專利名稱:電動液壓系統(tǒng)和具有雙向電機/液壓泵單元的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種控制一雙向致動器的操作的電動液壓系統(tǒng),特別是一種用于這樣一種系統(tǒng)中的一雙向電機/液壓泵單元。
發(fā)明的背景和概述用于控制一聯(lián)接于一負荷的雙向致動器的操作的電動液壓系統(tǒng)一般包括用于向馬達供電的電子電路和控制流體從泵向致動器的流動并從而控制致動器的運動的電磁閥,例如伺服閥或比例閥。一個或多個傳感器可以連接于致動器和/或與該致動器聯(lián)接的負荷,以便提供指示致動器或負荷運動的信息,從而控制電子裝置,并對致動器和負荷的位置、速度和/或加速度提供閉合環(huán)路控制??刂崎y將來自泵的過剩的液體送回,這意味著能量由于轉(zhuǎn)化成熱而損失掉。有人試圖通過控制泵的排量來減少這種能量損失,這使得泵機構(gòu)成本提高,且結(jié)構(gòu)復(fù)雜,是人們所不希望的。而且,液壓控制導(dǎo)致流體粘性、流體溫度和共振穩(wěn)定性的變化。
因此,本發(fā)明的總的目的是提供電動液壓控制系統(tǒng),其加強了對一雙向液壓致動器的操作的電控,同時消除了上述現(xiàn)有技術(shù)中的一個或多個缺陷。具體地說,本發(fā)明的一個目的是提供一種電動液壓控制系統(tǒng),其消除了雙向液壓控制閥的電控,且流向致動器的液流的方向和質(zhì)量都由電機和泵的可變操作所控制。本發(fā)明的另一目的是提供一個具有所述特征的系統(tǒng),其中通過控制向一雙向電機的供電實現(xiàn)電子控制,該雙向電機聯(lián)接于一雙向液壓泵。本發(fā)明的另一個相關(guān)的目的是提供一集成的電機/液壓泵單元,其包括一雙向電機和一個或多個泵,泵安裝在并聯(lián)接于電機上,用于提供作為對電機供電的函數(shù)的雙向液流。
按照本發(fā)明的一電動液壓控制系統(tǒng)包括一雙向電機(即,一可逆電機),其響應(yīng)于供電,沿兩個方向中的一個方向旋轉(zhuǎn),和一液壓泵,其聯(lián)接于電機,并具有孔,用于在作為電機旋轉(zhuǎn)的方向的一個函數(shù)的兩個流動方向中的一個方向上提供液壓流體。一液壓致動器聯(lián)接于泵,用于在兩個流動方向中的一個方向上接收流體,并作為其一函數(shù)做功。一電子控制器向電機供電,以便在致動器上獲得一個理想的做功等級。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中,該電子控制器包括一個或多個操作上聯(lián)接于致動器的傳感器,用于作為致動器運動的一函數(shù)向電機供電。在本發(fā)明的本優(yōu)選實施例中,雙向電機包括一流體冷卻電機,而系統(tǒng)包括用于按規(guī)定路線發(fā)送液壓流體,使其穿過泵與致動器之間的電機殼體的液壓閥。
閥優(yōu)選與泵和致動器操作地聯(lián)接,以便控制泵與致動器之間的流體流動。這種閥優(yōu)選包括響應(yīng)于液壓流體的方向和/或壓力來控制泵與致動器之間的控制液流的被動液壓閥。這些閥可以包括一個控制一個兩級卸壓閥的通氣口的液控單向閥、一用于控制流體流過致動器的方向的液控順序閥或一液控卸載閥和/或用于在泵上的流體孔和致動器之間控制流體流動方向的單向閥。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中,雙向電機具有一聯(lián)接于雙向液壓泵的電機輸出軸。該電機具有一個或多個端板,軸伸入端板。在本發(fā)明的一些實施例中,液壓泵包括一安裝在一個電機端板上并直接聯(lián)接于軸的雙向泵。在本發(fā)明的其它實施例中,液壓泵包括一對單向液壓泵,優(yōu)選安裝在相對的電機端板上,并由一對方向聯(lián)接器聯(lián)接于電機軸,因此,泵作為軸的旋轉(zhuǎn)方向的函數(shù)交替地與軸聯(lián)接。泵(或多個泵)具有作為入口和出口的孔,系統(tǒng)還包括對液壓流體流的方向和/或壓力響應(yīng)的閥,用以控制致動器與泵孔之間的流體流動。與此類似,致動器具有一對孔,閥響應(yīng)于液壓流體流動的方向和/或壓力,以控制流體流向致動器孔。
