CN101752937B - 一种补偿式水下无刷直流电机结构及其组装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种补偿式水下无刷直流电机结构及其组装方法，该电机结构包括电机端盖组件(1)、电机主体(2)和补偿器装置(3)，电机端盖组件(1)位于电机主体(2)前端，通过螺钉与电机主体(2)固连；补偿器装置(3)位于电机主体(2)尾部，通过螺钉与电机主体(2)连接；补偿器装置(3)包括补偿器皮囊(16)、补偿器压盖(17)、电机尾盖(19)、补偿器弹簧(20)和补偿器螺帽(18)。本发明具有模块化设计特点，补偿器装置与电机主体可分离，为适应不同的工作环境要求可以相应的调节或更换不同的补偿器装置，使电机结构简单紧凑，装配和调试方便，同时工作安全可靠，易维护。

Description

一种补偿式水下无刷直流电机结构及其组装方法

技术领域

本发明涉及一种水下无刷直流电机结构，具体来说是一种补偿式水下无刷直流电机结构及其组装方法。

背景技术

电机驱动是水下作业工具与设备常用的驱动方式之一。深海工作条件下由于外界海水压力的影响，空腔形式的电机壳体为了满足强度和稳定性要求通常壁厚较大，导致电机在体积和重量上较为笨重，且电机轴动密封与电机效率受到较大影响。压力补偿器是一种通过电机内腔充油并调节电机内外压力而使其压差趋于一个满足动密封、壳体强度等条件要求的辅助装置。以往内腔充油或者带有压力补偿的电机通常采用直流有刷的形式且电机本体与补偿器分离的结构，充油补偿的直流有刷电机，一方面电机碳刷的摩擦产生大量的热量，导致绝缘油的气化膨胀，使电机内腔压力急速增大，影响电机工作效率的同时也带来安全隐患；另一方面，浸在油中的碳刷摩擦损耗加速，直接影响电机的连续工作的能力。电机本体与补偿器分离的结构***复杂，体积较大，控制和维护不方便，在中小型水下设备上的应用受到限制。近年来，充油补偿的无刷直流电机已经出现，但其补偿形式较为复杂，结构较为繁琐，电机内部设计工艺存在的不足导致电机调试、组装困难，维护不便。

发明内容

本发明的目的是提供一种补偿式水下无刷直流电机结构，它具有模块化设计特点，补偿器装置与电机主体可分离，为适应不同的工作环境要求可以相应的调节或更换不同的补偿器装置，使电机结构简单紧凑，装配和调试方便，同时工作安全可靠，易维护；克服了现有技术中补偿器装置与电机主体一体化，其补偿形式较为复杂，结构较为繁琐，电机内部设计工艺存在的不足导致电机调试、组装困难，维护不便。

为了解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：

该电机结构包括电机端盖组件、电机主体和补偿器装置，电机端盖组件位于电机主体前端，通过螺钉与电机主体固连；电机端盖组件包括电机端盖压盖、旋转密封体和电机端盖，旋转密封体通过电机端盖压盖固定在电机端盖的密封槽内，电机端盖与电机主体中的电机外壳连接；所述电机主体包括电机外壳、电机定子、电机转子、磁环、霍尔检测电路板和电缆密封件，电机定子与电机外壳固连，电机转子安装在电机定子内部，磁环安装在电机转子上，霍尔检测电路板和电缆密封件均与电机外壳连接，绝缘液压油分布于电机主体内；电机主体和补偿器装置为分体结构，补偿器装置包括补偿器皮囊、补偿器压盖、电机尾盖、补偿器弹簧和补偿器螺帽，补偿器皮囊嵌入在电机外壳的密封槽内，通过电机尾盖挤压固定在电机外壳上，补偿器压盖的外侧端面与补偿器皮囊接触，补偿器弹簧一端支撑补偿器压盖，另一端支撑补偿器螺帽，补偿器螺帽与电机尾盖螺纹连接。

