(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スケーラブルな多要素形状記憶合金（ＳＭＡ）回転モータ（１０）であって、
複数のＳＭＡ要素（１２ａ、１２ｂ）と、
前記複数のＳＭＡ要素（１２ａ、１２ｂ）を共通出力と平行に結合するラチェットギアトランスミッションと、
複数のヒータ（９）に電力を提供するコントローラ（８）であって、前記複数のヒータ（９）のうちの１つが前記複数のＳＭＡ要素（１２ａ、１２ｂ）のそれぞれに関連付けられ、前記コントローラ（８）が前記共通出力に継続的な回転動作を与えるため、前記複数のヒータ（９）のうちの選択されたヒータ（９）を順次加熱する、コントローラと
を備え、前記複数のＳＭＡ要素（１２ａ、１２ｂ）のそれぞれが、ねじり方向に引っ張られたＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）である、スケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ（１０）。
【請求項２】
前記共通出力に対するトルクを増加させるため、前記複数のヒータ（９）の中から選択された複数のヒータ（９）に対して同時に前記コントローラ（８）が電力を提供する、請求項１に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ（１０）。
【請求項３】
複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）が平行に配置され、共通のねじり方向を有し、前記複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）が第１の端部（１４ａ、１４ｂ）において前記ねじり方向に拘束され、
前記スケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ（１０）が、
前記複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）のそれぞれの第２の端部（２２ａ、２２ｂ）と操作可能に係合するドライブギアであって、前記第２の端部（２２ａ、２２ｂ）が前記ねじり方向に自由回転する、ドライブギア（２４ａ、２４ｂ）と、
前記共通出力として前記ドライブギア（２４ａ、２４ｂ）に連結された出力軸（３０）と
を更に備える、請求項１又は２に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ（１０）。
【請求項４】
前記複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）のそれぞれの前記第１の端部（１４ａ、１４ｂ）と係合する関連付けられるラチェット（１６ａ、１６ｂ）を更に備え、各ラチェット（１６ａ、１６ｂ）が前記第１の端部（１４ａ、１４ｂ）を前記ねじり方向とは反対の方向に拘束し、前記ねじり方向に自由回転する、請求項３に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ（１０）。
【請求項５】
前記複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）のそれぞれの前記第２の端部（２２ａ、２２ｂ）と係合する関連付けられるスプラグギア（２４ａ、２４ｂ）を更に備え、前記スプラグギア（２４ａ、２４ｂ）が前記ドライブギア（２８）と係合して前記ねじり方向に動作する、請求項３又は４に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ（１０）。
【請求項６】
複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）の第１の部分が第１のねじり方向に引っ張られ、前記複数のＳＭＡチューブの第２の部分が第２のねじり方向に引っ張られ、前記コントローラ（８）が、作動回転方向に前記共通出力を回転動作させるために、前記複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）の前記第１の部分に関連付けられた選択されたヒータ（９）を加熱し、戻り回転方向に前記共通出力を回転動作させるために、前記複数のＳＭＡチューブの前記第２の部分に関連付けられた選択されたヒータ（９）を加熱する、請求項１から５の何れか一項に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ（１０）。
【請求項７】
前記共通出力の前記作動回転方向にトルクを増大させるため、前記コントローラ（８）が前記複数のヒータ（９）の前記第１の部分内の複数のヒータ（９）に同時に電力を提供し、前記共通出力の前記戻り回転方向にトルクを増大させるため、前記コントローラ（８）が前記複数のヒータの前記第２の部分内の前記複数のヒータ（９）に同時に電力を提供する、請求項６に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ（１０）。
【請求項８】
複数のヒータ（９）が、
複数のソレノイドコイル（９２）であって、コイルの１つが複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）のそれぞれを同心的に受容し、前記ソレノイドコイルが誘導加熱のために前記ＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）内で渦電流を発生させるように適合された、ソレノイドコイル（９２）を備え、
前記コントローラ（８）が高電流及び高周波の電力を、前記選択されたヒータとして、前記複数のソレノイドコイル（９２）の中の選択されたソレノイドコイル（９２）に対して提供する、請求項１から７の何れか一項に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ（１０）。
【請求項９】
ねじり方向に第１の複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）を引っ張ること、
