CN1168715A - 运用形状记忆合金的液压泵 - Google Patents

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Abstract

一种运用形状记忆合金元件(50)的泵(100)，形状记忆合金与电源端子(52)相连接，它通电后收缩，使安装在缸筒(28)中可以滑动的活塞(40)下移，从而把液体吸进缸筒(28)。活塞(40)在偏移弹簧(44)的偏移力作用下上升并把吸进缸筒(28)的液体向外排出。泵(100)结构简单，因而重量轻且便于修理和保养。

Description

运用形状记忆 合金的液压泵
本发明涉及一种产生液体压力的系统，更确切地说是涉及一种运用形状记忆合金的液压泵。
图1显示了一种传统的液体压力产生系统10。它安装在车辆上用来驱动各种液压系统的执行元件。如图所示，传统的液体压力产生系统包括一个产生液体压力的泵16和借助于电能和联轴器14来驱动泵16的马达12。
马达12用螺栓之类的零件固定在底板18上。泵16安装在支架15上再固定到底板18上。马达12通过联轴器14与泵16相连接。
当电能送至马达12，马达12便旋转。泵16通过联轴器14接受到马达12的旋转力，从而产生液体压力，该加压液体再传送到各种液压系统并驱动它们。
在上述传统的液体压力产生系统中，为了产生液体压力，马达12作为驱动力是必须的。为了传递马达12的动力，联轴器14也是一个必不可少的元件。
此外，还要增加安装泵16的支架15以及固定马达12和支架15的底板18。它们的结构复杂，使重量增加，而且成本高，修理困难。
另一方面，形状记忆合金是指在低于某一临界温度时该合金将保持外力引起的变形，而在被加热到临界温度之后，该合金的形状记忆效应就起作用，靠一种形状恢复力恢复到记忆中的原来的形状。形状记忆合金如像一种钛-镍合金和一种铝合金在高温下被制作成有一个预先确定的形状。
有两种方法用来加热形状记忆合金。第一种方法，是把液体送到形状记忆合金的周围并改变该液体的温度。第二种方法是使电流沿着形状记忆合金流过，由形状记忆合金的电阻产生的热来加热该合金。
制成弹簧形状的形状记忆合金主要对围绕该合金流动的液体的温度或者与该合金相接触的物体的温度作出反应。更确切地说，当围绕着用形状记忆合金制成的弹簧流过的液体的温度达到临界温度时，形状记忆合金弹簧恢复其原来的形状；而当液体的温度变得低于临界温度时其形状就可被外力所改变。
然而，采用上述形状记忆合金弹簧的结构对液体温度的反应慢，而且这种形状记忆合金弹簧的工作范围也难以精确控制。此外，形状记忆合金弹簧的形状复杂，因而制造困难。
因此，本发明的目的是要提供一种运用形状记忆合金的液体压力产生系统，它的结构简单，重量轻且容易修理。
为了实现本发明的上述目的而提供的一种泵，它包括：
一端加工成缸筒的泵体。它有一个进液口用来吸进液体，一个排液口用来把吸进缸筒的液体向外排出。在其缸筒的下部有一个放液口用来把进入缸筒下部的液体排放掉。一个连接放液口和进液口的排液通道。泵体有一个敝开的下部。
一个安装在缸筒内可以滑动的活塞。当它从第一位置移动到第二位置时允许液体流进缸筒，而当它从第二位置移动到第一位置时通过排液口将吸入缸筒的液体排出；
一个装有一对电源端子的底盖。它安装在泵体的下部，将泵体的缸筒密闭；
一个偏移机构，安装在活塞的下端与底盖的上端之间。用来施加一个偏移力，使活塞保持在第一位置以及从第二位置移动到第一位置；以及
一个形状记忆合金元件。它悬套在一个穿过活塞下部的连接销的外圆上，并与底盖上的电源端子相连接。当电能经电源端子输入时，它克服偏移机构的偏移力把活塞从第一位置移动到第二位置。
