[發明專利]流體伺服及應用

有效

• 申請號: 200980121986.5
• 申請日: 2009-06-05
• 公開（公告）號: CN102057168A
• 公開（公告）日: 2011-05-11
• 發明（設計）人: 喬納森·塞巴斯蒂安·豪斯
• 申請（專利權）人: 等熵有限公司
• 主分類號: F15B15/14
• 分類號: F15B15/14;F15B15/22
• 代理公司: 上海金盛協力知識產權代理有限公司 31242
• 代理人: 段迎春

技術領域

本發明主要涉及由流體壓力操作的致動器裝置及其應用。

背景技術

使用流體(液體或氣體)的伺服系統一般包括帶有獨立反饋和控制元件的致動器，這不可避免地導致了復雜性，并且往往導致多零件數量以及隨之而來的成本和可靠性問題。尤其在需要使一個元件快速用力地與另一元件緊靠同時不在被靠近的那個元件上施加較大負載的情況下，特別需要將致動、反饋及控制集成入單個實體。

在需要密封件以非常低甚至是零接觸力進行緊密運動的密封應用中，這尤為有利。通常使用活塞環或唇形密封圈這樣依靠密封件與被密封面之間緊密接觸的專用密封件來達成軸與活塞之間的密封以抵抗壓力負載或者污染物進入。這將導致嚴重的摩擦損失，并且往往隨著密封所對著作用的壓力增大而變得更嚴重。直接接觸密封件也易于磨損，在許多情況下，這會在維護成本和可靠性方面產生極大的損失。

有一些直接接觸密封件的代替物，其包括用于模型飛機的小發動機中常見的活塞精確配合。在大于模型規模的任何情況下都很難實現這一精確水平，并且其對熱膨脹非常敏感。在不需要壓力密封的場合，通常使用迷宮密封(labyrinth?seal)。盡管這些密封件的摩擦非常低，但所達成的密封最適于無塵應用并且在密封件上具有顯著的反壓力梯度的應用中并不可用。

已創造動態旋轉軸密封件，其利用軸的運動來克服密封件上的壓力差抽吸。這些裝置依賴于運動需有效并且仍然遭受起動磨損。

本發明業已認識到需要改進的流體伺服系統及其新穎的應用。

發明內容

根據本發明的第一方面，提供了一種由流體壓力操作的致動器裝置，包括：界定出第一腔室的本體，所述第一腔室包括與加壓流體源流體連通的入口；及安裝在所述第一腔室中的可移動元件，所述可移動元件包括操作端和分區機構，所述分區機構配置為在使用所述裝置期間分割所述第一腔室的包括所述入口的第一區域和所述第一腔室的與所述第一區域相對的第二區域，所述可移動元件可相對于所述本體在延伸形態和回縮形態之間移動，可響應所述分區機構上的壓力差而發生從所述回縮形態到所述延伸形態的移動；其中，所述致動器裝置包括通路以允許流體從加壓流體源流通至所述可移動元件的操作端中的第二腔室，所述操作端配置為當所述可移動元件處于回縮形態時允許所述第二腔室中的流體在所述操作端與目標表面之間通過，并且配置為當所述可移動元件處于延伸形態時接靠所述目標表面以基本限制所述操作端與所述目標表面之間的流體通路。

這樣，提供了這樣一種致動器裝置，即，當所述可移動元件處于延伸形態時提供了反饋壓力。所述分區機構配置為從所述第二區域基本密封所述第一區域。所述分區機構可與所述操作端間隔開(例如，縱向間隔)。所述致動器裝置可為線性致動器裝置。所述加壓流體供應可為加壓液體或氣體供應。所述加壓流體供應可包括單一源或者分別供給所述第一和第二腔室的獨立源。

所述致動器裝置還包括偏壓機構以用于在所述裝置的正常操作期間偏壓處于所述回縮形態的可移動元件(例如，當所述裝置使用時，偏壓機構提供持久的偏壓動作)。這樣，所述致動器裝置配置為保持回縮位置直至所述第一區域中的壓力達到預定水平。當應用于壓力密封時，這一機構有利地提供壓力起動的密封動作。此外，以這種方式使用偏壓機構可減小目標面上的背壓負載。

所述偏壓機構使用時可對所述可移動元件提供偏壓壓力(或偏壓壓力范圍)，所述偏壓壓力小于(例如，小得多)所述第一腔室的第一區域中的流體壓力。這樣，可使用強度非常低的偏壓機構來隨著流體按壓所述分區機構的任一側而提供較小的補償壓力(back-off?pressure)。當與高流體壓力源一起使用時，所述可移動元件配置為在被起動時從回縮形態快速移動至延伸形態，并且使用時在所述操作端與所述目標面之間提供非常細小的行進間隙。

所述偏壓機構可提供這樣的偏壓力，即所述偏壓力隨著所述可移動元件從所述回縮形態移動至所述延伸形態而增大。由此，提供了這樣的偏壓機構，即初始時通過腔室的第一區域中的流體壓力強力壓制所述偏壓機構，從而使得操作端朝向目標面快速正向移動，并且提供不斷增加的主導力作為逐漸增大的反饋壓力來抵抗所述第一區域中的流體壓力。從而，可在所述目標面與所述裝置的操作面之間達成非常細小的分隔，其有利于減小不需要的流經目標面的泄露，特別是在密封背景下。所述偏壓機構可包括彈性機構(例如，彈簧)。在使用撓性膜的情況下，所述彈性機構可包括燈籠彈簧。

所述通路可配置為以相對于所述第一區域中流體減小的壓力將流體提供至第二腔室。例如，所述通路可包括受限制的流路，以用于減小通路出口處的壓力。