(57)【要約】アクチュエータ（３０）は、ギアトレーンを介して出力装置に接続されたシャフトを回転させるモータと、出力装置に接続され、出力装置の移動に一致する経路中を移動可能に構成された遮断羽根と、出力装置の移動の限界に一致する位置に、遮断羽根の経路に沿って互いに間隔をあけられた、少なくとも二つの遮断スイッチ（３４，３６）、例えば光遮断スイッチと、を有する。コントローラは、コマンド信号に応じてモータを駆動し、出力装置が移動の限界に達したか又は近づいていることを示す、遮断スイッチ（３２，３４）の一つからの指示に応じて、モータを停止させる。アクチュエータは、ロータリーアクチュエータ又はリニアアクチュエータでも良いし、特にエビオニクスの応用に適していても良い。
2007531490.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギアトレーンを介して出力装置に接続された入力シャフトを回転させるモータと、
前記出力装置に接続されて、前記出力装置の移動に対応する経路中を移動可能に構成された遮断羽根と、
出力装置の移動の限界に対応する位置に、遮断羽根の経路に沿って、互いに間隔をあけて設けられた少なくとも二つの遮断スイッチと、
各遮断スイッチは、ソースと、ソースから間隔をあけられた検出器と、遮断羽根の移動経路に合わせて且つ前記ソースと前記検出器との間に配置された遮断路と、を有し、前記遮断羽根は、前記出力装置が対応する移動限界位置にきたときに、遮断路内に位置し、各遮断スイッチは、前記検出器が前記ソースからの出力を検出したか否かを示し、
電源と前記遮断スイッチに接続されて、コマンド信号に応じて前記モータを駆動し、遮断羽根が移動限界位置の１つに達したか又は近づいていることを示す、一つの遮断スイッチからの指示に応じてモータを停止させるコントローラと、
を有するアクチュエータ。
【請求項２】
前記アクチュエータはロータリーアクチュエータであって、
前記出力装置は、回転出力シャフトを含み、
前記遮断羽根は、回転経路中を移動できるよう、前記出力シャフトに固定され、かつ前記出力シャフトから放射状に広がり、
前記遮断スイッチは、各遮断路が放射状に前記遮断羽根の回転経路と一致するよう、出力シャフトから放射状に間隔をあけて且つ回転可能に互いに間隔をあけて配置される、
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はリニアアクチュエータであって、
前記出力装置は直線の経路を有する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記遮断スイッチは光遮断スイッチであり、前記ソースは光源であり、前記検出器が光検出器である、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記ソースは、発光ダイオード（ＬＥＤ）である、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記ＬＥＤは、主に赤外線の光を放射する、請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
遮断スイッチ信号送信機は、検出されたソースの放射の比例量を指示することを可能に構成される、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記コントローラは、ソースのフルの出力より少ない所定量の出力が検出されたことを示す、遮断スイッチからの指示に応じて前記モータを駆動する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記コントローラは、ソースの検出された出力の所定量が、フルより無に近いことを示す、遮断スイッチからの指示に応じて、モータを停止させる、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記出力装置が第１の限界位置に位置するときに前記モータを第１の電圧で駆動し、前記出力装置が第２の限界位置に位置するときに第２の電圧で前記モータを駆動する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記第２の電圧は、前記第１の電圧と逆の極性で同じ大きさである、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
前記コントローラはＨブリッジ回路を有する、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
前記コントローラは、モータ電流を監視する、アクチュエータの制御電圧の電圧スパイクをクランプする、不適当な制御信号を閉め出す、又はそれらを組み合わせた１以上の回路をさらに有する、請求項１２に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
各遮断スイッチに対応する位置インジケータをさらに有する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
前記インジケータはＭＯＳＦＥＴスイッチを含む、請求項１４に記載のアクチュエータ。
【請求項１６】
前記遮断スイッチは回転可能に互いに９０度離れて配置される、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
