专利名称：线性致动器和用于铁道车辆的摇动控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种线性致动器，特别是涉及ー种安装到车辆例如鉄道车辆并使用中空电机的线性致动器，该线性致动器通过电磁力抑制车辆的振动和摇动，本发明还涉及ー种具有线性致动器的用于铁道车辆的摇动控制装置。
背景技术：
为了抑制车辆例如铁道车辆行驶期间发生的振动和摇动，使用了线性致动器。抑制沿相对于车辆行驶方向的横向方向的振动和摇动对给予乘员舒适的乘坐性和保持安全行驶条件起了重要的作用。近年来，特别是增强了对通过主动控制以保持车辆姿势稳定来抑制由于高速行驶时空气动力学特征的影响而产生的摇动和振动的研究。此外，通常，用来防止鉄道车辆摇动的线性致动器在安装线性致动器的使用环境的温度变化大(例如-20°C至60°C)的恶劣温度条件下使用，更甚至线性致动器在难以执行维护例如频繁更换并因而要求稳定地保持线性致动器的功能的恶劣条件下使用。专利文献I公开了ー种产生抵抗车体横向方向上的摇动的力的车辆用气动伺服缸。根据专利文献I的构成，专利文献I指示了车辆通过空气弹簧承载在台车上，车辆用气动伺服缸沿水平方向安装在设置在车辆下部的定心销与台车之间，气压产生部安装在车辆用气动伺服缸的外部，并且作为伺服缸的驱动源供给压缩空气。专利文献2公开的抑制车体振动的铁道车辆用控制器是，电动致动器安装在车体与台车之间，并且控制电动致动器的驱动力，从而赋予作为致动器和减振器的功能。专利文献2指示了，作为电动致动器，控制器具有通过使用滚珠丝杠、滚柱丝杠等将电机的转动变换成线性运动的机构，并且利用变换部的摩擦阻カ等而具有与减振器的減衰力相同的作用。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利申请公报N0.2005-75278专利文献2:日本专利申请公报N0.2009-10196
发明内容
本发明要解决的问题根据引用的专利文献I的车辆用气动伺服缸在除了车辆用气动伺服缸的本体外的位置具有气体压カ产生部、需要在车辆用气动伺服缸的本体与气体压カ产生部之间布置管路，并且因此不能实现整体紧凑型装置。此外，根据引用的专利文献2的铁道车辆用控制器存在不能实现装置尺寸减小的问题，因为通过滚珠丝杠11a、滚柱丝杠Ila等构成的线性运动产生机构和电机12沿铁道车辆用控制器的线性移动方向串联/相继布置。在此构造中，驱动部(电机)和转动/线性运动变换部在缸行程的延伸方向上串联布置，如图11所示。因此，很难减小线性致动器行程方向上的尺寸。本发明的目的是提供ー种线性致动器，该线性致动器是紧凑型线性致动器，该线性致动器除了线性致动器本体以外不需要外部装置例如压カ产生装置，并且不需要安装作为在使用加压流体的控制器的情况下所必需的驱动源的加压流体的管路。该线性致动器提供了作为在必要时产生所需驱动力或所需减振力的线性致动器的功能，并且在没有必要作为线性致动器工作时，该线性致动器能够很容易通过外力在不用给予其一大的负荷(反驱动力)的情况下被驱动。此外，本发明的目的在于提供ー种线性致动器，该线性致动器即使在难以执行诸如频繁更换的维护和安装线性致动器的使用环境的温度变化大(例如-20°C至60°C)的恶劣使用条件下也排除由于低温度时润滑油粘性增大而引起反驱动カ増大的影响并在反驱动カ低的状态下稳定工作。解决技术问题的技术方案本发明的线性致动器包括:具有开ロ端部和闭塞端部的中空结构的本体；固定到所述本体内的闭塞端部侧并具有位于开ロ端部侧的开ロ端的筒状缸；具有从所述本体的所述开ロ端部伸出的一个端部和在外周部上帯有磨损环的另ー个端部的线性运动杆，所述磨损环沿轴向方向可滑动地容纳在所述筒状缸内，所述线性运动杆具有经由位于所述开ロ端部侧的外周上的所述开ロ端部的线性运动油封沿轴向方向可滑动的滑动部，所述线性运动油封和所述滑动部密封所述本体的内部；和围绕所述线性运动杆的轴线可转动地支承在所述本体中的转动中空轴，其特征在于，所述转动中空轴具有位于外周面的一部分上的永久磁体，所述本体在其内表面的面向所述永久磁体的位置处具有定子绕组部，并且所述永久磁体和所述定子绕组部构成中空电机；所述转动中空轴具有同轴固定的螺母部，所述线性运动杆在所述滑动部与所述磨损环之间的外周面上具有与所述螺母部接合的螺杆部，并且所述螺母部与所述螺杆部彼此接合以构成通过所述转动中空轴转动而使所述线性运动杆沿轴向方向线性移动的转动/线性运动变换机构；在所述螺母部的沿所述线性运动杆的轴向方向的两侧中，包括密封所述转动中空轴与固定到所述本体上的部件之间的间隙的两个转动油封部；并且所述转动油封部限定出第一密闭区域并且与所述线性运动油封部相配合密封所述第ー密闭区域，所述第一密闭区域是通过使所述第一密闭区域与布置所述中空电机的第二密闭区域分隔开而限定形成的作为所述本体内的其中所述线性运动杆线性移动并且其中润滑油和气体共存的区域。根据本发明的鉄道车辆用摇动控制装置的特征在于具有安装在鉄道车辆的台车与车体之间的线性致动器和主动控制所述线性致动器的驱动以抑制所述车体的摇动的控制器。本发明的有利效果实现了ー种紧凑型线性致动器，该线性致动器除了线性致动器本体以外不需要外部装置例如压カ产生装置，并且不需要安装作为在使用加压流体的控制器的情况下存在的驱动源的加压流体的管路。在必要时，提供了作为产生所需驱动力的线性致动器或产生所需减振力的线性致动器的功能，并且在没有必要作为线性致动器工作时，该线性致动器能够很容易通过外力在不用给予其大的阻力的情况下被驱动。此外，该线性致动器能够稳定地作为线性致动器工作而不管使用环境例如温度。
