CN114731091A - 用于运动模拟器的线性致动器 - Google Patents

Abstract

一种线性致动器，包括用于产生双向旋转输出的电机。壳体在近端处连接到电机，该壳体具有限定接头表面的内腔。轴位于壳体的内腔内并且通过电机的致动而旋转。滑动管至少部分地位于壳体的内腔中，以相对于壳体在轴向方向上平移移动。一个或多个行进螺母连接到滑动管组件，以与滑动管一起在轴向方向上移动，行进螺母操作性地接合到轴，以将轴的旋转运动转换为滑动管的平移。衬套位于滑动管和内腔的接头表面之间，衬套的内表面限定通过纵向凹槽分开的多个纵向接触表面，这些纵向接触表面接触滑动管。

Description

用于运动模拟器的线性致动器

相关申请的引证

本申请要求于2019年9月23日提交的美国专利申请第62/904,191号和于2020年6月18日提交的美国专利申请第63/040,939号的优先权，这两个申请的全部内容通过引证并入本文。

技术领域

本申请涉及与运动模拟器一起使用或在运动模拟中使用的线性致动器，例如以使平台的一个或多个乘客与视频图像序列或与音轨同步地移位，并且涉及诸如线性致动器的线性引导件，用于诸如电影、视频游戏、模拟器等的各种用途。

背景技术

在视频和电视娱乐行业中，对增强观众的观看体验的需求日益增加。因此，已经有许多创新来改善观看的图像和声音。还开发了运动模拟，以使运动平台(例如，座位、椅子)产生与观看的图像序列同步的运动。例如，美国专利第6,585,515号和第7,934,773号是被创建用于将运动传递给座椅以增强观看体验的系统的两个示例。

在这样的运动平台中通常使用机电线性致动器。这些线性致动器通常必须能够在低频或中频下产生中低振幅输出，以用于多次来回运动。此外，这些线性致动器必须支撑平台及其乘员的重量的一部分。

发明内容

因此，本公开的目的是提供一种解决与现有技术相关的问题的线性致动器。

因此，根据本公开的第一方面，提供了一种线性致动器，该线性致动器包括：电机，用于产生双向旋转输出；壳体，在近端处连接到所述电机，所述壳体具有限定接头表面的内腔；轴，位于所述壳体的所述内腔内并且通过所述电机的致动而旋转；滑动管，至少部分地位于所述壳体的所述内腔中，以相对于所述壳体在轴向方向上平移移动；至少一个行进螺母或者就行进构件，连接到所述滑动管组件，以与所述滑动管一起在所述轴向方向上移动，所述行进螺母或者就行进构件操作性地接合到所述轴，以将所述轴的旋转运动转换为所述滑动管的平移；以及衬套，位于所述滑动管与所述内腔的所述接头表面之间，所述衬套的内表面限定通过纵向凹槽分开的多个纵向接触表面，这些纵向接触表面接触所述滑动管。

进一步根据第一方面，例如，所述衬套具有C形截面。

更进一步根据第一方面，例如，所述多个纵向接触表面中的至少一些纵向接触表面在所述滑动管上施加偏压力。

更进一步根据第一方面，例如，至少设置有第一组纵向接触表面和第二组纵向接触表面，并且其中，在静置状态(不受力的状态，at rest)下，所述衬套在所述第一组纵向接触表面处的内直径ID小于所述衬套在所述第二组纵向接触表面处的内直径ID'，从而使得所述第一组纵向接触表面在所述滑动管上施加偏压力。

更进一步根据第一方面，例如，所述第一组纵向接触表面比所述第二组纵向接触表面宽。

更进一步根据第一方面，例如，在所述衬套的外表面上限定有至少一个伸出特征部，并且所述至少一个伸出特征部被接收在位于所述内腔中的表面凹陷中，以阻挡所述衬套沿着所述壳体平移。

更进一步根据第一方面，例如，在所述衬套的外表面上限定有至少一个伸出部，并且所述至少一个伸出部被接收在位于所述内腔中的表面凹陷中，以阻挡所述衬套在所述壳体内旋转。

更进一步根据第一方面，例如，所述至少一个伸出部是细长的指状部，并且其中，从所述衬套的其余部分向内伸出用于接收在所述滑动管的对应槽中的引导件，以阻挡所述滑动管旋转。

更进一步根据第一方面，例如，所述引导件与所述至少一个伸出部径向地对准。

更进一步根据第一方面，例如，所述纵向接触表面上具有涂层，所述涂层的摩擦系数比所述衬套的其余部分的摩擦系数低。

根据本公开的第二方面，提供了一种线性致动器，该线性致动器包括：电机，具有用于产生双向旋转输出的输出轴；壳体，在近端处连接到所述电机，所述壳体具有限定接头表面的内腔；轴，位于所述壳体的所述内腔内；至少一个轴承，位于所述内腔内并且邻近所述壳体的所述近端；联接组件，用于将所述电机的所述输出轴联接到所述轴，所述联接组件包括能旋转地接收在所述轴承中的轴支撑件，并且在所述轴和所述轴支撑件之间限定有渐缩锁定结构；滑动管，至少部分地位于所述壳体的所述内腔中，以相对于所述壳体在轴向方向上平移移动；以及至少一个行进螺母或者就行进构件，连接到所述滑动管以与所述滑动管一起移动，所述行进螺母或者就行进构件操作性地接合到所述轴，以将所述轴的旋转运动转换成所述滑动管的平移。

