旋轉(zhuǎn)致動器的制造方法
【專利摘要】一種旋轉(zhuǎn)致動器（100)，其具有：基準結(jié)構(gòu)(110);布置成圍繞著軸線相對于所述基準結(jié)構(gòu)進行旋轉(zhuǎn)運動的輸出構(gòu)件（113);第一線性馬達(116)，布置成沿著大體上線性的方向選擇地施加將第一馬達構(gòu)件（119)和第二馬達構(gòu)件（122)推開的輸出力，其中第一線性馬達構(gòu)造并且布置成在輸出構(gòu)件和基準結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生沿著第一方向的力矩；以及第二線性馬達（131)，布置成沿著大體上線性的方向選擇地施加將所述第二線性馬達的第一構(gòu)件（134)和所述第二馬達構(gòu)件（137)推開的輸出力，其中所述第二線性馬達構(gòu)造并且布置成在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生出沿著與第一方向相反的方向的力矩。
【專利說明】旋轉(zhuǎn)致動器
[0001]相關(guān)申請的交叉參考
[0002]本申請要求2012年2月9日提交的美國臨時專利申請N0.61/597141的優(yōu)先權(quán)，該申請由此通過引用而并入本申請。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明大體上涉及旋轉(zhuǎn)致動器領(lǐng)域，更具體地說涉及高性能小尺寸旋轉(zhuǎn)致動器。

【背景技術(shù)】
[0004]通常已知幾種類型的旋轉(zhuǎn)致動器。例如，已經(jīng)制造出基于葉片的旋轉(zhuǎn)液壓致動器以及基于純電馬達的旋轉(zhuǎn)致動器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]所公開的實施例的相應(yīng)部件、部分或表面的加括號的附圖標記只是用于例舉說明目的而不是進行限制，本發(fā)明提供了一種旋轉(zhuǎn)致動器(100)，其具有:基準結(jié)構(gòu)(110);布置成圍繞軸線相對于所述基準結(jié)構(gòu)進行旋轉(zhuǎn)運動的輸出構(gòu)件(113);具有第一構(gòu)件(119)和第二構(gòu)件(122)的第一線性馬達(116)，所述第一線性馬達構(gòu)造并且布置成沿著大體上線性的方向選擇地施加將所述第一構(gòu)件和第二構(gòu)件推開的輸出力，所述第一線性馬達的第一構(gòu)件與所述基準結(jié)構(gòu)連接，所述第一線性馬達的第二構(gòu)件與所述輸出構(gòu)件連接，構(gòu)造且布置成在所述第一線性馬達施加所述輸出力時圍繞著所述軸線沿著第一方向在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生力矩；具有第一構(gòu)件(134)和第二構(gòu)件(137)的第二線性馬達(131)，所述第二線性馬達構(gòu)造并且布置成沿著大體上線性的方向選擇地施加將所述第二線性馬達的第一構(gòu)件和所述第二線性馬達的第二構(gòu)件推開的輸出力，所述第二線性馬達的第一構(gòu)件與所述基準結(jié)構(gòu)連接，所述第二線性馬達的第二構(gòu)件與所述輸出構(gòu)件連接，構(gòu)造且布置成在施加所述第二線性馬達的輸出力時圍繞著所述軸線沿著與所述第一方向相反的方向在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生力矩。
[0006]所述第一線性馬達(216)可以包括單作用液壓馬達。所述第一線性馬達的第一構(gòu)件可以具有柱形腔室和/或所述第一線性馬達的第二構(gòu)件可以具有活塞(222)。所述柱形腔室可以為缸(219)。所述第一線性馬達可以具有布置在所述活塞和所述輸出構(gòu)件之間的活塞連桿(248)。所述第一線性馬達的第一構(gòu)件可以剛性安裝在所述基準結(jié)構(gòu)上。所述活塞連桿和/或所述活塞可以通過球接頭連接。所述活塞連桿和所述輸出構(gòu)件可以通過樞接頭(228)或銷接頭連接。所述第一線性馬達和所述第二線性馬達均可以具有大體上平行的作用方向。所述輸出構(gòu)件可以具有軸。所述輸出構(gòu)件可以具有與所述第一馬達的第二構(gòu)件連接的第一樞軸承(228)和/或與所述第二馬達的第二構(gòu)件連接的第二樞軸承(240)。所述第一樞軸承和所述第二樞軸承可以沿著與所述軸線平行的方向偏移一尺寸而分開。
[0007]所述第一樞軸承、所述第二樞軸承和所述軸線可以是共線的。所述第一線性馬達的第一構(gòu)件可以具有缸，而所述第一線性馬達的第二構(gòu)件可以具有活塞，所述活塞具有第一表面和第二表面。所述第一表面可以與缸形成第一腔室(245)，并且所述第二表面與所述缸形成第二腔室(255)。所述缸可具有大體上為圓柱形的表面。所述圓柱形表面可以具有在所述活塞的第一表面和所述活塞的第二表面之間的孔。所述旋轉(zhuǎn)致動器還可以具有與所述活塞連接的驅(qū)動連桿。所述驅(qū)動連桿可以橫跨所述孔。
[0008]所述第二線性馬達(231)可以具有單作用液壓馬達。所述第一線性馬達和所述第二線性馬達可以具有對于給定的線性馬達的線性致動距離而移位的等同液壓流體體積。所述第一線性馬達和所述第二線性馬達可以在液壓上是平衡的。所述輸出構(gòu)件可以與飛機控制表面連接。所述旋轉(zhuǎn)致動器還可以具有構(gòu)造且布置成測量在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間的角度的位置傳感器。所述旋轉(zhuǎn)致動器還可以具有伺服控制器。
[0009]在另一個方面，提供了一種用于使得軸(313)圍繞著軸線(319)轉(zhuǎn)動的致動器(300)，該致動器具有:外殼(303);第一單作用缸(322)，它設(shè)置在所述外殼中并且在其中具有第一活塞(328)和第一連桿(349);與所述軸連接的曲柄(334);第二單作用缸(325)，它設(shè)置在所述外殼中并且在其中具有第二活塞(331)和第二連桿(349)，其中所述第一和第二連桿可以附接在所述曲柄上的不同位置，并且其中所述致動器構(gòu)造并且布置成使得所述第一作用缸的致動使得所述曲柄沿著第一方向轉(zhuǎn)動，并且所述第二單作用缸的致動使得所述曲柄沿著與所述第一方向相反的第二方向轉(zhuǎn)動。
[0010]所述第一和第二缸可以基本上平行地取向。所述第一和第二缸兩者可以構(gòu)造并且布置成均具有預(yù)負載以提供沿著相同的總體方向的力以便消除反沖。所述軸可以在設(shè)置在所述外殼中的一組軸承上轉(zhuǎn)動。所述軸可以與飛機控制表面連接。所述致動器可以構(gòu)造并且布置成通過向第一壓力腔室和第二壓力腔室中的一個施加額外的壓力來使得所述曲柄從第一位置向第二位置運動。所述致動器可以構(gòu)造并且布置成通過在所述第一和第二壓力腔室內(nèi)提供基本相同的壓力來保持所述曲柄的位置。
[0011]所述致動器可以構(gòu)造并且布置成通過不允許液壓流體相對于所述第一或第二壓力腔室流入或流出來保持所述曲柄的位置。所述第一和第二單作用缸可以具有非圓形的橫截面。所述第一連桿可以通過球接頭(352)與所述第一活塞連接。所述第一連桿和所述輸出構(gòu)件可以通過樞接頭或銷接頭連接。所述第一和第二單作用缸可以沿著與所述軸線平行的方向偏移一尺寸而分開。所述第一和第二單作用缸可以共享共同的孔道。所述致動器可以構(gòu)造并且布置成使得所述第一單作用缸排出與由所述第二單作用缸吸入的液壓流體體積基本上體積相同的液壓流體以使所述軸運動。所述致動器還可以具有布置且構(gòu)成為測量在所述軸和所述外殼之間的角度的位置傳感器。所述致動器還可以具有伺服控制器。
