CN115559876A - 一种电机轴二维活塞一体式电机泵 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电机轴二维活塞一体式电机泵，包括双自由度电机，所述双自由度电机的输出端连接有二维活塞泵；所述二维活塞泵包括泵壳，泵壳的内部设有缸体组，缸体组包括缸体，缸体的内部设有左耐磨套、中间耐磨套和右耐磨套，缸体组的内部设有二维活塞，二维活塞与双自由度电机的输出端相连接；所述左耐磨套、中间耐磨套和二维活塞之间形成左工作腔，右耐磨套、中间耐磨套和二维活塞之间形成右工作腔；所述中间耐磨套上设有矩形窗口，缸体上设有与矩形窗口相对应的横向油道和纵向油道。本发明精简了二维活塞泵的结构，减少了机械损失，还降低了长时间工作后油液泄漏的风险。

Description

一种电机轴二维活塞一体式电机泵
技术领域
本发明涉及一种电机泵，特别涉及一种电机轴二维活塞一体式电机泵。
背景技术
随着中国对于节能环保的需求，在液压传动领域，低效率的阀控系统也在逐步被高效率的泵控系统取代，而泵控系统中最为广泛运用的是集成式的液压系统。集成式的液压系统往往采用轴向柱塞泵作为动力元件给整个系统提供液压能，但是轴向柱塞泵结构中的多类滑动摩擦副却阻碍了其发展，特别是在提升其自身的工作转速，频繁切换正反转和带载启动方面。
为了对轴向柱塞泵进行改进，市面上出现了一系列二维活塞泵，在滚轮和空间凸轮导轨的配合下，泵内的活塞具有转动和直动两种运动方式，且两种运动是相互配合的。活塞转动完成配流，活塞直动完成工作腔的容积变化。例如，公开号为CN106089621A的中国发明专利提出了一种二维锥滚轮活塞泵，通过电机驱动拨叉转动，配合滚轮和导轨，最终带动活塞的转动以及轴向移动。
但是，上述二维活塞泵的工作是需要外部的旋转机械能输入，这就使得外部旋转机械能需要通过机械结构解耦变换为旋转机械能和直动机械能。现有的二维活塞泵一般使用的都是拨叉轴或者滚珠花键等机械装置进行解耦，这无疑是增加了机械损耗。另外，因为需要与外部的旋转机械对接，如与电机轴通过柔性联轴器连接等，二维活塞泵需要从端面伸出一根输入轴。在输入轴和端面的配合处，需要设计可以承载高转速的动密封，又增加了二维活塞泵机械损失和泄漏的风险。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种电机轴二维活塞一体式电机泵。本发明精简了二维活塞泵的结构，减少了机械损失，还降低了长时间工作后油液泄漏的风险。
本发明的技术方案：一种电机轴二维活塞一体式电机泵，包括双自由度电机，所述双自由度电机的输出端连接有二维活塞泵；所述二维活塞泵包括泵壳，泵壳的内部设有缸体组，缸体组包括缸体，缸体的内部设有左耐磨套、中间耐磨套和右耐磨套，缸体组的内部设有二维活塞，二维活塞与双自由度电机的输出端相连接；所述左耐磨套、中间耐磨套和二维活塞之间形成左工作腔，右耐磨套、中间耐磨套和二维活塞之间形成右工作腔；所述中间耐磨套上设有矩形窗口，缸体上设有与矩形窗口相对应的横向油道和纵向油道；所述缸体组的两侧均设有凸轮导轨，凸轮导轨的表面设有马鞍形曲面；所述二维活塞的两侧均设有悬架组件，悬架组件包括支架，支架的中部设有矩形槽，二维活塞穿过矩形槽并与支架相连接；所述支架的两侧均设有平滚轮，平滚轮与马鞍形曲面相贴合。
前述的电机轴二维活塞一体式电机泵中，所述双自由度电机包括电机壳，电机壳内部设有不锈钢隔套，不锈钢隔套的内部设有转子转轴，转子转轴上嵌设有磁钢；所述电机壳内部沿不锈钢隔套的外围设有定子铁芯。
前述的电机轴二维活塞一体式电机泵中，所述电机壳的侧部设有电机连接盖，不锈钢隔套伸出电机壳并与电机连接盖的一侧端面相连接，电机连接盖的另一侧端面与泵壳相连接。
