CN113513458A - 一种高集成化油液内循环式伺服电机泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，包括永磁同步电机和双向定量柱塞泵芯，后端盖与电机泵壳体由双道第一O型密封圈形成径向密封，在后端盖右侧有可方便拆卸的旋变端盖，与双道第二O型密封圈形成径向密封；提高电机泵壳体低压系统密封可靠性；电机泵主轴与旋变轴内开有沿轴线方向的中心孔及垂直于轴线的孔，伺服电机泵腔内油液能在泵送结构的作用下，自循环式流动，形成高效冷却结构。本发明具有高可靠密封，伺服电机泵壳体上采用双道径向密封，提高密封可靠性。

Description

一种高集成化油液内循环式伺服电机泵
技术领域
本发明涉及一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，属于伺服系统技术领域。
背景技术
伺服电机泵是伺服系统的液压动力单元，广泛应用在机电静压伺服系统中。机电静压伺服机构(EHA,Electro-Hydraulic Actuators)是未来运载火箭及导弹武器推力矢量伺服控制的优选技术方案。目前典型的EHA采用变转速定排量型，即通过控制伺服电机转速、转向来改变双向定量泵输出液压油的流量、流向，从而达到控制作动器输出速度、方向的目的。将伺服电机与双向定量泵在结构上设计成一个整体，称为伺服电机泵(也称伺服电动泵、电液泵等)。伺服电机泵是EHA的核心动力元件。
根据运载火箭及导弹武器伺服系统液压动力元件需求，研制高集成化、高压高速、油液内循环式电机和柱塞泵集成伺服电机泵新型单元产品。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，实现高集成化，高动态响应，高效冷却，双向稳定流量。
本发明解决技术的方案是：
一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，包括永磁同步电机和双向定量柱塞泵芯，
永磁同步电机包括永磁同步电机定子、永磁同步电机转子组件、后端盖、第一O型密封圈、旋变端盖、第二O型密封圈、第一平键、柱塞回程机构、电机泵轴组件、电机泵主轴、旋变轴、旋转变压器转子、圆柱键；
双向定量柱塞泵芯包括套筒A、套筒B、压板、调整环、卡盘、第二平键、柱塞组件、斜盘和缸体；
后端盖与电机泵壳体由双道第一O型密封圈形成径向密封，在后端盖右侧有可方便拆卸的旋变端盖，与双道第二O型密封圈形成径向密封；提高电机泵壳体低压系统密封可靠性；
电机泵主轴与旋变轴内开有沿轴线方向的中心孔及垂直于轴线的孔，伺服电机泵腔内油液能在泵送结构的作用下，自循环式流动，形成高效冷却结构；
利用套筒A、套筒B对压板的轴向压紧约束卡盘，柱塞组件中滑靴可以直接在斜盘上运动，套筒A、套筒B、调整环和斜盘之间装有可以防转的第二平键，柱塞组件中滑靴一端靠压板约束，柱塞端插入缸体中，形成泵芯结构。
进一步的，通过对伺服电机转速进行实时控制，改变电机泵输出流量，从而控制作动器的运动速度，实现作动器位置闭环控制。
进一步的，当永磁同步电机转子组件旋转带动柱塞组件在缸体内往复运动时，柱塞与缸体孔组成的密封容积发生变化，实现泵的吸压油过程，结构的正反向特性一致，转动惯量小。
进一步的，套筒A、套筒B、压板、调整环、卡盘和第二平键构成柱塞回程机构。
进一步的，利用调整环尺寸，保证滑靴、斜盘与压板间隙，滑靴可以在斜盘上平稳滑动。
进一步的，永磁同步电机和双向定量柱塞泵芯共用一个电机泵壳体。
进一步的，永磁同步电机定子过盈固定在伺服电机泵壳体内部，并通过第一平键连接防止转动。
进一步的，永磁同步电机转子组件与电机泵主轴采用圆柱键过盈连接，永磁同步电机转子组件与电机泵主轴不出现相对转动。
进一步的，电机泵轴组件为分体结构，分别用于安装永磁同步电机转子组件与旋转变压器转子。
进一步的，电机泵主轴与旋变轴之间过盈连接，且有防止转动结构。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明具有通轴、共壳高集成化结构：柱塞泵与伺服电机采用通轴设计，直线排列且共用一根传动轴，结构紧凑；永磁同步电机和双向定量柱塞泵芯共用一个壳体，获得紧凑结构的同时，解决了柱塞泵轴封机械密封漏油问题；
(2)本发明具有自循环式冷却结构：电机泵轴开有沿轴线方向的中心孔及垂直于轴线的孔，伺服电机泵腔内油液能在泵送结构的作用下，自循环式流动，更利于伺服电机泵中电机定子、转子、轴承的散热；
(3)本发明具有高效冷却功能：永磁同步电机定子、转子以及滚动轴承的主要发热部件处于流动油液环境中，从而实现对伺服电机的强制冷却；
