浮动轴承以及所述第二浮动轴承与所述后端盖之间设置有补偿弹簧。

进一步的，所述定子组件通过沉头螺钉固定在壳体上，所述轴流式叶轮为三叶片诱导轮，并且在缘处有一圈轮缘外壁，通过过盈配合的方式，所述轮缘外壁与所述转子组件连接，所述轴流式叶轮的内孔上开设有键槽，所述键槽内部设置有平键，通过所述平键，所述轴流式叶轮与主动齿轮轴进行连接。

进一步的，在所述固定轴承与所述浮动轴承上均设有通孔，所述通孔连通所述高压腔与轴承油槽。

进一步的，所述第一、第二固定轴承以及所述第一、第二浮动轴承均为滑动轴承，并且在所述壳体与所述轴流式叶轮、所述壳体与所述主动齿轮轴之间存在空隙，该空隙构成第一及第二润滑泄漏通道，所述第一及第二润滑泄漏通道连通所述第一固定轴承、第二固定轴承与所述轴流式叶轮的后部区域，在所述壳体以及所述后端盖上设置第三润滑泄漏通道，该第三润滑泄漏通道连通所述第一浮动轴承、第二浮动轴承与所述轴流式叶轮的后部区域，所述第一润滑泄漏通道、第二润滑泄漏通道以及第三润滑泄漏通道构成润滑通路。

进一步的，所述第一、第二固定轴承以及所述第一、第二浮动轴承上设置有密封槽，并且所述密封槽中设置有密封圈。

进一步的，所述所述第一、第二浮动轴的端面上均设有五个槽，并且每个槽中均设置有补偿弹簧，所述补偿弹簧将所述第一、第二浮动轴压紧。

进一步的，所述第一、第二固定轴承以及所述第一、第二浮动轴承在靠近齿轮的一侧面上设有弧形槽，并且在轴承内孔端面上设有一圈集油槽。

进一步的，所述轴流式叶轮的前端有设有整流罩，所述整流罩的外形采用流线外形，所述整流罩通过螺纹设置在主动齿轮轴上，并且在所述整流罩与所述轴流式叶轮之间设置有止动垫片；

所述整流罩上均匀间隔设置有四个轴向槽，该轴向槽与所述止动垫片相配合，在所述止动垫片的相应位置处，所述止动垫片的内圈上设置有相应的连接片，所述连接片贴合在所述轴向槽内部。

本发明的有益效果是：

1、本发明利用转子组件的内部空间设置了抗气蚀性能较好的小扬程轴流式叶轮，对油液进行增压，使得电动燃油泵能够在更低的入口压力及更高的转速下工作。

2、本发明利用间隙泄漏油液对电机进行冷却，减少了电机冷却所消耗的功率，同时简化了冷却壳体结构，减轻了泵的重量。

3、本发明采用进口油液对电机进行冷却，减轻了冷却壳体的载荷，使得泵能够减少壳体厚度及连接零件的数量，减轻了泵的重量。

4、本发明通过一体化设计将电机、冷却系统、泵与轴承等组合在一起，使得结构更为紧凑，省去多余部件，减轻了泵的重量。

附图说明

图1为实施例1中提出的电动燃油泵结构示意图；

图2为实施例1中提出的电动燃油泵流动方向的结构示意图；

图3为实施例1中提出的电动燃油泵的剖面图；

图4为实施例1中提出的电动燃油泵外形结构示意图；

图5为整流罩的结构示意图；

图6为止动垫片的结构示意图；

图7为浮动轴承及固定轴承的结构示意图；

图8为第一浮动轴承端面的结构示意图；

图9为轴流式叶轮的结构示意图。

其中附图中：

1-前端盖，2-壳体，3-后端盖，4-定子组件，5-转子组件，6-主动齿轮轴，7-从动齿轮轴，8-第一固定轴承，9-第二固定轴承，10-第一浮动轴承，11-第二浮动轴承，12-轴流式叶轮，13-补偿弹簧，14-插销，15-堵帽，16-整流罩，17-止动垫片，18-平键，19-沉头螺钉，20-前端盖连接螺栓，21-后端盖连接螺栓，22-第一油冷泄漏通道，23-第二油冷泄漏通道，24-第一润滑泄漏通道，25-第二润滑泄漏通道，26-第一密封槽，27-高压油补偿区，28-第二密封槽，29-第三密封槽，30-第三润滑泄漏通道，31-第一油冷通道，32-第二油冷通道，33-第三油冷通道，34-第四油冷通道，35-加强筋，36-弯管，37-电动燃油泵出口，38-电动燃油泵进口，39-轴向槽，40-安装孔，41-外圈外舌，42-内圈外舌，43-凹槽，44-高压腔卸荷槽，45-低压腔卸荷槽，46-弧形槽，47-集油槽，48-通孔，49-斜孔，50-油槽，51-轮缘外壁，52-进口修圆处，53-键槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