前記第１の複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）のそれぞれを第１の端部（１４ａ、１４ｂ）においてラチェット（１６ａ、１６ｂ）で拘束すること、
前記第１の複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）の第２の端部（２２ａ、２２ｂ）を軸（３０）の回転出力のために係合すること、及び
前記軸（３０）の継続的回転を提供するため前記第１の複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）を順次加熱すること
を含む、回転作動のための方法。
【請求項１０】
前記軸（３０）のトルクを増大させるため、前記第１の複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）のうちのチューブを同時に加熱すること
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
反対のねじり方向に第２の複数のＳＭＡチューブ（１２ｃ、１２ｄ）を引っ張ることと、
前記第２の複数のＳＭＡチューブ（１２ｃ、１２ｄ）の第１の端部（１４ｃ、１４ｄ）をラチェット（１６ｃ、１６ｄ）で拘束することと、
前記第２の複数のＳＭＡチューブ（１２ｃ、１２ｄ）の第２の端部（２２ｃ、２２ｄ）をスプラグギア（２４ｃ、２４ｄ）で係合することであって、前記第２の複数のＳＭＡチューブ（１２ｃ、１２ｄ）に関連付けられた前記スプラグギア（２４ｃ、２４ｄ）及びラチェット（１６ｃ、１６ｄ）が、前記第１の複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）に関連付けられた前記スプラグギア（２４ａ、２４ｂ）及びラチェット（１６ａ、１６ｂ）とは反対の動作方向を有する、係合することと、
前記軸（３０）に第１の方向の継続的回転を提供するため、前記第１の複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）を順次加熱することと、
前記軸（３０）に第２の方向の継続的回転を提供するため、前記第２の複数のＳＭＡチューブ（１２ｃ、１２ｄ）を順次加熱することと
を更に含む、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記軸（３０）の前記第１の方向へのトルクを増大させるため、前記第１の複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ）のうちの複数のチューブを同時に加熱すること
を更に含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記軸（３０）の前記第２の方向へのトルクを増大させるため、前記第２の複数のＳＭＡチューブ（１２ｃ、１２ｄ）のうちの複数のチューブを同時に加熱すること
を更に含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記順次加熱することが、前記第１および第２の複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）を同心円状に受容する複数のコイル（９２）に、順次、高電流及び高周波の電力を提供すること、及び
加熱のために前記第１および第２の複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）内で渦電流を発生させること
を含む、請求項９から１３の何れか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記同時に加熱することが、前記第１および第２の複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）を同心円状に受容する複数のコイル（９２）に、同時に、高電流及び高周波の電力を提供すること、及び
加熱のために前記第１および第２の複数のＳＭＡチューブ（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ）内で渦電流を発生させること
を含む、請求項１０から１４の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、概して回転アクチュエータに関し、より具体的には、回復用ラチェット支持具を有する出力軸に対して、順次又は並列の回転を提供する複数の形状記憶合金（ＳＭＡ）のチューブに関する。
【背景技術】
【０００２】
回転アクチュエータは、航空機を含む様々な機械システムの数多くの機能に採用されている。多くのこの種のアクチュエータは、アクチュエータの最適な位置決めにとって、とりわけヒンジラインにおける応用に際して、望ましいであろうよりも大きな電気モータによって駆動される。したがって、重量と複雑さを増加し得る機械式ドライブトレーンが必要となる。回転アクチュエータの出力トルクの調整は、典型的には、選択可能なトランスミッションを伴う複数のギアのセットを必要とし、作動システムの重量及び複雑さを共に更に増大させる。
【０００３】
ヒンジラインの作動には、形状記憶合金（ＳＭＡ）のアクチュエータが採用されてきた。しかし、その種のアクチュエータは、トルクの発生に限界を持つ傾向にあった。ＳＭＡチューブアクチュエータの出力は、チューブの半径の３乗に比例し、長さに比例する。チューブの半径は、要求トルクに適合するように増大させることができるが、望ましい高トルク値を生み出すことができるより大きなチューブは、現在の製造能力を超過する。
【０００４】
したがって、機械式ドライブトレーンの拡張を必要とせず、複数のギアセットや選択可能なトランスミッションという複雑性の増加なしに出力トルクの調整を可能にする、回転アクチュエータを提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
