(57)【要約】  オーバーランニング非摩擦連結制御アセンブリ、切替可能な線形アクチュエータ機器、およびこのアセンブリで使用する往復運動電気機械装置を提供する。機器および装置は、少なくとも１つの非摩擦連結アセンブリの動作モードを制御する。機器および装置は、対応する磁場を発生させて実並進力を生み出す複数の磁気源を有する。実並進力は、少なくとも１つの電磁気源の通電により生じる第１の並進力と、軸に沿った永久磁石源の直線位置に基づく磁気ラッチ力を含む。１つ以上のカムは、ロック部材がその対応する連結アセンブリを連結するかまたは非連結とするかどうかを制御するために利用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非摩擦連結アセンブリの動作モードを制御するための切替可能な線形アクチュエータ機器であって、対応する磁場を発生させ実並進力を生み出す複数の磁気源を有する前記機器において、前記機器は、
前記連結アセンブリの負荷ベアリング肩部と接し係合することを特徴とする、非連結位置と連結位置との間で枢動可能なロック部材と、
少なくとも１つの電磁気源を含み、電子的に切り替えられた磁場を発生させる固定子構造体と、
輪郭面を有するカム、および径方向の空隙を超えて前記固定子構造体と磁気的に連結した磁気ラッチ永久磁石源を含む並進器構造体とを含み、
前記並進器構造体は、前記固定子構造体に対して、前記連結アセンブリの異なる動作モードに対応する所定の複数個別の軸方向位置間を軸に沿って並進運動をするように支持され、前記並進器構造体は、前記実並進力を受けて前記異なる位置間を前記軸に沿って並進し、前記ロック部材を前記カムの前記輪郭面に乗せ、前記連結アセンブリの異なる動作モードに対応する前記連結位置と前記非連結位置との間で前記ロック部材を枢動させ、前記実並進力は、前記少なくとも１つの電磁気源の通電により生じた第１の並進力と、前記軸に沿った前記永久磁石源の直線位置に基づく磁気ラッチ力とを含むことを特徴とする切替可能な線形アクチュエータ機器。
【請求項２】
請求項１に記載の機器において、前記構造体が実質的に円形対称であることを特徴とする機器。
【請求項３】
請求項１に記載の機器において、前記永久磁石源が環状の磁石を含むことを特徴とする機器。
【請求項４】
請求項１に記載の機器において、前記並進器構造体が、前記カムが前記軸に沿って移動する際、前記カムに、対応する付勢力を前記軸に沿って反対方向にかけるための一対の間隔を置いた付勢部材を含むことを特徴とする機器。
【請求項５】
請求項３に記載の機器において、前記環状の磁石が軸方向に磁化されていることを特徴とする機器。
【請求項６】
請求項３に記載の機器において、前記並進器構造体が一対の磁場方向転換リングを含み、前記環状の磁石が前記磁場方向転換リングの間に挟まれていることを特徴とする機器。
【請求項７】
請求項１に記載の機器において、前記連結アセンブリが径方向クラッチアセンブリであることを特徴とする機器。
【請求項８】
請求項２に記載の機器において、各電磁気源が環状のスロットと、前記スロットに配置されたコイルとを含み、各スロットが前記径方向の空隙に向かって開口していることを特徴とする機器。
【請求項９】
一対の非摩擦連結アセンブリの動作モードを制御する往復運動電気機械装置において、前記装置は、
狭い間隔を置いて相互に対向する第１の面および第２の面をそれぞれ含む第１の部材および第２の部材であって、前記第２の部材は、軸の周りを回転するため、かつ前記軸に沿った往復運動のために設けられた第１の部材および第２の部材と、
第１の磁気源および第２の磁気源を含む磁気回路部品であって、前記第１の磁気源は、前記第２の部材によって支持される前記第２の磁気源と狭い間隔を置いて対向して、前記第１の面において前記第１の部材によって支持され、前記磁気源は、径方向の空隙によって分割され、前記第２の磁気源は、永久磁場を有する磁気ラッチ永久磁石源であり、前記第１の磁気源は、電子的に切り替えられた磁場を生み出すためのコイルを含む電磁気源である、磁気回路部品と、
前記第２の部材から第１の方向に延びる第１の輪郭面を有し、第１の連結アセンブリの第１のロック部品を前記第１の輪郭面に乗せ、前記第１のカムの往復運動を前記第１のロック部品の枢動運動に変換する第１のカムと、
前記第２の部材から前記第１の方向と反対の第２の方向に延びる第２の輪郭面を有し、第２の連結アセンブリの第２のロック部品を前記第２の輪郭面に乗せ、前記第２のカムの往復運動を前記第２のロック部品の枢動運動に変換する第２のカムとを含み、
コイルを通電することにより、前記第２の部材に、所定の第１の個別位置と第２の個別位置との間を前記軸に沿って往復運動させる一時的磁場を発生させ、前記永久磁場により、前記第２の部材がコイル通電を持続させる必要なく前記第１の位置および前記第２の位置を維持することになり、これにより磁気ラッチ効果をもたらすことを特徴とする往復運動電気機械装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、前記第１の面が、前記コイルが位置する少なくとも１つの凹部を有することを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の装置において、各凹部が環状の凹部を含むことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項９に記載の装置において、前記永久磁石源が環状の磁石であることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項９に記載の装置において、前記連結アセンブリがそれぞれ径方向クラッチアセンブリであることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項９に記載の装置であって、前記カムが漏斗形状であることを特徴とする装置。
【請求項１５】
オーバーランニング非摩擦径方向連結制御アセンブリにおいて、
前記アセンブリは、
共通回転軸の周りを相互に相対的に回転するように支持された第１の一対の連結部材と、前記第１の一対の連結部材を選択的機械的に連結し、前記第１の一対の連結部材が前記軸の周りを少なくとも１つの方向に相互に相対的に回転するのを妨げる第１のロック部材と、
前記共通回転軸の周りを相互に相対的に回転するように支持された第２の一対の連結部材と、前記第２の一対の連結部材を選択的機械的に連結し、前記第２の一対の連結部材が前記軸の周りを少なくとも１つの方向に相互に相対的に回転するのを防げる第２のロック部材と、
少なくとも１つのコイルを含み、前記少なくとも１つのコイルが通電された際に、電磁的に切り替えられた磁場を発生させ磁束を発生させる固定子サブアセンブリと、
単一の双方向に移動可能な構造体を含む磁気ラッチアクチュエータサブアセンブリとを含み、
ロック部材の選択的な径方向移動のために、前記構造体の第１のカムが、前記第１のロック部材と係合して運動を変換するように適応され、前記構造体の第２のカムが、前記第２のロック部材と係合して運動を変換するように適応され、前記アクチュエータサブアセンブリはさらに、前記構造体に連結され、前記第１の一対の連結部材の第１のモードに対応する第１の延長位置と、前記第２の一対の連結部材の第２のモードに対応する第２の延長位置との間で、前記第１の一対の連結部材および前記第２の一対の連結部材に対して前記回転軸に沿って制御された往復運動を行うように設けられた磁気アクチュエータを含み、前記第１のカムは、前記第１のロック部材を前記延長位置で作動させ、前記第２のカムは前記第２のロック部材を前記延長位置で作動させ、これにより、前記第１のロック部材は、前記回転軸の周りを少なくとも１つの方向に相互に共に回転するように、前記第１の一対の連結部材を連結し、前記第２のロック部材は、前記回転軸の周りを少なくとも１つの方向に相互に共に回転するように、前記第２の一対の連結部材を連結し、前記磁気アクチュエータは、前記第１の延長位置および前記第２の延長位置において磁気的にラッチするように前記磁束路を完成させ、前記磁束により生じる制御力が、前記磁気アクチュエータが前記第１の延長位置と前記第２の延長位置との間で前記回転軸に沿って直線移動するように用いられることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のアセンブリにおいて、前記アクチュエータサブアセンブリが、前記カムが前記軸に沿って移動する際、前記カムに、対応する付勢力を前記軸に沿って反対方向にかけるための一対の間隔を置いた付勢部材を含むことを特徴とするアセンブリ。
