技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及電靜液動作器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種主動閥配流多智能材料驅(qū)動的電液作動器。

背景技術(shù)：
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作動器是目前普遍使用的一種功率電傳的執(zhí)行機構(gòu)，由于無人機技術(shù)的飛速發(fā)展，就要求機載作動器逐漸向著小體積﹑高頻響﹑大功率密度的方向發(fā)展。近些年來，由于稀土超磁致伸縮材料(ginatmagnetosrtietivematerial，gmm)能有效的實現(xiàn)電磁能-機械能的可逆轉(zhuǎn)化，具有應(yīng)變大，響應(yīng)速度快，能量傳輸密度高和輸出力大等優(yōu)異性能，被應(yīng)用在了作動器的研究、制造當中。超磁致伸縮電靜液作動器(giantmagnetostrictiveelectro-hydrostaticactuator，gmeha)就是利用了gmm的新型一體化電靜液作動器。gmeha的驅(qū)動磁場通常由線圈或線圈、永磁體的組合產(chǎn)生，目前的主流設(shè)計主要有：1、磁致伸縮固液混合作動器：當驅(qū)動線圈通入一定電流引起磁場變化，gmm棒將會產(chǎn)生一定的伸縮位移，推動導磁塊與輸出桿往復運動，從而帶動與輸出桿通過螺紋連接的活塞往復運動，進而實現(xiàn)油液吸排。預壓力機構(gòu)是由前端蓋，碟簧，輸出桿等組成，作用是給gmm棒一定的預壓力。泵的吸油與排油通道與主動閥的兩個溝槽相連通，從而實現(xiàn)吸排油時油液的單向流。排出的油液流入液壓缸的高壓側(cè)，從而推動活塞桿運動，低壓側(cè)的油液經(jīng)過主動發(fā)的回油側(cè)流回泵腔；2、緊湊混合作動器：由一個液壓泵提供動力，泵中至少有一個提供位移的例如超磁致伸縮材料部件，其提供的位移帶動活塞運動能夠調(diào)節(jié)泵腔的容積，通過驅(qū)動閥來控制油液的輸出方向，從而推動液壓缸進行運動。

但以上磁致伸縮固液混合作動器實現(xiàn)方案存在以下缺陷：目前的作動器在對gmm棒施加預壓力時，只能定性的靠經(jīng)驗施加，由于預壓力的太大或太小將直接gmm棒的輸出性能，因此造成了gmm棒的輸出性能不穩(wěn)定。并且若磁致伸縮棒的驅(qū)動頻率和主動發(fā)的轉(zhuǎn)速不相匹配，會導致液壓缸上下移動甚至不移動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明是為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題而提供一種主動閥配流多智能材料驅(qū)動的電液作動器，能夠提高輸出流量的穩(wěn)定性，并實現(xiàn)多泵周期性工作。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案有：一種主動閥配流多智能材料驅(qū)動的電液作動器，包括電機轉(zhuǎn)換器、智能材料、主動閥、電機連接件以及液壓缸；

所述電機轉(zhuǎn)換器包括外殼，安裝于外殼上端的端蓋，安裝于外殼下端的底座、安裝于端蓋內(nèi)部的輸出桿、安裝于外殼內(nèi)靠上一側(cè)且在輸出桿下端的上導磁塊、安裝在底座內(nèi)的壓力傳感器、安裝在壓力傳感器上面且與外殼接觸的下導磁塊、安裝在外殼內(nèi)且與下導磁塊接觸的線圈骨架、線圈骨架上安裝有磁場發(fā)生單元，所述外殼上端安裝有泵罩，泵罩上端安裝有泵蓋，在泵罩與泵蓋之間安裝有彈性膜片，彈性膜片上端和下端分別安裝有活塞頭和活塞，泵蓋與活塞頭之間留有泵腔；

所述智能材料安裝于線圈骨架內(nèi)的，智能材料與下導磁塊接觸一側(cè)為固定端，智能材料靠近上導磁塊一側(cè)為輸出端，輸出端通過輸出桿帶動活塞進行往復運動，輸出桿與端蓋之間安裝有預壓碟簧；

