CN113417908A - 一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源*** - Google Patents

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朱德明
李林杰
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Abstract

本发明提供了一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，涉及液压泵领域，包括壳体、斜盘集成端盖和配流集成端盖，斜盘集成端盖和配流集成端盖固定安装在壳体的两端开口位置，圆孔的周围一圈均匀设置有进油孔，配流集成端盖上贯穿设置有出油口；壳体的内部安装有电机定子绕组，电机定子绕组的内部安装有集成转子，壳体的外侧位于配流集成端盖的左侧区域设置有油箱。本发明中利用电液泵所输送的流体进行自冷却代替了传统电机的风扇冷却模式，通过油箱的设置，能够将整个动力单元集成在油箱内，使得整个***的冷却效果更好，供油及时，整个发明结构简单，不存在外泄漏，整个装置体积小、重量小、费用合理、维护性高，安全高效。

Description

一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***
技术领域
本发明涉及液压泵的技术领域，尤其涉及一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***。
背景技术
液压泵是液压***的动力元件，是靠发动机或电动机驱动，从液压油箱中吸入油液，形 成压力油排出，送到执行元件的一种元件。液压泵按结构分为齿轮泵、柱塞泵、叶片泵和螺 杆泵，电液集成动力单元是将电动机、液压泵、阀、油箱和传感器等高度集的新型电液动力 单元。
多电化是飞机的发展方向，可扩大飞机航程、提高飞机智能化水平、改善飞机维护性、 丰富飞机可搭载的***等。分布式电液能源作为一种高集成度、高功率密度的新型液压能源， 功率传输采用电能的形式，低损耗，方便维护；还具有体积小、重量轻、大功率、变压力等 优点，已经成功应用在A380的制动***和起落架转向***上。
传统的飞机液压能源***，由于采用集中能源，飞机全身布满液压管路，有重量大、费 用高、维护性差等缺点，而且由于采用液压阀控的方式，效率低下，发热较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，以解决上述技术问 题。
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：一种永磁伺服轴向柱塞泵集成 电液能源***，包括壳体、斜盘集成端盖和配流集成端盖，所述斜盘集成端盖和配流集成端 盖固定安装在壳体的两端开口位置，斜盘集成端盖的中心位置设置有圆孔，圆孔内安装有霍 尔传感器，圆孔的周围一圈均匀设置有进油孔，所述配流集成端盖上贯穿设置有出油口；所 述壳体的内部安装有电机定子绕组，电机定子绕组的内部安装有集成转子，集成转子的内部 安装有第一滚针轴承和第二滚针轴承，第一滚针轴承和第二滚针轴承的中心位置设置有中心 轴，所述第一滚针轴承靠近第二滚针轴承的一侧设置有配流盘，配流盘的一侧安装有缸体和 柱塞，且缸体和柱塞固定连接，所述中心轴上套有卡盘，卡盘上设置有滑靴，滑靴与柱塞铰 接，所述卡盘靠近第二滚针轴承的一侧设置有固定螺栓，所述第二滚针轴承远离第一滚针轴 承的一侧设置有球轴承，球轴承上设置有卡环，所述壳体的外侧位于配流集成端盖的左侧区 域设置有油箱。
优选的，所述电机定子绕组和集成转子与斜盘集成端盖、配流集成端盖之间形成容腔。
优选的，所述中心轴的一端套接在霍尔传感器的内侧。
优选的，所述配流集成端盖的内侧中心位置水平固定设置有泵进油管道，泵进油管道的 侧壁上设置有泵进油口，泵进油管道的末端设置有腰形槽。
优选的，所述第一滚针轴承安装在配流集成端盖上，所述第二滚针轴承安装在斜盘集成 端盖上。
优选的，所述集成转子包括瓦式磁钢贴片，所述瓦式磁钢贴片贴于定子铁芯上，且瓦式 磁钢贴片与定子铁芯之间设置有隔磁条，所述瓦式磁钢贴片的外侧套有套筒。
优选的，所述瓦式磁钢贴片沿着定子铁芯的轴心环形矩阵分布。
