CN109790939A - 步进电机驱动的比例旋转致动器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种步进电机驱动的致动器系统。所述系统包括步进电机、凸轮以及齿轮箱系统。齿轮箱系统将步进电机可操作地连接至凸轮。凸轮响应于步进电机的步进而旋转。所述系统还包括阀，所述阀具有位于其中的控制活塞。控制活塞构造为响应于凸轮的旋转而平移。所述系统还包括旋转致动器。旋转致动器流体地连接至阀，并且旋转致动器构造为响应于控制活塞的平移而使凸轮旋转。

Description

步进电机驱动的比例旋转致动器
技术领域
本发明关于致动器，并且更具体地关于无需传感器的致动器。
背景技术
许多系统将液压致动器结合到它们的控制系统的设计中。例如，在某些飞行器系统中，液压致动器可以被用于对调节飞行器系统内的流体的流动的阀进行控制。为了提供精确控制，一些液压致动器依靠液压放大来使诸如液压缸或阀关闭的末端执行器运动。
在传统的致动器系统中，通常采用闭环位置控制系统。这些系统包括用于致动器位置反馈(例如，末端执行器的位置)的位置传感器，以及用于控制的积分控制器或比例控制器。积分控制器确保稳态感测位置与指令位置匹配。然而，实际位置对指令位置仍然容易受到位置传感器增益与位置(即，位置传感器向阀位置的校准)、位置传感器解调器精确度、通道-通道追踪以及数字分辨率的不准确性的影响。比例控制器容易受到上述不准确性以及允许的稳态误差的影响，所述稳态误差为控制器的干扰幅度和比例增益的函数。
无论控制器类型如何，系统的精确度都非常依赖于位置传感器精确度。对于诸如飞行器系统中的精确定位应用，位置传感器需要非常精确并且具有高分辨率。虽然非常精确，但位置传感器在时间和成本方面通常都非常昂贵。它们由于机械接口、液压接口、小型测量线的数量、复杂的解调电路等而比较难以相连接。由于小型测量线的不可靠性，位置传感器还易于出现故障。这种故障模式导致双通道需求(即，两个单独的位置传感器、驱动器以及电机控制)和额外的成本，以满足可靠性需求。
位置反馈传感器的去除将节省金钱和重量。然而，缺少位置反馈和闭环控制器意味着将不再感测和/或补偿在闭环控制器中感测和/或补偿的正向通路增益中的干扰和/或变化的影响。为了抵消这些不利影响，应当将干扰的幅度最小化，应当使正向通路的固有干扰抑制特性最大化，并且应当使正向通路的增益精确度对环境不敏感。换言之，正向通路必须是“鲁棒(robust)”的。正向通路也必须严格按比例，因为没有反馈来防止积分正向通路可能发生的偏离。
基于开环、比例电液伺服阀(EHSV)的致动器系统使用低能量扭矩电机，所述低能量扭矩电机控制驱动致动器的液压。所使用的电机具有高速但具有非常低的扭矩。低扭矩水平导致电机(并且因此致动器)基本上受到比较小的DC扭矩干扰的影响。例如，隔离密封、预载荷的扭力弹簧的松弛、磁体MMF(磁动势)变化、磁通路磁阻的变化、喷嘴压力反馈力的离散步进、部件的热感应运动等能够影响扭矩电机。比较无阻尼的扭矩电机也不支持良好的动态扭矩干扰抑制(例如，电流暂态、振动等)并且造成共振问题。致动器位置经由弹簧反馈至电机。该间接位置反馈技术没有为大多数应用提供足够的负载干扰抑制。
所需要的是一种克服如上所述的无需传感器的致动器的问题的系统。本发明提供了一种具有这样的特征的系统。从本文提供的本发明的描述中，本发明的这些和其他优点以及另外的发明特征将是明白易懂的。
发明内容
在各种方案中，提供了一种步进电机驱动的致动器系统。所述系统为诸如旋转阀的各种应用提供了鲁棒的控制。所述系统包括通过变速箱系统控制阀活塞的位置的步进电机。阀活塞的运动液压地使旋转致动器旋转以打开和关闭旋转阀。在使旋转致动器旋转时，旋转致动器也使阀活塞的位置重新归零。