按照本發(fā)明的一第二方面,提供一電機/液壓泵單元作為一個集成的組件,其包括一個雙向電機、一個液壓泵和一個聯(lián)接器,該雙向電機具有一電機輸出軸和至少一個端板,所述軸伸入端板內(nèi),所述液壓泵安裝在電機端板上,所述聯(lián)接器將所述軸聯(lián)接于泵。泵可以包括一直接聯(lián)接于電機輸出軸的雙向泵。該泵也可以包括一對單向泵,其安裝在電機殼體的相對的端板上,并由一對單向聯(lián)接器聯(lián)接于電機輸出軸,該對單向聯(lián)接器作為軸的旋轉(zhuǎn)方向的函數(shù)選擇性地將泵聯(lián)接于軸。最優(yōu)選的是,電機為一流體冷卻的電機,其具有一殼體,殼體上帶有用于通過殼體提供流體的孔,電機殼體連接于泵,為液壓流體確定了在電機殼體與泵之間的流動路線。在本發(fā)明的最優(yōu)選的實施例中,一消音罩圍繞著集成的電機/泵單元,流體入口和出口穿過該罩。
附圖的簡要描述通過下面的描述、權(quán)利要求書和附圖將會最好地了解本發(fā)明及其目的、特征和優(yōu)點,其中
圖1是按照本發(fā)明的一優(yōu)選實施例的一電動液壓控制系統(tǒng)的一功能框圖;圖2是圖1所示系統(tǒng)中的流體冷卻的雙向電機/液壓泵單元的一簡圖;和圖3-7是圖1所示的控制系統(tǒng)的各替換實施例的功能框圖。
優(yōu)選實施例的詳細描述圖1示出按照本發(fā)明的一目前優(yōu)選的實施例的電動液壓控制系統(tǒng)10,它包括一流體冷卻的雙向的集成的電機/液壓泵單元12,其具有一對流體通孔50、52,這對孔通過相應(yīng)的單向閥14、16連接于一雙向旋轉(zhuǎn)流體致動器18上的相應(yīng)的孔18a、18b。致動器18有用于與一適合的負載(未示出)連接的輸出軸20。一對液控順序或卸載閥22、24具有分別連接于致動器18的入口18a、18b的入口和連接于相反的致動器入口的控制口。閥22、24的流體出口連接于集成的電機/泵單元12的電機殼體28上的一液體入口26。殼體28還通過一入口29從一貯液槽30接收補充流體。一個電子控制器32從一外部源(未示出)接收一個輸入指令信號,并提供一個輸出控制信號,作為這種指令信號與來自一個或多個傳感器34的反饋信號的差的函數(shù),傳感器34連接于致動器18和/或相關(guān)的負荷??刂破?2的輸出控制著電機驅(qū)動電子裝置36,以便從一適用的電源向集成的單元12的電機供電。
圖2更詳細地示出一集成的電機/泵單元12。電機殼體28具有一殼體隔板或端板單元40,電機輸出軸42伸入其內(nèi)。一個雙向液壓泵44安裝在端板40上,并具有一輸入軸46,該輸入軸由一聯(lián)接器48直接聯(lián)接于電機輸出軸42。泵44具有一對流體孔50、52,根據(jù)泵的旋轉(zhuǎn)方向,這兩個孔交替地起到流體入口和出口的作用。端板40具有空心的內(nèi)部,軸42、46伸入其中,聯(lián)接器48也設(shè)置在其內(nèi)。冷卻流體流入并穿過電機殼體28,進入端板40的空心內(nèi)部,并從一對端板出口54、56中流出???4經(jīng)一單向閥58連接于泵孔50,孔56經(jīng)一單向閥60連接于泵孔52。端板40安裝于電機殼體28和泵44,從而形成一集成的單元組件,在電機、泵和端板部件之間流體密封。最優(yōu)選的是,電機控制電子裝置32和電機驅(qū)動電子裝置36(見圖1)安裝在一電子裝置罩殼61內(nèi)的一散熱器63上,以便與電機殼體28進行熱交換,并由通過電機殼體28的液體冷卻。電子裝置32、36接收電能,并由連接器裝置65連接于傳感器34(見圖1)。同樣最優(yōu)選的是,具有板上電子裝置32、36的集成的電機/泵單元12設(shè)置在一消音罩62內(nèi)并由該消音罩所封閉(見圖1),這樣能夠?qū)﹄姍C進行流體冷卻,如在美國專利US5354182中所描述的。