优选的，所述斜盘集成端盖的内侧设置有进油口管道，且进油口管道与泵进油管道连通。
优选的，所述斜盘集成端盖和配流集成端盖与壳体之间可拆卸连接。
优选的，所述油箱上设置有入油口。
优选的，所述电液动力单元的液压回路中都设计有多个阀，包括安全阀、溢流阀和单向 阀，在不影响电液集成动力单元正常功能的前提下可以将其端盖设计为阀块，并将***所需 的阀以插装阀的形式安装于端盖上。如此将进一步提高其集成度，减小空间体积。
优选的，所述电液集成动力单元的内部安装有温度传感器和压力传感器，所述油箱的内 部安装有液位传感器。温度传感器的集成，一方面为了更好地对电液集成动力单元的温度进 行监控，另一方面方便对液压***的健康管理，都有必要在其内部关键部位集成温度传感器。 压力传感器的集成，可以实时的监测液压泵的出口压力，并且可以通过压力信号的采集对电 机的转速进行调节，以到达改变液压泵排量的目的，最终实现电液集成动力单元的按需供油。 液位传感器的集成，可以监控油箱的油量，一方面防止油液液位过低导致液压泵吸空，另一 方面防止油液液位过高，油液溢出油箱造成泄漏。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中利用电液泵所输送的流体进行自冷却代替了传统电机的风扇冷却模式，电机的 定转子两侧、斜盘端盖和配流盘端盖内侧以及壳体内侧都与液压油接触，液压油通过进口接 头从油箱进油，经过内部的冷却流道、配流盘端盖流道进入柱塞腔，并随着缸体的旋转完成 排油，通过油箱的设置，能够将整个动力单元集成在油箱内，使得整个***的冷却效果更好， 供油及时，通过配流盘端盖与阀块集成，使得油能够更加均匀流畅的从泵进油管道排出，并 且控制油的排出过程控制灵敏，利用电机转子直接驱动柱塞缸体，将旋转运动转化为柱塞的 直线运动，使得液压动力单元在结构上大大简化，省去了运动转化装置；去掉了电机和柱塞 泵直接的连接轴，使得传动链大大减少，效率大大提高；同时本柱塞式电液泵不需要外伸轴， 整个发明结构简单，不存在外泄漏，整个装置体积小、重量小、费用合理、维护性高，安全 高效。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明斜盘集成端盖的结构示意图；
图2为本发明配流集成端盖结构示意图；
图3为本发明电机定子绕组结构示意图；
图4为本发明集成转子的剖视图；
图5为本发明瓦式磁钢贴片结构示意图；
图6为本发明定子铁芯结构示意图；
图7为本发明套筒结构示意图；
图8为本发明永磁伺服轴向柱塞泵集成电液动力单元结构示意图；
图9为本发明配流集成端盖内侧结构示意图；
图10为本发明斜盘集成端盖内侧结构示意图；
图11为本发明驱动形式示意图；
图12为本发明内部流道示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
1、壳体；2、斜盘集成端盖；3、配流集成端盖；4、圆孔；5、霍尔传感器；6、进油孔； 7、出油口；8、电机定子绕组；9、集成转子；901、瓦式磁钢贴片；902、定子铁芯；903、 隔磁条；904、套筒；10、第一滚针轴承；11、第二滚针轴承；12、中心轴；13、配流盘；14、 缸体；15、柱塞；16、卡盘；17、滑靴；18、固定螺栓；19、球轴承；20、卡环；21、泵进 油管道；22、泵进油口；23、腰形槽；24、进油口管道；25、油箱。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指 明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的 相同含义。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或 特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上 方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方 位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施 方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应 当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实 施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域 的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
