[发明专利]超磁致伸缩液压泵及其工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种超磁致伸缩液压泵及其工作方法，属液压控制技术领域。

背景技术

稀土超磁致伸缩材料(Ginat Magnetosrtietive Material，简写为GMM)是继稀土永磁，稀土磁光和稀土高温超导材料之后的又一种重要的新型功能材料，被誉为21世纪战略性高科技功能材料。能有效的实现电磁能—机械能的可逆转化，具有应变大，响应速度快，能量传输密度高和输出力大等优异性能。超磁致伸缩泵（Giant Magnetostrictive Pump，简写为GMP）是基于GMM的新型液压泵，相比其他压电、电致伸缩等智能材料驱动的液压泵而言具有响应快、输出压力大、能量转换密度高、工作频宽大等显著优点。

文献1（Anirban Chaudhuri, Jim-Hyeong Yoo and Norman M Wereley. Design, test and model of a hybrid magnetostrictive hydraulic actuator. Smart Materials and Structures, 2009,18(8): 5085019(21 pages)）所述，提出了一种由超磁致伸缩棒驱动的液压泵。当驱动线圈通入一定电流引起磁场变化，GMM棒将会产生一定的伸缩位移，推动导磁块与输出杆往复运动，从而带动与输出杆通过螺纹连接的柱塞往复运动，进而实现油液吸排。预压力机构是由前端盖，碟簧，输出杆等组成，作用是给GMM棒一定的预压力。泵的吸油与排油通道装有悬臂梁式被动阀，从而实现吸排油时油液的单向流动。

但是该液压泵实现方案存在以下缺陷：

（1）该液压泵虽然考虑了对GMM棒施加预压力，但是由于导磁块直接套在GMM棒顶端，而GMM棒是脆性材料，调节预压力时可能因为碟簧与输出杆之间的摩擦力会给GMM棒施加一定的扭矩，从而导致GMM棒易被扭断。

（2）该液压泵虽然也考虑了用悬臂梁式被动阀控制液体的单向流动，但是其阀片采用方形结构，在液体推开阀片从阀片末端流过时，阀片末端对流体阻力较大，不利于流体顺畅流动。

（3）该液压泵未考虑到通电线圈的发热对泵的输出性能影响，线圈发热将会导致超磁致伸缩棒的温度升高，从而导致棒的膨胀，温度过高将会严重影响超磁致伸缩棒的性能，进而影响泵的工作性能。

文献2（超磁致伸缩棒驱动的膜式微泵，卢全国，国家发明专利，专利申请号：200610019985.8）公开了一种由超磁致伸缩棒驱动的膜式微泵的结构形式。当驱动线圈通入一定电流引起磁场变化，GMM棒将会产生一定的伸缩位移，推动顶盘与柔性铰链位移放大机构往复运动实现位移放大，从而推动膜片上下往复弯曲实现泵腔容积变化，进而实现吸排油。弹簧与泵盖组成预压机构，作用是给GMM棒一定的预压力。进出口阀是装有悬臂梁式被动阀片的锥形阀，保证吸排油时油液的单向流动。偏置磁场由安装在线圈骨架上下端的永磁铁提供。

但该泵的实现方案存在以下缺陷：

（1）偏置磁场由永磁体提供，磁场的非线性较大，偏置磁场不可调；

（2）超磁致伸缩棒预压力调节不便。

综上所述，在现有超磁致伸缩微泵中，存在GMM棒轴向预压力调节不便，棒易被扭断和被动阀片流阻较大，通电线圈发热严重，GMM棒的温度无法有效控制等缺点。

本发明将着眼于超磁致伸缩泵的设计，并提供一种超磁致伸缩泵驱动方式及实现措施。超磁致伸缩柱塞泵整体结构具有结构简单紧凑、响应快、工作频宽大、GMM棒温升小等优点；单线圈驱动方式即将驱动电流和偏置电流同时输入到同一线圈中，线圈既提供驱动磁场又提供偏执磁场，该新型驱动方式具有驱动部分结构紧凑，磁场大小调节方便，体积小等优点；超磁致伸缩泵中的GMM棒通过与外罩螺纹连接的前端盖、碟簧、输出杆以及与输出杆锥形接触的顶针对其施加预压力，调节预压力时不会对GMM棒产生扭矩；冷却液在内侧绕在超磁致伸缩棒上，外侧紧贴线圈骨架内壁的冷却管中流通，通过该冷却方法能够对超磁致伸缩棒起到隔热降温的作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预压力施加与调节方便且不易扭断超磁致伸缩棒、单向阀阀片响应快流阻小、超磁致伸缩棒的温升能够有效控制的超磁致伸缩液压泵及其工作方法。