KR20140125853A

KR20140125853A - 회전식 액추에이터

Info

Publication number: KR20140125853A
Application number: KR1020147025434A
Authority: KR
Inventors: 죤 콥; 에릭 디. 번즈
Original assignee: 무그 인코포레이티드
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2013-02-09
Publication date: 2014-10-29
Also published as: EP2812586A1; BR112014019607A2; CN104220764A; WO2013120036A1; BR112014019607A8; JP2015507158A; CA2862741A1; US20140360348A1

Abstract

회전식 액추에이터(100)는 기준 구조물(110), 기준 구조물에 대하여 회전 운동이 가능하게 배열된 출력 부재(113), 제1 모터 부재(119) 및 제2 모터 부재(122)를 대체로 직선 방향을 따라 벌어지게 강요하는 출력을 선택적으로 적용하도록 배열된 제1 리니어 모터(116), 및 제2 리니어 모터 제1 부재(134)와 제2 모터 부재(137)를 대체로 직선 방향으로 벌어지게 강요하는 출력을 선택적으로 적용하도록 배열된 제2 리니어 모터(137)를 포함하고, 상기 제1 리니어 모터는 출력 부재와 기준 구조물 사이에 토크를 제1 방향에서 발생하도록 구성 및 배열되고, 상기 제2 리니어 모터는 출력 부재와 기준 구조물 사이에 토크를 제1 방향과 반대 방향에서 발생하도록 구성 및 배열되어 있다.

Description

회전식 액추에이터{ROTARY ACTUATOR}

본 출원은 여기에 참고로 포함되어 있는, 2012년 3월 9일자 출원된 미국 가특허출원 제61/597,141호의 우선권을 청구한다.

본 발명은 대체로 회전식 액추에이터의 분야에 관한 것으로서, 특히 고성능 소형 회전식 액추에이터에 관한 것이다.

여러 방식의 회전식 액추에이터가 일반적으로 알려져 있다. 예를 들어, 베인(vane)에 기초한 회전 유압 액추에이터뿐만 아니라 순수하게 전기 모터에 기초한 회전식 액추에이터가 제조되고 있다.

본 발명은 고성능 회전식 액추에이터를 제공하기 위한 것이다.

비제한적이며 단지 예시하기 위해 개시된 실시예의 대응 부품들, 부분들 또는 표면들에 괄호를 사용하여 참조 부호를 붙여 설명하게 되는데, 본 발명에서 제공하는 회전식 액추에이터는, 기준 구조물(110), 축을 중심으로 기준 구조물에 대하여 회전 운동이 가능하게 배열된 출력 부재(113), 제1 부재(119) 및 제2 부재(122)를 갖는 제1 리니어 모터(116)로서, 상기 제1 부재 및 제2 부재를 대체로 직선 방향을 따라 벌어지게 강요하는 출력을 선택적으로 적용하도록 구성 및 배열된 제1 리니어 모터, 기준 구조물에 연결된 상기 제1 리니어 모터의 제1 부재, 출력 부재에 연결되며 그리고 제1 리니어 모터가 출력을 적용할 때 출력 부재와 기준 구조물 사이에 토크를 상기 축을 중심으로 제1 방향에서 발생하도록 구성 및 배열된 제1 리니어 모터의 제2 부재, 제1 부재(134) 및 제2 부재(137)를 갖는 제2 리니어 모터(131)로서, 상기 제2 리니어 모터의 제1 부재와 제2 리니어 모터의 제2 부재를 대체로 직선 방향으로 벌어지게 강요하는 출력을 선택적으로 적용하도록 구성 및 배열된 제2 리니어 모터, 기준 구조물에 연결된 상기 제2 리니어 모터의 제1 부재, 및 출력 부재에 연결되며 그리고 상기 제2 리니어 모터의 출력이 적용될 때 출력 부재와 기준 구조물 사이에 토크를 상기 축을 중심으로 제1 방향과 반대 방향에서 발생하도록 구성 및 배열된 상기 제2 리니어 모터의 제2 부재를 포함한다.

제1 리니어 모터(216)는 단동 유압 모터를 포함할 수 있다. 제1 리니어 모터의 제1 부재는 프리즘형 챔버(prismatic chamber)를 구비할 수 있고, 그리고/또는 제1 리니어 모터의 제2 부재는 피스톤(222)을 가질 수 있다. 상기 프리즘형 챔버는 실린더(219)가 될 수 있다. 제1 리니어 모터는 피스톤과 출력 부재 사이에 배열된 피스톤 링크(248)를 가질 수 있다. 제1 리니어 모터의 제1 부재는 상기 기준 구조물에 견고하게 장착될 수 있다. 피스톤 링크 및/또는 피스톤은 볼 조인트를 통해 접속될 수 있다. 피스톤 링크 및 출력 부재는 피벗 조인트(228) 또는 핀 조인트를 통해 접속될 수 있다. 제1 리니어 모터 및 상기 제2 리니어 모터는 각각 대체로 평행한 작용 방향을 가질 수 있다. 출력 부재는 샤프트를 가질 수 있다. 출력 부재는 제1 모터의 제2 부재에 연결된 제1 피벗 베어링(228), 및/또는 제2 모터의 제2 부재에 연결된 제2 피벗 베어링(240)을 가질 수 있다. 제1 피벗 베어링 및 제2 피벗 베어링은 축에 평행한 차원에서 오프셋에 의해 분리되어 있을 수 있다.

제1 피벗 베어링과, 제2 피벗 베어링 및 상기 축은 동일 선상에 있을 수 있다. 제1 리니어 모터의 제1 부재는 실린더를 가질 수 있고, 제1 리니어 모터의 제2 부재는 피스톤을 가질 수 있고, 피스톤은 제1 표면 및 제2 표면을 갖는다. 제1 표면은 실린더와 함께 제1 챔버(245)를 형성하고, 제2 표면은 실린더와 함께 제2 챔버(255)를 형성할 수 있다. 실린더는 대체로 원통형 표면을 가질 수 있다. 상기 원통형 표면은 피스톤의 제1 표면과 피스톤의 제2 표면 사이에 홀(hole)을 가질 수 있다. 회전식 액추에이터는 피스톤에 연결된 구동 링크를 추가로 가질 수 있다. 구동 링크는 상기 홀을 횡단할 수 있다.

제2 리니어 모터는 단동 유압 모터를 가질 수 있다. 제1 리니어 모터 및 제2 리니어 모터는 주어진 리니어 모터의 작용 직선 거리를 위해 변위된 동등한 유압유(hydraulic fluid) 용적을 가질 수 있다. 제1 리니어 모터 및 제2 리니어 모터는 유압적으로 평형을 이룰 수 있다. 출력 부재는 항공기 조종익면에 연결될 수 있다. 회전식 액추에이터는 출력 부재와 기준 구조물 사이의 각도를 측정하도록 구성 및 배열된 위치 센서를 추가로 가질 수 있다. 회전식 액추에이터는 서보 제어기를 추가로 가질 수 있다.

다른 양태로서, 축(319)을 중심으로 샤프트(313)를 회전하기 위한 액추에이터(300)가 제공되어 있으며, 액추에이터는, 하우징(303), 상기 하우징 내에 배치되고 내부에 제1 피스톤(328)과 제1 연결 링크(349)를 갖는 제1 단동 실린더(322), 샤프트상에 배치된 크랭크(334), 하우징 내에 배치되고 내부에 제2 피스톤(331)과 제2 연결 링크(349)를 갖는 제2 단동 실린더(325)를 가지고, 여기서 상기 제1 및 제2 연결 링크는 크랭크상에서 다른 위치들에 부착될 수 있고, 상기 액추에이터는 제1 단동 실린더의 작용이 크랭크를 제1 방향으로 회전시키며 제2 단동 실린더의 작용이 크랭크를 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 회전시키도록 구성 및 배열되어 있다.

제1 및 제2 실린더는 실질적으로 평행하게 배향되어 있을 수 있다. 제1 및 제2 실린더 양쪽 모두는 백래시(backlash)를 제거하기 위해 각각이 동일한 일반적 방향으로 힘을 제공하는 예압(pre-load)을 각각 가지도록 구성 및 배열되어 있을 수 있다. 샤프트는 하우징 내에 배치된 베어링 세트에서 회전할 수 있다. 샤프트는 항공기 조종익면에 연결될 수 있다. 액추에이터는 제1 압력 챔버 및 제2 압력 챔버 중 하나에 추가의 압력을 적용함으로써 크랭크를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키도록 구성 및 배열되어 있을 수 있다. 액추에이터는 제1 및 제2 압력 챔버 내부에 실질적으로 동일한 압력을 제공함으로써 크랭크의 위치를 유지할 수 있도록 구성 및 배열되어 있을 수 있다.

액추에이터는 유압유가 제1 또는 제2 압력 챔버로 유입 또는 유출하도록 허용하지 않음으로써 크랭크의 위치를 유지하도록 구성 및 배열되어 있을 수 있다. 제1 및 제2 단동 실린더는 원형이 아닌 단면을 가질 수 있다. 제1 연결 링크는 볼 조인트(352)를 통해 제1 피스톤에 연결될 수 있다. 제1 연결 링크 및 출력 부재는 피벗 조인트 또는 핀 조인트를 통해 연결될 수 있다. 제1 및 제2 단동 실린더는 축에 평행한 차원에서 오프셋에 의해 분리될 수 있다. 제1 및 제2 단동 실린더는 공통 보어를 공유할 수 있다. 액추에이터는 제1 단동 실린더가 샤프트의 운동을 위해 제2 단동 실린더에 의하여 흡인된 유압유의 용적과 실질적으로 동일한 유압유의 용적을 방출하도록 구성 및 배열되어 있을 수 있다. 액추에이터는 샤프트와 하우징 사이의 각도를 측정하도록 구성 및 배열되어 있는 위치 센서를 추가로 가질 수 있다. 액추에이터는 서보 제어기를 추가로 가질 수 있다.