实施例一：
如图1-4和8-12所示，一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，包括壳体1、斜盘 集成端盖2和配流集成端盖3，斜盘集成端盖2和配流集成端盖3固定安装在壳体1的两端开口位置，斜盘集成端盖2的中心位置设置有圆孔4，圆孔4内安装有霍尔传感器5，圆孔的周围一圈均匀设置有进油孔6，配流集成端盖3上贯穿设置有出油口7；壳体1的内部安装有电机定子绕组8，电机定子绕组8的内部安装有集成转子9，集成转子9的内部安装有第一滚针轴承10和第二滚针轴承11，第一滚针轴承10和第二滚针轴承11的中心位置设置有中心轴12，第一滚针轴承10靠近第二滚针轴承11的一侧设置有配流盘13，配流盘13的一侧安 装有缸体14和柱塞15，且缸体14和柱塞15固定连接，中心轴12上套有卡盘16，卡盘16 上设置有滑靴17，滑靴17与柱塞15铰接，卡盘16靠近第二滚针轴承11的一侧设置有固定 螺栓18，第二滚针轴承11远离第一滚针轴承10的一侧设置有球轴承19，球轴承19上设置 有卡环20，壳体1的外侧位于配流集成端盖3的左侧区域设置有油箱25。
配流集成端盖3的内侧中心位置水平固定设置有泵进油管道21，泵进油管道21的侧壁 上设置有泵进油口22，泵进油管道21的末端设置有腰形槽23。
斜盘集成端盖2的内侧设置有进油口管道24，且进油口管道24与泵进油管道21连通。
工作原理：电机定子绕组8与集成转子9间的交变磁场驱动集成转子9旋转，集成转子 9带动柱塞泵的缸体14及装在缸体14内的柱塞15旋转，配流集成端盖3的推拉作用使柱塞 15往复运动，完成吸、排油过程。
斜盘集成端盖2和配流集成端盖3通过螺钉与壳体1相连，并通过密封圈密封，斜盘集 成端盖2和配流集成端盖3分别与电机定子绕组8和集成转子9形成容腔，其间充满油液，工作中油液带走各工作元件产生的热量；
油液先通过油箱25的入油口到达油箱25内部，然后经进油孔6和进油口管道24流入壳 体1内，经过吸油和配流盘13到达泵进油管道21，再通过柱塞15的运动将油液从泵进油口 22、腰形槽23经过出油口7压出。工作状态下，油液流经壳体1内的容腔，并带走电机定子 绕组8、集成转子9及柱塞泵各工作部分的热量。
三相交流电通入电机定子绕组8后，形成一个旋转磁场，旋转磁场的磁力线被电机定子 绕组8内的转子切割，产生感应电动势。在电磁力的作用下，电机定子绕组8与集成转子9 间产生电磁转矩，推动转子缸体14旋转，柱塞15绕缸体14轴线作牵连旋转运动；每个柱塞 15的球头与滑靴17铰接，并通过卡盘16和固定螺栓18将滑靴17紧紧压在斜盘集成端盖2上，调节滑靴17和斜盘集成端盖2之间的油膜厚度，由于斜盘集成端盖2法线方向与缸体 14轴线方向有一定夹角，当缸体14旋转时，柱塞15在缸体14内的柱塞腔内作往复运动， 配合配流集成端盖3完成吸排油过程。
基于斜盘式轴向柱塞泵的电液集成动力单元采用电机直驱式设计后其力矩传递方式，如 图11所示,为电机转子→缸体14→柱塞15，其中电机转子与缸体14集成化设计,其结构简化 了整个驱动方式，省去了很多机械损耗。集成后轴向柱塞15的工作原理与传统轴向柱塞泵的 工作基本一致，都是柱塞在缸体内往复运动实现对油液的吸排油功能，仅改变了驱动方式， 对轴向柱塞泵的性能无较大的影响。电机直驱式集成结构取消了传统斜盘式轴向柱塞泵的壳 体，节省了材料，减小了径向空间尺寸。并且取消了外伸轴，杜绝了由于动密封而出现的外 泄漏。
实施例二：
