气动马达的制作方法

本发明涉及一种气动马达。

背景技术：

气动马达是一种将压缩空气的压力势能转化为旋转的机械能的装置。根据工作转速的不同，一般可将气动马达分为高速气动马达和低速气动马达。

在现有的低速气动马达中，通常采用的结构是活动式叶片转子结构，如在专利号为CN201320311007.6，名称为“气动马达结构”的文献中(以下简称文献1)所公开的一种气动马达；此类气动马达由于叶片在转动过程中需要与相应的壳体内壁面接触摩擦，而且叶片需要不断的往复运动，因此类结构仅适用于低速马达中，而无法适用于高速气动马达中。

在专利号为CN201420443055.5，名称为“一种气动马达”的文献中(以下简称文献2)，公开了一种可提高输出功率的气动马达；但是由于其配气孔的出气方向与风轮的轴线方向同向，因此压缩空气形成的气流作用到风轮上的力将有部分分量作用在风轮的轴线方向上，一方面会增加风轮轴向方向的受力，进而增加摩擦阻力，另一方面也会造成部分能耗的损失，导致压缩气体的转化率较低。

而在专利号为CN201520675625.8，名称为“棘轮式气动马达”的文献中(以下简称文献3)，公开了一种可以有效解决上述文献2中所存在的“气流作用到风轮上的力将有部分分量作用在风轮的轴线方向上”的问题，进而可提高对压缩气体的转化率。但是，在该文献3中所示公开的气动马达结构中，由于气流对转轮做功后不能及时排出，因此做功后的乏气将对转轮产生“背压阻力”的现象，进而导致转轮的转速无法进一步提高，对转轮的转速造成制约；而且“背压阻力”一旦达到一定程度后，还将极大的阻碍转轮的转动，进而影响到压缩气体的转化效率。

另外，在上述各文献中，对于转轴的安装方式均采用轴承进行安装，而当气动马达的转速较高时，采用轴承支撑方式将严重制约气动马达转速的进一步提高。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种可以有效降低“背压阻力”现象的气动马达，进而可有效提高压缩气体的转化效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：气动马达，包括外壳体、定子和转子，在外壳体上设置有动力气源入口和乏气出口；所述转子可转动地套在定子内，所述外壳体套在定子外；所述转子包括转轴部和叶轮部；在叶轮部的外周壁面与定子上对应的内壁面之间为环形的做功区；沿所述做功区的周向间隔地分布有多组做功单元；每组做功单元包括设置在定子上的动力通孔和排气孔，所述动力通孔的一端与所述动力气源入口连通，动力通孔的另一端从定子上与做功区对应的内壁面穿出后与叶轮部的外周壁面对应；所述动力通孔的轴线相对于其从定子的内壁面上穿出处的法线为倾斜设置，相应的倾斜夹角为θ，并且有0＜θ≤90°；所述排气孔的一端与乏气出口连通，排气孔的另一端从定子上与做功区对应的内壁面穿出后与做功区连通。

进一步的是：在叶轮部的外周壁上设置有多个沿其周向间隔分布的棘轮式斜槽，所述棘轮式斜槽与动力通孔对应。

进一步的是：所述棘轮式斜槽具有一挡风面和一斜切底面；当棘轮式斜槽转动至与其中一个动力通孔对应时，该棘轮式斜槽的斜切底面与该动力通孔的轴线大致平行，且该棘轮式斜槽的挡风面与该动力通孔的轴线大致垂直；其中所述挡风面为平面或者为内凹的半圆柱面；在每个棘轮式斜槽位于转子轴线方向的两侧分别设置有挡边，以使所述棘轮式斜槽为从叶轮部的外周壁面内凹的结构。

