KR20080052563A - 자급식 유압 액추에이터 시스템 - Google Patents

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KR20080052563A
KR20080052563A KR1020087004286A KR20087004286A KR20080052563A KR 20080052563 A KR20080052563 A KR 20080052563A KR 1020087004286 A KR1020087004286 A KR 1020087004286A KR 20087004286 A KR20087004286 A KR 20087004286A KR 20080052563 A KR20080052563 A KR 20080052563A
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아비람 아벨
알렉산더 코헨
허트젤 페리
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아쉬라든 홀딩스 엘티디.
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Abstract

본 발명의 유압 선형 액추에이터 시스템은 실질적으로 등속으로 한 방향으로 회전하도록 구성된 펌프를 포함한다. 시스템을 통해 흐르는 액체의 방향과 속도는 펌프의 고정자와 회전자 사이의 위치적 관계를 조절하여 제어된다. 위치적 관계는 순방향 흐름 상태, 무흐름 상태, 역방향 흐름 상태 사이에서 조절 가능하다. 유압 선형 액추에이터는 유압 선형 액추에이터는 시스템을 통해 흐르는 액체 흐름에 반응하여 펌프의 순방향 흐름 상태에 의해 제1 방향으로 배치되고, 펌프의 역방향 흐름 상태에 의해 제2 방향으로 배치된다.
유압 액추에이터, 펌프, 단방향 펌프, 고정자, 회전자

Description

자급식 유압 액추에이터 시스템{SELF-CONTAINED HYDRAULIC ACTUATOR SYSTEM}
본 발명은 자급식 액추에이터 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 펌프, 시스템을 통하는 액체흐름(fluid flow)의 속도와 방향을 제어하도록 제어가능한 펌핑 어셈블리, 및 액체흐름에 반응하는 선형 액추에이터를 포함하는 자급식 유압 액추에이터에 관한 것이다.
양-방향 펌프를 내포한 폐쇄된 유압 시스템을 구비한 자급식 유압 액추에이터 시스템이 종래 알려져 있다. 그러나 지금까지 이들 시스템은 펌프를 구동하기 위해 양-방향 모터를 필요로 한다. 따라서, 펌프 회전의 속도 및 방향, 그리고 시스템을 통한 액체흐름은 펌프 구동 모터의 움직임에 따른다. 이런 목적에 가장 적합한 모터는 전기 서보모터이며, 이들은 요구되는 만큼 속도와 방향을 신속하게 변경할 수 있다. 이는 특히 모션 시뮬레이션(motion simulation) 분야에 관계된다.
그러나 양-방향 펌프를 구동하기 위해 서보모터를 사용하는 것과 관련해서 몇 가지 단점이 존재한다. 주된 단점으로는 수행을 위해 양-방향 서보모터가 반듯이 설치되어야 하고, 작업 동안 많은 회수의 속도 및/또는 방향의 즉시적인 변경을 견뎌야 하므로 이들이 고가라는 점을 들 수 있다.
따라서, 펌프, 시스템을 통한 액체흐름의 속도 및 방향을 제어할 수 있도록 조절가능한 펌핑 어셈블리, 및 액체흐름에 반응하는 선형 액추에이터를 구비한 자급식 유압 선형 액추에이터가 필요한 실정이다. 자급식 유압 액추에이터 시스템이 폐쇄된 유압 시스템을 포함하면 유리하다.
본 발명은 펌프, 시스템을 통한 액체흐름의 속도 및 방향을 제어할 수 있도록 조절가능한 펌핑 어셈블리, 및 액체흐름에 반응하는 선형 액추에이터를 구비한 자급식 유압 선형 액추에이터에 관한 것이다.