图1是根据实施例1的线性致动器处于最小行程时的截面图。图2是根据实施例1的线性致动器处于最大行程时的截面图。图3是根据实施例1的线性致动器的行星滚柱丝杠的螺母部沿图1的II1-1II的局部放大截面图。图4是根据实施例1的线性致动器的磨损环保持件部沿图1的IV-1V的局部放大截面图。图5A是根据实施例1的线性致动器的组装截面图(I)。图5B是根据实施例1的线性致动器的组装截面图(2)。图5C是根据实施例1的线性致动器的组装截面图(3)。图是根据实施例1的线性致动器的组装截面图(4)。图5E是根据实施例1的线性致动器的组装截面图(5)。图5F是根据实施例1的线性致动器的组装截面图(6)。图5G是根据实施例1的线性致动器的组装截面图(7)。图5H是根据实施例1的线性致动器的组装截面图(8)。图51是根据实施例1的线性致动器的组装截面图(9)。图6是根据实施例2的线性致动器处于最小行程时的截面图。图7是根据实施例2的线性致动器处于最大行程时的截面图。图8是根据实施例1的变形模式的线性致动器处于最大行程时的截面图。图9是根据实施例3的线性致动器处于最大行程时的截面图。图10是适用了实施例1-3的线性致动器的鉄道车辆用摇动控制装置的示意性构成图。图11是常规线性致动器处于最小行程(a)和处于最大行程(b)时的截面图。
具体实施例方式下面结合
根据本发明的流体阀驱动机构。实施例1图1中示出根据实施例1的线性致动器在最小行程情况下的截面图，图2中示出根据实施例1的线性致动器在最大行程情况下的截面图。结合图1和2的截面图说明本实施例的线性致动器的构成。本发明的线性致动器具有中空结构的本体，该本体具有开ロ端部和闭塞端部。如图1和2所示，本体由线性运动支承部壳体12a、转动/线性运动变换部壳体12b、电机部壳体12c、电机部后部壳体12d、筒状缸12e和缸后端部壳体12f构成。本发明的线性致动器具有固定到本体内的闭塞端部侧并具有位于本体开ロ端部侧的开ロ端的筒状缸23、和线性运动杆2。线性运动杆2具有从本体的开ロ(线性运动支承部壳体12a)伸到本体外部的ー个端部，并具有经由在开ロ端部侧位于外周面上的本体开ロ的线性运动油封3可沿线性运动杆2的轴向方向滑动的滑动部6a。通过线性运动油封3和滑动部6a，本体的内部被密封。线性运动杆2被支承为可通过线性运动支承部壳体12a的线性运动轴承4沿轴向方向线性运动。线性运动杆2具有经由磨损环保持件22a位于另一端部的外周部的磨损环22，且线性运动杆2的另一端部以磨损环22可沿轴向方向滑动的状态容纳在筒状缸23中。此外，本发明的线性致动器具有转动中空轴10，该转动中空轴10支承在本体中，可通过角轴承9相对于线性运动杆2同轴地转动,该角轴承9是包括在本体中的转动支承部。角轴承9通过轴承固定螺母8固定到转动中空轴10上。转动中空轴10包括位于其外周面一部分上的转子永久磁体20。同时，在作为本体的一部分的电机部壳体12c的内表面上，定子绕组部11包括在面向转动中空轴10的转子永久磁体20的位置。转子永久磁体20和定子绕组部11构成中空电机。附图标记13a和13b分别代表VR型旋转变压器(可变磁阻型旋转变压器)的定子部和转子部，该VR型旋转变压器检测作为转子的转动中空轴的转动角，将该转动角输出给未示出的控制器，并用于电机的驱动控制。转动中空轴10在内周面的一部分上包括行星滚柱丝杠的螺母部17。螺母部17通过螺母固定环7固定到转动中空轴10上并与转动中空轴10同轴。同吋，线性运动杆2具有位于滑动部6a与磨损环22之间的外周面上的行星滚柱丝杠的螺杆部6b，螺杆部6b是与行星滚柱丝杠的螺母部17接合的接合部。螺母部17和螺杆部6b彼此接合，并构成作为转动/线性运动变换机构的行星滚柱丝杠。转动中空轴10转动，由此线性运动杆2通过行星滚柱丝杠沿轴向方向线性移动。在本实施例中，转动/线性运动变换机构通过行星滚柱丝杠实现，但是本发明不仅限于此，也可以使用具有将转动运动变换成线性运动的功能的其它机构，例如滚珠丝杠。图3示出本实施例的线性致动器的行星滚柱丝杠的螺母部17沿图1的II1-1II的局部放大截面图。固定到转动中空轴10的内表面上的螺母部17具有多个滚柱17a并与螺杆部6b的螺纹槽6c接合。此外，螺母部17包括沿轴向方向贯通的多个通孔17b，并且提供了其中润滑油很容易通过螺母部17的通孔17b沿轴向方向移动的构造。