实施例1

参见图1-图9，本实施例提供一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵，该电动燃油泵采用三段式结构，包括壳体2，壳体2的一侧设置有前端盖1，另外一侧设置有后端盖3，在壳体2的内部设置有电机组件和泵体，泵体包括低压泵和高压泵，其中，

电机组件包括定子组件4和转子组件5；低压泵设置在转子组件的内部区域，低压泵包括轴流式叶轮12，定子组件4通过沉头螺钉19固定在壳体2上，轴流式叶轮12为三叶片诱导轮，并且在缘处有一圈较厚的轮缘外壁51，通过过盈配合的方式，轮缘外壁51与转子组件5连接，轴流式叶轮12的内孔上开设有键槽53，键槽53内部设置有平键18，通过平键18，轴流式叶轮12与主动齿轮轴6进行连接，实现了扭矩传递。

具体的说，转子组件5转动时，带动轴流式叶轮12转动，轴流式叶轮12通过平键18带动主动齿轮轴6转动，主动齿轮轴6通过啮合带动从动齿轮轴7转动，轴流式叶轮12的转动对油液做功，起到对油液增压的作用，构成低压泵。

电机组件与壳体2的内壁存在间隙，前端盖1与轴流式叶轮12存在径向以及轴向方向上的间隙，其中，定子组件4与壳体2的间隙为连通的第一油冷通道31和第二油冷通道32，前端盖1与壳体2构成的间隙为第三油冷通道33，定子组件4与转子组件5之间的间隙为第四油冷通道34，前端盖1与轴流式叶轮12的径向间隙为第一油冷泄漏通道22，前端盖1与轴流式叶轮12的轴向间隙为第二油冷泄漏通道23，并且第一油冷通道31、第二油冷通道32、第三油冷通道33、第四油冷通道34、第一油冷泄漏通道22和第二油冷泄漏通道23依次连通，形成冷却通路，第一油冷通道31连通轴流式叶轮12的工作区域，第二油冷泄漏通道23连通轴流式叶轮12的前部区域。

在壳体2的内部且靠近后端盖3的区域设置有从动齿轮轴7，主动齿轮轴6与从动齿轮轴7相互啮合，在壳体2内形成吸油腔及排油腔，构成高压泵，主动齿轮轴6通过第一固定轴承8和第一浮动轴承10设置在壳体2的内部，相应的，从动齿轮轴7通过第二固定轴承9和第二浮动轴承11设置在壳体2的内部，并且第一固定轴承8与第二固定轴9之间，以及第一浮动轴承10与第二浮动轴承11之间通过插销14进行连接，设置插销的目的在于，防止轴承转动。

第一、第二浮动轴承10、11的端面上均设有五个凹槽43，并且每个槽中均设置有补偿弹簧13，补偿弹簧13将第一、第二浮动轴承10、11压紧，起到启动补偿的作用。

具体的说，在本实施例中，第一、第二固定轴承8、9以及第一、第二浮动轴承10、11均为滑动轴承，在壳体2与轴流式叶轮12、壳体2与主动齿轮轴6之间存在空隙，该空隙构成第一及第二润滑泄漏通道24、25，第一及第二润滑泄漏通道24、25连通第一固定轴承8、第二固定轴承9与轴流式叶轮12的后部区域，在壳体2以及后端盖3上设置第三润滑泄漏通道30，该第三润滑泄漏通道30连通第一浮动轴承10、第二浮动轴承11与轴流式叶轮12的后部区域，第一润滑泄漏通道24、第二润滑泄漏通道25以及第三润滑泄漏通道30构成润滑通路。

具体的说，在本实施例中，在固定轴承与浮动轴承上均设有通孔，通孔连通高压腔与轴承油槽，利用输送的油液对轴承进行润滑；更具体的说，如图8所示，第一浮动轴承10上的高压卸荷槽44上的斜孔49，将高压腔的油液引入油槽50中，对第一浮动轴承10进行润滑。