본 발명의 일양태에 따르면, 자급식 유압 액추에이터 시스템이 제공되며, 이 시스템은, (a) 실질적으로 일정 속도로 회전하도록 구성된 구동 모터; (b) 구동 모터에 의해 구동되는 유압 펌프; (c) 순방향 흐름 상태에 의해 제1 방향으로 작동되고, 역방향 흐름 상태에 의해 제2 방향으로 작동되도록 유압 펌프와 액체 교류(fluid communication)하는 유압 선형 액추에이터; (d) 유압 펌프와 연관하여, 순방향 흐름 상태, 무흐름(non-flow state) 상태, 그리고 역방향 흐름 상태 사이에서 조절가능한 유압 펌프의 조절기(adjustment)를 제어하도록 구성된 제어 시스템; 및 (e) 유압 선형 액추에이터에 관한 위치 정보를 제공하도록 구성된 포지셔닝 시스템을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 유압 펌프는 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리를 포함하고, 조절기는 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리의 변동을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 유압 펌프는 베인 펌프(vane pump)이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리는 고정자(stator)를 포함하고, 고정자는 고정자 내에 배치된 회전자(rotor)에 대하여 전치가능하고(displaceable), 고정자의 전치(displacement)는 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리의 구성을 변경한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 회전자에 대한 고정자의 관계는 무흐름 상태가 얻어지는 중립 위치를 포함하고, 전치가능한 고정자의 전치가 제1 방향으로 중립 위치로부터 멀어지면 순방향 흐름 상태로 되고, 전기가능한 고정자의 전치가 제2 방향으로 중립 위치로부터 멀어지면 역방향 흐름 상태로 된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 제1 및 제2 방향으로의 고정자의 전치의 양은 유압 펌프를 통한 유체 흐름의 유속(flow rate)에 영향을 준다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 유압 펌프는 실질적으로 일정한 속도로 구동되는 회전자를 가진 로터리 펌프(rotary pump)이다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 제어 시스템은 양-방향 스텝퍼 모터(stepper moter)와, 스텝퍼 모터와 연관된 펄스 생성기를 포함하며, 조절기의 속도 및 방향은 펄스 생성기에 의해 스텝퍼 모터로 보내진 펄스에 의해 영향을 받는다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 포지셔닝 시스템은 스텝퍼 모터에 의해 취해진 스텝의 수와 무관하게 유압 선형 액추에이터에 관한 위치 정보를 제공하도록 구성된 위치 피드백 시스템을 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 위치 피드백 시스템은 하나 이상의 광학 인코더와, 액추에이터와 연관된 선형 전위차계(potentiometer)를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 유압 펌프와 액추에이터 사이의 액체 교류는 폐쇄된 유압 시스템을 통해 이루어진다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 자급식 유압 액추에이터에는 (a) 액체 팽창 저수조(fluid expansion reservoir); 및 액체 팽창 저수조와 유압 펌프의 하류측 포트(downstream port) 사이의 유체 교류를 유지하도록 구성된 밸브 구성품이 더 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 유압 펌프는 제1 및 제2 포트와 함께 구성되고, 제1 및 제2 포트는 상류측 및 하류측 포트로서 번갈아 작용하는데, 제1 포트가 상류측 포트로서 작용할 때 제2 포트는 하류측 포트로서 작용하고, 제1 포트가 하류측 포트로 작용할 때 제2 포트는 상류측 포트로서 작용하여, 밸브 구성품은 제1 및 제2 포트중 어느 것이 하류측 포트로서 작용하는지와는 별개로 액체 팽창 저수조와 제1 및 제2 포트 중 하나의 포트 사이의 액체 교류를 유지한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 액체 팽창 저수조는 벤트(vent)되지 않는다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 액체 팽창 저수조는 가압(pressurized)된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 유압 액추에이터의 움직임을 제어하기 위한 방법이 제공되며, 이 방법은, (a) 유압 액추에이터 시스템을 제공하는 단계와 (b) 유압 펌프의 구성을, 유압 펌프를 통한 액체 흐름의 방향에 영향을 주어 유압 선형 액추에이터의 움직임에 영향을 주도록 조절하는 단계를 포함하고, 상기 유압 액추에이터 시스템은 (i) 구동 모터에 일정한 회전 속도로 구동된 유압 펌프 - 유압 펌프는 순방향 흐름 상태와, 무흐름 상태와, 역방향 흐름 상태 사이에서 조절가능함 - ; (ii) 순방향 흐름 상태에서 제1 방향으로 전치되고 역방향 흐름 상태에서 제2 방향으로 전치되도록 유압 펌프와 액체 교류하는 유압 선형 액추에이터를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 유압 시스템은 폐쇄된 유압 시스템으로 구현된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 유압 펌프를 조절하기 위한 제어 시스템이 더 제공되고, 제어 시스템은 양방향 스텝퍼 모터 및 