进一步的是：每组做功单元内的排气孔位于该组做功单元内的动力通孔的下游，且位于下一组做功单元内的动力通孔的上游。

进一步的是：倾斜夹角θ的取值为60°≤θ≤90°。

进一步的是：每个动力通孔的轴线与转子的轴线垂直。

进一步的是：每组做功单元内设置有多个动力通孔和一个排气孔；在每组做功单元内的动力通孔至少设置有两层，两层动力通孔沿定子的轴线方向间隔分布。

进一步的是：在外壳体上设置有气浮气源入口，在定子上与转轴部的外周面对应配合的壁面上设置有第一气浮通孔，所述第一气浮通孔与气浮气源入口连通。

进一步的是：与转子的叶轮部上位于转子轴线方向两侧的端部面对应配合的壁面上设置有第二气浮通孔，所述第二气浮通孔与气浮气源入口连通。

进一步的是：所述外壳体包括相互配合连接的轴套壳和端盖，所述定子和转子设置在轴套壳和端盖配合后形成的腔体内，并且所述转子的输出端从轴套壳的一端穿出；所述动力气源入口设置在端盖上，并且在端盖、轴套壳和定子内设置有相互连通的动力气源通道，通过所述动力气源通道使动力气源入口与动力通孔连通；所述排气口设置在轴套壳上，并且在轴套壳和定子上设置有相互连通的乏气通道，通过所述乏气通道使所述乏气出口和排气孔连通；当设置有气浮气源入口时，所述气浮气源入口设置在端盖上，并且在端盖、轴套壳和定子内设置有相互连通的气浮气源通道，通过所述气浮气源通道使气浮气源入口与第一气浮通孔连通。

进一步的是：所述动力气源通道包括设置在外壳体上与做功单元相对应的环形的动力气槽；所述动力通孔的一端穿过定子后与动力气槽连通，动力通孔的另一端从定子的内壁面上穿出后与叶轮部的外周壁面对应。

进一步的是：沿转子轴线方向，设置有整体贯穿气动马达的工作通孔，所述工作通孔与转子同轴。

本发明的有益效果是：本发明所述的气动马达，其每组做功单元均可对叶轮部产生相应的转矩动力，并且从一组做功单元的动力通孔排出的高压气流在对转子做功后的乏气将可直接、快速、充分地通过该组做功单元内的排气孔排放，因此可有效地降低乏气背压对叶轮部产生的阻力现象，进而可进一步提高转子的转速，同时也可提高压缩气体的能量转化效率。另外，本发明所述的气动马达，其从动力通孔排出的高压气流，将可直接作用到叶轮部的圆周切线方向，而且不会对转子产生轴向方向的施力，因此可进一步提高了转子的效率和灵敏度。另外，本发明还通过设置相应的气浮通孔，进而由带有一定压力的空气长期保持在转子和定子之间，以形成一层气环(俗称空气轴承)，这样可消除转子与定子之间的接触摩擦阻力情况，因此可确保转子在高转速情况下正常运转。

附图说明

图1为本发明所述的气动马达的一种具体示例的立体示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为图1的主视图；

