高性能伺服电机泵关键技术及挑战

doi:10.7527/S1000-6893.2024.30225

先进作动技术专栏

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高性能伺服电机泵关键技术及挑战

吕定翀¹, 赵守军²^,³, 曾思²^,³, 付剑¹(), 胡心童¹, 刘会祥², 苗克非²^,³, 付永领¹

^1.北京航空航天大学机械工程及自动化学院，北京 100191
^2.北京精密机电控制设备研究所，北京 100076
^3.控制执行机构技术创新中心，北京 100076

收稿日期:2024-01-24 修回日期:2024-02-19 接受日期:2024-04-19 出版日期:2024-08-15 发布日期:2024-06-11
通讯作者: 付剑 E-mail:fujian@buaa.edu.cn
基金资助:
某电机泵技术研究（国家级项目）;中央高校基本科研业务费专项资金(100062023911)

Key technologies and challenges of high⁃performance servo⁃motor⁃pumps

Dingchong LYU¹, Shoujun ZHAO²^,³, Si ZENG²^,³, Jian FU¹(), Xintong HU¹, Huixiang LIU², Kefei MIAO²^,³, Yongling FU¹

^1.School of Mechanical Engineering and Automation，Beihang University，Beijing 100191，China
^2.Beijing Institute of Precision Mechatronics and Controls，Beijing 100076，China
^3.Innovation Center of Control Actuation，Beijing 100076，China

Received:2024-01-24 Revised:2024-02-19 Accepted:2024-04-19 Online:2024-08-15 Published:2024-06-11
Contact: Jian FU E-mail:fujian@buaa.edu.cn
Supported by:
A Motor-Pump Technology Research Project （National Project）;Fundamental Research Funds for the Central Universities(100062023911)

摘要/Abstract

摘要：

伺服电机泵是电静液作动器的核心动力和控制部组件，其制约了作动器的极限输出性能。国际知名液压技术研究机构，如穆格、派克等，已推出了用于航空航天和高端民用装备的系列产品。近年来，中国多个科研机构及高等院校对高性能伺服电机泵开展了多方面技术研究，取得了一些突破性的进展，但关键技术仍不成熟。从航空航天应用特点出发，结合机器人、航海以及工业设备等多个领域，对高性能伺服电机泵相关研究进行了综述，总结了其发展和应用情况，分析了其在高端应用场景下的高功密、高动态、长寿命、低噪音和智能化等关键性能需求，基于此讨论了其在机理研究、设计理论和组件强化等方面的技术难点，为高性能电静液作动和核心部组件技术的进步提供支撑。

关键词: 功率电传, 电静液作动器, 伺服电机泵, 功率密度, 动态特性, 集成设计

Abstract:

Servo Motor Pumps （SMP） play a decisive role as central power and control elements for the performance limits in Electro-Hydrostatic Actuators （EHAs）. Internationally renowned hydraulic companies such as Moog and Parker have introduced SMPs for aerospace and high value Industrial applications. In recent years， Chinese research in the field of high-performance SMPs has made some progress， but is still far from mature. This article provides a comprehensive overview of SMPs in terms of aerospace applications and also considers other fields such as robotics， marine and industrial applications. Based on the analyzed applications and developments， the five key performance characteristics such as high power-to-weight ratio， high dynamic range， long service life， low noise and intelligence are summarized， and the difficulties in theory and key technologies are discussed to make suggestions for high-performance EHAs and their key components.

Key words: power-by-wire, electro-hydrostatic actuator, servo-motor-pump, power density, dynamic characteristics, integrated design

中图分类号:

吕定翀, 赵守军, 曾思, 付剑, 胡心童, 刘会祥, 苗克非, 付永领. 高性能伺服电机泵关键技术及挑战[J]. 航空学报, 2024, 45(15): 630225-630225.

Dingchong LYU, Shoujun ZHAO, Si ZENG, Jian FU, Xintong HU, Huixiang LIU, Kefei MIAO, Yongling FU. Key technologies and challenges of high⁃performance servo⁃motor⁃pumps[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(15): 630225-630225.

图/表 29

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表 4

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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

Pump feature	Type of pump
Pump feature	Centrifugal	Piston	Impeller	Screw	Gear
Self-priming	No	Limited	Yes	Limited	Limited
Pressure range	Low	Low to high	Low to high	Low	Low to high
Weight	Low	High	Low to high	High	Low to high
Two-way pumping	No	Limited	Yes	Yes	Yes
Wide speed range	No	Limited	Yes	No	Yes
Efficiency	Low	High	Low	Low	Low to high
Complexity of construction	High	High	Low	High	Low

Parameter	Value
Rated mechanical power （two pumps）	26 kW
Rated electric power （two pumps ）	59 kW （440 V， 60 Hz）
Rated efficiency	44.3%
Rated speed （two pumps）	0.77 r/min
Rated operating torque	322 kN·m
Maximum operating torque	462 kN·m
Mechanical design torque	604 kN·m
Overall weight	4 300 kg
Volume （exluding pipes）	3 m³
Plant footprint （excluding auxiliaries）	9 m²

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高性能伺服电机泵关键技术及挑战

Key technologies and challenges of high⁃performance servo⁃motor⁃pumps

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