CN117365898A - 一种插装式伺服电机泵 - Google Patents

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夏银亮
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Abstract

一种插装式伺服电机泵，包括薄壳体及安装在内部的功能部组件。薄壳体分为左右两腔，左腔内安装电机定子组件、组件安装座、泵组件及平面配流盘，其中泵组件、平面配流盘均安装在组件安装座内部，组件安装座安装在电机定子组件左侧；右腔内安装旋转变压器和电连接器，旋变定子、电连接器安装在薄壳体上；轴贯穿左腔和右腔，右腔中旋变转子安装在轴上；左腔中从左到右，泵组件、第一轴承、转子组件、第二轴承依次安装在轴上；轴直接带动泵组件中的平面泵缸体旋转，与固定的平面配流盘形成一对高速旋转的平面摩擦副。本发明兼顾集成性和方便性：零部组件集成在一个圆形薄壳结构内方便单独测试，又可整体插装在整机上实现整体设计的轻质化和小型化。

Description

一种插装式伺服电机泵
技术领域
本发明涉及一种插装式伺服电机泵，属于电驱动的液压系统技术领域。
背景技术
伺服电机泵是目前新兴的电动静(液)压作动系统(EHA,Electro-HydraulicActuators)的核心关键产品，相当于将传统的“电机、液压泵、伺服阀”三个产品简化成一个，兼具“动力、能量转换、控制”等功能，将可调电力直接转化为可控流量。由于消除了阀控环节，在保留液压系统重载能力强等优点的同时实现电动化，消除了节流损失，大幅度简化设计，能耗降低80％、可靠度提升一个数量级、显著降低全寿命周期成本。
目前市场上的伺服电机泵多是伺服电机和液压泵分体设计、拼接而成，也有将伺服电机的定子、转子和液压泵的转子等组件同轴、共壳、共流场一体化设计，但是在使用上有两种方式：
一是整个伺服电机泵与整机法兰连接、整体或者局部裸露在外，这种方式的伺服电机泵整体为半嵌入式插装结构，外部安装法兰通过螺钉紧固在作动系统上，优点是能实现产品单独调试，缺点是与整机集成性不够、体积和重量偏大；
二是伺服电机泵的零部组件依次安装在整机的一个孔内，比如专利ZL201910559987.3《一种机器人关节用高紧凑电静压作动器》，这种方式的伺服电机泵没有独立的壳体，优点是与整机充分集成，但丧失了伺服电机泵产品的独立性，单独无法测试，不便于生产。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种插装式伺服电机泵，伺服电机泵由圆形薄壳体及其安装其内部的永磁同步伺服电机和双向定量柱塞泵芯等组件组成，同时兼顾集成性和方便性。
本发明的技术解决方案是：
一种插装式伺服电机泵，包括：薄壳体、电机组件、组件安装座、泵组件、平面配流盘、轴、旋转变压器以及电连接器；电机组件包括定子组件、转子组件；旋转变压器包括旋变定子和旋变转子；
薄壳体分为左、右两腔，左腔内安装电机定子组件、组件安装座、泵组件以及平面配流盘，其中泵组件、平面配流盘均安装在组件安装座内部，组件安装座安装在电机定子组件左侧；
右腔内安装旋转变压器和电连接器，旋变定子、电连接器安装在薄壳体上；
轴沿轴向贯穿左腔和右腔，在右腔中，旋变转子安装在轴上；在左腔中，从左到右，泵组件、第一轴承、转子组件、第二轴承依次安装在轴上；
轴直接带动泵组件中的平面泵缸体旋转，与固定的平面配流盘形成一对高速旋转的平面摩擦副。
进一步的，所述泵组件包括柱塞回程机构、平面泵缸体和柱塞组件；
柱塞组件安装到平面泵缸体的柱塞腔内，柱塞组件和平面泵缸体整体安装在柱塞回程机构内部，形成泵组件。
进一步的，旋转变压器还包括旋变引线；旋变引线从旋变定子上引出，旋变转子安装在旋变定子内部，二者呈同心结构。
进一步的，左腔内，组件安装座与薄壳体之间采用过渡公差配合装配，保证同轴度；平面配流盘以间隙公差配合安装在组件安装座内，便于实现拆装；电机定子组件与薄壳体之间采用过盈公差配合，并采用螺钉紧定，防止二者脱离；电机转子组件与轴之间采用过盈公差配合，防止二者发生相对转动。
进一步的，组件安装座外圆柱面上开有半圆沟槽，安装第二圆柱销后，实现周向限位；组件安装座外圆柱面径向方向上开有螺纹孔，通过安装螺钉实现组件安装座的轴向限位。