다른 양태로서, 액추에이터 작동 방법이 제공되며, 액추에이터는, 기준 구조물(110), 축을 중심으로 상기 기준 구조물에 대하여 회전 운동이 가능하게 배열된 출력 부재(113), 제1 부재(119) 및 제2 부재(122)를 갖는 제1 리니어 모터(116)로서, 상기 제1 부재 및 제2 부재를 대체로 직선 방향을 따라 벌어지게 강요하는 출력을 선택적으로 적용하도록 구성 및 배열된 제1 리니어 모터, 상기 기준 구조물에 연결된 제1 리니어 모터의 제1 부재, 상기 출력 부재에 연결되며 그리고 제1 리니어 모터가 출력을 적용할 때 출력 부재와 기준 구조물 사이에 토크를 상기 축을 중심으로 제1 방향에서 발생하도록 구성 및 배열된 제1 리니어 모터의 제2 부재, 제1 부재 및 제2 부재를 갖는 제2 리니어 모터로서, 제2 리니어 모터의 제1 부재와 제2 리니어 모터의 제2 부재를 대체로 직선 방향으로 벌어지게 강요하는 출력을 선택적으로 적용하도록 구성 및 배열된 제2 리니어 모터, 기준 구조물에 연결된 제2 리니어 모터의 제1 부재, 출력 부재에 연결되며 그리고 제2 리니어 모터의 출력이 적용될 때 출력 부재와 기준 구조물 사이에 토크를 상기 축을 중심으로 제1 방향과 반대 방향에서 발생하도록 구성 및 배열된 제2 리니어 모터의 제2 부재를 구비하는, 액추에이터 작동 방법은, 제1 리니어 모터가 제1의 영이 아닌 힘(first non-zero force)을 적용하는 단계와 제2 리니어 모터가 제2의 영이 아닌 힘(second non-zero force)을 적용하도록 만드는 단계를 가지며, 이에 의하여 백래시가 감소될 수 있다.

이 방법은 지령된 출력 부재 특성을 수신하는 단계, 및 출력 부재가 상기 지령된 출력 부재 특성과 일치하지 않는 실제 특성을 가질 때 제2의 영이 아닌 힘에 대하여 제1의 영이 아닌 힘을 조정하는 단계를 추가로 가질 수 있다. 출력 부재 특성은 기준 구조물에 대한 각도가 될 수 있다. 이 방법은 출력 부재가 지령된 출력 부재 각도 위치보다 작은 각도를 가질 때 제1의 영이 아닌 힘에 대하여 제2의 영이 아닌 힘을 증가시키는 단계를 추가로 가질 수 있고, 이에 의하여 토크가 출력 부재와 기준 구조물 사이에 적용될 수 있다.

다른 양태로서, 제공되어 있는 유압 액추에이터(400)는, 길이방향 축과 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 대체로 원통형 내부면을 갖는 실린더(419), 상기 제1 단부와 제2 단부 사이에 배열된 홀(470)을 갖는 상기 내부면, 실린더 내부에서 활주 이동이 가능하게 구성 및 배열되며 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 피스톤, 상기 제1 표면 및 제2 표면은 상기 길이방향 축을 따라 대체로 반대 방향으로 바라보며, 실린더와 함께 제1 챔버(494)를 형성하는 제1 표면과, 실린더와 함께 제2 챔버(495)를 형성하는 제2 표면, 제1 챔버와 유체 소통하는 제1 유압 포트(492), 제2 챔버와 유체 소통하는 제2 유압 포트(493), 제1 단부 및 제2 단부를 가지며 상기 홀을 통과하도록 배열된 구동 링크(448)로서, 상기 구동 링크의 제1 단부가 피스톤상에서 제1 표면과 제2 표면 사이의 한 위치에 연결되어 있는, 상기 구동 링크를 구비하고, 여기서 상기 액추에이터는 피스톤이 실린더에 대하여 이동할 때 실린더에 대하여 구동 링크의 운동을 초래하도록 구성 및 배열될 수 있다.

구동 링크는 제1 챔버 또는 제2 챔버를 통과하지 않는다. 유압 액추에이터는 기준 구조물과, 상기 구동 링크와 상기 기준 구조물 사이의 피벗 조인트를 추가로 가지며, 상기 피벗 조인트는 축을 중심으로 구동 링크와 기준 구조물 사이에서 회전 운동을 허용하도록 구성 및 배열되어 있다. 실린더는 기준 구조물에 장착될 수 있다. 유압 액추에이터는 실린더에 대하여 회전 운동이 가능하게 구성 및 배열된 구동 샤프트(413)를 추가로 가질 수 있다. 구동 샤프트는 구동 링크에 연결될 수 있다. 실린더는 비원형 단면을 가질 수 있다. 구동 링크는 피벗 또는 핀 조인트를 통해 상기 피스톤에 연결될 수 있다. 구동 링크는 유니버설 조인트를 통해 상기 피스톤에 연결될 수 있다. 구동 링크는 볼 조인트를 통해 피스톤에 연결될 수 있다. 제1 챔버 및 제2 챔버는 유압적으로 평형을 이룰 수 있다.

액추에이터는 제1 챔버가 실린더에 대한 피스톤의 운동을 위해 제2 챔버에 의하여 흡인된 유압유의 용적과 실질적으로 동일한 유압유의 용적을 방출하도록 구성 및 배열될 수 있다. 유압 액추에이터는 구동 링크와 실린더 사이의 각도를 측정하도록 구성 및 배열되어 있는 위치 센서를 추가로 가질 수 있다. 유압 액추에이터는 서보 제어기를 추가로 가질 수 있다.

다른 양태로서, 제공되어 있는 액추에이터 동력 시스템은, 제1 유압 포트(733), 제2 유압 포트(735) 및 입력 구동 샤프트를 갖는 사축식(bent axis) 유압 펌프(740), 상기 사축식 펌프가 기어 샤프트보다 느린 속도로 회전하도록 초래하는 기계적 확대율(advantage)을 제공하기 위해 사축식 펌프 입력 구동 샤프트에 기계식으로 연결된 기어 샤프트를 갖는 기어 조립체(750)를 구비하고, 여기서 상기 액추에이터 동력 시스템은 기어 샤프트가 회전될 때 제1 유압 포트와 제2 유압 포트 사이에 유체 흐름을 초래하도록 구성 및 배열될 수 있다. 액추에이터 동력 시스템은 기어 샤프트에 연결된 전기 모터(760)를 추가로 가질 수 있다. 액추에이터 동력 시스템은 사축식 유압 펌프로부터 동력을 받도록 구성 및 배열된 유압 평형식 회전식 액추에이터를 추가로 가질 수 있다.

도 1은 회전식 액추에이터의 제1 실시예의 측면도.
도 2는 회전식 액추에이터의 제2 실시예의 측면도.
도 3은 회전식 액추에이터의 제3 실시예의 사시도.
도 4는 도 3에 도시된 회전식 액추에이터의 정면면.
도 5는 도 3에 도시된 회전식 액추에이터의 측면도.
도 6은 케이스를 제거한 상태에서 도 3에 도시된 실시예의 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 실시예의 정면도.
도 8은 도 6에 도시된 실시예의 측면도.
도 9는 도 6에 도시된 회전식 액추에이터의 피스톤 및 연결봉 조립체의 입면도.
도 10a는 도 9에서 선 10A-10A를 취한 단면도.
도 10b는 도 10a에 도시된 조립체의 일부분의 분해 사시도.
도 11은 도 12에서 선 11-11을 따라 취한 회전식 액추에이터의 제4 실시예의 측단면도.
도 12는 회전식 액추에이터의 제4 실시예의 정면도.
도 13은 도 12에 도시된 회전식 액추에이터의 피스톤 조립체의 사시도.
도 14는 도 13에 도시된 피스톤 조립체의 측단면도.
도 15는 도 14에 도시된 원형 파선 구역의 확대도.
도 16은 회전식 액추에이터의 제5 실시예의 정면도.
도 17은 도 16에 도시된 회전식 액추에이터의 측단면도.
도 18은 대안 피스톤 조립체의 등측도.
도 19는 도 18에 도시된 대안 피스톤 조립체의 평면도.
도 20은 도 18에 도시된 대안 피스톤 조립체의 측면도.
도 21은 도 18에 도시된 대안 피스톤 조립체의 측단면도.
도 22는 케이스를 제거한 상태에서 회전식 액추에이터의 다른 실시예의 측면도.
도 23은 회전식 액추에이터 시스템의 계통도.
도 24는 도 23에 도시된 제1 버전 펌프의 단면도.

먼저, 동일한 참조 부호는 여러 도면 전체를 통해 일관성 있게 동일한 구조적 요소들, 부분들 또는 표면들을 식별하도록 의도되어 있고, 그러한 요소들, 부분들 및 표면들은 전체 명세서에서 추가로 설명될 수 있으며, 이러한 상세한 설명은 명세서의 통합 부분이라는 것을 명백히 이해해야 한다. 다르게 지적되지 않는 한, 도면들은 명세서와 함께 읽도록(예로서, 크로스-해칭, 부품들의 배열, 비례, 도(degree) 등) 의도되어 있으며, 그리고 본 발명의 전체 설명의 일부분으로 간주된다. 아래 설명에서 사용한 바와 같이, 용어들, "수평", "수직", "좌", "우", "상향", "하향" 뿐만 아니라 그들의 형용사 및 부사(예로서, "수평의", "우측의", 및 "상향의" 등)는 단순히 독자가 특별한 도면을 바라볼 때 예시된 구조물의 방향을 언급하는 것이다. 유사하게, 용어들, "내향" 및 "외향"은 대체로 적절한 대로 연장축, 또는 회전축에 대한 표면의 방향을 언급하는 것이다.

개시된 실시예는 리니어 모터에 의해 구동되는, 고성능 회전식 액추에이터 및 회전식 액추에이터 시스템을 제공한다. 이제 도면, 특히 도 1을 참고하면, 회전식 액추에이터의 제1 실시예의 측면도가 개시되어 있다. 회전식 액추에이터(100)는 기준 구조물(110), 제1 리니어 모터(116), 제2 리니어 모터(131), 및 출력 부재(113)를 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 기준 구조물(110)은 대체로 강성 프레임 또는 하우징이다. 또한 출력 부재(113)는 대체로 강성 구조물이다. 출력 부재(113)는 피벗 조인트(114)를 통해 기준 구조물(110)에 연결된다. 피벗 조인트(114)는 축(115)을 중심으로 기준 구조물(110)과 출력 부재(113) 사이에 회전 운동을 허용한다. (축(115)은 도 1에 도시된 바와 같이, 지면(page)에 대해 수직인 방향을 갖는다.) 피벗 조인트(114)는 또한 기준 구조물(110)과 출력 부재(113) 사이에서 각도 및/또는 토크를 측정하는 센서를 내장할 수 있다.

리니어 모터(116)는 제1 부재(119) 및 제2 부재(122)를 포함하는 2개의 주요부를 갖는다. 제1 부재(119) 및 제2 부재(122)는 서로에 대하여 선형 운동이 가능하게 연결된다. 리니어 모터(116)가 활성화될 때, 힘이 가해져 제1 부재(119) 및 제2 부재(122)를 방향(160)을 따라 벌어지게 강요한다.

리니어 모터(131)는 리니어 모터(116)와 유사하다. 리니어 모터(131)는 2개의 주요부, 즉 제1 부재(134) 및 제2 부재(137)를 갖는다. 제1 부재(134) 및 제2 부재(137)는 서로에 대하여 선형 운동이 가능하게 연결된다. 리니어 모터(131)가 활성화될 때, 힘이 가해져 제1 부재(134) 및 제2 부재(137)를 방향(163)을 따라 벌어지게 강요한다.

