機械的運動を発生させるアクチュエータおよび方法

专利摘要:
機械的運動を発生させるシステムが提供される。このシステムは、第１の端部、第２の端部、およびこれらの端部間に延びる径方向に伸張可能なブラダアセンブリを有するアクチュエータと、前記アクチュエータの外部の加圧流体源とを含む。ブラダアセンブリは、内側空胴をさらに含む。さらに、空胴内に位置決めされた実質的に固定容積のリザーバが提供され、ブラダアセンブリは、ある体積の流体がリザーバから内側空胴内に導入されたとき径方向に伸張しかつ軸方向に収縮するように構成される。
公开号:JP2011508170A
申请号:JP2010540685
申请日:2008-10-30
公开日:2011-03-10
发明作者:マイヤーズ，ジェフリー・リン
申请人:ゼネラル・エレクトリック・カンパニイＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ；
IPC主号:F15B15-10

专利说明:

[0001] 本発明の分野は、一般に流体アクチュエータに関し、より詳細には、内部加圧流体源を含む流体アクチュエータに関する。]
背景技術

[0002] 少なくともいくつかの知られているタイプの流体アクチュエータは、加圧流体を使用して機械的運動を発生させる。たとえば、知られているピストンシリンダドライブは、シリンダのチャンバ内で動くピストンを含む。より具体的には、たとえば空気シリンダドライブおよび油圧ラムなどで見られるように、ピストン両端間の流体圧力の差により、ピストンが機械的に移動する。そのようなアクチュエータは比較的長い行程を有することがあるが、そのようなアクチュエータでは、ピストンの表面積によってピストンを介した流体圧力に加えられる力が制限されることがある。]
[0003] 機械的運動を発生させるために、少なくともいくつかの他の知られている流体アクチュエータは、自然の筋肉収縮の動きをまねる。たとえば、いくつかの知られているアクチュエータでは、比較的堅いが可撓性の材料のスリーブまたはシースで弾性管またはブラダを取り囲み、それにより内側ブラダがスリーブと管の間で画定される。次いで、端部固定具によって、シース／管装置の２つの端部を他の機械構造に接続することができる。たとえば、航空機の制御システム内で最後部の翼桁の後ろにシース／管装置を接続し、翼の揚力または抗力を変えるために航空機の操縦翼面を延長位置と収縮位置の間で動かすことを容易にすることができる。空気または油圧用作動油などの加圧流体を内側ブラダ内に供給すると、管が膨張する結果、管内で軸方向に引張り力を生じさせることができる。この引張り力により周囲のシースを外側に押しやり、アクチュエータの２つの端部をより近づける。さらに次いで、その結果生じる張力が、アクチュエータに取り付けた構造に加えられる。しかし、デバイスを引き続き作動させるためには、加圧の結果アクチュエータの膨張によって生じた内部空間に追加の圧縮ガスを供給する必要がある。]
先行技術

[0004] 米国特許第２００４／０８９０９０号]
課題を解決するための手段

[0005] 一態様では、第１の端部と、反対側の第２の端部と、第１の端部と第２の端部の間に延びるブラダアセンブリとを含むアクチュエータが提供される。ブラダアセンブリは内側空胴を含み、内側空胴は空胴内に画定された実質的に固定容積のリザーバをさらに含み、ブラダアセンブリは、流体が前記リザーバから空胴内に供給されたとき伸張可能である。]
[0006] 別の態様では、機械的運動を発生させるシステムが提供される。このシステムは、第１の端部、第２の端部、およびこれらの端部間に延びる径方向に伸張可能なブラダアセンブリを有するアクチュエータと、前記アクチュエータの外部の加圧流体源とを含む。ブラダアセンブリは、内側空胴をさらに含む。さらに、空胴内に位置決めされた実質的に固定容積のリザーバが提供され、ブラダアセンブリは、ある体積の流体がリザーバから内側空胴内に導入されたとき径方向に伸張しかつ軸方向に収縮するように構成される。]
[0007] さらに別の態様では、機械的運動を発生させる方法が提供される。この方法は、第１の端部、第２の端部、およびこれらの端部間に延びるブラダアセンブリを含むアクチュエータを製作するステップであって、ブラダアセンブリが内側空胴をさらに含む、ステップと、空胴内に実質的に固定容積のリザーバを位置決めするステップであって、ブラダアセンブリが、リザーバ内に蓄積された流体の少なくとも一部分が空胴内に送られたとき伸張するように構成される、ステップとを含む。]
図面の簡単な説明

