KR101056532B1 - 액츄에이터를 변위시키기 위한 유압 구동기 - Google Patents

Abstract

피스톤 장치의 이동이 멈추는 두개 종료 위치사이에서 액츄에이터를 변위시키기 위한 유압 구동기로서, 유압 스프링을 통해 실린더 장치내에서 반대방향으로 가압될 수 있는 피스톤 장치, 및 상기 피스톤 장치의 반대방향으로 가압동작을 교대로 수행하기 위한 제어장치를 포함하여 구성되는 유압 구동기가 개시된다. 유리한 구조적 조건을 제공하기 위해, 상기 실린더 장치는, 나머지 실린더 공간(9)보다 작은 단면적을 갖는 단부(10)를 포함하고 해당 종료위치에서 상기 피스톤 장치(4)의 각 측면(12)을 밀폐방식으로 수용하며, 스로틀(13)을 통해 유압매체용 복귀라인(14)에 연결되는 상기 단부(10)는 상기 실린더 공간(9)에 대해 제어에지(11)에 의해 그 범위가 정해지고, 상기 제어장치는 상기 피스톤의 측면(12)에 대해 상기 제어 에지(11)의 상대적인 축 방향 이동을 위한 작동 구동기(28)로 구성된다.

유압 구동기, 액츄에이터, 피스톤 장치, 실린더 장치, 슬리브, 축압기, 스로틀

Description

액츄에이터를 변위시키기 위한 유압 구동기{Hydraulic Drive for Displacing An Actuator}

본 발명은 피스톤 장치의 이동이 멈추는 두 개의 소정 종료 위치 사이에서 액츄에이터를 변위시키기 위해, 유압 스프링을 통해 반대방향으로 실린더 장치 내에서 가입될 수 있는 피스톤 장치, 및 가압동작을 상기 피스톤 장치의 반대방향으로 교대로 수행하기 위한 제어장치를 포함하는 유압 구동기에 관한 것이다.

유압 구동기를 통해 인가된 에너지의 사용을 가능하게 하여 내연기관의 밸브개방하고 폐쇄하기 위해, 피스톤의 반대 방향으로 두 개의 가압용 유압 스프링을 형성하는 유압매체의 압축성(compressibility)을 이용함으로써, 하나의 유압 스프링을 통해 상기 피스톤 상에 인가된 에너지가 마찰 및 누출 손실없이 다른 쪽 유압 스프링에 저장되어 반대방향으로 상기 피스톤을 가압할 수 있도록 구성된 기술(EP1215369A2)이 공지되어 있다. 밸브 본체가 구동되는 상기 피스톤은 상기 두 개의 유압 스프링과 결합하여 자유 발진기(free oscillator)를 구성하는데, 이 발진기는 제어장치에 의해 두 개의 정반대 위치에서 해제된다. 이를 위해, 상기 유압 스프링을 축압기와 결합시키는 가압라인에 제어밸브가 사용된다. 이 제어밸브는 피스톤의 이동이 멈추는 두 개의 종료 위치에서 폐쇄되어 개방시에 다른 쪽 유압 스프링의 장력하에서 각각 인장된 유압 스프링을 통해 상기 피스톤을, 상기 제어밸브가 다시 폐쇄되어 이 피스톤을 해제시키는 반대편 종료 위치로 이동시키게 된다. 비록, 액츄에이터는 이러한 공지된 유압 구동기의 조력으로 두 종료 위치 사이에서 인가되는 비교적 낮은 에너지를 이용하여 고속으로 변위될 수 있다 하더라도, 마찰 및 누출 손실을 보상하는 것만 필요하기 때문에, 상기 액츄에이터의 움직임은 제어밸브의 스위칭 속도에 좌우된다. 더욱이, 두 개의 정반대 위치에서 피스톤을 해제하기 위해서는 별도의 제어간섭이 필요하다.

따라서, 본 발명은 제어장치의 작동속도와 무관하게 액츄에이터의 움직임이 보장되고 정반대 위치에서 피스톤 장치의 해제를 위해 별도의 제어간섭이 필요없도록 단순한 구조적 수단을 통해 전술한 유형의 유압 구동기를 개량하고자하는 목적에 기초하여 고안되었다.