例示の実施形態は、複数のＳＭＡチューブを採用した、スケーラブルな多要素形状記憶合金（ＳＭＡ）回転モータを提供する。ラチェットギア式トランスミッションは、複数のＳＭＡチューブを共通出力と平行に連結する。コントローラは、複数のＳＭＡチューブのそれぞれに関連付けられた複数のヒータに電力を供給し、共通出力に継続して回転運動を提供するために選択されたヒータを順次加熱し、共通出力のトルクを増大させるために選択された複数のヒータに同時に電力を提供する。
【０００６】
開示される本実施形態は、複数のＳＭＡチューブをねじり方向に引っ張ることによって、回転作動させる方法を提供する。複数のＳＭＡチューブのそれぞれは、第１の端部においてはラチェットで拘束され、第２の端部においては軸の回転出力のために係合する。複数のチューブを順次加熱することによって、出力軸の継続的な回転が提供される。同時に複数のチューブの中から複数のチューブを加熱することにより、出力軸のトルクの増大が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
記述された特徴、機能および利点は、本開示のさまざまな実施形態において個別に実現可能であり、又は、以下の説明および図面を参照して更なる詳細を理解することが可能な、更に他の実施形態において組み合わされうる。
【図１Ａ】２つの形状記憶合金（ＳＭＡ）アクチュエータチューブを採用した第１の実施形態の例示的な配置の等角図である。
【図１Ｂ】ＳＭＡチューブの操作のためのコントローラ及びヒータのブロック図である。
【図２】図２Ａは、開示される実施形態で採用される、ＳＭＡチューブを引っ張ったときの順序を示す。図２Ｂは、開示される実施形態で採用される、ＳＭＡチューブを引っ張ったときの順序を示す。図２Ｃは、開示される実施形態で採用される、ＳＭＡチューブを引っ張った時の順序を示す。
【図３】図３Ａは、実施形態で採用される、ＳＭＡチューブ及び関連付けられたラチェット及びスプラグギアの動作の順序を示す。図３Ｂは、実施形態で採用される、ＳＭＡチューブ及び関連付けられたラチェット及びスプラグギアの動作の順序を示す。図３Ｃは、実施形態で採用される、ＳＭＡチューブ及び関連付けられたラチェット及びスプラグギアの動作の順序を示す。図３Ｄは、実施形態で採用される、ＳＭＡチューブ及び関連付けられたラチェット及びスプラグギアの動作の順序を示す。
【図４】図１の第１の実施形態の２つのアクチュエータチューブの操作の描写である。
【図５】一定の回転動作を提供する２つのアクチュエータチューブの動作の順序を示す。
【図６】４つのＳＭＡアクチュエータチューブを採用した第２の実施形態の例示的な配置の等角図である。
【図７】図６の第２の実施形態の４つのアクチュエータチューブの操作の描写である。
【図８】一定の回転動作を提供する４つのアクチュエータチューブの動作の順序を示す。
【図９】２倍のトルクで一定の回転動作を提供する４つのアクチュエータチューブの動作の順序を示す。
【図１０】可逆の回転動作のために反対方向のひねりを加えた２つのペアのアクチュエータチューブの動作の順序を示す。
【図１１】アクチュエータの設置のための列線交換ユニット（ＬＲＵ）として構成された４つのチューブの実施形態の立体図である。
【図１２】航空機で利用される、補助電力ユニット（ＡＰＵ）点検ドアの作動のために設置された図１１の実施形態の破断図である。
【図１３】本明細書で開示される実施形態を採用する回転の作動方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書で説明される実施形態及び方法は、熱活性化されたときに、順次及び並列の組み合わせで、スケーラブルな回転モータを提供するために回転運動を提供する、形状記憶合金（ＳＭＡ）チューブを採用する回転アクチュエータを提供する。この構造によって、ねじれが増大し、トルクが増大し、回転運動が継続することが可能になる。ＳＭＡチューブは、ギア又は他の手段を通じて共通出力と平行に結合される。ＳＭＡチューブは、出力トルクを増大させるため各チューブのトルク出力が合算されるよう、同時に作動させられ得る。ＳＭＡチューブは、２本のチューブのねじりを加え反復作動を伴う継続的回転動作を提供するよう、順次作動させることもできる。
【０００９】
図を参照すると、図１Ａは、２つのＳＭＡチューブ１２ａ、１２ｂを採用し、第１の端部１４ａ、１４ｂでそれぞれラチェット１６ａ、１６ｂに拘束されたスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ１０の第１の実施形態を示す。その機能は、続いてより詳細に説明される。ラチェット１６ａ及び１６ｂは、プレート２０に装着された支持具１８に拘束される。モータ１０を自己完結型ユニットとして囲みこむために、続いて説明されるように、（図示せぬ）カバーが採用され得る。単一の支持具に両方のラチェットが装着されているように図示されているが、代替的な実施形態では、各ラチェットに対して個別の支持具が用いられ得、又はラチェットがカバー内で統合的に支持され得る。各ＳＭＡチューブ１２ａ、１２ｂの第２の端部２２ａ、２２ｂは、ベアリングブロック２６ａ、２６ｂに支持されたスプラグギア２４ａ、２４ｂに結合される。ラチェット支持具１８と同様に、代替的な構成においては、ベアリングブロックは単一の支持エレメントであり得る。スプラグギア２４ａ及び２４ｂは、ベアリングブロック３２に支持される回転出力軸３０に取り付けられた出力ギア２８を駆動する。続いてより詳細に説明されるとおり、ラチェット及びスプラグギアは、ドライブギアと出力軸を共通して駆動するために複数のチューブを連結する、ラチェット式トランスミッションを提供する。本明細書で開示する例示的な実施形態中では、バックラッシ（ｂａｃｋｌａｓｈ）を避けるためにスプラグギアを用いているが、ＳＭＡチューブの第２の端部を出力ギア２８に取り付ける際にプレーン（ｐｌａｉｎ）ギアを用いてもよい。これらの取り付けのためのスプラグギア又はプレーンギアは、本書では一般的に「カップリングギア」として言及される。プレーンギアをカップリングギアとして用いるためには、少なくとも１つのＳＭＡチューブにおいて、出力ギアの位置を維持するための電力を維持することが要求される。