[0008] 膨張していないところを示す、例示的な流体アクチュエータの斜視図である。
加圧されたところを示す、図１に示す流体アクチュエータの斜視図である。
図１に示す流体アクチュエータの部分切欠図である。] 図１
実施例

[0009] 図１〜３を参照すると、図１は、膨張していないところを示す、例示的なアクチュエータ１０の斜視図であり、図２は、加圧されたところを示す、アクチュエータ１０の斜視図であり、図３は、アクチュエータ１０の部分切欠図である。例示的な実施形態では、アクチュエータ１０は、第１の端部１２と、反対側の第２の端部１４と、これらの端部間の伸張可能なブラダアセンブリ１６とを含む流体アクチュエータである。ブラダアセンブリ１６はまた管１８および筐体２０を含み、筐体２０は内側空胴２１を画定する。別法として、管１８は、本明細書に記載の膨張可能な任意の弾性ホースとすることができ、筐体２０は、アクチュエータ１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の編組の比較的堅いシースとすることができる。さらに、代替実施形態では、ブラダアセンブリ１６は、アクチュエータ１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の管状構造を含むことができる。] 図１ 図２ 図３
[0010] 例示的な実施形態では、内側空胴２１内に流体リザーバ２２が画定される。より具体的には、流体リザーバ２２は、固定容積の実質的に円筒形のリザーバである。別法として、流体リザーバ２２は、圧力下である体積の流体を蓄積することを可能にし、またアクチュエータ１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の細長いリザーバまたは容器とすることができる。リザーバ２２は、内部導管２４によってアクチュエータの第１の端部１２と流れ連通するように結合される。動作中、以下により詳細に記載するように、圧縮流体は、リザーバ２２から導管２４を通って空胴２１内へ送られる。そのような流体を導入することで、アクチュエータ１０は軸方向に伸張しかつ径方向に収縮する。]
[0011] ブラダアセンブリ１６のアクチュエータの第１の端部１２および第２の端部１４に、それぞれ端部継手２６および２８が結合される。例示的な実施形態では、第１の端部継手２６は、機械構造（図示せず）をアクチュエータの第１の端部１２に結合することを可能にするコネクタ３０を含む。たとえば、航空機の制御システム内で最後部の翼桁の後ろにアクチュエータ１０を接続し、翼の揚力または抗力を変えるために航空機の操縦翼面を延長位置と収縮位置の間で動かすことを容易にすることができる。さらに、コネクタ３０は、外部源（図示せず）からの流体で導管２４を介してリザーバ２２を充填しかつ空にし、ならびにブラダアセンブリ１６から流体を排出する流体ライン３２を含む。例示的な実施形態では、リザーバ２２は、導管２４を介して流体ライン３２に結合される。さらに、第２の端部継手２８は、機械構造（図示せず）をアクチュエータの第２の端部１４に結合するのを可能にするコネクタ３４を含む。さらに、継手２８は、第２の端部１４を閉じて封止するのを容易にする。代替実施形態では、第２の端部継手２８は、流体伝達ライン（図示せず）を含むことができる。]
[0012] 例示的な実施形態では、アクチュエータの第１の端部１２は、ブラダアセンブリ１６内の流体の動作圧力および流量を制御する制御マニホルド３６を含む。具体的には、制御マニホルド３６は、流体の流れをリザーバ２２からブラダアセンブリの空胴２１内に送る。さらに、制御マニホルド３６は、ブラダアセンブリ１６から流体ライン３２を通って大気中へ流体を排出することによって、ブラダアセンブリ１６内の動作圧力の低減を容易にする。さらに、制御マニホルド３６は、外部の制御装置（図示せず）との無線通信を容易にするように構成され、したがって、例示的な実施形態では、制御マニホルド３６は無線式であり、自律的にまたは外部の制御装置からのコマンドによって動作するようにプログラムすることができる。さらに、制御マニホルドはまた、電源（図示せず）を含むように構成され、したがって電気的接続は必要とされない。別法として、制御マニホルドは、任意のソースによって制御することができ、またアクチュエータ１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意の手段によって電力供給することができる。]
