(57)【要約】本発明は、固定子（３）と回転子（４）とを備えるブラシレス多相同期電気モータ（２）から成るリニアアクチュエータに関する。前記回転子は、その回転子の回転運動を幾つかの回転にわたって直線移動に変換することが可能である駆動手段（５）を介して、制御要素（Ｏ）に作用する。本発明のアクチュエータは、モータ（２）に対する電力供給の中断の発生時に制御要素（Ｏ）を基準位置に系統的に戻すことが可能な弾性および／または磁性復元手段（２１）を備えることが好ましい。モータ（２）は、回転子（４）の位置の自動的な制御と調整、したがって、前記制御要素（Ｏ）の位置の自動的な制御と調整のために電子制御ユニットと共に使用される位置検出装置（２５、２５Ａ）を備える。
2006504906.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子（３）と回転子（４）とを含むブラシレス多相同期電気モータ（２）を備えるリニアアクチュエータであって、前記回転子（４）は、前記回転子の回転運動を幾つかの回転にわたって直線移動に変換することが可能であるように設計されている駆動手段（５）を介して、制御要素（Ｏ）に作用するリニアアクチュエータにおいて、
前記モータ（２）に対する電力供給の中断の発生時に前記制御ユニット（Ｏ）を基準位置に系統的に復元することが可能であるように設計されている弾性および／または磁性復元手段（２１）を含み、
前記モータ（２）は、電子制御ユニットとの組合せで、前記回転子（４）の位置の制御すなわち調整、したがって、前記制御要素（Ｏ）の位置の制御すなわち調整に寄与する位置検出装置（２５、２５Ａ）を含むことを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記弾性および／または磁性復元手段（２１）は、前記回転子（４）に対する作用によって、前記モータ（２）によって以前に前記制御要素（Ｏ）に与えられた何らかの位置から開始して前記制御要素（Ｏ）を前記基準位置に戻すことが可能であるように設計されている、前記回転子（４）の回転を制御するための少なくとも１つの弾性および／または磁性要素（２２）の形であることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記弾性および／または磁性復元手段（２１）は、前記モータ（２）によって以前に前記制御要素（Ｏ）に与えられた何らかの位置から開始して前記制御要素（Ｏ）を前記基準位置に戻すように、前記制御要素（Ｏ）に対して直接作用することが可能であるように設計されている弾性および／または磁性要素（２３）によって画定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記弾性および／または磁性復元手段（２１）は、前記回転子（２）の回転を制御する弾性および／または磁性要素（２２）と、前記モータ（２）によって以前に前記制御要素（Ｏ）に与えられた何らかの位置から開始して前記制御要素（Ｏ）を前記基準位置に戻すように前記制御要素（Ｏ）に対して直接作用する弾性および／または磁性要素（２３）との組合せの形に画定されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記回転子（４）の回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている前記駆動手段（５）は、反転可能なタイプとして設計されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記回転子（４）の回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている前記駆動手段（５）は、スクリューナットシステム（１４）によって画定されており、前記回転子（４）は、前記制御要素（Ｏ）を直接的または間接的に画定することが可能であるように設計されている同軸のねじ棒（１７、１７Ａ、１７Ｂ）と係合しているナット（１６）を、軸方向の穴（１５）の高さに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項７】
前記回転子（４）によって保持されている前記ナット（１６）は、前記固定子（３）のもとで螺旋運動によって動くことが可能であるように、および、適切な手段によって回転しないように不動化されている前記制御要素（Ｏ）にその直線移動を伝達することが可能であるように、固定されているねじ棒（１７Ｂ）上に可動的に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項８】
前記スクリューナットシステム（１４）は、低い摩擦係数を有するボールねじタイプであることを特徴とする請求項６または７に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項９】
前記回転子（４）の回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている前記駆動手段（５）は、タイプローラ（４０）およびカム（４１）のシステム（１４Ａ）の形をとり、かつ、前記ローラ（４０）は、前記回転子（４）によって直接的または間接的に回転させられる円形カム（４１）に沿って展開する前記制御要素（Ｏ）と組み合わされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１０】
