JP2016540177A - リニアアクチュエータ - Google Patents

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Abstract

本発明は、リニアな調整力の発生の為のリニアアクチュエータ（１）に関する。発明に従い、リニアアクチュエータ（１）は、− 有空軸として形成された第一の駆動軸（１１）を有する第一のモーター駆動ユニット（１０）を有し、− 第一のリードスクリュー（２１）及び該リードスクリューと係合する第一のねじナット（２２）を有し、第一のモーター駆動ユニット（１０）によって駆動される第一の回転変換ギア（２０）を有し、その際、第一のモーター駆動ユニット（１０）の駆動軸（１１）は第一のリードスクリュー（２１）として形成されており、− 第一のモーター駆動ユニット（１０）に対して軸方向に配置され、かつ駆動軸（３１）を有する第二のモーター駆動ユニット（３０）を有し、− 第二のモーター駆動ユニット（３０）によって駆動され、かつ第二のリードスクリュー（４１）と、該第二のリードスクリュー（４１）と係合するねじナット（４２）を有する第二の回転変換ギア（４０）を有し、その際、第二のモーター駆動ユニット（３０）の駆動軸（３１）が中空軸（１１）を介して第二のリードスクリュー（４１）と回転不能に接続されていることが提案される。

Description

本発明は、リニアな調整力の発生の為のリニアアクチュエータに関する。
液圧式のリニアアクチュエータが公知である。これは、液圧式の車両ブレーキ装置、特にブレーキバイワイヤ式のブレーキシステム内で使用される。そのような液圧式のリニアアクチュエータは、例えば特許文献１から公知である。このリニアアクチュエータは、ボールスクリューとして形成された回転変換ギア（これは、リードスクリューとねじナットを有する）と、ブラシレス電動モーターから成る。ブラシレス電動モーターは、ローター及びステーターを有し、これらは一つのハウジング内に設けられている。リードスクリューは、電動モーターの駆動軸であり、よってこれによって直接駆動される。他方で、ねじナットは回転不能に液圧式のピストンシリンダー装置に設けられている。これは、車両ブレーキ装置のマスターシリンダーを形成する。
そのような液圧式のリニアアクチュエータは、しかし、例えばボールスクリューのブロックのようなシンプルエラーの発生の際に突然止まる可能性がある。ブレーキ装置の作動は、よってもはや不可能であるので、ドライバーはフォールバックレベルでブレーキをブレーキングする必要がある。しかし、例えばブレーキバイワイヤシステムのような自動運転機能を有する車両においては、ドライバーはフォールバックレベルを提供されない、又は制限されてのみ提供される。
特許文献２は、そのような問題の解決の為、エラー耐性を有するリニアアクチュエータを提案する。これは機能上重要なコンポーネントに関して冗長的に構成されている。よって、この公知のリニアアクチュエータは、第一のモーターとこれに付設された第一の回転可能かつボール支承部球を有するボールナットを有する第一のモーター駆動装置、第二のモーターとこれに付設された第二の回転可能かつボール司法部球を有するボールナットを有する第二のモーター駆動装置と、第一のボールナットとも第二のボールナットとも係合する唯一のボールスピンドルを有する。ボールスピンドルは、一方のモーターがボールナットを駆動するとき、又は両方のモーターがボールナットを駆動するときスライドする。両方の駆動装置は、唯一のボールスピンドルにおいて其々端部側に設けられているので、両方のモーターの駆動軸は平行にオフセットされてボールスピンドルに向けられている。ボールナットは、各一つのギアを介して付設されたモーターによって駆動される。
この公知のエラー耐性を有するリニアアクチュエータにおけるデメリットとしてその構造が挙げられる。これは、両方の駆動ユニットとボールスピンドルの軸平行な配置に基づいて大きな構造空間が必要であり、よって車両構造中における使用にあまり適さない。
特許文献３は、ツール機械の為の小さく構成されたスピンドル駆動部の解決策を示す。これは第一のモーターを有する第一の駆動部と、第二のモーターを有する第二の駆動部を有し、その際、スピンドル軸は、選択的に第一の駆動部によって及び／又は第二の駆動部によって駆動可能であり、かつ駆動部のモーター軸はスピンドル軸に対して同軸に推移する。小さく構成される方法は、第二の駆動部が第一の駆動部を少なくとも部分的に取り囲んでいることによって生じる。これは、第一の駆動部がスピンドル軸と回転不能に連結されたローターを有する直接駆動部として形成されているか、又は内部回転子として形成されていることによって実現される。第二の駆動部は、また、連結部を介してスピンドル軸と連結可能である回転子を有する、外部回転子モーターの形式の直接駆動部として形成されている。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０ ２００９ ０１９ ２０９ Ａ１号公報 ドイツ連邦共和国特許出願公開第１１ ２００５ ００３ ６７５ Ｔ５号公報 ドイツ連邦共和国実用新案登録出願第２０ ２０１０ ０１６ ５４２ Ｕ１号公報
