CN102606443B - 一种电磁直接驱动电液伺服泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁直接驱动电液伺服泵，包括电磁直接驱动泵阀模块A和电磁直接驱动泵阀模块B，电磁直接驱动泵阀模块A和电磁直接驱动泵阀模块B相同；其中，电磁直接驱动泵阀模块B，包括端盖(1)、阀芯(3)、泵体(4)、活塞(5)、端盖(7)、泵轴(8)、球铰套(9)、直线电机动子伸出杆(10)、直线电机(11)、密封圈(13)、密封圈(14)、活塞腔(15)、密封圈(31)、密封圈(32)、阀腔(33)；本发明直线电机直接驱动活塞吸排油，传动简单高效，无附加侧向力，减小了内摩擦损耗，在相同工艺水平下，比轴向柱塞泵具有更长的使用寿命。

Description

一种电磁直接驱动电液伺服泵

技术领域

本发明涉及一种电磁直接驱动电液伺服泵，属于液压泵技术领域。

背景技术

轴向柱塞泵是液压系统中重要的动力元件，广泛地应用在航空航天液压、工业液压和行走液压等领域，是现代液压元件中使用最广泛的液压元件之一。

目前最常用的轴向柱塞泵一般为旋转驱动形式，其结构包括泵轴、滑靴、柱塞、缸体、柱塞腔、配流盘和斜盘等，旋转电机的动子连接泵轴，驱动泵轴旋转，并带动缸体一起旋转，通过斜盘的作用，将旋转运动转化为柱塞的往复直线运动，通过柱塞腔容积的变化进行吸排油，并通过配流盘进行配油。这种结构的轴向柱塞泵体积小，重量轻，压力大，功率密度高。但是这种结构也存在以下两个方面的问题：

(1)旋转电机驱动轴向柱塞泵做旋转运动，在泵内通过斜盘将缸体的旋转运动转化为柱塞的往复直线运动，其直线驱动力是斜面对柱塞压力的一个分力，而另外一个分力则用于抵消斜面对柱塞的摩擦力。这个摩擦力通过一系列传动机构的传递，形成了在轴向柱塞泵中(以应用最广的斜盘式轴向柱塞泵为例)的斜盘-滑靴摩擦副、柱塞-柱塞腔摩擦副和缸体-配流盘摩擦副三个主要的摩擦运动副。这三个摩擦副在轴向柱塞泵工作过程中，尤其是高转速工况下，对泵的工作性能以及可靠性方面的影响很大，是造成柱塞泵性能降级甚至失效的重要因素。在目前的轴向柱塞泵中为了缓解摩擦带来的不利影响，采用通过一些缝隙流道的设计，在摩擦面上形成油膜润滑的办法，但这样又增加了泵的内泄，降低了泵的效率，并且并不能从根本上解决摩擦问题。

(2)随着节能概念的推广普及，在液压控制系统中越来越多地采用泵控的方式：通过对旋转驱动电机的转矩及转速的控制以及对斜盘等变量机构的控制，即对轴向柱塞泵的输出压力及流量的控制，来控制液压系统作动端的功率输出。相对于节流式阀控液压系统“保证充足能量供应，用不完的就丢掉”的控制方式来说，容积式泵控液压系统的“需要多少能量就供应多少能量”的方法效率更高，热损失更小，因此更加节能。但是正是旋转电机驱动轴向柱塞泵这种驱动方式，和轴向柱塞泵中可调倾角斜盘等变量机构本身的性能，成为了制约泵控系统发展的瓶颈。轴向柱塞泵中转动轴系上的一系列部件，包括缸体、柱塞和滑靴等，组合在一起的转动惯量，再加上旋转电机动子本身的转动惯量以及泵内各种摩擦阻力，对于旋转电机正反向的调速控制是一个较大负担；斜盘变量机构较为复杂的流道设计和较大的质量，使变量过程的调节既不精确也不快速等，这些因素都决定了泵控系统的动态响应能力与阀控系统相比有很大差距。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出一种电磁直接驱动电液伺服泵。