图4为图1的爆炸视图；

图5为图2中A-A截面的剖视图；

图6为图5的立体示意图；

图7为图2中B-B截面的剖视图；

图8为图2中C-C截面的剖视图；

图9为图5中D-D截面剖视图；

图10为图5中E-E截面的剖视图；

图11为图10中局部区域Z的放大示意图；

图12为定子的立体示意图；

图13为定子的主视图；

图14为图13中F-F截面的剖视图；

图15为图13中G-G截面的剖视图；

图16为图15中H-H截面的剖视图；

图17为转子的立体示意图；

图18为转子的主视图；

图19为图18中I-I截面的剖视图；

图20为图18中J-J截面的剖视图；

图21为轴套壳的立体示意图；

图22为轴套壳的半剖视图；

图23为22中K-K截面的剖视图；

图24为端盖的立体示意图；

图25为气道隔环的立体示意图；

图26为图5中E-E截面的另一实施例的剖视图；

图27为设置有测速孔时的俯视图；

图28为27中L-L截面的剖视图；

图29为图28中局部区域Y的放大示意图；

图30为设置有测速环带时的转子的立体示意图；

图中标记为：外壳体100、定子200、转子300、做功区400、做功单元500、动力气源通道600、刹车气源通道700、气浮气源通道800、乏气通道900、工作通孔1000、气道隔环1100、测速传感器1200、动力气源入口101、乏气出口102、刹车气源入口103、气浮气源入口104、轴套壳110、端盖120、测速孔121、刹车通孔201、转轴部310、叶轮部320、动力通孔501、排气孔502、棘轮式斜槽321、挡风面322、斜切底面323、挡边324、第一气浮通孔311、第二气浮通孔325、粗糙面326、光滑面327、测速环带328、动力气槽601、乏气通孔901。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如附图中所示，本发明所述的气动马达，包括外壳体100、定子200和转子300，在外壳体100上设置有动力气源入口101和乏气出口102；所述转子300可转动地套在定子200内，所述外壳体100套在定子200外；所述转子300包括转轴部310和叶轮部320；在叶轮部320的外周壁面与定子200上对应的内壁面之间为环形的做功区400；沿所述做功区400的周向间隔地分布有多组做功单元500；每组做功单元500包括设置在定子200上的动力通孔501和排气孔502，所述动力通孔501的一端与所述动力气源入口101连通，动力通孔501的另一端从定子200上与做功区400对应的内壁面穿出后与叶轮部320的外周壁面对应；所述动力通孔501的轴线相对于其从定子200的内壁面上穿出处的法线为倾斜设置，相应的倾斜夹角为θ，并且有0＜θ≤90°；所述排气孔502的一端与乏气出口102连通，排气孔502的另一端从定子200上与做功区400对应的内壁面穿出后与做功区400连通。

其中，一组做功单元500指的是一组可以对转子300上的叶轮部320做功并产生转矩动力的结构，其包括动力通孔501和排气孔502。具体可参照附图10和附图11中所示。具体的做功过程为：具有一定压力的压缩气流；从动力气源入口101引入，并最后通过动力通孔501排出并作用到叶轮部320的外周壁上以对转子300施加转矩作用，进而带动转子300转动；压缩气流在对转子做功后将成为乏气，在本发明中做功后的乏气将可通过每组做功单元500内的排气孔502及时地排出，以此可避免由于乏气排出不及时而在做工区400内对叶轮部320产生背压阻力。一般情况下，本发明中要求至少设置有两组做功单元500，并且尽量将做功单元500沿环形的做工区400间隔设置，以此确保同时作用在叶轮部320上的力均匀分布。不失一般性，本发明中的做功单元500通常优选设置有多组，如参照附图10或者附图26中所示，均为设置有五组做功单元500。

更优选的，为了使得在每组做功单元500内从动力通孔501排出的气流在对叶轮部320做功后能及时的排出，本发明中进一步设置每组做功单元500内的排气孔502位于该组做功单元500内的动力通孔501的下游，且位于下一组做功单元500内的动力通孔501的上游。

另外，上述所谓动力通孔501的轴线相对于其从定子200的内壁面上穿出处的法线为倾斜设置，相应的倾斜夹角为θ，并且有0＜θ≤90°；其中倾斜夹角θ可参照附图15中所示以明确。更优选的，对于倾斜夹角θ可设置为60°≤θ≤90°，这样的好处是使得从动力通孔501排出的压缩气流作用到转子300上的力所产生的转矩更大。

另外，通常情况下，优选设置每个动力通孔501的轴线与转子300的轴线垂直；这样，可减少甚至消除从动力通孔501排出的气流在转子300的轴向方向产生的分力，进而提高压缩气体的效率，同时避免由于轴向分力的存在而增大转子300与定子200之间的受力情况，以此可提高转子300的灵敏度。

另外，本发明中的每组做功单元500，可具体设置有多个动力通孔501和一个排气孔502。如参照附图12中所示，即是在每组做功单元500内设置有四个动力通孔501和一个排气孔502；并且可将每组做功单元500内的四个动力通孔501设置为两层，每层设置有两个沿周向分布的动力通孔；同时两层动力通孔501沿定子200的轴线方向间隔分布。

