一种带压力反馈的直线电驱单缸活塞泵

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，具体涉及一种带压力反馈的直线电驱单缸活塞泵。

背景技术

直线电驱的单缸活塞泵采用圆筒形直线电机作为动力源直接驱动活塞做往复运动。但在运动过程中活塞行程固定不变、直线电机的初级线圈受气压限制导致气隙中行波磁场不均匀，影响活塞泵的执行效率与响应速度。因此如何设置直线电机有效运动行程，且平衡直线电机的初级线圈受气压的影响程度成为当下研究的热点问题。

常用的贴片式压力传感器主要包括应变式压力传感器和电阻应变式压力传感器两类。应变式压力传感器是压力传感器中应用比较多的一种传感器，它一般用于测量较大的压力，广泛应用于测量管道内部压力、内燃机燃气的压力、压差和喷射压力、发动机和导弹试验中的脉动压力，以及各种领域中的流体压力等。电阻应变式压力传感器通过不平衡电桥把电阻值的变化转换成电流或电压信号进行输出。

本发明采用应变式压力传感器，利用压阻效应原理被测介质的压力直接作用于传感器的不锈钢膜片上，膜片产生受挤压产生与介质压力成正比的微小位移，使得传感器的电阻值发生变化，利用电子线路检测这一变化，并转换输出一个对应于这一压力的标准测量信号。

发明内容

本发明在现有技术的基础上，提出了一种带压力反馈的直线电驱单缸活塞泵装置，解决当前直线电驱活塞泵无压力反馈且活塞行程不可控的问题，提高执行效率与控制精度；侧边端盖(1)中采用气压阀片(2)来保持直线电机内部气压恒定的同时，解决活塞泵因在恶劣环境下使用时因灰尘、粉末大量进入直线电机导致活塞泵效率下降的问题；采用旋转自锁装置(9)对直线电机永磁动子轴(5)与活塞(10)进行连接，无需对二者进行开孔螺接，保证设备机械强度；采用直线轴承(3)作为直线电机中动子磁轴(6)的支撑组件，在降低运行过程中磁轴的磨损的同时，保证直线电机气隙中行波磁场均匀，减弱直线电机边端效应。

一种带压力反馈的直线电驱单缸活塞泵，其结构包括侧边端盖(1)、气压阀片(2)、直线轴承(3)、定子线圈(4)、定子铁芯(5)、动子磁轴(6)、永磁体(7)、复合连接法兰(8)、旋转自锁装置(9)、活塞(10)、液压油缸(11)、排压阀(12)、表贴式压力传感器(13)、吸压阀(14)。其组成方式为：侧边端盖(1)连接直线电机的定子铁芯(5)，对直线电机起支撑保护作用；侧边端盖(1)中含有气压阀片(2)，分别在直线电机的动子磁轴(6)往复运动时开闭，以此来保证直线电机内部压强平衡；直线电机的动子磁轴(6)连接活塞，为保证活塞(10)随动子磁轴(6)往复运动过程中无角度偏差，液压油缸(11)与直线电机采用平行连接，要求直线电机的定子铁芯(5)外壁与液压油缸(11)外径相同，连接处采用复合连接法兰(8)保证密封；液压油缸(11)中低压腔(G1)与液压油缸高压腔(G2)由活塞(10)分隔，其腔内压力随活塞(10)的往复运动而变化，表贴式压力传感器(13)置于高压腔排压阀端口处，用以探测高压腔内压力变化，进而向直线电机控制端传输信号。

本发明所述单缸活塞泵直线电驱系统为降低活塞泵体积与成本，采用圆筒型永磁同步直线电机作为动力源。直线电机的定子线圈(4)采用扁线型绕组，方便布线的同时可降低端部效应引起的漏磁通。

本发明所述单缸活塞泵直线电驱系统采用表贴式压力传感器(13)传输信号至直线电机控制端，由控制端根据实际推力需要将信号传递给直线电机，进而使直线电机仅需动作有效行程即可。