(4)本发明具有柱塞回程机构：取消回程机构中的螺钉和垫盘，利用套筒对压板的轴向压紧约束卡盘，滑靴直接在斜盘上运动，简化回程机构结构，提高回程机构的加工工艺性；利用调整环尺寸，保证滑靴、斜盘的间隙，滑靴可以在斜盘上平稳滑动；
(5)本发明具有分体转轴：将电机泵轴一分为二，分别安装永磁同步电机转子组件与旋转变压器转子，解决了主轴与旋变轴一体的细长及大直径跃变的工艺性差问题；
(6)本发明具有高可靠键连接：永磁同步电机转子组件和长转轴采用圆柱键过盈连接，减小了永磁同步电机转子与轴传统大过盈装配困难，也提高在双向高速旋转过程中的连接性能，永磁同步电机转子与电机泵轴不会出现相对转动；
(7)本发明具有高可靠密封：伺服电机泵壳体上采用双道径向密封，提高密封可靠性。
(8)本发明与现有国内外现有方案相比，可实现正反转高频换向，兼具动力与控制功能，直接驱动作动器做功，该高集成化油液内循环式伺服电机泵性能优良，动态响应快，可靠性高。
附图说明
图1为本发明高集成化油液内循环式伺服电机泵组成结构图；
图2为本发明伺服电机泵轴及电机转子结构图；
图3为本发明柱塞回程机构图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，如图1-3所示，包括永磁同步电机和双向定量柱塞泵芯，永磁同步电机和双向定量柱塞泵芯共用一个电机泵壳体，
永磁同步电机包括永磁同步电机定子2、永磁同步电机转子组件3、后端盖4、第一O型密封圈5、旋变端盖6、第二O型密封圈7、第一平键8、柱塞回程机构9、电机泵轴组件10、电机泵主轴11、旋变轴12、旋转变压器转子13、圆柱键14；
双向定量柱塞泵芯包括套筒A15、套筒B16、压板17、调整环18、卡盘19、第二平键20、柱塞组件21、斜盘22和缸体23；
永磁同步电机定子2过盈固定在伺服电机泵壳体1内部，并通过第一平键8连接防止转动；
后端盖4与电机泵壳体1由双道第一O型密封圈5形成径向密封，在后端盖4右侧有可方便拆卸的旋变端盖6，与双道第二O型密封圈7形成径向密封；提高电机泵壳体1低压系统密封可靠性；
电机泵轴组件10为分体结构，分别用于安装永磁同步电机转子组件3与旋转变压器转子13，电机泵主轴11与旋变轴12之间过盈连接，且有防止转动结构；
电机泵主轴11与旋变轴12内开有沿轴线方向的中心孔及垂直于轴线的孔，伺服电机泵腔内油液能在泵送结构的作用下，自循环式流动，形成高效冷却结构；
永磁同步电机转子组件3与电机泵主轴11采用圆柱键14过盈连接，永磁同步电机转子组件3与电机泵主轴11不出现相对转动；
利用套筒A15、套筒B16对压板17的轴向压紧约束卡盘19，柱塞组件21中滑靴可以直接在斜盘22上运动，套筒A15、套筒B16、调整环18和斜盘22之间装有可以防转的第二平键20，柱塞组件21中滑靴一端靠压板17约束，柱塞端插入缸体23中，形成泵芯结构；简化回程机构结构，提高柱塞回程机构的加工工艺性。利用调整环18尺寸，保证滑靴、斜盘7与压板17间隙，滑靴可以在斜盘上平稳滑动。
通过对伺服电机转速进行实时控制，改变电机泵输出流量，从而控制作动器的运动速度，实现作动器位置闭环控制。当永磁同步电机转子组件3旋转带动柱塞组件21在缸体23内往复运动时，柱塞与缸体孔组成的密封容积发生变化，实现泵的吸压油过程，结构的正反向特性一致，转动惯量小。
永磁同步电机电磁结构采用4极15槽，电机定子过盈固定在电机泵壳体右侧；电机泵轴为分体转轴，主轴与旋变轴之间过盈连接，且有防止转动结构，永磁同步电机转子与电机泵轴采用高可靠性键连接，见图2。
后端盖与电机泵壳体由双道O型密封圈形成径向密封，在后端盖右侧有可方便拆卸的旋变端盖，双道O型密封圈形成径向密封；柱塞回程机构中取消螺钉连接和垫盘，由两个套筒、压板、调整环、斜盘、平键组成，利用两个套筒对压板的轴向压紧约束卡盘，滑靴可以直接在斜盘上运动，套筒、调整环和斜盘之间装有可以防转销，见图3；柱塞组件滑靴一端靠压板约束，柱塞端插入缸体中，形成泵芯结构。
本发明提出一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，基于现有柱塞泵产品，对伺服电机泵关键结构进行创新设计。创新设计了柱塞回程机构，结构更简单，尺寸更小，生产工艺性更好。创新设计了油液内循环结构，产品内部形成自循环式冷却通道及泵送效应，实现高效冷却，产品的温度场分布更均匀。创新设计了分体式轴，解决了主轴与旋变轴一体的细长及大直径跃变的工艺性差问题。优化了电机设计，具备高动态响应特性，产品可正反转高频换向，兼具动力与控制功能，直接驱动作动器做功。该高集成化油液内循环式伺服电机泵性能优良，提高转速和效率，达到高可靠性能指标。
