CN110617246A - 基于Halbach阵列双向磁悬浮联轴节的二维半桥式电液比例换向阀 - Google Patents
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Abstract
基于Halbach阵列双向磁悬浮联轴节的二维半桥式电液比例换向阀，包括二维半桥式电液比例换向阀本体、比例电磁铁和Halbach阵列双向磁悬浮联轴节，二维半桥式电液比例换向阀本体是由阀芯和阀体所组成的2D阀，阀体的左端安装有一个双向比例电磁铁，阀芯的左端装有一个Halbach阵列双向磁悬浮联轴节，阀芯通过Halbach阵列双向磁悬浮联轴节连接双向比例电磁铁；轭铁的极靴表面贴有轭铁Halbach阵列磁片，与轭铁极靴表面相对应的斜翼动子上下两侧翼面上贴有Halbach阵列磁片，从而形成磁排斥力，而该磁排斥力使得斜翼动子可以无须借助任何机械结构，纯粹靠磁力“悬浮”在轭铁中间；阀芯左端的左端高压圆形孔、右端高、低压圆形孔和感受通道构成四通转阀，并串联形成液压阻力半桥，控制阀芯两端的左敏感腔和右敏感腔的压力。
Description
技术领域
本发明属于流体传动及控制领域中电液比例控制技术用的流量和换向控制阀，尤其涉及一种基于Halbach阵列双向磁悬浮联轴节的二维半桥式电液比例换向阀。
背景技术
电液伺服控制技术自上世纪四十年代出现以来，便以其功率重量比高、输出力(力矩)大和静动态特性优异等显著特点在机电传动与控制技术中占据了高端位置，重点应用于航空航天、军用武器、船舶、大型电站、钢铁等各种战略工业场合，从而取得了巨大成功。但电液伺服阀对油液污染极其敏感、应用和维护条件苛刻，加上追求零位特性以满足闭环控制的要求，对关键零部件的加工和装配精度要求十分严苛，较难被工业界接受，人们普遍希望能有一种性能可靠、物美价廉、控制精度和响应特性均能满足工业控制系统实际需要的控制技术，在此背景下电液比例控制技术应运而生。1967年瑞士布林格尔(Beringer)公司首次将比例式电-机械转换器(比例电磁铁)用于工业液压阀，生产出的KL型比例换向阀被认为是世界上最早的比例阀。到了二十世纪七、八十年代，由于压力、流量、位移和动压等各种反馈和电校正手段的应用，比例阀的静动态特性大大提高，加之与最新的插装技术深度融合，电液比例控制技术进入了一个黄金时代。发展到今天，几乎所有的传统流量、压力和换向阀，都可以找到对应的电液比例阀产品，其在工业生产中获得了越来越广泛的应用。
比例换向阀要求实现对阀芯的位移(位置)进行连续的比例定位控制，最简单的方式就是通过弹簧将比例电磁铁输出的推力线性地转换为阀芯的位移，这也是单级或直动比例换向阀或流量阀的基本工作原理。然而，油液流经阀口由于伯努利效应，会对阀芯作用一个液动力(也称为伯努利力)，该力的大小与阀口的开口面积和压降乘积成正比，因而直动比例阀随着阀口压差的增大，阀的比例特性明显变差，甚至出现随着阀口压差增加通过比例阀的流量反而减小的不正常现象。因而，按照电磁铁推力与弹簧力相平衡控制阀芯位置的原理只适用于小流量的比例阀，实际应用的最大工作流量一般在15L/min(最大工作压力为21MPa)以下。此外，为了实现轴向静压力的平衡，直动式比例换向阀或流量阀皆采用滑阀结构，容易受到摩擦力及油液污染的影响出现“卡滞”现象。直动式比例换向阀或流量阀如果要获得较好比例特性，阀芯与阀芯孔之间的配合必须达到较高精度，尤其是对摩擦力较为敏感的圆柱度。比如国外某公司φ6通径比例阀阀芯的精度，圆柱度在1微米以内，如此高的圆柱度已同伺服阀阀芯的精度要求相近，国内普通液压件生产厂家难以做到，这也是国产的直动比例换向阀性能不理想的主要原因之一。采用线性位移传感器(LVDT)对阀芯位置进行测量和闭环控制，构成电反馈型直动比例换向阀，可以在很大程度上提高阀芯的定位刚度和控制精度，最终使电反馈直动比例阀可以像伺服阀那样应用于液压系统的闭环控制(这种阀称为比例伺服阀)，但终因受到磁饱和限制，比例电磁铁输出力有限，无法从根本上解决高压、大流量下液动力的影响问题，在高压(压差大)和大流量的工作状态下仍然会出现流量饱和现象。
