CN213243665U - 一种气密型电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气密型电机，包括转子（1）、定子（2）、前端盖（9）、后端盖（7）、端盖内端面（32b），在端盖内端面（32b）的内侧设有凹陷部（32），凹陷部（32）包括径向的端盖内圆周面（32a）和轴向的端盖底面（32c），定子（2）的外壳（5）的两端分别具有径向的外壳外周面（52）和轴向的外壳密封面（53）；外壳（5）的两端分别插入凹陷部（32）时能够分别与凹陷部（32）接触密封固定，其中外壳外周面（52）和端盖内圆周面（32a）在径向上配合构成径向定位结构、外壳密封面（53）和端盖底面（32c）在轴向上配合构成轴向密封结构。本实用新型的气密型电机结构加工简单、安装方便且气密性良好。

Description

一种气密型电机

技术领域

本实用新型属于低温制冷机技术领域，具体地说是一种用于GM制冷机、脉管制冷机、索尔文制冷机的气密型电机。

背景技术

以吉福德-麦克马洪(Gifford-McMahon；GM)制冷机为代表的超低温制冷机具有工作气体 (也称为制冷剂气体)的膨胀机及压缩机。该类制冷机由压缩机提供排出的高压气流，经由配气机构进入到置于气缸内，上下往复运动的推移活塞内，与蓄冷材料进行换热，再到膨胀腔内做功膨胀，再经过推移活塞，流出配气机构，回到压缩机低压腔内。通过上述连续循环过程，形成制冷效应。所选用的电机连接到设备，要求形成整体形成气密系统，即要求电机两端的端盖与定子之间要具备密封结构。

【专利文献1】JP 2001-28501。传统的气密型电机(图1所示)，由转子1(主轴11以及安装在外周的基本部12、永磁体13)，定子2(铁心磁轭19固定在外壳5内且成径向布置在转子1外侧)，前端盖9以及后端盖7组成。

在前端盖9以及后端盖7上整体形成有外凸台33以及在其径向外侧的外凸台外周面33a 和用于放置密封圈37的开口的环形槽。该凸台结构33插入定子2的外壳5内，与外壳5沿轴线O方向的两端的外壳内周面55(图2所示)气密连接并配合，并且通过外壳5沿轴线O方向的两端的外壳外端面54与前端盖9和后端盖7的端盖内端面32a固定。

为降低主轴11转动过程中产生的振动，对前端盖9、后端盖7以及外壳5的加工有一定要求。传统工艺中，以后端盖7为例，以内凸台31的内凸台内周面31a安装后轴承14；前端盖9处同样如此安装前轴承15，并以盖面作为基准面加工出外凸台33的外凸台外周面33a，以此控制两处的同轴度。并且，以后轴承14、前轴承15为基准，珩磨基本部12或永磁体13 的外周以及主轴11；同时，对定子2上的铁心磁轭19进行内部珩磨，加工出磁轭内周面19a，并以此面加工外壳5沿轴线O方向的两端的外壳内周面55。通过上述途径，确保后轴承14、前轴承15的同轴线，即主轴11的轴线、永磁体13的外周面、磁轭内周面19a三者同轴度良好，以保持电机运转良好。

但是该传统结构存在一定问题：

1)由于在铁心磁轭19已经安装在外壳5内，并已珩磨磁轭内周面19a，由于沿着轴线O 方向的两端上有绕组21突出，加工上述外壳5两端的外壳内周面55时，刀头(或磨头)容易碰擦到绕组21，造成定子2的线圈损坏。

2)为避免上述问题，传统结构将定子2的外壳5向外两侧延轴线O延长l的距离(图1所示L两侧的距离)，加工时的确可以避开绕组21。但是这样做不利于电机的紧凑化设计。而且，由于外壳内周面55在外壳5的两端的内周上，加工时要“调头”加工，两端的外壳内周面55的同轴度不好控制。