本发明所述单缸活塞泵直线电驱系统中侧边端盖(1)中设置气压阀片(2)用以调整运行过程中机体内部压强，使直线电机不致因机体内部出现负压或高压影响直流电机执行灵敏度。

本发明所述单缸活塞泵直线电驱系统置于排压阀(12)中的表贴式压力传感器(13)所测的高压腔(G2)压力值对应单一液压油缸输出压力。

本发明所述单缸活塞泵直线电驱系统为保证直线电机机体内部压强平衡，液压油缸(11)与直线电机连接处采用内层橡胶、外层钢构件的复合连接法兰(8)进行连接。

本发明所述单缸活塞泵直线电驱系统将活塞(10)的运行状态划分为压缩状态与释放状态，压缩状态下，侧边端盖(2)中的气压阀片向内打开，直线电机内部各线圈与大气压强相等、高压腔(G2)中排压阀(12)打开，表贴式压力传感器(13)所测即为液压油缸输出压力；释放状态各阀动作状态与之相反，侧边端盖(2)中的气压阀片向外打开，直线电机内部与大气压强相等、高压腔内吸压阀(13)打开，排压阀(12)关闭。

本发明所述单缸活塞泵中连接直线电机的动子磁轴(6)与活塞(9)的旋转自锁装置(9)通过在活塞(10)内部开“7”字型槽口，在直线电机的动子磁轴(6)开键位槽，通过放置键使二者通过插入-旋转操作实现自锁，无需对直线电机的动子磁轴(6)与活塞(10)进行打孔螺接即可实现二者连接。

本发明与现有技术相比，具有以下优势。

本发明所述单缸活塞泵直线电驱系统采用贴片式压力传感器(13)进行压力反馈，活塞在往复运动中行程可依据所需压力进行调节，提高了活塞(10)往复运动的做功效率。

本发明所述单缸活塞泵直线电驱系统使直线电机初级线圈往复运动不受气压限制，提高了单缸活塞泵的执行效率与响应速度。

本发明所述单缸活塞泵直线电驱系统采用旋转自锁装置(9)对直线电机的动子磁轴(6)与活塞(10)进行连接，无需对二者进行开孔螺接，不影响该系统的强度与整体性。

本发明所述单缸活塞泵直线电驱系统采用直线轴承(3)作为直线电机端部支撑结构，保证直线电机气隙中的行波磁场均匀。

附图说明

图1 直线电驱的单缸活塞机结构示意图

图2 侧边端盖示意图，其中，(2.a)和(2.b)分别为侧边端盖的平面示意图与立体示意图；(2.c)为直线电机永磁动子轴(5)带动活塞(9)完成释放过程后，气压阀片(2)向外打开；(2.d)为直线电机永磁动子轴(5)带动活塞(9)完成释放过程后，气压阀片(2)向内打开。