进一步根据第二方面，例如，所述轴具有截头锥形端面，并且所述轴支撑件具有截头锥形腔，以用于所述渐缩锁定结构的布置。

更进一步根据第二方面，例如，所述轴支撑件具有接收所述电机的所述输出轴的腔。

更进一步根据第二方面，例如，所述轴支撑件的所述腔位于所述轴承的内部。

更进一步根据第二方面，例如，所述轴支撑件具有邻接抵靠所述轴承的端部凸缘并具有螺纹表面，所述螺纹表面上接合有螺母使得所述轴承位于所述凸缘与所述螺母之间。

更进一步根据第二方面，例如，所述电机轴的一端连接有电机联接器，所述电机联接器接收在所述轴支撑件的所述腔中，并且所述电机联接器与所述轴支撑件通过接头接口连接在一起。

更进一步根据第二方面，例如，所述接头接口在位于所述电机联接器和所述轴支撑件之间时发生变形。

更进一步根据第二方面，例如，所述接头接口的硬度比所述电机联接器的硬度低并且比所述轴支撑件的硬度低。

更进一步根据第二方面，例如，其中，在所述支撑表面的所述腔中以及在所述接头接口上限定有互补的防旋转特征部。

更进一步根据第二方面，例如，在所述壳体中可以设置有轴向地压缩在所述电机和所述轴承之间的卡圈。

根据本公开的第三方面，提供了一种线性致动器，该线性致动器包括：电机，用于产生双向旋转输出；壳体，在近端处连接到所述电机，所述壳体具有限定接头表面的内腔；轴，位于所述壳体的所述内腔内并且通过所述电机的致动而旋转；滑动管，至少部分地位于所述壳体的所述内腔中，以相对于所述壳体在轴向方向上平移移动，所述滑动管具有近侧半部和远侧半部，所述近侧半部比所述远侧半部更靠近所述电机；至少一个行进螺母或者就行进构件，具有连接到所述滑动管的连接部分，以与所述滑动管一起在所述轴向方向上移动，所述行进螺母或者就行进构件具有操作性地接合到所述轴的操作部分，以将所述轴的旋转运动转换为所述滑动管的平移，其中，所述行进螺母或者就行进构件的所述连接部分基本上在所述滑动管的所述远侧半部中，所述行进螺母或者就行进构件的所述操作部分基本上在所述滑动管的所述近侧半部中。

进一步根据第三方面，例如，所述行进螺母或者就行进构件的所述连接部分与所述滑动管螺纹接合。

进一步根据第三方面，例如，所述行进螺母或者就行进构件的所述操作部分是滚珠丝杠单元。

更进一步根据第一方面、第二方面和第三方面，例如，所述滑动管相对于所述壳体的最大运动幅度在140mm和152mm之间。

更进一步根据第一方面、第二方面和第三方面，例如，所述壳体40的所述内腔42的长度为约274mm±10mm。

更进一步根据第一方面、第二方面和第三方面，例如，所述壳体的长度与所述滑动管的直径的比值的范围在3.3和4.1之间。

附图说明

图1是具有根据本公开的一个或多个线性致动器的运动模拟器的立体图；

图2是根据本公开的用于运动模拟器的线性致动器的纵向透视图；

图3是图2的用于运动模拟器的线性致动器的第一分解图；

图4是图2的用于运动模拟器的线性致动器的第二分解图；

图5是图2的用于运动模拟器的线性致动器的壳体的立体截面图；

图6A是图2的用于运动模拟器的线性致动器的活塞衬套的第一立体图；

图6B是图2的用于运动模拟器的线性致动器的活塞衬套的第一立体图；

图6C是图2的用于运动模拟器的线性致动器的活塞衬套的实施方式的端视图；

图7是图2的用于运动模拟器的线性致动器的壳体的立体截面图；

图8是图2的用于运动模拟器的线性致动器的轴支撑件、接头接口和电机联接器的组装图。

具体实施方式

参照附图，更具体地，参照图1，以标号1来表示运动模拟器。运动模拟器1是可以接收来自控制器的致动信号以使其输出部根据一组动作来移动的类型的，并且在输出部处执行振动动力学作用。例如，运动模拟器1可以是与视频或音频输出同步运动的类型的，并且从控制器接收表示将要执行的运动的运动信号。在所示的实施方式中，运动模拟器1具有运动平台2，该运动平台支撑体验运动模拟器1的运动的一个或多个乘员。在所示的实施方式中，运动平台2是具有座椅部分的座椅，用户可以在该座椅部分中就坐。可以包括其他乘客支撑结构，但是为了简单起见，在本申请中将使用座椅部分2的表述。

座椅部分2示出为具有扶手、座椅和靠背，这是被考虑的众多构造中的一种，这是因为座椅部分11可以用于单个用户、多个用户，可以是长凳、驾驶座等。运动模拟器1还具有致动系统3，通过该致动系统，输出部(即，座椅部分2)被支撑在地面上。致动系统3示出为具有隐藏其各个部件的壳体，然而，致动腿4是部分可见的。致动系统可以具有这些致动腿4中的一个或多个以从地面支撑输出部(即，座椅部分2)。在实施方式中，致动腿4中的一个或多个包括图2-图4中以标号10表示的类型的线性致动器。例如，在飞行模拟器的实施方式中，运动模拟器1可以支撑平台、驾驶座或结构而不是座椅部分，在车辆模拟器的实施方式中，运动模拟器可以支撑车厢，或者在并联机械手或类似机器人应用的情况下，运动模拟器可以支撑末端致动器。