리니어 모터(116)의 제1 부재(119)는 커플링(125)에서 기준 구조물(110)에 연결된다. 제2 부재(122)는 커플링(128)에서 출력 부재(113)에 연결된다. 커플링(125, 128)은 피벗 조인트, 유니버설 조인트, 또는 볼 조인트를 포함할 수 있다. 또한 커플링(125, 128)은, 제1 부재(119) 및 제2 부재(122)의 일부분이 서로에 대하여 회전할 수 있다면, 강성 장착이 될 수 있다. 리니어 모터(116)의 작용은 제2 부재(122)가 라인(160)을 따라 제1 부재(119)에 대하여 우측으로 구동되도록 강요한다. 이러한 작용은 효과적으로 커플링(125, 128)들을 벌어지게 강요한다. 환언하면, 리니어 모터(119)는 지점(125)에서 기준 구조물(110)과 지점(128)에서 출력 부재(113)에 힘을 가하여 이 2개를 벌어지게 하는 방향으로 힘을 발생시킨다. 커플링(128)이 커플링(125)과 피벗 조인트(114) 사이에 형성된 라인(165)보다 위에 있기 때문에, 리니어 모터(116)에 의해 가해진 힘이 기준 구조물(110)과 출력 부재(113) 사이에 토크(169)를 발생한다.

리니어 모터(131)는 유사하게 기준 구조물(110)과 출력 부재(113) 사이에 연결되어 있지만, 리니어 모터(131)는 토크(169)에 반대인 방향을 갖는 토크(166)가, 기준 구조물(110)과 출력 부재(113) 사이에 선택적으로 적용되도록 배열되어 있다. 특히, 리니어 모터(131)의 제1 부재(134)는 커플링(143)에서 기준 구조물(110)에 연결된다. 제2 부재(137)는 커플링(140)에서 출력 부재(113)에 연결된다. 커플링(143, 140)은 피벗 조인트, 유니버설 조인트, 또는 볼 조인트를 포함할 수 있거나, 또는 제1 부재(134) 및 제2 부재(137)의 일부분이 서로에 대하여 회전할 수 있는 한은 단단하게 장착될 수 있다. 리니어 모터(131)의 작용은 제2 부재(137)가 제1 부재(134)에 대하여 우측으로 구동되게 한다. 이러한 작용은 효과적으로 커플링(143, 140)들을 벌어지게 강요한다. 환언하면, 리니어 모터(131)는 지점(143)에서 기준 구조물(110)과 지점(140)에서 출력 부재(113)에 힘을 가하여 이 2개를 벌어지게 하는 방향으로 힘을 발생시킨다. 피벗 조인트(140)가 커플링(143)과 피벗 조인트(114) 사이에 형성된 라인(167)보다 아래에 있기 때문에, 리니어 모터(131)에 의해 가해진 힘이 기준 구조물(110)과 출력 부재(113) 사이에 토크(166)를 발생한다.

피벗 조인트(140)가 라인(167)보다 아래에 있기 때문에, 라인(165)보다 위에 있는 피벗 조인트(128)에 비하여, 각자의 리니어 모터에 의해 가해진 토크(166, 169)들이 반대 방향을 향한다. 리니어 모터(116, 131)는 단지 기준 구조물(110)과 출력 부재(113) 사이에 단일 방향으로 힘을 생성할 수 있게 할 필요가 있다. 리니어 모터(116, 131)가 양방향의 힘, 즉 "미는(pushing)" 힘과 "당기는(pulling)" 힘을 제공할 수 있게 할 필요가 없다. 리니어 모터(116, 131)는 기준 구조물(110)과 출력 부재(113) 사이에 반대 방향의 토크가 가해지도록 배열되어 있는 것만이 필요하다. 단지 단동 리니어 모터가 회전식 액추에이터(100)에 대해 필요로 하는 반면에, 복동 리니어 모터는 본 발명의 정신에서 벗어나지 않고 회전식 액추에이터(100)에 사용될 수 있다. 또한, 리니어 모터(116, 131)는, 단동 리니어 모터들이 대향한 토크를 여전히 생성할 수 있기 때문에, "미는" 힘 대신에 "당기는" 힘을 제공하는 것에 불과한 단동 리니어 모터로 대체될 수 있다.

리니어 모터(116, 131)는 전기 모터, 단동 유압 액추에이터, 공압 액추에이터, 리니어 구동 스크류, 또는 어떤 다른 유사한 모터 방식이 될 수 있다. 회전식 액추에이터(100)는 또한 서보 제어기를 포함할 수 있다.

회전식 액추에이터(100)는 다수의 다른 작동 모드로 작동될 수 있다. 제1 작동 방법은 로우(low) 백래시 모드이다. 로우 백래시 모드에서, 최소 임계력은 회전식 액추에이터(100)가 사용 중에 있는 동안 항상 각각의 리니어 모터(116, 131)에 의해 가해진다. 이러한 모드하에서, 시스템의 기계식 링크는 항상 압축을 받기 때문에, 조인트들(114, 125, 128, 140, 143)에서의 어떠한 허용오차 또는 "유극(play)"은 "유극"이 있는 그들 영역의 "한 측면에 힘이 가해지고(forced to one side)" 백래시가 일어나는 것이 효과적으로 방지될 것이다. 예를 들어, 회전식 액추에이터(100)가 먼저 시계방향 토크를 출력 부재(113)에 가하고 다음에 연속하여 반시계 방향의 토크를 가하도록 지령을 받으면, 회전식 액추에이터(100) 내의 기계식 링크가 항상 압축을 받기 때문에, 중대한 백래시는 일어나지 않을 것이다. 특히, 시계방향 토크(169)를 출력 부재(113)에 가하기 위해, 리니어 모터(116)는 20N의 힘을 가하도록 지령을 받고, 한편 리니어 모터(131)는 10N의 최소 임계력을 가하도록 지령을 받는다. 따라서 10N의 힘이 모터들 사이에 대항하고, 이러한 10N의 대항력이 기계식 링크를 통해 모터들 사이로 지나간다. 그러므로 회전식 액추에이터(100)의 각 요소가 대항력에 의해 초래된 압축을 받기 때문에, 회전식 액추에이터(100)의 어떠한 조인트도 "흔들리지(jiggle)" 않을 것이다. 다음에 회전식 액추에이터(100)가 시계 반대방향 토크(166)를 가하도록 지령을 받을 때, 리니어 모터(116)는 10N의 최소 임계력을 가하도록 지령을 받는 반면에, 리니어 모터(131)는 20N의 힘을 가하도록 지령을 받는다. 이것은 회전식 액추에이터(100)의 모든 조인트가 압축이 유지되는 동안 출력 부재(113)상의 총 토크(net torque)가 시계방향에서 반시계 방향으로 시프트되도록 만든다. 단일 복동 모터를 갖는 전형적인 종래 회전식 액추에이터는 시계방향 토크를 적용하는 것과 반시계 방향의 토크를 적용하는 것을 서로 전환할 때 압축 상태로 기계식 링크의 모든 조인트를 유지할 수 없으며, 따라서 개별적인 기계식 링크 조인트들이 압축 및 장력 상태에서 전환할 때 백래시를 경험하게 된다.

회전식 액추에이터(100)는 또한, 한 번에 단 하나의 모터가 활성화하는 저마찰 모드로 작동될 수 있다. 로우 백래시 모드로 작동하고 있는 기계식 링크에서 연속적 장력을 방지함으로써, 개별 링크 조인트들이 경험하는 마찰이 감소된다. 저마찰 작동 모드는 조인트 및 리니어 모터의 마모율을 감소시키는데 도움을 준다. 또한, 각각의 모터가 연속적으로 활성화하지 않기 때문에, 로우 백래시 작동 모드에 비하여 저마찰 모드에서 효율 증가가 실현될 수 있다.

또한 주어진 시간에 시스템의 특별한 필요에 따라 회전식 액추에이터(100)의 작동 모드를 선택적으로 조정할 수 있다.

도 2는 제2 실시예의 회전식 액추에이터의 부분 측면도이다. 회전식 액추에이터(200)는 기준 구조물(210), 제1 단동 유압 모터(216), 제2 단동 유압 모터(231), 및 출력 부재(213)의 주요 구성요소를 포함한다. 회전식 액추에이터(200)는 출력 부재(213)에 견고하게 연결되어 있는 종동 부재(250)를 구동하도록 배열되어 있다.

제1 유압 모터(216)는 실린더(219) 및 피스톤(222)을 갖는다. 실린더(219)는 기준 구조물(210)에 견고하게 장착된다. 피스톤(222)은 피스톤(222)의 외부 표면과 실린더(219)의 내부 원통형 벽 사이에 밀봉을 유지하는 동안, 실린더(219) 내에서 피스톤(222)이 좌우로 활주하도록 실린더(219) 내에서 구성 및 배열되어 있다. 피스톤(222) 및 실린더(219)는 유압 포트(246)과 유체 소통하는 챔버(245)를 형성한다. 피스톤(222)은 연결 링크(248)의 좌측 단부에 연결되어 있는 피벗 조인트(247)를 갖는다. 연결 링크(248)의 우측 단부는 피벗 조인트(228)를 통해 출력 부재(213)에 연결된다.

출력 부재(213)는 피벗 조인트(214)를 통해 기준 구조물(210)에 연결되어 있으며, 상기 피벗 조인트(214)는 출력 부재(213)가 축(215)을 중심으로 기준 구조물(210)에 대하여 회전하도록 허용한다. 피벗 조인트(214)는 회전 위치 센서(217)를 가지며, 상기 회전 위치 센서(217)는 기준 구조물(210)과 출력 부재(213) 사이의 각도를 감지하며 이러한 각도 정보를 출력 라인(218)에 출력한다. 종동 부재(250)는 이 종동 부재(250)가 기준 구조물(210)에 대하여 출력 부재(213)와 함께 회전하도록 출력 부재(213)와 피벗 조인트(214)에 견고하게 연결되어 있다.

제2 유압 모터(231)는 기준 구조물(210)에 견고하게 장착되어 있는 실린더(234), 및 피스톤(237)을 갖는다. 피스톤(237)은 이 피스톤(237)의 외부 표면과 실린더(234)의 내부 원통형 벽 사이에 밀봉을 유지하는 동안, 실린더(234) 내에서 피스톤(237)이 좌우로 활주하도록 실린더(234) 내에서 구성 및 배열되어 있다. 피스톤(237) 및 실린더(234)는 유압 포트(256)과 유체 소통하는 챔버(255)를 형성한다. 피스톤(237)은 연결 링크(258)의 좌측 단부에 연결되어 있는 피벗 조인트(257)를 갖는다. 연결 링크(258)의 우측 단부는 피벗 조인트(240)를 통해 출력 부재(213)에 연결된다.