前記出力装置はバルブに接続される、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項１８】
前記アクチュエータは航空宇宙事業に適合する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１９】
前記モータはＤＣモータである、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項２０】
前記ギアトレーンは１組の遊星歯車である、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項２１】
前記出力装置は、第１のねじにより作動して直線の運動をし、前記遮断羽根は第２のねじにより作動して直線の運動をする、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項２２】
前記出力装置は、第１の方向に第１の長さを持つ第１の経路に沿って動き、
前記遮断羽根は、第２の方向に第２の長さを持つ第２の経路に沿って動き、
（ａ）第１の長さは第２の長さと等しくなく、
（ｂ）第１の方向は第２の方向と異なり、又は
（ｃ）（ａ）と（ｂ）の組み合わせ、
である、請求項２１に記載のアクチュエータ。
【請求項２３】
前記コントローラは、前記モータへの電圧の印加を停止することに加えて、前記モータのダイナミックブレーキングを起こすことがさらに可能な、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項２４】
前記コントローラは、前記モータの端子を短絡することにより、ダイナミックブレーキングを起こす、請求項２３に記載のアクチュエータ。
【請求項２５】
前記遮断スイッチ信号送信機は、ソースの検出された出力の比例量を指示し、前記コントローラは、ソースのフルの出力より少なく、且つフルより無に近い所定量の出力が検出されたことを示す、前記遮断スイッチからの指示に応じて、ダイナミックブレーキングを起こす、請求項２３に記載のアクチュエータ。
【請求項２６】
１以上のアクチュエータを有する飛行機であって、
各アクチュエータは、
ギアトレーンを介して出力装置に接続された入力シャフトを回転させるモータと、
前記出力装置に接続されて、前記出力装置の移動に対応する経路中を移動可能に構成された遮断羽根と、
出力装置の移動の限界に対応する位置に、遮断羽根の経路に沿って、互いに間隔をあけて設けられた少なくとも二つの遮断スイッチと、
各遮断スイッチは、ソースと、ソースから間隔をあけられた検出器と、遮断羽根の移動経路に合わせて且つ前記ソースと前記検出器との間に配置された遮断路と、を有し、前記遮断羽根は、前記出力装置が対応する移動限界位置にきたときに、遮断路内に位置し、各遮断スイッチは、前記検出器が前記ソースからの出力を検出したか否かを示し、
電源と前記遮断スイッチとに接続されて、コマンド信号に応じて前記モータを駆動し、遮断羽根が移動限界位置の１つに達したか又は近づいていることを示す、一つの遮断スイッチからの指示に応じてモータを停止させるコントローラと、
を有する、飛行機。
【請求項２７】
バルブを作動するロータリーアクチュエータであって、
前記アクチュエータは、
バルブに接続された駆動シャフトを回転させるモータと、
前記駆動シャフトに固定され且つ前記駆動シャフトから放射状に延び、回転経路中を移動可能に構成された遮断羽根と、
前記駆動シャフトに関係して放射状に間隔をあけられ、且つ前記駆動シャフトの移動限界に対応する位置に、前記遮断羽根の回転経路に沿って、互いに回転可能に間隔をあけられた、光遮断スイッチの組みと、
各光遮断スイッチは、ソースと、ソースから間隔をあけられてフォトトランジスタにより検出された光量に比例する電圧を伝送可能なフォトトランジスタと、遮断羽根の回転経路に放射状に合わせて且つ前記ソースと前記フォトトランジスタの間に配置された遮断路とを有し、前記遮断羽根は、前記駆動シャフトが対応する移動限界に位置するときに、前記遮断路内に配置され、
電源と前記光遮断スイッチとに接続されて、コマンド信号に応じて前記モータに電圧を印加し、前記光遮断スイッチのいずれかから受信した電流不足に応じて、前記モータへの電圧の印加を停止し且つ前記モータを動的に抑制するコントローラと、
前記コントローラは、第１の遮断スイッチからの閾値電圧がないときにコマンド信号を受信すると、第１の電圧で前記モータを駆動し、第２の遮断スイッチからの閾値電圧がないときにコマンド信号を受信すると第２の電圧を提供し、前記第２の電圧は、前記第１の電圧と逆の極性で大きさが等しく、前記コントローラは、ソースのフルの放射光より少なく且つフルより無に近い所定量の放射光が検出されたことを示す、前記遮断スイッチからの指示に応じて、ダイナミックブレーキングを起こすことがさらに可能なロータリーアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクチュエータに関し、特にバルブを動かすために使用されるようなロータリーアクチュエータと空輸に適用するためのリニアアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気モータ駆動アクチュエータは、産業において様々な部品を動かすために使用される。例えば、本発明の譲受人に関連する会社であるＩＴＴアエロスペースコントロール(ITT Aerospace Controls)は、商業において部品番号Ｓ３４３Ｔ００３−３９又はＭＡ２０Ａ１００１−１で特定され、図１Ａ及び図１Ｂに描かれているロータリーアクチュエータを製造する。これらのアクチュエータは、航空機内の、例えば、水、作動液、及び／又は燃料を供給する線上にあるボールバルブ、バタフライバルブ、及び／又は、ゲートバルブに一般的に使用される。
