CN204267211U - 基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置，包括壳体(18)、左端盖(1)、右端盖(17)和旋转轴(24)，在壳体(18)内设有空心圆柱型的缸体(25)，此缸体(25)套装在旋转轴(24)的外表面，在壳体(18)的内表面固定设置线圈(23)，此线圈(23)包围在缸体(25)的外部，缸体(25)的右侧紧贴配流盘(19)，在缸体(25)的左侧设置斜盘(28)，在缸体(25)的外侧固定设置由永磁体组成的Halbach阵列(9)，在缸体(25)内均匀设置N个轴向贯穿缸体(25)的柱塞孔，在每个柱塞孔内均设有一个可沿着柱塞孔内表面左右滑动的柱塞(8)。本实用新型的液压能量回收装置用于直接将液压能转换为电能，结构紧凑，可替代现有的由液压马达和发电机组合的液压能量回收装置。

Description

基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置

技术领域

本实用新型涉及液压能量回收技术，尤其涉及一种将液压能转换成电能的集成式能量回收装置。

背景技术

在工业领域存在较多可供回收再利用的液压能量，比如海水淡化、合成氨等化工系统排出的废液通常具有较高的余压，又如液压传动系统中当执行器处于超越负载或制动工况时会在负载腔产生高压油液。能量回收是实现节能降耗的有效技术手段，常见的液压能量回收方法有两种，一种利用待回收的压力能直接为泵输出的液体增压，从而减少系统的总能耗；另一种将待回收的压力能转换为电能后供给电网、电储能元件或电气设备，从而实现能量的二次利用。

对于上述第二种能量回收方法，目前通常采用液压马达和发电机同轴连接组成能量回收装置，这种安装组合方式往往还需要联轴器和支架，导致整个装置的重量和占用空间均较大；联轴器安装过程中不可避免会出现不同心情况，易于带来振动和噪声；多对轴承支撑结构和联轴器传动降低了装置整体的机械效率；加之伸出轴的存在，增加了外泄漏的可能性。针对以上问题，有学者对液压马达和发电机的集成设计进行了研究，但现有方案主要是将液压马达转子和发电机转子并排或嵌套安装，并没有在原理上做到液压能到电能的直接转换，在减小体积方面改进有限。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置，它能直接将液压能转换为电能，结构紧凑，功率密度高，可替代现有的由液压马达和发电机组合的液压能量回收装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置，包括壳体，在壳体的两侧分别固定设置左端盖和右端盖，贯穿壳体的旋转轴与壳体转动相连；在壳体内设有空心圆柱型的缸体，缸体套装在旋转轴的外表面，缸体的右侧紧贴配流盘，在缸体的左侧设置斜盘；在缸体的外侧固定设置由永磁体组成的Halbach阵列；在壳体的内表面固定设置线圈，此线圈包围在缸体的外部；在缸体内设有N个贯穿缸体的柱塞孔，N为大于1的奇数，每个柱塞孔内均设有与柱塞孔内表面滑动相连的柱塞；柱塞的头部与滑靴转动相连，滑靴紧贴斜盘的斜面并沿着斜盘的斜面滑动；通油接头与右端盖固定相连，通油接头上设有进油口和出油口，右端盖内设有进油通道和进油通道，配流盘上设有进油窗口和出油窗口，通油接头上的进油口、右端盖内的进油通道和配流盘上的进油窗口依次相连通，通油接头块上的出油口、右端盖内的出油通道和配流盘上的出油窗口依次相连通。

作为本实用新型的基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置的进一步改进：在左端盖内设有左轴承，在右端盖内设有右轴承，旋转轴的左右两端分别与左轴承和右轴承相连。

作为本实用新型的基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置的进一步改进：柱塞的头部与滑靴铰接，滑靴的外表面与回程盘相连，球铰与回程盘球面铰接；在旋转轴与缸体内圈之间的间隙内设置顶杆和回程弹簧，顶杆的两端分别抵着回程弹簧和球铰，从而使滑靴紧贴斜盘的斜面。

作为本实用新型的基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置的进一步改进：在壳体上设有接线盒，线圈的导线引入至接线盒内。

作为本实用新型的基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置的进一步改进：斜盘和配流盘分别通过销固定在左端盖和右端盖内侧。