消除液动力影响、提高液压阀的过流能力，最根本的办法是采用导控(先导控制)技术。早在1936年美国工程师Harry Vickers为了解决因液动力影响直动溢流阀无法实现高压、大流量系统的压力控制问题发明了导控溢流阀，其基本思想是采用一通径较小的导阀控制静压力，驱动主阀芯运动，因该液压推力比油液流经阀口时所产生液动力大得多，足以消除其对主阀芯运动与控制产生的不利影响。导控的思想后来被广泛地应用于其它液压阀的设计，使液压系统高压、大流量控制成为了现实。后来的各种电液伺服控制元件也是沿用了先导控制的设计思想，其中也包括了电液比例阀。
在众多的导控级结构创新之中，基于阀芯双运动自由度(Two Dimensional，2D或二维)设计的流量放大机构将原本分立的导控级和功率级合二为一，集成于单个阀芯上，不但结构简单、动态响应快，更重要的是阀的抗污染能力得到了极大的提高。阮健等提出一种直动-导控一体化的2D电液比例换向阀，通过压扭放大技术将2D阀与比例电磁铁相结合，使其兼具直动和导控电液比例换向阀各自的优点，加之抗污染能力强，对加工精度无特殊的高要求，具有很好的大规模生产与应用的前景。该阀的主要问题在于起到压扭放大作用的压扭联轴节为一滚轮斜面机械机构，其存在摩擦力和装配间隙等非线性环节，对于电液比例阀的线性度、重复度和滞环等静态特性会造成较大的影响。
Halbach永磁阵列的概念最早是由美国劳伦斯伯克利国家实验室的KlausHalbach教授提出，并在20世纪90年代被国内外研究机构相继成功应用于新一代的粒子加速器、自由电子激光装置、同步辐射装置等高能物理领域中。Halbach阵列是一种新型永磁体排列方式，它将不同磁化方向的永磁体按照一定的顺序排列，使得阵列一边的磁场显著增强而另一边显著减弱，且很容易得到在空间较理想正弦分布的磁场。Halbach阵列的这些特性使其在电磁元器件和永磁电机领域中具有广阔的应用前景，Halbach阵列在学术界和工业界都受到了广泛的关注。近十几年来，在权威期刊和国际会议上，有很多与Halbach阵列相关的文献出现。有些知名大学(如MIT、东京大学)已经对Halbach阵列的应用进行了卓有成效的研究。
发明内容
为了解决传统的2D电液比例换向阀的机械式压扭联轴器对其线性度、重复度和滞环等静态特性所造成的影响，本发明提供一种基于Halbach阵列双向磁悬浮联轴节的二维半桥式电液比例换向阀。
本发明的基于Halbach阵列双向磁悬浮联轴节的二维半桥式电液比例换向阀，包括二维半桥式电液比例换向阀本体、比例电磁铁和Halbach阵列双向磁悬浮联轴节，其中二维半桥式电液比例换向阀本体是由阀芯8和阀体9所组成的2D阀，阀体9的左端安装有一个双向比例电磁铁2，阀芯8的左端装有一个双向磁悬浮联轴节，阀芯8通过Halbach阵列双向磁悬浮联轴节连接双向比例电磁铁2；