参照附图并且更具体地参照图2，以标号10表示用于运动模拟器的类型的线性致动器。然而，本文中描述的一些组和/或部件也可以应用于其他线性引导件，诸如引导轴或引导杆。线性致动器10非常适合在地面和运动平台(即，支撑表面、椅子、座椅、飞行模拟器/隔室等)之间使用，以使运动平台与一系列图像和/或声音同步地移位，该一系列图像和/或声音例如为电影、电视节目、视频、视频游戏、模拟触觉事件、虚拟现实会话等的一部分。所示的实施方式的线性致动器10是通过运动控制器或任何其他适当且适用的运动信号源驱动的机电线性致动器，其中，运动信号源例如媒体播放器、D-电影放映机、互联网等，运动信号即表示将要执行的特定运动的代码。运动信号以合适的形式发送到线性致动器10以驱动其电机。在实施方式中，至少两个致动器10同时用于支撑座椅并使座椅相对于地面移位。因此，线性致动器10产生沿着其轴向方向的平移输出，如X所指示的。当在下文中提及轴向方向时，除非另有说明，否则其将指的是线性致动器10的纵向轴线，并且在图2-图4中被示出为X。

线性致动器10可以被认为是三组组件(即，三个部分、三个子组件等)，即，电机组12、结构组14和从动组16，但是其他布置也是被考虑的。这样划分组12、14和16以便于描述，但是一个组的部件可以是另一个组的一部分，可以在组之间共用等。因为本公开的细节主要涉及从动组16，所以电机组12和结构组14仅示意性地示出并且简要详细说明。然而，作为参考，第PCT/US2013/072605号PCT申请描述了电机组12和结构组14的一个示例，并且因此通过引证并入本文。

电机组12接收电形式的运动信号，并且产生对应于接收到的运动信号的旋转运动。电机组12因此连接到运动信号源或类似电子设备。电机组12操作性地连接到从动组16，以将其旋转运动传递到该从动组。

结构组14容纳从动组16，并且将电机组12操作性地连接到从动组16。此外，结构组14可以是线性致动器10与运动平台、地面或支撑结构之间的接口。

从动组16将来自电机组12的旋转运动转换为沿着方向X的并且是线性致动器10的输出的线性运动。从动组16可以是线性致动器10与地面或基座之间的接口，并且是可相对于结构组14移位的。

电机组12

参照图2至图4，更详细地示出了电机组12的一些部件。为了简单起见，电机组12的部件以20编号。

电机组12具有电动机20。电动机20是接收电运动信号的类型的双向电机，从而在任一周向方向上以直接驱动将信号以与运动信号成比例的方式转换为旋转输出。也可以存在变速器，诸如减速齿轮箱、行星齿轮系统等。在直接驱动布置中，电动机20具有图2中的输出轴21。举例来说，电动机20是无刷DC电机。提供这种类型的电动机作为示例，并且可以使用任何其他适当类型的电机。输出轴21可以在轴向方向X上伸出并且围绕X旋转。图2中的联接部件22(例如，电机联接器)连接到输出轴21以与输出轴成一体(例如，通过固定螺钉等)。因此，电机联接器22与输出轴21一起旋转。电机联接器22将如下文所述地联接到从动组16，或者可替代地，可以是从动组16的一部分。例如，作为可能的构造，联接器22具有一个或多个轴向凹槽22B。

电机20的主体可以以任何适当的方式连接到结构组14。例如，主体可以具有连接凸缘、螺栓或螺孔、连接表面、螺纹等。连接凸缘可以用于例如使用诸如螺栓(未示出)、垫圈等的适当的紧固件，以将电机20连接到结构组14。任何合适类型的连接装置都可以用于将电机20的主体固定到结构组14。

结构组14

参照图2至图4，更详细地示出了结构组14的部件。为了简单起见，结构组14的部件以40编号。

结构组14包括壳体40，壳体也称为盖、外壳等。在所示的实施方式中，壳体40是整体件，但是其也可以通过单独的互连件组成。壳体40是线性致动器10的主要结构部件，这是因为壳体使电机组12与从动组16相互联系，并且还可以使线性致动器10与运动平台相互联系。壳体40可以具有位于壳体40的近端处的凸缘，以用于与电机组12的凸缘主体(如果存在的话)连接。这是示例中的一个示例。其他示例包括孔41(例如，螺纹孔)，该孔用于接收螺纹接合在电机20的主体的孔中的紧固件。

参照图2至图5，壳体40是限定内腔42的管状部件，该内腔容纳从动组16的一部分。内腔42可以分段为若干部分。一个这样的部分通过接头表面44界定，该接头表面朝向壳体40的敞开远端43敞开。接头表面44是从动组16的移动部件将通过直接接触或者经由接口而抵靠其滑动的表面。当在方向X上展开时，从动组16的一部分将通过敞开远端43退出。如图2和图5所示，接头表面44可以具有不同的表面特征部，诸如环形止动部44A、环形凹槽44B和/或纵向槽44C，即，这些表面凹陷特征部中的任何一个可以单独存在或以它们的任何组合存在。这些表面特征部可以是壳体40的整体部分(例如，直接在壳体40中铸造或机加工)，或者可以是附加特征部。例如，可以使用弹形挡圈或类似的环形圈作为环形止动部44A的替代物。

壳体40可以具有其他部分，诸如从动组16的部件可以在其中不受阻碍地移动的空隙。另一部分可以通过用于如下文描述的从动组16的轴承的座44D(也称为肩部)限定。座44D可以是埋头孔的形状。可替代地，作为其中的一种可能性，座44D可以是被接收在接头表面44中的环形凹槽中的弹形挡圈或类似的环形圈。