在運行中,首先假設(shè)電機/泵單元12在一個使泵孔52為入口的方向上旋轉(zhuǎn)。流體通過單向閥60從端板40上的孔56被吸入孔52(見圖2)。流體在壓力下從泵孔50經(jīng)過單向閥14供入致動器18的孔18a。當(dāng)孔18a處的壓力適合于開啟閥24時,流體從致動器孔18b中經(jīng)過閥24供入殼體入口26(圖1和2),并從而進入電機/泵單元12的電機中,以冷卻電機繞組。當(dāng)致動器18達到需要的位置時,操作位置控制模式的傳感器34對此給予指示,控制電子裝置32和驅(qū)動電子裝置36終止電機/泵單元12的運行,閥24關(guān)閉,且致動器18液壓鎖定在位。若要逆向運轉(zhuǎn),在相反的方向上操作電機/泵單元,因此,孔50變成泵入口,從端板孔54中經(jīng)過單向閥58抽吸流體。流體在壓力下從泵孔52經(jīng)單向閥16進入致動器18的孔18b。當(dāng)這種流體的壓力達到順序或卸載閥22的控制設(shè)定值時,閥22開啟,因此,流體從致動器孔18a經(jīng)閥22和孔26進入電機殼體。因此,在電機/泵旋轉(zhuǎn)的兩個方向上都形成一穿過電機殼體通向泵的封閉的流體通路。任何所需的補償流體都從貯液槽30中抽取。
圖3-7示出圖1所示的系統(tǒng)的各種改進。在圖1-7中,同樣的標(biāo)號表示同樣的部件,相同的標(biāo)號后面加上一個字母表示相關(guān)的部件。
圖3示出一改進的控制系統(tǒng)70,其中用一個集成的流體冷卻的電機/液壓泵單元72代替了圖1中的電機/泵單元12。在單元72中,一對雙向泵74、76安裝在電機殼的軸向上隔開的端板78、80上。殼體72內(nèi)的電機由相關(guān)的雙向聯(lián)接器82、84連接于相應(yīng)的泵,使得一個或另一個泵74、76在沿各方向的旋轉(zhuǎn)過程中操作地聯(lián)接于電機軸,而另一個泵單元空轉(zhuǎn)。各泵74、76具有一相關(guān)的入口和一出口,該入口從電機殼體內(nèi)接收流體,而該出口通過一相關(guān)的單向閥14、16連接于一單桿直線致動器86的相關(guān)側(cè)。順序或卸壓閥22、24像圖1所示那樣連接,以便從致動器86的一側(cè)或另一側(cè)向電機/泵單元72的入口26選擇性地返回流體。入口26還從貯液槽30接收補充液體。一壓力傳感器34a連接于致動器86的一個腔室,以便向控制器32提供一個相應(yīng)的流體壓力信號。一個位置、速度和/或加速度傳感器34b連接于致動器86的桿或與其相聯(lián)的負荷,以便向控制器32提供相應(yīng)的運動指示信號。這樣,當(dāng)控制器32和放大器36在一個例如使泵74通過聯(lián)接器82聯(lián)接于電機并且泵76空轉(zhuǎn)的方向上驅(qū)動電機/泵單元72的電機時,流體通過單向閥14被輸送到致動器86的一側(cè)。當(dāng)流體壓力超過閥24的設(shè)定值時,流體從致動器86的相對側(cè)經(jīng)閥24被輸送到電機殼體入口26。當(dāng)在相反的方向上致動電機時,泵76運轉(zhuǎn),通過單向閥16和22將致動器86移動到相反的方向。
圖4示出用于從一空冷電機/泵單元94操作一雙桿直線致動器92的控制系統(tǒng)90。泵44的孔50直接連接于致動器92的一側(cè),而致動器92的相對側(cè)直接連接于泵孔52。致動器92的桿連接于一位置、速度和/或加速度傳感器34b,用于向控制器32提供相應(yīng)的運動信號。當(dāng)操作電機/泵單元94,使孔50為一出口而孔52為入口時,流體在壓力下提供到致動器92的一側(cè),并從相對側(cè)撤回。補充流體可通過一單向閥96從一貯液槽30a獲得。當(dāng)電機/泵單元94在相反方向上運轉(zhuǎn)時,流體在壓力下從泵孔52輸送到致動器92的第二側(cè),并從致動器92的第一側(cè)撤回到泵入口50中,補充流體還是通過一單向閥98從一貯液槽30b中獲得。