3)为了使得主轴11的轴线、永磁体13的外周面、磁轭内周面19a三者同轴度良好，后盖7的外凸台33的外凸台外周面33a与外壳5两端的外壳内周面55的配合间隙很小，以防止定子2与后盖7发生在径向上的活动。值得注意的是，外壳内周面55既是密封面同时又是定位面。密封圈37是放置于外壳内周面55与外凸台外周面33a之间的、通过外壳5沿轴线 O方向的两端的外壳外端面54侧向挤压、密封于外壳内周面55和外凸台外周面33a在径向外侧的环形沟槽内、并且外壳外端面54与后盖7的端盖内端面32b固定。这样形成的气密型结构，容易将密封圈37挤压破损，降低装配效率。

【专利文献2】CN 102904354 B。文献2中提出了一种提高电机刚性的结构。文献2在提供的第2中实施方案中实施径向定位结构的在铁心磁轭上进行，诚然该结构避免传统定位结构中加工的问题，并且更加有利于提高主轴的同轴度。但是，由于铁心磁轭是采用磁性的钢片重叠构成，并不具备气密作用，因此该结构电机无法直接在低温制冷机系统应用。

【专利文献3】CN 101521422 B。文献3提出一种低振动的气密型电机。文献3中气密结构中第一密封圈仍然是在支托架外侧肋的径向外侧进行密封，仍然有被电机外壳剪切损坏的可能。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种用于GM制冷机、脉管制冷机、索尔文制冷机的气密型电机，该气密型电机在加工、组装上更加容易实现。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

一种气密型电机，包括转子、定子、前端盖、后端盖、后轴承和前轴承；转子，其具备主轴以及固定安装在主轴外周的基本部、永磁体；定子，其具备配置在所述主轴的径向外侧的铁心磁轭以及设置与该铁心磁轭上沿所述轴线O方向两端的绕组21，以及圆筒状、材质为金属材质的外壳；后轴承和前轴承用于支撑所述主轴，使其绕中心轴线O旋转；一对前端盖和后端盖，前端盖和后端盖具有内凸台31以及内凸台内周面31a形成的轴承室用于径向固定前轴承和后轴承；在前端盖和后端盖的相对部位上皆设有端盖内端面，所述端盖内端面的内侧设有凹陷部，凹陷部包括径向的端盖内圆周面和轴向的端盖底面，定子的外壳的两端分别具有径向的外壳外周面和轴向的外壳密封面；外壳的两端沿着轴线O方向分别插入前端盖和后端盖上的凹陷部时能够分别与凹陷部接触密封固定，其中外壳外周面和端盖内圆周面在径向上配合构成径向定位结构、外壳密封面和端盖底面在轴向上配合构成轴向密封结构；且所述的轴向密封结构还包含位于外壳密封面和/或端盖底面上的密封圈。

所述外壳外周面的外径与端盖内圆周面的内径相同。

所述的端盖底面上设有轴向开口的环形密封槽，环形密封槽用于放置所述的密封圈。

所述的外壳密封面上设有轴向开口的环形密封槽，环形密封槽用于放置所述的密封圈。

所述外壳的两端外缘各切除一扇形环分别构成外壳外周面，该外壳外周面的外径小于外壳的外径且外壳的外径大于端盖内圆周面的内径。

位于外壳密封面的径向外侧的外壳的端面构成外壳止口面，该外壳止口面能够与端盖内端面在轴向上配合构成轴向定位结构。

所述的外壳止口面和外壳密封面构成台阶状端面。

所述的凹陷部位于前端盖和后端盖上的内凸台的径向外侧。

所述前端盖上的凹陷部与前端盖一体成型且后端盖上的凹陷部与后端盖一体成型。

所述的气密型电机能够用于制冷机。

本实用新型相比现有技术有如下优点：

本实用新型的气密型电机的外壳加工容易，外壳两端需要与端盖的凹陷部的端盖内圆周面配合的外壳外周面在外壳的外边面上，加工不需要“调头”加工，一次加工成型，同轴度便于控制；气密型电机安装方便，由于密封属于沿轴线O的正向密封，轴向密封面与径向定位面分离，安装过程不会损坏密封圈，易于密封。