所述主動閥包括閥體和閥芯，泵蓋上的出油口與閥體下端的進油口對齊，閥體與閥芯通過軸肩密封，電機連接件與閥體螺紋連接；

所述閥體上端面安裝有與液壓缸相接的歧管，所述歧管的右端接有蓄能器，歧管的上端面安裝有支座，所述支座包括左支座和右支座，在左支座的左端和右支座的右端通過螺紋連接有端蓋，端蓋由環(huán)形密封圈起密封作用，支座的內(nèi)壁通過過盈配合安裝有直線軸承，支座的上端面安裝有密封擋板，左支座和右支座之間安裝有缸筒，直線軸承之間安裝有活塞桿，活塞桿中間通過螺紋連接有滑動活塞，在滑動活塞的左右兩側(cè)接有活塞擋板并通過螺紋安裝在活塞桿上。

進一步地，所述端蓋與外殼上端內(nèi)壁面螺紋連接，所述上導磁塊與外殼內(nèi)壁面螺紋連接，底座通過螺栓方式安裝于外殼下端，所述輸出桿與上導磁塊內(nèi)壁表面為面接觸，輸出桿下端面與智能材料上端面為面接觸，智能材料下端面與底座上端面為面接觸，下導磁塊外壁與底座內(nèi)壁為面接觸，壓力傳感器與底座下端面為面接觸，外殼內(nèi)部設(shè)有第一導磁環(huán)和第二導磁環(huán)，第一導磁環(huán)、第二導磁環(huán)與外殼為間隙配合，所述永磁體與第一導磁環(huán)、第二導磁環(huán)交替布置在外殼的內(nèi)部。

進一步地，所述泵罩下端內(nèi)壁表面與外殼上端外壁表面螺紋連接，泵罩上端內(nèi)壁表面與泵蓋下端外壁表面面接觸并通過螺栓連接，所述彈性膜片在活塞頭和活塞之間，并通過內(nèi)六角螺釘與活塞頭和活塞連接成一體。

進一步地，所述閥體與歧管通過內(nèi)六角螺栓連接，所述支座通過內(nèi)六角螺栓安裝于歧管上，密封擋板通過內(nèi)六角螺釘固定在支座上，缸筒的外壁表面和兩端面分別與支座的內(nèi)壁表面面接觸，所述滑動活塞左右端面與活塞擋板端面面接觸。

進一步地，還包括安裝在外殼內(nèi)且在下導磁塊和上導磁塊之間的永磁體與導磁環(huán)、永磁體與導磁環(huán)交替分布。

進一步地，所述閥芯上開設(shè)的溝槽全部在一個軸肩上，交替開槽。

進一步地，所述輸出桿上面部分為圓柱型結(jié)構(gòu)，并鉆有螺紋孔，中間部分為圓盤形結(jié)構(gòu)，并鉆有圓柱型孔，下面部分為圓柱形結(jié)構(gòu)，所述上導磁塊上鉆有螺紋孔。

進一步地，所述線圈骨架由聚四氟乙烯制成。

本發(fā)明具有如下有益效果：本發(fā)明主動閥配流多智能材料驅(qū)動的電液作動器，在動作器中集成了用于檢測壓力的壓力傳感器，實現(xiàn)了通過壓力傳感器實時獲知預壓力的大小，從而準確了解動作器的工作性能。避免了在對gmm棒施加預壓力時，只能定性的靠經(jīng)驗施加，由于預壓力的太大或太小將直接gmm棒的輸出性能，因此造成了gmm棒的輸出性能不穩(wěn)定的問題。從而提高了作動器工作過程的流量穩(wěn)定性。

附圖說明：

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的主動閥配流多智能材料驅(qū)動的電液作動器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例提供的輸出桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實施例提供的主動閥的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為主動閥的剖視圖。

圖5為主動閥的另一剖視圖。

圖6為本發(fā)明實施例提供的閥芯(以四溝槽為例)的三維示意圖。

圖7為本發(fā)明實施例提供的液壓缸與閥體相配合的示意圖。

圖8為本發(fā)明實施例提供的多棒異步驅(qū)動的驅(qū)動信號。

具體實施方式：

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明公開一種主動閥配流多智能材料驅(qū)動的電液作動器，包括電機轉(zhuǎn)換器、智能材料、主動閥以及液壓缸，其中液壓缸由活塞桿13、端蓋14、支座15、密封擋板16、缸筒17、活塞擋板18、滑動活塞19、直線軸承20以及環(huán)形密封圈21組成。