스텝퍼 모터와 연관된 펄스 생성기를 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 펄스 생성기로부터 스텝퍼 모터로 펄스를 보냄으로써 유압 펌프의 속도 및 방향이 변경된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, (a) 유압 선형 액추에이터에 대한 위치 정보를 제공하기 위해 위치 피드백 시스템이 제공하는 단계, (b) 스텝퍼 모터에 의해 취해진 스텝의 수와 무관하게 위치 피드백 시스템에 의해 유압 선형 액추에이터의 위치를 모니터하는 단계가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 위치 피드백 시스템은 적어도 하나의 광학 인코더와, 액추에이터와 연관된 선형 전위차계로 이루어진다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, (a) 액체 팽창 저수조를 제공하는 단계, (b) 밸브 구성을 제공하는 단계; 및 (c) 액체 팽창 저수조와 유압 펌프의 하류측 포트 사이의 액체 교류를 밸브 구성을 이용하여 유지하는 단계가 제공된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 양방향 유압 펌프는 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리를 포함하여, 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리는 양방향 유압 펌프를 통한 유체 흐름의 방향에 영향을 준다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 유압 펌프는 베인 펌프이고, 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리는 고정자(stator)를 포함하고, 고정자는 고정자 내에 배치된 회전자(rotor)에 대하여 전치가능하고(displaceable), 고정자의 전치(displacement)는 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리의 구성을 변경한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 회전자는 실질적으로 일정한 속도로 회전한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 회전자에 대한 고정자의 관계는 유압 펌프를 통해 어떤 액체도 흐르지 않는 중립 위치를 포함하고, 전치가능한 고정자의 전치가 제1 방향으로 중립 위치로부터 멀어지면 순방향 흐름 상태로 되고, 전기가능한 고정자의 전치가 제2 방향으로 중립 위치로부터 멀어지면 역방향 흐름 상태로 된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 제1 및 제2 방향으로의 고정자의 전치의 양은 유압 펌프를 통한 유체 흐름의 유속에 영향을 준다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 동작가능하게 구성된 자급식 유압 선형 액추에이터 시스템의 측면도.
도 2는 도 1의 실시예의 상면도.
도 3은 도 1의 실시예의 A-A 라인을 따라 절단된 단면도로서, 펌프 하우징의 좌측을 향하도록 조절된 고정자를 도시한 도면.
도 4는 도 1의 실시예의 B-B 라인을 따라 절단된 단면도로서, 펌프 하우징의 좌측을 향하도록 조절된 고정자를 도시한 도면.
도 5는 도 1의 실시예의 B-B 라인을 따라 절단된 단면도로서, 펌프 하우징의 우측을 향하도록 조절된 고정자를 도시한 도면.
도 6는 도 1의 실시예의 단면도로서, 중립 위치로 조절된 고정자를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 동작가능하게 구성된 유압 회로의 회로도.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 동작가능하게 구성된 유압 회로의 회로도로서, 액체 수용 상태로 배치된 셔틀 밸브를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 동작가능하게 구성된 선형 액추에이터에 대한 제어 시스템의 블록도.
본 발명은 펌프, 시스템을 통하는 액체흐름의 속도와 방향을 제어하도록 조 절가능한 펌핑 어셈블리, 및 액체흐름에 반응하는 선형 액추에이터를 포함하는 자급식 유압 액추에이터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 자급식 유압 선형 액추에이터 시스템의 원리와 동작은 첨부한 도면과 이하의 상세한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있다.
먼저, 본 발명의 유압 선형 액추에이터 시스템은 일정 속도와 단일 방향으로 회전하도록 구성된 펌프를 포함한다. 따라서, 펌프를 구동하는 구동 모터는 양방향 변속(variable speed) 서보모터 보다는 종래 공지된 단방향 등속(constant velocity) 모터일 수 있다. 이는 고가의 양방향 변속 서보모터를 채용한 시스템 보다 비용적인 장점을 본 발명의 유압 선형 액추에이터 시스템에 제공한다.
시스템을 통한 액체의 방향 및 유속은 모두 펌프의 구성을 조절함으로써 제어되는데, 순방향 흐름 상태, 중립 무흐름 상태, 역방향 흐름 상태 사이에서 조절가능하다. 유압 선형 액추에이터는 시스템을 통한 액체의 흐름에 반응하여 펌프의 순방향 상태에 의해 제1 방향으로 전치되고, 펌프의 역방향 흐름 상태에 의해 제2 방향으로 전치된다.
본 명세서에서 "시계방향", "반시계 방향", "좌측" 및 "우측"이란 용어는 도시된 바와 같은 방향을 참조하여 사용되었다.
도면을 참조하면, 도 1 및 도 2는 본 발명의 유압 선형 액추에이터 시스템(2)의 바람직한 실시예의 외형에 대한 측면도 및 상면도이다. 도면에는 구동 모터(4), 펌프 구성의 조정에 영향을 주는 스텝퍼 모터를 하우징하는 스텝퍼 모터 하우징(6), 선형 액추에이터(8), 및 펌프(20)가 도시되어 있다. 액체 팽창 저수 조(40)는 펌프(20)에 부착된다.