本発明の課題は、先行技術に対して改善された、リニアな調整力発生の為のリニアアクチュエータを提供することである。このリニアアクチュエータは、すくなくともシンプルエラーの発生の際に完全な機能性を有したままであり、かつ液圧式又は空圧式の調整要素の実現の為、又は車両のブレーキシステムの枠内で適している、つまり特に少ない構造空間のみを必要とする。
この課題は、請求項１に記載の特徴を有するリニアアクチュエータによって解決される。
そのようなリニアな調整力の発生の為のリニアアクチュエータは、
− 中空軸として形成された第一の駆動軸を有する第一のモーター駆動ユニットを有し、
− 第一のモーター駆動ユニットにより駆動され、かつ、第一のリードスクリュー及び当該リードスクリューと係合している第一のねじナットを有する第一の回転変換ギアを有し、その際、第一のモーター駆動ユニットの駆動軸は第一のリードスクリューとして形成されており、
− 第一のモーター駆動ユニットに対して軸方向に配置され、かつ駆動軸を有する第二のモーター駆動ユニットを有し、そして、
− 第二のモーター駆動ユニットによって駆動され、かつ、第二のリードスクリュー及び当該第二のリードスクリューと係合している第二のねじナットを有する第二の回転ギアを有し、その際、第二のモーター駆動ユニットの駆動軸は、中空軸を介して第二のリードスクリューと回転不能に接続されている。
この発明に係るリニアアクチュエータにおいては、よって、モーター駆動ユニットおよび回転ギアのような機能上重要な全てのコンポーネントが冗長的に存在している。これには、電動モーターとしての実現の場合、モーター駆動ユニットに回転子もモーターコイルも含まれる。よって、これらコンポーネントの故障の際には、リニアアクチュエータの完全な機能が保証される。
小さく構成された構造形状は、機能上重要なメインコンポーネント、つまり両方のモーター駆動ユニットと両方の回転変換ギアが軸方向で連続して配置されていることによって生じる。この発明に係るリニアアクチュエータの為の必要な材料量は、唯一の駆動ユニットと唯一の回転変換ギアを有するリニアアクチュエータと比較して本質的で無い程度のみ大きいだけである。
本発明の有利な形態に従い、リニアな調整力の発生の為に、第一のねじナットは第一の力伝達要素と、そして第二のねじナットは第二の力伝達要素と接続されている。リニアな調整力の発生の為の力伝達要素の二重の形成によって、特にシンプルエラーの発生の際における高い機能安全性が保たれる。
本発明の別の有利な発展形に従い、液圧ブロック又は空圧ブロックが設けられている。これは、第一及び第二の力伝達要素と協働する。発明に係るリニアアクチュエータの機能上重要なコンポーネントの軸方向の配置にもとづいて、構造上簡単な方法でそのようなリニアアクチュエータが液圧ブロック内又は空圧ブロック内に統合されることが可能である。この為、好ましくは、第一および第二の力伝達要素が液圧ピストン又は空圧ピストンとして形成されていることが意図される。これらは、液圧ブロック又は空圧ブロック内に配置され、そして液圧ピストン又は空圧ピストンに合わせられたシリンダー形状のチャンバーと協働する。
液圧ブロック又は空圧ブロック内への発明に係るリニアアクチュエータの統合は、発展形に従い、第一および第二の回転変換ギアが、液圧ブロック又は空圧ブロックの反対側に配置されていることによって行われる。この液圧ブロック又は空圧ブロック内に配置されたシリンダー形状のチャンバーは、ピストンとして形成された力伝達要素と共に、各一つの液圧式又は空圧式ピストンシリンダーユニットを形成する。
更に、一つの有利な形態に従い、第一および第二の駆動ユニットは、第一の回転変換ギアと共に第一のハウジング内に配置されている。このハウジングは液圧ブロック又は空圧ブロックとフランジ止めされている。好ましくは、第二の回転変換ギアも第二のハウジング内に配置されている。このハウジングは液圧ブロック又は空圧ブロックにフランジ止めされている。これによって両方のハウジングは液圧ブロック又は空圧ブロックの反対側において当接している。