[0012]在另一個方面，本發(fā)明提供了一種操作致動器的方法，該致動器具有:基準結(jié)構(gòu)(110);布置成圍繞著軸線相對于所述基準結(jié)構(gòu)進行旋轉(zhuǎn)運動的輸出構(gòu)件(113);具有第一構(gòu)件(119)和第二構(gòu)件(122)的第一線性馬達(116)，所述第一線性馬達構(gòu)造并且布置成沿著大體上線性的方向選擇地施加將所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件推開的輸出力，所述第一線性馬達的第一構(gòu)件與所述基準結(jié)構(gòu)連接，所述第一線性馬達的第二構(gòu)件與所述輸出構(gòu)件連接，構(gòu)造且布置成在所述第一線性馬達施加所述輸出力時圍繞著所述軸線沿著第一方向在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生力矩；第二線性馬達(131)，它具有第一構(gòu)件(134)和第二構(gòu)件(137)，所述第二線性馬達構(gòu)造并且布置成沿著大體上線性的方向選擇地施加將所述第二線性馬達的第一構(gòu)件和所述第二線性馬達的第二構(gòu)件推開的輸出力，所述第二線性馬達的第一構(gòu)件與所述基準結(jié)構(gòu)連接，所述第二線性馬達的第二構(gòu)件與所述輸出構(gòu)架連接，構(gòu)造并且布置成在施加所述第二線性馬達的輸出力時圍繞著所述軸線沿著與所述第一方向相反的方向在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生力矩，該方法具有以下步驟:使得所述第一線性馬達施加第一非零力，并且使得所述第二線性馬達施加第二非零力，由此降低反沖。
[0013]所述方法還可以具有以下步驟:接收指令輸出構(gòu)件特征；并且在所述輸出構(gòu)件的實際特性與指令輸出構(gòu)件特征不匹配時相對于所述第二非零力調(diào)節(jié)所述第一非零力。所述輸出構(gòu)件特征可以為相對于所述基準結(jié)構(gòu)的角度。所述方法還可包括在所述輸出構(gòu)件的角度小于指令輸出構(gòu)件角度位置時相對于所述第一非零力提高所述第二非零力的步驟，由此可以在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間施加力矩。
[0014]在另一方面，提供了一種液壓致動器(400)，它具有:缸(419)，其具有帶有縱向軸線以及第一端部和第二端部的大體上為圓柱形的內(nèi)表面，所述內(nèi)表面具有布置在所述第一端部和所述第二端部之間的孔(470);活塞(422)，其構(gòu)造并且布置成在所述缸內(nèi)滑動運動，所述活塞具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面沿著所述縱向軸線面對著大體上相反的方向，所述第一表面與所述缸形成第一腔室(494)并且所述第二表面與所述缸形成第二腔室(495);與所述第一腔室流體連通的第一液壓端口(492);與所述第二腔室流體連通的第二液壓端口(493);驅(qū)動連桿(448)，其具有第一端部和第二端部，并且布置成穿過所述孔，所述驅(qū)動連桿的第一端部與在所述活塞上位于所述第一表面和所述第二表面之間的位置連接，其中所述致動器構(gòu)造并且布置成在所述活塞相對于所述缸運動時引起所述驅(qū)動連桿相對于所述缸的運動。
[0015]所述驅(qū)動連桿沒有穿過所述第一腔室或所述第二腔室。所述液壓致動器還可以包括基準結(jié)構(gòu)和位于所述驅(qū)動連桿和所述基準結(jié)構(gòu)之間的樞接頭，該樞接頭構(gòu)造并且布置成使得在所述驅(qū)動連桿和所述基準結(jié)構(gòu)之間能夠圍繞著軸線進行旋轉(zhuǎn)運動。所述缸可以安裝在所述基準結(jié)構(gòu)上。所述液壓致動器還可以具有構(gòu)造并且布置成相對于所述缸進行旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動軸(413)。所述驅(qū)動軸可以與所述驅(qū)動連桿連接。所述缸可以具有非圓形橫截面。所述驅(qū)動連桿可以通過樞接頭或銷接頭與所述活塞連接。所述驅(qū)動軸可以通過萬向接頭與所述活塞連接。所述驅(qū)動連桿可以通過球接頭與所述活塞連接。所述第一腔室和所述第二腔室可以在液壓上是平衡的。
[0016]所述致動器可以構(gòu)造并且布置成使得所述第一腔室排出與由所述第二腔室吸入的液壓流體體積基本上體積相同的液壓流體以使所述軸運動。所述液壓致動器還可以具有布置且構(gòu)成為測量在所述驅(qū)動連桿和所述缸之間的角度的位置傳感器。所述液壓致動器還可以具有伺服控制器。
[0017]在另一方面，本發(fā)明提供了一種致動器動力系統(tǒng)，其具有:彎曲軸線液壓泵(740)，它具有第一液壓端口(733)、第二液壓端口(735)和輸入驅(qū)動軸；齒輪組件(750)，它具有與所述彎曲軸線泵的輸入驅(qū)動軸機械連接的齒輪軸，用于提供機械優(yōu)勢以使得所述彎曲軸線泵以比所述齒輪軸更低的速度轉(zhuǎn)動，其中所述致動器動力系統(tǒng)可以構(gòu)造并且布置成在所述齒輪軸轉(zhuǎn)動時引起在所述第一液壓端口和所述第二液壓端口之間的流體流。所述致動器動力系統(tǒng)還可以具有與所述齒輪軸連接的電馬達(760)。所述致動器動力系統(tǒng)還可以具有液壓平衡的旋轉(zhuǎn)致動器，其構(gòu)造并且布置成由所述彎曲軸線液壓泵提供動力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為旋轉(zhuǎn)致動器的第一實施例的側(cè)視圖。
[0019]圖2為旋轉(zhuǎn)致動器的第二實施例的側(cè)視圖。
[0020]圖3為旋轉(zhuǎn)致動器的第三實施例的透視圖。
[0021]圖4為在圖3中所示的旋轉(zhuǎn)致動器的正視圖。
[0022]圖5為在圖3中所示的旋轉(zhuǎn)致動器的側(cè)視圖。
[0023]圖6為在圖3中所示的實施例的透視圖，其外殼被去除。
[0024]圖7為在圖6中所示的實施例的正視圖。
[0025]圖8為在圖6中所示的實施例的側(cè)視圖。
[0026]圖9為在圖6中所示的旋轉(zhuǎn)致動器的活塞連桿組件的視圖。
[0027]圖1OA為沿著在圖9中的10A-10A線剖開的剖視圖。
[0028]圖1OB為在圖1OA中所示的組件的一部分的分解透視圖。
[0029]圖11為旋轉(zhuǎn)致動器的第四實施例沿著在圖12中的11-11線剖開的側(cè)剖視圖。
[0030]圖12為旋轉(zhuǎn)致動器的第四實施例的正視圖。
[0031]圖13為在圖12中所示的旋轉(zhuǎn)致動器的活塞組件的透視圖。
[0032]圖14為在圖13中所示的活塞組件的側(cè)剖視圖。
[0033]圖15為在圖14中所示的圓形虛線部分的放大圖。
[0034]圖16為旋轉(zhuǎn)致動器的第五實施例的正視圖。
[0035]圖17為在圖16中所示的旋轉(zhuǎn)致動器的側(cè)剖視圖。
[0036]圖18為可選的活塞組件的等距視圖。
[0037]圖19為在圖18中所示的可選活塞組件的俯視圖。
[0038]圖20為在圖18中所示的可選活塞組件的側(cè)視圖。
[0039]圖21為在圖18中所示的可選活塞組件的側(cè)剖視圖。
[0040]圖22為其外殼被去除的旋轉(zhuǎn)致動器的另一個實施例的側(cè)視圖。
[0041]圖23為旋轉(zhuǎn)致動器系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。
[0042]圖24為在圖23中所示的第一型式泵的剖視圖。

【具體實施方式】
[0043]首先，應(yīng)該清楚理解的是，相同的附圖標記在這幾幅附圖中用來始終標識相同的結(jié)構(gòu)元件、部分或表面，而這些元件、部分或表面可以由整個書面說明來進一步描述或說明，其中該詳細說明為整個書面說明書的整體組成部分。除非另有指明，這些附圖用于與說明書一起閱讀(例如截面線、部分、比例、角度的布置等)，并且被認為是本發(fā)明的整個書面說明的一部分。當在下面的描述中使用時，術(shù)語“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上”和“下”及其形容詞和副詞(例如“水平地”、“向右地”、“向上地”等)僅僅指的是在具體附圖面向讀者時所示結(jié)構(gòu)的取向。同樣，術(shù)語“向內(nèi)地”和“向外地”大體上指的是表面相對于其延伸軸線或旋轉(zhuǎn)軸線的適當取向。