구동 모터는 바람직하게 AC 전기 모터이다. 그러나, DC 전기 모터와 내연소 엔진 등과 같이 실질적으로 어떤 구동 장치라도 펌프를 구동하기 위해 사용될 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
선형 액추에이터(8)는 도시된 바와 같이 유압 실린더와 피스톤 액추에이터일 수 있으며, 액추에이터 실린더(10)는 펌프(20)와 액추에이터 실린더(10) 사이에 액체 교류를 제공하기 위해 액체 통로와 함께 구성된 펌프(20)의 액추에이터 부착 확장부(attachment extension)(12)를 경유하여 펌프(20)에 단단하게 부착된다. 액추에이터(8)는 펌프(20)에 부착될 필요는 없고, 액체 교류는 호스(hoses), 튜브, 파이브, 및 기타 적당한 액체용 관 등의 종래의 어떤 방식에 의해서도 제공될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 실질적으로 유압식으로 구동된 장치가 본 발명의 범프(20)에 결합되는 것은 자명하다.
전술한 바람직한 실시예에서, 도시된 펌프(20)는 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리와 함께 구성된 로터리 베인 펌프이다. 그러나, 본 발명의 원리는 피스톤 펌프를 사용해도 동일한 이점이 얻어진다. 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 가변 펌핑 어세블리는 펌프 하우징(22) 내에 배치되고, 전치가능한 고정자(24)와 고정자(24) 내에 배치된 복수의 베인(28)을 가진 회전자(26)를 포함한다. 고정자(24)는 피봇축(30)을 중심으로 피봇하도록 구성된다. 따라서, 고정자(24)와 회전자(26) 사이의 위치 관계는 조절될 수도 있다. 고정자(24)와 회전자(26) 사이의 위치 관계가 조절가능함에 따라, 고장자(24) 내의 워킹 펌프 볼륨(working pump volume)(32)의 위치가 도 4 내지 도 6에 명시된 바와 같이 변경된다. 이는 또한 입구/출구 포트(34,36)에 대한 워킹 펌프 볼륨(32)의 위치적 관계도 변화시킨다. 포트(34,36)는 그 롤(role)이 펌프를 통해 흐르는 액체의 방향을 변경하므로 본 명세서에서는 출구/입구 포트로 언급한다. 전술한 바와 같이, 회전자는 시계방향(화살표 38 방향)으로 회전하는 것으로 한다.
도 4에서, 고정자(24)는 좌측으로 멀리 좌측으로 이동되고, 워킹 펌프 볼륨(32)의 대부분은 회전자(26)의 좌측으로 이동된다. 따라서, 액체는 팽창 스트로크 동안 입구 포트로서 작용하는 입구/출구 포트(36)를 통해 워킹 펌프 볼륨(32) 내로 당겨진다. 펌프가 배출 스트로크로 진행됨에 따라, 액체는 출구 포트로서 작용하는 입구/출구 포트(34)를 통해 워킹 펌프 볼륨(32) 밖으로 밀려진다.
도 5에서, 고정자(24)는 실제 중심적으로 배치되고, 워킹 펌프 볼륨(32)은 회전자(26) 주위에 실제 균등 배치된다. 따라서, 팽창 또는 배출 스트로크가 있지 않으며, 실제 어떤 액체도 입구/출구 포트(34,36)를 통해 워킹 펌프 볼륨(32) 내로 들어오거나 또는 볼륨으로부터 나가지 못한다. 이와 같은 "중립" 위치에서 유압 시스템 내에 무흐름 상태가 얻어진다.
도 6에서, 고정자(24)는 멀리 우측으로 이동되고, 워킹 펌프 볼륨(32)의 대부분은 회전자의 우측으로 이동된다. 따라서, 액체는 팽창 스트로크 동안 입구 포트로서 작용하는 입구/출구 포트(34)를 통해 워킹 펌프 볼륨(32) 내로 들어온다. 펌프가 배출 스트로크로 되면, 액체는 출구 포트로서 작용하는 입구/출구 포트(36)를 통해 워킹 펌프 볼륨(32) 밖으로 밀려진다.