圖5示出一系統(tǒng)100,其特征在于如圖3所示帶有相關(guān)的傳感器34a和34b、順序或卸載閥22和24以及單向閥14和16的單桿線性制動器86與圖4所示的空冷雙向的集成的電機/液壓泵單元94的結(jié)合。從前面的討論中自然可以看出圖5中的系統(tǒng)100的操作。
圖6示出一系統(tǒng)102,其特點是圖3所示的帶有相關(guān)的傳感器34a和34b、單向閥14、16和順序或卸載閥22和24的單桿線性致動器86與一同樣示于圖3中的具有安裝在其端板78、80上的單向泵74、76的空冷雙向電機/泵單元104的結(jié)合。圖6中的系統(tǒng)102與圖3中的系統(tǒng)70的主要區(qū)別在于流體由閥22和24返回到連接于圖6中的單向泵74、76的入口側(cè)的貯液槽30,而不是返回到圖3中的電機殼體流體入口26。
圖7示出一系統(tǒng)106,其特點是借助于一對液控單向閥108、110實現(xiàn)向致動器86的和來自致動器86的流動的控制,上述一對液控單向閥108、110控制一對兩級壓力釋放閥112和114的通氣孔。液控單向閥108、110開啟,允許流體以低于順序或卸載閥22和24的壓力流動。壓力釋放閥112和114為流體流向泵入口或貯液槽提供一較大的橫剖面。這個大的通道在低壓時開啟,其隨著順序閥收縮,順序閥提供對于所施加的壓力的一開啟比例。減壓閥112、114還針對超壓的輸入線路對致動器提供保護。
這樣就提供了一種電動液壓控制系統(tǒng)和一用于該系統(tǒng)的集成的雙向電機/液壓泵單元,其完全滿足了前面提出的各目標(biāo)。在所公開的各實施例中,借助于向泵所施加的電能的大小和方向的電子控制獲得對致動器的運動的控制。在各實施例中,控制集成的電機/泵單元的電機,以便只提供滿足負荷運動要求所需的液壓流動。流體的流量作為電機速度的函數(shù)來控制,而電機速度又可以借助于任何適用的電子方法來控制,例如,如果電機是一交流電機,則可以控制所施加的頻率??刂齐姍C旋轉(zhuǎn)的方向,以控制致動器和負荷的運動方向。流體壓力通過控制施加給電機的電流幅度來控制。控制電子裝置32可以以任何適合的常用模式操作,例如位置、速度和/或加速度控制模式。與此類似,電機驅(qū)動電子裝置36也可以以任何適用的通常的方式操作,例如一種變頻控制模式或動力矢量控制模式。泵電機可以包括一交流異步無刷伺服電機、一交流同步電機或一直流同步無刷伺服電機,與此相應(yīng),電機控制器可以包括一交流可調(diào)速度驅(qū)動裝置、一交流伺服驅(qū)動裝置或一直流無刷伺服驅(qū)動裝置。液壓泵可以為任何適用的通常的類型,例如固定排量活塞泵、固定排量葉片泵或固定排量齒輪泵。
權(quán)利要求
1.一種電動液壓控制系統(tǒng),其包括一雙向電機裝置,其響應(yīng)于供電,沿兩個方向中的一個方向旋轉(zhuǎn);液壓泵裝置,其聯(lián)接于所述電機裝置,并具有孔,用于在作為所述電機裝置旋轉(zhuǎn)的方向的一個函數(shù)的兩個流動方向中的一個方向上提供液壓流體;聯(lián)接于所述電機裝置的液壓致動器,用于在兩個流動方向中的一個方向上接收流體,并作為其一函數(shù)做功;和電子控制裝置,用于向所述電機裝置供電,以便在所述致動器裝置上獲得一個理想的功。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于其還包括操作地聯(lián)接于所述泵裝置和所述致動器裝置的閥裝置,所述致動器裝置用于控制在所述泵裝置和所述致動器裝置之間的流體流動。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng),其特征在于所述閥裝置包括響應(yīng)于液壓流體流動的方向和/或壓力以控制在所述電機裝置與所述致動器裝置之間的流體流動的被動液壓閥。