图4示出根据实施例1的线性致动器的磨损环保持件22a的一部分沿图1的IV-1V的局部放大截面图。支承磨损环22的磨损环保持件22a在其外周上具有凹进部，并通过该凹进部支承磨损环22。此外，磨损环保持件22a具有沿轴向方向贯通的磨损环保持件通孔22b，并且通过磨损环保持件通孔22b，磨损环保持件22a在轴向方向上流体连通。在行星滚柱丝杠的螺母部17的轴向方向的两侧，包括了用于密封作为固定到本体上的部件的第一筒状轴15和第二筒状轴19与转动中空轴10之间的间隙的第一油封16和第二油封18。第一和第二筒状轴15和19以及第一和第二油封16和18分别彼此相互配合并构成第一转动油封部和第二转动油封部。第一转动油封部15和16以及第二转动油封部18和19限定出第一密闭区域5，第一密闭区域5是本体内的其中线性运动杆2线性移动并且其中润滑油和气体共存的空间，其与设置有中空电机11和20以及作为转动支承部的角轴承9的第二密闭区域21分隔开。此外，第一转动油封部和第二转动油封部与线性运动油封部3相互配合地密封第一密闭区域5。希望在第一和第二筒状轴15和19的外周面上涂覆硬质镀铬层等，以便提供耐磨耗性，因为第一和第二油封16和18在其表面上滑动。第一和第二油封16和18由诸如橡胶之类的材料构成。根据本发明的线性致动器使用包括定子绕组部11和转子永久磁体20的中空电机作为驱动源，并且因此，驱动部和转动/线性运动变换部没有如常规示例中所示那样在缸行程的延伸方向上串联设置。因此，本发明的线性致动器能够在缸的行程方向上紧凑布置。将结合本实施例的线性致动器的图1所示最小行程时和图2所示最大行程时的截面图来说明本线性致动器的操作和功能。当处于图1所示最小行程的状态时，通过未示出的控制器沿预定转动方向驱动中空电机，转子永久磁体20相对于定子绕组部11、转动中空轴10以及固定到转动中空轴10上并与其一起转动的行星滚柱丝杠的螺母部17转动。当螺母部17转动时，线性运动杆2通过与其接合的螺杆部6b而沿轴向方向线性移动。在此，固定到线性运动杆2的端部的第一球面轴承I和固定到本体的缸后端部壳体12f的第二球面轴承14连接到要通过本线性致动器控制的部件，例如列车的车辆和台车，并且，限制围绕线性运动杆2的轴线的转动方向上的运动。因此，行星滚柱丝杠的螺母部17的转动通过与其接合的行星滚柱丝杠的螺杆部6b而变换成沿线性运动杆2的轴向方向的线性运动。当线性运动杆2沿轴向方向线性移动时，容纳在筒状缸23中的线性运动杆2的端部的外周上的磨损环22在筒状缸23的内周面上滑动的同时在筒状缸23中线性移动。在本线性致动器本身承受振动时的カ矩以及根据相对于重力的安装角度由自重产生的カ矩由线性运动支承部壳体12a的线性运动轴承4和线性运动杆2的滑动部6a、行星滚柱丝杠的螺母部17和线性运动杆2的行星滚柱丝杠的螺杆部6b、以及线性运动杆2的磨损环22和筒状缸23的内周面承受。在根据本发明的线性致动器中，包括定子绕组部11和转子永久磁体20的中空电机部相对于轴向方向上的中心设置在本体中的第二端部侧(第二球面轴承侧)，并且因此，由于施加的振动等产生的惯性カ矩能够被抑制到最小。因而，提供了能够使线性致动器的设计载荷容量小的效果。线性运动杆2从线性运动支承部壳体12a伸出，并从图1所示的最小行程状态变换成图2所示的最大行程状态，因而，第一密闭区域5的容积増大。此外，第一密闭区域5由第一和第二转动油封部15、16、18和19以及线性运动油封部3密封，并且因此，第一密闭区域5中的压カ由于容积的増加而减小。润滑油封装在第一密闭区域5中，用于行星滚柱丝杠的螺杆部6b与螺母部17之间、磨损环22的滑动部与筒状缸23的内表面之间、以及线性运动支承部壳体12a的线性运动轴承4与线性运动杆2的滑动部6a之间的润滑。为了能够使线性运动杆2进入作为密封空间的第一密闭区域5和从第一密闭区域5出来,在第一密闭区域5中与润滑油一起封装有空气，并且空气缓冲第一密闭区域5中的压カ变动。本发明的线性致动器通过安装成使得线性运动杆2的轴向方向基本上是水平的而使用，并且因此，在作为第一密闭区域5的一部分的筒状缸23中也存在润滑油和气体。当线性运动杆2线性移动时，磨损环22在于筒状缸23的内表面上滑动的同时移动，并且根据磨损环22在筒状缸23内部沿轴向方向移动时的压カ差，润滑油和气体在筒状缸23中经由沿轴向方向贯通磨损环保持件22a的磨损环保持件通孔22b而沿轴向方向移动。筒状缸23的内表面通过硬质镀铬层等在耐磨性方面得到提高。此外，当筒状缸23的内表面磨损时，仅缸后端部壳体12f (筒状缸23)被更换，因而提供了能够通过简单的部件更换来保持线性运动杆2的磨损环22和筒状缸23的内表面的良好的滑动特性的效果。在为防止鉄道车辆的摇动而使用本发明的线性致动器的情况下，尤其是对于高速行驶时的空气动力学特性而要求进行主动控制。