JP2017518020A - 二線式制御を有する自己スイッチング式リバーシブルリニアアクチュエータ - Google Patents

Abstract

本発明に係るメカトロニックアセンブリは、或る部材を直線駆動するためのものであり、制御ユニット（１）とアクチュエータ（２）とを備える。制御ユニット（１）は、制御アルゴリズムとパワーブリッジとを含み、この制御アルゴリズムがパワーブリッジを制御し、パワーブリッジはトルク信号と方向信号とからなる二線式電気信号（６）を提供する。アクチュエータ（２）は、Ｎ相多相ブラシレス電動モータ（８）と、モータ（８）のロータの位置を検出する複数のバイナリプローブ（１１）と、ロータの回転運動を制御部材の直線運動へ変換する装置と、二線式電気信号（６）に基づいてモータ（８）のＮ相へ電力を供給することのできるパワースイッチ（２５）とを備える。メカトロニックアセンブリは、パワースイッチ（２５）の状態が検出プローブ（１１）からの信号により直接制御されることを特徴としている。

Description

本発明は、例えば、車両の熱エンジン内を循環する流体の速度を制御するための電動リニアアクチュエータの分野に関し、より詳しくは、いわゆるフェールセーフ機能と呼ばれ、バッテリーからの電力が遮断された際に流体速度を制御するための基準位置に安全に退避することが要求されるリバーシブルアクチュエータの分野に関する。特に、本発明は、コンパクトさ、電力の有効利用、耐久性、温度挙動、およびコストの観点において興味深い品質を有し、後述する従来のアクチュエータよりも良好な二線式制御を有する自己スイッチング式リバーシブルリニアアクチュエータに関する。

流体計量バルブは、公知であり、リバーシブルアクチュエータを備えている。このリバーシブルアクチュエータは、直流モータまたはギアモータと、カム運動変換システムとを連繋させたものであり、直線運動を生み出して、バルブを弁座から多少押し離すことによって、流速を調整し制御する。従来技術のこのような組合せは、モータまたはギアモータに関する種々の問題解決に基づいている。

第１の解決策としては、減速ギアおよびカム運動変換システムと組み合わせたブラシ付き直流モータを使用して、バルブの軸方向への変位を生み出す方法があり、例えば米国特許出願公開第２０１２／０２８５４１１号に開示されている。第１の解決策の長所としては、運動が著しく低減され、これにより省電力が興味深い点、二線式接続を用いる制御が簡便である点、如何なるスマート電子部材も不要である点が挙げられる。また、このような解決策は、コストの観点と、高温での動作が可能であるという観点とにおいても興味深い。

しかしながら、第１の解決策には、電気信号の機械的なスイッチングに関する２つの大きな短所がある。第１の短所は、ブラシが摩耗し、これにより耐用年数が限られることにある。第２の短所は、近隣の他の電子部材に影響を与える電磁放射が著しいことにある。何れの短所も自動車用電動アクチュエータの新たな仕様においてはますます問題となる。その一方で、モータに対してはより長い耐用年数が常に期待され、他方で、モータ内の電動アクチュエータの数および近接関係により、電磁放射を低減する必要がある。さらに、上記解決策における空間的構成は、それほど有利なものではない。なぜなら、上記解決策においては、アクチュエータの出力部材の軸に垂直な軸に沿ってギアモータを配置する必要があり、これによって自動車のエンジンブロックへの組込みが困難になるからである。

第２の解決策は、第２の（ブラシレス）直流モータであり、カム装置を駆動してバルブの並進運動を生み出すトルクモータに基づくものであり、例えば仏国特許第２９７８９９８号に開示されている。第２の解決策の利点は、制御が簡便であるという観点から、上記第１の解決策における二線式制御の場合と同じである。なぜなら、第２の解決策も直流モータに基づいているからである。第２の解決策のさらなる利点はブラシが無いことであり、これにより、ブラシの摩耗が発生しないので、上述の解決策に比べて耐用年数が長くなる。従って、第２の解決策の興味深い点は、ブラシが無いことにより耐用年数が長くなり、電磁放射が少なくなるという点と、スマートなそれ故に（コストの観点で）制約される電子部品が無いので、高温での動作が可能であるという点、そして、二軸式であるため制御が簡便であるという点にある。

しかしながら、この解決策には動きに制限のあるアクチュエータに基づく短所がある。このため、上記カム運動変換システムにおける上流方向への運動のどのような低減も不可能となる。これは、到達可能な最大の力という観点で大きな障害である。実際、第２の解決策は、より多くの電力を消費するにも関わらず、第１の解決策により得られる力の半分の力しか得ることができない。また、第１の解決策におけるアクチュエータと同様、カムローラによる運動変換ゆえに、出力部材に対してトルクモータが垂直を向いており、これにより、アクチュエータの組込みが困難になる。

