特許 7583798 電動アクチュエーター

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-06

(45)【発行日】2024-11-14

(54)【発明の名称】電動アクチュエーター

(51)【国際特許分類】

   G01N 3/08 20060101AFI20241107BHJP

   H02K 41/02 20060101ALI20241107BHJP

【ＦＩ】

G01N3/08

H02K41/02 C

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2022522062

(86)(22)【出願日】2020-10-13

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-12-06

(86)【国際出願番号】 US2020055398

(87)【国際公開番号】W WO2021076504

(87)【国際公開日】2021-04-22

【審査請求日】2023-08-01

(31)【優先権主張番号】62/914,546

(32)【優先日】2019-10-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/090,597

(32)【優先日】2020-10-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【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】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100123582

【弁理士】

【氏名又は名称】三橋 真二

(74)【代理人】

【識別番号】100153729

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 有一

(74)【代理人】

【識別番号】100211177

【弁理士】

【氏名又は名称】赤木 啓二

(72)【発明者】

【氏名】ドミトリ ポクヒル

(72)【発明者】

【氏名】バイロン サアリ

(72)【発明者】

【氏名】チャールズ グロエッパー

(72)【発明者】

【氏名】ポール キャロル

【審査官】鴨志田 健太

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／１０６９１０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０５７６７４０２（ＵＳ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２３５６５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１０３７４５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ３／０８

Ｈ０２Ｋ ４１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試験片に負荷を加えるための電動アクチュエーターであって、
固定支持体と、
前記固定支持体に接合された単一の固定ガイドであって軸を有する固定ガイドを備えるガイドシステムと、
前記固定支持体に固定された固定アセンブリと、
前記ガイド上で前記固定支持体に対して移動可能な移動アセンブリであって、該移動アセンブリ及び前記固定アセンブリは、等しい角度間隔を置いて前記ガイド回りに配置された少なくとも２つのセットの相互作用磁場を提供する、移動アセンブリと、
前記移動アセンブリの移動と共に前記軸に沿って移動するように、前記移動アセンブリに接合されて前記固定支持体の片側に配置された試験片支持体であって、前記軸が該試験片支持体を通して延在している、試験片支持体と、
を備え、
前記移動アセンブリが、前記ガイド上でガイドされる軸受及び第２の軸受を備え、該第２の軸受が前記軸受から離れており、
前記軸受及び前記第２の軸受のそれぞれが、前記ガイドと直接又は間接的に接触する軸受表面と、軸受支持体と、前記軸受表面を前記軸受支持体に接合するフレキシャとを備え、該フレキシャは、前記ガイドに直交する軸回りのモーメントに対して適応性があるとともに、前記ガイドに直交する軸に沿った力に対して剛性がある、
電動アクチュエーター。

【請求項2】

前記移動アセンブリがコイルを含む、請求項１に記載の電動アクチュエーター。

【請求項3】

前記固定アセンブリが磁石を含む、請求項１又は２に記載の電動アクチュエーター。

【請求項4】

前記移動アセンブリが、支持レールによって支持された平面コイルを含み、前記軸受及び前記第２の軸受が前記支持レールに接合されている、請求項１に記載の電動アクチュエーター。

【請求項5】

前記移動アセンブリに連結された二次的な力発生装置を更に備える、請求項１に記載の電動アクチュエーター。

【請求項6】

前記ガイドがボアを備え、前記二次的な力発生装置は、前記ボア内を移動可能な従動部材を備える、請求項５に記載の電動アクチュエーター。

【請求項7】

前記二次的な力発生装置がばねである、請求項６に記載の電動アクチュエーター。

【請求項8】

前記ボア及び前記従動部材が、気体で充填された密封チャンバーを形成している、請求項７に記載の電動アクチュエーター。

【請求項9】

前記移動アセンブリ及び前記固定アセンブリに連結された回転防止軸受アセンブリを更に備える、請求項１に記載の電動アクチュエーター。

【請求項10】

前記回転防止軸受アセンブリが、前記移動アセンブリと共に移動するように該移動アセンブリに接合されたガイド面構造と、前記固定アセンブリに接合された軸受要素とを備える、請求項９に記載の電動アクチュエーター。

