CN214304196U - 一种变量紧凑型电液一体机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变量紧凑型电液一体机，包括液压组件、电机转子组件、电机定子组件、转筒、壳体组件以及变量机构，所述液压组件包括配流滑盘副、配流副以及柱塞副，所述配流副包括缸体的端部与配流盘，所述转筒分别与缸体和电机转子组件连接，使得所述转筒、缸体以及电机转子组件同步旋转，所述配流滑盘副包括斜盘以及支承在斜盘上的滑盘，所述滑盘为整体盘状结构，所述滑盘与斜盘之间形成静压油膜支承，所述变量机构能够使输出流量可调，其包括斜盘角度控制式变量结构和/或电机转速控制式变量结构。本实用新型的电液一体机电液高度融合，具有结构紧凑、噪声低、高效节能、功率密度高、变量多样方便、寿命长等特点。

Description

一种变量紧凑型电液一体机

技术领域

本实用新型属于动力传动和控制技术领域，特别涉及一种变量紧凑型电液一体机。

背景技术

液压系统在现代工业技术中占有很重要的地位，特别是在高压大功率和快速响应方面，液压系统有着绝对优势。目前，传统的液压系统中以电动机为原动机的液压动力单元多为多个分散的独立部件连接而成，如图1所示，液压传动单元包括液压泵1、电动机2、联轴器3等独立部件，其中电动机2提供机械能，带动液压泵1运转，将液压泵1机械能转换为液压能，液压泵1输出的液压能为执行机构提供液压能。该结构存在结构复杂、占用体积大、功率密度低、效率低、装配误差大、噪声大、散热困难、有潜在外泄漏途径等问题，具体表现在以下几个方面:

(1)体积大、功率密度低。如图1所示，电动机1、液压泵2、联轴器3 等独立部件轴向排开，轴向长度长，占用空间大，不利于在移动机械、航空航天、舰船等空间有限的场合。虽然液压泵的功率密度较大，但如果计入电动机等能量转换部件，则功率密度较低。

(2)效率较低。电动机、液压泵、联轴器等独立部件多处连接使液压动力单元结构复杂，能量转换和动力传递环节较多，易产生机械摩擦损失、管路压力损失及泄漏损失等。

(3)易出现气穴噪声和振动。分散式动力单元中电动机和液压泵靠联轴器连接，其同轴度不能得到绝对保证，工作过程中易产生机械振动和噪声；复杂的管路连接造成流体阻力增加，极易产生局部负压而引起气泡析出，从而产生气穴噪声和振动。传统的液压动力单元的噪声控制往往以独立的电动机和液压泵为研究对象，降噪空间已不大、进一步降噪的难度很大，并且整体的降噪效果也不很明显。

(4)散热困难。电动机在运转过程中都存在能量耗散，最终以热量形式散发在外界环境中，为了降低电机温度，一般都要设置风扇来散热，这就带来了较大噪声和消耗电机能量问题。

(5)易出现外泄漏。液压泵与油箱之间的多处管路连接部位以及液压泵轴伸处的密封在长期工作条件下使密封装置腐化和磨损从而产生外泄漏，造成环境污染和管理维护不便。

(6)液压泵和电动机等壳体类零件成形工艺复杂。液压泵、电动机均为独立元件，壳体结构复杂，且需要分别铸造，增加了铸造和加工成本，同时也增加铸造过程中碳排放量。

现代液压传动技术逐渐向集成化、数字化方向发展。很多场合需要更加小型、轻便、低噪声的液压动力源，来应对复杂的环境条件。尤其是随着全球气候变暖、能源紧缺加剧，人们对节能降耗、清洁环保、低碳排放的要求不断提高，传统分散式液压动力单元的结构逐渐难以适应现代工业技术的发展。但在现有技术条件下，液压泵和电机集成化过程中，遇到了一些技术瓶颈，例如变量、配流、散热等问题无法兼顾，造成顾此失彼，离高度一体化还有一定距离。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对目前传统液压传统中存在的问题，提供一种新型的具有结构紧凑、噪声低、高效节能、功率密度高、变量多样方便、经久耐用的电液一体机，旨在推动电液高度融合，实现一体化的电动液驱发展。

本实用新型技术的技术方案实现方式：一种变量紧凑型电液一体机，其特征在于：包括液压组件、电机转子组件、电机定子组件、转筒、壳体组件以及变量机构，所述液压组件包括配流滑盘副、配流副以及柱塞副，所述配流副包括缸体的端部与配流盘，所述转筒分别与缸体和电机转子组件连接，使得所述转筒、缸体以及电机转子组件同步旋转，所述配流滑盘副包括斜盘以及支承在斜盘上的滑盘，所述滑盘为整体盘状结构，所述滑盘与斜盘之间形成静压油膜支承，所述变量机构能够使输出流量可调，其包括斜盘角度控制式变量结构和/ 或电机转速控制式变量结构。

本实用新型所述的变量紧凑型电液一体机，其在所述壳体组件的壳体空腔内设置有端座，所述配流盘支撑在端座上，所述配流盘设置有与缸体的柱塞孔连通的低压配流口，所述斜盘支撑在后端盖上，所述端座设置有进油孔以及向壳体空腔开口的进油槽，所述进油孔分别与端座的进油槽及配流盘的低压配流口连通。

本实用新型所述的变量紧凑型电液一体机，其在所述斜盘上设置有低压配流窗口和高压配流窗口，所述低压配流窗口和高压配流窗口分别与设置在后端盖上的进油口和出油口连通，所述后端盖上的进油口设置有一路通往斜盘上低压配流窗口的油路和一路通过进油岔口通往壳体空腔内的油路，工作时，低压油液从所述端座的进油槽经配流盘的低压配流口和斜盘的低压配流窗口双路进入缸体的柱塞孔中，高压油液从斜盘的高压配流窗口单路排出，实现液压油的吸入、排出。