例如，在高速行驶进入隧道时会导致车辆的瞬时侧倾/横摇，从而由于高速行驶时的卡曼涡的影响在列车编组的最終车辆中产生侧倾，尽管在低速行驶时不会发生这种情況。为了抑制摇动和侧倾，有时不要求主动控制除非在例如行驶速度不高于预定行驶速度的预定条件下，并且在线性致动器的电源被切断的状态下需要使线性致动器通过外力尽可能在没有给予其ー负荷(反驱动力)的情况下来被驱动。在本发明的构造中，第一和第二转动油封部的滑动部制成为其直径不超过线性运动杆2的接合部的直径的1.5倍，优选地其直径不超过线性运动杆2的接合部的直径的1.3倍，更优选地其直径不超过线性运动杆2的接合部的直径的1.15倍，由此第一和第二转动油封部中滑动截面面积小，并且使得线性致动器能够通过外力利用一小的负荷来被驱动。如果油封部的滑动部的直径相对于线性运动杆2的接合部的直径过大，这不是优选的，因为油封部的滑动长度(滑动截面面积)増大，并且在通过外力驱动线性致动器的情况下的负荷变大。相反，如果第一和第二转动油封部的滑动部的直径太小，这不是优选的，因为尽管由于油封部的滑动长度(滑动截面面积)使得相对于外力的负荷小，但是第一和第二筒状轴15和19的内表面与线性运动杆2的外表面(行星滚柱丝杠的螺杆部6b)之间的空间变小，因此，当线性运动杆2的行程变化并且第一密闭区域5中的压カ变动时，经由该间隙移动的润滑油的流体阻力増大，致动器的驱动阻力増加，并且反驱动カ増大。此外，在本发明的线性致动器中，很容易产生磨损粉末的行星滚柱丝杠的螺杆部6b和螺母部17以及线性运动轴承4等利用油来润滑，并且因为油的粘性低，所以即使产生磨损粉末等，磨损粉末也能够被分散，而不是局部存在于产生磨损粉末的场所。因此，能够避免支承部的粘附或类似情形的可能性。同时，作为包括在被第一和第二转动油封部(15、16、18、19)密封的第二密闭区域21 (21a，21b)中的转动支承部的角轴承9利用低粘性油脂来润滑。为了在线性致动器的电源被切断时通过外力以小的负荷使线性致动器被驱动，角轴承9也优选用油来润滑，但在第二密闭区域21中，存在电机部(定子绕组部11、转子永久磁体20)，因此，为了尽可能排除在角轴承9中产生的铁粉末例如磨损粉末等流到和移动到电机部的风险，使用低粘性油月旨。在角轴承9与电机部之间的间隙中，设置有非接触迷宮式密封件27，并且该间隙用低粘性油脂来密封，包括转子永久磁体20、定子绕组部11和VR旋转变压器13a和13b的电机区域21b和包括角轴承9的轴承区域21a分隔开，并且排除了在角轴承9中产生的铁粉末例如磨损粉末进入电机区域21b的风险。此外，非接触迷宮式密封件27安装在相对于转动中空轴10的转动轴线沿径向方向的外侧，并且因此，非接触迷宮式密封件能够通过外力以小的负荷被驱动，因为该密封件是非接触密封件，尽管密封部的周长较长。在本发明的线性致动器中，线性运动杆2在其中移动的第一密闭区域5通过第一和第二转动油封部15、16、18和19和线性运动油封部3密封，并且因此，外部空气不被允许由于线性运动杆2的行程位移产生的第一密闭区域5中的压カ变动而流入和流出第一密闭区域5 (不包括空气呼吸功能)。因此，即使线性致动器持续在例如-20度的低温条件下使用，也不会由于诸如空气中水的凝固之类的现象导致滑动功能减低，并且提供了能够保持良好滑动状态的效果。此外，本发明的线性致动器本体相对于外部空气被密封，空气中的水、灰尘等能够被防止进入本体，并且能够维持稳定的功能。为了防止线性运动杆2的滑动部6a暴露于周围环境，并且防止水、灰尘等粘附到滑动部6a的外表面上，当滑动部6a由于行程变化从作为本体的最末端部的线性运动支承部壳体12a突出时，在线性运动支承部壳体12a与第一球面轴承I之间设置有带有未示出的可折叠褶皱等的盖，并且优选地防止灰尘等粘附到滑动部6a的外表面上。作为第一密闭区域5中的气体，可以使用空气或惰性气体例如氮。第一密闭区域5是密闭空间，并且因此，由气体占用的容积与压カ的乘积是恒定的。因此，当第一密闭区域5中由气体占用的容积从Vl改变到V2，并且压カ从Pl改变到P2时，容积改变后的压カP2可由下式表示P2=P1X (V1/V2)=PlX (Vl/ (VI土 AV)) (I)在此，AV代表气体占用的容积从Vl改变到V2的变化量(V2 — VI)，并且代表与线性运动杆2相对于线性运动支承部壳体12a进出的体积相对应的量。换句话说，AV代表由线性运动杆2的滑动部6a的截面积与最大行程长度的乘积所表示的体积。根据此关系，考虑了线性运动杆2最大行程和最小行程时第一密闭区域5内的压カ差，并且能够将装置设计成满足油封部的耐压条件。普通油封建议的允许压カ差条件是约0.3atm。因此，当第一密闭区域5和第二密闭区域21内的压カ的初始条件被设定为大气压カ时，能够考虑根据第一密闭区域5的容积和润滑油的量确定的最大行程时气体的容积V、与线性运动杆2的轴向方向垂直的平面内的截面面积A以及行程长度L来设计装置，以便满足下面的条件V/ (V - AXL) < 1.3 (2)由此，能够提供保持第一密闭区域5内的密闭性井能在不损害油封功能的情况下保持稳定的功能的线性致动器。