【請求項１７】
オーバーランニング非摩擦連結制御アセンブリにおいて、
共通回転軸の周りを相互に相対的に回転するように支持された内側連結部材および外側連結部材と、前記連結部材を選択的機械的に共に連結し、前記連結部材が前記軸の周りを少なくとも１つの方向に相互に相対的に回転するのを防げるロック部材と、
少なくとも１つのコイルを含み、前記少なくとも１つのコイルが通電された際に、電磁的に切り替えられた磁場を発生させ磁束を発生させる固定子サブアセンブリと、
双方向に移動可能なカム構造体を含む磁気ラッチアクチュエータサブアセンブリとを含み、
前記カム構造体は、ロック部材の選択的な枢動運動のために、前記ロック部材と係合して運動を変換するように適応され、前記アクチュエータサブアセンブリはさらに、前記カム構造体と連結され、前記連結部材の第１のモードに対応する延長位置と前記連結部材の第２のモードに対応する後退位置との間で、前記連結部材に対して前記回転軸に沿って制御された往復運動を行うように設けられた磁気アクチュエータを含み、前記カム構造体は前記ロック部材を前記延長位置で作動させ、これにより前記ロック部材は前記回転軸の周りを少なくとも１つの方向に相互に共に回転するように前記連結部材を連結し、前記磁気アクチュエータは、前記延長位置において磁気的にラッチするように前記磁束路を完成させ、前記磁束により生じる制御力が、前記磁気アクチュエータが前記延長位置と前記後退位置との間で前記回転軸に沿って直線移動するように用いられることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１８】
請求項１７に記載のアセンブリにおいて、前記磁気アクチュエータが永久磁石源を含むことを特徴とするアセンブリ。
【請求項１９】
請求項１７に記載のアセンブリにおいて、前記アセンブリが、オーバーランニング径方向クラッチ制御アセンブリであることを特徴とするアセンブリ。
【請求項２０】
請求項１７に記載のアセンブリにおいて、前記アクチュエータサブアセンブリが、前記カムが前記軸に沿って移動する際、前記カムに、対応する付勢力を前記軸に沿って反対方向にかけるための一対の間隔を置いた付勢部材を含むことを特徴とするアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１７年９月２２日に提出された米国特許出願第１５／７１２，６３５号明細書および２０１７年９月２２日に提出された米国特許出願第１５／７１２，６５１号明細書の優先権を主張する、２０１７年２月２日に提出された米国仮特許出願第６２／４５３，５７８号明細書の利益を主張するものであり、この開示はすべてここに参照により含まれる。
【０００２】
本発明は、
１）径方向連結アセンブリなどの１つ以上の非摩擦連結アセンブリの動作モードを制御する切替可能な線形アクチュエータ機器と、
２）径方向連結制御アセンブリなどのオーバーランニング非摩擦連結制御アセンブリと、
３）径方向連結アセンブリなどの対の非摩擦連結アセンブリの動作モードを制御する往復運動電気機械装置と、に関する。
【０００３】
典型のワンウェイクラッチ（ＯＷＣ）は、内輪、外輪、および二輪間のロック機器から構成される。ワンウェイクラッチは、ある方向ではロックし、他方の方向では自由回転が可能となるように設計されたものである。車両のオートマチックトランスミッションに使用されることの多い二種類のワンウェイクラッチは、
ワンウェイクラッチのインナーレースとアウターレースとの間のバネ付きローラから構成されるローラタイプ（ローラタイプは、適用によってはバネなしで使用されることもある）、および
ワンウェイクラッチのインナーレースとアウターレースとの間に置かれた非対称形状のウェッジから構成される輪止めタイプである。
【０００４】
ワンウェイクラッチはトランスミッションに使用されるのが典型であり、あるギアシフトの間に駆動トルクの遮断（すなわち、パワーフロー）を防ぎ、惰性走行中のエンジンブレーキを可能にするものである。
【０００５】
制御可能または選択可能なワンウェイクラッチ（すなわち、ＯＷＣ）は、従来のワンウェイクラッチの設計から発展したものである。選択可能なＯＷＣは、スライドプレートと組み合わせた第２の一組のロック部材を追加したものである。ロック部材にスライドプレートを加えたセットを追加したことにより、多数の機能がＯＷＣに加わる。設計のニーズによって、制御可能なＯＷＣは、回転シャフトまたは固定シャフト間の一方向または双方向への機械的結合をもたらすことができる。また、設計により、ＯＷＣは一方向または双方向にオーバーランすることができる。制御可能なＯＷＣは、外部から制御する選択機構または制御機構を含む。この選択機構の動作は、異なる動作モードに対応する２つ以上の位置間で可能である。
【０００６】
米国特許第５，９２７，４５５号明細書が双方向オーバーラン歯止め型クラッチを、米国特許第６，２４４，９６５号明細書が平面オーバーラン連結を、米国特許第６，２９０，０４４号明細書がオートマチックトランスミッションで使用する選択可能なワンウェイクラッチアセンブリを開示している。
【０００７】
米国特許第７，２５８，２１４号明細書および第７，３４４，０１０号明細書がオーバーラン連結アセンブリを、米国特許第７，４８４，６０５号明細書がオーバーラン径方向連結アセンブリまたはクラッチを開示している。
【０００８】
適切に設計された制御可能なＯＷＣは、「オフ」状態においてゼロに近い寄生損失を有することができる。これは電気機械技術によって駆動することもでき、油圧ポンプおよび油圧弁の複雑性または寄生損失をいずれももたない。
【０００９】
他の関連する米国特許出願公開には、第２０１１／０１４０４５１号明細書、第２０１１／０２１５５７５号明細書、第２０１１／０２３３０２６号明細書、第２０１１／０１７７９００号明細書、第２０１０／００４４１４１号明細書、第２０１０／００７１４９７号明細書、第２０１０／０１１９３８９号明細書、第２０１０／０２５２３８４号明細書、第２００９／０１３３９８１号明細書、第２００９／０１２７０５９号明細書、第２００９／００８４６５３号明細書、第２００９／０１９４３８１号明細書、第２０００９／０１４２２０７号明細書、第２００９／０２５５７７３号明細書、第２００９／００９８９６８号明細書、第２０１０／０２３０２２６号明細書、第２０１０／０２００３５８号明細書、第２００９／０２１１８６３号明細書、第２００９／０１５９３９１号明細書、第２００９／００９８９７０号明細書、第２００８／０２２３６８１号明細書、第２００８／０１１０７１５号明細書、第２００８／０１６９１６６号明細書、第２００８／０１６９１６５号明細書、第２００８／０１８５２５３号明細書、第２００７／０２７８０６１号明細書、第２００７／００５６８２５号明細書、第２００６／０２５２５８９号明細書、第２００６／０２７８４８７号明細書、第２００６／０１３８７７７号明細書、第２００６／０１８５９５７号明細書、第２００４／０１１０５９４号明細書が含まれ、次の米国特許第７，９４２，７８１号明細書、第７，８０６，７９５号明細書、第７，６９５，３８７号明細書、第７，６９０，４５５号明細書、第７，４９１，１５１号明細書、第７，４８４，６０５号明細書、第７，４６４，８０１号明細書、第７，３４９，０１０号明細書、第７，２７５，６２８号明細書、第７，２５６，５１０号明細書、第７，２２３，１９８号明細書、第７，１９８，５８７号明細書、第７，０９３，５１２号明細書、第６，９５３，４０９号明細書、第６，８４６，２５７号明細書、第６，８１４，２０１号明細書、第６，５０３，１６７号明細書、第６，３２８，６７０号明細書、第６，６９２，４０５号明細書、第６，１９３，０３８号明細書、第４，０５０，５６０号明細書、第４，３４０，１３３号明細書、第５，５９７，０５７号明細書、第５，９１８，７１５号明細書、第５，６３８，９２９号明細書、第５，３４２，２５８号明細書、第５，３６２，２９３号明細書、第５，６７８，６６８号明細書、第５，０７０，９７８号明細書、第５，０５２，５３４号明細書、第５，３８７，８５４号明細書、第５，２３１，２６５号明細書、第５，３９４，３２１号明細書、第５，２０６，５７３号明細書、第５，４５３，５９８号明細書、第５，６４２，００９号明細書、第６，０７５，３０２号明細書、第６，０６５，５７６号明細書、第６，９８２，５０２号明細書、第７，１５３，２２８号明細書、第５，８４６，２５７号明細書、第５，９２４，５１０号明細書、および第５，９１８，７１５号明細書が含まれる。
