CN101189444A - 独立式液压启动器系统 - Google Patents

Abstract

本发明的液压线性启动器系统包括一个泵，该泵以基本恒定的速度来单向旋转。通过调节泵的定子与转子之间的位置关系，来控制穿过系统的液体的方向及流速。可以在正向流动状态、非流动状态与反向流动状态之间，来调节该位置关系。液压线性启动器对穿过系统的液流做出反应，从而在泵的正向流动状态下以第一方向来移动，而在泵的反向流动状态下则以第二方向来移动。

Description

独立式液压启动器系统

技术领域

本发明涉及独立式液压启动器系统，尤其涉及配有泵的独立式液压线性启动器系统，该系统的泵组件可以调节，从而控制流过系统的液体的速度及方向，而且线性启动器可对液流做出反应。

背景技术

已知的独立式液压启动器系统配有的封闭式液压系统采用双向泵。此前，这些系统需要采用双向电机来驱动泵。因而，泵的转速和转向以及穿过系统的液体流向便成为泵驱动电机转动的直接结果。最适于这一用途的电机是伺服电机，这种电机可根据需要来迅速改变转速及转向。这尤其适用于运动模拟领域。

用伺服电机来驱动双向泵有很多不足。其中一个主要不足是，双向伺报电机价格昂贵，因为它们在运转中必须多次完成并承受转速及/或转向的瞬时变化。

因而，需要建立一种独立式液压线性启动器系统，该系统配有一个泵，其泵组件可以调节，从而控制流过系统的液体的速度及方向，还配有一个可对液流做出反应的线性启动器。如果该系统包括一个封闭式液压系统则更好。

发明内容

本发明是一种独立式液压线性启动器系统，该系统配有一个泵，其泵组件可以调节，从而控制流过系统的液体的速度及方向，还配有一个可对液流做出反应的线性启动器。

根据本发明，提供一种独立式液压启动器系统，包括：(a)一个驱动电机，其以基本恒定的转速来旋转；(b)一个液压泵，由驱动电机来驱动；(c)一个液压线性启动器，与液压泵液体沟通，从而以正向流动状态按第一方向来启动，并以反向流动状态按第二方向来启动；(d)一个控制系统，与液压泵连接，该控制系统用于液压泵的控制调节，可在正向流动状态、非流动状态与反向流动状态之间进行调节；(e)一个定位系统，用于提供有关液压线性启动器的定位信息。

根据本发明的另一方面，液压泵包括一个受控可变泵组件，从而可调节各种受控可变泵组件。

根据本发明的另一方面，液压泵是一种叶片泵。

根据本发明的另一方面，受控可变泵组件包括一个定子，其相对设置于定子内的转子来发生位移，从而使定子位移改变受控可变泵组件的配置。

根据本发明的另一方面，转子以基本恒定的转速来转动。

根据本发明的另一方面，定子与转子的关系包括：中间位置，即非流动状态；可移动定子在第一方向相对中间位置的位移，即正向流动状态；可移动定子在第二方向相对中间位置的位移，即反向流动状态。

根据本发明的另一方面，定子在第一方向及第二方向的位移量影响着液体流经液压泵的流速。

根据本发明的另一方面，液压泵是一种配有转子的转动泵，其以基本恒定的转速来驱动。

根据本发明的另一方面，控制系统包括一个双向步进电机及一个与步进电机相接的脉冲发生器；从而使调节速度及方向受到脉冲发生器发送给步进电机的脉冲的影响。

根据本发明的另一方面，定位系统包括一个位置反馈系统，用于提供有关液压线性启动器的位置信息，而与步进电机的步数无关。

根据本发明的另一方面，位置反馈系统至少包括光编码器或与启动器相接的线性电位计。

根据本发明的另一方面，经由一个封闭的液压系统，来进行液压泵与启动器之间的液体沟通。

根据本发明的另一方面，还提供(a)一个液体膨胀器；(b)一个阀门，用于在液体膨胀器与液压泵的下游端口之间保持液体沟通。

根据本发明的另一方面，液压泵配有第一及第二端口，第一及第二端口交替作为上游及下游端口，因而当第一端口作为上游端口时，第二端口便作为下游端口，而当第一端口作为下游端口时，第二端口则作为上游端口，因此，根据第一端口还是第二端口作为下游端口，阀门配置便可在液体膨胀器与第一或第二端口之间保持一种液体沟通。

