(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023041878
(43)【公開日】2023-03-24
(54)【発明の名称】電動アクチュエータアセンブリ
(51)【国際特許分類】
H02K 41/03 20060101AFI20230316BHJP
H02K 16/00 20060101ALI20230316BHJP
【ＦＩ】
H02K41/03 A
H02K16/00
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023014967
(22)【出願日】2023-02-03
(62)【分割の表示】P 2019530476の分割
【原出願日】2017-12-07
(31)【優先権主張番号】62/431,312
(32)【優先日】2016-12-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/431,311
(32)【優先日】2016-12-07
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】505383383
【氏名又は名称】エムティーエス システムズ コーポレイション
(74)【代理人】
【識別番号】100086232
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 博通
(74)【代理人】
【識別番号】100092613
【弁理士】
【氏名又は名称】富岡 潔
(72)【発明者】
【氏名】サイモン，アンドリュー，グレゴリー
(72)【発明者】
【氏名】ライナー，アンドリュー，ティモシー
(72)【発明者】
【氏名】クルーガー，ポール，マーティン
(72)【発明者】
【氏名】シュルツ，ブラッドリー，ディーン
(57)【要約】
【課題】 改良された電動アクチュエータアセンブリを提供する。
【解決手段】 支持ハウジング（２８、１２４）と、支持ハウジング（２８、１２４）に固定された第１の固定子磁界発生アセンブリ（２６）と、可動電機子センブリ（２２）と、を有する電動アクチュエータアセンブリ（２０）。可動電機子センブリ（２２）は、中央支持体（１５０）を有するプレートアセンブリを含む。電動アクチュエータアセンブリはまた、基準軸に沿って可動電機子センブリ（２２）の直線運動を提供するように、第１の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第１の電機子磁界発生アセンブリを含み、第１の電機子磁界発生アセンブリは、中央支持体の両側に固定された第１および第２の磁気アセンブリを含む。
【選択図】図２Ａ
【解決手段】 支持ハウジング（２８、１２４）と、支持ハウジング（２８、１２４）に固定された第１の固定子磁界発生アセンブリ（２６）と、可動電機子センブリ（２２）と、を有する電動アクチュエータアセンブリ（２０）。可動電機子センブリ（２２）は、中央支持体（１５０）を有するプレートアセンブリを含む。電動アクチュエータアセンブリはまた、基準軸に沿って可動電機子センブリ（２２）の直線運動を提供するように、第１の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第１の電機子磁界発生アセンブリを含み、第１の電機子磁界発生アセンブリは、中央支持体の両側に固定された第１および第２の磁気アセンブリを含む。
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持ハウジングと、
前記支持ハウジングに固定された第１の固定子磁界発生アセンブリと、
前記支持ハウジングに固定された第２の固定子磁界発生アセンブリと、
可動電機子アセンブリと、
を備え、
前記可動電機子アセンブリが、
基準軸に沿って前記可動電機子センブリを直線運動させるように前記第１の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第１の電機子磁界発生アセンブリと、
前記可動電機子アセンブリの少なくとも一部の回転運動を提供するように前記第２の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第２の電機子磁界発生アセンブリであって、前記第２の固定子磁界発生アセンブリよりも長いか、または短いかのいずれかである、第２の電機子磁界発生アセンブリと、
を備えた、電動アクチュエータアセンブリ。
前記支持ハウジングに固定された第１の固定子磁界発生アセンブリと、
前記支持ハウジングに固定された第２の固定子磁界発生アセンブリと、
可動電機子アセンブリと、
を備え、
前記可動電機子アセンブリが、
基準軸に沿って前記可動電機子センブリを直線運動させるように前記第１の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第１の電機子磁界発生アセンブリと、
前記可動電機子アセンブリの少なくとも一部の回転運動を提供するように前記第２の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第２の電機子磁界発生アセンブリであって、前記第２の固定子磁界発生アセンブリよりも長いか、または短いかのいずれかである、第２の電機子磁界発生アセンブリと、
を備えた、電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項2】
前記第１の固定子磁界発生アセンブリが、巻線を備えることを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項3】