유압유는 포트(246, 256)에 의하여 각자의 단동 리니어 유압 모터(216, 231)에 공급된다. 리니어 모터(216, 231)에 의해 생성된 출력은 포트(246, 256) 내의 유체의 압력에 직접적으로 의존한다. 포트(246, 256) 내의 압력은 표준 유압 밸브에 의해 제어될 수 있다.

회전식 액추에이터(200)의 작동은 회전식 액추에이터(100)와 실질적으로 유사하다. 더 구체적으로, 유압 모터(216, 231)는 모두 기준 구조물(210)가 출력 부재(213) 사이에 "미는" 힘들을 생성하고, 상기 미는 힘들 각자는 기준 구조물(210)과 출력 부재(213) 사이에 적용될 반대 극성의 토크를 초래한다. 유사하게, 회전식 액추에이터(100)의 작동에서, 모터(119, 131)는 기준 구조물(110)과 출력 부재(113) 사이에 대향한 토크를 생성한다. 또한, 회전식 액추에이터(200)는 회전식 액추에이터(100)를 위한 작동 모드와 유사한 로우 백래시 모드 및 저마찰 모드로 작동될 수 있다.

리니어 유압 모터들(216, 231)의 치수들은 실질적으로 동일하다. 특히, 실린더(219)의 단면적은 실린더(234)의 단면적과 실질적으로 동일하다. 이러한 치수들은 피스톤(222)이 피스톤(237)의 동등한 우향 변위를 위해 포트(256) 내로 흐르는 용적과 대등하게 우향으로 변위될 때 유압유의 용적이 포트(246)를 통해 유입하도록 초래한다. 회전식 액추에이터(200)가 "센터링(center)" 될 때, 피스톤(222)이 피스톤(237)과 동등한 양만큼 변위된다는 것을 의미하고, 출력 부재(213)의 회전이 피스톤(237)의 좌향 변위와 실질적으로 동등한 피스톤(222)의 우향 변위를 초래한다. 회전식 액추에이터(200)의 이러한 "평형식 용량(balanced displacement)"의 특성은 회전식 액추에이터(200)를 구동하는데 사용된 전체 유압 시스템에 대해 중대한 긍정적 영향을 미친다. 유압 저장소를 제외하여 유압 시스템 내의 활성적인 전체 유압 용적은 회전식 액추에이터(200)와 같은 "평형식 용량" 액추에이터만을 갖는 시스템에서 대체로 일정하게 유지될 것이기 때문에, 시스템의 효율은 상당하게 개선된다. 비평형식 유압 시스템에 비하여, 고압 유체의 일 포텐셜(work potential)은 시스템 유압 용적에서의 총량이 감소할 때마다 손실되지는 않는다.

도 3 내지 도 10으로 돌아가서, 먼저 도 3에서, 제3 실시예의 회전식 액추에이터(300)는 샤프트(313)(도 6 및 도 8에 가장 잘 도시됨)를 둘러싸는 주요 본체(306)와 함께 형성되어 있는 하우징(303)을 갖는다. 샤프트(313)는 대향 단부들에서 베어링(도시되지 않음)에 장착될 수 있으며, 그리고 출력 부재(316)가 중심의 길이방향 샤프트 축(319)을 중심으로 회전하도록 샤프트(313)와 일체로 형성되거나 이에 부착될 수 있는 출력 부재(316)를 구비할 수 있다. 하우징(303)은 또한 주요 본체(306)로부터 연장하는 2개의 실린더(322, 325)를 포함한다. 실린더(322, 325)는 피스톤(328, 331)(도 6 및 도 8에 도시됨)을 위한 챔버를 형성한다. 피스톤(328, 331)은 실린더(322, 325)에서 사용하기에 적절한 원형 단면을 가진다. 실린더(322, 325)는 이 실시예에서 이하에 상세히 설명된 바와 같은 단동 유압 실린더이다. 본 개시에 기초하여 기술에 숙련된 자는, 용어 실린더가 리니어 모터의 배럴을 설명하는 것으로 사용되며 어떠한 특정 형상으로 제한할 의도는 없으며, 다른 형상의 피스톤을 수용하기 위해 다른 형상의 챔버도 적절하다는 것을 이해할 것이다. 예를 들어, 실린더는 비원형 단면을 갖는 배럴, 또는 대체로 프리즘 형상을 갖는 배럴을 지칭할 수 있다. 실린더(322, 325)는 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이 샤프트 축(319)의 대향 측면들에 배치되어 있는 각자의 길이방향 축(323, 324)을 가진다.

도 6에서, 하우징(303)은 피스톤(328, 331)의 배열을 도시하기 위해 명료성 때문에 제거되어 있다. 피스톤(328, 331)은 중심의 길이방향 샤프트 축(319)의 대향 측면들에 배치된 크랭크핀(334, 337)에 연결된다. 따라서, 피스톤(328)의 하향 운동이 샤프트(313)가 도 6의 방향에 대하여 축(319)을 중심으로 반시계 방향으로 회전하도록 초래하고, 피스톤(331)의 하향 운동이 샤프트(313)가 도 6의 방향에 대하여 축(319)을 중심으로 시계방향으로 회전하도록 초래한다. 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 실린더(322, 325)는 샤프트(313)의 길이를 따라 다른 위치들에 장착될 수 있다. 추가로, 도 4에 가장 잘 도시된 바와 같이, 피스톤(328, 331)은 서로 엇갈리게 또는 오프셋으로 위치될 수 있다.

피스톤(328)은, 이 피스톤(328)이 실린더(322) 내에 설치될 때 압력 챔버의 단부벽을 형성하는 실질적으로 평평한 표면(340)을 제1 단부(343)에서 갖는다. 실린더(322)는, 표면(340)에 인접한 챔버의 부분이 작동하는 유체에 노출된 바로 그 부분이기 때문에 단일 작동한다. 따라서, 피스톤(328)만이 하나의 압력 챔버에 대하여 밀봉되어야 하며, 피스톤(328) 및 연결봉(349)은 제2 단부(346)에서 밀봉되지 않는다. 연결봉(349)은 이하에 상세히 설명되어 있는 볼 및 핀 구조물(352)에 의하여 피스톤(328)에 부착되어 있다. 연결봉(349)의 레그(362, 365)는 이하에 상세히 설명된 바와 같이 샤프트(313)상의 크랭크핀(334)에 연결되어 있다. 피스톤(331)은 평평한 표면(332)을 가지며 그리고 실린더(331) 내에 설치되고, 피스톤(328)과 동일한 방법으로 연결봉(349)에 의해 크랭크핀(337)에 연결되어 있다.

도 9로 돌아가서, 피스톤(328) 및 연결봉(349)이 더 상세히 도시되어 있다. 피스톤(328)의 상단면(340)은 작업 유체에 노출되어 있다. 피스톤(328)은 기술에 숙련된 자에게 알려져 있는 바와 같이 실린더 내부에서 활주 및 밀봉 결합을 위한 링(350, 353)을 갖는다. 연결봉(349)은 제2 단부(357, 358)로 하향 및 약간 외향으로 연장하는 한 쌍의 레그(362, 365)를 가진다. 레그(362, 365)는 크랭크핀(334 또는 337)를 수용하기 위해 레그를 관통하여 배치된 개구(363, 366)를 갖는다. 개구(363, 366)는 부싱 등과 같은 베어링 표면(367)(도 10a)을 통상적으로 구비하며, 이는 기술에 숙련된 자가 알게 될 것이다. 도 10a로 돌아가서, 연결봉(349)은 볼(359) 내에 장착된 핀(356)에 의해 피스톤(328)에 연결되어 있다. 연결봉(349)은 볼(359)을 수용하기 위한 개구(354)를 갖는다. 볼(359)은 핀(356)을 수용하기 위한 중심 개구를 갖는다. 피스톤(328)은 연결봉(349)의 제1 단부(351)를 수용하기 위한 중심 축방향 개구(329)를 가지며, 피스톤 축(370)에 대하여 횡단 방향(화살표 369로 지칭됨)으로 핀(356)을 수용하기 위해 피스톤(328)의 대향 측면들에 배치된 한 쌍의 횡단 개구(364, 368)를 갖는다. 핀(356)은 볼(359)의 개구와 핀(328)의 횡단 개구(364, 368)를 통과하여 배치되고, 연결부재(373)에 의해 제위치에 고정된다. 도 10b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 연결부재(373)는 한 단부(379)에서 플랜지(377)를 갖는 몸체(375)를 가지며, 한 단부(385)에서 플랜지(383)를 갖는 캡(381)을 갖는다. 연결부재(373)의 두 부분이 부착될 때, 플랜지(377, 383)가 핀(356)이 볼(359)과 피스톤(328)의 횡단 개구(364, 368)에서 빠져나오는 것을 방지한다. 연결부재(373)의 몸체(375)는 길이방향 축(388)의 방향으로 연장하는 긴 섹션(387)을 갖는다. 긴 섹션(387)은 원위 단부(390)를 향해 배치된 폭 감소부(389)를 갖는다. 폭 감소부(389)는 핑거(391)로 연장하며, 이 핑거(391)는 원위 단부(390)에서 끝나는 섹션(392) 및 앵글 섹션(393)을 위한 긴 섹션(387)의 잔여부와 동일한 폭을 가진다. 캡(381)은 원주 둘레에 배치된 개구(396)를 갖는 원통부(393)를 갖는다. 링(397)이 개구(396)의 대향 측에 형성되고, 이 링(397)이 원위 단부(399)에서 끝난다.

중공 핀(356)이 피스톤(328)의 대향 측면들에서 횡단 개구(364, 368)를 통해 그리고 볼(359)를 통해 설치되고, 연결부재(373)의 몸체(375)를 핀(356)을 통해 배치하고 캡(381)을 몸체(375)의 원위 단부(390)에 부착함으로써 고정된다. 캡(381)이 몸체(375)와 결합되어 있을 때, 핑(391)가 내향으로 휘어지며 다음에 개구(396) 내로 스냅 결합되고, 링(399)이 몸체(375)상의 폭 감소부(389)로 끼워진다.

상술한 볼 및 핀 구조물(352)은 기계적인 장점을 제공하며 연결봉(349) 및 핀(356)의 크기 및 중량을 감소시킨다. 핀(356)은 압력 챔버로부터 받은 힘을 볼(359)로 전달하고, 볼(359)이 핀(356)로부터 오는 힘을 크랭크샤프트(313)로 전달한다. 피벗 조인트 대신에 볼(359)을 사용함으로써 어떠한 오정렬로부터 오는 응력을 해방시키는데 유용한 추가의 자유도를 허용하게 된다.

연결봉(349)을 피스톤(328)에 결합하기 위한 다른 구조물도 또한 적절하며 기술에 숙련된 자는 알게 될 것이다.