前述的电机轴二维活塞一体式电机泵中，所述电机连接盖的内部设有导向套，转子转轴的端部穿过导向套。
前述的电机轴二维活塞一体式电机泵中，所述转子转轴的末端设有螺纹孔，二维活塞的端部设有圆形台阶，圆形台阶的表面设有外螺纹，二维活塞通过圆形台阶与转子转轴相连接。
前述的电机轴二维活塞一体式电机泵中，所述泵壳的内壁设有独立油道，泵壳的侧部设有泄漏口。
前述的电机轴二维活塞一体式电机泵中，所述电机连接盖的表面设有多个进油孔，进油孔与不锈钢隔套内部空间相连通。
前述的电机轴二维活塞一体式电机泵中，所述二维活塞的表面设有多个配流窗口，多个配流窗口呈交错式分布。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中，转子转轴与二维活塞相连接，通过转子转轴转动，带动二维活塞转动，在二维活塞的两端均设置有悬架组件，悬架组件包括平滚轮，在缸体组的两侧均设有与平滚轮相配合的凸轮导轨，在凸轮导轨的导向作用下，二维活塞带动平滚轮转动，同时使得平滚轮和二维活塞往复移动，实现吸油和排油的动作，通过上述转子转轴与二维活塞的一体式设计，无需使用传统二维活塞泵设计中的拨叉轴或者类似滚珠花键的转动解耦元件，极大的精简了二维活塞泵的结构，减少了机械损失，而且，本发明对二维活塞泵进行用于承载高速转动的动密封设计，降低了长时间工作后油液泄漏的风险。
2、本发明中，在电机连接盖的侧部设置有进油孔，进油孔与不锈钢隔套相连通，方便油液给转子转轴的转动与直动润滑，而且，在电机连接盖的中部设置有导向套，转子转轴穿过导向套，设置导向套能够给转子转轴的转动与直动起到导向的作用，提高转子转轴运动的稳定性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中双自由度电机的内部结构示意图；
图3是本发明中二维活塞泵的内部结构示意图；
图4是本发明中悬架组件和凸轮导轨的装配示意图；
图5是本发明中缸体组的结构示意图；
图6是本发明中悬架组件和凸轮导轨的初始状态示意图；
图7是图6的A-A向截面图；
图8是本发明中凸轮导轨旋转45°时的示意图；
图9是图8的A-A向截面图；
图10是本发明中凸轮导轨旋转90°时的示意图；
图11是图10的A-A向截面图；
图12是本发明中凸轮导轨旋转135°时的示意图；
图13是图12的A-A向截面图。
附图中的标记为：1-双自由度电机；11-电机壳；12-定子铁芯；13-不锈钢隔套；14-转子转轴；14a-磁钢；14b-螺纹孔；15-导向套；16-电机连接盖；2-二维活塞泵；21-悬架组件；211-平滚轮；212-支架；22-凸轮导轨；22a-马鞍形曲面；23-泵壳；23a-独立油道；23b-泄漏口；24-缸体组；241-左耐磨套；242-中间耐磨套；243-缸体；244-右耐磨套；25-二维活塞。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种电机轴二维活塞一体式电机泵，如附图1和附图2所示，包括双自由度电机1，所述双自由度电机1包括电机壳11，电机壳11内部设有不锈钢隔套13，不锈钢隔套13的内部设有转子转轴14，转子转轴14上嵌设有磁钢14a；所述电机壳11内部沿不锈钢隔套13的外围设有定子铁芯12，定子铁芯12与缠绕在其身上的漆包线形成定子绕组，可以通过定子绕组产生旋转的磁场，驱动转子转轴14旋转。
所述双自由度电机1的输出端连接有二维活塞泵2；所述电机壳11的侧部设有电机连接盖16，不锈钢隔套13伸出电机壳11并与电机连接盖16的一侧端面相连接，不锈钢隔套13通过与电机连接盖16的端面连接形成静密封，从而将油液密封在不锈钢隔套13内部。电机连接盖16的另一侧端面与泵壳23相连接；所述电机连接盖16的内部设有导向套15，转子转轴14的端部穿过导向套15，导向套15为黄铜材质，安装在电机连接盖16的中心处，给转子转轴14的旋转和直动提供导向作用；所述电机连接盖16的表面设有多个进油孔，进油孔与不锈钢隔套13内部空间相连通，方便油液给转子转轴14旋转和直动润滑。与无刷电机类似，本发明中所采用的双自由度电机1内部产生的旋转磁场的作用范围是大于转子转轴14的磁钢14a的长度的，所以转子转轴14的轻微的轴向窜动，不影响电机驱动转子转轴14旋转。所以，在本发明中，双自由度电机1的转子转轴14小幅度轴向移动并不影响自身的转动。
所述二维活塞泵2包括泵壳23，如附图3所示，所述泵壳23的内壁设有独立油道23a，泵壳23的侧部设有泄漏口23b，泄漏口23b用与收集从二维活塞泵2内泄漏的油液回到油箱等收集装置中；如附图5所示，泵壳23的内部设有缸体组24，缸体组24包括缸体243，缸体243的内部设有左耐磨套241、中间耐磨套242和右耐磨套244，缸体组24的内部设有二维活塞25，所述二维活塞25的表面设有多个配流窗口，配流窗口呈U型结构，并且其U型开口的朝向不同，即部分配流窗口朝向左侧，另一部分配流窗口朝向右侧设置，多个配流窗口呈交错式分布。
二维活塞25与双自由度电机1的输出端相连接，具体的，所述转子转轴14的末端设有螺纹孔14b，二维活塞25的端部设有圆形台阶，圆形台阶的表面设有外螺纹，二维活塞25通过圆形台阶与转子转轴14相连接；所述左耐磨套241、中间耐磨套242和二维活塞25之间形成左工作腔，右耐磨套244、中间耐磨套242和二维活塞25之间形成右工作腔；所述中间耐磨套242上设有矩形窗口242a，缸体243上设有与矩形窗口242a相对应的横向油道243a和纵向油道243b。
所述缸体组24的两侧均设有凸轮导轨22，如附图4所示，凸轮导轨22的表面设有马鞍形曲面22a，马鞍形曲面22a为正弦曲面；所述二维活塞25的两侧均设有悬架组件21，悬架组件21包括支架212，支架212的中部设有矩形槽，二维活塞25穿过矩形槽并与支架212相连接，具体的，二维活塞25与支架212之间可通过螺栓进行固定；所述支架212的两侧均设有平滚轮211，平滚轮211与马鞍形曲面22a相贴合。二维活塞25转动，带动支架212转动，从而带动平滚轮211转动，平滚轮211在沿着凸轮导轨22的马鞍形曲面22a转动时，由于马鞍形曲面22a的起伏，会带动支架212左右移动，从而带动二维活塞25左右移动。值得注意的是，在平滚轮211转动至一侧马鞍形曲面22a的凹陷部位时，另一侧的平滚轮211则位于马鞍形曲面22a的凸起部位，从而保证在平滚轮211和凸轮导轨22的导向作用下，使得支架212左右往复移动。
工作原理：双自由度电机1的转子转轴14转动，带动二维活塞25转动，从而带动悬架组件21转动，悬架组件21的平滚轮211随之转动。本实施例中，以下过程采用悬架组件21的逆时针转动过程进行描述，初始状态下，如附图6和附图7所示，二维活塞25处于行程的最右端，此时左工作腔体积最大准备排油，右工作腔体积最小准备吸油。悬架组件21逆时针转动，从附图6转动至附图8所示状态，二维活塞25逆时针旋转，并且向左移动，因为转子转轴14与二维活塞25相连接，所以转子转轴14也会向左移动，如附图9所示，此时二维活塞25处于行程中位，左右两工作腔体积呈中等状态。悬架组件21继续转动，从如图8转动至附图10所示状态，二维活塞25继续向左移动，左工作腔继续排油，右工作腔继续吸油，如附图11所示，此时二维活塞25处于行程最左端，左工作腔体积最小准备吸油，右工作腔体积最大准备排油。二维活塞25继续转动，从附图10转动至附图12所示状态，二维活塞25开始向右移动，左工作腔开始变大吸油，右工作腔开始变小排油。以上过程即本发明所提出的电机泵的吸排油工作原理，转子转轴14的磁钢14a的运动范围小于绕组的作用范围，且转子转轴14与二维活塞25固连，二维活塞25受到的约束保证了转子转轴14旋转和直动的顺畅。