【００１０】
リニアモータは、固定子および回転子を「広げる」ことにより、トルク（回転）を生み出す代わりにその長さに沿った直線力を生み出す電動機である。最も一般的な動作モードは、かけられた力が電流および磁場に直線的に比例するローレンツ型アクチュエータとしてのものである。米国特許出願公開第２００３／０１０２１９６号明細書が、双方向リニアモータを開示している。
【００１１】
リニアステッピングモータは、低質量ペイロードでの急加速および高速移動を要する位置決め用途のために使用される。機械的な簡素さおよび精密なオープンルック動作は、ステッピングリニアモータシステムの付加的な特徴である。
【００１２】
リニアステッピングモータは、回転ステッピングモータと同一の電磁原理で作動する。静止部または静止プラテンは、所望の移動長にわたって延びる受動歯付スチールバーである。永久磁石、歯付電磁石、およびベアリングが、可動要素またはフォーサに組み込まれている。フォーサは、プラテンに沿って双方向に移動し、界磁巻線の電流の状態に応じて個別の位置を確実にする。一般に、このモータは二段階であるが、より多数の段階を使用可能である。
【００１３】
リニアステッピングモータは従来技術では周知であり、確立された磁気理論の原理で作動する。リニアステッピングモータの固定子またはプラテンの部材は、横行距離にわたって延び、モータのいわゆるフォーサ部品のトラックにおいて機能する複数の平行な歯を有する細長い長方形のスチールバーで構成される。
【００１４】
プラテンはモータの作動中は完全に受動的であり、磁石および電磁石はすべてフォーサまたは電機子の部材の中に組み込まれている。フォーサは、その界磁巻線の電流の状態に応じて個別の位置を引き受けているプラテンに沿って双方向に移動する。
【００１５】
本願と同一の譲受人に譲渡され、本願と関連する米国特許文書には、米国特許第８，８１３，９２９号明細書、第８，８８８，６３７号明細書、第９，１０９，６３６号明細書、第９，１２１，４５４号明細書、第９，１８６，９７７号明細書、第９，３０３，６９９号明細書、第９，４３５，３８７号明細書、および米国特許出願公開第２０１２／０１４９５１８号明細書、第２０１３／０２５６０７８号明細書、第２０１３／０２７７１６４号明細書、第２０１４／０１０００７１号明細書、第２０１５／００１４１１６号明細書が含まれる。上述の共通に譲渡された特許文書の開示はすべて、その全体がここに参照によって含まれる。
【００１６】
本願の譲受人に譲渡された上述の関連する特許文書のなかには、２ポジションリニアモータｅＣＭＤ（電気的に制御可能な機械ダイオード）を開示しているものもある。この機器は、両レース（すなわち、ノッチプレートおよびポケットプレート）が回転する動的ワンウェイクラッチである。リニアモータまたはアクチュエータは移動し、次に、固定子によって生み出される磁場を介してストラットに連結されたプランジャーを移動させる。アクチュエータは、クラッチを二つの状態、ＯＮおよびＯＦＦにラッチする永久磁石のリングを有する。ある状態から他方の状態に移行する間のみ電力が消費される。一度所望の状態になると、磁石がラッチし、電力は切られる。
【００１７】
米国特許出願公開第２０１５／００００４４２号明細書、第２０１６／００４７４３９号明細書、米国特許第９，４４１，７０８号明細書が、３ポジションリニアモータ磁気ラッチ２ウェイＣＭＤを開示している。
【００１８】
局所的または遠隔の磁気源、すなわち電流および／または永久磁石（ＰＭ）の材料による機械力は、磁気源により作られるかまたは「励磁」された磁場を分析することにより特定可能である。磁場は、空間の任意の位置において局所または遠隔の磁気源の影響力の大きさおよび方向を示すベクトル場である。任意の関心ある領域内のある位置における磁場の強さまたは大きさは、励磁源の強さ、量、および相対的位置と、励磁源の位置と所定の関心ある領域の位置との間の様々な媒体の磁気的特性によって決まる。磁気的特性とは、単位体積の物質を「磁化」するため、つまり、あるレベルの磁場力を確立するために、「どれだけ容易か」を決定するか、または求められる励磁レベルが「どれだけ低い」かを決定する物質特性のことである。一般には、鉄原料を含有する領域は、空気またはプラスチック原料を含有する領域と比較して「磁化」が大幅に容易である。
【００１９】
磁場は、空間領域および物質構造内を横断する閉曲線である三次元の磁力線で表すかまたは説明できる。磁気構造内に磁気「作用」（計測可能なレベルの機械力の発生）が生じると、これらの磁力線は、構造内で磁気源を連結するかまたはリンクするようにみられる。磁力線が構造の全電流路または電流路の一部を取り囲むと、電流源と連結／リンクする。磁力線は、一般には永久磁化の方向かまたはこれと反対方向にＰＭ物質を横断すると、ＰＭ源と連結／リンクする。相互に交わらない個々の磁力線または磁場線は、線の拡がりに沿ったすべての位置において引張応力のレベルを示し、伸ばされた「ゴムバンド」の張力に良く似て、引張されて閉磁力曲線の形状をなす。これは、磁性機械構造において空隙をわたり磁力を発生させる基本方法である。
【００２０】
一般に、構造内の磁力線の図を分析することにより、磁性機械の一部における合力発生の方向を特定できる。機械部品を隔てる空隙をわたる任意の一方向への磁力線が増大すればするほど（すなわち、ゴムバンドが伸びれば伸びるほど）、機械部品間の所定の方向への「引張」力が増大する。
【００２１】
金属射出成形（ＭＩＭ）は、微細粉末状の金属が一定量のバインダー材料と混合され、射出成形として周知のプロセスによってプラスチック加工装置によって取り扱うことのできる「供給原料」を含む金属加工プロセスである。成形プロセスにより、複雑な部品を単一の作業で大量に成形可能となる。最終製品は一般に、様々な産業で用いられ様々に適用される部品製品である。ＭＩＭ原料の流動特性は、レオロジーと呼ばれる物理学によって定義される。現在の機器能力は、モールド１「ショット」につき１００グラム以下の典型量を用いて成形可能である製品に限定することを加工に求めている。レオロジーは、この「ショット」を多数の空洞に配することを可能にすることにより、さもなければ他の方法または従来の方法によって生産するには非常に費用がかかると思われる、大量の小型かつ複雑な製品について、費用効率を高くしている。ＭＩＭ原料中の使用可能な様々な金属は粉末冶金と呼ばれ、周知のエキゾチック金属の適用についての業界基準で見いだされた同一の合金成分を含有する。成形形状には調整作業が引き続き実施され、バインダー材料が除去され、金属粒子が合体し金属合金に求められる状態となる。
【００２２】
クレビス締め具は、クレビス、クレビスピン、およびタングから構成される３点からなる締め具システムである。クレビスは、突起部の端部にクレビスピンを受けるための穴を有するＵ字型部品である。クレビスピンはボルトに似ているが、コッタピン用の貫通穴に部分的にのみねじ山を形成しているかまたは形成していないものである。タングは、クレビスの間に取り付ける部品であり、クレビスピンによって所定位置に保持される。ピンで取り付けた簡素なクレビスの組み合わせは一般にシャックルと呼ばれるが、クレビスおよびピンは、単にシャックルが取り得る多数の形状の１つである。
【００２３】
クレビスは、自動車、航空機、および建設業のほか、耕作機械、ヨットの索具で使用される多種多様な締め具に使用される。これらはまた、航空機モデルのサーボに操縦翼面および他の付属品を取り付けるためにも広く使用される。締め具の一部として、クレビスは一部の軸では回転可能となり、他の軸では回転を制限する方法をもたらす。
【００２４】
本願の目的のため、用語「連結する」は、クラッチまたはブレーキを含めて解釈されるものであり、ここで、一方のプレートはトランスミッションのトルク伝達部に駆動可能に接続され、他方のプレートは別のトルク伝達部に駆動可能に接続されるか、またはトランスミッション筐体に対して固定され動かないように保持される。用語「連結する」「クラッチ」および「ブレーキ」は同義で使用され得る。