【０００３】
アクチュエータ１０は、ＤＣモータ１２と遊星ギアトレーン１４とを利用し、出力シャフト１６を９０度回転させる。一般的に、ハウジング２４の内側の出力シャフト１６に取り付けられたカム（図示せず）は、移動の制限とアクチュエータの位置を指示するための１以上の電気機械マイクロスイッチ１８を作動させる。典型的に、４つのマイクロスイッチが設けられる：２つ（各端に１つ）は移動を制限し、２つは位置を指示する。リレー（図示せず）は、一般的にＤＣモータの方向を制御する。モータ１２は、モータ板２０上に搭載され、マイクロスイッチ１８はスイッチ板２２上に搭載され、モータ１２とマイクロスイッチ１８の全ては、底カバー２５を有するハウジング２４の中に入れられている。スイッチ板の下の出力シャフト１６に取り付けられた手動バルブハンドル２６により、バルブを手動で作動でき、たとえ電力不足であってもバルブの位置を視覚的に示すことができる。手動止め具２３は、手動バルブハンドル２６のために移動の各端で、出力シャフトの移動の機械的な制限となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、その技術において、改良と向上に必要な増加費用を最小限にして、過酷な動作環境で長寿命を維持しながら、機械的な設計を簡単にし、信頼性を改善し、製造能力を改善し、そういうアクチュエータの制御を向上することが必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
１つの観点による本発明は、ギアトレーンを介して出力装置に接続された入力シャフトを回転させるモータと、出力装置に接続されて、出力装置の移動に対応する経路中を移動可能に構成された遮断羽根と、出力装置の移動の限界に対応する位置に、遮断羽根の経路に沿って、互いに間隔をあけて設けられた少なくとも二つの遮断スイッチと、を有するアクチュエータである。各遮断スイッチは、ソースと、ソースから間隔をあけられた検出器と、遮断羽根の移動経路に合わせて且つソースと検出器との間に配置された遮断路と、を有する。遮断羽根は、シャフトが対応する移動限界位置にきたときに、遮断路内に位置する。各遮断スイッチは、検出器がソースからの出力を検出したか否かを示す。各遮断スイッチは、検出されるソースの出力の比例量をさらに示しても良い。コントローラは、電源と遮断スイッチとに接続されて、コマンド信号に応じてモータを駆動し、遮断羽根が移動の限界の一つに達したか又は近づいていることを示す、一つの遮断スイッチからの指示に応じて、モータを停止させる。
【０００６】
アクチュエータは、出力装置が回転する出力シャフトを有するロータリーアクチュエータ、又は出力装置が直線の経路を持つリニアアクチュエータであっても良い。ロータリーアクチュエータの具体的なものにおいて、遮断羽根は出力シャフトに回転可能に固定され且つ出力シャフトから放射状に広がり、遮断スイッチは出力シャフトに対して放射状に間隔をあけて、且つ各遮断路が遮断羽根の回転経路中に放射状に配列されるように、回転可能に互いに間隔をあけて配置される。
【０００７】
一つの具体的なものにおいて、遮断スイッチは光遮断スイッチであり、光遮断スイッチにおいて、ソースは赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）のような光源を含み、検出器は光検出器を含む。アクチュエータは、各遮断スイッチに対応するＭＯＳＦＥＴスイッチのような位置インジケータをさらに有しても良い。
【０００８】
コントローラは、Ｈブリッジ回路を含んでも良いし、シャフトが第１の限界位置に達したときに第１の電圧でモータを駆動し、シャフトが第２の限界位置に達したときに第１の電圧と逆の極性で同じ大きさの第２の電圧でモータを駆動するのに適合しても良い。また、コントローラは、モータの端子を短絡すること等によりモータのダイナミックブレーキングを行うのに適しても良い。特に、コントローラは、ソースのフルの出力より少ない所定量、特にフルより無に近い所定量の出力が検出されたことを示す、遮断スイッチからの指示に応じて、ダイナミックブレーキングを起こすのに適合しても良い。
【０００９】
本発明のアクチュエータは、上記のいくつかの又は全ての特徴を有しても良い。別の観点による本発明は、ここに記述された１以上のアクチュエータを有する飛行機を含む。
【００１０】