【請求項11】

電動アクチュエーターであって、
固定支持体と、
前記固定支持体に接合された固定ガイドと、
前記固定支持体に固定された固定アセンブリと、
第１の軸受及び該第１の軸受から離れている第２の軸受であって、それぞれが前記ガイド上でガイドされる、第１の軸受及び第２の軸受と、
前記第１の軸受及び前記第２の軸受に固定されるとともに、該第１の軸受及び該第２の軸受と共に前記ガイド上で前記固定支持体に対して移動可能な移動アセンブリであって、各軸受が、前記ガイドと直接又は間接的に接触する軸受表面と、軸受支持体と、前記軸受表面を前記軸受支持体に接合する可動連結部とを備え、該移動アセンブリは、前記軸受支持体のそれぞれに固定される、
電動アクチュエーター。

【請求項12】

前記可動連結部は、前記ガイドに直交する軸回りのモーメントに対して適応性があり、前記ガイドに直交する軸に沿った力に対して剛性がある、請求項１１に記載の電動アクチュエーター。

【請求項13】

前記可動連結部はフレキシャを含む、請求項１２に記載の電動アクチュエーター。

【請求項14】

前記可動連結部はフレキシャを含む、請求項１１に記載の電動アクチュエーター。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

背景技術
下記の論考は、概略的な背景情報のために提供されるにすぎず、請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用されることを意図していない。

【0002】

材料、構成要素、民生品、及び電子機器並びに医療機器及び他の機器（すなわち、試験片）のパラメーター及び／又は性能を試験するために試験機又は装置が使用される。典型的には、試験機は、入力負荷及び変位をもたらすために１つ以上のアクチュエーターを含む。

【発明の概要】

【0003】

概要
本開示におけるこの概要及び要約は、詳細な説明において下記に更に説明される選り抜きの概念を、簡略化された形態で紹介するために提供される。この概要及び要約は、請求される主題の重要となる特徴又は不可欠な特徴を識別することを意図せず、請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用されることも意図していない。請求される主題は、背景技術に記載される任意又は全ての欠点を解決する実装に限定されるものではない。

【0004】

１つの包括的な態様は、試験片に負荷を加える電動アクチュエーターを含む。電動アクチュエーターは、固定支持体と、固定支持体に接合されかつ軸を有する単一の固定ガイドを有するガイドシステムとを備える。アクチュエーターは、固定支持体に固定される固定アセンブリも備える。可動アセンブリが、ガイド上で固定支持体に対して移動可能であり、可動アセンブリ及び固定アセンブリは、等しい角度間隔を置いてガイド回りに配置される、少なくとも２つのセットの相互作用磁場を提供する。可動アセンブリの移動と共に軸に沿って移動するように、試験片支持体が、可動アセンブリに接合され、固定支持体の片側に配置され、軸は試験片支持体を通して延在する。

【0005】

上記態様の実装には、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。１つの実施の形態において、可動アセンブリは、コイルを含むことができ、一方、固定アセンブリは、磁石を含む。可動アセンブリは、ガイド上でガイドされる１つの軸受、好ましくは、互いに離れている第１の軸受及び第２の軸受を備える。可動アセンブリは、支持レールによって支持される平面コイルを含むことができ、第１の軸受及び第２の軸受は、支持レールに接合される。軸受及び第２の軸受のそれぞれは、ガイドと直接又は間接的に接触する軸受表面と、軸受支持体と、軸受表面を軸受支持体に接合するフレキシャとを備えることができ、フレキシャは、ガイドに直交する軸回りのモーメントに対しては適応性があり、ガイドに直交する軸に沿った力に対しては剛性がある。

【0006】

電動アクチュエーターは、可動アセンブリに連結された二次的な力発生装置を備えることができる。ガイドはボアを備えることができ、二次的な力発生装置は、ボア内で移動可能な従動部材を備えることができる。二次的な力発生装置は、機械ばね（圧縮、引張等）等のばねとすることができる。加えて、又は代わりに、ボア及び従動部材は、気体で充填された密封チャンバーを構成する。

【0007】

回転防止軸受アセンブリを、可動アセンブリ及び固定アセンブリに連結することができる。回転防止軸受アセンブリは、可動アセンブリと共に移動するように可動アセンブリに接合されるガイド面構造と、固定コンポーネントに接合される軸受要素とを備えることができ、その逆も同様である。

