(57)【要約】      （修正有）【課題】  電動アクチュエータの信頼性を向上する。  【解決手段】  電動アクチュエータは、ねじを切ったねじラムを駆動するための２つ以上の電動モータを含む。各モータは、ねじを切ったねじラムと係合するねじを切ったローラねじを駆動する電気子を有する。各モータの各電気子は、独立してラムと係合可能および／または係合解除可能である。モータ電気子は、ねじを切ったローラねじにより係合可能および係合解除可能であり、その端部には、それらがねじを切ったラムとの係合から持ち上げられるように、または下げられて係合することができるように、テーパが設けられる。【選択図】図２
2007159323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動リニアアクチュエータであって、
中心軸と外側ねじ切り表面とを有する出力ラム（以降、「出力ラム」）と、
そこを通って前記出力ラムが引出しおよび引込みされる第１の開口を有するハウジングと、
前記ハウジング内に固定される第１の電動モータ（以降「第１のモータ」）とを含み、前記第１のモータは、第１の固定子と、前記第１の固定子内の、前記出力ラムの軸を中心として回転する第１の電気子とを提供し、前記第１の電気子は出力ラム軸に沿ったその軸方向の移動が防止されながら出力ラム軸を中心としたその回転が可能にされる態様で担持され、前記第１の電気子の回転は、前記第１の電気子が前記出力ラムのねじ切り表面と係合する場合に前記出力ラムを前記ハウジングへ引込みまたは前記ハウジングから引出し、前記リニアアクチュエータはさらに、
前記ハウジング内に固定され前記電動モータに隣接する第２の電動モータ（以降「第２のモータ」）をさらに含み、前記第２のモータは前記出力ラムを中心とする第２の固定子と、前記第２の固定子内の、前記出力ラムの軸を中心として回転する第２の電気子とを提供し、前記第２の電気子は出力ラム軸に沿ったその軸方向の移動が防止されながら出力ラム軸を中心としたその回転が可能にされる態様で担持され、前記第２の電気子の回転は、前記第２の電気子が前記出力ラムのねじ切り表面と係合する場合に前記出力ラムを前記ハウジングへ引込みまたは前記ハウジングから引出し、前記リニアアクチュエータはさらに、
前記第１の電気子および前記第２の電気子のうちの少なくとも１つと動作可能に結合され、故障があれば前記出力ラムから対応の電気子を切離す電気子解放機構を含む、電動リニアアクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の電気子および前記第２の電気子の両方が、前記出力ラムのねじ切り表面と初期には係合され、
前記電気子解放機構は、対応のモータの故障の際に対応の電気子を切離す、請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項３】
前記第１の電気子および前記第２の電気子のうちの１つが、前記出力ラムのねじ切り表面と初期には係合され、
前記電気子解放機構は、対応のモータの故障の際に、係合された電気子を切離し、
他方の電気子が前記出力ラムのねじ切り表面と係合された後で、少なくとも１つの電気子解放機構が先に係合された電気子を切離す、請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項４】
前記電気子解放機構は、少なくとも１つの電気子係合機構に置き換えられ、前記電気子係合機構は、前記第１の電気子および前記第２の電気子のうちの少なくとも１つと動作可能に結合され、かつ対応の電気子を前記出力ラムのねじ切り表面と係合させる、請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項５】
前記ハウジング内に固定される第３の電動モータ（以降、「第３のモータ」）をさらに含み、前記第３のモータは前記出力ラムを中心とする第３の固定子と、前記第３の固定子内の、前記出力ラムの軸を中心として回転する第３の電気子とを提供し、前記第３の電気子は出力ラム軸に沿ったその軸方向の移動が防止されながら出力ラム軸を中心としたその回転が可能にされる態様で担持され、前記第３の電気子の回転は、前記第３の電気子が前記出力ラムのねじ切り表面と係合する場合に前記出力ラムを前記ハウジングへ引込みまたは前記ハウジングから引出し、前記リニアアクチュエータはさらに、
前記第１の電気子、前記第２の電気子および前記第３の電気子のうちの少なくとも１つ
と動作可能に結合され、前記出力ラムから対応の電気子を切離す少なくとも１つの電気子解放機構を含む、請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項６】
前記第１の電気子および前記第２の電気子は、出力ラム軸と実質的に平行な軸を有して出力ラム軸に沿ったその軸方向の移動が防止されながら出力ラム軸を中心としたその回転が可能にされるように担持されるローラねじを含み、前記ローラねじは、少なくとも１つのローラねじの回転が前記出力ラムをアクチュエータハウジングへ引込むかまたはアクチュエータハウジングから引出すように、前記出力ラムのねじ切り表面と嵌め合いかつ解放可能に係合するらせん状ねじを有する、請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項７】