両方の駆動ユニットは、発展形に従い其々電動モーターとして形成されており、これは例えばステーター及び回転子を有するブラシレス電動モーターとして形成されている。その際、小さな構造形状に関して、発展形に従い、第一のねじナットが、第一の駆動ユニットの回転子によって少なくとも部分的に取り囲まれていると、特に有利である。これによって、つまりリニアアクチュエータの軸方向の長さが減少される。
更に、発展形に従い、第一および第二の回転変換ギアが、其々、ボールスクリューとして形成されていると有利である。
最後に、本発明の最後の有利な形態においては、機能安全性は、第一および第二の駆動ユニットに各一つの制御ユニットが付設されており、その際、制御ユニットが同一に形成されていることによっても保証される。
本発明を唯一添付された図１を参照しつつ、実施例に基づき以下に詳細に説明する。
本発明に係るリニアアクチュエータの簡略断面図。
図１には、簡略的に示された車両の液圧式ブレーキ装置の液圧ブロック５０が表されている。この液圧ブロックは、シリンダー形状の複数のチャンバー５１．１，５１．２，５２．１および５２．２を有し、そしてピストンとして形成されたリニアアクチュエータ１の複数の力伝達要素２３．１，２３．２，４３．１および４３．２と共に一つの液圧式のピストンシリンダー装置を形成している。よって図１には一つの液圧式のリニアアクチュエータが表されている。
このリニアアクチュエータ１は、槽形状のハウジング２内に、其々ブラシレス電動モーターとして形成された二つのモーター駆動ユニット１０および３０、つまり第一の電動モーター１０と第二の電動モーター２０を有する。これら電動モーター１０及び３０は、軸方向に直接隣接して設けられている。その際、第二の電動モーター３０は、第一のハウジング２に関し槽底部側に設けられており、そしてこれに、第一の電動モーター１０の液圧ブロック５０の方向に接続している。
両方の電動モーター１０及び３０のいずれもが、ステーター１３または３３と付随するモーターコイル１４または３４及び回転子（ローター）１２または３２から形成されている。両方の回転子１２および３２は、槽形状のスリーブから成り、そして、その外側側面に規則的な角度間隔で永久磁石１２．１および３２．１を有している。両方のステーター１３および３３の相方向の通電の為に必要な、回転子１２および３２の角度位置の検出の為に、非接触に作動する各一つの位置センサーが設けられている（図１には表されていない）。その信号は、第一の電動モーター１０の制御ユニット４と第二の電動モーター３０の制御ユニット５に供給される。引き続いて図示されていない作動電圧源が、モーターコイル１４および３４と制御ユニット４および５に必要な作動電圧を供給する。
第二の電動モーター３０の槽形状の回転子３２は、その開口部が第一のハウジング２の底部部材２．１の方向に向けられている。これは、一方では回転子３２によって部分的に取り囲まれ、そして他方では第二の電動モーター３０の駆動軸の収容のため支承部３１．１を収容している。回転子３２のフランジを介して、これは駆動軸３１に回転不能に配置されている。
駆動軸３１は、中空軸として形成された電動モーター１０の駆動軸１１を通って案内されている。駆動軸１１は、端部側で、第一の電動モーター１０の回転子１２と接続されており、その際、槽形状の回転子１２の開口部は、液圧ブロック５０の方へ向けられている。
ボールスクリューとして形成された第一の回転変換ギア２０は、第一の電動モーター１０に付設されており、およびこれによって駆動される。この為、駆動軸１１は同時にこの回転変換ギア２０の第一のリードスクリュー２１として形成されており、そしてこの回転変換ギア２０の、軸方向に可動なあ第一のねじナット２２を案内している。この第一のリードスクリュー２１の端部は、液圧ブロック５０のシリンダー状の中空空間内で終了しており、そしてそこで支承部１１．１によって案内される。別の支承箇所１１．２は、中空軸２１の反対の端部に設けられている。これは、回転子１２と接続されている。
第一のねじナット２２は、スリーブ形状に形成されているので、これはこの領域に存在するとき、少なくとも部分的に、第一の電動モーター１０の槽形状の回転子１２によって取り囲まれている。更に、このねじナット２２は、正面側に、周回するフランジ２２．１を有する。このフランジは、縁部側に軸方向に推移し、そして周囲に均等に分配された第一の力伝達要素２３．１および２３．２を担持している。