【0008】

別の包括的な態様は、固定支持体と、固定支持体に接合される固定ガイドとを有する電動アクチュエーターを含む。固定支持体には固定アセンブリが固定される。第１の軸受及び第１の軸受から離れている第２の軸受が、それぞれガイド上でガイドされる。可動アセンブリが、第１の軸受及び第２の軸受に固定されるとともに、第１の軸受及び第２の軸受と共にガイド上で固定支持体に対して移動可能であり、各軸受は、ガイドと直接又は間接的に接触する軸受表面と、軸受支持体と、軸受表面を軸受支持体に接合する可動連結部とを備えることができ、可動アセンブリは、軸受支持体のそれぞれに固定される。

【0009】

上記態様の実装には、以下の特徴の１つ以上を含むことができる。可動連結部は、ガイドに直交する軸回りのモーメントに対しては適応性があり、ガイドに直交する軸に沿った力に対しては剛性がある、電動アクチュエーター。可動連結部は、フレキシャを含むことができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】電動アクチュエーターの斜視図である。

【0011】

【図2】第１の位置にある電動アクチュエーターの斜視図である。

【0012】

【図3】第２の位置にある電動アクチュエーターの斜視図である。

【0013】

【図4】部品を取り外した状態の電動アクチュエーターの部分斜視図である。

【0014】

【図5】部品を取り外した状態の電動アクチュエーターの別の部分斜視図である。

【0015】

【図6】可動アセンブリの斜視図である。

【0016】

【図7】部品を取り外した状態の可動アセンブリの軸受の斜視図である。

【0017】

【図8】部品を取り外した状態の可動アセンブリの軸受の別の斜視図である。

【0018】

【図9】軸受の斜視図である。

【0019】

【図10】部品を取り外した状態の図９の軸受の斜視図である。

【0020】

【図11】部品を取り外した状態の図９の軸受の別の斜視図である。

【0021】

【図12】ガイドの曲げ運動に対する補償が軸受にもたらされない状態の、ガイド上で移動可能な軸受の概略図である。

【0022】

【図13】軸受がガイドの曲げ運動を補償する状態の、軸受及びガイドの概略図である。

【0023】

【図14】電動アクチュエーターの別の部分斜視図である。

【0024】

【図15】部品を取り外した状態の電動アクチュエーターの部分上面図である。

【0025】

【図16】第２の力発生装置を備える電動アクチュエーターの概略図である。

【0026】

【図17】第２の力発生装置を備える電動アクチュエーターの部分斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

例示的実施形態の詳細な説明
本開示は、直線変位が可能な電動アクチュエーター２０を提供する。アクチュエーター２０は、多くの異なる用途に使用してもよい。１つの非限定的で有利な実施形態において、電動アクチュエーター２０は、限定しないがダンパー等の試験片に所望の負荷又は変位を付与するために試験機内に設けられる。そのような試験機は既知のものであり、１つの実施形態において、試験機は、クロスヘッドドライブ（モーター、歯車減速機、ドライブベルト等）によって鉛直柱において移動可能なクロスヘッドを備える。そして柱は基部によって支持される。図１～図３に示し、本開示に態様を記載した電動アクチュエーター２０は、限定しないが、典型的には試験機の基部に取り付けられるが、クロスヘッドに取り付けてもよい。代替実施形態において、試験機は、テーブルトップによって支持されるサイズとしてもよい。アクチュエーター２０が使用される用途を考慮して必要に応じてアクチュエーター２０を方向付けできることを理解すべきである。当業者に理解されるように、以下に説明する電動アクチュエーター２０のコンポーネントは、所望の負荷を付与するために必要なサイズとすることができる。

【0028】

概して、アクチュエーター２０は、固定マウント又はフレーム２１と、固定マウント２１に取り付けられる固定アセンブリ２４と、磁場の相互作用によって固定アセンブリ２４に対して移動する可動アセンブリ２６とを備える。可動アセンブリ２６は、ガイド２８によって規定される軸２７に沿って移動する。アクチュエーター２０において、ガイド２８は、好ましくは、各端部がマウント２１に固定されるロッド等の単一のガイドを含む。少なくとも１つの軸受がガイドされる単一のガイドロッド２８のみを使用することにより、ガイドシステム（ガイドロッド及び／又は軸受（複数の場合もある））は、軸２７に沿った直線移動に関して過剰な制約を受けない。従来のアクチュエーターにおいては、２つ以上の離れたガイドアセンブリが、離れたガイド経路又は軸に沿って移動する。アクチュエーター内の可動部材のガイドされる単一の直線移動のために２つ以上のガイド経路が設けられることから、離れたガイド経路により、実現されるガイドシステムは過剰な制約を受ける。ガイド経路又は軸が互いに対して完全に平行でない場合が多い、又は、例えば、アクチュエーターの輸送、アクチュエーターの要素の熱膨張、及び／又は正常摩耗が原因で容易に歪む若しくは平行でなくなる場合があるため、そのようなアクチュエーターの操作には困難が生じる。これらの問題は、単一のガイドロッド２８の使用により最小限になる。