제1, 제2 및 제3 실시예는 몇가지 놀라운 장점을 제공한다. 회전식 액추에이터(100, 200, 300)는 출력 부재를 제어함에 있어서 고정밀도를 제공하는 로우 백래시 모드에서 선택적으로 작동될 수 있게 하는 장점을 갖는다. 추가로, 로우 백래시 모드의 작동이 선택사양이기 때문에, 정밀 작동이 저마모 작동 모드로 대체될 수 있다.

추가로, 회전식 액추에이터(100, 200, 300)는 평형식 유압 액추에이터라는 장점을 갖는다. 특히, 평형식 유압 액추에이터 시스템에서 유압유의 등가량이 수축하는 챔버에서 배출하는 유체의 용적만큼 팽창하는 챔버로 들어간다. 유체 및 힘 평형식 액추에이터 시스템을 가지면 다수의 장점이 허용된다. 평형식 유압 시스템은 더 큰 유압 펌프 효율을 제공한다. 추가로, 평형식 유압 작동을 위해 더욱 적합한 사축식 유압 펌프와 같은 유압 펌프가 사용될 수 있다. 또한, 평형을 이룬 힘들이 더욱 간단한 서보 제어기의 디자인을 가능하게 하는데, 왜냐하면 서보 제어 알고리즘 및 유압 제어 밸브가 우측/좌측 힘 차이를 고려할 필요가 없기 때문이다.

또한 회전식 액추에이터(100, 200, 300)는 매우 얇은 엔벨로프(envelope)를 갖는 장점을 가진다. 특히, 도 7에 도시된 바와 같이, 회전식 액추에이터(300)의 수평방향 폭은 대등한 종래 기술의 시스템보다 더 작다. 실린더(328, 331)들이 엇갈려 서로 오프셋되어 있기 때문에, 실린더(328, 331)들이 엇갈려 오프셋되어 있지 않으면 할 수 없는 얇은 액추에이터 엔벨로프가 달성된다. 추가로, 회전식 액추에이터(300)에서 각각의 피스톤 연결봉(349)이 이중 레그(도 6, 362 및 365) 피벗 조인트 연결과 큰 표면적의 볼 조인트(352)를 가지기 때문에, 조인트를 손상시키지 않고 상당히 큰 힘이 가해질 수 있고, 다음에 더 짧은 레버 암 및 얇은 엔벨로프를 가능하게 한다.

추가로, 리니어 액추에이터가 단지 단동 리니어 액추에이터만을 필요로 하기 때문에, 단동 리니어 액추에이터는 종래 기술의 복동 리니어 액추에이터에 비하여 더 작은 부품수, 더 저렴한 비용, 더 단순한 디자인을 제공한다. 액추에이터(100, 200, 300)에서 사용된 단동 리니어 모터도 역시 작은 유압 누출율을 갖는 장점을 제공한다. 특히, 종래 기술의 복동 유압 피스톤은 통상적으로 피스톤의 한측면에 작용하는 고압실을 통과하는 피스톤 링크를 가진다. 그러한 종래 기술의 시스템은 피스톤 링크 표면을 가로질러 고압 밀봉을 필요로 하며, 그것은 디자인 및 유지에 문제를 일으키고 종종 중대한 누출을 초래한다. 유일한 고압 밀봉이 개시된 실시예에서는 피스톤 외부 표면과 실린더 내부 표면 사이에 있기 때문에, 종래 기술의 피스톤 링크 밀봉에서 발생한 것과 같은 고도의 유압유 누출이 없다.

도 11 내지 도 15는 회전식 액추에이터의 제4 실시예의 도면들을 제공한다. 도 11은 도 12의 정면도에서 단면선 11-11을 취한 회전식 액추에이터(400)의 측단면도이다. 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 회전식 액추에이터(400)는 하우징(410), 출력 샤프트(413), 실린더(419), 피스톤(422), 연결 링크(448), 및 슬라이드 베어링(447)을 포함한다. 도 11은 또한 좌단부 플레이트(490) 및 우단부 플레이트(491)를 도시한다. 단부 플레이트(490)는 도 12에서 제거되어 있다.

하우징(410)은 주철, 강철, 복합재, 고강도 플라스틱, 또는 기타 유사한 재료와 같은 강성 불침투성 재료로 형성된다. 하우징(410)은 기준 구조물에 액추에이터(400)를 볼트결합 또는 장착하기 위한 표면을 제공한다. 실린더(419)는 하우징(410)의 관통보어로서 형성된다. 실린더(419)는 제1 단부(471) 및 제2 단부(472)를 가지며 대체로 중공 원통형이다. 제1 단부(471)와 제2 단부(472) 사이의 대략 중간에서 실린더(419)의 상부벽은 홀(470)을 갖는다.

피스톤(422)은 실린더(419) 내에서 활주 결합상태로 배열되고 구성되어 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 피스톤(422)은 실린더 내에 절삭가공된(cut into) 대체로 직각 프리즘형 영역(401)을 갖는 대체로 원통형이다. 특히, 도 11의 방향에서 도시된 바와 같이, 피스톤(422)은 그 측면에 배열된 실린더의 일반적인 형상을 갖는다. 피스톤(422)은 실린더(419)의 내경과 실질적으로 유사한 직경을 갖는 좌측 수직 원형 단부 표면(473)을 갖는다. 실린더(419)의 시계방향 외주를 따라서, 표면(473)의 상부 에지가 수평 원통 표면(475)에 연결된다. 수평 원통 표면(475)은 실린더(419)와 마주보는 리지들을 가지며, 피스톤(422)과 실린더(419) 사이에서 밀봉부를 보유하도록 구성되어 있다. 그러한 밀봉부는 링 형상이며 Teflon 또는 기타 유사한 재료로 제조된다. 원통 표면(475)은 화형 수직 표면(476)에 연결되도록 우향으로 연장한다. 환형 수직 표면(476)은 평탄한 수평 표면(477)으로 하향 연장한다. 평탄한 수평 표면(477)은 도 11에 도시된 바와 같이 지면에 수직인 방향을 갖는 원통 축을 갖는 반원통형 표면(478)에 연결되도록 우향으로 연장한다. 표면(478)은 먼저 하향하고 다음에 우향으로 연장하고, 평탄한 수평 표면(479)을 향해 다시 상향 연장한다. 표면(479)은 표면(477)과 동일한 평면에서 평행하다. 표면(479)은 환형 수직 표면(480)으로 우향으로 연장한다. 환형 표면(480)은 외경을 갖는다. 이러한 외경은 실린더(419)의 직경과 실질적으로 동일하다. 표면(480)은 수평 원통 표면(481)에 연결되도록 상향 연장한다. 수평 원통 표면(481)은 또한 실린더(419)와 마주보는 리지들을 가지며 밀봉부를 보유하도록 구성되어 있다. 표면(481)은 수직 원형 표면(474)으로 우향으로 연장한다. 표면(474)은 하향 연장하여 지점(482)에서 다시 원통 표면(481)과 연결된다. 도 11에 도시된 바와 같이, ㄷ도면 부호 481 및 482는 섹션 플레인(section plane)에 의해 절삭된 동일한 원통 표면을 가리키고 있다. 도면 부호 481 및 482로 가리키는 표면은 또한 도면 부호 475 및 483으로 가리킨 것과 동일한 표면이다. 도면 부호 482에서의 표면은 도면 부호 483으로 좌향 연장한다. 도면 부호 483에서의 표면은 수직 원형 표면(473)의 하부 단부와 접촉하게 되고, 피스톤(422) 둘레에서 시계방향 주변 워크(perimeter walk)를 완성한다.

원통 표면(478)의 중심 영역을 통해 수직 관통보어(485)가 지나간다. 원통 표면(478) 내에 정밀한 허용오차로 원통형 슬라이드 베어링(447)이 배열된다. 슬라이드 베어링(447)은 지면(도 11을 바라보는 방향에서)에 대해 접근 및 후퇴하는 측방향 슬라이딩과 또한 원통 표면(478)의 축을 중심으로 한 회전을 포함하는 2개의 자유도로서 피스톤 표면(478)에 대해 자유로이 활주한다.

슬라이드 베어링(447)은 표면(478)의 원통 축과 동일축상에 있는 원통 축을 갖는 대체로 원통형이다. 슬라이드 베어링(447)은 원통형 관통보어(486)을 가지며, 이 원통형 관통보어는 로드(rod)형 연결 링크(448)의 하부 단부(448a)를 활주 결합으로 보유한다. 특히, 링크(448)는 라인(487)을 따라 슬라이드 베어링(447)에 배하여 활주할 수 있다. 연결 링크(448)는 홀(470)을 통해 연장하며, 여기서 링크가 출력 부재(413)와 연결되고, 그 상부 단부(448b)가 계속해서 챔버(403) 내로 연장한다. 챔버(403)는 하우징(410)의 상부 벽, 단부 플레이트(490, 491), 영역(401) 및 실린더(419)의 상부 벽에 의해 형성되어 있다. 챔버(403)는 홀(470), 영역(401) 및 하우징(410)의 상부 벽에 배열된 유체 포트(499)와 유체 소통한다.

출력 부재(413)는 홀(470)을 가로질러 배열되고 피벗 조인트(414)에 연결된다. 피벗 조인트(414)는 출력 부재(413)가 도 11에 도시된 바와 같은 지면에 대해 수직인 방향을 갖는 축(415)을 중심으로 하우징(410)에 대해 회전하도록 허용한다. 출력 부재(413)는 링크 부재(448) 둘레에서 슬리브를 형성하여 링크(448)를 움직이지 않게 단단히 결합하여 보유하는 원통형 관통보어(488)를 갖는다. 또한 피벗 조인트(414)는 링크(448)에 연결되어 있어서 링크(448)의 운동이 축(415)을 중심으로 한 회전 운동이 제한되도록 초래한다.

실린더(419)의 좌측 단부 및 우측 단부에 단부 플레이트(490, 491)가 각각 배열되고 하우징(410)에 부착되어 있다. 유압 포트(492)가 단부 플레이트(490)를 통과하여 챔버(494)에 연결되며, 이 챔버(494)는 실린더(419) 및 피스톤(473)에 의해 형성되어 있다. 유사하게, 유압 포트(493)는 단부 플레이트(491)을 통과하여 챔버(495)에 연결되며, 이 챔버(495)는 실린더(419) 및 피스톤 표면(474)에 의해 형성되어 있다. 링크(448)의 상부 단부(448b) 둘레에 슬라이드 베어링(447')이 위치한다. 슬라이드 베어링(447)과 실질적으로 유사한 슬라이드 베어링(447')은 도 11 내지 도 15에서 단지 입증할 목적으로만 도시되어 있다. 이 실시예는 슬라이드 베어링(447')을 가지지 않지만, 도 11 내지 도 15는 얼마나 용이하게 슬라이드 베어링(447')이 챔버(403) 내의 피스톤(422)에 대칭인 제2 피스톤과 함께 첨가될 수 있는지를 보여주고 있다.