一种电磁直接驱动电液伺服泵，包括电磁直接驱动泵阀模块A和电磁直接驱动泵阀模块B，电磁直接驱动泵阀模块A和电磁直接驱动泵阀模块B相同。

其中，电磁直接驱动泵阀模块B，包括端盖(1)、阀芯(3)、泵体(4)、活塞(5)、端盖(7)、泵轴(8)、球铰套(9)、直线电机动子伸出杆(10)、直线电机(11)、密封圈(13)、密封圈(14)、活塞腔(15)、密封圈(31)、密封圈(32)、阀腔(33)。

直线电机(11)设有直线电机动子伸出杆(10)，直线电机动子伸出杆(10)的一端设有一个球铰套(9)，球铰套(9)与泵轴(8)的球铰连接，泵轴(8)贯穿泵体(4)，泵轴(8)能够在泵体(4)中做往复直线运动，泵体(4)靠近直线电机(11)的部分构成吸排油工作区(6)，在吸排油工作区(6)内，泵轴(8)与泵体(4)之间形成活塞腔(15)，泵轴(8)上固定连接活塞(5)，泵轴(8)作为活塞杆，与活塞(5)构成吸排油活塞，在活塞腔(15)内做往复直线运动，活塞腔(15)的前后两端分别设有第一径向通油孔(23)和第二径向通油孔(24)，用于连通管路；第一径向通油孔(23)和第二径向通油孔(24)的顶端形成活塞腔口；泵体(4)远离直线电机(11)的部分构成配流工作区(2)，在配流工作区(2)内，泵轴(8)与泵体(4)之间形成阀腔(33)，泵轴(8)构成阀芯(6)，阀腔(33)分别设有第三径向通油孔(25)、第四径向通油孔(26)、第五径向通油孔(27)、第六径向通油孔(28)和第七径向通油孔(29)，用于连通管路；第三径向通油孔(25)、第四径向通油孔(26)、第五径向通油孔(27)、第六径向通油孔(28)和第七径向通油孔(29)的顶端均形成配流阀口；阀腔(33)、径向通油孔和阀芯(3)构成了一个连续可调四通滑阀；在泵体(4)的两端分别安装有端盖(1)和端盖(7)，泵体(4)与端盖(1)通过4个螺钉(30)连接，泵体(4)与端盖(7)通过4个螺钉(12)连接，端盖(1)与泵体(4)、阀芯(3)之间分别通过密封圈(32)和密封圈(31)进行密封，端盖(7)与泵体(4)、泵轴(8)之间分别通过密封圈(14)密封圈(13)进行密封。

电磁直接驱动泵阀模块A中第一径向通油孔(16)的活塞腔口与电磁直接驱动泵阀模块B中第六径向通油孔(28)的配流阀口连通，电磁直接驱动泵阀模块A中第二径向通油孔(17)的活塞腔口与电磁直接驱动泵阀模块B中第四径向通油孔(26)的配流阀口连通，电磁直接驱动泵阀模块A中第三径向通油孔(18)的配流阀口与电磁直接驱动泵阀模块A中第七径向通油孔(22)的配流阀口连通，并且与第一油口连通，电磁直接驱动泵阀模块A中第五径向通油孔(20)的配流阀口与第二油口连通，电磁直接驱动泵阀模块B中第一径向通油孔(23)的活塞腔口与电磁直接驱动泵阀模块A中第六径向通油孔(21)的配流阀口连通，电磁直接驱动泵阀模块B中第二径向通油孔(24)与电磁直接驱动泵阀模块A中第四径向通油孔(19)的配流阀口连通，电磁直接驱动泵阀模块B中第三径向通油孔(25)的配流阀口与电磁直接驱动泵阀模块B中第七径向通油孔(29)的配流阀口连通，并且与第二油口连通，电磁直接驱动泵阀模块B中第五径向通油孔(27)的配流阀口与第一油口连通。