前記回転子（４）の回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている前記駆動手段（５）は、前記制御要素（Ｏ）の平行移動を引き起こすことが可能な軸方向の滑動をピンの形のローラ（４０ａ）に与えるために速度差を伴って回転させられることが可能なように設計されている交差プロファイルを有する第１のカム（４１）と第２のカム（４１Ａ）とを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１１】
前記回転子（４）の回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている前記駆動手段（５）は、独立した反転可能な減速装置（４３）と組み合わされていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１２】
前記検出装置（２５）は、前記回転子（４）の前記磁極（７）を検出することが可能であるように前記モータ（３）の前記固定子（３）に一体化されている、ホールセンサ（２６）のような磁気感知要素から成ることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１３】
前記検出装置（２５Ａ）は、前記制御要素（Ｏ）と組み合わされている直線位置センサ（２７）から成ることを特徴とする請求項１２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１４】
前記モータ（２）は、交番方向に半径方向に磁化されたＮ対の回転子磁極７を含む回転子（４）を備え、Ｎは４以上でかつ３の倍数とは異なっており、前記固定子（３）は、４０°／Ｐだけ互いに間隔を置いたＰｘ９個の同一の磁極（８）を含み、前記固定子磁極（８）は、Ｗ字形回路を画定するように連続的に３×３にグループ分けされており、対応する位相（１０）の前記コイル（９）を前記中央固定子磁極が保持する３つの連続した固定子磁極（８）をグループ分けすること、および、各々が位相に対応する、２つのＷ字形回路の前記中央固定子磁極（８）は、互いに角度的に１２０°の間隔を置いていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子と回転子とを含み、および、この回転子が、この回転子の回転移動を幾つかの回転にわたって直線移動に変換することが可能であるように設計されている駆動手段を介して、制御要素に対して作用する、ブラシレス多相電気モータを備えるリニアアクチュエータに関する。
【０００２】
本発明は、ブラシレス多相電磁モータを一般的に含むリニアアクチュエータの分野に関する。このリニアアクチュエータは、例えば、ディーゼルエンジンの排出ガスの再循環装置の弁を制御するために、および、空気入口弁を制御するために必要であるような高速直線移動の形の制御が必要とされる場合に特に使用されている。
【背景技術】
【０００３】
今日では、こうした用途のために、回転運動を直線移動に変換するシステムを使用する電気ステッピングモータに基づいた直接駆動リニア電磁アクチュエータすなわちリニアアクチュエータが使用されており、このシステムは様々な形で具体化されることが可能である。特に、カムシステム、ピニオンラックシステム、および、スクリューナットシステムが公知である。
【０００４】
特に、ＤＥ−Ａ−１００  ０３  １２９から、固定子の磁極片の前方において回転子の外周部に交番極性磁石が設けられている回転子が備えられているステッピングモータを含むリニアアクチュエータが公知である。このリニアアクチュエータは、電子的スイッチングによってモータを制御することを可能にする少なくとも２つの電界コイルを含む。この固定子の軸方向長さに、回転子を取り囲むホールセンサが位置検出装置として備えられていることに留意しなければならない。
【０００５】
回転子に説明を戻すと、この回転子は、回転しないように不動化されたねじ棒に係合するタップ立てしたナットを内側かつ同軸に含む。
【０００６】
こうして、回転子の回転と、したがって回転子と一体であるナットの回転との作用によって、制御要素を実質的に形成するねじ棒の平行移動の形の運動が結果的に生じる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
多相モータを含むこの種のリニアアクチュエータによってもたらされる問題点が、モータの故障時には、給電の中断を原因とする場合にさえ、制御要素と、したがって、例えばその制御要素が作用する弁のような部品とが、故障の発生前にその制御要素と部品が達していた位置のまま残るということにある。したがって、その制御要素と部品が安全位置に戻らないので、このことは、この制御される部品が収まるユニットのレベルにおいてより深刻な故障を結果的に引き起こす可能性がある。
【０００８】
ディーゼルエンジンの排出ガスを再循環させる装置の弁の制御という特定の場合を例に挙げると、こうした故障発生時に排出ガスが再循環させられることを防止するためには、この弁がこの弁の弁座上で閉じた状態に維持されることが絶対に必要であるが、これは、そうでない場合には、エンジン自体の動作条件が変更されるからである。
【０００９】
したがって、ＵＳ−４  ５０１  ９８１に説明されているように、電源故障の発生時にねじ棒を基準位置に戻すことが可能な弾性復元手段を有するステッピングモータを含むこの種のアクチュエータに備えることが考案されている。この弾性復元手段は、ねじ棒に対して直接作用するコイルばねの形状をとることが可能であるが、この文献ＵＳ−４  ５０１  ９８１で説明されている第２の実施形態では、コイルばねが、電源故障の発生時に回転子の回転を制御してその制御要素をその基準位置に戻すように、回転子に対して作用することも可能である。