在一个方案中，本发明的实施例提供了一种步进电机驱动的致动器系统。所述系统包括步进电机、凸轮以及将步进电机可操作地连接至凸轮的变速箱系统。凸轮响应于步进电机的步进而旋转。所述系统还包括阀，所述阀具有位于其中的控制活塞。控制活塞构造为响应于凸轮的旋转而平移。所述系统还包括旋转致动器。旋转致动器流体地连接至阀，并且旋转致动器构造为响应于控制活塞的平移而使凸轮旋转。
在步进电机驱动的致动器系统的实施例中，所述系统还包括：步进电机的驱动轴；行星架，其具有可操作地连接至凸轮的输出轴；以及重新归零齿轮，其构造为响应于旋转致动器的旋转而旋转。在该实施例中，齿轮箱系统包括太阳齿轮、多个行星齿轮以及行星齿圈。另外，重新归零齿轮与行星齿圈啮合，并且步进电机的驱动轴与太阳齿轮构成一体。此外，行星架响应于步进电机的步进并且响应于旋转致动器的旋转而引起凸轮的旋转。
在步进电机驱动的致动器系统的一个实施例中，控制活塞还包括两个喷嘴。两个喷嘴分别提供阀体的供给端口与阀体的排放端口之间的流体连通。两个喷嘴位于凸轮的相反侧。在两个喷嘴中的每个与凸轮之间，间隙设置在凸轮的相反侧，并且凸轮的旋转确定凸轮每侧的间隙的相对尺寸，由此对控制活塞的平移量进行控制。
在步进电机驱动的致动器系统的另一个实施例中，控制活塞在第一端还包括位于凸轮的一侧的单个喷嘴，并且在第二端还包括凸轮的相反侧的凸起。第二端经由弹簧通过预加负荷而朝向凸轮偏置。在喷嘴与凸轮之间设置有间隙，并且在凸起与凸轮之间设置有另一个间隙。凸轮的旋转确定间隙的相对尺寸，由此对控制活塞的平移量进行控制。
在步进电机驱动的致动器系统的进一步的实施例中，控制活塞在第一端还包括位于凸轮的一侧的单个喷嘴，并且在第二端还包括具有在凸轮的相反侧的突起的双直径端部。双直径端部还包括柱塞，所述柱塞限定具有第一直径的表面以及围绕柱塞限定第二直径的环表面。双直径端部经由液压差而朝向凸轮偏置，所述液压差包括来自柱塞的表面上的阀体的第一供给端口的液压，以及来自环表面上的阀体的第一排放口的液压。间隙设置在喷嘴与凸轮之间，并且另一个间隙设置在突起与凸轮之间。凸轮的旋转确定间隙的相对尺寸，由此对控制活塞的平移量进行控制。
当结合附图时，本发明的其他方案和优点将从下面的具体描述中变得更加明白易懂。
附图说明
图1为根据本发明的示例性实施例的具有步进电机的致动器系统的局部剖视图，为了清楚起见所述步进电机为被示出为单独的部件并且阀活塞处于居中位置；
图2为根据本发明的示例性实施例的图1的致动器系统的局部剖视图，控制活塞处于最左侧位置；
图3为图1的致动器系统的局部剖视图，控制活塞重新归零并且旋转致动器顺时针旋转；
图4为根据本发明的示例性实施例的图1的致动器系统的局部剖视图，控制活塞处于最右侧位置；
图5为根据本发明的示例性实施例的旋转致动器系统的单喷嘴实施例的局部剖视图；以及
图6为根据本发明的示例性实施例的旋转致动器系统的另一个单喷嘴致动器系统实施例的局部剖视图。
虽然将结合某些优选实施例来描述本发明，但并不意图将其限制于那些实施例。相反，意图在于涵盖包括在由所附的权利要求书限定的本发明的主旨和范围内的所有替代例、变型例以及等同替代方式。
具体实施方式
通常，提供了步进电机驱动的致动器系统的实施例。如将从以下公开内容识别出的，步进电机驱动的致动器系统消除了对位置传感器和电子位置反馈的需要。另外，通常由EHSV挡板阀提供的液压放大被去除并且由恒定增益凸轮喷嘴放大追踪系统代替。凸轮喷嘴、步进电机以及与旋转致动器的齿圈连接的齿轮箱的组合提供了精确且鲁棒的致动定位系统。本领域普通技术人员将从本公开内容识别出这些和其他优点。此外，虽然在阀控制装置方面描述了步进电机驱动的致动器系统，但步进电机驱动的致动器系统的使用并不限于此。
转向附图，其中相同的附图标记表示相同的元件，提供了步进电机驱动的致动器系统的实施例。参照图1，描绘了步进电机驱动的致动器系统10的实施例。在示出的实施例中，步进电机驱动的致动器系统10控制诸如蝶阀20的旋转阀在流动管道30内的旋转。例如，通过在完全关闭位置与完全打开位置之间旋转蝶阀20，步进电机驱动的致动器系统10能够被用于控制流动管道30内的气体的流动。如图1中所描绘的，蝶阀20处于关闭位置。如本领域普通技术人员将识别出的，各种阀可以与步进电机驱动的致动器系统一起利用，包括蝶阀、旋塞阀、球阀等。