【００１０】
図１Ｂは、チューブ１２ａ及び１２ｂを加熱するためのコントローラ８及び加熱エレメント９をブロック図の形で示す。加熱エレメントは、続いて説明されるように、チューブ中央の穴に挿入された棒状ヒータであり得、又は誘導加熱エレメントでもあり得る。
【００１１】
図２Ａから図２Ｃで１つのＳＭＡチューブ１２について示されるように、チューブは、一定の負荷で繰り返し熱サイクルに供することによって、「引っ張られる」ことができる。この結果、チューブは安定的なアクチュエータとして使用され得る。ＳＭＡトルクチューブ１２の回転移動範囲は、限定されている。例えば、初期状態で静止しているとき、図２Ａの「ねじれライン」３４で表されるように、チューブ１２のねじれはゼロである。第１の端部１４は、拘束されている。チューブ１２を加熱すると、チューブは、図２Ｂのねじれラインで示すように、第２の端部２２に例えば１５ＫＳＩの負荷を受けて１２０度回転する。チューブ１２を冷却すると、図２Ｃで示すように、第２の端部２２は１２０度逆回転してゼロ地点に戻る。
【００１２】
図１に示すモータの各チューブ１２ａ及び１２ｂの動作は、図３Ａから図３Ｄによって表される。チューブ１２ａを例にとると、図３Ａに示すようにチューブが基準温度にある場合、第１の端部１４ａは、ブロックされた矢印３６が表すように、ラチェット１６ａによって拘束される。図３Ｂに示すようにチューブ１２ａを加熱すると、チューブは、矢印３８が示すように第２の端部２２ａがスプラグギア２４ａを第１の回転方向に駆動させることによって、ねじれる。第２の端部２２が、ねじれライン３４ａが表すように９０度回転していることが、例として示される。ラチェット１６ａは第１の端部１４ａを拘束されたままであり、この結果、第２の端部２２ａではねじれまたは回転が引き起こされる。図３Ｃに示すようにチューブ１２ａを冷却することによって、ブロックされた矢印４０が示すように、スプラグギア２４ａが第２の端部２２ａを拘束する結果となり、一方で第１の端部１４ａは、矢印４２に示すようにラチェット１６ａの拘束方向とは反対向きに回転する。チューブ１２ａの冷却が完了すると、第１の端部１４ａはねじれライン３４ａで表される新たなゼロ位置に就き、再びラチェット１６ａによって拘束される。
【００１３】
モータ１０のペアをなすチューブ１２ａ及び１２ｂの動作は、図４及び図５によって表される。図４に示されるように、初期状態の基準温度においては、スプラグギア２４ａ及び２４ｂは、指標４４で表される第１の回転位置でドライブギア２８と係合する。図１で示されるエレメントに関連して図５で示されるように、第１の回転シーケンス５０においては、チューブ１２ａは関連付けられたヒータを作動させるコントローラによって加熱され、矢印４６ａで表されるようにスプラグギア２４ａを回転させる結果をもたらす（チューブ１２ａの第１の端部１４ａは、ラチェット１６ａによって拘束されている）。それにより、矢印４８ａで表されるようにドライブギア２８は回転される。チューブ１２ｂは基準温度を保ち、ドライブギア２８と共に自由回転するスプラグギア２４ｂと共に、剛体回転を行う。第１の回転シーケンスが完了すると、コントローラは関連付けられたヒータから電流を除去し、チューブ１２ａは冷却を開始することができる。チューブ１２ｂは、第２の回転シーケンス５２で示されるように、チューブ１２ｂに関連付けられたヒータに電流を流すコントローラによって加熱される（チューブ１２ｂの第１の端部１４ｂは、ラチェット１６ｂによって拘束されている）。チューブ１２ｂによって駆動されるスプラグギア２４ｂは、矢印４９ａで表されるように回転し、それによって矢印４８ｂによって表されるようにドライブギア２８の回転が継続される。チューブ１２ａは、第１の端部１４ａがラチェット１６ａ内で自由回転しながら冷却し、ドライブギア２８と共に回転するスプラグギア２４ａによって拘束された状態で、基準状態に復帰する。継続的回転のシーケンスは、第３の回転シーケンス５４によって示されるように伝播される。第３の回転シーケンス５４では、チューブ１２ａは再加熱され、矢印４６ｂで表されるようにスプラグギア２４ａを回転させる結果をもたらす（チューブ１２ａの第１の端部１４ａは、ラチェット１６ａによって拘束されている）。それにより、矢印４８ａで表されるようにドライブギア２８は回転される。チューブ１２ｂは、第１の端部１４ｂがラチェット１６ｂ内で自由回転しながら冷却し、ドライブギア２８と共に回転するスプラグギア２４ｂによって拘束された状態で、基準状態に復帰する。第３の回転シーケンスが完了すると、第４のシーケンス５６に示されるとおり、チューブ１２ａは再び冷却し始めることができ、チューブ１２ｂは加熱される（チューブ１２ｂの第１の端部１４ｂは、ラチェット１６ｂによって拘束されている）。チューブ１２ｂによって駆動されるスプラグギア２４ｂは、矢印４９ｂで表されるように回転し、それによって矢印４８ｄによって表されるようにドライブギア２８が回転する。チューブ１２ｂは、第１の端部１４ｂがラチェット１６ｂ内で自由回転しながら冷却し、ドライブギア２８と共に回転するスプラグギア２４ｂによって拘束された状態で、基準状態に復帰する。指標４４の回転及び図５に関連して説明されるシーケンスの反復によって見ることができるドライブギア２８の回転によって、ドライブギアの継続的回転運動が可能になる。
【００１４】
チューブ１２ａ及び１２ｂの同時加熱によって、スプラグギア２４ａ及び２４ｂ両方が同時にドライブギア２８を駆動する結果となり、ドライブギア２８が出力軸３０に提供するトルクが２倍になるという結果となる。
【００１５】