本实用新型所述的变量紧凑型电液一体机，其所述变量机构设置为斜盘角度控制式变量结构，所述变量机构包括变量活塞、控制阀以及变量弹簧，所述斜盘上与后端盖对置的支承面具有成形为圆柱形的圆柱滑弧面，所述变量活塞驱使所述斜盘在所述圆柱滑弧面上滑动，所述斜盘的圆柱滑弧面上具有构形为槽形的槽形低压口和槽形高压口，所述槽形低压口和槽形高压口分别与后端盖上的进油口和出油口对应连通。

本实用新型所述的变量紧凑型电液一体机，其在所述斜盘上设置有高压配流窗口，所述高压配流窗口与设置在后端盖上的出油口连通，所述后端盖上的进油口与壳体空腔连通，低压油液全部从后端盖上的进油口进入壳体空腔内，工作时，所述壳体空腔内的低压油液从所述端座的进油槽经配流盘的低压配流口单路进入缸体的柱塞孔中，高压油液从斜盘的高压配流窗口单路排出，实现液压油的吸入、排出。

本实用新型所述的变量紧凑型电液一体机，其所述变量机构设置为斜盘角度控制式变量结构，所述变量机构包括变量活塞、控制阀及变量弹簧，所述斜盘上与后端盖对置的支承面具有成形为圆柱形的圆柱滑弧面，所述变量活塞驱使所述斜盘在所述圆柱滑弧面上滑动，所述斜盘的圆柱滑弧面上具有构形为槽形槽形高压口，所述槽形高压口与出油口对应连通。

本实用新型所述的变量紧凑型电液一体机，其所述变量机构设置为电机转速控制式变量结构，所述变量机构包括控制器，所述控制器为变频式控制器，所述电机转子组件包括与转筒外周面连接的转子铁芯以及嵌套在所述转子铁芯内的转子绕组,所述电机转子组件在所述控制器的控制作用下可变转速，从而实现可变的输出流量。

本实用新型所述的变量紧凑型电液一体机，其所述变量机构设置为电机转速控制式变量结构，所述变量机构包括控制器和编码器，所述控制器为伺服式控制器，所述电机转子组件包括与转筒外周面连接的转子铁芯以及嵌套在所述转子铁芯内的永磁体,所述主轴一端与编码器连接，所述电机转子组件在所述控制器的控制作用下可变转速，从而实现可变的输出流量。

本实用新型所述的变量紧凑型电液一体机，其所述变量机构设置为斜盘角度控制式和电机转速控制式联合变量结构，所述变量机构包括控制器，所述控制器包括变频式或伺服式控制器，所述联合变量结构可使其根据实际情况合理匹配电机工况与负载变化。

本实用新型所述的变量紧凑型电液一体机，其在所述端座内、主轴上设置有叶轮，所述端座上设置有多个连通孔以及连通配流盘的低压配流口的进油孔，所述叶轮在主轴的带动下，使所述壳体空腔内的低压油液通过连通孔加速通过进油孔进入柱塞孔中并带走热量。

本实用新型所述的变量紧凑型电液一体机，其所述液压组件为轴支承式结构，其还包括第一轴承和第二轴承，所述主轴的主轴轴心与缸体的缸体轴心重合，所述主轴一端贯穿端座至前端盖并支承在第一轴承上，另一端贯穿至后端盖并支承在第二轴承上，所述缸体支承在主轴上并与主轴通过键连接实现同步转动，所述柱塞副包括缸体的柱塞孔壁与柱塞，所述柱塞在缸体的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。

本实用新型所述的变量紧凑型电液一体机，其所述液压组件为转筒支承式结构，其还包括第四轴承和第五轴承，所述第四轴承和第五轴承分别夹设在转筒与壳体组件之间，所述电机转子组件与液压组件通过转筒及第四轴承和第五轴承支承在壳体组件上并实现同步旋转，所述柱塞副包括缸体的柱塞孔壁与柱塞，所述柱塞在缸体的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。

基于上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型体积小、功率密度高。传统的液压动力单元，其电动机、液压泵、联轴器等独立部件轴向排开，轴向长度长，占用空间大，而本实用新型中的电液一体机，轴向长度减少60％以上，占用空间减少50％以上，电机与液压泵高度融合成一体，整体的功率密度大，尤其适合于在工程机械、电动汽车、机器人、航空航天、舰船等空间受限、要求功率密度大的场合。

(2)本实用新型变量、配流、散热问题得以兼顾解决。传统的电液一体机在变量、配流、散热等问题无法兼顾，造成顾此失彼。本实用新型中采用的配流滑盘副，其结构将配流、变量倾斜、静压支承、自冷却功能集成在配流滑盘副中，滑盘与斜盘之间采用现有最优的端面油膜支承方式、并兼具配流功能，同时还可通过改变斜盘的倾斜方式或电机变速等方式来实现的，实现变量多样方便，双端面进油方式又可以使散发在壳体空腔内的热量进入液压系统中，实现自冷却。

(3)本实用新型效率高。本实用新型中电动机、液压泵高度融合一体，省去了联轴器、风冷装置等连接部件，减少了能量转换和动力传递环节以及风冷装置的额外能量损失，大大降低了机械摩擦损失、管路压力损失及泄漏损失等。

(4)本实用新型显著降低了噪声及振动。传统的分散式动力单元中噪声及振动来源主要有：电动机、液压泵、联轴器连接同轴度误差产生的机械振动和噪声、复杂的管路连接造成流体阻力增加产生的气穴噪声和振动、电动机风冷装置产生的噪声和振动；本实用新型中的电液一体机高度融合一体，电动机、液压泵共轴、共壳，取消了联轴器、风冷装置、连接管路，根本上消除了以上三者对噪声及振动的影响，噪声显著降低。

