(57)【要約】  本開示は、高トルク出力を有する分散型の電気回転アクチュエータに関する。更には、開示されているアクチュエータは、ネットワークを通じた電力及び通信の送信のために構成することができる。アクチュエータは、アクチュエータハウジング１、アクチュエータシャフト２、パワーモジュール４、エンジン（電気モーター）６ａ、ネットワークモジュール５を含むモータードライバ６、或いは、別個のネットワークモジュール３５及びモータードライバ３６を含む。アクチュエータのパワー（電圧）及び通信信号は、接続ポイント１４、１５において、アクチュエータハウジング１とアクチュエータシャフト２の間において、スリップリング又はその他の適切な接続手段３でありうる接続手段を介して両方の方向に内部的に転送することができる。パワー及び通信信号をハウジング１又はシャフト２上において配置された任意の接続ポート１７を介して本開示のアクチュエータとの間において連続的に入力又は出力することにより、その他のアクチュエータ又は類似の装置を有するネットワークの形成を許容することができる。歪波歯車システム１８との組合せにおいて直接的に、或いは、遊星歯車システム１１との関連において、外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａを配置することにより、トルク比の増大が実現されてもよく、この場合に、電気モーター６ａは、歪波歯車システム１８の中心において配置することができる。楕円形状及び関連する楕円ベアリング３８を有する、外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａは、波発生器の一体的な部分であってもよい。或いは、この代わりに、外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａは、モーター回転子が連続的に稼働する状態において、太陽歯車２１として存在することもできる。中空シャフト構造は、必要な回路のみならず、その他のコンポーネントをも最も効率的な且つ空間節約的な方式によって提供することにより、アクチュエータ内において利用可能な空間を極大化するように、且つ、サイズを低減するように、機能することができる。
2019520785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネットワークの一部分として使用される電気アクチュエータであって、
アクチュエータシャフト（２）がその内部において回転自在に保持されるアクチュエータハウジング（１）と、
複数のコンポーネントと、を有し、
前記複数のコンポーネントは、
前記アクチュエータハウジング（１）内において配置された制御回路を形成する、少なくとも、１つのパワーモジュール（４）、１つのネットワークモジュール（３５）、及び外部回転子（６ｂ）を有する１つの電気モーター（６ａ）であって、前記外部回転子（６ｂ）を有する電気モーター（６ａ）は、モータードライバ（３６）によって駆動されている、少なくとも、１つのパワーモジュール（４）、１つのネットワークモジュール（３５）、及び外部回転子（６ｂ）を有する１つの電気モーター（６ａ）と
前記アクチュエータとの間においてパワー及び通信信号を送信及び受信するべく電気コネクタを受け入れるようにそれぞれが適合された２つ以上の接続ポート（１７）であって、前記アクチュエータハウジング（１）及びアクチュエータシャフト（２）のそれぞれは、少なくとも１つの接続ポート（１７）を有する、２つ以上の接続ポート（１７）と、
前記アクチュエータハウジング（１）内の前記コンポーネント及び前記少なくとも１つの接続ポート（１７）の１つ又は複数と前記アクチュエータシャフト（２）上の前記少なくとも１つの接続ポート（１７）の間において双方向にパワー及び通信信号を送信するように適合された２つ以上の接続手段（３）であって、前記アクチュエータハウジング（１）及びアクチュエータシャフト（２）のそれぞれは、少なくとも１つの接続手段（３）を有する、２つ以上の接続手段（３）と、
を有する、アクチュエータ。
【請求項２】
前記モータードライバ（３６）は、単一のユニット（５）を形成するべく、前記パワーモジュール（４）又はネットワークモジュール（３５）と組み合わせられるか、或いは、前記モータードライバ（３５）、ネットワークモジュール（３６）、及びパワーモジュール（４）は、別個のコンポーネントとして存在している請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記アクチュエータシャフト（２）は、前記アクチュエータの中心軸（２５）を中心として回転している請求項１又は２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記アクチュエータは、波発生器（２２）、柔軟なスプライン（２３）、及び少なくとも１つの円形スプライン（１９、４５、４６）を有する歪波歯車システム（１８）を形成している請求項１乃至３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記アクチュエータシャフト（２）は、前記柔軟なスプライン（２３）であり、且つ、前記アクチュエータハウジング（１）は、前記円形スプライン（１９）である請求項４に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記回転子（６ｂ）の外側表面の周りにおいてボールベアリング（３８）を有する前記外部回転子（６ｂ）を有する電気モーター（６ａ）は、前記波発生器（２２）を形成している請求項４又は５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記波発生器は、太陽歯車（２１）及び遊星歯車（８）を有する遊星歯車システム（１１）から形成されており、前記太陽歯車（２１）は、前記外部回転子（６ｂ）を有する電気モーター（６ａ）から形成され、前記外部回転子（６ｂ）は、２つ以上の遊星歯車（８）に係合する歯リング（７）をその外側表面の周りにおいて有し、遊星歯車（８）は、前記柔軟なスプライン（２３）の内側歯リング（９）に係合している請求項４又は５に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記外部回転子（６ｂ）は、非対称な楕円形状又は対称な楕円形状又は対称な球状形状を有する請求項６又は７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記接続手段（３）は、スリップリングである請求項１乃至８のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記それぞれのスリップリングは、別個のパワー及び通信接続を有する請求項９に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
それぞれの接続手段（３）は、少なくとも、１つの通信ライン（１４）及び１つのパワーライン（１５）から構成されている請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
前記アクチュエータは、第１接続ポート（１７）又は内部電源（３０）からパワーを受け取ると共に、接続手段（３）を使用することにより、前記パワーを第２接続ポート（１７）を介して前記ネットワーク内の別の装置に連続的に分配するように構成されている請求項１乃至１１のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
前記パワーモジュール（４）は、前記電源から前記アクチュエータを隔離するように適合されており、且つ／又は、前記モータードライバ（５）及び前記電気モーター（６ａ）に対して適合された前記供給電圧を変換する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記接続手段（３）の数は、接続ポート（１７）の数とは異なっている請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
前記外部回転子（６ｂ）を有する電気モーター（６ａ）は、中空シャフト構造を有しており、前記アクチュエータコンポーネントは、前記中空シャフト内に、好ましくは、前記中空シャフトの中心軸上に、配置されている請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１６】
前記遊星歯車（８）は、前記太陽歯車（２１）よりも小さな直径を有する請求項７乃至１５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
前記遊星歯車（８）が、高速及び低摩擦を許容する偏心サイクロイド設計を有するか、或いは、前記太陽歯車（２１）及び遊星歯車（８）が、ギアベアリング設計を有する請求項７乃至１６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１８】
前記波発生器（２２）は、非対称な楕円形状を有する請求項４乃至１７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項１９】
遊星歯車システム（１１）が使用される際に、前記波発生器（２２）の前記非対称性は、プラネットホイール（８）上の異なる重みを使用することにより、取り消される請求項１８に記載のアクチュエータ。
【請求項２０】
前記アクチュエータは、接続手段（３）、好ましくは、ケーブル、を介して、ネットワークの一部分を形成することができる請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の２つ以上のアクチュエータを有するネットワーク。
【請求項２１】
電気アクチュエータ、詳しくは、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の前記電気アクチュエータであって、
アクチュエータシャフト（２）がその内部において回転自在に保持されるアクチュエータハウジング（１）と、
波発生器（２２）、柔軟なスプライン（２３）、及び少なくとも１つの円形スプライン（１９、４５、４６）を有する歪波歯車システム（１８）であって、前記アクチュエータシャフト（２）は、前記柔軟なスプライン（２３）であり、且つ、前記アクチュエータハウジング（１）は、１つの円形スプライン（１９）である、歪波歯車システム（１８）と、
前記歯車システムを駆動するように構成された、前記アクチュエータハウジング（１）内の外部回転子（６ｂ）を有する電気モーター（６ａ）と、
前記パワー及び通信信号を送信するように適合された、前記アクチュエータハウジング（１）と前記アクチュエータシャフト（２）の間の２つ以上の接続手段（３）と、
を有し、
前記歪波歯車システム（１８）の前記波発生器（２２）は、前記回転子（６ｂ）の前記外側表面の周りにおいてボールベアリング（３８）を有する前記外部回転子（６ｂ）を有する電気モーター（６ａ）から形成されているか、或いは、
前記歪波歯車システム（１８）の前記波発生器は、太陽歯車（２１）及び遊星歯車（８）を有する遊星歯車システム（１１）から構成されており、前記太陽歯車（２１）は、前記外部回転子（６ｂ）を有する電気モーター（６ａ）から形成され、前記外部回転子（６ｂ）は、２つ以上の遊星歯車（８）に係合する歯リング（７）をその外側表面の周りにおいて有し、遊星歯車（８）は、前記柔軟なスプライン（２３）の前記内側歯リング（９）に係合している、アクチュエータ。