(本实施例的线性致动器的组装方法)下文中，结合图5A-5I说明根据本实施例的线性致动器的组装方法的ー个示例。首先，利用轴承固定螺母8将角轴承9的内圈固定到转动中空轴10上，并且将转子永久磁体20和第二油封18装配到转动中空轴10上。此外，通过螺母固定环7，将行星滚柱丝杠的螺母部17固定到转动中空轴10的内周面上。此外，将第一油封16固定到螺母固定环7上(见图5A)。将第一筒状轴15安装在构成本体的一部分的转动/线性运动变换部壳体12b中(见图5A)。接下来，在使第一油封16在第一筒状轴15的外周面上滑动的同时，将转动中空轴10经由角轴承9插入转动/线性运动变换部壳体12b，并且通过角轴承压板28将角轴承9的外圈固定到转动/线性运动变换部壳体12b。此外，将非接触迷宮式密封件27安装在角轴承压板28与转动中空轴10之间(图5B)。将其上固定有中空电机的定子绕组部11和VR旋转变压器(定子侧)13a的电机部壳体12c连接到转动/线性运动变换部壳体12b (图5C)。接下来，在将VR旋转变压器(转子侧)13b固定到转动中空轴10上之后，将电机部后部壳体12d固定到电机部壳体12c的端部上(图OT)。将线性运动杆2与行星滚柱丝杠的螺杆部6b彼此连接，并将行星滚柱丝杠的螺杆部6b的螺纹槽6c从转动/线性运动变换部壳体12b的开ロ侧插入，同时与螺母部17接合(图 5E)。接下来，将其中第二筒状轴19被预先固定到端部上的筒状缸23从电机部后部壳体12d中央的开ロ插入，在第二筒状轴19相对于第二油封18滑动的同时将第二筒状轴19插入第二油封18，并且将筒状缸23固定到电机部后部壳体12d上(图5F)。接下来，将线性运动杆2和行星滚柱丝杠的螺杆部6b移动到筒状缸23的端部侧，将其中磨损环22被装配到外周上的凹部中的磨损环保持件22a装配到线性运动杆2的位于行星滚柱丝杠的螺杆部6b侧的端部上，并且通过磨损环保持件固定螺母22c固定到线性运动杆2的位于行星滚柱丝杠的螺杆部6b侧的端部上(图5G)。接下来，在使线性运动杆2的滑动部6a和其上固定有线性运动油封3和线性运动轴承4的线性运动支承部壳体12a滑动的同时，以使得线性运动杆2的滑动部6a插入线性运动支承部壳体12a的方式装配线性运动轴承部壳体12a，并将线性运动支承部壳体12a固定到转动/线性运动变换部壳体12b上(图5H)。最后，将第一球面轴承I固定到线性运动杆2的最末端部上，将缸后端部壳体12f固定到筒状缸23的端部上，并且将第二球面轴承14固定到缸后端部壳体12f上(图51)。此外，可从构造在转动/线性运动变换部壳体12b等上并且能够被密封和关闭的未示出的注油ロ注入要求量的润滑油。如上所述，根据本实施例的构造，除了线性致动器本体，不需要其它外部装置例如压カ产生装置，不需要在利用加压流体的控制器情况下所需的加压流体的配管，并且使用了中空电机，由此，能够实现紧凑型线性致动器。此外，线性致动器提供了作为在必要时产生所需驱动力的致动器或者作为产生所需减振力的线性致动器的功能，并且在没有必要作为线性致动器工作时，线性致动器能够很容易通过外力在不用给予其大的阻力的情况下被驱动。此外，能够实现不管使用环境例如温度如何都能稳定地保持功能的线性致动器。实施例2图6示出根据实施例2的线性致动器在最小行程情况下的截面图，图7示出根据实施例2的线性致动器在最大行程情况下的截面图。因为本实施例的线性致动器的构造与图1-3所示实施例1的线性致动器的构造基本相同，所以下面省略了相同部件的说明，仅对不同的部件进行说明。本实施例的筒状缸23在线性运动杆2的相对于磨损环22的闭塞端部侧中可移动范围外的上部具有开ロ 26。作为本体的一部分的转动/线性运动变换部壳体12b在相对于行星滚柱丝杠的螺母部17的开ロ端部侧中的上部具有开ロ 24。筒状缸23的开ロ 26和作为本体的构成第一密闭区域5的一部分的转动/线性运动变换部壳体12b的开ロ 24通过旁通管25连接，并且形成彼此流体连通的流体通路。如实施例1中所说明的，线性运动杆2从线性运动支承部壳体12a伸出，并从图6所示的最小行程状态改变到图7所示的最大行程状态，由此第一密闭区域5的容积増大。此夕卜，第一密闭区域5由第一和第二转动油封部15、16、18和19及线性运动油封部3密封，并且因此，通过第一密闭区域5的容积増大，第一密闭区域5中的压カ减小。为了行星滚柱丝杠的螺杆部6b和螺母部17之间、磨损环22的滑动部与筒状缸23的内表面之间、及线性运动支承部壳体12a的线性运动轴承与线性运动杆2的滑动部6a之间的润滑，润滑油被封装在第一密闭区域5内，但是为了响应于第一密闭区域5的压カ的变动，在第一密闭区域5中还与润滑油一起封装有气体。本发明的线性致动器通过安装成使得线性运动杆的轴向方向基本上是水平的来使用，并且因此，润滑油和气体也存在于筒状缸23内作为第一密闭区域5的一部分的第一 b密闭区域5b中。