이러한 목적은 실린더 장치가 나머지 실린더 공간보다 작은 단면적을 갖는 단부를 포함하고 해당 종료 위치에서 피스톤 장치의 각 측면을 밀폐방식으로 수용하고, 스로틀(throttle)을 통해 유압매체용 복귀라인에 연결된 상기 단부가 상기 나머지 실린더 공간에 대해 제어 에지에 의해 그 한계가 정해지며, 제어장치가 상기 피스톤의 측면에 대해 제어 에지의 축방향의 상대적 움직임을 위한 작동 구동기로 구성되는 본 발명에 의해 달성된다.

그 결과, 상기 피스톤 장치의 각 측면은 나머지 실린더 공간으로부터 상쇄된 실린더 장치의 단부와 그 종료 위치에서 결합되기 때문에, 상기 실린더 장치의 단부와 결합하는 피스톤의 측면상에서의 가압 압력은 이 압력이 실린더 장치의 단부에서 감소될 때 이 단부에서 제거되고, 이것은 유압매체용 복귀라인을 통해 보장된다. 이것은 상기 실린더 공간의 단부와 피스톤 측면상의 종료위치에서 결합하는 피스톤 장치가 반대 측면으로부터만 가압되고, 그에 따라 실린더 공간이 높은 압력을 받게 되더라도 이 피스톤 장치가 이 종료위치에서 유지된다는 것을 의미한다. 피스톤 장치를 반대방향으로 작동시키기 위해서는, 피스톤의 측면을 수용하는 실린더 장치의 단부를 상기 나머지 실린더 공간과 연결하는 것이 필요하다. 이를 위해, 상기 실린더 장치의 상쇄 단부는 피스톤의 측면에 대해 축방향으로 변위될 필요가 있는 제어 에지를 형성하여 실린더 압력을 이용하여 피스톤의 측면을 가압할 수 있다. 실린더 공간의 단부영역에서 제어 에지에 대한 피스톤 측면의 상대적 변위시 갑자기 증가하는 유압매체 압력으로 인해, 실린더 장치의 단부와 결합하는 피스톤 측면을 통해 피스톤 장치가 걸리는 반대 단부위치에 대해 피스톤 장치가 가속된다. 비록 실린더 장치의 단부에 연결되는 유압매체용 복귀라인이 스로틀을 포함하더라도, 피스톤의 측면 접근시에 실린더 공간의 단부에서의 압력은 감소할 수 있다. 그러나, 이 스로틀은 피스톤 장치 측면의 갑작스런 가압시에 피스톤 장치의 가속을 방해하는 압력감소를 방지해준다. 더욱이, 실린더 장치의 단부에 연결되는 유압매체용 복귀라인은 스위치-오버 밸브(switch-over valve)를 통해 추가로 차단될 수 있다.

상기 유압 구동기용 제어장치는 실린더 장치의 단부 범위를 정하는 제어 에지와 피스톤의 측면사이에서 축방향의 상대적 변위를 발생시켜야 한다. 이를 위해, 실린더 장치의 단부의 제어 에지는, 축방향 변위방식으로 유지되고 상기 제어장치의 작동 구동기와 결합되어 변위되는 슬리브상에 형성될 수 있다. 일단, 이 슬리브상에 형성된 제어 에지가 피스톤의 측면을 지나면, 피스톤 장치의 가압이 일어난다. 상기 슬리브의 조절속도는, 피스톤 장치의 가압이 피스톤 측면의 해제로 갑자기 발생하기 때문에 피스톤 장치의 가속에 실제로 영향을 미치지 않는다.

실린더 장치의 단부의 제어 에지에 대해 피스톤의 측면을 변위시킬 추가 가능성은 피스톤의 측면이 실린더에 고정된 제어 에지를 지나는 방식으로 피스톤 장치를 미는 동작에 의해 가능하다. 이를 위해, 제어장치의 작동 구동기는 실린더 장치의 단부와 결합하는 피스톤의 측면을 가압할 수 있고, 이것은 유압식, 기계식 또는 전자기전자기수행될 수 있다.