这里，一个只能单向开关的第一止回阀安装在进液口内；一个只能单向开关的第二止回阀安装在排液口内。缸筒的下部有一个放液口，一个只能单向开关的第三止回阀安装在放液口内。该放液口通过排液通道与进液口相连，把进入缸筒下部的液体排放掉。
通过一对电源端子(ON)向形状记忆合金元件供电，形状记忆合金元件便克服作为偏移机构的偏移弹簧的偏移力把活塞从第一位置移动到第二位置。这时，液体通过进液口被吸入缸筒。
当活塞到达第二位置时，通过这一对电源接头供给的电源被切断，于是在偏移弹簧的偏移力作用下，活塞移向第一位置。此间，形状记忆合金元件松驰。这时，被吸入缸筒的液体经排液口被排出。这样，按照本发明运用形状记忆合金制造的泵重量轻，结构简单，修理和保养方便。
参照附图对优选的具体实施例作详细的说明后，本发明的上述目的和其他优点将变得更为明显。在这些附图中：
图1为采用一个马达的传统液体压力产生系统的示意图；
图2为按照本发明第一实施例的运用形状记忆合金液压泵的剖面图；
图3为图2所示液压泵的形状记忆合金在供电状态下的剖面图；
图4为图2的液压泵在未被供电时产生液体压力的状态下的剖面图；
图5为按照本发明第二实施例的运用形状记忆合金的多缸液压泵的剖面图；以及
图6为图5所示液压泵的平面图。
以下将对按照本发明的运用形状记忆合金的液压泵作详细的说明。实施例1
图2为按照本发明的第一实施例的运用形状记忆合金的液压泵100的剖面图。
本发明的第一实施例的液压泵包括一个泵体30，一个用来吸入和排出液体的安装在泵体内可滑动的活塞40以及一个把活塞40从第一位置移动到第二位置的形状记忆合金元件50。此外，还有一个偏移弹簧44，它把活塞40从第二位置移回到第一位置。
泵体30的一侧有一个进液口20，当活塞40从第一位置移动到第二位置时从该口吸入液体。泵体内有一缸筒(或称液压腔)28，它充满了从进液口20吸入的液体。还有一个排液口24，当活塞40从第二位置移动到第一位置时从该口排出液体。一个排液通道34把进液口20与缸筒28的下部连接起来以便把液体排放掉。
在上述进液口20内装有一个只能单向开关的第一止回阀22，在排液口24内装有一个只能单向开关的第二止回阀26。在缸筒排液通道34的靠缸筒一侧有一放液口32用来排放液体。一个只能单向开关的第三止回阀装在放液口32内。缸筒28的上部有一限位板，当活塞从第二位置移动到第一位置时用来限制活塞的过度运动。
在泵体30的下部，即缸筒28的下部装有一个带有电源端子并使缸筒28密闭的端盖38。
为了使活塞40保持在第一位置，偏移弹簧44安装在活塞40和端盖38之间对活塞40施加一个偏移力。
形状记忆合金元件50克服偏移弹簧44的偏移力把活塞40从第一位置移动到第二位置。该元件悬套在一个穿过活塞40的连接销42的外圆上并与安装在端盖38上的电源端子52相连。当通过端子52供电时，形状记忆合金元件50便克服偏移弹簧44的偏移力而收缩，把活塞40从第一位置移动到第二位置。
为了把形状记忆合金应用到泵上，形状记忆合金元件总的收缩和松驰时间应小于100毫秒，最好为20毫秒至100毫秒。最大拉力应为10公斤力/毫米2。这种形状记忆合金元件在一项美国专利(专利号：5211371，授予Coffee)中已有说明。该专利公布了一种应用形状记忆合金的阀门。这种应用在Coffee阀门中的形状记忆合金为金属丝状，由一个电路来控制。该电路是一个闭合电路，包含有多个晶体管和多个电容器。形状记忆合金的动作与所采用的电容器的充电放电及晶体管的开关的工作循环相一致。此外，美国专利NO.5092901(授予Hunter等)公布了一种其总的收缩和松驰时间非常短，适合于用作一种电磁运算器的形状记忆合金纤维。