前記第１の電機子磁界発生アセンブリが、永久磁石を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項4】
前記第２の固定子磁界発生アセンブリが、巻線を備えることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項5】
前記第２の電機子磁界発生アセンブリが、巻線を備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項6】
前記第１の電機子磁界発生アセンブリが、円筒形状を有することを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項7】
前記第１の電機子磁界発生アセンブリが、平面状であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項8】
前記第２の電機子磁界発生アセンブリを、前記第１の電機子磁界発生アセンブリに回転可能に連結するベアリングをさらに備えることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項9】
前記ベアリングが、横方向の荷重に反応するように構成された追加のベアリングから離間されたスラストベアリングを備えることを特徴とする請求項８に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項10】
前記ベアリングが、アンギュラコンタクトベアリングを備えることを特徴とする請求項８に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項11】
前記ベアリングが、テーパベアリングを備えることを特徴とする請求項８に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項12】
前記ベアリングが、前記第２の電機子磁界発生アセンブリを、前記第１の電機子磁界発生アセンブリ内に少なくとも部分的に延在するシャフト上に支持することを特徴とする請求項８～１１のいずれか一項に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項13】
前記シャフトが、前記第１の電機子磁界発生アセンブリの長手方向長さに沿って延びるボア内に延在することを特徴とする請求項１２に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項14】
前記第１の電機子磁界発生アセンブリが、中央支持体と、前記中央支持体の両側に固定された第１および第２の磁気アセンブリと、を備えることを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項15】
前記中央支持体は、前記第１および第２の磁気アセンブリよりも軟質の材料で作られることを特徴とする請求項１４に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項16】
前記第２の電機子磁界発生アセンブリが、中央支持体に締結具で固定されるとともに、前記第１および第２の磁気アセンブリに支持されるように前記中央支持体から離間されることを特徴とする請求項１５に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項17】
支持ハウジングと、
前記支持ハウジングに固定された第１の固定子磁界発生アセンブリと、
可動電機子アセンブリと、
を備え、
前記可動電機子アセンブリが、
中央支持体を有するプレートアセンブリと、
基準軸に沿って前記可動電機子センブリを直線運動させるように前記第１の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第１の電機子磁界発生アセンブリであって、前記中央支持体の両側に固定された第１および第２の磁気アセンブリを備えた、第１の電機子磁界発生アセンブリと、
を備えた、電動アクチュエータアセンブリ。
前記支持ハウジングに固定された第１の固定子磁界発生アセンブリと、
可動電機子アセンブリと、
を備え、
前記可動電機子アセンブリが、
中央支持体を有するプレートアセンブリと、
基準軸に沿って前記可動電機子センブリを直線運動させるように前記第１の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第１の電機子磁界発生アセンブリであって、前記中央支持体の両側に固定された第１および第２の磁気アセンブリを備えた、第１の電機子磁界発生アセンブリと、
を備えた、電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項18】
前記中央支持体は、前記第１および第２の磁気アセンブリよりも軟質の材料で作られることを特徴とする請求項１７に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項19】
前記中央支持体に締結具で固定された端部材を含み、前記端部材は、前記第１および第２の磁気アセンブリに支持されるように前記中央支持体から離間されることを特徴とする請求項１８に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
以下の説明は、一般的な背景情報のために提供されているに過ぎず、本主題の範囲内で補助として使用されることを意図したものではない。
【0002】