【請求項２２】
前記外部回転子（６ｂ）は、非対称な楕円形状又は対称な楕円形状又は対称な球状形状を有する請求項２１に記載のアクチュエータ。
【請求項２３】
前記アクチュエータシャフト（２）は、前記アクチュエータの中心軸（２５）を中心として回転している請求項２１に記載のアクチュエータ。
【請求項２４】
前記アクチュエータは、複数のコンポーネントをさらに有し、
前記複数のコンポーネントは、少なくとも、１つのパワーモジュール（４）、１つのネットワークモジュール（３５）、及び１つのモータードライバ（３６）を有する請求項１乃至２３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項２５】
前記アクチュエータハウジング（１）及びアクチュエータシャフト（２）のそれぞれは、少なくとも１つの接続手段（３）を有する請求項１乃至２４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項２６】
前記接続手段（３）は、前記アクチュエータハウジング（１）内の前記コンポーネントの１つ又は複数と前記アクチュエータシャフト（２）上の前記接続ポート（１７）の間において双方向にパワー及び通信信号を伝導するように適合されている請求項１乃至２５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項２７】
前記アクチュエータは、前記アクチュエータとの間においてパワー及び通信信号を送信及び受信するべく電気コネクタを受け入れるようにそれぞれが適合された２つ以上の接続ポート（１７）を有し、前記アクチュエータハウジング（１）及びアクチュエータシャフト（２）のそれぞれは、少なくとも１つの接続ポート（１７）を有する請求項１乃至２６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項２８】
前記アクチュエータは、第１接続ポート（１７）又は内部電源（３０）からパワーを受け取ると共に、接続手段（３）を使用することにより、前記パワーを前記ネットワーク内の別の装置に対する第２接続ポート（１７）に連続的に分配するように構成されている請求項１乃至２７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項２９】
前記接続手段（３）は、スリップリングである請求項２８に記載のアクチュエータ。
【請求項３０】
前記それぞれのスリップリングは、別個のパワー及び通信接続を有する請求項１乃至２９のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項３１】
前記モータードライバ（３６）が、単一のユニット（５）を形成するべく前記パワーモジュール（４）又はネットワークモジュール（３５）と組み合わせられているか、或いは、前記モータードライバ（３５）、ネットワークモジュール（３６）、及びパワーモジュール（４）が、別個のコンポーネントとして存在している請求項２４に記載のアクチュエータ。
【請求項３２】
前記遊星歯車システム（１１）が使用されている際に、前記遊星歯車（８）は、前記太陽歯車（２１）よりも小さな直径を有する請求項１乃至３１のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項３３】
前記遊星歯車システム（１１）が使用されている際に、前記遊星歯車（８）が、高速及び低摩擦を許容する偏心サイクロイド設計を有するか、或いは、前記太陽歯車（２１）及び遊星歯車（８）が、ギアベアリング設計を有する請求項１乃至３２のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項３４】
前記波発生器（２２）は、非対称な楕円形状を有する請求項１乃至３３のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項３５】
前記遊星歯車システム（１１）が使用されている際に、前記波発生器（２２）の前記非対称性は、プラネットホイール（８）上の異なる重みを使用するようにより、取り消される請求項１乃至３４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項３６】
前記外部回転子（６ｂ）を有する電気モーター（６ａ）は、中空シャフト構造を有しており、前記アクチュエータコンポーネントの１つ又は複数は、前記中空シャフト内に、好ましくは、前記中空シャフトの中心に、配置されている請求項１乃至３５のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項３７】
それぞれの接続手段（３）は、少なくとも、１つの通信ライン及び１つのパワーラインから構成されている請求項１乃至３６のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項３８】
前記パワーモジュール（４）は、前記モータードライバ（５）及び前記電気モーター（６ａ）に対して適合された前記供給パワーを変換している請求項２４乃至３７のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
【請求項３９】
前記アクチュエータは、接続手段（３）、好ましくは、ケーブル、を介して、ネットワークの一部分を形成することができる請求項１乃至３８のいずれか１項に記載の２つ以上のアクチュエータを有するネットワーク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、高トルク出力を有する分散型の電気回転アクチュエータに関する。更には、開示されているアクチュエータは、ネットワークを通じた電力及び通信の伝達のために構成することできる。又、アクチュエータは、電力及び通信が、アクチュエータハウジングを介して、或いは、アクチュエータシャフトを介して、供給されうる、という点において、双方向性を有することができると共に、同一のアクチュエータを有する、その他の対応するアクチュエータを有する、或いは、その他のネットワークに基づいたモジュールとの関連における、ネットワークにおいて特に有用でありうる。通信は、ファイバオプティクス又は標準的な配線などのその他の適切な手段により、アクチュエータからネットワーク内のその他の装置に、且つ、この逆の方向に、供給することができる。
【背景技術】
【０００２】
現在、安定性を有すると共に高パワー対容積比を有することが知られている液圧及びガス圧回転アクチュエータは、大きな応力に耐えなければならないハイパワーネットワーク及び自動化／モーションシステムにおいて、増大したトルク出力を提供するための好ましい解決策である。このようなネットワークにおいては、自動化システムに対する費用効率の優れた変更を実施するべく、ハイレベルなコンポーネント及びネットワークの柔軟性が望ましいが、これを液圧及びガス圧システムにおいて実現することは、困難である。現在の自動化又はモーションシステムは、多数の自律型のサブシステムから構築されており、この結果、多数のインターフェイスに起因して、ほとんど柔軟性を有していない「剛性」のシステムがもたらされる。又、多数のインターフェイスは、システム寿命の全体を通じて、製造、試運転、サービス、及び保守における高度な複雑さをも、もたらす。液圧及びガス圧システムの実装の際には、機械、配管、電圧供給源、及び通信ネットワークを含む、多数のコンポーネントが使用されており、これらのそれぞれを別個の物理的システムによって自動化及び制御しなければならない。この結果、自動化又はモーションシステムが不必要に複雑化し、且つ、システムが望ましい状態において機能していることをチェックするべく、多数の統合試験が必要となる。
【０００３】
残念ながら、液圧及びガス圧アクチュエータのネットワークの複雑性を低減しつつ、高パワー及び容積条件に競争力を有する状態においてマッチングしうる、現時点において利用可能な電気アクチュエータは、市場において入手可能ではない。ケーブルが電力及び通信ネットワークを固定コンポーネントから回転又は可動コンポーネントまで搬送している現時点の電気的代替肢は、現在、（ａ）ケーブルの継続のための中空の中心シャフトを有するアクチュエータと、（ｂ）その独自のケーブル引き回しシステムを有するアクチュエータであって、ケーブル引き回しシステムは、アクチュエータ構造自体の外側の可動コンポーネントによってカプセル化されるか又はこれらから構成されている、アクチュエータと、という構成のうちの１つに含まれる。中心孔解決策が使用されうるケーブル伝導は、有限の回転角度を有しており、この場合に、ケーブルは、回転により、大きな回転角度だけ、互いに捩じられ、これは、ケーブルのエンクロージャに対する損耗に加えて、短絡をもたらす可能性がある。その独自のケーブル管理システムを含む解決策は、しばしば、自立型ケーブル、運動可能なケーブルチャネル、密閉型のケーブルウェイ解決策、又は外部スリップリング解決策から構成されている。自立型ケーブル又は運動可能なケーブルウェイの場合には、ケーブルが、脆弱であり、且つ、環境に曝露されている。これに加えて、ケーブルの最小曲げ半径を考慮しなければならないことから、これらは嵩張っている。密閉型のケーブルウェイ解決策は、特別に設計されるものであり、これにより、コンポーネントの数の増加及び関連する費用の増大をもたらし、且つ、制限のない回転用のケーブル管理システム、外部取付型のスリップリング解決策、又は無線解決策が使用されるのは、環境が許容している場合のみである。
【０００４】
上述の課題のうちのいくつかについては、例えば、特許文献３の、ＴｒａｃＬａｂによる、そのモジュラーマニピュレータの一部である２つのタイプのアクチュエータにおいて取り組まれている。ＴｒａｃＬａｂの解決策においては、組立の際に、アクチュエータを１つに結合するべく、ロック装置を使用することができる。アクチュエータを１つに拘束するロック装置が、機械的なモーション、電気、及び通信ネットワークをマニピュレータアームの次の部分に送信している。インターフェイスは、互いに結合する２つのプラグを有しており、それぞれのアクチュエータは、事実上、オス及びメスコネクタとして機能する、一端におけるプラグインインターフェイスと、反対側の端部におけるプラグインターフェイスと、を装備することができる。但し、この解決策は、相互の関係において回転しうる２つの主コンポーネントの間に牽引装置（スリップリング）を有してはおらず、従って、連続的な回転の際に、電力及び通信信号を送信することができない。スリップリングは、固定構造から回転構造にパワー及び電気信号を送信する能力を提供している。従って、ＴｒａｃＬａｂの用途において観察されるアクチュエータの使用は、マニピュレータ解決策の形成に限定されうると共に、その他の文脈においては、具体的には、相対的に大規模な自動化／モーションシステムにおいては、構築ブロック又はハブとして、直接的に使用することができない。
【０００５】