具体的说，在本实施例中，第一、第二固定轴承8、9以及第一、第二浮动轴承10、11上设置有密封槽，并且密封槽中设置有密封圈，更具体的说，如图7所示，第一浮动轴承10上的第一密封槽26及第二密封槽28，便于安放密封圈，与泵体2相配合，防止油液泄漏，对于第一浮动轴承10，高压油通过轴承上通孔48流到高压补偿区27，将第一浮动轴承10向主动齿轮侧压紧，高压补偿区27两侧的第一密封槽27、第二密封槽28和第三密封槽29防止高压油泄漏。

具体的说，在本实施例中，第一、第二固定轴承8、9以及第一、第二浮动轴承10、11在靠近齿轮的一侧面上设有弧形槽，比如弧形槽46，作用在于，扩大高压区，减少轴承径向载荷。轴承内孔端面上设有一圈集油槽，如集油槽47，便于收集齿轮端面泄漏油液。

具体的说，在本实施例中，轴流式叶轮的前端有设有整流罩16，整流罩16的外形采用流线外形，减少进口流动损失，整流罩16通过螺纹设置在主动齿轮轴6上，并且在整流罩16与轴流式叶轮12之间设置有止动垫片17，通过止动垫片17防松，来实现对轴流式叶轮12轴向定位；

整流罩上均匀间隔设置有四个轴向槽39，该轴向槽39与止动垫片17相配合，在止动垫片17的相应位置处，止动垫片17的内圈上设置有相应的连接片，连接片贴合在轴向槽内部，更具体的说，连接片包括外圈外舌41和内圈外舌42，止动垫片17的内圈外舌42与轴上开设的槽贴合，保证轴与止动垫片17不会相对转动。安装时，止动垫片17的外圈外舌41弯曲，贴合在槽中，防止整流罩16转动。整流罩上开有两个安装孔40，用于整流罩16的安装。

具体的说，壳体2上设有加强筋35，加强泵体强度，轴流式叶轮12进口处叶片修圆，具有进口修圆处52，以提高抗气蚀性能，后端盖3上有工艺孔，工作时用堵帽15堵住，防止泄漏，本实施例中，前端盖1与轴流式叶轮12轴向间隙值0.3mm，径向间隙值0.1mm。

具体的说，前端盖1通过前端盖连接螺栓20设置在壳体2上，后端盖3通过后端盖连接螺栓设置在壳体2上。

具体的说，高压腔卸荷槽44和低压腔卸荷槽45均采用异型卸荷槽设计形式，其构型保证了高低压腔始终不互通，将啮合封闭区域与高压腔或低压腔沟通，避免交替产生真空和液压关死，且能更好地减轻啮合区空化现象；其边界不与齿根圆相交，保证了齿根圆到轴径处的密封长度。

工作原理

本发明提供的电动燃油泵工作时，油液从电动燃油泵进口38，进入电动燃油泵后，轴流式叶轮12对油液做功，增加油液压力，然后：

一小部分油液通过为第一到第四油冷通道(31、32、33、34)对电机组件进行冷却，再通过第一、二油冷泄漏通道(22、23)回流至轴流式叶轮12的全部区域；

另外的一大部分油液通过壳体2上的弯管36进入齿轮啮合产生的吸油腔内，随着齿轮运动后由电动燃油泵出口37排出。

由于轴流式叶轮对油液做功，叶轮后油液的压力上升，由于压差的作用，部分油液通过电机组件与壳体2的间隙也即第一第二油冷通道31、32，前端盖1与壳体2的间隙也即第三油冷通道33，定子组件4与转子组件5的间隙也即第四油冷通道34后，对电机组件进行冷却，这部分油液流经电机表面，与电机进行对流换热，带走了电机的热量，再通过前端盖1与轴流式叶轮12的径向间隙及轴向间隙即第一第二油冷泄漏通道22、23回流至轴流式叶轮12前部区域，其余大部分油液通过壳体2上的弯管36流入齿轮啮合所产生的吸油腔，经由齿轮转动后排出。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵，其特征在于，包括：壳体，所述壳体的一侧设置有前端盖，另外一侧设置有后端盖，在所述壳体的内部设置有电机组件和泵体，所述泵体包括低压泵和高压泵，其中，

所述电机组件包括定子组件和转子组件；所述低压泵设置在所述转子组件的内部区域，所述低压泵包括轴流式叶轮，所述轴流式叶轮通过平键套设在主动齿轮轴上，并且所述轴流式叶轮与所述转子组件采用过盈配合的方式进行连接；