(5)本实用新型自冷却，散热容易。传统的电动机在运转过程中都存在能量耗散，最终以热量形式散发在外界环境中，需要额外增加风冷或水冷装置，本实用新型中的电液一体机高度融合一体，低压油液由进油口可通过斜盘上低压配流窗口油路和进油岔口通往壳体空腔内的油路双路进油，其中通往壳体空腔内的油路进油可将电动机定子、转子、液压三大摩擦副产生的热量带走进入液压系统中，实现自我冷却。

(6)本实用新型寿命长，可靠性高。本实用新型中的电液一体机高度融合一体，各机械部件高度集成、简化了结构复杂性；配流滑盘副中的滑盘为整体结构，柱塞副中的柱塞为锥形结构，两者独特的设计显著降低了柱塞作用在缸体的侧向力，显著改善了三大摩擦副的工况，提高了其油膜稳定性，使得液压转子部分具有更高速度、更高压力、更大流量、更长寿命；自冷却双端面进油结构设计一方面可使电动机定子、转子、液压三大摩擦副等关键零部件始终浸在润滑低温油液中，防止电动机定子、转子烧坏以及三大摩擦副的油膜稳定，另一方面使得进油侧进油量显著增加，可大幅度提高自吸能力及自吸转速，减少了气蚀对三大摩擦副的损坏。

(7)本实用新型减少了外泄漏。电液一体机高度融合，免去了多处管路连接部位以及液压泵轴伸处的密封在长期工作条件下使密封装置腐化和磨损从而产生外泄漏，造成环境污染和管理维护不便。

(8)本实用新型与未来工业技术发展趋势高度契合。本实用新型中的电液一体机高度融合，符合未来工业技术发展要求，即向环保节能、集成化、数字化、智能化方向发展。

附图说明

图1为传统的液压动力单元结构示意图。

图2为本实用新型的电液一体机的结构示意图。

图3为本实用新型中电液一体机的一种实施例。

图4为本实用新型中图3中的A-A剖面图。

图5为本实用新型中电液一体机的内部液流图。

图6为本实用新型中滑盘一端的平面图。

图7为本实用新型中图6中滑盘结构的B-B剖面图。

图8为本实用新型中滑盘另一端的平面图。

图9为本实用新型中斜盘一端支承面的一种平面图。

图10为本实用新型中斜盘另一端支承面的一种平面图。

图11为本实用新型中配流盘一端支承面的一种平面图。

图12为本实用新型中缸体一端的平面图。

图13为本实用新型中转筒沿轴线的剖面图。

图14为本实用新型中转筒一侧的平面图。

图15为本实用新型中端座沿轴线的剖面图。

图16为本实用新型中图15中的C-C剖面图。

图17为本实用新型中电液一体机的另一种实施例。

图18为本实用新型中转筒支承式电液一体机实施例。

图19为本实用新型中图18中的A-A剖面图。

图20为本实用新型中为伺服控制式电液一体机的实施例。

图21为本实用新型中为斜盘倾角控制和伺服控制式联合变量电液一体机的实施例。

图中标记：1为液压泵，2为电机，3为联轴器，4为风冷装置，5为电液一体机，6为出线盒，7为吊环，8为电机定子组件，8a为定子铁芯，8b为定子绕组，9为电机转子组件，9a为转子铁芯，9b为转子绕组，9c为永磁体,9d为端环，10为主轴，10C为主轴轴心，11为转筒，12为连接部，13为过油孔，14 为连接键，15为凸起部，16为第一挡块，17为第二挡块，21为第一轴承，22 为第二轴承，23为第三轴承，24为第四轴承，25为第五轴承，31为壳体，32 为前端盖，33为后端盖，33a为进油口，33b为出油口，33c为进油岔口，34为壳体空腔，35端座，36为端座连通孔，37为进油槽，38为进油孔，39支撑间隔部，40为斜盘，41为斜盘支承面，41a为支承挡部，42为配流油槽，43为低压配流窗口，44为高压配流窗口，45为圆柱滑弧面，46为槽形低压口，47为槽形高压口，50为滑盘，50C为滑盘轴心，51为滑盘静压支承面，52为滑盘凸台面，53为滑盘腰形孔，54为滑盘外密封部，55为滑盘内密封部，56为滑盘间隔密封部，58为柱塞球窝，60为压板，70为柱塞，71为柱塞球头，72为柱塞中心孔，73为锥形杆部，74为柱塞部，80为缸体，81为柱塞孔，82为主轴装配孔，83为缸体静压支承面，84为通油孔，85为缸体腰形孔，90为配流盘， 91为支承面，92为低压配流口，100为中心弹簧，101为挡圈，102为球铰，110为斜盘角度控制式变量结构，111为变量活塞，112为控制阀，113为变量弹簧， 141为卡簧，150为叶轮，160为编码器，161为保护罩，162为编码器接头，163 为控制器。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

尽管本实用新型容许有不同形式的实施例，但本说明书和附图仅仅公开了如本实用新型的示例的一些特定形式。然而本实用新型并不试图限于所述的实施例。本实用新型的范围在所附的权利要求中给出。

为了方便描述，本实用新型的实施例以典型的取向示出，所述取向使得当电液一体机5的主轴的中心轴线水平静置，以前端盖32一侧为左，后端盖33 为右，描述中使用的“纵向”、“横向”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”“水平”、“底”、“内”、“外”等术语都是参照这个位置而使用的，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，应理解的是本实用新型可以不同于所述的位置的取向进行制造、存放、运送、使用和销售。