本发明的优点在于：

(1)直线电机直接驱动活塞吸排油，传动简单高效，无附加侧向力，减小了内摩擦损耗，在相同工艺水平下，比轴向柱塞泵具有更长的使用寿命；

(2)通过调节直线电机动子运动的幅度、频率和相位，可调整泵输出流量的大小及方向，控制灵活、简单；

(3)配流阀芯与直接驱动活塞一体化设计，整体结构紧凑，与很多泵中采用的单向阀被动式配流相比，双向主动配流阀的设计，提高了泵系统的可控性以及动态响应能力。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的单个电磁直驱式泵阀模块的结构图；

图3是本发明泵的正向排油工作原理示意图；

图4是本发明泵的正向排油时两个模块泵轴运动状态和泵的第一、第二油口吸排油状态；

图5是本发明泵的负向排油工作原理示意图；

图6是本发明泵的负向排油时两个模块泵轴运动状态和泵的第一、第二油口吸排油状态。

图中：

1-端盖                 2-配流工作区            3-阀芯

4-泵体                 5-活塞                  6-吸排油工作区

7-端盖                 8-泵轴                  9-球铰套

10-直线电机动子伸出杆  11-直线电机             12-螺钉

13-密封圈              14-密封圈               15-活塞腔

16-模块A第一径向通油孔 17-模块A第二径向通油孔  18-模块A第三径向通油孔

19-模块A第四径向通油孔 20-模块A第五径向通油孔  21-模块A第六径向通油孔

22-模块A第七径向通油孔 23-模块B第一径向通油孔  24-模块B第二径向通油孔

25-模块B第三径向通油孔 26-模块B第四径向通油孔  27-模块B第五径向通油孔

28-模块B第六径向通油孔 29-模块B第七径向通油孔  30-螺钉

31-密封圈              32-密封圈               33-阀腔

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种电磁直接驱动电液伺服泵，如图1所示，包括电磁直接驱动泵阀模块A和电磁直接驱动泵阀模块B，电磁直接驱动泵阀模块A和电磁直接驱动泵阀模块B结构相同。

其中，电磁直接驱动泵阀模块B如图2所示，包括端盖1、阀芯3、泵体4、活塞5、端盖7、泵轴8、球铰套9、直线电机动子伸出杆10、直线电机11、密封圈13、密封圈14、活塞腔15、密封圈31、密封圈32、阀腔33。

直线电机11装配有直线电机伸出杆10，直线电机动子伸出杆10的一端装配有一个球铰套9，球铰套9与泵轴8的球铰连接，泵轴8贯穿泵体4，泵轴8能够在泵体4中做往复直线运动，泵体8靠近直线电机11的部分构成吸排油工作区6，在吸排油工作区6内，泵轴8与泵体4之间形成活塞腔15，泵轴8上固定连接活塞5，泵轴8作为活塞杆，与活塞5构成吸排油活塞，在活塞腔15内做往复直线运动，活塞腔15的前后两端分别设有第一径向通油孔23和第二径向通油孔24(电磁直接驱动泵阀模块A中为第一径向通油孔16和第二径向通油孔17)，用于连通管路。第一径向通油孔23和第二径向通油孔24的顶端形成活塞腔口。无论活塞5向活塞腔15左右哪个方向运动，活塞5的两边始终是一边通过径向通油孔进行吸油，一边通过径向通油孔进行排油。活塞5的正向速度设为其速度方向为远离直线电机11的方向，活塞5的负向速度设为其速度方向为靠近直线电机11的方向。