前記円筒状出力ラムは、前記ハウジングに対し遠位である出力端を有し、前記電動リニアアクチュエータはさらに、
前記出力ラムの前記出力端に結合された、
その直線変位が機械部品の回転を引き起こすジャーナルと、
飛行機の制御面と、
車両のための操縦可能ホイールと、
リフトと、
ドアと、
のうちの、少なくとも１つを含む、請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項８】
前記第１のモータおよび前記第２のモータはＤＣモータである、請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項９】
前記第１のモータおよび前記第２のモータは可逆ＡＣモータである、請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項１０】
前記第１のモータおよび前記第２のモータはステッパモータである、請求項１に記載の電動リニアアクチュエータ。
【請求項１１】
電動リニアアクチュエータであって、
中心軸と、らせん状ねじ山により外接された外側表面とを有する円筒状出力ラム（出力ラム）と、
そこを通って前記出力ラムが引出しおよび引込みされる第１の開口を有するハウジングと、
前記ハウジング内に固定される第１の電動モータ（以降「第１のモータ」）とを含み、前記第１のモータは前記出力ラムを中心とする第１の固定子と、前記第１の固定子内の、前記出力ラムの軸を中心として回転する第１の電気子とを提供し、前記第１の電気子は前記らせん状ねじ山と回転可能に係合するが前記出力ラム軸に沿って軸方向に移動はしない第１のローラねじを含み、それにより前記第１の電気子の回転は前記出力ラムのらせん状ねじ山において前記第１のローラねじを回転させ、それにより前記出力ラムを前記ハウジングへ引込みまたは前記ハウジングから引出し、前記リニアアクチュエータはさらに、
前記ハウジング内に固定される第２の電動モータ（以降「第２のモータ」）をさらに含み、前記第２のモータは前記出力ラムを中心とする第２の固定子と、前記出力ラムの軸を中心として回転する前記第２の固定子内の第２の電気子とを提供し、前記第２の電気子は、前記らせん状ねじ山と回転可能に係合するが前記出力ラム軸に沿って軸方向に移動はしないローラねじを含み、それにより前記第２の電気子の回転は前記出力ラムのらせん状ねじ山において前記第２のローラねじを回転させ、それにより前記出力ラムを前記ハウジングへ引込みまたは前記ハウジングから引出し、前記リニアアクチュエータはさらに、
前記第１のローラねじおよび前記第２のローラねじのうちの少なくとも１つと動作可能に結合され、対応のモータの故障の際に前記出力ラムのらせん状ねじ山から対応の電気子
を切離す電気子解放機構を含む、電動リニアアクチュエータ。
【請求項１２】
航空機であって、
ａ）アクチュエータによって制御可能である飛行面（flight surface）を各々が有する２つの翼と、
ｂ）前記２つの翼が装着される胴体と、
ｃ）アクチュエータによって制御可能である飛行面を少なくとも１つ有する、前記胴体に装着される尾部と、
ｄ）前記２つの翼と、前記胴体と、前記尾部とのうちの少なくとも１つに結合される少なくとも１つのエンジンと、
ｅ）前記アクチュエータによって制御可能である飛行面のうちの少なくとも１つに動作可能に結合される、電動故障許容性を有するアクチュエータ（「アクチュエータ」）とを含み、前記アクチュエータは、
ｉ）中心軸と、らせん状ねじ山によって外接される外側表面とを有する出力ラムと、
ｉｉ）そこを通って前記出力ラムが引出しおよび引込みされる第１の開口を有するハウジングと、
ｉｉｉ）前記ハウジング内に固定される第１の電動モータ（以降、「第１のモータ」）とを含み、前記第１のモータは前記出力ラムを中心とする第１の固定子と、前記固定子内の、前記出力ラムの軸を中心として回転する第１の電気子とを提供し、前記第１の電気子は出力ラム軸に沿ったその軸方向の移動が防止されながら出力ラム軸を中心としたその回転が可能にされる態様で担持され、前記第１の電気子の回転は、前記第１の電気子が前記出力ラムのらせん状ねじ山と係合する場合に前記出力ラムを前記ハウジングへ引込みまたは前記ハウジングから引出し、前記アクチュエータはさらに、
前記ハウジング内に固定される第２の電動モータ（以降、「第２のモータ」）とを含み、前記第２のモータは前記出力ラムを中心とする第２の固定子と、前記固定子内の、前記出力ラムの軸を中心として回転する第２の電気子とを提供し、前記第２の電気子は出力ラム軸に沿ったその軸方向の移動が防止されながら出力ラム軸を中心としたその回転が可能にされる態様で担持され、前記第２の電気子の回転は、前記第２の電気子が前記出力ラムのらせん状ねじ山と係合する場合に前記出力ラムを前記ハウジングへ引込みまたは前記ハウジングから引出し、前記アクチュエータはさらに、
前記第１の電気子および前記第２の電気子のうちの少なくとも１つと動作可能に結合され、前記モータのうちの１つの予め定められた条件の存在下で前記出力ラムから対応の電気子を切離す電気子解放機構を含む、航空機。
【請求項１３】