第３の既知の解決策としては、流体規制バルブ制御のためのリバーシブルアクチュエータに関し、近時ＢＬＯＣ（ブラシレスＤＣ）モータとも呼ばれ、ブラシレス多相モータに対応する電子スイッチ式多相モータを使用する方法がある。このモータは、制御装置内で電子スイッチングを行うことにより、ステータの位相の電気信号を、磁気検出センサによって測定されるロータの位置に従って制御することができる。上記モータは、ネジ−ナット運動変換システムと連繋して、上記モータの軸と同軸の運動に従うバルブ制御部材の並進運動を生み出す。この場合、ロータの実際の位置に従って信号をステータに送信するようになっている上記制御装置は、閉ループで動作するため、複雑なものとなる。なお、第３の解決策は、例えば欧州特許第１４８１４５９号をはじめとする幾つかの特許によって開示されている。

第３の解決策の利点としては、上述の解決策と同様の、ブラシレスによる確実な耐久性および低磁気放射が挙げられる。さらに、運動を十分に低減することで、第１の解決策と同様の大きな力を得ることができるという点が挙げられる。また、第３の解決策の構成は、組込みという観点からも興味深い。なぜなら、中心ネジがモータのステータに対して同軸で運動するという特性により、全体的に軸対称の構成になり、エンジンブロックへの組込みを容易に行うことができる上、全体的に有利な小型化を実現できるからである。

しかしながら、第３の解決策では、複雑な制御用エレクトロニクスを組み込んだスマート機器を用いて、ロータの位置センサからの情報を解釈し、その解釈に従ってステータの位相を制御する必要がある。これは、限られた温度下で実行される高価な解決策となる。なぜなら、モータの制御を管理するマイクロコントローラが１４０度に制限されるからである。車両のボンネット内のバルブについて新たに定められた環境的制約に対して、１４０度という温度はあまりにも低すぎるものである。

本発明は、上記従来技術における課題を改善するために、１４０度を超える高温で利用可能な電子部品の簡便なセットを用いて、二線式信号によって制御されるブラシレスモータを使用するコンパクトな解決手段を提供することを目的としている。

本発明の別の目的は、ネジ運動変換システムをロータ内で用いることによって、ブラシレスモータの回転軸に沿った直線の出力を可能にすることにある。

また、本発明の他の目的は、遊星減速ギアに接続した戻りバネを用いることにより、安全な位置に退避できる機能（現在ではフェールセーフ機能と呼ばれている）にある。

この目的のため、本発明は、電子スイッチングを有するブラシレス多相モータに基づくものであり、高性能な運動変換を組み込み、基準位置への非常にコンパクトな退避装置を受け入れることができ、これにより、同軸の構成において必要とされる全ての機能を組み込むことを提供することができる。

ネジ−ナット運動低減装置は、２つのナットと二条ネジとを用いてもよく、この場合、高い運動低減ファクタを実現することができると共に、高い出力および良好な省電力を高い性能で実現することができる。

ロータの位置を読み取るための磁力検出素子によって直接制御されるパワースイッチへパワーブリッジから電力を供給するための二線式制御を用いる制御ユニットは、ブラシレスモータ用の従来の自己スイッチング式エレクトロニクスと、ブラシ付きモータ用の基本的な制御との間の興味深い折衷物となる。

このような電子的な解決策は効率的かつ安価なうえ、装置内にインテリジェントを用いないため、高温で動作させることができる。

そして、遊星減速ギアとねじりバネとの接続により、モータを基準位置へ退避する効率的な解決策を非常にコンパクトに組み込ませることができる。

実際、遊星減速ギアにより、数回転に達し得るロータの回転量を低減し、限定された動き分だけハブを駆動し、これにより、回転運動の大きさが２７０度を超える場合に回転により発生する摩擦の影響を受けることなく、良好な状態でねじりバネを動作させることができる。

ねじりバネは、ロータのガイド周りの直径に合わせて数回捲回されたワイヤにより構成され、その初期サイズから延伸または拡張することなくアクチュエータに実装することができる。またこれにより、より容易にモータ環境に組み込むことができる同軸構造を維持することができる。

