CN101201068A - 开关磁阻电机泵数控液压系统 - Google Patents

Abstract

开关磁阻电机泵数控液压系统，属于液压传动和液压机械领域。其特征在于：包括液压系统和可逆无级调速系统，液压系统与可逆无级调速系统相连。与现有相比能够实现变速、变向和压力、位移数控，大大简化液压系统的结构，可以完全消除系统中存在的节流损失。同时具有结构简单、工作可靠、机械强度高、高效节能、调速精度高、起动电流小、可频繁正反转运行等优点，可在宽广的调速范围内实现高效率运行等优点。适用于运输机械、锻压机械、冶金机械、成型机械、油压机、注塑机、压铸机、轧机加压机械等。

Description

开关磁阻电机泵数控液压系统

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机泵数控液压系统，属于液压传动和液压机械领域。

背景技术

目前能够数控的液压系统多采用电液伺服系统，其主要由电子电气元件、电液伺服阀、液压执行元件、反馈检测元件和控制对象组成。存在的问题是：伺服系统对液体污染特别敏感；电液伺服系统需要一套泵站系统提供恒压液体源；电液伺服系统的伺服阀提供的负载压力最大只有液体源压力的2/3，系统能量浪费严重；由于电液伺服系统效率低，使系统液体温度升高，从而系统需配备冷却装置，导致系统体积增大和复杂化，成本增高。无阀电液伺服系统现有以下几种形式：交流伺服电机加定量泵，交流异步电动机变频调速加定量液压泵，交流异步电动机加变量泵等；由于电机本身的起动电流大、起动与过载转矩小，其调速与转矩控制复杂，调速性能不理想、浪费能源等缺陷，而很难推广使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种能够实现变速、变向和压力、位移数控的液压系统，可简化液压系统的结构的开关磁阻电机泵数控液压系统。

本发明采用如下的技术方案：该开关磁阻电机泵数控液压系统，其特征在于：包括液压系统和可逆无级调速系统，液压系统与可逆无级调速系统相连。

可逆无级调速系统包括：开关磁阻电机、传感器和电机控制器，开关磁阻电机与液压系统相连，液压系统通过传感器与电机控制器相连。电机控制器用于对于开关磁阻电机的驱动控制。

液压系统包括液压泵、液压管道系统、液压缸。

传感器包括压力传感器、位移传感器。

开关磁阻电机与液压系统相连是，电机控制器连接开关磁阻电机，开关磁阻电机连接液压泵，液压泵通过液压管道系统连接液压缸，在管道上设置压力传感器，在机身上设置位移传感器，压力传感器和位移传感器的输出信号连接电机控制器。

电机控制器包括显示器和键盘。

液压管道系统，包括液体箱、单向阀、液控单向阀和管道，单向阀的输入端和液控单向阀的输出端连接液体箱，单向阀的输出端和液控单向阀的输入端连接管道。

可逆无级调速系统电路连接是：开关磁阻电机U2的A、A’、B、B’、C、C’、ANG端口分别连接电机控制器U1的A、A’、B、B’、C、C’、ANG端口，电机控制器U1的L1、L2、L3端口连接电源，压力传感器U3两个、位移传感器U4分别连接电机控制器U1的AI1、AI2、AI3端口，显示器U5和键盘U6分别连接电机控制器U1的I/O1、I/O2端口。

工作原理是：

通过键盘和显示屏输入给电机控制器位移、压力设定数值。系统依靠改变电机的转速来改变液压泵的输出流量，达到调节液压缸工作执行机构速度、变向、压力和位移的目的。工作时，开关磁阻电机驱动液压泵正转，液压缸工作腔进压力液体，液压缸工作行程，回程腔的液体进入液压泵。压力传感器和位移传感器把输出信号传给电机控制器。电机控制器根据传感器反馈的信息和设定数值进行运算，控制开关磁阻电机和液压泵转速。在液压缸回程时，电机控制器控制开关磁阻电机和液压泵反转，回程腔进压力液体，工作腔的液体进入液压泵。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：能够实现变速、变向和压力、位移数控，开关磁阻电机直接完成变速、变向和压力、位移调节动作控制，具有电机控制灵活和液压出力大的双重优点，省掉了溢流阀和减压阀等压力控制阀、调速阀和节流阀等流量控制阀、以及换向阀等液压控制装置，大大简化液压系统的结构，可以完全消除系统中存在的节流损失。同时具有结构简单、工作可靠、机械强度高、高效节能、调速精度高、起动电流小、可频繁正反转运行等优点，可在宽广的调速范围内实现高效率运行。另具有对液体污染敏感性低，液体升温小，无需辅助液体源，具有良好的开发应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的系统原理框图；

