电磁直驱变量泵

(19 )中华人民共和国国家知识产权局
(12 )发明专利申请
(10 )申请公布号
( 43 )申请公布日
( 21 )申请号 201910763263 .0
( 22 )申请日 2019 .08 .19
(71 )申请人长春市北极星科技有限责任公司
地址 130000 吉林省长春市高新区超凡大
街以东益田御水丹堤B区（一期）第6幢
110号房
(72 )发明人于志章
(74 )专利代理机构长春众邦菁华知识产权代理
有限公司 22214
代理人王丹阳
( 51 )Int .Cl .
F04B 17/04( 2006 .01 )
F04B 53/14( 2006 .01 )
F04B 53/16( 2006 .01 )
( 54 )发明名称
电磁直驱变量泵
( 57 )摘要
电磁直驱变量泵涉及液体泵技术领域，解决
了液体泵缺点多的问题，包括活塞，以及顺次循
环连接的阻回管道、第一导向管道、驱动管道和
第二导向管道，活塞匹配阻回管道和驱动管道，
活塞位于导向管道内时与导向管道管壁存在间
隙；阻回管道外安装阻回线圈，使其内活塞保持
依次接触连接状态移动且受阻移动；驱动管道外
安装驱动线圈，控制进入驱动管道内活塞受推力
移动；导向管道外安装导向线圈和定位线圈，定
位线圈控制进入驱动管道的活塞之间的间隔；导
向线圈控制活塞间的间隔和移动速度。本发明的
电磁直驱变量泵的机械结构简单、成本低、流量
及压力变化范围大、脉动低、噪声低、响应快、效
率高、方便维护、寿命长、适用范围广。

权利要求书2页说明书7页附图3页
CN 112392680 A
2021.02.23
CN 112392680 A
1 .电磁直驱变量泵，其特征在于，包括阻回管道(1)、导向管道(3)、驱动管道(2)和多个
活塞(9)，所述导向管道(3)包括第一导向管道(3 .1)和第二导向管道(3 .2)，所述阻回管道
(1)、第一导向管道(3 .1)、驱动管道(2)和第二导向管道(3 .2)顺次循环连接，所述活塞(9)
在阻回管道(1)、第一导向管道(3 .1)、驱动管道(2)和第二导向管道(3 .2)内能顺时针移动
也能逆时针移动，所述阻回管道(1)、导向管道(3)和驱动管道(2)均采用非导磁材质或弱导
磁材质，所述第一导向管道(3 .1)和第二导向管道(3 .2)上均设有进出液管连接处，所述活
塞(9)匹配阻回管道(1)内壁和驱动管道(2)内壁，活塞(9)通过导向管道(3)时，液体能从活
塞(9)与导向管道(3)管壁之间通过；所述阻回管道(1)外表面上安装有阻回线圈(4)，所述
阻回线圈(4)使依次接触连接进入阻回管道(1)内的活塞(9)保持依次接触连接的状态、并
为在阻回管道(1)内移动的活塞(9)提供阻力；所述驱动管道(2)外表面上安装有驱动线圈
(5)，所述驱动线圈(5)为在驱动管道(2)内的活塞(9)提供移动的推力；所述导向管道(3)外
表面上安装有导向线圈(6)和定位线圈(7)，所述定位线圈(7)位于导向管道(3)与驱动管道
(2)相连接的一端，所述导向线圈(6)控制从阻回管道(1)出来后进入到导向管道(3)的活塞
(9)加速移动和活塞(9)间的间隔且间隔长度大于0，控制从驱动管道(2)出来后进入到导向
管道(3)的活塞(9)减速移动和活塞(9)以依次接触连接的状态进入阻回管道(1)，所述定位
线圈(7)控制进入驱动管道(2)的活塞(9)之间的间隔。
2 .如权利要求1所述的电磁直驱变量泵，其特征在于，所述阻回管道(1)内活塞(9)的移
动速度小于驱动管道(2)内活塞(9)的移动速度。
3 .如权利要求1所述的电磁直驱变量泵，其特征在于，所述电磁直驱变量泵还包括位置
传感器(8)，所述位置传感器(8)位于导向管道(3)或驱动管道(2)上，位于驱动线圈(5)和定
位线圈(7)之间，探测途径其进入驱动管道(2)的活塞(9)。
4 .如权利要求3所述的电磁直驱变量泵，其特征在于，所述电磁直驱变量泵还包括主控