さらに他の観点による本発明は、上述したように、バルブを作動し、光遮断スイッチを有するロータリーアクチュエータの具体的な形態を含む。この具体的な形態において、コントローラは、電源と光遮断スイッチとに接続され、コマンド信号に応じてモータに電圧を加えて、光遮断スイッチのいずれかから受信される電流がないことに応じてモータへの電圧の印加を停止し、モータを動的に停止させる。コントローラは、第１の遮断スイッチからの閾値電圧がないときにコマンド信号を受信すると第１の電圧でモータを駆動し、第２の遮断スイッチからの閾値電圧がないときにコマンド信号を受信すると第１の電圧と逆の極性で同じ大きさの第２の電圧を提供可能である。コントローラは、ソースのフルの放射光より少なく且つフルより無に近い所定量の放射光が検出されたことを示す、遮断スイッチからの指示に応じてダイナミックブレーキングを起こすのにさらに適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明について図面を参照して説明する。図２は、本発明の具体例としてのアクチュエータ３０の分解組立図である。図３Ａはモータ板２０とそこに搭載される部品とを示し、図３Ｂはスイッチ板３２とその部品とを示す。図２に示すように、スイッチ板３２は、モータ板２０の下側に搭載され、一組みの光遮断スイッチ３４、３６を有する。遮断羽根３８は、回転可能に出力シャフト１６に固定され且つ出力シャフト１６から放射状に延びる。図４に概略的に示される各光遮断スイッチ３４，３６は、光源４０、例えば赤外線発光ダイオードのような発光ダイオード（ＬＥＤ）と、発光された光４４を検出可能なフォトトランジスタ４２と、光源と検出器との間に配置された遮断路４６とを有する。光遮断スイッチ３４、３６は、各スイッチの遮断路４６が遮断羽根３８の回転経路に沿うように、出力シャフト１６から放射状に間隔をあけて且つ回転可能に互いに間隔をあけて配置される。
【００１２】
フォトトランジスタ４２は、一般的に検出した光を検出した光量に比例する電圧に変換する。光源４０とフォトトランジスタ４２との間の光４４をさえぎるものがないとき、光遮断スイッチはフル電圧を出力する。駆動シャフト１６が回転して、遮断羽根３８が遮断路４６に入る位置に達すると、駆動シャフト１６は光源とフォトトランジスタとの間の光を部分的に遮り始め、光遮断スイッチはフル電圧の何分のいくつかに相当する電圧を出力する。遮断羽根が完全に遮断路４６内の位置に達すると、フォトトランジスタ４２は光源４０から完全に閉塞され、光遮断スイッチは電圧を出力しなくなる。
【００１３】
図５に、所望の方向にアクチュエータのモータを起動し及び停止するコントローラ５０の一部の入力と出力とをブロック図の形式で示す。コントローラ５０は、回路への入力に基づいて、アクチュエータモータ１２に供給される電圧５５の極性を選択する、当分野で公知の“Ｈ−ブリッジ”回路５２を有する。Ｈ−ブリッジ回路５２は、アクチュエータを作動させる外部コマンド信号５４を受信する。外部コマンド信号５４が（遮断羽根３８が光遮断スイッチ３４の遮断路４６内に位置することを示す）光遮断スイッチ３４からの閾値電圧がないときに受信されると、第１の値の電圧５５がモータ１２に供給されて、遮断羽根３８を光遮断スイッチ３８のほうに回転させる方向にモータを回転させる。コマンド信号５４が光遮断スイッチ３６からの電気信号がないときに受信されると、モータに供給されている電圧５５は第１の電圧と同じ大きさで極性が異なる第２の値になり、モータを反対方向に回転させる。
【００１４】
所望の移動の終了が光遮断スイッチにより検出されると、モータへの電圧の印加が停止され、モータの供給端子が短絡されて、モータの移動を急速に停止させる“ダイナミックブレーキング”を発生させる。コントローラ内のモータの供給端子を短絡することにより、モータは、回転システムの主要部により蓄積された角運動量をモータに印加される電気エネルギーに変換する発生器に本質的に変わり、逆のトルクを生成する。
【００１５】
コントロールシステムとダイナミックブレーキングの動作を図６の例示的なオシロスコープ図に示す。正弦曲線６０は、時間に対するアクチュエータの回転を示し、各周期は出力シャフトの回転角度を示す。線６２は、時間に対するモータ電流を示す。線６４は、時間に対する光遮断スイッチのフォトトランジスタからの電圧を示す。図６の第１の範囲６６において、線６０，６２及び６４は、第１の極性でモータ電流が供給されて、アクチュエータが安定した状態で回転し、フォトトランジスタがＬＥＤ源のフルの放射光を検出していることを示している。図６の第２の範囲６８において、フォトトランジスタの電圧は過渡期にあり、過渡期において、遮断羽根はＬＥＤ源からフォトトランジスタに到達する放射光量をさえぎり始めるため、電圧は直線的に減少している。フォトトランジスタの電圧がフル値よりＬｏｗ値に近い所定の閾値に到達する所定の限界位置６９で、コントローラは、モータの端子を短絡することにより、ダイナミックブレーキングを起こす。これにより、モータ電流は直ちに極性が反転されて減少し、回転部の角運動量がモータに供給される電流に変換されて、モータを反対方向に動かす。正弦曲線６０に示されるように、ダイナミックブレーキングが起動される限界位置６９からアクチュエータの停止点７０まで、出力シャフトは１．５度移動する。ダイナミックブレーキングの起動後のアクチュエータの回転角度は、アクチュエータのサイズとアクチュエータが取り付けられる負荷に基づいて、１．５度より大きくても小さくても良いことは言うまでもない。
【００１６】