ＴｒａｃＬａｂによって提案されている解決策と同様に、米国の特許文献１も、ロボット脚を形成するべく使用されるいくつかのアクチュエータが、受け取られたコマンドに従ってシステムの状態を変更する能力を有する、モジュラー型の電気機械システムについて記述している。但し、特許文献１の電気機械システムは、液圧及びガス圧解決策によって通常は実行されることになる、大規模なタスクのための使用が意図されてはおらず、且つ、対象としているのは、低トルクを必要とするタスクのみである。従って、システムのパワー密度に合焦されてはいない。更には、この解決策は、使用されているのが４８ＶＤＣ供給源のみであることから、後からアクチュエータ内の動作可能電圧に変換されるパワー分配用の高ＤＣ電圧の使用を想定してはいない。ＴｒａｃＬａｂの解決策と同様に、連続的な回転を実現することができず、且つ、回転の軸も、アクチュエータの中心軸を中心としたものではないが、これらの特徴は、液圧及びガス圧解決策を置換しうる、制御ネットワークの複雑性を低減しうる、柔軟なシステムを提供するべく、望ましいものである。特許文献２は、パンケーキ液圧ドライブを使用した、中実シャフトを有する差動操向アクチュエータを有する車両操向システムについて記述している。残念ながら、このシステムは、かなり複雑であり、その結果、多数の機械部品及び関連費用の増大のみならず、システム保守の増大をも含んでいる。
【０００６】
ネットワークトポロジーを単純化するという課題は、その電気モーターであるＳ１２０Ｍに伴うＳｉｅｍｅｎｓの開発の目的であった。Ｓ１２０Ｍは、統合型のモータードライバを有し、且つ、アクチュエータハウジングからアクチュエータハウジングまで、デイジーチェーンにおいて接続することが可能であり、且つ、エンジンの容積が、出力シャフトのパワーとの関係において大きくなることができる。但し、この解決策に伴う問題点は、このモーターが制御ネットワーク内において使用された際には、ケーブルをその独自のシステムによって処理しなければならないという点にある。更には、ネットワーク内におけるその他の装置との接続も、アクチュエータシャフト及びハウジングの回転の両側において実行することができない。
【０００７】
上述の解決策は、現時点において、パワー及び容積条件において液圧又はガス圧代替肢と競争することができない。例えば、ＴｒａｃＬａｂの解決策は、マニピュレータアームの構築のみを意図しうるものであり、且つ、連続回転のために設計されうるものではない一方で、Ｓｉｅｍｅｎｓの解決策は、回転分割に跨ってネットワーク化することができない、或いは、液圧及びガス圧代替肢の能力にマッチングすることができない、現時点において入手可能な電気モーターのネットワーク化に合焦している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／３２１３４８Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／２１３３２０Ａ１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１３／０３４０５６０Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従って、ネットワークトポロジー、変更、及びアップグレードにおける高い自由度を有する透明なシステムアーキテクチャを可能にしつつ、開発、製造、サービス、及び保守を改善する、自動化及び／又はモーション制御ネットワーク用のアクチュエータを提供することにより、上述の問題を解決することが、本開示の目的の１つである。又、本開示のアクチュエータは、連続的な３６０度の回転を許容しつつ、運動コンポーネントの間の電気及び通信ネットワークの双方向送信をも提供しており、且つ、液圧解決策を置換するように機能することができよう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
アクチュエータは、アクチュエータハウジング、アクチュエータシャフト、パワーモジュール、エンジン（電気モーター）、ネットワークモジュール含むモータードライバ、或いは、別個のネットワークモジュール及びモータードライバを含む。開示されている構成の任意のものにおいて、モータードライバは、ネットワークモジュールの代わりに、パワーモジュールと１つの単一のユニットとして組み合わせることができる。アクチュエータのパワー（電圧）及び通信信号は、接続ポイントにおいて、アクチュエータハウジングとアクチュエータシャフトの間において、スリップリング又はケーブル又はその他の適切な接続手段でありうる接続手段を介して、両方の方向に内部的に転送することができる。アクチュエータは、アクチュエータシャフトとアクチュエータハウジングの間において、接続手段が配置される１つ又は複数のこれらの接続ポイント（接続のポイント）を有することができる。アクチュエータハウジングとアクチュエータシャフトの間において、接続ポイントにおいてアクチュエータの内側に配置された、例えば、スリップリングなどの、これらの接続手段は、好ましくは、パワー及び通信信号を電磁界を介して転送することができる無線スリップリングであってもよい。更には、接続ポイントの数は、接続ポートの数と異なっていてもよく、且つ、それぞれの接続ポイントと、従って、接続手段は、パワー及び通信ラインという、少なくとも２つの接続ラインから構成することができる。アクチュエータのパワー（電圧）モジュールは、送電網でありうる、接続された電源から、アクチュエータを隔離しており、且つ、アクチュエータに供給される電圧をモータードライバ及び電気モーターにマッチングした動作可能電圧レベルに低減している。パワー及び通信信号は、接続ポートのうちの任意のものを介して、本開示のアクチュエータとの間において連続的に入力又は出力することが可能であり、従って、本開示のアクチュエータは、その他のアクチュエータ又は類似の装置とネットワークを形成することができる。通信は、ファイバオプティクス又は標準的な配線などのその他の適切な手段により、アクチュエータからネットワーク内のその他の装置に、且つ、この逆の方向に、供給することができる。
【００１１】
歪波歯車システムとの組合せにおいて直接的に、或いは、遊星歯車システムとの関連において、外部回転子を有する電気モーターを配置することにより、トルク比の増大が実現されてもよく、この場合に、電気モーターは、歪波歯車システムの中心において配置することができる。楕円形状及び関連する楕円ベアリングを有する、外部回転子を有する電気モーターは、波発生器の一体的な部分であってもよい。或いは、この代わりに、外部回転子を有する電気モーターは、モーターの回転子が連続的に稼働する状態において、太陽歯車として存在することもできる。歯リングは、２つ以上の遊星歯車が柔軟なスプラインの内側歯リングとの係合状態にある状態において、太陽歯車の外側表面の周りに存在しており、これにより、楕円形状を形成することができる。柔軟なスプラインは、アクチュエータの出力を提供している。電気モーターは、中実シャフト又は中空シャフト設計を有することができると共に、使用される遊星歯車は、太陽歯車よりも小さな直径を有することができる。コンパクトな設計を実現するべく、中空シャフトエンジン（電気モーター）を使用することができる構成においては、アクチュエータのパワー（電圧）モジュール、ネットワークモジュール、モータードライバは、中心に配置することができる。この中空シャフト構造は、必要な回路のみならず、その他のコンポーネントをも最も効率的な且つ空間節約的な方式によって提供することにより、アクチュエータ内において利用可能な空間を極大化するように、且つ、サイズを低減するように、機能している。一構成においては、非対称な楕円形状を有する波発生器を使用することができる。非対称な楕円形状が、遊星歯車システムとの関連において使用される場合には、遊星歯車上の異なる重みを使用することにより、波発生器の非対称な楕円形状を取り消すことができる。太陽歯車及び遊星歯車は、偏心サイクロイド歯車設計又はギアベアリング設計を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】アクチュエータの外部設計の３Ｄモデルの例を示す図である。
【図２】アクチュエータの２つの主コンポーネント上における接続ポートの可能な場所を示す図である。
【図３】アクチュエータハウジングリンクに対するアクチュエータハウジングを介した２つのアクチュエータの１つの可能な結合を示す図である。
【図４】アクチュエータシャフトリンクに対するアクチュエータシャフトを介した２つのアクチュエータの１つの可能な結合を示す図である。
【図５】アクチュエータシャフトリンクに対するアクチュエータハウジングを介した２つのアクチュエータの１つの可能な結合を示す図である。
【図６】アクチュエータハウジングリンクに対するアクチュエータシャフトを介した２つのアクチュエータの１つの可能な結合を示す図である。
【図７】モータードライバとネットワークモジュールが組み合わせられている、アクチュエータの１つの可能な電気回路構成を示す図である。
【図８】モータードライバとネットワークモジュールが組み合わせられている、アクチュエータの１つの可能な電気回路構成を示す図である。
【図９】モータードライバ及びネットワークモジュールが別個のコンポーネントである、代替アクチュエータの別の可能な構造を示す図である。
【図１０】アクチュエータにおけるコンポーネントの収容及び結合、固定方法、及び機械的インターフェイスが詳細に提示されている、アクチュエータの断面及び主要構造を示す図である。
【図１１】アクチュエータドライブラインの１つの可能な概略構造を示す図である。
【図１２】アクチュエータ歯車システムの第１部分の１つの可能な構成を示す図である。
【図１３】アクチュエータ歯車システムの第２部分（柔軟なスプライン）に統合されるものとして、アクチュエータ歯車システムの第１部分内のコンポーネントを示す図である。
【図１４】歯車システムの第３の且つ最後の部分（アクチュエータハウジング）と統合されたアクチュエータ歯車システムの第２部分を示す図である。
【図１５】代替アクチュエータドライブラインの可能な概略構造を示す図である。
【図１６】代替アクチュエータドライブラインの可能な構成を示す図である。
【図１７】アクチュエータハウジングと統合されうる２つのアクチュエータ構成の分解された概要を示す図である。
【図１８】アクチュエータハウジングと統合されうるアクチュエータドライブラインの別の例示用の構成を示す図である。
【図１９】別のアクチュエータ構成の分解された概要を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１には、例えば、２０〜２０００Ｎｍなどの高トルクを生成する能力を有する分散型の回転電気アクチュエータの１つの構成が示されており、この場合に、アクチュエータシャフト２は、双方向の矢印によって図１に示されているように、双方向に、且つ、アクチュエータハウジング１とは独立した状態において、アクチュエータの中心軸２５を中心として回転することができる。固定アクチュエータハウジング１における少なくとも１つと、回転アクチュエータシャフト２における少なくとも１つと、という、接続ポート１７が、アクチュエータの固定及び回転部分の両方の上部に形成されている。これらの接続ポート１７は、電力のみならず、通信信号をアクチュエータに提供しており、これらのポート１７は、プラグ又はその他の電気コネクタを受け入れるように適合されたソケットタイプの接続であってもよい。更には、これらは、その他のネットワーク装置における互換性の改善を提供するべく、標準化することもできる。一例は、通信信号が、ネットワークと、ネットワーク内のモーション制御装置内の個々のコンポーネントと、のための制御信号として使用されうる、というものであってよい。後述する、内部回路、具体的には、好ましくはスリップリングである、接続手段３、を介して、パワー及び通信信号を固定アクチュエータハウジング１上の接続ポート１７から回転アクチュエータシャフト２上の接続ポート１７に、回転アクチュエータシャフト２上の接続ポート１７から固定アクチュエータハウジング１上の接続ポート１７に、転送する能力は、外部的に必要とされる脆弱なケーブル又はスリップリング３を有してはいない、格段に単純なアクチュエータ及びネットワークを許容している。
