(57)【要約】【課題】船舶を操舵制御するための船舶用操舵システム用の電動アクチュエータを提供する。【解決手段】船舶の推進ユニットに操舵動作させるための電動アクチュエータは、ハウジングと、往復動可能にハウジングに収容された出力シャフトとを含む。モータは、ハウジング内に配置されている。モータは、ロータアセンブリとステータとを有する。ロータアセンブリの回転は、出力シャフトをロータアセンブリに対して軸方向に平行移動させ、出力シャフトをハウジングに対して往復動させる。結合アセンブリは、ハウジングに取り付けられている。結合アセンブリは、電動アクチュエータを船舶の推進ユニットに結合する。操舵制御ユニットは、ハウジングに取り付けられている。操舵制御ユニットは、モータを駆動して、ロータアセンブリを回転させ、出力シャフトをハウジングに対して往復動させる。【選択図】図２２
2019201544.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船舶の推進ユニットに操舵動作させるための電動アクチュエータであって、
ハウジングと、
往復動可能に前記ハウジングに収容された出力シャフトと、
前記ハウジング内に配置されており、ロータアセンブリとステータとを有し、前記ロータアッセンブリの回転により、前記出力シャフトを前記ロータアッセンブリに対して軸方向に平行移動させ、前記出力シャフトを前記ハウジングに対して往復動させるモータと、
前記ハウジングに取り付けられており、前記電動アクチュエータを前記船舶の前記推進ユニットに結合する結合アセンブリと、
前記ハウジングに取り付けられており、前記モータを駆動して、前記ロータアセンブリを回転させ、前記出力シャフトを前記ハウジングに対して往復動させる操舵制御ユニットと、を備える、電動アクチュエータ。
【請求項２】
前記電動アクチュエータは、前記操舵制御ユニットを前記モータに電気的に接続する電気コネクタと、前記ハウジングに設けられた開口と、をさらに備え、
前記電気コネクタは、前記開口内に延びて、前記操舵制御ユニットを前記ステータに電気的に接続しており、
前記操舵制御ユニットの内部は、密閉されている、請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３】
前記電動アクチュエータは、前記操舵制御ユニットを前記モータに電気的に接続する電気コネクタと、前記ハウジングに設けられた開口と、をさらに備え、
前記電気コネクタは、前記ロータアセンブリの位置を検出する転流センサボードと、前記ステータに動力を供給するモータ接続部と、を含み、
前記電気コネクタは、前記開口内に延びて、前記操舵制御ユニットを前記ステータに電気的に接続しており、
前記操舵制御ユニットの内部は、密閉されている、請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項４】
前記転流センサボードは、余剰のオフセットしたセンサがそれぞれの組に設けられた３組のセンサ群を含み、
前記それぞれの組に設けられた第１のセンサは、前記ステータに対して第１の方向に進んだタイミングのために配置されており、
前記それぞれの組に設けられた第２のセンサは、前記ステータに対して第２の方向に進んだタイミングのために配置されており、
前記第１の方向と前記第２の方向とは、互いに反対であり、前記ロータアセンブリの回転に基づいて、互いに反対である２つの操舵方向にそれぞれ対応している、請求項３に記載の電動アクチュエータ。
【請求項５】
前記電動アクチュエータは、ブレーキをさらに備え、
前記ブレーキは、磁石とコイルアセンブリとを有する電磁回路と、ブレーキパッドと、を含み、
前記磁石は、前記ブレーキパッドを押付位置に引っ張る磁場を発生し、
前記ブレーキパッドは、前記コイルアセンブリが電流によって励起されたときに、解放位置に動かされる、請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項６】
前記ブレーキパッドは、第１の摩擦面および第２の摩擦面に押し付けられる、請求項５に記載の電動アクチュエータ。
【請求項７】
前記第１の摩擦面および第２の摩擦面は、それぞれ環状で、互いに同心である、請求項６に記載の電動アクチュエータ。
【請求項８】
前記コイルアセンブリは、環状のコイルアセンブリである、請求項５に記載の電動アクチュエータ。
【請求項９】
前記コイルアセンブリは、回転可能である、請求項８に記載の電動アクチュエータ。
【請求項１０】
前記ブレーキパッドは、第１のしきい値電流と第２のしきい値電流との間の前記電流によって前記コイルアセンブリが励起されたときに、前記解放位置に動かされる、請求項５に記載の電動アクチュエータ。
【請求項１１】
本体に収容された磁石リテーナと、前記磁石リテーナと前記本体との間の空隙と、をさらに備える、請求項５に記載の電動アクチュエータ。
【請求項１２】
前記電動アクチュエータは、前記ハウジングの両端にそれぞれ配置された２つのエンドグランドをさらに備え、
前記２つのエンドグランドのそれぞれは、フローティングシールハウジング内に配置された環状のシールを含む、請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項１３】
前記フローティングシールハウジングは、密閉されている、請求項１２に記載の電動アクチュエータ。
【請求項１４】