实施例1：

如图2至16所示，为本实用新型的电液一体机5的优选实施例，在所示的优选实施例中，所述电液一体机5为轴支承式结构，所述电液一体机5包括液压组件、电机转子组件9、电机定子组件8、转筒11、壳体组件、主轴10、变量机构、第一轴承21以及第二轴承22，所述液压组件包括柱塞副、配流滑盘副及配流副；所述柱塞副包括柱塞70和缸体80的柱塞孔壁，优选地，所述柱塞 70为中心设置有中心大孔的锥形结构；所述配流滑盘副包括斜盘40以及支承在斜盘40上的滑盘50，所述滑盘50为整体结构，所述滑盘50与斜盘40之间形成静压油膜支承；所述配流副包括缸体80的端部及配流盘90，所述缸体80抵接在配流盘90上，两者之间形成静压油膜支承；所述主轴10的主轴轴心10C 与缸体80的缸体轴心重合，所述主轴10一端贯穿端座35至前端盖32并支承在第一轴承21上，另一端贯穿至后端盖33并支承在第二轴承22上，所述缸体 80支承在主轴10上并与主轴10通过键连接；所述转筒11分别与缸体80和电机转子组件9连接，使得所述转筒11、缸体80以及电机转子组件9同步旋转，所述柱塞70在缸体80的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。

其中，所述电机为包含但不限于感应异步电动机、永磁直流电动机、永磁同步电动机等，优选地，所述电机为感应电机或永磁同步电机。

具体地，所述电机定子组件8包括定子铁芯8a、定子绕组8b等部件，其中，所述定子铁芯8a为电机磁路的组成部分，由表面涂有绝缘漆的薄硅钢片冲制叠压而成，其外周面与壳体31固定连接，所述定子铁芯8a内周面上开设由多个槽口(未示出)，所述定子绕组8b嵌放所述定子铁芯8a的槽口上，用于产生旋转磁场，所述定子绕组8b由绝缘铜导线或绝缘铝导线绕制，所述定子绕组8b 的出线端引至设置在壳体31上的出线盒6上。

具体地，所述电机转子组件9包括转子铁芯9a、转子绕组9b等部件。其中，所述转子铁芯9a也为电机磁路的组成部分，也由表面涂有绝缘漆的薄硅钢片冲制叠压而成，其内周面与转筒11固定连接，所述转子铁芯9a两侧侧面通过第一挡块16抵接在转筒11的凸起部15以限制转子铁芯9a与转筒11的轴向位移，所述转子铁芯9a外周面上开设由多个槽口(未示出)，所述转子绕组9b嵌放所述转子铁芯9a的槽口上，用于产生感应电流，所述转子绕组9b包含但不限于鼠笼型结构和绕线型结构转子绕组，其中，鼠笼型结构是在转子铁芯9a上的槽插入铜条或铝条作为导条，并在两端用铜环或铝环连接起来，形成笼状结构。

其中，所述电机定子组件8和电机转子组件9之间保持一定的气隙，以保证电机运行时具有合理的功率因数及启动性能。可以替换地，该气隙也可以由壳体空腔34内的低压冷油填充，以消散电机定子组件8和电机转子组件9的热量。

具体地，所述变量机构为斜盘角度控制式变量结构110，所述斜盘角度控制式变量结构包括变量活塞111、控制阀112以及变量弹簧113，所述控制阀112 与后端盖33连接，所述控制阀112内设置多个液流通道，所述控制阀112通过控制进入变量活塞的油液来控制变量活塞111的运动，实现斜盘角度的改变，所述控制阀112可设置为多种变量控制方式，包含但不限于恒压、恒流量、恒功率等方式，所述变量弹簧113起复位作用。

具体地，所述斜盘40上与后端盖33对置的支承面具有成形为圆柱形的圆柱滑弧面45，所述变量活塞111驱使所述斜盘40在所述圆柱滑弧面45上滑动，所述斜盘40的圆柱滑弧面45上具有构形为槽形的槽形低压口46和槽形高压口 47，所述槽形低压口46和槽形高压口47分别与后端盖33上的进油口33a和出油口33b对应连通。

具体地，所述配流滑盘副包括滑盘50及支撑在后端盖33上的斜盘40，所述滑盘50的滑盘静压支承面51支承在斜盘40上，并与斜盘40的支承面保持紧密配合，所述滑盘50一端设置有多个滑盘腰形孔53，所述滑盘50另一端面设置有多个柱塞球窝58，所述滑盘50上的滑盘腰形孔53贯通至柱塞球窝58，所述斜盘40上设置有与后端盖33上的进油口33a和出油口33b相通的配流油槽42。

具体地，所述柱塞副包括柱塞70与缸体孔壁，所述柱塞70为锥形结构，柱塞设置有作为进出油且连通柱塞球窝58和柱塞孔81的大孔径柱塞中心孔72。

具体地，所述配流副包括缸体80端部及支承在端座35上的配流盘90，所述缸体80的端部与配流盘90对置的端面设置有缸体静压支承面83，所述缸体静压支承面83支承在配流盘90上且与配流盘90的支承面91保持滑动配合，所述配流盘90上设置有低压配流口92，如图11所示。

具体地，所述转筒11外周面与电机转子组件9连接，所述转筒11内侧设置有向内延伸的连接部12，在所述连接部12环向设置有多个过油孔13，所述过油孔13连通两侧壳体空腔34使得低压油液顺利通过，所述连接部12内周向设置有与缸体80外周向配合的连接键14；可替换地，所述转筒连接部与缸体也可包含但不限于过盈配合连接、螺栓连接等方式。