【００１０】
しかし、直流多相ステッピングモータが、回転子の磁化された磁極が固定子の磁極の前方に配置されている時、または、２つの磁極の間の移行部分がこの固定子磁極の前方に位置している場合には、回転子の磁化された磁極が特権的な平衡位置を有するので、応答時間の問題と、ぎくしゃくした動きとを生じさせる。
【００１１】
したがって、残留トルクは、磁極の数と固定子磁極の数とに周波数が依存する、角位置の周期関数である。
【００１２】
最後に、ステッピングモータは、要素の迅速な制御を確実なものにすることと、弾性復元作用によって要素が基準位置に容易に戻されることを可能にすることとの両方に関して、次の２つの種類の大きな欠点を有する。すなわち、
−  モータの電流がない時のトルクに相当する残留トルクが過大であり、基準位置への容易な復元を妨げ、
−  ステッピングモータの動作の原理が、課せられたシークエンスが適正に完了したかどうかを検査することが不可能であり、移動を制御することしか可能にしない。
この点に関して、ＦＲ−Ａ−２，７５４，９５３では、残留トルクが少ないブラシレス電子スイッチング多相モータが開示されている。特に、このモータの固定子部分は、中央の固定子磁極を取り囲む電気コイルを各々が有する少なくとも２つのＷ字形回路を有する。これらのＷ字形回路は、一方の中央固定子磁極が磁気移行部分の前方に位置している時に他方の中央固定子磁極が磁極の概ね前方に位置しているように、配置されている。２つのＷ字形回路のこれらの中央固定子磁極の磁極片は互いに異なる位相に属し、および、互いに１２０°だけ角度的に離れている。したがって、Ｗ字形固定子回路の形状は、コイルと両方の隣接した磁極とを受け入れる中央磁極の間の力線を閉じることを確実なものにする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
したがって、発明段階の枠組みの範囲内で、
−  モータに対する電力供給の中断の発生時に回転子が作用しなければならない制御要素を基準位置へ系統的に戻すことを可能にする弾性および／または磁性復元手段と、
−  電子制御ユニットとの組合せによって、回転子の位置の制御すなわち調整と、したがって制御要素の位置の制御すなわち調整とに寄与する位置検出装置と、
をブラシレス多相モータを含むこうしたリニア電気アクチュエータに組み合わせることが考案されている。
【００１４】
本発明の実施態様によれば、この弾性および／または磁性復元手段は、回転子の回転を制御するための少なくとも１つの弾性および／または磁性要素の形である。
【００１５】
アクチュエータが正常に動作する場合には、モータは、回転を制御するためのこうした弾性および／または磁性要素の逆向きの作用に抵抗しなければならないということが明らかである。したがって、モータは、一方の末端の位置から他方の末端の位置に、例えば弁の閉鎖位置からその弁の開放位置に制御要素を移動させることが可能であり、かつ、これと同時に、弾性および／または磁性要素によって与えられる抵抗トルクに対して対抗することが可能なだけの十分なトルクを生じさせるようなサイズにされなければならない。逆に言えば、モータは、この制御要素をその基準位置に系統的に戻すことが可能であるように設計されなければならない。
【００１６】
この点に関して、モータが低減した残留トルクを有するので、この弾性および／または磁性要素は、より低いトルクを与えなければならないということを指摘しておかなければならない。
【００１７】
さらに、回転子に対して直接作用するこの弾性および／または磁性要素の作用は、その維持トルク、すなわち、それが例えば弁のような制御される部品を開放位置に維持するために生じさせることが可能な連続トルクの視点から見ると、モータの性能も低減させるということも指摘しておかなければならない。
【００１８】
別の実施態様では、弾性復元手段は、制御要素に対して直接作用することが可能な少なくとも１つの弾性および／または磁性要素の形に設計されている。このことは、明らかに、回転子の回転運動を直線移動に変換するための駆動手段が反転可能であるということを含意する。現在では、ＦＲ−Ａ−２，７５４，９５３にスクリューナットユニットの形で説明されている最新技術に対応する単純な設計では、この駆動手段の可反転性は、この駆動手段が実現する減速に直接的に依存する。全体的に見て、伝達速度が大きければ大きいほど、弾性および／または磁性要素が制御要素に対する直接的な作用によってその制御要素を基準位置に戻すために発生させなければならない作動力が小さいだろう。この場合には、モータが、この制御要素に対して作用することが可能であるために、より大きいトルクを提供することが可能でなければならないということは明らかである。
【００１９】
したがって、第３の実施態様では、弾性および／または磁性復元手段は、両方とも同じ目的で作用する、回転子の回転を制御するための弾性および／または磁性要素と、制御要素に対して直接作用する別の弾性および／または磁性要素との組合せの形で考案されている。
【発明の効果】
【００２０】
さらに、こうした弾性および／または磁性要素の組合せが、回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている駆動手段の可動部品の境界面における接触圧力を最小化することを可能にするということも指摘されなければならず、この接触圧力はこれらの部品の間の摩擦係数を時間経過に伴って低下させ、この摩擦係数は運動の可反転性にも影響を与える。
