專(zhuān)利名稱(chēng)：一種水下直流無(wú)刷充油電機(jī)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水下電機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，具體地說(shuō)是實(shí)現(xiàn)一種能適應(yīng)各種水下作業(yè)深度，同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊、故障率低、安全性好的水下直流無(wú)刷充油電機(jī)結(jié)構(gòu)。它適用各種水下機(jī)器人、水下作業(yè)工具及相關(guān)水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)等。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的水下電機(jī)主體多為真空內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)較大；近年來(lái)出現(xiàn)的部分水下充油電機(jī)，其主體結(jié)構(gòu)與壓力補(bǔ)償裝置分開(kāi)布置，占用空間較大。上述結(jié)構(gòu)使得水下電機(jī)在作業(yè)深度、結(jié)構(gòu)緊湊性、故障率、安全性方面仍有很大的發(fā)展空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可適應(yīng)各種水下作業(yè)深度、使其結(jié)構(gòu)緊湊、故障率低、安全性好的水下直流無(wú)刷充油電機(jī)結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明技術(shù)方案包括由作為位置傳感器的霍爾集成電路、定子、轉(zhuǎn)子輸出軸、轉(zhuǎn)子、下壓蓋、功率邏輯開(kāi)關(guān)電路組成的直流無(wú)刷電機(jī)、以及電機(jī)法蘭、絕緣油；其中，壓蓋安裝在電機(jī)外殼上端面，定子與電機(jī)外殼安裝為一體，轉(zhuǎn)子安裝在定子內(nèi)部，下壓蓋安裝在電機(jī)外殼下部，電機(jī)法蘭安裝在下壓蓋下部，霍爾元件設(shè)在轉(zhuǎn)子的磁鋼周?chē)?，絕緣油分布于電機(jī)內(nèi)；還包括由上壓蓋、活塞、接觸開(kāi)關(guān)、電機(jī)外殼及彈簧組成的壓力補(bǔ)償裝置；所述壓力補(bǔ)償裝置與電機(jī)主體安裝為一體，其中，活塞安裝在電機(jī)外殼內(nèi)部并與電機(jī)外殼組成間隙配合，彈簧安裝在活塞與上壓蓋之間；接觸開(kāi)關(guān)位于電機(jī)外殼內(nèi)、并位于活塞正下方，接觸開(kāi)關(guān)、霍爾集成電路、定子通過(guò)水密臍帶電纜與電機(jī)功率邏輯開(kāi)關(guān)電路組成回路；電機(jī)外殼呈柱狀，其內(nèi)部為階梯狀空腔，柱體側(cè)壁設(shè)有用于安裝水密臍帶電纜的深孔，深孔通過(guò)通孔與電機(jī)外殼內(nèi)腔相聯(lián)通；電機(jī)外殼上、下端面與上、下壓蓋通過(guò)螺紋副相連；上壓蓋.為帶有通孔的圓型平板；活塞為柱體，其外部徑向表面設(shè)有密封槽，上端面設(shè)凹面；在活塞密封槽內(nèi)設(shè)滑動(dòng)密封體，滑動(dòng)密封體與電機(jī)外殼形成滑動(dòng)副。
當(dāng)水下直流無(wú)刷充油電機(jī)處于深水中時(shí)，外界水壓及彈簧壓力通過(guò)活塞作用于電機(jī)內(nèi)部的絕緣油上。安裝在電機(jī)上的密封體，其內(nèi)側(cè)受絕緣油的壓力作用，外側(cè)受水壓作用；由帕斯卡定理及牛頓定理，外界海水及彈簧作用在活塞上的壓力與絕緣油的壓力相等，這個(gè)值大于電機(jī)外界水壓；當(dāng)密封失效時(shí)，電機(jī)內(nèi)部的絕緣油向外涌出，阻止外界海水進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，避免了短路等事故的發(fā)生；同時(shí)，電機(jī)內(nèi)腔的壓力因泄漏降低，致使活塞滑動(dòng)并觸發(fā)接觸開(kāi)關(guān)，使其斷開(kāi)電機(jī)的功率邏輯開(kāi)關(guān)電路；在正常工作狀態(tài)下，當(dāng)彈簧壓力與外界水壓相比很小時(shí)，密封體處于一種幾乎是各向同性的受力狀態(tài)。這種狀態(tài)使密封體不易產(chǎn)生扭曲、彎曲等形變，保證了電機(jī)結(jié)構(gòu)的密封性能和耐壓性能；同時(shí)，由于電機(jī)內(nèi)腔壓力總大于外界水壓，因此，這種水下直流無(wú)刷充油電機(jī)能適應(yīng)各種水下作業(yè)深度。
