CN111425471B - 一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及了一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，包括直线电机，柱塞泵，单向阀组，换向阀，蓄能器，非对称液压缸，力传感器和位移传感器，控制器。其特点在于直线电机采用Halbach永磁阵列提升驱动能力，直线电机动子直接驱动非对称柱塞泵活塞，柱塞泵两工作腔交替吸入非对称液压缸一腔中的液压油并将其泵入非对称液压缸另一腔中；液压油的流向即非对称液压缸活塞杆的运动方向由二位四通换向阀决定；控制器通过力传感器和位移传感器检测非对称液压缸输出力和位移，并生成电机控制信号和换向阀控制信号，对非对称液压缸输出力和位移进行实时控制。本发明融合电磁直驱与泵控直驱的技术优势，具有结构简单、效率高，动态性能好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种电动静液作动***技术领域，特别是一种电磁直驱静液作动***。
背景技术
电动静液作动***（EHA, Electro Hydrostatic Actuator）是由电动机、泵、执行器等组成的体积控制***，是一个高度集成的局部液压驱动***。与传统的液压***不同，其通过电信号控制驱动单元，直接驱动泵，控制泵输出的压力和流量，实现对驱动元件位移的精确控制。因此，电动静液作动***不仅具有传统液压***动态稳定性高、响应速度快的优点，而且有效地减少了体积和质量，实现了模块化和分布式，提高了驱动***的可靠性和可维护性，被广泛应用在工业中，如航空，航天，机器人，汽车等领域。
电动静液作动***多采用旋转电机与液压泵组合的组成方式，其中柱塞泵、齿轮泵以及旋转电机技术都较为成熟。但是其自身存在着一些问题（可靠性与寿命、***动态以及余度配置困难）。焦宗夏等学者提出了应用直线电机作为驱动单元的电动静液作动***。与应用旋转电机的电动静液作动***相比，由于无需运动转换机构，结构更简单，并且直线电机具有更快的响应速度和更高的控制精度。
采用阀控制作动***工作的电动静液作动***，存在功率损失大等缺点；非直驱泵控或旋转电机泵控的静液作动***电机响应速度慢、结构复杂、旋转惯性大，且满足压力控制精度的电机生产成本较高，直驱泵控是解决现有阀控静液作动***能量消耗大，普通泵控静液作动***动态性能低等难点的一种有效途径。
本发明提出了一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，通过高密度动磁式直线电机直接驱动柱塞泵来实现液压油的输出，结构简单，无需运动转换机构、动力传输路线缩短，有效的提高了工作效率，节能效果好；通过直线电机和换向阀来控制非对称液压缸的动作，响应更加迅速，动态性能好。
发明内容
设计一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***目的在于，通过高密度动磁式直线电机直接驱动柱塞泵来实现液压油的输出，结构简单，无需运动转换机构、动力传输路线缩短，有效的提高了工作效率，节能效果好；通过直线电机和换向阀来控制非对称液压缸的动作，响应更加迅速，动态性能好。
本发明提供了一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，包括直线电机（1），柱塞泵（2），单向阀组（3），换向阀（4），蓄能器（5），溢流阀（6），非对称液压缸（7），力传感器（8）和位移传感器（9），控制器（10）。柱塞泵（2）被活塞分为左右两工作腔；所述柱塞泵（2）左右两工作腔出口、进口分别通过单向阀组（3）与非对称液压缸（7）无杆腔和有杆腔相连，换向阀（4）、蓄能器（5）、溢流阀（6）进、出口分别与非对称液压缸（7）无杆腔和有杆腔通过管路相连；非对称液压缸（7）与力传感器（8）和位移传感器（9）相连接；直线电机（1）动子直接驱动柱塞泵（2）活塞，柱塞泵（2）两工作腔交替吸入非对称液压缸（7）一腔中的液压油并将其泵入非对称液压缸（7）另一腔中；非对称液压缸（7）中液压油的流向即非对称液压缸（7）活塞杆的运动方向由换向阀（4）决定，换向阀（4）为二位四通换向阀；力传感器（8）和位移传感器（9）分别检测非对称液压缸输出力和位移大小，并生成反馈信号发送至控制器（10），控制器将该反馈信号生成电机控制信号和换向阀控制信号，并将该控制信号发送至直线电机（1）和换向阀（4）。
所述的电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，其特征在于直线电机（1）采用Halbach永磁阵列提升气隙磁密，直线电机（1）动子为动圈式或者动磁式。
