本發(fā)明涉及一種帶螺旋狀齒槽的濕式高速電機，屬于流體傳動及控制領(lǐng)域中的變轉(zhuǎn)速液壓泵用電-機械能量轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的變量泵由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，限制了其發(fā)展，而通過電機調(diào)速來改變泵的流量，也就是所謂的變轉(zhuǎn)速泵，長遠(yuǎn)看來，具有廣泛而光明的應(yīng)用前景。

讓變轉(zhuǎn)速泵具有大的輸出流量，那么高速電機就是其關(guān)鍵所在。但是電機在高轉(zhuǎn)速下，其出現(xiàn)的問題也很多，發(fā)熱嚴(yán)重，軸承壽命短，還有電機電渦流大等。現(xiàn)有技術(shù)中，大多采用風(fēng)冷或水冷，風(fēng)冷效果不佳，水冷多在外壁分布冷卻回路，而電機發(fā)熱最大的在于轉(zhuǎn)子部件的高速旋轉(zhuǎn)，外壁的水冷回路僅僅只能冷卻發(fā)熱的線圈，對于內(nèi)部的熱量冷卻起不到相應(yīng)的作用。并且，往往以前只是解決了發(fā)熱問題，軸承壽命和電渦流問題卻依然存在。

另外，現(xiàn)有的高速電機為干式結(jié)構(gòu)時，將其用于驅(qū)動液壓泵時，不允許液壓系統(tǒng)工作回路中的油液進(jìn)入轉(zhuǎn)子腔，因而在泵與電機的連接軸上需要加上O型密封圈，形成動密封將整個轉(zhuǎn)子腔密閉，這就引入了額外的摩擦阻力，限制了電機轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步提高。并且高速電機將干式變?yōu)闈袷浇Y(jié)構(gòu)時，將油液通入轉(zhuǎn)子容腔，油液對于電機轉(zhuǎn)子齒有一定的擠壓，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)運動，很難帶動油液軸向運動進(jìn)入轉(zhuǎn)子右腔，油液在轉(zhuǎn)子容腔中循環(huán)運動難度大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有高速電機散熱慢、軸承壽命短、電機需要動密封、油液循環(huán)運動難等的不足，本發(fā)明提供一種帶螺旋狀齒槽的濕式高速電機。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

帶螺旋狀齒槽的濕式高速電機，包括定子部分、轉(zhuǎn)子部分、前端蓋和后端蓋，所述的前、后端蓋分別密封安裝在所述的定子部分的兩端，所述的定子部分位于所述的轉(zhuǎn)子部分外圈，并且所述的轉(zhuǎn)子部分的兩端分別與相應(yīng)的前、后端蓋軸接，其特征在于：所述的定子部分包括定子部件、第一外殼、第二外殼，所述的定子部分的兩端分別與相應(yīng)的前、后端蓋固接；

所述的轉(zhuǎn)子部分位于所述的定子部分的內(nèi)圈，所述的轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子軸和轉(zhuǎn)子銜鐵，所述的轉(zhuǎn)子軸的外部套接并固定轉(zhuǎn)子銜鐵，所述的轉(zhuǎn)子銜鐵的外壁與所述的定子部分的內(nèi)壁間隙配合，所述的轉(zhuǎn)子軸的兩端分別支撐在相應(yīng)的前后端蓋的軸承上；

所述的轉(zhuǎn)子銜鐵的外表面均布有螺旋式齒槽，所述的螺旋式齒槽的螺旋方向沿轉(zhuǎn)子軸軸線方向，且從徑向方向的橫截面上看，所述的螺旋式齒槽的開口大小跟定子齒齒槽開口相同；所述的螺旋式齒槽的齒數(shù)與定子部件相同，且在外表面分布有兩個環(huán)形槽，兩個所述的環(huán)形槽將螺旋式齒槽隔開；所述的轉(zhuǎn)子銜鐵被分割成三段式，并按順時針方向兩兩相差1/3齒距；

所述的定子部件包括鼠籠式環(huán)狀筒、硅鋼片、第一定子鐵芯、第二定子鐵芯、第三定子鐵芯、第四定子鐵芯、第一隔磁環(huán)、第二隔磁環(huán)、第三隔磁環(huán)；所述的第一定子鐵芯、第四定子鐵芯的外側(cè)分別與所述的第一外殼、第二外殼密封連接；所述的第一定子鐵芯、第一隔磁環(huán)、第二定子鐵芯、第二隔磁環(huán)、第三定子鐵芯、第三隔磁環(huán)、第四定子鐵芯軸向依次排列，并且在配合處焊接形成套筒，所述的鼠籠式環(huán)形筒位于套筒的外圈；