参照图2-图4和图6A-图6B，还考虑将活塞衬套45(也称为套筒、套管、套管套筒)定位到接头表面44中，以充当用于如下文描述的从动组16的滑动部件的接口。衬套45非常适合用于其他线性引导件，诸如引导轴或引导杆。衬套45可以由具有相对低摩擦系数并且相对高硬度的材料制成，该材料诸如POM(乙缩醛)和PTFE混合物。提供这种类型的树脂作为示例，也可以使用其他合适的低摩擦性材料，诸如树脂、金属、非金属、复合材料或非复合材料。在实施方式中，衬套45可以具有单片或单块构造。

衬套45可以具有敞开的柱形形状，但是它可能不是具有所示的侧槽45A的完整柱形。换句话说，衬套45的截面可以是C形的而不是整圆，但是也考虑整圆。如果存在侧槽45A的话，如该侧槽所促进的，衬套45可以变形以被挤压并插入壳体40内，并且抵靠接头表面44。变形例如可以是弹性变形。当衬套45恢复其形状时，其可以与接头表面44的表面特征部互补地接合。换句话说，衬套45可以自然地偏压为与壳体40接合。在实施方式中，这种互补接合可以不需要任何附加部分、粘合剂、紧固件。互补接合可以涉及衬套45的长度，使得衬套靠近或接触环形止动部44A，使得其在朝向电机20的方向X上被阻挡。互补接合可以可替代地或附加地包括在衬套45的外表面上的突耳45B或类似的伸出部或环形圈，以用于接合在壳体40的接头表面44的环形凹槽44B或其他表面凹陷中。这也可以阻挡衬套45在方向X上移动，即轴向阻挡。互补接合可以可替代地或附加地包括在衬套45的外表面上的指状部45C或类似的伸出部或伸出特征部(例如，一个或多个突耳)，以用于接合在壳体40的接头表面44的纵向槽44C中。指状部45C在槽44C中的接合可以阻挡衬套45围绕平行于方向X的轴线旋转，即，旋转阻挡。因此，44A、一对44B/45B和一对44C/45C中的一者或多者可以确保衬套45保持基本上固定在壳体40中。

参照图6A和图6B，根据实施方式，衬套45具有手风琴状主体，该手风琴状主体在衬套45的内表面中形成多个纵向凹槽45D。换句话说，衬套45的截面将显示为面向内的锯齿状。因此，这些纵向凹槽45D被纵向接触表面45E插入，如下面描述的从动组16的活塞将抵靠这些纵向接触表面45E滑动。存在纵向凹槽45D使得可以通过与纵向凹槽45D交替来减小衬套45和活塞之间的接触面积，并且这可以减小摩擦力。纵向凹槽45D还可以有利于衬套45在插入壳体40中时变形。因此，凹槽45D的存在可以有利于组装。

仍然参照图6A和图6B，引导件45F可以径向地向内伸出。引导件45F可以作为用于从动组16的滑动部件的引导件，以确保直线运动，即，作为用于从动组16的滑动部件的防旋转引导件。此外，引导件45F可以作为止动件，以限制线性致动器10的冲程。在所示的实施方式中，引导件45F是指状部45C的向内伸出部，使得引导件45F与纵向槽44C对准。引导件45F也可以与指状部45C分开。指状部45C和引导件45F的组合厚度可以有助于这些特征部的刚度，以防止从动组16的活塞旋转。可替代的方案可以包括用作引导件的块，或使用纵向凹槽45D来防止旋转。在实施方式中，轴向引导和转动阻挡通过与接头表面44和从动组16的活塞配合的衬套45单独作用来实现。还可以在壳体40中限定通风孔，以允许空气从线性致动器10的内部逸出。通风孔可以通过过滤器或筛网保护。

参照图6C，在实施方式中，示出实施方式中具有附加的可选特征部的衬套45的端视图，该实施方式可以与图6A和图6B的实施方式不同。如下所述的从动组16的活塞将抵靠其滑动的纵向接触表面45E也可以通过诸如POM(乙缩醛)和PTFE混合物的低摩擦材料制成。提供这种类型的树脂作为示例，并且也可以在整体结构中使用其他合适的低摩擦材料，诸如树脂、金属、非金属、复合材料或非复合材料。然而，低摩擦垫45G也可以用于接触活塞，并且因此被示出。在实施方式中，垫45G可以呈表面45E上的涂层的形式，诸如PTFE涂层，其摩擦系数低于衬套45的其余部分。

在图6C中，观察到纵向凹槽45D较接近彼此地配对，以相对于一组较宽的纵向表面45E限定一组较窄的纵向表面45E'。还观察到，衬套45在较窄的纵向表面45E'处的外直径OD'大于在较宽的纵向接触表面45E处的外直径OD——直径是相对于衬套45的中心轴线而言的。同时，衬套45在较宽的纵向接触表面45E处的内直径ID小于在较窄的纵向表面45E'处的ID'。在实施方式中，衬套45在较宽的纵向接触表面45E处的内直径ID小于施加抵在衬套45上的活塞的外直径，使得通过衬套45在活塞上施加偏压力。所描述的这些直径是在静置(不受力)的情况下，即，在衬套45与滑动管接触之前，或者在安装到壳体40中之前，或者在模制或制造之前。衬套45在纵向凹槽45D处的较薄的壁厚可以使得形成弹簧壁。外直径OD小于壳体40的接头表面44的内直径，使得OD和接头表面44之间可以存在间隙，以限定一些游隙。通过上述构造实现的弹簧效果以及衬套45的OD部分与接头表面44之间的游隙允许衬套45将壳体40与活塞紧密地相互联系，尽管尺寸公差本来可以允许一些松动。因此，弹簧壁构造的弹簧效果使得下文描述的壳体40和/或活塞具有更大的制造公差。在某些情况下，需要进行机加工以确保衬套具有适当的直径，但由于弹簧效果，这可能不是必需的。在实施方式中，弹簧效果保持在所用的材料的弹性变形范围内。在另一实施方式中，与垫或表面45G的材料相比，衬套45的主体使用不同的材料，以实现合适的弹簧效果。然而，衬套45的整体结构本身具有合适的弹簧效果。

