專利名稱:基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置，包括殼體(18)、左端蓋(1)、右端蓋(17)和旋轉軸(24)，在殼體(18)內設有空心圓柱型的缸體(25)，此缸體(25)套裝在旋轉軸(24)的外表面，在殼體(18)的內表面固定設置線圈(23)，此線圈(23)包圍在缸體(25)的外部，缸體(25)的右側緊貼配流盤(19)，在缸體(25)的左側設置斜盤(28)，在缸體(25)的外側固定設置由永磁體組成的Halbach陣列(9)，在缸體(25)內均勻設置N個軸向貫穿缸體(25)的柱塞孔，在每個柱塞孔內均設有一個可沿著柱塞孔內表面左右滑動的柱塞(8)。本實用新型的液壓能量回收裝置用于直接將液壓能轉換為電能，結構緊湊，可替代現(xiàn)有的由液壓馬達和發(fā)電機組合的液壓能量回收裝置。
【專利說明】基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及液壓能量回收技術，尤其涉及一種將液壓能轉換成電能的集成式能量回收裝置。
【背景技術】
[0002]在工業(yè)領域存在較多可供回收再利用的液壓能量，比如海水淡化、合成氨等化工系統(tǒng)排出的廢液通常具有較高的余壓，又如液壓傳動系統(tǒng)中當執(zhí)行器處于超越負載或制動工況時會在負載腔產生高壓油液。能量回收是實現(xiàn)節(jié)能降耗的有效技術手段，常見的液壓能量回收方法有兩種，一種利用待回收的壓力能直接為泵輸出的液體增壓，從而減少系統(tǒng)的總能耗；另一種將待回收的壓力能轉換為電能后供給電網、電儲能元件或電氣設備，從而實現(xiàn)能量的二次利用。
[0003]對于上述第二種能量回收方法，目前通常采用液壓馬達和發(fā)電機同軸連接組成能量回收裝置，這種安裝組合方式往往還需要聯(lián)軸器和支架，導致整個裝置的重量和占用空間均較大；聯(lián)軸器安裝過程中不可避免會出現(xiàn)不同心情況，易于帶來振動和噪聲；多對軸承支撐結構和聯(lián)軸器傳動降低了裝置整體的機械效率；加之伸出軸的存在，增加了外泄漏的可能性。針對以上問題，有學者對液壓馬達和發(fā)電機的集成設計進行了研宄，但現(xiàn)有方案主要是將液壓馬達轉子和發(fā)電機轉子并排或嵌套安裝，并沒有在原理上做到液壓能到電能的直接轉換，在減小體積方面改進有限。
【發(fā)明內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題是提供一種基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置，它能直接將液壓能轉換為電能，結構緊湊，功率密度高，可替代現(xiàn)有的由液壓馬達和發(fā)電機組合的液壓能量回收裝置。
[0005]為了解決上述技術問題，本實用新型提供一種基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置，包括殼體，在殼體的兩側分別固定設置左端蓋和右端蓋，貫穿殼體的旋轉軸與殼體轉動相連；在殼體內設有空心圓柱型的缸體，缸體套裝在旋轉軸的外表面，缸體的右側緊貼配流盤，在缸體的左側設置斜盤；在缸體的外側固定設置由永磁體組成的Halbach陣列；在殼體的內表面固定設置線圈，此線圈包圍在缸體的外部；在缸體內設有N個貫穿缸體的柱塞孔，N為大于I的奇數，每個柱塞孔內均設有與柱塞孔內表面滑動相連的柱塞；柱塞的頭部與滑靴轉動相連，滑靴緊貼斜盤的斜面并沿著斜盤的斜面滑動；通油接頭與右端蓋固定相連，通油接頭上設有進油口和出油口，右端蓋內設有進油通道和進油通道，配流盤上設有進油窗口和出油窗口，通油接頭上的進油口、右端蓋內的進油通道和配流盤上的進油窗口依次相連通，通油接頭塊上的出油口、右端蓋內的出油通道和配流盤上的出油窗口依次相連通。
[0006]作為本實用新型的基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置的進一步改進:在左端蓋內設有左軸承，在右端蓋內設有右軸承，旋轉軸的左右兩端分別與左軸承和右軸承相連。
[0007]作為本實用新型的基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置的進一步改進:柱塞的頭部與滑靴鉸接，滑靴的外表面與回程盤相連，球鉸與回程盤球面鉸接；在旋轉軸與缸體內圈之間的間隙內設置頂桿和回程彈簧，頂桿的兩端分別抵著回程彈簧和球鉸，從而使滑靴緊貼斜盤的斜面。
[0008]作為本實用新型的基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置的進一步改進:在殼體上設有接線盒，線圈的導線引入至接線盒內。