旋转密封体为旋转泛塞封；

在电机外壳上设置充油口，充油口由充油密封堵密封；

电机尾盖是具有导向轴的空腔结构，其外壁上开有与外界环境相通的孔；电机尾盖为圆台状回转体；

电机尾盖的导向轴的外侧与补偿器压盖上部的径向壁的内侧表面接触；

补偿器压盖的底部为弧形，与补偿器皮囊紧密接触。

该补偿式水下无刷直流电机结构的组装方法，包括如下步骤：

第一步，首先将电机转子装入电机定子内腔中，然后将磁环固定在电机转子上；在电机转子和电机转子前端轴承的引导下，安装电机端盖组件，使其与电机主体连为一体；

第二步，先初步将霍尔检测电路板安装在电机外壳上，然后再调试并确定霍尔检测电路板固定在电机外壳的位置；霍尔检测电路板与电缆具有电连接，电缆密封件连接在电机外壳上，电缆穿过电缆密封件与外电源连接；

第三步，补偿器皮囊嵌入电机外壳的密封槽内，电机尾盖与补偿器压盖组装后固定连接在电机外壳上，将补偿器装置通过螺钉与电机主体连接；

第四步，电机主体充油后，再将补偿器弹簧放置在电机尾盖的导向轴通孔内，最后将补偿器螺帽安装在电机尾盖上。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.本发明在电机总体结构上采用了模块化设计。电机结构可以根据不同作业要求，灵活的更换电机尾部的补偿器装置模块；根据电机在水下作业深度、温度和任务的不同，电机补偿器的设计形式可随之发生变化，该设计的电机结构可以快速灵活的实现电机补偿器模块的更替，提高电机的可重构性能；此外，模块化的设计方便了电机的检修和维护。

2.本发明的电机压力补偿器装置采用弹簧-皮囊式结构，保证电机结构对海水深度具有很好的适应能力，同时精简了电机结构，减轻了电机重量。由帕斯卡定理和牛顿力学平衡原理可知弹簧-皮囊式压力补偿结构起到平衡电机内外压力的作用，且在外置弹簧的预紧力作用下，可以满足电机内压始终大于外压，且其内外压差值可以通过改变补偿器弹簧的刚度和压缩量来控制。

3、本发明的电机压力补偿器装置的补偿器螺帽与电机尾盖是可以分离的，为了适应水下不同深度的作业任务需要更换不同压缩量或不同刚度的补偿器弹簧时，只需要打开补偿器螺帽更换即可，简单方便。

4.本发明解决了电机内部位置传感器-霍尔检测电路板的科学安装和固定问题。电机转子的相对位置信息是通过电机内部的霍尔元件检测板和磁环的相对位置测量得到的。本发明通过先固定电机转子和磁环的连接，然后调试、固定霍尔检测电路板的位置，从而克服了以往的电机结构设计因忽略了霍尔元件检测板的科学设计和合理布放，而导致电机调试困难，甚至出现霍尔元件损坏。本发明设计的电机外壳和霍尔检测电路板的结构，方便了电机霍尔传感器件的安装和调整，提高了电机的可靠性和安全性。

5.本发明的电机结构具有充油方式简单方便的特点。本电机外壳在结构上设计了专门的充油口，并可以充油密封堵进行充油口处的密封。在不同温度、深度使用条件下，电机内腔液压油的压缩状态也不尽相同，该专用充油口方便了电机根据内腔油压状态随时补充液压油，其操作简单、方便、快捷。

6.本发明还保障电机具有可靠的旋转密封性能。电机端盖和电机转子输出轴处的旋转密封体选用旋转泛塞封，与通常使用的旋转油封相比，旋转泛塞封具有结构尺寸小、抗摩性能好、工作温度范围大、允许的最大旋转速度高等优点。电机内腔一定配比的液压油一方面起到平衡外压的作用，另一方面液压油在旋转泛塞封和电机旋转轴之间形成一层薄薄的油膜，该油膜既起到了良好的动密封效果，同时又减小了旋转泛塞封和电机旋转轴之间的摩擦，提高了电机的效率，延长了泛塞的工作寿命，从而提高了电机连续运转的能力。

附图说明

图1为本发明电机结构外形图；

图2为本发明电机结构剖视图。

具体实施方式

实施例1：电机结构

该电机结构上采用模块化设计，主要模块包括电机端盖组件1、电机主体2和补偿器装置3。其中：电机端盖组件1位于电机前端，并通过电机径向的螺钉与电机主体2固连，其接口位置采用0形密封圈进行径向静密封；补偿器装置3位于电机尾部，并通过电机轴向的螺钉与电机主体2固连，其接口位置通过轴向压缩补偿器皮囊密封环实现端面静密封。