【0029】

好ましくは、アクチュエーター２０は、少なくとも２つのセットの相互作用磁場を含み、第１のセットの相互作用磁場は、軸２７及びガイド２８の片側に配置され、第２のセットの相互作用磁場は反対側（すなわち、軸２７を中心に１８０度反対の位置）に配置される。各セットの相互作用磁場は、固定アセンブリ２４の一部を構成する固定コンポーネント３４と、可動アセンブリ２６の一部を構成する可動コンポーネント３６とを含む。各関連する対の固定コンポーネント３４及び可動コンポーネント３６のうちの少なくとも一方は、選択的に励磁することができる巻数を有するコイルであるのに対し、固定コンポーネント３４及び関連する可動コンポーネント３６のうちの他方は、永久磁石又は他のコイルから構成することができる。図示の実施形態において、可動コンポーネント３６のそれぞれはコイルであるのに対し、固定コンポーネント３４のそれぞれは、軸２７及びガイド２８に対して平行になるように連続して配置される複数の磁石を含む。可動コンポーネントであるコイル３６は、固定コンポーネントである磁石３４よりも質量が小さいため、アクチュエーター２０の応答がより良好になり得る。ただし、コイル及び磁石のこの配置は限定するものとみなされるべきではない。

【0030】

図６及び図１４を参照すると、各可動コンポーネント３６のコイルは、概ね平坦なブレード４０の形態であり、コイルは、平坦な支持体４１上で支持され、平坦な支持体４１は、これよりも剛性がある支持レール４２を有する。１つの実施形態において、平坦な支持体４１及び支持レール４２は、場合によっては異なる材料から作製され、共に接合される別個のコンポーネントである。一方、図１４に最も良く示すような代替実施形態においては、平坦な支持体４１及びレール４２は、単体から共に一体成形される。

【0031】

図示の実施形態において、各関連する固定コンポーネント３４は、少なくとも１つのセット、好ましくは２つのセットの磁石４３を含み、第１のセットの磁石４３Ａは、平坦な支持体４１の第１の主面を向くように配置され、第２のセットの磁石４３Ｂは、平坦な支持体４１のうち第１の主面とは反対方向を向く第２の主面を向くように配置される。第１のセットの磁石４３Ａ及び第２のセットの磁石４３Ｂの両方を磁気結合するように、平坦な支持体４１上には単一のセットのコイルを設けることができることに留意すべきである。代替的には、平坦な支持体４１は、第１のセットの磁石４３Ａを向くように第１のセットのコイルを平坦な支持体４１の片側で支持し、第２のセットの磁石４３Ｂを向くように第２のセットのコイルを平坦な支持体４１の反対側で支持してもよい。各セットの磁石は、Ｕ字形状の支持フレーム４５の延在する支持部材４５Ａ、４５Ｂに取り付けられ、Ｕ字形状の支持フレーム４５の中心部分４５Ｃは、マウント２１に固定される。本開示において、「磁気結合ユニット」というのは、各Ｕ字形状の支持フレーム４５によってもたらされるような、固定コンポーネント３４上のその関連する磁気コンポーネント（複数の場合もある）（磁石又はコイル）に磁気結合する、各平坦な支持体４１上の磁気コンポーネント（複数の場合もある）（磁石又はコイル）である。

