一种柱塞对称布置电机泵液压动力单元

本发明属于智能液压元件领域，具体涉及一种柱塞对称布置电机泵液压动力单元。

背景技术：

1、传统液压作动技术的动力单元普遍采用“原动机+联轴器+液压泵”分体式结构，如图1所示。随着多电驱动技术突破以及环保要求的越发严苛，液压作动技术向着集成化、小型化、多电化方向发展。为适应液压作动技术的发展要求，液压动力单元作为液压作动技术的关键组成部件，也正从传统的分体式液压动力单元向着一体化电机泵液压动力单元方向发展。

2、现有电机泵液压单元大都采用电动机+斜盘柱塞泵的结构形式，如图2所示，受斜盘滑靴柱塞组件结构及工作原理的影响，斜盘电机泵液压单元工作过程存在滑靴摩擦副、倾覆力矩、阀配流响应等因素，限制斜盘电机泵液压单元的功率密度和可靠性提高，难以满足现代液压系统对高性能、高功率密度、高可靠性电机泵液压动力单元的需求。

3、申请人提交的专利号为“zl202210233755.0”的“一种对称布置的同步定量轴向柱塞泵及马达”,包括左右壳体、左右传动轴、驱动法兰盘、左右柱塞组件，通过柱塞对称布置，能够改善轴向柱塞泵可靠性和功率密度，但是“原动机+联轴器+对称布置轴向柱塞泵”组成形式的液压动力单元，其功率传递路径包括原动机、联轴器、传动轴、驱动法兰，存在能量传动环节多，加工工艺要求高，限制了液压动力单元小型化、集成化，也制约了液压动力单元的功率密度和可靠性的提高。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种柱塞对称布置电机泵液压动力单元，解决现有斜盘电机泵液压动力单元工作过程存在滑靴摩擦副和缸体倾覆力矩制约电机泵液压动力单元功率密度、可靠性提高的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种柱塞对称布置电机泵液压动力单元，包括中壳体以及关于中壳体对称设置的左壳体和右壳体，左壳体和右壳体结构相同；中壳体内安装电机定子和转子组件；转子组件通过轴承与中壳体连接；转子组件包括轴套、转子组件铁芯、绕组线圈，轴套通过螺钉或过盈配合与转子组件铁芯连接，轴套设置齿轮结构和n个均布的球铰结构，其中球铰结构与柱塞球头连接；左壳体内安装左传动轴、n个柱塞、左缸体、左配流盘；左传动轴一端通过齿轮结构与轴套的齿轮结构啮合，另一端通过轴承与左壳体连接，左传动轴的中心线与转子组件旋转中心线的夹角为α；左缸体与左传动轴固定连接，左缸体中设置有n个均布的柱塞孔，柱塞一端通过球头结构与转子左轴套球窝连接，柱塞另一端安装于左缸体上的柱塞孔，左配流盘安装在左壳体与左缸体之间，且与左壳体进行固定。

3、进一步的，左壳体和右壳体与中壳体通过螺栓进行连接固定，左壳体和右壳体与中壳体之间设置有密封结构。

4、进一步的，电机定子通过螺栓固定、拉紧套管固定或活动式卡扣固定形式与中壳体进行固定。

5、进一步的，左壳体设有左壳体吸油口、左壳体排油口和左壳体泄漏口，其中左壳体吸油口与左壳体内吸油流道连通，左壳体排油口与左壳体内排油流道连通，左配流盘设置有吸油窗口，与左壳体内吸油流道连通；左配流盘设置有排油窗口，与左壳体内排油流道连通，在吸油窗口与排油窗口之间设置有减振结构；左壳体泄漏口开设在左壳体上。

6、进一步的，左壳体内排油流道包括相互连通的左壳体第一排油流道和左壳体第二排油流道，左壳体排油口连通第一排油流道，左壳体内吸油流道包括相互连通的左壳体第一吸油流道和左壳体第二吸油流道，左壳体吸油口连通左壳体第一吸油流道。

7、进一步的，右壳体分别设有右壳体吸油口、右壳体排油口和右壳体泄漏口，其中右壳体吸油口与右壳体内进油流道相通，右壳体排油口与右壳体内排油流道相通，右配流盘设置有吸油窗口和排油窗口，其中吸油窗口与右壳体的壳体内进油流道相通，排油窗口与右壳体内排油流道相通，在吸油窗口与排油窗口之间设置有减振结构。

8、进一步的，α取值范围1°～15°，n取值范围为7～16。

9、进一步的，转子组件中的轴套包括转子组件左轴套和转子组件右轴套上，转子组件左轴套上均布球铰与转子组件右轴套上均布球铰沿着圆周方向设置有偏置角β，β取值范围0.5°～360/2n°。