所述电机端盖组件1包括电机端盖压盖4、旋转密封体5、电机转子前端轴承7和电机端盖6，其中电机转子前端轴承7通过电机转子8的轴肩定位于电机端盖6的轴承槽内，旋转密封体5通过电机端盖压盖4固定在电机端盖6的密封槽内，电机端盖压盖4利用轴向连接螺钉固连在电机端盖6上；电机端盖6的定位止口与电机主体2中的电机外壳10的定位止口以一定的公差配合装配，并通过电机径向的螺钉实现与电机主体2的固连，其止口处的接口位置采用0形密封圈进行径向静密封，旋转密封体5选用旋转泛塞封；

所述电机主体2包括电机外壳10、电机定子9、电机转子8、电机转子后端轴承11、磁环12、定位铆钉13、霍尔检测电路板14、电缆密封件21和充油密封堵15，其中电机定子9与电机外壳10的内腔通过过盈配合固连，电机转子8悬浮于电机定子9内腔中，两端分别通过电机转子前端轴承7和电机转子后端轴承11支承并利用电机转子8本身的轴肩限位，电机转子后端轴承11镶嵌在电机外壳10腔内的轴承槽内，磁环12通过径向的定位铆钉13固连在电机转子8上，霍尔检测电路板14安装在电机外壳10上，同磁环12保持在一定的距离范围内，电缆密封件21通过螺纹固连在电机外壳10上，并利用旋紧挤压端面上的0形密封圈实现静密封，同时，电缆22穿过电缆密封件21，通过自身的螺纹旋紧实现电缆22与电缆密封件21之间的静密封，电缆22与外电源连接，充油密封堵15利用螺纹旋紧挤压端面上的0形密封圈实现静密封并与电机外壳10固连；

所述补偿器装置3包括补偿器皮囊16、补偿器压盖17、电机尾盖19、补偿器弹簧20和补偿器螺帽18，其中补偿器皮囊16的密封环嵌入电机外壳10的0形圈密封槽内，通过电机尾盖19的挤压实现固定和端面密封，电机尾盖19是具有导向轴的空腔结构，其外壁上开有与外界环境相通的孔，其为圆台状回转体，补偿器压盖17的弧形端面与补偿器皮囊16接触，将来自外界和补偿器弹簧20的力传递给补偿器皮囊16进而传递到电机腔内的绝缘液压油23，补偿器压盖17的导向孔以一定的配合环套在电机尾盖19的导向轴上，电机尾盖19的导向轴的外侧与补偿器压盖17上部的径向壁的内侧表面接触，补偿器弹簧20位于电机尾盖19的导向轴的通孔内，一端支撑在补偿器压盖17内腔壁上，另一端通过补偿器螺帽18的螺纹旋紧而压缩，以一定的预紧力固定在补偿器压盖17和电机尾盖19形成的空腔内。

实施例2：组装方法

如图2所示，将电机定子9和电机外壳10在热熔状态下组装为一体；电机转子后端轴承11镶嵌在电机外壳10腔内的轴承槽内；将电机转子8装入电机定子9内腔中，其中底端嵌入电机转子后端轴承11内；磁环12通过径向的定位铆钉13固连在电机转子8上；电机转子前端轴承7定位于电机端盖6的轴承槽；将旋转密封体5的唇边开口朝向电机内侧的方式通过电机端盖压盖4固定在电机端盖6的密封槽内；电机端盖压盖4利用轴向连接螺钉固连在电机端盖6上；在电机转子8和电机转子前端轴承7的引导下，电机端盖6的定位止口与电机主体2中的电机外壳10的定位止口以一定的公差配合装配，并通过电机径向的螺钉实现与电机主体2的固连，其止口处的接口位置采用0形密封圈进行径向静密封；先初步将霍尔检测电路板14通过螺钉安装在电机外壳10上，此时电机通电试转，根据波形绕电机转子8的轴线转动调整霍尔检测电路板14至最佳输出波形状态，拧紧螺钉固定好霍尔检测电路板14在电机外壳10的位置；将电缆密封件21通过螺纹固连在电机外壳10上，并利用旋紧挤压端面上的0形密封圈实现静密封，同时，电缆22穿过电缆密封件21，通过自身的螺纹旋紧实现电缆22与电缆密封件21之间的静密封；焊接电缆22对应的电机电源线、霍尔检测线；将补偿器皮囊16的密封环嵌入电机外壳10的0形圈密封槽内，通过悬带着补偿器压盖17的电机尾盖19的挤压实现固定和端面密封；