車両であって、
ａ）シャーシと、
ｂ）前記シャーシに結合される少なくとも１つの操縦可能ホイールと、
ｃ）前記少なくとも１つの操縦可能ホイールに動作可能に結合される、電動故障許容性を有するアクチュエータ（「アクチュエータ」）とを含み、前記アクチュエータは、
ｉ）中心軸と、らせん状ねじ山によって外接される外側表面とを有する出力ラムと、
ｉｉ）そこを通って前記出力ラムが引出しおよび引込みされる第１の開口を有するハウジングと、
ｉｉｉ）前記ハウジング内に固定される第１の電動モータ（以降、「第１のモータ」）とを含み、前記第１のモータは前記出力ラムを中心とする第１の固定子と、前記固定子内の前記出力ラムの軸を中心として回転する第１の電気子とを提供し、前記第１の電気子は出力ラム軸に沿ったその軸方向の移動が防止されながら出力ラム軸を中心としたその回転が可能にされる態様で担持され、前記第１の電気子の回転は、前記第１の電気子が前記出力ラムのらせん状ねじ山と係合する場合に前記出力ラムを前記ハウジングへ引込みまたは前記ハウジングから引出し、前記アクチュエータはさらに、
前記ハウジング内に固定される第２の電動モータ（以降、「第２のモータ」）を含み、
前記第２のモータは前記出力ラムを中心とする第２の固定子と、前記固定子内の前記出力ラムの軸を中心として回転する第２の電気子とを提供し、前記第２の電気子は出力ラム軸に沿ったその軸方向の移動が防止されながら出力ラム軸を中心としたその回転が可能にされる態様で担持され、前記第２の電気子の回転は、前記第２の電気子が前記出力ラムのらせん状ねじ山と係合する場合に前記出力ラムを前記ハウジングへ引込みまたは前記ハウジングから引出し、前記アクチュエータはさらに、
前記第１の電気子および前記第２の電気子のうちの少なくとも１つと動作可能に結合され、前記モータのうちの１つの予め定められた条件の存在下で前記出力ラムから対応の電気子を切離す電気子解放機構を含む、車両。
【請求項１４】
リニアアクチュエータに故障許容性を与える方法であって、
少なくとも第１および第２の電動モータを用いて出力ラムを駆動するステップと、
第１のモータの故障の際に、前記第１のモータを前記出力ラムから機械的に切離すステップと、
前記第２のモータを用いて前記アクチュエータの操作を続行するステップとを含む、方法。
【請求項１５】
リニアアクチュエータに故障許容性を与える方法であって、
第１のモータを用いて出力ラムを駆動するステップと、
第１のモータの故障時に、前記第１のモータを前記出力ラムから機械的に切離すステップと、
第２のモータを前記出力ラムに結合するステップと、
前記第２のモータを用いて前記アクチュエータの操作を続行するステップとを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
この発明は、アクチュエータに関する。「アクチュエータ」は、Merriam-Webster's Collegiate Dictionary第１０版に、何かを移動させるかまたは制御するための機械的装置として定義されている。アクチュエータは、無数の機能を実行して多くの現代の利器を利用可能にする。
【背景技術】
【０００２】
たとえば航空機は、飛行するためにアクチュエータを必要とする。各翼のフラップ、スポイラおよび補助翼は各々アクチュエータを必要とする。尾部のアクチュエータは方向舵および昇降舵を制御する。胴体のアクチュエータは着陸装置格納部を覆うドアを開閉する。アクチュエータは着陸装置を昇降させる。各エンジンのアクチュエータは推力逆転装置を制御し、それにより航空機は減速する。
【０００３】
航空機における用途に加えて、アクチュエータはコンピュータディスクドライブにおいて読出／書込ヘッドの場所を制御するために用いられ、それによりデータがディスクに格納されかつディスクから読出される。アクチュエータはロボットにおいて、すなわち自動化された工場において製品を組み立てるために用いられる。アクチュエータは車両のブレーキを操作し、ドアを開閉し、鉄道ゲート（railroad gates）を昇降させ、かつ他の無数の日常の仕事を実行する。
【０００４】
先行技術のアクチュエータは、２つの包括的カテゴリに分類される。すなわち油圧式と電動式とであり、これら２つのカテゴリ間の相違は移動または制御が行なわれる動力にある。油圧アクチュエータは、加圧された圧縮できない作業流体、通常は油を必要とする。電動アクチュエータは電動モータを用い、そのシャフトの回転が何らかの伝動装置を用いて直線変位を生じさせる。
【０００５】
油圧アクチュエータの問題とは、加圧された作業流体を分配し制御するために必要とされる配管である。航空機においては、高圧作業流体をもたらすポンプと作業流体の経路を定めるための配管とは、重量を増加させ、かつ油圧ラインが注意深く経路決めされなければならないので設計の複雑性を増大させる。
【０００６】
