采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种深海微电机，特别涉及一种工作于深海海底数千米的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机。
【背景技术】
[0002]目前市场上的深海微电机结构如图1所示，大多为工作于数百米深至数千米深的海底。市场上如图1所示的深海微电机包括机械迷宫式防尘机构1、唇形橡胶旋转动密封机构2、O型橡胶圈3、电机本体4、绝缘压力油5、O型橡胶圈6、活塞支架7、移动防尘橡胶圈8、内外腔压差调节弹簧9和后端盖10。由于该深海微电机的工作压力随着潜海深度的加深而压力增加，导致了唇形橡胶旋转动密封2压在转轴上的压力大增。因而，损失较大的电机转矩动力，电机运行效率低下。唇形橡胶密封圈在深海压力的巨大压力下，磨损增大，运行寿命很短。所以，此类深海微电机只能工作于深海百米深以内。
[0003]而此类深海微电机中采用O型橡胶圈6的内外腔压力平衡机构，由于O型圈的摩擦力大而使得压力调节灵敏度低下，易使电机内外压力存在微小的不平衡而使得电机机壳产生微小变形，提高了电机运行时的阻力，使得电机运行效率进一步下降。同时，压力调节灵敏度的低下导致电机内外腔压差调节很不可靠，容易使得海水进入电机内部的几率增大。
[0004]此类深海微电机中的多圆柱弹簧式内外腔微小压差调节及保持机构，由于内外腔压差调节弹簧9过多，电机装配时对压力差值的调节很不方便，调节压差值离散性大。这是由于该压力差值取决于弹簧的本身的压力大小和装配时的压缩量，所以很难精确调节压力差值。
[0005]为了提高深海的工作深度及电机的压力调节灵敏度，市场上还有另一种如图2所示的深海微电机。该深海微电机包括羊毛毡防尘机构、磁传动旋转动密封机构、电机本体、橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构和单个大圆柱弹簧式内外腔微小压力差调节及保持机构。此类深海微电机虽然采用了磁传动方式解决了电机输出转矩损耗大的问题，使得该电机在深海工作的深度处于无限深度范围。但此深海微电机当负载超载时易引起磁传动输出轴失步以及突然起动时输出轴的滞后效应。同时，此深海微电机无论是轴向尺寸还是径向尺寸均大大增加，其重量也相应快速增加。电机的结构趋于愈来愈复杂，电机的费用随着稀土磁钢的成倍增加而大大增加了该深海微电机的制造成本。
[0006]此深海微电机中采用羊毛毡11的防尘机构，海水直接浸入磁传动机壳内，海水中的泥沙将直接在电机运行时与滑动轴承15、磁传动外转子输出轴组件17和磁传动密封罩20接触。使得这些零部件的运行寿命降低。特别是海水中泥沙对磁传动外转子输出轴组件17上的稀土磁钢防护层的磨损，使得海水直接腐蚀磁钢，导致电机失效。
[0007]磁传动密封型深海微电机的橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构包括O型圈24、内外平衡机壳A 25、紧固螺钉28、橡胶皮囊压板29、橡胶皮囊30、橡胶皮囊支架31、内外平衡机壳 B 33ο
[0008]橡胶皮囊式内外腔压力平衡机构较之于O型圈活塞式内外腔压力平衡机构的压力调节灵敏度大大增加，但橡胶皮囊制造较为复杂，需要开模进行压制。且橡胶皮囊使用时易折裂，使用寿命短，而且该机构的轴向长度增加不少。
[0009]磁传动密封型深海微电机的单个大圆柱弹簧式内外腔微小压力差调节及保持机构包括内外腔压差调节弹簧32、拉杆34和内外平衡机壳B 33。该压差调节机构可以精确地方便地进行压力差的调节，但拉杆露出机壳长长的部分对于电机的搬运、使用极为不便，常常因为与别的物体相碰而发生损坏，有时断裂的拉杆或受到撞击的拉杆直接刺破橡胶皮囊而导致电机失效。
【实用新型内容】
[0010]本实用新型所要解决的技术问题是要提供一种能够抵抗深海海底数千米巨大海水压力而能够正常工作的采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机。
[0011]为了解决以上的技术问题，本实用新型提供了一种采用微间隙旋转动密封且内外腔压力平衡的深海微电机，该微电机包括微间隙旋转动密封组件、电机本体、内充的绝缘压力油、脂类防尘旋转动密封组件、波纹管式内外腔压力平衡组件、耐压插座和后端盖。
[0012]所述微间隙旋转动密封组件，装配于电机的输出轴上，采用绝缘压力油在径向微小间隙中产生的张力进行动密封。