【００１４】
１つの接続ポート１７が、電気アクチュエータの固定アクチュエータハウジング１及び回転アクチュエータシャフト２上に存在していることが望ましい一方で、いくつかの更なる接続ポートが、固定アクチュエータハウジング１及び回転アクチュエータシャフト２上に存在していてもよく、図２には、これが示されている。図２は、アクチュエータハウジング１及びアクチュエータシャフト２のそれぞれの上部において２つの接続ポート１７（「Ａ」及び「Ｂ」）を示しているが、これらのポート１７「Ａ」及び「Ｂ」という命名は、任意のものであるに過ぎず、且つ、２つの「Ａ」ポートのみならず、２つの「Ｂ」ポートの間には、同一の構造を超えたなんらの関係も意図されてはいないことを理解されたい。これらの接続ポート１７は、限定を伴うことなしに、図２の例においては、示されているアクチュエータを既知の接続手段を介して４つのモーション制御装置に接続する能力を有する、同一の構造を有する４つの別個の接続ポート１７として見なすことができる。モーション制御装置の例は、その他の同一又は等価なアクチュエータのみならず、例えば、カメラ、センサ、グリッパなどのような、この種の制御ネットワーク内において利用されうる、その他のモーション制御装置を含む。同様に、アクチュエータでありうる、或いは、アクチュエータハウジング１から接続ポイント１４、１５におけるアクチュエータシャフト２にパワー及び通信を内部的に転送するための、モーション制御装置を接続する接続手段３は、例えば、ケーブル、牽引装置、スリップリング、又はその他の類似のコンポーネントであってもよい。パワー及び通信を固定アクチュエータハウジング１から回転アクチュエータシャフト２に、或いは、回転アクチュエータシャフト２から固定アクチュエータハウジング１に、転送する最も好ましい接続手段３は、スリップリングである。これらのスリップリングは、２つの部分からなるスリップリングのそれぞれの部分内において配置されたコイルによって生成された電磁界を介してパワー及び通信信号を転送する、無線スリップリングを含む任意のタイプであってもよく、スリップリングの一方の部分は、アクチュエータハウジング１上に配置されてもよく、他方のものは、アクチュエータシャフト２上に配置されてもよい。ケーブル又はその他のこの種のコンポーネントは、アクチュエータとネットワーク内のその他の装置の間におけるパワー及び通信の転送に相対的に良好に適しうる。接続ポイント１４、１５は、アクチュエータハウジング１とアクチュエータシャフト２の間の接続の地点である。パワー及び通信信号は、接続ポイント１４、１５において配置されうると共にパワー及び通信信号を送信するための手段を提供しうる接続手段３を介して、これらの接続ポイント１４、１５においてアクチュエータハウジング１とアクチュエータシャフト２の間において送信される。接続ポイント１４、１５の数は、接続ポート１７の数と異なっていてもよい。接続ポイント１４、１５と、その結果、接続手段３と、は、少なくとも２つの接続ラインから構成されていてもよく、接続ラインは、少なくとも１つの通信ライン及びパワーラインを有していなければならず、この場合に、パワーラインは、電圧ラインであってもよい。
【００１５】
アクチュエータハウジング１上の少なくとも１つの接続ポート１７と、アクチュエータシャフト２上の少なくとも１つの接続ポート１７と、を有するアクチュエータは、記述されているアクチュエータが、ネットワーク内のその他のモーション制御装置用のネットワークハブとして機能することを許容している。ハブとして機能することにより、電源からのパワー及び通信信号を電気アクチュエータを通じて送信することができると共にネットワークに接続された１つ又は複数のその他のモーション制御装置に供給することができる。
【００１６】
図３〜図６は、上述のように、アクチュエータハウジング１及びアクチュエータシャフト２の両方の上部に接続ポート１７を有するように構成された２つのアクチュエータの間の可能な接続シナリオのいくつかの例を示している。図３〜図６において観察されうるように、アクチュエータは、パワー及び通信信号が強制的にアクチュエータハウジング１とアクチュエータシャフト２の間において回転境界を横断するように結合されることに限定されるものではない。アクチュエータは、ハウジング１からハウジング１へ、ハウジング１からシャフト２へ、シャフト２からハウジング１へ、且つ、シャフト２からシャフト２へ、などのように、いくつかの異なる組合せにおいて、且つ、任意の未使用の／利用可能なポート１７を介して接続することができる。アクチュエータがアクチュエータハウジング（１）とアクチュエータシャフト（２）の両方に同時に接続されうるように、図３〜図６に示されている方式により、複数のアクチュエータを接続することができる。
【００１７】
アクチュエータ上の複数の接続ポート１７の使用と、任意のポート１７に接続するためのネットワーク装置の能力と、は、多くの異なるネットワークトポロジーを生成するための自由度をネットワーク設計者に許容している。それらが利用される場所に応じて、異なるネットワークトポロジーが、特定のシナリオに対して相対的に良好に適する場合があり、従って、記述されているシステムのアクチュエータは、それらの使用法に最良に適することになるネットワークトポロジーを選択するためのカスタマイズ可能性を設計者に提供している。ネットワークが採用しうる可能なネットワークトポロジーのいくつかの例は、完全に接続されたトポロジー、ツリートポロジー、リングトポロジー、線形トポロジーなどである。１つの具体的な例は、モーション制御装置が、「デイジーチェーン」の形態において直列に接続される、というものであってもよいであろう。当然のことながら、ネットワークのトポロジーは、これらの例に限定されうるものではなく、且つ、設計者が所望する場合には、任意の数のこの種の例示用のトポロジー又はその他のものをハイブリットシステムとして内蔵することができる。
【００１８】
次に、図７〜図９との関係において、電気アクチュエータの内部回路及びコンポーネントについて説明することとする。パワー及び／又は通信信号は、接続ポート１７「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」のうちの任意のものを介して電気アクチュエータとの間において入力及び出力されており、これは、接続ポイント１４、１５のうちの１つを介してものであってもよく、且つ、例えば、４００〜８００ＶＤＣ及び１０〜２０００Ｗなどの、パワー入力の高電圧及び／又は電流に起因して、パワー及び通信ラインは、信号がパワーライン内において失われえないように、必然的に別個のものであってもよい。図７〜図９に示されているように、それぞれの接続ポート１７は、複数の接続ラインを有していてもよく、パワー及び通信ラインは、組み合わせられてもよく、或いは、別個のものであってもよい。複数のネットワーク装置又は接続手段３を同一の接続ポート１７に接続することはできず、例えば、アクチュエータが接続ポート１７「Ａ」に接続された場合に、ポート１７が使用されうるのは、１回のみであることから、次の装置又はアクチュエータを接続するには、その他のポート１７「Ｂ」、「Ｃ」、又は「Ｄ」のうちの１つを使用しなければならない。高パワーラインは、本質的に、ノイズが非常に多く、且つ、従って、パワーと共に転送されることが望ましい通信信号は、失われる可能性があり、且つ、ノイズからの正確な弁別が困難になる可能性がある。パワー及び通信信号用の２つの別個の入力を使用することの利点の１つは、ネットワークにおいて、且つ、アクチュエータに、転送されることが望ましくありうる任意の通信信号又はこれらに類似したものを依然として容易に且つ正確に識別することが可能であり、高パワーをそれぞれのコンポーネントに対して提供することも可能であるという点にある。高パワー要件が必要となりえないように、アクチュエータの低トルクにおける稼働が望ましくありうる場合には、パワー及び信号入力を組み合わせることにより、更に単純化されたネットワーク構成を許容することができる。接続ポート１７を直接的に接続する冗長ライン１６が提供されており、これは、パワー及び通信信号が、アクチュエータハウジング１とアクチュエータシャフト１の間において、接続手段３以外のなんらのコンポーネントをも通過することなしに、アクチュエータを通過することを許容している。
【００１９】
任意の接続ポート１７を介して進入しうる、アクチュエータへの高ＤＣパワー入力は、パワーラインを通じてアクチュエータハウジング１内に、且つ、次いで、パワーモジュール４に、移動しており、パワーモジュール４は、電源からアクチュエータを隔離している。電源の例は、送電網、電池３０、又は高電圧のその他のこの種の供給源であってもよい。望ましくないパワー異常に対するセイフティガードを提供することにより、アクチュエータの内部コンポーネントと、全体としてのネットワークと、を危険な且つ望ましくないパワーサージから保護するべく、ヒューズ２６及び２７をパワーライン上において提供することができる。
【００２０】
この結果、パワーモジュール４は、接続ポート１７からの、又は電池３０などのその他の供給源からの、大きなパワー、即ち、電圧、を管理することが可能であり、且つ、入力パワーのものに対する異なる接続ポート１７にパワーを連続的に分配することにより、別の装置に電力供給することができる。アクチュエータのコンポーネントを稼働させるために必要とされるパワーのみを合計パワー入力から抽出することができる。アクチュエータのパワーモジュール４は、パワーが、モータードライバにより、或いは、ネットワークモジュール３５やセンサ２９などのようなその他のコンポーネントにより、使用されるように適合され、これにより、これらのコンポーネント用の動作電圧を提供するように、高電圧入力を変換することができる。パワーモジュール４は、例えば、降圧変圧器が実行するであろうように、動作電圧を提供するべく電圧を低減することにより、これを実行することができる。１つの可能な例においては、パワーモジュールは、ＡＣからＤＣに、或いは、この代わりに、ＤＣからＡＣに、電源を変換することができる。次いで、動作可能なＤＣパワーが、パワーモジュール４からアクチュエータ内のその他のコンポーネントに供給されてもよく、好ましくは、パワーモジュール４は、モータードライバ及び／又はネットワークモジュール５、３５、３６に直接的に接続されていてもよく、その結果、モータードライバ及び／又はネットワークモジュール５、３５、３６は、パワーをモーター６ａ、アクチュエータセンサ２９、又は類似のコンポーネントに供給する。モータードライバ及び／又はネットワークモジュール５、３５、３６との間における直接的な接続は、パワーモジュール４が、モータードライバ及び／又はネットワークモジュール５、３５、３６との間において制御信号を受信及び送信することを許容している。或いは、この代わりに、パワーは、パワーモジュール４と、従って、アクチュエータの任意の更なる内部コンポーネントと、を通過することなしに、１つの接続ポート１７から別のものに、電気アクチュエータを通過することもできる。
【００２１】
