CN111441928A - 一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，包括磁轭、永磁阵列、端盖，液压缸体、阀体、线圈骨架、线圈、活塞、对中弹簧及单向阀，其特征在于：采用由轴向充磁永磁体和径向充磁永磁体相互交替紧贴排布的双Halbach永磁阵列层分别表贴于内磁轭外侧与外磁轭内侧，其间为气隙，磁轭与端盖、液压缸体固连，作定子；线圈组绕制在骨架上置于气隙中，相邻线圈绕制方向相反，骨架与两液压缸活塞集成，直接驱动活塞往复运动同时在两个液压缸中完成液体的泵吸，作动子；对中弹簧、液压泵动子与液压泵定子一同组成谐振系统，对中弹簧始终处于压缩状态；采用电磁直接驱动、双Halbach永磁阵列层、对称工作腔、对中弹簧等技术有效提升液压泵的工作效率以及功率密度。

Description

一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵
技术领域
本发明涉及液压泵技术领域，尤其涉及一种电磁直驱液压泵。
背景技术
柱塞泵与其他类型液压泵相比具有额定压力高、结构紧凑、效率高和流量调节方便等优点，被广泛应用于高压、大流量和可变流量的液压自动机器人、工程机械、航空液压作动器等领域。目前最常用的柱塞泵一般为斜盘式柱塞泵，其结构复杂，摩擦副多，功率密度低，散热状况较差，动态响应性能不足，限制了其应用领域的进一步扩大。
随着直线电机控制精度的提升、新型永磁体材料的出现和加工精度的提高，结构形式不同、工作原理不同和应用场合不同的直线电机层出不穷，与此同时，直线电机驱动力不断增加，但相比液压泵的驱动压力仍有差距。采用直线电机直接驱动柱塞泵活塞，从而取消“斜盘”等旋转到直线的运动转换机构，有效降低柱塞泵的内泄，实现高效的电磁直接驱动成为的柱塞泵发展的一个重要趋势。然而，一般电磁直驱柱塞泵的直驱电机在泵体外并通过伸出杆与活塞固连，体积较大且功率密度低、响应速度慢、流量控制精度较低，限制了直线直驱液压泵的技术发展。
本发明的一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，采用双Halbach永磁阵列的直线电机，动子直接驱动液压缸活塞往复运动同时在两个液压缸中完成液体的交替泵吸，泵吸过程液压泵动子与液压泵定子在对中弹簧作用下构成谐振系统，线圈的轴向长度大于径向永磁体长度，保证泵吸行程中直线电机输出力，在体积减少以及结构简化的前提下提高电磁直驱柱塞泵的功率密度、响应速度、控制精度。
发明内容
设计一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵目的在于，采用双Halbach永磁阵列的直线电机，动子直接驱动液压缸活塞往复运动同时在两个液压缸中完成液体的交替泵吸，泵吸过程液压泵动子与液压泵定子在对中弹簧作用下构成谐振系统，线圈的轴向长度大于径向永磁体长度，保证泵吸行程中直线电机输出力，在体积减少以及结构简化的前提下提高电磁直驱柱塞泵的功率密度、响应速度、控制精度。
一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，包括液压缸体（1）、活塞（2）、连接板（3）、端盖（4），外磁轭（5）、外永磁阵列（6）、线圈（7）、线圈骨架（8）、内永磁阵列（9）、内磁轭（10）、对中弹簧（11）、阀体（12）、出液阀（13）以及进液阀（14），其特征包括：外永磁阵列（6）与内永磁阵列（9）为由轴向充磁永磁体和径向充磁永磁体相互交替紧贴排布构成的Halbach永磁阵列层，内永磁阵列（9）与外永磁阵列（6）分别表贴于内磁轭（10）外侧与外磁轭（5）内侧；内磁轭（10）与外磁轭（5）通过端盖（4）同轴固定，其间为气隙；外磁轭（5）与端盖（4）、液压缸体（1）同轴固连，液压缸体（1）与阀体（12）固连，作定子；线圈（7）绕制在线圈骨架（8）的凹槽中，并可在气隙内做往复直线运动；线圈骨架（8）通过两连接板（3）分别与两活塞（2）同轴固连，活塞（2）可在液压缸体（1）与端盖（4）形成的内腔（Q）中往复运动，作动子；线圈（7）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，其中，正向绕组数为m个，反向绕组数为n个，m、n均为正整数，m=n或m-n=±1；外永磁阵列（6）与内永磁阵列（9）中径向充磁永磁体数目相等且为（m+n）个，轴向充磁永磁体数目相等且为（m+n+1）个；对中弹簧（11）安装在内磁轭（10）与端盖（4）共同形成的凹槽内，对中弹簧（11）液压泵动子与液压泵定子一同组成谐振系统，对中弹簧（11）始终处于压缩状态。
所述出液阀（13）以及进液阀（14）为被动单向阀，同一阀体（12）上安装的出液阀（13）、进液阀（14）数量都不小于1，出液阀（13）以及进液阀（14）安装端端面与液压缸体（1）Q腔端的内端面在同一平面内。