【発明の概要】
【００２５】
本発明の少なくとも１つの実施形態の目的は、トランスミッションで使用するオーバーランニング非摩擦連結制御アセンブリ、切替可能な線形アクチュエータ機器、およびアセンブリで使用する輪郭面を有するカムを含む往復運動電気機械装置を提供することである。
【００２６】
本発明の少なくとも１つの実施形態の上記目的および他の目的を実行するにあたり、非摩擦連結アセンブリの動作モードを制御するための切替可能な線形アクチュエータ機器を提供する。機器は、対応する磁場を発生させ実並進力を生み出す複数の磁気源を有する。機器は連結アセンブリの負荷ベアリング肩部と接し係合することを特徴とする、非連結位置と連結位置との間で枢動可能なロック部材を含む。固定子構造体が、少なくとも１つの電磁気源を含み、電子的に切り替えられた磁場を発生させる。並進器構造体が、輪郭面を有するカム、および径方向の空隙を超えて固定子構造体と磁気的に連結した磁気ラッチ永久磁石源を含む。並進器構造体は、固定子構造体に対して、連結アセンブリの異なる動作モードに対応する所定の複数個別の軸方向位置間を軸に沿って並進運動をするように支持されている。並進器構造体は、実並進力を受けて異なる位置間を軸に沿って並進し、ロック部材をカムの輪郭面に乗せ、連結アセンブリの異なる動作モードに対応する連結位置と非連結位置との間でロック部材を枢動させる。実並進力は、少なくとも１つの電磁気源の通電により生じた第１の並進力と、前記軸に沿った前記永久磁石源の直線位置に基づく磁気ラッチ力とを含む。
【００２７】
構造体は、実質的に円形対称であり得る。
【００２８】
永久磁石源は、環状の磁石を含み得る。
【００２９】
並進器構造体は、カムが軸に沿って移動する際、カムに、対応する付勢力を軸に沿って反対方向にかけるための一対の間隔を置いた付勢部材を含み得る。
【００３０】
環状の磁石は、軸方向に磁化され得る。
【００３１】
並進器構造体は一対の磁場方向転換リングを含み得るものであり、環状の磁石は磁場方向転換リングの間に挟まれ得る。
【００３２】
連結アセンブリは、径方向クラッチアセンブリであり得る。
【００３３】
各電磁気源は、環状のスロットと、スロットに配置されたコイルとを含み得る。各スロットは、径方向の空隙に向かって開口し得る。
【００３４】
さらに、本発明の少なくとも１つの実施形態の上記目的および他の目的を実行するにあたり、一対の非摩擦連結アセンブリの動作モードを制御する往復運動電気機械装置を提供する。装置は、狭い間隔を置いて相互に対向する第１の面および第２の面をそれぞれ含む第１の部材および第２の部材を含む。第２の部材は、軸の周りを回転するため、かつ軸に沿った往復運動のために設けられる。磁気回路部品は、第１の磁気源および第２の磁気源を含む。第１の磁気源は、第２の部材によって支持される第２の磁気源と狭い間隔を置いて対向して、第１の面において第１の部材によって支持されている。磁気源は、径方向の空隙によって分割される。第２の磁気源は、永久磁場を有する磁気ラッチ永久磁石源であり、第１の磁気源は、電子的に切り替えられた磁場を生み出すためのコイルを含む電磁気源である。第１の輪郭面を有する第１のカムが、第２の部材から第１の方向に延び、第１の連結アセンブリの第１のロック部品を第１の輪郭面に乗せ、第１のカムの往復運動を第１のロック部品の枢動運動に変換する。第２の輪郭面を有する第２のカムが、第２の部材から第１の方向と反対の第２の方向に延び、第２の連結アセンブリの第２のロック部品を第２の輪郭面に乗せ、第２のカムの往復運動を第２のロック部品の枢動運動に変換する。コイルを通電することにより、第２の部材に、所定の第１の個別位置と第２の個別位置との間を軸に沿って往復運動させる一時的磁場を発生させる。永久磁場により、第２の部材がコイル通電を持続させる必要なく第１の位置および第２の位置を維持することになり、これにより磁気ラッチ効果をもたらす。
【００３５】
第１の面は、コイルが位置する少なくとも１つの凹部を有し得る。
【００３６】
各凹部は、環状の凹部を含み得る。
【００３７】
永久磁石源は、環状の磁石であり得る。
【００３８】
連結アセンブリはそれぞれ径方向クラッチアセンブリであり得る。
【００３９】
カムは、漏斗形状であり得る。
【００４０】
またさらに、本発明の少なくとも１つの実施形態の上記目的および他の目的を実行するにあたり、オーバーランニング非摩擦径方向連結制御アセンブリを提供する。アセンブリは、共通回転軸の周りを相互に相対的に回転するように支持された第１の一対の連結部材と、第１の一対の連結部材を選択的機械的に共に連結し、第１の一対の連結部材が軸の周りを少なくとも１つの方向に相互に相対的に回転するのを防げる第１のロック部材とを含む。第２の一対の連結部材が、共通回転軸の周りを相互に相対的に回転するように支持されており、第２のロック部材が、第２の一対の連結部材を選択的機械的に共に連結して、第２の一対の連結部材が軸の周りを少なくとも１つの方向に相互に相対的に回転するのを防げる。固定子サブアセンブリが、少なくとも１つのコイルを含み、少なくとも１つのコイルが通電された際に、電磁的に切り替えられた磁場を発生させ磁束を発生させる。磁気ラッチアクチュエータサブアセンブリが、単一の双方向に移動可能な構造体を含む。ロック部材の選択的な径方向移動のために、構造体の第１のカムが、第１のロック部材と係合して運動を変換するように適応され、構造体の第２のカムが、第２のロック部材と係合して運動を変換するように適応される。アクチュエータサブアセンブリはさらに、構造体に連結され、第１の一対の連結部材の第１のモードに対応する第１の延長位置と、第２の一対の連結部材の第２のモードに対応する第２の延長位置との間で、第１の一対の連結部材および第２の一対の連結部材に対して回転軸に沿って制御された往復運動を行うように設けられた磁気アクチュエータを含む。第１のカムは、第１のロック部材を延長位置で作動させ、第２のカムは第２のロック部材を延長位置で作動させ、これにより、第１のロック部材は、回転軸の周りを少なくとも１つの方向に相互に共に回転するように、第１の一対の連結部材を連結し、第２のロック部材は、回転軸の周りを少なくとも１つの方向に相互に共に回転するように、第２の一対の連結部材を連結する。磁気アクチュエータは、第１の延長位置および第２の延長位置において磁気的にラッチするように磁束路を完成させる。磁束により生じる制御力が、磁気アクチュエータが第１の延長位置と第２の延長位置との間で回転軸に沿って直線移動するように用いられる。
【００４１】
アクチュエータサブアセンブリが、カムが軸に沿って移動する際、カムに、対応する付勢力を軸に沿って反対方向にかけるための一対の間隔を置いた付勢部材を含み得る。
【００４２】
またさらに、本発明の少なくとも１つの実施形態の上記目的および他の目的を実行するにあたり、オーバーランニング非摩擦連結制御アセンブリを提供する。アセンブリは、共通回転軸の周りを相互に相対的に回転するように支持された内側連結部材および外側連結部材と、連結部材を選択的機械的に共に連結し、連結部材が軸の周りを少なくとも１つの方向に相互に相対的に回転するのを防げるロック部材とを含む。固定子サブアセンブリが、少なくとも１つのコイルを含み、少なくとも１つのコイルが通電された際に、電磁的に切り替えられた磁場を発生させ磁束を発生させる。磁気ラッチアクチュエータサブアセンブリが、双方向に移動可能なカム構造体を含む。カム構造体は、ロック部材の選択的な枢動運動のために、ロック部材と係合して運動を変換するように適応される。アクチュエータサブアセンブリはさらに、カム構造体と連結され、連結部材の第１のモードに対応する延長位置と連結部材の第２のモードに対応する後退位置との間で、連結部材に対して回転軸に沿って制御された往復運動を行うように設けられた磁気アクチュエータを含む。カム構造体はロック部材を延長位置で作動させ、これによりロック部材は回転軸の周りを少なくとも１つの方向に相互に共に回転するように連結部材を連結する。磁気アクチュエータは、延長位置において磁気的にラッチするように磁束路を完成させる。磁束により生じる制御力が、磁気アクチュエータが延長位置と後退位置との間で回転軸に沿って直線移動するように用いられる。
【００４３】
磁気アクチュエータは、永久磁石源を含み得る。
【００４４】
アセンブリは、オーバーランニング径方向クラッチ制御アセンブリであり得る。