만약, 피스톤 장치의 적어도 하나의 측면이 나머지 피스톤 장치에 비해 상이하게 큰 단면적을 구비한다면, 실린더 공간의 압력은 종료 위치에서 유지하거나 종료 위치로부터 해제하는데 사용될 수 있는데, 그 이유는 실린더 공간의 단부와 피스톤 측면간의 결합 이후에도 피스톤 장치가 유압매체를 통해 축방향으로 가압상태로 유지되기 때문이며, 이것은 피스톤의 대향 측면의 가압과는 무관하게 일어난다.

만약, 유압 매체를 통해 가압된 실린더 공간이 외부 축압기상으로 후진하지 않고 피스톤 장치의 양측면상에 유압 스프링을 형성하면, 이들 압력공간은 제어가능한 가압라인과 결합하여 각각의 구동 스트로크 이후 마찰 및 누출 손실의 손상을 가능하게 한다. 이러한 가압라인의 제어는 피스톤 장치의 각각의 위치에 좌우되기 때문에, 가압라인은 축방향 피스톤 위치에 좌우되는 피스톤 장치의 제어 에지에 의해 개방 및 폐쇄됨으로써, 이를 위해 각각의 동작을 포함한 별도의 스위치-오버 밸브가 제거될 수 있다. 또한, 이와 유사한 방식으로, 피스톤 장치의 각 제어 에지의 조력으로 실린더 장치의 단부에서 유압매체용 복귀라인을 제어할 수 있다.

도 1은 액츄에이터를 변위시키기 위한 본 발명에 따른 유압 구동기를 개략적으로 도시한 단순 블록도.

도 2는 피스톤 장치의 일측과 연결된 실린더 공간을 축방향으로 도시한 개략단면도.

도 3은 본 발명에 따른 유압 구동기의 도 1의 구조 변형예를 도시한 블록도.

도 1의 블록도에 따르면, 예시된 유압 구동기는, 두 개의 실린더 블록(1,2)으로 분리되고 상기 실린더 블록(1,2)과 연동하여 두 종료 위치 사이에서 조절가능한 액츄에이터(7)를 통해 상호 결합되는 두 개의 피스톤 본체(5,6)로 이루어진 피스톤 장치(4)를 갖는 실린더 장치(3)를 포함한다. 상기 실린더 블록(1,2)은 나머지 실린더 공간(9)으로부터 상쇄되어 상호 대향 측벽(8) 영역에서 상기 실린더 공간(9)보다 작은 단면적을 구비하는 단부(10)를 형성한다. 상기 단부(10)는 제어 에지(11)에 의해 상기 실린더 공간(9)에 대해 그 범위가 정해지고 상기 피스톤 장치(4)의 이동이 멈추는 각 종료 위치에서 각각의 피스톤 본체(5,6)의 측면(12)을 수용한다. 상기 실린더 블록(1,2)의 단부(10)는 스로틀(13)을 통해 각각 유압매체용 복귀라인(14)에 연결되어 있다. 상기 실린더 블록(1,2)의 압력공간으로서의 실린더 공간(9)은 블록으로 도시된 외부 부가 축압기(15)에 선택적으로 연결된다. 상기 축압기(15)는 유압매체의 압축 결과로서 유압 스프링이 되며, 이를 통해 상기 피스톤 본체(5,6)가 반대 방향으로 가압될 수 있다. 상기 축압기(15)는 스위치-오버형 제어 밸브(16)을 통해 압력라인(17)에 연결된다. 또한, 이 축압기(15)는 비복귀 밸브(18)를 통해 압력라인(19)과 연결되어 축압기(15)에 대해 소정의 최소압력을 보장해준다.