驱动板，主控驱动板连接并控制阻回线圈(4)、驱动线圈(5)、导向线圈(6)和定位线圈(7)，
主控驱动板连接位置传感器(8)，位置传感器(8)探测到有活塞(9)途径其进入驱动管道(2)
时得到探测信息并将探测信息发送至主控驱动板，主控驱动板接收探测信息，主控驱动板
根据探测信息和当前驱动线圈(5)的电气参数控制定位线圈(7)对下一个进入驱动管道(2)
的活塞(9)的定位。
5 .如权利要求4所述的电磁直驱变量泵，其特征在于，所述电磁直驱变量泵还包括进出
液管和压力传感器(11)，所述进出液管和压力传感器(11)的数量均为两个，进出液管一一
对应的连接第一导向管道(3 .1)和第二导向管道(3 .2)的进出液管连接处，压力传感器(11)
一一对应的设置在进出液管上，或者压力传感器(11)一一对应的设置在第一导向管道
(3 .1)和第二导向管道(3 .2)上，压力传感器(11)连接主控驱动板，压力传感器(11)探测进
出液管内的液体压力并发送至主控驱动板。
6 .如权利要求1所述的电磁直驱变量泵，其特征在于，所述活塞(9)采用铁磁活塞、强磁
活塞或铁磁强磁混合活塞，活塞(9)的两个端面为曲面。
7 .如权利要求1所述的电磁直驱变量泵，其特征在于，
通过控制所述驱动线圈(5)的驱动频率且控制进入驱动管道(2)内活塞(9)的间隔，实
现输出液体流量的控制和输出液体最大压力的控制；
在所述驱动线圈(5)的驱动频率不变时，通过控制进入驱动管道(2)内活塞(9)的间隔
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实现输出液体流量的控制和输出液体最大压力的控制；
在进入所述驱动管道(2)内活塞(9)的间隔不变时，通过控制驱动线圈(5)的驱动频率
和驱动电流，实现输出液体流量的控制和输出液体最大压力的控制。
8 .如权利要求1所述的电磁直驱变量泵，其特征在于，所述导向管道(3)为C形弯管道或
U形弯管道，导向管道(3)内壁上内设有多个贯穿导向管道(3)的支撑肋(3 .3)；所述活塞(9)
通过导向管道(3)时，活塞(9)位于导向管道(3)管径的中心。
9 .如权利要求1至8中任意一项所述的电磁直驱变量泵的使用方法，其特征在于，包括
如下步骤：
步骤一、通过导向线圈(6)控制从阻回管道(1)出来的活塞(9)移动，使活塞(9)之间相
互分离、并向沿导向管道(3)向驱动管道(2)移动；
步骤二、通过定位线圈(7)控制进入驱动管道(2)的活塞(9)之间的间隔长度；
步骤三、通过驱动线圈(5)控制位于驱动管道(2)内的活塞(9)的移动和移动速度；
步骤四、通过导向线圈(6)控制从驱动管道(2)出来的活塞(9)的移动，并使活塞(9)以
依次接触连接的状态进入阻回管道(1)；
步骤五、通过阻回线圈(4)控制位于阻回管道(1)内的活塞(9)的移动和移动速度；
步骤六、返回步骤一，重复步骤一至步骤五直至电磁直驱变量泵停止工作。
10 .如权利要求1所述的电磁直驱变量泵，其特征在于，所述电磁直驱变量泵在机器人
上的应用。
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电磁直驱变量泵
技术领域
[0001] 本发明涉及液体泵技术领域，具体涉及电磁直驱变量泵。
背景技术
[0002] 传统的液体泵，常见的有离心式、齿轮式、柱塞式、隔膜式、叶片式、螺杆式等，但大
都是基于电机产生的旋转力通过轴传动来实现的。要么结构复杂、成本高，要么效率低脉动
大，并且除了部分柱塞式外，都是定量泵，流量和压力调节范围小。因此需求一种兼具结构
简单、维护方便、成本低、脉动低、流量变化范围大、压力变化范围大和效率高的液体泵。
发明内容
[0003] 为了解决不具有结构简单、成本低、脉动低、流量变化范围大、压力变化范围大和
效率高的液体泵的问题，本发明提供电磁直驱变量泵。