附图说明

附图1为传统气密型电机结构示意图；

附图2为传统电机密封结构放大示意图；

附图3是本实用新型提供的气密型电机结构示意图；

附图4是本实用新型实施方式一的气密结构放大示意图；

附图5是本实用新型实施方式二的气密结构放大示意图；

附图6是本实用新型实施方式三的气密结构放大示意图。

其中：1—转子；11—主轴；12—基体部；13—永磁体；14—后轴承；15—前轴承；2—定子；5—外壳；19—铁心磁轭；19a—磁轭内周面；21—绕组；27—绝缘盖；31—内凸台；31a—内凸台内周面；32—凹陷部；32a—端盖内圆周面；32b—端盖内端面；32c—端盖底面；33—外凸台；33a—外凸台外周面；37—密封圈；4—环形密封槽；51—外壳止口面；52—外壳外周面；53—外壳密封面；54—外壳外端面；55—外壳内周面；7—后端盖；7a—后端盖贯穿孔；9—前端盖；9a—前端盖贯穿孔。

具体实施方式

结合技术背景所述内容，对传统的电机不再进行详细的累述。下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图3所示，前端盖9和后端盖7的气密型结构实施方式一样，故以后端盖7为例进行收说明。

本实用新型的气密型电机，具有转子1、定子2、前端盖9、后端盖7、后轴承14、前轴承15。转1子由主轴11、以及固定安装在主轴11外周面上的由磁性钢片层叠而形成的基体部12、钕铁硼材质的永磁体13构成，基体部12、永磁体13随主轴11沿旋转轴线O同步转动。主轴11的两端安装有球轴承作为后轴承14和前轴承15，并且安装在前端盖9和后端盖 7内的内凸台31由内凸台内周面31a形成的轴承室中，在径向上无活动余量。

定子2由筒状的外壳5以及固定安装其中的铁心磁轭19组成，布局在转子1的基体部 12、永磁体13径向的外侧，以轴线O为中心轴线同轴布置。铁心磁轭19在沿着轴线O方向的两端面上卷绕绕组21，绕组21外侧安装有绝缘盖27。

外壳5由钢铁构成圆筒状，配置在定子2的径向最外侧。如后所述，外壳5与前端盖9和后端盖7气密连接，确保作为低温制冷机用的气密型电机的耐压性和气密性。

实施方式一

以后端盖7为例进一步说明，以图3、图4介绍实施方式一。

沿着轴线O方向突出的环状内凸台31形成容纳后轴承14的内凸台内周面31a(轴承室)。与后端盖7一体成形在端盖内端面32b上、并位于比内凸台31更加靠近径向外侧的凹陷部 32以及端盖底面32c用于与外壳5沿轴线O方向的两端相配合形成定位与气密效果。

具体说，以轴承室的内凸台内周面31a为基准，在端盖内端面32b加工出具有沿着轴线 O的端盖内圆周面32a和端盖底面32c，以确保端盖内圆周面32a和内凸台内周面31a的同轴度。并且在端盖底面32c上加工出沿轴线O方向开口的环形密封槽4。同时，铁心磁轭19和外壳5固定在一起，以铁心磁轭19的磁轭内周面19a为基准、沿着轴线O方向，在外壳5的两端上的径向外侧的外周面上，不需要“调头”就能一次加工出具有良好同轴度的两个外壳外周面52，并且外壳外周面52的径向尺寸小于外壳5的外径，以此形成外壳止口面51以及外壳密封面53(图4局部放大示意图所示)。

安装时，外壳5插入后端盖7的凹陷部32中。即，外壳5沿着轴线O方向两端在径向外侧的外壳外周面52与后端盖7的凹陷部32的端盖内圆周面32a在径向方向上进行配合，没有活动的余量，使得铁心磁轭19的磁轭内周面19a与端盖7的内凸台31中的内凸台内周面 31a形成较好的同轴度。