電機轉(zhuǎn)換器包括外殼3，安裝于外殼3上端的端蓋8，安裝于外殼3下端的底座1、安裝于端蓋8內(nèi)部的輸出桿28、安裝于外殼3內(nèi)靠上一側(cè)且在輸出桿28下端的上導磁塊7、安裝在底座1內(nèi)的壓力傳感器33、安裝在壓力傳感器33上面且與外殼3接觸的下導磁塊2、安裝在外殼3內(nèi)且與下導磁塊2接觸的線圈骨架5、線圈骨架5上安裝有磁場發(fā)生單元。本發(fā)明實施例中線圈骨架5由聚四氟乙烯制成。

本發(fā)明適用于提高動作器的穩(wěn)定性，并實現(xiàn)多泵周期性工作。外殼3上端安裝有泵罩9，泵罩9上端安裝有泵蓋11，在泵罩9與泵蓋11之間安裝有彈性膜片10，彈性膜片10上端和下端分別安裝有活塞頭25和活塞26，泵蓋11與活塞頭25之間留有泵腔。

智能材料(以磁致伸縮材料為例)31安裝于線圈骨架5內(nèi)的，智能材料31與下導磁塊2接觸一側(cè)為固定端，智能材料31靠近上導磁塊7一側(cè)為輸出端，輸出端通過輸出桿28帶動活塞26進行往復運動，輸出桿28與端蓋8之間安裝有預壓碟簧27。輸出桿28上面部分為圓柱型結(jié)構(gòu)，并鉆有螺紋孔，中間部分為圓盤形結(jié)構(gòu)，并鉆有四個圓柱型孔，下面部分為圓柱形結(jié)構(gòu)，上導磁塊7上鉆有兩個螺紋孔。

主動閥包括閥體24和閥芯23，泵蓋11上的出油口要求與閥體24下端的進油口對齊，不可錯位安裝，閥體24與閥芯23要求用軸肩密封，因此必須是過渡配合，并且間隙不可以太大；且閥芯23的左右兩個軸肩與中間軸肩的距離可以太遠，閥芯23的溝槽數(shù)目可以是多個，本發(fā)明以4個溝槽為例，但是其他多溝槽的閥芯均屬于本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。閥芯23開的溝槽全部是在一個軸肩上的，交替開槽。

閥體24上端面安裝有與液壓缸相接的歧管12，歧管12的右端接有蓄能器，液壓缸的支座15安裝于歧管12的上端面，支座15包括左支座和右支座，在左支座的左端和右支座的右端通過螺紋連接液壓缸的兩端蓋14，兩個直線軸承20通過過盈配合安裝于支座15的內(nèi)壁，兩個密封擋板16安裝在支座15上端面，缸筒17安裝在支座15之間，活塞桿13安裝于支座15內(nèi)的兩個直線軸承20之間，滑動活塞19通過螺紋連接于活塞桿13中間，在滑動活塞19的左右兩側(cè)接有活塞擋板18并通過螺紋安裝在活塞桿13上。

端蓋8與外殼3上端內(nèi)壁面螺紋連接，上導磁塊7與外殼3內(nèi)壁面螺紋連接，底座1通過螺栓方式安裝于外殼3下端。輸出桿28與上導磁塊7內(nèi)壁表面為面接觸，輸出桿28下端面與智能材料31上端面巍峨面接觸，智能材料31下端面與底座1上端面為面接觸，下導磁塊2外壁與底座1內(nèi)壁為面接觸，壓力傳感器33與底座1下端面為面接觸。

泵罩9下端內(nèi)壁表面與外殼3上端外壁表面螺紋連接，泵罩9上端內(nèi)壁表面與泵蓋11下端外壁表面面接觸并通過螺栓連接，彈性膜片10在活塞頭25和活塞26之間，并通過內(nèi)六角螺釘與活塞頭25和活塞26連接成一體。

閥體24與歧管12通過內(nèi)六角螺栓連接，支座15通過內(nèi)六角螺栓安裝于歧管12上，兩個密封擋板16通過內(nèi)六角螺釘固定在支座15上，缸筒17的外壁表面和兩端面分別與支座15的內(nèi)壁表面面接觸，滑動活塞19左右端面與活塞擋板18端面面接觸。