最も広義には、本発明は、或る部材を直線駆動させるためのメカトロニックアセンブリであって、制御ユニットとアクチュエータとを備え、前記制御ユニットは制御アルゴリズムとパワーブリッジとを備え、前記アルゴリズムは前記パワーブリッジを制御し、前記パワーブリッジはトルク信号と方向信号とで構成される二線式電気信号を提供し、前記アクチュエータは、Ｎ相を有するブラシレス電動多相モータと、前記モータのロータの位置を検出する複数のバイナリプローブと、前記ロータの回転運動を前記制御ユニットの直線運動へ変換する装置と、前記二線式電気信号から前記モータのＮ相へ電力を供給することに適したパワースイッチとを備えており、前記パワースイッチの状態が前記検出プローブから出力される信号により直接制御されることを特徴とするメカトロニックアセンブリに関するものである。

ここで、「直接制御される」とは、検出プローブが出力スイッチに電気的に接続されており、マイクロコントローラには接続されていないということを意味する。つまり、このスイッチに送られる電気信号は、検出プローブからの出力信号である。１つのプローブと１つのスイッチとの間に電気部品があるとすれば、それはレジスタ、キャパシタ、ダイオード等の受動素子のみである。

有利な実施形態によると、Ｎ相多相モータは、Ｎ個の単極または双極のコイル、またはＮ×２個の単極ハーフコイルによって構成されている。

他の実施形態によると、前記ロータの位置を検出する前記バイナリプローブへの電力供給は前記二線式電気信号により行われる。

さらに他の実施形態によると、前記運動変換装置は、前記モータの前記ロータに接続された少なくとも一つのナットと、前記アクチュエータ制御部材に接続された少なくとも一つのネジ部とを備えており、前記ロータは、遊星減速ギアを介して位置退避装置を駆動する。

さらに他の実施形態によると、前記運動変換装置は、前記ロータに接続された少なくとも一つのナットと、前記ステータケースに接続された第２のナットとを備えており、前記少なくとも一つのナットおよび前記第２のナットは、それぞれ、互いに反対方向にネジ山を有する、前記制御部材の２つの部分と協働しており、前記ロータは、遊星減速ギアを介して前記位置退避装置を駆動する。

さらに他の実施形態によると、前記メカトロニックアセンブリは、前記制御部材に接続された磁石と、前記制御ユニットに接続された磁気検出素子とを備える位置センサをさらに備え、前記磁気検出素子は、前記制御部材の軸方向の位置を読み取り可能になっている。

さらに他の実施形態によると、前記メカトロニックアセンブリは、前記制御部材に接続された磁石と、前記制御ユニットに接続された磁気検出素子とを備える位置センサをさらに備え、前記磁石の磁化パターンは、前記制御部材の螺旋運動の間に前記制御部材の軸方向の位置を読み取り可能なようになっている。

前記アセンブリは、好ましくは、前記制御部材に接続された磁石と、前記制御ユニットに接続された磁気検出素子とを備える位置センサをさらに備え、前記磁石の磁化パターンは軸対称である。

また、本発明は、或る部材を直線駆動させるためのメカトロニックアセンブリであって、制御ユニットとアクチュエータとを備え、前記制御ユニットは制御アルゴリズムとパワーブリッジとを備え、前記アルゴリズムは前記パワーブリッジを制御し、前記パワーブリッジはトルク信号と方向信号とで構成される二線式電気信号を提供し、前記アクチュエータは、Ｎ相を有するブラシレス電動多相モータと、前記モータのロータの位置を検出する複数のバイナリプローブと、前記ロータの回転運動を前記制御ユニットの直線運動へ変換する装置と、前記二線式電気信号から前記モータのＮ相へ電力を供給するのに適したパワースイッチとを備えており、前記パワースイッチの状態が前記検出プローブから出力されている信号により直接制御されることを特徴とするメカトロニックアセンブリに関するものである。

前記Ｎ相多相モータは、好ましくは、Ｎ個の単極または双極のコイル、またはＮ×２個の単極ハーフコイルによって構成されている。

有利な実施形態によると、前記ロータの位置を検出する前記バイナリプローブへの電力供給は前記二線式電気信号により行われる。

有利な実施形態によると、前記運動変換装置は、前記モータの前記ロータに接続された少なくとも一つのナットと、前記アクチュエータ制御部材に接続された少なくとも一つのネジ部とを備えており、前記ロータは、遊星減速ギアを介して位置退避装置を駆動する。

前記運動変換装置は、好ましくは、前記ロータに接続された少なくとも一つのナットと、前記ステータケースに接続された第２のナットとを備えており、前記少なくとも一つのナットおよび前記第２のナットは、それぞれ、互いに反対方向にネジ山を有する、前記制御部材の２つの部分と協働しており、前記ロータは、遊星減速ギアを介して前記位置退避装置を駆動する。