前記フローティングシールハウジングは、鋭角の縁を有するラジアルリップを含み、
前記縁は、前記出力シャフトからごみを掻き取るためのスクレーパとして機能する、請求項１２に記載の電動アクチュエータ。
【請求項１５】
前記フローティングシールハウジングは、前記出力シャフトと同心であり、前記出力シャフトとともに径方向に移動するヒール部を含む、請求項１２に記載の電動アクチュエータ。
【請求項１６】
前記ロータアセンブリは、第１のロータ部材と、第２のロータ部材と、を含み、
前記第１のロータ部材は、スリーブと、前記第１のロータ部材上で環状に配置された複数の磁石と、を含み、
前記第２のロータ部材は、内面にねじが形成された穴を有し、
前記第１のロータ部材は、前記第２のロータ部材のまわりに配置されている、請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項１７】
前記ステータは、環状に配置された複数のセグメントを含み、
前記複数のセグメントのそれぞれは、別々のコイルを有している、請求項１に記載の電動アクチュエータ。
【請求項１８】
前記複数のセグメントは、樹脂を用いることによって前記ハウジング内で環状に保持されている、請求項１７に記載の電動アクチュエータ。
【請求項１９】
船舶の推進ユニットに操舵動作させるための電動アクチュエータであって、
ハウジングと、
往復動可能に前記ハウジングに収容された出力シャフトと、
前記ハウジング内に配置されており、ロータアセンブリとステータとを有し、前記ロータアッセンブリの回転により、前記出力シャフトを前記ロータアッセンブリに対して軸方向に平行移動させ、前記出力シャフトを前記ハウジングに対して往復動させるモータと、
前記ハウジングに取り付けられており、前記電動アクチュエータを前記船舶の前記推進ユニットの舵柄に結合する結合アセンブリと、
前記結合アセンブリに取り付けられた磁気位置目標物と、
前記電動アクチュエータに取り付けられており、前記磁気位置目標物の位置に基づいて前記電動アクチュエータの位置を検出する位置センサと、を備える、電動アクチュエータ。
【請求項２０】
前記ロータアセンブリの位置を検出する転流センサボードをさらに備える、請求項１９に記載の電動アクチュエータ。
【請求項２１】
前記転流センサボードは、余剰のオフセットしたセンサがそれぞれの組に設けられた３組のセンサ群を含み、
前記それぞれの組に設けられた第１のセンサは、前記ステータに対して第１の方向に進んだタイミングのために配置されており、
前記それぞれの組に設けられた第２のセンサは、前記ステータに対して第２の方向に進んだタイミングのために配置されており、
前記第１の方向と前記第２の方向とは、互いに反対であり、前記ロータアセンブリの回転に基づいて、互いに反対である２つの操舵方向にそれぞれ対応している、請求項２０に記載の電動アクチュエータ。
【請求項２２】
前記電動アクチュエータは、ブレーキをさらに備え、
前記ブレーキは、磁石とコイルアセンブリとを有する電磁回路と、ブレーキパッドと、を含み、
前記磁石は、前記ブレーキパッドを押付位置に引っ張る磁場を発生し、
前記ブレーキパッドは、前記コイルアセンブリが電流によって励起されたときに、解放位置に動かされる、請求項１９に記載の電動アクチュエータ。
【請求項２３】
前記ブレーキパッドは、第１の摩擦面および第２の摩擦面に押し付けられる、請求項２２に記載の電動アクチュエータ。
【請求項２４】
前記第１の摩擦面および第２の摩擦面は、それぞれ環状で、互いに同心である、請求項２３に記載の電動アクチュエータ。
【請求項２５】
前記コイルアセンブリは、環状のコイルアセンブリである、請求項２２に記載の電動アクチュエータ。
【請求項２６】
前記コイルアセンブリは、回転可能である、請求項２５に記載の電動アクチュエータ。
【請求項２７】
前記ブレーキパッドは、第１のしきい値電流と第２のしきい値電流との間の前記電流によって前記コイルアセンブリが励起されたときに、前記解放位置に動かされる、請求項２２に記載の電動アクチュエータ。
【請求項２８】
本体に収容された磁石リテーナと、前記磁石リテーナと前記本体との間の空隙と、をさらに備える、請求項２２に記載の電動アクチュエータ。
【請求項２９】
前記電動アクチュエータは、前記ハウジングの両端にそれぞれ配置された２つのエンドグランドをさらに備え、
前記２つのエンドグランドのそれぞれは、フローティングシールハウジング内に配置された環状のシールを含む、請求項１９に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３０】
前記フローティングシールハウジングは、密閉されている、請求項２９に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３１】
前記フローティングシールハウジングは、鋭角の縁を有するラジアルリップを含み、
前記縁は、前記出力シャフトからごみを掻き取るためのスクレーパとして機能する、請求項２９に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３２】
前記フローティングシールハウジングは、前記出力シャフトと同心であり、前記出力シャフトとともに径方向に移動するヒール部を含む、請求項２９に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３３】