对比图6所示最小行程时与图7所示最大行程时的状况可以明白，筒状缸23内的第一 b密闭区域5b的容积的变化率大，并且因此，产生与容积变化量相对应的压カ变化，由此在第一密闭区域5内发生润滑油和气体的移动。特别是，在相对于转动/线性运动变换部壳体12b的行星滚柱丝杠的螺母部17的第一端部侧中，形成用作润滑油的存储部的第一 a密闭区域5a。换句话说，在轴向方向上在第一转动油封部15和16与线性运动油封部3之间，第一密闭区域5具有用作润滑油的存储部的第一 a密闭区域5a。这对减小在相对于筒状缸23内的磨损环22的第二端部侧中使流体在第一 a密闭区域5a与第一 b密闭区域5b之间移动所需的カ以使线性致动器通过外力以小的负荷被驱动，以及在作为线性致动器使用致动器的情况下实现迅速响应非常重要。本实施例的线性致动器包括使得第一 a密闭区域5a和第一 b密闭区域5b彼此流体连通的旁通管25。因此，根据第一 a密闭区域5a与第一 b密闭区域5b的压カ差，除了如实施例1那样通过经由磨损环22与筒状缸23的内表面之间的空间的路线以外，润滑油和气体在第一 a密闭区域5a与第一 b密闭区域5b之间通过经由旁通管25的路线移动。因此，与实施例1的情况相比较，很容易执行润滑油和气体的移动。此外，从第一密闭区域5连接到旁通管25的开ロ 24和26包括在水平安装的线性致动器的上侧，并且因此，具有缓冲压カ变化的作用的气体优先通过旁通管25在第一 a密闭区域5a和第一 b密闭区域5b之间移动。因此，在任何行程状态中，能够保持润滑油保留在第一 a密闭区域5a和第一 b密闭区域5b中的状态，并且能够维持良好的润滑条件。润滑油的粘性随着温度减小呈指数方式増大，并且因此，在例如-20°C的低温度时，形成用来使润滑油在第一 a密闭区域5a和第一 b密闭区域5b之间移动的螺母通孔17b和磨损环保持件通孔22b呈现出对润滑油的大的流体阻力。此外，第一 a密闭区域5a和第一 b密闭区域5b的流路长度长，并且因此，在低温度(约-20°C )时，流体阻力的影响变大并且不能忽略。结果，在低温度时存在对线性运动杆的行程的反驱动カ上升的可能。作为用于减小由于低温度时润滑油粘性上升导致的流体阻力增大而引起的反驱动カ的实施例，图8中示出实施例1的变形实施例。在线性致动器的该变形实施例中，线性运动杆2具有从作为行星滚柱丝杠的螺杆部6b的端部的筒状缸23侧内的端面沿轴向方向延伸到滑动部6a附近并使第一 a密闭区域5a和第一 b密闭区域5b彼此流体连通的螺杆部通孔6c。换句话说，螺杆部通孔6c是使线性运动杆2的容纳在筒状缸23内的端部侧的端面与线性运动杆2的相对于滑动部6a的端面侧的外周面彼此流体连通的通孔。由此，除了经由螺母通孔17b和磨损环保持件通孔22b的流路以外，润滑油还能够通过经由螺杆部通孔6c的流路在第一 a密闭区域5a和第一 b密闭区域5b之间移动。但是，因为所有流路在轴向方向上长，粘性阻力的增大的影响在低温度例如约_20°C的温度中高粘性的状态下不能被忽略，并且反驱动カ的上升会变成问题。与此相対，在本实施例的构造中，包括了具有设置在第一 a密闭区域5a和第一 b密闭区域5b的上侧中的旁通管25，相对于润滑油，气体优先经由旁通管25在第一 a密闭区域5a和第一 b密闭区域5b之间流动。即使润滑油的粘性在低温度条件下上升并且第一 a密闭区域5a和第一 b密闭区域5b的流路中的润滑油的粘性阻力上升，相对于线性运动杆的行程的滑动阻カ的上升由于旁通管25的存在而缓解。而且，第一密闭区域5中的空气区域的体积相应于旁通管25的安装而变大，并且因此，由于线性运动杆的行程引起的内部压力上升被缓解。尽管在本实施例中示出和说明了通过旁通管25使第一 a密闭区域5a和第一 b密闭区域5b流体连通的构造，但本发明不仅限于这种构造。包括了用来连接当线性致动器放置成线性运动杆2的轴线基本水平时位于包括线性运动杆2的轴线的水平面的上方的第一a密闭区域5a的开口和第一 b密闭区域5b的开ロ的旁通流路，由此，能够获得与本实施例中说明的旁通管25类似的操作效果。应注意的是，还能够通过例如形成贯穿构成本线性致动器的本体12的转动/线性运动变换部壳体12b、电机部壳体12c、电机部后部壳体12d及筒状缸12e的通孔并使第一 a密闭区域5a和第一 b密闭区域5b彼此流体连通来获得本发明的操作效果。如上所述，相对于第一实施例，能够实现能在低温度(约_20°C )时保持更稳定功能的线性致动器。实施例3图9示出根据实施例3的线性致动器在最大行程时的截面图。因为本实施例的线性致动器的构造在基本构造上与图6和图7所示实施例2的线性致动器相同，所以省略相同部件的说明而说明不同的部件。本实施例的线性致动器与实施例2不同之处在于构成第一 a密闭区域5a的转动/线性运动变换部壳体12b的形状。其它部件与实施例2类似。在本实施例中构成扩张第一 a密闭区域5a’的转动/线性运动变换部壳体12b的形状相对于包括线性运动杆2的轴线的水平面垂直不对称，并且转动/线性运动变换部壳体12b构造成，在安装成使得线性运动杆2的轴线基本水平的线性致动器中，扩张第一 a密闭区域5a’的相对于包括线性运动杆2的轴线的基本水平面的上侧内的容积比下侧的容积大。通过包括上述构造，能够封装相对于润滑油的预定量较大的容积的气体。由此，式