概括地说，蝶阀20的位置由步进电机100的指令位置确定。步进电机100流体力学地连接至四通导向阀104中的控制活塞102。以这种方式，步进电机100控制控制活塞102在四通导向阀104内的位置。通过四通导向阀104中的液压放大，控制活塞102调节旋转致动器105中的压力。如图1所示，旋转致动器105机械地连接至蝶阀20。因此，电机100的运动在四通导向阀104中被液压放大，以使旋转致动器105旋转，并且因此使蝶阀20旋转。
在图1中，控制活塞102在四通导向阀104内处于零点位置，即，控制活塞102位于四通导向阀104的中央。在该位置，流体经由供给端口106流入到四通导向阀104中，并且经由排放端口108流出四通导向阀104。供给端口106从液压液罐和泵(未示出)抽取流体，而排放端口108将流体返回到液压液罐。
简要地参照图2，控制活塞102被描绘在四通导向阀104内的最左侧位置110。步进电机100经由齿轮箱系统114和输出轴116机械地连接到凸轮112，使得凸轮112连同电机100中产生的旋转而旋转。当凸轮112旋转时，控制活塞102在四通导向阀104内向左或向右平移。如图2所示，控制活塞102已经向左运动。
控制活塞102的运动使旋转致动器105液压地旋转，这能够在图3中看出。因此，当控制活塞102向左运动时，旋转致动器105顺时针旋转，并且因此蝶阀20顺时针旋转。
旋转致动器105经由可旋转轴119机械连接至蝶阀20，所述可旋转轴119横向地延伸穿过旋转致动器105。可旋转轴119的从旋转致动器105的前部延伸的部分(如图3所描绘的)连接至重新归零齿轮120。通常，重新归零齿轮120与齿轮箱系统114机械连接。重新归零齿轮120使凸轮112沿与电机100相反的方向旋转，使得如图3所示控制活塞102在四通导向阀104内返回到零点(即中央)位置。通过使四通导向阀104机械地重新归零，蝶阀20的位置变得与电机100的位置成正比，因此消除了对确定蝶阀20的位置的电子反馈的需要。
图4示出了位于四通导向阀104内的最右侧位置118的控制活塞102。控制活塞向右的运动产生了作用在旋转致动器105上的液压。因此，如图1所示，旋转致动器105将逆时针旋转，这关闭了蝶阀20。因此，如图1至图4所描绘的，步进电机102旋转凸轮112，这使控制活塞102在四通导向阀104内向左或向右运动。控制活塞102的运动产生了使旋转致动器105旋转的液压。当旋转致动器105旋转时，发生两件事：蝶阀20打开或关闭，以及控制活塞102在四通导向阀104中重新归零。
已经提供了步进电机驱动的致动器系统10的一般概述，接下来的讨论将提供所述系统的操作的更详细的描述。如图1所示，步进电机100驱动齿轮箱系统114。在所描绘的实施例中，齿轮箱系统114为行星齿轮系统，所述行星齿轮系统包括行星齿圈122、太阳齿轮124以及行星齿轮126。太阳齿轮124与步进电机100的驱动轴128为一体的。因此，当步进电机100旋转时，太阳齿轮124旋转。太阳齿轮124的旋转使行星齿轮126旋转。行星齿轮126能够旋转，因为重新归零齿轮120保持行星齿圈122静止。行星齿轮126可操作地连接至行星架130，所述行星架130可操作地连接至输出轴116。因此，步进电机100产生驱动轴128的旋转，引起行星齿轮系统114和行星架130的旋转，并且行星架130的旋转引起输出轴116和凸轮112的旋转。
在图1中，当凸轮112处于零点位置时，液压流将进入供给端口106，通过凸轮-喷嘴-孔系统(即，围绕凸轮112并通过喷嘴132、134和对应的孔)，进入管线140，然后由于排水管中的较低的压力Pb而通过排放端口108排出。应当注意的是，与流动从控制活塞102的端部流出喷嘴132、134(即，“流出”)的传统的阀相比，流动方向是从供给端口106并且经由凸轮-喷嘴间隙进入到喷嘴132、134中(即，“流入”)。