【0032】

平坦な支持体４１のように、支持フレーム４５の支持部材４５Ａ、４５Ｂ及び中心部分４５Ｃは、共に接合した又は単体から一体成形した個々の部品から構成することができる。例示的な実施形態において、固定コンポーネント３４及び対応する可動コンポーネント３６は、対になって軸２７の両側に配置され、図１４に示すように、３対の固定コンポーネント３４及び可動コンポーネント３６（又は、６つの別個の磁気結合した操作ユニットであり、単一の磁気結合した操作ユニットは、単一の固定コンポーネント３４及び可動コンポーネント３６である）は、軸に対して不釣り合いな負荷を誘発しないように、５０Ａで示される第１のセットの磁気結合した操作ユニットが、概して軸２７の片側に設けられ、５０Ｂで示される第２のセットの磁気結合した操作ユニットが、概して軸２７の反対側に設けられた状態で存在する。ただし、所望の操作仕様に応じて３対よりも多い又は少ない対が存在し得ることから、これは限定するものとみなされるべきではない。さらに、更に別の代替実施形態において、セット５０Ａのように磁気結合した操作ユニットのセットは、同様に、軸に対して不釣り合いな負荷を誘発しないように、等しい角度間隔を置いて軸２７回りに配置してもよいことに留意すべきである。例えば、３つのセットの磁気結合した操作ユニットを、互いに本質的に１２０度離すように軸２７回りに配置することができる。概して、各磁気結合した操作ユニットにおいて複数の平坦な支持体が存在する場合、軸２７回りに等しく離れている複数のセットの等しく離れた平坦な支持体（各セットは、磁気結合した操作ユニットのセットのそれぞれからの単一の平坦な支持体を含む）が存在することになり、固定コンポーネントは、関連する磁気コンポーネントを同様に支持する。したがって、図１５に示すように２つのセットの磁気結合した操作ユニット５０Ａ、５０Ｂ（各セットは３つの平坦な支持体４１（ブレード４０）を有する）がある場合、等しく離れた平坦な支持体の複数のセットの数は３つとなり、第１のセットは平坦な支持体５７Ａを含み、第２のセットは平坦な支持体５７Ｂを含み、第３のセットは平坦な支持体５７Ｃを含む。ブレード４０の形態の可動コンポーネント３６、及びＵ字形状の磁気トラックの形態の固定コンポーネント３４は、米国ペンシルベニア州ピッツバーグ所在のAerotech, Inc.社から入手可能である。

【0033】

上記で示したように、可動アセンブリ２６は、本開示においてガイドロッドとして具現されるガイド２８によってガイドされる。特に、可動アセンブリ２６は、ガイドロッド２８に対して移動可能な少なくとも１つの軸受アセンブリ７０、１つの実施形態において、２つの軸受アセンブリ７０を備える。好ましい実施形態において、軸受アセンブリ７０は、互いに離れており、それぞれ、支持レール（複数の場合もある）４２から離れた別個の構造ではなく、可動コンポーネント３６の支持レール（複数の場合もある）４２にのみ接続されている。このようにして、ブレード４０以外に軸受７０を共に接続する更なる構造が存在しないため、可動アセンブリ２６の質量が有利に低減される。

【0034】

可動アセンブリ２６は、試験片が端部２２に接続される試験片支持体７６を更に備える。試験片支持体７６は、固定アセンブリ２４又はそのマウント２１の上方に延在する。例示的な実施形態において、試験片支持体７６は、２つの支持ロッド７８と、端部２２を構成する横材８１とを備える。横材８１の反対の端部において、支持体７８は、軸受アセンブリ７０のうちの一方に接合され、支持ロッド７８は、マウント２１における穴８３を通して延在する。試験片支持体７６及び軸受アセンブリ７０が共に移動するように互いに固定されるため、アクチュエーター２０の側面負荷容量は、軸受アセンブリが対応するマウントに固定される従来のアクチュエーターの場合と同様に、試験片支持体７６がマウント２１から延在していても変化しない。このようにして、側面負荷容量は、有利には、可動アセンブリ２６の移動全長にわたって一定である。好ましくは、試験片支持体７６は、試験片支持体７６に取り付けられた試験片が軸２７に中心合わせされ、複数の支持ロッド７８を使用する場合には支持ロッド７８が軸２７回りに等しく離れるように、軸２７が試験片支持体７６を通して延在するように、構成される。代替実施形態において、支持ロッドは、軸２７に中心合わせされるとともに、軸受アセンブリ７０の両方又は固定マウント２１から離れるように軸２７に沿って軸受アセンブリ７０のうちの一方から延在するロッド、シリンダー等の単一の要素に置き換えてもよい。