[0044]所公開的實施例提供了由線性馬達驅(qū)動的高性能旋轉(zhuǎn)致動器和旋轉(zhuǎn)致動器系統(tǒng)?，F(xiàn)在參照這些附圖，并且更具體地參照圖1，公開了旋轉(zhuǎn)致動器的第一實施例的側(cè)視圖。旋轉(zhuǎn)致動器100包括基準結(jié)構(gòu)110、第一線性馬達116、第二線性馬達131和輸出構(gòu)件113。如圖1所示，基準結(jié)構(gòu)110大體上為剛性框架或外殼。輸出構(gòu)件113也為大體上剛性的結(jié)構(gòu)。輸出構(gòu)件113通過樞接頭114與基準結(jié)構(gòu)110連接。樞接頭114允許在基準結(jié)構(gòu)110和輸出構(gòu)件113之間圍繞著軸線115進行旋轉(zhuǎn)運動。(軸線115如圖1所示其方向垂直于頁面。)樞接頭114還可以包含傳感器，該傳感器測量在基準結(jié)構(gòu)110和輸出構(gòu)件113之間的角度和/或力矩。
[0045]線性馬達116具有兩個主要部分，它們包括第一構(gòu)件119和第二構(gòu)件122。第一構(gòu)件119和第二構(gòu)件122連接以便相對于彼此進行線性運動。在啟動線性馬達116時，施加沿著方向160將第一構(gòu)件119和第二構(gòu)件122推開的力。
[0046]線性馬達131類似于線性馬達116。線性馬達131具有兩個主要部分，即第一構(gòu)件134和第二構(gòu)件137。第一構(gòu)件134和第二構(gòu)件137連接以便相對于彼此進行線性運動。在啟動線性馬達131時，施加沿著方向163將第一構(gòu)件134和第二構(gòu)件137推開的力。
[0047]線性馬達116的第一構(gòu)件119在連接件125處與基準結(jié)構(gòu)110連接。第二構(gòu)件122在連接件128處與輸出構(gòu)件113連接。連接件125和128可以包括樞接頭、萬向接頭或球接頭。連接件125和128在第一構(gòu)件119和第二構(gòu)件122的一部分能夠相對于彼此轉(zhuǎn)動的情況下也可以為剛性安裝件。線性馬達116的致動推壓第二構(gòu)件122而將它沿著直線160相對于第一構(gòu)件119向右驅(qū)動。該致動有效地將連接件125和連接件128推開。換句話說，線性馬達119使得力沿著將兩者推開的方向施加在位于位置125處的基準結(jié)構(gòu)110和位于位置128處的輸出構(gòu)件113之間。因為連接件128位于形成在連接件125和樞接頭114之間的直線165上方，所以由線性馬達116施加的力在基準結(jié)構(gòu)110和輸出構(gòu)件113之間產(chǎn)生力矩169。
[0048]線性馬達131類似地連接在基準結(jié)構(gòu)110和輸出元件113之間，但是線性馬達131布置成選擇地產(chǎn)生要施加在基準結(jié)構(gòu)110和輸出元件113之間的力矩166，該力矩的方向與力矩169相反。更具體地說，線性馬達131的第一構(gòu)件134在連接件143處與基準結(jié)構(gòu)110連接。第二構(gòu)件137在連接件140處與輸出構(gòu)件113連接。連接件143和140可以包括樞接頭、萬向接頭、球接頭，或者在第一構(gòu)件134和第二構(gòu)件137的一部分能夠相對于彼此轉(zhuǎn)動的情況下也可以為剛性安裝件。線性馬達131的致動推壓第二構(gòu)件137相對于第一構(gòu)件134向右驅(qū)動。該致動有效地將連接件143和連接件140推開。換句話說，線性馬達131使得力沿著將兩者推開的方向施加在位于位置143處的基準結(jié)構(gòu)110和位于位置140處的輸出構(gòu)件113之間。因為樞接頭140位于形成在連接件143和樞接頭114之間的直線167下方，所以由線性馬達131施加的力產(chǎn)生在基準結(jié)構(gòu)110和輸出構(gòu)件113之間的力矩166。
[0049]因為與位于直線165上方的樞接頭128相比樞接頭140位于直線167下方，由每個相應(yīng)的線性馬達施加的力矩166、169沿著相反的方向。線性馬達116和131只需要能夠在基準結(jié)構(gòu)110和輸出元件113之間產(chǎn)生沿著單方向的力。線性馬達116和131不需要能夠提供沿著兩個方向的力，即“推力”和“拉力”。線性馬達116和131只需布置成產(chǎn)生要施加在基準結(jié)構(gòu)110和輸出構(gòu)件113之間的相反方向的力矩。雖然旋轉(zhuǎn)致動器110只需要單作用線性馬達，但是在旋轉(zhuǎn)致動器HO中可以使用雙作用線性馬達而不脫離本發(fā)明的精神。而且，線性馬達116和131可以用只提供“拉力”而不是“推力”的單作用線性馬達代替，因為這些馬達將仍然能夠產(chǎn)生相反的力矩。
[0050]線性馬達116和131可以為電馬達、單作用液壓致動器、氣動致動器、線性驅(qū)動螺桿或任意其它類似的馬達類型。旋轉(zhuǎn)致動器110也可以包括伺服控制器。
[0051]旋轉(zhuǎn)致動器100可以按照多種不同的操作模式操作。第一操作方法為低反沖模式。在低反沖模式中，在旋轉(zhuǎn)致動器100使用期間每個線性馬達116、131總是施加最小的閾值力。在該模式下，因為系統(tǒng)的機械連桿機構(gòu)總是處于壓縮狀態(tài)下，所以在接頭114、125、128,140和143中的任何公差或“游隙”將被壓至其“游隙”區(qū)域的一側(cè)，并且被有效防止引起反沖。例如，如果首先指示旋轉(zhuǎn)致動器100向輸出構(gòu)件113施加順時針力矩然后隨后施加逆時針力矩，則因為在旋轉(zhuǎn)致動器100中的機械連桿機構(gòu)總是處于壓縮中，所以不會出現(xiàn)明顯的反沖。更具體地說，為了向輸出構(gòu)件113施加順時針力矩169，可以指示線性馬達116施加20N的力，同時指示線性馬達131施加1N的最小閾值力。因此1N的力在這些馬達之間反作用，并且該1N的反作用力通過機械連桿機構(gòu)在這些馬達之間傳遞。因為旋轉(zhuǎn)致動器100的每個元件因此處于由反作用力引起的壓縮作用下，所以旋轉(zhuǎn)致動器100的任一個接頭都不會自由地“搖動”。接著，在指示旋轉(zhuǎn)致動器100施加逆時針力矩166時,指示線性馬達116施加最小的閾值力10N，同時指示線性馬達131施加20N的力。這使得在輸出構(gòu)件113上的凈力矩從順時針轉(zhuǎn)變?yōu)槟鏁r針，同時旋轉(zhuǎn)致動器100的所有接頭都保持在壓縮中。具有單個雙作用馬達的典型現(xiàn)有技術(shù)旋轉(zhuǎn)致動器在施加順時針和逆時針力矩之間轉(zhuǎn)換時不能使得其機械連桿機構(gòu)的所有接頭保持在壓縮中，因此在各個機械連桿機構(gòu)接頭從壓縮和拉伸狀態(tài)中轉(zhuǎn)換時會遭受反沖。
[0052]旋轉(zhuǎn)致動器100還可以在低摩擦模式中操作，其中一次只有一個馬達工作。通過防止在低反沖操作模式中在機械連桿機構(gòu)中出現(xiàn)連續(xù)的拉伸，降低了由各個連桿機構(gòu)接頭所受到的摩擦。低摩擦操作模式有助于降低接頭和線性馬達的磨損速度。而且，因為每個馬達不是連續(xù)接通，所以與低反沖操作模式相比低摩擦模式也可以實現(xiàn)效率提高。
[0053]還可以根據(jù)系統(tǒng)在給定時間的具體需求來選擇地調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)致動器100的操作模式。
[0054]圖2為第二實施例旋轉(zhuǎn)致動器的局部側(cè)剖視圖。旋轉(zhuǎn)致動器200包括基準框架210、第一單作用液壓馬達216、第二單作用液壓馬達231和輸出構(gòu)件213這些主要部件。旋轉(zhuǎn)致動器200布置成驅(qū)動與輸出構(gòu)件213剛性連接的從動構(gòu)件250。
[0055]第一液壓馬達216具有缸219和活塞222。缸219剛性安裝在基準框架210上?；钊?22在缸219內(nèi)構(gòu)成并且布置成使得活塞222能夠在缸219內(nèi)左右滑動，同時保持在活塞222的外表面和缸219的內(nèi)圓柱形壁之間的密封?；钊?22和缸219形成腔室245，該腔室與液壓端口 246流體連通?；钊?22具有樞接頭247，它與連桿248的左端連接。連桿248的右端通過樞接頭228與輸出構(gòu)件213連接。
[0056]輸出構(gòu)件213通過樞接頭214與基準結(jié)構(gòu)210連接，這使得輸出構(gòu)件213能夠相對于基準結(jié)構(gòu)210圍繞著軸線215轉(zhuǎn)動。樞接頭214具有旋轉(zhuǎn)位置傳感器217，其感測在基準結(jié)構(gòu)210和輸出構(gòu)件213之間的角度并且在輸出線路218上輸出該角度信息。從動構(gòu)件250剛性連接到輸出構(gòu)件213和樞接頭214，使得從動構(gòu)件250與輸出構(gòu)件213 —起相對于基準結(jié)構(gòu)210轉(zhuǎn)動。