所述的第一隔磁環(huán)、第二隔磁環(huán)、第三隔磁環(huán)的外部均對應(yīng)繞制一個控制線圈，其中控制線圈環(huán)繞在第一隔磁環(huán)上組成電流勵磁的一相；控制線圈環(huán)繞在第二隔磁環(huán)上組成電流勵磁的一相；控制線圈環(huán)繞在第三隔磁環(huán)上組成電流勵磁的一相，總共形成三相。

所述的前端蓋和后端蓋的內(nèi)側(cè)均布有兩個圓形凹槽，一對凹槽分別與第一外殼、第二外殼配合，并在配合處密封，另一對凹槽分別與第一軸承、第二軸承過盈配合。

所述的第一定子鐵芯、第二定子鐵芯、第三定子鐵芯、第四定子鐵芯、第一隔磁環(huán)、第二隔磁環(huán)、第三隔磁環(huán)的均呈圓環(huán)狀，并且內(nèi)表面均布有小齒，且齒數(shù)相同，安裝時齒形位置相同。

所述的鼠籠式環(huán)形筒的外表面均勻分布有矩形凹槽，左右兩側(cè)分布有環(huán)形凸臺，兩側(cè)的凸臺與外表面接觸處往筒內(nèi)方向均勻分布有矩形槽，所述的矩形槽的位置與外表面的矩形凹槽的位置在徑向圓周上相同。

所述的硅鋼片呈矩形，內(nèi)有三個矩形凹槽；所述的硅鋼片嵌入鼠籠式環(huán)狀筒的矩形凹槽內(nèi)，與套筒外表面形成三個環(huán)形凹槽，用于安放線圈。

所述的第一外殼和第二外殼均呈U型，且相對設(shè)置，所述的第一外殼和第二外殼之間形成環(huán)形槽，所述的定子部件位于環(huán)形槽內(nèi)，且所述的定子部件的外表面有若干矩形槽。

所述的轉(zhuǎn)子軸與所述的轉(zhuǎn)子銜鐵過盈配合。

所述的轉(zhuǎn)子軸呈圓柱狀，軸向和周向均布有小孔，且連通。

所述的前端蓋和后端蓋均呈正方形，一側(cè)分布有三個環(huán)形凹槽，最外邊的環(huán)形凹槽分別與套筒的內(nèi)表面、第一外殼的外表面、第二外殼的外表面間隙配合。

所述的前端蓋、后端蓋、第一隔磁環(huán)、第二隔磁環(huán)、第三隔磁環(huán)、第一外殼、第二外殼和轉(zhuǎn)子軸均為不導(dǎo)磁材料制成的非導(dǎo)磁體；所述的硅鋼片、轉(zhuǎn)子銜鐵、第一定子鐵芯、第二定子鐵芯、第三定子鐵芯以及第四定子鐵芯均為軟磁材料制成的導(dǎo)磁體。

為了解決變轉(zhuǎn)速液壓泵用高速電機電渦流損耗、軸承磨損，電機長時間運行發(fā)熱以及電機連接軸上的動密封限制轉(zhuǎn)速提高等問題，本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低的采用插片式的帶螺旋狀齒槽的泵用濕式高速電機，定子部分采用插片式結(jié)構(gòu)，大大減小了電渦流，其采用特有的軸向分相方式形成濕式耐高壓結(jié)構(gòu),將勵磁繞組與電機轉(zhuǎn)子腔隔離，同時將液壓泵回油路的低壓油引入轉(zhuǎn)子腔,對機械軸承形成潤滑作用,可大大延長軸承的使用壽命；循環(huán)的油液同時又可以對發(fā)熱的勵磁繞組起到冷卻作用,電機的整體壽命和連續(xù)工作時間得以提高；由于轉(zhuǎn)子腔的濕式耐高壓結(jié)構(gòu),電機連接軸上的動密封可以取消,該部分的摩擦阻力也不復(fù)存在,電機的轉(zhuǎn)速可以進(jìn)一步得到提升。并且，轉(zhuǎn)子銜鐵采用螺旋狀齒槽結(jié)構(gòu)，可以通過電機旋轉(zhuǎn)將油液從左腔引入到轉(zhuǎn)子銜鐵中，沿轉(zhuǎn)子銜鐵的周向運動，進(jìn)入轉(zhuǎn)子右腔。