图3 复合连接法兰示意图，其中，(3.a)和(3.b)分别为复合连接法兰的平面示意图与立体示意图。

图4 旋转自锁装置示意图，其中，(4.a)和(4.b)分别为旋转自锁装置的平面示意图与装配立体示意图。

图5 圆筒形直线电机示意图。

图6 直线轴承示意图，其中，(6.a)和(6.b)分别为复合连接法兰的平面示意图与立体示意图。

具体实施方案

以上图1为结构总示意图，图2到6为局部结构图，下边分别就5幅图对本发明展开详细叙述。以下叙述将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，直线电驱的单缸活塞泵结构包括侧边端盖(1)、气压阀片(2)、直线轴承(3)、定子线圈(4)、定子铁芯(5)、动子磁轴(6)、永磁体(7)、复合连接法兰(8)、旋转自锁装置(9)、活塞(10)、液压油缸(11)、排压阀(12)、表贴式压力传感器(13)、吸压阀(14)。其组成方式为：侧边端盖(1)中镶嵌有直线轴承(3)，连接直线电机的动子磁轴(6)，对直线电机起支撑保护作用；侧边端盖(1)中含有气压阀片(2)，分别在直线电机的动子磁轴(6)往复运动时开闭，以此来保证直线电机内部压强平衡；直线电机的动子磁轴(6)连接活塞(10)，为保证活塞(10)在往复运动过程中无角度偏差，液压油缸(11)与直线电机的定子铁芯(5)采用平行连接，要求直线电机的定子铁芯(5)与液压油缸(11)外径相同，连接处采用复合连接法兰(8)保证密封；直线电机的永磁体(7)按内置切向式磁极结构置于动子磁轴(6)中，以转子切向定向充磁；液压油缸(11)中低压腔(G1)与液压油缸高压腔(G2)由活塞(10)分隔，其腔内压力随活塞的往复运动而变化，表贴式压力传感器(13)置于高压腔排压阀端口处，用以探测高压腔内压力变化，进而向直线电机控制端传输信号。

所述单缸活塞泵直线电驱系统为降低活塞泵体积与成本，采用圆筒形直线电机。直线电机的定子线圈(4)采用扁线型绕组，方便布线的同时可降低端部效应引起的漏磁通。

所述单缸活塞泵直线电驱系统采用表贴式压力传感器传输信号至直线电机控制端，由控制端根据实际推力需要将信号传递给直线电机，使用CAN线进行信号传输以确保信号传输过程中的准确快速性，降低误差与丢包率。贴片式压力传感器所测量数值实质为弹簧压缩产生的弹力。

所述单缸活塞泵直线电驱系统仅需使直线电机动作有效行程即可，有效行程即为活塞(10)压缩高压腔(G2)内液压油至液压油缸外壁的实际距离。

如图2所示，所述单缸活塞泵直线电驱系统中侧边端盖(1)中设置气压阀片(2)用以调整运行过程中机体内部压强，气压阀片(2)以直线电机的动子磁轴(6)为基准，左右、上下依次相隔90°对称排列，保证直线电机运行过程中低压腔(G1)气压恒定。

所述单缸活塞泵直线电驱系统置于排压阀(12)中的表贴式压力传感器(13)所测的高压腔(G2)压力值对应单一液压油缸输出压力。

如图3所示，所述单缸活塞泵直线电驱系统为保证直线电机机体内部压强平衡，液压油缸(11)与直线电机连接处采用内层橡胶、外层钢构件的复合连接法兰(8)进行连接，复合连接法兰(8)内层橡胶部分具有良好气密性，可以防止液压油缸内压力泄漏；钢构件部分具有硬机械特性，可以保证液压油缸与直线电机连接的强度。

所述单缸活塞泵直线电驱系统将活塞(10)的运行状态划分为压缩状态与释放状态，压缩状态下，侧边端盖(2)中的气压阀片向内打开，直线电机内部各线圈与大气压强相等、高压腔(G2)中排压阀(11)打开，表贴式压力传感器(13)所测即为液压油缸输出压力；释放状态下各阀动作状态与之相反，侧边端盖(2)中的气压阀片向外打开，直线电机内部与大气压强相等、高压腔内吸压阀(13)打开，排压阀(12)关闭。

如图4所示，所述单缸活塞泵中连接直线电机的动子磁轴(5)与活塞(10)的旋转自锁装置(9)通过在活塞(10)内部开“7”字型槽口，在直线电机的动子磁轴(6)开键位槽，通过放置键使二者通过插入-旋转操作实现自锁。

如图5所示，圆筒形直线电机的动子磁轴(6)在直线轴承(3)的支撑下可保证水平往复运行，确保永磁体(7)所受法向吸力相互抵消，使定子绕组(4)与永磁体(7)间可以保持均匀的行波磁场，保证直线电机双边励磁的均衡性。

如图6所示，直线轴承(3)内部滚珠可随动子磁轴(6)往复运动，确保直线电机运行过程中的平滑性以及降低机械摩擦。