进一步地，所述转筒11上设置有用于约束轴向方向移动的约束装置，所述约束装置包括用于约束电机转子轴向位移的设置在转筒11两侧向外凸起的凸起部15以及夹设在电机转子和凸起部15之间的第一挡块16；所述约束装置还包括用于约束转筒11轴向位移的设置在缸体80外周向的第二挡块17，所述第二挡块17与转筒11连接部12连接。

其中，如图3和4所示，所述电液一体机5的壳体组件包括壳体31及与壳体31连接的前端盖32和后端盖33，所述壳体31与前端盖32和后端盖33围成具有用于容纳电机转子组件9、电机定子组件8以及液压组件的壳体空腔34，所述后端盖33用于封闭壳体31的一端开口，所述前端盖32用于封闭壳体31 的另一端开口，所述后端盖33上设置有进油口33a和出油口33b，在所述后端盖33上还设置有连通进油口33a和壳体空腔34的进油岔口33c，即在吸油时，所述进油口33a中的油液分成了两部分，一部分油液从斜盘40的低压配流口43 流入柱塞孔81中，另一部分的油液经进油岔口33c进入壳体空腔34中，然后经过端座35的连通孔36及配流盘90的低压配流口92进入到柱塞孔81中，该部分的冷油在流经壳体空腔34时，使得置于壳体空腔34内的各摩擦副以及电机转子和定子组件部件浸在低温油液中，并将电动机定子组件、转子组件、液压三大摩擦副产生的热量带走进入液压系统中，具体见图5中的电液一体机内部液流图。需要说明的是，所述的前端盖32和后端盖33不是指示或暗示所指的装置或元件必须是前与后的关系，而仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，两者均为封闭壳体的端盖。

如图9所示，所述配流滑盘副为双向高低压配流滑盘副，所述配流滑盘副包括滑盘50及支承在后端盖33的斜盘40，所述斜盘40上设置有分开的低压配流窗口43和高压配流窗口44，所述低压配流窗口43和高压配流窗口44分别与后端盖33的进油口33a和出油口33b连通；所述配流副为单向低压配流副，所述配流副包括配流盘90以及支承在配流盘90上的缸体80，所述配流盘90与缸体80端面形成间隙配合的静压油膜支承且两者保持滑动配合，与低压侧柱塞孔 81对置的配流盘90一侧设置有低压配流口92，其中，所述低压侧柱塞孔是指低压油进入的对应柱塞孔。

如图14和15所示，所述端座35设置在配流副与前端盖32之间，所述端座35与前端盖33通过螺栓连接，所述配流盘90支撑在端座35上，所述端座 35设置有连通孔36、进油槽37、进油孔38以及支撑间隔部39，所述进油槽37 具有向壳体空腔34开口槽形结构，所述支撑间隔部39用于支撑进油槽37两侧槽壁，所述进油孔38分别与端座35的进油槽37及配流盘90的低压配流口92 连通。特殊地，所述端座35也可以为前端盖32的延伸部分，即端座35与前端盖32为一体结构。

如图5所示，为电液一体机的内部液流图，所述后端盖33上的进油口33a 设置有一路通往斜盘40上低压配流窗口43的油路和一路通过进油岔口33c通往壳体空腔34内的油路，工作时，低压油液从所述端座35的进油槽37经配流盘90的低压配流口92和斜盘40的低压配流窗口43双路进入缸体80的缸体柱塞孔81中，高压油液从斜盘40的高压配流窗口44单路排出，实现液压油的吸入、排出。

从以上分析可以知道，这种结构具有自冷却，散热容易的特点，具体表现在：一方面可使电动机定子、转子、液压三大摩擦副等关键零部件始终浸在润滑低温油液中，防止电动机定子、转子烧坏以及三大摩擦副的油膜稳定，另一方面使得进油侧进油量显著增加，可大幅度提高自吸能力及自吸转速，减少了气蚀对三大摩擦副的损坏。

同时，这种结构还具有体积小、功率密度高、效率高、低噪声等特点。如图1所示，为传统的液压动力单元，其电动机1、液压泵2、联轴器3等独立部件轴向排开，轴向长度长，占用空间大，图2为本实用新型中的电液一体机，轴向长度减少60％以上，占用空间减少50％以上，电机与液压泵高度融合成一体，整体的功率密度大，尤其适合于在工程机械、电动汽车、机器人、航空航天、舰船等空间受限、要求功率密度大的场合；电动机、液压泵高度融合一体，省去了联轴器、风冷装置等连接部件，减少了能量转换和动力传递环节以及风冷装置的额外能量损失，大大降低了机械摩擦损失、管路压力损失及泄漏损失等；电动机、液压泵共轴、共壳，取消了联轴器、风冷装置、连接管路，根本上消除了以上三者对噪声及振动的影响，噪声显著降低。

更具体地，所述滑盘50朝向缸体80一侧的端面的环周向与柱塞70相对位置设置有多个柱塞球窝58，如图6、图7和图8所示，所述柱塞球窝58在滑盘 50端面形成开口大致成半球状的凹部，所述柱塞球窝58以滑盘轴心50C共同的圆周均匀间隔地分布的状态对柱塞球头71进行支承，在所述柱塞70安装在柱塞球窝58后，通过压板60将其固定在滑盘50的端面上，使得柱塞70相对滑盘50的端面的远离移动受到限制。特殊地，用于将柱塞70固定在滑盘50的端面的方式也不限于采用压板的方式，例如，也可以在滑盘50上设置有形状锁合的压紧装置(未示出)，该压紧装置可通过大于180度的包覆将柱塞球头71进行固定。