根据本发明的另一方面，液体膨胀器不通风。

根据本发明的另一方面，液体膨胀器内有压力。

根据本发明的另一方面，还提供一种液压启动器运动的控制方法，该方法包括：(a)提供一种液压启动器系统，包括：(i)一个液压泵，由驱动电机以基本恒定的转速来驱动，液压泵可在下列状态之间调节：正向流动状态、非流动状态、反向流动状态；(ii)一个液压线性启动器，与液压泵液体沟通，从而在正向流动状态下以第一方向来位移，且在反向流动状态下以第二方向来位移；(b)调节液压泵的配置，从而影响液体流经液压泵的方向，由此影响液压线性启动器的运动。

根据本发明的另一方面，液压系统是一种封闭的液压系统。

根据本发明的另一方面，还提供一种用于调节液压泵的控制系统，控制系统包括一个双向步进电机及一个与步进电机相接的脉冲发生器。

根据本发明的另一方面，通过从脉冲发生器向步进电机发送脉冲，来改变液压泵调节的速度及方向。

根据本发明的另一方面，还提供：(a)一种位置反馈系统，用于提供有关液压线性启动器的位置信息，(b)通过位置反馈系统，来监视液压线性启动器的位置，而与步进电机的步数无关。

根据本发明的另一方面，位置反馈系统至少包括光编码器或与启动器相接的线性电位计。

根据本发明的另一方面，还提供(a)一个液体膨胀器；(b)一种阀门配置；(c)利用阀门配置，在液体膨胀器与液压泵的下游端口之间保持液体沟通。

根据本发明的另一方面，还提供一种双向液压泵，其包括一个受控可变泵组件，从而使受控可变泵组件的变化影响着液体流经双向液压泵的方向。

根据本发明的另一方面，液压泵是一种叶片泵，受控可变泵组件包括一个定子，其相对设置于定子内的转子来发生位移，从而使定子位移改变受控可变泵组件的配置。

根据本发明的另一方面，转子以基本恒定的转速来转动。

根据本发明的另一方面，定子与转子的关系包括：中间位置，即基本上没有液体流经液压泵；可移动定子在第一方向离开中间位置，从而使液体以第一方向流过液压泵；可移动定子在第二方向离开中间位置，从而使液体以第二方向流过液压泵。

根据本发明的另一方面，定子在第一方向及第二方向的位移量影响着液体流经液压泵的流速。

附图说明

以下结合示例及附图来说明本发明。

图1是本发明的独立式液压线性启动器系统优先实施方式的侧面立体图；

图2是图1的实施方式的俯视图；

图3是图1的实施方式的剖视图，沿着A-A线来剖切，表示向泵壳左侧调节的定子；

图4是图1的实施方式的剖视图，沿着B-B线来剖切，表示向泵壳左侧调节的定子；

图5是图1的实施方式的剖视图，沿着B-B线来剖切，表示向泵壳右侧调节的定子；

图6是图1的实施方式的剖视图，沿着B-B线来剖切，表示向中间位置调节的定子；

图7表示根据本发明来建造及操作的优先液压线路，表示液体供应状态下的截止阀；

图8表示根据本发明来建造及操作的优先液压线路，表示液体接受状态下的截止阀；

图9是根据本发明来建造及操作的线性启动器控制系统优先实施方式的方块图。

具体实施方式

本发明是一种独立式液压线性启动器系统，配有泵，该泵组件可调节，从而控制液体流经系统的速度及方向，还配有一个线性启动器，其对液体流动做出响应。

结合附图及说明，可进一步理解本发明的独立式液压线性启动器系统的原理及操作。

本发明的液压线性启动器系统包括一个泵，该泵以基本恒定的速度来单向旋转。因此，驱动泵的驱动电机可以是业内已知的单向恒速电机，而不是双向变速伺服电机。这样，与采用更昂贵的双向变速伺服电机的系统相比，本发明的液压线性启动器系统在价格上更具优势。

通过调节泵的配置，来控制流经系统的液体方向及流速，可在正向流动状态、中间非流动状态、反向流动状态之间调节该配置。液压线性启动器响应液体在系统内的流动，从而在泵的正向流动状态下，在第一方向发生位移，并在泵的反向流动状态下，在第二方向发生位移。

应注意的是，术语“顺时针”，“反时针”，“左”，“右”，均相对图示方向。

图1及2分别表示本发明的液压线性启动器系统2的优先实施方式外观的侧视图及俯视图。图中示出了驱动电机4、步进电机壳体6，其屏蔽步进电机，从而调节泵的配置、线性启动器8及泵20。与泵20相接的是液体膨胀器40，详情后述。