图2是电路原理图；

图3是系统及液压系统结构示意图。

图1-3重：1(U1)电机控制器  2(U2)开关磁阻电机  3液压泵  4液体箱  5单向阀  6液控单向阀  7管道  8液压缸  9(U3)压力传感器  10(U4)位移传感器  11机身  12活塞杆  13(U5)显示器  14(U6)键盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

参照图1：

电机控制器连接开关磁阻电机，开关磁阻电机连接液压泵，液压泵通过液压管道系统连接液压缸，在管道上设置压力传感器，在机身上设置位移传感器，压力传感器和位移传感器的输出信号连接电机控制器，电机控制器1外接端口设置有键盘14和显示器13。

参照图2：

开关磁阻电机U2的A、A’、B、B’、C、C’、ANG端口分别连接电机控制器U1的A、A’、B、B’、C、C’、ANG端口，电机控制器U1的L1、L2、L3端口连接电源，压力传感器U3两个、位移传感器U4分别连接电机控制器U1的AI1、AI2、AI3端口，显示器U5和键盘U6分别连接电机控制器U1的I/O1、I/O2端口。

电机控制器U1还可连接其他开关量、模拟量的输入输出接口、232通讯接口等，根据需要，电机控制器1可以外接用于控制开关磁阻电机2快速制动的制动电阻。

参照图3：

开关磁阻电机2与液压泵3连接，液压泵3通过液压管道系统与液压缸8连接，液压管道系统设置有单向阀5和液控单向阀6，单向阀5的输入端和液控单向阀6的输出端连接液体箱4，单向阀5的输出端和液控单向阀6的输入端连接管道7，液压缸8工作腔和液压缸8回程腔的管道7上设置压力传感器9，在机身11上设置位移传感器10，压力传感器9和位移传感器10的信号与电机控制器1连接，电机控制器1的输出信号与开关磁阻电机2连接。

开关磁阻电机2与电机控制器1组成可逆无级调速系统，开关磁阻电机2其定、转子均由冲有凸极和齿槽的硅钢冲片叠压而成。转子既无绕组也无永磁体，定子采用集中绕组，且绕组电流是单向的。当定子某相绕组通电时，所产生的磁场由于磁力线扭曲而产生切向磁拉力，磁力转矩使转子旋转。电机控制器1由嵌入式微处理器、可编程逻辑器件、绝缘栅双极晶体管及其驱动电路、光电隔离、通信接口、显示屏、键盘、电力电子器件及软件组成。

工作原理：通过键盘14将压力数值、位移数值输入电机控制器1，该数值通过显示器13可以进行显示。工作时活塞杆12伸出，开关磁阻电机2驱动液压泵3正转，液压缸8工作腔进压力液体，液压缸8工作行程，液压缸8回程腔的液体进入液压泵3。

液压缸8工作腔不足的液体通过单向阀5从液体箱4补液体到液压泵3入口。压力传感器9把压力信息传给电机控制器1，位移传感器10把位移信息传给电机控制器1。电机控制器1根据压力传感器9和位移传感器10反馈的信息和设定数值进行运算，控制开关磁阻电机2和液压泵3转速。当压力传感器9数值低于设定的数值时，开关磁阻电机2高速运转，当压力传感器9数值接近设定的数值时，电机控制器1控制开关磁阻电机2开始降速运转，以保证液压系统的压力数值不至于超过设定数值，满足工作的需要。并且，开关磁阻电机2和液压泵3的运转受到位移传感器10的控制，位移传感器10的输出信号连接电机控制器1，电机控制器1控制开关磁阻电机2和液压泵3执行减速、停止、反转运行。回程时活塞杆12缩入，电机控制器1控制开关磁阻电机2和液压泵3反转，液压缸8回程腔进压力液体，同时将液控单向阀6打开，液压缸8工作腔多余的液体返回液体箱4。与工作行程相似，当压力传感器9数值低于设定的数值时，开关磁阻电机2高速运转，当压力传感器9数值接近设定的数值时，电机控制器1控制开关磁阻电机2开始降速运转，以保证液压系统的压力数值不至于超过设定数值，满足工作的需要。并且，开关磁阻电机2和液压泵3的运转受位移传感器10的控制，位移传感器10的输出信号连接电机控制器1，电机控制器1控制开关磁阻电机2和液压泵3执行减速、停止运行。