도 13 내지 도 15는 피스톤(422), 연결 링크(448), 피벗 조인트(414) 및 슬라이드 베어링(447)을 포함하는, 도 11에 도시된 피스톤 조립체의 도면들을 도시한다. 도 13 내지 도 15에서 연결 링크(448)가 수직 방향에 있고 한편 도 11 및 도 12에서 연결 링크(448)가 회전된 형태로 있는 것에 주목하기 바란다.

도 11에서 도 15까지의 변화를 비교하면, 어떻게 슬라이드 베어링(447)이 반시계 방향으로 회전하였는지, 그리고 연결 링크 하부 단부(448a)가 슬라이드 베어링(447)에 대하여 하향으로 활주하여 보어 홀(486) 내로 삽입되어 있는지를 관찰할 수 있다.

회전식 액추에이터(400)는 일반적으로 포트(492, 493) 내에서 유압력을 조정하여 피스톤(422)이 좌측 또는 우측으로 이동하게 하고 다음에 연결 링크가 회전 레버처럼 작용하게 하고, 다음에 이것이 출력 링크(413)를 또한 회전시키도록 함으로써 작동된다.

예로서, 본 발명자들은 회전식 액추에이터(400)가 도 11에 도시된 바와 같은 상태에 있는 것을 생각하고 있으며, 여기서 회전식 액추에이터는 출력 부재(413)를 반시계 방향으로 회전시킬 필요가 있다. 첫째, 포트(492, 493)는 유압 제어 라인에 연결될 것이고, 하우징(410)은 기준 구조물상에 장착될 것이고, 출력 샤프트/링크(413)는 회전 구동될 부재에 연결될 것이다. 포트(492) 내의 유압력은 그때 증가되는 반면, 포트(493) 내의 유압력은 감소된다. 이것이 챔버(494) 내의 압력을 증가시키고, 챔버(495) 내의 압력을 감소시킨다. 챔버(494) 내의 압력이 챔버(495) 내의 압력보다 낮게 강하할 때, 우향하는 합력(net rightwards force)이 피스톤(422)에 효과적으로 가해진다. 더 구체적으로, 챔버(494) 내의 유체에 의한 압력이 원형 표면(473)에 우향 힘을 가한다. 유사한 좌향 힘이 챔버(495) 내의 압력에 의해 원형 표면(474)에 가해진다. 도면 부호 494 내의 압력이 도면 부호 495의 힘보다 크기 때문에, 우향 힘이 좌향 힘보다 크고, 그 결과 우향 합력이 피스톤(422)에 가해진다. 이러한 힘은 하우징(410) 및 단부 플레이트(490, 491)를 통해 피스톤(422)에서 효과적으로 조정된다.

피스톤(422)상의 우향 힘은 슬라이드 베어링(447)을 통해 연결 링크(448a)의 하부 단부에 우향 힘으로서 전달된다. 연결 링크(448)가 출력 샤프트(413)에 견고하게 연결되기 때문에, 그리고 링크(448) 및 출력 샤프트(413)가 피벗 조인트(414)에 연결되기 때문에, 연결봉(448)은 단지 피벗 조인트(414)에 대해 회전 운동만을 할 수 있다. 연결 링크(448)에 가해진 우향 힘은 연결 링크(448)가 피벗 조인트(414)에서 받침점을 갖는 레버로서 작용하도록 만든다. 따라서, 피스톤(422)에 의해 가해진 우향 힘은 연결 링크(448)상의 반시계 방향 토크로 변환되고, 다음에 이 토크가 출력 샤프트(413)에 전해진다.

피스톤(422)이 하우징(410)에 대해 우향으로 활주할 때, 연결 링크(448)가 하우징(410)에 대해 반시계 방향으로 회전한다. 연결 링크(448)가 반시계 방향으로 회전할 때, 링크(448)의 하단 단부(448a)는 슬라이드 베어링(447)에 대해 하향으로 활주해야 한다. 다시 말하면, 링크 하단 단부(448a)가 피벗 조인트(414)에 대해 원호로 이동해야 하기 때문에, 피스톤(422)에 대한 하단 단부(448a)의 수직 높이는 연결 링크(448)의 회전 각도가 변함에 따라 변해야 한다. 또한, 연결 링크(448)가 하우징(410)에 대해 반시계 방향으로 회전할 때, 슬라이드 베어링(447)은 또한 연결 링크(448)가 슬라이드 베어링(447)에 의해 작은 틈으로 둘러싸여 있기 때문에 피스톤(422)에 대해 반시계 방향으로 회전해야 한다.

연결 링크(448)와 피스톤(422)과 실린더(419) 사이의 정렬에 어떠한 오류가 있으면, 슬라이드 베어링(447)이 그러한 오정렬을 해결하기 위해 도 11에 도시된 바와 같은 지면에 대해 접근 또는 물러나도록 자유로이 활주한다. 예를 들어, 실린더(419)의 우측 단부가 지면 밖으로 약간 위로 경사지는 경우와 같이, 연결 링크(448)가 회전하는 평면에 대해 실린더(419)가 정확하게 수직으로 있지 않으면, 슬라이드 베어링(447)은 피스톤(422)이 연결 링크(448)와 비변형의(unstrained) 접촉상태를 유지하기 위해 좌우로 이동할 때 상향/하향으로 활주할 수 있을 것이다.

실린더(419)의 단면이 피스톤(422)의 우측면에서와 같이 피스톤(422)의 좌측면에서 동일하기 때문에, 포트(492)를 통해 유입해야 하는 유체 용적은 피스톤(422)의 우향 이동을 위해 포트(493)에서 유출하는 유체 용적과 동일해야 한다. 따라서 회전식 액추에이터(400)가 평형식 유압 액추에이터이다.

475 및 481에서 피스톤(422)과 실린더(419)에 배열된 밀봉부는 챔버(494, 495)로부터의 고압이 영역(401, 403) 내로 들어가지 않도록 방지한다. 따라서 출력 샤프트(413)가 어떠한 고압 챔버와 접촉하지 않는다. 포트(499)는 출력 샤프트(413) 및 연결 링크(448)를 윤활시키는데 필요할 수 있는 오일을 공급하는데 사용되거나, 또는 피스톤(422)과 실린더(419) 사이의 밀봉부에서 누출하는 어떠한 오일을 배출하는데 사용된다.

도 18 내지 도 21은 원통형 슬라이드 베어링(447)이 볼 슬라이드 베어링(547)으로 대체되어 있는 제2 버전 피스톤 조립체(505)를 갖는 회전식 액추에이터(400)의 변형을 도시한다. 도 18은 연결 링크(548)를 둘러싸는 볼 슬라이드 베어링(547)을 보유하며 피스톤(522)을 보여주는 제2 버전 피스톤 조립체(505)의 사시도이다. 도 19는 피스톤(522) 내에서 볼 슬라이드 베어링(547)의 배열을 보여주는 조립체(505)의 평면도이다. 도 20은 피스톤 조립체(505)의 측면도이고, 도 21은 도 19에서 선 21-21을 취한 측단면도이다. 도 21에 도시된 바와 같이, 볼 슬라이드 베어링(547)은 레이스(race)(507)를 통해 피스톤(522)에 2차원 회전 결합상태로 보유된다. 레이스(507)는 플랜지식 환형 단부 정지부(506)에 의해 피스톤(522)에 유지되어 있다. 볼 슬라이드 베어링(547)은 연결 링크(548)의 하부 단부(548a)가 볼 슬라이드 베어링(547)의 중심 관통보어 내로 출입이동하도록 선형으로 활주할 수 있게 허용한다.

볼 슬라이드 베어링(547)은 회전식 액추에이터(400)의 원통형 슬라이드 베어링(447)과 아주 유사하게 작동한다. 그러나, 도 21에 도시된 바와 같이, 슬라이드 베어링(447)과 같이 피스톤에 대해 지면으로 접근 및 물러나도록 하는 자유도를 제공하는 대신에, 볼 슬라이드 베어링(547)은 2개의 자유도, 즉 볼 슬라이드 베어링(547)과 피스톤(522) 사이에 회전운동을 제공한다. 이러한 제2 자유도는 연결 링크(548)가 도 21에 도시된 지면의 평면에 완전하게 배열되어 있는 않는 연결 링크(548)의 어떤 오정렬을 해결한다.

도 16 및 도 17은 회전식 액추에이터(400)와 유사하지만 4개의 실린더 및 4개의 피스톤을 갖는 회전식 액추에이터의 다른 실시예를 도시한다. 도 16은 단부 플레이트가 제거되어 평행한 실린더들(619a, 619b, 619c, 619d)을 보여주는 액추에이터(600)의 평면도이다. 도 17은 도 16에서 선 17-17을 위한 측단면도이다. 도 17에 도시된 바와 같이, 피스톤(622a, 622b)은 각자의 실린더(619a, 619b) 내에 배열된다. 피스톤(622a) 및 피스톤(622b)은 피벗 조인트(614)의 축에 대해 실질적으로 대칭이다. 시계방향 토크가 출력 샤프트(613)에서 필요하게 될 때, 피스톤(622a)은 우향으로 구동되며 한편 피스톤(622b)은 좌향으로 구동된다. 피스톤(622a, 622b)을 구동하는 유압 포트들은 유압식으로 연결될 수 있고 그렇지 않을 수도 있다. 피스톤들이 유압식을 연결되면, 유압 페이싱(phasing)이 용이할 것이다. 피스톤들이 유압식으로 연결되지 않으면, 페이싱이 더 어렵게 될 수 있고, 피스톤-실린더 페어들 중 하나가 유압식으로 타협하게 되면 시스템은 쓸모없게 될 것이다. 도시되지 않았지만, 피스톤(622c, 622d)은 피스톤(622a, 622b)과 면대칭이다. 4개의 피스톤 모두가 출력 샤프트(613)에 연결되어 있다.