多要素ＳＭＡ回転モータに、並行して追加のＳＭＡチューブを提供することによって、付加的なトルクと継続的な駆動の柔軟性が達成される。モータ６０の第２の実施形態が、図６で示される。それぞれ第１の端部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び１４ｄでラチェット１６ａ、１６ｂ、１６ｃ及び１６ｄに拘束される４本のＳＭＡチューブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄが採用される。前出の実施形態と同様に、ラチェット１６ａ、１６ｂ、１６ｃ及び１６ｄは（明確にするため図示せぬ）支持具によって拘束される。モータ６０を自己完結型ユニットとして囲みこむために、（図示せぬ）カバーが採用され得る。各ＳＭＡチューブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄの第２の端部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄは、スプラグギア２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄに結合される。スプラグギアの支持具は、動作する構成要素を明確にするため図示しない。スプラグギア２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄは、回転出力軸３０に取り付けられる出力ギア２８を駆動する。
【００１６】
モータ６０のチューブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄの動作は、図７及び図８によって表される。図６で示されるエレメントに関連して図７に示されるように、初期状態の基準温度においては、スプラグギア２４ａ、２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄは、指標４４で表される第１の回転位置でドライブギア２８と係合する。ドライブギア２８の継続的な回転は、モータ内のチューブを順次加熱することによって達成される。任意の所望のシーケンスが採用され得るが、例示が図８で示される。第１の回転シーケンス６１では、チューブ１２ａは加熱され、矢印６６ａで表されるようにスプラグギア２４ａを回転させる結果をもたらす（チューブ１２ａの第１の端部１４ａは、ラチェット１６ａによって拘束されている）。それにより、矢印６８ａで表されるようにドライブギア２８は回転される。チューブ１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄは基準温度を保ち、ドライブギア２８と共に自由回転するスプラグギア２４ｂ、２４ｃ及び２４ｄと共に、剛体回転を行う。第１の回転シーケンスが完了すると、第２のシーケンス６２に示されるとおり、チューブ１２ａは再び冷却し始めることができ、チューブ１２ｄは加熱される（チューブ１２ｄの第１の端部１４ｄは、ラチェット１６ｄによって拘束されている）。チューブ１２ｄによって駆動されるスプラグギア２４ｄは、矢印６６ｄで表されるように回転し、それによって矢印６８ｂによって表されるようにドライブギア２８の回転が継続する。チューブ１２ｂ及び１２ｃは基準状態にとどまり、スプラグギア２４ｂ及び２４ｃと共に剛体回転を行う。チューブ１２ａは、第１の端部１４ａがラチェット１６ａ内で自由回転しながら冷却し、ドライブギア２８と共に回転するスプラグギア２４ａによって拘束された状態で、基準状態に復帰する。継続的回転のシーケンスは、第３の回転シーケンス６３によって示されるように伝播される。第３の回転シーケンス６３では、チューブ１２ｂはここで加熱され、矢印６６ｂで表されるようにスプラグギア２４ｂを回転させる結果をもたらす（チューブ１２ｂの第１の端部１４ｂは、ラチェット１６ｂによって拘束されている）。それにより、矢印６８ｃで表されるようにドライブギア２８は回転される。チューブ１２ｄは、第１の端部１４ｄがラチェット１６ｄ内で自由回転しながら冷却し、ドライブギア２８と共に回転するスプラグギア２４ｄによって拘束された状態で、基準状態に復帰する。両方のチューブが共に、スプラグギア２４ａ及び２４ｃと共に剛体回転を行いながら、チューブ１２ａはここで基準状態に復帰し、チューブ１２ｃは基準状態にとどまる。第３の回転シーケンスが完了すると、第４のシーケンス６４に示されるとおり、チューブ１２ｂは再び冷却し始めることができ、チューブ１２ｃは加熱される（チューブ１２ｃの第１の端部１４ｃは、ラチェット１６ｃによって拘束されている）。チューブ１２ｃによって駆動されるスプラグギア２４ｃは、矢印６６ｃで表されるように回転し、それによって矢印４８ｄによって表されるようにドライブギア２８の回転が継続する。チューブ１２ｂは、第１の端部１４ｂがラチェット１６ｂ内で自由回転しながら冷却し、ドライブギア２８と共に回転するスプラグギア２４ｂによって拘束された状態で、基準状態に復帰する。チューブ１２ｄはここで基準状態に復帰し、チューブ１２ａが基準状態にとどまった状態で、両方のチューブは、スプラグギア２４ｄ及び２４ａと共にドライブギア２８と共に剛体回転を行う。指標４４の回転及び図５に関連して説明されるシーケンスの反復によって見ることができる、様々な回転シーケンスを通じたドライブギア２８の回転によって、ドライブギアの継続的回転運動が可能になる。４本のチューブが示されているが、任意の所望の数のチューブが採用され得る。
【００１７】
モータ６０では、ドライブギア２８を介する出力軸３０上のトルクは、ＳＭＡチューブをペアにして動作させることによって２倍になり得る。図６で示されるエレメントに関連して図９で示されるように、第１の回転シーケンス７０においては、チューブ１２ａ及びチューブ１２ｂは同時に加熱され、矢印７４ａ及び７４ｂで表されるようにスプラグギア２４ａ及び２４ｂを回転させる結果をもたらす（チューブ１２ａ及び１２ｂの第１の端部１４ａ及び１４ｂは、ラチェット１６ａ及び１６ｂによって拘束されている）。それにより、矢印７６ａで表されるようにドライブギア２８は回転される。チューブ１２ｃ及び１２ｄは基準温度を保ち、ドライブギア２８と共に自由回転するスプラグギア２４ｃ及び２４ｄと共に、剛体回転を行う。第１の回転シーケンスが完了すると、第２のシーケンス７１に示されるとおり、チューブ１２ａ及び１２ｂは冷却し始めることができ、チューブ１２ｃ及び１２ｄは同時に加熱される（チューブ１２ｃ及び１２ｄの第１の端部１４ｃ及び１４ｄは、ラチェット１６ｃ及び１６ｄによって拘束されている）。