4.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其特征在于所述閥裝置包括控制流體流過所述致動器裝置的方向的順序閥裝置,其選自液控單向閥、液控順序閥和液控卸載閥。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng),其特征在于所述閥裝置包括控制相關(guān)的兩級壓力釋放閥的通氣孔的液控單向閥。
6.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng),其特征在于所述泵裝置具有至少兩個流體孔,所述閥裝置包括控制在所述流體孔與所述致動器裝置之間的流體流動方向的單向閥裝置。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于所述雙向電機裝置具有一電機輸出軸,所述液壓泵裝置包括聯(lián)接于所述軸的雙向液壓泵裝置。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng),其特征在于所述雙向液壓泵裝置包括一直接聯(lián)接于所述軸的雙向泵。
9.如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng),其特征在于所述雙向泵具有一對流體孔,根據(jù)所述電機輸出軸的旋轉(zhuǎn)方向,所述孔交替地起到入口和出口的功能,所述系統(tǒng)還包括響應(yīng)于液壓流體流動的方向和/或壓力以控制在所述致動器裝置與所述泵孔之間的流體流動的閥裝置。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng),其特征在于所述致動器裝置具有一對流體孔,所述閥裝置還響應(yīng)于液壓流體的流動方向和/或壓力,以控制流體向所述致動器流體孔的流動。
11.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng),其特征在于所述雙向液壓泵裝置包括一對雙向液壓泵和一對方向聯(lián)接器,它們分別將所述泵聯(lián)接于所述電機輸出軸,使所述泵根據(jù)所述軸的旋轉(zhuǎn)方向交替地聯(lián)接于所述軸。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng),其特征在于所述雙向泵具有一入口和一出口,所述系統(tǒng)還包括響應(yīng)于液壓流體流動的方向和/或壓力以控制在所述致動器裝置與所述泵孔之間的流體流動的閥裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng),其特征在于所述致動器裝置具有一對流體孔,所述閥裝置還響應(yīng)于液壓流體流動的方向和/或壓力,以控制流體流向所述致動器流體孔。
14.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng),其特征在于所述雙向電機裝置具有一個或多個端板,所述電機輸出軸伸入其內(nèi),所述液壓泵裝置安裝在所述一個或多個端板上,與所述電機裝置形成一單元組件。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng),其特征在于所述雙向電機裝置包括一流體冷卻的電機,其具有一殼體,殼體上帶有孔,用于穿過所述殼體提供流體,所述系統(tǒng)還包括用于為在所述泵裝置與所述致動器裝置之間通過所述電機殼體的流體規(guī)定路線的裝置。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng),其特征在于所述電子控制裝置以這樣的方式安裝在所述電機殼體上,使得穿過所述電機殼體的流體通過所述電子控制裝置,并對其冷卻。
17.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng),其特征在于其還包括一消音封閉罩,其圍繞并封閉所述單元組件。