[0004] 本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0005] 电磁直驱变量泵，包括阻回管道、导向管道、驱动管道和多个活塞，所述导向管道
包括第一导向管道和第二导向管道，所述阻回管道、第一导向管道、驱动管道和第二导向管
道顺次循环连接，所述活塞在阻回管道、第一导向管道、驱动管道和第二导向管道内能顺时
针移动也能逆时针移动，所述阻回管道、导向管道和驱动管道均采用非导磁材质或弱导磁
材质，所述第一导向管道和第二导向管道上均设有进出液管连接处，所述活塞匹配阻回管
道内壁和驱动管道内壁，活塞通过导向管道时，液体能从活塞与导向管道管壁之间通过；所
述阻回管道外表面上安装有阻回线圈，所述阻回线圈使依次接触连接进入阻回管道内的活
塞保持依次接触连接的状态、并为在阻回管道内移动的活塞提供阻力；所述驱动管道外表
面上安装有驱动线圈，所述驱动线圈为在驱动管道内的活塞提供移动的推力；所述导向管
道外表面上安装有导向线圈和定位线圈，所述定位线圈位于导向管道与驱动管道相连接的
一端，所述导向线圈控制从阻回管道出来后进入到导向管道的活塞加速移动和活塞间的间
隔且间隔长度大于0，控制从驱动管道出来后进入到导向管道的活塞减速移动和活塞以依
次接触连接的状态进入阻回管道，所述定位线圈控制进入驱动管道的活塞之间的间隔。
[0006] 电磁直驱变量泵的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0007] 步骤一、通过导向线圈控制从阻回管道出来的活塞移动，使活塞之间相互分离、并
向沿导向管道向驱动管道移动；
[0008] 步骤二、通过定位线圈控制进入驱动管道的活塞之间的间隔长度；
[0009] 步骤三、通过驱动线圈控制位于驱动管道内的活塞的移动速度；
[0010] 步骤四、通过导向线圈控制从驱动管道出来的活塞的移动，并使活塞以依次接触
连接的状态进入阻回管道；
[0011] 步骤五、通过阻回线圈控制位于阻回管道内的活塞的移动和移动速度；
[0012] 步骤六、返回步骤一，重复步骤一至步骤五直至电磁直驱变量泵停止工作。
[0013] 电磁直驱变量泵在机器人上的应用。
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[0014] 本发明的有益效果是：
[0015] 本发明电磁直驱变量泵的机械结构简单、成本低，通过电磁直驱，具有流量及压力
变化范围大、脉动低、噪声低、响应快、效率高，方便维护、寿命长、适用范围广等优点。电磁
直驱变量泵的形状为细长型，特别适合液压系统直接与双作用油缸相连，构成直驱液压系
统，适合用于机器人上，占用空间小，适合机器人的小型灵巧化的发展需求。
附图说明
[0016] 图1为本发明的电磁直驱变量泵的结构示意图。
[0017] 图2为本发明的电磁直驱变量泵的导向管道的结构图。
[0018] 图3为本发明的电磁直驱变量泵的强磁活塞的结构示意图。
[0019] 图4为本发明的电磁直驱变量泵的高压力小流量工作模式示意图。
[0020] 图5为本发明的电磁直驱变量泵的中压力中流量工作模式示意图。
[0021] 图6为本发明的电磁直驱变量泵的低压大流量工作模式示意图。
[0022] 图中：1、阻回管道，2、驱动管道，3、导向管道，3 .1、第一导向管道，3 .2、第二导向管
道，3 .3、支撑肋，4、阻回线圈，5、驱动线圈，6、导向线圈，7、定位线圈，8、位置传感器，9、活
塞，9 .1、强磁性永磁体，9 .2、非磁性端块，10、进出液管，11、压力传感器。
具体实施方式
[0023] 为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实
施方式对本发明进行进一步的详细描述。
[0024] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可
