CN2766441Y - 新型水下无刷充油电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及水下电机的主体结构，具体地说是实现一种能适应各种水下作业深度的新型水下无刷充油电机。它是在传统直流无刷电机的基础上将一种压力补偿装置与电机主体成为一体，压力补偿装置由上压盖、弹簧、活塞、接触开关及电机外壳组成，活塞安装在电机外壳内部并与电机外壳组成间隙配合，弹簧安装在活塞与上压盖之间，接触开关位于电机内部并位于活塞正下方。这种结构能实时检测并控制电机的运行状态并保证了电机在水下作业环境中的密封性能；它对水下作业深度几乎没有限制，使水下电机的性能可靠，具有结构紧凑、故障率低、安全性好等优点。它适用各种水下机器人、水下作业工具及相关水产产业等。

Description

新型水下无刷充油电机

技术领域

本实用新型涉及水下电机的主体结构，具体地说是实现一种能适应各种水下作业深度，同时结构紧凑、故障率低、安全性好的新型水下无刷充油电机。它适用各种水下机器人、水下作业工具及相关水产产业等。

背景技术

传统的水下电机主体多为真空内腔结构，其结构较大；近年来出现的部分水下充油电机，其主体结构与压力补偿装置分开布置，占用空间较大。上述结构使得水下电机在作业深度、结构紧凑性、故障率、安全性方面仍有很大的发展空间。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可适应各种水下作业深度、使其结构紧凑、故障率低、安全性好的新型水下无刷充油电机。

本实用新型技术方案包括：由作为位置传感器的霍尔集成电路、定子、转子输出轴、转子、下压盖、功率逻辑开关电路组成的直流无刷电机、以及电机法兰、绝缘油；其中，压盖安装在电机外壳上端面，定子与电机外壳安装为一体，转子安装在定子内部，下压盖安装在电机外壳下部，电机法兰安装在下压盖下部，霍尔元件设在转子的磁钢周围，绝缘油分布于电机内；还包括由上压盖、活塞、接触开关、电机外壳及弹簧组成的压力补偿装置；所述压力补偿装置与电机主体安装为一体，其中，活塞安装在电机外壳内部并与电机外壳组成间隙配合，弹簧安装在活塞与上压盖之间；接触开关位于电机外壳内、并位于活塞正下方，接触开关、霍尔集成电路、定子通过水密脐带电缆与电机功率逻辑开关电路组成回路；

电机外壳呈柱状，其内部为阶梯状空腔，柱体侧壁设有用于安装水密脐带电缆的深孔，深孔通过通孔与电机外壳内腔相联通；电机外壳上、下端面与上、下压盖通过螺纹副相连；上压盖.为带有通孔的圆型平板；活塞为柱体，其外部径向表面设有密封槽，上端面设凹面；在活塞密封槽内设滑动密封体，滑动密封体与电机外壳形成滑动副。

当水下无刷充油电机处于深水中时，外界水压及弹簧压力通过活塞作用于电机内部的绝缘油上。安装在电机上的密封体，其内侧受绝缘油的压力作用，外侧受水压作用；由帕斯卡定理及牛顿定理，外界海水及弹簧作用在活塞上的压力与绝缘油的压力相等，这个值大于电机外界水压；当密封失效时，电机内部的绝缘油向外涌出，阻止外界海水进入电机内部，避免了短路等事故的发生；同时，电机内腔的压力因泄漏降低，致使活塞滑动并触发接触开关，使其断开电机的功率逻辑开关电路；在正常工作状态下，当弹簧压力与外界水压相比很小时，密封体处于一种几乎是各向同性的受力状态。这种状态使密封体不易产生扭曲、弯曲等形变，保证了电机结构的密封性能和耐压性能；同时，由于电机内腔压力总大于外界水压，因此，这种水下无刷充油电机能适应各种水下作业深度。

当电机运行时，电机转子对位于转子周围的位置传感器(霍尔元件)产生效应并根据这种效应来引发信号；功率逻辑开关电路通过这种信号来跟踪转子的位置，从而控制各相绕组的通电时间与顺序，进而控制电机的运行状态。

本实用新型具有如下优点：

1.适应各种水下作业深度。当水下无刷充油电机处于深水中时，外界水压及弹簧压力通过活塞作用于电机内部的绝缘油上。电机的密封体内侧受绝缘油的压力作用，外侧受水压作用；与空腔无油的电机相比，这种结构克服了密封体的单向受力状态；由于绝缘油的压力与外界水压方向相反，且这种结构能够保证电机内腔油压与外界水压的压差为恒值；当这个压差值与水压相比很小，密封体处于一种几乎是各向同性的受力状态。这种状态使密封体不易产生扭曲、弯曲等形变，保证了这种电机结构的密封性能和耐压性能，使其适应于不同深度的作业环境。

2.结构紧凑，故障率低。水下无刷充油电机由霍尔元件代替了传统水下电机的电刷，避免了因电刷磨损而引发电机回路电阻增大以及电刷与电极接触不好等故障；同时，由于霍尔元件与电刷相比尺寸很小，从而减小了水下无刷电机的内部空间；与其它水下电机相比，水下无刷充油电机主体与压力补偿装置为一体化结构，其结构紧凑，降低了电机的结构尺寸。