실시예들(400, 600)은 종래 기술의 회전식 액추에이터 시스템에 비하여 놀라운 몇 가지 장점을 갖는다. 액추에이터(100, 200, 300)와 같이 회전식 액추에이터(400, 600)는 평형식 유압 액추에이터라는 장점을 갖는다. 예를 들어, 도 11을 참고하면, 피스톤(422)이 우향 이동할 때, 챔버(494)로 들어가는 유체 용적은 챔버(495)에서 나오는 유체 용적과 실질적으로 동일하다. 하나의 챔버를 통과하는 피스톤 로드를 갖는 종래 복동 피스톤에서, 피스톤 로드측 챔버로 들어가고/나가는 유체 용적은 피스톤 로드의 단면적 때문에 비피스톤 로드 챔버(non piston rod chamber)로 들어가고/나가는 유체보다 작다. 추가로, 피스톤 로드의 단면적은 주어진 유압을 위한 피스톤에 가해지는 힘이 피스톤 로드 없는 피스톤의 측면에서 차이가 나게 한다. 회전식 액추에이터(400)가 챔버(494 또는 495)를 통과하는 피스톤 로드를 갖지 않기 때문에, 챔버(494) 내의 주어진 압력에 대해 피스톤(422)에 가해진 힘의 크기는 등가 압력으로 놓인 챔버(495)에 의해 가해지게 될 반대 힘과 동일한 양이다. 유체 및 힘 평형식 액추에이터 시스템을 가짐으로써 다수의 장점이 있다. 평형식 유압 시스템은 더 큰 유압 펌프 효율을 제공한다. 추가로, 평형식 유압 작동에 적합한 사축식 유압 펌프와 같은 유압 펌프가 사용될 수 있다. 또한, 평형을 이룬 힘들은 더 단순한 서보 제어기의 설계를 가능하게 하는데, 왜냐하면 서보 제어 알고리즘 및 유압력 제어 밸브가 좌/우 힘 차이를 고려할 필요가 없기 때문이다.

추가로, 회전식 액추에이터(400, 600)는 액추에이터(100, 200, 300)에서 발견된 것과 같은 얇은 프로파일 및 작은 부품수를 갖는 장점을 구비한다. 얇은 프로파일은 이러한 액추에이터가 얇은 날개의 항공기 디자인 또는 얇은 프로파일을 요구하는 다른 환경에서 사용될 수 있게 한다.

도 22에 도시된 바와 같이, 다중 회전식 액추에이터(300)는 높은 구동 토크, 또는 결함 감내/리던던트(fault tolerant/redundant) 시스템을 달성하기 위해 동일한 출력 부재(316)을 구동하도록 조합될 수 있다. 액추에이터(300)들은 명료성을 위해 그들의 하우징이 제거된 상태로 도시되어 있다. 2개의 액추에이터(300)의 액추에이터 샤프트(313)가 서로 연결되어서 4개의 피스톤 모두에 의해 동시에 작용될 수 있는 단일 유닛을 형성하게 된다.

도 23은 하나 이상의 회전식 액추에이터(720)와 전기 유압식 사축식 펌프 시스템(73)을 포함하는 액추에이터 시스템(700)을 도시한다. 시스템(700)은 또한 유압 저장소(725) 및 서보 밸브 시스템(722)을 포함한다. 펌프(730)는 평형식 유압 시스템에서 효율적으로 작동하도록 특별하게 설계되어 있다.

도 24는 전기 유압식 사축식 펌프 시스템(730)의 측단면도를 제공한다. 펌프 시스템(730)은 사축식 펌프(740)의 주요 구성요소들, 기어박스(750), 전기 모터(760), 및 다른 구성요소들 각각을 함께 보유하는 하우징(731)을 포함한다. 펌프 시스템(730)은 구동될 때 유압 포트들(733, 735) 사이에서 압력차 및 유체 흐름을 발생한다.

사축식 펌프(740)는 피스톤 링크(738a, 738b)에 각각 연결되어 있는 피스톤 헤드(737a, 737b)를 내장한다. 피스톤 헤드(737a, 737b)는 베어링(739)에 의해 지탱된 펌프 몸체 내에 배열되어 있다. 피스톤 링크(738a, 738b)는 베어링(741)에 의해 서스펜드(suspend)되어 있는 로터(744)에 연결되어 있다.

기어 박스(750)는 기어(751, 752, 753)를 내장한다. 기어(751, 752, 753)는 하우징(731) 내에 보유된다. 기어박스(750)는 로터(744)에 기계식으로 연결되어 있다. 모터(760)는 기어박스(750)에 연결된 출력축(761)을 갖는다. 모터(760)는 또한 고정자(762) 및 회전자(763)를 갖는다. 기어박스(750)는 사축식 펌프 로터를 모터 축(761)보다 느린 속도로 회전하게 만드는 기계적 확대율을 제공하도록 구성되어 있다.

펌프 시스템(730)은 특히 평형식 유압 액추에이터에 사용되기에 적합하다. 사축식 펌프(740)만이 2개의 포트를 가지기 때문에, 상기 사축식 펌프는 시스템의 유압유 용적을 증가 또는 감소시키는 제3 유압 포트의 필요성을 발생하지 않는 평형식 유압 액추에이터에 특히 적합하다. 또한, 기계식 장점을 제공하는 기어박스의 사용은 펌프 시스템의 수명을 늘리며, 이는 항공기 응용에 특히 적합하다.

도시된 특별한 실시예는 또한 서보 제어기와 조합될 수 있다. 표준 서보 제어기는 지령된 출력 부재 토크/위치 및 측정된 출력 부재 토크/위치에 기초하여 리니어 모터의 힘 또는 위치 출력을 조정하기 위해 리니어 모터를 제어하는데 사용될 수 있다.

따라서, 회전식 액추에이터의 현재의 양호한 형태, 회전식 액추에이터 시스템, 및 회전식 액추에이터 작동 방법이 개시되고 설명되며, 여러 변형예가 설명되어 있지만, 기술에 숙련된 자는 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 다양한 추가 변화를 만들 수 있다는 것을 용이하게 인식할 것이다.

