CN114640219A - 一种纳米磁性液体密封润滑阻尼的永磁半直驱电机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米磁性液体密封润滑阻尼的永磁半直驱电机，电机轴分别与液压泵转子和太阳轮连接，通电后定子磁场旋转带动转子运动，动力经连接在电机轴上的太阳轮传入行星齿轮传动总成，最终由输出轴输出动力；在储液壳体和减速端轴承座上设有注液口，可注入纳米磁性液体，在电机运行时纳米磁性液体对轴承、行星轮轴承、输出轴轴承及齿轮啮合传动进行润滑，液压泵总成使电机内的纳米磁性液体不断循环，对电机和齿轮组进行散热。右端的磁性液体密封组件对电机进行密封，而且由于纳米磁性液体填充了定子与转子间的气隙，使得电机运行时存在一定阻尼。本发明结构紧凑、润滑全面、密封可靠、散热及时，提高了永磁半直驱电机的传动效率和使用寿命。

Description

一种纳米磁性液体密封润滑阻尼的永磁半直驱电机

技术领域

本发明涉及一种永磁直驱电机，具体涉及一种纳米磁性液体密封润滑阻尼的永磁半直驱电机。

背景技术

随着我国工业的不断发展，现有的驱动设备不断向着低噪声、长寿命、一体化、高稳定性的方向发展，这使得对驱动设备的性能要求也不断增加。将永磁电机与减速器一体化设计的永磁半直驱电机不仅在结构上更加精简，也减少了设备的占地面积，提高了传动效率。例如：皮带机一体式驱动滚筒，其驱动系统置于滚筒内部，由于其需要较大的转矩，采用大功率永磁直驱电机或传统的异步电机配合加速器，都存在体积较大成本高等缺点，而采用永磁半直驱的方式可有效解决上述问题。

由于永磁半直驱电机转速较高，而且存在转动输出轴，其密封和润滑都存在一些不足。电机动密封结构用于运动部件与非运动部件之间，这会使电机的摩擦转矩和噪声增大、效率降低，此外动密封件使用过程中会产生机械磨损, 密封寿命和可靠性下降；静密封结构用于两个非运动部件之间，静密封要求精度高、加工难度大、低速时密封效果差；目前大多电机采用脂润滑，但由于润滑脂为半固体状，其流动和散热能力差，电机运行时大多数润滑脂被挤出轴承滚道，往往存在润滑不足、轴承温升高等问题；部分电机采用自润滑，但自润滑的结构复杂，运行成本高；与此同时，在空间限制的情况下，电机运行产生的热量无法及时散发，容易使电机失步甚至烧毁电机。

纳米磁性液体作为一种新兴纳米材料，由于其在磁场中既具有液体的流动性，又具有固体磁体的磁性，故被广泛应用机械、电子、航天等领域。利用永磁体、导磁结构、隔磁结构形成的无数环形磁场可将磁性液体固定在密封位置，实现稳定的密封。磁性液体具有流动性，其可以对永磁半直驱电机内的轴承及行星齿轮部分进行润滑。此外，纳米磁性液体本身具有一定的粘滞性，可使电机的阻尼增加，提高永磁半直驱电机的稳定性。

基于上纳米磁性液体的特性，我国学者进行了许多研究，例如公开号为CN214222011U的专利所述的一种磁性液体密封装置和具有其的电机，其通过磁性液体密封装置可以提高电机设备的密封性，但其未考虑电机内构件的润滑；公开号为CN112283325A专利所述的一种磁性液体密封润滑传动装置，其利用一个磁路同时实现了密封和润滑功能，但其密封处离永磁体较远，只适合设备较小的场合。因此有必要利用纳米磁性液体设计一种集密封、润滑和阻尼为一体的永磁半直驱电机，保证其发挥优异的性能的同时具有较长的使用寿命。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种纳米磁性液体密封润滑阻尼的永磁半直驱电机，兼顾密封性能、润滑性能和阻尼性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种纳米磁性液体密封润滑阻尼的永磁半直驱电机，包括电机主体、减速端轴承座、行星齿轮传动总成、回液管和液压泵总成；