以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开
的具体实施例的限制。
[0025] 值得说明的是，本发明所述的横截面、横截面积均是垂直于活塞9移动方向的截
面，管道的横截面为垂直于活塞9在管道内移动方向所截的横截面。本实施方式中液压泵为
液压油泵，即下述所有管道中的液体选用液压油。
[0026] 电磁直驱变量泵，包括阻回管道1、导向管道3、驱动管道2和活塞9，如图1。导向管
道3包括第一导向管道3 .1和第二导向管道3 .2。阻回管道1、第一导向管道3 .1、驱动管道2和
第二导向管道3 .2顺次循环连接，即阻回管道1的一端连接第一导向管道3 .1的一端，第一导
向管道3 .1的另一端连接驱动管道2的一端，驱动管道2的另一端连接第二导向管道3 .2的一
端，第二导向管道3 .2的另一端连接阻回管道1的另一端。活塞9的数量为多个，均能够阻回
管道1、导向管道3、驱动管道2中移动，活塞9能够从阻回管道1、第一导向管道3 .1、驱动管道
2和第二导向管道3 .2顺时针移动，也能逆时针移动。活塞9顺时针移动时，第一导向管道3 .1
的进出液管连接处连接的进出液管作为进液管，第二导向管道3 .2的进出液管连接处连接
的进出液管作为出液管；活塞9逆时针移动时，第一导向管道3 .1的进出液管连接处连接的
进出液管作为进液管，第二导向管道3 .2的进出液管连接处连接的进出液管作为出液管。
[0027] 阻回管道1与驱动管道2的横截面形状、横截面尺寸均相同，横截面为垂直于管道
径向的截面。活塞9作为阻回管道1和驱动管道2的活塞9，活塞9匹配阻回管道1和驱动管道
2，即活塞9匹配阻回管道1内壁也匹配驱动管道2内壁，活塞9外缘能与阻回管道1内壁紧密
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贴合，活塞9外缘能与驱动管道2内壁紧密贴合，从而令阻回管道1和驱动管道2起到活塞套
功能。活塞9的最大横截面的外壁形状匹配阻回管道1的横截面内壁形状，活塞9的最大横截
面的外壁形状匹配驱动管道2的横截面内壁形状，活塞9的最大横截面的外壁尺寸匹配阻回
管道1内壁横截面尺寸和驱动管道2内壁横截面尺寸，活塞9的最大横截面为垂直于活塞9移
动方向的截面。活塞9通过液压油，既能与驱动管道2和阻回管道1密封又能自由移动。可选
的是阻回管道1与驱动管道2为圆柱形管道，活塞9为圆柱形，阻回管道1与驱动管道2的内径
均等于活塞9外径。活塞9通过导向管道3(活塞9位于导向管道3内)时活塞9通过导向管道3
时，液体能从活塞9与导向管道3管壁之间通过，即活塞9不完全贴合导向管道3管壁，也就是
说导向管道3的横截面内壁面积大于活塞9的最大横截面外壁面积，导向管道3内的活塞9和
导向管道3之间能有液体可流通的空间。可选的是，导向管道3横截面为圆形，其内径大于活
塞9外径。导向管道3的具体结构如图2，导向管道3内壁沿管道(即沿活塞9移动方向)设有多
个支撑肋3 .3，支撑肋3 .3贯穿导向管道3，支撑肋3 .3可与导向管道3管壁一体成型且材质也
可相同，活塞9通过导向管道3时活塞9外壁仅接触导向管道3的支撑肋3 .3，支撑肋3 .3对应
的导向管道3管壁凹陷的部分能够通过液体，活塞9在导向管道3内部可以自由移动但不密
封，并且活塞在导向管道3内部移动时一直位于导向管道3管径的中心线上，即活塞9通过导
向管道3时，活塞9位于导向管道3(管径)中心，活塞9距离导向管道3内壁的距离相等。也就
是说，活塞9和管道有紧配合式和间隙式两种方式，活塞9与驱动管道2和阻回管道1均采用
紧配合式方式，活塞9与导向采用间隙式方式。
[0028] 本实施方式中阻回管道1与驱动管道2均采用直管道，横截面为圆形，即圆柱形管
道。导向管道3为C形弯管道或U形弯管道，其垂直于活塞9移动方向的横截面为圆形或椭圆
形，其管径的中心线对应的为C形或U形。活塞9为柱形活塞9，两个端面为曲面，也就是中间