现在参照图2，凸轮112向左旋转，使得控制活塞102朝向四通导向阀104中的最左侧位置110平移。控制活塞102的平移起因于凸轮112与凸轮112左侧的第一喷嘴132之间的间隙的尺寸减小，以及凸轮112与凸轮112右侧的第二喷嘴134之间的间隙的尺寸增加。间隙的区别影响控制活塞102的每个端部上的压力Pz1和Pz2，以便沿将使凸轮-喷嘴间隙重新相等的方向推动控制活塞102。当控制活塞102向左平移时，供给端口106向第一阀端口136开口。当该情况发生时，液压流通过供给端口106，进入到第一阀端口136中并且通过第二阀端口138返回并排出排放端口108。在以这种方式的流动中，流体通过旋转致动器105。第一阀端口136与旋转致动器105的第一腔室142流体连通。第二阀端口138与第二腔室144流体连通。
各种旋转致动器106适用于本发明的步进电机驱动的致动器系统10，包括单叶片和双叶片、齿条和小齿轮、螺旋轴、链条和链轮、螺旋花键、封闭式活塞曲柄、苏格兰轭(Scotch yoke)等。如全部附图所描绘的并且特别参照图2，旋转致动器105为双叶片旋转致动器，其中第一腔室142和第二腔室144由隔板146和叶片148分开。如图2所描绘的，以部分假想线示出可旋转轴119，以便描绘两个叶片148。叶片148连接至可旋转轴119。在双叶片旋转致动器实施例中，旋转致动器105包括跨过上隔板146使得第一上部腔室149与第二上部腔室150流体连通的通路(未示出)。以这种方式，当叶片148旋转时，第一上部腔室149的减小的容积能够被迁移到第二上部腔室150，反之亦然。
例如，当流体从第一阀端口136流入到旋转致动器105的第一致动器端口152时，流体将压力施加至第一腔室142中的叶片148，这引起可旋转轴119的旋转。第二腔室144中的叶片148也旋转，使流体流出旋转致动器105的第二致动器端口156进入到第二阀端口138中。如图2所描绘的，控制活塞102定位成使得第二阀端口138与排放端口108流体连通以允许流体排放。
如图3所描绘的，旋转致动器105的叶片148已经顺时针旋转，打开蝶阀20。另外，可旋转轴119诸如通过辐条154连接至重新归零齿轮120。因为重新归零齿轮120处于与行星齿圈122的啮合关系，所以旋转致动器105的旋转通过重新归零齿轮120而平移到行星齿圈122。此时，步进电机100已经完成其步骤，并且因此，驱动轴128被锁定，这意味着太阳齿轮124也被锁定。因此，当行星齿圈122旋转时，行星齿轮126旋转，由此使凸轮112旋转。因此，如图3所示，控制活塞102已经返回到零点位置。以这种方式，重新归零齿轮120向行星齿圈122提供直接的、机械致动器位置反馈，使行星齿圈122旋转。因此，消除了对复杂且昂贵的电子反馈机制的需要。
转向图4，当凸轮102定位成使得控制活塞122朝向四通导向阀104中的最右侧位置118时，供给端口106向第二阀端口138开口。液压流通过供给端口106，进入到旋转致动器105的第二阀端口138中。流体流动的压力使第二腔室144中的叶片148沿逆时针方向旋转可旋转轴119。第一腔室142中的叶片148也旋转，迫使流体从第一致动器端口152流出至第一阀端口136。流体随后从排放端口108排出。因此，系统10返回到图1所示的构造，其中蝶阀20已经被关闭并且控制活塞102已经被重新归零。
对系统的主要干扰为输入到旋转致动器105的力。旋转致动器105的可旋转轴119的任何运动将使重新归零齿轮120旋转，这将导致行星齿圈122旋转。由于精密行星齿轮箱系统114，任何行星齿圈122运动导致凸轮112旋转。系统的高压增益确保用于任何凸轮112旋转的控制活塞102运动。伴随旋转致动器抵抗力的第一阀端口136和第二阀端口138的高压增益，将以最小的位置误差引起所需的阻力。