Claims

회전식 액추에이터로서,
기준 구조물;
축을 중심으로 상기 기준 구조물에 대하여 회전 운동이 가능하게 배열된 출력 부재;
제1 부재 및 제2 부재를 갖는 제1 리니어 모터로서, 상기 제1 부재 및 제2 부재를 대체로 직선 방향을 따라 벌어지게 강요하는 출력을 선택적으로 적용하도록 구성 및 배열된 제1 리니어 모터;
상기 기준 구조물에 연결된 상기 제1 리니어 모터의 제1 부재;
상기 출력 부재에 연결된 상기 제1 리니어 모터의 제2 부재로서, 상기 제1 리니어 모터가 상기 출력을 적용할 때 상기 출력 부재와 상기 기준 구조물 사이에 토크를 상기 축을 중심으로 제1 방향에서 발생하도록 구성 및 배열된 상기 제1 리니어 모터의 제2 부재;
제1 부재 및 제2 부재를 갖는 제2 리니어 모터로서, 상기 제2 리니어 모터의 제1 부재와 제2 리니어 모터의 제2 부재를 대체로 직선 방향으로 벌어지게 강요하는 출력을 선택적으로 적용하도록 구성 및 배열된 제2 리니어 모터;
상기 기준 구조물에 연결된 상기 제2 리니어 모터의 제1 부재; 및
상기 출력 부재에 연결된 상기 제2 리니어 모터의 제2 부재로서, 상기 제2 리니어 모터의 출력이 적용될 때 상기 출력 부재와 상기 기준 구조물 사이에 토크를 상기 축을 중심으로 제1 방향과 반대 방향에서 발생하도록 구성 및 배열된 상기 제2 리니어 모터의 제2 부재를 포함하는, 회전식 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 제1 리니어 모터는 단동 유압 모터를 포함하는 회전식 액추에이터.
제2항에 있어서,
상기 제1 리니어 모터의 제1 부재는 프리즘형 챔버를 포함하고, 상기 제1 리니어 모터의 제2 부재는 피스톤을 포함하는 회전식 액추에이터.
제3항에 있어서,
상기 프리즘형 챔버는 실린더인, 회전식 액추에이터.
제3항에 있어서,
상기 제1 리니어 모터는 상기 피스톤과 상기 출력 부재 사이에 배열된 피스톤 링크를 포함하는 회전식 액추에이터.
제3항에 있어서,
상기 제1 리니어 모터의 제1 부재는 상기 기준 구조물에 견고하게 장착되어 있는, 회전식 액추에이터.
제5항에 있어서,
상기 피스톤 링크 및 상기 피스톤은 볼 조인트를 통해 접속되어 있는, 회전식 액추에이터.
제5항에 있어서,
상기 피스톤 링크 및 상기 출력 부재는 피벗 조인트 또는 핀 조인트를 통해 접속되어 있는, 회전식 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 제1 리니어 모터 및 상기 제2 리니어 모터는 각각 대체로 평행한 작용 방향을 갖는, 회전식 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 출력 부재는 샤프트와, 상기 제1 모터의 제2 부재에 연결된 제1 피벗 베어링, 및 상기 제2 모터의 제2 부재에 연결된 제2 피벗 베어링을 포함하는 회전식 액추에이터.
제10항에 있어서,
상기 제1 피벗 베어링 및 상기 제2 피벗 베어링은 상기 축에 평행한 차원에서 오프셋에 의해 분리되어 있는, 회전식 액추에이터.
제10항에 있어서,
상기 제1 피벗 베어링과 상기 제2 피벗 베어링 및 상기 축은 동일 선상에 있는, 회전식 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 제1 리니어 모터의 제1 부재는 실린더를 포함하고, 상기 제1 리니어 모터의 제2 부재는 피스톤을 포함하고, 상기 피스톤은 제1 표면 및 제2 표면을 포함하고, 상기 제1 표면은 상기 실린더와 함께 제1 챔버를 형성하고, 상기 제2 표면은 상기 실린더와 함께 제2 챔버를 형성하는, 회전식 액추에이터.
제13항에 있어서,
상기 실린더는 대체로 원통형 표면을 포함하고, 상기 원통형 표면은 상기 피스톤의 제1 표면과 상기 피스톤의 제2 표면 사이에 홀을 포함하는 회전식 액추에이터.
제14항에 있어서,
상기 피스톤에 연결되고 상기 홀을 횡단하는 구동 링크를 추가로 포함하는 회전식 액추에이터.
제2항에 있어서,
상기 제2 리니어 모터는 단동 유압 모터를 포함하는 회전식 액추에이터.
제16항에 있어서,
상기 제1 리니어 모터 및 상기 제2 리니어 모터는 주어진 리니어 모터의 작용 직선 거리를 위해 변위된 동등한 유압유 용적을 갖는, 회전식 액추에이터.
제16항에 있어서,
상기 제1 리니어 모터 및 상기 제2 리니어 모터는 유압적으로 평형을 이루고 있는, 회전식 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 출력 부재는 항공기 조종익면에 연결되어 있는, 회전식 액추에이터.
제1항에 있어서,
상기 출력 부재와 상기 기준 구조물 사이의 각도를 측정하도록 구성 및 배열된 위치 센서를 추가로 포함하는 회전식 액추에이터.
제20항에 있어서,
서보 제어기를 추가로 포함하는 회전식 액추에이터.
축을 중심으로 샤프트를 회전하기 위한 액추에이터로서,
하우징;
상기 하우징 내에 배치되고, 내부에 제1 피스톤과 제1 연결 링크를 갖는 제1 단동 실린더;
상기 샤프트상에 배치된 크랭크; 및
상기 하우징 내에 배치되고, 내부에 제2 피스톤과 제2 연결 링크를 갖는 제2 단동 실린더를 포함하고;
상기 제1 및 제2 연결 링크는 상기 크랭크상에서 다른 위치들에 부착되어 있고;
상기 액추에이터는 상기 제1 단동 실린더의 작용이 크랭크를 제1 방향으로 회전시키며 상기 제2 단동 실린더의 작용이 상기 크랭크를 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 회전시키도록 구성 및 배열되어 있는, 액추에이터.
제22항에 있어서,
상기 제1 및 제2 실린더는 실질적으로 평행하게 배향되어 있는, 액추에이터.
제22항에 있어서,
상기 제1 및 제2 실린더 양쪽 모두는 백래시를 제거하기 위해 각각이 동일한 일반적 방향으로 힘을 제공하는 예압(pre-load)을 각각 가지도록 구성 및 배열되어 있는, 액추에이터.
제22항에 있어서,
상기 샤프트는 상기 하우징 내에 배치된 베어링 세트에서 회전하는, 액추에이터.
제22항에 있어서,
상기 샤프트는 항공기 조종익면에 연결되어 있는, 액추에이터.
제22항에 있어서,
상기 액추에이터는 제1 압력 챔버 및 제2 압력 챔버 중 하나에 추가의 압력을 적용함으로써 상기 크랭크를 제1 위치로부터 제2 위치로 이동시키도록 구성 및 배열되어 있는, 액추에이터.
제27항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 제1 및 제2 압력 챔버 내부에 실질적으로 동일한 압력을 제공함으로써 상기 크랭크의 위치를 유지할 수 있도록 구성 및 배열되어 있는, 액추에이터.
제27항에 있어서,
상기 액추에이터는 유압유가 상기 제1 또는 제2 압력 챔버로 유입 또는 유출하지 않게 함으로써 상기 크랭크의 위치를 유지하도록 구성 및 배열되어 있는, 액추에이터.
제22항에 있어서,
상기 제1 및 제2 단동 실린더는 원형이 아닌 단면을 갖는, 액추에이터.
제22항에 있어서,
상기 제1 연결 링크는 볼 조인트를 통해 상기 제1 피스톤에 연결되어 있는, 액추에이터.
제22항에 있어서,
상기 제1 연결 링크 및 상기 출력 부재는 피벗 조인트 또는 핀 조인트를 통해 연결되어 있는, 액추에이터.
제22항에 있어서,
상기 제1 및 제2 단동 실린더는 상기 축에 평행한 차원에서 오프셋에 의해 분리되어 있는, 액추에이터.
제22항에 있어서,
상기 제1 및 제2 단동 실린더는 공통 보어를 공유하는, 액추에이터.
제22항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 제1 단동 실린더가 상기 샤프트의 운동을 위해 상기 제2 단동 실린더에 의하여 흡인된 유압유의 용적과 실질적으로 동일한 유압유의 용적을 방출하도록 구성 및 배열되어 있는, 액추에이터.
제22항에 있어서,
상기 샤프트와 상기 하우징 사이의 각도를 측정하도록 구성 및 배열되어 있는 위치 센서를 추가로 포함하는 액추에이터.
제36항에 있어서,
서보 제어기를 추가로 포함하는 액추에이터.
기준 구조물;
축을 중심으로 상기 기준 구조물에 대하여 회전 운동이 가능하게 배열된 출력 부재;
제1 부재 및 제2 부재를 갖는 제1 리니어 모터로서, 상기 제1 부재 및 제2 부재를 대체로 직선 방향을 따라 벌어지게 강요하는 출력을 선택적으로 적용하도록 구성 및 배열된 제1 리니어 모터;
상기 기준 구조물에 연결된 상기 제1 리니어 모터의 제1 부재;
상기 출력 부재에 연결된 상기 제1 리니어 모터의 제2 부재로서, 상기 제1 리니어 모터가 상기 출력을 적용할 때 상기 출력 부재와 상기 기준 구조물 사이에 토크를 상기 축을 중심으로 제1 방향에서 발생하도록 구성 및 배열된 상기 제1 리니어 모터의 제2 부재;
제1 부재 및 제2 부재를 갖는 제2 리니어 모터로서, 상기 제2 리니어 모터의 제1 부재와 제2 리니어 모터의 제2 부재를 대체로 직선 방향으로 벌어지게 강요하는 출력을 선택적으로 적용하도록 구성 및 배열된 제2 리니어 모터;
상기 기준 구조물에 연결된 상기 제2 리니어 모터의 제1 부재; 및
상기 출력 부재에 연결된 상기 제2 리니어 모터의 제2 부재로서, 상기 제2 리니어 모터의 출력이 적용될 때 상기 출력 부재와 기준 구조물 사이에 토크를 상기 축을 중심으로 제1 방향과 반대 방향에서 발생하도록 구성 및 배열된 상기 제2 리니어 모터의 제2 부재를 포함하는 액추에이터를 작동하는, 액추에이터 작동 방법에 있어서,
백래시가 감소될 수 있도록, 상기 제1 리니어 모터가 제1의 영이 아닌 힘(non-zero force)을 적용하게 하며 상기 제2 리니어 모터가 제2의 영이 아닌 힘을 적용하게 하는 단계를 포함하는, 액추에이터 작동 방법.
제38항에 있어서,
지령된 출력 부재 특성을 수신하는 단계;
상기 출력 부재가 상기 지령된 출력 부재 특성과 일치하지 않는 실제 특성을 가질 때 상기 제2의 영이 아닌 힘에 대하여 상기 제1의 영이 아닌 힘을 조정하는 단계를 추가로 포함하는 액추에이터 작동 방법.
제39항에 있어서,
상기 출력 부재 특성은 상기 기준 구조물에 대한 각도인, 액추에이터 작동 방법.
제40항에 있어서,
토크가 상기 출력 부재와 상기 기준 구조물 사이에 적용될 수 있도록, 상기 출력 부재가 상기 지령된 출력 부재 각도 위치보다 작은 각도를 가질 때 상기 제1의 영이 아닌 힘에 대하여 상기 제2의 영이 아닌 힘을 증가시키는 단계를 추가로 포함하는, 액추에이터 작동 방법.
유압 액추에이터로서,
길이방향 축과 제1 단부 및 제2 단부를 갖는 대체로 원통형의 내부면을 갖는 실린더로서, 상기 내부면은 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에 배열된 구멍을 갖는 구성으로 된, 실린더;
상기 실린더 내부에서 활주 이동이 가능하게 구성 및 배열되고 제1 표면 및 제2 표면을 가지는 피스톤으로서, 상기 제1 표면과 상기 제2 표면은 상기 길이방향 축을 따라 대체로 반대 방향으로 향하며, 상기 제1 표면은 상기 실린더와 함께 제1 챔버를 형성하고 상기 제2 표면은 상기 실린더와 함께 제2 챔버를 형성하는 구성으로 된, 피스톤;
상기 제1 챔버와 유체 소통하는 제1 유압 포트;
상기 제2 챔버와 유체 소통하는 제2 유압 포트; 및
제1 단부 및 제2 단부를 가지며 상기 홀을 통과하도록 배열된 구동 링크로서, 상기 구동 링크의 제1 단부가 상기 피스톤상에서 상기 제1 표면과 상기 제2 표면 사이의 한 위치에 연결되어 있는, 구동 링크를 포함하고;
상기 피스톤이 상기 실린더에 대하여 이동할 때 상기 실린더에 대하여 상기 구동 링크의 운동을 초래하도록 구성 및 배열되어 있는, 유압 액추에이터.
제42항에 있어서,
상기 구동 링크는 상기 제1 챔버 또는 상기 제2 챔버를 통과하지 않는, 유압 액추에이터.
제42항에 있어서,
기준 구조물과, 상기 구동 링크와 상기 기준 구조물 사이의 피벗 조인트를 추가로 포함하고, 상기 피벗 조인트는 축을 중심으로 상기 구동 링크와 상기 기준 구조물 사이에서 회전 운동을 허용하도록 구성 및 배열되어 있고, 상기 실린더는 상기 기준 구조물에 장착되어 있는, 유압 액추에이터.
제42항에 있어서,
상기 실린더에 대하여 회전 운동이 가능하게 구성 및 배열된 구동 샤프트를 추가로 포함하고, 상기 구동 샤프트는 상기 구동 링크에 연결되어 있는, 유압 액추에이터.
제42항에 있어서,
상기 실린더는 비원형 단면을 갖는, 유압 액추에이터.
제42항에 있어서,
상기 구동 링크는 피벗 또는 핀 조인트를 통해 상기 피스톤에 연결되어 있는, 유압 액추에이터.
제42항에 있어서,
상기 구동 링크는 유니버설 조인트를 통해 상기 피스톤에 연결되어 있는, 유압 액추에이터.
제42항에 있어서,
상기 구동 링크는 볼 조인트를 통해 상기 피스톤에 연결되어 있는, 유압 액추에이터.
제42항에 있어서,
상기 제1 챔버 및 상기 제2 챔버는 유압적으로 평형을 이루고 있는, 유압 액추에이터.
제42항에 있어서,
상기 액추에이터는 상기 제1 챔버가 상기 실린더에 대한 상기 피스톤의 운동을 위해 상기 제2 챔버에 의하여 흡인된 유압유의 용적과 실질적으로 동일한 유압유의 용적을 방출하도록 구성 및 배열되어 있는, 유압 액추에이터.
제42항에 있어서,
상기 구동 링크와 상기 실린더 사이의 각도를 측정하도록 구성 및 배열되어 있는 위치 센서를 추가로 포함하는 유압 액추에이터.
제52항에 있어서,
서보 제어기를 추가로 포함하는 유압 액추에이터.
액추에이터 동력 시스템으로서,
제1 유압 포트, 제2 유압 포트 및 입력 구동 샤프트를 갖는 사축식 유압 펌프와,
상기 사축식 펌프가 기어 샤프트보다 느린 속도로 회전하도록 초래하는 기계적 확대율(advantage)을 제공하기 위해 상기 사축식 펌프 입력 구동 샤프트에 기계식으로 연결된 기어 샤프트를 갖는 기어 조립체를 포함하고,
상기 기어 샤프트가 회전될 때 상기 제1 유압 포트와 상기 제2 유압 포트 사이에 유체 흐름을 초래하도록 구성 및 배열되어 있는, 액추에이터 동력 시스템.
제54항에 있어서,
상기 기어 샤프트에 연결된 전기 모터를 추가로 포함하는 액추에이터 동력 시스템.
제55항에 있어서,
상기 사축식 유압 펌프로부터 동력을 받도록 구성 및 배열된 유압 평형식 회전식 액추에이터를 추가로 포함하는 액추에이터 동력 시스템.