泵体4远离直线电机11的部分构成配流工作区2，在配流工作区2内，泵轴8与泵体4之间形成阀腔33，泵轴8构成阀芯3，阀腔33分别设有第三径向通油孔25、第四径向通油孔26、第五径向通油孔27、第六径向通油孔28和第七径向通油孔29(电磁直接驱动泵阀模块A中为第三径向通油孔18、第四径向通油孔19、第五径向通油孔20、第六径向通油孔21和第七径向通油孔22)，用于连通管路。第三径向通油孔25、第四径向通油孔26、第五径向通油孔27、第六径向通油孔28和第七径向通油孔29的顶端均形成配流阀口。阀腔33、径向通油孔和阀芯3构成了一个连续可调四通滑阀，该阀的零位定义为阀芯3处于左右对称阀腔33的中间位置，此时各配流阀口均不连通，并且此时在吸排油工作区6内，活塞5处于活塞腔15的中间位置。该阀的正位置定义为阀芯3较其零位位置更加远离直线电机11的位置；该阀的负位置定义为阀芯3较其零位位置更加靠近直线电机11的位置。

在泵体4的两端分别安装有端盖1和端盖7，端盖1通过4个螺钉30固定在泵体4上，端盖1与泵体4之间设有密封圈32，端盖1与泵轴8之间设有密封圈31，端盖7通过4个螺钉12固定在泵体4上，端盖7与泵轴8之间设有密封圈14，端盖7与泵轴8之间设有密封圈13。

如图3所示，电磁直接驱动泵阀模块A中第一径向通油孔16的活塞腔口与电磁直接驱动泵阀模块B中第六径向通油孔28的配流阀口连通，电磁直接驱动泵阀模块A中第二径向通油孔17的活塞腔口与电磁直接驱动泵阀模块B中第四径向通油孔26的配流阀口连通，电磁直接驱动泵阀模块A中第三径向通油孔18的配流阀口与电磁直接驱动泵阀模块A中第七径向通油孔22的配流阀口连通，并且与第一油口连通，电磁直接驱动泵阀模块A中第五径向通油孔20的配流阀口与第二油口连通，电磁直接驱动泵阀模块B中第一径向通油孔23的活塞腔口与电磁直接驱动泵阀模块A中第六径向通油孔21的配流阀口连通，电磁直接驱动泵阀模块B中第二径向通油孔24与电磁直接驱动泵阀模块A中第四径向通油孔19的配流阀口连通，电磁直接驱动泵阀模块B中第三径向通油孔25的配流阀口与电磁直接驱动泵阀模块B中第七径向通油孔29的配流阀口连通，并且与第二油口连通，电磁直接驱动泵阀模块B中第五径向通油孔27的配流阀口与第一油口连通。

电磁直接驱动电液伺服泵的工作原理为：

(1)如图3所示，当模块A的直线电机11驱动模块A的活塞5正向运动，且此时模块B的阀芯3处于正位置时，模块A的活塞5向图中所示右侧压油，油液从模块A第二径向通油孔17排出进入模块B第四径向通油孔26，此时模块B第四径向通油孔26与模块B第五径向通油孔27连通，油液从模块B第五径向通油孔27排出，汇入泵的第一油口，从泵的第一油口排出泵；同时，模块A的活塞5图中所示方向左侧吸油，油液从泵的第二油口进入泵，进入模块B第七径向通油孔29，此时模块B第七径向通油孔29与模块B第六径向通油孔28连通，油液从模块B第六径向通油孔28经模块A第一径向通油孔16进入模块A左侧活塞腔11，完成吸油。若此时模块B的活塞5负向运动，即按图中所示方向，右侧排油，左侧吸油，而此时模块A的阀芯3处于正位置，则油液经模块B第一径向通油孔23、模块A第六径向通油孔21、模块A第七径向通油孔22，从泵的第一油口排出；经模块A第五径向通油孔20、模块B第七径向通油孔29、模块B第二径向通油孔24，从泵的第二油口吸入。综合上面两个模块的运动及位置关系，此时泵的状态为第一油口排油，第二油口吸油。