ダイナミックブレーキングの開始後のアクチュエータの連続した運動は、ブレーキングが適当な時間で起動されるように、遮断羽根とアクチュエータの位置関係を最適化することが好ましいことを意味する。アクチュエータは、例えば、最初に、光遮断スイッチのフォトトランジスタからの電圧を、最大光を用いた検出（Ｖ１）により測定し、その後、フォトトランジスタの電圧を光のない検出（Ｖ２）により測定することにより、適当な停止ゾーンを合わせるように配置しても良い。その後、（Ｖ２＋Ｋ＊（Ｖ１−Ｖ２））の「羽根設定電圧」が計算されても良い。Ｋは、例えば２０％のように、一般的に１００％より０に近いパーセンテージである。これは、コントローラがダイナミックブレーキングを起こすように計画される電圧である。その後、（図６の位置６９におおよそ一致する）最適化されたブレーキング位置は、公称の停止位置（位置７０）から、アクチュエータの標準の動作条件下での最適な停止動作を確保するのに要求されるリードオフセットを差し引いた位置に定められても良い。例えば、特定の実施形態（光遮断スイッチを使用するように改造されたＭＡ２０Ａ１００１−１のアクチュエータ）においては、公称２８ボルトのモータ供給電圧において、モータ負荷（０−５０in-lbs）についての全動作範囲に対して、停止範囲は１．５から２度に特徴付けられた。また、停止範囲は、モータ電圧の全ての妥当な動作範囲に対して理解するため、より低い電圧（１８Ｖ）とより高い電圧（３６Ｖ）に対しても特徴付けられる。これらの結果に基づいて、最適なリードオフセットは１．７５度に選ばれた。よって、そのシステムにおいて、最適化されたブレーキング位置は、公称の停止ポイントから１．７５度を差し引いた位置に定義された。アクチュエータと遮断羽根を整列して、それから羽根設定電圧が観測されるまで遮断羽根を動かしている間に、アクチュエータを最適化されたブレーキング位置に設定しても良い。遮断羽根は、図２に示すセットスクリュー３９のようなもので、その位置での出力シャフトに関連する位置に固定される。
【００１７】
上記の手順は、適切な位置でバルブを締めるために、アクチュエータと遮断羽根を配列する一つの具体例としての方法であって、他の手順が、アクチュエータの移動のいずれかの端又は両端で部品を適切に配列するために開発できることは言うまでもない。本発明は光遮断スイッチを備えたアクチュエータを含む特定の実施形態に限定されず、停止距離、電圧、負荷、リードオフセットなどはシステムに依存し、特定のバルブに限定されないことは言うまでもない。
【００１８】
また、各光遮断スイッチ３４，３６はそれぞれ、低い抵抗状態になるＭＯＳＦＥＴスイッチのような、結合されたポジションスイッチ５６、５８を作動させて、遠隔電子フィードバック又はアクチュエータの位置（すなわち、取り付けられたバルブが開いているか閉じているか）の視覚表示を行うようにしても良い。また、コントローラ５０は、一般にその分野で知られるモータ電流をモニターするマイクロコントローラと回路保護特性のようなさらなる特性（図示せず）を有し、アクチュエータの制御電圧の電圧スパイクをクランプして不適当な制御信号を閉め出すようにしても良い。回路構成要素とコントローラ５０を含む他の構成部品は、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、１以上のプリント配線基板（ＰＷＢ）６０ａ、６０ｂ、及び／又は６０ｃ上に取り付けられても良い。
【００１９】
上記装置は従来技術を超える効果を提供し、光遮断スイッチは、遮断羽根、ソース、及び検出器との間のエアギャップにより、スイッチ配線から出力シャフトへの電位直流電流経路を除去する。さらに、遮断羽根は、プラスチックのような非伝導材料から成っても良い。また、電気機械スイッチと異なる光遮断スイッチは、閃光を発しない。機械スイッチの除去に加えて、本発明の制御電子工学は、上述したように、従来のシステムにある電気機械リレーを排除する。閃光を防ぐことと他の電気が無いことは、燃料蒸気又は少なくとも燃料蒸気の危険が存在し、事故が大災害の結果をもたらすような周囲環境で、アクチュエータが動作する航空宇宙での利用のためには、重要なことである。上述したように本発明の構成部品は、一般に、−５５Ｃと同じぐらい低い温度で動作する能力が必要とされる航空宇宙の適用の過酷な環境において動作するように設計され得る。本発明のアクチュエータは、航空宇宙での適用と特にバルブアクチュエータとしての利用に十分に適しているけれども、アクチュエータは特にこの適用や利用に限定されない。また、カムと４つのマイクロスイッチよりもむしろ２つの光遮断スイッチの利用は、アクチュエータの適当な機能のために配列されることを必要とする光線軸上の構成部品の数を減らし、アクチュエータの全体の製造コストを増加させる全ての構成部品の非常に厳しい公差を必要とする“スタックアップ（stack-up）”公差を最小化する。
【００２０】
ロータリーアクチュエータの具体例が図１−６に示されているが、本発明はリニアアクチュエータの具体例にも拡張されることは理解されるべきである。特に空輸に応用するために、光遮断スイッチを使用するリニアアクチュエータは、上述したロータリーアクチュエータと同じ利点を有する。図７Ａ−Ｃに具体例としてのリニアアクチュエータを示す。全体のシステムとリニアアクチュエータに関連する基礎になるコントロールは、回転出力を持つモータ駆動ギアトレーンの代わりに、モータが直線の出力でギアトレーンを駆動すること以外は、本質的にロータリーアクチュエータと同じである。ここで使用される「ギアトレーン」の用語は、システムが従来のギアを本当に含むかどうかに関係なく、モータシャフトの回転入力をいくつかの出力運動に変換するどんなシステムにも関係する。ロータリーアクチュエータの例において、ギアトレーンは遊星歯車式のギアトレーン１４を含む。リニアアクチュエータの具体例において、ギアトレーンは、例えば、所定の経路に沿って線状のラックを動かす小歯車又はウォームギヤ、又は図７Ａ−７Ｃに示すように、ねじと入れ子の配列とを含んでも良い。このように、ロータリーアクチュエータの出力装置は回転経路を持つのに対して、リニアアクチュエータの出力装置は直線の経路中を動く。