따라서, 펌프(20)를 통해 결국 이 시스템을 통해 흐르는 액체의 속도와 방향은 고정자(24)와 회전자(26)의 위치적 관계를 조절함으로써 제어된다. 입구/출구 포트의 위치로 인해, 고정자(24)가 중심에, 즉 "중립" 위치(도 5)에 위치되면, 유압 시스템 내에서 무흐름 상태가 얻어진다. 고정자(24)가 중립 위치로부터 제1 방향으로, 예를 들면 좌측으로(도 4) 멀어지면, 순방향 흐름 상태가 얻어진다. 고정자(24)가 중립 위치로부터 제2 방향으로, 예를 들면 우측으로(도 6) 멀어지면, 역방향 흐름 상태가 얻어진다. 중립 위치로부터 고정자가 더 멀어지면, 더 많은 액체가 펌프(20)를 통해 흐른다는 것은 자명하다. 펌프를 통해 이동하는 액체의 양은 액추에이터 이동의 속도 및 거리에 영향을 준다. 회전자의 회전 방향과, 액체 흐름의 어떤 방향이 순방향 또는 역방향으로 고려되야할 것인지는 설계 사항으로 간주되어야 하며, 본 실시예는 제한사항이 아닌 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
고정자(24)의 위치 조절은 스텝퍼 모터 하우징(6)에 하우징된 양방향 스텝퍼 모터(미도시)에 의해 영향을 받고, 위치 제어기(64)를 포함하는 제어 시스템에 의해 제어된다. 스텝퍼 모터는 고정자(24)로부터 연장하는 스퍼 기어부(62)와 상호작용하는 스퍼(spur)(60)를 구동한다. 따라서, 스텝퍼 모터의 회전 속도 및 방향은 고정자(24) 이동의 속도 및 방향에 영향을 준다. 도시된 바와 같이, 스텝퍼 모터의 시계 방향으로의 회전은 고정자(24)를 좌측으로 이동시키고, 반시계 방향으로의 회전은 고정자(24)를 우측으로 이동시킬 것이다.
스텝퍼 모터의 속도 및 회전 방향은 도 9에 도시한 바와 같은 위치 제어기(64)에 의해 제어된다. 본 발명에 따른 본 실시예에서, 위치 제어기가 유압 선형 액추에이터(8)를 소정 위치로 이동시키라는 명령어를 수신하면, 유압 선형 액추에이터(8)의 현재 위치는 유압 선형 액추에이터(8)와 연관된 광학 인코더(70)를 포함하는 피드백 시스템으로부터의 피드백에 기초하여 결정된다. 유압 선형 액추에이터(8)의 위치와 관계된 피드백은 광학 인코더에 더하여, 또는 그를 대신하여 선형 전위차계에 의해 공급될 수도 있다. 유압 선형 액추에이터(8)의 현재 위치와 위치 변경될 때의 속도에 기반하여, 스텝퍼 모터(66)의 회전 방향과 스텝의 수가 취해져야만 하며, 스텝이 취해야할 속도가 결정된다. 이어서 스텝퍼 모터 구동기(68)에 포함된 펄스 생성기는 적당한 펄스를 적당한 속도로 전달하여, 고정자(24)를 요구된 위치로 보내어 유압 선형 액추에이터(8)를 원하는 위치로 보내기 위해 스텝퍼 모터(66)를 필요한 양만큼 회전시킨다. 원격 액추에이터(remote actuators)를 가진 본 발명의 실시예에서, 액추에이터는 펌프(20)에 직접 부착될 필요는 없으며, 제어 시스템은 제어 시스템의 외부 접속 액세스를 제공하기 위해 COM 포트를 갖고 구성될 수 있다.
스텝퍼 모터와 취해진 스텝의 수와 방향에 기반한 트랙 위치를 이용하는 종래 기술의 시스템과는 달리, 본 발명은 고정자(24) 이동의 양 방향, 이동이 일어날 때의 속도를 제어할 목적으로만 스텝퍼 모터(66)의 특성을 이용한다. 유압 선형 액추에이터(8)의 위치는 위치 제어기(64)로 위치 피드백을 제공하는 인코더를 포함하는 포지셔닝 시스템에 의해 모니터링 된다. 이는 유압 선형 액추에이터(8)의 실제 위치의 보다 정밀한 지시를 제공하는데, 스텝퍼 모터(66)의 회전이 유압 선형 액추에이터(8)의 이동에 직접적으로 연관되지 않기 때문이다. 그보다는, 스텝퍼 모 터(66)의 회전은 유압 선형 액추에이터(8)의 이동에 차례로 영향을 주는 고정자(24)의 위치에 직접적으로 연관된다.