前記ロータアセンブリは、第１のロータ部材と、第２のロータ部材と、を含み、
前記第１のロータ部材は、スリーブと、前記第１のロータ部材上で環状に配置された複数の磁石と、を含み、
前記第２のロータ部材は、内面にねじが形成された穴を有し、
前記第１のロータ部材は、前記第２のロータ部材のまわりに配置されている、請求項１９に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３４】
前記ステータは、環状に配置された複数のセグメントを含み、
前記複数のセグメントのそれぞれは、別々のコイルを有している、請求項１９に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３５】
前記複数のセグメントは、樹脂を用いることによって前記ハウジング内で環状に保持されている、請求項３４に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３６】
前記結合アセンブリは、湾曲面を有し、
前記磁気位置目標物は、前記結合アセンブリが回転するときに、前記結合アセンブリの前記湾曲面によって駆動される湾曲面を有する、請求項３４に記載の電動アクチュエータ。
【請求項３７】
舵柄を有する推進ユニットと、
前記推進ユニットに操舵動作させるためのアクチュエータと、を備え、
前記アクチュエータは、
ハウジングと、
往復動可能に前記ハウジングに収容された出力シャフトと、
前記ハウジング内に配置されており、ロータアセンブリとステータとを有し、前記ロータアッセンブリの回転により、前記出力シャフトを前記ロータアッセンブリに対して軸方向に平行移動させ、前記出力シャフトを前記ハウジングに対して往復動させるモータと、
前記ハウジングに取り付けられており、前記電動アクチュエータを前記推進ユニットに結合する結合アセンブリと、
前記ハウジングに取り付けられており、前記モータを駆動して、前記ロータアセンブリを回転させ、前記出力シャフトを前記ハウジングに対して往復動させる操舵制御ユニットと、を備える、船舶用操舵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動アクチュエータに関し、特に、船舶を操舵するための船舶用操舵システム用の電動アクチュエータに関する。
本発明および請求項に係る発明は、請求項に係る発明の有効出願日またはそれ以前に有効であった共同研究契約の１以上の当事者によって、またはその代わりに開発され創作されたものである。請求項に係る発明は、共同研究契約の範囲内で実施された活動の結果物であり、共同研究契約の当事者は、共同研究契約の当事者は、ヤマハ発動機株式会社、マリーンアクイジションコーポレーションおよびマリーンカナダアクイジションインコーポレイテッドである。
【背景技術】
【０００２】
ダビッドソン（Davidson）らの名前で２０１７年４月２０日に公開された特許文献１は、ハウジングと、往復動可能にハウジングに収容された出力シャフトとを備える、電動アクチュエータを開示している。スクリューアセンブリは、ハウジング内に配置され、出力シャフトに結合されている。スクリューアセンブリは、複数の環状ローラと、複数の環状ローラに取り囲まれた中央スクリューとを含む。環状ローラは、中央スクリューを中心に回転可能である。モータは、ステータおよびロータを含む。ロータは、環状ローラに噛み合う内穴を有する。ロータの回転により、中央スクリューは、ロータに対して軸方向に平行移動し、出力シャフトは、ハウジングに対して往復動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１７／０１０６９５９号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１３／１１２３２０８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、船舶を操舵制御するための船舶用操舵システム用の電動アクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、船舶の推進ユニットに操舵動作させるための電動アクチュエータを提供する。電動アクチュエータは、ハウジングと、往復動可能にハウジングに収容された出力シャフトとを含む。モータは、ハウジング内に配置されている。モータは、ロータアセンブリとステータとを有する。ロータアセンブの回転は、出力シャフトをロータアセンブに対して軸方向に平行移動させ、出力シャフトをハウジングに対して往復動させる。結合アセンブリは、ハウジングに取り付けられている。結合アセンブリは、電動アクチュエータを船舶の推進ユニットに結合してもよい。操舵制御ユニットは、ハウジングに取り付けられている。操舵制御ユニットは、モータを駆動して、ロータアセンブリを回転させ、出力シャフトをハウジングに対して往復動させる。
【０００６】