도 1에 도시된 바와 같은, 피스톤 장치(4)의 종료위치에서, 피스톤 본체(5)는 그 측면과 밀폐방식으로 실린더 블록(1)의 단부(10)와 결합함으로써, 실린더 블록(1)의 압력실(9)에서의 유압매체 압력은 피스톤 장치(4)에 대해 어떠한 축방향의 압력힘을 가할 수 없게 되어, 실린더 블록(2) 영역에서의 가압 압력에 의해 이 종료 위치에서 상태유지된다. 실린더 공간(9)에서의 유압매체 압력을 이용하여 피스톤 본체(5)를 가압하기 위해서는, 나머지 실린더 공간(9)과 상기 단부(10)를 유압식으로 결합하는 것이 필요하다. 이를 위해, 상기 단부(10)는 제어에지(11)를 형성하는 슬리브(20)에 의해 에워싸여져야 한다. 이 슬리브(20)는 축방향으로 변위가능한 방식으로 상태유지되고 피스톤 본체(5)의 측면(12)에 대해 제어장치의 작동 구동기에 의해 축방향으로 변위되어, 제어에지(11) 통과시 갑자기 상기 실린더 공간(9)내의 유압매체 압력의 영향을 받아 실린더 공간(9)의 압력에 대해 상기 액츄에이터(7)로 피스톤 장치(4)를 가속시키는 상기 측면(12)을 해제하게 된다. 상기 복귀라인(14)에 배치되어 있는 스로틀(13)은 상기 단부(10)에서의 압력 감소를 억제한다. 실린더 블록(1)의 축압기(15)의 해제와 함께, 상기 실린더 블록(2)의 축압기(15)는 실린더 공간(9)속에 들어와 있는 피스톤 본체(6)를 통해 인장되고, 이때 상기 피스톤 본체(6)의 측면(12)은 피스톤 장치(4)의 종료위치를 형성하는 자유 발진기의 역이동 영역에서 실린더 블록(2)의 단부(10)와 밀폐방식으로 결합한다. 이 피스톤 장치는 부분적으로 완화된 축압기(15)의 잔류 압력에 의해 새로운 종료위치에서 상태유지된다. 상기 비복귀 밸브(18)를 통한 상기 축압기(15)와 압력라인(19)과의 연결로 인해, 상기 피스톤 장치(4)를 위한 최소한의 유지압력이 확보된다. 해당 스위치-오버형 제어 밸브(16)를 개방함으로써, 상기 축압기(15)는 피스톤 장치(4)를 종료 위치에서 수용하는 실린더 블록(2)에 대해 마찰 및 누출 손실을 보상하기 위한 소정의 시스템 압력으로 압력 라인(17)을 통해 부하를 받을 수 있고, 이것은 상기 슬리브(20)를 통해 실린더 블록(2)이 동작하는 경우, 상기 실린더 블록(1)과 연결되어 부분적으로 완화되는 축압기(15)의 압력에 대해 피스톤 본체(6)를 가압하기 위한 전체 시스템 압력을 이용할 수 있다. 상기 대향 피스톤 본체(6)와 관련하여 이미 앞에서 설명한 바와 같이, 자유 발진운동에 대해 피스톤 측면(12)에 의해 종료위치에 도달할 시에 실린더 블록(1)과 연동하는 피스톤 본체(5)가 유지되고 이 피스톤 본체의 측면은 실린더 블록(1)의 단부(10)와 결합하여 슬리브(20)의 새로운 변위동작에 의해 다시 해제될 때까지 가압 압력으로 부터 후진된다. 한편, 상기 실린더 블록(1)과 연결되어 피스톤 장치(4)의 복귀에 의해 다시 인장되는 축압기(15)는 마찰 및 누출 손실을 상쇄하기 위한 제어밸브(16)를 통해 압력라인(17)에 연결될 수 있고, 이 제어밸브는 상기 슬리브(20)의 동작전에 제공되는 제어장치를 통해 다시 폐쇄된다.