(2)中的V变大。因此，当作为气体的容积的变化量的AXL恒定吋，V/ (V — AXL)变小并且第一密闭区域5内的压カ变化量能够变小。响应于压カ变化流动的流体的量因为压カ变化量减小而减小，并且因此反驱动カ能够变小。由此，抵抗根据行程长度而变化的第一密闭区域5中的压カ来驱动线性运动杆2所需的カ变小，并且能够实现线性致动器更平稳的驱动。而且，提高了满足式(2)的装置的设计的自由度。此外，扩张第一 a密闭区域5a’构造成具有这样的形状，即相对于线性运动杆2的轴线的上侧的容积比下侧的容积大。在与此类似的模式中，使扩张第一 a密闭区域5a’内部的容积大，由此，积累在具有润滑油存储器作用的扩张第一 a密闭区域5a’中线性运动杆2的轴线下侧的部分中的润滑油能够与其中第一 a密闭区域5a的容积没有増大的实施例1和实施例2类似地稳定地供给到需要润滑的行星滚柱丝杠(6、17)和磨损环22。此外，设置在扩张第一 a密闭区域5a’的上部的开ロ 24与第一 b密闭区域5b彼此流体连通，并且因此，作为压カ减振器的气体能够经由旁通管25在扩张第一 a密闭区域5a’与第一 b密闭区域5b之间良好地流动。通过具有本实施例的构造，能够提供更可靠地保持第一密闭区域5内密闭性并实现稳定功能的线性致动器。实施例4
图10示出适用了根据本发明实施例1-3的线性致动器的鉄道车辆用摇动控制装置的示意性构成图。本实施例的鉄道车辆用摇动控制装置具有安装在台车35与车体30之间的根据本发明实施例1-3的致动器，并且包括执行线性致动器33的驱动的主动控制以便抑制车体30摇动的控制器32。振动经由初级弹簧36从车轮传递到台车35，并且台车35的振动经由次级弹簧34传递到车体30。加速度计31测量车体30的加速度，并主动控制线性致动器33以便根据测量的加速度抑制车体30的摇动(振动)。各种已知控制方法都能适用于通过控制器进行的主动控制。在铁道车辆中，抑制与作为水平方向的车辆行驶方向垂直的方向的振动(摇动)对使鉄道车辆乘坐性优良和使车辆行驶时的行驶姿势稳定方面很重要。在使用线性致动器抑制铁道车辆摇动的情况下，最有效的配置方法是沿垂直于车辆行驶方向的方向和沿水平方向安装线性致动器。在将线性致动器容纳在铁道车辆的限制宽度内这一点上，本发明的紧凑型线性致动器具有很大的优势。尤其是在窄轨标准被广泛应用的条件下，将本发明的紧凑型线性致动器应用到鉄道车辆中的车体的摇动控制装置上尤其有利。与用于铁道车辆中的车体的摇动控制装置类似，能够实现鉄道车辆用摇动控制装置，该铁道车辆用摇动控制装置使用排除由于低温度时润滑油粘性增大而反驱动カ増大的影响的致动器，并且在反驱动カ低的状态下，甚至在维护例如频繁更换难以执行和安装控制器的使用环境的温度变化大的恶劣使用条件下稳定工作。本申请要求2010年7月9日提交的日本专利申请N0.2010-157015的优先权，其全文通过引用结合在此。附图标记列表1:第一球面轴承2:线性运动杆3:线性运动油封4:线性运动轴承5:第一密闭区域5a:第一 a密闭区域5a’:扩张第一 a密闭区域5b:第一 b密闭区域6a:滑动部6b:行星滚柱丝杠(螺杆部)6c:螺杆部通孔7:螺母固定环8:轴承固定螺母9:角轴承10:转动中空轴11:中空电机(定子绕组)12a:线性运动支承部壳体12b:转动/线性运动变换部壳体
12c:电机部壳体12d:电机部后部壳体12e(23):筒状缸12f (14):缸后纟而部壳体13a:VR旋转变压器(定子侧)13b:VR旋转变压器(转子侧)14:第二球面轴承15:第一筒状轴(第一转动油封部)16:第一油封(第一转动油封部)17:行星滚柱丝杠(螺母部)17a:滚柱17b:螺母通孔18:第二油封(第二转动油封部)19:第二筒状轴(第二转动油封部)20:中空电机(转子永久磁体)21:第二密闭区域21a:轴承区域21b:电机区域22:磨损环22a:磨损环保持件22b:磨损环保持件通孔22c:磨损环保持件固定螺母23:筒状缸24:开ロ25:旁通管26:开ロ27:非接触迷宮式密封件28:角轴承压板30:车体31:加速度计32:控制器33:线性致动器34:次级弹簧35:台车36:初级弹簧
权利要求