[0009]作為本實用新型的基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置的進一步改進:斜盤和配流盤分別通過銷固定在左端蓋和右端蓋內側。
[0010]作為本實用新型的基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置的進一步改進:在殼體上設有泄油口。
[0011]本實用新型與【背景技術】相比，具有有益的效果是:
[0012]本實用新型將液壓馬達和發(fā)電機的功能高度融合為一體，可實現(xiàn)液壓能到電能的直接轉換，結構緊湊，體積小，重量輕，而且可節(jié)約原材料，降低制造成本。本實用新型利用Halbach陣列的單側磁屏蔽性增大了氣隙磁感應強度和裝置功率密度。本實用新型去掉了中間傳動環(huán)節(jié)和一對軸承，可提高機械效率；沒有伸出軸，密封可靠，減少了外泄漏途徑；安裝使用方便，振動和噪聲小。本實用新型可用于替代現(xiàn)有的由液壓馬達和發(fā)電機組合的液壓能量回收裝置，特別是應用于安裝空間有限的移動設備。
【附圖說明】
[0013]下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細說明。
[0014]圖1是本實用新型的基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置的剖視結構示意圖；
[0015]圖2是圖1中A-A的剖面圖；
[0016]圖3是一種Halbach陣列的結構示意圖。
[0017]圖中:1、左端蓋，2、左軸承，3、螺釘，4、銷，5、接線盒，6、滑靴，7、回程盤，8、柱塞，9、Halbach陣列，10、彈簧座，11、墊圈，12、泄油口，13、銷，14、密封圈，15、右軸承，16、通油接頭，17、右端蓋，18、殼體，19、配流盤，20、擋圈，21、回程彈簧，22、頂桿，23、線圈，24、旋轉軸，25、缸體，26、球鉸，27、回程盤，28斜盤。
【具體實施方式】
[0018]圖1?圖2結合給出了一種柱塞式液壓能量回收裝置，包括殼體18，在殼體18的兩側分別固定設置左端蓋I和右端蓋17 ;在殼體18內分別設有缸體25、旋轉軸24、斜盤28、配流盤19等。殼體18上設有接線盒5和泄油口 12。
[0019]左端蓋1、右端蓋17通過螺釘3與殼體18固定相連，在左端蓋1、右端蓋17與殼體18之間設置密封圈14。右端蓋17內分別設有進油通道和出油通道。在左端蓋I內設有左軸承2，在右端蓋17內設有右軸承15，貫穿殼體18的旋轉軸24的左端與左軸承2相連、右端與右軸承15相連；旋轉軸24的軸心線與殼體18的軸心線相重疊。
[0020]在殼體18內設有呈空心圓柱型的缸體25，此缸體25套裝在旋轉軸24的外表面，缸體25與旋轉軸24通過花鍵固定相連；缸體25的內圈與旋轉軸24的外表面保持一定的間隙。在缸體25的左側設置斜盤28，此斜盤28通過銷4與左端蓋I固定相連；在缸體25的右側設置配流盤19，此配流盤19通過銷13與右端蓋17固定相連，且配流盤19緊貼缸體25的右端面。配流盤19上分別設有進油窗口和回油窗口。缸體的外側固定設置由永磁體組成的Halbach陣列9。
[0021]在缸體25內均勻設置7個軸向貫穿缸體25的柱塞孔，在每個柱塞孔內均設有一個可沿著柱塞孔內表面左右滑動的柱塞8。在每個柱塞8的球形的頭部與對應的滑靴6上的球形凹部鉸接，回程盤27上均布7個圓孔，因此每個滑靴6的上端均套裝在回程盤27的圓孔內，從而使滑靴6與回程盤27固定相連。球鉸26以球面配合的形式與回程盤27鉸接。因此，缸體25 —側與配流盤19緊緊相貼，另一側通過柱塞8、滑靴6、球鉸26、回程盤27的配合與斜盤28相貼。
[0022]在缸體25的內圈與旋轉軸24的外表面所形成的間隙內設置彈簧座10、擋圈20、回程彈簧21和若干根的頂桿22 (例如圖2中所顯示的6根)。靠近缸體25右端面的擋圈20與缸體25固定相連，回程彈簧21的右端通過墊圈11抵著擋圈20，回程彈簧21的左端設置彈簧座10，每根頂桿22的兩端分別抵著彈簧座10和球鉸26?；爻虖椈?1被彈簧座10和擋圈20固定成壓縮狀態(tài)，從而一方面使得缸體25壓緊配流盤19，另一方面依次通過頂桿22、球鉸26和回程盤27使得滑靴6緊貼斜盤28的斜面。
[0023]在殼體18的內表面固定設置線圈23，此線圈23包圍在缸體25的外部。線圈23的導線引入至接線盒5內。
[0024]通油接頭16與右端蓋17固定相連，通油接頭16設有進油口和出油口。通油接頭16上的進油口、右端蓋17內的進油通道和配流盤19上的進油窗口依次相連通，通油接頭16上的出油口、右端蓋17內的出油通道和配流盤19上的出油窗口依次相連通。