伺服电机泵产品已经应用到多个航天型号中，对伺服电机泵提出更高的要求，研制高可靠性，响应速度快，高压高速的伺服电机泵。伺服电机泵，可以应用到对极限尺寸和重量要求苛刻的航天伺服系统中，成为下一代运载火箭及导弹武器大功率伺服系统的动力单元。另外，可以拓展应用到高集成化和对尺寸和重量要求严格的航空液压系统及智能机器人领域。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，其特征在于，包括永磁同步电机和双向定量柱塞泵芯，
永磁同步电机包括永磁同步电机定子(2)、永磁同步电机转子组件(3)、后端盖(4)、第一O型密封圈(5)、旋变端盖(6)、第二O型密封圈(7)、第一平键(8)、柱塞回程机构(9)、电机泵轴组件(10)、电机泵主轴(11)、旋变轴(12)、旋转变压器转子(13)、圆柱键(14)；
双向定量柱塞泵芯包括套筒A(15)、套筒B(16)、压板(17)、调整环(18)、卡盘(19)、第二平键(20)、柱塞组件(21)、斜盘(22)和缸体(23)；
后端盖4与电机泵壳体1由双道第一O型密封圈(5)形成径向密封，在后端盖(4)右侧有可方便拆卸的旋变端盖(6)，与双道第二O型密封圈(7)形成径向密封；提高电机泵壳体(1)低压系统密封可靠性；
电机泵主轴(11)与旋变轴(12)内开有沿轴线方向的中心孔及垂直于轴线的孔，伺服电机泵腔内油液能在泵送结构的作用下，自循环式流动，形成高效冷却结构；
利用套筒A(15)、套筒B(16)对压板(17)的轴向压紧约束卡盘(19)，柱塞组件(21)中滑靴可以直接在斜盘(22)上运动，套筒A(15)、套筒B(16)、调整环(18)和斜盘(22)之间装有可以防转的第二平键(20)，柱塞组件(21)中滑靴一端靠压板(17)约束，柱塞端插入缸体(23)中，形成泵芯结构。
2.根据权利要求1所述的一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，其特征在于，通过对伺服电机转速进行实时控制，改变电机泵输出流量，从而控制作动器的运动速度，实现作动器位置闭环控制。
3.根据权利要求1所述的一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，其特征在于，当永磁同步电机转子组件(3)旋转带动柱塞组件(21)在缸体(23)内往复运动时，柱塞与缸体孔组成的密封容积发生变化，实现泵的吸压油过程，结构的正反向特性一致，转动惯量小。
4.根据权利要求1所述的一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，其特征在于，套筒A(15)、套筒B(16)、压板(17)、调整环(18)、卡盘(19)和第二平键(20)构成柱塞回程机构。
5.根据权利要求1所述的一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，其特征在于，利用调整环(18)尺寸，保证滑靴、斜盘(7)与压板(17)间隙，滑靴可以在斜盘上平稳滑动。
6.根据权利要求1所述的一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，其特征在于，永磁同步电机和双向定量柱塞泵芯共用一个电机泵壳体。
7.根据权利要求1所述的一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，其特征在于，永磁同步电机定子(2)过盈固定在伺服电机泵壳体(1)内部，并通过第一平键(8)连接防止转动。
8.根据权利要求1所述的一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，其特征在于，永磁同步电机转子组件(3)与电机泵主轴(11)采用圆柱键(14)过盈连接，永磁同步电机转子组件(3)与电机泵主轴(11)不出现相对转动。
9.根据权利要求1所述的一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，其特征在于，电机泵轴组件(10)为分体结构，分别用于安装永磁同步电机转子组件(3)与旋转变压器转子(13)。
10.根据权利要求1所述的一种高集成化油液内循环式伺服电机泵，其特征在于，电机泵主轴(11)与旋变轴(12)之间过盈连接，且有防止转动结构。
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