具有包括双向泵的密闭液压系统的自持式液压致动器系统在本领域中是已知的。迄今为止，这些系统需要双向电机来驱动泵。因此，泵旋转的速度和方向进而通过系统的流体流的速度和方向是驱动泵的电机的运动的直接结果。最适合于此目的的电机是电动伺服电机，其能够根据需要迅速改变速度和方向。这在运动仿真领域中是特别有意义的。
存在许多与使用伺服电机来驱动双向泵相关的缺点。一个主要缺点是由于在任务的执行期间，双向伺服电机必须构造为多次执行并承受速度和/或方向的严格的显著瞬时变化，所以它们是昂贵的。
因此存在对于自持式液压线性致动器系统的需求，该系统具有泵和线性致动器，该泵的泵组件是可调节的，由此以控制通过系统的流体流的速度和方向，而该线性致动器响应于该流体流。如果系统包括密闭液压系统，将是有利的。

本发明是一种自持式液压线性致动器系统，该系统具有泵和线性致动器，该泵的泵组件是可调节的，由此以控制通过系统的流体流的速度和方向，而该线性致动器响应于该流体流。
根据本发明的另一教义，一种自持式液压致动器系统包括：a)驱动电机，其构造为以基本恒定的速度旋转；b)液压泵，其通过该驱动电机驱动；c)液压线性致动器，其与该液压泵处于流体连通，由此以通过正向流动状态沿第一方向以及通过反向流动状态沿第二方向进行驱动；d)控制系统，其与该液压泵关联，该控制系统构造为控制液压泵在正向流动状态、非流动状态与反向流动状态之间的调节，并且该控制系统包括双向电机，使得该调节的速度和方向通过该双向电机来执行；以及e)定位系统，其构造为提供关于液压线性致动器的位置信息。
根据本发明的又一教义，液压泵包括可控变量泵组件，使得所述调节包括可控变量泵组件的变化。
根据本发明的另一教义，液压泵包括定子和布置在该定子内的转子，并且可控变量泵组件的变化包括调节定子与转子之间的位置关系。
根据本发明的又一教义，液压泵是叶片泵。
根据本发明的另一教义，定位系统包括位置反馈系统，该位置反馈系统构造为提供关于液压线性致动器的位置信息。
根据本发明的又一教义，该位置反馈系统包括与致动器关联的光学编码器和线性电位计中的至少一个。
根据本发明的另一教义，液压泵与致动器之间的流体连通经由密闭的液压系统。
根据本发明的又一教义，还提供：a)流体膨胀贮槽；以及b)阀结构，其构造为保持流体膨胀贮槽与液压泵的下游端口之间的流体连通。
根据本发明的另一教义，液压泵构造有第一端口和第二端口，并且该第一端口和该第二端口交替用作上游端口和下游端口，使得当第一端口用作上游端口时，第二端口用作下游端口，而当第一端口用作下游端口时，第二端口用作上游端口，因此，取决于第一端口和第二端口中的哪一个用作下游端口，该阀结构保持流体膨胀贮槽与第一端口和第二端口中的一个之间的流体连通。
根据本发明的又一教义，流体膨胀贮槽是不开孔的。
附图说明
这里参考附图仅通过示例对本发明进行描述，其中：
图1是根据本发明的教义构造和操作的自持式液压线性致动器系统的优选实施例的侧视图；
图2是图1的实施例的顶视图；
图3是沿线A-A截取的图1的实施例的横剖视图，显示了朝着泵外壳的左侧调节的定子；
图4是沿线B-B截取的图1的实施例的横剖视图，显示了朝着泵外壳的左侧调节的定子；
图5是沿线B-B截取的图1的实施例的横剖视图，显示了朝着泵外壳的左侧调节的定子；
图6是沿线B-B截取的图1的实施例的横剖视图，显示了调节到中性位置的定子；
图7是根据本发明的教义构造和操作的优选液压回路的示意图，显示了布置处于流体供应状态的梭动阀；
图8是根据本发明的教义构造和操作的优选液压回路的示意图，显示了布置处于流体接收状态的梭动阀；
图9是根据本发明的教义构造和操作的用于线性致动器的控制系统的优选实施例的框图。

本发明是一种自持式液压线性致动器系统，该系统具有泵和线性致动器，该泵的泵组件是可调节的，由此以控制通过系统的流体流的速度和方向，而该线性致动器响应于该流体流。
参考附图和所附的描述可更好地理解根据本发明的自持式液压线性致动器系统的原理和操作。
作为介绍，本发明的液压线性致动器系统包括泵，该泵构造为沿单一方向以基本恒定的速度旋转。因此，驱动泵的驱动电机能是诸如本领域中已知的单向恒速电机，而不是双向变速的伺服电机。与采用更昂贵的双向变速伺服电机的系统相比，这为本发明的液压线性致动器系统提供了明显的成本优势。
