[发明专利]一种机械内阻连续可调的高效率电静液作动器

说明书

本发明提供一种机械内阻连续可调的高效率电静液作动器，包括刚度可调能量转换驱动机构、液压系统、蓄能器及机械负载反馈机构。刚度可调能量转换驱动机构利用缠绕在GMM棒上的电磁线圈所产生的交变磁场来激励GMM棒产生磁致伸缩运动，并利用布置在GMM棒周围的偏置直流线圈根据机械负载反馈机构的反馈信号所产生相应的控制电压来调节GMM棒的杨氏模量；机械负载反馈机构将检测出的位移和机械载荷来计算负载阻抗，产生偏置直流线圈所需的控制电压，实现机械内阻与负载阻抗匹配来达到最大能量传递效率。实施本发明，能使机械内阻连续可调并与负载阻抗自适应匹配，达到能量转换效率最优，从整体上解决传统电静液作动器中的频响和传动效率问题。

技术领域

本发明涉及机械结构技术领域，尤其涉及一种机械内阻连续可调的高效率电静液作动器。

背景技术

电静液作动器(Electro Hydrostatic Actuator，EHA)是一种高度集成的泵控静液传动系统，依靠电机、静液、泵阀和液压缸等机构实现力和位移的传递。目前商业化的电静液作动器，主要采用旋转或直线电机驱动柱塞泵，产生高压流体后推动液压缸进行动力输出，具有布局灵活、传输功率大、功率密度高等优点，在多电飞机、无人机、机器人等领域有重要应用。然而，受制于电机物理特性和油液固有频率的影响，频率带宽窄和能量传输效率低长期以来严重制约高性能EHA的发展。

将智能材料与EHA装置结合，研究具有更小体积，更高响应速度的新型智能化EHA系统，是提升EHA工作频宽和响应速度的有效途径。

目前，融合智能材料驱动的EHA，其驱动元件通常采用压电陶瓷、超磁致伸缩材料(GMM)、形状记忆合金和磁流变材料等。其中，形状记忆合金和磁流变可以产生较大位移，但驱动频率较低，仅适用于静态或者低频场合；压电陶瓷和GMM均可用于EHA驱动，但在输出行程上，GMM是压电陶瓷的5-8倍，在功率密度上，GMM是压电陶瓷的10倍以上，因此在大行程、动态驱动场合GMM的性能要优于压电陶瓷。

如图1所示，为GMM驱动的EHA结构图，其主要有磁致伸缩泵1^/、激励线圈2^/、GMM棒3^/、泵活塞4^/、单向阀5^/、管路6^/、液压缸7^/、泵腔8^/和蓄能器9^/等组成；其中，磁致伸缩泵1^/、激励线圈2^/、GMM棒3^/形成能量转换驱动机构，将电磁能转换成机械能驱动；泵活塞4^/、单向阀5^/、管路6^/、液压缸7^/、泵腔8^/形成液压系统，将GMM棒3^/的小位移高频振动转换为液压缸7^/内输出活塞10^/的大位移输出；蓄能器9^/提供偏置压力，并抵消EHA运行过程中产生的冲击以及补偿泄漏。该EHA的工作原理为，磁致伸缩泵1^/在激励线圈2^/的作用下依靠磁场驱动，利用GMM棒3^/产生的机械能推动泵活塞4^/来驱动泵腔8^/产生高压流体，然后通过单向阀5^/整流，进而推动液压缸7^/产生动力输出。

然而，受制于驱动元件动力学特性、固-液相互融合工作模式等因素的影响，因机械内阻无法变化，使得EHA快速响应过程中由于负载阻抗失衡和油液固有频率影响而导致能量传递效率低的问题仍没有很好解决。

因此，改变EHA固定内阻的工作模式，对其进行主动式激励和变内阻控制，才是从根本上解决EHA频响和传动效率问题的关键。

发明内容