CN213088355U - 一种主动配流式电磁直驱静液作动系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及了一种主动配流式电磁直驱静液作动系统，包括直线电机、柱塞泵、主动控制阀组、液压缸、位移传感器及控制器，其特征在于：采用直线电机直接驱动柱塞泵，同时改变柱塞泵活塞两端的工作腔容积，结合主动控制阀组中高速开关阀的开闭，实现柱塞泵液压油的双向传输，从而实现液压缸活塞两的双向运动；控制器通过位移传感器采集液压缸与直线电机位移，对直线电机以及主动控制阀组进行实时控制：通过控制直线电机的运动频率与幅值控制系统中液压油流量，控制主动控制阀组的开闭相位组合控制系统中液压油流向，从而控制液压缸运动；本实用新型融合了电控直驱与泵控直驱的技术优势，具有结构简单、效率高，动态性能好等优点，具有巨大的前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种主动配流式电磁直驱静液作动系统，属于电液伺服控制技术域。
背景技术
电动静液作动系统（EHA, Electro Hydrostatic Actuator）是由电动机、泵、执行器等组成的体积控制系统，是一个高度集成的局部液压驱动系统。与传统的液压系统不同，其通过电信号控制驱动单元，直接驱动泵，控制泵输出的压力和流量，实现对驱动元件位移的精确控制。因此，电动静液作动系统不仅具有传统液压系统动态稳定性高、响应速度快的优点，而且有效地减少了体积和质量，实现了模块化和分布式，提高了驱动系统的可靠性和可维护性，被广泛应用在工业中，如航空，航天，机器人，汽车等领域。
电动静液作动系统多采用旋转电机与液压泵组合的组成方式，其中柱塞泵、齿轮泵以及旋转电机技术都较为成熟。但是其自身存在着一些问题（可靠性与寿命、系统动态以及余度配置困难）。焦宗夏等学者提出了应用直线电机作为驱动单元的电动静液作动系统。与应用旋转电机的电动静液作动系统相比，由于无需运动转换机构，结构更简单，并且直线电机具有更快的响应速度和更高的控制精度。
现阶段电动静液作动系统多采用阀控制作动系统工作，具有响应速度快，控制精度高等优点，但功率损失较大；非直驱泵控或旋转电机泵控的静液作动系统工作效率高，但电机响应速度慢、结构复杂、旋转惯性大，且满足压力控制精度的电机生产成本较高，直驱泵控是解决阀控静液作动系统能量消耗大，普通泵控静液作动系统动态性能低等难点的一种有效途径。
本实用新型提出了一种主动配流式电磁直驱静液作动系统，融合了电控直驱与泵控直驱的技术优势，采用高功率密度动圈式直线电机直接驱动液压泵活塞进行往复运动，无需运动转换机构、动力传输路线缩短，有效的提高了工作效率，节能效果好；配合高响应节能型电磁铁的主动单向阀，实现高效的输出流量大小与方向控制，在单向阀组的配流控制下，活塞在双向运动的过程中两腔分别实现吸排油，有效提高功率密度；通过直线电机来控制非对称液压缸的动作，响应更加迅速，动态性能好。
发明内容
设计一种主动配流式电磁直驱静液作动系统目的在于，融合电控直驱与泵控直驱的技术优势，采用高功率密度动圈式直线电机直接驱动液压泵活塞进行往复运动，无需运动转换机构、动力传输路线缩短，有效的提高了工作效率，节能效果好；配合高响应节能型电磁铁的主动单向阀，实现高效的输出流量大小与方向控制，在单向阀组的配流控制下，活塞在双向运动的过程中两腔分别实现吸排油，有效提高功率密度；通过直线电机来控制非对称液压缸的动作，响应更加迅速，动态性能好。
本实用新型的一种主动配流式电磁直驱静液作动系统，包括直线电机（1），柱塞泵（2），主动单向阀控制阀组（3），蓄能器（4），溢流阀（5），液压缸（6），液压缸位移传感器（7），控制器（8）以及直线电机位移传感器（9）。直线电机（1）动子直接驱动柱塞泵（2）活塞使得柱塞泵（2）两工作腔容积同时变化且交替增大、缩小，柱塞泵（2）每个工作腔分别通过主动单向阀控制阀组（3）中的两个主动单向阀与液压缸（6）的两腔分别相连，蓄能器（4）为低压蓄能器，通过两单向阀分别与液压缸（6）的两腔相连；溢流阀（5）进出口分别与液压缸（6）的两腔相连，且两溢流阀（5）的进口连接的管路不同；主动单向阀控制阀组（3）中的主动单向阀，属于常闭式高速开关电磁阀，在柱塞泵（2）活塞往复运动过程中，液压缸（6）同一腔相连的主动单向阀中只有一个处于开启状态，且柱塞泵（2）同一工作腔相连的主动单向阀中只有一个处于开启状态，即产生连续的单向流体输出，液压缸（6）活塞单向运动；当需要液压缸（6）活塞换向运动时，即将柱塞泵（2）同一工作腔相连的两主动单向阀的开闭相位设置调换。