本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在：1、本發(fā)明采用濕式結(jié)構(gòu)，取消了電機連接軸上的動密封；2、本發(fā)明采用插片式結(jié)構(gòu)，減小電機產(chǎn)生的電渦流，電機轉(zhuǎn)子銜鐵采用螺旋狀齒槽結(jié)構(gòu)，利用電機的旋轉(zhuǎn)，可以快速地引入油液，并且使油液在轉(zhuǎn)子容腔內(nèi)循環(huán)流動；3、油液進(jìn)入轉(zhuǎn)子容腔，可以有效地吸收電機產(chǎn)生的熱量，潤滑軸承，增加電機的使用時間。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2a、2b為本發(fā)明轉(zhuǎn)子銜鐵的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明第一、第四定子鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明第二、第三定子鐵芯的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為本發(fā)明硅鋼片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6為本發(fā)明隔磁環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7a、7b、7c為本發(fā)明鼠籠式環(huán)狀筒的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8為本發(fā)明第一外殼、第二外殼的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明轉(zhuǎn)子銜鐵的齒形結(jié)構(gòu)圖。

圖10a、10b為本發(fā)明定子和轉(zhuǎn)子間齒形的初始位置圖。

圖11a、11b為本發(fā)明第一控制線圈通電時，定轉(zhuǎn)子間齒形的位置圖。

圖12a、12b為本發(fā)明第二控制線圈通電時，定轉(zhuǎn)子間齒形的位置圖。

圖13a、13b為本發(fā)明第三控制線圈通電時，定轉(zhuǎn)子間齒形的位置圖。具體實施方式

參照圖1至圖13b，帶螺旋狀齒槽的濕式高速電機，包括定子部分、轉(zhuǎn)子部分、前端蓋1和后端蓋12，所述的前、后端蓋1、12分別密封安裝在所述的定子部分的兩端，所述的定子部分位于所述的轉(zhuǎn)子部分外圈，并且所述的轉(zhuǎn)子部分的兩端分別與相應(yīng)的前、后端蓋1、12軸接，所述的定子部分包括定子部件、第一外殼2、第二外殼6，所述的定子部分的兩端分別與相應(yīng)的前、后端蓋1、12固接；

所述的轉(zhuǎn)子部分位于所述的定子部分的內(nèi)圈，所述的轉(zhuǎn)子部分包括轉(zhuǎn)子軸23和轉(zhuǎn)子銜鐵24，所述的轉(zhuǎn)子軸23的外部套接并固定轉(zhuǎn)子銜鐵24，所述的轉(zhuǎn)子銜鐵24的外壁與所述的定子部分的內(nèi)壁間隙配合，所述的轉(zhuǎn)子軸23的兩端分別支撐在相應(yīng)的前后端蓋的軸承22、11上；

所述的轉(zhuǎn)子銜鐵24的外表面均布有螺旋式齒槽，所述的螺旋式齒槽的螺旋方向沿轉(zhuǎn)子銜鐵24軸線方向，且從徑向方向的橫截面上看，所述的螺旋式齒槽的開口大小跟所述定子部分的齒槽開口相同；所述的螺旋式齒槽的齒數(shù)與定子部件相同，且在外表面分布有兩個環(huán)形槽，兩個所述的環(huán)形槽將螺旋式齒槽隔開；所述的轉(zhuǎn)子銜鐵24被分割成三段式，并按順時針方向兩兩相差1/3齒距；

所述的定子部件包括鼠籠式環(huán)狀筒8、硅鋼片3、第一定子鐵芯19、第二定子鐵芯17、第三定子鐵芯15、第四定子鐵芯13、第一隔磁環(huán)18、第二隔磁環(huán)16、第三隔磁環(huán)14；所述的第一定子鐵芯19、第四定子鐵芯13的外側(cè)分別與所述的第一外殼2、第二外殼6通過密封圈9、10、20、21密封連接；所述的第一定子鐵芯19、第一隔磁環(huán)18、第二定子鐵芯17、第二隔磁環(huán)16、第三定子鐵芯15、第三隔磁環(huán)14、第四定子鐵芯13軸向依次排列，并且在配合處焊接形成套筒，所述的鼠籠式環(huán)形筒8位于套筒的外圈；