[0025]本實用新型的基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置工作原理如下:
[0026]當通油接頭16上的進油口接上高壓油液后，油液依次經過通油接頭16的進油口、右端蓋17的進油通道進入配流盤19的進油窗口，然后又流入缸體25的部分柱塞孔，此部分柱塞孔稱為高壓腔柱塞孔，其余柱塞孔稱為低壓腔柱塞孔；由于高壓油液的作用，使得高壓腔柱塞孔內的柱塞8被頂出。同時，低壓腔柱塞孔內的柱塞8被縮回，低壓油液依次經過配流盤19的回油窗口、右端蓋17的出油通道、通油接頭16的出油口回油。由于高低壓油液的作用，斜盤28對缸體25的反作用力形成不平衡的驅動力矩，帶動缸體25旋轉。缸體25旋轉過程中，每只柱塞孔的油液在高壓腔、低壓腔周期性切換，從而完成周期性進油、回油的過程。
[0027]在運行過程中，Halbach陣列9與缸體25以相同轉速做旋轉運動的，根據電磁感應原理，在線圈23中將產生感應電動勢，通過接線盒5與負載相連后產生感應電流，從而實現(xiàn)液壓能到電能的直接轉換。值得注意的是，這個能量轉換過程也是可逆的。
[0028]在運行過程中，柱塞8與柱塞孔，滑靴6與斜盤28的斜面，缸體25與配流盤19之間的摩擦副不可避免地存在泄漏，為了避免殼體18內油液壓力過高，需要及時將泄漏的油液排出殼體18外，泄油口 12即用于排放泄漏油液。
[0029]最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本實用新型的一個具體實施例。顯然，本實用新型不限于以上實施例，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本實用新型公開的內容直接導出或聯(lián)想到的所有變形，均應認為是本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置，包括殼體(18)，其特征在于:在殼體(18)的兩側分別固定設置左端蓋⑴和右端蓋(17)，貫穿殼體(18)的旋轉軸(24)與殼體(18)轉動相連；在殼體(18)內設有空心圓柱型的缸體(25)，缸體(25)套裝在旋轉軸(24)的外表面，缸體(25)的右側緊貼配流盤(19)，在缸體(25)的左側設置斜盤(28);在缸體(25)的外側固定設置由永磁體組成的Halbach陣列(9);在殼體(18)的內表面固定設置線圈(23)，此線圈(23)包圍在缸體(25)的外部；在缸體(25)內設有N個貫穿缸體(25)的柱塞孔，N為大于I的奇數，每個柱塞孔內均設有與柱塞孔內表面滑動相連的柱塞(8);柱塞(8)的頭部與滑靴(6)轉動相連，滑靴(6)緊貼斜盤(28)的斜面并沿著斜盤(28)的斜面滑動；通油接頭(16)與右端蓋(17)固定相連，通油接頭(16)上設有進油口和出油口，右端蓋(17)內設有進油通道和進油通道，配流盤(19)上設有進油窗口和出油窗口，通油接頭(16)上的進油口、右端蓋(17)內的進油通道和配流盤(19)上的進油窗口依次相連通，通油接頭(16)塊上的出油口、右端蓋(17)內的出油通道和配流盤(19)上的出油窗口依次相連通。2.根據權利要求1所述的基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置，其特征在于:在左端蓋⑴內設有左軸承(2)，在右端蓋(17)內設有右軸承(15)，旋轉軸(24)的左右兩端分別與左軸承(2)和右軸承(15)相連。3.根據權利要求2所述的基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置，其特征在于:柱塞(8)的頭部與滑靴(6)鉸接，滑靴(6)的外表面與回程盤(27)相連，球鉸與回程盤(27)球面鉸接；在旋轉軸(24)與缸體(25)內圈之間的間隙內設置頂桿(22)和回程彈簧(21)，頂桿(22)的兩端分別抵著回程彈簧(21)和球鉸(26)，從而使滑靴(6)緊貼斜盤(28)的斜面。4.根據權利要求3所述的基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置，其特征在于:在殼體(18)上設有接線盒(5)，線圈(23)的導線引入至接線盒(5)內。5.根據權利要求4所述的基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置，其特征在于:斜盤(28)和配流盤(19)分別通過銷固定在左端蓋(I)和右端蓋(17)內側。6.根據權利要求5所述的基于Halbach陣列的集成式液壓能量回收裝置，其特征在于:在殼體(18)上設有泄油口(12)。
【文檔編號】H02K7-18GK204267211SQ201420541728
【發(fā)明者】王滔, 胡徐趣, 周志雄 [申請人]湖南大學