利用电机主体2中电机外壳10上的充油密封堵15，在一定负压下对电机内腔抽真空，保证由电机端盖组件1、电机主体2和补偿器皮囊16所围成的电机内腔为真空或近似真空状态；然后将一定配比的绝缘液压油23注入电机内腔，使之充油充分，此时补偿器皮囊16向电机外侧凸起，同时将充油密封堵15与电机外壳10旋紧并密封；将补偿器弹簧20由电机尾盖19的导向孔中装入，并通过补偿器螺帽18实现预紧，其预紧力的大小可以通过调节补偿器弹簧20的刚度或者改变补偿器螺帽18的旋入深度来控制。至此，自带弹簧皮囊式压力补偿器的无刷直流电机组装完成。

Claims (8)

1.一种补偿式水下无刷直流电机结构，包括电机端盖组件(1)、电机主体(2)和补偿器装置(3)，所述电机端盖组件(1)包括电机端盖压盖(4)、旋转密封体(5)和电机端盖(6)，所述电机主体(2)包括电机外壳(10)、电机定子(9)、电机转子(8)、磁环(12)、霍尔检测电路板(14)和电缆密封件(21)，电机端盖(6)与电机外壳(10)配合连接，绝缘液压油(23)分布于电机主体(2)内；其特征在于：电机主体(2)和补偿器装置(3)为分体结构，补偿器装置(3)包括补偿器皮囊(16)、补偿器压盖(17)、电机尾盖(19)、补偿器弹簧(20)和补偿器螺帽(18)，电机尾盖(19)是具有导向轴的空腔结构，其外壁上开有与外界环境相通的孔，补偿器皮囊(16)嵌入在电机外壳(10)的密封槽内，通过电机尾盖(19)挤压固定在电机外壳(10)上，补偿器压盖(17)的外侧端面与补偿器皮囊(16)接触，补偿器弹簧(20)一端支撑补偿器压盖(17)，另一端支撑补偿器螺帽(18)，补偿器螺帽(18)与电机尾盖(19)螺纹连接。

2.根据权利要求1所述的补偿式水下无刷直流电机结构，其特征在于：旋转密封体(5)为旋转泛塞封。

3.根据权利要求1所述的补偿式水下无刷直流电机结构，其特征在于：在电机外壳(10)上设置充油口。

4.根据权利要求3所述的补偿式水下无刷直流电机结构，其特征在于：充油口由充油密封堵(15)密封。

5.根据权利要求1所述的补偿式水下无刷直流电机结构，其特征在于：电机尾盖(19)为圆台状回转体。

6.根据权利要求1所述的补偿式水下无刷直流电机结构，其特征在于：电机尾盖(19)的导向轴的外侧与补偿器压盖(17)上部的径向壁的内侧表面接触。

7.根据权利要求1所述的补偿式水下无刷直流电机结构，其特征在于：补偿器压盖(17)的底部为弧形，与补偿器皮囊(16)紧密接触。

8.如权利要求1所述的补偿式水下无刷直流电机结构的组装方法，包括如下步骤：

第一步，首先将电机转子(8)装入电机定子(9)内腔中，然后将磁环(12)固定在电机转子(8)上；在电机转子(8)和电机转子前端轴承(7)的引导下，安装电机端盖组件(1)，使其与电机主体(2)连为一体；

第二步，先初步将霍尔检测电路板(14)安装在电机外壳(10)上，然后再调试并确定霍尔检测电路板(14)固定在电机外壳(10)的位置；霍尔检测电路板(14)与电缆(22)具有电连接，电缆密封件(21)连接在电机外壳(10)上，电缆(22)穿过电缆密封件(21)与外电源连接；

第三步，补偿器皮囊(16)嵌入电机外壳(10)的密封槽内，电机尾盖(19)与补偿器压盖(17)组装后挤压固定连接在电机外壳(10)上，将补偿器装置(3)通过螺钉与电机主体(2)连接；

第四步，电机主体(2)充油后，再将补偿器弹簧(20)放置在电机尾盖(19)的导向轴通孔内，最后将补偿器螺帽(18)安装在电机尾盖(19)上。

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