外壳密封面53以及外壳止口面51的法相方向均与轴线O平行，形成平行的平面，通过外部沿轴线O方向挤压后端盖7和定子2时，外壳密封面53将沿轴线O方向正向的挤压安装在端盖底面32c上的环形密封槽4内的密封圈37，形成正向轴密封结构形式。

外部挤压通过前端盖9以及后端盖7在外壳5外侧的前端盖贯穿孔9a和后端盖贯穿孔 7a来实现。紧固用的螺钉30分别插入后端盖贯穿孔7a与前端盖9的前端盖贯穿孔9a连接(实际设计过程，前端盖贯穿孔9a采用的螺纹孔结构形式)。在挤压的过程中，外壳5上的外壳止口面51与端盖内端面32b沿轴向接触固定，使得定子2与前端盖9和后端盖7固定在一起。

上述结构在实施过程中，外壳5的两端只需比绕组21的轴向长度略微长一些，无须为避开绕组21加工外壳密封面53而增加外壳内周面55所需要的长度，因为在传统结构中需要有一定的长度“l”用来加工定位用的外凸台外周面33a和径向的环形槽。本实用新型将该密封结构进行外置化，避免上述的加工问题。

在上述实施案例中的环形密封槽4是加工在前端盖9和后端盖7的凹陷部32的端盖底面32c上的，也可以加工在外壳5的两端外壳密封面53上。这样也能实现外壳5的外壳密封面 53和所述凹陷部32的端盖底面32c的轴向密封。

实施方式二

以后端盖7为例进一步说明，以图5介绍实施方式二。

进一步说，外壳5沿轴线O方向的两端，外壳外周面52的尺寸不小于外壳5的外径。具体实施时，可以采用以下方案：即，外壳5采用金属材质的圆筒制成，铁心磁轭19过盈压入到外壳5的内部，形成固定结构。仍然以铁心磁轭19的内周面19a为基准，精加工外壳5的外径以及沿轴线O方向两端端面分别形成外壳外周面52和外壳密封面53。同时，使得后端盖7的凹陷部32的端盖内圆周面32a尺寸与外壳5的外径尺寸相当。

与实施方案一不同之处在于，外壳5沿轴线O方向两端未形成具有台阶状的外壳止口面 51与外壳密封面53，而是形成了同一平面作为止口密封面以同时起到止口和密封作用。当外壳5插入到后端盖7的凹陷部32内时，止口密封面的一部分正向挤压密封圈37形成轴向密封；另外一部面积正向挤压端盖底面32c(图中箭头所指示位置)，达到与实施方案一的止口功能。

实施方式三

以后端盖7为例进一步说明，以图6介绍实施方式三。

在加工外壳5时，在轴线O方向的两端的端面，即外壳密封面53上加工出密封槽，在后端盖7的凹陷部32的端盖底面32c上无需加工密封槽。其余实施方式与上述实施方式二一致，不再累述。

下面具体介绍本实用新型的实施效果。表1是对10件传统结构电机和10件本实用新型结构电机进行安装过程中的O圈损坏的数量对比。

表1安装10件电机过程的效率对比

	传统电机	本实用新型
			O圈损坏数量	11	0
平均单台安装时间	17min	6min

实施过程过对传统结构的电机进行装配，一共需要20件密封圈。传统结构的电机由于径向定位面与密封面为同一表面，即图2中外壳内周面55和外凸台外周面33a，在安装过程中，外壳5的两端在侧向方向挤压密封圈37。尽管在实际设计过程将外壳外端面54和外壳内周面55之间的棱边设计成倒角，便于挤压密封圈37(图2并未表示出来)，但仍有11件O圈被侧向的剪切力，挤压破损而导致无法使用，因此不得不进行拆卸，重装，装配20传统结构的套电机实际用量为31件密封圈。平均每台装配时间约为17min。相比较而言，本实用新型中的电机采用正向密封形式，定位与密封分离，装配过程中无O圈损坏，因此整体装配效率也得到较大提升。