本明細書で開示される態様は、アクチュエータに関し、特に、トルクの提供との可能な組み合わせで直線力を加えることを必要とする電磁アクチュエータの構造に関する。
【背景技術】
【0003】
そのようなアクチュエータの特に有利な用途は、材料、構成要素、消費者製品、ならびに医療用およびその他の装置（すなわち試験片）のパラメータおよび／または性能を試験するために使用される試験機または装置にある。典型的には、試験機は、入力荷重および変位を加えるための１つまたは複数のアクチュエータを含む。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
したがって、本発明の目的は、冒頭で述べた種類のアクチュエータを改良することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
一般的な一態様は、支持ハウジングに固定された第１および第２の固定子磁界発生アセンブリを有する電動アクチュエータを含む。可動電機子センブリは、支持ハウジング内に配置されるとともに、基準軸に沿って可動電機子センブリを直線運動させるように第１の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第１の電機子磁界発生アセンブリと、可動電機子アセンブリの少なくとも一部の回転運動を提供するように第２の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第２の電機子磁界発生アセンブリと、を含む。第２の電機子磁界発生アセンブリは、第２の固定子磁界発生アセンブリよりも長いまたは短い。
【0006】
実施は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。磁界発生アセンブリは、巻線または磁石で形成することができる。特に、第１の固定子磁界発生アセンブリが巻線を含み、第１の電機子磁界発生アセンブリが永久磁石を含み、第２の固定子磁界発生アセンブリが巻線を含み、第２の電機子磁界発生アセンブリが巻線を含む。
【0007】
第１の電機子磁界発生アセンブリは、円筒形または平面形を有することができる。電動アクチュエータアセンブリは、第２の電機子磁界発生アセンブリを第１の電機子磁界発生アセンブリに回転可能に連結するベアリングを含みうる。軸受は、横方向荷重に反応するように構成された追加の軸受から離間されたスラスト軸受、アンギュラコンタクトベアリング、またはテーパベアリング（tapered bearing）を含みうる。
【0008】
一実施形態では、電動アクチュエータアセンブリは、第１の電機子磁界発生アセンブリが中央支持体を含み、第１および第２の磁気アセンブリが中央支持体の両側に固定されるように構成される。必要に応じて、中央支持体は、第１および第２の磁気アセンブリよりも軟質の材料から作ることができる。一実施形態では、第２の電機子磁界発生アセンブリは中央支持体に締結具で固定され、第２の電機子磁界発生アセンブリは、第１および第２の磁気アセンブリに支持される（bear against）ように中央支持体から離間されている。別の実施形態では、シャフトは、第１の電機子磁界発生アセンブリの長手方向長さに沿って延びるボアの中に延在する。電動アクチュエータアセンブリは、中央支持体に締結具で固定された端部材を含むことができ、端部材は、第１および第２の磁気アセンブリに支持されるように中央支持体から離間されている。
【0009】
さらに別の実施形態では、ベアリングは、第２の電機子磁界発生アセンブリを、第１の電機子磁界発生アセンブリ内に少なくとも部分的に延在するシャフト上に支持するが、別の実施形態では、シャフトは、第１の電機子磁界発生アセンブリの長手方向長さに沿って延びるボア内に延在する。
【0010】
別の一般的な態様は、支持ハウジングと、支持ハウジングに固定された第１の固定子磁界発生アセンブリと、可動電機子センブリと、を有する電動アクチュエータアセンブリを含む。可動電機子アセンブリは、中央支持体を有するプレートアセンブリを含む。電動アクチュエータアセンブリはまた、基準軸に沿って可動電機子センブリを直線運動させるように第１の固定子磁界生成アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第１の電機子磁界生成アセンブリを含み、第１の電機子磁界発生アセンブリは中央支持体の両側に固定された第１および第２の磁気アセンブリを含む。
【0011】
実施は、以下の特徴のうちの１つ以上を含み得る。中央支持体が第１および第２の磁気アセンブリよりも軟質の材料から作られた電動アクチュエータアセンブリ。電動アクチュエータアセンブリは、中央支持体に締結具で固定された端部材を含み、端部材は、第１および第２の磁気アセンブリに支持されるように中央支持体から離間されている。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本明細書に開示されるアクチュエータを有する例示的な試験機の斜視図である。
【図1A】異なる動作構成を有するアクチュエータの斜視図である。
【図2A】第１のアクチュエータの概略断面図である。
【図2B】第２のアクチュエータの概略断面図である。
【図3】第１のアクチュエータの一実施形態の斜視断面図である。
【図4】第１の軸受構成を有するアクチュエータの回転コンポーネントの概略断面図である。
【図5】第２の軸受構成を有するアクチュエータの回転コンポーネントの概略断面図である。
【図6】第３の軸受構成を有するアクチュエータの回転コンポーネントの概略断面図である。
【図7】第４のアクチュエータの概略断面図である。
【図8】第５のアクチュエータの概略断面図である。