[0057]第二液壓馬達231具有剛性安裝在基準框架210上的缸234和活塞237。活塞237在缸234內(nèi)構(gòu)成并且布置成使得活塞237能夠在缸234內(nèi)左右滑動，同時保持在活塞237的外表面和缸234的內(nèi)圓柱形壁之間的密封?；钊?37和缸234形成腔室255，腔室255與液壓端口 256流體連通?；钊?37具有與連桿258的左端連接的樞接頭257。連桿258的右端通過樞接頭240與輸出構(gòu)件213連接。
[0058]液壓流體分別由端口 246和256提供給單作用線性液壓馬達216和231。由線性馬達216和231產(chǎn)生的輸出力分別直接取決于在端口 246和256中的流體壓力。在端口246和256中的壓力可以用標準的液壓閥來控制。
[0059]旋轉(zhuǎn)致動器200的操作基本類似于旋轉(zhuǎn)致動器100。更具體地說，液壓馬達216和231兩者都在基準結(jié)構(gòu)210和輸出構(gòu)件213之間產(chǎn)生“推力”，這些推力分別引起要施加在基準結(jié)構(gòu)210和輸出構(gòu)件213之間的相反極性的力矩。類似地，在旋轉(zhuǎn)致動器100的操作中，馬達119和131在基準結(jié)構(gòu)110和輸出構(gòu)件113之間產(chǎn)生相反的力矩。而且，旋轉(zhuǎn)致動器200可以在與旋轉(zhuǎn)致動器100的操作模式類似的低反沖模式和低摩擦模式中操作。
[0060]線性液壓馬達216和231的尺寸基本上相同。更具體地說，缸219的橫截面積與缸234的橫截面積基本上相同。這些尺寸使得在活塞222向右移動時通過端口 246流入的液壓流體的體積等于對于活塞237的等同向右移動而言流入到端口 256中的體積。在旋轉(zhuǎn)致動器200 “對中”時，意味著活塞222移動與活塞237相等的量，輸出構(gòu)件213的轉(zhuǎn)動引起活塞222向右移動，這基本上等于活塞237的向左移動。旋轉(zhuǎn)致動器200的“平衡移動”的這個特征對于用來驅(qū)動旋轉(zhuǎn)致動器200的整個液壓系統(tǒng)而言具有明顯積極的意義。因為在液壓系統(tǒng)中除了液壓儲存器之外有用的總液壓體積在只具有例如旋轉(zhuǎn)致動器200的“平衡位移”致動器的系統(tǒng)中將大體上保持恒定，所以該系統(tǒng)的效率得到明顯改善。與非平衡液壓系統(tǒng)相比，高壓力流體的工作勢能在每次系統(tǒng)總液壓體積減小時不會喪失。
[0061]回到圖3-10，并且最初參照圖3，第三實施例的旋轉(zhuǎn)致動器300具有由包圍著軸313的主體306形成的外殼303 (在圖6和8中最清楚地顯示出)。該軸313可以在相對的端部處安裝在軸承(未示出)上，并且可以設(shè)有輸出構(gòu)件316，它可以與軸313—體形成或附接在其上，使得輸出構(gòu)件316圍繞著中央縱向軸線319轉(zhuǎn)動。外殼303還包括從主體306延伸的兩個缸322和325。缸322和325限定了用于活塞328、331的腔室(在圖6和8中顯示出)?；钊?28和331具有適用于缸322和325的圓形橫截面。缸322和325在該實施例中為在下面更詳細描述的單作用液壓缸。本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)該公開內(nèi)容將要理解的是，術(shù)語“缸”用來描述線性馬達的筒體，并不旨在局限于任意特定的形狀，用于接收不同形狀活塞的腔室的其它形狀也將適用。例如，缸可以指的是具有非圓形橫截面的筒體，或者具有大體上柱狀的筒體。缸322和325分別具有縱向軸線323、324，它們?nèi)缭趫D4中最清楚地顯示出的一樣設(shè)置在軸線319的相對側(cè)上。
[0062]在圖6中，為了清楚起見去除了外殼303以便顯示出活塞328和331的布置?；钊?28和331與設(shè)置在中央縱向軸線319的相對側(cè)上的曲柄銷334和337連接。因此，活塞328的向下運動使得軸313相對于圖6的取向圍繞著軸線319逆時針轉(zhuǎn)動，并且活塞331的向下運動使得軸313相對于圖6的取向圍繞著軸線319順時針轉(zhuǎn)動。如在圖5中最清楚顯示出的一樣，缸322和325可以沿著軸313的長度安裝在不同的位置處。另外，如在圖4中最清楚顯示出的一樣，活塞322和325可以彼此交錯或偏置327。
[0063]活塞328在第一端部343處具有基本上平坦的表面340，該表面在將活塞328安裝在缸322內(nèi)時形成壓力腔室的端壁。由于腔室靠近表面340的部分是暴露于工作流體的唯一部分，所以缸322是單作用的。因此，活塞328只需相對于一個壓力腔室密封，并且活塞328和連桿349在第二端部346處沒有密封。連桿349通過在下面更詳細描述的球銷結(jié)構(gòu)352附接在活塞328上。連桿349的腿部362、365如在下面更詳細描述的一樣連接在位于軸313上的曲柄銷334上?；钊?31具有平坦表面332，并且安裝在缸331中，并且按照與活塞328相同的方式通過連桿349連接在曲柄銷337上。
[0064]回到圖9，該圖更詳細顯示出活塞328和連桿349。活塞328的頂面340暴露于工作流體。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的一樣，活塞328具有用于在缸內(nèi)滑動密封接合的環(huán)350、353。連桿349具有向下并且稍微向外延伸至第二端部357、358的一對腿部362、365。腿部362、365具有貫通設(shè)置的開口 363、366以便接收曲柄銷334或337。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的一樣，開口 363、366通常設(shè)有承載表面367(圖10A)，例如襯套等?；氐綀D10A，連桿349通過安裝在球359內(nèi)的銷356與活塞328連接。連桿349具有用于接收球359的開口 354。球359具有用于接收銷356的中央開口?；钊?28具有用于接收連桿349的第一端部351的中央軸向開口 329，并且具有設(shè)置在活塞328的相對側(cè)上的一對橫向開口 364、368，用于相對于活塞軸線370沿著橫向方向(由箭頭369所示的方向)接收銷356。銷356貫穿在球359中的開口并且貫穿在活塞328中的橫向開口 364、368設(shè)置，并且通過連接構(gòu)件373固定就位。如在圖1OB中最清楚的顯示出的一樣，連接構(gòu)件373在一個端部379處具有帶有凸緣377的本體375，并且在一個端部385處具有帶有凸緣383的帽381。在連接構(gòu)件373的兩個部分附接在一起時，凸緣377、383防止銷356從球359和活塞328中的橫向開口 364、368滑出。連接構(gòu)件373的本體375具有沿著縱向軸線388的方向延伸的細長部分387。細長部分387具有朝著遠端390寬度減小的部分389。寬度減小部分389延伸至指狀件391，然后延伸至終止在遠端390處的成角度部分393，指狀件391與對于部分392的細長部分387的剩余部分寬度相同。帽381具有帶有圍繞著圓周設(shè)置的開口396的圓柱形部分393。在開口 396的相對側(cè)上形成環(huán)397，并且該環(huán)397終止在遠端399處。
[0065]中空銷356貫穿活塞328的相對側(cè)中的橫向開口 364、368并且貫穿球359安裝，而且通過將連接構(gòu)件373的本體375穿過銷356設(shè)置并且將帽381安裝在本體375的遠端390上而固定。在帽381與本體375接合時，指狀件391向內(nèi)彎曲，然后卡合到開口 396中，并且環(huán)399配合到在主體375上的寬度減小部分389中。
[0066]上述球銷結(jié)構(gòu)352提供了機械優(yōu)點，并且減小了連桿349和銷356的尺寸和重量。銷356將從壓力腔室接收到的力傳遞到球359中，并且球359將來自銷356的力轉(zhuǎn)遞到曲軸313中。采用球359代替樞接頭使得在從任意不對準中釋放應(yīng)力時可以使用額外的自由度。