另外，为了使得从动力通孔501排出的压缩气流作用到转子300的叶轮部320上的力能更有效地驱动转子300转动，本发明中进一步在叶轮部320的外周壁上设置有多个沿其周向间隔分布的棘轮式斜槽321，所述棘轮式斜槽321与动力通孔501对应。其中棘轮式斜槽321可参照附图10、附图11以及附图17至附图19中所示，当从转轮部320的横截面上看时，棘轮式斜槽321为倾斜的设置的斜槽结构；并且其具有一挡风面322和一斜切底面323；当其中一棘轮式斜槽321转动至与其中一个动力通孔501对应时，该棘轮式斜槽321的斜切底面323将与该动力通孔501的轴线大致平行，且该棘轮式斜槽321的挡风面322将与该动力通孔501的轴线大致垂直；这样，从动力通孔501排出的气流将直接作用到对应棘轮式斜槽321的挡风面322上，以此对转子300产生转矩作用。而所谓的大致垂直或者大致平行，是由于在转子200转动过程中棘轮式斜槽321的斜切底面323以及挡风面322与对应的动力通孔501的轴线之间的位置关系本身将会发生变化；而通过上述设置，则可提高从动力通孔501排出的气流作用到棘轮式斜槽321所产生的转矩作用，进而提高气流对转子300的做功效率。更具体的，可设置挡风面322为平面或者为内凹的半圆柱面，其中当设置其为内凹的半圆柱面时，作用在挡风面322上的力，将更加的集中。另外，为了避免做功后的乏气从棘轮式斜槽321位于转子300的轴向方向外泄，本发明中进一步在每个棘轮式斜槽321位于转子300轴线方向的两侧分别设置有挡边324，以使所述棘轮式斜槽321为从叶轮部320的外周壁面内凹的结构。另外，当在每组动力通孔501内设置有两层沿定子200的轴线方向间隔分布的动力通孔501时，进一步也可在上述叶轮部上设置有两圈棘轮式斜槽321，并且每圈棘轮式斜槽321对应一层动力通孔501。

另外，在上述本发明所述的气动马达中，对于转子300与定子200之间的转动配合关系并没有严格限制，理论上可采用普通的轴承安装方式，即在转子300和定子200之间设置轴承进行配合。但是，考虑到采用轴承进行配合时，由于受到轴承极限转速的限制，导致转子300无法达到更高的转速；为此本发明进一步利用气浮轴原理，参照附图7至9以及附图14中所示，在转子300和定子200之间设置气浮间隙，并且相应的在外壳体100上设置有气浮气源入口104，在定子200上与转轴部310的外周面对应配合的壁面上设置有第一气浮通孔311，所述第一气浮通孔311与气浮气源入口104连通。这样，通过向气浮气源入口104通入具有一定压力的压缩气体，由压缩气体从第一气浮通孔311排出后在转轴部310的外周壁面与定子200上相应的内壁面之间形成一层气环(俗称空气轴承)，以此代替轴承；这样可避免由于采用轴承配合时对转子300转速的限制，进而可进一步提高转子300的转速。具体的，可在沿定子200的轴线方向上设置有两层、且每层由六个沿周向均匀分布的第一气浮通孔311。

更优选的，在上述设置有第一气浮通孔311时，其仅对转子300的转轴部310起到气浮支撑效果。参照附图7和附图8中所示，当设置叶轮部320的外周直径较大于转轴部310的直径、并且将叶轮部320设置在转轴部310的一端时，如果仅对转轴部310的部分采用气浮支撑，其转子300整体的平稳性较差。因此，为了进一步提高对转子的气浮支撑效果，进而提高其平稳性，本发明进一步还在与转子300的叶轮部320上位于转子300轴线方向两侧的端部面对应配合的壁面上设置有第二气浮通孔325，所述第二气浮通孔325与气浮气源入口104连通。这样，通过第二气浮通孔325，可对转子的叶轮部320的部分起到气浮支撑效果，进而提高对转子300整体的气浮支撑效果，以确保转子300在高速转动时的稳定性。