进一步的，平面配流盘上开有半圆沟槽，通过安装第三圆柱销防止平面配流盘相对组件安装座发生转动。
进一步的，伺服电机泵以插装形式安装在整机装置孔内，薄壳体与整机装置采用间隙配合装配，便于伺服电机泵拆装；伺服电机泵以插装形式安装在整机装置孔内后，依次安装支承筒、盖板，以轴向压紧的方式实现伺服电机泵的轴向限位。
进一步的，配流盘与整机装置接触端面均设计有一一对接的圆形进、出油口；在配流盘的进、出油口上开密封槽，安装第三密封圈后形成轴向密封。
进一步的，薄壳体上开有密封槽，安装第一密封圈后，形成径向密封，密封低压油，实现对外零泄漏；电连接器利用螺钉固定在薄壳体右腔端部，安装第二密封圈后形成径向密封；电连接器非密封侧开有螺纹孔，用于安装拆装工具。
进一步的，电连接器与薄壳体的连接不限于等截面设计，如果电连接器直径远小于薄壳体直径，则薄壳体右端设计为阶梯型，直径较小的部位安装电连接器。
进一步的，电机组件还包括电机引线；
薄壳体上开垂直于轴线、沿切向方向延伸的矩形孔，形成径向空间，提供电机引线的安装空间。
进一步的，薄壳体外圆柱面上开有半圆沟槽，通过安装第一圆柱销实现伺服电机泵周向限位。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明伺服电机泵设计圆形薄壳体，将无框伺服电机、柱塞泵、旋转变压器安装在一根轴上，整体再套入此圆形薄壳体内；零部组件集成在一个圆形薄壳结构内，方便单独测试；同时又可以整体插装在整机上，实现了整体设计的轻质化和小型化。
(2)本发明伺服电机泵圆形薄壳体设计为通孔，方便无框伺服电机、柱塞泵、旋转变压器的安装，也便于制造加工；
(3)本发明壳体与整机装置采用间隙配合，壳体上设计有沟槽，安装圆柱销后，实现周向定位，防止发生相对旋转；
(4)本发明设计平面泵缸体、平面配流盘，形成平面配流结构，更易于高速旋转摩擦副的加工与修复。在平面配流盘与整机装置的接触端面上均设计圆形进、出油口，用于传输液压油。在配流盘进、出油口上开密封槽，安装密封圈后形成轴向密封，可靠密封液压油；
(5)本发明设计支承筒、盖板，并利用盖板与整机装置之间的连接螺钉，将伺服电机泵进行轴向限位，使泵缸体、配流盘之间及其整个电机泵与整机装置之间贴紧。并且，电连接器上有螺钉孔，安装拆装工具后，便于电机泵整体插入或拔出；
(6)本发明在壳体上开垂直于轴线、沿切向方向延伸的矩形孔，提供电机引线安装空间。
附图说明
图1为插装式伺服电机泵基本组成示意图；
图2为伺服电机泵外形图；
图3为伺服电机泵B向视图；
图4为组件安装座安装示意图；
图5为平面配流盘安装示意图；
图6为电机定子组件安装示意图；
图7为电机泵与整机装置安装示意图；
其中，1-薄壳体，2-电机组件，3-组件安装座，4-泵组件(柱塞回程机构4.1，平面泵缸体4.2，柱塞组件4.3)，5-平面配流盘，6-轴，7-旋转变压器(旋变定子7.1，旋变转子7.2，旋变引线7.3)，8-电连接器，9-支承筒，10-盖板，11-圆柱销(11.1，11.2，11.3)，12-螺钉(12.1，12.2，12.3，12.4)，13-密封圈(13.1，13.2，13.3)，14-轴承(14.1，14.2)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
本发明提出一种插装式伺服电机泵，同时兼顾集成性和方便性：零部组件集成在一个圆形薄壳结构内，方便单独测试；同时又可以整体插装在整机上，实现了整体设计的轻质化和小型化。
本发明插装式伺服电机泵具体包括：薄壳体1，电机组件2(定子组件2.1，转子组件2.2，电机引线2.3)，组件安装座3，泵组件4(柱塞回程机构4.1，平面泵缸体4.2，柱塞组件4.3)，平面配流盘5，轴6，旋转变压器7(旋变定子7.1，旋变转子7.2，旋变引线7.3)，电连接器8，支承筒9，盖板10，圆柱销11(11.1，11.2，11.3)，螺钉12(12.1，12.2，12.3，12.4)，密封圈13(13.1，13.2，13.3)，轴承14(14.1，14.2)，见图1～图7所示。
如图1、2、3所示，伺服电机泵全部零组件集成在一个薄壳体1内。壳体1可分为左、右两腔，左腔内安装电机定子组件2.1、组件安装座3、泵组件4以及平面配流盘5，其中泵组件4、平面配流盘5均安装在组件安装座3内部，组件安装座3安装在电机定子组件2.1左侧。右腔内安装旋转变压器7和电连接器8，旋变定子7.1、电连接器8安装在薄壳体1上；