部分是圆柱形，如图3～5，垂直于圆柱轴线的横截面为圆形，活塞9圆柱部分的外径等于阻
回管道1内径。
[0029] 阻回管道1、导向管道3、驱动管道2采用非导磁材料或弱导磁材料制作，同时也为
耐磨抗压材质，例如均采用不锈钢管道、无磁钢管道或金属陶瓷管道。
[0030] 阻回管道1外表面上安装有阻回线圈4。驱动管道2外表面上安装有驱动线圈5。导
向管道3外表面上安装有定位线圈7，定位线圈7位于导向管道3与驱动管道2相连接的一端，
定位线圈7包括第一定位线圈7和第二定位线圈7，第一定位线圈7设置在导向管道3外表面
上，位于第一导向管道3 .1的第一导向管道3 .1与驱动管道2相连接的一端；第二定位线圈7
设置在第二导向管道3 .2外表面上，位于第二导向管道3 .2的第二导向管道3 .2与驱动管道2
相连接的一端。驱动线圈5位于第一定位线圈7和第二定位线圈7之间。导向管道3外表面上
还安装有导向线圈6，即第一导向管道3 .1外表面上安装有导向线圈6，称为第一导向线圈6，
第二导向管道3 .2外表面上也安装有导向线圈6，称为第二导向线圈6，第一导向线圈6位于
第一定位线圈7和阻回线圈4之间，第二导向线圈6位于第二定位线圈7和阻回线圈4之间。导
向管道3外表面上还安装阻回线圈4，导向管道3外表面上的阻回线圈4连接阻回管道1外表
面上的阻回线圈4，导向管道3外表面上的阻回线圈4位于导向管道3与阻回管道1相连接的
一端。
[0031] 阻回线圈4用于控制位于阻回管道1内的活塞9的移动速度，活塞9在阻回管道1内
移动时受到阻回线圈4的阻力作用，第一导向管道3 .1与第二导向管道3 .2存在压力差，若阻
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回线圈4不提供阻力，则该压力差将使活塞9快速通过阻回管道1，阻回线圈4的作用是阻止
活塞9快速通过阻回管道1，阻回线圈4控制活塞9以一定的速度通过阻回管道1，阻回线圈4
为在阻回管道1内移动的活塞9提供阻力，即称之为阻回线圈4使活塞9在阻回管道1内受阻
力移动。阻回管道1内的活塞9是从第一导向管道3 .1或第二导向管道3 .2进入到其内的，进
入到阻回线圈4的活塞9前后紧密相连，阻回线圈4控制活塞9通过阻回管道1，同时保证活塞
9在阻回管道1内仍然依次前后接触连接。阻回线圈4使位于阻回管道1内活塞9保持紧密接
触连接，紧密连接进入阻回管道1内的活塞9在阻回管道1内以紧密连接的状态移动。通常使
位于阻回管道1内的活塞9以相同的速度移动出阻回管道1。
[0032] 定位线圈7用于控制进入驱动管道2的活塞9之间的间隔，从第一定位线圈7一侧进
入驱动管道2的活塞9间的间隔长度(即间距)由第一定位线圈7控制，从第二定位线圈7一侧
进入驱动管道2的活塞9间的间隔长度由第二定位线圈7控制。即一个第二定位线圈7(图1中
位于右侧)控制活塞9顺时针运动时的定位，另一个第二定位线圈7(图1中位于左侧)控制活
塞9逆时针运动时的定位。
[0033] 驱动线圈5用于控制位于驱动管道2内活塞9的移动速度，也就是控制活塞9移动出
驱动管道2的速度。驱动线圈5为位于驱动管道2内的活塞9提供推力，该推力驱动活塞9在驱
动管道2内前进，第一导向管道3 .1与第二导向管道3 .2存在压力差，该压力差使活塞9通过
驱动管道2时受到了阻力，驱动线圈5为活塞9提供通过驱动管道2的推力，使活塞9通过驱动
管道2，即驱动线圈5使活塞9在驱动管道2内受推力移动，驱动线圈5为在驱动管道2内的活
塞9提供移动的推力。通常使位于驱动管道2内的活塞9以相同的速度移动出驱动管道2。
[0034] 导向线圈6用于控制从阻回管道1出来进入到导向管道3的活塞9间的间隔且间距
大于0，也就是说，导向线圈6用于控制从阻回管道1出来进入到导向管道3的活塞9之间不相
互接触、不再连接、相互分离，控制活塞9以不相互接触的状态从阻回管道1进入导向管道3，