폐쇄된 유압 시스템 내에 유압 실린더와 피스톤 액추에이터의 사용은 피스톤의 양측 사이의 부피 차의 문제가 있는데, 이는 피스톤의 일측이 액추에이터 로드(14)(도 1 및 도 2)를 포함하기 때문이다. 이 문제를 해결하기 위한 한가지 방안은 액체 팽창 저수조(40) 및 액체 팽창 저수조(40)로 유입되거나 유출되는 액체 흐름을 제어하기 위한 밸브(42)를 포함하는 것이다. 다른 방안은 유압 선형 액추에이터(8)에 2개의 액추에이터 로드를 구성하되, 하나를 피스톤의 각 사이드로 연장하도록 하여 양측 사이의 부피 차이를 효과적으로 제거하는 것을 들 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 유압 펌프를 통해 흐르는 액체의 방향은 고정자(24)의 이동에 의해 제어될 수 있다. 따라서, 도 7 및 도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이, 펌프(20)의 입구 및 출구 포트는, 제1 포트(44)가 하류측 포트로서 작용할 때 제2 포트(46)는 상류측 포트로서 작용하고, 제1 포트(44)가 상류측 포트로서 작용할 때 제2 포트(46)가 하류측 포트로서 작용하듯이, 상류측과 하류측 포트로서 교대로 작용된다. 따라서, 밸브(42), 바람직하게 도면에 도시된 셔틀 밸브는 액체 팽창 저수조(40)와, 하류측 포트로서 그 당시 작용하는 제1 포트(44) 및 제2 포트(46) 사이에서 액체 교류를 유지한다. 즉, 밸브(42)는 유압 시스템 내의 압력 차이에 반응하게 구성되어 액체 팽창 저수조(40)와 펌프(20)의 저압측 사이에서 액체 교류를 유지한다. 본 실시예에서 셔틀 밸브가 밸브(42)로 사용되었지만, 다른 적합한 밸브 구성을 사용하는 것도 본 발명의 범위내에 포함되어야 한다.
도 7은 유압 선형 액추에이터(8)의 팽창 스크로크 동안의 액체 흐름을 도시한 도면이다. 전술한 바와 같이, 피스톤 일측에서 실린더로부터 이동된 액체의 양은 피스톤 타측에서 실린더의 유압 부피를 충전하기에는 부족하다. 따라서, 셔틀 밸브(42)는 액체가 액체 팽창 저수조(40)로부터, 펌프(20)의 하류측 상의 유압 회로의 주된 흐름 줄기(48)로 흐르도록 한다. 이 경우, 포트(44)는 하류측 포트로서 작용한다.
도 8은 유압 선형 액추에이터(8)의 수축 스트로크(retraction stroke) 동안의 액체 흐름을 도시한 도면이다. 여기서, 실린더로부터 이동된 액체의 양은 피스톤 타측 상의 실린더의 유압 부피를 충전하는데 필요한 것보다 많다. 따라서, 셔틀 밸브(42)는 액체가 유압 회로의 주된 흐름 줄기(48)로부터 펌프(20)의 하류측 상의 액체 팽창 저수조(40)로 흐르게 한다. 이 경우, 포트(46)는 하류측 포트로서 작용한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 액체 팽창 저수조(40)는 폐쇄되고, 즉 벤트(vent)되지 않고, 따라서 유압 시스템이 폐쇄된 상태로 유지된다. 옵션적으로, 액체 팽창 저수조(40)는 가압될 수 있으며, 이때 바람직한 압력은 2 대기압이다.
본 발명의 다른 옵션적인 양태는, 실질적으로 등속으로 한 방향으로 회전하는 장치를 사용할 때 종래에 공지된 바와 같이 구동 모터(4)와 연계된 플라이휠(flywheel)(80)을 배치하는 것이다. 이는 플라이휠이 비효율적으로 되는 양방향 구동 모터를 사용하는 시스템 보다 본 발명의 시스템에 독특한 에너지 사용의 이점을 제공한다.
전술한 실시예는 예시를 위한 것으로 본 발명의 범주 내에서 다른 다양한 실시예가 구현될 수 있다는 것은 자명하다.