通过调节泵的构造来控制流体通过系统的方向和流速，泵可在正向流动状态、中性的非流动状态与反向流动状态之间调节。液压线性致动器响应于通过系统的流体的流动，由此以通过泵的正向流动状态沿第一方向移置以及通过泵的反向流动状态沿第二方向移置。
应注意的是此处术语“顺时针”、“逆时针”、“左”和“右”的使用参照如图中所示的方向来使用。
现在参照附图，图1和图2分别示出了本发明的液压线性致动器系统2的优选实施例的外部的侧视图和顶视图。此处显示了驱动电机4、容纳步进电机的步进电机外壳6、线性致动器8和泵20，如将在下文讨论的，该步进电机执行泵的构造的调节。流体膨胀贮槽40附接到泵20，将在下文对流体膨胀贮槽40进行讨论。
驱动电机优选是AC电动机。然而，应注意的是可使用基本任何驱动装置，诸如但不限于DC电动机和内燃发动机来驱动泵。
如此处所示的，线性致动器8可以是液压缸和活塞致动器，其中致动器缸10经由泵20的致动器附属延伸部12刚性附接到泵20，该致动器附属延伸部12构造有流体通道，所述流体通道在泵20与致动器缸10之间提供流体连通。将认识的是致动器8不需附接到泵20并且流体连通可通过本领域中已知的基本任何方法，诸如但不限于软管、管子、管道以及任何其它合适的流体导管来提供。此外将认识的是基本任何液压驱动装置都可与本发明的泵20关联。
在此处描述的优选实施例中，所示的泵20是构造有可控变量泵组件的旋转叶片泵。然而，应注意的是本发明的原理也可同等有利地应用于活塞泵。如图3-6中所示，布置在泵外壳22内的变量泵组件包括可移置的定子24以及布置在该定子24内的具有多个叶片28的转子26。定子24构造为绕枢轴30旋转，而转子26在静止位置中旋转。因此，定子24与转子26之间的位置关系可进行调节。当对定子24与转子26之间的位置关系进行调节时，工作泵容积32在定子24内的位置改变，如图4-6中清楚示出的。这还改变了工作泵容积32与入口/出口34和36的位置关系。此处将端口34和36称为入口/出口，因为它们的作用随着通过泵的流体流的方向改变。关于此处的讨论，认为转子沿顺时针方向(见箭头38)旋转。
在图4中，定子24移置到最左侧，并且工作泵容积32的大部分位于转子26的左侧。因此，流体在膨胀冲程期间通过入口/出口36吸入工作泵容积32中，该入口/出口36此时用作入口。随着泵来到排放冲程，流体被迫通过入口/出口34从工作泵容积32排出，该入口/出口34此时用作出口。
在图5中，定子24基本居中布置并且工作泵容积32基本均匀地分布在转子26周围。因此，既没有膨胀冲程也没有排放冲程并且基本没有流体被吸入工作泵容积32中或被迫通过入口/出口34和36两者中的任何一个从工作泵容积32排出。在此“中性”位置时，在液压系统内实现非流动状态。
在图6中，定子24移置到最右侧，并且工作泵容积32的大部分位于转子26的右侧。因此，流体在膨胀冲程期间通过入口/出口34吸入工作泵容积32中，该入口/出口34此时用作入口。随着泵来到排放冲程，流体被迫通过入口/出口36从工作泵容积32排出，该入口/出口36此时用作出口。
由于这种构造，通过泵20并因此通过该系统的流体流的速度和方向通过调节定子24与转子26之间的位置关系来控制。由于入口/出口的定位，当定子24定位在中间的、“中性”位置时(图5)，在液压系统内实现非流动状态。当定子24远离该中性位置沿第一方向，例如向左移置时(图4)，实现正向流动状态。当定子24远离该中性位置沿第二方向，例如向右移置时(图6)，实现反向流动状态。将认识的是定子移置得离中性位置越远，将移动通过泵20的流体就越多。移动通过泵的流体的量影响致动器移置的速度和距离。将理解的是将转子旋转的方向以及被认为是正向和反向流动状态的流体流的方向认为是设计考虑，并且不将此处所用的示例看作限制。