活塞9在阻回管道1内依次接触到导向管道3时快速分离，同时粗控制活塞9间的间距，活塞9
间的间距由定位线圈7进行精确控制。导向线圈6还用于控制从驱动管道2出来进入到导向
管道3的活塞9以依次接触连接的状态进入阻回管道1。
[0035] 活塞9与驱动线圈5及阻回线圈4等效构成直线电机，活塞相当于被分成多段的直
线电机的动子，可按永磁式、可变磁阻式、感应式或者永磁与可变磁阻混合式直线电机动子
设计。通常活塞9采用铁磁活塞、强磁活塞或铁磁强磁混合活塞，铁磁活塞即按可变磁阻式
直线电机动子设计，强磁活塞即按永磁式直线电机动子设计，铁磁强磁混合活塞即按永磁
与可变磁阻混合式直线电机动子设计。本实施方式中活塞9采用强磁活塞。强磁活塞其结构
如图3所示，强磁活塞包括一个强磁性永磁体9 .1和两个非磁性端块9 .2，一个强磁性永磁体
9 .1为一对磁极，强磁永磁体沿强磁活塞的移动方向磁化，强磁性永磁体9 .1的两端分别固
定连接一个非磁性端块9 .2，N极端连接一个非磁性端块9 .2，S极端连接一个非磁性端块
9 .2，连接方式可采用常规连接方式，例如胶结。非磁性端块9 .2作为强磁活塞的端部——前
端部和后端部，强磁活塞的移动方向(前进方向)定义为前，强磁活塞长度定义为沿强磁活
塞移动方向的强磁活塞的厚度。非磁性端块9 .2的不与强磁性永磁体9 .1连接的面是曲面，
即强磁活塞的两个端面为曲面，可以是部分球面，例如半球面，则非磁性端块9 .2为半球体。
强磁活塞外壁材料光滑耐磨，采用耐磨材料制作，例如强磁性永磁体9 .1上设有耐磨保护
层，强磁活塞可以是胶囊形或油罐形，强磁性永磁体9 .1轴向磁化，强磁性永磁体9 .1为圆柱
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形。
[0036] 第一导向管道3 .1和第二导向管道3 .2上均设有进出液管连接处。电磁直驱变量泵
还包括两个进出液管10，一个进出液管10连接第一导向管道3 .1的进出液管连接处，另一个
进出液管10连接第二导向管道3 .2的进出液管连接处。两个进出液管10都连接双作用油缸、
液压油箱和滤油器等。
[0037] 电磁直驱变量泵包括或外连接主控驱动板，主控驱动板包括多个控制单元。阻回
线圈4连接一个控制单元、驱动线圈5连接一个控制单元，两个定位线圈7各连接一个控制单
元，每个导向线圈6连接一个控制单元，各个线圈均由对应的控制单元控制线圈的电流、电
压、相序、频率等。
[0038] 电磁直驱变量泵还包括压力传感器11，每个进出液管10上安装一个压力传感器
11，或者在每个导向管道3上安装一个压力传感器11，压力传感器11用于传感进出液管10的
进出液液压。压力传感器11连接主控驱动板，压力传感器11探测进出液管内的液体压力并
将探测的液体压力发送至主控驱动板。压力传感器11反馈电磁直驱变量泵的压力，主控驱
动板接收压力传感器11传感的液体压力、结合电磁直驱变量泵的当前工作状态(所有线圈
的工作情况和实际需求)，决定电磁直驱变量泵下一步的工作模式，进行过压、欠压保护等，
即控制各个线圈的电流、电压、相序、频率等电气参数。
[0039] 电磁直驱变量泵还包括位置传感器8，位置传感器8位于定位线圈7附近，本实施方
式中位于驱动线圈5和定位线圈7之间，位置传感器8位于导向管道3或驱动管道2上，优选的
是位于导向管道3上。位置传感器8用于探测途径其进入驱动管道2的强磁活塞，即强磁活塞
到位传感器，例如采用霍尔位置传感器8。位置传感器8探测到有强磁活塞途径其进入驱动
管道2时得到探测信息，并将探测信息发送至主控驱动板，主控驱动板接收探测信息，主控
驱动板根据探测信息和当前驱动线圈5的电气参数(包括驱动线圈5数量、电流、电压、相序、
频率等)控制定位线圈7对下一个进入驱动管道2的强磁活塞的定位，也就是控制定位线圈7
控制进入驱动管道2的强磁活塞之间的间隔，控制下一个进入驱动管道2的强磁活塞与探测