[0013] 例示的な実施形態では、アクチュエータ１０は、アクチュエータ１０およびリザーバ２２を含む無線の自立型システムである。制御マニホルド３６は、空胴２１から流体ライン３２を通って大気中への流体の排出を容易にする。ブラダアセンブリ１６から大気中へ流体を解放した後、アクチュエータ１０は膨張していない構成に戻って軸方向に伸張しかつ径方向に収縮し、またリザーバ２２は、本明細書に記載のように、流体ライン３２を通って外部源（図示せず）からの流体で再度充填され、制御マニホルド３６によって維持される。別法として、アクチュエータ１０は、任意のそのようなコネクタと、アクチュエータ１０が本明細書に記載のように機能することを可能にする外部流体源とを含むことができる。]
[0014] 動作の際には、アクチュエータ１０は、２つの機械構造（図示せず）が互いに対して動くのを容易にする。たとえば、ポスト油圧故障の場合、アクチュエータ１０を航空機の緊急制御システム内で結合することができ、または航空機の制御システム内で最後部の翼桁の後ろにアクチュエータ１０を結合し、操縦翼面上の揚力および／もしくは抗力を変えるために補助翼、方向舵、もしくは昇降舵などの航空機の操縦翼面を延長位置と収縮位置の間で動かすことを容易にすることができる。図１に示すように、膨張していないとき、アクチュエータ１０は長さＬ１を有する。例示的な実施形態では、アクチュエータ１０は、コネクタ３０および３４を介して機械構造に結合される。２つの構造を動かすために、制御マニホルド３６は、流体リザーバ２２からの所定の量の流体を、導管２４を介してブラダアセンブリの空胴２１内に送る。流体をこうして伝達することで、ブラダアセンブリ１６は、図２および３に示すように外側に径方向に膨張する。例示的な実施形態では、ブラダアセンブリ１６が膨張するにつれて、ブラダアセンブリ１６は、ブラダアセンブリ１６が長さＬ２を有するまで軸方向に収縮する。例示的な実施形態では、長さＬ１は長さＬ２より長い。より具体的には、収縮により、アクチュエータの第１の端部１２および第２の端部１４は軸方向に互いの方へ引き寄せられる。したがって、アクチュエータ１０が膨張した後、コネクタ３０、３４に結合された機械構造は互いに近づく。たとえば、ロボット工学では、アクチュエータ１０を使用して人間の筋肉に似せることができ、したがって、コネクタ３０、３４は、ロボットの接合部の両側でアクチュエータ１０と構造を接続する「腱」として働く。] 図１ 図２
[0015] 前述の方法およびシステムは、機械的運動の発生を容易にする。より具体的には、本明細書に記載の方法およびシステムは、内部流体加圧システムを使用し、それによって、そのようなアクチュエータを動作させるのに必要な圧縮流体の量を低減させる。したがって、アクチュエータ１０は、たとえば航空機の制御システムで（すなわち、墜落事故で生存するための衝撃吸収システム内の操縦翼面アクチュエータとして、もしくはポスト油圧故障の場合の二次制御として）、または人間の筋肉の運動および動きを再現するロボット工学産業で使用できる自立型の流体アクチュエータとして働く。さらに、制御マニホルドは、リザーバ、ブラダアセンブリの空胴、および大気の間の流体の流れに対する無線制御を可能にし、また電力および起動に関して完全に自律性をもつことができる。さらに、本明細書に記載のシステムおよび方法は、加圧流体が外部源から供給されるこれらのシステムと比較して、アクチュエータの全体的な効率を増大させる。]
[0016] 本明細書に記載の装置および方法について、加圧流体を使用して機械的運動を発生させるアクチュエータの文脈で説明したが、装置および方法は自立型の流体アクチュエータに限定されるものではないことが理解される。同様に、図示のシステム構成要素は、本明細書に記載の特有の実施形態に限定されるものではなく、本明細書に記載の他の構成要素とは独立して別個にシステム構成要素を利用することができる。]
[0017] 本明細書では、単数形で記載して「ａ」または「ａｎ」という語が先行する要素またはステップは、複数形の前記要素またはステップを除外しないものとして、そのような除外が明示されない限り、理解されるべきである。さらに、本発明の「一実施形態」への言及は、同じく記載の特徴を組み込む追加の実施形態の存在を除外するものとして解釈されるものではない。]
[0018] 本発明について、様々な特有の実施形態の点から説明したが、特許請求の範囲の精神および範囲内で修正を加えて本発明を実施できることが、当業者には理解されるであろう。]
[0019] １０アクチュエータ、アクティベータ
１２ 第１の端部
１４ 第２の端部
１６伸張可能なブラダアセンブリ
１８ 管
２０筐体
２１内側空胴
２２流体リザーバ
２４内部導管
２６ 第１の端部継手
２８ 第２の端部継手
３０コネクタ
３２流体ライン
３４ コネクタ
３６ 制御マニホルド]

权利要求:

請求項1
機械的運動を発生させるために使用するアクチュエータにおいて、第１の端部と、反対側の第２の端部と、前記第１の端部と第２の端部の間に延びるブラダアセンブリであって、内側空胴を含み、実質的に固定容積のリザーバが前記内側空胴内に画定されており、流体が前記リザーバから前記空胴内に供給されたとき伸張可能であるブラダアセンブリとを備えるアクチュエータ。
請求項2
前記ブラダアセンブリが、加圧流体の流れを受け取るように構成される、請求項１記載のアクチュエータ。
請求項3
前記第１の端部および第２の端部のうちの１つに結合された制御マニホルドをさらに含み、前記制御マニホルドが、前記空胴内に供給される流体の動作圧力および流量を制御するように構成される、請求項１記載のアクチュエータ。
請求項4
前記ブラダアセンブリが内側管および外側筐体をさらに含み、前記外側筐体が前記内側管ほど可撓性でない、請求項１記載のアクチュエータ。
請求項5
前記第１の端部および前記第２の端部のうちの少なくとも１つが、前記アクチュエータを機械構造に結合するように構成されたカップリングをさらに含む、請求項１記載のアクチュエータ。
請求項6
前記リザーバが、前記リザーバと選択的に流れ連通する加圧流体源に結合するように構成される、請求項１記載のアクチュエータ。
請求項7
前記ブラダが、前記流体が前記空胴内に供給されたとき径方向に伸張するように構成される、請求項１記載のアクチュエータ。
請求項8
前記制御マニホルドが無線で制御されるように構成され、前記制御マニホルドが自律的に動作するようにさらに構成される、請求項３記載のアクチュエータ。
請求項9
機械的運動を発生させるシステムにおいて、アクチュエータであって、第１の端部、第２の端部、および前記端部間に延びて内側空胴を含む径方向に伸張可能なブラダアセンブリ、ならびに前記空胴内に位置決めされた実質的に固定容積のリザーバであって、前記ブラダアセンブリが、ある体積の流体が前記リザーバから前記内側空胴内に導入されたとき径方向に伸張しかつ軸方向に収縮するように構成される、実質的に固定容積のリザーバを含む前記アクチュエータと、前記アクチュエータの外部の加圧流体源とを備えるシステム。
請求項10
前記リザーバが、前記リザーバと流れ連通する外部流体源によって充填される、請求項９記載のシステム。
請求項11
前記第１の端部および第２の端部のうちの少なくとも１つに結合された制御マニホルドをさらに含み、前記制御マニホルドが、前記空胴内への前記ある体積の流体の少なくとも一部分内の圧力および流量を制御するように構成される、請求項９記載のシステム。
請求項12
前記ブラダアセンブリが、内側の伸張可能な管と外側の比較的より堅い筐体とをさらに含む、請求項９記載のシステム。
請求項13
前記第１の端部および前記第２の端部のうちの少なくとも１つが、前記第１の端部および前記第２の端部のうちの少なくとも１つに機械構造を取り付けるように構成された取付け固定具をさらに含む、請求項９記載のシステム。
請求項14
前記リザーバが、圧力下の流体をさらに含む、請求項９記載のシステム。
請求項15
前記ブラダが、前記流体が前記空胴から排出されたとき径方向に収縮しかつ軸方向に伸張するように構成される、請求項９記載のシステム。
請求項16
機械的運動を発生させる方法において、第１の端部、第２の端部、および前記端部間に延びるブラダアセンブリを含むアクチュエータを製作するステップであって、前記ブラダアセンブリが内側空胴を含む、ステップと、前記空胴内に実質的に固定容積のリザーバを位置決めするステップであって、前記ブラダアセンブリが、前記リザーバ内に蓄積された流体の少なくとも一部分が前記空胴内に送られたとき伸張するように構成される、ステップとを含む、機械的運動を発生させる方法。
請求項17
前記リザーバからのある体積の流体を前記空胴内に導入し、それにより前記ブラダアセンブリが径方向に伸張したとき前記第１の端部および第２の端部が軸方向に互いの方へ引き寄せられるステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。
請求項18
アクチュエータを製作するステップが、前記第１の端部および前記第２の端部に取付け固定具を結合させるステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。
請求項19
前記第１の端部および第２の端部のうちの１つにマニホルドを結合させるステップをさらに含み、前記制御マニホルドが、前記空胴内に供給された前記流体の圧力および流量を制御するように構成される、請求項１６記載の方法。
請求項20
前記空胴から前記流体を排出し、それにより前記ブラダが径方向に収縮しかつ軸方向に伸張するステップをさらに含む、請求項１６記載の方法。