【００２１】
本発明によって生じる別の利点は、１つまたは複数の弾性および／または磁性要素が、可動部品の間の機械的なバックラッシュを取り除くことに役立つということにあり、このことは、アクチュエータの動作騒音と、起動と停止との移行段階中の衝撃とを防止または低減させることを可能にする。
【００２２】
さらに、有利なことに、回転子の回転運動を直線移動に変換する駆動手段は、独立した反転可能な減速手段と組み合わされている。速度低減機能と運動変換機能とのこの分離は、運動変換機能を確実なものにするスクリューナットタイプまたは類似のタイプの螺旋システムのレベルにおいて大きなピッチを使用することを可能にする。この場合に、この減速装置は、その出力がその減速に関して実質的に一定不変であるので、個別にパラメータ化される。最後に、この機能の分離は、同じ減速に関して、螺旋システムだけを使用する場合よりも高い総合出力を実現する。
【００２３】
本発明のさらに別の目的と利点とが、次の説明の中で明らかにされるだろう。
【００２４】
この説明の理解が、添付図面を参照する時に、より容易化されるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
添付図面の図１および２とに示されているように、本発明は、固定子３と回転子４とから構成されているブラシレス多相直流電気モータ２を含むリニア電気アクチュエータ１に関し、回転子４は、この回転子４の回転運動を幾つかの回転にわたって直線移動５に変換することが可能であるように設計されている駆動手段５に作用する。
【００２６】
添付図面のこれらの図には、これらの駆動手段５の実施形態が示されているが、本発明がこの実施形態に限定されないということに留意しなければならない。特に、この駆動手段５は、本発明の枠組みと着想とから逸脱することなしに、カム、ピニオン、ラック等を有する装置の形をとることが可能である。
【００２７】
モータ２に説明を戻すと、その回転子４が、交番方向に半径方向に磁化されるＮ対の回転子磁極７を含むことが好ましく、このＮは４以上であり、かつ、３の倍数ではない。
【００２８】
さらに、電流がない状態において可能な限り小さい静磁気トルクを実現するために、固定子３は、互いに４０°／Ｐの間隔を置いたＰｘ９個の同一の磁極８を含むことが好ましく、この固定子磁極８は、３つの連続した固定子磁極をグループ化するＷ字形の回路で構成されている位相を画定するように、連続して３×３にグループ化されており、中央の固定子磁極８は、対応する位相１０のコイル９を保持する。
【００２９】
さらに、各々が位相に対応する２つのＷ字形回路の中央固定子磁極８は、互いに１２０°の角度の間隔が置かれている。
【００３０】
このモータ２はブラシレスタイプであり、すなわち、コイル９と、したがって位相１０とが合計で少なくとも２つであり、電子制御ユニット（図示せず）を介して電力を供給されている。
【００３１】
モータ２は、回転子４を回転状態に維持する軸受１２、１３をその端部の一方および／または他方に含むケーシング１１内に収容されている。
【００３２】
駆動手段５に説明を戻すと、この駆動手段５は、図１、２、３、４および６に示されているように、スクリューナットシステム１４によって画定されることが可能である。特に、図１、２、４および６に見ることができるように、回転子４は、軸方向の穴１５のレベルに、最終的にはその端部１８の少なくとも一方においてケーシング１１から外に出て行く同軸のねじ棒１７、１７Ａと係合させられているナット１６を保持する。したがって、固定子４によってこのねじ棒１７、１７Ａに生じさせられる直線移動によって、このねじ棒１７、１７Ａは、アクチュエータ１の制御要素Ｏを直接的または間接的に画定する。
【００３３】
図３に対応する実施形態では、回転子４によって保持されているナット１６が、固定されているねじ棒１７Ｂ上に移動可能な形で装着されている。したがって、モータ２の回転の制御中に、回転子４は、この目的のために延長された固定子３による螺旋運動にしたがって移動し、および、適切な手段によって回転しないように不動化されている制御要素Ｏにその直線運動を伝達する。
【００３４】
図１、２および３に対応するこれらの実施形態では、このスクリューナットシステム１４は、さらに、減速歯車の機能を確実なものにし、この場合には、このシステム１４はボールねじタイプであることが好ましい。
【００３５】
図５および７に対応する設計の枠組み内では、回転子４の回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されているこの駆動手段５は、タイプローラ４０とカム４１のシステム１４Ａの形態をとる。全体的に見て、制御要素Ｏに実質的に相当する幹部４２は、後述されるように回転子４によって直接的または間接的に回転させられる円形カム４１に沿って展開（ｅｖｏｌｖｅ）するローラ４０を保持する。
【００３６】
図８に対応する解決策が、制御要素Ｏの平行移動を引き起こすことが可能な軸方向の滑動をピンの形のローラ４０Ａに生じさせるために、この説明の中で後述されるように、互いに速度差を伴って回転させられることが可能であるように設計されている交差プロファイル（ｃｒｏｓｓｅｄ  ｐｒｏｆｉｌｅ）を有する第１の（一方の）カム４１と１つの第２のカム４１Ａとを含む駆動手段５を使用する。
【００３７】
この構成は、もっぱら直線的な形で移動する可能性が高いローラが押し当たる螺旋プロファイルを有するカムだけによって得られる出力よりも高い出力を有する。
【００３８】