轴6沿轴向贯穿左腔和右腔，在右腔中，旋变转子7.2安装在轴6上；在左腔中，从左到右，泵组件4、第一轴承14.1、转子组件2.2、第二轴承14.2依次安装在轴6上；轴6直接带动泵组件4中的平面泵缸体4.2旋转，与固定的平面配流盘5形成一对高速旋转的平面摩擦副。
泵组件4包括柱塞回程机构4.1、平面泵缸体4.2和柱塞组件4.3；
柱塞组件4.3安装到平面泵缸体4.2的柱塞腔内，柱塞组件4.3和平面泵缸体4.2整体安装在柱塞回程机构4.1内部，形成泵组件4。
进一步的，旋转变压器7还包括旋变引线7.3；旋变引线7.3从旋变定子7.1上引出，旋变转子7.2安装在旋变定子7.1内部，二者呈同心结构。
如图4(1)所示，左腔内，组件安装座3与壳体1采用过渡公差配合装配，保证同轴度。组件安装座3外圆柱面上开有半圆沟槽，安装圆柱销11.2后，实现周向限位。如图4(2)所示，在组件安装座3外圆柱面径向方向上开有螺纹孔，安装2个螺钉12.1后，实现组件安装座3轴向限位。
如图5(1)所示，平面配流盘5以间隙公差配合安装在组件安装座3内，便于实现拆装。平面配流盘5上开有半圆沟槽，安装圆柱销11.3后，防止其相对组件安装座3发生转动。轴6直接带动平面泵缸体4.2旋转，与固定的平面配流盘5形成一对高速旋转平面摩擦副。
如图5(2)所示，配流盘5与整机装置接触端面均设计圆形进、出油口，油口分别一一对接。在配流盘5进、出油口上开密封槽，安装密封圈13.3后形成轴向密封，可靠密封液压油。
如图6所示，电机定子组件2.1与壳体1采用过盈公差配合，并采用3个螺钉12.2紧定，双层防护措施防止二者脱离。电机转子组件2.2与轴6采用过盈公差配合，防止二者发生相对转动。
右腔内，如图1、2、3所示，壳体1上开有密封槽，安装密封圈13.1后，形成径向密封，可靠密封低压油，实现对外零泄漏。电连接器8利用螺钉12.3固定在壳体1上，安装密封圈13.2后形成径向密封，承担密封盖功能。壳体1上开垂直于轴线、沿切向方向延伸的矩形孔，形成径向空间，提供电机引线2.3安装空间。另外，矩形孔实现了电机引线2.3可视化、透明化装配要求，避免了由于盲装而可能引起的引线压伤、挤破等不合格情况。如图2所示，壳体1外圆柱面上开有半圆沟槽，安装圆柱销11.1后，实现电机泵周向限位。如图3所示，电连接器8非密封侧开有螺纹孔，用于安装拆装工具，便于实现电机泵插装式安装、拆卸。
在电连接器8的密封侧，电机引线2.3、旋变引线7.3分别与电连接器连接。
优选的，电连接器8与薄壳体1的连接不限于等截面的薄壳体设计，如果电连接器8直径显著小于薄壳体1直径，薄壳体1右端允许设计为阶梯型，直径较小的部位安装电连接器4。
如图7所示，壳体1与整机装置采用间隙配合装配，便于电机泵拆装。伺服电机泵以插装形式安装在整机装置孔内后，依次安装支承筒9、盖板10、螺钉12.4，以这种轴向压紧的方式实现电机泵轴向限位，并通过计算尺寸链，使泵缸体4.2、配流盘5之间以及电机泵与整机装置之间配油口贴紧。
实施例：
本发明提出的插装式伺服电机泵具有高集成化、轻质化、小型化、加工周期短优势。具体表现为：该伺服电机泵与整机装置的轴向配合长度约198mm，提升电机泵集成化程度约78.5％；减重约20％；体积缩小约20.6％；加工周期节省约14.2％，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。
冗余设计已成为提高EHA可靠性的有效方式。这使得在不增加系统重量的前提下，研制安装空间小、外形简洁、小体积、易于集成的单机元件成为重要课题。本发明提出的插装式伺服电机泵，具有轻质化、小型化优势，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，成为高集成、多余度、大功率EHA动力单元的首选。另外，也可以拓展应用到高集成化和对尺寸重量要求严格的航空液压系统、智能机器人领域，以及民用工业产品中。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (12)