10、进一步的，左缸体和右缸体中设置键槽结构，左缸体通过键槽结构与左传动轴固定连接，右缸体通过键槽结构与右传动轴固定连接。

11、进一步的，工作时，转子组件通过齿轮啮合驱动左传动轴，左传动轴通过键联接带动左缸体旋转运动；随着左缸体旋转，左缸体上柱塞孔交替与左配流盘的吸油窗口和排油窗口相通；在转子组件中轴套球铰结构和左缸体柱塞孔约束作用下，左柱塞随左缸体旋转运动，同时在缸体柱塞孔内作周期性往复运动，左柱塞与缸体柱塞孔所形成的柱塞腔容积周期性变化；随左缸体旋转，柱塞腔容积变大，与左配流盘吸油窗口相通，工作介质从外部吸油管路经过左壳体吸油口、左壳体吸油流道、左配流盘吸油窗口进入柱塞腔，完成工作介质吸入功能；随左缸体旋转，柱塞腔容积变小，与左配流盘排油窗口相通，柱塞腔内的工作介质经过左配流盘排油窗口、左壳体的排油流道、泵壳的排油口进入外部排油管路，完成工作介质排出功能，最终实现液压动力单元的能量转换与传递功能。

12、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明采用缸体旋转中心线与转子组件旋转中心线小夹角布局，柱塞与转子组件球铰连接，取消了斜盘结构的电机泵中滑靴结构，消除了滑靴摩擦副，提高电机泵液压动力单元的抗污染能力，同时突破滑靴副对电机泵液压动力单元的工作压力的限制；采用电机转子与柱塞旋转组件融合设计，取消了传统分体式液压动力单元存在传动轴与壳体之间动密封，消除油液动密封设计难点，无高压工况下动密封泄漏风险，有利于液压动力单元小型化和集成化；相对转子两侧对称布置柱塞，柱塞与转子组件球铰连接，抵消柱塞工作施加的轴向分力，同时解决了缸体的倾覆力矩，利于液压动力单元高功率密度设计；采用转子与传动轴齿轮啮合，缸体与传动轴键连接结构，能够实现缸体与转子同步运动，解决了柱塞交替驱动缸体存在碰撞冲击问题，有利于轻量化设计。

13、进一步的，采用配流盘和壳体进油和排油结构，取消了配流阀和含有流道的配流轴，有利于电机泵的高速化和高可靠性设计；

14、进一步的，采用对称柱塞布置和转子轴套球窝偏置角结构，降低柱塞电机泵液压动力单元流量压力脉动，改善电机泵在高功率密度工况下振动噪声。

技术特征：

1.一种柱塞对称布置电机泵液压动力单元，其特征在于，包括中壳体(4)以及关于中壳体(4)对称设置的左壳体(1)和右壳体(7)，左壳体(1)和右壳体(7)结构相同；中壳体(4)内安装电机定子(5)和转子组件(6)；转子组件(6)通过轴承与中壳体(4)连接；转子组件(6)包括轴套、转子组件铁芯(604)、绕组线圈(603)，轴套通过螺钉或过盈配合与转子组件铁芯(604)连接，轴套设置齿轮结构和n个均布的球铰结构，其中球铰结构与柱塞球头连接；左壳体(1)内安装左传动轴(19)、n个柱塞、左缸体(3)、左配流盘(2)；左传动轴(19)一端通过齿轮结构与轴套的齿轮结构啮合，另一端通过轴承与左壳体(1)连接，左传动轴(19)的中心线与转子组件(6)旋转中心线的夹角为α；左缸体(3)与左传动轴(19)固定连接，左缸体(3)中设置有n个均布的柱塞孔，柱塞一端通过球头结构与转子左轴套球窝(606)连接，柱塞另一端安装于左缸体(3)上的柱塞孔，左配流盘(2)安装在左壳体(1)与左缸体(9)之间，且与左壳体(1)进行固定。

2.根据权利要求1所述的柱塞对称布置电机泵液压动力单元，其特征在于，左壳体(1)和右壳体(7)与中壳体(4)通过螺栓进行连接固定，左壳体(1)和右壳体(7)与中壳体(4)之间设置有密封结构。

3.根据权利要求1所述的柱塞对称布置电机泵液压动力单元，其特征在于，电机定子(5)通过螺栓固定、拉紧套管固定或活动式卡扣固定形式与中壳体(4)进行固定。

4.根据权利要求1所述的柱塞对称布置电机泵液压动力单元，其特征在于，左壳体(1)设有左壳体吸油口(101)、左壳体排油口(102)和左壳体泄漏口(107)，其中左壳体吸油口(101)与左壳体内吸油流道连通，左壳体排油口(102)与左壳体内排油流道连通，左配流盘(2)设置有吸油窗口(201)，与左壳体内吸油流道连通；左配流盘(2)设置有排油窗口(203)，与左壳体内排油流道连通，在吸油窗口(201)与排油窗口(203)之间设置有减振结构(202)；左壳体泄漏口(107)开设在左壳体(1)上。