チューブ１２ｃ及び１２ｄによって駆動されるスプラグギア２４ｃ及び２４ｄは、矢印７８ｃ及び７８ｄで表されるように回転し、それによって矢印７６ｂによって表されるようにドライブギア２８の回転が継続する。チューブ１２ａ及び１２ｂは、第１の端部１４ａ及び１４ｂがラチェット１６ａ及び１６ｂ内で自由回転しながら冷却し、ドライブギア２８と共に回転するスプラグギア２４ａ及び２４ｂによって拘束された状態で、基準状態に復帰する。継続的回転のシーケンスは、第３の回転シーケンス７２によって示されるように伝播される。第３の回転シーケンス７２では、チューブ１２ａ及び１２ｂは再加熱され、矢印８０ａ及び８０ｂで表されるようにスプラグギア２４ａ及び２４ｂを回転させる結果をもたらす（チューブ１２ａ及び１２ｂの第１の端部１４ａ及び１４ｂは、ラチェット１６ａ及び１６ｂによって拘束されている）。それにより、矢印７６ｃで表されるようにドライブギア２８は回転される。チューブ１２ｃ及び１２ｄは、第１の端部１４ｃ及び１４ｄがラチェット１６ｃ及び１６ｄ内で自由回転しながら冷却し、ドライブギア２８と共に回転するスプラグギア２４ｃ及び２４ｄによって拘束された状態で、基準状態に復帰する。第３の回転シーケンスが完了すると、第４のシーケンス７３に示されるとおり、チューブ１２ａ及び１２ｂは再び冷却し始めることができ、チューブ１２ｃ及び１２ｄは同時に加熱される（チューブ１２ｃ及び１２ｄの第１の端部１４ｃ及び１４ｄは、ラチェット１６ｃ及び１６ｄによって拘束されている）。チューブ１２ｃ及び１２ｄによって駆動されるスプラグギア２４ｃ及び２４ｄは、矢印８２ｃ及び８２ｄで表されるように回転し、それによって矢印７６ｄによって表されるようにドライブギア２８の回転が継続する。チューブ１２ａ及び１２ｂは、第１の端部１４ａ及び１４ｂがラチェット１６ａ及び１６ｂ内で自由回転しながら冷却し、ドライブギア２８と共に回転するスプラグギア２４ａ及び２４ｂによって拘束された状態で、基準状態に復帰する。指標４４の回転及び図９に関連して説明されるシーケンスの反復によって見ることができるドライブギア２８の回転によって、図８の２倍のトルクを持つドライブギアの継続的回転運動が可能になる。
【００１８】
反対方向を向いたラチェット及びスプラグギアのセット（これらがドライブギアの共通出力を第１の回転方向と第２の回転方向とに交互に駆動させる）が関連付けられたＳＭＡチューブのペアが、反対方向へねじれることによって、駆動軸３０の両方向回転もまた達成される。この種の両方向回転は、例えば、第１の方向に回転させるときに操縦翼面を作動させ、第２の方向に回転させるときに操縦翼面を格納させるために利用され得る。図６で定義されるエレメントに再び関連して図９に表されるように、チューブ１２ａ及び１２ｂは、関連付けられるスプラグギア２４ａ及び２４ｂと共に、時計回りに連動するスプラグギアの回転を生み出すように引っ張られ得、一方でチューブ１２ｃ及び１２ｄは、関連付けられるスプラグギア２４ｃ及び２４ｄと共に、反時計回りに連動するスプラグギアの回転を生み出すように引っ張られる。どちらかの方向への継続的な回転は、図４及び図５に関連して上記で説明されたように、このときチューブの１つのペアの動作によって達成される。
【００１９】
図１０で示すように、ねじり範囲が限定された２倍のトルクを持つ動作は、達成されることができる。第１の回転シーケンス８４においては、チューブ１２ａ及びチューブ１２ｂは同時に加熱され、矢印８８ａ及び８８ｂで表されるようにスプラグギア２４ａ及び２４ｂを時計回りに回転させる結果をもたらす（チューブ１２ａ及び１２ｂの第１の端部１４ａ及び１４ｂは、ラチェット１６ａ及び１６ｂによって拘束されている）。それにより、矢印９０ａで表されるようにドライブギア２８は反時計回りに回転される。チューブ１２ｃ及び１２ｄは基準温度を保ち、ドライブギア２８と共に自由回転するスプラグギア２４ｃ及び２４ｄと共に、剛体回転を行う。第２の位置８５で示されるように、新たな基準位置から、指標４４はシーケンス８４の操作によって９０度回転されており、反対の回転シーケンス８６がなされ得る。チューブ１２ｃ及びチューブ１２ｄは同時に加熱され、矢印９２ｃ及び９２ｄで表されるようにスプラグギア２４ｃ及び２４ｄを反時計回りに回転させる結果をもたらす（チューブ１２ｃ及び１２ｄの第１の端部１４ｃ及び１４ｄは、ラチェット１６ｃ及び１６ｄによって拘束されている）。それにより、矢印９０ｂで表されるようにドライブギア２８は時計回りに回転され、指標４４は当初の位置に戻る。チューブ１２ａ及び１２ｂは基準温度を保ち、ドライブギア２８と共に自由回転するスプラグギア２４ａ及び２４ｂと共に、剛体回転を行う。ラチェット１６ａ、１６ｂ、１６ｃ及び１６ｄにリバーシブルのラチェット及び、カップリングギアとしてプレーンギア又はリバーシブルのスプラグギアのどちらかを使用することによって、両方向回転用として個別のチューブもまた使用され得る。
【００２０】
例示の４本のＳＭＡチューブによる実施形態は、回転アクチュエータへの応用で使用するための、列線交換ユニット（ＬＲＵ）としてパッケージ化され得る。図１１で示されるように、チューブの加熱はチューブ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ及び１２ｄを同心的に受容するソレノイドコイル９２を用いた誘導加熱によって達成され得る。コイルに高周波で高電流を導入すると、チューブ内部に振動磁場が提供される。コイルによって作り出された磁場は、ＳＭＡチューブ内に渦電流を誘発し、チューブを加熱する。チューブの冷却は、自然の熱伝導及び対流によって達成されるが、冷却ファン又は同様の手段によるチューブ中央への穴への冷却風の導入による強制対流が用いられても良い。出力軸３０は、チューブに平行に沿って伸び、以下で説明されるように、アクチュエータのどちらか一端又は両端で、操作可能に取り付けられるためにケースから延伸する。スプラグギア、ドライブギア及び関連する支持構造は、明確にするために図示しない。
