CN113685330B - 一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵，包括：第一阀块、两个集成于第一阀块底部的二位四通开关阀、对称安装于第一阀块两侧的两个电磁直驱伺服泵模块；两个电磁直驱伺服泵模块结构相同，均包括泵单元、第二阀块、阀单元、泵阀连接体和两个动圈式电磁直线作动器，两个动圈式电磁直线作动器垂直安装于泵阀连接体的一端，并分别同轴连接泵阀连接体另一端的泵单元和阀单元，第二阀块内置安装于泵单元和阀单元中间。本发明的双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵可根据压力传感器信号切换工作模式，低速轻载下使用单模块驱动，高速轻载下使用双模块串联驱动，低速重载下使用双模块协同驱动，提高伺服泵的工作效率和灵活性。

Description

一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵

技术领域

本发明涉及液压泵技术领域，尤其涉及一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵。

背景技术

电磁直驱伺服泵取消了传统斜盘式柱塞泵中间“旋转-直线”的运动转换机构，缩短了动力传递路线，具有体积小、结构简单和功率密度高等优点，便于高度集成一体化设计，可被广泛用于航空航天静液作动器、工程液压机和行走液压等领域。

随着泵控液压系统的高动态需求，可根据具体工况切换工作模式提高液压系统的工作灵活性和工作效率成为直驱伺服泵的发展趋势。虽然一般的主动配流泵可通过调节吸排油柱塞的往复运动幅值和作动频率改变泵油流量，然而仍然存在流量分配不确定、对系统流量和压力的调节能力有限等问题。

为了有效提高电磁直驱伺服泵的功率密度，提高系统鲁棒性，减少工作中不必要流量的非线性输出，在充分考虑动圈式电磁直线作动器高频双向驱动特性以及提高电磁直驱伺服泵集成度的基础上，提出了本发明的一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵整机结构。可在工作工程中根据具体工况切换工作模式，在低速轻载下使用单模块驱动，在高速轻载下使用双模块串联驱动，在低速重载下使用双模块协同驱动。可有效提高整个机电液一体化的动力传递效率，保证电磁直驱伺服泵的工作协调性和应用的广泛性。

发明内容

设计一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵，通过实现单模块和双模块的切换，实现泵流周期性工作并应用于不同的工况，可有效提高系统鲁棒性，减少工作中不必要流量的非线性输出，提高泵的灵活性。

为达到上述目的，本发明提供的一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵采用如下技术方案：

一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵，其特征在于，包括：第一阀块、两个集成于第一阀块III底部的二位四通开关阀IX、对称安装于第一阀块两侧的电磁直驱伺服泵模块I及电磁直驱伺服泵模块II；所述电磁直驱伺服泵模块I和电磁直驱伺服泵模块II结构相同，均包括泵单元、第二阀块、阀单元、泵阀连接体和两个动圈式电磁直线作动器，两个动圈式电磁直线作动器垂直安装于泵阀连接体的一端，并分别同轴连接泵阀连接体另一端的泵单元和阀单元，第二阀块内置安装于泵单元和阀单元中间，泵单元与阀单元间的运动位移差为π/2；

所述动圈式电磁直线作动器包括外磁轭、粘接于外磁轭内表面的永磁阵列，通过内磁轭同轴固连于永磁阵列两端的第一端盖和第二端盖，电磁线圈组绕制于线圈骨架的凹槽内，线圈骨架套装于内磁轭上，线圈骨架的伸出齿通过第二端盖的凹槽置于泵阀连接体的内腔中，线圈骨架连接板通过线圈骨架伸出齿上的螺纹孔与线圈骨架固定连接；所述泵单元活塞杆贯穿缸体，靠近泵阀连接体端的活塞杆与线圈骨架连接板同轴螺纹联接，活塞杆上同轴固定连接活塞，活塞与缸体间形成对称的吸排油工作腔和吸排油工作腔，吸排油工作腔壁上设有第一吸排油口A_P和第二吸排油口B_P；所述阀单元的阀芯杆贯穿阀体，靠近泵阀连接体端的阀芯杆与线圈骨架连接板同轴螺纹联接，阀芯杆上同轴固定连接阀芯，阀芯与阀体间形成阀腔，阀腔壁上设有第一阀口A_V、第二阀口B_v、第三阀口T₁、第四阀口T₂和第五阀口P；所述泵单元中第一吸排油口A_P和第二吸排油口B_P通过第二阀块分别与阀单元中第一阀口A_V和第二阀口B_v连通；