[0067]如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所公知的一樣，將連桿349連接至活塞328的其它結(jié)構(gòu)也可以適用。
[0068]第一、第二和第三實施例提供了幾個令人驚訝的優(yōu)點。旋轉(zhuǎn)致動器100、200和300具有能夠選擇地在低反沖模式中操作的優(yōu)點，這在控制輸出構(gòu)件時提供了更高的精確度。另外，由于低反沖模式操作是任選的，所以用低磨損操作模式來代替精確操作。
[0069]另外，旋轉(zhuǎn)致動器100、200和300具有作為平衡液壓致動器的優(yōu)點。更具體地說，在平衡液壓致動器系統(tǒng)中，液壓流體進入膨脹腔室的量與離開收縮腔室的流體量等量。具有流體和力平衡的致動器系統(tǒng)能夠具有多個優(yōu)點。平衡的液壓系統(tǒng)提供了更大的液壓泵效率。另外，可以采用更適用于平衡液壓操作的液壓泵例如彎曲軸線液壓泵。另外，平衡的力使得能夠設(shè)計更簡單的伺服控制器，因為伺服控制算法和液壓壓力控制閥無需考慮左/右力差。
[0070]旋轉(zhuǎn)致動器100、200和300還具有外殼非常薄的優(yōu)點。更具體地說，如圖7所示，旋轉(zhuǎn)致動器300的水平寬度比相當?shù)默F(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)要小得多。由于缸328和331彼此交錯和偏置，所以實現(xiàn)了較薄的致動器外殼，這在缸328、331沒有交錯和偏置的情況下是不可能的。另外，因為在旋轉(zhuǎn)致動器300中的每個活塞連桿349具有雙腿部(圖6，362&365)樞接頭連接以及高表面積的球接頭(352)，所以能夠在不損壞這些接頭的情況下施加非常高的力，這又能實現(xiàn)更短的杠桿臂和較薄的外殼。
[0071]另外，由于線性致動器只需是單作用的，所以與現(xiàn)有技術(shù)的雙作用線性致動器相t匕，它們提供更少的部件數(shù)量、更低的成本和更簡單的設(shè)計。在致動器100、200和300中所采用的單作用線性馬達還提供了具有較低液壓泄漏速度的優(yōu)點。更具體地說，現(xiàn)有技術(shù)的雙作用液壓活塞通常具有穿過作用在活塞的一側(cè)上的高壓腔室的活塞連桿。這些現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)需要在活塞連桿表面上實施高壓密封，這對于設(shè)計和維護而言是有問題的，并且往往導(dǎo)致明顯的泄漏。因為在所公開的實施例中的唯一高壓密封位于活塞外表面和缸內(nèi)表面之間，所以不會存在如在現(xiàn)有技術(shù)活塞連桿密封中所出現(xiàn)的高水平的液壓流體泄漏。
[0072]圖11-15提供了旋轉(zhuǎn)致動器的第四實施例的視圖。圖11為沿著在圖12的正視圖中的剖面線11-11剖開的旋轉(zhuǎn)致動器400的側(cè)剖視圖。如圖11-12所示，旋轉(zhuǎn)致動器400包括外殼410、輸出軸413、缸419、活塞422、連桿448和滑動軸承447。圖11還顯示出左端板490和右端板491。在圖12中已經(jīng)去除了端板490。
[0073]外殼410由剛性不可滲透材料例如鑄鐵、鋼、復(fù)合物、高強度塑料或其它類似材料形成。外殼410提供了用于將致動器400螺栓固定或安裝在基準結(jié)構(gòu)上的表面。缸419形成為外殼410的通孔。缸419具有大體上中空的柱形形狀，并且具有第一端部471和第二端部472。在第一端部471和第二端部472之間的大致中間位置處，缸419的上壁具有孔470。
[0074]活塞422布置并且構(gòu)成為在缸419內(nèi)滑動接合。如圖11所示，活塞422具有大體上柱形的形狀，并且具有切割到缸中的大體上四棱柱形區(qū)域401。更具體地說，如在圖11的取向中所示一樣，活塞422具有布置在其側(cè)面上的缸的總體形狀?；钊?22具有左豎直圓形端面473，左豎直圓形端面473的直徑基本上類似于缸419的內(nèi)徑。跟隨著缸422的順時針外圓周，表面473的上邊緣與水平柱面475連接。水平柱面475具有面對著缸419的脊部并且構(gòu)成為保持在活塞422和缸419之間的密封。這些密封為環(huán)形并且由Teflon或一些其它類似材料制成。柱面475向右延伸以與環(huán)形垂直面476連接。環(huán)形垂直面476向下延伸到平坦水平面477。平坦水平面477向右延伸以與半圓柱形表面478連接，半圓柱形表面478具有如圖11所示垂直于頁面取向的圓柱軸線。表面478首先向下延伸，然后向右延伸，并且返回向上延伸到平坦水平表面479中。表面479與表面477平行并且處于相同的平面中。表面479向右延伸到環(huán)形垂直面480中。環(huán)形表面480具有外徑。該外徑基本上等于缸419的直徑。表面480向上延伸以與水平柱面481連接。水平柱面481還具有面對著缸419并且構(gòu)成為保持密封的脊部。表面481向右延伸至垂直圓形表面474。表面474向下延伸并且在482處往回連接至柱面481。如圖11所示，481和482指向由剖面切出的相同柱面。由481和482所指示的表面也是指向475和483的相同表面。在482處的表面向左延伸至483。在483處的表面與垂直圓形表面473的下端接觸，從而完成了圍繞著活塞422的順時針周邊路線。
[0075]貫穿柱面478的中央?yún)^(qū)域的是垂直通孔485。柱形滑動軸承447在柱面478內(nèi)以緊密公差布置?；瑒虞S承447以兩個自由度靠著活塞表面478自由地滑動，這兩個自由度包括側(cè)向滑動進出頁面(如在圖11中取向的一樣)，還有圍繞著柱面478的軸線轉(zhuǎn)動。
[0076]滑動軸承447大體上為柱形，其柱軸線與表面478的柱軸線共軸?；瑒虞S承447具有柱狀通孔486，柱狀通孔486將桿狀連桿448的下端448a保持在滑動接合中。更具體地說，連桿448能夠沿著直線487相對于滑動軸承447滑動。連桿448延伸穿過孔470，在那里它與輸出構(gòu)件413連接，并且繼續(xù)使得其上端448b延伸到腔室403中。腔室403由外殼410的上壁、端板490和491以及缸419的上壁限定。腔室403與孔470、區(qū)域401和布置在外殼410的上壁中的流體端口 499流體連通。
[0077]輸出構(gòu)件413橫跨孔470布置并且與樞接頭414連接。樞接頭414使得輸出構(gòu)件413能夠相對于外殼410如圖11所示圍繞著垂直于頁面取向的軸線415轉(zhuǎn)動。輸出構(gòu)件413具有柱形通孔488，它形成圍繞著連桿構(gòu)件448的套筒，從而將連桿448保持在緊密非運動接合中。樞接頭414也與連桿448連接，從而使得連桿448的運動局限于圍繞著軸線415的旋轉(zhuǎn)運動。
[0078]端板490和491布置在缸419的左右端部上并且安裝在外殼410上。液壓端口 492穿過端板490而連接至由缸419和活塞表面473形成的腔室494。類似地，液壓端口 493穿過端板491而連接至由缸419和活塞表面474形成的腔室495?；瑒虞S承447’圍繞著連桿448的上端448b。在圖11-15中僅僅為了說明目的顯示出基本上類似于滑動軸承447的滑動軸承447’。該實施例沒有滑動軸承447’，但是圖11-15顯示出滑動軸承447’如何能夠容易地與和活塞422對稱的第二活塞一起加入在腔室403中。
[0079]圖13-15顯示出在圖11中所示的活塞組件的視圖,包括活塞422、連桿448、樞接頭414和滑動軸承447。要指出的是，在圖13-15中，連桿448處于豎直取向中，而在圖11和12中，連桿448處于旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)中。
[0080]比較從圖11至圖15的變化，可以觀察出滑動軸承447已經(jīng)如何逆時針轉(zhuǎn)動，并且連桿下端448a已經(jīng)相對于滑動軸承447向下滑動，從而穿入到鉆孔486中。
[0081 ] 旋轉(zhuǎn)致動器400通常通過調(diào)節(jié)在端口 492和493中的液壓壓力來操作以使得活塞422向左或向右運動，這又使得連桿用作旋轉(zhuǎn)杠桿，該旋轉(zhuǎn)杠桿然后使得輸出連桿413也轉(zhuǎn)動。