特に、図１および２に対応する実施形態に説明を戻すと、このねじ棒１７は、基準位置において、回転子４の穴１５の中に挿入されているその端部１９によって、この穴１５を内側に含む肩部２０に突き当たる。
【００３９】
例えば、ディーゼルエンジンの排出ガスを再循環させる装置の弁の制御に対する適用の枠組み内においては、アクチュエータは、制御と、閉鎖位置からの始動と、弁の開放とを行うように意図されることが可能である。特に、この場合に、この閉鎖位置は基準位置に相当する。
【００４０】
示されている実施形態では、この基準位置はねじ棒１７の外側の位置に対応することが可能であり、したがって、モータ２に対する電力供給と回転子４によって生じさせられる回転とが、上記の例では前記弁の開放を制御するために、ねじ棒１７を回転子の穴１５の中に引き込むことを引き起こす。この位置は、モータの電力供給が維持される時にモータによって生じさせられる維持トルクによって維持されることが可能である。
【００４１】
本発明では、このリニア電気アクチュエータは、モータに対する電力供給の中断の発生時にその制御要素Ｏ（この場合には、ねじ棒１７）をその基準位置に復元するための弾性および／または磁性復元手段２１を組合せの形で含む。
【００４２】
実際には、この弾性および／または磁性復元手段２１は、制御要素Ｏの基準位置へのこの復元を確実なものにするために、回転子４の幾つかの回転を生じさせることが可能であるように画定されている。
【００４３】
この弾性および／または磁性復元手段２１は、前記制御要素Ｏがその基準位置から任意の位置に戻される時に強制される回転子４の回転を制御する弾性および／または磁性要素から成ることが可能であり、したがって、制御要素Ｏは、回転子４の回転によってこの同じ基準位置に戻されることが可能である。
【００４４】
この弾性および／または磁性復元手段２１は、さらに、もちろんモータ２に対する電力供給の中断時に、モータ２によって制御要素Ｏが以前に移動させられた任意の位置から前記制御要素Ｏを前記基準位置に戻すように前記制御要素Ｏに対して直接的に作用する弾性および／または磁性要素２３によって画定されることも可能である。
【００４５】
回転運動を回転子４に与えることが可能な弾性および／または磁性要素２２に説明を戻すと、この弾性および／または磁性要素２２は、図１および２に示されているように、ねじ棒１７の突き出した端部１８に対して反対側において、固定子３を超えて延びるこの回転子４の軸２４と係合しているコイルばねの形に画定されることが可能である。
【００４６】
このコイルばねの利点は、このコイルばねのサイズが小さいということと、小型のアクチュエータの場合に、必要とされる結果を得るために十分なトルクを生じさせることが可能であるということにある。特に、こうしたコイルばねは、幾つかの回転にわたって動作することが可能であり、アクチュエータの全動程距離にわたって実質的に一定不変の復元トルクを生じさせることさえ可能である。
【００４７】
この弾性要素が生じさせるべき復元トルクＣｏが、
Ｃｏ＞Ｃfriction＋Ｃresidual
であるようなトルクでなければならないということに留意しなければならない。
【００４８】
全体的に見て、このトルクは、摩擦によって生じさせられる抵抗トルクと、残留トルクすなわちモータ２に電流がない場合の静磁気トルクと、を克服することが可能でなければならない。したがって、それが可能な限り小さく、したがって上記で画定した通りのモータの設計が重要である。実際に、実際により大きい抵抗トルクに対抗することが可能であるように、より高い剛さの弾性および／または磁性要素を作ることが適切であるが、これに相関する形で、所望のアクチュエータの機能をモータが確実なものにすることを可能にするためだけでなく、さらに、この弾性要素によって必然的に与えられる抵抗トルクにモータが対抗するためにも、そのモータが画定されたトルクを生じさせることが可能であるように、モータをオーバサイズにすることが必要である。
【００４９】
ここではねじ棒１７である制御要素Ｏに直接作用する弾力性および／または磁性要素２３を使用する場合には、駆動機構５は、必ず反転可能なタイプでなければならない。
【００５０】
ねじ棒１７とナット１６である上述のシステムの場合には、ピッチの選択のための判定基準は次式の通りであり、
Ｐ＞μπＤｉａ
ここでｐはピッチであり、Ｄｉａはねじの平均直径であり、μはねじ棒１７とナット１６との間の摩擦係数である。
【００５１】
こうした運動変換システムでは、可反転性を実現するために必要な軸方向の力Ｆが、次式の通りであり、
Ｆ＞２πＣ／ｐη’
ここで、Ｃ：  電流なしの動作における残留トルク（電流がない場合の静磁気トルク＋軸受における摩擦トルク）、
η’：  ねじの回転に対する平行移動の出力
である。
【００５２】
この場合にも、可反転性のために必要な力を最小化するためには、電流がない場合の静磁気トルクが可能な限り小さいことも重要であるが、出力η’も最大化されなければならない。実際に、この出力は、このように最小化されなければならない摩擦係数の関数である。次に、時間の経過に応じて、および、ねじ棒とナットとの間の境界面における接触圧力の作用によって、この摩擦係数μは低下させられ、反転可能であることを可能にはしない。
【００５３】
したがって、図１および２とに示されている通りの好ましい実施形態の枠組み内では、アクチュエータは、弾性および／または磁性復元手段２１として、制御要素Ｏをその基準位置に戻すように回転子が規定された方向に回転することを引き起こすことが可能な弾性および／または磁性要素と、この目的のためにこの制御要素Ｏに直接作用することが可能な弾性および／または磁性要素２３との両方を含む。