所述的Halbach阵列双向磁悬浮联轴节包括直线轴承5、轭铁6、固定销7、斜翼动子13、轭铁Halbach阵列磁片14、斜翼动子Halbach阵列磁片15和弹簧卡圈16，其中为了使轭铁6只能作水平直线运动，直线轴承5套在固定销7上并安装于轭铁6的上下两端。轭铁6前后侧各有两个极靴，且均呈以垂直于轭铁6平面、竖直向上的轴为中心轴的180°阵列特征。轭铁6的极靴表面贴有轭铁Halbach阵列磁片14，斜翼动子13上与轭铁6极靴表面相对应的上下两侧翼面上贴有Halbach阵列磁片15，从而形成磁排斥力，而该磁排斥力使得斜翼动子13可以无须借助任何机械结构，纯粹靠磁力“悬浮”在轭铁6中间。轭铁Halbach阵列磁片14和斜翼动子Halbach阵列磁片15是由各自三块不同磁化方向的磁块所组成的组合体，使得阵列气隙边(即轭铁Halbach阵列磁片14与斜翼动子halbach阵列磁片15两者之间隔开的间隙)的磁场显著增强而非气隙边显著减弱的所谓“磁单边特性”，从而有效的提高气隙磁场强度和整个磁悬浮联轴节的电磁刚度，具体各自磁块的排列顺序如图8所示。轭铁6的极靴表面和斜翼动子13的翼面都有相同的倾角β，且均呈以垂直于水平面、竖直向上的轴为中心轴的180°阵列特征，以此形成前后各两个相同高度的倾斜工作气隙，斜翼动子13可旋转地置于轭铁6的中间位置，可旋转一定角度。
阀芯8可转动并可轴向移动地设置在阀体9内孔中。双向比例电磁铁2固定在左侧端盖4上。阀体9内孔上依次开有T口、A口、P口、B口、T口，其中P口为进油口，此处压力为系统压力，阀芯8中部上设有两个台肩，两个中部台肩分别位于A口和B口上方。2D阀的阀芯8和双向磁悬浮联轴节的斜翼动子13通过键进行连接，并通过弹簧卡圈进行轴向固定。此外，在阀芯8中部(阀芯上四个台肩的对称中心位置)开设了一个与P口相通的高压孔a，在阀芯8左端开设了一个与左侧敏感腔g相通的高压圆形孔b。高压圆形孔b使得左侧敏感腔g恒通高压，阀芯8的右端台肩上开设了一对分别与P口和T口相通的高、低压圆形孔(c和f)。同时，在阀体9右端的内孔壁上相应地也开设一条与右侧敏感腔h相通的感受通道e。左端高压圆形孔b、右端高、低压圆形孔(c和f)和感受通道e构成四通转阀，并串联形成液压阻力半桥，控制阀芯8两端的左敏感腔g和右敏感腔h的压力。左端的双向比例电磁铁2、阀体9的左端部和左侧端盖4所形成的密闭容腔为左敏感腔g，右敏感腔h是由阀芯8、阀体9的内孔和端板12所形成的密闭容腔，双向磁悬浮联轴节置于敏感腔g内。两个弹簧3分别安装于双向磁悬浮联轴节的两侧，其主要实现双向比例电磁铁2的输出力与位移的转换，并起消除间隙和零位对中(双向比例电磁铁2不通电时，导控桥路转动对中，主阀轴向开口处于零位对中状态)的作用。
优选地，左侧端盖4固定在2D阀的阀体9上，阀体9右侧内孔中放有环塞11，为了防止2D阀中的油液从阀体9右侧泄露，盖板12固定在阀体9的右端。
本发明的有益效果主要表现在：
1、本发明所设计的二维半桥式电液比例换向阀，其双向磁悬浮联轴节采用了非接触式的“磁悬浮”设计，从而从根本上避免了压扭联轴节固有的间隙、摩擦磨损对阀的线性度、重复度和滞环等静态特性带来的影响。
2、本发明所设计的二维半桥式电液比例换向阀，其双向磁悬浮联轴节可以实现双向压扭，与双向的线性电-机械转换器配合使用，可以实现双向比例控制的功能。
3、本发明所设计的二维半桥式电液比例换向阀，失压后阀腔内无油液流动，阀芯不受液动力和卡紧力的作用，使得电-机械转换器通电后产生的电磁推力可以直接驱动阀芯运动，此时其工作原理与直驱阀相同，从而实现所谓的先导与直驱一体化控制；而对于传统的先导级电液控制元件而言，功率级主阀芯的动作依赖于稳定的先导压力，一旦系统失压，则无法通过敏感腔压力的变化驱动主阀芯轴向移动，此时阀是不能工作的。