【0035】

図７～図９は、軸受アセンブリ７０、特に、フレキシャ８４を使用した軸受８０と軸受支持体８２との接続（ガイドロッド２８と直接又は間接的に接触する）の有利な構造を示す。軸受支持体８２は支持レール（複数の場合もある）４２に固定され、試験片支持体７６も、上側軸受支持体８２に接合される。

【0036】

軸受８０は、径方向負荷に反応することが可能な軸受表面を提供し、これは、特性評価試験に使用される典型的な電動アクチュエーターのガイダンスシステムを提供するのに必要なものである。一方、フレキシャ８４は、ガイドロッドが曲がる事例においても軸受表面をガイドロッド２８と同一線上に置く機械手段を提供する。

【0037】

図９を参照すると、フレキシャ８４は、軸９０（「ｘ」）及び９２（「ｙ」）と、軸９４（「ｚ」）とに沿った直線力に対して実質的に剛性があるように構成される。軸９０及び９２は、いずれも軸２７に直交する。一方、フレキシャ８４は、軸９０及び９２回りのモーメントに対しては適応性がある。これにより、軸受８０は、ガイドロッド２８が曲がることがあっても必要に応じて回転することが可能になる。図示の実施形態において、フレキシャ８４は、ガイドロッドの２８が延在する中心穴を有して平坦である。アーム８５がフレキシャを軸受支持体８２に取り付け、例えば、軸受支持体８２の共に接合される部分８７と８８との間に位置する。アーム８５の間でフレキシャ８４の各端部において切欠部９７が設けられる。ガイドロッド２８用の拡張された穴により、切欠部９７は、軸９０に沿ったフレキシャ８４の旋回軸として機能する小部分８９（図１０）を提供する。同様に、フレキシャ８４の幅は、ガイドロッド２８の拡張された穴が、同様に軸９２に沿った旋回軸として機能する小部分９１（図１１）も構成するように、選択される。好ましい実施形態において、軸受８０は、各軸受８０の質量中心を通してフレキシャ８４に取り付けられる。フレキシャ８４は、モーメント曲げ剛性が軸受８０のピッチ剛性よりも大幅に小さい。

【0038】

ガイドロッド２８及び軸受８０は、図１３において誇張して概略的に示されている。試験片に負荷を加えることで側面負荷が存在する場合、この側面負荷は軸受８０を通して伝達され、ガイドロッド２８において反応する。ガイドロッド２８において反応した負荷により、図１３に示すように、ガイドロッド２８の側方に角度付きの撓みが生じ得る。しかしながら、軸９０及び９２回りのモーメントに関して、軸受８０のピッチ剛性と比較してフレキシャ８４のモーメント剛性が低いことを考慮すると、ガイドロッド２８と直接又は間接的に接触している軸受表面は、ガイドロッド２８の角度付きの撓みに追従することが可能である。この結果として、軸受表面が軸受８０の長さに沿ってガイドロッド２８と実質的に同一線上にある状態を維持し、したがって、外部の径方向側面負荷に反応するための最適な軸受負荷容量を提供する。

【0039】

図１２は、フレキシャ８４が存在しないときに起こり得ることを概略的に示す。そのような構造においては、ガイドロッド２８は曲がるが、軸受８０が回転しないため、軸受縁部負荷が存在し得る。これにより、アクチュエーターの定格側面負荷が大幅に低下するおそれがある。

【0040】

軸受８０は、限定しないが、潤滑剤を付けた又は付けていない接触軸受表面（回転又は非回転）等の任意の数の従来の形態を取ってもよいことに留意すべきである。しかしながら、好ましい実施形態において、軸受８０は、摩擦のない非接触の空気軸受表面を提供する空気軸受を含むことができる。図１０及び図１１を参照すると、円筒形で有孔の空気ブッシング１１０が、ガイドロッド２８の外面の近くに位置決めされるようなサイズである。上外側軸受ハウジング１１２及び下外側軸受ハウジング１１４が、空気ブッシング１１０を囲んでおり、共に固定されることでその間にフレキシャ８４の環状部分が挟まれる。そのような軸受は、米国ペンシルベニア州アストン所在のNewway Air Bearings社が販売している。