【００２１】
例示的実施、例えば補助電源装置（ＡＰＵ）での入り口扉で使用されるＬＲＵが、図１２で示される。出力軸３０を駆動する、誘導コイル９２を伴うＳＭＡチューブ１２、ラチェット、スプラグギア、及びドライブギア（上述されており明確にするため図示しない）を内部に有するＬＲＵケース９６は、ＡＰＵ入口扉１００の構造支持体９８同士の間に取り付け可能である。出力軸３０は、ケース９６の両端から延伸し、回転作動又は戻り回転するために入口扉支持ブラケット１０１と係合する。ＳＭＡチューブの選択的加熱のために制御された高周波交流電流を誘導コイルに提供するコントローラ１０２は、図１０に関連して示されるように両方向の動作を提供し得るものであり、ＬＲＵケース９６と一体化し得るか、又は個別に取り付けられ得る。
【００２２】
本明細書で開示する実施形態によって、図１３で説明する回転の作動方法が可能になる。少なくとも２つのＳＭＡチューブが、ねじり方向に引っ張られ（ステップ１３００）、第１の端部でラチェットによって拘束される（ステップ１３０２）。ＳＭＡチューブの第２の端部は、スプラグギアと係合する（ステップ１３０４）。ドライブギアは、軸への回転出力のため、スプラグギアによって操作可能に係合する（ステップ１３０６）。ドライブギア及び出力軸に継続的回転を提供するために、チューブの１つのペアにおいて、第１のチューブ及び第２のチューブへの順次の加熱が達成される（ステップ１３０８）。出力ギア及び軸のトルクを２倍にするために、ペアのチューブの両方への同時加熱が採用され得る（ステップ１３１０）。第２のペアのＳＭＡチューブが反対のねじり方向に引っ張られ（ステップ１３１２）、第１の端部でラチェットによって拘束される（ステップ１３１４）。第２のペアのＳＭＡチューブの第２の端部は、スプラグギアと係合し（ステップ１３１６）、スプラグギアはドライブギアに取り付けられる（ステップ１３１８）。第２のペアのチューブに関連付けられるスプラグギア及びラチェットは、第１のペアのチューブに関連付けられるスプラグギア及びラチェットとは反対の動作方向を有する。ドライブギア及び出力軸に第１の方向への継続的回転を提供するために、第１のペアのチューブにおいて、第１のチューブ及び第２のチューブへの順次の加熱が達成される（ステップ１３２０）。ドライブギア及び出力軸に第２の方向への継続的回転を提供するために、第２のペアのチューブにおいて、第１のチューブ及び第２のチューブへの順次の加熱が達成される（ステップ１３２２）。出力ギア及び軸の第１の方向へのトルクを２倍にするために、第１のペアのチューブの両方への同時加熱が採用され得る（ステップ１３２４）。出力ギア及び軸の第２の方向へのトルクを２倍にするために、第２のペアのチューブの両方への同時加熱が採用され得る（ステップ１３２６）。
【００２３】
更に、本開示は下記の条項による実施形態を含む。
【００２４】
条項１
スケーラブルな多要素形状記憶合金（ＳＭＡ）回転モータであって、
複数のＳＭＡチューブと、
複数のＳＭＡチューブを共通出力と平行に結合するラチェットギアトランスミッションと、
複数のヒータに電力を提供するコントローラであって、前記複数のヒータのうちの１つが複数のＳＭＡチューブのそれぞれに関連付けられ、前記コントローラが、共通出力に継続的な回転動作を与えるため、複数のヒータのうちの選択されたヒータを順次加熱する、コントローラとを備える、スケーラブルな多要素形状記憶合金（ＳＭＡ）回転モータ。
【００２５】
条項２
共通出力に対するトルクを増加させるため、複数のヒータの中から選択された複数のヒータを同時に加熱するための電力をコントローラが提供する、条項１に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ。
【００２６】
条項３
複数のチューブが平行に配置され、共通のねじり方向を有し、前記複数のチューブが第１の端部においてねじり方向に拘束され、スケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータがさらに、
前記複数のＳＭＡチューブのそれぞれの第２の端部と操作可能に係合するドライブギアであって、前記第２の端部が前記ねじり方向に自由回転するドライブギアと、
共通出力としてドライブギアに連結された出力軸とを備える、条項１又は２に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ。
【００２７】
条項４
前記複数のＳＭＡチューブのそれぞれの第１の端部と係合する関連付けられるラチェットを更に備え、各ラチェットが第１の端部をねじり方向とは反対の方向に拘束し、前記ねじり方向に自由回転する、条項３に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ。
【００２８】
条項５
前記複数のチューブのそれぞれの第２の端部と係合する関連付けられるスプラグギアを更に備え、前記スプラグギアがドライブギアと係合してねじり方向に動作する、条項３又は４に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ。
【００２９】
条項６
複数のＳＭＡチューブの第１の部分が第１のねじり方向に引っ張られ、複数のＳＭＡチューブの第２の部分が第２のねじり方向に引っ張られ、前記コントローラが、回転作動方向に共通出力を回転動作させるために、複数のＳＭＡチューブの第１の部分に関連付けられた選択されたヒータを加熱し、そして戻り回転方向に共通出力を回転動作させるために、複数のＳＭＡチューブの第２の部分に関連付けられた選択されたヒータを加熱する、条項１から５の何れか一項に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ。
【００３０】
条項７
共通出力の作動方向にトルクを増大させるため、コントローラが複数のヒータの第１の部分内の複数のヒータに同時に電力を提供し、そして共通出力の戻り方向にトルクを増大させるため、コントローラが複数のヒータの第２の部分内の複数のヒータに同時に電力を提供する、条項６に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ。