【００４５】
アクチュエータサブアセンブリは、カムが軸に沿って移動する際、カムに、対応する付勢力を軸に沿って反対方向にかけるための一対の間隔を置いた付勢部材を含み得る。
【００４６】
例示的実施形態を上に説明したが、これらの実施形態は本発明の可能な形態のすべてを説明するものではない。むしろ、本明細書で使用する用語は、限定の用語よりもむしろ説明の用語であり、様々な変形例が本発明の趣旨および範囲から逸脱することなくなされ得ることは理解されるものである。また、様々な実施形態の特徴は、組み合わされ、本発明のさらなる実施形態を形成し得る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、第１のギアおよび第２のギアのいずれかと出力シャフトとの間でトルクを連結するためのオーバーランニング非摩擦径方向連結制御アセンブリの部分破断概略図である。
【図２】図２は、連結制御アセンブリの詳細を示すための、図１の図の拡大図である。
【図３】図３は、カムのカム表面によって作動させられて連結位置および非連結位置を含む様々なピボット位置にある、バネにより付勢されたロック部材または歯止めを示す端部概略図である。
【図４】図４は、カムのカム表面によって作動させられて連結位置および非連結位置を含む様々なピボット位置にあるロック部材または歯止めを有する第２の実施形態の端部概略図である。
【図５】図５は、カムのカム表面によって作動させられて連結位置にある図４のロック部材または歯止めのうちの１つの部分破断拡大側面図である。
【図６】図６は、非連結位置にあるロック部材または歯止めのうちの１つの別の実施形態の部分破断拡大側面図である。
【図７】図７は、図６の図と同様の図であるが、ロック部材がカムのカム表面によって作動させられて連結位置にある図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
要求に応じ、本発明の詳細な実施形態をここに開示する。しかし、開示する実施形態は単に、様々な代替の形態に統合し得る本発明の例示であることが理解されるものである。図面は必ずしも縮尺したものではない。特徴のなかには、特異な部品の詳細を示すために拡大されているかまたは縮小されているものもあり得る。このため、ここに開示した特定の構造的かつ機能的な詳細は限定するものとして解釈されるものではなく、単に、当業者に伝え、本発明を様々に使用するための代表的な基準として解釈されるものである。
【００４９】
本発明の少なくとも１つの実施形態に従い構成されたオーバーランニング非摩擦径方向連結制御アセンブリを、概して図１、２の１０において示す。アセンブリ１０は、ベアリングに支持された１つ以上の径方向歯止め型クラッチアセンブリを含むことが好ましい。
【００５０】
アセンブリ１０は、第１の一対の連結部材１２、１３を含む。部材１２はポケットプレートであり、部材１３は、シャフト１４と共に回転するように設けられ得る第１の粉末金属ギア１１と一体化されたノッチプレートを含む。ポケットプレートはポケット１６を有し、ノッチプレートはノッチ１７を有する。部材１２、１３は、出力シャフト１９の共通回転軸１５の周りを相互に相対的に回転するように支持されている。部材１３は、ベアリング２１によってシャフト１９上を回転するように支持されている。連結部材１２は、出力シャフト１９と共に回転するようにこれにスプライン２５を介してスプラインされている。
【００５１】
第１のロック部材または歯止め２３は、これらのポケット１６で浮遊しており、係合ノッチ１７において第１の一対の部材１２、１３を共に選択的機械的に連結することにより、第１の一対の部材１２、１３が軸１５の周りを少なくとも一方向に相互に相対的に回転するのを妨げる。
【００５２】
アセンブリ１０はまた、共通回転軸１５の周りを相互に相対的に回転するように支持された第２の一対の連結部材３２、３３と、第２の一対の部材３２、３３を選択的機械的に共に連結し、第２の一対の部材３２、３３が軸１５の周りを少なくとも一方向に相互に相対的に回転するのを妨げるようにポケット３６で浮遊している第２のロック部材または歯止め４３とを含む。第２の粉末金属ギア３１が部材３３と一体化して形成され、シャフト１４と共に回転するように設けられている。部材３３は、ベアリング４１によってシャフト１９上を回転するように支持されている。連結部材３２は、出力シャフト１９と共に回転するようにこれにスプライン４５を介してスプラインされている。
【００５３】
内側のプレート状部材１２、３２はそれぞれ、外側の周囲面１８、３８を有する（図２）。外側のプレート状部材１３、３３はそれぞれ、外側の周囲面１８、３８に隣接した内側の周囲面２０、４０を有し、径方向に内側および径方向に外側の関係にある（図２）。部材１２、３２はそれぞれポケット１６、３６を含み、軸１５から角度をつけて間隔を空けている。ポケット１６、３６はそれぞれ閉口端部２２、４２を有し、閉口端部２２または閉口端部４２と軸方向に反対側に位置する開口端部を有する（図２）。
【００５４】
歯止め２３、４３はそれぞれ、それぞれのポケット１６またはポケット３６内に位置し、その部材１３または部材３３の内側の周囲面２０または内側の周囲面４０に向かって枢動するように支持されている。歯止め２３、４３は、ロックリングまたはスナップリング２８、４８を介してそれぞれの部材１２または部材３２に固定されているプレート状ブッシングまたはリテーナ２７、４７によってそれぞれのポケット１６、３６の内部に保持されている。リテーナ２７、４７は、ポケット１６、３６の開口端部を部分的に被覆している。
【００５５】
内側の周囲面２０および外側の周囲面１８はそれぞれ、各ポケット１６の閉口端部２２に隣接する第１の径方向ベアリングインターフェースの範囲を定めている。リテーナ２７は、ポケット１６のそれぞれの開口端部に隣接するベアリングインターフェースの範囲を定めるベアリング面２９を有する。
【００５６】
内側の周囲面４０および外側の周囲面３８はそれぞれ、各ポケット３６の閉口端部４２に隣接する第２の径方向ベアリングインターフェースの範囲を定めている。リテーナ４７は、各ポケット３６の開口端部に隣接するベアリングインターフェースの範囲を定めるベアリング面４９を有する。
【００５７】
図３に最良に示すように、アセンブリ１０は、概して５１で示したアクチュエータのセットを含み、バネ５０などの付勢部材を含む。各アクチュエータ５１は、その各歯止め２３の端部５４の下面に形成された開口部に受け入れられるヘッド５３を有するスライドピン５２を含む。各歯止め２３の反対側の端部５５は、ノッチ１７と係合するように構成されている。各付勢部材５０は、そのそれぞれのピン５２に、その各歯止め２３が部材１３の周囲面２０に向かって移動するように促す。
【００５８】
図１、２を再度参照すると、アセンブリ１０は、概して１４４で示した３ポジションリニアステッピングモータをも含む。ステッピングモータ１４４は典型では制御装置によって制御され、少なくとも１つのコイル１６６（図示では３つ）を含み、電磁的に切り替えられた磁場を生じさせ、少なくとも１つのコイル１６６が通電された際に磁束を生み出す、固定子構造体またはサブアセンブリ１３５を含む。
【００５９】
ステッピングモータ１４４はさらに、概して１７０で示した磁気ラッチ並進器構造体またはアクチュエータサブアセンブリを含み、概して１７２で示すバネで付勢されたロッドまたはシャフトなどの、双方向に移動可能な接続構造体を少なくとも１つ含む。各ロッド１７２は、間隔を置いて配置された一対の漏斗状カム１７４、１７６を含み、それぞれが輪郭面１７５、１７７を有し、第１のロック部材２３および第２のロック部材４３をそれぞれの輪郭面１７５および輪郭面１７７に乗り上げさせて微小な変位を起こし、図３に示すように、ロック部材を連結位置と非連結位置との間で枢動させる。
【００６０】
アクチュエータサブアセンブリ１７０はさらに、概して１７１で示す磁気アクチュエータを含み、各ロッド１７２に連結され、第１の一対の連結部材１２、１３および第２の一対の連結部材３２、３３に対して回転軸１５に沿い、第１のモードである第１の一対の連結部材１２、１３に対応する第１の延長位置と第２のモードである第２の一対の連結部材３２、３３に対応する第２の延長位置との間の往復運動を制御するために設けられる。カム１７４は、第１のロック部材２３をその延長位置で作動させることにより、第１のロック部材２３は、第１の一対の連結部材１２、１３を、回転軸１５の周りを少なくとも一方向に相互に共に回転するように連結する。