【００２１】
図７Ａ−７Ｃには、複数の光遮断制限スイッチ１０２ａ、１０２ｂを有する典型的なリニアアクチュエータ１００が示されている。図７Ａ−７Ｃに示される特定の設計において、モータ１０４は入力シャフト１０８の端で小歯車１０６を回転させる。小歯車１０６は複合歯車１０９を駆動し、複合歯車１０９は遊び歯車１１０を駆動し、遊び歯車１１０は出力歯車１１２を順に駆動し、出力歯車１１２は出力ねじ１１４を回転させる。出力ねじ１１４を囲む入れ子１１６は、出力ねじの雄ねじとかみ合う雌ねじ部１１７を有する。ロッド端１２０を有するロッド１１８は、入れ子１１６の端に取り付けられる。アクチュエータにより駆動される出力装置である、例えば換気ダンパのような直線状に動作する装置に、ロッド端１２０が取り付けられても良い。羽根位置ねじ１２２は、遊び歯車１１０に軸方向に搭載され、出力歯車１１２と反対方向に回転する。走行台１２４は、少なくとも遮断スイッチ１０２間の距離で出力ねじ１１４と平行に走る水平溝１２６内に合う低伸長部（lower extension）１２５を有する。また、走行台１２４は、外見上、出力ねじと垂直に延びる遮断羽根１３０を有する。各光遮断制限スイッチ１０２は、スペーサ１３６により、ねじハウジング１３４に固定されるブラケット１３２に取り付けられる。
【００２２】
このように、動作中、走行台１２４は矢印Ａの方向に動き、入れ子１１６は矢印Ｂの方向に動く。羽根位置ねじ１２２は出力ねじ１１４よりも直径が小さく、出力ねじ１１４と羽根位置ねじ１２２のサイズの差は、遊び歯車１１０と出力歯車１１２間のどんなサイズの差よりも大きい。走行台１２４の全体の直線の移動距離は、入れ子１１６の雌ねじ部１１７より短い。それにも関わらず、経路は反対方向であるけれども、経路は互いに釣り合っているので、遮断羽根１３０の移動経路は、出力装置（ロッド端１２０）の移動経路に“一致する”。同様に、図２に示すロータリーアクチュエータの具体例において、遮断羽根３８の回転経路と出力シャフト１６の回転経路は互いに釣り合っているけれども、遮断羽根３８の回転経路は出力シャフト１６の経路よりも半径が大きい。他の具体例において、遮断羽根と出力装置の移動経路は、ほぼ一致しても良い。さらに他の具体例において、出力装置が直線経路を持つのに対し、遮断羽根が回転経路を持っても良いし、またその逆であっても良い。しかしながら、全ての具体例において、遮断羽根は、出力装置の移動に対応する経路で動くということが言える。
【００２３】
図１−６に示す特定のロータリーアクチュエータの具体例と図７Ａ−７Ｃに示すリニアアクチュエータの具体例は、例示的に示しただけであって、無限の数の他の具体例が用いられても良いことは理解されるべきである。さらに、モータの回転出力を所望の経路の出力装置の所望の移動に換えるために、無限の数のギアトレーンが当業者により考案可能であり、本発明はどの特定の構成部品の使用にも限定されないことは言うまでもない。
【００２４】
ここでは、遮断スイッチが光遮断スイッチから成る好ましい実施形態について説明したが、他のタイプの遮断スイッチを使用しても良い。例えば、ホールエフェクトセンサーの遮断スイッチは、磁界を出力するソースと、磁界を検出する検出器と、磁界を吸収する遮断羽根とを有しても良い。他の全ての点で、ホールエフェクトセンサーの遮断スイッチを有する発明は、光遮断スイッチのためにここで説明され図示された実施形態と同一であっても良い。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態がここで図示され説明されたが、この実施形態は単に例として提供されていることは言うまでもない。当業者によれば、多くの変形、取り替え、及び代用が本発明の精神から離れることなく、考えられるであろう。よって、添付の請求の範囲は、本発明の精神と範囲に入る全てのこのような変形を包含するつもりである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】従来のアクチュエータの一部外皮を切断した透視図
【図１Ｂ】図１Ａのアクチュエータの下側の透視図
【図２】本発明の具体例としてのアクチュエータの分解透視図
【図３Ａ】図２に示すアクチュエータのモータ板といくつかの取り付け部品とを示す透視図
【図３Ｂ】図２に示すアクチュエータのスイッチ板といくつかの取り付け部品とを示す透視図
【図４】例示的な光遮断スイッチの図
【図５】例示的なコントローラの入力と出力の概略図
【図６】定常状態における動作中、ダイナミックブレーキング中、及び停止後の、アクチュエータの移動、モータ電流、及びフォトトランジスタの信号を示す、例示的なオシロスコープ図
【図７Ａ】例示的なリニアアクチュエータの具体例の上面図
【図７Ｂ】図７Ｃの線７Ｂ−７Ｂで切断された、図７Ａの例示的なリニアアクチュエータの横断面図
【図７Ｃ】線７Ｃ−７Ｃで切断された、図７Ａの例示的なリニアアクチュエータの縦断面図
【図１Ａ】
2007531490.tif 000003
【図１Ｂ】
2007531490.tif 000004
【図２】
2007531490.tif 000005
【図３Ａ】
2007531490.tif 000006
【図３Ｂ】
2007531490.tif 000007
【図４】