其中，所述滑盘50与斜盘40对置的端面上设置有滑盘静压支承面51，如图7所示，所述滑盘轴心50C与主轴轴心10C呈一定角度，所述滑盘静压支承面51支承在斜盘40上且始终与斜盘40保持滑动配合，所述滑盘静压支承面51 上设置有多个构形为腰形的滑盘腰形孔53，优选地，所述滑盘腰形孔53以滑盘轴心50C为中心呈均匀分布在滑盘静压支承面51上，所述滑盘腰形孔53连通至柱塞球窝58。

进一步地，所述滑盘50与斜盘40对置的端面上设置有沿滑盘轴心50C向斜盘40一侧延伸的突起的滑盘凸台面52，该滑盘凸台面52是由内直径R1和外直径R2围成的区域构成，所述滑盘凸台面52与斜盘40支承面以能够滑动的方式相互抵接，在所述滑盘凸台面52上与柱塞球窝58位置对应处设置有多个滑盘腰形孔53，优选地，该滑盘腰形孔53是以滑盘轴心50C为中心的共同的圆周均匀间隔地分布在滑盘凸台面52上。

其中，所述滑盘凸台面52与斜盘40支承面之间形成有效的静压油膜支承，所述滑盘凸台面52上设置有用于密封油液作用的密封部，所述密封部以包围滑盘腰形孔53的状态设置在滑盘腰形孔53的内外周，所述密封部包括分布在滑盘腰形孔53径向内外的滑盘内密封部55、滑盘外密封部54以及分布在相邻滑盘腰形孔53之间的滑盘间隔密封部56，所述滑盘内密封部55是由滑盘腰形孔 53内边缘与滑盘凸台面52的内直径R1围成的区域，所述滑盘外密封部54是由滑盘腰形孔53外边缘与滑盘凸台面52的外直径R2围成的区域，所述滑盘间隔密封部56是由相邻滑盘腰形孔53之间的间隔凸台面区域，所述滑盘凸台面52 的密封部与斜盘40支承面之间始终保持一定合理的间隙使得油膜泄漏处于合理水平。

如图11所示，所述缸体80具有沿径向截面为圆形的柱状构形，并容纳在壳体组件的壳体空腔34内，所述缸体80具有以缸体轴心环向均匀分布的多个柱塞孔81和在中心处用于容纳主轴10的主轴装配孔82，所述缸体80拥有多个柱塞孔81，优选地，所述柱塞孔数量一般设置为7个或9个；所述主轴10穿过缸体80的主轴装配孔82并以其轴体外周面设置连接键方式与缸体80连接，所述缸体80以其与主轴10同步运动的方式支承在主轴10上。

其中，所述缸体80另一端面抵接在配流盘90上，形成配流副，两者端部以静液压方式支承，如图3和4所示，所述缸体80与配流盘90对置的端面上设置有缸体静压支承面83，所述缸体静压支承面83支承在配流盘90上且始终与配流盘90保持滑动配合，所述缸体静压支承面83上设置有构形为腰形的多个缸体腰形孔85，优选地，所述缸体腰形孔85以缸体轴心为中心呈均匀分布在缸体静压支承面83上，在所述缸体端部上设置有连通柱塞孔81与缸体腰形孔 85的通油孔84。

工作时，液压力作用在缸体端部上，并进一步传递至配流盘90，一般情况，液压力作用在缸体端部上的轴向力大于配流盘90通过油膜反作用在缸体端部的支承力，因此，缸体端部始终通过一层油膜抵接在配流盘90上滑动。

具体地，所述柱塞70包括一端支承在滑盘50的柱塞球窝58上且经由压板 60固定在滑盘端面的柱塞球头71、用于连通柱塞孔81和柱塞球窝58的柱塞中心孔72、外周面呈圆锥形的锥形杆部73以及与缸体柱塞孔壁间隙配合的且可在其往复运动的柱塞部74，所述柱塞球头71呈球状且能够滑动自如地支承在滑盘 50的柱塞球窝58上；所述柱塞中心孔72为大孔径通孔结构，作为吸入和/或排出油液通道；在柱塞部74上往往设置至少一道密封圈用于密封液体，所述锥形杆部73是大致从柱塞球端向柱塞部74逐渐增加的锥形状，当柱塞70运动到某一位置时，锥形杆部74与柱塞孔81内环周面接触，起到传力作用。但需要说明的是，柱塞70不限于锥形柱塞类型，还可以包括两端均为球头的连杆-柱塞或者带万向铰的球面柱塞。

工作时，液压力作用在柱塞70上，并进一步传递至滑盘50，总体上，所述柱塞70作用在滑盘50上的轴向力大于斜盘40通过油膜反作用在滑盘50的支承力与柱塞70的回程力之和，因此，所述滑盘50始终通过一层油膜抵接在斜盘40上滑动。

考虑到柱塞泵在启动时，滑盘与斜盘之间仍然需要初始密封，以尽快建立油压，因此在配流滑盘副一侧须设置初始密封装置。

优选地，其中一种初始密封装置，如图20所示，在所述滑盘50与缸体80 之间设置有弹簧预紧装置，该弹簧预紧装置使配流滑盘副与配流副之间具有一定的初始接触力。所述弹簧预紧装置包括中心弹簧100、挡圈101以及球铰102，所述中心弹簧100的预紧弹簧力一端通过球铰102作用在压板60上，并进一步传递至滑盘50上，另一端通过挡圈101将预紧力作用在缸体端部和配流盘90 上。

优选地，另一种初始密封装置，如图3和4所示，也可以在所述滑盘50和 /或缸体80上设置有约束装置，所述约束装置具有限制所述配流滑盘副的滑盘 50远离斜盘40运动以及限制所述配流副的缸体80远离配流盘90运动。