【００６１】
カム１７６は、第２のロック部材４３を作動させ、第２の一対の連結部材３２、３３を、回転軸１５の周りを少なくとも１つの方向に相互に共に回転するように連結する。磁気アクチュエータ１７１は、磁束路を完成させ、第１の延長位置および第２の延長位置において磁気的にラッチする。磁束によって生じた制御力は、磁気アクチュエータ１７１を第１の延長位置と第２の延長位置との間で回転軸１５に沿って直線移動させるように用いられる。
【００６２】
磁気アクチュエータ１７１は、一対の環状の磁場方向転換リング１７９の間に挟まれた永久磁石源１７８を含むことが好ましい。磁気源１７８は、軸方向に磁化された環状のレアアース磁石であることが好ましい。
【００６３】
すなわち、電気機械装置またはモータ１４４は一対の連結装置の動作モードを制御するものであり、各連結装置は、出力シャフト１９の共通回転軸１５の周りを相互に相対的に回転するように支持された駆動部および被駆動部を有する。各被駆動部は、ポケットプレート１２、またはポケットプレート３２であり得るものであり、駆動部はノッチプレート１３またはノッチプレート３３であり得る。各連結装置またはアセンブリは、各連結アセンブリの部材を選択的機械的に共に連結するための２つ以上の振り子または歯止め２３または４３を含み、各連結アセンブリの動作モードを変更し得る。振り子または歯止め２３、４３は、軸１５の周りに間隔を置いて配置されていることが好ましい（つまり、図３）。
【００６４】
アクチュエータサブアセンブリ１７０は、両方の連結装置の部材またはプレートと連結し共に回転するように構成されるかまたは適応される。サブアセンブリ１７０は、回転軸１５の周りをコイル１６６に対して回転するように出力シャフト１９に支持されている。サブアセンブリ１７０は典型では、２つ以上の双方向に移動可能なロッドまたはシャフト１７２を含む。その漏斗状のカム１７４、１７６の各ステム部１８０または１８２はそれぞれ、選択的微小変位によりロック部材が枢動する間に、各連結部材の開口部１８４または１８６の中に摺動するように適応される。ブッシング１８８または１９０はそれぞれ、開口部１８４および１８６内でステム部１８０または１８２を摺動可能に支持し得る。
【００６５】
アクチュエータ１７１は、第１の連結装置（プレート１２およびプレート１３）のモード（つまり、第１のギア）に対応するアクチュエータ１７１の第１の位置と、連結装置（プレート３２およびプレート３３）のモード（つまり、第２のギア）に対応するアクチュエータ１７１の第２の位置との間で、回転軸１５に沿って選択的双方向的に変位移動するために、ロッド１７２に動作可能に接続されている。２つ以上のロッド１７２は、図３に示すように相互に間隔を置いて配置され得る。異なるモードは、ロックモードおよび非ロック（つまり、自由に回転する）モードであり得るものであり、軸１５の周りの回転移動を一方向または双方向においてロックし得る。
【００６６】
少なくとも１つのコイル１６６が通電されると、第１の磁気制御力がアクチュエータ１７１にかけられ、アクチュエータ１７１は軸１５に沿って第１の位置、第２の位置、ニュートラルの位置の間を移動する。
【００６７】
アクチュエータ１７１は、Ｉ形状のハブまたは支持部１９６が第１の位置、第２の位置、第３の位置の間を軸１５に沿って移動する際に対応する付勢力を軸１５に沿って反対方向にハブ１９６にかけるための、一対の間隔を置いた付勢バネ部材１９２、１９４を、各ロッド１７２毎に含む。ハブ１９６は、接続ロッドまたは接続シャフト１７２を摺動可能に受け入れ支持するための穴部１９７を有する。支持部１９６は移動する際、支持部１９６の対向面１９５と漏斗状のカム１７４、１７６の円筒部１９３との間で、それぞれのバネ１９２、１９４を押したり／引いたりする。
【００６８】
ハブ１９６は、シャフト１９と共に回転軸１５の周りを回転する。ハブ１９６は、穴部１９７に設けられたブッシング１９８を介し回転軸１５に沿って対応する変位移動を行う間、シャフト１７２の相互に接続するシャフト部１９９を摺動可能に支持する。
【００６９】
部材１２は、アクチュエータ１７１の延長位置の範囲を定めるための、間隔を置いた止め具を含み得る。
【００７０】
アクチュエータ１７１はまた、部材１２の内面とハブ１９６の外面との間に挟まれ、回転軸１５に沿って延びる、間隔を置いた一組のガイドピン（不図示）をも含むことが好ましい。内面および外面は、ガイドピンを保持するために内部に形成されたＶ形状の溝部またはノッチ（不図示）を有し得る。ハブ１９６は、ハブ１９６が回転軸１５に沿って変位移動する間、ガイドピン上を摺動する。ガイドピンは、部材１２上でハブ１９６を導く。ハブ１９６はまた、ガイドピンに油を供給し得る。
【００７１】
固定子サブアセンブリ１３５は、間隔を置いて配置された指部１６８および隣接する指部１６８の間に収納された電磁誘導コイル１６６を有する強磁性の筐体１６７を含む。
【００７２】
アクチュエータ１７１は、一対の強磁性の支持リング１７９の間に挟まれた環状磁性リング１７８を有する環状部品である。磁性制御力は、コイルの通電により、指部１６８およびこれに対応する支持リング１７９を一列に並べた状態で磁気的に付勢する。これらの力は、アクチュエータ１７１を２つの「ｏｎ」位置つまり延長位置でラッチし、「ｏｆｆ」位置つまりニュートラルの位置でラッチする。リング１７９は、固定子サブアセンブリ１３５によって作動し、アクチュエータ１７１を移動させる。
【００７３】
永久磁石（ＰＭ）リニアモータにおける軸方向並進ラッチ力
（米国特許第９，４３５，３８７号明細書より）
米国特許出願公開第２０１５／００１４１１６号明細書の図１３における対象のリニアモータ構造体の断面図に示された磁束線グラフとも呼ばれる磁力線グラフを考察する。これは、円対称の機械構造体であり、並進器の軸方向の移動方向をｘ方向に示し、径方向をｙ方向に示す。固定子２４、２８の断面は３つの鉄製歯部７２、２つのスロット／コイル２６の構造体であり、そのスロット開口部は径方向の空隙をわたって移動部品または並進器に対向している。並進器構造体は、２つの鉄製の磁場方向転換リング８０の間に挟まれた、単一の軸方向に磁化されたレアアースＰＭリング７８を含む。様々な構成部品の寸法は、ｘ軸およびｙ軸のメータによる目盛りから見積もることが可能である。磁力線は、市販の磁気有限要素解析（ＭＦＥＡ）ソフトウェアパッケージによって特定した。図１３に示したソリューションは、固定子巻線にコイル電流のないケースであり、並進器の軸方向位置が「ニュートラル」位置または中央位置をやや右側へ過ぎたケースである。磁力線は、単独の並進器磁石リング７８に起因して、磁力線の大部分が固定子の鉄−空隙−並進器の鉄／磁石の循環路を流れ、閉磁路を「流れている」ようにみえる。
【００７４】
一般に、磁力線は、鉄材の中で磁場が生じやすいために、鉄含有量の多い磁路に制限される。固定子と並進器との間の空隙をわたる磁力線を分析すると、これらの大部分は並進器の鉄製の方向転換リングから、上方かつ右側へ進み、固定子の鉄製歯部材へという路を辿る。磁力線を伸長したゴムバンドとして考察すると、合力が並進器全体を右側へ引張することが予想されると思われる。本ケースについて軸方向の中間空隙部ラインにおける、ＭＦＥＡ解析から再び特定した実際のせん断力密度またはｘ方向のせん断応力は、上記の出願公開の図１４Ａに示されている。右側および左側の両方へのせん断応力が図１４Ａにみられ、これは空隙に沿って右側および左側の両方へ「傾く」空隙磁力線の分布と一致できるが、合力（空隙のｘ方向の範囲にわたる総合的なせん断）は、この特定の並進器の位置について、並進器に右側へかかる合力を示している。
【００７５】