步进电机系统10为联接至较高能量的液压装置的较低能量的电机。步进电机100连同行星齿轮箱系统114提供了在保持相同能量水平的同时降低步进电机速度并且增加其扭矩的能力。以这种方式，变速箱系统104能够用于增加电机扭矩，降低其对扭矩干扰的敏感性并且仍然使电机保持足够快以处理动态操作。步进电机100具有几乎完美的增益，并且基本上不受由于更高的扭矩能力、行星齿轮箱114扭矩放大以及步进电机100的固有止动特征而产生的扭矩干扰的影响。步进电机100的圆形、对称、平衡的结构实质上不受振动和温度变化的影响。
步进电机100的定子和转子齿(未示出)的精密加工布局提供了步进电机100的固有基线位置和增益精确度。精密加工提供了精确校准，使得消除了对传感器的需要。此外，该精确度不随寿命而变化，从单位到单位基本上是恒定的，并且不是任何校准程序的函数。步进电机100的圆形、对称的结构在存在环境变化(例如，温度)的情况下保持该精确度。诸如动态密封摩擦、喷嘴液压负荷、不平衡凸轮质量等的输出轴116处的扭矩干扰为最小并且基本上被精密行星齿轮箱系统114(包括太阳齿轮124、行星齿圈122、行星齿轮126以及行星架130)以及步进电机100的高止动扭矩抵制。止动扭矩防止干扰具有任何可察觉的影响，直到干扰达到某种幅度使得它们完全压倒步进电机100为止。步进电机100的驱动轴128依靠在精密球轴承(未示出)上并且在存在平移加速度(即，振动)的情况下围绕其旋转轴线固有地精确平衡，所以电机100的驱动轴128处的扭矩干扰可忽略不计。由于两个通道共用相同的转子-定子-磁极通量电路的事实，步进电机100没有通道-通道追踪误差。功率瞬变对稳态操作没有影响，并且精确行星齿轮箱系统114具有最小的齿隙。在一个实施例中，行星齿轮箱系统114的齿隙大约是步进电机100的两个步进增量。
已经讨论了图1至图4中的步进电机驱动的致动器系统10的双喷嘴实施例，以下讨论将集中于图5和图6所描绘的单喷嘴实施例。在图5和6中，与步进电机驱动的致动器系统10共同的元件将具有类似的附图标记，虽然在
图5中增加了100，并且在图6中增加了200。
首先参照图5，描绘了单喷嘴致动器系统200的第一实施例，并且单喷嘴致动器系统200的第一实施例包括位于控制活塞202的一个端部的弹簧260。弹簧260接触四通导向阀204的一个端部和控制活塞202的下端262(相对于图5的方位)。下端262包括突起264，尽管没有流体通路，但突起264的尺寸和形状与在控制活塞202的端部上端263处的喷嘴232相似。弹簧260在控制活塞202的下端262上提供了预加负荷，由此将其朝向凸轮212偏置。该预加负荷由存在于控制活塞202的上端263处的压力Pzl平衡。作为凸轮212和喷嘴232间隙的函数，Pz1在供给端口206处的压力(Pc)与排放端口208处的压力(Pb)之间调节。在存在恒定的弹簧力(忽略了弹簧压力标)和恒定的Pc-Pb压力的情况下，凸轮212与喷嘴232(以及凸轮212与突起264)之间的流体间隙是恒定的。这确保了活塞202的位置是凸轮212的位置的函数，并且只是凸轮212的位置的函数。
假设10磅的预加负荷，液压差Pc-Pb＝100psid(pounds per square inchdifferetial，压差)，以及出于示例的目的的66％的压力恢复，0.625”的活塞202将提供20磅的液压力，这提供了10磅来抵抗弹簧力以及10磅用于力的余量。假设(出于该示例的目的)能够由接触喷嘴232或突起264的凸轮212机械地施加额外的10磅的力，总液压力加凸轮力，或者弹簧力加凸轮力能够提供±20磅的总的力的余量。本领域技术人员将从前面的讨论中意识到：其他的预加负荷、压差、压力恢复、活塞尺寸等(全体地，“致动器系统特性”)，可以根据特定装置的操作参数和条件来提供，并且因此，所有这样的致动器系统特性将包括在本文中。
除了仅使用单个的喷嘴232的设置之外，图5的单喷嘴致动器200以与图1至图4的步进电机驱动的致动器系统10几乎相同的方式操作。因此，参照图5，控制活塞202响应于由步进电机(未示出)引起的凸轮212的旋转而平移。控制活塞202的平移向供给端口206打开第一端口236或第二端口238。液压的对应的变化引起旋转致动器205的致动，并且由此由重新归零齿轮220引起重新归零动作。
图6描绘了单喷嘴致动器系统300的第二实施例，所述单喷嘴致动器系统300的第二实施例通过未调节的液压差Pc-Pb使用具有双直径端部366的活塞302。双直径端部366包括柱塞部368，所述柱塞部368具有带有第一直径的表面370。围绕柱塞部368的是环表面372。柱塞部368的表面370受到来自第二供给端口374的液压的作用，所述第二供给端口374具有与供给端口306相同的液压。环表面372受到来自第二排放端口376的液压的作用，所述第二排放端口376具有与排放端口308相同的压力。以与Pzl力在控制活塞302的相对端上所做的相同的方式，液压力随着Pc(第二供给端口374处)-Pb(第二排放端口376处)变化。该特点确保凸轮312喷嘴332间隙在存在变化的Pc-Pb的情况下保持恒定，这确保了活塞302的位置为凸轮312的函数，并且只是凸轮312的函数。
除了仅使用单个的喷嘴320的设置之外，图6的单喷嘴致动器300以与图1至图4的步进电机驱动的致动器系统10几乎相同的方式操作。因此，参照图6，控制活塞302响应于由步进电机(未示出)引起的凸轮312的旋转而平移。控制活塞302的平移向供给端口306打开第一端口336或第二端口338。液压的对应的变化引起旋转致动器305的致动，并且由此由重新归零齿轮320引起重新归零动作。
如能够从前述内容看出的，已经描述了鲁棒的步进电机驱动的比例致动器。如本文所使用的，鲁棒性指的是系统在存在干扰输入和环境变化的情况下保持准确的能力。干扰导致整个步骤对位置图的变化，并且增益变化导致图的斜率的变化。干扰是由于不希望的扭矩和力以及有缺点的校准。增益变化是由于部件寿命和环境导致的输出/输入特性的变化。通过在可能的情况下将干扰幅度最小化，必要时通过使装置隔绝干扰，将装置的干扰抑制特性最大化，以最小的磨损和/或其未受磨损影响的性能设计装置、精确校准以及在环境变化(例如，温度、杂散磁通、振动、压力等)时固有的增益精确度，由本发明的实施例获得鲁棒性。
本文引用的所有参考文献，包括公开出版物、专利申请以及专利均通过参考以如下程度合并到本文中：就像每个参考文献被单独且具体地指示以在本文中以其全部内容通过参考而合并并且提出那样的程度。
术语“个”(不定冠词“a”或“an”)和“所述”以及类似名词在描述本发明的情况下(尤其是在随后的权利要求书的情况下)的使用被解释为覆盖单个和多个，除非在本文中另有说明或通过上下文清楚地否定。术语“包括”(comprising或including)、“具有”以及“包含”被解释为开放性术语(即，意味着“包括，但不限于”)，除非另有注解。在本文中描述的全部方法能够以任何合适的顺序执行，除非在本文中另有说明或通过上下文清楚地否定。在本文中提供的任何以及全部示例，或者示例性的语言(例如，“诸如”)的使用仅仅意在更好地阐明本发明并且并非造成对本发明的范围的限制，除非另有要求。说明书中没有语言应当被解释为将任何未要求的元素表明为本发明的实践所必要的。
在本文中描述了本发明的优选实施例，包括了发明人已知的用于实施本发明的最好的方式。在阅读前面的描述时这些优选实施例的变型对本领域技术人员而言变得明白易懂。例如，能够使用滚珠螺杆，其中滚珠部安装在具有与齿圈一体的螺杆的致动器中。致动器平移将会引起齿圈如上所述地旋转。发明人期望有技术的技术人员适当地采用这样的变型，并且发明人意在不同于本文具体描述地实践本发明。因此，如所适用的法律所允许的，本发明包括所附的权利要求书中列举的主题的全部变型例和等同替代方式。而且，本发明包含在全部可能的变型中的上述元素的任何结合，除非在本文中另有说明或通过上下文清楚地否定。

Claims (20)

1.一种步进电机驱动的致动器系统，包括：
步进电机；
凸轮；
齿轮箱系统，所述齿轮箱系统将所述步进电机可操作地连接至所述凸轮，使得所述凸轮响应于所述步进电机的步进而旋转；
阀，所述阀具有位于其中的控制活塞，所述控制活塞构造为响应于所述凸轮的旋转而平移；以及
旋转致动器，所述旋转致动器流体地连接至所述阀，所述旋转致动器构造为响应于所述控制活塞的平移而使所述凸轮旋转。
2.根据权利要求1所述的步进电机驱动的致动器系统，还包括
所述步进电机的驱动轴；
行星架，所述行星架具有可操作地连接至所述凸轮的输出轴；以及
重新归零齿轮，所述重新归零齿轮构造为响应于所述旋转致动器的旋转而旋转；
其中，所述齿轮箱系统包括太阳齿轮、多个行星齿轮以及行星齿圈；
其中，所述重新归零齿轮与所述行星齿圈啮合；
其中，所述步进电机的所述驱动轴与所述太阳齿轮构成一体；并且
其中，所述行星架响应于所述步进电机的步进并且响应于所述旋转致动器的旋转而引起所述凸轮的旋转。
3.根据权利要求1所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述控制活塞还包括两个喷嘴，所述两个喷嘴分别提供所述阀的供给端口与所述阀的排放端口之间的流体连通；
其中，所述两个喷嘴位于所述凸轮的相反侧；
其中，在所述两个喷嘴中的每个与所述凸轮之间，在所述凸轮的相反侧设置有间隙；并且
其中，所述凸轮的旋转确定所述凸轮的每侧的间隙的相对尺寸，由此对所述控制活塞的平移量进行控制。
4.根据权利要求1所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述控制活塞沿第一方向的平移使得第一端口与所述供给端口之间以及第二端口与所述排放端口之间产生流体连通。
5.根据权利要求4所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述控制活塞沿第二方向的平移使得所述第一端口与所述排放端口之间以及所述第二端口与所述供给端口之间产生流体连通。
6.根据权利要求5所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述控制活塞具有零点位置，在所述零点位置所述第一端口和所述第二端口均不与所述供给端口或所述排放端口流体连通。
7.根据权利要求6所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，在所述第一端口或所述第二端口已经进入与所述供给端口的流体连通之后，所述旋转致动器使所述控制活塞返回至所述零点位置。
8.根据权利要求1所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述控制活塞在第一端还包括位于所述凸轮的一侧的单个喷嘴，并且在第二端还包括所述凸轮的相反侧的突起；
其中，所述第二端经由弹簧通过预加负荷而朝向所述凸轮偏置；
其中，在所述喷嘴与所述凸轮之间设置有间隙，并且在所述突起与所述凸轮之间设置有另一个间隙；并且
其中，所述凸轮的旋转确定所述间隙的相对尺寸，由此对所述控制活塞的平移量进行控制。
9.根据权利要求8所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述单个喷嘴在所述阀的供给端口与所述阀的排放端口之间提供流体连通；并且
其中，供给端口压力与排放端口压力之间的液压差使所述弹簧的预加负荷平衡，使得所述控制活塞保持在零点位置，在所述零点位置所述第一端口和所述第二端口均不与所述供给端口流体连通。
10.根据权利要求9所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述控制活塞沿第一方向的平移使得第一端口与所述供给端口之间以及第二端口与所述排放端口之间产生流体连通。
11.根据权利要求10所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述控制活塞沿第二方向的平移使得所述第一端口与所述排放端口之间以及所述第二端口与所述供给端口之间产生流体连通。
12.根据权利要求11所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，在所述第一端口或所述第二端口已经进入与所述供给端口的流体连通之后，所述旋转致动器使所述控制活塞返回至所述零点位置。
13.根据权利要求1所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述控制活塞在第一端还包括位于所述凸轮的一侧的单个喷嘴，并且在第二端还包括双直径端部，所述双直径端部具有在所述凸轮的相反侧的突起；
其中，所述双直径端部还包括柱塞，所述柱塞限定具有第一直径的表面以及围绕柱塞限定第二直径的环表面；
其中，所述双直径端部经由液压差而朝向所述凸轮偏置，所述液压差包括来自所述柱塞的所述表面上的阀的第一供给端口的液压，以及来自所述环表面上的所述阀的第一排放端口的液压；
其中，在所述喷嘴与所述凸轮之间设置有间隙，并且在所述突起与所述凸轮之间设置有另一个间隙；并且
其中，所述凸轮的旋转确定所述间隙的相对尺寸，由此对所述控制活塞的平移量进行控制。
14.根据权利要求13所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述单个喷嘴提供所述阀的第二供给端口与所述阀的第二排放端口之间的流体连通；
其中，在来自所述第二供给端口的液压与来自所述第二排放端口的液压之间产生液压差；并且
其中，来自所述第一供给端口和所述第一排放端口的液压差使来自所述第二供给端口和所述第二排放端口的液压差平衡，使得所述控制活塞保持在零点位置，在所述零点位置所述第一端口和所述第二端口均不与所述第二供给端口流体连通。
15.根据权利要求14所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述控制活塞沿第一方向的平移使得所述第一端口与所述第二供给端口之间以及所述第二端口与所述排放端口之间产生流体连通。
16.根据权利要求10所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述控制活塞沿第二方向的平移使得所述第一端口与所述排放端口之间以及所述第二端口与所述第二供给端口之间产生流体连通。
17.根据权利要求11所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，在所述第一端口或所述第二端口已经进入与所述第二供给端口的流体连通之后，所述旋转致动器使所述控制活塞返回至所述零点位置。
18.根据权利要求1所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述旋转致动器为从包括单叶片和双叶片、齿条和小齿轮、螺旋轴、链条和链轮、螺旋花键、封闭式活塞曲柄以及苏格兰轭的组中选择的类型。
19.根据权利要求1所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述系统不包括用于步进电机的位置反馈传感器。
20.根据权利要求1所述的步进电机驱动的致动器系统，其中，所述旋转致动器可操作地连接至旋转阀，所述旋转阀控制流体管道中的流体的流动，使得所述旋转致动器的旋转引起所述旋转阀的旋转。
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