電動アクチュエータは、操舵制御ユニットをステータに電気的に接続する電気コネクタをさらに含んでいてもよい。ハウジングに開口が設けられていてもよく、電気コネクタは、開口内に延びて、操舵制御ユニットをステータに電気的に接続していてもよい。操舵制御ユニットの内部は、密閉されていてもよい。電気コネクタは、ロータアセンブリの位置を検出する転流センサボードと、ステータに動力を供給するモータ接続部と、を含んでいてもよい。転流センサボードは、余剰のオフセットしたセンサがそれぞれの組に設けられた３組のセンサ群を含んでいてもよい。それぞれの組に設けられた第１のセンサは、ステータに対して第１の方向に進んだタイミングのために配置されていてもよく、それぞれの組に設けられた第２のセンサは、ステータに対して第２の方向に進んだタイミングのために配置されていてもよい。第１の方向と第２の方向とは、互いに反対の方向であってもよく、ロータアセンブリの回転に基づいて、互いに反対である２つの操舵方向にそれぞれ対応していてもよい。
【０００７】
電動アクチュエータは、ブレーキをさらに含んでいてもよい。ブレーキは、電磁回路とブレーキパッドとを含んでいてもよい。電磁回路は、磁石とコイルアセンブリとを含んでいてもよい。磁石は、ブレーキパッドを押付位置に引っ張る磁場を発生してもよい。ブレーキパッドは、コイルアセンブリが電流によって励起されたときに、解放位置に動かされてもよい。ブレーキパッドは、第１の摩擦面および第２の摩擦面に押し付けられてもよい。第１の摩擦面および第２の摩擦面は、それぞれ環状で、互いに同心であってもよい。
コイルアセンブリは、位置合わせのためにハウジング内で回転できるようになった環状のコイルアセンブリであってもよい。ブレーキパッドは、第１のしきい値電流と第２のしきい値電流との間の電流によってコイルアセンブリが励起されたときに、解放位置に動かされてもよい。本体に収容された磁石リテーナが設けられていてもよく、ブレーキ強度および電流しきい値を設定するために、磁石リテーナと本体との間の空隙が設けられていてもよい。
【０００８】
電動アクチュエータは、ハウジングの両端にそれぞれ配置された２つのエンドグランドをさらに含んでいてもよい。各エンドグランドは、フローティングシールハウジング内に配置された環状のシールを含んでいてもよく、各フローティングシールハウジングは、Ｏリングによって密閉されていてもよい。フローティングシールハウジングは、出力シャフトからごみを掻き取るためのスクレーパとして機能する鋭角の縁を有するラジアルリップを含んでいてもよい。フローティングシールハウジングは、出力シャフトと同心であるヒール部を含んでいてもよく、ヒール部が横荷重を受けたとき、ヒール部は、出力シャフトとともに径方向に移動する。
【０００９】
本発明は、添付図面を参照しながら、単なる一例としてのみ与えられる本発明の実施形態の以下の説明からより容易に理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電動アクチュエータをそれぞれ有する複数の推進ユニットを備えた船舶の斜視図である。
【図２】図１の推進ユニットのうちの１つの電動アクチュエータの第１の側面の斜視図である。
【図３】図１の推進ユニットのうちの１つの電動アクチュエータの第２の側面の斜視図である。
【図４】図２および図３の電動アクチュエータの分解斜視図である。
【図５】図２および図３の電動アクチュエータの縦断面図である。
【図６】図２および図３の電動アクチュエータの部分分解斜視図である。
【図７】図２および図３の電動アクチュエータのステータの斜視図である。
【図８Ａ】図２および図３の電動アクチュエータの電気コネクタの斜視図である。
【図８Ｂ】図２および図３の電動アクチュエータの電気コネクタの別の斜視図である。
【図９】図２および図３の電動アクチュエータの操舵制御ユニット用のカバーの内側の斜視図である。
【図１０】図２および図３の電動アクチュエータ用のロータアセンブリの分解斜視図である。
【図１１】図２および図３の電動アクチュエータ用の出力シャフトの分解斜視図である。
【図１２】図２および図３の電動アクチュエータ用のブレーキの分解斜視図である。
【図１３】図２および図３の電動アクチュエータのブレーキの部分分解斜視図である。
【図１４】図２および図３の電動アクチュエータのブレーキの別の部分分解斜視図である。
【図１５】押付位置にある図２および図３の電動アクチュエータ用のブレーキの部分断面立面図である。
【図１６】図１５のブレーキの空隙の拡大図である。
【図１７】解放位置にある図２および図３の電動アクチュエータ用のブレーキの部分断面立面図である。
【図１８】図１７のブレーキの空隙の拡大図である。
【図１９】図２および図３の電動アクチュエータ用のエンドグランドの分解斜視図である。
【図２０】図２および図３の電動アクチュエータ用のエンドグランドの部分断面立面図である。
【図２１】図２０のエンドグランドのフローティングシールハウジングの一部の拡大図である。
【図２２】図２の２２−２２線に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面のうち、まず、図１を参照すると、この例では４機の船外エンジン（船外機）の形態である複数の推進ユニット、すなわち、左舷エンジン１２、左舷中央エンジン１４ａ、右舷中央エンジン１４ｂおよび右舷エンジン１６を備えた船舶１０が示されている。しかしながら、他の例では、推進ユニットは、任意の数または形態の推進ユニットであってもよい。船舶１０は、また、ヘルム２２に取り付けられたステアリングホイール２０を支持する制御ステーション１８、制御ヘッド２４、およびジョイスティック２６を備えている。制御ステーション１８は従来のものであり、特許文献２に開示されているような、ステアリングホイール２０およびヘルム２２、または、ジョイスティック２６を用い、左舷エンジン１２、左舷中央エンジン１４ａ、右舷中央エンジン１４ｂ、および右舷エンジン１６を操舵する。特許文献２の開示は、参照により本明細書に援用される。制御ステーション１８は、第１の表示インターフェース２８および第２の表示インターフェース３０をさらに含む。この例では、第１の表示インターフェースは、ナビゲーション情報を表示する表示インターフェースであり、第２の表示インターフェースは、船内システム情報を表示する表示インターフェースである。