如图1-8所示，一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，包括壳体1、斜盘集成端盖 2和配流集成端盖3，斜盘集成端盖2和配流集成端盖3固定安装在壳体1的两端开口位置， 斜盘集成端盖2的中心位置设置有圆孔4，圆孔4内安装有霍尔传感器5，圆孔的周围一圈均 匀设置有进油孔6，配流集成端盖3上贯穿设置有出油口7；壳体1的内部安装有电机定子绕 组8，电机定子绕组8的内部安装有集成转子9，集成转子9的内部安装有第一滚针轴承10 和第二滚针轴承11，第一滚针轴承10和第二滚针轴承11的中心位置设置有中心轴12，第一 滚针轴承10靠近第二滚针轴承11的一侧设置有配流盘13，配流盘13的一侧安装有缸体14 和柱塞15，且缸体14和柱塞15固定连接，中心轴12上套有卡盘16，卡盘16上设置有滑靴17，滑靴17与柱塞15铰接，卡盘16靠近第二滚针轴承11的一侧设置有固定螺栓18，第二 滚针轴承11远离第一滚针轴承10的一侧设置有球轴承19，球轴承19上设置有卡环20，壳 体1的外侧位于配流集成端盖3的左侧区域设置有油箱25。
集成转子9包括瓦式磁钢贴片901，瓦式磁钢贴片901贴于定子铁芯902上，且瓦式磁 钢贴片901与定子铁芯902之间设置有隔磁条903，瓦式磁钢贴片901的外侧套有套筒904。
工作原理：通过中心轴12一端的轴承与无刷直流电机转子的内花键实现缸体14的支承， 且该中心轴12将无力矩的传递；通过一对轴承分别放置于卡盘16与配流盘13，支承集成转 子9，并通过与两侧的端盖及壳体的配合精度保证与电机定子的同轴度。由于缸体14的材质 较软，所以通过在缸体14上固定花键连接件与转子进行力矩传递。为了保证缸体14的径向 力矩平衡，将缸体14与转子的连接花键位置设置在连接平面中心与中心轴的交点重合于柱塞 球头与中心轴的交点上，而且其宽度不小于缸体所受径向力合力变化轨迹在径向上的投影长 度。
实施例三：
如图1-8和图12所示，一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，包括壳体1、斜盘 集成端盖2和配流集成端盖3，斜盘集成端盖2和配流集成端盖3固定安装在壳体1的两端开口位置，斜盘集成端盖2的中心位置设置有圆孔4，圆孔4内安装有霍尔传感器5，圆孔的周围一圈均匀设置有进油孔6，配流集成端盖3上贯穿设置有出油口7；壳体1的内部安装有电机定子绕组8，电机定子绕组8的内部安装有集成转子9，集成转子9的内部安装有第一滚针轴承10和第二滚针轴承11，第一滚针轴承10和第二滚针轴承11的中心位置设置有中心轴12，第一滚针轴承10靠近第二滚针轴承11的一侧设置有配流盘13，配流盘13的一侧安 装有缸体14和柱塞15，且缸体14和柱塞15固定连接，中心轴12上套有卡盘16，卡盘16 上设置有滑靴17，滑靴17与柱塞15铰接，卡盘16靠近第二滚针轴承11的一侧设置有固定 螺栓18，第二滚针轴承11远离第一滚针轴承10的一侧设置有球轴承19，球轴承19上设置 有卡环20，壳体1的外侧位于配流集成端盖3的左侧区域设置有油箱25。
电液集成动力单元工作过程中，由于电磁损耗、机械损耗和容积损耗都将产生大量的热， 为了防治温度过高，且处于相对合适的温度范围内。需要对其内部流道进行优化设计。如图 12所示，箭头方向表示油液在内部的流动情况，油液通过电机壳体上多个油孔进入电机内部， 通过柱塞泵的吸油，强制油液在电机定转子周围流动，带走热量，并且在电机壳体内侧设计 多个细小流槽，使得线圈绕组的散热更加充分。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申 请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图 包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其 指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等 是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据 在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描 述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于 覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必 限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、 产品或设备固有的其它步骤或单元。