驱动电机最好采用交流电机。然而，应注意的是，也可以采用任何驱动装置，比如但不限于直流电机以及内燃机，来驱动泵。

线性启动器8可以是一种液压缸及活塞启动器，启动器汽缸10经由与泵20的外部12相接的启动器，来与泵20刚性连接，从而提供一种液体通道，在泵20与启动器汽缸10之间提供液体沟通。启动器8无需与泵20连接，可采用任何已知方法来进行液体沟通，比如但不限于壳体、管道及任何其它适当的液体通道。几乎任何液压驱动装置都可与本发明的泵20相接。

在以下的优先实施方式中，泵20是一种旋转叶片泵，配有受控可变泵组件。但是，本发明的原理也可同样适用于活塞泵。如图3-6所示，可变泵组件处于壳体22内，它包括一个移动式定子24及一个转子26，其在定子24内配有多个叶片28。定子24可围绕枢轴30来旋转，而转子26则可在固定位置上旋转。因此，定子24与转子26之间的位置关系可以调节。定子24与转子26之间的位置关系被调节后，便可改变定子24内的工作泵容积32的位置，如图4-6所示。它还改变着工作泵容积32与进口/出口34及36的位置关系。之所以端口34及36在这里被称为进口/出口，是因为它们的作用随着液体流经泵的方向而改变。在下文中，转子被视为顺时针方向旋转(参见箭头38)。

图4中，定子24移至最左端，工作泵容积32的大部分移至转子26的左侧。因此，在膨胀冲程期间，液体通过进/出口36被吸入工作泵容积32内，该端口此时作为进入口。当泵处于排放冲程时，液体便通过进/出口34被挤出工作泵容积32，该端口此时作为输出口。

图5中，定子24基本上处于中心，而工作泵容积32则基本围绕转子26来均匀分布。因此，既不发生膨胀冲程，也不发生排出冲程，而且基本上没有液体通过进/出口34及36而被吸入或被排出工作泵容积32。在该“中间”位置上，液压系统内达到非流动状态。

图6中，定子24移至最右端，工作泵容积32的大部分移至转子26的右侧。因此，在膨胀冲程期间，液体通过进/出口34被吸入工作泵容积32内，该端口此时作为进入口。当泵处于排放冲程时，液体便通过进/出口36被挤出工作泵容积32，该端口此时作为输出口。

通过调节定子24与转子26之间的位置关系，来控制液体流经泵20及系统的速度及方向。由于进/出口的位置，当定子24处在中间，即“中间”位置(图5)时，液压系统便处于非流动状态。当定子24以第一方向离开中间位置，比如移至左侧(图4)时，便处于正向流动状态。当定子24以第二方向离开中间位置，比如移至右侧(图6)时，便处于反向流动状态。如果定子进一步离开中间位置，则有更多的液体流经泵20。流经泵的液体量影响着启动器的移动速度及距离。转子的转向以及液体流动方向被视为正向及反向流动状态，它们在设计时加以考虑，在这里它们不构成限定。

通过双向步进电机(未图示)来进行定子24的位置调节，该电机由步进电机壳6来屏蔽，并由配有位置控制器64的控制系统来控制。步进电机对齿轮60进行驱动，该齿轮与从定子24来延伸的正齿62交互作用。步进电机的速度及转向影响着定子24的位移速度及方向。随着步进电机的顺时针方向旋转，定子24便移动到左侧，而如果反时针方向旋转，定子24则移动到右侧。

如图9所示，步进电机的速度及转向由位置控制器64来控制。在本发明的该实施方式中，如果位置控制器接收到使液压线性启动器8处于所希望的位置的指令，则根据来自配有光编码器70的反馈系统的反馈，来确定液压线性启动器8的当前位置，该编码器与液压线性启动器8相接。应注意的是，除了光编码器之外，有关液压线性启动器8的位置的反馈也可由线性电位计来提供。基于液压线性启动器8的当前位置及位置变化的速度，来确定步进电机66所必须达到的转向和步数以及所必须达到的步进率。步进电机驱动器68所配备的脉冲发生器以适当的速率发出适当的脉冲，从而使步进电机66旋转必要的转数，以便使定子24达到所需的位置，从而使液压线性启动器8达到所希望的位置。本发明的实施方式配用远程启动器，即，不直接连接到泵20上的启动器，控制系统可配用COM端口，从而提供与控制系统的外部连接。