电机主体包括电机永磁体、电机定子、电机转子、电机轴承座、中间轴承座、电机座、电机轴、电机左轴承和电机右轴承；电机座的前端、后端分别与电机轴承座、中间轴承座连接，电机轴穿过电机轴承座、电机座、中间轴承座，电机轴承座、中间轴承座与电机轴之间分别设有电机左轴承、电机右轴承；电机左轴承、电机右轴承与电机轴过盈配合；电机转子套在电机轴上且与电机轴花键连接，电机定子通过其上的花键与电机座配合，电机永磁体置于电机转子的永磁体槽中；电机定子与电机转子之间的间隙充满纳米磁性液体；

行星齿轮传动总成包括齿轮座、内齿圈、行星轮、行星轮轴、太阳轮和行星架；齿轮座的两端分别与中间轴承座、减速端轴承座连接，行星架位于齿轮座内且行星架的输出轴穿出减速端轴承座，行星架的输出轴与减速端轴承座之间设有减速端轴承，减速端轴承的外侧设有右端盖，右端盖与减速端轴承座连接；

行星架上的行星轮轴孔内设置有多个行星轮轴，行星轮轴上套有行星轮，太阳轮套在电机轴上且通过平键与电机轴连接，太阳轮与多个行星轮啮合，同时每个行星轮都与连接在齿轮座上的内齿圈啮合，行星齿轮传动总成内部填充纳米磁性液体；

液压泵总成包括液压泵定子、液压泵转子、叶片、出液管、进液管和储液壳体；储液壳体与电机轴承座密封连接，液压泵定子位于储液壳体内且通过螺栓连接在电机轴承座上；出液管两端分别与电机轴承座的进液孔、液压泵定子连通；液压泵转子套在电机轴上且与电机轴的花键连接，叶片置于液压泵转子的槽中，储液壳体内部填充纳米磁性液体，进液管上端与液压泵定子连通，进液管下端浸入纳米磁性液体中；储液壳体外壁上连通有回液管，回液管的另一端与中间轴承座上的回液孔连通。

进一步的，所述行星轮轴与行星轮之间设有行星轮轴承。

进一步的，所述右端盖孔内设有磁性液体密封组件，磁性液体密封组件包括弹性挡圈、轴向隔磁板、右极靴、永磁体、左极靴、径向隔磁套和导磁轴套；弹性挡圈套在行星架输出轴上设有槽口的位置，导磁轴套套在行星架输出轴上并与行星架输出轴间隙配合，导磁轴套的轴向两端分别与弹性挡圈、电机右轴承贴合；在导磁轴套上沿轴向方向自右向左分别相互贴合设置轴向隔磁板、右极靴、永磁体、左极靴和径向隔磁套，轴向隔磁板的另一端与右端盖贴合，径向隔磁套的另一端与电机右轴承贴合；在右极靴和左极靴与导磁轴套的间隙处填充密封纳米磁性液体。

进一步的，所述储液壳体上开设有注液口，注液口上设有液箱盖。

进一步的，所述减速端轴承座上开设有注液口，注液口位于减速端轴承座端面的边缘处，注液口上设有注液口螺栓。

与现有技术相比，本发明利用纳米磁性液体特性，通过永磁体在密封处内部建立稳定磁场及导磁率较高的结构将磁性液体束缚，永磁体、导磁结构和磁性液体共同形成稳定的密封区间，防止密封外的杂质进入密封，同时该结构能将永磁半直驱电机内的纳米磁性液体约束在机体内部；除密封外，纳米磁性液体还可以作为润滑剂，利用外部磁场将纳米磁性液体约束在特定范围，可实现定域润滑，使润滑的稳定性和可靠性提高，即纳米磁性液体润滑能够使轴承、齿轮等零部件的工作效率提高；同时，纳米磁性液体通过液压泵总成注入旋转的电机缝隙，磁性液体通过电机、轴承和齿轮后，经过回油管流回储液壳体，流动循环的磁性液体可带走电机各个部件的热，使电机运行更加可靠；此外，由于纳米磁性液体本身具有一定的粘滞性，故可将纳米磁性液体注入电机定子与电机转子之间，可增大电机的阻尼，使电机转动更加平稳。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明液压泵总成结构示意图；