所述电磁直驱伺服泵模块I中阀单元的第三阀口T₁、第四阀口T₂通过第一阀块与电磁直驱伺服泵模块II中阀单元的第三阀口T₁、第四阀口T₂通过第一阀块连通，共同组成第一集成油口X，电磁直驱伺服泵模块I中阀单元的第五阀口P通过第一阀块与电磁直驱伺服泵模块II中阀单元的第五阀口P通过第一阀块III连通，共同组成第二集成油口Y；所述两个二位四通开关阀IX为主动换向阀，均包括左位机能和右位机能，通过负载信号控制，其中，第一开关阀的左位和右位有四个接口，连接电磁直驱伺服泵模块I中阀单元VI的第三阀口T₁、第四阀口T₂和第五阀口P，左位机能将这些阀口截止，右位机能将这些阀口连通，第二开关阀的左位和右位有四个接口，连接电磁直驱伺服泵模块II中阀单元VI的第三阀口T₁、第四阀口T₂和第五阀口P，左位机能将这些阀口连通，右位机能将这些阀口截止。

进一步地，所述永磁阵列由m个轴向充磁永磁体和n个径向充磁永磁体相互紧贴组成，其中m、n均为正整数，m＝n+1。

进一步地，所述电磁线圈组由a个正向线圈绕组和b个反向线圈绕组组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，其中a、b均为正整数，a＝b或a-b＝±1。

进一步地，所述电磁线圈组的绕组个数与径向充磁永磁体个数满足n＝a+b。

进一步地，所述泵阀连接体与缸体和阀体间设有密封圈，活塞与缸体内壁间设有密封圈。

进一步地，远离所述泵阀连接体端的活塞杆和阀芯杆处设有直线轴承，轴承与缸体和阀体外端部设有密封圈。

进一步地，所述电磁直驱伺服泵有三种工作模式：单模块驱动、双模块串联驱动和双模块协同驱动。

本发明相比于现有的主动配流伺服泵，具有以下优势：

1、本发明的一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵采用基于Halbach永磁阵列的动圈式电磁直线执行器直接驱动液压泵，无“旋转-直线”运动转换装置，动力传动效率高、动态响应迅速。

2、本发明的一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵工作的过程中可根据压力传感器信号切换工作模式，在低速轻载下使用单模块驱动，在高速轻载下使用双模块串联驱动，在低速重载下使用双模块协同驱动，提高伺服泵的工作效率和灵活性。

3、本发明的一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵将切换工作状态的主动开关阀和控制液压缸换向的阀块集成于一体，同时将两个模块集成化设计，提高了伺服泵的结构紧凑性。

4、本发明的一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵可针对不同的性能需求和应用目标，提供不同的参数指标，保证伺服泵的设计柔性化，适用范围更广。

图1双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵原理示意图

图2单模块驱动时泵单元和阀单元动子位移示意图(正向位移)

图3单模块驱动泵单元正向位移时集成油口X和Y的流量曲线图

图4单模块驱动泵单元反向位移时集成油口X和Y的流量曲线图

图5双模块串联驱动泵单元正向位移时集成油口X和Y的流量曲线图

图6双模块协同驱动泵单元正向位移时集成油口X和Y的流量曲线图

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所示，所述一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵，包括：第一阀块III、两个集成于第一阀块III底部的二位四通开关阀IX、对称安装于第一阀块III两侧的电磁直驱伺服泵模块I及电磁直驱伺服泵模块II；所述电磁直驱伺服泵模块I和电磁直驱伺服泵模块II结构相同，均包括泵单元IV、第二阀块V、阀单元VI、泵阀连接体VIII和两个动圈式电磁直线作动器VII，两个动圈式电磁直线作动器VII垂直安装于泵阀连接体VIII的一端，并分别同轴连接泵阀连接体VIII另一端的泵单元IV和阀单元VI，第二阀块V内置安装于泵单元IV和阀单元VI中间，泵单元IV与阀单元VI间的运动位移差为π/2；