连接凸缘可以固定到壳体40的远端，并且可以设置有连接通孔等，以固定到结构、运动平台等。连接凸缘是多种连接布置中的一种以用于线性致动器10。

以上关于电机组12和结构组14的细节作为示例性实施方式给出。

从动组16

参照图2至图4，更详细地示出从动组16的部件。为了简单起见，从动组16的部件以60和70编号。

从动组16具有滑动管60，也称为活塞。滑动管60是从动组的主要运动部件。滑动管60装配在壳体40的内腔42内，并且因此可以具有与内腔42的形状互补的形状。例如，滑动管60可以是基本上柱形的管，但是具有使原本圆形截面中断的外表面特征部。任何其他合适的截面是可以考虑的，诸如椭圆形、多边形、混合形(例如，方圆形)，所有这些形状都是作为示例给出的。如果存在衬套45，则滑动管60的尺寸可以设计成与接头表面44上的活塞衬套45滑动接触。因此，滑动管60可以在壳体40的内腔42中在轴向方向X上移动，使得滑动管60的远端可以从壳体40的远端伸出可变距离。例如，在图2中，滑动管60在线性致动器10的缩回状态下缩回到壳体40内。在线性致动器10的伸出状态下，滑动管60可以伸出到壳体40之外。这可以称为伸缩运动、平移自由度等。在实施方式中，滑动管60被限制为仅在一个平移自由度上运动，但是可以允许或者不允许一些少量的游隙。

在所示的实施方式中，接口61在壳体40的外部设置在滑动管60的远端处。接口61呈具有螺纹的端管61A(图7)的形式，以用于螺纹接合紧固件61B。在实施方式中，滑动管60具有整体结构，但是这仅是可选的。此外，接口61也可以采用其他形式，例如，作为众多其他形式中的一种可行形式，通过为中心螺纹孔或周向螺纹孔而没有伸出的端管，或者还可以是螺纹伸出部。如果线性致动器10被定向为使接口61向下，则接口61可以是地面或基座接口。例如，接口61可以直接位于地面上，或者是接头的一部分。例如，可以在接口61的端部处的示例性接头在PCT/CA2018/050381或PCT/US2016/059696中描述，二者均通过引证并入本文。在线性致动器10的端部处的这样的接头可以减少线性致动器10在其与地面或基座的接口处所承受的应力和应变。如果需要，这样的接头可以允许线性致动器10和地面之间具有多个自由度，但是这也是可选的。

接口61在图中示出为具有图2-图4中的盖62。孔62A位于盖62的中央，使得盖62可以通过诸如螺栓或轴的紧固件61B紧固到滑动管60。盖62是可以用于在滑动管60的端部处连接到接口61的许多其他解决方案中的一种解决方案。其他构造包括在接口61处的半球形或截头球形表面。

在所示的实施方式中，并且如图7所示，滑动管60具有内腔64，该内腔具有肩部64A，以为行进螺母提供轴向邻接。参照图2-图4，内腔64被示出为在滑动管60的整个长度上延伸。肩部64A可以位于相对于轴向方向横向的平面中。螺纹65可以设置在内腔64的邻近肩部64A的表面上，以用于行进螺母的螺纹接合。

在滑动管60的外表面上，可以形成引导通道67。引导通道67平行于轴向方向。在操作中，衬套45的引导件45F(图6A-图6C)或等效物被接收在引导通道67中。在所示的实施方式中，滑动管60的特征是具有单个引导通道67，但是可选地可以存在一对或多个引导通道67。然而，可以使用更多或更少的引导通道67以及相应数量的引导件45。在实施方式中，引导通道67朝向滑动管67的远端敞开，以当滑动管60与衬套45组装在一起或脱离壳体40时，允许引导件45F穿过或离开敞开的远端。在滑动管60的外表面上可以限定环形凹槽68，以用于接收弹形挡圈68A或类似的环，例如，当与环形止动部44A接触时，可以起到止动件的作用。

参照图2-图4，行进螺母69固定到滑动管60。在所示的实施方式中，行进螺母69具有例如通过螺纹端69A(或花键联轴、或螺母、或通销)实施的连接部分，行进螺母通过该螺纹端连接到滑动管60的螺纹65，以与滑动管60一体移动。表述“行进螺母69”是指与轴操作性接合的装置，例如用于将轴的旋转转换为平移运动。例如，螺纹接合可以是可能的，或者也可以考虑滚珠丝杠单元——行进螺母可以被视为行进构件或平移构件等。观察到的是，螺纹端69A和螺纹65之间的螺纹接合如果不是基本上或完全在远侧半部中，则至少部分地位于滑动管60的远侧半部中。靠近滑动管60的远端(即，输出端)的接合位置可以增强引导效果和/或减少输出端处的偏转。行进螺母69的接合位置可以通过与肩部64A的邻接而被阻挡。与此同时，结合行进螺母69的操作部件(例如，滚珠)的操作部分位于相对靠近行进螺母69(经由螺纹端69A)与滑动管60的螺纹65之间的连接处。可以说，如果不是基本上或完全位于近侧半部，行进螺母69的操作部件(例如滚珠)至少部分地位于滑动管60的近侧半部，即靠近电机22的半部。