4、本发明所设计的二维半桥式电液比例换向阀，采用阀芯双自由度的二维流量放大机构，将导控级与功率级集成于单个阀芯上，在简化结构、降低加工成本的同时大大提高了功率重量比。
5、本发明所设计的二维半桥式电液比例换向阀，在不改变永磁体材料尺寸和工作气隙大小的前提下，采用Halbach阵列将磁悬浮联轴节轭铁6和斜翼动子13上的整体式磁片改为若干磁块的组合体，将这些不同磁化方向的磁块按照一定的顺序排列，便会出现阵列一边(气隙边)的磁场显著增强而另一边(非气隙边)显著减弱的所谓“磁单边特性”，从而有效的提高气隙磁场强度和整个磁悬浮联轴节的电磁刚度，增加阀的动态响应。
附图说明
图1为基于Halbach阵列双向磁悬浮联轴节的二维半桥式电液比例换向阀的装配示意图；
图2为Halbach阵列双向磁悬浮联轴节的装配示意图；
图3为Halbach阵列双向磁悬浮联轴节与阀芯9的装配示意图；
图4a为轭铁6的结构示意图；图4b为轭铁6的另一个角度的结构示意图；
图5为斜翼动子13的结构示意图；
图6为轭铁Halbach阵列磁片14的结构示意图；
图7为斜翼动子Halbach阵列磁片15的结构示意图；
图8为Halbach阵列磁块组的原理示意图；
图9a～图9d为二维半桥式电液比例换向阀的驱动力与运动分解示意图，其中，图9a为二维半桥式电液比例换向阀初始平衡状态的示意图，图9b为二维半桥式电液比例换向阀通电后阀芯转动的示意图，图9c为二维半桥式电液比例换向阀阀芯轴向移动的示意图，图9d为二维半桥式电液比例换向阀达到新平衡状态的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
如图1～图9所示，一种基于Halbach阵列双向磁悬浮联轴节的二维半桥式电液比例换向阀，包括二维半桥式电液比例换向阀本体，二维半桥式电液比例换向阀本体是由阀芯8和阀体9所组成的2D阀，阀体9的左端安装有一个双向比例电磁铁2，阀芯8的左端装有一个双向磁悬浮联轴节，通过该磁悬浮联轴节使阀芯8与双向比例电磁铁2连接。Halbach阵列双向磁悬浮联轴节本体包括直线轴承5、轭铁6、固定销7、斜翼动子13、轭铁Halbach阵列磁片14、斜翼动子Halbach阵列磁片15和弹簧卡圈16，其中直线轴承5套在固定销7上并安装于轭铁6的上下两端，使得轭铁6只能作水平直线运动。轭铁6两侧各有两个极靴，且均呈以垂直于轭铁6平面、竖直向上的轴为中心轴的180°阵列特征；轭铁6的极靴表面贴有轭铁Halbach阵列磁片14，斜翼动子13上与轭铁6极靴表面相对应的上下两侧翼面上贴有Halbach阵列磁片15，从而形成磁排斥力，使得斜翼动子13无须借助任何机械结构，纯粹靠磁力“悬浮”在轭铁6中间。轭铁Halbach阵列磁片14和斜翼动子Halbach阵列磁片15是由各自三块不同磁化方向的磁块所组成的组合体，使得阵列气隙边(即轭铁Halbach阵列磁片14与斜翼动子halbach阵列磁片15两者之间隔开的间隙)的磁场显著增强而非气隙边显著减弱的所谓“磁单边特性”，从而有效的提高气隙磁场强度和整个磁悬浮联轴节的电磁刚度，具体各自磁块的排列顺序如图8所示。轭铁6的极靴表面和斜翼动子13的翼面都有相同的倾角β，且均呈以垂直于水平面、竖直向上的轴为中心轴的180°阵列特征，以此形成前后各两个相同高度的倾斜工作气隙，斜翼动子13可旋转地置于轭铁6的中间位置，可旋转一定角度。
本发明所称的“以某轴为中心轴的180°阵列特征”是一种三维结构的特征描述。该三维结构的特征是机械工程领域的公知常识，在申请日前公开使用的常规设计软件、公开出版的文献中都有介绍。2015版本的SolidWorks软件中“圆周阵列”功能就可以完成180°阵列特征。另外，孟彬等发表的《浆翼式力矩马达反馈特性研究》(出处“孟彬,申屠胜男,林琼,阮健.浆翼式力矩马达反馈特性研究[J].农业机械学报,2017,48(01):361-367.”)中有对“以某轴为中心轴的180°阵列特征”的三维结构描述。