[0082]作為示例，我們考慮旋轉(zhuǎn)致動器400處于如圖11所示的狀態(tài)中，其中期望它使得輸出構(gòu)件413逆時針轉(zhuǎn)動。首先，端口 492和493將連接至液壓控制管道，外殼410將安裝在基準結(jié)構(gòu)上，并且輸出軸/連桿413將連接到將要被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的構(gòu)件上。在端口 493中的液壓壓力降低期間，在端口 492中的液壓壓力將升高。這使得腔室494中的壓力增大，并且在腔室495中的壓力降低。在腔室494中的壓力下降至低于腔室495中的壓力時，凈右向力有效地施加在活塞422上。更具體地說，由在腔室494中的流體施加的壓力在圓形表面473上施加右向力。由在腔室495中的壓力在圓形表面474上形成類似的左向力。由于在494中的壓力大于495，所以右向力大于左向力，從而導(dǎo)致施加在活塞422上的凈右向力。該力通過外殼410以及端板490和491有效地施加在活塞422上。
[0083]在活塞422上的右向力通過滑動軸承447傳遞為在連桿448a的下端上的右向力。因為連桿448與輸出軸413剛性連接，并且因為連桿448和輸出軸413與樞接頭414連接，所以連桿448只能圍繞著樞接頭414轉(zhuǎn)動運動。施加在連桿448上的右向力使得連桿448用作在樞接頭414處具有支點的杠桿。因此，由活塞422施加的右向力轉(zhuǎn)變?yōu)樵谶B桿448上的逆時針力矩，該力矩然后傳遞給輸出軸413。
[0084]在活塞422相對于外殼410向右滑動時，連桿448相對于外殼410逆時針轉(zhuǎn)動。在連桿448逆時針轉(zhuǎn)動時，連桿448的底端448a必須相對于滑動軸承447向下滑動。換句話說，由于連桿底端448a必須相對于樞接頭414呈弧形行進，所以底端448a相對于活塞422的垂直高度必須隨著連桿448的轉(zhuǎn)動角度變化而變化。還有，在連桿448相對于外殼410逆時針轉(zhuǎn)動時，滑動軸承447也必須相對于活塞422逆時針轉(zhuǎn)動，因為連桿448由滑動軸承447以較小的公差包圍。
[0085]如果在連桿448、活塞422和缸419之間的對準存在任何誤差，則滑動軸承447自由地滑動進入或離開如圖11所示的頁面，以便消除這種不對準。例如，如果缸419不是完全垂直于連桿448在其中轉(zhuǎn)動的平面，例如如果缸419的右端從頁面向外稍微向上傾斜，則滑動軸承447將能夠隨著活塞422左右運動而向上/向下滑動，以便保持與連桿448不受約束的接觸。
[0086]因為缸419的橫截面在活塞422的左側(cè)上與在活塞422的右側(cè)上相同，所以對于活塞422的向右運動而言，必須通過端口 492流入的流體體積必須等于從端口 493流出的流體體積。因此，旋轉(zhuǎn)致動器400為平衡的液壓致動器。
[0087]在475和481處布置在活塞422和缸419之間的密封件防止來自腔室494和495的高壓力傳遞到區(qū)域401和403中。因此，輸出軸413沒有與任何高壓腔室接觸。端口 499用來提供潤滑輸出軸413和連桿448所需的油，或者用來將在位于活塞422和缸419之間的密封件上泄漏的油排出。
[0088]圖18-21顯示出具有第二型式的活塞組件505的旋轉(zhuǎn)致動器400的變型，其中用球形滑動軸承547代替柱形滑動軸承447。圖18為第二類型的活塞組件505的透視圖，顯示出保持球狀滑動軸承547的活塞522，球狀滑動軸承547包圍著連桿548。圖19為組件505的俯視圖，顯示出球狀滑動軸承547在活塞522中的布置。圖20為活塞組件505的側(cè)視圖，并且圖21為沿著在圖19中的21-21線剖開的側(cè)剖視圖。如圖21所示，球狀滑動軸承547保持為通過座圈507與活塞522進行二維旋轉(zhuǎn)接合。座圈507通過帶凸緣的環(huán)形端部止動件506保持在活塞522中。球狀滑動軸承547使得連桿548的下端548a能夠線性滑進和滑出球狀滑動軸承547的中央通孔。
[0089]球狀滑動軸承547的操作非常類似于在旋轉(zhuǎn)致動器400中的柱狀滑動軸承447。但是，如圖21所示，代替同滑動軸承447 —樣提供相對于活塞的進出頁面的自由度，球狀滑動軸承547提供兩個自由度，在球狀滑動軸承547和活塞522之間的旋轉(zhuǎn)運動。該第二自由度消除了連桿548的任意不對準，其中連桿548沒有完全布置在圖21中所示的頁面平面中。
[0090]圖16-17顯示出旋轉(zhuǎn)致動器的另一個實施例，它類似于旋轉(zhuǎn)致動器400但是具有四個缸和四個活塞。圖16為其端板去除的致動器600的俯視圖，顯示出平行的缸619a、619b、619c和619d。圖17為沿著在圖16中的17-17線剖開的側(cè)剖視圖。如圖17所示，活塞622a和622b布置在相應(yīng)的缸619a和619b中。活塞622a和活塞622b基本上圍繞著樞接頭614的軸線對稱。在輸出軸613上期望順時針力矩時，向右驅(qū)動活塞622a，同時向左驅(qū)動活塞622b。液壓端口驅(qū)動活塞622a和622b可以是或不是液壓連接的。如果它們液壓連接，則液壓定相將更加容易。如果它們不是液壓連接，在定相可能更加困難的同時，如果在活塞-缸對中的一個在液壓上退讓，則該系統(tǒng)將是冗余的。雖然未示出，但是活塞622c和622d相對于活塞622a和622b平面對稱。所有四個活塞都與輸出軸613連接。
[0091 ] 實施例400和600相對于現(xiàn)有技術(shù)旋轉(zhuǎn)致動器系統(tǒng)具有幾個令人驚訝的優(yōu)點。旋轉(zhuǎn)致動器400和600與致動器100、200和300類似，具有作為平衡的液壓致動器的優(yōu)點。例如，參照圖11，在活塞422向右運動時，進入腔室494的流體的體積基本上等于離開腔室495的流體的體積。在具有穿過一個腔室的活塞桿的現(xiàn)有技術(shù)的雙作用活塞中，由于活塞桿的橫截面積，進入/離開活塞桿側(cè)腔室的流體的體積將小于進入/離開無活塞桿腔室的流體的體積。另外，活塞桿的橫截面積使得對于給定液壓壓力而言施加在活塞上的力在活塞的沒有活塞桿的側(cè)面上是不同的。因為旋轉(zhuǎn)致動器400沒有穿過腔室494或495的活塞桿，所以在腔室494中針對給定壓力的施加在活塞422上的力的大小等于由處于等同壓力下的腔室495施加的相反力。具有流體和力平衡的致動器系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多個優(yōu)點。平衡的液壓系統(tǒng)提供了更大的液壓泵效率。另外，可以采用更適用于平衡液壓操作的液壓泵，例如彎曲軸線液壓泵。另外，平衡的力允許設(shè)計更簡單的伺服控制器，因為伺服控制算法和液壓壓力控制閥不需要考慮左/右力差。
[0092]另外，與致動器100、200和300 —樣，旋轉(zhuǎn)致動器400和600具有輪廓較薄并且零部件數(shù)量較少的優(yōu)點。較薄的輪廓使得這些致動器能夠用在薄翼飛行器設(shè)計或其他需要薄輪廓的環(huán)境中。
[0093]如圖22所示，可以組合多個旋轉(zhuǎn)致動器300來驅(qū)動相同的輸出構(gòu)件316以便實現(xiàn)高驅(qū)動力矩，或者容錯/冗余系統(tǒng)。為了清楚起見在去除其外殼的情況下顯示出致動器300。兩個致動器300的致動器軸313如此連接，從而兩個致動器300的軸313形成為能夠由所有四個活塞同時作用在其上的單個部件。
[0094]圖23顯示出致動器系統(tǒng)700，它包括一個或多個旋轉(zhuǎn)致動器720和電動液壓彎曲軸線泵系統(tǒng)730。系統(tǒng)700還包括液壓儲存器725和伺服閥系統(tǒng)722。泵730專門設(shè)計用于在平衡液壓系統(tǒng)中實現(xiàn)有效操作。
[0095]圖24提供了電動液壓彎曲軸線泵系統(tǒng)730的側(cè)剖視圖。泵系統(tǒng)730包括彎曲軸線泵740的主要部件，齒輪箱750、電馬達760和外殼731，該外殼將其他部件中的每一個保持在一起。泵系統(tǒng)730在受到驅(qū)動時在液壓端口 733和735之間產(chǎn)生壓力差和流體流。
[0096]彎曲軸線泵740包含有活塞頭部737a和737b，它們分別與活塞連桿738a和738b連接?；钊^部737a和737b布置在由軸承739支撐的泵體內(nèi)?；钊B桿738a和738b與轉(zhuǎn)子744連接，轉(zhuǎn)子744由軸承741懸掛。