此时两个模块泵轴运动状态和泵的第一、第二油口吸排油状态如图4所示，流量为正代表排油，流量为负代表吸油。

(2)如图5所示，当模块A的直线电机11驱动模块A的活塞5负向运动，且此时模块B的阀芯3处于正位置时，模块A的活塞5向图中所示左侧压油，油液从模块A第一径向通油孔16排出进入模块B第六径向通油孔28，此时模块B第六径向通油孔28与模块B第七径向通油孔29连通，油液从模块B第七径向通油孔29排出，汇入泵的第二油口，从泵的第二油口排出泵；同时，模块A的活塞5图中所示方向右侧吸油，油液从泵的第一油口进入泵，进入模块B第五径向通油孔27，此时模块B第五径向通油孔27与模块B第四径向通油孔26连通，油液从模块B第四径向通油孔26经模块A第二径向通油孔17进入模块A右侧活塞腔15，完成吸油。若此时模块B的活塞5正向运动，即按图中所示方向，右侧吸油，左侧排油，而此时模块A的阀芯3处于正位置，则油液经模块A第二径向通油孔24、模块A第四径向通油孔19、模块A第五径向通油孔20，从泵的第二油口排出；经模块A第七径向通油孔22、模块A第六径向通油孔21、模块B第一径向通油孔23，从泵的第一油口吸入。综合上面两个模块的运动及位置关系，此时泵的状态为第一油口吸油，第二油口排油。

此时两个模块泵轴运动状态和泵的第一、第二油口吸排油状态如图6所示，流量为正代表排油，流量为负代表吸油。

(3)综合以上可以看出，若对外接负载系统进行正反向伺服控制，只需控制两个模块泵轴运动之间的相位差，即可完成换向。控制活塞往复直线运动的幅值和频率，即可完成流量大小的控制。

本发明的一种电磁直接驱动的电液伺服泵，包括成对配置的直线电机、直接驱动活塞、配流阀。直线电机的动子伸出杆与直接驱动活塞杆端部铰接，直接驱动活塞的活塞杆与配流阀的阀芯设计为一体，配流阀为成对配置的另一个直接驱动活塞的吸排油进行配流。

电磁式直线电机对吸排油活塞进行直接的直线往复式驱动，活塞在往复运动过程中双边工作。直线电机的动子与吸排油活塞杆端部铰接，驱动方式为直线驱动，无中间的传动机构。直接驱动活塞在运动过程中，一边排油的同时，一边吸油，始终保持双边同时工作。

两个模块配对工作，单个泵组内通过与直接驱动活塞一体的配流阀，为配对的直接驱动活塞的吸排油进行配流。配流阀是一个连续可调的四通滑阀，其阀芯与直接驱动活塞为同一根轴，在直接驱动活塞做直线往复运动的同时，配流阀的阀芯做相同运动，调节配流阀内流场的流向与流速，为另外一组直接驱动活塞的吸排油进行配流。

Claims (5)

1.一种电磁直接驱动电液伺服泵，其特征在于，包括电磁直接驱动泵阀模块A和电磁直接驱动泵阀模块B，电磁直接驱动泵阀模块A和电磁直接驱动泵阀模块B结构相同；

其中，电磁直接驱动泵阀模块B，包括第一端盖(1)、阀芯(3)、泵体(4)、活塞(5)、第二端盖(7)、泵轴(8)、球铰套(9)、直线电机动子伸出杆(10)、直线电机(11)、活塞腔(15)、和阀腔(33)；