综上，本发明通过上述操作即可使得二维活塞25往复移动，交替实现吸油和排油动作，为外部动力元件提供液压动能，并且，本发明采用转子转轴14与二维活塞25一体式设计，无需使用传统二维活塞泵设计中的拨叉轴或者类似滚珠花键的转动解耦元件，极大的精简了二维活塞泵的结构，减少了机械损失；本发明还消除了二维活塞泵原先存在的动密封设计，降低了长时间工作后油液泄漏的风险。

Claims (8)

1.一种电机轴二维活塞一体式电机泵，包括双自由度电机(1)，其特征在于：所述双自由度电机(1)的输出端连接有二维活塞泵(2)；所述二维活塞泵(2)包括泵壳(23)，泵壳(23)的内部设有缸体组(24)，缸体组(24)包括缸体(243)，缸体(243)的内部设有左耐磨套(241)、中间耐磨套(242)和右耐磨套(244)，缸体组(24)的内部设有二维活塞(25)，二维活塞(25)与双自由度电机(1)的输出端相连接；所述左耐磨套(241)、中间耐磨套(242)和二维活塞(25)之间形成左工作腔，右耐磨套(244)、中间耐磨套(242)和二维活塞(25)之间形成右工作腔；所述中间耐磨套(242)上设有矩形窗口(242a)，缸体(243)上设有与矩形窗口(242a)相对应的横向油道(243a)和纵向油道(243b)；所述缸体组(24)的两侧均设有凸轮导轨(22)，凸轮导轨(22)的表面设有马鞍形曲面(22a)；所述二维活塞(25)的两侧均设有悬架组件(21)，悬架组件(21)包括支架(212)，支架(212)的中部设有矩形槽，二维活塞(25)穿过矩形槽并与支架(212)相连接；所述支架(212)的两侧均设有平滚轮(211)，平滚轮(211)与马鞍形曲面(22a)相贴合。
2.根据权利要求1所述的电机轴二维活塞一体式电机泵，其特征在于：所述双自由度电机(1)包括电机壳(11)，电机壳(11)内部设有不锈钢隔套(13)，不锈钢隔套(13)的内部设有转子转轴(14)，转子转轴(14)上嵌设有磁钢(14a)；所述电机壳(11)内部沿不锈钢隔套(13)的外围设有定子铁芯(12)。
3.根据权利要求2所述的电机轴二维活塞一体式电机泵，其特征在于：所述电机壳(11)的侧部设有电机连接盖(16)，不锈钢隔套(13)伸出电机壳(11)并与电机连接盖(16)的一侧端面相连接，电机连接盖(16)的另一侧端面与泵壳(23)相连接。
4.根据权利要求3所述的电机轴二维活塞一体式电机泵，其特征在于：所述电机连接盖(16)的内部设有导向套(15)，转子转轴(14)的端部穿过导向套(15)。
5.根据权利要求2所述的电机轴二维活塞一体式电机泵，其特征在于：所述转子转轴(14)的末端设有螺纹孔(14b)，二维活塞(25)的端部设有圆形台阶，圆形台阶的表面设有外螺纹，二维活塞(25)通过圆形台阶与转子转轴(14)相连接。
6.根据权利要求1所述的电机轴二维活塞一体式电机泵，其特征在于：所述泵壳(23)的内壁设有独立油道(23a)，泵壳(23)的侧部设有泄漏口(23b)。
7.根据权利要求3所述的电机轴二维活塞一体式电机泵，其特征在于：所述电机连接盖(16)的表面设有多个进油孔，进油孔与不锈钢隔套(13)内部空间相连通。
8.根据权利要求1所述的电机轴二维活塞一体式电机泵，其特征在于：所述二维活塞(25)的表面设有多个配流窗口，多个配流窗口呈交错式分布。
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