도 2는 압력공간이 되는 실린더 공간(9)이 유압 스프링에 적합한 축압기를 형성하는, 실린더 장치(3)의 두 개의 실린더 블록(1,2)의 상세도이다. 상기 측벽(8)은 상기 슬리브(20)가 축방향 변위가능 방식으로 상태유지되도록 해주는 동축 돌기부(21)을 포함하고, 이때 이 슬리브는 상기 피스톤 본체(5,6)를 제어해야 한다. 또한, 상기 돌기부는 상기 피스톤 본체(5,6)의 측면(12)을 지나 돌출하며 복귀라인(14)의 환상 연결홈(25)을 위한 제어 에지(24)를 구비하는 안내 돌기부(23)용의 수용 구멍(22)이 그 내부에 형성되어 있다. 상기 안내 돌기부(23)의 제어 에지(24)와 상기 연결홈(25)사이의 피스톤 본체(5,6)의 종료 위치에서 발생하는 스로틀 위치는, 도 1의 블록도에 도시된 바와 같이 스로틀(13)로서 이용된다. 그 결과, 상기 복귀라인(14)은 실린더 블록(1)의 단부(10)와 피스톤 본체(5,6)의 측면(12)의 결합을 위해서만 개방됨으로써, 커다란 누출 손실을 방지할 수 있다.

이와 유사한 방식으로, 상기 실린더 블록(1,2)의 압력공간(9)를 위한 가압라인(26)은, 피스톤 위치에 따라 피스톤 본체(5,6)의 제어에지(27)에 의해 개방 및 폐쇄가능하다. 축압기가 상기 압력실(9)에 한정되는 경우, 상기 가압라인(26)은 상기 압력실(9)을 압력라인(17)과 연결하는데 사용되고, 이때 제어에지(27)는 스위치-오버 밸브의 역할을 수행한다. 상기 압력실(9)이 부분압력만을 받고 비복귀 밸브(18)를 구비하는 압력라인(19)과 연결되기 위해서 그 어떤 제어도 필요하지 않다.

상기 슬리브(20)는 상기 실린더 블록(1,2)의 동축 돌기부(21)상에서 유압식, 기계식 또는 전자기식으로 상기 슬리브(20)를 변위시키는 작동 구동기(28)에 의해 가압된다. 상기 작동 구동기(28)는 실린더 장치(3)의 외부에 설치될 필요는 없다. 이러한 작동 구동기는 상기 실린더 장치(3)에 내장될 수도 있다.

도 3에 따른 유압 구동기는 피스톤 본체(5,6)의 작동측면에서만 도 1의 유압 구동기와 상이하다. 제어에지(11)를 구비한 실린더 블록(1,2)의 단부(10)는 가동 슬리브가 아닌 측벽(8)의 요홈에 의해 형성됨으로써, 피스톤 본체(5,6)의 측면(12)에 대해 제어에지(11)의 상대적인 축방향 이동을 위해서는, 동일하게 변위시키는 것이 필요하다. 이를 위해, 작동 구동기(28)가 배치된다. 이 작동 구동기는 상기 단부(10)와 결합하는 피스톤 본체의 측면(12)을 가압하여 피스톤 본체를 밀어내어 상기 측면(12)이 제어 에지(11)를 지나서 이동하도록 하는데 사용됨으로써, 실린더 공간(9)내의 유압 압력은 각각의 피스톤 본체(5,6)를 가압하는데 사용될 수 있다. 비록, 이러한 피스톤 가압이 도 3의 실시예에서 유압식으로 일어나더라도, 상기 작동 구동기는 각각의 피스톤 본체(5,6)를 기계식 또는 전자기식으로 밀어낼 수 있다. 이와는 별도로, 유압식 작동 구동기는 도 1에 도시된 것과 같이 작동한다. 상기 피스톤 장치(4)의 왕복운동중에 축압기(15)의 장력 및 장력완화의 결과로, 상기 작동 구동기(7)를 일방향으로 변위시키는데 사용되는 에너지의 대부분이 저장되어 피스톤 장치(4)의 복귀운동을 위해 이용될 수 있어서, 마찰 및 누출 손실의 발생이 보상될 필요가 있다.