作为本实用新型的基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置的进一步改进：在壳体上设有泄油口。

本实用新型与背景技术相比，具有有益的效果是：

本实用新型将液压马达和发电机的功能高度融合为一体，可实现液压能到电能的直接转换，结构紧凑，体积小，重量轻，而且可节约原材料，降低制造成本。本实用新型利用Halbach阵列的单侧磁屏蔽性增大了气隙磁感应强度和装置功率密度。本实用新型去掉了中间传动环节和一对轴承，可提高机械效率；没有伸出轴，密封可靠，减少了外泄漏途径；安装使用方便，振动和噪声小。本实用新型可用于替代现有的由液压马达和发电机组合的液压能量回收装置，特别是应用于安装空间有限的移动设备。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本实用新型的基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置的剖视结构示意图；

图2是图1中A-A的剖面图；

图3是一种Halbach阵列的结构示意图。

图中：1、左端盖，2、左轴承，3、螺钉，4、销，5、接线盒，6、滑靴，7、回程盘，8、柱塞，9、Halbach阵列，10、弹簧座，11、垫圈，12、泄油口，13、销，14、密封圈，15、右轴承，16、通油接头，17、右端盖，18、壳体，19、配流盘，20、挡圈，21、回程弹簧，22、顶杆，23、线圈，24、旋转轴，25、缸体，26、球铰，27、回程盘，28斜盘。

具体实施方式

图1～图2结合给出了一种柱塞式液压能量回收装置，包括壳体18，在壳体18的两侧分别固定设置左端盖1和右端盖17；在壳体18内分别设有缸体25、旋转轴24、斜盘28、配流盘19等。壳体18上设有接线盒5和泄油口12。

左端盖1、右端盖17通过螺钉3与壳体18固定相连，在左端盖1、右端盖17与壳体18之间设置密封圈14。右端盖17内分别设有进油通道和出油通道。在左端盖1内设有左轴承2，在右端盖17内设有右轴承15，贯穿壳体18的旋转轴24的左端与左轴承2相连、右端与右轴承15相连；旋转轴24的轴心线与壳体18的轴心线相重叠。

在壳体18内设有呈空心圆柱型的缸体25，此缸体25套装在旋转轴24的外表面，缸体25与旋转轴24通过花键固定相连；缸体25的内圈与旋转轴24的外表面保持一定的间隙。在缸体25的左侧设置斜盘28，此斜盘28通过销4与左端盖1固定相连；在缸体25的右侧设置配流盘19，此配流盘19通过销13与右端盖17固定相连，且配流盘19紧贴缸体25的右端面。配流盘19上分别设有进油窗口和回油窗口。缸体的外侧固定设置由永磁体组成的Halbach阵列9。

在缸体25内均匀设置7个轴向贯穿缸体25的柱塞孔，在每个柱塞孔内均设有一个可沿着柱塞孔内表面左右滑动的柱塞8。在每个柱塞8的球形的头部与对应的滑靴6上的球形凹部铰接，回程盘27上均布7个圆孔，因此每个滑靴6的上端均套装在回程盘27的圆孔内，从而使滑靴6与回程盘27固定相连。球铰26以球面配合的形式与回程盘27铰接。因此，缸体25一侧与配流盘19紧紧相贴，另一侧通过柱塞8、滑靴6、球铰26、回程盘27的配合与斜盘28相贴。

在缸体25的内圈与旋转轴24的外表面所形成的间隙内设置弹簧座10、挡圈20、回程弹簧21和若干根的顶杆22(例如图2中所显示的6根)。靠近缸体25右端面的挡圈20与缸体25固定相连，回程弹簧21的右端通过垫圈11抵着挡圈20，回程弹簧21的左端设置弹簧座10，每根顶杆22的两端分别抵着弹簧座10和球铰26。回程弹簧21被弹簧座10和挡圈20固定成压缩状态，从而一方面使得缸体25压紧配流盘19，另一方面依次通过顶杆22、球铰26和回程盘27使得滑靴6紧贴斜盘28的斜面。

在壳体18的内表面固定设置线圈23，此线圈23包围在缸体25的外部。线圈23的导线引入至接线盒5内。

通油接头16与右端盖17固定相连，通油接头16设有进油口和出油口。通油接头16上的进油口、右端盖17内的进油通道和配流盘19上的进油窗口依次相连通，通油接头16上的出油口、右端盖17内的出油通道和配流盘19上的出油窗口依次相连通。