電気エネルギによって動力を受け制御される電動アクチュエータは、動作および制御のためにワイヤしか必要ではないが、先行技術の電動アクチュエータの問題とはその信頼性である。電動モータの巻線は熱および水から損傷を受けやすい。モータシャフトの軸受は摩耗する。モータと負荷との間にあり、油圧アクチュエータに用いられるピストンおよびシリンダよりも生来的に複雑である伝動装置もまた、障害を起こしやすい。電動アクチュエータが油圧アクチュエータに対し利点を有するものの、向上した信頼性を提供する電動アクチュエータは先行技術に対する改良となろう。故障許容性、すなわち１つ以上の構成要素の障害または故障を被りながら作業しつづける能力は、先行技術の電動アクチュエータに対する改良をもたらすであろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
故障許容性を有する電動アクチュエータは、同じハウジング内の２つ以上の独立した統
合モータモジュールを用いて、ハウジングから引出しおよびハウジングへ引込まれ得る出力ラムを駆動し、該ハウジングは、該ラムを該ハウジングへ引込みおよび該ハウジングから引出すよう駆動する電動モータモジュールを封入する。統合モータモジュール（図２）は、係合したまたは能動のローラ・ねじ・ナットアセンブリのための駆動機能をもたらす１つ以上の電動モータ電気子／界磁ユニットからなるユニットとして規定される。ローラ・ねじ・ナットアセンブリ（図２Ａ）は、らせん状にねじを切ったローラからなり、ナットアセンブリが共通のねじシャフトに直接結合される。ラムの外側表面にはねじが切られている。出力ラムにねじが切られているので、該ラムはそのねじ山に係合する１つ以上の「駆動ナット」の回転によりハウジング内外へ移動されることが可能であり、該駆動ナットはそれら自体回転するが横方向に固定されており、それにより該駆動ナットの回転につれて出力ラムが横方向に移動する。
【０００８】
「駆動ナット」は、モータの電気子の一部を構成しかつ出力ラムのねじ山と係合するローラねじによりもたらされる。この「駆動ナット」が回転すると、その回転は出力ラムを平行移動させる、すなわちハウジングの中または外へ移動させる。信頼性および故障許容性は、多数のモータと、各モータを別々に係合解除可能および／または係合可能にする各モータ内の駆動ナット電気子とによりもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
好ましい実施例の詳細な説明
図１は、電動の故障許容性を有する電動アクチュエータ１０の好ましい実施例の断面図である。
【００１０】
簡単に説明すると、アクチュエータ１０は円筒形状ハウジング２０からなり、これは出力ラム１２を駆動可能である２つ以上の（３つが図示される）統合電動モータモジュール２４、３０および３４を封入し、該出力ラム１２の外側表面１６にはらせん状にねじが切られている。出力ラム１２の表面のらせん状ねじ山１８（「ねじ山」とも称する）は、ハウジング内の１つ以上の相補的「駆動ナット」に通され、該駆動ナットは、ねじを切った出力ラム１２と係合し、かつ出力ラム１２を中心として回転可能であるがハウジング内に横方向を固定される、すなわちそれらは出力ラム１２の長さに沿っては移動できない。出力ラムの端部（図１には示さず）が航空機の操縦面のような機械に接続されると、ラム１２の横方向移動運動が、該出力ラム１２の結合された機械を操作または制御する。
【００１１】
出力ラム１２は、ねじ切り表面１６と係合する上記「駆動ナット」の少なくとも１つの回転方向を制御するだけで、ハウジングから引出されかつハウジング内に引込まれ得る。駆動ナット回転方向は、出力ラム１２を駆動するモータ２４、３０および３４の界磁巻線２６に与えられる電力によって容易に変更される。
【００１２】
より特定的には、ラム１２はそれが円筒状に形成されているために、中心軸１４を有する。その外側表面１６は、その外側表面１６にらせん状ねじ山またはねじ山１８を有し、それによりラム１２はボルトまたはねじのように「ねじが切られている」とみなすことができる。ラム１２外側表面１６におけるらせん状「ねじ山」１８は、出力ラム１２のねじ山１８とハウジング２０における回転する「駆動ナット」とを係合させることにより、ラム１２が軸方向に移動できるようにし、該駆動ナットは軸１４を中心として回転しねじ山１８と係合するよう構成され配置されるがハウジング２０内に横方向が固定されている、すなわち出力ラム１２の軸１４に沿っては移動できない。ねじ山１８のピッチは、ラムの速度（すなわち、それが軸方向に移動する速度）および駆動モータ２４、３０および３４が「受ける（seen）」負荷に影響を与える。
【００１３】
図１に示されるように、ハウジング２０は、該ハウジングの一方端に少なくとも１つの
開口２２を有し、その中を通って出力ラム１２が引出されまたは引込まれて機械または機械部品（図１には示さず）を制御または移動させることができる。図７に示す少なくとも１つの代替的な実施例においては、該実施例は複動出力ラム１２を必要とするが、ハウジング２０は第１の開口２２と対向する第２の開口を有する。図７の実施例を実現するために必要とされる第２の開口は、簡略化のため図１には示さない。
【００１４】
各モータ２４、３０および３４は、図１に断面で示すように「界磁」または「界磁巻線」としても公知である固定子２６を有する。周知であるように、界磁巻線２６への電流の付与は１つ以上の磁界を誘導し、それがモータの電気子に延在して電気子を回転させる。各界磁巻線２６は、モータ巻線のヒートシンクとしての役割も果たす円筒形状ハウジング２０の内壁に寄りかかる。
【００１５】
各モータ２４、３０および３４の電気子２８の構造および動作は、ラム１２を中心として回転しかつ軸方向が固定される上記「駆動ナット」である。電気子２８におけるねじを切ったローラねじは、ねじ山１８と係合し、かつ出力ラム１２を中心として回転可能であるが、横方向が固定される。これにより、各モータの電気子２８は、出力ラム１２を駆動するが出力ラム１２のねじ山１８から解放される（またはねじ山１８と結合する）能力をも提供する「駆動ナット」として作用する。
【００１６】
電気子２８は、２つ以上のらせん状にねじ山を切ったローラねじ４４−１および４４−２を有し、これらは出力ラム１２の周りに等間隔に配置され出力ラム１２のねじ山１８と係合する。ローラねじ４４−１および４４−２は横方向が固定されるが、図示しないが当業者には周知であるアキシアルスラスト軸受により横方向が拘束されるケージ５０（図２に示す）により、ラム１２を中心として自由に回転可能である。
【００１７】
界磁２６がエネルギ付与されると、これは電気子構造２８を出力ラム１２を中心として回転させ、ケージ５０内にありねじを切られた出力ラム１２と係合するローラねじ４４にラム１２を中心として回転させ、かつねじ山１８に横方向の力を与える。ねじ山１８の横方向の力は、ラム１２を横方向に移動させる。
【００１８】
この開示およびクレーム解釈の目的で、用語「電気子」は「回転子」と交換可能であり、またこれと同義であると考えられる。換言すれば、「回転子」は「電気子」と同義であり、その逆も同様である。同様に、用語「固定子」は「界磁」巻線と同義であると考えられる。
【００１９】
図２は、ケージ５０および含まれるローラねじ４４をより詳細に示す。ケージ５０は、出力ラム１２のねじ山１８と嵌め合う２つ以上のらせん状にねじが切られたローラねじ４４−１および４４−２を径方向に分離する。ローラねじ４４のねじ山は、出力ラム１２の表面１６のねじ山１８と嵌め合うように寸法決めされ形成され、それによりローラねじ４４が出力ラム１２を中心として円滑に回転できる。当業者は、ローラねじのねじ山ピッチが出力ラム１２のねじ山ピッチと一致すべきことを理解するであろう。
【００２０】
含まれるローラねじ４４を備えたケージ５０が電気子として機能することが、図３に示されるモータのうちの１つの電気的表現によりわかるであろう。図３において、電気子２８は軸１４を中心として６つの極２９を有し、各極２９は軸受キャップ５５−１と５５−２との間に延在するバンド部５１のうちの１つにより形成され、かつこれに対応する。各極２９は、ローラねじ４４を封入し、かつ磁力線通路を提供するよう作用する。電気子構造２８は、固定子２６により電気子２８を中心として生成される磁界に応答して回転する。電気子構造２８の回転は、ローラねじ４４を回転させる。（当業者は、電気子の回転２８と反対方向であってもローラねじ４４がそれらの回転軸を中心として回転することを認
識するであろう）。
【００２１】
再び図２を参照して、ローラねじ４４と平行に延在する金属バンド５１は磁力線を担持する。これらはまたケージ５０の強化をも行ない、それにより別々のローラねじ４４−１と４４−２との間の径方向の分離を維持する支援を行なう。ローラねじ４４の端部のジャーナル４５（図２Ｂに示す）は、対向する軸受キャップ軸受キャップ５５−１および５５−２における小さな軸受穴５３に掛けられる。
【００２２】
図２Ａに示すように、ローラねじ４４は中央ねじ切り部４９を有する。テーパ４３はジャーナル軸受部４５のすぐ内側にある。ジャーナル部４５は、ローラねじ４４の各端部にあって出力ラム１２を中心として自由に回転し、かつ出力ラム１２のねじ山とは係合しない軸受キャップ５５−１および５５−２に掛けられる。
【００２３】
ローラねじ４４におけるテーパ部４３は、それによりローラねじ４４が出力ラム１２のらせん状ねじ山から係合解除され得る構造をもたらす。ローラねじ４４は、軸受キャップ５５−１および５５−２における相補的テーパを用いて係合解除されるが、これらはテーパ部４３の「下で」摺動してローラねじ４４を上方に持ち上げ、ローラねじ４４を出力ラム１２から係合解除させることができる。軸受キャップ５５−１および５５−２は、モータが障害（fail）を起こした場合に、互いの方に向かわされてローラねじ４４を係合解除する。
【００２４】
動作の間に、故障許容性を有する電気・機械的アクチュエータまたは「ＥＭＡ」は、電圧、電流、速度、および位置のような信号を生成する。図示しないマイクロプロセッサは、電圧、電流、速度、および位置を監視し、１つ以上の駆動モータにより過剰なトルクが生成された場合に、典型的にはモータにより引き込まれる異常に高い電流により、検出する。
【００２５】
図４を参照して、過剰なトルクが生じようとしていると判断されると、マイクロプロセッサまたは他のコントローラが、問題の生じているモータのローラ（４４）をねじ（１２）から完全に係合解除させるランプおよびロック機構（５７）を作動させる。ランプおよびロック機構（５７）は、ランプおよびロック機構（５７）の横方向の移動をもたらしてローラ（４４）をねじ（１２）から持ち上げ、それ自体をセグメント化されたローラケージ／ナット（５）にロックする電磁的アクチュエーション装置（５９）を必要とする。
【００２６】
ランプおよびロック機構（５７）が必要とされる場合、すなわち、過剰な量の引き込まれた電流が存在する場合、マイクロプロセッサまたは他のコントローラは電圧／電流をコイル（９０）に与える。コイル（９０）は電磁石となり、磁力線を生成する。この磁束はコイル（９０）からスラスト軸受（９１）の小さなエアギャップを通過してランプおよびロック機構（５７）上の反対の磁場に転送される。電流が増大するにつれ、磁束が増大し、ランプおよびロック機構（５７）を移動させ、それによりローラ（４４）が上方に持ち上げられてねじのねじ山との接触から遠ざかる。いったん係合すると、ランプおよびロック機構（５７）はセグメント化ローラケージ／ナット（５０）上に定位置に固定されて、モータモジュールのいかなるさらなる動作もまたはねじ（１２）との接触も完全になくす。通常の動作においては、ランプおよびロック機構（５７）は電気コイルとのいかなる磁気的接触もなく、ローラ（４４）がねじ（１２）と完全に係合しておりモータモジュールが完全に機能する。
【００２７】
好ましい実施例においては、ハウジング内のモータ２４、３０および３４が出力ラム１２のねじ山１８と係合する。全てのモータに動力が与えられ、出力ラム１２を駆動する支援を行なう。そのような実施例においては、モータは出力ラム１２による負荷を分担する
。モータが障害を起こすと、電気子２８内の構造は電気子２８を出力ラム１２のねじ山１８から切離して、他のモータが障害を起こしたモータから干渉されることなくラム１２からの負荷を受けられるようにする。
【００２８】
代替的な一実施例においては、全てのモータが出力ラム１２におけるねじ山１８と係合するが、１つのモータが動力を与えられて出力ラム１２がもたらす負荷を駆動する。ハウジング２０内の他のモータ２０は「ついてくる（go along for the ride）」だけで、動力の支援は行なわない。駆動モータが障害を起こすと、障害を起こしたモータの電気子２８は、出力ラム１２におけるねじ山１８から電気子２８を切離し、１つ以上の他のモータが障害を起こしたモータから干渉されることなくラム１２からの負荷を受けられるようにする。
【００２９】
さらなる別の代替的な実施例においては、２つ以上のモータが出力ラム１２におけるねじ山１８と係合し、出力ラム１２がもたらす負荷を駆動するよう動力を与えられ、それによりそれらの間の負荷を分担する。単一の付加的なモータもまた係合するが動力は与えられず、それにより「バックアップ」または余分なモータとして利用可能である。駆動モータが障害を起こした場合に、障害を起こしたモータの電気子２８内の構造が障害を起こしたモータの電気子２８を出力ラム１２におけるねじ山１８から切離し、１つ以上の他のモータが障害を起こしたモータから干渉されることなくラム１２からの負荷を受けられるようにする。
【００３０】
さらなる別の代替的な実施例においては、多数のモータのうちの１つのみが出力ラム１２のねじ山１８と係合して出力ラム１２の負荷を扱う。ハウジング２０内の他のモータは「バックアップ」または余分なモータである。駆動モータが障害を起こした場合に、障害を起こしたモータの電気子２８内の構造が障害を起こしたモータの電気子２８を出力ラム１２におけるねじ山１８から切離す。本実施例においては、他のモータの電気子における構造は他のモータの１つ以上の電気子と係合し、それによりこれ（またはこれら）は障害を起こしたモータから干渉されることなくラム１２からの負荷を受ける。
【００３１】
図１、図２、図２Ａおよび図４を参照して、ローラねじ４４がねじ山１８から持ち上げられて離れた場合に、モータは出力ラム１２のねじ山１８から係合解除され、ケージ５０が出力ラム１２を中心として自由に回転できるようにする。ローラねじ４４は、まっすぐなジャーナル部４５とねじ切り部４９との間のテーパ部４３（図２に示す）を用いてねじ山１８から持ち上げられて離れることができる。軸受キャップ５５−１および５５−２における、またはクラッチ機構における、相補的テーパがテーパ部４３の下にこれに抗して押し付けられた場合に、テーパ部４３の下で摺動するテーパはローラねじ４４をねじ山１８から係合解除させる。
【００３２】
上述の実施例の多くが、全てのモータ電気子が出力ラム１２のねじ山１８と係合するように構成されている。これらの実施例においては、モータが障害を起こした場合に、テーパ部４３と軸受キャップ５５−１および５５−２またはクラッチにおける相補的テーパとを用いて、障害を起こしたモータが出力ラム１２から係合解除される。テーパ部を用いて初期に係合解除されたローラねじ４４は、その後相補的テーパをローラねじ４４におけるテーパ部４３から遠ざかるように後退させることによりねじ山１８と係合され得る。最初に全てのモータが係合してはいない代替的な実施例においては、障害を起こしたモータは上述のように係合解除され、ローラを下げることにより、バックアップモータが出力ラム１２と係合し、それによりバックアップモータがアクチュエータ１０を操作する。
【００３３】
図４は、ケージ５０の横方向の移動を防ぐ、ケージ５０の両端のランプおよびロック機構５７をよりよく示す。図４に示されるように、ランプおよびロック機構５７における相
補的テーパ５８は、ランプおよびロック機構５７がローラねじ４４に向かわされれば、ローラねじ４４を持ち上げて係合解除する。ランプおよびロック機構の変位は、電磁アクチュエータおよびマイクロプロセッサによって制御される。
【００３４】
ラム１２がハウジング２０から引出されるかまたはハウジング２０内へ引込まれるかは、電気子の回転方向によって決定される。電気子の回転方向は電気的に決定される。したがって、電源を変更するだけでアクチュエータ１０の出力ラム１２を異なった方向に移動させることができる。
【００３５】
出力ラムの方向を電気的に変更することに加えて、出力ラム１２の速度もまた電気的に決定され得る。ＤＣモータの場合、回転速度は付与される電圧の振幅により決定される。シンクロナスＡＣモータの場合、回転速度は付与されるＡＣ電圧の周波数により決定される。周知のように、ＡＣ誘導モータの速度は、電圧振幅を変更することによりいくらか変動され得るが、ＡＣデューティサイクルを変更することによっても変動し得る。
【００３６】
所与のモータ速度に対して、ラム１２のねじ山ピッチは出力ラム１２の変位速度に影響を与える。インチ当たりのねじ山の数が比較的多いと、線形変位の単位当たりの多くのモータの回転が必要となるが、インチ当たりのねじ山を増加させることは駆動モータが出力ラム１２から「受ける（see）」力の量を減じもする。
【００３７】
出力ラム１２の方向および速度が変更できる簡易さは、先行技術の油圧アクチュエータと比較してアクチュエータ１０が有する２つの顕著な利点である。アクチュエータ１０の故障許容性、よって信頼性は、モータがもしも故障した場合に係合解除され得るように、多数のモータに出力ラム１２を駆動させることにより達成される。
【００３８】
再び図１を参照して、ハウジング２０内で第１のモータ２４のすぐ右側に第２のモータ３０が示される。第２のモータ３２の構造および動作は、好ましくは第１のモータ２４と同一である。代替的実施例は第３のモータ３４をも有する。第１のモータ２４の電気子のように、第２のモータ３０の電気子は、ケージ５０により２つ以上のローラねじ４４−１および４４−２を設けられる。
【００３９】
上述のように、故障許容性は、１つのモータが故障した場合にそれを切離して、他のモータが動作しつづけて負荷を受けられるようにする能力により得られる。図４に示されるように、出力ラム１２は、電気子ケージ内のローラねじ４４が出力ラム１２のねじ山と最初に係合していたか係合解除していたかに依存して、回転子２８と係合または回転子２８から係合解除され得る。ローラねじ４４は出力ラムから係合解除されることができ、よって、ローラねじ４４のテーパ部４３に抗してローラ係合スラスト軸受４７を摺動させることによりモータ２４は出力ラム１２から係合解除されることができる。こうすることにより、ローラねじ４４は出力ラム１２との係合から持ち上げられ、物理的にモータと出力ラム１２とを切離す。
【００４０】
ランプおよびロック機構５７は、機械的または電気的クラッチ（図示せず）のいずれかによって、ローラねじの軸に沿ってかつローラねじ４４に抗して押し付けられるが、これは、モータが出力ラム１２と係合すべきか係合解除すべきかに依存して、スラスト軸受４７をローラねじテーパ４３に抗して押し付けるか、またはスラスト軸受をテーパ部４３から引き離す。１つのモータのローラねじ４４を出力ラム１２のねじ山から持ち上げることにより、そのモータの電気子２８はラム１２から係合解除され得る。異なったモータのローラねじを出力ラム１２のねじ山の中へ下げることにより、この他のモータが出力ラム１２と係合され得る。
【００４１】
スラスト軸受のテーパ面４３、またはローラねじ４４を出力ラムから持ち上げるかローラねじ４４を下げて出力ラム１２と係合させる他の何らかの構造は、モータの電気子／回転子とらせん状ねじ山および出力ラムとを動作可能に結合または切離すローラ係合／ローラ係合解除機構として考えられるべきである。そうすることにより、スラスト軸受および／またはそのテーパ表面は、ローラねじのテーパ部との組合わせにおいて、モータと出力ラム１２とを係合または係合解除させる機構として作用する。
【００４２】
発明の背景において上述のように、油圧および電動アクチュエータは、無数の仕事を行なう。上述の、および図１−４に示す電動リニアアクチュエータの用途は様々である。
【００４３】
周知のように、「ジャーナル」とは軸受内で回転するスピンドルまたはシャフトである。その最も一般的な用途においては、図５に示すように、電動リニアアクチュエータ１０の出力または遠位端６２がクランクアーム６８のジャーナル６０に装着される。ジャーナル６０は、その遠位端６２でラム１２の開口部に収容され、そこでジャーナル６０が参照符号６０により示される出力ラム１２の往復とともに旋回する。
【００４４】
示されるように、クランクアーム６８の端部でのジャーナル６０の変位は、参照符号７２によって示されるように、駆動シャフト７０をその回転軸を中心として変動させる。回転機械において、アクチュエータ１０は図５に示す構造を用いて往復変位により回転を達し得る。
【００４５】
航空機は、胴体に装着される翼を有することが周知である。翼における操縦面は、とりわけ上昇および降下の速度を制御する。胴体の後部に装着された尾部は、操舵および操縦性を提供する。エンジンは、推力を提供し、翼の翼板に対し、尾において、または胴体に対し装着され得る。航空機の構造は周知であるので、ここでは簡略化のためにその例証は省略する。
【００４６】
上述のように、先行技術のアクチュエータは、翼、尾、着陸装置、着陸装置格納部、の操縦面、およびエンジン推力逆転装置の運動を制御した。図６に示すこの発明のさらなる別の実施例においては、出力ラム１２の出力端６２は、航空機（分かりやすくするために図示しないが、当該技術分野においては周知である）の制御面７６の旋回点７４に結合される。出力ラム１２の矢印６４によって示される方向での平行移動（移動）は、アクチュエータ１０が制御面、たとえばスポイラ、フラップ、昇降舵、方向舵または補助翼を移動させ、それにより航空機を制御することが可能である１つの態様である。同様の平行移動は、他の制御面、胴体ドア、着陸装置および／または推力逆転を制御し得る。
【００４７】
当業者は、航空機が上述の周知の先行技術構造を有するが、ここで説明し図６に示す故障許容電動アクチュエータ１０をも含むと認識するであろう。したがって、航空機の安全性および信頼性は、翼、胴体または尾部内のアクチュエータ１０を必要に応じ用いて、飛行制御面、着陸装置、着陸装置ドアおよびエンジン推力逆転装置を操作することにより向上するであろう。
【００４８】
図７に示すさらなる別の実施例において、出力ラム１２はアクチュエータハウジング２０の両端を通って延在し得る。出力ラムの一方側または端部１２−１は、車両の第１の操舵可能ホイール８０に接続される。他方側または端部１２−２は、別の操舵可能ホイール８２に対する操舵リンクに接続される。出力ラム１２が参照符号６４で示される方向に平行移動するにつれて、操縦可能ホイール８０および８２は旋回点または軸８６、８８上で回転し、それにより操縦可能ホイール８０および８２が制御される。
【００４９】
自動車およびトラックが、全て周知であり説明を必要としない少なくとも１つの操縦可
能ホイール（三輪車の場合）と、ホイールが回転可能に結合されるシャーシまたはフレームと、ドア、エンジンおよびトランスミッションを備えたボディと、ブレーキとを有することが周知であるが、操舵を制御するのに用いられる油圧アクチュエータを上述の高信頼性の故障許容アクチュエータで置き換えることにより、顕著な減量が可能であろう。
【００５０】
電動リニアアクチュエータの他の実施例は、負荷が持ち上げられてドアが開けられる機構に、適切に出力ラムを結合することによる、ドアのためのリフトの動力源としての用途を含み得る。
【００５１】
ここに開示されクレームされる電動リニアアクチュエータの好ましい実施例はＤＣモータを用いたが、なぜならばそれらは容易に可逆でありそれらの出力速度が容易に制御可能だからである。しかしながら代替的な実施例は、可逆ＡＣモータおよびステッパモータを含み得る。しかしながら、当業者はステッパモータがＤＣまたはＡＣモータよりも複雑な電子装置を必要とすることを理解するであろう。
【００５２】
ハウジング内に固定され、その各々が独立してらせん状ねじ切り出力シャフトに対し結合または解放され得る２つ以上のモータを設けることにより、電気的に動力を与えられる故障許容性を有するリニアアクチュエータを実現し得る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】故障許容性を有する電動アクチュエータの断面図である。
【図２】故障許容性を有する電動アクチュエータにおいて用いられる電動モータの電気子として用いられるローラねじナットの斜視図であり、解放するクラッチが示される。
【図２Ａ】ローラねじナットアセンブリを示す図である。
【図２Ｂ】らせん状ねじ切りローラを示す図である。
【図３】電動モータの固定子および電気子の電気的極を示す図であり、その電気子は電動アクチュエータの電気子と係合する。
【図４】電動アクチュエータのハウジング内の１つのモータおよび出力ラムの一部の単独図である。
【図５】故障許容性を有するアクチュエータおよび駆動シャフトを駆動するクランクアームを示す図である。
【図６】故障許容性を有するアクチュエータおよび航空機の飛行制御面を示す図である。
【図７】故障許容性を有するアクチュエータおよび車両の操舵システムを示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１２  出力ラム、１８  ねじ山、２８  電気子、４４−１，４４−２  ローラねじ。
【図１】
2007159323.tif 000003
【図２】
2007159323.tif 000004
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
2007159323.tif 000006
【図３】
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【図４】
2007159323.tif 000008
【図５】
2007159323.tif 000009
【図６】
2007159323.tif 000010
【図７】
2007159323.tif 000011
【外国語明細書】
2007159323000001.pdf