【0041】

図２及び図３を再び参照すると、ガイド２８がロッドであり、軸受７０が円筒形の表面を有することから、軸２７回りの可動アセンブリ２６の回転を阻止するために、回転防止軸受アセンブリ１２０が設けられることが好ましい。概して、回転防止軸受アセンブリ１２０及び後述する代替物は、軸２７から径方向にオフセットされており、ガイド構造に過剰な制約を生み出さない。図示の実施形態において、軸受アセンブリ１２０は、軸受要素１２２、例えば、軸２７に対して平行にガイド表面と直接又は好ましくは間接的に（例えば、空気軸受ブッシング）接触する、転動体又はブッシング等を含む。図２及び図３において、軸受要素１２２は、可動アセンブリ２６と共に移動するように可動アセンブリ２６に接合され、一方、固定アセンブリ２４上には固定ガイド表面が存在する。

【0042】

図１４及び図１５は、別の回転防止軸受アセンブリ１３０を示す。回転防止軸受アセンブリ１３０は、可動アセンブリ２６と共に移動するように可動アセンブリ２６に接合されるレール又はプレート等のガイド表面構造１３２を含み、一方、軸受要素１３４が、固定アセンブリ２４に、好ましくはガイド表面構造１３２の両側に固定される。好ましくは、軸受要素１３４は、スイベル軸継手１３６に取り付けられ、スイベル軸継手１３６は、マウント１３９を介して固定アセンブリ２４に固定される。空気ブッシングとして具現される場合、給気ホース１３８が、図示しない供給源から空気又は他の気体を軸受要素１３４に供給する。給気ホース１３８は可動アセンブリ２６の移動に伴って移動する必要も曲がる必要もないため、回転防止軸受アセンブリ１３０は回転防止軸受アセンブリ１２０よりも好ましいものであり得る。

【0043】

空芯リニア電動アクチュエーターは、強い連続的な力が発生すると過熱する傾向にある。したがって、１つの実施形態において、アクチュエーター２０が望む静的な又は連続的な力に対処するために、図１５及び図１６に示す二次的な力発生装置１５０が設けられる。概して、二次的な力発生装置１５０は、可動アセンブリ２６に対して重力に抗する上向きの力を与えるばね又は他の力発生コンポーネントを含む。１つの実施形態において、ガイドロッド２８は、ばね又は他の力発生コンポーネントが位置する空洞又はボア１５２と、ばね又は他の力発生コンポーネント及び可動アセンブリ２６に動作可能に連結される従動要素１５４とを備える。本開示においてロッドとして具現される従動要素１５４は、ガイドロッド２８における穴２８Ａ（及びマウント２１における穴１５８）を通して延在し、固定した状態で、又は同様にガイド構造の過剰な制約に寄与しないように、少なくとも軸２７に直交する移動の制限を可能にする連結を介して試験片支持体７６に係合する。従動要素１５４は、軸２７に沿った移動に伴って試験片支持体７６と共に常に移動するように試験片支持体７６に恒久的に固定することもできるし、少なくとも何らかの移動時に可動アセンブリ２６が従動要素１５４の質量を含まないように連結解除可能に固定することもできる。

【0044】

二次的な力発生装置１５０は、空洞若しくはボア１５２内に位置する機械ばねを含むことができ、及び／又は、空洞若しくはボア１５２がシリンダーとして機能し、従動要素１５４が、シリンダー内で移動可能であり１５５で示されるシールが設けられるピストンとして機能することができる。機械ばねは、質量、摩擦を増加し、望ましくない共振が起こる可能性がある。ピストン－シリンダーの機構は、空気圧式、油窒素（oil over nitrogen）等とすることができる。油窒素システムは、オイル慣性（移動質量）と、油圧制御システムの必要性と、漏れの可能性等とを増加する。空気加圧システムは、典型的には、最大約１００ｐｓｉまでしか使用されない（燃料源が存在する場合に自己燃焼を避けるため）。窒素圧ベースのシステムは、より高い動作圧を許容するものであり、通風環境又は開放環境（unconfined environment）において漏れが生じても概して問題にならない。単端部ピストンとして図示したが、シリンダー内の上下にばねが効果的に作製された両端部ピストンは、双方向の静的な支持負荷を許容することに留意すべきである。