Claims (29)

  1. (a) 실질적으로 등속으로 회전하도록 구성된 구동 모터;
    (b) 상기 구동 모터에 의해 구동되는 유압 펌프;
    (c) 순방향 흐름 상태에 의해 제1 방향으로 가동되고, 역방향 흐름 상태에 의해 제2 방향으로 가동되도록 상기 유압 펌프와 액체 교류되는 유압 선형 액추에이터;
    (d) 상기 유압 펌프에 연계된 제어 시스템 - 상기 제어 시스템은 순방향 흐름 상태, 무흐름 상태, 및 역방향 흐름 상태 사이에서 조절가능한 상기 유압 펌프의 조절을 제어하도록 구성됨 - ;
    (e) 상기 유압 선형 액추에이터에 관한 위치 정보를 제공하도록 구성된 포지셔닝 시스템을 포함하는 자급식 유압 액추에이터 시스템에 있어서,
    상기 제어 시스템은 양방향 스텝퍼 모터와 상기 스텝퍼 모터에 연계된 펄스 생성기를 포함하고, 상기 유압 펌프의 속도 및 방향 조절은 상기 펄스 생성기에 의해 상기 스텝퍼 모터로 보내진 펄스에 의해 영향을 받는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유압 펌프는 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리를 포함하고, 상기 유압 펌프의 조절은 상기 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리의 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유압 펌프는 베인 펌프인 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 포지셔닝 시스템은 상기 스텝퍼 모터에 의해 취해진 스텝의 수와 무관하게 상기 유압 선형 액추에이터에 관한 위치 정보를 제공하도록 구성된 위치 피드백 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 위치 피드백 시스템은 적어도 하나의 광학 인코더와 상기 액추에이터와 연계된 선형 전위차계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 유압 펌프와 상기 액추에이터 사이의 액체 교류는 폐쇄된 유압 시스템을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    (a) 액체 팽창 저수조; 및
    (b) 상기 액체 팽창 저수조와 상기 유압 펌프의 하류측 포트 사이의 액체 교류를 유지하도록 구성된 밸브 구성품을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 유압 펌프는 제1 및 제2 포트를 갖고 구성되고, 상기 제1 및 제2 포트는, 상기 제1 포트가 상기 상류측 포트로서 작용될 때 상기 제2 포트는 하류측 포트로서 작용하고, 상기 제1 포트가 상기 하류측 포트로서 작용될 때 상기 제2 포트 는 상류측 포트로서 작용하도록 교대로 상류측 및 하류측 포트로 작용하고,
    상기 제1 및 제2 포트 중 어느 것이 하류측 포트로서 작용하는지에 따라, 상기 밸브 구성은 상기 액체 팽창 저수조와 상기 제1 및 제2 포트 중 하나의 포트 사이의 액체 교류를 유지하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 액체 팽창 저수조는 벤트(vent)되지 않은 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  10. (a) 실질적으로 등속으로 회전하도록 구성된 구동 모터;
    (b) 상기 구동 모터에 의해 구동되는 유압 펌프;
    (c) 순방향 흐름 상태에 의해 제1 방향으로 가동되고, 역방향 흐름 상태에 의해 제2 방향으로 가동되도록 상기 유압 펌프와 액체 교류되는 유압 선형 액추에이터;
    (d) 상기 유압 펌프에 연계된 제어 시스템 - 상기 제어 시스템은 순방향 흐름 상태, 무흐름 상태, 및 역방향 흐름 상태 사이에서 조절가능한 상기 유압 펌프의 조절을 제어하도록 구성됨 - ;
    (e) 상기 유압 선형 액추에이터에 관한 위치 정보를 제공하도록 구성된 포지셔닝 시스템을 포함하는 자급식 유압 액추에이터 시스템에 있어서,
    상기 유압 펌프는 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리를 포함하고, 상기 유압 펌프의 조절은 상기 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리의 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리는 고정자를 포함하고, 상기 고정자는 상기 고정자 내에 배치된 회전자에 관하여 이동가능하고, 상기 고정자의 이동은 상기 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리의 구성을 변화시키는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 회전자는 실질적으로 등속으로 회전하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 회전자에 대한 상기 고정자의 관계는 상기 무흐름 상태가 얻어지는 중립 위치를 포함하고, 이동가능한 고정자의 이동이 상기 중립 위치로부터 제1 방향으로 멀어지면 순방향 흐름 상태로 되고, 이동가능한 고정자의 이동이 중립 위치로부터 제2 방향으로 멀어지면 역방향 흐름 상태로 되는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 방향으로의 고정자의 이동의 양은 상기 유압 펌프를 통해 흐르는 유체의 속도에 영향을 주는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 유압 펌프는 실질적으로 등속으로 구동되는 회전자를 구비한 로터리 펌프인 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  16. 유압 액추에이터의 움직임을 제어하기 위한 방법에 있어서,