【００１２】
左舷エンジン１２、左舷中央エンジン１４ａ、右舷中央エンジン１４ｂ、および右舷エンジン１６のそれぞれには、それぞれのエンジンを操舵する電動アクチュエータが備えられている。図２および図３は、左舷エンジン１２の電動アクチュエータ４０を示す。左舷中央エンジン１４ａ、右舷中央エンジン１４ｂ、および右舷エンジン１６のための電動アクチュエータは、構造および機能において左舷エンジン１２のための電動アクチュエータ４０と実質的に同一であることは、当業者に理解されるであろう。したがって、左舷中央エンジン１４ａ、右舷中央エンジン１４ｂ、および右舷エンジン１６のための電動アクチュエータは、本明細書では詳細に説明しない。電動アクチュエータ４０は、ハウジング４２の他に、往復動可能にハウジング４２に収容された出力シャフト４４を含む。電動アクチュエータ４０が左舷エンジン１２に取り付けられると、出力シャフト４４の軸方向運動が船舶１０に対して防止される一方、ハウジング４２が出力シャフト４４に沿って、船舶１０に対して直線的に往復動することは、当業者に理解されるであろう。ハウジング４２のこの相対的な直線的運動は、左舷エンジン１２の舵柄（tiller）４６に操舵力を与え、従来と同様に左舷エンジン１２を操舵する。
【００１３】
ハウジング４２に取り付けられた結合アセンブリ４８が存在する。結合アセンブリ４８は、この例では、ボールジョイントアセンブリであり、ハウジング４２を左舷エンジン１２の舵柄４６に結合させる。ハウジング４２には操舵制御ユニット５０も取り付けられている。したがって、操舵制御ユニット５０は、従来のように船舶１０の他の場所にあるのとは対照的に、電動アクチュエータ４０と一体である。操舵制御ユニット５０を船舶１０の制御ステーションと通信させる入力部、例えば、入力部５２が存在する。操舵制御ユニット５０を電動アクチュエータ４０と一体化すると、従来のシステムでは必要な多数のワイヤ／ハーネスの必要性がなくなって配線が簡素化され、操舵制御ユニットとアクチュエータとの間の電圧降下が減少する。
【００１４】
図４は、電動アクチュエータ４０の分解図であり、この例では、操舵制御ユニット５０のカバー５４が、操舵制御ユニット５０の内部５６の電気部品を覆っており、操舵制御ユニット５０の内部５６が、アクチュエータハウジング４２と一体になっている。ガスケット５８は、カバー５４と操舵制御ユニット５０の内部５６との間で用いられており、操舵制御ユニット５０およびアクチュエータハウジング４２を密閉している。電動アクチュエータ４０は、以下の一般的な構成要素、すなわち、図５に最もよく示されるように、ハウジング４２の内部６６に配置されたステータ６０、ロータアセンブリ６２、およびブレーキ６４をさらに含む。ハウジング４２は、両端において、エンドグランド（end gland）６８およびエンドグランド７０によって密閉されている。操舵制御ユニット５０の電気部品は、ハウジング４２内に配置されている部品から概ね離されている。しかしながら、図６を参照すると、電気コネクタ７２は、ハウジング４２に設けられた開口７４内に延びており、ステータ６０を操舵制御ユニット５０に電気的に接続している。ガスケット７６は、電気コネクタ７２の周りに用いられている。
【００１５】
ステータ６０は、複数のセグメント、例えば、ほぼ環状の形態で配置されたセグメント７８ａおよび７８ｂを含み、この例では、保持リング８０によって最初からほぼ環状の形状に保持されている。セグメント７８ａおよび７８ｂは、ハウジング４２に収容され、保持リング８０が取り除かれる。セグメントは、その後、エポキシ樹脂（図示せず）でステータの周りを固める（potting）ことによって、ハウジング４２内にほぼ環状の形態で保持されてもよい。エポキシ樹脂は、ガスケット７６によってハウジング４２の内部６６に密閉される。セグメントは、ステータ６０を異なるサイズのハウジングに適合させるために、遊びを伴ったほぼ環状の形態で最初から配置されてもよい。セグメントのそれぞれは、別々の電気巻線コイルを有しており、例えば、図示されたコイル８２ａおよび８２ｂは、それぞれ、セグメント７８ａおよび７８ｂ用である。この配置により、端部の回動を減少させることができる。ステータ６０は、また、図７に最もよく示されるように、複数の開口、例えば、開口８６ａおよび８６ｂを有するリードフレーム８４を含み、コイル８２ａおよび８２ｂは、それぞれ、開口８６ａおよび８６ｂを通って、電気コネクタ７２によって操舵制御ユニット５０に圧着および配線される。ステータ６０のリードフレーム８４は、また、図７に示す複数の開口９０ａ、９０ｂ、および９０ｃを有する部分８８を含み、開口９０ａ、９０ｂ、および９０ｃは、電気コネクタ７２によってステータ６０の位置合わせおよび接続を行うために、それぞれの締結具９２ａ、９２ｂ、および９２ｃを収容している。電気コネクタ７２には、ステータ６０と電気コネクタ７２との位置合わせを可能にするダウエルピン（dowel pin）９３ａおよび９３ｂが挿入される。電気コネクタ７２には、また、電気コネクタを適所に保持する複数の締結具９４ａ、９４ｂ、９４ｃ、および９４ｄが挿入される。この配置は、操舵制御ユニット５０の内部５６の電気部品をハウジング４２の内部６６の部品から離す。