另外，本发明中的外壳体100可设置为由相互配合连接的轴套壳110和端盖120组成，相应的将所述定子200和转子300设置在轴套壳110和端盖120配合后形成的腔体内，并且所述转子300的输出端从轴套壳110的一端穿出，具体可参照附图1至25中所示的结构。其中所述动力气源入口101设置在端盖120上，并且在端盖120、轴套壳110和定子200内设置有相互连通的动力气源通道600，通过所述动力气源通道600使动力气源入口101与动力通孔501连通。其中，动力气源通道600可根据实际情况在相应的端盖120、轴套壳110和定子200内合适的位置进行设置。参照附图5、9和10中所示的具体结构，动力气源入口101首先与设置在端盖120内的环形的动力气源通道600连通，然后再通过多条在端盖120以及在轴套壳110的周向上间隔分布的动力气源通道600向下延伸后与动力通孔501连通。另外，为了便于在端盖120内加工相应的通道，参照附图25中所示，还可设置有气道隔环1100，并且通过将气道隔环1100安装到端盖120内后形成相应的通道。更优选的，参照附图26中所示，动力气源通道600还可包括设置在外壳体100上与做功单元500相对应的环形的动力气槽601；所述动力通孔501的一端穿过定子200后与动力气槽601连通，动力通孔501的另一端从定子200的内壁面上穿出后与叶轮部320的外周壁面对应；这样，通过动力气槽601首先与上述多条在端盖120以及在轴套壳110的周向上间隔分布的动力气源通道600连通，可使在整个动力气槽601内的气压以及气流流动情况更加的均匀，进而可确保通过各做功单元500作用在叶轮部320上的力更加均匀，以保证转子300的平稳转动。

更具体的，在设置有轴套壳110和端盖120时，还可将所述排气口502设置在轴套壳110上，并且在轴套壳110和定子200上设置有相互连通的乏气通道900，通过所述乏气通道900使所述乏气出口102和排气孔502连通。乏气通道900可根据实际情况进行设置。参照附图5、6中所示，乏气通道900在定子200上沿定子轴线方向延伸一定距离后再从定子的外周壁面上穿出，并与设置在轴套壳110内的乏气通道900连通。更具体的，参照附图14中所示，排气孔502还可是乏气通道900从做工区400对应的定子200的内壁面穿出后形成的凹槽形结构。通过上述在定子200上设置的沿定子轴线方向延伸一定距离后再从定子的外周壁面上穿出的乏气通道900；这样设置的好处是：可使动力通孔501和排气孔502在与做功区400对应的一端位于定子200的轴线方向上相同的截面层位置，同时又使得动力通孔501和排气孔502的另一端在定子200的轴线方向上错层设置，进而可为设置环形的动力气槽601提供条件。

更优选的，在设置有轴套壳110和端盖120时，当设置有气浮气源入口104时，也可将所述气浮气源入口104设置在端盖120上，并且在端盖120、轴套壳110和定子200内设置有相互连通的气浮气源通道800，通过所述气浮气源通道800使气浮气源入口104与第一气浮通孔311连通。其中，气浮气源通道800可根据实际情况在相应的端盖120、轴套壳110和定子200内合适的位置进行设置；并且应当避免气浮气源通道800与动力气源通道600以及与乏气通道900发生交叉干涉，以使各通道彼此独立。参照附图7至10中所示，气浮气源通道800将气浮气源入口104同时与第一气浮通孔311和第二气浮通孔325连通。并且，相应的第二气浮通孔325中有部分设置在相应的定子200上，另一部分设置在端盖120内的上气道隔环1100上，并且均通过相互连通的气浮气源通道800与气浮气源入口104连通。