次いで、固定アクチュエータハウジング１又は回転アクチュエータシャフト２上のポート１７のいずれかから受け取られた通信信号は、アクチュエータハウジング１内に、且つ、次いで、直接的にネットワークモジュール３５に、送信されてもよく、ネットワークモジュール３５は、図７及び図８に示されているように、モータードライバと１つのコンポーネント５として組み合わせることができる。この構成においては、モータードライバは、ネットワークモジュールの代わりに、パワーモジュールと１つのコンポーネント５として組み合わせることができる。この結果、その他のネットワークに基づいた装置と比較された際のコンポーネントの数の低減のみならず、内部の制御回路が相対的に小さくなりうることから、アクチュエータの全体サイズの低減も許容される。ネットワーク５、３５は、通信信号をポート１７から受け取り、且つ、直接的に又は別のコンポーネントを介して、適切な命令を装置内のコンポーネントのそれぞれのみならず、ネットワーク内のその他の装置にも分配するように、機能している。通信信号は、アクチュエータのすべてのコンポーネントによって送信及び受信され、且つ、コンポーネントのそれぞれに制御信号を提供するように機能している。
【００２２】
ポート１７のうちの少なくとも１つのものから通信信号を受信した後に、ネットワークモジュール５、３５は、通信信号上において受け取られた命令を実行するべく合計入力パワーから必要なパワーのみを抽出するように、パワーモジュール４に対して命令することができる。次いで、モータードライバ及びネットワークモジュール５、３５、３６は、パワーモジュール４から動作電圧を受け取っており、この動作電圧は、電気モーター６ａ又はアクチュエータセンサ２９などのアクチュエータの更なるコンポーネントに分配することができる。モータードライバは、ネットワークモジュールの代わりに、パワーモジュールと１つのコンポーネント５として組み合わせることができる。モータードライバ５、３６は、パワーモジュール４から正しい電圧を受け取ったら、制御ネットワークの望ましい動作が実行されうるように、電気モーター６ａを駆動することになる。アクチュエータセンサ２９は、アクチュエータハウジング１内において提供されうると共に、モータードライバ５、３６に接続されていてもよく、このセンサ２９は、効率、熱性能、及びその他のプロパティを監視することができる。このようなセンサ２９の一例は、シャフト２の位置を算出する必要性なしに、角度計測値を提供しうる磁気位置センサ２９であってもよい。使用されうるセンサのその他の例は、様々な温度センサ、トルク検知のためのモーター電流センサ、湿度センサ、水漏れセンサ、又はアクチュエータを監視するためのその他のこの種の適切なセンサを含む。
【００２３】
又、パワーモジュール４に加えて、モータードライバ及びネットワークモジュール５、３５、３６は、いくつかの構成においては、アクチュエータハウジング１内のスタンバイ電池３０に接続することもできる。これは、なんらかの理由から、パワーモジュール４が接続ポート１７を介して外部グリッドからパワーを引き出すことができない場合の、或いは、アクチュエータがなにものにも接続されていない場合の、冗長レベルを提供している。又、外部供給源からのパワー及び／又は通信接続が失われた場合に、予め定義された緊急タスクを実行するための能力をアクチュエータに許容するべく、電池３０を使用することもできる。
【００２４】
上述のように、パワー及び通信信号をアクチュエータの回転及び非回転部分の間において送信しうるように、固定アクチュエータハウジング１及び回転アクチュエータシャフト２のそれぞれの上部において、少なくとも１つの接続ポート１７が存在していてもよい。アクチュエータハウジング１及びシャフト２が相互に独立的に回転するのに伴って、スリップリング３をハウジング１とシャフト２の間のインターフェイス上において提供することにより、アクチュエータの２つの回転の側の間におけるパワー及び通信信号の転送を許容することができる。接続ポイント１４、１５において内部的にスリップリング３を提供する利点は、アクチュエータが、パワー及び通信信号の転送を継続しつつ、連続的な回転を提供しうる、というものであってもよく、この結果、マニピュレータアームなどの用途が、限られた回転角度によって妨げられることがない。又、スリップリング３の使用は、ケーブル及び配線が、結果的に損耗及び可能な接続破断をもたらす、連続的な回転に起因した重圧の下に置かれないことから、相対的に安定したシステムをも生成する。
【００２５】
図９は、図７及び図８に類似しうる、アクチュエータハウジング１内のわずかに単純化された制御回路構成を示しており、この場合には、モータードライバ３５とネットワークモジュール３６が、同一のコンポーネント５として組み合わせられてはいない。モータードライバは、ネットワークモジュールの代わりに、パワーモジュールと１つのコンポーネント５として組み合わせられてもよく、或いは、そうでなくてもよい。この例示用の構成においては、通信信号は、接続ポート１７「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」からネットワークモジュール３５に入力されており、次いで、ネットワークモジュール３５は、制御信号をパワーモジュール４に送信することにより、望ましい動作のためにモーター６ａを駆動するべく必要とされるパワーの量をパワーモジュール４に命令することができる。次いで、パワーモジュール４は、接続ポート１７からのパワー入力から必要なパワーのみを抽出すると共にこのパワーをモータードライバに提供してもよく、次いで、モータードライバは、パワーをセンサ２９に提供することができると共に電気モーター６ａを駆動することができる。モータードライバ３６をネットワークモジュール３５のみならずセンサ２９及び電気モーター６ａと直接的に接続している状態において、更なる通信ラインが示されている。この例示用の構成においては、冗長ライン１６が存在していないことから、必要とされるのは、以前の例の４つではなく、３つの接続ライン用の接続手段３のみである。
【００２６】
両方の例の特徴は、組み合わせることが可能であると共に、相互交換可能であり、例えば、ネットワークモジュール３５及びモータードライバ３６は、第１の例においては、別個のコンポーネントであってもよいが、第２の例においては、１つのコンポーネント５として組み合わせることができることを理解されたい。又、コンポーネントの監視を改善するべく、且つ、更なる冗長性を提供するべく、更なるモジュールを制御回路に追加することもできる。図７〜図９においては、図７及び図８に示されているその他の３つ、或いは、図９に示されている２つ、が同一のコンポーネントであることが明らかであることから、ラベルが付与されているのは、接続手段３のうちの１つのみである。同一の内容が、接続手段３が配置されている接続ポイント１４及び１５に対しても当て嵌まる。図９の例においては、冗長ライン１６が存在していないが、ユーザーが所望する場合には、任意の例においてこれを含むことが可能であり、その結果、アクチュエータに対する信頼性の追加が許容されることを理解されたい。
【００２７】
図１０には、電気アクチュエータのコンパクトな構成が示されており、この場合には、ネットワークモジュール５のみならず、パワーモジュール４と組み合わせられたモータードライバをも含む、制御回路が、電気アクチュエータの中心において示されている。図１０の、アクチュエータを通じて取得されたスライスは、アクチュエータの中心軸２５に沿っている。アクチュエータシャフト２は、少なくとも１つの軸に沿って、アクチュエータハウジング２のものよりもわずかにのみ小さな直径を有するように、適切にサイズ設定されうることがわかる。
【００２８】
電気モーター６ａ、回転子６ｂ、及び固定子６ｃは、モータードライバ５、３６を介したパワーモジュール４からの電圧が固定子６ｃに印加されうる際に電流のフローがモーター回転子６ｂ内において誘発されうるように、アクチュエータハウジング１内において位置決めされている。固定子６ｃと回転子６ｂのやり取りは、モーター６ａのモーションを結果的にもたらす磁界を生成する。アクチュエータは、外側回転子モーター６ａのシステムを利用しており、この場合には、回転子６ｂが固定子６ｃの内側において配置されうる従来のセットアップとは反対に、回転子６ｂを固定子６ｃの外側において配置することができる。回転子６ｂは、電気モーターシャフトの周りにおいてカップ／アクチュエータハウジング１の内側に固定された永久磁石セグメント又は成形されたリングから形成することができる。又、外側回転子モーター６ａの構成の増大した慣性は、コギングを低減し、可聴ノイズを低下させ、且つ、低速において相対的に大きな安定性をも提供する。更なる利点は、その固定子６ｃの外部において回転子を有する電気モーターは、同一の性能レベルを維持しつつ、内部回転子を有するものよりも、軸方向において短くなっており、その結果、システム全体を相対的にコンパクトなサイズに低減することができる、という点にある。
【００２９】
この開示されているアクチュエータの利点は、シャフト側３ｂ及びハウジング側３ｃという、２つの部分から構成された内部スリップリング３を介した電圧及び通信信号の双方向送信にある。これらの部分は、モーターシャフト２がアクチュエータハウジング１との関係において回転するのに伴って、これらの部分のそれぞれが、他方の表面と当接することによって互いに圧接状態における摺動を許容しうる表面をその上部において有する共通軸を中心として、互いの周りにおいて回転することができる。接続手段３の２つの部分は、アクチュエータハウジング１の内側に配置されており、この場合に、スリップリング３の一方の部分３ｃは、アクチュエータハウジング１に装着することができると共に、他方の部分３ｂは、アクチュエータシャフト２に装着することができる。このパワー及び通信信号の双方向送信は、別個の接続手段３が通信信号及び電圧の送信のために使用されうるように、分割することができる。これらのスリップリングは、パワー及び通信信号を電磁界を介して転送しうる無線スリップリングであってもよい。この特徴は、パワー及び通信信号がアクチュエータハウジング１とアクチュエータシャフト２の間において回転分割に跨って転送されることにより、装置を固定アクチュエータハウジング１及び回転アクチュエータシャフト２の両方又は一方に接続できるようにすることを許容している。装置を両方の回転の側に接続する能力は、いくつかの利点を提供しており、この利点の１つは、ネットワークトポロジーが、相対的に大きなカスタマイズ可能性を有しうるのみならず、現時点において利用可能な装置との比較において、アクチュエータの内部及び外部における全体的なコンポーネント及び配線の数を低減するように機能しうるというものでありうる。
【００３０】