信息所对应的强磁活塞的间距。即主控驱动板根据位置传感器8传感的探测信息和主控驱
动板对驱动线圈5当前的控制信息，通过控制定位线圈7的电流和电压和驱动频率等控制即
将进入驱动管道2的强磁活塞和上一个进入的强磁活塞的间距。位置传感器8作为强磁活塞
位置反馈元件，使主控驱动板能知道进入驱动管道2的强磁活塞的当前位置，以便精确定位
下一个进入驱动管道2的强磁活塞。
[0040] 强磁活塞与驱动管道2、驱动线圈5的配合，强磁活塞与阻回管道1、阻回线圈4的配
合都等效于直线电机。电路按照直线电机设计。阻回线圈4可以有铁芯、也可无铁芯；驱动线
圈5可以有铁芯、也可无铁芯；导向线圈6为无铁芯的结构；定位线圈7可以有铁芯、也可无铁
芯。无铁芯时，线圈绕装在线圈骨架上，仅用定子线圈驱动的电动机，可参见无铁芯电机。
[0041] 在工作时阻回管道1内的强磁活塞前后紧密相连，中间没有间隔，排队返回，阻回
管道1内保持强磁活塞布满阻回管道1。在工作时驱动管道2内的强磁活塞前后不一定紧密
相连，根据不同的工作模式，有不同排列的间隔，前后强磁活塞之间的间隔处由液体填充。
进入驱动管道2的强磁活塞之间的间隔长度为强磁活塞长度的M倍，即图3中L的M倍，M为自
然数，上述间隔长度由定位线圈7控制。
[0042] 通过控制驱动线圈5的驱动频率且控制进入驱动管道2内活塞9的间隔，实现输出
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液体流量的控制和输出液体最大压力的控制。在驱动线圈5的驱动频率不变时，通过控制进
入驱动管道2内活塞9的间隔实现输出液体流量的控制和输出液体最大压力的控制。在进入
驱动管道2内活塞9的间隔不变时，通过控制驱动线圈5的驱动频率和驱动电流，实现输出液
体流量的控制和输出液体最大压力的控制。即通过对驱动线圈5和/或进入驱动管道2内活
塞9的间隔的控制，实现电磁变量泵的变量功能。
[0043] 驱动管道2内强磁活塞的间隔越长越多，在驱动线圈驱动频率不变的情况下，输出
油量越大(即输出液体的流量大)，但最大输出油压(输出液体最大压力)越小；驱动管道2内
强磁活塞的间隔越短越少，在相同驱动频率下，输出油量越小(即输出液体的流量小)，但最
大输出油压越高。最大输出液压与驱动管道2内当前的强磁活塞个数成正比，因为每个活塞
在驱动管道2中所受最大驱动力基本是固定的。最大输出液量与驱动管道2内当前的间隔数
成正比。不同工作模式再与驱动线圈5的驱动频率变化相配合，能达到流量和压力调节。通
过调节驱动线圈5和阻回线圈4的相序、频率与电压等，可以控制驱动管道2与阻回管道1内
强磁活塞移动的方向(即进出油方向)、快慢。
[0044] 以下3个实施例描述本发明电磁直驱变量泵具体工作模式，整体泵腔内共有24个
强磁活塞，强磁活塞仅有1个强磁性永磁体9 .1。
[0045] 1、高压力小流量：如图4所示，在驱动管道2中，每6个强磁活塞首尾相连，然后间隔
一个强磁活塞长度，在驱动管道2内此时共有11个强磁活塞，另外一个强磁活塞，在导向管
道3中、或者刚出驱动管道2要被导向线圈6快速送到阻回管道1中、再或者是刚从阻回管道1
出来正在快速向驱动管道2移动，图4中为另外一个强磁活塞刚刚进入到阻回管道1，则在阻
回管道1中，13个强磁活塞首尾相连。驱动管道2每进完6个首尾相连的强磁活塞后，间隔一
个强磁活塞长度，下一个强磁活塞在经过进入方向的定位线圈7所对应的位置时，与前一个
强磁活塞的距离被精确微调到一个强磁活塞长度。驱动管道2出口最大压力为11个强磁活
塞所受电磁力之和/强磁活塞横截面积。
[0046] 2、中压力中流量：如图5所示，在阻回管道1中，12个强磁活塞首尾相连，在驱动管
道2中，强磁活塞与强磁活塞间均隔一个强磁活塞长度，即驱动管道2内同时有6个强磁活
塞，其他6个分别在两侧导向管道3内排队等待返回或预排列准备进入驱动管道2，在经过定