另外，当上述设置有第一气浮通孔311以及设置有第二气浮通孔325时，从相应的气浮通孔排出的气流，在对转子300起到气浮支撑作用后将通过相应的间隙排出，如可通过转子300与定子200在端部的缝隙排出，或者也可通过排气孔502以及相应的排气通道900排出；参照附图14中所示，还可进一步在与转子的叶轮部320和转轴部310连接处所对应的定子200上设置有相应的乏气通孔901，然后通过乏气通孔901将从相应的第一气浮通孔311或者第二气浮通孔325排出的气流沿气浮间隙从排气通道900排出。

另外，本发明所述的气动马达在外壳体100上还可设置有刹车气源入口103，同时在定子200上设置有刹车通孔201，所述刹车通孔201的一端与所述刹车气源入口103连通，刹车通孔201的另一端从定子200上与做功区400对应的内壁面穿出后与叶轮部320的外周壁面对应；所述刹车通孔201的轴线相对于其从定子200的内壁面上穿出处的法线为倾斜设置，并且刹车通孔201的轴线相对于对应法线的倾斜方向与动力通孔501的轴线相对于对应法线的倾斜方向相反。设置刹车通孔201的作用是通过向刹车气源入口103内通入具有一定压力的压缩气流，以从刹车通孔201排出并作用在叶轮部320上，进而起到对叶轮部320的刹车效果。即当转子300在由做功单元500驱动其高速转动时，当向刹车气源入口103内通入气流时，由于刹车通孔201的轴线相对于对应法线的倾斜方向与动力通孔501的轴线相对于对应法线的倾斜方向相反，因此从刹车通孔201排出的气流将对叶轮部320施加反向的阻力，以使转子300降速。

更优选的，参照附图8和附图10中所示，可进一步将所述刹车通孔201与动力通孔501设置在位于定子200的同一环面上，并且刹车通孔201设置在同一组做功单元500内的动力通孔501和排气孔502之间或者刹车通孔201设置在相邻的两个做功单元500之间。并且在设置有轴套壳110和端盖120时，可将所述刹车气源入口103也设置在端盖120上，并且在端盖120、轴套壳110和定子200内设置有相互连通的刹车气源通道700，通过所述刹车气源通道700使刹车气源入口103与刹车通孔201连通。相应的，刹车气源通道700可根据实际情况在相应的端盖120、轴套壳110和定子200内合适的位置进行设置；并且应当避免刹车气源通道700与气浮气源通道800、动力气源通道600或者与乏气通道900发生交叉干涉，以使各通道彼此独立。并且，当在动力通孔501的外周设置有环形的动力气槽601时，可将其部分圆弧段内的动力气槽601分割并作为与刹车通孔201对应连通的刹车气源通道700的一部分，具体可参照附图10中所示。不失一般性，刹车通孔201的数量也可根据实际情况设置有一个或者多个；参照附图10和附图14中所示，设置有四个刹车通孔201，并且四个刹车通孔201设置有两层，每层分布有两个。

另外，参照附图27至附图30中所示，本发明进一步在端盖120上还设置有测速孔121，在所述测速孔121内安装有测速传感器1200，在转子300上设置有与所述测速传感器1200对应的测速环带328。这样通过测速环带328与测速传感器1200的配合，即可实现对转子300转速的测定。其中，测速环带328可设置为由粗糙面326和光滑面327组成，并且所述粗糙面326和光滑面327分别呈半圆环形。这样，当转子300每转动一圈时，由于粗糙面326和光滑面327的交替变换，可触发测速传感器1200，进而实现测速。

另外，参照附图6中所示，本发明还可在沿转子300轴线方向，设置有整体贯穿气动马达的工作通孔1000，所述工作通孔1000与转子300同轴。这样设置的目的，是可使本发明所述的气动马达适用于一些需要在其内部设置通孔的使用条件下。相应的，可能需要在转子300、气道隔环1100以及端盖120上设置相应配合的通孔结构。