进一步地，所述约束装置包括在滑盘50靠近滑盘静压支承面51一侧具有向外侧凸起的斜盘止挡部以及在斜盘支承挡部41a上设置的卡合装置。所述止挡部用于限制第三轴承23的移动，所述卡合装置包括在支承挡部41a上、邻近第三轴承23处设置的卡合周槽以及在卡合内周槽上设置卡簧(未示出)，所述卡簧以约束第三轴承23向外移动的方式限制滑盘远离斜盘40端面。

可以预测地，在止挡部与第三轴承23之间或者在卡簧与第三轴承23之间也可以适当设置弹性垫片(未示出)，使得约束组件除了限制滑盘远离斜盘端面外，还具有一定的初始预紧力保持滑盘与斜盘的预紧状态。同理，所述卡合装置的约束方式还可以通过第三轴承23与斜盘支承挡部41a的过盈配合来实现，在所述斜盘支承挡部41a上、邻近第三轴承23处设置卡合周槽及与卡合周槽配合的卡簧起进一步约束作用。在缸体一侧，约束装置还包括卡簧141，该卡簧用于约束缸体端部远离止推盘运动。

实施例2：

如图17所示，与实施例1的不同之处在于与变量机构的变量方式的不同，其他可参考实施例1所述结构。

具体地，所述变量机构设置为电机转速控制式变量结构，所述变量机构包含控制器163，所述控制器163为变频式控制器，所述电机转子组件9包括与转筒11外周面连接的转子铁芯9a以及嵌套在所述转子铁芯9a内的转子绕组9b, 所述电机转子组件9在所述控制器163的控制作用下可变转速，从而实现可变的输出流量。

实施例3：

如图19所示，与实施例1和2的不同之处在于与变量机构的变量方式的不同，其他可参考实施例1、2所述结构。

具体地，所述变量机构设置为电机转速控制式变量结构，所述变量机构包含控制器163和编码器160，所述控制器163为伺服式控制器，所述电机转子组件9包括与转筒11外周面连接的转子铁芯9a以及嵌套在所述转子铁芯9a内的永磁体9c,在所述永磁体9c两端设置有端环9d用于约束所述永磁体轴向移动；所述主轴10一端与编码器160连接，所述编码器160外周设置有保护罩161以防止编码器受到损坏、粉尘影响，所述保护罩161与前端盖32通过螺栓连接，在保护罩161外侧设置有编码器接头162，所述编码器接头162的另一端与编码器160引线连接，所述电机转子组件9在所述控制器163的控制作用下可变转速，从而实现可变的输出流量。

实施例4：

如图21所示，与实施例1、2和3的不同之处在于与变量机构的变量方式的不同，其他可参考其他实施例所述结构。

具体地，所述变量机构设置为斜盘角度控制式和电机转速控制式联合变量结构，所述变量机构包含控制器163，所述控制器163包含变频式或伺服式控制器，所述联合变量机构可使其根据实际情况合理匹配电机工况与负载变化。

实施例5：

如图17所示，示出了本实用新型的另一实施例，与其他实施例的不同之处在于端座35内设置有叶轮150。

具体地，在所述端座35内、主轴10上设置有叶轮150，所述端座35上设置有多个连通孔36以及连通配流盘90的低压配流口92的进油孔38，所述连通孔36在端座35上环周向布置，所述叶轮150在主轴10的带动下，壳体空腔34 内的低压油液通过连通孔36加速通过进油孔38进入柱塞孔81中并带走热量。

该结构的有益之处：一是加快壳体空腔34内热油的流动，使其尽快离开摩擦副附近，减少高温对摩擦副的影响；二是提高了滑盘侧吸油流量，增强了吸油性能。

实施例6：

如图18、19和21所示，与其他实施例的主要区别在于该实施例的为转筒支承式电液一体机，其还包括第四轴承24和第五轴承25，所述第四轴承24和第五轴承25分别夹设在转筒11与壳体组件之间；特殊地，所述第四轴承24和第五轴承25还可分别夹设在转筒11与前端盖32或后端盖33之间，或者第四轴承24夹设在转筒11与端座35之间。所述电机转子组件9与液压组件通过转筒11及第四轴承24和第五轴承25支承在壳体31或端盖35上并实现同步旋转，所述柱塞70在缸体80的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限与这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及及其改进，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

Claims (12)

1.一种变量紧凑型电液一体机，其特征在于：包括液压组件、电机转子组件(9)、电机定子组件(8)、转筒(11)、壳体组件以及变量机构，所述液压组件包括配流滑盘副、配流副以及柱塞副，所述配流副包括缸体(80)的端部与配流盘(90)，所述转筒(11)分别与缸体(80)和电机转子组件(9)连接，使得所述转筒(11)、缸体(80)以及电机转子组件(9)同步旋转，所述配流滑盘副包括斜盘(40)以及支承在斜盘(40)上的滑盘(50)，所述滑盘(50)为整体盘状结构，所述滑盘(50)与斜盘(40)之间形成静压油膜支承，所述变量机构能够使输出流量可调，其包括斜盘角度控制式变量结构和/或电机转速控制式变量结构。

2.根据权利要求1所述的变量紧凑型电液一体机，其特征在于：在所述壳体组件的壳体空腔(34)内设置有端座(35)，所述配流盘(90)支撑在端座(35)上，所述配流盘(90)设置有与缸体(80)的柱塞孔(81)连通的低压配流口(92)，所述斜盘(40)支撑在后端盖(33)上，所述端座(35)设置有进油孔(38)以及向壳体空腔(34)开口的进油槽(37)，所述进油孔(38)分别与端座(35)的进油槽(37)及配流盘(90)的低压配流口(92)连通。