行进螺母69可以是与导螺杆(即，螺纹轴)一起操作以将导螺杆的旋转转换为滑动管60的平移的任何适当类型的机构。例如，行进螺母69是滚珠丝杠单元。一种合适的滚珠丝杠单元是具有用于滚珠(即，操作部件)的返回管的NSK滚造级滚珠丝杠，诸如RNCT型滚珠螺母。然而，许多其他类型的行进螺母69被认为是滚珠丝杠的替代物。此外，螺母69可以是滑动管60的整体部分。

同时参照图2至图4，轴70(例如，螺纹轴、导螺杆、螺栓)与行进螺母69操作性地接合。螺纹轴70联接到电动机20，以将电动机20的旋转输出传递到滑动管60。在实施方式中，螺纹轴70可以具有与行进螺母69兼容的螺旋滚道。由于行进螺母69固定到滑动管60，并且由于滑动管60受限于由于引导件45F和引导通道67之间的相互作用而实现的平移运动，螺纹轴70的旋转使得滑动管60经由行进螺母69平移。螺纹轴70可以具有锥形或截头锥形端70A，以用于以渐缩联接布置与联接器接合。在实施方式中，锥形或截头锥形端70A可以与螺纹轴70的其余部分是整体的。截头锥形端70A可以具有用于接收紧固件70B的螺纹孔。还考虑了其他布置。

螺纹轴70通过轴承71可旋转地连接到壳体40，以在保持不平移的同时围绕其纵向轴线(基本上平行于轴向方向X)旋转。轴承71可以抵靠位于壳体40中的座44D。卡圈71A可以在组装期间帮助电机对准。当电机20被固定到壳体40时，卡圈71A可以被轴向压缩，以便固定轴承71而不损坏它。换句话说，与例如螺纹接合相反，卡圈71A滑动为与轴承71邻接。然后，当对轴承71施加压力时，卡圈71A将变形。因此，卡圈71A被选择为具有比轴承71的外圈小的硬度。因此，轴承71可以经由卡圈71A而捕获在座44D和电机20之间。轴承71可以是滚珠轴承、滚柱轴承、无滚珠轴承或任何适当类型的轴承。

参照图2-图4和图8，轴支撑件72将轴70与轴承71互连。在所示的实施方式中，轴支撑件72是铸造、模制和/或机加工的整体金属件。可以使用其他材料。轴支撑件72具有接收轴70的近端(即，截头锥形端70A)的管状主体。例如，轴支撑件72具有截头锥形或锥形空腔72A(图2)，该截头锥形或锥形空腔具有与截头锥形端70A互补的尺寸。轴支撑件72例如通过紧固件70B固定到轴70，该紧固件通过截头锥形腔72A的端壁72B的孔接合。紧固件70B的拧紧对截头锥形端70A施加拉力。由于截头锥形端70A抵靠截头锥形腔72A，轴70与轴支撑件72之间的旋转被截头锥形端70A和截头锥形腔72A之间的摩擦力阻挡。这可以被认为是轴70和轴支撑件72之间的渐缩锁定布置。也可以考虑其他连接布置，诸如花键联轴、键槽和键等。也可以考虑反向定向的渐缩锁定布置，例如限定截头锥形端的轴支撑件72和具有截头锥形腔的轴70。

轴支撑件72可以具有近侧凸缘72C和螺纹72D。因此，可以将锁定圈或锁定螺母73旋拧到螺纹72D上。轴支撑件72可以具有对应于轴承71的内直径的外直径，以使轴承71安装在其上并且被捕获在凸缘72C和锁定螺母73之间。轴支撑件72的尺寸可以选择为达到与轴承71的适当配合(例如过盈配合、压配合)，以减少或消除轴承71与轴支撑72之间的任何游隙。

如图8所示，在轴支撑件72的内腔72F中也可以设置有指状部72E。指状部72E除了是防旋转特征部(利用摩擦来作为阻挡在轴支撑件72和接头接口74之间的旋转的替代方式)之外还是联接部件，轴70和轴支撑件72将通过该联接部件联接到电机20的电机联接器22，以用于将来自电动机20的旋转输出传输到轴70。指状部72E可以纵向延伸，但是其他方向也是可能的。此外，单个一个指状部72E可以是足够的。作为一种可能性，指状部72E中的一个或多个可以比其他指状部长，以便将接头接口正确地分度到轴支撑件72。

接头接口74可以位于电机联接器22与内腔72F的表面之间。接头接口74可以是具有与内腔72F的表面互补的外表面的套筒或端盖。例如，接头接口74可以具有用于容纳轴联接器72的指状部72E的凹槽74A。附加地或可替代地，接头接口74可以具有与电机联接器22互补的内表面，从而形成互补的防旋转特征部。例如，接头接口74可以具有指状部74B，以用于被接收在电机联接器22的凹槽22B中。在实施方式中，指状部74B可以是凹槽74A的(负)压痕。