所述动圈式电磁直线作动器VII包括外磁轭(2)、粘接于外磁轭(2)内表面的永磁阵列(4)，通过内磁轭(3)同轴固连于永磁阵列(4)两端的第一端盖(1)和第二端盖(7)，电磁线圈组(6)绕制于线圈骨架(5)的凹槽内，线圈骨架(5)套装于内磁轭(3)上，线圈骨架(5)的伸出齿通过第二端盖(7)的凹槽置于泵阀连接体VIII的内腔中，线圈骨架连接板(9)通过线圈骨架(5)伸出齿上的螺纹孔与线圈骨架(5)固定连接；所述泵单元V活塞杆(12)贯穿缸体(10)，靠近泵阀连接体VIII端的活塞杆(12)与线圈骨架连接板(9)同轴螺纹联接，活塞杆(12)上同轴固定连接活塞(11)，活塞(11)与缸体(10)间形成对称的吸排油工作腔(13)和吸排油工作腔(14)，吸排油工作腔壁上设有第一吸排油口A_P和第二吸排油口B_P；所述阀单元VI的阀芯杆(16)贯穿阀体，靠近泵阀连接体VIII端的阀芯杆(16)与线圈骨架连接板(9)同轴螺纹联接，阀芯杆(16)上同轴固定连接阀芯(15)，阀芯(15)与阀体间形成阀腔，阀腔壁上设有第一阀口A_V、第二阀口B_V、第三阀口T₁、第四阀口T₂和第五阀口P；所述泵单元IV中第一吸排油口A_P和第二吸排油口B_P通过第二阀块V分别与阀单元VI中第一阀口A_V和第二阀口B_V连通；

所述电磁直驱伺服泵模块I中阀单元VI的第三阀口T₁、第四阀口T₂通过第一阀块III与电磁直驱伺服泵模块II中阀单元VI的第三阀口T₁、第四阀口T₂通过第一阀块III连通，共同组成第一集成油口X，电磁直驱伺服泵模块I中阀单元VI的第五阀口P通过第一阀块III与电磁直驱伺服泵模块II中阀单元VI的第五阀口P通过第一阀块III连通，共同组成第二集成油口Y；所述两个二位四通开关阀IX为主动换向阀，均包括左位机能和右位机能，通过负载信号控制，其中，第一开关阀的左位和右位有四个接口，连接电磁直驱伺服泵模块I中阀单元VI的第三阀口T₁、第四阀口T₂和第五阀口P，左位机能将这些阀口截止，右位机能将这些阀口连通，第二开关阀的左位和右位有四个接口，连接电磁直驱伺服泵模块II中阀单元VI的第三阀口T₁、第四阀口T₂和第五阀口P，左位机能将这些阀口连通，右位机能将这些阀口截止。

所述永磁阵列(4)由m个轴向充磁永磁体(4.1)和n个径向充磁永磁体(4.2)相互紧贴组成，其中m、n均为正整数，m＝n+1。

所述电磁线圈组(6)由a个正向线圈绕组(6.1)和b个反向线圈绕组(6.2)组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，其中a、b均为正整数，a＝b或a-b＝±1。

所述电磁线圈组(6)的绕组个数与径向充磁永磁体(4.2)个数满足n＝a+b。

所述泵阀连接体VIII与缸体(10)和阀体间设有密封圈，活塞(11)与缸体(10)内壁间设有密封圈。

所述远离泵阀连接体VIII端的活塞杆(12)和阀芯杆(16)处设有直线轴承，轴承与缸体(10)和阀体外端部设有密封圈。

所述电磁直驱伺服泵有三种工作模式：单模块驱动、双模块串联驱动和双模块协同驱动。

本发明还公开了一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵的工作方法，具体过程如下：

所述一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵由两个集成模块化泵驱动，既可以单模块工作也可以双模块工作。单模块工作时，既可以模块一单独工作，也可以模块二单独工作，若两个模块的输出流量不同，可以根据具体工况选择对应的模块工作；具体工作方式分为三种：单模块驱动，双模块串联驱动，双模块协同驱动，工作方式的切换通过两个集成于第一阀块III底部的二位四通开关阀IX调节，当负载压力变化时，压力传感器的信号转换为位移信号，调节两个二位四通开关阀IX的位置，实现工作方式切换。