當(dāng)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)位于轉(zhuǎn)子周?chē)奈恢脗鞲衅?霍爾元件)產(chǎn)生效應(yīng)并根據(jù)這種效應(yīng)來(lái)引發(fā)信號(hào)；功率邏輯開(kāi)關(guān)電路通過(guò)這種信號(hào)來(lái)跟蹤轉(zhuǎn)子的位置，從而控制各相繞組的通電時(shí)間與順序，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1.適應(yīng)各種水下作業(yè)深度。當(dāng)水下直流無(wú)刷充油電機(jī)處于深水中時(shí)，外界水壓及彈簧壓力通過(guò)活塞作用于電機(jī)內(nèi)部的絕緣油上。電機(jī)的密封體內(nèi)側(cè)受絕緣油的壓力作用，外側(cè)受水壓作用；與空腔無(wú)油的電機(jī)相比，這種結(jié)構(gòu)克服了密封體的單向受力狀態(tài)；由于絕緣油的壓力與外界水壓方向相反，且這種結(jié)構(gòu)能夠保證電機(jī)內(nèi)腔油壓與外界水壓的壓差為恒值；當(dāng)這個(gè)壓差值與水壓相比很小，密封體處于一種幾乎是各向同性的受力狀態(tài)。這種狀態(tài)使密封體不易產(chǎn)生扭曲、彎曲等形變，保證了這種電機(jī)結(jié)構(gòu)的密封性能和耐壓性能，使其適應(yīng)于不同深度的作業(yè)環(huán)境。
2.結(jié)構(gòu)緊湊，故障率低。水下直流無(wú)刷充油電機(jī)由霍爾元件代替了傳統(tǒng)水下電機(jī)的電刷，避免了因電刷磨損而引發(fā)電機(jī)回路電阻增大以及電刷與電極接觸不好等故障；同時(shí)，由于霍爾元件與電刷相比尺寸很小，從而減小了水下無(wú)刷電機(jī)的內(nèi)部空間；與其它水下電機(jī)相比，水下直流無(wú)刷充油電機(jī)主體與壓力補(bǔ)償裝置為一體化結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，降低了電機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸。
3.安全性好。由于彈簧彈力的作用，水下直流無(wú)刷充油電機(jī)內(nèi)腔的油壓始終大于外界水壓。當(dāng)電機(jī)發(fā)生泄漏時(shí)，其內(nèi)部絕緣油向外涌出，阻止外界海水進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，避免了電機(jī)發(fā)生短路等事故；同時(shí)，由于電機(jī)內(nèi)腔絕緣油的壓力減小，活塞在彈簧壓力的作用下向下滑動(dòng)并觸發(fā)其下部的接觸開(kāi)關(guān)，使接觸開(kāi)關(guān)斷開(kāi)電機(jī)的功率邏輯開(kāi)關(guān)電路，從而保證了操作可靠性。


圖1為水下直流無(wú)刷充油電機(jī)主體結(jié)構(gòu)的剖視圖。
圖2為圖1中電機(jī)外殼剖視圖。
圖3-1為圖1中上壓蓋剖視圖。
圖3-2為圖2-1中上壓蓋俯視圖。
圖4為圖1中活塞剖視圖。
圖5為圖1中轉(zhuǎn)子剖視圖。
圖6為圖1中下壓蓋剖視圖。
圖7為圖1中定子剖視圖。
圖8為圖1中電機(jī)法蘭剖視圖。
圖9-1為圖霍爾集成電路剖視圖。
圖9-2為圖9-1中霍爾集成電路的上視圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