应注意的是，传统系统采用基于步数及方向的步进电机及轨迹位置技术，本发明与此不同，本发明只采用步进电机66，用于控制定子24的位移方向和位移量以及位移的发生速度。液压线性启动器8的位置由定位系统来监视，该系统配有编码器66，用于向位置控制器64提供位置反馈。这样，可以更准确地表示液压线性启动器8的真实位置，因为步进电机66的旋转不直接涉及液压线性启动器8的位移。相反，步进电机66的旋转直接涉及定子24的位置，它反过来又影响着线性启动器8的位移。

如果在封闭的液压系统内采用液压汽缸及活塞启动器，则在活塞二侧之间的容积差方面会产生问题，因为在一侧上具有启动器杆14(图1及2)。解决这一问题的一种方法是配用一个液体膨胀器40及阀门42，用来控制液体流入/流出液体膨胀器40的流量。另一个方法是配用带有二个启动杆14的液压线性启动器8，其中一个延伸到活塞的每一侧，从而有效地降低二侧之间的容积差。

如上所述，液体流经本发明的液压泵的方向通过定子24的移动来控制。因此，如图7及8所示，泵20的入口及出口交替作为上游与下游端口，从而当第一端口44作为上游端口时，第二端口46便作为下游端口，而当第一端口44作为下游端口时，第二端口46便作为上游端口。因此，阀42最好为截止阀，它保持液体膨胀器40与第一端口44之间的液体沟通，而第二端口46此时作为下游端口。即，阀42响应液压系统内的压差，并保持液体膨胀器40与泵20的低压侧之间的液体沟通。应注意的是，尽管阀42最好为截止阀，但在本发明的范围内，也可以采用任何合适的阀门配置。

图7表示液压线性启动器8在膨胀冲程期间的液体流向。如上所述，活塞一侧汽缸的液体排出量不足以充满活塞另一侧汽缸的液压容积。因而，在确定截止阀42的位置时，应使液体能流出液体膨胀器40，并进入泵20的下游侧液压管路的主流道48。这样，端口44便作为下游端口。

图8表示液压线性启动器8在收缩冲程期间的液体流向。汽缸的液体排出量大于活塞另一侧汽缸的液压容积所需的充注量。因而，截止阀42的位置应使液体流出液压管路的主流道48，并进入泵20下游侧的液体膨胀器40内。这样，端口46便作为下游端口。

在本发明的优先实施方式中，液体膨胀器40是封闭是，即不通风，由此使液压系统成为封闭系统。液体膨胀器40也可以加压，最好加压至2个大气压。

本发明的另一种自选方式是采用飞轮80，如业内的作法，在采用以定速来单向旋转的装置时，该飞轮与驱动电机4相接。这样，与采用不利于配备飞轮的双向驱动电机的系统相比，本发明的系统便具有显著的节能优势。

上述说明只用于示例目的，在本发明的精神与范围内，也可以采用许多其它实施方式。

Claims (28)

1.一种独立式液压启动器系统，包括：

(a)一个驱动电机，其以基本恒定的转速来旋转；

(b)一个液压泵，由所述驱动电机来驱动；

(c)一个液压线性启动器，与所述液压泵液体沟通，从而以所述正向流动状态按第一方向来启动，并以所述反向流动状态按第二方向来启动；

(d)一个控制系统，与所述液压泵连接，所述控制系统用于所述液压泵的控制调节，可在正向流动状态、非流动状态与反向流动状态之间进行调节；以及

(e)一个定位系统，用于提供有关所述液压线性启动器的定位信息。

2.根据权利要求1所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述液压泵包括一个受控可变泵组件，从而所述调节可包括各种所述受控可变泵组件。

3.根据权利要求2所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述液压泵是一种叶片泵。

4.根据权利要求3所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述受控可变泵组件包括一个定子，其相对设置于所述定子内的转子来发生位移，从而使所述定子位移改变所述受控可变泵组件的配置。

5.根据权利要求4所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述转子以基本恒定的转速来转动。

6.根据权利要求4所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述定子与所述转子的关系包括：中间位置，其处于所述非流动状态；所述可移动定子在第一方向相对所述中间位置的位移，即达到所述正向流动状态；所述可移动定子在第二方向相对所述中间位置的位移，即达到所述反向流动状态。