表2本实用新型结构电机漏率对比测试(Pa·m³/s)

	实施方式一	实施方式二	实施方式三	传统结构
					初始漏率	8.3×10<sup>-7</sup>	1.1×10<sup>-6</sup>	9.5×10<sup>-7</sup>	8.9×10<sup>-6</sup>
运行24hr后漏率	8.5×10<sup>-7</sup>	/	/	1.1×10<sup>-5</sup>
					运行3个月后漏率	1.3×10<sup>-6</sup>	5.3×10<sup>-6</sup>	3.8×10<sup>-6</sup>	2.6×10<sup>-5</sup>

表2给出电机漏率对比数据。传统结构中，外壳5两端的外壳内周面55需要“调头”加工，因此存在不同心的可能，从而导致密封圈37受到后端盖7或前端盖9的一侧挤压较大，另外一侧挤压较轻。本实用新型结构中由于外壳密封面53的平面与轴线O的垂直度可以较好的加工出来，因此整体平面正向挤压密封圈37，具有较好的密封效果。从整体结果看，本实用新型的气密型电机在密封效果上优于传统结构的电机气密性。

本实用新型提供的气密型电机适用于任何形式的制冷机，不局限于吉福德-麦克马洪制冷机、索尔文制冷机、脉管制冷机等，并且可应用于单级或双级制冷机中。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内；本实用新型未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种气密型电机，包括转子（1）、定子（2）、前端盖（9）、后端盖（7）、后轴承（14）和前轴承（15），前端盖（9）和后端盖（7）的相对部位上皆设有端盖内端面（32b），其特征在于：所述端盖内端面（32b）的内侧设有凹陷部（32），凹陷部（32）包括径向的端盖内圆周面（32a）和轴向的端盖底面（32c），定子（2）的外壳（5）的两端分别具有径向的外壳外周面（52）和轴向的外壳密封面（53）；外壳（5）的两端沿着轴线O方向分别插入前端盖（9）和后端盖（7）上的凹陷部（32）时能够分别与凹陷部（32）接触密封固定，其中外壳外周面（52）和端盖内圆周面（32a）在径向上配合构成径向定位结构、外壳密封面（53）和端盖底面（32c）在轴向上配合构成轴向密封结构；且所述的轴向密封结构还包含位于外壳密封面（53）和/或端盖底面（32c）上的密封圈（37）。

2.根据权利要求1所述的气密型电机，其特征在于：所述外壳外周面（52）的外径与端盖内圆周面（32a）的内径相同。

3.根据权利要求1所述的气密型电机，其特征在于：所述的端盖底面（32c）上设有轴向开口的环形密封槽（4），环形密封槽（4）用于放置所述的密封圈（37）。

4.根据权利要求1所述的气密型电机，其特征在于：所述的外壳密封面（53）上设有轴向开口的环形密封槽（4），环形密封槽（4）用于放置所述的密封圈（37）。

5.根据权利要求1所述的气密型电机，其特征在于：所述外壳（5）的两端外缘各切除一扇形环分别构成外壳外周面（52），该外壳外周面（52）的外径小于外壳（5）的外径且外壳（5）的外径大于端盖内圆周面（32a）的内径。

6.根据权利要求5所述的气密型电机，其特征在于：位于外壳密封面（53）的径向外侧的外壳（5）的端面构成外壳止口面（51），该外壳止口面（51）能够与端盖内端面（32b）在轴向上配合构成轴向定位结构。

7.根据权利要求6所述的气密型电机，其特征在于：所述的外壳止口面（51）和外壳密封面（53）构成台阶状端面。

8.根据权利要求1所述的气密型电机，其特征在于：所述的凹陷部（32）位于前端盖（9）和后端盖（7）上的内凸台（31）的径向外侧。

9.根据权利要求1所述的气密型电机，其特征在于：所述前端盖（9）上的凹陷部（32）与前端盖（9）一体成型且后端盖（7）上的凹陷部（32）与后端盖（7）一体成型。

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