水下直流無(wú)刷充油電機(jī)結(jié)構(gòu)外形呈柱狀(如圖1所示)，它包括由作為位置傳感器的霍爾集成電路6、定子7、轉(zhuǎn)子14、功率邏輯開(kāi)關(guān)電路21組成的直流無(wú)刷電機(jī)，以及電機(jī)法蘭9、轉(zhuǎn)子輸出軸10、絕緣油13下壓蓋17；其中，電機(jī)外殼4為空腔柱體，上壓蓋1安裝在電機(jī)外殼4上端面，定子7安裝在電機(jī)外殼4內(nèi)部并與電機(jī)外殼4裝配為一體；轉(zhuǎn)子14通過(guò)軸承12安裝在電機(jī)外殼4中部并位于定子7內(nèi)部，其外表面與定子7內(nèi)表面有間隙；下壓蓋17安裝在電機(jī)外殼4下部，霍爾集成電路6設(shè)在轉(zhuǎn)子14的磁鋼15周?chē)?；還包括由上壓蓋1、活塞2、為產(chǎn)生密封失效信號(hào)所設(shè)的接觸開(kāi)關(guān)3、電機(jī)外殼4、及彈簧20組成的壓力補(bǔ)償裝置，與所述電機(jī)主體安裝為一體，其中活塞2安裝在電機(jī)外殼4內(nèi)部并與電機(jī)外殼4組成間隙配合，彈簧20安裝在活塞2與上壓蓋1之間；接觸開(kāi)關(guān)3位于電機(jī)外殼4內(nèi)、并位于活塞2正下方；接觸開(kāi)關(guān)3、霍爾集成電路6、定子7通過(guò)水密臍帶電纜18與電機(jī)功率邏輯開(kāi)關(guān)電路21組成回路。
所述活塞2外部徑向表面與電機(jī)外殼4為間隙配合，并設(shè)有安裝滑動(dòng)密封體19的密封槽；活塞2上端面設(shè)置安裝彈簧20的凹面；滑動(dòng)密封體19的外部徑向表面與電機(jī)外殼4上部的內(nèi)表面形成滑動(dòng)副；電機(jī)法蘭9安裝下壓蓋17下部；轉(zhuǎn)動(dòng)密封體11安裝在下壓蓋17內(nèi)并位與電機(jī)法蘭9正上方；轉(zhuǎn)動(dòng)密封體11的內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子輸出軸10外面組成滑動(dòng)副；接觸開(kāi)關(guān)3安裝在電機(jī)外殼4部并位于活塞2正下方；霍爾集成電路6嵌入電機(jī)外殼4內(nèi)腔并位于轉(zhuǎn)子14上部，它的霍爾元件16與轉(zhuǎn)子14上部的磁鋼15在軸向重疊，且位于轉(zhuǎn)子14上部的徑向外側(cè)；電機(jī)內(nèi)腔由絕緣油13填充；電機(jī)外殼4側(cè)壁上設(shè)的水密臍帶電纜18穿過(guò)通孔將接觸開(kāi)關(guān)3、霍爾集成電路6、定子7的電路與電機(jī)功率邏輯開(kāi)關(guān)電路21相連通。
其中電機(jī)外殼4呈柱狀，其內(nèi)部自上而下、且自下而上均為階梯狀空腔(如圖1、2所示)，柱體側(cè)壁設(shè)有的用于安裝水密臍帶電纜18的深孔，深孔通過(guò)通孔與電機(jī)外殼4內(nèi)腔相聯(lián)通；電機(jī)外殼4上端面設(shè)有螺紋孔，其內(nèi)表面下部設(shè)內(nèi)螺紋，與上壓蓋1、下壓蓋17之間通過(guò)螺紋副相連；上壓蓋1為端面帶有通孔的圓型平板(如圖1、3-1、3-2所示)，其中一部分通孔用于安裝螺釘，另一部分通孔用于使外界海水進(jìn)入電機(jī)外殼4內(nèi)腔；活塞2為柱體(如圖1、4所示)，其外部徑向表面設(shè)有密封槽，上端面為凹面，用于容置彈簧20；活塞2與電機(jī)外殼4為間隙配合；霍爾集成電路6為圓型片狀外形結(jié)構(gòu)(如圖1、9-1、9-2所示)，其端面設(shè)有霍爾元件16；定子7為包括線圈及鐵芯的空腔柱體(如圖1、7所示)，它與電機(jī)外殼4固結(jié)為一體；轉(zhuǎn)子14為采用多個(gè)永磁性磁鋼15及不銹鋼鐵芯組成的柱體，其兩端呈階梯狀(如圖1、5所示)，在其上部的階梯部分開(kāi)有溝槽，下部的階梯部分設(shè)轉(zhuǎn)子輸出軸10；永磁性磁鋼15分布于不銹鋼鐵芯外側(cè)；下壓蓋17為凸臺(tái)狀柱體結(jié)構(gòu)(如圖1、6所示)；其上端面為凹面，下端面設(shè)與凹面相通的階梯孔；凸臺(tái)中部外表面設(shè)用于安裝靜態(tài)密封體8的凹槽，其上部設(shè)外螺紋；電機(jī)法蘭9為凸臺(tái)狀柱體結(jié)構(gòu)(如圖1、8所示)，其端面設(shè)有通孔；電機(jī)法蘭9安裝在下壓蓋17下端的階梯孔處；轉(zhuǎn)動(dòng)密封體11安裝在下壓蓋17并位于電機(jī)法蘭9正上方。