この第一の力伝達要素２３．１および２３．２は、液圧ピストンとして形成されており、そしてチャンバー５１．１および５１．２と共に液圧ブロック５０のピストンシリンダー装置を形成する。この液圧ピストン２３．１および２３．２は、これらチャンバー５１．１および５１．２内に可動に支承されているので、第一のねじナット２２は第一のリードスクリュー２１上を軸方向にのみ移動可能である。第一の電動モーター１０の適当な通電の際に第一のねじナット２２が第一のリードスクリュー２１上を液圧ブロック５０の方向へと移動すると、液圧ブロック５０のチャンバー５１．１および５１．２内には液圧が構築される。液圧ピストン２３．１および２３．２のシールは、２３．１１および２３．２１と表されている。
同様にボールスクリューとして形成された第二の回転変換ギア４０は、第二の電動モーター３０に付設されており、そしてこれによって駆動される。このため、第一のリードスクリュー２１として形成された中空軸１１を通って案内される駆動軸２１は第二の回転変換ギア４０の第二のリードスクリュー４１と接続されており、その際、この第二のリードスクリュー４１には第二のねじナット４２が軸方向にスライド可能に配置されている。
この第二の回転変換ギア４０は、第二の槽形状のハウジング３に収容される。これは、第一のハウジング２と反対に液圧ブロック５０にフランジ係止されている。
第二のリードスクリュー４１は、中空軸として形成されており、そして一方では、一方の端部では、第二のハウジング３に正面側に配置された支承部４１．１によって、そして他方の端部では、液圧ブロック５０のシリンダー状の中空空間５３の内部で別の支承部４１．２によって回転可能に支承されている。この端部では、この第二のリードスクリュー４１が接続支承部３１．２によって第二の電動モーター３０の駆動軸３１と回転不能に接続されている。
第二のねじナット４２は、第一のねじナット２２に相応してスリーブ形状に形成されており、同様に半径方向に突き出したフランジ４２．１を有する。これは、その周囲に、軸方向に推移し、かつ周囲に均等に分配された第二の力伝達要素４３．１および４３．２を担持しており、そしてこれは同様に液圧ピストンとして、液圧ブロック５０内に設けられた複数のチャンバー５２．１および５２．２と共にピストンシリンダー装置として協働するので、これによって第二のねじナット４２の為に、第二のリードスクリュー４１上での軸方向の移動のみが可能である。第二の電動モーター３０の相応する通電の際に第二のねじナット４２が第二のリードスクリュー４１上を液圧ブロック５０の方向へと移動すると、液圧ブロック５０のチャンバー５２．１および５２．２内には、液圧が構築される。
一方ではチャンバー５１．１および５１．２と協働する第一のねじナット２２の液圧ピストン２３．１および２３．２と、他方では、チャンバー５２．１および５２．２と協働する第二のねじナット４２の第二の液圧ピストン４３．１および４３．２の互いに独立した機能を保証するために、第一のねじナット２２の円形状に配置された液圧ピストン２３．１および２３．２は、第二のねじナット４２の液圧ピストン４３．１および４３．２に対して互いにオフセットされており、よって付随するチャンバー５１．１および５１．２又は５２．１および５２．２もまた液圧ブロック５０内においてオフセットされている。
液圧ブロック５０は、空圧ブロックとして形成されることも可能である。
１ リニアアクチュエータ
２ リニアアクチュエータ１のハウジング
２．１ 第一のハウジング２の底部部材
３ リニアアクチュエータ１の第二のハウジング
４ 第一の駆動ユニット１０の制御ユニット
５ 第二の駆動ユニット３０の制御ユニット
１０ 第一のモーター駆動ユニット、電動モーター
１１ 第一の駆動ユニット１０の駆動軸
１２ 第一の駆動ユニット１０の回転子
１２．１ 永久磁石
１３ 第一の駆動ユニット１０のステーター
１４ 第一の駆動ユニット１０のモーターコイル
２０ 第一の回転変換ギア
２１ 第一の回転変換ギア２０の第一のリードスクリュー
２２ 第一の回転変換ギアの第一のねじナット
２２．１ 第一のねじナット２２のフランジ
２３．１ 第一の力伝達要素、液圧ピストン
２３．１１ 液圧ピストン２３．１のシール
２３．２ 第一の力伝達要素、液圧ピストン
２３．２１ 液圧ピストン２３．２のシール
３０ 第二のモーター駆動ユニット、電動モーター
３１ 第二の駆動ユニット３０の駆動軸
３１．１ 駆動軸３１の支承部
３１．２ 駆動軸３１の接続支承部
３２ 第二の駆動ユニット３０の回転子
３２．１ 永久磁石
３３ 第二の駆動ユニット３０のステーター
３４ 第二の駆動ユニット３０のモーターコイル
４０ 第二の回転変換ギア
４１ 第二の回転変換ギア４０の第二のリードスクリュー
４１．１ 第二のリードスクリュー４１の支承部
４１．２ 第二のリードスクリュー４１の支承部
４２ 第二の回転変換ギア４０の第二のねじナット
４２．１ 第二のねじナット４２のフランジ
４３．１ 第二の力伝達要素、液圧ピストン
４３．２ 第二の力伝達要素、液圧ピストン