【図12】アクチュエータの端部の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本開示は、直線および／または回転変位が可能な電動アクチュエータを提供する。アクチュエータは、様々な用途に使用できる。非限定的ではあるが有利な一実施形態では、電動アクチュエータは、図１に示す試験機１０内に設けられる。概して、試験機１０は、図示しないクロスヘッド駆動装置（モータ、減速機、駆動ベルトなど）によって垂直コラム１４上を移動可能なクロスヘッド１２を含み、そしてコラム１４はベース１５によって支持されている。本明細書に記載の態様を有する電動アクチュエータ２０は、垂直コラム１４上を移動するようにクロスヘッド１２に取り付けられている。ハウジング２１が、電動アクチュエータ２０を取り囲むとともに、クロスヘッド１２と共に移動するようにクロスヘッド１２に取り付けられている。電動アクチュエータ２０および試験機１０を少なくとも部分的に制御するようにユーザインターフェース２４が設けられるが、一般的には、試験機１０は、ユーザがさらにその試験機１０を制御することが可能なグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を生成する計算装置をさらに含む。別の実施形態では、試験機１０はテーブルトップに支持される大きさであってもよい。図１では、アクチュエータ２０は下端部を有し、この下端部に試験片のような対象物が操作可能に連結されている。図１Ａでは、アクチュエータ２０は、対象物が操作可能に連結される上端部を有する。当然のことながら、アクチュエータ２０は、必要に応じてそれが使用される用途を考慮して指向させることができる。当業者に理解されるように、電動アクチュエータ２０の構成要素は、所望の負荷を与えるのに必要な大きさである。
【0014】
図２Ａおよび図２Ｂは、直線運動コンポーネント２５および回転運動またはねじり運動コンポーネント２７を有する電動アクチュエータ２０の実施形態を概略的に示す。図２Ａの概略図では、電動アクチュエータ２０は可動電機子センブリ２２を含み、このアセンブリは、リニアモータとしての動作に適した交番極性（alternating polarity）の磁界を有する固定された第１の電機子磁界発生アセンブリ２３を有する。第１の固定子磁界発生アセンブリ２６は支持ハウジング２８に固定されており、この支持ハウジング２８は、例えば図１に示すクロスヘッド１２に固定してもよく、あるいは、アクチュエータ２０が使用される方法に応じて他の任意の基部もしくは固定具に固定してもよい。
【0015】
電機子アセンブリ２２の端部、ここでは下端部に、回転またはねじり運動コンポーネント２７が配置されている。回転またはねじり運動コンポーネント２７は、回転モータとしての動作に適した交番極性の磁界を有する固定された第２の電機子磁界発生アセンブリ３１を有する回転可能（部分的かつ／または完全な回転）ならびに直線方向に可動な電機子３４と、支持ハウジング２８に固定された第２の固定子磁界発生アセンブリ３０と、を含む。回転可能電機子３４は、軸受アセンブリ３５Ａ、３５Ｂ上の中心支持シャフト３３を中心に回転する。概略的に図示された実施形態では、支持板３６は、電機子３４が支持シャフト３３を中心に回転することを可能にするようにベアリング３５Ａ、３５Ｂに結合可能な支持構造を概略的に示している。
【0016】
巻線コントローラ４０は、電機子２２上の第１の電機子磁界発生アセンブリおよび第１の固定子磁界発生アセンブリ２６の少なくとも一方、ならびに電機子３４上の第２の電機子磁界発生アセンブリ３１および第２の固定子磁界発生アセンブリ３０の少なくとも一方を励磁する。したがって、各々の励磁された磁界発生アセンブリは、リニアモータまたは回転モータとしての動作に適した所望のパターンで磁極を発生させるのに適した構成の巻線を含む。例えば、一実施形態では、巻線コントローラ４０は、第１の固定子磁界発生アセンブリ２６および第２の固定子磁界発生アセンブリ３０の巻線を励磁することが可能であり、電機子２２上の第１の電機子磁界発生アセンブリ２３および第２の電機子３４上の第２の電機子磁界発生アセンブリ３１は永久磁石を含みうる。同様に、別の実施形態では、一方または両方の電機子磁界発生アセンブリは、巻線コントローラ４０によって励磁される巻線を含むとともに、一方または両方の固定子磁界発生アセンブリは磁石を含む。電機子磁界発生アセンブリの一方または両方が巻線を含む場合、それぞれの電機子の動作の存在下で励磁を可能にするように適切な接点が設けられる。
【0017】
ほんの一例として、第１の固定子磁界発生アセンブリ２６および第２の固定子磁界発生アセンブリ３０がそれぞれ巻線を含む場合、支持ハウジング２８に対する電機子アセンブリ２２の所望の動作を達成するように、巻線コントローラ４０は、直線運動コンポーネント２５の１つまたは複数の固定子巻線２６と、回転またはねじり運動コンポーネント２７の１つまたは複数の固定子巻線３０と、を励磁する。特に、直線運動コンポーネント２５の１つまたは複数の固定子巻線２６の制御された励磁（excitation）は、アクチュエータアセンブリ２２、特に回転可能な電機子３４の軸方向の変位を引き起こす（図２Ａおよび図２Ｂの図では上下の）。回転可能な電機子３４を回転させることも望ましい場合、巻線コントローラ４０は、電機子３４を、支持シャフト３３を中心として回転させるように１つまたは複数の固定子巻線３０を励磁（energize）する。
【0018】