図１１は、上述のように、外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａを利用した１つの可能な概略構成を示している。この構成においては、外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａは、リングギア１０が遊星歯車８及び太陽歯車２１を収容する状態において、２つ以上の遊星歯車８を更に有する遊星歯車システム１１の中心において太陽歯車２１として利用することができる。この遊星歯車システム１１は、歪波歯車システム１８の中心における波発生器２２として機能することができる。電気モーター６ａ、回転子６ｂ、及び固定子６ｃ、並びに、遊星歯車８から形成された、波発生器２２は、非対称な楕円形状を有していてもよく、長軸に沿った、この非対称な楕円形状は、波発生器の形状が、長軸によって分割された２つの半体を有する、半楕円及び半円の形状であることを意味している。この構成においては、波発生器２２は、柔軟なスプライン２３に係合してもよく、その結果、柔軟なスプライン２３は、波発生器２２の形状に準拠する。次いで、柔軟なスプライン２３は、波発生器２２の、且つ、従って、柔軟なスプライン２３の、短軸に沿って配置された２つの直径方向において対向する非接触ゾーンとは対照的に、単一の接触ゾーン及び単一の非接触ゾーンを使用することにより、円形スプライン１９（アクチュエータハウジング１）に係合することができる。この設計は、回転の際に、歯に対する損耗を低減するように、且つ、可能なトルク及びギア比を増大させように、機能し、これは、液圧及びガス圧アクチュエータに対する実現可能な代替肢である電気アクチュエータを提供する際に極めて有利となろう。非対称な形状の波発生器２２が遊星ギアシステム１１と組み合わせられる場合には、この非対称性は、この場合にも波発生器が規則的な楕円形状を有しうるように、遊星歯車８上において異なる重み（異なるサイズの遊星歯車８）を使用することにより、均衡化又は無効化することができる。
【００３１】
歪波歯車システム１８において、波発生器２２は、柔軟なスプライン２３に挿入することができるが、波発生器２２が遊星歯車システム１１を有している際には、遊星システムのリングギア１０が、歪波歯車システム１８の柔軟なスプライン２３として機能することができる。電気モーター６ａ、回転子６ｂ、及び固定子６ｃ、並びに、遊星歯車８から形成された、波発生器２２が、柔軟なスプライン２３／リングギア１０に挿入された際に、遊星歯車８の外側歯は、内側歯リング９の柔軟なスプライン２３／リングギア１０と係合する。次いで、この柔軟なスプライン２３／リングギア１０を剛性の円形スプライン１９に挿入することにより、歪波歯車システム１８を完成させることができると共に、アクチュエータのドライブ出力を提供する柔軟なスプラインを有するアクチュエータドライブラインを形成することができる。歪波歯車システム１８は、単独で、バックラッシュの低減のみならず、ギア比の増大を提供することになるが、これら２つの歯車システムの組合せを使用する更なる利点は、１つのタイプの歯車システムのみの使用との比較において、トルク密度を大幅に増大することとができるという点にある。この結果、例えば、２０〜２０００Ｎｍなどの、類似の高トルク出力を実現することにより、電気アクチュエータが、そのガス圧及び液圧カウンターパートの代替肢として実施可能となることが許容される。更には、これら２つの歯車システムを１つに組み合わせることにより、同一の効果を実現する従来の歯車システムと比較した際に、コンポーネントの数の低減も許容される。
【００３２】
図１２には、歯車システムの第１部分が示されており、遊星歯車システム１１を参照し、これについて説明することができる。この例示用の構成において、図１０との関係において説明したように、中心から同心状に外に移動することにより、モーター６ａの固定子６ｃを外部回転子６ｂ内において配置することができる。２つ以上の遊星歯車８と係合しうる歯リング７が、電気モーターの回転子６ｂの外側表面上において形成されてもよく、次いで、２つ以上の遊星歯車８がリングギア１０の内側歯円９に係合することにより、歪波歯車システム１８の中心において組み合わせられうる遊星歯車システム１１を形成することができる。
【００３３】
図１２の遊星歯車システム１１内の遊星歯車８は、太陽歯車２１のものよりも小さな直径を有するように構成されているが、遊星歯車８の直径は、太陽歯車２１と等しくてもよいことを理解されたい。遊星歯車８が、太陽歯車２１よりも小さな直径を有するように選択されている、この特定の構成は、最も大きな、且つ、結果的に最大トルクの、電気モーター６ａが存在することを許容しつつ、最もコンパクトな構成を提供している。又、これは、モータードライバ及び／又はネットワーク５、３５、３６を含む電気回路のその内部における配置を許容することになる中空構造を電気モーターのシャフトが有しうるように、外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａの中心において相対的に大きな空間をも提供している。この中空シャフト構造は、必要な回路のみならず、その他のコンポーネントをも最も効率的な且つ空間節的な方式によって提供することにより、アクチュエータ内において利用可能な空間を極大化するように、且つ、サイズを低減するように、機能している。シャフト２は、中空構造に限定されうるものではなく、且つ、意図される使用法に応じて、中実構造を有することもできる。中実シャフトと同一の直径を有する中空シャフトは、中空構造を有するシャフトが、相対的に軽量でありつつも、中実シャフトよりも大きな捩じり応力を処理することを許容しており、シャフトの最も内側の部分のせん断応力が低減されている。
【００３４】
一例においては、上述の構成の遊星歯車８及び太陽歯車２１は、転動摩擦の低減に起因した効率の更なる増大を提供するギアベアリング設計を有することができる。このような設計においては、ホイールの歯がホイールのエッジの全体をカバーしてはおらず、且つ、フラットなストリップが歯の両側に存在することができる。使用されうるギアベアリングの別のタイプは、偏心サイクロイド歯車であってもよく、この構成においては、ギアの歯は、高速及び低摩擦を許容するねじ山様の又は螺旋状のパターンを有する。この設計は、規則的に噛合するギアとの比較において、相対的に大きな負荷容量を許容しており、且つ、従って、相対的に大きな負荷がアクチュエータの電気モーター６ａに印加されることを許容することにより、トルクの増大を支援することになる。
【００３５】
記述されているように、遊星歯車システム１１は、歪波歯車システム１８の波発生器２２として機能するように機能してもよく、これを目的として、図１３は、歪波歯車システム１８の用語の観点において、図１２の遊星歯車システム１１を示している。歪波歯車システム１８においては、波発生器２２は、波発生器２２を完成させるべく２つ以上の遊星歯車８と係合する外側歯リング７を有する、球状に成形された、非対称に楕円形に成形された、或いは、対称的に成形された、（電気モーター回転子６ｂ及び固定子６ｃから形成された）太陽歯車２１から形成することができる。この波発生器２２の遊星歯車８は、柔軟なスプライン２３の内側歯９に係合する。又、柔軟なスプライン２３は、図１２に示されている遊星システムのリングギア１０と呼称されてもよく、この柔軟なスプライン２３も、外側歯リング２４を有することができると共に、波発生器２２の形状を有することができる。柔軟なスプライン２３は、大きな負荷を伝達するように、且つ、電気モーター６ａから従来方式によって可能でありうる相対的に大きなトルク密度を許容するように、捩じり剛性を有することができる。柔軟なスプライン２３及び波発生器２２は、協働し、歪波歯車システム１８の３つの部分のうちの２つを形成している。
【００３６】
次いで、楕円形状の柔軟なスプライン２３が円形スプライン１９（歪波歯車システム１８の第３の部分）に挿入されてもよく、これは、例えば、図１４に示されているように、アクチュエータハウジング１であってもよく、アクチュエータハウジング１は、柔軟なスプライン２３の外側歯リング上のものよりも少なくとも１つ多い歯を内側歯リング１３上において有することを要する円形スプライン１９として機能している。歪波歯車システム１８の、内側部分である、波発生器２２は、歪波歯車システム１８が構築されうる方式についての相対的に簡単な理解を提供するべく、この図から省略されている。組み立てられた歪波歯車システム１８は、２つの歯係合エリアを有する。可能な一例においては、これらは、電気モーター６ａの中心軸２５を中心として直径方向において対向していてもよい。外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａが回転した際に、波発生器２２として機能する遊星歯車システム１１も回転し、この回転は、柔軟なスプライン２３が反対方向において波発生器２２まで回転することをもたらし、且つ、柔軟なスプライン２３の外側歯リング２４が剛性のアクチュエータハウジング１の内側歯リング１３と係合することをもたらし、アクチュエータハウジング１は、円形スプライン１９の目的を果たすことができる。柔軟なスプライン２３よりも多くの数の歯を有する円形スプライン１９に起因して、柔軟なスプライン２３及び円形スプライン１９は、相互の関係において回転し、この結果、歪波歯車システム１８が完成し、且つ、図１１に示されているように、アクチュエータドライブラインが形成される。
【００３７】
歯車システムの組合せにより、アクチュエータ構成について説明したが、図１５及び図１６に示されているように、外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａ及び歪波歯車システム１８のみが留まるように、遊星歯車システム１１を歯車システムの組合せから除去することもできることを理解されたい。図１５には、その中心において電気モーター６ａを有する、電気アクチュエータ用の、歪波歯車システム１８の概略的な構成が示されている。この構成においては、電気モーター６ａの固定子６ｃの外側に位置する外部回転子６ｂは、波発生器２２の一体的な部分として、関連する楕円ボールベアリング３８を有する楕円の形状において直接的に形成することができる。或いは、この代わりに、以前の例において記述されているように、波発生器２２（この例においては、波発生器２２は、図１６に示されているように、電気モーター６ａ、固定子６ｃ、回転子６ｂ、及びボールベアリング３８を有することができる）は、非対称な楕円形状を有していてもよく、長軸に沿った、この非対称な楕円形状は、波発生器の形状が、長軸によって分割された２つの半体を有する、半楕円及び半円形の形状であることを意味している。
【００３８】
次いで、波発生器２２は、図１２〜図１４の代替構成におけるように、遊星歯車８を有する波発生器２２と同一の方式により、柔軟なスプライン２３に挿入することができる。図１６の構成は、以前の構成と比較された際、コンポーネントの数を低減することにより、標準的な電気アクチュエータの構成よりも格段に大きなトルク出力を依然として提供しつつ、相対的に安価であると共に実装が相対的に容易である、相対的に単純な設計を提供している。更には、コンポーネントの数の低減及び相対的に単純な設計は、アクチュエータの全体を相対的にコンパクトにするように、且つ、そのサイズを低減するように、機能することにもなろう。
【００３９】
図１７は、記述されている２つの構成の分解図と、それぞれがアクチュエータハウジング１の内側においてフィットするように形成されうる方式と、を示している。分解図は、両方の構成が、アクチュエータハウジング１と互換性を有していると共に、アクチュエータの利用が望ましくありうるシナリオに応じて、相互交換されうることを示している。又、電気コンポーネントをアクチュエータの固定子６ｃ内において配設することにより、低速の、高パワーの、高トルクの、アクチュエータ内において高速電気モーターを提供する能力を維持しつつ、例えば、８０〜２００ｍｍの直径及び８０〜２００ｍｍの長さにアクチュエータのサイズを低減しうることもわかる。記述されている例のうちの任意のものに利用されうる１つの可能なアクチュエータ構成の例示用の値は、トルクが２０〜２０００Ｎｍであり、パワーが１０〜２０００Ｗであり、１０〜５０Ａｍｐの通過パワーを伴う代表的な電圧が４００〜８００ＶＤＣであり、且つ、データ通信が１００ｍｂｐｓ〜１００Ｇｂｐｓである、というものあってもよいであろう。これらの値は、可能なアクチュエータ特性の代表的な例であるに過ぎず、且つ、高パワーや高トルクなどに対応するその他の可能な値がユーザーのニーズに応じて使用されうることから、本開示のアクチュエータをこれらの値に限定してはならない。又、いくつかの例においては、電気モーターのシャフトが通路を包囲しうるように、電気モーター６ａのシャフトの直径よりも小さくてもよい、アクチュエータの中心軸の全体を貫通する、中空の通路が存在していてもよい。この通路は、液圧ホース、ケーブル、又はその他の類似のコンポーネントをアクチュエータを通じて延在させるように、使用することができる。
