【PTC數智液壓廣場】北航? 新型數智元件-EHA&電液泵

今年PTC ASIA期間將設立“數智液壓廣場”主題展區。主題展區將以液壓數智化為特色專題，以產品及生態為主線進行展示。展區將設置傳感控制、工業物聯網、3D打印、數智元件、工業軟件、電動化、智能制造、主機應用、公共服務平臺、特色產品等10個展示區域。

近20家企業將攜數智液壓相關產品及解決方案亮相，企業代表及專家也將在同期論壇上對前沿產品技術進行深入講解，分享對數智液壓未來發展和趨勢的看法。

（*排名不分先后，以現場為準）

#展品預覽

北航：數智元件

原本去年PTC展會上推出的首屆“數智液壓廣場”，來自于北京航空航天大學的航天伺服驅動與傳動技術實驗室的科研團隊，將為大家帶來兩款新型的數智液壓元件產品——高頻響電靜液作動器(EHA)和新型電液壓動力單元?電液泵。這是怎樣的兩款創新成果呢？我們一起來認識一下吧。

電液泵

電液泵，是將電動機、液壓泵、閥、油箱和傳感器等高度集成的新型電液動力單元，它將液壓泵芯內嵌于電機轉子內，電機直接驅動液壓泵，實現了電機和液壓泵共軸共轉子，采用浸油式結構，通過系統油液對其散熱，并將閥和傳感器其全部集成在同一殼體內。

傳統由電動機驅動的泵源的結構大多是由“電動機+聯軸器+液壓泵”三段形式組成，由于各自相對獨立的組合存在體積大、重量大、效率低、噪聲振動大和泄漏等確定缺點。

電液泵結構原理，將電動機、液壓泵、閥和液壓輔件等高度集成的新型液壓動力單元，能夠大幅減小體積和重量，杜絕了外泄漏、降低了振動和噪聲且具有較高的可靠性。

下圖一種永磁伺服軸向柱塞式電液泵，將斜盤式軸向柱塞泵與永磁同步電機（梯形波或者正弦波驅動）進行高度融合設計，集成了轉子位置傳感器，霍爾或者旋轉變壓器，霍爾傳感器適用于梯形波驅動，旋轉變壓器適用于正弦波驅動。

該種電液泵的轉子外側安裝有永磁磁鋼，轉子結構比較簡單。電磁轉矩的傳遞過程為：磁鋼→轉子→柱塞滑靴組和中心軸。中心軸除了承受彈簧預緊力之外，其上裝有磁鋼，配合與其相對的傳感器組件構成軸向柱塞式電液泵的位置傳感器系統。

電液泵由于其自身獨特的結構，也帶來了其獨特的應用優勢：

• 結構緊湊，功重比高高功率重量比--同等重量體積下功率更大
• 無動密封及其帶來的外泄漏無外部動密封，減少機械連接，一體化結構；不會發生外泄漏
• 散熱、噪聲、振動、效率改善共轉子共殼體共端蓋并去掉了傳統的冷卻風扇、聯軸器或鐘形罩；比同等壓力功率的液壓泵和電動機低10~15dB；電機轉子與液壓泵轉子同軸度高；電機定子溫度基本恒定，綜合效率提高

簡化系統，提高可靠性浸油式結構和同軸度高保證了其更長的壽命；液壓泵嵌入進電動機內，可有效減少40%體積，也為用戶節省了空間；去掉了一些零部件和材料，可有效減少30%重量；由于節省了材料和一體化設計制造；給用戶提供了方便

• 可實現智能泵源系統
• 用戶界面簡單
• 自潤滑和散熱，運行穩定

北京航空航天大學的航天伺服驅動與傳動技術實驗室的科研團隊，長期致力于電液泵的研制開發，目前已經研制開發4類電液泵原理樣機；與多家研究場所合作，完成4項電液泵課題；自主搭建電液泵3套電液泵試驗臺；獲得電液泵相關專利4項。SCI/EI論文11篇及相關的省部級和國家級獎項。

電液泵三維裝配圖

電液泵三維圖

電液泵實物圖

高頻響電靜液作動器

對于需要高精度控制的應用場合，其驅動裝置部分當前大部分還是采用電液伺服節流控制原理，這種方式具有調節精度高、快速性好、成熟度高等特點。但是由于其效率較低、可靠性受伺服閥影響大、維修維護性差等原因，現在針對這類的應用領域，逐漸朝著集成機電作動器方向發展。新型一體化電動靜液壓作動器(EHA)，也是航天伺服驅動與傳動技術實驗室的科研團隊研究的重點之一。

研究團隊推出的高頻響電靜液作動器具有快速響應、高可靠性、低能耗、高功重比和易安裝維護等特點。主要的性能指標有：

• 重量≤50kg（含EHA本體與控制器）
• 工作壓力≥8MPa，啟動壓力≤0.2MPa
• 最小速度≤0.1mm/s；最大速度≥300mm/s
• 頻率(空載)響應：

幅值±45mm，1Hz；幅值±30mm,1.5Hz;

幅值±7mm，3Hz；幅值±1.5mm,8Hz;

• 階躍響應：

超調量≤10mm，振蕩次數≤2次，過渡時間≤2s

涉及的關鍵技術有：

• 基于模型的設計優化技術
• 共殼體一體化設計制造技術
• 高電流控制性能、分布式硬件架構設計
• 高開關頻率適應性、高安全性功率器件驅動電路設計
• 高頻響、高抗擾電流傳感器信號采樣調理電路設計
• 高性能定頻滯環電流控制策略設計
• 電流閉環、速度閉環、位置閉環協同控制策略設計

實驗場景示意圖

被動加載實驗平臺