    상기 방법은,
    (a) 유압 액추에이터 시스템을 제공하는 단계; 및
    - 상기 유압 액추에이터 시스템은,
    (i) 구동 모터에 의해 실질적으로 등속으로 구동되고, 순방향 흐름 상태와, 무흐름 상태와, 역방향 흐름 상태 사이에서 조절가능한 유압 펌프;
    (ii) 상기 순방향 흐름 상태에 의해 제1 방향으로 이동되고 역방향 흐름 상태에 의해 제2 방향으로 이동되도록 상기 유압 펌프와 액체 교류하는 유압 선형 액추에이터; 및
    (iii) 양방향 스텝퍼 모터와 상기 스텝퍼 모터에 연계된 펄스 생성기를 포함하고, 상기 유압 펌프를 조절하기 위한 제어 시스템을 포함함 -
    (b) 상기 유압 펌프의 구성을, 상기 유압 펌프를 통해 흐르는 액체의 방향에 영향을 주어 상기 유압 선형 액추에이터의 움직임에 영향을 주도록 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    유압 액추에이터의 움직임을 제어하기 위한 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 유압 시스템은 폐쇄된 유압 시스템으로서 실시되는 것을 특징으로 하는
    유압 액추에이터의 움직임을 제어하기 위한 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 펄스 생성기로부터 상기 스텝퍼 모터로 펄스를 보냄으로써 상기 유압 펌프의 속도 및 방향을 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    유압 액추에이터의 움직임을 제어하기 위한 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    (a) 상기 유압 선형 액추에이터에 대한 위치 정보를 제공하기 위해 위치 피드백 시스템을 제공하는 단계; 및
    (b) 상기 스텝퍼 모터에 의해 취해진 스텝의 수와 무관하게 상기 위치 피드백 시스템에 의해 유압 선형 액추에이터의 위치를 모니터하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    유압 액추에이터의 움직임을 제어하기 위한 방법.
  20. 상기 위치 피드백 시스템은 적어도 하나의 광학 인코더와 상기 액추에이터에 연계된 선형 전위차계로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    유압 액추에이터의 움직임을 제어하기 위한 방법.
  21. (a) 실질적으로 일정 속도로 회전하도록 구성된 구동 모터;
    (b) 상기 구동 모터에 의해 구동되는 유압 펌프;
    (c) 순방향 흐름 상태에 의해 제1 방향으로 작동되고, 역방향 흐름 상태에 의해 제2 방향으로 작동되도록 상기 유압 펌프와 액체 교류하는 유압 선형 액추에이터;
    (d) 상기 유압 펌프에 연계되고, 순방향 흐름 상태, 무흐름 상태, 그리고 역방향 흐름 상태 사이에서 조절가능한 상기 유압 펌프의 조절을 제어하도록 구성되며, 양방향 모터 - 상기 유압 펌프의 조절의 속도 및 방향이 상기 양방향 모터에 의해 제어됨 - 를 포함하는 제어 시스템; 및
    (e) 상기 유압 선형 액추에이터에 관한 위치 정보를 제공하도록 구성된 포지셔닝 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 유압 펌프는 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리를 포함하고, 상기 유압 펌프의 조절은 상기 제어가능하게 가변하는 펌핑 어셈블리의 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 유압 펌프는 베인 펌프인 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 포지셔닝 시스템은 상기 유압 선형 액추에이터에 관한 위치 정보를 제공하도록 구성된 위치 피드백 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 위치 피드백 시스템은 적어도 하나의 광학 인코더와 상기 액추에이터와 연계된 선형 전위차계를 포함하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 유압 펌프와 상기 액추에이터 사이의 액체 교류는 폐쇄된 유압 시스템을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    (a) 액체 팽창 저수조; 및
    (b) 상기 액체 팽창 저수조와 상기 유압 펌프의 하류측 포트 사이의 액체 교류를 유지하도록 구성된 밸브 구성품을 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 유압 펌프는 제1 및 제2 포트를 갖고 구성되고, 상기 제1 및 제2 포트는, 상기 제1 포트가 상기 상류측 포트로서 작용될 때 상기 제2 포트는 하류측 포트로서 작용하고, 상기 제1 포트가 상기 하류측 포트로서 작용될 때 상기 제2 포트 는 상류측 포트로서 작용하도록 교대로 상류측 및 하류측 포트로 작용하고,
    상기 제1 및 제2 포트 중 어느 것이 하류측 포트로서 작용하는지에 따라, 상기 밸브 구성은 상기 액체 팽창 저수조와 상기 제1 및 제2 포트 중 하나의 포트 사이의 액체 교류를 유지하는 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 액체 팽창 저수조는 벤트(vent)되지 않은 것을 특징으로 하는
    자급식 유압 액추에이터 시스템.
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