【００１６】
電気コネクタ７２は、図８Ａおよび図８Ｂに詳細に示されている。電気コネクタ７２は、複数のセンサを有する転流センサボード、この例では、１つの列をなす複数のホール効果センサを有するホール効果センサボード９６を含む。この例では、電動アクチュエータ４０が三相電気モータを有するため、３組のホール効果センサ群９８ａ、９８ｂ、および９８ｃが存在する。交流電流は、正から負状態への曲線に従って経時的に変動する。三相電流のそれぞれの成分は、同じパターンに従うが、時間的に離間している。それぞれの電流相は、３組のホール効果センサ群をすべて使用する。３組のホール効果センサ群９８ａ、９８ｂ、および９８ｃは、１対１の関係で、３つのホール効果センサ接続部１００ａ、１００ｂ、および１００ｃに結合されている。電気コネクタ７２は、また、複数のモータ接続部１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃおよび対応するモータピン１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、ならびに複数のブレーキ接続部１０４ａ、１０４ｂおよび対応するブレーキピン１０５ａ、１０５ｂを有する。
【００１７】
次に図９を参照すると、操舵制御ユニット５０のカバー５４の内側部分１０２には、第１の接続部１０６および第２の接続部１０８が設けられている。第１の接続部１０６は、ホール効果センサ接続部１００ａ、１００ｂおよび１００ｃ、ならびにブレーキピン１０５ａおよび１０５ｂに接続している。第２の接続部１０８は、モータ接続部１０２ａ、１０２ｂ、および１０２ｃに接続している。それによって、操舵制御ユニット５０は、ステータ６０、ロータアセンブリ６２、およびホール効果センサボード９６、を含むモータに接続される。ロータアセンブリ６２は、図１０に最もよく示されており、複数の磁石、例えば、磁石スリーブ１１０にほぼ環状に接着されている磁石１１１ａおよび１１１ｂを収容する複数のスロット（図示せず）が設けられた磁石スリーブ１１０を有する第１のロータ部材１０９を含む。保持リング１１３は、磁石１１１ａおよび１１１ｂを予備的に保持している。磁石スリーブ１１０は、内面にねじが形成された穴１１４を有する第２の回転部材１１２に取り付けられている。アンギュラコンタクト軸受１１６を設けることにより、ロータアセンブリ６２は回転するようになっている。ロックワッシャ１１８およびロックナット１２０も設けられている。
【００１８】
ホール効果センサボード９６は、磁石１１１ａ、１１１ｂの相対位置を検出し、ステータ６０とタイミングが合わされる。ホール効果センサボード９６は、それぞれの方向に進んだタイミングで時間調整される。ホール効果センサボード９６は、磁石１１１ａ、１１１ｂの相対位置を検出し、ステータ６０とタイミングが合わされる。ホール効果センサボード９６は、それぞれの方向に進んでタイミング調整される。したがって、ステータ６０は、発生した磁場が磁石１１１ａおよび１１１ｂの回転位置のわずかに前方にあり、前記磁場が磁石１１１ａおよび１１１ｂを引っ張って、ロータアセンブリ６２を回転させるように、モータ接続部１０２ａ、１０２ｂおよび１０２ｃによって動力が与えられる。図８Ａにおけるホール効果センサ群の第１の組と呼ばれる、ホール効果センサボード９６上のホール効果センサ群９８ａ、９８ｂ、および９８ｃのそれぞれの組は、第１のホール効果センサ９９ａと、余剰のオフセットした第２のホール効果センサ９９ｂとを有している。３組のホール効果センサ群９８ａ、９８ｂ、および９８ｃのそれぞれにおける１つ目のホール効果センサは、第１の回転方向に進んだタイミングのために配置されており、３組のホール効果センサ群９８ａ、９８ｂ、および９８ｃのそれぞれにおける２つ目のホール効果センサは、第２の回転方向に進んだタイミングのために配置されている。第１の回転方向と第２の回転方向は、互いに反対であり、ロータアセンブリ６２の回転に基づいて、互いに反対である船舶１０の２つの操舵方向にそれぞれ対応付けられている。ホール効果センサ群９８ａ、９８ｂ、および９８ｃのそれぞれの組における２つの異なるホール効果センサを使用することにより、ホール効果センサ群９８ａ、９８ｂ、および９８ｃのそれぞれの組は、第１の回転方向に進んだタイミングと第２の回転方向に進んだタイミングを可能にしながら、製造公差を「吸収」することができる。さらに、ホール効果センサ群９８ａ、９８ｂ、および９８ｃの任意の組における複数のホール効果センサのうちの１つが故障した場合、この複数のホール効果センサのうちの他の１つはフェイルセーフとして機能してもよい。
【００１９】