开关磁阻电机2与电机控制器1组成的可逆无级调速系统，是一种新颖的、高性价比的调速系统。该调速系统具有结构简单、工作可靠、机械强度高、高效节能、调速精度高、起动电流小、可频繁正反转运行等优点可在宽广的调速范围内实现高效率运行。

如果有更多的外接信号，本发明可添加可编程控制器，可以将外接信号连接至可编程控制器，可编程控制器通过串口连接电机控制器1。

本发明可添加工控计算机作为上位机，工控计算机连接可编程控制器和电机控制器1。

本发明可添加行程开关或位置传感器连接可编程控制器。当液压缸8行程速度设置节点调节时，可用行程开关或位置传感器代替位移传感器。

本发明中的位移传感器10也可用安装在管道上的流量传感器代替。

开关磁阻电机2选用SRD系列，电机控制器1选用SRM系列。

本发明可用于各种机械装备的液压系统，在液压传动的伺服机械上，如运输机械、锻压机械、冶金机械、成型机械、油压机、注塑机、压铸机、轧机加压机械等。可以代替使用电液伺服阀的传统型电液伺服系统，并且随着开关磁阻技术的进一步发展，系统也会在其他领域获得大的发展。

Claims (8)

1.开关磁阻电机泵数控液压系统，其特征在于：包括液压系统和可逆无级调速系统，液压系统与可逆无级调速系统相连。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机泵数控液压系统，其特征在于：可逆无级调速系统包括：开关磁阻电机(2)、传感器和电机控制器(1)，开关磁阻电机(2)与液压系统相连，液压系统通过传感器与电机控制器(1)相连。

3.根据权利要求1所述的开关磁阻电机泵数控液压系统，其特征在于：液压系统包括液压泵(3)、液压管道系统、液压缸(8)。

4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机泵数控液压系统，其特征在于：传感器包括压力传感器(9)、位移传感器(10)。

5.根据权利要求2所述的开关磁阻电机泵数控液压系统，其特征在于：开关磁阻电机(2)与液压系统相连是，电机控制器(1)连接开关磁阻电机(2)，开关磁阻电机(2)连接液压泵(3)，液压泵(3)通过液压管道系统连接液压缸(8)，在管道(7)上设置压力传感器(9)，在机身(11)上设置位移传感器(10)，压力传感器(9)和位移传感器(11)的输出信号连接电机控制器(1)。

6.根据权利要求2所述的开关磁阻电机泵数控液压系统，其特征在于：电机控制器(1)包括显示器(13)和键盘(14)。

7.根据权利要求3所述的开关磁阻电机泵数控液压系统，其特征在于：液压管道系统，包括液体箱(4)、单向阀(5)、液控单向阀(6)和管道(7)，单向阀(5)的输入端和液控单向阀(6)的输出端连接液体箱(4)，单向阀(5)的输出端和液控单向阀(6)的输入端连接管道(7)。

8.根据权利要求2所述的开关磁阻电机泵数控液压系统，其特征在于：可逆无级调速系统电路连接是：开关磁阻电机U2的A、A’、B、B’、C、C’、ANG端口分别连接电机控制器U1的A、A’、B、B’、C、C’、ANG端口，电机控制器U1的L1、L2、L3端口连接电源，压力传感器U3两个、位移传感器U4分别连接电机控制器U1的AI1、AI2、AI3端口，显示器U5和键盘U6分别连接电机控制器U1的I/O1、I/O2端口。

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