５０ 液圧又は空圧ブロック
５１．１ 液圧又は空圧ブロック５０のシリンダー形状のチャンバー
５１．２ 液圧又は空圧ブロック５０のシリンダー形状のチャンバー
５２．１ 液圧又は空圧ブロック５０のシリンダー形状のチャンバー
５２．２ 液圧又は空圧ブロック５０のシリンダー形状のチャンバー
５３ 液圧又は空圧ブロック５０の中間空間

Claims (11)

  1. リニアな調整力の発生の為のリニアアクチュエータ（１）であって、
    − 有空軸として形成された第一の駆動軸（１１）を有する第一のモーター駆動ユニット（１０）を有し、
    − 第一のリードスクリュー（２１）及び該リードスクリューと係合する第一のねじナット（２２）を有し、第一のモーター駆動ユニット（１０）によって駆動される第一の回転変換ギア（２０）を有し、その際、第一のモーター駆動ユニット（１０）の駆動軸（１１）は第一のリードスクリュー（２１）として形成されており、
    − 第一のモーター駆動ユニット（１０）に対して軸方向に配置され、かつ駆動軸（３１）を有する第二のモーター駆動ユニット（３０）を有し、
    − 第二のモーター駆動ユニット（３０）によって駆動され、かつ第二のリードスクリュー（４１）と、該第二のリードスクリュー（４１）と係合するねじナット（４２）を有する第二の回転変換ギア（４０）を有し、その際、第二のモーター駆動ユニット（３０）の駆動軸（３１）が中空軸（１１）を介して第二のリードスクリュー（４１）と回転不能に接続されているリニアアクチュエータ（１）。
  2. リニアな調整力の発生の為、第一のねじナット（２２）が第一の力伝達要素（２３．１，２３．２）と、そして第二のねじナット（４２）が第二の力伝達要素（４３．１，４３．２）と接続されてい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（１）。
  3. 第一及び第二の力伝達要素（２３．１，２３．２，４３．１，４３．２）が、液圧又は空圧の発生の為、液圧又は空圧ブロック（５０）と協働す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（１）。
  4. 第一及び第二の力伝達要素が、液圧又は空圧ピストン（２３．１，２３．２，４３．１，４３．２）として形成されており、これらが、液圧又は空圧ブロック（５０）内に配置され、かつ液圧又は空圧ピストン（２３．１，２３．２，４３．１，４３．２）に合わせられたシリンダー形状のチャンバー（５１．１，５１．２）と協働す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（１）。
  5. 第一及び第二の回転変換ギア（２０，４０）が液圧又は空圧ブロック（５０）の反対の側に配置されていることを特徴とする請求項３または４に記載のリニアアクチュエータ（１）。
  6. 第一及び第二の駆動ユニット（１０，３０）が、第一の回転変換ギア（２０）と共に第一のハウジング（２）内に配置されており、このハウジングが液圧又は空圧ブロック（５０）にフランジ係止されていることを特徴とする請求項３から５のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ（１）。
  7. 第二の回転変換ギア（４０）が第二のハウジング（３）内に配置されており、この第二のハウジングが、液圧又は空圧ブロック（５０）にフランジ係止されていることを特徴とする請求項３から６のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ（１）。
  8. 第一及び第二の駆動ユニット（１０，３０）が其々電動モーターとして形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ（１）。
  9. 第一のねじナット（２２）が第一の駆動ユニット（１０）の回転子によって少なくとも部分的に取り囲まれることを特徴とする請求項８に記載のリニアアクチュエータ（１）。
  10. 第一及び第二の回転変換ギアが其々ボールスクリューとして形成されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ（１）。
  11. 第一及び第二の駆動ユニット（１０，３０）に其々制御ユニット（４，５）が付設されており、その際、制御ユニット（４，５）が同一に形成されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載のリニアアクチュエータ（１）。
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