2007531490.tif 000008
【図５】
2007531490.tif 000009
【図６】
2007531490.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成18年1月5日(2006.1.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７Ａ
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図７Ａ】
2007531490.tif 000011
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７Ｂ
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図７Ｂ】
2007531490.tif 000012
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７Ｃ
【補正方法】追加
【補正の内容】
【図７Ｃ】
2007531490.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月27日(2006.7.27)
【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】
ギアトレーンを介して出力装置に接続された入力シャフトを回転させるモータと、
前記出力装置に接続されて、前記出力装置の移動に対応する経路中を移動可能に構成された遮断羽根と、
出力装置の移動の限界に対応する位置に、遮断羽根の経路に沿って、互いに間隔をあけて設けられた少なくとも二つの遮断スイッチと、
各遮断スイッチは、ソースと、ソースから間隔をあけられた検出器と、遮断羽根の移動経路に合わせて且つ前記ソースと前記検出器との間に配置された遮断路と、を有し、前記遮断羽根は、前記出力装置が対応する移動限界位置にきたときに、遮断路内に位置し、前記遮断羽根は常に１つ以下の遮断路内にあり、各遮断スイッチは、前記検出器が前記ソースからの出力を検出したか否かを示し、
電源と前記遮断スイッチに接続されて、コマンド信号に応じて前記モータを駆動し、遮断羽根が移動限界位置の１つに達したか又は近づいていることを示す、一つの遮断スイッチからの指示に応じてモータを停止させるコントローラと、
を有するアクチュエータ。
【請求項２】
前記アクチュエータはロータリーアクチュエータであって、
前記出力装置は、回転出力シャフトを含み、
前記遮断羽根は、回転経路中を移動できるよう、前記出力シャフトに固定され、かつ前記出力シャフトから放射状に広がり、
前記遮断スイッチは、各遮断路が放射状に前記遮断羽根の回転経路と一致するよう、出力シャフトから放射状に間隔をあけて且つ回転可能に互いに間隔をあけて配置される、
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はリニアアクチュエータであって、
前記出力装置は直線の経路を有する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記遮断スイッチは光遮断スイッチであり、前記ソースは光源であり、前記検出器が光検出器である、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記ソースは、発光ダイオード（ＬＥＤ）である、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記ＬＥＤは、主に赤外線の光を放射する、請求項５に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
各遮断スイッチは、ソースから検出された放射の比例量を指示することを可能に構成される、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記コントローラは、ソースのフルの出力より少ない所定量の出力が検出されたことを示す、一つの遮断スイッチからの指示に応じて前記モータを駆動する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記コントローラは、ソースの検出された出力の所定量が、フルより無に近いことを示す、一つの遮断スイッチからの指示に応じて、モータを停止させる、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記出力装置が第１の限界位置に位置するときに前記モータを第１の電圧で駆動し、前記出力装置が第２の限界位置に位置するときに第２の電圧で前記モータを駆動する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記第２の電圧は、前記第１の電圧と逆の極性で同じ大きさである、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
前記コントローラはＨブリッジ回路を有する、請求項１０に記載のアクチュエータ。
【請求項１３】
前記コントローラは、モータ電流を監視する、アクチュエータの制御電圧の電圧スパイクをクランプする、不適当な制御信号を閉め出す、又はそれらを組み合わせた１以上の回路をさらに有する、請求項１２に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