1.一种线性致动器，包括: 具有开ロ端部和闭塞端部的中空结构的本体； 固定到所述本体内的闭塞端部侧并具有位于开ロ端部侧的开ロ端的筒状缸； 具有从所述本体的所述开ロ端部伸出的一个端部和在外周部上帯有磨损环的另ー个端部的线性运动杆，所述磨损环沿轴向方向可滑动地容纳在所述筒状缸内，所述线性运动杆具有经由位于所述开ロ端部侧的外周上的所述开ロ端部的线性运动油封沿轴向方向可滑动的滑动部，所述线性运动油封和所述滑动部密封所述本体的内部；和 围绕所述线性运动杆的轴线可转动地支承在所述本体内的转动中空轴， 其中，所述转动中空轴具有位于外周面的一部分上的永久磁体，所述本体在其内表面的面向所述永久磁体的位置处具有定子绕组部，并且所述永久磁体和所述定子绕组部构成中空电机， 所述转动中空轴具有同轴固定的螺母部，所述线性运动杆在所述滑动部与所述磨损环之间的外周面上具有与所述螺母部接合的螺杆部，并且所述螺母部与所述螺杆部彼此接合以构成通过所述转动中空轴的转动而使所述线性运动杆沿轴向方向线性移动的转动/线性运动变换机构， 在所述螺母部的在所述线性运动杆的轴向方向上的两侧中，包括密封所述转动中空轴与固定到所述本体上的部件之间的间隙的两个转动油封部，并且 所述转动油封部限定出第一密闭区域并且与所述线性运动油封部相配合密封所述第ー密闭区域，所述第一密闭区域是所述本体内的其中所述线性运动杆线性移动并且其中润滑油和气体共存的区域，并且是通过使所述第一密闭区域与布置所述中空电机的第二密闭区域分隔开而限定出的。
2.根据权利要求1所述的线性致动器， 其中，所述两个转动油封部通过由在相对于所述螺母部的所述开ロ端部侧固定到所述本体上的第一筒状轴的外周和固定到所述转动中空轴上的第一油封形成的第一转动油封部和由固定到所述筒状缸的所述开ロ端上的第二筒状轴的外周和固定到所述转动中空轴上的第二油封形成的第二转动油封部构成。
3.根据权利要求1或2所述的线性致动器， 其中，所述线性致动器是通过安装成使得所述线性运动杆的轴向方向基本水平来使用的， 所述筒状缸具有相对于所述线性运动杆的所述磨损环的可移动范围位于所述闭塞端部侧的上部内的开ロ， 所述本体在相对于所述螺母部的所述开ロ端部侧具有构成所述第一密闭区域的所述本体的上部内的开ロ，并且 包括使所述筒状缸的开口和所述本体的开ロ彼此流体连通的流路。
4.根据权利要求3所述的线性致动器， 其中，在相对于所述螺母部的所述开ロ端部侧的所述第一密闭区域中，相对于包括所述线性运动杆的轴线的水平面的上侧的容积比相对于所述水平面的下侧的容积大。
5.根据权利要求1至4中任ー项所述的线性致动器， 其中，所述转动油封部的所述滑动部的直径不大于所述线性运动杆的所述螺杆部的直径的1.5倍。
6.根据权利要求5所述的线性致动器， 其中，所述转动油封部的所述滑动部的直径不大于所述线性运动杆的所述螺杆部的直径的1.3倍。
7.根据权利要求2所述的线性致动器， 其中，在所述轴向方向上在所述第一转动油封部与所述线性运动油封之间，所述第一密闭区域具有润滑油存储部。
8.根据权利要求1至7中任ー项所述的线性致动器， 其中，满足条件V/ (V-AXL) < 1.3， 其中，A代表与所述线性运动杆的所述滑动部的轴向方向垂直的截面面积，L代表所述线性运动杆的最大行程长度，且V代表最大行程时所述第一密闭区域中气体的容积。
9.根据权利要求1至8中任ー项所述的线性致动器， 其中，由所述螺母部和所述螺杆部构成的所述转动/线性运动变换机构由行星滚柱丝杠构成。
10.根据权利要求1至9中任ー项所述的线性致动器， 其中，所述螺母部具有沿轴向方向贯通的通孔。
11.根据权利要求1至10中任ー项所述的线性致动器， 其中，所述线性运动杆的所述磨损环经由固定到所述线性运动杆上的磨损环保持件固定到所述线性运动杆上，并且 所述磨损环保持件具有沿轴向方向贯通的通孔。
12.根据权利要求1至11中任ー项所述的线性致动器， 其中，所述线性运动杆具有提供所述另ー个端部侧中的端面与相对于所述滑动部的端面侧中的外周面之间的流体连通的通孔。
13.一种用于鉄道车辆的摇动控制装置，具有: 安装在鉄道车辆的台车与车体之间的根据权利要求1至12中任ー项所述的线性致动器，和主动控制所述线性致动器的驱动以抑制所述车体的摇动的控制器。
全文摘要
提供了一种紧凑型线性致动器和一种适用于铁道车辆且具有该线性致动器的摇动控制装置，该线性致动器中的反驱动力小并且基本不发生由于磨损粉末等引起的粘附。线性致动器包括具有开口端部和闭塞端部的中空结构的本体；固定到本体内的闭塞端部侧并具有位于开口端部侧的开口端的缸；具有从本体的开口端部伸出的一个端部、具有位于另一个端部的外周部上的磨损环并且沿轴向方向可滑动地容纳在缸内的线性运动杆；和可转动地支承在本体内的中空轴，其中，中空轴具有位于外周面的一部分上的永久磁体，包括在本体的内表面的一部分上的绕组部和永久磁体构成中空电机，同轴固定到中空轴上的螺母部和位于线性运动杆的外周面上的螺杆部彼此接合以构成转动/线性运动变换机构，并且在螺母部的轴向方向上的两侧中包括了密封中空轴与本体之间的间隙的转动油封部。
文档编号H02K7/06GK103098348SQ201180033988
公开日2013年5月8日 申请日期2011年6月27日 优先权日2010年7月9日
发明者玉井真史, 后藤修 申请人:穆格日本有限公司, 新日铁住金株式会社