【００３１】
条項８
複数のヒータが、
複数のソレノイドコイルであって、コイルの１つが複数のチューブのそれぞれを同心的に受容し、前記ソレノイドコイルが誘導加熱のためにチューブ内で渦電流を発生させるように適合されたソレノイドコイルを備え、
コントローラが高電流及び高周波の電力を、選択されたヒータとして、複数のソレノイドコイルの中の選択されたソレノイドコイルに対して提供する、条項２から７の何れか一項に記載のスケーラブルな多要素ＳＭＡ回転モータ。
【００３２】
条項９
列線交換ユニット（ＬＲＵ）回転モータであって、
少なくとも２つのペアの形状記憶合金（ＳＭＡ）チューブであって、ＳＭＡチューブのそれぞれのペアが平行に配置されて関連付けられた共通のねじり方向を有し、チューブのそれぞれのペアが、各チューブの第１の端部において、ねじり方向とは反対の方向に第１の端部を拘束するラチェットによって関連付けられた共通のねじり方向に拘束されて前記ねじり方向に自由回転し、各チューブが第２の端部において関連付けられた共通のねじり方向に動作するスプラグギアと係合する、少なくとも２つのペアの形状記憶合金（ＳＭＡ）チューブと、
前記スプラグギアと係合するドライブギアと、
共通出力を提供するためドライブギアから延伸する出力軸と、
複数のヒータに電力を供給するコントローラであって、前記複数のヒータのうちの１つが各ＳＭＡチューブに関連付けられ、前記コントローラが、共通出力に継続的回転動作を提供するために複数のヒータの中から選択されたヒータを順次加熱する、コントローラとを備える列線交換ユニット（ＬＲＵ）回転モータ。
【００３３】
条項１０
共通出力に対するトルクを増加させるため、複数のヒータの中から選択された複数のヒータを同時に加熱するための電力をコントローラが提供する、条項９に記載のＬＲＵ回転モータ。
【００３４】
条項１１
少なくとも２つのペアのＳＭＡチューブのうちの第１のペアのねじり方向が第１の方向であり、少なくとも２つのペアのＳＭＡチューブの第２のペアのねじり方向が第２の方向である、条項９又は１０に記載のＬＲＵ回転モータ。
【００３５】
条項１２
ラチェット及びスプラグギアが、共通のケース内で支持され、出力軸がケースの少なくとも一端から延伸する、条項９から１１の何れか一項に記載のＬＲＵ回転モータ。
【００３６】
条項１３
複数のヒータが、
複数のソレノイドコイルであって、コイルの１つが複数のチューブのそれぞれを同心的に受容し、前記ソレノイドコイルが誘導加熱のためにチューブ内で渦電流を発生させるように適合されたソレノイドコイルを備え、
コントローラが高電流及び高周波の電力を、選択されたヒータとして、複数のソレノイドコイルの中の選択されたソレノイドコイルに対して提供する、条項９から１２の何れか一項に記載のＬＲＵ回転モータ。
【００３７】
条項１４
ねじり方向に複数のＳＭＡチューブを引っ張ること、
複数のＳＭＡチューブのそれぞれを第１の端部においてラチェットで拘束すること、
複数のＳＭＡチューブの第２の端部を軸の回転出力のために係合すること、及び
出力軸の継続的回転を提供するため複数のチューブを順次加熱することを含む、回転作動のための方法。
【００３８】
条項１５
出力軸のトルクを増大させるため、複数のＳＭＡチューブのうちのチューブを同時に加熱することを更に含む、条項１４に記載の方法。
【００３９】
条項１６
第２の複数のＳＭＡチューブを反対のねじり方向にひっぱることと、
第２の複数のＳＭＡチューブのそれぞれを第１の端部においてラチェットで拘束することと、
第２の複数のＳＭＡチューブの第２の端部をスプラグギアで係合することであって、第２の複数のＳＭＡチューブに関連付けられたスプラグギア及びラチェットが、第１の複数のＳＭＡチューブに関連付けられたスプラグギア及びラチェットとは反対の動作方向を有する、係合することと、
第１の方向への出力軸の継続的な回転を提供するため、複数のＳＭＡチューブのペアを順次加熱することと、
第２の方向への出力軸の継続的な回転を提供するため、第２の複数のチューブを順次加熱することとを更に含む、条項１４または１５に記載の方法。
【００４０】
条項１７
軸の第１の方向へのトルクを増大させるため、複数のＳＭＡチューブのうちの複数のチューブを同時に加熱することを更に含む、条項１６に記載の方法。
【００４１】
条項１８
軸の第２の方向へのトルクを増大させるため、第２の複数のＳＭＡチューブのうちの複数のチューブを同時に加熱すること
を更に含む、条項１７に記載の方法。
【００４２】
条項１９
順次加熱するステップが、複数のＳＭＡチューブを同心的に受容する複数のコイルに、順次、高電流及び高周波の電力を提供すること、及び
加熱のために複数のＳＭＡチューブ内で渦電流を発生させることを含む、条項１４から１８の何れか一項に記載の方法。
【００４３】
条項２０
順次加熱するステップが、複数のＳＭＡチューブを同心的に受容する複数のコイルに、同時に、高電流及び高周波の電力を提供すること、及び
加熱のために複数のＳＭＡチューブ内で渦電流を発生させることを含む、条項１５から１９の何れか一項に記載の方法。
【００４４】
ここで本開示の様々な実施形態を特許法で要求されるように詳しく説明してきたが、当業者は本明細書に開示された特定の実施形態への変形例および代替例を認識するだろう。上記変形例は、下記の請求項に定義された本発明の範囲および目的に含まれるものである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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８】
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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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