所述的电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，其特征在于单向阀组（3）包含4个相同的被动单向阀，其中第一单向阀为左工作腔进口单向阀，第二单向阀为左工作腔出口单向阀，第三单向阀为右工作腔出口单向阀，第四单向阀为工作缩腔进口单向阀；第一单向阀与第四单向阀相连并与非对称液压缸（7）包括有杆腔连通；第二单向阀与第三单向阀相连并与非对称液压缸（7）无杆腔连通。
所述的电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，其特征在于控制器（10）根据非对称液压缸（7）的工作情况控制直线电机（1）输出力的大小。
所述的电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，其特征在于其控制方法包括以下步骤：
非对称液压缸（7）活塞杆正向移动：
S11所述控制器（10）控制电缆向直线电机（1）、换向阀（4）输入电能，换向阀（4）切换到正向工位，直线电机（1）动子运动；
S12所述直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞进行往复运动，柱塞泵吸入非对称液压缸（7）无杆腔中的液压油并将其泵入非对称液压缸（7）有杆腔中；
非对称液压缸（7）活塞杆反向移动：
S21所述控制器（10）控制电缆向直线电机（1）、换向阀（4）输入电能，换向阀（4）切换到反向工位，直线电机（1）动子运动；
S22所述直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞进行往复运动，柱塞泵吸入非对称液压缸（7）有杆腔中的液压油并将其泵入非对称液压缸（7）有无杆腔中。
本发明涉及的一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，控制器通过电缆进行能量传递，通过直线电机和换向阀控制非对称液压缸，传感器检测输出位移和力等，生成反馈信号反馈给控制器，形成闭环控制。
本发明涉及的一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，采用Halbach永磁阵列的直线电机直接驱动柱塞泵活塞进行往复运动输出液压油，结构简单，无需运动转换机构、动力传输路线缩短，有效提高工作效率高，节能效果好。
本发明涉及的一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，在单向阀组的作用下，实现柱塞泵泵腔液压油的同时排油与吸油，提高了工作效率，通过换向阀实现对非对称液压缸压力杆的双向运动，使得静液作动***更具灵活性。
本发明涉及的一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，融合电磁直驱与泵控直驱的技术优势，具有结构简单、效率高，动态性能好等优点，投入产业化应用后将带来巨大的经济效益。
附图说明
图1为本发明的一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***结构示意图。
图2为本发明的一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***非对称液压缸活塞杆正向移动时的液流方向。
图3为本发明的一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***非对称液压缸活塞杆反向移动时的液流方向。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1至3所示，一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，其特征在于，包括直线电机（1），柱塞泵（2），单向阀组（3），换向阀（4），蓄能器（5），溢流阀（6），非对称液压缸（7），力传感器（8）和位移传感器（9），控制器（10）。其特征包括：柱塞泵（2）被活塞分为左右两工作腔；所述柱塞泵（2）左右两工作腔出口、进口分别通过单向阀组（3）与非对称液压缸（7）无杆腔和有杆腔相连，换向阀（4）、蓄能器（5）、溢流阀（6）进、出口分别与非对称液压缸（7）无杆腔和有杆腔通过管路相连；非对称液压缸（7）与力传感器（8）和位移传感器（9）相连接；直线电机（1）动子直接驱动柱塞泵（2）活塞，柱塞泵（2）两工作腔交替吸入非对称液压缸（7）一腔中的液压油并将其泵入非对称液压缸（7）另一腔中；非对称液压缸（7）中液压油的流向即非对称液压缸（7）活塞杆的运动方向由换向阀（4）决定，换向阀（4）为二位四通换向阀；力传感器（8）和位移传感器（9）分别检测非对称液压缸输出力和位移大小，并生成反馈信号发送至控制器（10），控制器将该反馈信号生成电机控制信号和换向阀控制信号，并将该控制信号发送至直线电机（1）和换向阀（4）。