【００５４】
螺旋システムの特性、特に、スクリューナットシステム１４の特性は、このシステムがねじれ角に応じて変化する出力を有するということである。したがって、小さい角度を伴う高い減速係数（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）が求められる場合には、このことは、アクチュエータの弾性復元機能に関して非常に過酷である低い直接出力と特に反転出力とを結果的に生じさせる。
【００５５】
図３に定義されている通りの解決策が、この低い出力に部分的に対処することを可能にする。実際には、この場合に、スクリューナットシステム１４は回転防止機能を必要とせず、および、モータ４に連結されているナット１６は、固定されたねじ棒１７Ｂ上を螺旋運動を描いて進み、単一の軸受を介して出口軸０に平行移動を伝達する。
【００５６】
さらに、独立した反転可能な減速装置４３を前記駆動手段５に組み合わせることによって、運動変換機能と減速機能とを少なくとも部分的に区別することが、有利なことに考案されている。
【００５７】
図４および５から見てとれるように、この反転可能な減速装置は、図４の実施形態ではねじ棒１７に係合しているナット１６に対して回転子４がそれを介してアタックする遊星歯車４４の形をとることが可能であり、このねじ棒１７は、大きなピッチを有し、したがって完全に反転可能であるように設計されている。図５による設計では、ローラ４０とカム４１とから構成されているシステム１４Ａが使用されている。
【００５８】
図６〜８では、この減速装置４３は、図６の場合には、回転子４によって保持されているナット１６と、制御要素Ｏの平行移動と自由回転とにおいて一体であるナット１７Ａとの間に回転速度差を生じさせる差動歯車４５の形である。
【００５９】
図７の事例では、差動歯車４５は、回転子４によって保持されているカム４１と、この差動歯車４５の出口軸４６と一体であるローラ４０との間に挿入されている。この場合も、この出口軸４６は制御要素Ｏの平行移動と自由回転とにおいて一体である。
【００６０】
これらの様々なアーキテクチャでは、運動の変換を行う２つの部品の間の差動歯車は、小さいサイズにおいて、大きなかつ常に反転可能な減速を行うことが可能であるという利点を有する。
【００６１】
この差動減速歯車４５の原理は、
−  図６の場合には、ねじ１７Ａとナット１６、
−  図７の場合には、ローラ４０とカム４１、
である、運動変換を行うことを可能にする両方の手段を、互いに異なっているが互いに近い速度で駆動することにある。
【００６２】
明らかであるが、両方の運動変換要素の速度が互いに近ければ近いほど、差動歯車によって得られる減速が大きい。
【００６３】
図８によるアーキテクチャでは、回転子４は、第１のカム４１の回転を制御すると共に、差動歯車４５を介して、逆のプロファイルを有する第２のカム４１Ａを制御する。これらのカム４１、４１Ａの速度差が、制御要素Ｏに再伝達される軸方向の運動をピンの形のローラ４０に与える。
【００６４】
後者の場合には、運動の変換は、３つの異なる要素、すなわち、互いに逆のプロファイルであるカム４１およびカム４１Ａの両方と、復元ばねの作用によって２つの螺旋に押し当てられているピン４０とによって実現される。
【００６５】
ピン４０はカム４１によって駆動され、他方のカム４１Ａによって保持され、その結果として、ピン４０の平行移動と回転運動とが引き起こされ、この回転は、前記カムの速度とは異なっている。
【００６６】
その次に、このピン４０の運動は、アクチュエータの出口において必要とされる平行移動だけを保つように、ピボット連結を介して制御要素Ｏに伝達されることが可能である。
【００６７】
２つの螺旋による運動変換が運動の固有の減速を生じさせるということを指摘することが重要である。
【００６８】
実際に、ピン４０が、カム４１、４１Ａに対応する２つの螺旋プロファイルに沿って展開するので、特定の軸方向移動を生じさせるためには、図８に示されているシステムにおいては、図７に示されている１つのカムを有するシステムの場合に必要とされる相対回転よりも大きい、これらのカム４１、４１Ａの相対回転が必要とされる。
【００６９】
したがって、図８の事例では、２つの螺旋プロファイルの使用に特有である更なる追加の減速が加えられる、差動減速歯車によって生じさせられる運動の減速がある。
【００７０】
さらに、この変換方法は、ピンによって画定されるローラの回転を妨げることを回避することを可能にし、これは従来の螺旋システムと反対である。したがって、この変換方法は、このタイプの妨害が通常生じさせる摩擦を原因とする損失を回避し、および、したがって、その機械的出力は増大させられる。
【００７１】
最後に、この運動変換は、
−  １つの螺旋プロファイルまたはスクリューナットをだけしか持たない従来のシステムによって得られる回転変換よりも大きい回転変換、
−  これらの従来のシステムよりも高い出力、
という利点を有する。
【００７２】
図８に示されている設計は、差動駆動と２つの螺旋による変換というこれら２つの着想が容易に組み合わされることが可能であり、かつ、運動の減速と出力とコンパクト性とに関して興味深いアクチュエータを実現することを可能にするということを指摘することを可能にする。
【００７３】
本発明が、駆動手段５であろうと減速装置４３であろうと、これらの様々な実施形態に限定されないということが、明確に言明される。
【００７４】
図１および２は、主としてその別々の位置検出装置２５、２５Ａにおいて異なっている本発明の実施形態に相当する。