5.根据权利要求1所述的柱塞对称布置电机泵液压动力单元，其特征在于，左壳体内排油流道包括相互连通的左壳体第一排油流道(103)和左壳体第二排油流道(104)，左壳体排油口(102)连通第一排油流道(103)，左壳体内吸油流道包括相互连通的左壳体第一吸油流道(105)和左壳体第二吸油流道(106)，左壳体吸油口(101)连通左壳体第一吸油流道(105)。

6.根据权利要求1所述的柱塞对称布置电机泵液压动力单元，其特征在于，右壳体(7)分别设有右壳体吸油口(701)、右壳体排油口(702)和右壳体泄漏口(707)，其中右壳体吸油口(701)与右壳体内进油流道相通，右壳体排油口(702)与右壳体内排油流道相通，右配流盘(8)设置有吸油窗口(201)和排油窗口(203)，其中吸油窗口(201)与右壳体(7)的壳体内进油流道相通，排油窗口(20)(3)与右壳体内排油流道相通，在吸油窗口与排油窗口之间设置有减振结构(202)。

7.根据权利要求1所述的柱塞对称布置电机泵液压动力单元，其特征在于，α取值范围1°～15°，n取值范围为7～16。

8.根据权利要求1所述的柱塞对称布置电机泵液压动力单元，其特征在于，转子组件(6)中的轴套包括转子组件左轴套(605)和转子组件右轴套上(602)，转子组件左轴套(605)上均布球铰与转子组件右轴套上(602)均布球铰沿着圆周方向设置有偏置角β，β取值范围0.5°～360/2n°。

9.根据权利要求1所述的柱塞对称布置电机泵液压动力单元，其特征在于，左缸体(3)和右缸体(9)中设置键槽结构，左缸体(3)通过键槽结构与左传动轴(19)固定连接，右缸体(9)通过键槽结构与右传动轴(11)固定连接。

10.根据权利要求1所述的柱塞对称布置电机泵液压动力单元，其特征在于，工作时，转子组件(6)通过齿轮啮合驱动左传动轴(19)，左传动轴(19)通过键联接带动左缸体(3)旋转运动；随着左缸体(3)旋转，左缸体(3)上柱塞孔交替与左配流盘的吸油窗口(201)和排油窗口(203)相通；在转子组件中轴套球铰结构和左缸体(3)柱塞孔约束作用下，左柱塞(17)随左缸体(3)旋转运动，同时在缸体(3)柱塞孔内作周期性往复运动，左柱塞(17)与缸体(3)柱塞孔所形成的柱塞腔容积周期性变化；随左缸体(3)旋转，柱塞腔容积变大，与左配流盘(2)吸油窗口相通，工作介质从外部吸油管路经过左壳体(1)吸油口、左壳体(1)吸油流道、左配流盘(2)吸油窗口进入柱塞腔，完成工作介质吸入功能；随左缸体(3)旋转，柱塞腔容积变小，与左配流盘(2)排油窗口相通，柱塞腔内的工作介质经过左配流盘(2)排油窗口、左壳体(1)的排油流道、泵壳(1)的排油口进入外部排油管路，完成工作介质排出功能，最终实现液压动力单元的能量转换与传递功能。

技术总结本发明公开一种柱塞对称布置电机泵液压动力单元，包括左壳体、中壳体、右壳体、电机定子、转子组件、配流组件以及传动轴，左右壳体与中壳体连接固定，左右壳体与中壳体之间密封；中壳体内安装电机定子和转子组件，电机定子通过螺栓固定、拉紧套管固定、活动式卡扣固定方法与中壳体进行固定；转子组件通过轴承与中壳体进行连接，转子组件包括左右轴套、铁芯、绕组线圈，左右轴套通过螺钉或过盈配合与铁芯固定，轴套设置齿轮结构和N个均布的球铰结构，球铰结构与柱塞球头连接，齿轮结构与左右传动轴的齿轮啮合；解决现有斜盘电机泵液压动力单元工作过程存在滑靴摩擦副和缸体倾覆力矩制约电机泵液压动力单元功率密度、可靠性问题。技术研发人员：卿绿军,张庆阳,田晴晴,周创辉受保护的技术使用者：西安航空学院技术研发日：技术公布日：2024/7/15