【００４０】
図１８及び図１９には、本開示のアクチュエータのドライブラインの一部分として使用されうる歪波歯車システム１８の更なる例が示されている。この歪波歯車システムは、パンケーキ歪波歯車システムである。その中心に位置した波発生器２２は、図１１〜図１６に関係する以前の例において記述されているように、遊星歯車システム１１を有するように又はこれを有することなしに、形成することができる。非対称な又は対称な楕円形状であってもよい、波発生器２２は、柔軟なスプライン４４に係合してもよく、その結果、柔軟なスプライン４４は、以前の例に示されているように、波発生器２２と同一の形状に準拠することができる。この例においては、柔軟なスプライン４４は、アクチュエータシャフト２でなくてもよく、別個のコンポーネントであってもよい。次いで、この柔軟なスプライン４４は、２つの円形スプライン、固定された円形スプライン４５、及び回転する円形スプライン４６に挿入されてもよく、これらの２つの円形スプラインは、この例においては、アクチュエータハウジング１（固定された円形スプライン４５）及びアクチュエータシャフト２（回転する円形スプライン４６）であってもよい。これらの円形スプラインのそれぞれは、柔軟なスプライン４４の外側表面の半分をカバーしている。回転する円形スプライン４６は、柔軟なスプライン４４の外側歯リングのものと同一の数の歯をその内側歯リング上において有していてもよく、且つ、柔軟なスプライン４４と同一の速度において回転している。固定された円形スプライン４５は、以前の例のアクチュエータハウジング１と同様に、柔軟なスプライン４４及び固定された円形スプライン４５が相互の関係において回転するように、柔軟なスプライン４４のものよりも少なくとも１つ多い歯をその内側歯リング上において有することができる。従って、回転する円形スプライン４６は、ドライブラインの出力部材であり、これにより、この例の歪波歯車システムを完成させると共に、図１８に示されているようにアクチュエータドライブラインを形成している。図１９は、アクチュエータのパンケーキ歪波歯車システムの分解図を示している。
【００４１】
一例においては、分散型のコンパクトな電気低速回転アクチュエータは、アクチュエータが、同一又は等価なアクチュエータ又はその他のネットワークに基づいたモジュールと共にネットワークを形成している、モーションシステムの構造に対して特に適用可能でありうる。このアクチュエータは、以下のポイントに従って構成することができる。
【００４２】
１．アクチュエータは、アクチュエータハウジング１と、アクチュエータシャフト２と、パワーモジュール４と、ネットワークモジュール３５と、モータードライバ３６と、を有していてもよく、モータードライバ３６は、歪波歯車システム１８との組合せにおいて直接的に、或いは、遊星歯車システム１１及びアクチュエータセンサ２９との関連において、コンポーネント５、外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａを形成するべく、パワーモジュール４又はネットワークモジュール３５を含んでいてもよく、或いは、そうでなくてもよい。アクチュエータによって供給された電圧及び通信ネットワークは、アクチュエータハウジング１とアクチュエータシャフト２の間において送信することが可能であり、これは、ケーブル又は牽引装置３がアクチュエータハウジング１とアクチュエータシャフト２の間において電圧及び通信を搬送する状態において、アクチュエータシャフト２がアクチュエータの中心軸２５を中心として回転するのに伴って実行することができる。電圧及び通信は、方向とは無関係に、コンポーネントの間において搬送することができる。アクチュエータは、主コンポーネントである、アクチュエータハウジング１及びアクチュエータシャフト２のそれぞれの内部の少なくとも１つの接続ポイント１４、１５である、電圧及び通信ネットワーク用の２つ以上の同一の接続ポイント１４、１５を有することができる。電気モーター６ａは、歪波歯車システム１８の中心において配置されてもよく、且つ、関連する楕円ベアリング３８を有する楕円形状を有しうる波発生器２２の一体的な部分であってもよい。或いは、この代わりに、電気モーター６ａは、太陽歯車２１として機能してもよく、モーターの回転子６ｂは、２つ以上の遊星歯車８との係合状態においてその外周の周りに延在する歯リング７を有することもできる。遊星歯車は、柔軟なスプライン２３の内側歯リング９と係合するように適合されていてもよく、且つ、楕円形状を有するように、これを成形することができる。
【００４３】
２．共通軸を中心として互いの周りにおいて回転しうる２つの部分３ｂ、３ｃから構成された、電圧及び通信の双方向送信３ａをこの場合にも許容しうるポイント１のアクチュエータ。共通軸上において、部分のそれぞれは、互いに向かって摺動する当接の表面３ｂ及び３ｃを有する。装置の２つの部分は、アクチュエータハウジング１の内側において配置され、装置の部分３ｃは、アクチュエータハウジング１に装着されてもよく、且つ、部分３ｂは、アクチュエータシャフト２に装着されてもよい。
【００４４】
３．例えば、別個の装置が通信のために使用されている間に、別の装置が、電圧の送信のために使用されるように、電圧及び通信の双方向送信を分割することができるポイント２のアクチュエータ。
【００４５】
４．電圧及び通信ネットワークは、アクチュエータハウジング１及び／又はアクチュエータシャフト２上の任意の利用可能な接続ポートに接続することが可能であり、且つ／又は、これから送信することができることを更に含みうるポイント１のアクチュエータ。
【００４６】
５．電源からパワーを更に引き出すことができると共に、このパワーを同一のアクチュエータ、対応するアクチュエータ、又はその他のネットワークに基づいたモジュールにその接続ポート１７を通じて連続的に分配することができるポイント１〜４のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。電源は、任意の高ＤＣ電圧電源、送電網、及び／又は高電圧電池であってもよい。
【００４７】
６．それぞれの接続ポイント１４、１５が、少なくとも１つの通信ライン１４及びパワーライン１５から構成されることをも含みうるポイント１〜５のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００４８】
７．電圧モジュール４が、モータードライバ５、３６及び電気モーター６ａに対して適合された供給電圧を低減することができることを更に含みうるポイント１〜６のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００４９】
８．電圧モジュール４がアクチュエータの供給送電網からアクチュエータを隔離していることを更に含みうるポイント１〜７のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００５０】
９．接続ポイント１４、１５の数が、接続ポートの数と異なりうることを更に含みうるポイント１〜８のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００５１】
１０．アクチュエータ電圧モジュール４、ネットワークモジュール５を含むモータードライバ、或いは、別個のネットワークモジュール３５及びモータードライバ３６が、モーター６ａの中空回転子６ｂの中心において配置されていることを更に含みうるポイント１のアクチュエータ。
【００５２】
１１．ネットワークモジュール５を含むモータードライバが使用されるか、或いは、この代わりに、別個のネットワークモジュール３５が、但し、モータードライバ３６との組合せにおいて、使用されることを更に含みうるポイント１のアクチュエータ。
【００５３】
１２．電気アクチュエータが、アクチュエータハウジング１−アクチュエータハウジング１、アクチュエータシャフト２−アクチュエータシャフト２、アクチュエータハウジング１−アクチュエータシャフト２、アクチュエータシャフト２−アクチュエータハウジング１という構成の１つ又は複数において、その他の電気アクチュエータと共に、デイジーチェーンにおいて接続されうることを更に含みうるポイント１のアクチュエータ。
【００５４】
１３．外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａが、中空シャフト構造を有することができることを更に含みうるポイント１のアクチュエータ。
【００５５】
１４．外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａが、中実シャフト設計を有することができることを更に含みうるポイント１のアクチュエータ。
【００５６】
１５．遊星歯車８が、太陽歯車２１よりも小さな直径を有することを更に含みうるポイント１〜１３のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００５７】
１６．プラネットホイール８が、高速及び低摩擦を許容する設計を有することを更に含みうるポイント１５のアクチュエータ。
【００５８】
１７．波発生器２２が、非対称な楕円形状を有することを更に含みうるポイント１のアクチュエータ。
【００５９】
１８．遊星歯車システム１１との組合せにおける非対称な波発生器２２が、遊星歯車８上の異なる重みを使用することにより、均衡化されることを更に含みうるポイント１７のアクチュエータ。
【００６０】
１９．太陽歯車２１及び遊星歯車８が、ギアベアリング設計を有することを更に含みうるポイント１〜６のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００６１】
２０．電気コンポーネントが、モーター６ａの中空回転子６ｂの中心において配置されうることを更に含みうるポイント１のアクチュエータ。電気コンポーネントは、例えば、アクチュエータ電圧モジュール４、ネットワークモジュール５を含むモータードライバ、或いは、別個のネットワークモジュール３５及びモータードライバ３６を含むことができる。
【００６２】
又、上述の構成のアクチュエータは、ネットワーク化の問題を解決することに対処したものと、機械的パワー及びトルクの問題の解決に対処したものと、という、２つのアクチュエータに分割することもできる。２つのアクチュエータは、以下のポイントを考慮することにより、構成することができる。
【００６３】
ネットワーク問題のアクチュエータ