【0045】

本開示において様々な実施形態及び例を図示及び説明してきたが、本開示は例示にすぎず、本開示の範囲から逸脱することなく構造、配置、及び方法に関して詳細な変更を行うことができる。
［構成１］
試験片に負荷を加えるための電動アクチュエーターであって、
固定支持体と、
前記固定支持体に接合された単一の固定ガイドであって軸を有する固定ガイドを備えるガイドシステムと、
前記固定支持体に固定された固定アセンブリと、
前記ガイド上で前記固定支持体に対して移動可能な可動アセンブリであって、該可動アセンブリ及び前記固定アセンブリは、等しい角度間隔を置いて前記ガイド回りに配置された少なくとも２つのセットの相互作用磁場を提供する、可動アセンブリと、
前記可動アセンブリの移動と共に前記軸に沿って移動するように、前記可動アセンブリに接合されて前記固定支持体の片側に配置された試験片支持体であって、前記軸が該試験片支持体を通して延在している、試験片支持体と、
を備える、電動アクチュエーター。
［構成２］
前記可動アセンブリがコイルを含む、構成１に記載の電動アクチュエーター。
［構成３］
前記固定アセンブリが磁石を含む、構成１又は２に記載の電動アクチュエーター。
［構成４］
前記可動アセンブリが、前記ガイド上でガイドされる軸受を備える、構成１に記載の電動アクチュエーター。
［構成５］
前記可動アセンブリが、前記ガイド上でガイドされる第２の軸受を備え、該第２の軸受が前記軸受から離れている、構成４に記載の電動アクチュエーター。
［構成６］
前記可動アセンブリが、支持レールによって支持された平面コイルを含み、前記軸受及び前記第２の軸受が前記支持レールに接合されている、構成５に記載の電動アクチュエーター。
［構成７］
前記軸受及び前記第２の軸受のそれぞれが、前記ガイドと直接又は間接的に接触する軸受表面と、軸受支持体と、前記軸受表面を前記軸受支持体に接合するフレキシャとを備え、該フレキシャは、前記ガイドに直交する軸回りのモーメントに対して適応性があるとともに、前記ガイドに直交する軸に沿った力に対して剛性がある、構成５に記載の電動アクチュエーター。
［構成８］
前記可動アセンブリに連結された二次的な力発生装置を更に備える、構成１に記載の電動アクチュエーター。
［構成９］
前記ガイドがボアを備え、前記二次的な力発生装置は、前記ボア内を移動可能な従動部材を備える、構成８に記載の電動アクチュエーター。
［構成１０］
前記二次的な力発生装置がばねである、構成９に記載の電動アクチュエーター。
［構成１１］
前記ボア及び前記従動部材が、気体で充填された密封チャンバーを形成している、構成１０に記載の電動アクチュエーター。
［構成１２］
前記可動アセンブリ及び前記固定アセンブリに連結された回転防止軸受アセンブリを更に備える、構成１に記載の電動アクチュエーター。
［構成１３］
前記回転防止軸受アセンブリが、前記可動アセンブリと共に移動するように該可動アセンブリに接合されたガイド面構造と、前記固定コンポーネントに接合された軸受要素とを備える、構成１２に記載の電動アクチュエーター。
［構成１４］
電動アクチュエータであって、
固定支持体と、
前記固定支持体に接合された固定ガイドと、
前記固定支持体に固定された固定アセンブリと、
第１の軸受及び該第１の軸受から離れている第２の軸受であって、それぞれが前記ガイド上でガイドされる、第１の軸受及び第２の軸受と、
前記第１の軸受及び前記第２の軸受に固定されるとともに、該第１の軸受及び該第２の軸受と共に前記ガイド上で前記固定支持体に対して移動可能な可動アセンブリであって、各軸受が、前記ガイドと直接又は間接的に接触する軸受表面と、軸受支持体と、前記軸受表面を前記軸受支持体に接合する可動連結部とを備え、該可動アセンブリは、前記軸受支持体のそれぞれに固定される、
電動アクチュエーター。
［構成１５］
前記可動連結部は、前記ガイドに直交する軸回りのモーメントに対して適応性があり、前記ガイドに直交する軸に沿った力に対して剛性がある、構成１４に記載の電動アクチュエーター。
［構成１６］
前記可動連結部はフレキシャを含む、構成１５に記載の電動アクチュエーター。
［構成１７］
前記可動連結部はフレキシャを含む、構成１４に記載の電動アクチュエーター。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4-5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】