接头接口74的尺寸被设计为最小化或防止电机联接器22和轴支撑件72之间的任何游隙。在实施方式中，接头接口74被挤压在电机联接器22和轴支撑件72之间。接头接口74可以由相对硬的材料制成，但其硬度低于用于电机联接器22和轴支撑件72的金属材料的硬度。例如，接头接口74由杜氏硬度90的高密度聚合物材料制成。当线性致动器10以图2所示的方式组装时，接头接口74被捕获在轴支撑件72的内腔72F中。由于相对于电机联接器22和轴支撑件72，接头接口的硬度较低，所以例如在电机20的输出轴21和螺纹轴70没有完全对准的情况下，接头接口74可以允许电机联接器22和轴支撑件72之间的一些对准自由度。当将电机联接器22与轴支撑件74相互联系时，接头接口74甚至可以从其原始形状变形。因此，接头接口74在电机联接器22和轴支撑件72之间形成万向型接头。以上描述的联接组件是考虑用于联接轴21和70的众多构造中的一种。例如，可以使用键槽和键。在轴支撑件72和接头接口74之间以及在电机联接器22和接头接口74之间的花键布置也符合上述布置的要求。其他布置可以依赖于固定螺钉而不是花键布置。

如图2中最佳所示的，轴承71与在轴支撑件72和接头接口74之间以及在电机联接器22和接头接口74之间进行的联接对准。换句话说，即使不是大部分联接或者即使不是全部联接，轴支撑件72和接头接口74之间和/或电机联接器22和接头接口74之间的联接中的至少一部分在轴承71的各个面中的轴向平面之间发生在轴承71中的中央孔中。这些轴向平面以轴承71的旋转轴线(与方向X对准)为其法线，并且包括轴承71的最近端点和最远端点。

操作

既然已经示出了线性致动器10的各个部件，那么开始阐述其操作。

该操作参考将线性致动器10定向为使得界面61面向地面。例如，接口61也可以抵靠座椅或运动平台。

因为滑动管60相对于壳体40的位置是已知的，所以首先校准线性致动器10。这可以通过任何适当的方法来完成，包括当开启线性致动器10时进行校准运动，如由平台控制器控制的。

电动机20接收运动信号并且因此在电机20是双向的情况下将在所选方向上产生与运动信号成比例的旋转输出。旋转输出将经由输出轴21与螺纹轴70之间的联接通过输出轴传递到螺纹轴。

滑动管60和行进螺母69将螺纹轴70的旋转转换成滑动管60沿着轴向方向的平移。由于滑动管60经由盖62连接到地面或基座，因此产生的动作将是电机20和壳体40相对于地面或基座的平移运动以及通过盖62形成的接头允许的可行的其他调整运动。当运动平台连接到电机20或壳体40时，运动平台将随电机20和壳体40一起移动。如上所述，需要指出的是，额外的自由度可以是例如由于在运动平台、地面/基座和线性致动器10之间存在接头而因此存在于地面/基座、电机20/壳体40和滑动管60中的任何之间的自由度。

在一些情况下，滑动管60连接到运动平台，而电机20和壳体40固定到地面或基座。在这种情况下，运动平台将随滑动管60一起移动。

线性致动器10具有重要的维护简化，这是因为形成包括滑动管60、行进螺母69、螺纹轴70、轴承71和轴支撑72在内的整体组件单元。整体组件单元可以包括或者可以不包括电机20、电机联接器22和/或接头接口74。整体组件单元具有这些部件和彼此互连的相关部件，以简单地通过经由近端从壳体40整体地拉出整体组件(包括或不包括电机20皆可)而使得整体组件整体地与壳体40分开。事先可能需要使滑动管60与诸如盖62的接头部件分离。因此，在线性致动器10需要维修或保养的情况下，线性致动器10的一些结构部件(例如，具有衬套45的壳体40)可以留在现场与正在使用的替换整体组件单元一起使用，而移除的整体组件单元可以被拿走。因为电机20与接头接口74之间没有紧固件，所以电机也可以容易地与接头接口分开。因此，电机20可以在使用整体组件单元的其余部分的同时保持使用，反之亦然。

上述线性致动器10可以仅具有上述特征中的一些，或仅具有上述特征中的一些的组合，并且这些特征单独存在或以任何组合存在，例如，衬套45、轴70和轴支撑件72之间的渐缩锁定布置、卡圈71A、低硬度接头接口74、行进螺母69和滑动管60之间的远侧半部互连的位置。

上述线性致动器10可以能够在340kg和408kg之间的负载容量下以0-100Hz的运动频率进行操作。对于上述负载能力，冲程的幅度可以高达152mm(然而，冲程的幅度可以高达140mm，或在140mm和152mm之间)。滑动管60的直径在74mm±5mm之间，壳体40的内腔42的长度为约274mm±10mm。因此，对于外壳长度与活塞直径的比值的范围在3.3和4.1之间的线性致动器10，具有这样的负载能力和冲程。

Claims (26)

1.一种线性致动器，包括：

电机，用于产生双向旋转输出；

壳体，在近端处连接到所述电机，所述壳体具有限定接头表面的内腔；

轴，位于所述壳体的所述内腔内并且通过所述电机的致动而旋转；

滑动管，至少部分地位于所述壳体的所述内腔中，以相对于所述壳体在轴向方向上平移移动；

至少一个行进构件，连接到所述滑动管组件，以与所述滑动管一起在所述轴向方向上移动，所述行进构件操作性地接合到所述轴，以将所述轴的旋转运动转换为所述滑动管的平移；以及

衬套，位于所述滑动管与所述内腔的所述接头表面之间，所述衬套的内表面限定通过纵向凹槽分开的多个纵向接触表面，这些纵向接触表面接触所述滑动管。

2.根据权利要求1所述的线性致动器，其中，所述衬套具有C形截面。

3.根据权利要求1至2中的任一项所述的线性致动器，其中，所述多个纵向接触表面中的至少一些纵向接触表面在所述滑动管上施加偏压力。

4.根据权利要求1至2中的任一项所述的线性致动器，至少包括第一组纵向接触表面和第二组纵向接触表面，并且其中，在静置的状态下，所述衬套在所述第一组纵向接触表面处的内直径ID小于所述衬套在所述第二组纵向接触表面处的内直径ID'，从而使得所述第一组纵向接触表面在所述滑动管上施加偏压力。