図５に示すように、ロータアセンブリ６２は、図１１に詳細に示す出力シャフト４４を収容し、この例では、出力シャフト４４は、ローラスクリューアセンブリ１２２、第１のシャフト部１２４、および第２のシャフト部１２６を含む。ローラスクリューアセンブリ１２２は、中央スクリュー１２８と、中央スクリューの周りを遊星のように回転することができるが、中央スクリュー１２８に対して軸方向に平行移動しない複数のローラ、例えば、ローラ１３０ａおよび１３０ｂとを有する。ローラ１３０ａと１３０ｂは、環状のエンドプレート１３１ａと１３１ｂによって位置合わせされている。ローラスクリューアセンブリ１２２は、図１０に示されている内面にねじが形成された、ロータアセンブリ６２の穴１１４に収容されている。ロータアセンブリ６２の回転は、図３および図４に示す出力シャフト４４をハウジング４２に対して往復動させる。電動アクチュエータ４０が左舷エンジン１２に取り付けられると、出力シャフト４４の軸方向運動が船舶１０に対して防止される一方、ハウジング４２が出力シャフト４４に沿って船舶１０に対して直線的に往復動する。ハウジング４２のこの相対的な直線的運動は、左舷エンジン１２の舵柄４６に操舵力を与え、従来と同様に左舷エンジン１２を操舵する。緊急時は、通常動作時に出力シャフトの回転を防止するロックナット（図示せず）を緩めて、出力シャフト４４を手動で回転させてもよい。
【００２０】
電動アクチュエータ４０のブレーキ６４は、図１２に詳細に示されている。ブレーキ６４は、電磁回路１４２を収容する環状本体１４０を有する。電磁回路１４２は、磁石リテーナ１４４と、複数の磁石、例えば、永久磁石１４８ａおよび１４８ｂを保持する磁石ホルダ１４６と、ブレーキコイルアセンブリ１５０とを含む。磁石リテーナ１４４は、磁石および磁場を保持する。磁石リテーナ１４４、磁石ホルダ１４６、および永久磁石１４８ａおよび１４８ｂは、図１３に詳細に示されている。他の例では、環状磁気リングが存在してもよい。図１２を再び参照すると、ブレーキ６４は、ベアリング１５４に圧入されているハブ１５２をさらに含む。ベアリング１５４は、環状本体１４０にすきまばめされている。ベアリング１５４は、ハブ１５２と同心の環状本体１４０を保持する。これにより、ブレーキアセンブリ６４は、ロータ部材６２をハウジング４２に位置合わせする。ブレーキアセンブリ６４は、ロータ部材６２およびハウジング４２と一体化される前に、サブアセンブリー（部分組立品）として組み立てられ、製造時のモジュールとして試験されてもよい。保持リング１５６は、バックアップ保持として機能する。ベアリング１５４は、ハブ１５２がロータアセンブリ６２とともに回転するようにしている。複数の屈曲部、例えば、弓形屈曲部１５８ａ、１５８ｂ、および１５８ｃは、ハブ１５２によって径方向に保持され、ハブ１５２とともに回転する。環状のブレーキパッド１６０は、電磁石回路１４２とハブ１５２との間に配置されている。ブレーキパッド１６０は、屈曲部１５８ａ、１５８ｂ、および１５８ｃによってハブ１５２に連結されている。したがって、ブレーキパッド１６０も、ハブ１５２とともに回転する。ハブ１５２、ブレーキパッド１６０、ならびに屈曲部１５８ａ、１５８ｂ、および１５８ｃは、図１４に詳細に示されている。
【００２１】
図１５および図１６は、本体１４０と磁石リテーナ１４４との間の環状空間または環帯空間１６２内に配置されたコイルアセンブリ１５０を示す。環帯空間１６２は、コイルアセンブリ１５０よりも断面が大きい。これにより、コイルアセンブリ１５０が環帯空間１６２内を移動できるので、電動アクチュエータ４０の組み立て中に、コイルアセンブリ１５０のコネクタ１６４を電気コネクタ７２と位置合わせして、図８Ｂに示されるブレーキ接続部１０４ａおよび１０４ｂに接続することができる。環帯空間１６２内のコイルアセンブリ１５０の動きは、回転および／または径方向の動きであってもよい。本体１４０と磁石リテーナ１４４との間には、また、空隙１６６が存在する。
【００２２】
永久磁石１４８ａおよび１４８ｂは、ブレーキパッド１６０が第１の摩擦面１６８および第２の摩擦面１７０に接する押付位置にブレーキパッド１６０を引っ張る磁場を発生させる。この例では、第１の摩擦面１６８は本体１４０の肩部であり、第２の摩擦面１７０は、磁石リテーナ１４４の環状面である。ブレーキトルク、またはブレーキパッド１６０と第１の摩擦面１６８および第２の摩擦面１７０との間の摩擦力は、ロータアセンブリ６２にねじり結合されているハブ１５２の回転を防止するのに十分である。したがって、図１５および図１６に示すように、ブレーキ６４は、コイルアセンブリ１５０にエネルギーが供給されて、ブレーキパッド１６０が解放位置に移動するまで、通常は押付位置にある。
【００２３】
図１７および図１８は、解放位置にあるブレーキ６４を示しており、コイルアセンブリ１５０にエネルギーが与えられ、永久磁石１４８ａおよび１４８ｂが発生する磁場を向け直すのに十分な磁場をコイルアセンブリ１５０が発生している。屈曲部１５８ａ、１５８ｂ、および１５８ｃは、第１の摩擦面１６８および第２の摩擦面１７０から離れたブレーキパッド１６０を解放位置に付勢している。ブレーキパッド停止部１７２は、この例では、ハブ１５２の環状リップであり、環状リップは、ブレーキ６４が解放位置にあるときに、第１の摩擦面１６８および第２の摩擦面１７０から離れたブレーキパッド１６０の移動を、ハブ１５２が自由に回転できるように制限する。ブレーキパッド停止部１７２は、ブレーキ６４が解放位置にある場合の第１の摩擦面１６８および第２の摩擦面１７０からのブレーキパッド１６０の最大距離を設定する。最大距離は、ブレーキ６４が再接合できるように設定されている。
【００２４】