図２Ａおよび図２Ｂのいずれかを参照すると、電機子３４上の第２の電機子磁界発生アセンブリ３１と第２の固定子磁界発生アセンブリ３０とは軸方向長さが異なる。この構造により、電機子３４の軸方向位置が直線運動コンポーネント２５によって変位されたとしても、電機子３４と固定子３０の磁界が相互作用し、それにより電機子３４の回転を生じさせることを可能にする。図２Ａでは、電機子３４上の第２の電機子磁界発生アセンブリ３１は、第２の固定子磁界発生アセンブリ３０よりも軸方向に長いが、図２Ｂでは、電機子３４上の第２の電機子磁界発生アセンブリ３１は、第２の固定子磁界発生アセンブリ３０よりも軸方向に短い。図２Ａに示されるタイプの有利な一実施形態では、電機子３４上の第２の電機子磁界発生アセンブリ３１は磁石を含み、第２の固定子磁界発生アセンブリ３０は巻線を含む。この実施形態は、図２Ａの実施形態における巻線の量が、同様に構成された図２Ｂの実施形態に比べて少ないことに起因して、コストが概して安価となるため有利である。
【0019】
また、直線運動コンポーネント２５内の電機子の形状は、図２Ａに示すように管状であってもよく、あるいは、図２Ｂに示す可動プレートの形態であってもよいことにも留意されたい。直線運動コンポーネント２５の電機子は、例えば符号２９で概略的に示される直線ガイドによって案内される。図２Ｂの実施形態では、電機子上の第１の電機子磁界発生アセンブリ、および第１の固定子磁界発生アセンブリは、提供される概略断面図により図示されていない。第１の電機子磁界発生アセンブリは、直線ガイド２９の両側でプレート部材３７（そのうちの１つが図示されている）に取り付けられる。
【0020】
図３は、図２Ａに概略的に示されたものと同様の方法で構成された例示的な回転可能またはねじり運動コンポーネント２７の断面図である。回転可能またはねじり運動コンポーネント２７は、クロスヘッド１２に固定された、または、単一の単体構造としてクロスヘッド１２と一体的に形成された支持カラー５０を含む。支持カラー５０は、第２の固定子磁界発生アセンブリ３０を支持する。電機子３４は、例えば試験片に力を加えるための端部取り付け板または部材５２を含む。図示の実施形態では、端部材５２は、巻線を含む一実施形態では、第２の固定子磁界発生アセンブリ３０に対する電機子３４の様々な直線位置に関して支持カラー５０と重なるように、十分な直径の円筒壁５４を含む。円筒壁５４は、汚染物質または他の破片が電機子３４と接触するのを防止する。
【0021】
電機子３４上の第２の電機子磁界発生アセンブリに個々の磁石が結合された一実施形態では、端部材５２は、そのアセンブリの円筒形支持体６０の一端に固定される。端部材５２とは反対側の端部には、上側取付けリング６２が電機子３４の円筒形支持体６０に固定されている。支持シャフト３３は電機子３４を貫通して延びており、そこに取り付けられた概して３５Ａ、３５Ｂで示される軸受アセンブリにより、電機子３４の円筒形支持体６０が支持シャフト３３に対して回転することを可能にする。この実施形態では、各軸受アセンブリ３５Ａ、３５Ｂは、支持シャフト３３と電機子３４の円筒形支持体６０とを介して軸方向の力を伝達するように構成された軸方向スラスト軸受７０を備える。軸方向スラスト軸受７０は、例えば、ニードル軸受アセンブリを含むことができる。スラスト軸受７０は、円筒形支持体６０と支持板７４との間に動作可能に連結される。ナット７５などの固定具が支持シャフト３３に設けられたねじ山と係合して電機子アセンブリを互いに保持する。
【0022】
電機子３４の上端では、スラスト軸受７０が円筒形支持体６０と、支持シャフト３３に設けられた環状肩部８０との間に動作可能に連結されている。スラスト軸受７０が回転軸に直交する横荷重を支持するのに一般的には適さないことを考慮して、そのような横荷重に作用するのに適した追加の軸受アセンブリ７２も設けられる。限定することなく、例えば、追加の軸受アセンブリ７２がころ軸受を含むことができる。追加のベアリング７２の内側レースは支持シャフト３３に固定され、外側レースは、一例として、外側レースを円筒形支持体６０の環状フランジ８８に固定するリテーナリング８６を使用して、円筒形支持体６０に固定される。
【0023】
好ましくは、回転またはねじり運動コンポーネント２７の構成要素は、直線運動コンポーネント２５から、例えば試験片に対しアクチュエータ２０によって加えられる最大軸方向荷重よりも大きい荷重で軸方向に予荷重される。それにより、電機子アセンブリ２２、電機子３４および端部材５２の正確な直線的位置決めを維持することができる。図示の実施形態では、締結具９０（その一部が示されている）が端部材５２を円筒形支持体６０の端部に固定し、締結具９２と同様の締結具９２が取付けリング６２を、端部材５２の反対側にある円筒形支持体６０の端部に固定する。同様に、ナット７５は、アクチュエータ２０によって印加される軸方向の力を超えるようにスラスト軸受７０に予圧をかける。図示の実施形態では、そのうちの１つが７７で示される締結具が、支持シャフト３３を直線運動電機子の端部１０４に取り付ける。
【0024】
回転センサは、電機子３４の回転を示す出力信号を供給するように動作可能に構成される。回転センサは多くの形態をとることができる。図示の実施形態では、位置マーキングを有するエンコーダリング１０２が装着リング６２に装着されかつ装着リング６２とともに回転する、エンコーダが図示されている。図示しないエンコーダの検知コンポーネントは、エンコーダリング１０２の動きを検知するように適切に取り付けられる。必要に応じて、または代替として、電機子３４の絶対回転位置を測定するためにアナログレゾルバが設けられうる。図示の実施形態では、レゾルバは、支持シャフト３３に設けられた空所に取り付けられた固定部品１０６を含み、回転要素１０８が電機子３４の回転と共に回転するように、回転要素１０８が、支持シャフト３３に設けられたボア１１０を通して延在するとともに締結具８１で端部材５２に固定される。図示の各回転センサは電機子３４と共に直線的に移動する。別の実施形態では、図示のように配置されるのではなく、必要に応じて、回転センサを電機子３４の端部に取り付けてもよい。