位线圈7所对应的位置时，与前一个强磁活塞的距离被精确微调到一个强磁活塞长度。驱动
管道2出口最大压力为6个强磁活塞所受电磁力/强磁活塞横截面积。
[0047] 3、低压大流量：如图6所示，在阻回管道1中，12个强磁活塞首尾相连，在驱动管道2
中，强磁活塞与强磁活塞之间间隔了10个强磁活塞长度，即驱动管道2内同时有两个强磁活
塞，其他10个分别在两侧导向管道3内排队等待返回或预排列准备进入驱动管道2，在经过
定位线圈7所对应的位置时，与前一个强磁活塞的距离被精确微调到10个强磁活塞长度。驱
动管道2出口最大压力为2个强磁活塞所受电磁力/强磁活塞横截面积。
[0048] 驱动管道2输出端连接的导向管道3为高压区，阻回管道1输出端连接的导向管道3
为低压区。阻回管道1用于将强磁活塞运回以达到循环利用，并且要阻止高压区的高压将强
磁活塞快速压回低压区，要控制在预定的速度下从高压区回到低压区。
[0049] 定位线圈7将精确控制进入驱动管道2内强磁活塞的间隔距离，因为强磁活塞一旦
进入驱动管道2内，将会受力，前后强磁活塞的间隔必须精确控制为强磁活塞长度的M倍，否
则将出现不同步，强磁活塞受力不均匀，影响电磁直驱变量泵整体性能，甚至不能正常工
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作。
[0050] 导向线圈6一是负责将从驱动管道2出来的强磁活塞快速送到阻回管道1，使强磁
活塞排队返回，二是负责将阻回管道1出来的强磁活塞在导向管道3转弯处分离，并根据控
制模式将即将进入驱动管道2的强磁活塞预排列和预定位，即粗定位。
[0051] 阻回管道1内强磁活塞的移动速度小于驱动管道2内强磁活塞的移动速度(移动方
向相反，一去一回)，阻回管道1内强磁活塞的移动速度＝驱动管道2内强磁活塞的移动速度
×(强磁活塞长度/(强磁活塞长度+间隔长度))。间隔长度为驱动管道2内强磁活塞的间隔
长度，如图5和图6。
[0052] 输出油量＝强磁活塞最大横截面积×(驱动管道2内强磁活塞的移动速度-阻回管
道1内强磁活塞的移动速度)×工作时间。
[0053] 输出油压＝(驱动管道2内单个强磁活塞所受电磁力×驱动管道2内强磁活塞个
数)/强磁活塞面积，(理想情况下，忽略所有阻力)。
[0054] 本发明电磁直驱变量泵的使用方法，包括如下步骤：
[0055] 步骤一、通过导向线圈6控制从阻回管道1出来的强磁活塞移动，使强磁活塞之间
相互分离、并向沿导向管道3向驱动管道2移动；
[0056] 步骤二、通过定位线圈7控制进入驱动管道2的强磁活塞之间的间隔长度；
[0057] 步骤三、通过驱动线圈5控制位于驱动管道2内的强磁活塞的移动速度；
[0058] 步骤四、通过导向线圈6控制从驱动管道2出来的强磁活塞的移动，并使强磁活塞
以依次接触连接的状态进入阻回管道1；
[0059] 步骤五、通过阻回线圈4控制位于阻回管道1内的强磁活塞的移动和移动速度；
[0060] 步骤六、返回步骤一，重复步骤一至步骤五直至电磁直驱变量泵停止工作。
[0061] 本发明电磁直驱变量泵的机械结构简单，成本低，通过电磁直驱，没有轴承，没有
旋转部件，没有联轴器。特别适合直接与双作用油缸相连。通过对线圈的驱动，流量及压力
变化范围大，强磁活塞能够匀速运动，脉动低。本发明电磁直驱变量泵具有流量及压力变化
范围大、脉动低、噪声低、响应快、效率高，方便维护、寿命长等优点。电磁直驱变量泵的形状
为细长型，特别适合用于机器人上，例如可放于机械臂的细长空间中，构成每个关节独立的
分布式液压驱动系统，即本发明电磁直驱变量泵与双作用油缸相连、且电磁直驱变量泵与
双作用油缸之间设有油路补偿器件，构成直驱液压系统，分布式的设置在机器人上，可以双
向工作，占用空间小，适合机器人的小型灵巧化的需求。
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