定子24的位置的调节通过双向步进电机(这里未示出)来执行，该步进电机容纳在步进电机外壳6中并通过包括位置控制器64的控制系统控制。步进电机驱动齿轮60，该齿轮60与从定子24延伸的正齿轮段62相互作用。由于这种构造，步进电机的旋转的速度和方向影响定子24移置的速度和方向。如此处所示的，步进电机沿顺时针方向的旋转将使定子24向左移置，而逆时针旋转将使定子24向右移置。将认识的是尽管此处描述的本发明的优选实施例使用步进电机来调节定子24的位置，但这无意作为对本发明的范围的限制。因此，不同的实施例，其中定子24的位置的调节直接通过另一驱动装置，诸如但不限于双向电机或与变向齿轮系结合的单向电机来执行。
如图9中所示，步进电机的速度和旋转方向通过位置控制器64来控制。在本发明的此实施例中，当位置控制器接收到使液压线性致动器8到达预期位置的指令时，基于来自反馈系统的反馈来确定液压线性致动器8的当前位置，该反馈系统包括与液压线性致动器8关联的光学编码器70。应注意的是代替或除了光学编码器之外，可通过线性电位计来提供关于液压线性致动器8的位置的反馈。基于液压线性致动器8的当前位置以及拟执行该位置变化的速度来确定步进电机66必须采取的旋转方向和步数以及采取该步进所必须的步进率。然后包括在步进电机驱动器68中的脉冲发生器以适当的速率传送适当的脉冲，从而促使步进电机66旋转必需的量以便使定子24到达所需位置，从而实现液压线性致动器8的预期位置。将认识的是在本发明的具有远程致动器，即不直接附接到泵20的致动器的实施例中，控制系统可构造有COM端口以提供进入该控制系统的外部连接。
值得注意的是与使用步进电机并基于所采用的步数和步进的方向跟踪位置的现有技术的系统不同，本发明只是为了控制定子24移置的方向和量以及该移置发生的速度而使用步进电机66的特征。液压线性致动器8的位置通过定位系统来监控，该定位系统包括向位置控制器64提供位置反馈的编码器66。由于步进电机66的旋转与液压线性致动器8的移置不直接相关，所以这为液压线性致动器8的真实位置提供了更精确的指示。更确切地，步进电机66的旋转与定子24的位置直接相关，而该定子24执行液压线性致动器8的移置。
将认识的是因为活塞的一侧包括致动器杆14(图1和图2)，所以液压缸和活塞致动器在密闭液压系统中的使用提出了活塞的两侧之间的容积差的问题。解决此问题的一种方式是包括流体膨胀贮槽40和阀42，以控制进入和离开流体膨胀贮槽40的流体的流动。另一解决方法可包括将液压线性致动器8构造为具有两个致动器杆14，每个杆延伸到活塞的一侧，从而有效地消除两侧之间的容积差。
如上所述，通过本发明的液压泵的流体流的方向通过定子24的移置来控制。因此，如图7和图8的示意图中所示的，泵20的入口和出口交替用作上游和下游端口，使得当第一端口44用作上游端口时，第二端口46用作下游端口，而当第一端口44用作下游端口时，第二端口46用作上游端口。因此，阀42，优选如此处所示的梭动阀保持流体膨胀贮槽40与第一端口44和第二端口46中当时用作下游端口的那一个之间的流体连通。也就是说，阀42构造为响应于液压系统内的压力差并且保持流体膨胀贮槽40与泵20的低压侧之间的流体连通。应注意的是尽管阀42优选是梭动阀，但是任意合适阀结构的使用都在本发明的范围内。
图7示出了在液压线性致动器8的膨胀冲程期间的流体流。如上所述，从活塞的这一侧的缸移置的流体的量不够填充活塞另一侧的缸的液压容积。因此，在泵20的下游侧，梭动阀42定位为允许流体从流体膨胀贮槽40流入液压回路的主流动流48中。在此情形中，端口44用作下游端口。
图8示出了在液压线性致动器8的收缩冲程期间的流体流。这里，从缸移置的流体的量超过填充活塞的另一侧的缸的液压容积所需的量。因此，在泵20的下游侧，梭动阀42定位为允许流体从液压回路的主流动流48流入流体膨胀贮槽40中。在此情形中，端口46用作下游端口。
将认识的是在本发明的优选实施例中，流体膨胀贮槽40是密闭的，即不开孔的，从而保持液压系统作为密闭系统。可选地，流体膨胀贮槽40可被加压，优选加压到2个大气压的压力。
本发明的另一可选特征是与驱动电机4关联的飞轮80的布置，当使用沿单一方向以基本恒定的速度旋转的装置时，这种布置在本领域中是已知的。与使用飞轮将在其中起反作用的双向驱动电机的系统相比，这为本发明的系统提供了独特的能量使用优点。
将认识的是以上描述仅意在作为示例，并且在本发明的精神和范围之内，许多其它实施例也是可能的。