在本实施例中，美国专利NO.5092901公布的形状记忆合金可以利用。为了满足形状记忆合金元件的20毫秒至100毫秒和10公斤力/毫米2等条件，可以采用单股或多股商业销售的形状记忆合金纤维来制成形状记忆合金元件。
当切断形状记忆合金元件50的供电时，偏移弹簧44施加到活塞40上的偏移力使活塞40从第二位置移动到第一位置。于是，进入缸筒28的液体经排液口24被排出，收缩了的形状记忆合金元件50得以松驰。此外，如果不通过电源接头52向形状记忆合金元件50供电，由于偏移弹簧44的偏移力作用在活塞40上，使活塞40保持在第一位置。
下面将对具有上述结构的液压泵100的运行机制作一说明。
图2表示了按照本发明第一实施例的运用形状记忆合金液压泵100的初始状态。
活塞40在偏移弹簧44的偏移力的作用下处于缸筒28的上端位置即第一位置，偏移弹簧44和形状记忆合金元件50保持在松驰状态。这时，对与形状记忆合金元件50相连接的电源端子52的供电被切断，第一，第二和第三止回阀22，26和36保持在关闭状态(初始状态)。
此时，当通过电源端子52接通形状记忆合金元件50的电源时，电流通过形状记忆合金元件50并将它加热。当加热到预定的临界温度时，形状记忆合金元件50开始收缩并克服偏移弹簧44的偏移力。相应地，随着悬套着连接销42的形状记忆合金元件50的收缩，偏移弹簧44被压缩，活塞40开始从第一位置移动第二位置(参见图3)。
当活塞40由于形状记忆合金元件50的收缩而从第一位置移动到第二位置时，第一止回阀22开启，液体通过进液口20被吸入缸筒28(吸液过程)。
当活塞40处在第二位置时，通过电源端子52的供电被断开。
如果对形状记忆合金元件50的供电被切断，活塞40在偏移弹簧44的偏移力作用下开始从第二位置移动到第一位置，收缩的形状记忆合金元件50开始松驰。这时，第一止回阀22关闭而第二止回阀26开启，液体通过排液口24从缸筒28中排出(排液过程)。
活塞40在偏移弹簧44的偏移力作用下逼近缸筒28上部并停在第一位置从而完成了排液过程(回到初始状态)。
在吸液过程中，即活塞40向第二位置运动的过程中，在第三止回阀36开启的瞬间，进入缸筒28下部的液体经放液口32被排放出来。
在上述按照本发明第一实施例的运用形状记忆合金元件50的液压泵100中，在重复初始状态，吸液过程和排液过程的同时，压力液体(多数情况下是一种油)就被送到各种液压系统的执行元件。实施例2
图5为按照本发明第二实施例的运用形状记忆合金液压泵的示意图。
按照本发明第二实施例的运用形状记忆合金的液压泵200包括上盖60，泵体30和底盖38。
上盖60有一个从液体源吸入液体的进液口62。出液口64位于与进液口62相对的一侧，它与各种液压系统的执行元件相连通。
泵体30中有5个缸筒28、128、228、328和428。第一活塞40装在第一缸筒28中，可在活塞40的第一位置和第二位置之间滑动。第二活塞140装在第二缸筒128中，第三活塞240装在第三缸筒228中，第四活塞340装在第四缸筒328中以及第五活塞440装在第五缸筒428中，它们分别可在各自的第一位置和第二位置之间滑动。
在第一缸筒28的上部有一个第一进液口20用来吸进液体到第一缸筒28内以及一个第一排液口24。当第一活塞40从第二位置滑到第一位置时它被用来排出进入第一缸筒28内的液体。类似地，在第二缸筒128的上部有一个第二进液口120和一个第二排液口124；第三缸筒228的上部有一个第三进液口220和一个第三排液口224；第四缸筒328的上部有一个第四进液口320和一个第四排液口324；以及第五缸筒428的上部有一个第五进液口420和一个第五排液口424。第一，二，三，四，五进液口20，120，220，320和420彼此连通并且进一步与上盖60的进液口62相连通。第一，二，三，四，五排液口24，124，224，324和424分别通过第一，二，三，四，五止回阀26，126，226，326和426与上盖60中的出液口64相连通。