[0097]齒輪箱750包含有齒輪751、752和753。齒輪751、752和753保持在外殼731中。齒輪箱750與轉(zhuǎn)子744機械連接。馬達760具有與齒輪箱750連接的輸出軸761。馬達760還具有定子762和轉(zhuǎn)子763。齒輪箱750構(gòu)成為提供機械優(yōu)點，它使得彎曲軸線泵轉(zhuǎn)子以比馬達軸761更低的速度轉(zhuǎn)動。
[0098]泵系統(tǒng)730尤其適用于平衡液壓致動器。因為彎曲軸線泵740只有兩個端口，所以它尤其適用于平衡液壓致動器，它將不會需要第三液壓端口來增加或減小系統(tǒng)的液壓流體體積。另外，采用具有機械優(yōu)點的齒輪箱使得能夠延長泵系統(tǒng)的使用壽命，這對于飛行器應(yīng)用而言尤為合適。
[0099]所示的具體實施例也可以與伺服控制器組合?？梢圆捎脴藴实乃欧刂破鱽砜刂凭€性馬達根據(jù)所指示的輸出構(gòu)件力矩/位置以及測量出的輸出構(gòu)件力矩/位置調(diào)節(jié)其力或位置輸出。
[0100]因此，雖然描述并且公開了旋轉(zhuǎn)致動器、旋轉(zhuǎn)致動器系統(tǒng)和操作旋轉(zhuǎn)致動器的方法的當前優(yōu)選形式而且說明了幾個變型，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將很容易理解的是，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以做出各種其他的變化。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)致動器，包括: 基準結(jié)構(gòu)； 布置成圍繞著軸線相對于所述基準結(jié)構(gòu)進行旋轉(zhuǎn)運動的輸出構(gòu)件； 具有第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的第一線性馬達，所述第一線性馬達構(gòu)造并且布置成沿著大體上線性的方向選擇地施加將所述第一構(gòu)件和第二構(gòu)件推開的輸出力； 所述第一線性馬達的第一構(gòu)件與所述基準結(jié)構(gòu)連接； 所述第一線性馬達的第二構(gòu)件與所述輸出構(gòu)件連接，構(gòu)造且布置成在所述第一線性馬達施加所述輸出力時圍繞著所述軸線沿著第一方向在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生力矩； 具有第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的第二線性馬達，所述第二線性馬達構(gòu)造并且布置成沿著大體上線性的方向選擇地施加將所述第二線性馬達的第一構(gòu)件和所述第二線性馬達的第二構(gòu)件推開的輸出力； 所述第二線性馬達的第一構(gòu)件與所述基準結(jié)構(gòu)連接；并且 所述第二線性馬達的第二構(gòu)件與所述輸出構(gòu)件連接，構(gòu)造且布置成在施加所述第二線性馬達的輸出力時圍繞著所述軸線沿著與所述第一方向相反的方向在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生力矩。
2.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述第一線性馬達包括單作用液壓馬達。
3.如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述第一線性馬達的第一構(gòu)件包括柱形腔室，并且所述第一線性馬達的第二構(gòu)件包括活塞。
4.如權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述柱形腔室為缸。
5.如權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述第一線性馬達包括布置在所述活塞和所述輸出構(gòu)件之間的活塞連桿。
6.如權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述第一線性馬達的第一構(gòu)件剛性安裝在所述基準結(jié)構(gòu)上。
7.如權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述活塞連桿和所述活塞通過球接頭連接。
8.如權(quán)利要求5所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述活塞連桿和所述輸出構(gòu)件通過樞接頭或銷接頭連接。
9.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述第一線性馬達和所述第二線性馬達均具有大體上平行的作用方向。
10.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述輸出構(gòu)件包括軸以及與所述第一馬達的第二構(gòu)件連接的第一樞軸承和與所述第二馬達的第二構(gòu)件連接的第二樞軸承。
11.如權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述第一樞軸承和所述第二樞軸承與所述軸線平行地偏移一尺寸而分離。
12.如權(quán)利要求10所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述第一樞軸承、所述第二樞軸承和所述軸線是共線的。
13.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述第一線性馬達的第一構(gòu)件包括缸，所述第一線性馬達的第二構(gòu)件包括活塞，所述活塞具有第一表面和第二表面，所述第一表面與所述缸形成第一腔室，并且所述第二表面與所述缸形成第二腔室。
14.如權(quán)利要求13所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述缸具有大體上柱形的表面，并且所述柱形表面包括在所述活塞的第一表面和所述活塞的第二表面之間的孔。
15.如權(quán)利要求14所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述旋轉(zhuǎn)致動器還包括與所述活塞連接并且橫跨所述孔的驅(qū)動連桿。
16.如權(quán)利要求2所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述第二線性馬達包括單作用液壓馬達。
17.如權(quán)利要求16所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中對于給定的線性馬達的線性致動距離，所述第一線性馬達和所述第二線性馬達具有等同的液壓流體移位體積。
18.如權(quán)利要求16所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述第一線性馬達和所述第二線性馬達在液壓上是平衡的。
19.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)致動器，其中所述輸出構(gòu)件與飛機控制表面連接。
20.如權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)致動器，還包括構(gòu)造且布置成測量在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間的角度的位置傳感器。
21.如權(quán)利要求20所述的旋轉(zhuǎn)致動器，還包括伺服控制器。
22.一種用于使得軸圍繞著軸線轉(zhuǎn)動的致動器，所述致動器包括: 夕卜殼; 第一單作用缸，它設(shè)置在所述外殼中并且在其中具有第一活塞和第一連桿； 布置在所述軸上的曲柄； 第二單作用缸，它設(shè)置在所述外殼中并且在其中具有第二活塞和第二連桿， 其中所述第一和第二連桿附接在所述曲柄上的不同位置，并且其中所述致動器構(gòu)造并且布置成使得所述第一單作用缸的致動導(dǎo)致所述曲柄沿著第一方向轉(zhuǎn)動，并且所述第二單作用缸的致動導(dǎo)致所述曲柄沿著與所述第一方向相反的第二方向轉(zhuǎn)動。