3.安全性好。由于弹簧弹力的作用，水下无刷充油电机内腔的油压始终大于外界水压。当电机发生泄漏时，其内部绝缘油向外涌出，阻止外界海水进入电机内部，避免了电机发生短路等事故；同时，由于电机内腔绝缘油的压力减小，活塞在弹簧压力的作用下向下滑动并触发其下部的接触开关，使接触开关断开电机的功率逻辑开关电路，从而保证了操作可靠性。

附图说明

图1为新型水下无刷充油电机的结构剖视图。

图2为图1中电机外壳剖视图。

图3-1为图1中上压盖剖视图。

图3-2为图1中上压盖俯视图。

图4为图1中活塞剖视图。

图5为图1中转子剖视图。

图6为图1中下压盖剖视图。

图7为图1中定子剖视图。

图8为图1中电机法兰剖视图。

图9-1为图霍尔集成电路剖视图。

图9-2为图9-1中霍尔集成电路的上视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

水下无刷充油电机结构外形呈柱状(如图1所示)，它包括由作为位置传感器的霍尔集成电路6、定子7、转子14、功率逻辑开关电路21组成的直流无刷电机，以及电机法兰9、转子输出轴10、绝缘油13下压盖17；其中，电机外壳4为空腔柱体，上压盖1安装在电机外壳4上端面，定子7安装在电机外壳4内部并与电机外壳4装配为一体；转子14通过轴承12安装在电机外壳4中部并位于定子7内部，其外表面与定子7内表面有间隙；下压盖17安装在电机外壳4下部，霍尔集成电路6设在转子14的磁钢15周围；还包括由上压盖1、活塞2、为产生密封失效信号所设的接触开关3、电机外壳4、及弹簧20组成的压力补偿装置，与所述电机主体安装为一体，其中活塞2安装在电机外壳4内部并与电机外壳4组成间隙配合，弹簧20安装在活塞2与上压盖1之间；接触开关3位于电机外壳4内、并位于活塞2正下方；接触开关3、霍尔集成电路6、定子7通过水密脐带电缆18与电机功率逻辑开关电路21组成回路。

所述活塞2外部径向表面与电机外壳4为间隙配合，并设有安装滑动密封体19的密封槽；活塞2上端面设置安装弹簧20的凹面；滑动密封体19的外部径向表面与电机外壳4上部的内表面形成滑动副；

电机法兰9安装下压盖17下部；转动密封体11安装在下压盖17内并位与电机法兰9正上方；转动密封体11的内表面与转子输出轴10外面组成滑动副；接触开关3安装在电机外壳4部并位于活塞2正下方；霍尔集成电路6嵌入电机外壳4内腔并位于转子14上部，它的霍尔元件16与转子14上部的磁钢15在轴向重叠，且位于转子14上部的径向外侧；电机内腔由绝缘油13填充；电机外壳4侧壁上设的水密脐带电缆18穿过通孔将接触开关3、霍尔集成电路6、定子7的电路与电机功率逻辑开关电路21相连通。

其中电机外壳4呈柱状，其内部自上而下、且自下而上均为阶梯状空腔(如图1、2所示)，柱体侧壁设有的用于安装水密脐带电缆18的深孔，深孔通过通孔与电机外壳4内腔相联通；电机外壳4上端面设有螺纹孔，其内表面下部设内螺纹，与上压盖1、下压盖17之间通过螺纹副相连；

上压盖1为端面带有通孔的圆型平板(如图1、3-1、3-2所示)，其中一部分通孔用于安装螺钉，另一部分通孔用于使外界海水进入电机外壳4内腔；

活塞2为柱体(如图1、4所示)，其外部径向表面设有密封槽，上端面为凹面，用于容置弹簧20；活塞2与电机外壳4为间隙配合；

霍尔集成电路6为圆型片状外形结构(如图1、9-1、9-2所示)，其端面设有霍尔元件16；

定子7为包括线圈及铁芯的空腔柱体(如图1、7所示)，它与电机外壳4固结为一体；

转子14为采用多个永磁性磁钢15及不锈钢铁芯组成的柱体，其两端呈阶梯状(如图1、5所示)，在其上部的阶梯部分开有沟槽，下部的阶梯部分设转子输出轴10；永磁性磁钢15分布于不锈钢铁芯外侧；