所述的主动配流式电磁直驱静液作动系统，其特征在于：直线电机（1）采用Halbach永磁阵列提升气隙磁密，直线电机（1）动子为动圈式或者动磁式。
所述的主动配流式电磁直驱静液作动系统，其特征在于：控制器（8）通过液压缸位移传感器（7）以及直线电机位移传感器（9）分别检测液压缸（6）和直线电机（1）输出位移，并输出直线电机（1）控制信号和主动单向阀控制阀组（3）控制信号。
本实用新型的一种主动配流式电磁直驱静液作动系统，控制器通过电缆进行能量传递，直线电机带动柱塞泵运动，通过直线电机和主动单向阀控制阀组控制非对称液压缸的动作，传感器检测直线电机和非对称液压缸输出位移，生成反馈信号反馈给控制器，形成闭环控制。
本实用新型的一种主动配流式电磁直驱静液作动系统，采用高功率密度动圈式直线电机直接驱动液压泵活塞进行往复运动，无需运动转换机构、动力传输路线缩短，具有结构简单、响应迅速，工作效率高、节能效果好等优点。
本实用新型的一种主动配流式电磁直驱静液作动系统，应用高响应节能型电磁铁的主动单向阀，实现高效的输出流量大小与方向控制，在单向阀组的配流控制下，活塞在双向运动的过程中两腔分别实现吸排油，有效提高功率密度。
本实用新型的一种主动配流式电磁直驱静液作动系统，融合电控直驱与泵控直驱的技术优势，具有结构简单、效率高，动态性能好等优点，投入产业化应用后将带来巨大的经济效益。
附图说明
图1为本实用新型具体实施方式的一种主动配流式电磁直驱静液作动系统直线电机向右运动，第一主动单向阀和第四主动单向阀打开，非对称液压缸活塞杆正向运动时的液流方向。
图2为本实用新型具体实施方式的一种主动配流式电磁直驱静液作动系统液压缸活塞杆正向移动时的液流方向。
图3为本实用新型具体实施方式的一种主动配流式电磁直驱静液作动系统液压缸活塞杆反向移动时的液流方向。
图4为本实用新型具体实施方式的一种主动配流式电磁直驱静液作动系统结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。
如图1至4所示，一种主动配流式电磁直驱静液作动系统，包括直线电机（1），柱塞泵（2），主动单向阀控制阀组（3），蓄能器（4），溢流阀（5），液压缸（6），液压缸位移传感器（7），控制器（8）以及直线电机位移传感器（9）。直线电机（1）动子直接驱动柱塞泵（2）活塞使得柱塞泵（2）两工作腔容积同时变化且交替增大、缩小，柱塞泵（2）每个工作腔分别通过主动单向阀控制阀组（3）中的两个主动单向阀与液压缸（6）的两腔分别相连，蓄能器（4）为低压蓄能器，通过两单向阀分别与液压缸（6）的两腔相连；溢流阀（5）进出口分别与液压缸（6）的两腔相连，且两溢流阀（5）的进口连接的管路不同；主动单向阀控制阀组（3）中的主动单向阀，属于常闭式高速开关电磁阀，在柱塞泵（2）活塞往复运动过程中，液压缸（6）同一腔相连的主动单向阀中只有一个处于开启状态，且柱塞泵（2）同一工作腔相连的主动单向阀中只有一个处于开启状态，即产生连续的单向流体输出，液压缸（6）活塞单向运动；当需要液压缸（6）活塞换向运动时，即将柱塞泵（2）同一工作腔相连的两主动单向阀的开启设置调换。
直线电机（1）采用Halbach永磁阵列提升气隙磁密，直线电机（1）动子为动圈式或者动磁式。
控制器（8）通过液压缸位移传感器（7）以及直线电机位移传感器（9）分别检测液压缸（6）和直线电机（1）输出位移，并输出直线电机（1）控制信号和主动单向阀控制阀组（3）控制信号。