【0025】
図４、図５および図６は、ねじり運動コンポーネント２７用のその他の軸受構成を概略的に示しており、同じ参照番号が上記と同じ機能を有する構成要素に使用されている。図４の実施例は、スピンドルシャフト３に対する支持体６０の回転を可能にするベアリング３５Ａおよび３５Ｂを概略的に示す。支持シャフト３３に固定されたナット７５は、ベアリング３５Ａおよび３５Ｂに予圧をかける。図５の実施形態は、図４の実施形態と同様であり、軸受８５Ａおよび８５Ｂはアンギュラコンタクト軸受である。図６の実施形態は、図４の実施形態と同様であり、軸受８７Ａおよび８７Ｂは円錐ころ軸受である。これらの実施形態は、使用され得るが限定的であると見なされるべきではない、さらなる例示的な軸受構成およびアセンブリである。これらのベアリングはいずれも、追加の耐荷重能力のために互いの上に直列に積み重ねることができる。
【0026】
図７および図８は、直線運動および回転運動の両方が可能な可動電機子センブリを有する電動アクチュエータのその他の構成を概略的に示す。まず、図７の実施形態を参照すると、電動アクチュエータ９１は、支持構造９５に対して移動可能な電機子アセンブリ９３を含む。電動アクチュエータ９１は、直線運動コンポーネント９７と、回転運動またはねじり運動コンポーネント９９と、を含む。試験片またはその他の部品に荷重を印加するように使用される端部材１０１を、回転またはねじり運動コンポーネントが直接支持する先の実施形態とは異なり、回転またはねじり運動コンポーネント９９は、電機子アセンブリ９３の反対側の端部に取り付けられる。回転またはねじり運動コンポーネント９９を概略的に示すが、上で論じた特徴のうちの任意のもの、特に図２Ａおよび図２Ｂに関して説明した特徴を含みうることに留意されたい。
【0027】
回転運動またはねじり運動コンポーネント９９が端部材１０１の反対側の端部に取り付けられた状態で、支持シャフト１１１が取り付けられるとともに直線運動コンポーネント９７の電機子アセンブリ内で回転するように構成される。上部軸受アセンブリ１０３Ａおよび下部軸受アセンブリ１０３Ｂは、直線運動コンポーネント９７の電機子アセンブリに対する支持シャフト１１１の回転を可能にする。概して、少なくとも１つの軸受アセンブリは、アクチュエータ９１により例えば試験片に印加される最大の軸方向荷重を維持するように予荷重がかけられている。図示の例示的実施形態では、下部軸受アセンブリ１０３Ｂは、スラスト軸受１０５Ａおよび１０５Ｂと、ラジアルまたは横方向荷重支持軸受１０７と、を含む。ナットのような締結具１０９が、支持シャフト１１１の端部にねじ係合し、さらにスラストベアリング１０５Ａおよび１０５Ｂに予圧力を加えるベルビューワッシャ（Bellevue type washers）のようなばね要素１１３と係合する。上部軸受１０３Ａは、支持シャフト１１１が直線運動コンポーネント９７の電機子に対して回転することを可能にするラジアルまたは横方向荷重支持軸受を含むことができる。１１５で概略的に示すリニア軸受は、支持構造９５に対して直線運動するように電機子アセンブリ９３を案内する。図示しないが図２Ａに示されるものと機能的に類似する適切な電機子および固定子磁界発生アセンブリが、電機子アセンブリ９３の直線運動を制御するように、電機子アセンブリ９３および支持構造９５に取り付けられている。
【0028】
別の電動アクチュエータアセンブリ１３１の一部が図８に概略的に示される。この実施形態では、回転またはねじり運動コンポーネント１３３が端部材１３５を直接支持する。支持シャフト１１１が直線運動コンポーネント９７の電機子内のボアを完全に貫通する図７の実施形態とは異なり、支持シャフト１３７は直線運動コンポーネント１４３の電機子１４１のボア１３９内に一部だけ延在している。単一の軸受アセンブリ１４５が支持シャフト１３７の回転を可能にする。図示の例示的実施形態では、軸受アセンブリ１４５は軸受アセンブリ１０３Ｂと同様であり、スラスト軸受１５１Ａおよび１５１Ｂと、ラジアルまたは横方向荷重支持軸受１５３と、を含む。図４～６に示す軸受アセンブリのいずれも使用することができる。ナットのような締結具１５５が、支持シャフト１３７の端部とねじ係合し、さらにスラストベアリング１５１Ａおよび１５１Ｂに予圧力を加えるベルビューワッシャのようなばね要素１５７と係合する。回転センサ１６１は支持シャフト１３７に設けられたインジケータ１６３を光学的に監視して、その回転位置を測定する。図２Ａで識別された参照符号を有する電機子および固定子磁界発生アセンブリも示されている。
【0029】
図９、図１０および図１１を参照すると、電動アクチュエータ２０は、対向するサイドレール１２２と、サイドレール１２２の端部を互いに接合する上部クロスメンバ１２４と、を含む支持構造１２０を含む。サイドレール１２２およびクロスメンバ１２４は、締結具または溶接で互いに締結された別々の要素を備えてもよい。さらなる実施形態では、サイドレール１２２およびクロスメンバ１２４は、単一の単体構造から一体的に形成される。クロスメンバ１２４とは反対側のサイドレール１２２の端部は、クロスヘッド１２に接合されている。好ましい実施形態では、クロスヘッド１２は、サイドレール１２２が延在する凹部１３０を含み、凹部１３０の下面１３２に取り付けられる。このようにして、アセンブリの全体の高さを減らすことができる。