전술한 구성으로 인해, 특히 매우 짧은 작동시간에 발생하는 고속의 피스톤 가속시에 에너지 소모를 상당량 줄일 수 있는데, 그 이유는 피스톤 본체(5,6)를 작동시키고 그에 따라 각각의 종료위치로 자동 록킹되는 것이 필요하기 때문이다. 본 발명에 따른 유압 구동기는 결과적으로, 예컨대 스위치-오버형 안전 밸브의 경우에서와 같이, 짧은 스위칭 시간 동안 액츄에이터용으로 적합하다.

본 발명은 예시된 실시예에 한정되지 않는 것을 이해해야 한다. 실린더 블록(1,2)은 단일 실린더가 피스톤 장치로서 유지되는 공통 실린더와 결합될 수 있다. 이 경우, 액츄에이터와 피스톤 장치 사이의 피스톤 로드의 형태로 구동 연결을 구현하는 것이 필요하다. 유압 스프링의 탄성에 영향을 주기 위해, 유압매체속에 기포가 포함되거나, 축압기가 스프링에 의해 부가적으로 가압될 수 있다.

본 발명에 따르면, 특히 매우 짧은 작동시간에 발생하는 고속의 피스톤 가속시에 에너지 소모를 상당량 줄일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 유압 구동기는 결과적으로, 예컨대 스위치-오버 안전 밸브의 경우에서와 같이, 짧은 스위칭 시간 동안 액츄에이터용으로 적합하다.

Claims (5)

1. 피스톤장치의 이동이 멈추는 두 개의 종료 위치 사이에서 액츄에이터를 변위시키기 위한 유압 구동기로서, 상기 피스톤 장치의 상호 반대방향으로 가압동작을 교대로 수행하기 위한 제어장치를 포함하여 구성되는 유압 구동기에 있어서,

   상기 유압구동기는 별도로된 2개의 실린더 공간(9),(9)을 포함하는 실린더장치(3)와, 상기 별도의 실린더 공간(9),(9)에 각각 삽입되는 피스톤본체(5),(6)를 포함하는 피스톤장치(4)를 구비하며, 상기 피스톤 장치(4)는 상기 피스톤 본체(5),(6) 사이에 액추에이터(7)가 연결되는 한편, 상기 2개의 실린더 공간(9),(9)을 통해 상기 피스톤 본체(5),(6)를 밀어내는 형태로 유압 스프링에 의해 상호 반대방향으로 가압될 수 있으며,

   상기 실린더장치(3)는 실린더 공간(9)보다 작은 단면적을 갖는 단부(10),(10)를 포함하고, 피스톤본체(5),(6)의 이동이 멈추는 종료위치에서 그 해당 피스톤본체의 각 측면(12)을 밀폐방식으로 수용하며, 상기 단부(10)는 스로틀(13)을 통해 유압매체용 복귀라인(14)에 연결되는 한편, 상기 실린더 공간(9)에 대해 제어에지(11)에 의해 그 범위가 정해지고, 상기 제어장치는 상기 피스톤본체의 측면(12)에 대해 상기 제어 에지(11)의 상대적인 축방향 이동을 위한 작동 구동기(28)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유압 구동기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 실린더 장치(3)의 단부(10)의 제어에지(11)는, 축방향으로 변위가능한 방식으로 상태유지되고 상기 제어장치의 작동 구동기와 연결되는 슬리브(20)상에 형성되는 것을 특징으로 하는 유압 구동기.
3. 제1항에 있어서, 상기 제어장치의 작동 구동기(28)는 상기 실린더 장치(3)의 단부(10)와 결합하는 해당 피스톤본체의 측면(12)을 가압하는 것을 특징으로 하는 유압 구동기.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피스톤 장치(4)의 상기 피스톤 본체(5,6) 중 적어도 하나는 그 측면(12)이 상기 피스톤 장치(4)에 비해 크게 상이한 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 유압 구동기.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 실린더 장치(3)의 단부(10)에 연결된 유압매체용의 복귀라인(14) 또는 각 피스톤의 실린더 장치(3)에 연결된 가압라인(26)은 축방향 피스톤 위치에 따라 상기 피스톤 장치(4)의 제어에지(24,27)에 의해 개방 또는 폐쇄될 수 있는 것을 특징으로 하는 유압 구동기.

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