所述液压泵动子往复运动直接驱动两活塞（2）在对称的两Q腔中交替泵吸液体，结合出液阀（13）以及进液阀（14）的配流，完成液体的单向传输。
所述线圈（7）中的电流由控制器控制，通过电流的控制实现作液压泵动子运动幅值、频率以及运动曲线的调节，进而实现输出流体的控制。
所述线圈（7）的正向绕组线圈及反向绕组线圈的轴向长度相等，为L1；外永磁阵列（6）与内永磁阵列（9）中径向充磁永磁体的长度，为L2；液压泵动子行程为S，有L1≥（L2+S）。
所述连接板（3）、端盖（4）与线圈骨架（8）为隔磁材料，内磁轭（10）与外磁轭（5）为软磁材料。
所述活塞（2）的直径不小于线圈骨架（8）的直径。
本发明的一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，采用双Halbach永磁阵列的直线电机，动子直接驱动液压缸活塞往复运动同时在两个液压缸中完成液体的交替泵吸，泵吸过程液压泵动子与液压泵定子在对中弹簧作用下构成谐振系统，线圈的轴向长度大于径向永磁体长度，保证泵吸行程中直线电机输出力，在体积减少以及结构简化的前提下提高电磁直驱柱塞泵的功率密度、响应速度、控制精度。
本发明的一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，其直线电机动圈直接驱动液压缸活塞取消了运动转换装置，动力传递路径缩短，结构紧凑、效率提高；直线电机外永磁阵列与内永磁阵列均采用Halbach永磁阵列进行排布，增强气隙磁场强度，提升了直线电机的驱动力与响应速度，同时使得电机结构紧凑性进一步提高。
本发明的一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，直线电机动子往复运动直接驱动两活塞分别在两个液压缸中交替泵吸液体，通过出液阀以及进液阀的配流，完成液体的单向传输，活塞往复过程中均对外输出流体，功率密度有效提高。
本发明的一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，对中弹簧液压泵动子与液压泵定子一同组成谐振系统，使其功率密度得到进一步提升。
本发明的一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，绕组线圈的的轴向长度大于径向永磁体长度，使得径向磁场在整个泵油行程中都能被有效利用，也有利于液压泵功率密度的提高。
本发明的一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵具有结构紧凑、响应迅速、功率密度高等优点，投入产业化应用后将带来巨大的经济效益。
附图说明
图1为本发明的一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵结构示意图。
图2为本发明的一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵连接板轴向视图。
图3为本发明的一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵线圈骨架三维图。
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，一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，包括液压缸体（1）、活塞（2）、连接板（3）、端盖（4），外磁轭（5）、外永磁阵列（6）、线圈（7）、线圈骨架（8）、内永磁阵列（9）、内磁轭（10）、对中弹簧（11）、阀体（12）、出液阀（13）以及进液阀（14），其特征包括：外永磁阵列（6）与内永磁阵列（9）为由轴向充磁永磁体和径向充磁永磁体相互交替紧贴排布构成的Halbach永磁阵列层，内永磁阵列（9）与外永磁阵列（6）分别表贴于内磁轭（10）外侧与外磁轭（5）内侧；内磁轭（10）与外磁轭（5）通过端盖（4）同轴固定，其间为气隙；外磁轭（5）与端盖（4）、液压缸体（1）同轴固连，液压缸体（1）与阀体（12）固连，作定子；线圈（7）绕制在线圈骨架（8）的凹槽中，并可在气隙内做往复直线运动；线圈骨架（8）通过两连接板（3）分别与两活塞（2）同轴固连，活塞（2）可在液压缸体（1）与端盖（4）形成的内腔（Q）中往复运动，作动子；线圈（7）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，其中，正向绕组数为m个，反向绕组数为n个，m、n均为正整数，m=n或m-n=±1；外永磁阵列（6）与内永磁阵列（9）中径向充磁永磁体数目相等且为（m+n）个，轴向充磁永磁体数目相等且为（m+n+1）个；对中弹簧（11）安装在内磁轭（10）与端盖（4）共同形成的凹槽内，对中弹簧（11）液压泵动子与液压泵定子一同组成谐振系统，对中弹簧（11）始终处于压缩状态。