所述的第一隔磁環(huán)18、第二隔磁環(huán)16、第三隔磁環(huán)14的外部均對應(yīng)繞制一個控制線圈4、5、7，其中控制線圈環(huán)繞在第一隔磁環(huán)18上組成電流勵磁的一相；控制線圈環(huán)繞在第二隔磁環(huán)16上組成電流勵磁的一相；控制線圈環(huán)繞在第三隔磁環(huán)13上組成電流勵磁的一相，總共形成三相。

所述的前端蓋1和后端蓋12的內(nèi)側(cè)均布有兩個圓形凹槽，一對凹槽分別與第一外殼2、第二外殼6配合，并在配合處密封，另一對凹槽分別與第一軸承22、第二軸承11過盈配合。

所述的第一定子鐵芯19、第二定子鐵芯17、第三定子鐵芯15、第四定子鐵芯13、第一隔磁環(huán)18、第二隔磁環(huán)16、第三隔磁環(huán)14的均呈圓環(huán)狀，并且內(nèi)表面均布有小齒，且齒形位置和齒數(shù)相同。

所述的鼠籠式環(huán)形筒8的外表面均勻分布有矩形凹槽，左右兩側(cè)分布有環(huán)形凸臺，兩側(cè)的凸臺與外表面接觸處往筒內(nèi)方向均勻分布有矩形槽，所述的矩形槽的位置與外表面的矩形凹槽的位置在徑向圓周上相同。

所述的硅鋼片3呈矩形，內(nèi)有三個矩形凹槽；所述的硅鋼片嵌入鼠籠式環(huán)狀筒的矩形凹槽內(nèi)，與套筒外表面形成三個環(huán)形凹槽，用于安放線圈。

所述的第一外殼和第二外殼均呈U型，且相對設(shè)置，所述的第一外殼和第二外殼之間形成環(huán)形槽，所述的定子部件位于環(huán)形槽內(nèi)，且所述的定子部件的外表面有若干矩形槽。

所述的轉(zhuǎn)子軸23與所述的轉(zhuǎn)子銜鐵24過盈配合。

所述的轉(zhuǎn)子軸23呈圓柱狀。

所述的前端蓋1和后端蓋12均呈正方形，一側(cè)分布有三個環(huán)形凹槽，最外邊的環(huán)形凹槽分別與套筒的內(nèi)表面、第一外殼的外表面、第二外殼的外表面間隙配合。

所述的前端蓋、后端蓋、第一隔磁環(huán)、第二隔磁環(huán)、第三隔磁環(huán)、第一外殼、第二外殼和轉(zhuǎn)子軸均為不導(dǎo)磁材料制成的非導(dǎo)磁體；所述的硅鋼片、轉(zhuǎn)子銜鐵、第一定子鐵芯、第二定子鐵芯、第三定子鐵芯以及第四定子鐵芯均為軟磁材料制成的導(dǎo)磁體。

本實施例以電機定轉(zhuǎn)子上均勻分布10個齒的結(jié)構(gòu)為例，結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，當(dāng)有油液從左端蓋1進(jìn)油口通入轉(zhuǎn)子容腔中，通過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動自行帶動油液進(jìn)入轉(zhuǎn)子銜鐵24的螺旋狀齒槽中，跟隨轉(zhuǎn)子周向轉(zhuǎn)動的同時，軸向移動，進(jìn)入轉(zhuǎn)子容腔右側(cè)，與此同時，右側(cè)油液通過轉(zhuǎn)子軸中的通孔出去，此濕式結(jié)構(gòu)既對轉(zhuǎn)子進(jìn)行降溫，使轉(zhuǎn)子可以達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速，增加電機的連續(xù)工作時間，也對定轉(zhuǎn)子部件進(jìn)行潤滑，減小轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)所造成的摩擦損耗；在前端蓋1和后端蓋12環(huán)形凹槽外表面處分別放置密封圈20、9，以防止油液從電機的零部件中泄漏出來，而在第一外殼2、第二外殼6內(nèi)表面分別放置密封圈21、10，第一定子鐵芯、第一隔磁環(huán)、第二定子鐵芯、第二隔磁環(huán)、第三定子鐵芯、第三隔磁環(huán)、第四定子鐵芯依次焊接形成套筒，使得線圈與充滿油液的轉(zhuǎn)子相隔，此結(jié)構(gòu)簡單，可靠，使得系統(tǒng)在濕式狀態(tài)下仍然能夠工作。