(1)电磁直驱伺服泵单模块驱动

两个二位四通开关阀IX之一根据压力传感器的信号产生位移，第一开关阀处于右位机能或第二开关阀处于左位机能，电磁直驱伺服泵模块I或电磁直驱伺服泵模块II单模块驱动，泵单元IV与阀单元VI间的运动位移差为π/2，即泵单元IV的活塞(11)处于中位，阀单元VI的阀芯(15)处于左位，与泵单元IV连接的动圈式电磁直线作动器VII动子位移和与阀单元VI连接的动圈式电磁直线作动器VII动子位移如图2所示，此时泵单元IV的活塞(11)为正向位移。在0到T/4时刻，泵单元IV的活塞(11)向第一吸排油口A_P侧压油，油液从第一吸排油口A_P流出，经过第二阀块V流入阀单元VI的第一阀口A_V，再经第二阀块V的第五阀口P流入开关阀IX并汇入第一阀块III的第二集成油口Y，从泵的第二集成油口Y排出泵；同时，泵的第一集成油口X吸油，油液从开关阀IX流入阀单元VI的第三阀口T₁和第四阀口T₂，经过第二阀块V流入泵单元IV的第二吸排油口B_P，完成吸油。综合上面泵单元IV和阀单元VI的运动及位置关系，整个周期T内电磁直驱伺服泵集成油口X和Y的流量曲线如图3所示，流量为正代表排油，流量为负代表吸油。同时，若此时泵单元IV的活塞(11)为反向位移，则泵的第一集成油口X排油，第二集成油口Y吸油，整个周期T内电磁直驱伺服泵集成油口X和Y的流量曲线如图4所示。综上可以看出，若对外接负载进行反向伺服控制，只需控制泵单元IV和阀单元VI连接的动圈式电磁直线作动器VII间的运动相位差，即可完成换向。

(2)电磁直驱伺服泵双模块串联驱动

两个二位四通开关阀IX根据压力传感器的信号产生位移，第一开关阀和第二开关阀分别处于右位机能和左位机能，电磁直驱伺服泵模块I和电磁直驱伺服泵模块II双模块串联驱动，此时，电磁直驱伺服泵模块I中泵单元IV的位移和电磁直驱伺服泵模块II中泵单元IV的位移同步，即两个泵单元IV间没有位移差，正向位移时，综合上述对单模块驱动的描述，双模块串联驱动整个周期T内电磁直驱伺服泵集成油口X和Y的流量曲线如图5所示。

(3)电磁直驱伺服泵双模块协同驱动

两个二位四通开关阀IX根据压力传感器的信号产生位移，第一开关阀和第二开关阀分别处于右位机能和左位机能，电磁直驱伺服泵模块I和电磁直驱伺服泵模块II双模块协同驱动，此时，电磁直驱伺服泵模块I中泵单元IV的位移和电磁直驱伺服泵模块II中泵单元IV的位移异步，即两个泵单元IV间的运动位移差为π/2，正向位移时，综合上述对单模块驱动和双模块串联驱动的描述，双模块协同驱动整个周期T内电磁直驱伺服泵的排油状态如图6所示。

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)

1.一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵，其特征在于，包括：第一阀块III、两个集成于第一阀块III底部的二位四通开关阀IX、对称安装于第一阀块III两侧的电磁直驱伺服泵模块I及电磁直驱伺服泵模块II；所述电磁直驱伺服泵模块I和电磁直驱伺服泵模块II结构相同，均包括泵单元IV、第二阀块V、阀单元VI、泵阀连接体VIII和两个动圈式电磁直线作动器VII，两个动圈式电磁直线作动器VII垂直安装于泵阀连接体VIII的一端，并分别同轴连接泵阀连接体VIII另一端的泵单元IV和阀单元VI，第二阀块V内置安装于泵单元IV和阀单元VI中间，泵单元IV与阀单元VI间的运动位移差为π/2或-π/2；