直线电机（1）采用Halbach永磁阵列提升气隙磁密，直线电机（1）动子为动圈式或者动磁式。
单向阀组（3）包含4个相同的被动单向阀，其中第一单向阀为左工作腔进口单向阀，第二单向阀为左工作腔出口单向阀，第三单向阀为右工作腔出口单向阀，第四单向阀为工作缩腔进口单向阀；第一单向阀与第四单向阀相连并与非对称液压缸（7）包括有杆腔连通；第二单向阀与第三单向阀相连并与非对称液压缸（7）无杆腔连通。
控制器（10）根据非对称液压缸（7）的工作情况控制直线电机（1）输出力的大小。
所述的电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***的控制方法包括以下步骤：
非对称液压缸（7）活塞杆正向移动：
S11所述控制器（10）控制电缆向直线电机（1）、换向阀（4）输入电能，换向阀（4）切换到正向工位，直线电机（1）动子运动；
S12所述直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞进行往复运动，柱塞泵吸入非对称液压缸（7）无杆腔中的液压油并将其泵入非对称液压缸（7）有杆腔中；
非对称液压缸（7）活塞杆反向移动：
S21所述控制器（10）控制电缆向直线电机（1）、换向阀（4）输入电能，换向阀（4）切换到反向工位，直线电机（1）动子运动；
S22所述直线电机（1）的动子直接驱动柱塞泵（2）活塞进行往复运动，柱塞泵吸入非对称液压缸（7）有杆腔中的液压油并将其泵入非对称液压缸（7）有无杆腔中。
本发明提出了一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，通过高密度动磁式直线电机直接驱动柱塞泵来实现液压油的输出，结构简单，无需运动转换机构、动力传输路线缩短，有效的提高了工作效率，节能效果好；通过直线电机和换向阀来控制非对称液压缸的动作，响应更加迅速，动态性能好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，其特征在于，包括直线电机(1)，柱塞泵(2)，单向阀组(3)，换向阀(4)，蓄能器(5)，溢流阀(6)，非对称液压缸(7)，力传感器(8)和位移传感器(9)，控制器(10)；其特征包括：所述直线电机(1)采用Halbach永磁阵列提升气隙磁密，直线电机(1)动子为动圈式或者动磁式，直线电机(1)动子直接驱动柱塞泵(2)活塞，柱塞泵(2)两非对称工作腔交替吸入非对称液压缸(7)一腔中的液压油并将其泵入非对称液压缸(7)另一腔中；所述柱塞泵(2)左右两非对称工作腔出口、进口分别通过单向阀组(3)中出液单向阀、进液单向阀相连，不同工作腔的出液单向阀、进液单向阀分别相连之后与换向阀(4)进口相连，换向阀(4)出口与非对称液压缸(7)无杆腔和有杆腔分别相连；所述蓄能器(5)为低压蓄能器，通过两单向阀分别与非对称液压缸(7)无杆腔和有杆腔相连；溢流阀(6)进出口分别与非对称液压缸(7)无杆腔和有杆腔相连，且两溢流阀(6)的进口连接的管路不同；所述非对称液压缸(7)中液压油的流向即非对称液压缸(7)活塞杆的运动方向由换向阀(4)决定，换向阀(4)为二位四通换向阀；单向阀组(3)包含4个相同的被动单向阀，其中第一单向阀为左工作腔进口单向阀，第二单向阀为左工作腔出口单向阀，第三单向阀为右工作腔出口单向阀，第四单向阀为右工作腔进口单向阀；第一单向阀与第四单向阀相连，第二单向阀与第三单向阀相连；控制器(10)根据力传感器(8)和位移传感器(9)检测非对称液压缸(7)的工作情况控制直线电机(1)与换向阀(4)。
2.根据权利要求1所述的电磁直驱柱塞泵驱动的静液作动***，其特征在于其控制方法包括以下步骤：
S1所述控制器(10)控制电缆向直线电机(1)、换向阀(4)输入电能，直线电机(1)动子运动，换向阀(4)切换到正向工位；
S2所述直线电机(1)的动子直接驱动柱塞泵(2)活塞进行往复运动，柱塞泵吸入非对称液压缸(7)无杆腔中的液压油并将其泵入非对称液压缸(7)有杆腔中，非对称液压缸(7)活塞杆正向运动；
S3所述换向阀(4)切换到反向工位，非对称液压缸(7)活塞杆反向运动；
S4所述控制器(10)根据力传感器(8)和位移传感器(9)检测非对称液压缸(7)的工作情况，通过控制直线电机(1)运动频率、幅值，控制非对称液压缸(7)活塞杆的位移与速度。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |