JP6905996B2 - 電気液圧式リニアアクチュエータ - Google Patents

Description

この発明は電気液圧式リニアアクチュエータに関する。

機械的な負荷あるいはその他の被駆動要素を付勢するためにアクチュエータが作用する。その出力側の幾何学形状および動作に応じて、（回転動作を実行する）回転アクチュエータと（線形動作を実行する）リニアアクチュエータとが区別される。後者のうちの特定のグループが純粋に電気的な入力インタフェースと機械出力インタフェースを有する電気液圧式リニアアクチュエータからなり、その際機能的に入力インタフェースと出力インタフェースの間に配置された全ての構成要素ならびに機能要素が包括的、閉鎖式でかつ予め構築された構造体群の一部を成す。

電気液圧式リニアアクチュエータは多様な構造方式で使用されている。先行技術として特に、国際公開第２０１５／１８７６８８号（Ａ１）パンフレット、米国特許第６５４３２２３号（Ｂ２）明細書、米国特許第４６３０４４１号（Ａ）明細書、米国特許第２６８０９５２号（Ａ）明細書、ドイツ国特許出願公開第１０２００４０３６９４３号（Ａ１）明細書、米国特許第５１４４８０１号（Ａ）明細書、および米国特許第５５１９９９５号（Ａ）明細書等によって開示されている電気液圧式リニアアクチュエータが挙げられる。

先行技術の観点から本発明の目的は、極めて高い実用性を特徴とする電気液圧式リニアアクチュエータを提供することである。さらに各使用形態における特定の境界条件に従って、例えばコンパクトな構造寸法、高い効率、高い調節変動性、低い重量、機械出力側の高い動力、高い信頼性および／または長寿命、低い騒音、良好な操作性、低い製造コスト、高い保守容易性等の多様な要求性能が挙げられる。

本発明によれば、極めて実用的な解決方式を達成するために一般的な用途において提示される要求性能のうちの多くを高いレベルで充足する電気液圧式リニアアクチュエータが組み合わせによって相互作用する下記の特徴を有してなる：
− リニアアクチュエータがハウジングを備え、その中に液圧シリンダと、その液圧シリンダを付勢する液圧ユニットと、作動液タンクを収容し；
− 液圧シリンダの軸に関して前記液圧ユニットと作動液タンクを液圧シリンダに平行に配置し；
− 前記ハウジングがハウジング外被を形成する塑形管からなり、その管の末端側を前記ハウジング外被の端面上に取り付けられる２体のハウジング蓋部材によって閉鎖し；
− 前記液圧シリンダは複動式同調シリンダとして構成し、シリンダ内に形成された２個の等断面積の作動室を相互に分離するピストンユニットを備えるようにし；
− 前記シリンダは前記塑形管の第１の空洞部によって形成し；
− 前記ハウジングは前記液圧シリンダのピストンユニットへの機械的なインタフェースを形成する連結要素のための少なくとも１か所の開口部を備え；
− 塑形管の前記の第１の空洞部に対して平行に延在する第２の空洞部内に前記液圧ユニットを収容するとともに前記作動液タンクを構成し；
− 前記液圧ユニットの電気モータをブラシレスアウトランナーモータとして構成する。

本発明に係る電気液圧式リニアアクチュエータは外部液圧機構を全く必要とせずまた周辺システムに対して専ら電気入力インタフェースと機械出力インタフェースのみを介して機能的に結合されるものであって、その極めて小型の構造寸法にもかかわらず高い調節変動性と同時に極めて高い調節動力を提供することができる。また、作動液のためにハウジング内のハウジング外被の第２の空洞部内に作動液タンクを配置し、その作動液によって（損失）熱源からの効率的な排熱が実行され、その際その熱はハウジングを介して周囲に効果的に放出することができる。

塑形管は特にアルミニウムから形成することができ、すなわちアルミニウム押出形材の部材から形成することができる。そのことにより、形状が安定したハウジングを比較的低コストに製造することが可能になるばかりでなく；熱管理に関して決定的である良好な熱伝導性が保証される点においても有利なる。

本発明に係るハウジングの構成によれば比較的に簡便な方式で、液圧シリンダ構成のシリンダを直接ハウジング内に形成してその際シリンダを末端側で両方のハウジング蓋部材上に形成されたストッパによって閉鎖する可能性が提供される。電気インタフェースは両方のハウジング蓋部材の領域内に形成することが好適であり、その際（塑形管の第２の空洞部内に収容された）液圧ユニットの電気モータに隣接する蓋部材の領域内に配置することが特に好適である。しかしながら、代替的に該当する蓋部材に電力ケーブルを連通させることも可能である。

勿論、上述した液圧シリンダ構成のシリンダを直接ハウジング内に形成する構成は不可欠ではない。むしろ特定の条件下においてはハウジング内に形成された空洞部内に挿入される独立した構成部品内に前記液圧シリンダ構成のシリンダを形成することも有効であり得る。

本発明の好適な追加構成によれば、ハウジング外被を形成する塑形管内に設けたハウジングの第２の空洞部によって作動液タンクを形成する。この場合システムからの排熱は（作動液タンクの領域内で）リニアアクチュエータのハウジングと接触する作動液によって直接的に実施される。加えて、この種の本発明に係るリニアアクチュエータの実施形態は多くの構造的な利点も有し；その理由は作動液タンクが形成される空洞部内に直接液圧ユニットのポンプを配置し得るためである。その際液圧ポンプを熱伝導式に該当するハウジングの空洞部内に挿入することが極めて好適であり、例えば押し込むあるいは圧入することが好適である。

変更された実施形態によれば、ハウジング外被を形成する塑形管内の第２の空洞部内に挿入される独立した構成部材として作動液タンクを形成することも勿論可能である。その場合、作動液タンクがそれを収容するハウジングの空洞部の内壁に平面的かつ熱伝導性に接合することが極めて好適である。その際場合によって、最適な熱伝導の目的のために作動液タンクとハウジングの間に熱伝導コンパウンド等を塗付することもできる。前述したハウジングの空洞部内への液圧ユニットのポンプの（好適には熱伝導性の）収容は、ハウジングの空洞部内に収容される独立した構成部材の形式で作動液タンクを形成する構成形態においても有効であることが明らかである。

本発明に係る電気液圧式リニアアクチュエータの別の好適な追加構成は、ハウジングが空間的に見て作動液タンクの近傍の外周面に面積を拡大した表面形状（例えばリブの型式）を備えることを特徴とする。この方式により、電気液圧式リニアアクチュエータの極端な負荷状況下においても極めて小型のリニアアクチュエータによって安全な動作温度を保証することができる。

本発明の別の好適な追加構成によれば、作動液タンクの容積が両方の作動室の容積の合計の少なくとも２倍の数値を有することが極めて好適である。この寸法設定も確実な熱管理の観点から有効である。

本発明に係る電気液圧式リニアアクチュエータの稼働に際して、液圧ユニットが反転動作可能であることが好適である。その際特に液圧ユニットと液圧シリンダの間の制御弁を省略することができる。リニアアクチュエータの制御のために液圧シリンダのピストンに位置センサを結合することが極めて好適である。

構造的な寸法と電気液圧式リニアアクチュエータの機能的な周辺システムに対する統合に関しての特定の前提条件下において、連結要素として一般的な末端側がハウジングから突出するピストンロッドを設ける（あるいは末端側／前面側がハウジングから突出する２体のピストンロッド部材を設ける）のではなく、該当するハウジング開口部との機械的インタフェースをむしろ別の方式で具現することも有効であり、例えば国際公開第９４／２３２３１号（Ａ１）パンフレット、中国特許第１０２８５３１４９号（Ｂ）明細書および中国特許出願公開第１０３７９１１４３号（Ａ）明細書の概念のように両方の液圧作動室の間でハウジングの側方に設けることも可能である。この場合作動室を貫通するピストンロッドの省略によって所与の寸法において最大のピストン面積が提供されるとともに結果として極めて高い調節動力が得られ；加えてハウジングを介したガイド部に対するピストンロッド（あるいはピストンロッド部材）のシーリングを省略できる。

本発明のさらに別の好適な追加構成によれば、液圧ユニットによる液圧シリンダの付勢に代えて両方の液圧作動室の間の直接的な液圧結合を形成するために適した手動付勢可能な方向弁を設ける。その種の両方の作動室の“短絡”によって、例えば停電あるいはその他の理由によるリニアアクチュエータの制御停止等の障害に際して（連結要素を介した）外部からのピストンユニットの手動調節が可能になる。従って（緊急の場合）電気液圧式リニアアクチュエータによって付勢する対象である機械負荷の位置に対して手動で影響を与えることができ、しかもそれを極めて迅速かつ例えばリニアアクチュエータの連結要素と機械負荷の間の結合の機械的分離等の手間のかかる処理を伴うことなく達成することができる。

液圧ユニットに付属するブラシレスモータをアウトランナーモータとして構成することが、極めて高い出力密度、すなわち出力上の機械エネルギーと構造寸法との間の極めて有利な比率を有する電気液圧式リニアアクチュエータを独自の方式で実現する可能性に寄与する。必要とされる電気液圧式リニアアクチュエータの構造空間が限界数値あるいは限定ファクタでなくすなわち小さな構造寸法が重大でない適用形態の場合、上述した本発明に係る電気液圧式リニアアクチュエータの利点を（最小の構造寸法であることを除いて）変更された構成によって達成することができ、すなわちブラシレスアウトランナーモータに代えてブラシレスインランナーモータを使用して達成することができる。

本発明に係る電気液圧式リニアアクチュエータを示した縦断面図である。

次に、本発明の好適な実施例につき部分的に概略的に示した添付図面を参照しながら、以下詳細に説明する。

本発明に係る電気液圧式リニアアクチュエータはハウジング１を備え、そのハウジングは３個の部材、すなわちハウジング外被２とその端面上に設置された２枚のハウジング蓋部材３，４とから組成される。その際ハウジング外被２は、アルミニウム押出形材として形成された塑形管の断片によって構成される。ハウジング外被内に複数の空洞部５，６を形成し、それらは押出形材としてハウジング外被を形成することによって一方から他方のハウジング蓋部材３，４まで連通して延在する。

その際円筒状の断面を有する第１の空洞部５が（直接ハウジング１内に構成された）液圧シリンダ８のシリンダ７を形成し、それがさらにシリンダ内で軸方向に摺動可能にガイドされる前記シリンダ７内に気密に挿通された２体のピストン１０を有するピストンユニット９を備える。液圧シリンダ８は複動式同調シリンダとして構成され、従ってピストンユニット９が２個の等断面積の作動室１１，１２を相互に分離する。両方の作動室１１，１２の末端側を気密に閉鎖するために、両方のハウジング蓋部材３，４のそれぞれにいずれも第１の空洞部５内に気密に突立するストッパ１３を形成する。

ピストンユニット９に２体のピストンロッド部材１４，１５が結合され、それらはハウジング蓋部材３，４に設けられた開口部１６を貫通して延在する。その際ピストンロッド部材１４，１５がそれぞれ連結要素１７を形成し、それが（リニアアクチュエータの機械出力として）液圧シリンダ８のピストンユニット９への機械的なインタフェースを形成する。ハウジング開口部１６を貫通する領域におけるピストンロッド部材１４，１５の汚染を防止するために（例えば）２体の蛇腹１８が存在する。

ハウジング外被２の第１の空洞部５に平行に延在する第２の空洞部６内に、液圧シリンダ８を付勢するものであって液圧ポンプ２０とその液圧ポンプを駆動するブラシレスの電気モータ２１を備えた反転動作可能な液圧ユニット２２が収容される。その際ポンプハウジング２３が空洞部６内に気密に挿入され、従ってさらにそれが第２の空洞部６によってその空洞部内に形成された作動液タンク２４に接合する。同様に作動液タンク２４に接合するハウジング蓋部材４は作動液タンク２４内に接続する充填およびガス抜き装置２５を備える。液圧ポンプ２０の両方の圧力出力２６は導管２７を介していずれも対応する液圧作動室１１，１２の端子２８と結合される。さらに選択的に設けられた方向弁１９が示されており、それを流体工学的に液圧ポンプ２０の両方の圧力出力２６と液圧作動室１１，１２の端子２８の間に設置するとともに、液圧ユニット２２による液圧シリンダ８の付勢に代えて（適宜な導管２７の一部を介して）両方の作動室１１，１２の間の直接的な液圧結合を形成するために適するようにする。方向弁１９は手動で付勢することができる。そのためにハウジング１の外部に配置した方向弁１９に作用する付勢レバーを設ける。

液圧ユニット２２の電気モータ２１はポンプロータと連結されたアウトランナー２９とインナーステータ３０を備える。前記インナーステータは電子制御装置を備えた制御ブロック３１上に設置され、その制御ブロックが対応するハウジング蓋部材３上に設置される。そのハウジング蓋部材３上に電気入力インタフェース３２が配置される。一方で液圧シリンダ８と他方で作動液タンク２４と液圧ユニット２２からなる機能群をハウジング１の２本の平行する空洞部５，６内に収容することによって、液圧シリンダ８の軸に関して液圧シリンダ８の側方に平行する液圧ユニット２２と作動液タンク２４の配置が形成される。

ハウジング外被２は、作動液タンク２４を包囲する領域の外周上に冷却リブ３３を備える。それによって作動液タンク２４内に存在する作動液を温度調節するばかりでなく、液圧ポンプ２０内に発生する損失熱を放出する。好適な熱管理の観点から、作動液タンク２４内に延伸していて液圧ポンプ２０に接続された管３４によって（液圧短絡を防止しながら）液圧ポンプ２０のポンプ作動の間の作動液タンク２４内に存在する作動液の循環が達成される。

さらに、ピストンユニットの位置を捕捉する装置が示されている。その装置がハウジングに固定された位置センサ３５とピストンユニット９に固定されたエンコーダ３６を備える。位置センサ３５の位置信号は信号線３７を介して電子制御装置に伝送される。

Claims (15)

1. − リニアアクチュエータがハウジング（１）を備え、その中に液圧シリンダ（８）と、前記液圧シリンダを付勢するポンプ（２０）および前記ポンプを駆動する電気モータ（２１）を含む液圧ユニット（２２）と、作動液タンク（２４）を収容し；
   − 前記液圧シリンダ（８）の軸（Ｘ）に関して前記液圧ユニット（２２）と前記作動液タンク（２４）を前記液圧シリンダ（８）に平行に配置し；
   − 前記ハウジング（１）がハウジング外被（２）を形成する塑形管からなり、その中に複数の空洞部（５，６）を形成するとともに、前記塑形管の両端側を前記ハウジング外被（２）の軸方向端面上に取り付けられる２体のハウジング蓋部材（３，４）によって閉鎖し；
   − 前記液圧シリンダ（８）は複動式同調シリンダとして構成し、シリンダ（７）内に形成された２個の等断面積の作動室（１１，１２）を相互に分離するピストンユニット（９）を備えるようにし；
   − 前記シリンダ（７）は前記塑形管の第１の空洞部（５）によって形成し；
   − 前記ハウジング（１）は前記液圧シリンダ（８）の前記ピストンユニット（９）への機械的なインタフェースを形成する連結要素（１７）のための少なくとも１つの開口部（１６）を備え；
   − 前記塑形管の前記第１の空洞部（５）に対して平行に延在する第２の空洞部（６）内に前記液圧ユニット（２２）を収容するとともに前記作動液タンク（２４）を構成し；
   − 前記作動液タンク（２４）は、前記第２の空洞部（６）内に挿入された前記ポンプのポンプハウジング（２３）と、前記２体のハウジング蓋部材（３，４）の一方（４）とによって、軸方向に区画されており；
   − 前記液圧ユニット（２２）の前記電気モータ（２１）をブラシレスアウトランナーモータとして構成する、電気液圧式リニアアクチュエータ。
2. 前記ハウジング蓋部材（３，４）が前記第１の空洞部（５）内に突立するストッパ（１３）を備えることを特徴とする請求項１記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
3. 電子制御装置を含んだ制御ブロック（３１）が、前記２体のハウジング蓋部材のうちの他方（３）に設置されていることを特徴とする請求項１または２記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
4. 前記電気モータ（２１）のインナーステータ（３０）を前記制御ブロック（３１）上に設置することを特徴とする請求項３記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
5. 前記制御ブロック（３１）が設置されたハウジング蓋部材（３）に電気入力インタフェース（３２）を配置することを特徴とする請求項３または４記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
6. 前記ハウジング（１）が空間的に見て前記作動液タンク（２４）の近傍の外周面に面積を拡大した表面形状を備えることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
7. 前記作動液タンク（２４）が前記２個の作動室（１１，１２）の容積の合計の少なくとも２倍の数値の容積を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
8. 前記塑形管はアルミニウムから形成することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
9. 前記塑形管は押出形材の部材から形成することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
10. 前記液圧シリンダ（８）の前記シリンダ（７）を直接前記ハウジング（１）内に形成することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
11. 前記液圧ユニット（２２）が反転動作可能であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
12. 前記液圧ユニット（２２）と前記液圧シリンダ（８）の間に比例制御弁が存在しないことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
13. 前記液圧シリンダ（８）の前記ピストンユニット（９）を位置センサ（３５）と機能的に結合することを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
14. 前記連結要素（１７）のための前記少なくとも１つの開口部（１６）を前記ハウジング（１）の軸方向端面に配置することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。
15. 手動付勢可能な方向弁（１９）を設け、それによって前記２個の液圧作動室（１１，１２）の間の直接的な液圧結合を形成し得るようにすることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の電気液圧式リニアアクチュエータ。

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