3.根据权利要求2所述的变量紧凑型电液一体机，其特征在于：在所述斜盘(40)上设置有低压配流窗口(43)和高压配流窗口(44)，所述低压配流窗口(43)和高压配流窗口(44)分别与设置在后端盖(33)上的进油口(33a)和出油口(33b)连通，所述后端盖(33)上的进油口(33a)设置有一路通往斜盘(40)上低压配流窗口(43)的油路和一路通过进油岔口(33c)通往壳体空腔(34)内的油路，工作时，低压油液从所述端座(35)的进油槽(37)经配流盘(90)的低压配流口(92)和斜盘(40)的低压配流窗口(43)双路进入缸体(80)的柱塞孔(81)中，高压油液从斜盘(40)的高压配流窗口(44) 单路排出，实现液压油的吸入、排出。

4.根据权利要求3所述的变量紧凑型电液一体机，其特征在于：所述变量机构设置为斜盘角度控制式变量结构(110)，所述变量机构包括变量活塞(111)、控制阀(112)以及变量弹簧(113)，所述斜盘(40)上与后端盖(33)对置的支承面具有成形为圆柱形的圆柱滑弧面(45)，所述变量活塞(111)驱使所述斜盘(40)在所述圆柱滑弧面(45)上滑动，所述斜盘(40)的圆柱滑弧面(45)上具有构形为槽形的槽形低压口(46)和槽形高压口(47)，所述槽形低压口(46)和槽形高压口(47)分别与后端盖(33)上的进油口(33a)和出油口(33b)对应连通。

5.根据权利要求2所述的变量紧凑型电液一体机，其特征在于：在所述斜盘(40)上设置有高压配流窗口(44)，所述高压配流窗口(44)与设置在后端盖(33)上的出油口(33b)连通，所述后端盖(33)上的进油口(33a)与壳体空腔(34)连通，低压油液全部从后端盖(33)上的进油口(33a)进入壳体空腔(34)内，工作时，所述壳体空腔(34)内的低压油液从所述端座(35)的进油槽(37)经配流盘(90)的低压配流口(92)单路进入缸体(80)的柱塞孔(81)中，高压油液从斜盘(40)的高压配流窗口(44)单路排出，实现液压油的吸入、排出。

6.根据权利要求5所述的变量紧凑型电液一体机，其特征在于：所述变量机构设置为斜盘角度控制式变量结构，所述变量机构包括变量活塞(111)、控制阀(112)以及变量弹簧(113)，所述斜盘(40)上与后端盖(33)对置的支承面具有成形为圆柱形的圆柱滑弧面(45)，所述变量活塞(111)驱使所述斜盘(40)在所述圆柱滑弧面(45)上滑动，所述斜盘(40)的圆柱滑弧面(45)上具有构形为槽形槽形高压口(47)，所述槽形高压口(47)与出油口(33b) 对应连通。

7.根据权利要求1所述的变量紧凑型电液一体机，其特征在于：所述变量机构设置为电机转速控制式变量结构，所述变量机构包括控制器(163)，所述控制器(163)为变频式控制器，所述电机转子组件(9)包括与转筒(11)外周面连接的转子铁芯(9a)以及嵌套在所述转子铁芯(9a)内的转子绕组(9b),所述电机转子组件(9)在所述控制器(163)的控制作用下可变转速，从而实现可变的输出流量。

8.根据权利要求1所述的变量紧凑型电液一体机，其特征在于：所述变量机构设置为电机转速控制式变量结构，所述变量机构包括控制器(163)和编码器(160)，所述控制器(163)为伺服式控制器，所述电机转子组件(9)包括与转筒(11)外周面连接的转子铁芯(9a)以及嵌套在所述转子铁芯(9a)内的永磁体(9c),所述编码器(160)与主轴(10)一端连接，所述电机转子组件(9)在所述控制器(163)的控制作用下可变转速，从而实现可变的输出流量。

9.根据权利要求1所述的变量紧凑型电液一体机，其特征在于：所述变量机构设置为斜盘角度控制式和电机转速控制式联合变量结构，所述变量机构包括控制器(163)，所述控制器(163)包括变频式或伺服式控制器，所述联合变量结构可使其根据实际情况合理匹配电机工况与负载变化。

10.根据权利要求2所述的变量紧凑型电液一体机，其特征在于：在所述端座(35)内、主轴(10)上设置有叶轮(150)，所述端座(35)上设置有多个连通孔(36)以及连通配流盘(90)的低压配流口(92)的进油孔(38)，所述叶轮(150)在主轴(10)的带动下，使所述壳体空腔(34)内的低压油液通过连通孔(36)加速通过进油孔(38)进入柱塞孔(81)中并带走热量。

11.根据权利要求1至10中任意一项所述的变量紧凑型电液一体机，其特征在于：所述液压组件为轴支承式结构，其还包括第一轴承(21)和第二轴承(22)，所述缸体(80)的缸体轴心与主轴(10)的主轴轴心(10C)重合，所述主轴(10)一端贯穿端座(35)至前端盖(32)并支承在第一轴承(21)上，另一端贯穿至后端盖(33)并支承在第二轴承(22)上，所述缸体(80)支承在主轴(10)上并与主轴(10)通过键连接实现同步转动，所述柱塞副包括缸体(80)的柱塞孔壁与柱塞(70)，所述柱塞(70)在缸体(80)的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。

12.根据权利要求1至10中任意一项所述的变量紧凑型电液一体机，其特征在于：所述液压组件为转筒支承式结构，其还包括第四轴承(24)和第五轴承(25)，所述第四轴承(24)和第五轴承(25)分别夹设在转筒(11)与壳体组件之间，所述电机转子组件(9)与液压组件通过转筒(11)及第四轴承(24)和第五轴承(25)支承在壳体组件上并实现同步旋转，所述柱塞副包括缸体(80)的柱塞孔壁与柱塞(70)，所述柱塞(70)在缸体(80)的柱塞腔内做往复运动，实现吸排油工作。

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