コイルアセンブリ１５０は、電流を受けることによってエネルギーをもらう。しかしながら、この例では、ブレーキ６４は、コイルアセンブリ１５０に供給される電流が第１のしきい値電流と第２のしきい値電流との間にある場合にのみ解放位置に作動される。第１のしきい値電流は、例えば約０．６アンペアであってもよく、第２のしきい値電流は約１．２アンペアであってもよく、または、第１のしきい値電流は約０．８アンペアであってもよく、第２のしきい値電流は約１．０アンペアであってもよい。このような電流は、電流の引き込み（current draw）の設計限界内でブレーキ６４の一貫した解放を確実にする。
【００２５】
本体１４０と磁石リテーナ１４４との間の空隙１６６は、ブレーキが解放位置にある場合にブレーキ強度および電流しきい値を設定する。これにより、所望の最小ブレーキトルクを維持しながら、ブレーキを解放位置に移動させるのに必要な電流が最小限に抑えられる。ブレーキトルクは、電動アクチュエータ４０のモータの出力トルクよりも小さくてもよい。この場合、電動アクチュエータ４０のモータは、ブレーキが故障したときにブレーキ６４を無効にできる。ブレーキトルクは、バックドライブトルクよりも大きくてもよい。この場合、ブレーキ６４は、モータが故障したときに出力シャフト４４の動きを制限できる。ブレーキは、船舶を牽引する際に重要である、船舶に搭載されたエンジンの動きの制限も行うことができる。
【００２６】
ブレーキ６４は、コイルアセンブリ１５０に供給される電圧の極性を反転させるためのＨブリッジを操舵制御ユニット内に備えてもよい。この場合、ブレーキ６４が解放位置から押付位置に作動する速度が上昇する。ブレーキトルクも増加する。Ｏリング１７４は、回転減衰力を与えるためにロータアセンブリの外周に嵌められている。ブレーキ６４の本体１４０にある支持レッジ（support ledge）１７６は、ブレーキ６４の熱膨張を最小にする。
【００２７】
エンドグランド６８は、図１９〜図２１に詳細に示されている。エンドグランド６８は、環状本体１７８を含む。環状本体１７８は、フローティングシールハウジング（floating seal housing）１８０およびブッシング１８２を収容する。ブッシング１８２は、内側シール１８４と外側シール１８６との間に配置されている。内側シール１８４には内側シール付勢部１８８が設けられ、外側シール１８６には外側シール付勢部１９０が設けられている。外側シール１８６および外側シール付勢部１９０は、シールハウジング１８０における溝１９２に収容されている。環状本体１７８とシールハウジング１８０との間には、シール、この例では、Ｏリング１９４が配置されている。Ｏリング１９４は、シールハウジング１８０の凹状壁１９８上にある。これにより、フローティングシールハウジング１８４に対してＯリング１９４がセンタリングされる。シールハウジング１８０には、第１のラジアルリップ２００および第２のラジアルリップ２０２が設けられる。第１のラジアルリップ２００は弾性を有しており、エンドグランド６８内へのシールハウジング１８０の取り付けを容易にする。第２のラジアルリップ２０２は、鋭角の縁を有しており、この縁は、出力シャフト４４からごみを掻き取るためのスクレーパとして機能し、安定性および出力シャフト追跡（output shaft tracking）を提供する。シールハウジング１８０には、また、Ｏリング１９４の取り付けを容易にする面取り部２０４が設けられている。シールハウジング１８０の後壁２０６は、安定性のために環状本体１７８にぴったり重なっている。シールハウジング１８０の後方ヒール部２０８は、出力シャフト４４と同心であり、剛性のある低摩耗材料で形成されている。Ｏリング１９４は、出力シャフト４４からシールハウジング１８０に負荷が加わったときに、シールハウジング１８０が径方向に移動できるようにしている。これにより、シールハウジング１８０の第２のラジアルリップ２０２および後方ヒール部２０８の摩耗が軽減される。
【００２８】
図２２は、ティラーアーム４６に結合された電動アクチュエータ４０を示す。磁気位置目標物（magnetic position target）２１０は、操舵制御ユニット５０内の結合アセンブリ４８に取り付けられており、絶対位置センサ２１２ａおよび２１２ｂは、電動アクチュエータ４０に取り付けられている。絶対位置センサ２１２ａおよび２１２ｂは、磁気位置目標物２１０の位置に基づいて操舵位置を検出する。操舵位置は、操舵角と呼ばれる場合がある。操舵動作がティラーアーム４６に与えられると、操舵制御ユニット５０ならびに絶対位置センサ２１２ａおよび２１２ｂは、出力シャフト４４に対して軸方向に動く。操舵動作がティラーアーム４６に与えられると、結合アセンブリ４８および磁気位置目標物２１０は回転する。結合アセンブリ４８は、磁気位置目標物２１０の湾曲面２１６を駆動する湾曲面２１４を有する。湾曲面２１４および湾曲面２１６は、製造公差および外部荷重による潜在的な回転ずれに対処するために、出力シャフト４４の軸方向の回転自由度を確保する。
【００２９】
当業者であれば理解されるように、前述の詳細な説明の多くは、例示に過ぎず、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲を参照して決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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