18.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于所述電子控制裝置包括傳感器裝置,其操作地聯(lián)接于所述致動器裝置,以便根據(jù)所述致動器裝置的運動向所述電機提供電能。
19.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于所述雙向電機裝置包括一流體冷卻的電機,其具有一殼體,殼體上帶有孔,用于穿過所述殼體提供流體,所述系統(tǒng)還包括用于為在所述泵裝置與所述致動器裝置之間穿過所述電機殼體的流體規(guī)定路線的裝置。
20.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于所述電機裝置包括一電機,其選自交流同步無刷伺服電機、交流異步電機和直流同步無刷伺服電機。
21.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于所述液壓泵裝置包括至少一個液壓泵,其選自固定排量柱塞泵、固定排量葉片泵和固定排量齒輪泵。
22.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于所述電子控制裝置選自交流可調(diào)速驅(qū)動器、交流伺服驅(qū)動器和直流無刷伺服驅(qū)動器。
23.如權(quán)利要求22所述的系統(tǒng),其特征在于所述電子控制裝置包括用于以至少一種控制模式操作的裝置,所述控制模式選可變頻控制和動力矢量控制。
24.如權(quán)利要求1其特征在于所述致動器裝置選自單桿線性致動器、雙桿線性致動器和雙向旋轉(zhuǎn)致動器。
25.一集成的電機/液壓泵單元,其包括一雙向電機,其具有一電機輸出軸和至少一個端板,所述軸伸入所述端板,一液壓泵安裝在所述端板上,一聯(lián)接器將所述軸聯(lián)接于所述泵。
26.如權(quán)利要求25所述的單元,其特征在于所述泵包括一雙向泵,所述聯(lián)接器將所述泵聯(lián)接于所述軸,使其與所述軸一起在兩個方向上旋轉(zhuǎn)。
27.如權(quán)利要求25所述的單元,其特征在于所述泵包括一對單向泵,所述聯(lián)接器包括一對單向聯(lián)接器,其根據(jù)所述軸的旋轉(zhuǎn)方向交替地將所述泵聯(lián)接于所述軸。
28.如權(quán)利要求27所述的單元,其特征在于所述電機有一對端板,而所述一對泵安裝在所述端板的相應(yīng)的一個上。
29.如權(quán)利要求25所述的元件,其特征在于所述電機包括一流體冷卻電機,其具有一殼體,殼體上帶有孔,用于穿過所述殼體提供流體,所述單元還包括用于為所述電機殼體與所述泵之間的液壓流體規(guī)定路線的裝置。
30.如權(quán)利要求29所述的元件,其特征在于其還包括用于對所述電機供電、以便從所述泵獲得理想的輸出的電子控制裝置,和將所述電子控制裝置安裝到所述電機殼體上,以便由通過所述殼體送入的流體冷卻的裝置。
31.如權(quán)利要求30所述的單元,其特征在于其還包括一消音罩,其圍繞并封閉所述單元組件。
全文摘要
一電動液壓控制系統(tǒng),其包括一液壓泵(44),其聯(lián)接于一雙向電機(12),并具有孔(50、52),用于根據(jù)電機的旋轉(zhuǎn)方向在兩個流動方向中的一個方向上提供液壓流體。一電子控制器(32)連接于一個或多個傳感器(34),選擇性地聯(lián)接于致動器,因此,根據(jù)致動器的運動控制電機。雙向電機為一流體冷卻電機,系統(tǒng)包括用于為液壓流體穿過在泵與致動器之間的電機殼體的液壓流體規(guī)定路線的閥(22,24)。
文檔編號F15B11/00GK1237233SQ97199665
公開日1999年12月1日 申請日期1997年9月5日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月13日
發(fā)明者J·V·布盧姆奎斯特, A·J·尼米爾克 申請人:維克斯公司