並進器の位置を左から右へ「滑らせ」、各位置において磁力線を再計算すると、並進器の位置に起因した磁力線の発生の「スライドショー」を得ることができる。並進器構造体が中心位置またはニュートラル位置の左側に位置すると、磁束線の大部分が並進器の位置の径方向上方かつ左側へ流れるため、並進器本体に左方向の力がかかることが予測される。反対に、図１３にも示すように、並進器構造体が中心位置の右側に位置すると、磁束線の流れの大部分が径方向上方かつ右側になるため、並進器本体に右方向の力がかかることが予測される。Ｎｅｗｔｏｎｓにおいて得られた、軸方向位置の関数としての並進器本体への実際の軸方向の合力のグラフが、上述の出願公開の図１５Ａに示されている。並進器が中心の右側に位置すると、それ自体の磁場により右側へ押され、中心の左側に位置すると、さらに左側へ押される。これは、アセンブリの「ラッチ」作用と呼ばれる。左―右の押す力が完全に平衡を保ち０になる正確な中心位置は、不安定平衡点であり、ここでは微小な移動でさえも並進器を中心位置から押し離す傾向のある力となる。固定子構造体の２つの軸端部の近隣であり、実並進力も０値を通過する位置に示した他の２地点は、安定平衡点であり、ここでは微小な移動が位置復元力を生じさせる。
【００７６】
コイル電流のケースについての永久磁石リニアモータにおける軸方向並進力
（米国特許第７，４３５，３８７号明細書より）
図１３に示したものと同一であるが、２つの固定子巻線に定電流を加えた機械構造体を考察する。この状態についての磁力線のソリューションが上述の明細書の図１６に示されている。巻線の断面において均一に分布していると想定する定電流が、固定子の右側にあるスロット内のワイヤコイルの中を、頁の外側に、見る者に向かって流れていると想定する。リング磁石の軸方向の磁化方向は、図１３の純粋ラッチ力状況では重要ではなかったが、この「二重」励磁のケースでは非常に重要である。図示のケースについて、磁石の軸方向磁化は右側、プラスのｘ方向と定めているため、閉「流」路の磁力線の方向または極性は、単独の磁石に起因して、反時計回りの循環であると思われる。電流によって循環する磁力線の極性方向は、「右手の法則」によって得られる。右手の親指をワイヤまたはワイヤコイルの電流方向に向け、指でワイヤまたはコイルの断面を取り囲むと、磁力線または磁束線もワイヤまたはコイルの断面を取り囲み、丸めた指と同一の循環方向を有する。
【００７７】
図１６において、左側のコイルのみの電流に起因する磁力線は、反時計回り方向にこのコイルを取り囲む一方、右側のコイルにおける電流に起因する磁力線は、時計回り方向にこのコイルを取り囲む。図１６に示すように、磁力線の純発生量または総発生量は、３つの磁気源、両コイルおよび並進器磁石における電流によるため、明らかに、機械構造体の中にそれぞれの励磁源が相互に強化し強まり合う領域があり、機械構造体の中にそれぞれの励磁源が相互にぶつかり合う領域または差し引き合う領域がある。コイル電流は可逆性であるため（プラスまたはマイナス）、機械構造体内の、最も重要なことには機械の空隙内の、二重の励磁源強化領域および抵抗領域が相互に除去し合うことが可能である。これは、ここに開示した制御可能／可逆方向のリニアモータの原理である。
【００７８】
図１３に示した所定の並進器位置について、単独の並進器磁石により生じた磁束線の大部分の流れにより、合力が並進器に右側にかかることになった。しかし、図１６に示したケースについて、コイル電流を追加した状態の同一の並進器位置について、磁束線の大部分の流れは、左手コイルおよび並進器構造体を実質的に取り囲むことに移行した。このため、磁束線の大部分は今、本ケースに関して、空隙を上方かつ左側にわたっており、上記出願公開の図１７Ａのグラフにおいてこれを裏付けており、示している。並進器が、「停止」によって、並進器磁石への導入前であった場合、図１６に示すようなコイル電流の導入は、ラッチ力を右側へかけ過ぎ、左側への実質的電動力を発生させて、並進器を左方向の動作に誘導したと思われる。並進器が移動し、続いて中心位置またはニュートラル位置を超えた場合、電動電流または切替電流は除去することさえも可能であり、左方向のラッチ力は今、単独の磁石に起因して、残りの左移動を、中心位置またはニュートラル位置の左側へ、同様のｏｆｆ状態のラッチ位置へと実行すると思われる。このため、中心位置の左側および右側における２つのラッチ位置間の実質的軸方向の間隔は、機械の「ストローク」長さであると言われる。
【００７９】
先の励磁のみのケースに提供されたものと同様の、並進器の軸方向位置を関数とした図１６に示したケースのものと同一のコイル電流駆動を備えるリニアモータ構造体内の全磁力線についての一連のソリューションのスライドショーが、コイル電流のレベルについて、並進器構造体にかかる合力は、並進器位置の想定値に関係なく、常に左側であると想定されることを示している。
【００８０】
最後に、磁石ラッチ力の方向に駆動されるコイル電流補助駆動のケースについての磁場および軸方向せん断応力のソリューションが、上記出願公開の図１８、１９Ａに示されている。図１８、１９Ａのケースについてのコイル電流の極性は、図１６、１７Ａに示されたケースの極性と単に逆であり、並進器の位置は図１６、１７Ａのケースのものと同一である。このケースでは、コイル電流は、並進器の位置が中心位置の左側に移動した際に、磁石ラッチ力の方向に駆動する。
【００８１】
ここで図４、５を参照すると、第１の連結部材１２’、第２の連結部材（不図示）のノッチ１７’、および連結部材１２’の連結面に形成されたポケット１６’に受け入れられ保持されたロック部材または歯止め２３’の別の実施形態を図示してある。第２の実施形態の、第１の実施形態と同一かまたは同様の部品は、同一の参照番号を有するが、単一プライム記号を有する。
【００８２】
オーバーランニング非摩擦径方向連結制御アセンブリの第２の実施形態は、単一プライム記号を有する部品を除き、第１の実施形態と実質的に同一の部品を有する。アセンブリは、ベアリングに支持された１つ以上の径方向歯止め型クラッチアセンブリを含むことが好ましい。
【００８３】
第２の実施形態の連結制御アセンブリは、第１の連結部材またはポケットプレート１２’、および第２の連結部材またはノッチプレートを含み、これは前述したように、その全体を図示せずむしろそのノッチ１７’を簡略化のために図示したものである。第１の部材またはプレートおよび第２の部材またはプレートは、出力シャフト１９’の共通回転軸１５’の周りを相互に相対的に回転するように支持されている。第２の部材はベアリング（不図示）によってシャフト１９’上を回転するように支持され、第１の部材１２’は、出力シャフト１９’と共に回転するようにこれにスプライン（不図示）を介してスプラインされている。
【００８４】
ロック部材または歯止め２３’は、ポケットプレート１２’の上方のカップ部またはソケット部２００’および下方のカップ部またはソケット部２０２’によってそれぞれのポケット１６’に枢動可能に支持されている。ソケット部２００’、２０２’はそれぞれ、凹状ベアリング面２０４’、２０６’を有し、ロック部材２３’の突出する凸状の上方ピボット２１２’および下方ピボット２１４’のそれぞれに対応するベアリング面２０８’、２１０’にフィットするように適応されている。ピボット２１２’、２１４’は、ワンウェイトルク伝達が連結部材間で可能となるように、連結部材またはプレートに対して係合位置と非係合位置との間でピボット軸２１６’の周りを枢動するように、ロック部材２３’のために滑らかで球根状のベアリング面を備えていることが好ましい。
【００８５】
上方ピボット２１２’および下方ピボット２１４’はそれぞれ、ロック部材２３’の本体部２１８’から延びている。本体部２１８’は、部材と係合する第１の端面２２０’と、部材と係合する第２の端面２２２’との間に延びている。
【００８６】
重心または質量中心（つまり、重力）は、ピボット軸２１６’に実質的に集中しているため、ロック部材２３’は実質的遠心的にニュートラルであるかまたは平衡を保っている。ポケットプレート１２’の回転によってロック部材２３’の重心に遠心力がかかる。ピボット軸２１６’は、第１の端面２２０’と第２の端面２２２’との間の実質的中間点に位置する。ロック部材２３’が実質的遠心的にニュートラルでないかまたは平衡を保たれていないと、ロック部材２３’を回転させるのに必要となる力が１０，０００ＲＰＭなどの高回転速度において高くなると思われる。ロック部材の不均衡の問題に対処することは可能であるが、そのような手段は実用的でないことが多い。ロック部材２３’の重心または質量中心をそのポケット１６’の回転軸２１６’に置くことにより、ロック部材１６’は実質的遠心的にニュートラルであるか平衡を保たれ、これによりワンウェイクラッチがより軽量かつ小型になる。
【００８７】