斜翼动子13无须借助任何机械结构，纯粹靠磁力“悬浮”在轭铁6中间，其所需磁力大小的计算方法参考赵凤桐等发表的《永磁体间作用力的计算》(出处“赵凤桐,王淑文.永磁体间作用力的计算[J].吉林工学院学报,1991(01):9-13.”)中所提到的两块整体式永久磁片间处于有间隙状态下的最大排斥力和吸引力的计算公式：
式中：Bg——永磁体的磁化强度；
Ag——永磁体的磁极面积Ag＝x×y；
Lg——两块整体式永久磁片间的间隙；
a——修正系数，通常取a＝3～5，间隙大时取大值，间隙小时取小值；
本发明中双向磁悬浮联轴节磁片所采用的材料为钕铁硼永磁材料。烧结钕铁硼磁体(Nd-Fe-B)的剩余磁感应强度Br＝1.555T、内禀矫顽力Hcj＝653kA/m、最大磁能积(BH)max＝474kJ/m3。
然后通过计算所得到的磁力大小来设计Halbach阵列方式的磁片。Halbach阵列方式的磁片可以单边加强磁力的大小，其单边加强原理如图8所示。
轭铁6的极靴表面贴有轭铁Halbach阵列磁片14，斜翼动子13上与轭铁6极靴表面相对应的上下两侧翼面上贴有Halbach阵列磁片15。斜翼动子13通过Halbach阵列磁片14与Halbach阵列磁片15之间产生的磁排斥力悬浮于轭铁6中间，这是一个典型的磁力排斥结构。侯军兴发表的《履带式电动车辆磁悬浮系统的设计》(出处“侯军兴.履带式电动车辆磁悬浮系统的设计[D].河南农业大学,2006.”)中提到了磁力排斥结构，基体固定，悬浮体经导向后沿垂直方向上下移动，磁极间距变化，磁力线被压缩或舒张，磁力线密度增加或减小，从而磁力大小也发生变化。
二维半桥式电液比例换向阀本体是由阀芯8和阀体9所组成的2D阀，且阀芯8可转动并可轴向移动地设置在阀芯9内孔中。双向比例电磁铁2利用螺钉1固定在左侧端盖4上，而左侧端盖4则通过螺钉10固定在2D阀的阀体9上。环塞11置于阀体9右侧内孔中，防止2D阀中的油液从阀体9右侧泄露，并用盖板12通过螺钉10固定在阀体9的右端。阀体9内孔上依次开有T口、A口、P口、B口、T口，其中P口为进油口，此处压力为系统压力，阀芯8中部上设有两个台肩，两个中部台肩分别位于A口和B口上方。2D阀的阀芯8和双向磁悬浮联轴节的斜翼动子13通过键进行连接，并用弹簧卡圈进行轴向固定。此外，在阀芯8中部开设了一个与P口相通的高压孔a，在阀芯8左端开设了一个与左侧敏感腔g相通的高压圆形孔b。高压圆形孔b使得左侧敏感腔g恒通高压，阀芯8的右端台肩上开设了一对分别与P口和T口相通的高、低压圆形孔(c和f)。同时，在阀体9右端的内孔壁上相应地也开设一条与右侧敏感腔h相通的感受通道e，左端高压圆形孔b、右端高、低压圆形孔(c和f)和感受通道构成四通转阀，并串联形成液压阻力半桥，控制阀芯8两端的左敏感腔g和右敏感腔h的压力。左敏感腔g是由左端的双向比例电磁铁2、阀体9的左端部和左侧端盖4所形成的密闭容腔，右敏感腔h是由阀芯8、阀体9的内孔和端板12所形成的密闭容腔，双向磁悬浮联轴节置于左敏感腔内g。两弹簧3分别安装于双向磁悬浮联轴节的两侧，其主要实现双向比例电磁铁2的输出力与位移的转换，并起消除间隙和零位对中(双向比例电磁铁2不通电时，导控桥路转动对中，主阀轴向开口处于零位对中状态)的作用。