本实用新型的基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置工作原理如下：

当通油接头16上的进油口接上高压油液后，油液依次经过通油接头16的进油口、右端盖17的进油通道进入配流盘19的进油窗口，然后又流入缸体25的部分柱塞孔，此部分柱塞孔称为高压腔柱塞孔，其余柱塞孔称为低压腔柱塞孔；由于高压油液的作用，使得高压腔柱塞孔内的柱塞8被顶出。同时，低压腔柱塞孔内的柱塞8被缩回，低压油液依次经过配流盘19的回油窗口、右端盖17的出油通道、通油接头16的出油口回油。由于高低压油液的作用，斜盘28对缸体25的反作用力形成不平衡的驱动力矩，带动缸体25旋转。缸体25旋转过程中，每只柱塞孔的油液在高压腔、低压腔周期性切换，从而完成周期性进油、回油的过程。

在运行过程中，Halbach阵列9与缸体25以相同转速做旋转运动的，根据电磁感应原理，在线圈23中将产生感应电动势，通过接线盒5与负载相连后产生感应电流，从而实现液压能到电能的直接转换。值得注意的是，这个能量转换过程也是可逆的。

在运行过程中，柱塞8与柱塞孔，滑靴6与斜盘28的斜面，缸体25与配流盘19之间的摩擦副不可避免地存在泄漏，为了避免壳体18内油液压力过高，需要及时将泄漏的油液排出壳体18外，泄油口12即用于排放泄漏油液。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本实用新型的一个具体实施例。显然，本实用新型不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本实用新型公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置，包括壳体(18)，其特征在于：在壳体(18)的两侧分别固定设置左端盖(1)和右端盖(17)，贯穿壳体(18)的旋转轴(24)与壳体(18)转动相连；在壳体(18)内设有空心圆柱型的缸体(25)，缸体(25)套装在旋转轴(24)的外表面，缸体(25)的右侧紧贴配流盘(19)，在缸体(25)的左侧设置斜盘(28)；在缸体(25)的外侧固定设置由永磁体组成的Halbach阵列(9)；在壳体(18)的内表面固定设置线圈(23)，此线圈(23)包围在缸体(25)的外部；在缸体(25)内设有N个贯穿缸体(25)的柱塞孔，N为大于1的奇数，每个柱塞孔内均设有与柱塞孔内表面滑动相连的柱塞(8)；柱塞(8)的头部与滑靴(6)转动相连，滑靴(6)紧贴斜盘(28)的斜面并沿着斜盘(28)的斜面滑动；通油接头(16)与右端盖(17)固定相连，通油接头(16)上设有进油口和出油口，右端盖(17)内设有进油通道和进油通道，配流盘(19)上设有进油窗口和出油窗口，通油接头(16)上的进油口、右端盖(17)内的进油通道和配流盘(19)上的进油窗口依次相连通，通油接头(16)块上的出油口、右端盖(17)内的出油通道和配流盘(19)上的出油窗口依次相连通。

2.根据权利要求1所述的基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置，其特征在于：在左端盖(1)内设有左轴承(2)，在右端盖(17)内设有右轴承(15)，旋转轴(24)的左右两端分别与左轴承(2)和右轴承(15)相连。

3.根据权利要求2所述的基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置，其特征在于：柱塞(8)的头部与滑靴(6)铰接，滑靴(6)的外表面与回程盘(27)相连，球铰与回程盘(27)球面铰接；在旋转轴(24)与缸体(25)内圈之间的间隙内设置顶杆(22)和回程弹簧(21)，顶杆(22)的两端分别抵着回程弹簧(21)和球铰(26)，从而使滑靴(6)紧贴斜盘(28)的斜面。

4.根据权利要求3所述的基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置，其特征在于：在壳体(18)上设有接线盒(5)，线圈(23)的导线引入至接线盒(5)内。

5.根据权利要求4所述的基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置，其特征在于：斜盘(28)和配流盘(19)分别通过销固定在左端盖(1)和右端盖(17)内侧。

6.根据权利要求5所述的基于Halbach阵列的集成式液压能量回收装置，其特征在于：在壳体(18)上设有泄油口(12)。