其具體安裝方式為軸承12安裝在電機(jī)外殼4的內(nèi)部并通過(guò)過(guò)盈配合與電機(jī)外殼4成為一體；霍爾集成電路6嵌入電機(jī)外殼4內(nèi)腔并位于軸承12下方；定子7安裝在電機(jī)外殼4內(nèi)腔并與電機(jī)外殼4安裝為一體；軸承12安裝在轉(zhuǎn)子14下部的轉(zhuǎn)子輸出軸10上并由過(guò)盈配合與轉(zhuǎn)子14安裝為一體；轉(zhuǎn)子14通過(guò)軸承12安裝在電機(jī)外殼4中部并位于定子7內(nèi)部，其外表面與定子7內(nèi)表面有間隙；彈性擋圈5安裝在轉(zhuǎn)子14上部的溝槽內(nèi)，其下端面與軸承12上端面相配合；轉(zhuǎn)子14與軸承12為間隙配合；下壓蓋17通過(guò)螺紋副安裝在電機(jī)外殼4下部，其上部的凹面與安裝在轉(zhuǎn)子輸出軸10上的軸承12為間隙配合，并限制了轉(zhuǎn)子14相對(duì)于電機(jī)外殼4的軸向運(yùn)動(dòng)；此時(shí)，霍爾集成電路6的霍爾元件16與轉(zhuǎn)子14上部的磁鋼15在軸向重疊，且霍爾元件16位于轉(zhuǎn)子14上部的徑向外側(cè)；安裝在下壓蓋17中部溝槽內(nèi)的靜態(tài)密封體8封閉了下壓蓋17與電機(jī)外殼4之間的縫隙；電機(jī)法蘭9通過(guò)螺釘安裝在下壓蓋17下部；轉(zhuǎn)動(dòng)密封體11由電機(jī)法蘭9的上端面固定在下壓蓋17的階梯孔內(nèi)，并使其位于電機(jī)法蘭9上端面的正上方；轉(zhuǎn)動(dòng)密封體11內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子輸出軸10的外表面組成滑動(dòng)副并封閉了轉(zhuǎn)子輸出軸10與下壓蓋17之間的縫隙；接觸開(kāi)關(guān)3安裝在電機(jī)外殼4內(nèi)部并位于轉(zhuǎn)子14及軸承12正上方，其外表面與電機(jī)外殼4的內(nèi)表面有間隙；接觸開(kāi)關(guān)3、霍爾集成電路6及定子7的線路通過(guò)安裝在電機(jī)外殼4側(cè)壁的水密臍帶電纜18與功率邏輯開(kāi)關(guān)電路21相連接；絕緣油13由電機(jī)外殼4上部注入到電機(jī)外殼4內(nèi)腔并分布到電機(jī)的各個(gè)間隙；活塞2沿電機(jī)外殼4的內(nèi)腔上部滑動(dòng)，并由安裝在活塞2密封槽內(nèi)的滑動(dòng)密封體19封閉活塞2與電機(jī)外殼4之間的間隙；上壓蓋1通過(guò)螺釘安裝在電機(jī)外殼4上端面并將彈簧20壓在活塞2的凹面內(nèi)，使彈簧20位于活塞2與上壓蓋1之間；外界水壓通過(guò)上壓蓋1的通孔與彈簧20一起將壓力作用在活塞2上。
本發(fā)明工作過(guò)程如下當(dāng)本裝置在水下作業(yè)時(shí)，作用在活塞2上表面的壓力通過(guò)絕緣油13擴(kuò)散到電機(jī)內(nèi)腔的各個(gè)部件上；電機(jī)內(nèi)腔壓力大于外界水壓，其壓力差為彈簧20作用在活塞2上所產(chǎn)生的壓力；當(dāng)電機(jī)密封失效時(shí)，電機(jī)內(nèi)腔壓力降低，活塞2沿電機(jī)外殼4的內(nèi)腔滑動(dòng)；隨著活塞2行程的增大，彈簧20壓縮量減小，絕緣油13的壓力降低；此時(shí)，電機(jī)內(nèi)腔壓力仍大于外界水壓；當(dāng)活塞2繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，其下表面觸發(fā)接觸開(kāi)關(guān)3，產(chǎn)生密封失效的信號(hào)，功率邏輯開(kāi)關(guān)電路21通過(guò)這種信號(hào)來(lái)決定電機(jī)供電狀態(tài)；當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子14轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，位于轉(zhuǎn)子14上的磁鋼15產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng)，這種磁場(chǎng)使位于轉(zhuǎn)子14周?chē)幕魻栐?6產(chǎn)生霍爾效應(yīng)并引發(fā)霍爾電動(dòng)勢(shì)；功率邏輯開(kāi)關(guān)電路21通過(guò)這種霍爾電動(dòng)勢(shì)來(lái)跟蹤轉(zhuǎn)子14的位置，并通過(guò)水密臍帶電纜18控制定子7中各相繞組的通電時(shí)間與順序，進(jìn)而控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種水下直流無(wú)刷充油電機(jī)結(jié)構(gòu)，包括由作為位置傳感器的霍爾集成電路(6)、定子(7)、轉(zhuǎn)子輸出軸(10)、轉(zhuǎn)子(14)、下壓蓋(17)、功率邏輯開(kāi)關(guān)電路(21)組成的直流無(wú)刷電機(jī)、以及電機(jī)法蘭(9)、絕緣油(13)；其中，壓蓋(1)安裝在電機(jī)外殼(4)上端面，定子(7)與電機(jī)外殼(4)安裝為一體，轉(zhuǎn)子(14)安裝在定子(7)內(nèi)部，下壓蓋(17)安裝在電機(jī)外殼(4)下部，電機(jī)法蘭(9)安裝在下壓蓋(17)下部，霍爾元件(16)設(shè)在轉(zhuǎn)子(14)的磁鋼(15)周?chē)?，絕緣油(13)分布于電機(jī)內(nèi)；其特征在于還包括由上壓蓋(1)、活塞(2)、接觸開(kāi)關(guān)(3)、電機(jī)外殼(4)及彈簧(20)組成的壓力補(bǔ)償裝置；所述壓力補(bǔ)償裝置與電機(jī)主體安裝為一體，其中，活塞(2)安裝在電機(jī)外殼(4)內(nèi)部并與電機(jī)外殼(4)組成間隙配合，彈簧(20)安裝在活塞(2)與上壓蓋(1)之間；接觸開(kāi)關(guān)(3)位于電機(jī)外殼(4)內(nèi)、并位于活塞(2)正下方，接觸開(kāi)關(guān)(3)、霍爾集成電路(6)、定子(7)通過(guò)水密臍帶電纜(18)與電機(jī)功率邏輯開(kāi)關(guān)電路(21)組成回路。
2.按照權(quán)利要求1所述水下直流無(wú)刷充油電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于電機(jī)外殼(4)呈柱狀，其內(nèi)部為階梯狀空腔，柱體側(cè)壁設(shè)有用于安裝水密臍帶電纜(18)的深孔，深孔通過(guò)通孔與電機(jī)外殼(4)內(nèi)腔相聯(lián)通；電機(jī)外殼(4)上、下端面與上、下壓蓋(1、17)通過(guò)螺紋副相連。
3.按照權(quán)利要求1所述水下直流無(wú)刷充油電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于上壓蓋(1)為帶有通孔的圓型平板。
4.按照權(quán)利要求1所述水下直流無(wú)刷充油電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于活塞(2)為柱體，其外部徑向表面設(shè)有密封槽，上端面設(shè)凹面。
5.按照權(quán)利要求1所述水下直流無(wú)刷充油電機(jī)結(jié)構(gòu)，其特征在于在活塞(2)密封槽內(nèi)設(shè)滑動(dòng)密封體(19)，滑動(dòng)密封體(19)與電機(jī)外殼(4)形成滑動(dòng)副。
全文摘要
本發(fā)明涉及水下電機(jī)的主體結(jié)構(gòu)，具體地說(shuō)是實(shí)現(xiàn)一種能適應(yīng)各種水下作業(yè)深度的水下直流無(wú)刷充油電機(jī)結(jié)構(gòu)。它是在傳統(tǒng)直流無(wú)刷電機(jī)的基礎(chǔ)上將一種壓力補(bǔ)償裝置與電機(jī)主體成為一體，壓力補(bǔ)償裝置由上壓蓋、彈簧、活塞、接觸開(kāi)關(guān)及電機(jī)外殼組成，活塞安裝在電機(jī)外殼內(nèi)部并與電機(jī)外殼組成間隙配合，彈簧安裝在活塞與上壓蓋之間，接觸開(kāi)關(guān)位于電機(jī)內(nèi)部并位于活塞正下方。這種結(jié)構(gòu)能實(shí)時(shí)檢測(cè)并控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)并保證了電機(jī)在水下作業(yè)環(huán)境中的密封性能；它對(duì)水下作業(yè)深度幾乎沒(méi)有限制，使水下電機(jī)的性能可靠，具有結(jié)構(gòu)緊湊、故障率低、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。它適用各種水下機(jī)器人、水下作業(yè)工具及相關(guān)水產(chǎn)產(chǎn)業(yè)等。
文檔編號(hào)H02K29/08GK1815852SQ20051004585
公開(kāi)日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2005年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月5日
發(fā)明者張銀亮 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所