二维半桥式电液比例换向阀的双向比例电磁铁2所选用的是目前市场上成熟的商用产品，Halbach阵列双向磁悬浮联轴节的主要作用是将双向比例电磁铁2产生的轴向推力转换为切向力，并放大，驱动阀芯8转动，使得其转角在±2°以内，平动位移在±2.5mm之内。
本发明实施的工作原理，如图9a～图9d所示。如图9a所示，当二维电液比例换向阀的双向比例电磁铁2不通电时，轭铁6保持不动。这时，由于斜翼动子13与轭铁6之间的两个倾斜气隙高度相等，使得斜翼动子halbach阵列磁片15与斜翼动子Halbach阵列磁片14之间产生的斥力相等，即阀芯8处于平衡状态。如图9b所示，当二维电液比例换向阀的双向比例电磁铁2向右输出一个Fm的推力时，双向磁悬浮联轴节的轭铁6在固定销7的周向约束下向右滑动；同时，右端弹簧3的压缩量增加，所增加的弹簧力与双向比例电磁铁2产生的推力Fm相平衡。此时，双向磁悬浮联轴节的倾斜气隙高度发生变化(d1和d2，d1>d，d2<d)，导致斜翼动子13前侧下翼面所受的磁排斥力增大而上翼面的磁排斥力减小，后侧下翼面所受的磁排斥力减小而上翼面的磁排斥力增大。因此，阀芯8不再处于平衡状态，阀芯8受到向右的轴向驱动力和逆时针的转矩(从左往右看)。(说明一点：在高压大流量的工况下，液动力的影响会使阀芯5不能被直接带动为轴向运动，而阀芯5的转动是可以进行的，阀芯8的转动角度为Δθ)在这过程中，由于阀芯8逆时针转动，右端高、低压圆形孔(c和f)与感受通道e的沟通面积发生变化，使得阀右敏感腔h的压力降低，有了压差阀芯8可以进行轴向移动。如图9c所示，阀芯8向右轴向移动Δx，油液从P口流向B口，A口流向T口。在右移过程中，由于轭铁6的桨翼结构，双向磁悬浮联轴节的倾斜气隙高度再度发生变化(d3和d4，d3<d，d4>d)，导致斜翼动子13前侧下翼面所受的磁排斥力减小而上翼面的磁排斥力增大；后侧下翼面所受的磁排斥力增大而上翼面的磁排斥力减小。由前述受力分析可知，这会使得阀芯8同步往回转动(即顺时针转动)。如图9d所示，往回转动的结果是，阀右敏感腔h的压力升高，直至阀芯8两端敏感腔(g和h)的压力又重新恢复为以前的平衡值，阀芯8到达一个与双向比例电磁铁2推力Fm相对应的新的平衡位置。当二维电液比例换向阀的双向比例电磁铁2向左输出一个Fm的推力时，情况正好相反。在二维电液比例换向阀的双向比例电磁铁2断电之后，双向比例电磁铁2不再产生推力Fm，使得双向磁悬浮联轴节的轭铁6在固定销7的周向约束下向相反方向(即运动方向与通电时轭铁6运动方向相反)滑动。同时，右端弹簧3的压缩量减小，与双向比例电磁铁2失去的推力Fm相平衡。由于轭铁6的左移，双向磁悬浮联轴节的倾斜气隙高度发生变化，产生相应的轴向驱动力和转矩，这使得阀芯8与斜翼动子13回到最初的位置。需要特别指出的是，在阀的P口的压力为零(与T口压力相等)的工况下，将无法借助二维换向阀控制两端敏感腔(g和h)压力从而驱动阀芯轴向移动。但此时，由于阀腔内无油液流动，阀芯8不受液动力和卡紧力的影响，阀芯8可由双向比例电磁铁2所产生的电磁推力直接驱动，这时，二维电液比例换向阀的工作原理与直动式比例阀一致。
斜翼动子13驱动阀芯5转动的机理可以简化为罗方赞等发表的《斜槽型2D伺服阀的阀芯高低压孔设计与实验研究》(出处“罗方赞,金丁灿.斜槽型2D伺服阀的阀芯高低压孔设计与实验研究[J].机床与液压,2017,45(07):51-53+6.”)中滚轮销轴驱动阀芯转动的工作原理。双向磁悬浮斜翼节的轭铁6轴向移动，导致双向磁悬浮斜翼节的4个倾斜工作气隙的高度相应的发生改变，从而使得双向磁悬浮斜翼节的斜翼动子13输出一个磁力矩和一个轴向力，由于斜翼动子和阀芯固连，液动力的存在使得阀芯无法轴向移动，所以驱动阀芯转动的力矩为斜翼动子输出的磁力矩。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (2)