所述动圈式电磁直线作动器VII包括外磁轭(2)、粘接于外磁轭(2)内表面的永磁阵列(4)，通过内磁轭(3)同轴固连于永磁阵列(4)两端的第一端盖(1)和第二端盖(7)，电磁线圈组(6)绕制于线圈骨架(5)的凹槽内，线圈骨架(5)套装于内磁轭(3)上，线圈骨架(5)的伸出齿通过第二端盖(7)的凹槽置于泵阀连接体VIII的内腔中，线圈骨架连接板(9)通过线圈骨架(5)伸出齿上的螺纹孔与线圈骨架(5)固定连接；所述泵单元V活塞杆(12)贯穿缸体(10)，靠近泵阀连接体VIII端的活塞杆(12)与线圈骨架连接板(9)同轴螺纹联接，活塞杆(12)上同轴固定连接活塞(11)，活塞(11)与缸体(10)间形成对称的两个 吸排油工作腔(13、 14)，吸排油工作腔壁上设有第一吸排油口A_P和第二吸排油口B_P；所述阀单元VI的阀芯杆(16)贯穿阀体，靠近泵阀连接体VIII端的阀芯杆(16)与线圈骨架连接板(9)同轴螺纹联接，阀芯杆(16)上同轴固定连接阀芯(15)，阀芯(15)与阀体间形成阀腔，阀腔壁上设有第一阀口A_V、第二阀口B_v、第三阀口T₁、第四阀口T₂和第五阀口P；所述泵单元IV中第一吸排油口A_P和第二吸排油口B_P通过第二阀块V分别与阀单元VI中第一阀口A_V和第二阀口B_v连通；

所述电磁直驱伺服泵模块I中阀单元VI的第三阀口T₁、第四阀口T₂通过第一阀块III与电磁直驱伺服泵模块II中阀单元VI的第三阀口T₁、第四阀口T₂通过第一阀块III连通，共同组成第一集成油口X，电磁直驱伺服泵模块I中阀单元VI的第五阀口P通过第一阀块III与电磁直驱伺服泵模块II中阀单元VI的第五阀口P通过第一阀块III连通，共同组成第二集成油口Y；所述两个二位四通开关阀IX为主动换向阀，均包括左位机能和右位机能，通过负载信号控制，其中，第一开关阀的左位和右位有四个接口，连接电磁直驱伺服泵模块I中阀单元VI的第三阀口T₁、第四阀口T₂和第五阀口P，左位机能将这些阀口截止，右位机能将这些阀口连通，第二开关阀的左位和右位有四个接口，连接电磁直驱伺服泵模块II中阀单元VI的第三阀口T₁、第四阀口T₂和第五阀口P，左位机能将这些阀口连通，右位机能将这些阀口截止。

2.根据权利要求1所述的一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵，其特征在于所述永磁阵列(4)由m个轴向充磁永磁体(4.1)和n个径向充磁永磁体(4.2)相互紧贴组成，其中m、n均为正整数，m＝n+1。

3.根据权利要求2所述的一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵，其特征在于所述电磁线圈组(6)由a个正向线圈绕组(6.1)和b个反向线圈绕组(6.2)组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，其中a、b均为正整数，a＝b或a-b＝±1。

4.根据权利要求3所述的一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵，其特征在于所述电磁线圈组(6)的绕组个数与径向充磁永磁体(4.2)个数满足n＝a+b。

5.根据权利要求1所述的一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵，其特征在于所述泵阀连接体VIII与缸体(10)和阀体间设有密封圈，活塞(11)与缸体(10)内壁间设有密封圈。

6.根据权利要求1所述的一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵，其特征在于远离所述泵阀连接体VIII端的活塞杆(12)和阀芯杆(16)处设有直线轴承，轴承与缸体(10)和阀体外端部设有密封圈。

7.根据权利要求1至6之一所述的一种双模块集成式主动配流的电磁直驱伺服泵，其特征在于所述电磁直驱伺服泵有三种工作模式：单模块驱动、双模块串联驱动和双模块协同驱动。

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