各ポケット１６’に形成された凹部２２４’にバネ（不図示）などの１つ以上の付勢部材が配置され、各ロック部材２３’の端部５４’を付勢し、これによりロック部材２３’を各ポケット１６’の非係合位置に付勢している。バネ力は、ロック部材２３’の対向する端部の下面が輪郭面１７５’に乗った状態で、カム１７４’のカム力に対して作用する。第１の実施形態におけるように、漏斗状のカム１７４’のステム部１８０’は、ロック部材が枢動する間、ポケットプレート１２’の開口部（図４、５には不図示）内に摺動するように適応されている。
【００８８】
ｅＣＭＤは、高度なハイブリッド車およびＥＶ車にとって実現可能な技術として益々認められてきているため、クラッチに対する仕様および要件は急速に増大している。Ｅ−モータの特質は、ゼロ／低速度で高トルクであり、回転能力が従来のＩＣＥの適用よりも３倍速い。ｅＣＭＤは、少なくとも１５，０００ＲＰＭの速度でのＯＮおよびＯＦＦの変換が可能である必要がある。回転によって発生した径方向力の式は
Ｆｃ＝ＭＶ２／ｒ
である。
【００８９】
このため、径方向力は、速度の二乗で増大する。このため、１５，０００ＲＰＭの速度で４．１７グラムであるクラッチのストラットの設計からの例は、そのポケットにおいて１５１ｌｂｓのストラットの径方向力に変わる。これらは、ｅＣＭＤ設計者が今直面する新事実である。ｅＣＭＤの制御システム（電気機械部分）は、これらの巨大な径方向力を前にストラットを回転可能にする必要がある。これらの径方向力は、ポケットプレートの外壁によって影響を受けない。ストラットの所望の回転に対する反モーメントを生み出す摩擦力が発生する。摩擦力の方程式（式）は
Ｆｆ＝μＮであり、ここで、Ｎ＝Ｆｃおよび、μ＝摩擦係数である。
【００９０】
反モーメントの式は
Ｍ＝Ｆｆｒ
である。
【００９１】
ここで、ｒ＝モメントアームであり、これは、ピボット点からストラットがポケットに接する点までの距離である。
【００９２】
Ｍ値が低ければ低いほど、ｅＣＭＤの電気機械部分がストラットを回転させやすい。このため、クラッチの所定速度について、モーメントを低減するために操作可能なパラメータは、ストラットの質量、μ値、およびモメントアームの長さである。次の説明は、図６、７の実施形態に向けて公開するものであり、その目的はモメントアームを低減することである。
【００９３】
ここで図６、７を参照すると、第１の連結部材１２”、第２の連結部材１３”のノッチ１７”、および連結部材１２”の連結面内に形成されたポケット１６”に受け入れられ保持されるロック部材または歯止め２３”のさらに別の実施形態を図示してある。第１の実施形態および第２の実施形態の部品と同一かまたは同様の第３の実施形態の部品は、同一の参照番号を有するが、ダブルプライム記号を有する。
【００９４】
オーバーランニング非摩擦径方向連結制御アセンブリの第３の実施形態は、ダブルプライム記号を有する部品を除き、第１の実施形態および第２の実施形態と実質的に同一の部品を有する。アセンブリは、ベアリングに支持された１つ以上の径方向歯止め型クラッチアセンブリを含むことが好ましい。
【００９５】
第３の実施形態の連結制御アセンブリは、第１の連結部材またはポケットプレート１２”と、第２の連結部材またはノッチプレート１３”を含み、これは前述したように、その全体を図示せずむしろそのノッチ１７”を簡略化のために図示したものである。第１の部材またはプレートおよび第２の部材またはプレートは、出力シャフトの共通回転軸（不図示）の周りを相互に相対的に回転するように支持されている。第２の部材はベアリング（不図示）によってシャフト上を回転するように支持され、第１の部材１２”は、出力シャフトと共に回転するようにこれにスプライン（不図示）を介してスプラインされている。
【００９６】
ロック部材または歯止め２３”は、ポケットプレート１２”の上方のカップ部またはソケット部２００”および下方のカップ部またはソケット部２０２”によって、そのポケット１６”内に支持されている。ソケット部２０２”は凹状ベアリング面２０６”を有し、ロック部材２３”の突出した凸状の下方ピボット２１４”の対応するベアリング面２１０”に対してフィットするように適応されている。ピボット２１４”は、ワンウェイトルク伝達が連結部材間で実行可能となるように、連結部材またはプレートに対してその係合位置と非係合位置との間でピボット軸２１６”の周りを枢動するように、ロック部材２３”の滑らかで球根状のベアリング面を備えていることが好ましい。
【００９７】
図６、７の設計は、図４、５の径方向ストラットおよびポケットの変形例を示している。径方向ストラット２３”は、ストラットの重心を中心とする楕円形のホール２４０”が形成されたＭＩＭ部品である。ポケットプレートは、圧縮して硬化させ研磨した直径約２ｍｍのピン２４２”を有する。楕円形保持部の穴の幅は、約２．２ｍｍである。ピン２４２”が存在しなければ、モメントアームＣを伴うＡ点において径方向ストラットの接触が生じると思われる。ピン２４２”が存在することにより、モメントアームＤを伴うＢ点において摺動接触が生じる。この利点は、ＤがＣよりも大幅に短いことであり、このためＭは、モメントアームの長さが短くなるのに伴い直線状に低減する。
【００９８】
径方向ストラット２３”およびピン２４２”はいずれも、μを低減させるテフロンのような摩擦低減コーティングによって被膜し得る。
【００９９】
ピン２４２”が径方向ストラット２３”のホールに密接に適合していない理由は、ストラット２３”がロックされ負荷がかかっている際、ピン２４２”との間にクリアランスが必要であるためである。地点２４２”の機能は、ＯＦＦからＯＮへ移行する際、またＯＮからＯＦＦへ移行する際の反作用点をもたらすことである。回転によって生じる径方向力からの負荷を超えて負荷されるべきではないために、楕円形のクリアランスホール２４０”がある。
【０１００】
下方ピボット２１４”は、ロック部材２３”の本体部２１８”から延びている。本体部２１８”は、部材を係合する第１の端面２２０”と部材を係合する第２の端面２２２”との間に延びている。
【０１０１】
重心または質量中心（つまり、重力）は、ピボット軸２１６”に実質的に集中しているため、ロック部材２３”が実質的遠心的にニュートラルであるかまたは平衡を保っている。ポケットプレート１２”の回転によってロック部材２３”の重心に遠心力がかかる。ピボット軸２１６”は、第１の端面２２０”と第２の端面２２２”との間の実質的中間点に位置する。ロック部材２３”が実質的遠心的にニュートラルであるかまたは平衡が保たれていると、ロック部材２３”を回転させるのに必要となる力が１０，０００ＲＰＭなどの高回転速度において高い。ロック部材の不均衡の問題に対処することは可能であるが、そのような手段は実用的でないことが多い。ロック部材２３”の重心または質量中心をそのポケット１６”の回転軸２１６”に置くことにより、ロック部材２３”は実質的遠心的にニュートラルであるかまたは平衡を保たれ、これによりワンウェイクラッチがより軽量かつ小型になる。
【０１０２】
そのポケット１６”に形成された凹部２２４”にバネ（不図示）などの１つ以上の付勢部材が配置され、ロック部材２３”の端部５４”を付勢し、これにより、ロック部材２３”をそのポケット１６”の非係合位置に付勢している。バネ力は、ロック部材２３”の対向する端部の下面が輪郭面１７５”に乗った状態で、カム１７４”のカム力に対して作用する。第１の実施形態におけるように、漏斗状のカム１７４”のステム部１８０”は、ロック部材が枢動する間、ポケットプレート１２”の開口部（図６、７には不図示）内に摺動するように適応されている。
【０１０３】
例示的実施形態を上に説明したが、これらの実施形態は本発明の可能な形態のすべてを説明することを意図したものではない。むしろ、本明細書において使用した用語は、限定よりもむしろ説明の用語であり、本発明の主旨および範囲から逸脱することなく様々な変形例がなされ得ることは理解されるものである。また、様々な実装実施形態の特徴は、本発明のさらなる実施形態を形成するために組み合わせ得るものである。
【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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【国際調査報告】
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