1.基于Halbach阵列双向磁悬浮联轴节的二维半桥式电液比例换向阀，其特征在于：包括二维半桥式电液比例换向阀本体、比例电磁铁和Halbach阵列双向磁悬浮联轴节，其中二维半桥式电液比例换向阀本体是由阀芯(8)和阀体(9)所组成的2D阀，阀体(9)的左端安装有一个双向比例电磁铁(2)，阀芯(8)的左端装有一个双向磁悬浮联轴节，阀芯(8)通过Halbach阵列双向磁悬浮联轴节连接双向比例电磁铁(2)；
所述的Halbach阵列双向磁悬浮联轴节包括直线轴承(5)、轭铁(6)、固定销(7)、斜翼动子(13)、轭铁Halbach阵列磁片(14)、斜翼动子Halbach阵列磁片(15)和弹簧卡圈(16)，其中为了使轭铁(6)只能作水平直线运动，直线轴承(5)套在固定销(7)上并安装于轭铁(6)的上下两端；轭铁(6)前后侧各有两个极靴，且均呈以垂直于轭铁(6)平面、竖直向上的轴为中心轴的180°阵列特征；轭铁(6)的极靴表面贴有轭铁Halbach阵列磁片(14)，斜翼动子(13)上与轭铁(6)极靴表面相对应的上下两侧翼面上贴有Halbach阵列磁片(15)，斜翼动子(13)靠磁力悬浮在轭铁(6)中间；轭铁Halbach阵列磁片(14)和斜翼动子Halbach阵列磁片(15)是由各自三块不同磁化方向的磁块所组成的组合体，使得阵列气隙边的磁场显著增强而非气隙边显著减弱；轭铁(6)的极靴表面和斜翼动子(13)的两侧翼面都有相同的倾角β，且均呈以垂直于水平面、竖直向上的轴为中心轴的180°阵列特征，以此形成前后各两个相同高度的倾斜工作气隙，斜翼动子(13)可旋转地置于轭铁(6)的中间位置；
阀芯(8)可转动并可轴向移动地设置在阀体(9)内孔中；双向比例电磁铁(2)固定在左侧端盖(4)上；阀体(9)内孔上依次开有T口、A口、P口、B口、T口，其中P口为进油口，此处压力为系统压力，阀芯(8)中部上设有两个台肩，两个中部台肩分别位于A口和B口上方；2D阀的阀芯(8)和双向磁悬浮联轴节的斜翼动子(13)通过键进行连接，并通过弹簧卡圈进行轴向固定；在阀芯(8)中部开设了一个与P口相通的高压孔(a)，在阀芯(8)左端开设了一个与左侧敏感腔(g)相通的高压圆形孔(b)；高压圆形孔(b)使得左侧敏感腔(g)恒通高压，阀芯(8)的右端台肩上开设了一对分别与P口和T口相通的高、低压圆形孔(c和f)；在阀体(9)右端的内孔壁上相应地也开设一条与右侧敏感腔(h)相通的感受通道(e)；左端高压圆形孔(b)、右端高、低压圆形孔(c和f)和感受通道(e)构成四通转阀，并串联形成液压阻力半桥，控制阀芯(8)两端的左侧敏感腔(g)和右侧敏感腔(h)的压力；左端的双向比例电磁铁(2)、阀体(9)的左端部和左侧端盖(4)所形成的密闭容腔为左侧敏感腔(g)，右侧敏感腔(h)是由阀芯(8)、阀体(9)的内孔和端板(12)所形成的密闭容腔，双向磁悬浮联轴节置于敏感腔(g)内；两个弹簧(3)分别安装于Halbach阵列双向磁悬浮联轴节的两侧。
2.如权利要求1所述的基于Halbach阵列双向磁悬浮联轴节的二维半桥式电液比例换向阀，其特征在于：左侧端盖(4)固定在2D阀的阀体(9)上，阀体(9)右侧内孔中放有环塞(11)，为了防止2D阀中的油液从阀体(9)右侧泄露，盖板(12)固定在阀体(9)的右端。
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