直线电机(11)设有直线电机动子伸出杆(10)，直线电机动子伸出杆(10)的一端设有一个球铰套(9)，球铰套(9)与泵轴(8)的球铰连接，泵轴(8)贯穿泵体(4)，泵轴(8)能够在泵体(4)中做往复直线运动，泵体(4)靠近直线电机(11)的部分构成吸排油工作区(6)，在吸排油工作区(6)内，泵轴(8)与泵体(4)之间形成活塞腔(15)，泵轴(8)上固定连接活塞(5)，泵轴(8)作为活塞杆，与活塞(5)构成吸排油活塞，在活塞腔(15)内做往复直线运动，活塞腔(15)的前后两端分别设有第一径向通油孔(23)和第二径向通油孔(24)，用于连通管路；第一径向通油孔(23)和第二径向通油孔(24)的顶端形成活塞腔口；泵体(4)远离直线电机(11)的部分构成配流工作区(2)，在配流工作区(2)内，泵轴(8)与泵体(4)之间形成阀腔(33)，泵轴(8)构成阀芯(3)，阀腔(33)分别设有第三径向通油孔(25)、第四径向通油孔(26)、第五径向通油孔(27)、第六径向通油孔(28)和第七径向通油孔(29)，用于连通管路；第三径向通油孔(25)、第四径向通油孔(26)、第五径向通油孔(27)、第六径向通油孔(28)和第七径向通油孔(29)的顶端均形成配流阀口；阀腔(33)、第三径向通油孔(25)、第四径向通油孔(26)、第五径向通油孔(27)、第六径向通油孔(28)和第七径向通油孔(29)和阀芯(3)构成了一个连续可调四通滑阀；在泵体(4)的两端分别安装有第一端盖(1)和第二端盖(7)；

电磁直接驱动泵阀模块A中第一径向通油孔(16)的活塞腔口与电磁直接驱动泵阀模块B中第六径向通油孔(28)的配流阀口连通，电磁直接驱动泵阀模块A中第二径向通油孔(17)的活塞腔口与电磁直接驱动泵阀模块B中第四径向通油孔(26)的配流阀口连通，电磁直接驱动泵阀模块A中第三径向通油孔(18)的配流阀口与电磁直接驱动泵阀模块A中第七径向通油孔(22)的配流阀口连通，并且与第一油口连通，电磁直接驱动泵阀模块A中第五径向通油孔(20)的配流阀口与第二油口连通，电磁直接驱动泵阀模块B中第一径向通油孔(23)的活塞腔口与电磁直接驱动泵阀模块A中第六径向通油孔(21)的配流阀口连通，电磁直接驱动泵阀模块B中第二径向通油孔(24)与电磁直接驱动泵阀模块A中第四径向通油孔(19)的配流阀口连通，电磁直接驱动泵阀模块B中第三径向通油孔(25)的配流阀口与电磁直接驱动泵阀模块B中第七径向通油孔(29)的配流阀口连通，并且与第二油口连通，电磁直接驱动泵阀模块B中第五径向通油孔(27)的配流阀口与第一油口连通。

2.根据权利要求1所述的一种电磁直接驱动电液伺服泵，其特征在于，所述的活塞(5)的正向速度设为其速度方向为远离直线电机(11)的方向，活塞(5)的负向速度设为其速度方向为靠近直线电机(11)的方向。

3.根据权利要求1所述的一种电磁直接驱动电液伺服泵，其特征在于，所述的连续可调四通滑阀的零位定义为阀芯(3)处于左右对称阀腔(33)的中间位置，此时各配流阀口均不连通，并且此时在吸排油工作(6)区内，活塞(5)处于活塞腔(15)的中间位置；连续可调四通滑阀的正位置定义为阀芯(3)较其零位位置更加远离直线电机(11)的位置；该阀的负位置定义为阀芯(3)较其零位位置更加靠近直线电机(11)的位置。

4.根据权利要求1所述的一种电磁直接驱动电液伺服泵，其特征在于，所述的第一端盖(1)与泵体(4)通过螺钉(30)连接，第一端盖(1)与泵轴(8)之间有密封圈(31)，第一端盖(1)与泵体(4)之间有密封圈(32)。

5.根据权利要求1所述的一种电磁直接驱动电液伺服泵，其特征在于，所述的第二端盖(7)与泵体(4)通过螺钉(12)连接，第二端盖(7)与泵轴(8)之间有密封圈(13)，第二端盖(7)与泵轴(8)之间有密封圈(14)。