第一定子鐵芯、第二定子鐵芯、第三定子鐵芯、第四定子鐵芯、第一、第二、第三隔磁環(huán)的內(nèi)圓周面開有數(shù)目相同且均勻分布的多個小齒，齒數(shù)越多，電機每相旋轉(zhuǎn)的角度越小，動態(tài)性能越好，非線性誤差越?。?/p>

轉(zhuǎn)子銜鐵24與轉(zhuǎn)子軸23過盈配合，轉(zhuǎn)子銜鐵24外圓周面上分布有齒槽，沿圓周面上看呈螺旋狀，且其外圓周面上的轉(zhuǎn)子齒和定子鐵芯齒數(shù)相同，整個轉(zhuǎn)子部件通過第一、第二軸承22、11分別支撐在前端蓋1和后端蓋12中，可繞中心軸線轉(zhuǎn)動；

為滿足電流控制磁通的要求，前端蓋1、后端蓋12、第一、第二外殼2、6、第一、第二、第三隔磁環(huán)18、16、14、鼠籠式環(huán)狀筒8和轉(zhuǎn)子軸23均為不導(dǎo)磁材料制成的非導(dǎo)磁體；所述的第一定子鐵芯、第二定子鐵芯、第三定子鐵芯、第四定子鐵芯、轉(zhuǎn)子銜鐵24、硅鋼片3均為軟磁材料制成的導(dǎo)磁體；

如圖9所示，以10齒為例，為實現(xiàn)高速電機的連續(xù)轉(zhuǎn)動，所述轉(zhuǎn)子銜鐵需分成三段，兩兩相差1/3齒距。轉(zhuǎn)子圓周面上一個齒距周期即為D，對應(yīng)到軸線方向一個周期即為d，即轉(zhuǎn)子銜鐵21外圓周面上的圓環(huán)槽軸向距離a＝D/3＝d/3，轉(zhuǎn)子銜鐵24除去與第一定子鐵芯、第二定子鐵芯對應(yīng)長度外每一段軸向長度均為nd(n＝1，2，3……)。

工作原理：如圖10a-13b所示，以單三拍控制為例，第一定子鐵芯19、第二定子鐵芯17、第二定子鐵芯15、第一定子鐵芯13分別和轉(zhuǎn)子銜鐵24形成六段環(huán)形的工作氣隙δ₁、δ₂、δ₃、δ₄、δ₅、δ₆，其工作原理遵循由磁性轉(zhuǎn)子鐵芯通過與由定子產(chǎn)生的脈沖電磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的原理，定轉(zhuǎn)子齒的相對位置不同時，磁路的磁通也不同，在繞組通電時，轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)動的位置是力求使通電相磁路的磁通為最大；如圖10a；當(dāng)三個控制線圈都不通電時，轉(zhuǎn)子部件均處于初始位置，定轉(zhuǎn)子間的齒形位置圖如圖10b。如圖11a所示，當(dāng)控制線圈4通入如圖11a所示的電流時，第一定子鐵芯19、第二定子鐵芯17分別和轉(zhuǎn)子銜鐵24形成兩段工作氣隙δ₁、δ₂，將產(chǎn)生如圖11a所示的磁路圖，此時轉(zhuǎn)子為了在各工作氣隙上產(chǎn)生的磁通最大而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使得轉(zhuǎn)子部件轉(zhuǎn)動，最終轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定平衡位置如圖11b；當(dāng)控制線圈5通入如圖12a所示的電流時，此時，將在控制線圈5周圍產(chǎn)生控制磁場，磁路圖如圖12a,各工作氣隙上定轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定平衡位置如圖12b所示；當(dāng)?shù)谌刂凭€圈7通入如圖13a所示的電流時，在控制線圈7周圍產(chǎn)生控制磁場，磁路圖如圖13a所示，此時轉(zhuǎn)子銜鐵24為使磁通最大將產(chǎn)生一個轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子部件轉(zhuǎn)動，此時第二定子鐵芯15和第一定子鐵芯13與轉(zhuǎn)子銜鐵24齒形重合，各工作氣隙上定轉(zhuǎn)子的齒形位置如圖13b所示,即本發(fā)明的初始位置；如此第一線圈4-第二線圈5-第三線圈7-第一線圈4單拍式循環(huán)通電，即可保證本發(fā)明的連續(xù)轉(zhuǎn)動。

本說明書實施例所述的內(nèi)容僅僅是對發(fā)明構(gòu)思的實現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。