１．アクチュエータは、同一のアクチュエータを有するネットワークにおいて、その他の対応するアクチュエータを有するネットワークにおいて、或いは、その他のネットワークに基づいたモジュールとの関連において、特に適用可能でありうる。アクチュエータは、アクチュエータハウジング１、アクチュエータシャフト２、パワーモジュール４、ネットワークモジュール５を含むモータードライバ、或いは、別個のネットワークモジュール３５及びモータードライバ３６、エンジン６ａ、並びに、アクチュエータセンサ２９を含むことができる。アクチュエータに供給される電圧及び通信ネットワークは、アクチュエータハウジング１とアクチュエータシャフト２の間において送信することができる。ケーブル又は牽引装置（スリップリング）３は、方向とは無関係に、電圧及び通信をアクチュエータハウジング１とアクチュエータシャフト２の間において伝導することができる。更には、アクチュエータは、電圧及び通信ネットワークのために、２つ以上の同一の接続ポイント１４、１５を有することもできる。少なくとも１つの接続ポイント１４、１５は、主コンポーネントである、アクチュエータハウジング１及びアクチュエータシャフト２のそれぞれの内部に配置されている。
【００６４】
２．ポイント１のアクチュエータは、部分のそれぞれがその上部において互いに向かって摺動する当接の表面３ｂ及び３ｃを有する共通軸を中心として互いの周りにおいて回転可能である２つの部分３ｂ、３ｃから構成された電圧及び通信の双方向送信３ａを更に含んでいてもよく、装置の２つの部分は、アクチュエータハウジング１の内側に配置され、装置の部分３ｃは、アクチュエータハウジング１に装着されてもよく、部分３ｂは、アクチュエータシャフト２に装着されてもよい。
【００６５】
３．例えば、１つの装置が通信信号のために使用されている間に、別の装置が電圧の送信に使用されるように、電圧及び通信の双方向送信が分割されることを更に含みうるポイント２のアクチュエータ。
【００６６】
４．電圧及び通信ネットワークは、アクチュエータハウジング１及び／又はアクチュエータシャフト２上の任意の利用可能な接続ポートに接続することが可能であり、且つ／又は、その上部において送信することができることを更に含みうるポイント１〜３のいずれか１つのポイントの装置。
【００６７】
５．アクチュエータは、供給電源からパワーを取得し、且つ、このパワーを同一のアクチュエータ、対応するアクチュエータ、又はその他のネットワークに基づいたモジュールにその接続ポート１７を通じて連続的に分配することができることを更に含みうるポイント１〜３のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００６８】
６．それぞれの接続ポイント１４、１５が、少なくとも１つの通信ライン１４及びパワーライン１５から構成されていることを更に含みうるポイント１〜３のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００６９】
７．電圧モジュール４が、モータードライバ５、３６及び電気モーター６ａに対して適合された供給電圧を低減することを更に含みうるポイント１〜３のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００７０】
８．電圧モジュール４が、アクチュエータの供給送電網からアクチュエータを隔離していることを更に含みうるポイント１〜３のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００７１】
９．接続ポイント１４、１５の数が、接続ポートの数と異なりうることを更に含みうるポイント１〜３のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００７２】
１０．アクチュエータの電圧モジュール４、ネットワークモジュール５を含むモータードライバ、或いは、別個のネットワークモジュール３５及びモータードライバ３６が、モーター６ａの中空の回転子６の中心において配置されていることを更に含みうるポイント１のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００７３】
１１．ネットワークモジュール５を含むモータードライバが使用されるか、或いは、この代わりに、別個のネットワークモジュール３５が、モータードライバ３６との組合せにおいて使用されることを更に含みうるポイント１のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００７４】
１２．電気アクチュエータが、アクチュエータハウジング１−アクチュエータハウジング１、アクチュエータシャフト２−アクチュエータシャフト２、アクチュエータハウジング１−アクチュエータシャフト２、アクチュエータシャフト２−アクチュエータハウジング１という組合せの１つ又は複数において、その他の電気アクチュエータと共に、デイジーチェーンにおいて結合されうることを更に含みうるポイント１のいずれか１つのポイントのアクチュエータ。
【００７５】
機械的問題のアクチュエータ
１ｂ．直接的に接続された歪波歯車システム１８との組合せにおける、或いは、遊星歯車システム１１との関連における、外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａによって実現された高トルク／容積比を有する電気アクチュエータ。電気モーター６ａは、歪波歯車システム１８の中心において配置されてもよく、且つ、関連する楕円ベアリング３８を有する楕円形状としての波発生器２２の一体的な部分であってもよい。或いは、この代わりに、外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａは、太陽歯車２１として機能してもよく、そのモーター回転子６ｂは、２つ以上の遊星歯車８と係合しうる歯リング７をその外周の周りにおいて有し、この場合に、２つ以上の遊星歯車８は、柔軟なスプライン２３の内側歯リング９に係合することにより、内側歯リング９が楕円形状を有するようにするべく適合されている。
【００７６】
２ｂ．外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａが、中空又は中実シャフト構造を有することができることを更に含みうるポイント１ｂのアクチュエータ。
【００７７】
３ｂ．外部回転子６ｂを有する電気モーター６ａが、中実シャフト設計を有することができることを更に含みうるポイント１ｂのアクチュエータ。
【００７８】
４ｂ．プラネットホイール８が、太陽歯車２１よりも小さな直径を有することを更に含みうるポイント１ｂ又は２ｂのアクチュエータ。
【００７９】
５ｂ．遊星歯車８が、高速及び低摩擦を許容する設計を有することを更に含みうるポイント４ｂのアクチュエータ。
【００８０】
６ｂ．波発生器２２が、非対称な楕円形状を有することを更に含みうるポイント１ｂのアクチュエータ。
【００８１】
７ｂ．遊星歯車システム１１との組合せにおける非対称な波発生器２２が、遊星歯車８上の異なる重みを使用することにより、均衡化されることを更に含みうるポイント６ｂのアクチュエータ。
【００８２】
８ｂ．太陽歯車２１及び遊星歯車８が、ギアベアリング設計を有することができることを更に含みうるポイント３ｂのアクチュエータ。
【００８３】
９ｂ．アクチュエータの電圧モジュール４、ネットワークモジュール５を含むモータードライバ、或いは、別個のネットワークモジュール３５及びモータードライバ５が、モーター６ａの中空回転子６の中心において配置されうることを更に含みうるポイント１ｂのアクチュエータ。
【００８４】
記述されている構成は、高電圧パワーを受け取ると共にガス圧及び液圧アクチュエータの出力に匹敵する大量のトルクを低速において供給する、能力を有する、コンパクトな電気アクチュエータを提供することを可能にし、且つ、現時点の電気アクチュエータ能力を凌駕している。電気アクチュエータは、電気モーター６ａからのトルク出力を大幅に増大させるべく２つのギアシステムを組み合わせると共に、装置の中心において電気コンポーネント用の余地を提供することによってアクチュエータがコンパクトな状態に留まることを許容する構成をギアシステムに提供することにより、これを実行することができる。又、電気アクチュエータは、アクチュエータに対する大きなパワー入力を処理するための能力を提供することにより、等価な又はその他のモーション制御装置のネットワークを形成する能力を有することもできる。この大きな電圧は、パワーが装置内のコンポーネントに提供されうる前に、アクチュエータ内において、例えば、降圧するなどのように、変換することが可能であり、又、アクチュエータは、パワー及び通信信号をネットワークの一部分であるその他のモーション制御装置に連続的に分配する能力を有することもできる。少なくとも１つのその他の装置をアクチュエータに接続すると共にその他のモーション制御装置を回転の両側において接続する能力は、望ましい使用法に応じていくつかのネットワークトポロジーを生成することにより、電気アクチュエータの多様性を更に増大させうることを意味している。
【符号の説明】
【００８５】
１  アクチュエータハウジング
２  アクチュエータシャフト
３  ケーブル又はスリップリング
３ｂ  スリップリングのシャフト側
３ｃ  スリップリングのハウジング側
４  パワー（電圧）モジュール
５  ネットワークモジュール又はパワーモジュールを含むモータードライバ
６ａ  エンジン（電気モーター）
６ｂ  電気モーターの回転子／外部回転子
６ｃ  電気モーターの固定子
７  回転子の外側歯リング
８  遊星歯車
９  柔軟なスプラインの内側歯リング
１０  リングギア
１１  遊星歯車システム
１３  円形スプラインの内側歯リング
１４、１５  接続ポイント
１６  冗長ライン
１７  接続ポート
１８  歪波歯車システム
１９  円形スプライン
２１  太陽歯車
２３、４４  柔軟なスプライン
２４  柔軟なスプライン／リングギアの外側歯リング
２５  アクチュエータの中心軸
２６、２７  ヒューズ
２９  センサ
３０  スタンバイ電池
３５  ネットワークモジュール
３６  モータードライバ
３７  楕円回転子
３８  楕円ベアリング
４５  固定円形スプライン
４６  回転円形スプライン
【図１】
2019520785.tif 000003
【図２】
2019520785.tif 000004
【図３】
2019520785.tif 000005
【図４】
2019520785.tif 000006
【図５】
2019520785.tif 000007
【図６】
2019520785.tif 000008
【図７】
2019520785.tif 000009
【図８】
2019520785.tif 000010
【図９】
2019520785.tif 000011
【図１０】
2019520785.tif 000012
【図１１】
2019520785.tif 000013
【図１２】
2019520785.tif 000014
【図１３】
2019520785.tif 000015
【図１４】
2019520785.tif 000016
【図１５】
2019520785.tif 000017
【図１６】
2019520785.tif 000018
【図１７】
2019520785.tif 000019
【図１８】
2019520785.tif 000020
【図１９】
2019520785.tif 000021
【国際調査報告】
2019520785.tif 000022
2019520785.tif 000023
2019520785.tif 000024