【0030】
図１０および図１１を参照すると、電動アクチュエータ２０の電機子アセンブリ２２は、磁石を含む主面を有するプレートアセンブリ１３８と、平面固定子巻線アセンブリ１４２と、を含む。固定子巻線アセンブリ１４２は、好ましい実施形態では、プレートアセンブリ１３８の各側における、対向するサイドレール１２２、クロスメンバ１２４およびクロスヘッド１２によって画定される開口部１４４内で、支持構造１２０に取り付けられる。
【0031】
プレートアセンブリ１３８は、好ましくはアルミニウムのような軽量材料で作られた中央支持板１５０を含む。リニアベアリング１５２は、サイドレール１２２に対するプレートアセンブリ１３８の案内された直線運動を提供するように、中央支持板１５０のサイドフランジ１５４をサイドレール１２２に連結する。磁気アセンブリ１５６は、中央支持板１５０の両側に固定されている。各磁気アセンブリ１５６は、磁石（図示せず）が結合されているバックプレート１５８を含む。締結具１６０は、各バックプレート１５８を中央支持板１５０に固定する。必要に応じて、流体を冷却するための内部チャネル１６４を有する冷却プレート１６２を支持構造体１２０の両側に固定し、そこから熱を除去するように少なくとも各固定子巻線アセンブリ１４２に近接して配置することができる。
【0032】
プレートアセンブリ１３８の構造は特に有利である。一般に、この構造は、中央支持板１５０と、この中央支持板１５０の両側に取り付けられた磁石バッキングプレート１５８と、を含む「サンドイッチ」構造である。一般に、プレートアセンブリ１３８が非常に堅固であることが重要である。中央支持板１５０は、曲げ剛性がさほど高くないアルミニウムのような比較的軽量の材料で作られているが、その反対側に取り付けられた磁石バッキングプレート１５８のために、全体構造は幾何学的形状のために非常に堅固となる。
【0033】
電力が遮断されたときの電機子アセンブリ２２の制御されない動きを防ぐために、制動アセンブリ１７０（図９）は、電力損失の場合に電機子アセンブリ２２の動きを阻止または停止するように構成される。制動アセンブリ１７０は、電動アクチュエータ２０に電力が供給されたときにそれらの間に間隙を形成する離間したプレートを有する、少なくとも１つのキャリパアセンブリ１７２を含む。図示の実施形態では、２つのキャリパアセンブリ１７２が設けられている。各キャリパアセンブリ１７２は、サイドレール１２２に設けられた開口部１７４の間で、ここではサイドレール１２２のうちの１つのように、支持構造１２０に固定されている。ブレーキバンド１７８が両端で中央支持板１５０に結合され、そこではブレーキバンド１７８の端部の取り付けブラケットが開口１７４を通して延在する。ブレーキバンド１７８は、ブレーキバンド１７８が実質的に垂直になり、電機子アセンブリ２２の直線運動に対して実質的に平行に配置されるように中央支持板１５０に取り付けられる。
【0034】
電機子アセンブリ２２が直線的に沿って動くと、ブレーキバンド１７８も平行な経路を動く。電動アクチュエータ２０に電力が供給されている間、ブレーキバンド１７８はキャリパプレートに接触しないため、電力が電動アクチュエータ２０に供給されているとき、キャリパプレートはブレーキバンド１７８に抵抗を与えない。しかしながら、電力が遮断されると、キャリパアセンブリ１７２はそのプレートを互いに向かって移動させる。プレートが互いに向かって動くと、プレートはブレーキバンド１７８と摩擦係合し、したがって電機子センブリ２２がそれ以上動かないようにする。
【0035】
電動アクチュエータ２０の回転またはねじり運動コンポーネント２７は必ずしも必要ではないことに留意されたい。寧ろ、直線運動コンポーネント２５のみを有する電動アクチュエータが、いくつかの用途では望ましい場合がある。そのような実施形態では、直線運動コンポーネント２５の構成は上述の構造を含むことができる。そのような実施形態では回転またはねじり運動コンポーネントが存在しないので、支持シャフト３３は、図１０に示されるようにスタンドオフ１９０を備える。端部材５２は、適当な締結具を使用して単一の単体構造からスタンドオフ１９０の端部に固定されるかまたは一体的に形成される。好ましくは、スタンドオフ１９０は、バックラッシュを生じさせないようにプレートアセンブリ１３８に取り付けられている。言い換えれば、スタンドオフ１９０は、プレートアセンブリ１３８に取り付けられたときに予荷重されている。しかしながら、中央支持板１５０が軸方向荷重を支えるようにスタンドオフ１９０を中央支持板１５０に直接取り付ける代わりに、スタンドオフ１９０は、磁石を有する電機子コンポーネントに軸方向荷重を直接作用させるようにバックプレート１５８の端面と係合する。図１２に示すように、スタンドオフ１９０の端部と、中央支持板１５０の端面２０２と、の間に空間２００が設けられる。適切な締結具２０４が、スタンドオフ１９０内で上方に延びて中央支持板１５０に設けられたねじ穴２０８と係合するボルトを用いるなどにより、スタンドオフ１９０を中央支持板１５０に取り付ける。ボルト２０４は、作動中にアクチュエータ２０によって及ぼされる軸力（axial force）よりも大きい所望の予荷重力が達成されるまで締め付けられる。
【0036】
上述したようにスタンドオフ１９０を中央支持板１５０に取り付けるのと同様の方法において留意すべきであるが、この技術はまた、回転及びねじりコンポーネント２７の支持シャフト３３を、中央支持板１５０ではなくバックプレート１５８と係合するように、取り付けるためにも使用できる。また、支持シャフト３３の端面と中央支持板１５０の端面との間に空間２００が設けられる。支持シャフト３３を中央支持板１５０に固定するように適切な固定具が使用される。一実施形態では、２本のボルトが設けられる。ボルトは回転軸の両側に配置され、上方に延びて中央支持板１５０のねじ穴と係合する。