7.根据权利要求6所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述定子在所述第一方向及所述第二方向的位移量影响着液体流经液压泵的流速。

8.根据权利要求1所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述液压泵是一种配有转子的转动泵，其以基本恒定的转速来驱动。

9.根据权利要求1所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述控制系统包括一个双向步进电机及一个与所述步进电机相接的脉冲发生器；从而使所述调节速度及方向受到所述脉冲发生器发送给所述步进电机的脉冲的影响。

10.根据权利要求1所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述定位系统包括一个位置反馈系统，用于提供有关所述液压线性启动器的位置信息，而与所述步进电机的步数无关。

11.根据权利要求10所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述位置反馈系统至少包括光编码器或与所述启动器相接的线性电位计。

12.根据权利要求1所述的独立式液压启动器系统，其特征是，经由一个封闭的液压系统，来进行所述液压泵与所述启动器之间的所述液体沟通。

13.根据权利要求12所述的独立式液压启动器系统，其特征是，还包括：

(a)一个液体膨胀器；以及

(b)一个阀门，用于在所述液体膨胀器与所述液压泵的下游端口之间保持液体沟通。

14.根据权利要求13所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述液压泵配有第一及第二端口，所述第一及第二端口交替作为上游及下游端口，因而当所述第一端口作为所述上游端口时，所述第二端口便作为所述下游端口，而当所述第一端口作为所述下游端口时，第二端口则作为所述上游端口，因此，根据所述第一端口还是第二端口作为所述下游端口，所述阀门配置便可在所述液体膨胀器与所述第一或第二端口之间保持所述液体沟通。

15.根据权利要求13所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述液体膨胀器不通风。

16.根据权利要求14所述的独立式液压启动器系统，其特征是，所述液体膨胀器内有压力。

17.一种液压启动器运动的控制方法，该方法包括：

(a)提供一种液压启动器系统，包括：

(i)一个液压泵，由驱动电机以基本恒定的转速来驱动，所述液压泵可在下列状态之间调节：正向流动状态、非流动状态、反向流动状态；以及

(ii)一个液压线性启动器，与所述液压泵液体沟通，从而在所述正向流动状态下以第一方向来位移，且在所述反向流动状态下以第二方向来位移；以及

(b)调节所述液压泵的配置，从而影响液体流经所述液压泵的方向，由此影响所述液压线性启动器的运动。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征是，所述液压系统是一种封闭的液压系统。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征是，还提供一种用于调节所述液压泵的控制系统，所述控制系统包括一个双向步进电机及一个与所述步进电机相接的脉冲发生器。

20.根据权利要求16所述的方法，其特征是，通过从所述脉冲发生器向所述步进电机发送脉冲，来改变所述液压泵调节的速度及方向。

21.根据权利要求19所述的方法，其特征是，还包括：

(a)一种位置反馈系统，用于提供有关所述液压线性启动器的位置信息；以及

(b)通过所述位置反馈系统，来监视所述液压线性启动器的位置，而与所述步进电机的步数无关。

22.根据权利要求19所述的方法，其特征是，所述位置反馈系统至少包括光编码器或与所述启动器相接的线性电位计。

23.根据权利要求16所述的方法，其特征是，还包括：

(a)一个液体膨胀器；

(b)一个阀门配置；以及

(c)利用所述阀门配置，在所述液体膨胀器与所述液压泵的下游端口之间保持液体沟通。

24.一种双向液压泵，其包括一个受控可变泵组件，从而使所述受控可变泵组件的变化影响着液体流经双向液压泵的方向。

25.根据权利要求23所述的双向液压泵，其特征是，液压泵是一种叶片泵，所述受控可变泵组件包括一个定子，其相对设置于所述定子内的转子来发生位移，从而使所述定子位移改变所述受控可变泵组件的配置。

26.根据权利要求24所述的双向液压泵，其特征是，所述转子以基本恒定的转速来转动。

27.根据权利要求24所述的双向液压泵，其特征是，所述定子与转子的关系包括：中间位置，即基本上没有液体流经液压泵；所述可移动定子在第一方向离开所述中间位置，从而使液体以第一方向流过液压泵；所述可移动定子在第二方向离开所述中间位置，从而使液体以第二方向流过液压泵。

28.根据权利要求26所述的双向液压泵，其特征是，所述定子在所述第一方向及所述第二方向的位移量影响着液体流经液压泵的流速。

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