图3为本发明电机主体结构示意图；

图4为本发明行星齿轮传动总成结构示意图；

图5为本发明磁性液体密封组件结构示意图；

图中：1、液箱盖；2、电机左轴承；3、电机轴承座；4、电机永磁体；5、电机定子；6、电机转子；7、中间轴承座；8、齿轮座；9、注液口螺栓；10、磁性液体密封组件；1001、弹性挡圈；1002、轴向隔磁板；1003、右极靴；1004、永磁体；1005、左极靴；1006、径向隔磁套；1007、导磁轴套；1008、密封纳米磁性液体；11、右端盖；12、减速端轴承；13、减速端轴承座；14、行星齿轮传动总成；141、内齿圈；142、行星轮；143、行星轮轴；144、太阳轮；145、行星架；146、行星轮轴承；15、纳米磁性液体；16、电机右轴承；17、电机座；18、电机轴；19、液压泵总成；1901、液压泵定子；1902、液压泵转子；1903、叶片；1904、出液管；1905、进液管；1906、储液壳体；20、回液管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

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。

如图1所示，本发明提供一种技术方案：包括电机主体、减速端轴承座13、行星齿轮传动总成14、回液管20和液压泵总成19。

如图1所示，电机主体包括电机永磁体4、电机定子5、电机转子6、电机轴承座3、中间轴承座7、电机座17、电机轴18、电机左轴承2和电机右轴承16；电机座17的前端、后端分别与电机轴承座3、中间轴承座7连接，电机轴18穿过电机轴承座3、电机座17、中间轴承座7，电机轴承座3、中间轴承座7与电机轴18之间分别设有电机左轴承2、电机右轴承16；电机左轴承2、电机右轴承16与电机轴18过盈配合，负责电机主体左右两端的支撑；电机转子6套在电机轴18上且与电机轴18花键连接，电机定子5通过其上的花键与电机座17配合，电机永磁4体置于电机转子6的永磁体槽中；电机定子5与电机转子6之间的间隙充满纳米磁性液体15。

如图3和图4所示，行星齿轮传动总成14包括齿轮座8、内齿圈141、行星轮142、行星轮轴143、太阳轮144、行星架145和行星轮轴承146；齿轮座8的两端分别与中间轴承座7、减速端轴承座13连接，行星架145位于齿轮座8内且行星架145的输出轴穿出减速端轴承座13，行星架145的输出轴与减速端轴承座13之间设有减速端轴承12，减速端轴承12的外侧设有右端盖11，右端盖11与减速端轴承座13连接，右端盖11孔内设有磁性液体密封组件10，减速端轴承座13上开设有注液口，注液口位于减速端轴承座13端面的边缘处，注液口上设有注液口螺栓9；如图5所示，磁性液体密封组件10包括弹性挡圈1001、轴向隔磁板1002、右极靴1003、永磁体1004、左极靴1005、径向隔磁套1006和导磁轴套1007；弹性挡圈1001套在行星架输出轴上设有槽口的位置，导磁轴套1007套在行星架输出轴上并与行星架输出轴间隙配合，导磁轴套1007的轴向两端分别与弹性挡圈1001、电机右轴承12贴合；在导磁轴套1007上沿轴向方向自右向左分别相互贴合设置轴向隔磁板1002、右极靴1003、永磁体1004、左极靴1005和径向隔磁套1006，轴向隔磁板1002的另一端与右端盖11贴合，径向隔磁套1006的另一端与电机右轴承12贴合；在右极靴1003和左极靴1004与导磁轴套1007的间隙处填充密封纳米磁性液体1008，左极靴1004处的密封纳米磁性液体1008和纳米磁性液体15是相通的，右极靴1003处的密封纳米磁性液体1008是独立的，不与纳米磁性液体15相通；相对于纳米磁性液体15而言，密封纳米磁性液体1008的浓度高，其中磁性颗粒含量多，通过磁场效应形成密封效果。

如图4所示，行星架145上的行星轮轴孔内设置有多个行星轮轴143，此处以三个星轮轴143为例说明，行星轮轴143上套有行星轮142，行星轮轴143与行星轮142之间设有行星轮轴承146，在行星轮轴孔内通过轴套和孔用弹性挡圈对行星轮轴承146进行定位，太阳轮144套在电机轴18上且通过平键与电机轴18连接，太阳轮144与三个行星轮142啮合，同时三个行星轮142均与连接在齿轮座8上的内齿圈141啮合，行星齿轮传动总成14内部填充纳米磁性液体15，纳米磁性液体15存在于行星齿轮轴承146之中，且粘附在各个行星轮142表面。

如图2所示，液压泵总成19包括液压泵定子1901、液压泵转子1902、叶片1903、出液管1904、进液管1905和储液壳体1906；储液壳体1906上开设有注液口，由该注液口向储液壳体1906中注入纳米磁性液体15，注液口上设有液箱盖1，放置灰尘杂质落入储液壳体1906中；储液壳体1906与电机轴承座3密封连接，液压泵定子1901位于储液壳体1906内且通过螺栓连接在电机轴承座3上；出液管1904两端分别与电机轴承座3的进液孔、液压泵定子1901连通，纳米磁性液体15可以由电机轴承座3上开设的进液孔进入到电机主体内部；液压泵转子1902套在电机轴18上且与电机轴18的花键连接，叶片1903置于液压泵转子1902的槽中，储液壳体1906内部填充纳米磁性液体15，进液管1905上端与液压泵定子1901连通，进液管1905下端浸入纳米磁性液体15中，储液壳体1906外壁上连通有回液管20，回液管20的另一端与中间轴承座7上的回液孔连通；电机转动时带动液压泵总成19工作，使储液壳体1906中的纳米磁性液体15通过出液管1904进入电机内部的缝隙；循环后的纳米磁性液体15通过回油管20重新回到储液壳体1906中。

安装时，首先将电机定子5压入电机座17中，而后分别安装电机永磁体4、电机轴18。在电机左端安装电机左轴承2并用螺栓将电机轴承座3与电机座17连接，在电机轴18最左端装入液压泵总成19并用螺栓固定，将进液管1905与出液管1904分别安装在液压泵的进液口和出液口处，装入储液壳体1906并用螺栓固定；在电机主体右端安装定位轴套及电机右轴承16，并用螺栓将中间轴承座7与电机座17连接；在电机轴18最右侧安装太阳轮144；将内齿圈141压入齿轮座8内，将行星轮142、行星轮轴143、行星轮轴承146安装在行星架145上，而后与太阳轮144啮合；在行星架145的输出轴上安装减速端轴承12，用螺栓将减速端轴承座13与齿轮座8连接；在减速端轴承座13内装入纳米磁性密封组件10，装入导磁轴套1007、弹性挡圈1001，将左极靴1005、永磁体1004、右极靴1003依次装在径向隔磁套1006上，将轴向隔磁板1002紧贴右极靴1003安装，在导磁轴套1007与左极靴1005和右极靴1003的间隙处注入密封纳米磁性液体1008，并用螺栓将右端盖11与减速端轴承座13连接。最后通过注液孔将纳米磁性液体15注入永磁半直驱电机和储液壳体1906，并通过油标尺插入注液口查看纳米磁性液体15位置，最后连接液箱盖1和注液口螺栓9。

通电后，定子磁场旋转带动电机转子6运动，动力经连接在电机轴18上的太阳轮144传入行星齿轮传动总成14，最终由输出轴输出动力；在储液壳体1906和减速端轴承座13上设有注液口，将纳米磁性液体注入电机内部，在电机运行时纳米磁性液体15对轴承、行星轮轴承146、减速端轴承12及齿轮啮合传动进行润滑，液压泵总成19使电机内的纳米磁性液体15不断循环，使电机和齿轮组散热。右端的磁性液体密封组件10对电机进行密封，而且由于纳米磁性液体15填充了定子与转子间的气隙，使得电机运行时存在一定阻尼。本发明结构紧凑、润滑全面、密封可靠、散热及时，提高了永磁半直驱电机的传动效率和使用寿命。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种纳米磁性液体密封润滑阻尼的永磁半直驱电机，包括电机主体、减速端轴承座（13）、行星齿轮传动总成（14）和回液管（20）；其特征在于，还包括液压泵总成（19）；

电机主体包括电机永磁体（4）、电机定子（5）、电机转子（6）、电机轴承座（3）、中间轴承座（7）、电机座（17）、电机轴（18）、电机左轴承（2）和电机右轴承（16）；电机座（17）的前端、后端分别与电机轴承座（3）、中间轴承座（7）连接，电机轴（18）穿过电机轴承座（3）、电机座（17）、中间轴承座（7），电机轴承座（3）、中间轴承座（7）与电机轴（18）之间分别设有电机左轴承（2）、电机右轴承（16）；电机转子（6）套在电机轴（18）上且与电机轴（18）花键连接，电机定子（5）通过花键与电机座（17）配合，电机永磁体（4）置于电机转子（6）的永磁体槽中；电机定子（5）与电机转子（6）之间的间隙充满纳米磁性液体（15）；

行星齿轮传动总成（14）包括齿轮座（8）、内齿圈（141）、行星轮（142）、行星轮轴（143）、太阳轮（144）和行星架（145）；齿轮座（8）的两端分别与中间轴承座（7）、减速端轴承座（13）连接，行星架（145）位于齿轮座（8）内且行星架（145）的输出轴穿出减速端轴承座（13），行星架（145）的输出轴与减速端轴承座（13）之间设有减速端轴承（12），减速端轴承（12）的外侧设有右端盖（11），右端盖（11）与减速端轴承座（13）连接；

行星架（145）上设置有多个行星轮轴（143），行星轮轴（143）上套有行星轮（142），太阳轮（144）套在电机轴（18）上且通过平键与电机轴（18）连接，太阳轮（144）与多个行星轮（142）啮合，同时每个行星轮（142）都与连接在齿轮座（8）上的内齿圈（141）啮合，行星齿轮传动总成（14）内部填充纳米磁性液体（15）；

液压泵总成（19）包括液压泵定子（1901）、液压泵转子（1902）、叶片（1903）、出液管（1904）、进液管（1905）和储液壳体（1906）；储液壳体（1906）与电机轴承座（3）密封连接，液压泵定子（1901）位于储液壳体（1906）内且连接在电机轴承座（3）上；出液管（1904）两端分别与电机轴承座（3）、液压泵定子（1901）连通；液压泵转子（1902）套在电机轴（18）上且与电机轴（18）的花键连接，叶片（1903）置于液压泵转子（1902）的槽中，储液壳体（1906）内部填充纳米磁性液体（15），进液管（1905）上端与液压泵定子（1901）连通，进液管（1905）下端浸入纳米磁性液体（15）中；

储液壳体（1906）外壁上连通有回液管（20），回液管（20）的另一端与中间轴承座（7）连通。

2.根据权利要求1所述的一种纳米磁性液体密封润滑阻尼的永磁半直驱电机，其特征在于，所述行星轮轴（143）与行星轮（142）之间设有行星轮轴承（146）。

3.根据权利要求1所述的一种纳米磁性液体密封润滑阻尼的永磁半直驱电机，其特征在于，所述右端盖（11）孔内设有磁性液体密封组件（10），磁性液体密封组件（10）包括弹性挡圈（1001）、轴向隔磁板（1002）、右极靴（1003）、永磁体（1004）、左极靴（1005）、径向隔磁套（1006）和导磁轴套（1007）；弹性挡圈（1001）套在行星架输出轴上设有槽口的位置，导磁轴套（1007）套在行星架输出轴上并与行星架输出轴间隙配合，导磁轴套（1007）的轴向两端分别与弹性挡圈（1001）、电机右轴承（12）贴合；在导磁轴套（1007）上沿轴向方向自右向左分别相互贴合设置轴向隔磁板（1002）、右极靴（1003）、永磁体（1004）、左极靴（1005）和径向隔磁套（1006），轴向隔磁板（1002）的另一端与右端盖（11）贴合，径向隔磁套（1006）的另一端与电机右轴承（12）贴合；在右极靴（1003）和左极靴（1004）与导磁轴套（1007）的间隙处填充密封纳米磁性液体（1008）。

4.根据权利要求1所述的一种纳米磁性液体密封润滑阻尼的永磁半直驱电机，其特征在于，所述储液壳体（1906）上开设有注液口，注液口上设有液箱盖（1）。

5.根据权利要求1所述的一种纳米磁性液体密封润滑阻尼的永磁半直驱电机，其特征在于，所述减速端轴承座（13）上开设有注液口，注液口位于减速端轴承座（13）端面的边缘处，注液口上设有注液口螺栓（9）。

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