【0037】
本発明を好ましい実施形態を参照しながら説明してきたが、当業者は本発明の精神および範囲から逸脱することなく形態および詳細に変更を加えることができることを認識するであろう。
【図1】
【図1A】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【手続補正書】
【提出日】2023-03-06
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
支持ハウジングと、
前記支持ハウジングに固定された第１の固定子磁界発生アセンブリと、
可動電機子アセンブリと、
を備え、
前記可動電機子アセンブリが、
中央支持体を有するプレートアセンブリと、
前記中央支持体とともに直線的に移動するように前記中央支持体に固定され、かつ、基準軸に沿って前記可動電機子センブリを直線運動させるように前記第１の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第１の電機子磁界発生アセンブリであって、前記中央支持体の両側に固定された第１および第２の磁気アセンブリを備えた、第１の電機子磁界発生アセンブリと、
を備えた、電動アクチュエータアセンブリ。
前記支持ハウジングに固定された第１の固定子磁界発生アセンブリと、
可動電機子アセンブリと、
を備え、
前記可動電機子アセンブリが、
中央支持体を有するプレートアセンブリと、
前記中央支持体とともに直線的に移動するように前記中央支持体に固定され、かつ、基準軸に沿って前記可動電機子センブリを直線運動させるように前記第１の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第１の電機子磁界発生アセンブリであって、前記中央支持体の両側に固定された第１および第２の磁気アセンブリを備えた、第１の電機子磁界発生アセンブリと、
を備えた、電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項2】
前記中央支持体は、前記第１および第２の磁気アセンブリよりも軟質の材料で作られることを特徴とする請求項１に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項3】
前記中央支持体に締結具で固定された端部材を含み、前記端部材は、前記第１および第２の磁気アセンブリに支持されるように前記中央支持体から離間されることを特徴とする請求項２に記載の電動アクチュエータアセンブリ。
【請求項4】
支持ハウジングと、
前記支持ハウジングに固定された第１の固定子磁界発生アセンブリと、
可動電機子アセンブリと、
を備え、
前記可動電機子アセンブリが、
中央支持体を有するプレートアセンブリと、
前記中央支持体とともに直線的に移動するように前記中央支持体に固定され、かつ、基準軸に沿って前記可動電機子センブリを直線運動させるように前記第１の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第１の電機子磁界発生アセンブリであって、前記中央支持体の両側に固定された第１および第２の磁気アセンブリを備えた、第１の電機子磁界発生アセンブリと、
を備え、
前記中央支持体に締結具で固定された端部材を含み、前記端部材は、前記第１および第２の磁気アセンブリに支持されるように前記中央支持体から離間された、電動アクチュエータアセンブリ。
前記支持ハウジングに固定された第１の固定子磁界発生アセンブリと、
可動電機子アセンブリと、
を備え、
前記可動電機子アセンブリが、
中央支持体を有するプレートアセンブリと、
前記中央支持体とともに直線的に移動するように前記中央支持体に固定され、かつ、基準軸に沿って前記可動電機子センブリを直線運動させるように前記第１の固定子磁界発生アセンブリと協働して磁界を提供するように構成された第１の電機子磁界発生アセンブリであって、前記中央支持体の両側に固定された第１および第２の磁気アセンブリを備えた、第１の電機子磁界発生アセンブリと、
を備え、
前記中央支持体に締結具で固定された端部材を含み、前記端部材は、前記第１および第２の磁気アセンブリに支持されるように前記中央支持体から離間された、電動アクチュエータアセンブリ。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【0008】
一実施形態では、電動アクチュエータアセンブリは、第１の電機子磁界発生アセンブリが中央支持体を含み、第１および第２の磁気アセンブリが中央支持体の両側に固定されるように構成される。必要に応じて、中央支持体は、第１および第２の磁気アセンブリよりも軟質の材料から作ることができる。一実施形態では、第２の電機子磁界発生アセンブリは中央支持体に締結具で固定され、第２の電機子磁界発生アセンブリは、第１および第２の磁気アセンブリに支持される（bear against）ように中央支持体から離間されている。別の実施形態では、シャフトは、第１の電機子磁界発生アセンブリの長手方向長さに沿って延びるボアの中に延在する。電動アクチュエータアセンブリは、中央支持体に締結具で固定された端部材を含むことができ、端部材は、第１および第２の磁気アセンブリに支持されるように中央支持体から離間されている。尚、中央支持体とは、明細書中に記載の支持シャフトおよび中央支持板の両方を指すことに留意されたい。