各遮断スイッチに対応する位置インジケータをさらに有する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
前記インジケータはＭＯＳＦＥＴスイッチを含む、請求項１４に記載のアクチュエータ。
【請求項１６】
前記遮断スイッチは回転可能に互いに９０度離れて配置される、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項１７】
前記出力装置はバルブに接続される、請求項２に記載のアクチュエータ。
【請求項１８】
前記アクチュエータは航空宇宙事業に適合する、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１９】
前記モータはＤＣモータである、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項２０】
前記ギアトレーンは１組の遊星歯車である、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項２１】
前記出力装置は、第１のねじにより作動して直線の運動をし、前記遮断羽根は第２のねじにより作動して直線の運動をする、請求項３に記載のアクチュエータ。
【請求項２２】
前記出力装置は、第１の方向に第１の長さを持つ第１の経路に沿って動き、
前記遮断羽根は、第２の方向に第２の長さを持つ第２の経路に沿って動き、
（ａ）第１の長さは第２の長さと等しくなく、
（ｂ）第１の方向は第２の方向と異なり、又は
（ｃ）（ａ）と（ｂ）の組み合わせ、
である、請求項２１に記載のアクチュエータ。
【請求項２３】
前記コントローラは、前記モータへの電圧の印加を停止することに加えて、前記モータのダイナミックブレーキングを起こすことがさらに可能な、請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項２４】
前記コントローラは、前記モータの端子を短絡することにより、ダイナミックブレーキングを起こす、請求項２３に記載のアクチュエータ。
【請求項２５】
各遮断スイッチは、ソースから検出された出力の比例量を指示し、前記コントローラは、ソースのフルの出力より少なく、且つフルより無に近い所定量の出力が検出されたことを示す、一つの前記遮断スイッチからの指示に応じて、ダイナミックブレーキングを起こす、請求項２３に記載のアクチュエータ。
【請求項２６】
１以上のアクチュエータを有する飛行機であって、
各アクチュエータは、
ギアトレーンを介して出力装置に接続された入力シャフトを回転させるモータと、
前記出力装置に接続されて、前記出力装置の移動に対応する経路中を移動可能に構成された遮断羽根と、
出力装置の移動の限界に対応する位置に、遮断羽根の経路に沿って、互いに間隔をあけて設けられた少なくとも二つの遮断スイッチと、
各遮断スイッチは、ソースと、ソースから間隔をあけられた検出器と、遮断羽根の移動経路に合わせて且つ前記ソースと前記検出器との間に配置された遮断路と、を有し、前記遮断羽根は、前記出力装置が対応する移動限界位置にきたときに、遮断路内に位置し、前記遮断羽根は常に１つ以下の遮断路内にあり、各遮断スイッチは、前記検出器が前記ソースからの出力を検出したか否かを示し、
電源と前記遮断スイッチとに接続されて、コマンド信号に応じて前記モータを駆動し、遮断羽根が移動限界位置の１つに達したか又は近づいていることを示す、一つの遮断スイッチからの指示に応じてモータを停止させるコントローラと、
を有する、飛行機。
【請求項２７】
バルブを作動するロータリーアクチュエータであって、
前記アクチュエータは、
バルブに接続された駆動シャフトを回転させるモータと、
前記駆動シャフトに固定され且つ前記駆動シャフトから放射状に延び、回転経路中を移動可能に構成された遮断羽根と、
前記駆動シャフトに関係して放射状に間隔をあけられ、且つ前記駆動シャフトの移動限界に対応する位置に、前記遮断羽根の回転経路に沿って、互いに回転可能に間隔をあけられた、光遮断スイッチの組みと、
各光遮断スイッチは、ソースと、ソースから間隔をあけられてフォトトランジスタにより検出された光量に比例する電圧を伝送可能なフォトトランジスタと、遮断羽根の回転経路に放射状に合わせて且つ前記ソースと前記フォトトランジスタの間に配置された遮断路とを有し、前記遮断羽根は、前記駆動シャフトが対応する移動限界に位置するときに、前記遮断路内に配置され、
電源と前記光遮断スイッチとに接続されて、コマンド信号に応じて前記モータに電圧を印加し、前記光遮断スイッチのいずれかから受信した電流不足に応じて、前記モータへの電圧の印加を停止し且つ前記モータを動的に抑制するコントローラと、
前記コントローラは、第１の遮断スイッチからの閾値電圧がないときにコマンド信号を受信すると、第１の電圧で前記モータを駆動し、第２の遮断スイッチからの閾値電圧がないときにコマンド信号を受信すると第２の電圧を提供し、前記第２の電圧は、前記第１の電圧と逆の極性で大きさが等しく、前記コントローラは、ソースのフルの放射光より少なく且つフルより無に近い所定量の放射光が検出されたことを示す、一つの前記遮断スイッチからの指示に応じて、ダイナミックブレーキングを起こすことがさらに可能なロータリーアクチュエータ。
【国際調査報告】
2007531490.tif 000014
2007531490.tif 000015