出液阀（13）以及进液阀（14）为被动单向阀，同一阀体（12）上安装的出液阀（13）、进液阀（14）数量都不小于1，出液阀（13）以及进液阀（14）安装端端面与液压缸体（1）Q腔端的内端面在同一平面内。
液压泵动子往复运动直接驱动两活塞（2）在对称的两Q腔中交替泵吸液体，结合出液阀（13）以及进液阀（14）的配流，完成液体的单向传输。
线圈（7）中的电流由控制器控制，通过电流的控制实现作液压泵动子运动幅值、频率以及运动曲线的调节，进而实现输出流体的控制。
线圈（7）的正向绕组线圈及反向绕组线圈的轴向长度相等，为L1；外永磁阵列（6）与内永磁阵列（9）中径向充磁永磁体的长度，为L2；液压泵动子行程为S，有L1≥（L2+S）。
连接板（3）、端盖（4）与线圈骨架（8）为隔磁材料，内磁轭（10）与外磁轭（5）为软磁材料。
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 (7)

1.一种高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，包括液压缸体（1）、活塞（2）、连接板（3）、端盖（4），外磁轭（5）、外永磁阵列（6）、线圈（7）、线圈骨架（8）、内永磁阵列（9）、内磁轭（10）、对中弹簧（11）、阀体（12）、出液阀（13）以及进液阀（14），其特征包括：外永磁阵列（6）与内永磁阵列（9）为由轴向充磁永磁体和径向充磁永磁体相互交替紧贴排布构成的Halbach永磁阵列层，内永磁阵列（9）与外永磁阵列（6）分别表贴于内磁轭（10）外侧与外磁轭（5）内侧；内磁轭（10）与外磁轭（5）通过端盖（4）同轴固定，其间为气隙；外磁轭（5）与端盖（4）、液压缸体（1）同轴固连，液压缸体（1）与阀体（12）固连，作定子；线圈（7）绕制在线圈骨架（8）的凹槽中，并可在气隙内做往复直线运动；线圈骨架（8）通过两连接板（3）分别与两活塞（2）同轴固连，活塞（2）可在液压缸体（1）与端盖（4）形成的内腔（Q）中往复运动，作动子；线圈（7）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，其中，正向绕组数为m个，反向绕组数为n个，m、n均为正整数，m=n或m-n=±1；外永磁阵列（6）与内永磁阵列（9）中径向充磁永磁体数目相等且为（m+n）个，轴向充磁永磁体数目相等且为（m+n+1）个；对中弹簧（11）安装在内磁轭（10）与端盖（4）共同形成的凹槽内，对中弹簧（11）液压泵动子与液压泵定子一同组成谐振系统，对中弹簧（11）始终处于压缩状态。
2.根据权利要求1所述的高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，其特征在于：所述出液阀（13）以及进液阀（14）为被动单向阀，同一阀体（12）上安装的出液阀（13）、进液阀（14）数量都不小于1，出液阀（13）以及进液阀（14）安装端端面与液压缸体（1）Q腔端的内端面在同一平面内。
3.根据权利要求1所述的高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，其特征在于：所述液压泵动子往复运动直接驱动两活塞（2）在对称的两Q腔中交替泵吸液体，结合出液阀（13）以及进液阀（14）的配流，完成液体的单向传输。
4.根据权利要求1所述的高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，其特征在于：所述线圈（7）中的电流由控制器控制，通过电流的控制实现作液压泵动子运动幅值、频率以及运动曲线的调节，进而实现输出流体的控制。
5.根据权利要求1所述的高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，其特征在于：所述线圈（7）的正向绕组线圈及反向绕组线圈的轴向长度相等，为L1；外永磁阵列（6）与内永磁阵列（9）中径向充磁永磁体的长度，为L2；液压泵动子行程为S，有L1≥（L2+S）。
6.根据权利要求1所述的高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，其特征在于：所述连接板（3）、端盖（4）与线圈骨架（8）为隔磁材料，内磁轭（10）与外磁轭（5）为软磁材料。
7.根据权利要求1所述的高功率密度动圈式电磁直驱液压泵，其特征在于：所述活塞（2）的直径不小于线圈骨架（8）的直径。
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