1.一种插装式伺服电机泵，其特征在于包括：薄壳体(1)及安装在其内部的功能部组件，功能部组件包括：电机组件(2)、组件安装座(3)、泵组件(4)、平面配流盘(5)、轴(6)、旋转变压器(7)以及电连接器(8)；电机组件(2)包括定子组件(2.1)、转子组件(2.2)；旋转变压器(7)包括旋变定子(7.1)和旋变转子(7.2)；
薄壳体(1)分为左、右两腔，左腔内安装电机定子组件(2.1)、组件安装座(3)、泵组件(4)以及平面配流盘(5)，其中泵组件(4)、平面配流盘(5)均安装在组件安装座(3)内部，组件安装座(3)安装在电机定子组件(2.1)左侧；
右腔内安装旋转变压器(7)和电连接器(8)，旋变定子(7.1)、电连接器(8)安装在薄壳体(1)上；
轴(6)沿轴向贯穿左腔和右腔，在右腔中，旋变转子(7.2)安装在轴(6)上；在左腔中，从左到右，泵组件(4)、第一轴承(14.1)、转子组件(2.2)、第二轴承(14.2)依次安装在轴(6)上；
轴(6)直接带动泵组件(4)中的平面泵缸体(4.2)旋转，与固定的平面配流盘(5)形成一对高速旋转的平面摩擦副。
2.根据权利要求1所述的一种插装式伺服电机泵，其特征在于：所述泵组件(4)包括柱塞回程机构(4.1)、平面泵缸体(4.2)和柱塞组件(4.3)；
柱塞组件(4.3)安装到平面泵缸体(4.2)的柱塞腔内，柱塞组件(4.3)和平面泵缸体(4.2)整体安装在柱塞回程机构(4.1)内部，形成泵组件(4)。
3.根据权利要求1所述的一种插装式伺服电机泵，其特征在于：旋转变压器(7)还包括旋变引线(7.3)；旋变引线(7.3)从旋变定子(7.1)上引出，旋变转子(7.2)安装在旋变定子(7.1)内部，二者呈同心结构。
4.根据权利要求1所述的一种插装式伺服电机泵，其特征在于：左腔内，组件安装座(3)与薄壳体(1)之间采用过渡公差配合装配，保证同轴度；平面配流盘(5)以间隙公差配合安装在组件安装座(3)内，便于实现拆装；电机定子组件(2.1)与薄壳体(1)之间采用过盈公差配合，并采用螺钉紧定，防止二者脱离；电机转子组件(2.2)与轴(6)之间采用过盈公差配合，防止二者发生相对转动。
5.根据权利要求1所述的一种插装式伺服电机泵，其特征在于：组件安装座(3)外圆柱面上开有半圆沟槽，安装第二圆柱销(11.2)后，实现周向限位；组件安装座(3)外圆柱面径向方向上开有螺纹孔，通过安装螺钉实现组件安装座(3)的轴向限位。
6.根据权利要求1所述的一种插装式伺服电机泵，其特征在于：平面配流盘(5)上开有半圆沟槽，通过安装第三圆柱销(11.3)防止平面配流盘(5)相对组件安装座(3)发生转动。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种插装式伺服电机泵，其特征在于：伺服电机泵以插装形式安装在整机装置孔内，薄壳体(1)与整机装置采用间隙配合装配，便于伺服电机泵拆装；伺服电机泵以插装形式安装在整机装置孔内后，依次安装支承筒(9)、盖板(10)，以轴向压紧的方式实现伺服电机泵的轴向限位。
8.根据权利要求7所述的一种插装式伺服电机泵，其特征在于：配流盘(5)与整机装置接触端面均设计有一一对接的圆形进、出油口；在配流盘(5)的进、出油口上开密封槽，安装第三密封圈(13.3)后形成轴向密封。
9.根据权利要求7所述的一种插装式伺服电机泵，其特征在于：薄壳体(1)上开有密封槽，安装第一密封圈(13.1)后，形成径向密封，密封低压油，实现对外零泄漏；电连接器(8)利用螺钉固定在薄壳体(1)右腔端部，安装第二密封圈(13.2)后形成径向密封；电连接器(8)非密封侧开有螺纹孔，用于安装拆装工具。
10.根据权利要求7所述的一种插装式伺服电机泵，其特征在于：电连接器(8)与薄壳体(1)的连接不限于等截面设计，如果电连接器(8)直径远小于薄壳体(1)直径，则薄壳体(1)右端设计为阶梯型，直径较小的部位安装电连接器(8)。
11.根据权利要求7所述的一种插装式伺服电机泵，其特征在于：电机组件(2)还包括电机引线(2.3)；
薄壳体(1)上开垂直于轴线、沿切向方向延伸的矩形孔，形成径向空间，提供电机引线(2.3)的安装空间。
12.根据权利要求7所述的一种插装式伺服电机泵，其特征在于：薄壳体(1)外圆柱面上开有半圆沟槽，通过安装第一圆柱销(11.1)实现伺服电机泵周向限位。
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