23.如權(quán)利要求22所述的致動器，其中所述第一和第二缸基本上平行取向。
24.如權(quán)利要求22所述的致動器，其中所述第一和第二缸兩者構(gòu)造并且布置成均具有預(yù)負載，以提供沿著相同的總體方向的力而消除反沖。
25.如權(quán)利要求22所述的致動器，其中所述軸在設(shè)置在所述外殼中的一組軸承上轉(zhuǎn)動。
26.如權(quán)利要求22所述的致動器，其中所述軸與飛機控制表面連接。
27.如權(quán)利要求22所述的致動器，其中所述致動器構(gòu)造并且布置成通過向第一壓力腔室和第二壓力腔室中的一個施加額外的壓力，來使得所述曲柄從第一位置向第二位置運動。
28.如權(quán)利要求27所述的致動器，其中所述致動器構(gòu)造并且布置成通過在所述第一和第二壓力腔室內(nèi)提供基本相同的壓力來保持所述曲柄的位置。
29.如權(quán)利要求27所述的致動器，其中所述致動器構(gòu)造并且布置成通過不允許液壓流體流入或流出所述第一或第二壓力腔室來保持所述曲柄的位置。
30.如權(quán)利要求22所述的致動器，其中所述第一和第二單作用缸具有非圓形的橫截面。
31.如權(quán)利要求22所述的致動器，其中所述第一連桿通過球接頭與所述第一活塞連接。
32.如權(quán)利要求22所述的致動器，其中所述第一連桿和所述輸出構(gòu)件通過樞接頭或銷接頭連接。
33.如權(quán)利要求22所述的致動器，其中所述第一和第二單作用缸與所述軸線平行地偏移一尺寸而分離。
34.如權(quán)利要求22所述的致動器，其中所述第一和第二單作用缸共享共同的孔道。
35.如權(quán)利要求22所述的致動器，其中所述致動器構(gòu)造并且布置成使得所述第一單作用缸排出的液壓流體與由所述第二單作用缸吸入的液壓流體體積基本上體積相同，以便所述軸運動。
36.如權(quán)利要求22所述的致動器，還包括構(gòu)造且布置成測量在所述軸和所述外殼之間的角度的位置傳感器。
37.如權(quán)利要求36所述的致動器，還包括伺服控制器。
38.一種操作致動器的方法，該致動器具有: 基準結(jié)構(gòu)； 布置成圍繞著軸線相對于所述基準結(jié)構(gòu)進行旋轉(zhuǎn)運動的輸出構(gòu)件； 具有第一構(gòu)件和第二構(gòu)件的第一線性馬達，所述第一線性馬達構(gòu)造并且布置成沿著大體上線性的方向選擇地施加將所述第一構(gòu)件和所述第二構(gòu)件推開的輸出力； 所述第一線性馬達的第一構(gòu)件與所述基準結(jié)構(gòu)連接； 所述第一線性馬達的第二構(gòu)件與所述輸出構(gòu)件連接，構(gòu)造且布置成在所述第一線性馬達施加所述輸出力時圍繞著所述軸線沿著第一方向在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生力矩； 第二線性馬達，它具有第一構(gòu)件和第二構(gòu)件，所述第二線性馬達構(gòu)造并且布置成沿著大體上線性的方向選擇地施加將所述第二線性馬達的第一構(gòu)件和所述第二線性馬達的第二構(gòu)件推開的輸出力； 所述第二線性馬達的第一構(gòu)件與所述基準結(jié)構(gòu)連接； 所述第二線性馬達的第二構(gòu)件與所述輸出構(gòu)件連接，構(gòu)造并且布置成在施加所述第二線性馬達的輸出力時圍繞著所述軸線沿著與所述第一方向相反的方向在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生力矩， 所述方法包括以下步驟: 使得所述第一線性馬達施加第一非零力，使得所述第二線性馬達施加第二非零力，由此降低反沖。
39.如權(quán)利要求38所述的方法，還包括以下步驟: 接收指令輸出構(gòu)件特征；并且 在所述輸出構(gòu)件的實際特征與所述指令輸出構(gòu)件特征不匹配時，相對于所述第二非零力調(diào)節(jié)所述第一非零力。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中所述輸出構(gòu)件的特征為相對于所述基準結(jié)構(gòu)的角度。
41.如權(quán)利要求40所述的方法，其中所述方法還包括以下步驟: 在所述輸出構(gòu)件的角度小于所述指令輸出構(gòu)件角度位置時相對于所述第一非零力提高所述第二非零力， 由此在所述輸出構(gòu)件和所述基準結(jié)構(gòu)之間施加力矩。
42.—種液壓致動器,包括: 缸，其具有帶有縱向軸線以及第一端部和第二端部的大體上柱形的內(nèi)表面； 所述內(nèi)表面具有布置在所述第一端部和所述第二端部之間的孔； 活塞，其構(gòu)造并且布置成在所述缸內(nèi)滑動運動，所述活塞具有第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面沿著所述縱向軸線面對著大體上相反的方向； 所述第一表面與所述缸形成第一腔室，并且所述第二表面與所述缸形成第二腔室； 與所述第一腔室流體連通的第一液壓端口； 與所述第二腔室流體連通的第二液壓端口 ； 驅(qū)動連桿，其具有第一端部和第二端部，并且布置成穿過所述孔，所述驅(qū)動連桿的第一端部與在所述活塞上位于所述第一表面和所述第二表面之間的位置連接， 其中所述致動器構(gòu)造并且布置成在所述活塞相對于所述缸運動時引起所述驅(qū)動連桿相對于所述缸的運動。
43.如權(quán)利要求42所述的液壓致動器，其中所述驅(qū)動連桿沒有穿過所述第一腔室或所述第二腔室。
44.如權(quán)利要求42所述的液壓致動器，還包括基準結(jié)構(gòu)和位于所述驅(qū)動連桿和所述基準結(jié)構(gòu)之間的樞接頭，所述樞接頭構(gòu)造并且布置成允許所述驅(qū)動連桿和所述基準結(jié)構(gòu)之間圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)運動，并且其中所述缸安裝在所述基準結(jié)構(gòu)上。
45.如權(quán)利要求42所述的液壓致動器，還包括構(gòu)造并且布置成相對于所述缸進行旋轉(zhuǎn)運動的驅(qū)動軸，并且其中所述驅(qū)動軸與所述驅(qū)動連桿連接。
46.如權(quán)利要求42所述的液壓致動器，其中所述缸具有非圓形橫截面。
47.如權(quán)利要求42所述的液壓致動器，其中所述驅(qū)動連桿通過樞接頭或銷接頭與所述活塞連接。
48.如權(quán)利要求42所述的液壓致動器，其中所述驅(qū)動連桿通過萬向接頭與所述活塞連接。
49.如權(quán)利要求42所述的液壓致動器，其中所述驅(qū)動連桿通過球接頭與所述活塞連接。
50.如權(quán)利要求42所述的液壓致動器，其中所述第一腔室和所述第二腔室在液壓上是平衡的。
51.如權(quán)利要求42所述的液壓致動器，其中所述致動器構(gòu)造并且布置成使得所述第一腔室排出的液壓流體體積與由第二腔室吸入的液壓流體體積基本上相同，以便所述活塞相對于所述缸運動。
52.如權(quán)利要求42所述的液壓致動器，還包括構(gòu)造且布置成測量在所述驅(qū)動連桿和所述缸之間的角度的位置傳感器。
53.如權(quán)利要求52所述的液壓致動器，還包括伺服控制器。
54.一種致動器動力系統(tǒng),包括: 彎曲軸線液壓泵，它具有第一液壓端口、第二液壓端口和輸入驅(qū)動軸； 齒輪組件，它具有與所述彎曲軸線液壓泵的輸入驅(qū)動軸機械連接的齒輪軸，用于提供機械優(yōu)點以使得所述彎曲軸線液壓泵以比所述齒輪軸更低的速度轉(zhuǎn)動， 其中所述致動器動力系統(tǒng)構(gòu)造并且布置成在所述齒輪軸轉(zhuǎn)動時引起在所述第一液壓端口和所述第二液壓端口之間的流體流。
55.如權(quán)利要求54所述的致動器動力系統(tǒng)，還包括與所述齒輪軸連接的電馬達。
56.如權(quán)利要求55所述的致動器動力系統(tǒng)，還包括液壓平衡的旋轉(zhuǎn)致動器，其構(gòu)造并且布置成由所述彎曲軸線液壓泵提供動力。
【文檔編號】F15B15/06GK104220764SQ201380015517
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年2月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月9日
【發(fā)明者】J·科普, E·D·波恩斯 申請人:莫戈公司