下压盖17为凸台状柱体结构(如图1、6所示)；其上端面为凹面，下端面设与凹面相通的阶梯孔；凸台中部外表面设用于安装静态密封体8的凹槽，其上部设外螺纹；

电机法兰9为凸台状柱体结构(如图1、8所示)，其端面设有通孔；电机法兰9安装在下压盖17下端的阶梯孔处；转动密封体11安装在下压盖17并位于电机法兰9正上方。

其具体安装方式为：

轴承12安装在电机外壳4的内部并通过过盈配合与电机外壳4成为一体；霍尔集成电路6嵌入电机外壳4内腔并位于轴承12下方；定子7安装在电机外壳4内腔并与电机外壳4安装为一体；轴承12安装在转子14下部的转子输出轴10上并由过盈配合与转子14安装为一体；转子14通过轴承12安装在电机外壳4中部并位于定子7内部，其外表面与定子7内表面有间隙；弹性挡圈5安装在转子14上部的沟槽内，其下端面与轴承12上端面相配合；转子14与轴承12为间隙配合；下压盖17通过螺纹副安装在电机外壳4下部，其上部的凹面与安装在转子输出轴10上的轴承12为间隙配合，并限制了转子14相对于电机外壳4的轴向运动；此时，霍尔集成电路6的霍尔元件16与转子14上部的磁钢15在轴向重叠，且霍尔元件16位于转子14上部的径向外侧；安装在下压盖17中部沟槽内的静态密封体8封闭了下压盖17与电机外壳4之间的缝隙；电机法兰9通过螺钉安装在下压盖17下部；转动密封体11由电机法兰9的上端面固定在下压盖17的阶梯孔内，并使其位于电机法兰9上端面的正上方；转动密封体11内表面与转子输出轴10的外表面组成滑动副并封闭了转子输出轴10与下压盖17之间的缝隙；接触开关3安装在电机外壳4内部并位于转子14及轴承12正上方，其外表面与电机外壳4的内表面有间隙；接触开关3、霍尔集成电路6及定子7的线路通过安装在电机外壳4侧壁的水密脐带电缆18与功率逻辑开关电路21相连接；绝缘油13由电机外壳4上部注入到电机外壳4内腔并分布到电机的各个间隙；活塞2沿电机外壳4的内腔上部滑动，并由安装在活塞2密封槽内的滑动密封体19封闭活塞2与电机外壳4之间的间隙；上压盖1通过螺钉安装在电机外壳4上端面并将弹簧20压在活塞2的凹面内，使弹簧20位于活塞2与上压盖1之间；外界水压通过上压盖1的通孔与弹簧20一起将压力作用在活塞2上。

本实用新型工作过程如下：

当本装置在水下作业时，作用在活塞2上表面的压力通过绝缘油13扩散到电机内腔的各个部件上；电机内腔压力大于外界水压，其压力差为弹簧20作用在活塞2上所产生的压力；当电机密封失效时，电机内腔压力降低，活塞2沿电机外壳4的内腔滑动；随着活塞2行程的增大，弹簧20压缩量减小，绝缘油13的压力降低；此时，电机内腔压力仍大于外界水压；当活塞2继续向下运动时，其下表面触发接触开关3，产生密封失效的信号，功率逻辑开关电路21通过这种信号来决定电机供电状态；当电机转子14转动时，位于转子14上的磁钢15产生运动的磁场，这种磁场使位于转子14周围的霍尔元件16产生霍尔效应并引发霍尔电动势；功率逻辑开关电路21通过这种霍尔电动势来跟踪转子14的位置，并通过水密脐带电缆18控制定子7中各相绕组的通电时间与顺序，进而控制电机的运行状态。

Claims (5)

1.一种新型水下无刷充油电机结构，包括由作为位置传感器的霍尔集成电路(6)、定子(7)、转子输出轴(10)、转子(14)、下压盖(17)、功率逻辑开关电路(21)组成的直流无刷电机、以及电机法兰(9)、绝缘油(13)；其中，压盖(1)安装在电机外壳(4)上端面，定子(7)与电机外壳(4)安装为一体，转子(14)安装在定子(7)内部，下压盖(17)安装在电机外壳(4)下部，电机法兰(9)安装在下压盖(17)下部，霍尔元件(16)设在转子(14)的磁钢(15)周围，绝缘油(13)分布于电机内；其特征在于：还包括由上压盖(1)、活塞(2)、接触开关(3)、电机外壳(4)及弹簧(20)组成的压力补偿装置；所述压力补偿装置与电机主体安装为一体，其中，活塞(2)安装在电机外壳(4)内部并与电机外壳(4)组成间隙配合，弹簧(20)安装在活塞(2)与上压盖(1)之间；接触开关(3)位于电机外壳(4)内、并位于活塞(2)正下方，接触开关(3)、霍尔集成电路(6)、定子(7)通过水密脐带电缆(18)与电机功率逻辑开关电路(21)组成回路。

2.按照权利要求1所述新型水下无刷充油电机结构，其特征在于：电机外壳(4)呈柱状，其内部为阶梯状空腔，柱体侧壁设有用于安装水密脐带电缆(18)的深孔，深孔通过通孔与电机外壳(4)内腔相联通；电机外壳(4)上、下端面与上、下压盖(1、17)通过螺纹副相连。

3.按照权利要求1所述新型水下无刷充油电机结构，其特征在于：上压盖(1)为带有通孔的圆型平板。

4.按照权利要求1所述新型水下无刷充油电机结构，其特征在于：活塞(2)为柱体，其外部径向表面设有密封槽，上端面设凹面。

5.按照权利要求1所述新型水下无刷充油电机结构，其特征在于：在活塞(2)密封槽内设滑动密封体(19)，滑动密封体(19)与电机外壳(4)形成滑动副。

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