在第一缸筒28的下部有一个第一放液口32，第二缸筒128的下部有一个第二放液口132，在第三缸筒228的下部有一个第三放液口232，在第四缸筒328的下部有一个第四放液口332，以及在第五缸筒428的下部有一个第五放液口432。第一，二，三，四，五放液口32，132，232，332和432彼此相连通，并且通过装有第三止回阀36的排液通道34进一步与第一，二，三，四，五进液口20，120，220，320和420相连通。
底盖38装在泵体30的下方，将缸筒28，128，228和428密闭。
一个第一偏移弹簧44装在第一缸筒28内的第一活塞40的下部与底盖38之间，它向活塞40施加偏移力并将它从第二位置移动到第一位置。一个第二偏移弹簧144装在第二活塞140和底盖38之间，一个第三偏移弹簧244装在第三活塞240和底盖38之间，一个第四偏移弹簧344装在第四活塞340和底盖38之间，以及一个第五偏移弹簧444装在第五活塞与底盖38之间。
第一形状记忆合金元件50悬套在穿过第一活塞40的第一连接销42的外圆上，它在克服第一偏移弹簧的偏移力的同时把第一活塞40从第一位置移动到第二位置。第一形状记忆合金元件50的两端与安装在底盖38上用来供电的电源端子52相连接。与第一形状记忆合金元件50相同，一个第二形状记忆合金元件150安装在第二活塞140的第二连接销142与第二电源端子152之间，一个第三形状记忆合金元件250安装在第三活塞240的第三连接销242与第三电源端子252之间，一个第四形状记忆合金元件350安装在第四活塞340的第四连接销342与第四电源端子352之间，以及一个第五形状记忆合金元件450安装在第五活塞440的第五连接销442与第五电源端子452之间。上盖60和底盖38分别用螺栓等零件与泵体30上端和下端相连接。
下面将对按照本发明第二实施例的运用形状记忆合金的液压泵200的运行机制作一说明。
第一电源端子52中的一端与第二，三，四，五电源端子152，252，352和452中的各自的一端相连接并接地。每一个第一，二，三，四，五电源端子52，152，252，352和452中的非接地端与一个供电的旋转开关或电子控制单元(ECU，图中未画出)电气连接。上盖60上的进液口62与液体源相连接，而排液口64则与液压系统的执行元件相连接。
当通过电源接头52向第一形状记忆合金元件50供电时，第一形状记忆合金元件50在克服偏移弹簧44的偏移力的同时将第一活塞40从第一位置移动到第二位置。这时，进液口止回阀22开启，让液体从进液口62流进缸筒28(吸液过程)。
在第一活塞40完成了向第二位置运动之后，从第一电源端子52来的供电被切断。一旦电源被切断，作用在第一活塞40上的偏移弹簧44的偏移力把活塞40从第二位置移动到第一位置，同时，收缩的第一形状记忆合金元件50得以松驰。这时，第一排液止回阀26开启，进液止回阀22关闭，于是，被吸进第一缸筒28的液体通过第一排液口24从出液口64排出(排液过程)。
同样，在第二，三，四，五缸筒128，228，328和428中，吸液和排液过程也类似地进行。仅仅是第一，二，三，四，五缸筒28，128，228，328和428的运行有一个按固定顺序的时间差。因此，从按照本发明第二实施例制作的运用形状记忆合金元件的液压泵200排出的液体具有恒定的压力。
如上所述，按照本发明制造的运用形状记忆合金的液压泵与传统的液体压力产生系统相比较具有重量轻，结构简单，保养方便等优点。此外，把按照本发明制造的运用形状记忆合金的液压泵应用到车辆上，将会减轻车辆的重量。