本發(fā)明主動閥配流多智能材料驅(qū)動的電液作動器還包括安裝在外殼3內(nèi)且在下導磁塊2和上導磁塊7之間的永磁體4與導磁環(huán)6、永磁體4與導磁環(huán)6交替分布，本發(fā)明主動閥配流多智能材料驅(qū)動的電液作動器的驅(qū)動磁場發(fā)生單元為線圈32本發(fā)明主動閥配流多智能材料驅(qū)動的電液作動器的偏置磁場發(fā)生單元為永磁體4。

本發(fā)明主動閥配流多智能材料驅(qū)動的電液作動器的大致工作原理包括：永磁體4在磁場發(fā)生單元中產(chǎn)生偏置磁場以保證超磁致伸縮棒工作在預設(shè)的靜壓力狀態(tài)下，并使其工作在線性區(qū)域，以消除倍頻現(xiàn)象，產(chǎn)生預伸長量，正弦驅(qū)動信號在磁場發(fā)生單元中產(chǎn)生驅(qū)動磁場，使超磁致伸縮棒磁化并產(chǎn)生磁致伸縮。在偏置磁場與正弦驅(qū)動磁場共同作用下，使超磁致伸縮棒產(chǎn)生以預伸長量為初始位置的變化磁致伸縮。超磁致伸縮棒產(chǎn)生磁致伸縮的同時推動輸出桿28以及活塞26做往復運動。當超磁致伸縮棒伸長時，輸出桿28上移，活塞26壓縮泵腔，彈性膜片10向上彎曲，泵腔容積減小，泵腔處于排油階段；超磁致伸縮棒收縮時，輸出桿28在預壓碟簧27的彈性力作用下向下運動，與輸出桿28連接的活塞26在輸出桿的拉力以及彈性膜片的彈性力作用下向下運動，泵腔容積增大，在蓄能器的作用下，泵腔吸油。泵腔排油過程使泵腔里的油不斷排到液壓缸滑動活塞的左端，使左側(cè)的油液壓強升高，而活塞右側(cè)由于低剛度蓄能器壓強近似保持不變，不同的壓強作用活塞產(chǎn)生壓力差，推動活塞帶動活塞桿向右運動；泵腔吸油過程液壓缸右側(cè)的油液又可以回到泵腔，從而使作動器無需外界油箱提供油液，以同樣的原理可以把液壓泵做成多個，每個泵的驅(qū)動頻率互不相同。(本發(fā)明以三根棒為例，多于三根的智能材料也在本發(fā)明專利的保護權(quán)限內(nèi))，使得每個棒的驅(qū)動頻率相差120度，實現(xiàn)液壓泵的連續(xù)排油和連續(xù)的吸油過程，提高了作動器的運動平穩(wěn)性。

本發(fā)明實施例提供的作動器，在動作器中集成了用于檢測壓力的壓力傳感器，實現(xiàn)了通過壓力傳感器實時獲知預壓力的大小，從而準確了解動作器的工作性能。避免了在對gmm棒施加預壓力時，只能定性的靠經(jīng)驗施加，由于預壓力的太大或太小將直接gmm棒的輸出性能，因此造成了gmm棒的輸出性能不穩(wěn)定的問題。從而提高了動作器工作過程的穩(wěn)定性。

本發(fā)明主動閥配流多智能材料驅(qū)動的電液作動器中的閉合磁路由下導磁塊2﹑智能材料(以磁致伸縮材料為例)31(多根智能材料)﹑輸出桿28、上導磁塊7﹑導磁環(huán)6以及永磁體4構(gòu)成，除智能材料31跟永磁體4外，其余材料均選用導磁材料性能良好的金屬材料從而保證磁路閉合以及漏磁小。結(jié)構(gòu)上通過永磁體4與導磁環(huán)6交替分布既提高永磁體產(chǎn)生磁場的均勻性也有效的減少了漏磁，而且智能材料31軸向尺寸接近或者等于驅(qū)動磁場的軸向尺寸時，這樣可以保證經(jīng)過智能材料31·內(nèi)的磁場均勻。本發(fā)明采用永磁單線圈驅(qū)動方式，即永磁鐵4提供偏置磁場，通過永磁鐵4與導磁環(huán)6交替分布，既提高了偏置磁場的均勻性又有效地減少了漏磁，線圈提高驅(qū)動磁場。該方式具有結(jié)構(gòu)緊湊，線圈匝數(shù)小，發(fā)熱小等優(yōu)點。

本發(fā)明以三根智能材料為例，但三根及三根以上的智能材料也在本專利的保護范圍之內(nèi)

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進，這些改進也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。