5.根据权利要求4所述的线性致动器，其中，所述第一组纵向接触表面比所述第二组纵向接触表面宽。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的线性致动器，其中，在所述衬套的外表面上限定有至少一个伸出特征部，并且所述至少一个伸出特征部被接收在位于所述内腔中的表面凹陷中，以阻挡所述衬套沿着所述壳体平移。

7.根据权利要求1至6中的任一项所述的线性致动器，其中，在所述衬套的外表面上限定有至少一个伸出部，并且所述至少一个伸出部被接收在位于所述内腔中的表面凹陷中，以阻挡所述衬套在所述壳体内旋转。

8.根据权利要求7所述的线性致动器，其中，所述至少一个伸出部是细长的指状部，并且其中，从所述衬套的其余部分向内伸出用于接收在所述滑动管的对应槽中的引导件，以阻挡所述滑动管旋转。

9.根据权利要求8所述的线性致动器，其中，所述引导件与所述至少一个伸出部径向地对准。

10.根据权利要求1至9中的任一项所述的线性致动器，其中，所述纵向接触表面上具有涂层，所述涂层的摩擦系数比所述衬套的其余部分的摩擦系数低。

11.一种线性致动器，包括：

电机，具有用于产生双向旋转输出的输出轴；

壳体，在近端处连接到所述电机，所述壳体具有限定接头表面的内腔；

轴，位于所述壳体的所述内腔内；

至少一个轴承，位于所述内腔内并且邻近所述壳体的所述近端；

联接组件，用于将所述电机的所述输出轴联接到所述轴，所述联接组件包括能旋转地接收在所述轴承中的轴支撑件，并且在所述轴和所述轴支撑件之间限定有渐缩锁定结构；

滑动管，至少部分地位于所述壳体的所述内腔中，以相对于所述壳体在轴向方向上平移移动；以及

至少一个行进构件，连接到所述滑动管以与所述滑动管一起移动，所述行进构件操作性地接合到所述轴，以将所述轴的旋转运动转换成所述滑动管的平移。

12.根据权利要求11所述的线性致动器，其中，所述轴具有截头锥形端面，并且所述轴支撑件具有截头锥形腔，以用于所述渐缩锁定结构的布置。

13.根据权利要求11和12中的任一项所述的线性致动器，其中，所述轴支撑件具有接收所述电机的所述输出轴的腔。

14.根据权利要求13所述的线性致动器，其中，所述轴支撑件的所述腔位于所述轴承的内部。

15.根据权利要求14所述的线性致动器，其中，所述轴支撑件具有邻接抵靠所述轴承的端部凸缘并具有螺纹表面，所述螺纹表面上接合有螺母使得所述轴承位于所述凸缘与所述螺母之间。

16.根据权利要求13至15中的任一项所述的线性致动器，其中，所述电机轴的一端连接有电机联接器，所述电机联接器接收在所述轴支撑件的所述腔中，并且所述电机联接器与所述轴支撑件通过接头接口连接在一起。

17.根据权利要求15所述的线性致动器，其中，所述接头接口在位于所述电机联接器和所述轴支撑件之间时发生变形。

18.根据权利要求15所述的线性致动器，其中，所述接头接口的硬度比所述电机联接器的硬度低并且比所述轴支撑件的硬度低。

19.根据权利要求16至18中的任一项所述的线性致动器，其中，在所述支撑表面的所述腔中以及在所述接头接口上限定有互补的防旋转特征部。

20.根据权利要求11至19中的任一项所述的线性致动器，包括在所述壳体中轴向地压缩在所述电机和所述轴承之间的卡圈。

21.一种线性致动器，包括：

电机，用于产生双向旋转输出；

壳体，在近端处连接到所述电机，所述壳体具有限定接头表面的内腔；

轴，位于所述壳体的所述内腔内并且通过所述电机的致动而旋转；

滑动管，至少部分地位于所述壳体的所述内腔中，以相对于所述壳体在轴向方向上平移移动，所述滑动管具有近侧半部和远侧半部，所述近侧半部比所述远侧半部更靠近所述电机；

至少一个行进构件，具有连接到所述滑动管的连接部分，以与所述滑动管一起在所述轴向方向上移动，所述行进构件具有操作性地接合到所述轴的操作部分，以将所述轴的旋转运动转换为所述滑动管的平移，

其中，所述行进构件的所述连接部分基本上在所述滑动管的所述远侧半部中，所述行进构件的所述操作部分基本上在所述滑动管的所述近侧半部中。

22.根据权利要求21所述的线性致动器，其中，所述行进构件的所述连接部分与所述滑动管螺纹接合。

23.根据权利要求21至22中的任一项所述的线性致动器，其中，所述行进构件的所述操作部分是滚珠丝杠单元。

24.根据权利要求1至23中的任一项所述的线性致动器，其中，所述滑动管相对于所述壳体的最大运动幅度在140mm和152mm之间。

25.根据权利要求1至24中的任一项所述的线性致动器，其中，所述壳体的所述内腔，所述壳体40的所述内腔42的长度为约274mm±10mm。

26.根据权利要求1至25中的任一项所述的线性致动器，其中，所述壳体的长度与所述滑动管的直径的比值的范围在3.3和4.1之间。

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