更详细的，如图1所示，一种主动配流式电磁直驱静液作动系统，包括直线电机（1），柱塞泵（2），主动单向阀控制阀组（3），蓄能器（4），溢流阀（5），液压缸（6），液压缸位移传感器（7），控制器（8）以及直线电机位移传感器（9）。直线电机（1）动子直接驱动柱塞泵（2）活塞使得柱塞泵（2）两工作腔容积同时变化且交替增大、缩小，柱塞泵（2）每个工作腔分别通过主动单向阀控制阀组（3）中的两个主动单向阀与液压缸（6）的两腔分别相连，蓄能器（4）为低压蓄能器，通过两单向阀分别与液压缸（6）的两腔相连；溢流阀（5）进出口分别与液压缸（6）的两腔相连，且两溢流阀（5）的进口连接的管路不同；主动单向阀控制阀组（3）中的主动单向阀，属于常闭式高速开关电磁阀，在柱塞泵（2）活塞往复运动过程中，液压缸（6）同一腔相连的主动单向阀中只有一个处于开启状态，且柱塞泵（2）同一工作腔相连的主动单向阀中只有一个处于开启状态，即产生连续的单向流体输出，液压缸（6）活塞单向运动；当需要液压缸（6）活塞换向运动时，即将柱塞泵（2）同一工作腔相连的两主动单向阀的开启设置调换。
直线电机（1）采用Halbach永磁阵列提升气隙磁密，直线电机（1）动子为动圈式或者动磁式。
控制器（8）通过液压缸位移传感器（7）以及直线电机位移传感器（9）分别检测液压缸（6）和直线电机（1）输出位移，并输出直线电机（1）控制信号和主动单向阀控制阀组（3）控制信号。
如图1所示，本具体实施方式的主动配流式电磁直驱静液作动系统，主动单向阀控制阀组（3）包括第一主动单向阀（3.1），第二主动单向阀（3.2），第三主动单向阀（3.3），第四主动单向阀（3.4）；第一主动单向阀（3.1）和第三主动单向阀（3.3）与液压泵（2）第一压缩腔相连，并分别与液压缸（6）无负载一侧和有负载一侧相连；第二主动单向阀（3.2）和主动单向阀（3.4）与液压泵第二压缩腔相连，并分别与非对称液压缸（6）无负载一侧和有负载一侧相连。
如图4所示，主动配流式电磁直驱静液作动系统，包括直线电机（1），柱塞泵（2），主动单向阀控制阀组（3），蓄能器（4），溢流阀（5），液压缸（6），液压缸位移传感器（7），控制器（8）以及直线电机位移传感器（9）。直线电机（1）与柱塞泵（2）固定连接；主动单向阀控制阀组（3）配置在所述直线电机（1）和柱塞泵（2）上方；蓄能器（4）配置在直线电机（1）和柱塞泵（2）的右侧方；液压缸（6）配置在直线电机和柱塞泵下方，直线电机（1）和液压缸（6）分别与位移传感器相连。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种主动配流式电磁直驱静液作动系统，其特征在于，包括直线电机（1），柱塞泵（2），主动单向阀控制阀组（3），蓄能器（4），溢流阀（5），液压缸（6），液压缸位移传感器（7），控制器（8）以及直线电机位移传感器（9）；其特征包括：所述直线电机（1）动子直接驱动柱塞泵（2）活塞使得柱塞泵（2）两工作腔容积同时变化且交替增大、缩小，柱塞泵（2）每个工作腔分别通过主动单向阀控制阀组（3）中的两个主动单向阀与液压缸（6）的两腔分别相连，蓄能器（4）为低压蓄能器，通过两单向阀分别与液压缸（6）的两腔相连；溢流阀（5）进出口分别与液压缸（6）的两腔相连，且两溢流阀（5）的进口连接的管路不同；所述主动单向阀控制阀组（3）中的主动单向阀，属于常闭式高速开关电磁阀，在柱塞泵（2）活塞往复运动过程中，液压缸（6）同一腔相连的主动单向阀中只有一个处于开启状态，且柱塞泵（2）同一工作腔相连的主动单向阀中只有一个处于开启状态，即柱塞泵（2）产生连续的单向流体输出，液压缸（6）活塞单向运动；当需要液压缸（6）活塞换向运动时，即将柱塞泵（2）同一工作腔相连的两主动单向阀的开闭相位设置调换。
2.根据权利要求1所述的主动配流式电磁直驱静液作动系统，其特征在于：直线电机（1）采用Halbach永磁阵列提升气隙磁密，直线电机（1）动子为动圈式或者动磁式。
3.根据权利要求1所述的主动配流式电磁直驱静液作动系统，其特征在于：控制器（8）通过液压缸位移传感器（7）以及直线电机位移传感器（9）分别检测液压缸（6）和直线电机（1）输出位移，并输出直线电机（1）控制信号和主动单向阀控制阀组（3）控制信号。
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