所述电机组件与所述壳体的内壁存在间隙，所述前端盖与所述轴流式叶轮存在径向以及轴向方向上的间隙，其中，

所述定子组件与所述壳体的间隙为连通的第一油冷通道和第二油冷通道，所述前端盖与所述壳体构成的间隙为第三油冷通道，所述定子组件与所述转子组件之间的间隙为第四油冷通道，所述前端盖与所述轴流式叶轮的径向间隙为第一油冷泄漏通道，所述前端盖与所述轴流式叶轮的轴向间隙为第二油冷泄漏通道，并且所述第一油冷通道、第二油冷通道、第三油冷通道、第四油冷通道、第一油冷泄漏通道和第二油冷泄漏通道依次连通，形成冷却通路，所述第一油冷通道连通所述轴流式叶轮的工作区域，所述第二油冷泄漏通道连通所述轴流式叶轮的前部区域；

在所述壳体的内部且靠近所述后端盖的区域设置有从动齿轮轴，所述主动齿轮轴与所述从动齿轮轴相互啮合，在所述壳体内形成吸油腔及排油腔，构成所述高压泵，所述主动齿轮轴通过第一固定轴承和第一浮动轴承设置在所述壳体的内部，相应的，所述从动齿轮轴通过第二固定轴承和第二浮动轴承设置在所述壳体的内部，并且所述第一固定轴承与所述第二固定轴承之间，以及所述第一浮动轴承与所述第二浮动轴承之间通过插销进行连接；

在所述第一浮动轴承以及所述第二浮动轴承与所述后端盖之间设置有补偿弹簧；

所述电动燃油泵工作时，轴流式叶轮对油液做功，然后：

小部分油液通过为第一、第二、第三以及第四油冷通道对电机组件进行冷却，再通过第一和第二油冷泄漏通道回流至轴流式叶轮，另外的大部分油液进入高压泵的吸油腔内。

2.根据权利要求1所述的一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵，其特征在于，所述定子组件通过沉头螺钉固定在壳体上，所述轴流式叶轮为三叶片诱导轮，并且在缘处有一圈轮缘外壁，通过过盈配合的方式，所述轮缘外壁与所述转子组件连接，所述轴流式叶轮的内孔上开设有键槽，所述键槽内部设置有平键，通过所述平键，所述轴流式叶轮与主动齿轮轴进行连接。

3.根据权利要求2所述的一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵，其特征在于，在所述固定轴承与所述浮动轴承上均设有通孔，所述通孔连通高压腔与轴承油槽。

4.根据权利要求3所述的一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵，其特征在于，所述第一、第二固定轴承以及所述第一、第二浮动轴承均为滑动轴承，并且在所述壳体与所述轴流式叶轮、所述壳体与所述主动齿轮轴之间存在空隙，该空隙构成第一及第二润滑泄漏通道，所述第一及第二润滑泄漏通道连通所述第一固定轴承、第二固定轴承与所述轴流式叶轮的后部区域，在所述壳体以及所述后端盖上设置第三润滑泄漏通道，该第三润滑泄漏通道连通所述第一浮动轴承、第二浮动轴承与所述轴流式叶轮的后部区域，所述第一润滑泄漏通道、第二润滑泄漏通道以及第三润滑泄漏通道构成润滑通路。

5.根据权利要求4所述的一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵，其特征在于，所述第一、第二固定轴承以及所述第一、第二浮动轴承上设置有密封槽，并且所述密封槽中设置有密封圈。

6.根据权利要求5所述的一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵，其特征在于，所述第一、第二浮动轴承的端面上均设有五个槽，并且每个槽中均设置有补偿弹簧，所述补偿弹簧将所述第一、第二浮动轴承压紧。

7.根据权利要求6所述的一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵，其特征在于，所述第一、第二固定轴承以及所述第一、第二浮动轴承在靠近齿轮的一侧面上设有弧形槽，并且在轴承内孔端面上设有一圈集油槽。

8.根据权利要求7所述的一种面向多电航空辅助动装置的高功率密度电动燃油泵，其特征在于，所述轴流式叶轮的前端有设有整流罩，所述整流罩的外形采用流线外形，所述整流罩通过螺纹设置在主动齿轮轴上，并且在所述整流罩与所述轴流式叶轮之间设置有止动垫片；

所述整流罩上均匀间隔设置有四个轴向槽，该轴向槽与所述止动垫片相配合，在所述止动垫片的相应位置处，所述止动垫片的内圈上设置有相应的连接片，所述连接片贴合在所述轴向槽内部。

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