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，包括壳体(1)、斜盘集成端盖(2)和配流集成端盖(3)，其特征在于：所述斜盘集成端盖(2)和所述配流集成端盖(3)固定安装在所述壳体(1)的两端开口位置，所述斜盘集成端盖(2)的中心位置设置有圆孔(4)，所述圆孔(4)内安装有霍尔传感器(5)，所述圆孔(4)的周围一圈均匀设置有进油孔(6)，所述配流集成端盖(3)上贯穿设置有出油口(7)；所述壳体(1)的内部安装有电机定子绕组(8)，所述电机定子绕组(8)的内部安装有集成转子(9)，所述集成转子(9)的内部安装有第一滚针轴承(10)和第二滚针轴承(11)，所述第一滚针轴承(10)和所述第二滚针轴承(11)的中心位置设置有中心轴(12)，所述第一滚针轴承(10)靠近所述第二滚针轴承(11)的一侧设置有配流盘(13)，所述配流盘(13)的一侧安装有缸体(14)和柱塞(15)，且所述缸体(14)和所述柱塞(15)固定连接，所述中心轴(12)上套有卡盘(16)，所述卡盘(16)上设置有滑靴(17)，所述滑靴(17)与所述柱塞(15)铰接，所述卡盘(16)靠近所述第二滚针轴承(11)的一侧设置有固定螺栓(18)，所述第二滚针轴承(11)远离所述第一滚针轴承(10)的一侧设置有球轴承(19)，所述球轴承(19)上设置有卡环(20)，所述壳体(1)的外侧位于所述配流集成端盖(3)的左侧区域设置有油箱(25)。
2.根据权利要求1所述的一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，其特征在于：所述电机定子绕组(8)和集成转子(9)与斜盘集成端盖(2)、配流集成端盖(3)之间形成容腔。
3.根据权利要求1所述的一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，其特征在于：所述中心轴(12)的一端套接在霍尔传感器(5)的内侧。
4.根据权利要求1所述的一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，其特征在于：所述配流集成端盖(3)的内侧中心位置水平固定设置有泵进油管道(21)，泵进油管道(21)的侧壁上设置有泵进油口(22)，泵进油管道(21)的末端设置有腰形槽(23)。
5.根据权利要求1所述的一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，其特征在于：所述第一滚针轴承(10)安装在配流集成端盖(3)上，所述第二滚针轴承(11)安装在斜盘集成端盖(2)上。
6.根据权利要求1所述的一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，其特征在于：所述集成转子(9)包括瓦式磁钢贴片(901)，所述瓦式磁钢贴片(901)贴于定子铁芯(902)上，且瓦式磁钢贴片(901)与定子铁芯(902)之间设置有隔磁条(903)，所述瓦式磁钢贴片(901)的外侧套有套筒(904)。
7.根据权利要求6所述的一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，其特征在于：所述瓦式磁钢贴片(901)沿着定子铁芯(902)的轴心环形矩阵分布。
8.根据权利要求1所述的一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，其特征在于：所述斜盘集成端盖(2)的内侧设置有进油口管道(24)，且进油口管道(24)与泵进油管道(21)连通。
9.根据权利要求1所述的一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，其特征在于：所述斜盘集成端盖(2)和配流集成端盖(3)与壳体(1)之间可拆卸连接。
10.根据权利要求1所述的一种永磁伺服轴向柱塞泵集成电液能源***，其特征在于：所述集成电液动力单元的内部安装有温度传感器和压力传感器，所述油箱(25)的内部安装有液位传感器。
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