虽然参照特定的实例对本发明作了详细的图解和说明，那些在本领域内的技术人员将能理解：在不偏离所附的权利要求书所规定的本发明的基本精神和范围的情况下，可能出现在形式和内容上的种种改变。

Claims (9)

1.一个泵包括：
一个一端加工成缸筒的泵体，它有一个进液口用来吸进液体，一个排液口用来把吸进缸筒的液体向外排出。在其缸筒的下部有一个放液口用来把进入缸筒下部的液体排放掉。一个连接放液口和进液口的排液通道。所述泵体有一个敞开的下部；
一个安装在缸筒内可以滑动的活塞。当它从第一位置移动到第二位置时允许液体流进缸筒，而当它从第二位置移动到第一位置时通过排液口将吸入缸筒的液体排出；
一个装有一对电源端子的底盖。它安装在泵体的下部，将所述泵体的缸筒密闭；
一个偏移机构，安装在所述活塞的下端与所述底盖的上端之间。用来施加一个偏移力，使所述活塞保持在第一位置以及使所述活塞从第二位置移动到第一位置；以及
一个形状记忆合金元件。它悬套在一个穿过所述活塞下部的连接销的外圆上，并与所述底盖上的电源端子相连接。当电能经端子输入时，该元件克服所述偏移机构的偏移力把所述活塞从第一位置移动到第二位置。
2.按照权利要求1所述的泵，其特征在于所述的偏移机构是一个弹簧。
3.按照权利要求1所述的泵，其特征在于所述的形状记忆合金元件有一个20毫秒至100毫秒的总的收缩和松驰时间，其最大拉力至少是10公斤力/毫米2。
4.按照权利要求1所述的泵，其特征在于所述的形状记忆合金元件是多股形状记忆合金丝。
5.按照权利要求1所述的泵，其特征在于所述的泵还包括一个上盖。它有一个与液体源连接的进液口，一个与车辆液压系统连接的出液口。它被固定在所述泵体的上部；
所述泵体还包括多个缸筒，它们与前面所述的缸筒相似，有进液口，排液口和放液口。有多个活塞，它们与前面所述的活塞相似，分别安装在多个缸筒中，均能在第一位置和第二位置之间滑动；
所述的底盖上还包括若干对电源端子；
在多个活塞与底盖之间还有多个偏移机构；以及
在所述多个活塞与若干对电源接头之间还具有多个形状记忆合金元件。
6.按照权利要求5所述的泵，其特征在于所述的偏移机构是一个弹簧。
7.按照权利要求5所述的泵，其特征在于所述的形状记忆合金元件有一个20毫秒至100毫秒的总的收缩和松驰时间，其最大拉力至少是10公斤力/毫米2。
8.按照权利要求5所述的泵，其特征在于所述的形状记忆合金元件是多股形状记忆合金丝。
9.一个泵包括：
一个一端加工成缸筒的泵体，它有一个进液口用来吸进液体，一个排液口用来把吸进缸筒的液体向外排出。在其缸筒的下部有一个放液口用来把进入缸筒下部的液体排放掉。一个连接放液口和进液口的排液通道。所述泵体有一个敞开的下部；
一个安装在缸筒内可以滑动的活塞。当它从第一位置移动到第二位置时允许液体流进缸筒，而当它从第二位置移动到第一位置时通过排液口将吸入缸筒的液体排出；
一个装有电源端子的底盖。它安装在泵体的下部，将所述泵体的缸筒密闭；
一个偏移弹簧安装在所述活塞的下端与所述底盖的上端之间。用来施加一个偏移力，使所述活塞保持在第一位置以及使所述活塞从第二位置移动到第一位置；以及
一个形状记忆合金丝。它悬套在一个穿过所述活塞下部的连接销的外圆上，并与所述底盖上的电源端子相连接。当电能经端子输入(ON)时，该元件克服所述偏移机构的偏移力把所述活塞从第一位置移动到第二位置。所述的形状记忆合金丝有一个20毫秒至100毫秒的总的收缩和松驰时间，其最大拉力至少是10公斤力/毫米2。
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