【００７５】
したがって、第１の実施形態では、この装置２５は、図１に示されているように、公知の仕方で固定子３に一体化されており、かつ、モータ２の内側で回転子４の磁極を検出することが可能なように設計されている、ホールセンサ２６のような磁気感知要素から成る。したがって、モータ２の形状を知ることによって、および、電子制御ユニットのおかげで、これらのホールセンサ２６によって送られる信号が、モータ２の角位置を得ることと、追加の位置センサまたはエンコーダを使用することなしに位置をプリセット値に制御すなわち調整することとを可能にする。
【００７６】
自動スイッチング信号を位置測度として使用することによる直線位置決めの解決策が、関連した用途にとって不十分である場合には、図２に示されているような直線位置センサ２７が位置検出装置２５Ａとして使用されることが可能である。この場合には、直線位置が、機械的停止によって設定される基準位置に関して発見される。さらに、直線位置とアクチュエータの形状とを知ることによって、モータの回転子４の角位置が得られることが可能であり、および、したがってこの場合にはホールセンサを全く使用せずに、位相に対する電流供給の切り換えが起こることが可能である。
【００７７】
特に、この図２に示されている実施形態では、制御要素Ｏを画定するねじ棒１７が、ＷＯ−９３．２３７２０に開示されている非接触電磁タイプの位置センサのような非接触電磁タイプの前記位置センサ２７と協働するために、その一方の端部１８の反対側の端部１９の側で回転子４を通過し、より厳密に制御要素として作用する。
【００７８】
特に、このセンサ２７は、ねじ棒１７の延長部分に位置しておりかつその端部１９においてねじ棒１７と一体化されている永久磁石２８を含む。この磁石２８は固定子２９とヨーク３０との間を移動する。アナログホールセンサ３１がヨーク３０内に設けられている測定ギャップの中に配置されている。したがって、ねじ棒１７の直線位置に応じて、したがって、磁石２８の直線位置に応じて、ホールセンサ３１が測定ギャップ内の磁界の変動を検出する。その次に、ホールセンサ３１は直線位置信号を送る。
【００７９】
当然のことながら、さらに別のタイプの位置検出装置が、本発明によるリニア電気アクチュエータとの組合せの形で想定されることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明による多相モータを有するリニア電気アクチュエータの概略的な軸方向断面図である。
【図２】直線位置センサを含む第２の実施形態を示す、図１と同様の概略的な軸方向断面図である。
【図３】ねじ棒の形に画定されている回転子の軸の上にその回転子がナット状に嵌合されている第３の実施形態を示す断面図である。
【図４】遊星歯車の形の減速歯車と、スクリューナットシステムの形において回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている駆動手段とを含む、アクチュエータの動作の略図である。
【図５】駆動手段が、ローラとカムの形において回転運動を直線移動に変換することが可能なように設計されている、図４と同様の略図である。
【図６】差動歯車の形の減速歯車と、スクリューナットシステムの形において回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている駆動手段とを含む、アクチュエータの動作の略図である。
【図７】手段が、ローラとカムの形において回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている、図６と同様の略図である。
【図８】交差プロファイルを含み、かつ、その相対的な回転が、制御要素の平行移動を引き起こすピンの形のローラの滑動を差動歯車を介して生じさせる２つのカムを有することを除いて、図７の設計と一致する実施形態の略図である。
【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８】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年10月2日(2003.10.2)
【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】
固定子（３）と回転子（４）とを含むブラシレス多相同期電気モータ（２）を備えるリニアアクチュエータであって、前記回転子（４）は、前記回転子の回転運動を幾つかの回転にわたって直線移動に変換することが可能であるように設計されている駆動手段（５）を介して、制御要素（Ｏ）に作用するリニアアクチュエータにおいて、
前記モータ（２）に対する電力供給の中断の発生時に前記制御ユニット（Ｏ）を基準位置に系統的に復元することが可能であるように設計されている弾性および／または磁性復元手段（２１）を含み、
前記モータ（２）は、電子制御ユニットとの組合せで、前記回転子（４）の位置の制御すなわち調整、したがって、前記制御要素（Ｏ）の位置の制御すなわち調整に寄与する位置検出装置（２５、２５Ａ）を含み、