[0013]所述微间隙旋转动密封组件包括微间隙旋转动密封动环、微间隙旋转动密封静环组件和电机输出轴，微间隙旋转动密封静环组件安装于深海微电机前端的内圆止口中，微间隙旋转动密封静环组件的中孔中插入带有微间隙旋转动密封动环的电机输出轴。
[0014]所述微间隙旋转动密封静环组件包括微间隙旋转动密封静环、静环支架、金属波纹管和波纹管支架，轴向布置的金属波纹管一端与静环支架焊接，另一端与波纹管支架焊接，实现微间隙旋转动密封动环与微间隙旋转动密封静环的自动对中；静环支架的内圆表面与微间隙旋转动密封静环过盈压配加粘胶安装。
[0015]深海微电机运行中电机的输出轴旋转时会产生微小的径向跳动，为了实时使得微间隙旋转动密封静环实时对中电机输出轴上的微间隙旋转动密封动环，本实用新型采用轴向布置的金属波纹管来实现这一目的。因为轴向布置的金属波纹管各向柔性好，能够很好地胜任。
[0016]所述两处的焊接部位喷涂有环氧树脂胶层。
[0017]所述静环支架内圆等间距设有多个储胶槽。所述储胶槽为三角形，或为上小下大的多边形。
[0018]所述微间隙旋转动密封静环的材料为硬性材料，微间隙旋转动密封动环为硬性材料，或为软性材料。
[0019]所述微间隙旋转动密封动环为软性材料，过盈装配于电机输出轴上并精密加工外圆；或所述微间隙旋转动密封动环为硬性材料，硬性材料喷涂在电机输出轴上并精密加工外圆。
[0020]所述微间隙旋转动密封静环内圆等间距设有梯形的储油槽，确保微间隙中留有充足的润滑密封用油。绝缘压力油充当润滑介质的微间隙动密封副运行时更加平稳、运行噪声更低。
[0021]微间隙旋转动密封组件的旋转动密封效果是采用绝缘压力油在微间隙旋转动密封动环与微间隙旋转动密封静环间径向微小间隙0.005mm?0.015mm中产生的张力进行动密封的。本实用新型深海微电机中的绝缘压力油在微间隙动密封组件间的微小间隙中产生的油液表面张力足以阻止电机外部的海水进入电机内部而起到动密封作用。同时，微间隙旋转动密封组件中油液表面张力对电机输出轴旋转时的阻力远小于唇形橡胶密封圈、O型橡胶密封圈对电机输出轴旋转时产生的阻力。由于绝缘压力油具有润滑和动密封两重功效，且深海微电机采用内外腔压力平衡机构抵御海底的巨大压力，该微间隙旋转动密封组件虽然要承受数十MPa的压力，但在它两端形成的压差非常之小，为0.0lMPa?0.05MPa。
[0022]微间隙旋转动密封组件具有很好的密封性能，对电机输出轴的波动影响很小，可以忽略不计。对电机转矩输出的损耗很低，运行中产生的噪声非常低。由于磨损很小，其工作寿命长。所以，本实用新型的微间隙旋转动密封组件非常适用于深海微电机对动密封副的要求，密封、低耗、低噪、高效、长寿。
[0023]所述脂类防尘旋转动密封组件插入微间隙旋转动密封组件的电机输出轴中，螺固于电机前端的定位内圆止口中，脂类防尘旋转动密封组件中的脂类密封材料及其外层的聚酯薄膜将海水及海水中的泥沙阻断。
[0024]所述脂类防尘旋转动密封组件包括脂类密封材料、调节座、紧固螺钉、调节垫圈、聚酯薄膜、防尘薄壁机壳、O型圈和紧固螺钉；所述脂类密封材料与防尘薄壁机壳中部和电机输出轴形成旋转动密封副，O型圈与防尘薄壁机壳外部密封槽和电机前端机壳内圆止口形成静密封副，旋转动密封副和静密封副构成了防护海水的屏障。
[0025]所述脂类密封材料由硅酯和润滑脂按质量比1:1?1.5:1混合配制而成。
[0026]所述调节座支撑和阻挡聚酯薄膜的侧面宽度b为聚酯薄膜的宽度，所述调节座与电机输出轴的间隙a为聚醋薄膜宽度的I?5倍，调节座左端设置的α为5°?30°的斜角。
[0027]所述防尘薄壁机壳支撑和阻挡聚酯薄膜的侧面宽度b为聚酯薄膜的宽度，防尘薄壁机壳与电机输出轴的间隙a为聚酯薄膜宽度的I?5倍，防尘薄壁机壳左端设置的α为5°?30°的斜角。
[0028]所述聚醋薄膜的厚度为0.05mm?0.15mm。
[0029]脂类密封材料具有明显的阻水性和动力驱动下的流动性，该动密封副可以将海水及海水中的泥沙阻断，特别是脂类密封材料及其外层的聚酯薄膜将海水中细小的泥沙拒之门外，对电机输出轴旋转工作时的阻力很小。
[0030]在地面时位于微间隙旋转动密封组件的左端与防尘旋转动密封右端形成的油液封闭小区均充满绝缘压力油，随着深海微电机逐步下降至海底，则外部海水压力将迫使防尘薄壁机壳发生向内凹的形变。由于液体的不可压缩性，防尘薄壁机壳的内凹形变将海水的巨大压力传递给电机内部的微间隙旋转动密封组件的各个零部件表面并与电机的内外腔压力平衡组件产生的内压力相平衡，以保证电机的正常工作。调节座中和防尘薄壁机壳中左、右两个α为5°?15°倒角保证在海水压力下发生形变后不致于阻碍电机输出轴的运行。