前記回転子（４）の回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている前記駆動手段（５）は、独立した反転可能な減速装置（４３）と組み合わされていることを特徴とするリニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記弾性および／または磁性復元手段（２１）は、前記回転子（４）に対する作用によって、前記モータ（２）によって以前に前記制御要素（Ｏ）に与えられた何らかの位置から開始して前記制御要素（Ｏ）を前記基準位置に戻すことが可能であるように設計されている、前記回転子（４）の回転を制御するための少なくとも１つの弾性および／または磁性要素（２２）の形であることを特徴とする請求項１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記弾性および／または磁性復元手段（２１）は、前記モータ（２）によって以前に前記制御要素（Ｏ）に与えられた何らかの位置から開始して前記制御要素（Ｏ）を前記基準位置に戻すように、前記制御要素（Ｏ）に対して直接作用することが可能であるように設計されている弾性および／または磁性要素（２３）によって画定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記弾性および／または磁性復元手段（２１）は、前記回転子（２）の回転を制御する弾性および／または磁性要素（２２）と、前記モータ（２）によって以前に前記制御要素（Ｏ）に与えられた何らかの位置から開始して前記制御要素（Ｏ）を前記基準位置に戻すように前記制御要素（Ｏ）に対して直接作用する弾性および／または磁性要素（２３）との組合せの形に画定されていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
前記回転子（４）の回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている前記駆動手段（５）は、反転可能なタイプとして設計されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記回転子（４）の回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている前記駆動手段（５）は、スクリューナットシステム（１４）によって画定されており、前記回転子（４）は、前記制御要素（Ｏ）を直接的または間接的に画定することが可能であるように設計されている同軸のねじ棒（１７、１７Ａ、１７Ｂ）と係合しているナット（１６）を、軸方向の穴（１５）の高さに含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項７】
前記回転子（４）によって保持されている前記ナット（１６）は、前記固定子（３）のもとで螺旋運動によって動くことが可能であるように、および、適切な手段によって回転しないように不動化されている前記制御要素（Ｏ）にその直線移動を伝達することが可能であるように、固定されているねじ棒（１７Ｂ）上に可動的に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項８】
前記スクリューナットシステム（１４）は、低い摩擦係数を有するボールねじタイプであることを特徴とする請求項６または７に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項９】
前記回転子（４）の回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている前記駆動手段（５）は、タイプローラ（４０）およびカム（４１）のシステム（１４Ａ）の形をとり、かつ、前記ローラ（４０）は、前記回転子（４）によって直接的または間接的に回転させられる円形カム（４１）に沿って展開する前記制御要素（Ｏ）と組み合わされていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１０】
前記回転子（４）の回転運動を直線移動に変換することが可能であるように設計されている前記駆動手段（５）は、前記制御要素（Ｏ）の平行移動を引き起こすことが可能な軸方向の滑動をピンの形のローラ（４０ａ）に与えるために速度差を伴って回転させられることが可能なように設計されている交差プロファイルを有する第１のカム（４１）と第２のカム（４１Ａ）とを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１１】
前記検出装置（２５）は、前記回転子（４）の前記磁極（７）を検出することが可能であるように前記モータ（３）の前記固定子（３）に一体化されている、ホールセンサ（２６）のような磁気感知要素から成ることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１２】
前記検出装置（２５Ａ）は、前記制御要素（Ｏ）と組み合わされている直線位置センサ（２７）から成ることを特徴とする請求項１１に記載のリニアアクチュエータ。
【請求項１３】
前記モータ（２）は、交番方向に半径方向に磁化されたＮ対の回転子磁極７を含む回転子（４）を備え、Ｎは４以上でかつ３の倍数とは異なっており、前記固定子（３）は、４０°／Ｐだけ互いに間隔を置いたＰｘ９個の同一の磁極（８）を含み、前記固定子磁極（８）は、Ｗ字形回路を画定するように連続的に３×３にグループ分けされており、対応する位相（１０）の前記コイル（９）を前記中央固定子磁極が保持する３つの連続した固定子磁極（８）をグループ分けすること、および、各々が位相に対応する、２つのＷ字形回路の前記中央固定子磁極（８）は、互いに角度的に１２０°の間隔を置いていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ。
【国際調査報告】
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