さらに他の実施形態によると、前記メカトロニックアセンブリは、前記制御部材に接続された磁石と、前記制御ユニットに接続された磁気検出素子とを備える位置センサをさらに備え、前記磁気検出素子は、前記制御部材の軸方向の位置を読み取り可能になっている。

前記メカトロニックアセンブリは、好ましくは、前記制御部材に接続された磁石と、前記制御ユニットに接続された磁気検出素子とを備える位置センサをさらに備え、前記磁石の磁化パターンは、前記制御部材の螺旋運動の間に前記制御部材の軸方向の位置を読み取り可能なようになっている。

さらに他の実施形態によると、前記メカトロニックアセンブリは、
前記制御部材に接続された磁石と、前記制御ユニットに接続された磁気検出素子とを備える位置センサをさらに備え、前記磁石の磁化パターンは軸対称である。

有利な実施形態によると、前記ねじりバネの捲回軸が、前記多相エンジンの回転軸と同軸である。

さらに他の実施形態によると、前記ねじりバネの角変位が、限られた円形空間で運動する前記遊星減速ギアに含まれる素子または前記バネ自体に接続された凸体によって、機械的に制限されている。

本発明のその他の特徴および利点は、以下の詳細な実施形態に関する記載と、対応する図面を参照することにより明らかになるであろう。
図１は、本発明に係るモータの二線式制御を介して制御を行うための基本的なメカトロニクス構造を示す図である。 図２は、本発明において用いられてもよい基本的な電子回路の詳細を示す図である。 図３ａは、第１の「１２０度単極」動作モードにおけるスイッチングロジックの電子回路、およびその真理表の一例を示す図である。 図３ｂは、第２の「１８０度単極」動作モードにおけるスイッチングロジックの電子回路、およびその真理表の一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態において、双極制御モードに関するスイッチングロジックの電子回路、およびその真理表の一例を示す図である。 図５は、第２の実施形態において、双極制御モードに関するスイッチングロジックの電子回路、およびその真理表の一例を示す図である。 図６ａは、ネジ−ナットシステムを組み込むリニアアクチュエータの第１の実施形態を示す図である。 図６ｂは、ネジ−ナットシステムを組み込むリニアアクチュエータの第１の実施形態を示す図である。 図７ａは、ネジ−ナットシステムと基準位置退避システムとを組み込むリニアアクチュエータの第２の実施形態を示す図である。 図７ｂは、ネジ−ナットシステムと基準位置退避システムとを組み込むリニアアクチュエータの第２の実施形態を示す図である。 図８ａは、図８ａおよび図８ｂの第３の実施形態を用いる本発明に従うギアモータを一部切り欠いた斜視図である。 図８ｂは、図８ａおよび図８ｂの第３の実施形態を用いる本発明に従うギアモータを一部切り欠いた斜視図である。 図９ａは、図８ａおよび図８ｂの第３の実施形態を用いる本発明に従うギアモータの一部切り欠き図である。 図９ｂは、図８ａおよび図８ｂの第３の実施形態を用いる本発明に従うギアモータの斜視図である。 図１０のａおよびｂは、図８および図９の望ましい実施形態に従い、遊星減速ギアと接続した位置退避の解法を示す図である。 図１０のａおよびｂは、図８および図９の望ましい実施形態に従い、遊星減速ギアと接続した位置退避の解法を示す図である。 図１０のａおよびｂは、図８および図９の望ましい実施形態に従い、遊星減速ギアと接続した位置退避の解法を示す図である。

図１は、本発明に係るメカトロニックアセンブリを示す図である。当該メカトロニックアセンブリはエネルギ源４を備え、エネルギ源４は制御ユニット１に供給し、制御ユニット１はアクチュエータ２を制御する。アクチュエータ２はブラシレスＤＣモータ８を備え、ブラシレスＤＣモータ８は、回転運動を直線運動に機械的に変換する機械アセンブリ９と連繋する。ここで、上記アセンブリはネジ−ナット型のシステムとして描写されている。アクチュエータ２の機械的出力体１２（ここではナット）に接続したセンサ７は、制御ユニット１に位置情報５を送信し、制御ユニット１は制御信号６を処理し、制御信号６はリンクコネクタ３にてまとめられる。モータ８におけるロータの位置は、モータ８のＮ個の相を自己スイッチングするＮ個のプローブ１１を用い、基本電子回路１０を介して読み取られる。

図２は、本発明にて使用され得る基本エレクトロニクス１０を示す図である。基本エレクトロニクス１０は制御用トランジスタ２５を備える。制御用トランジスタ２５は、上記モータのロータの位置を検出するホールプローブ１１が出力する信号により、スイッチング論理回路２６を介して直接制御される。スイッチング論理回路２６は、簡便な電子素子からなり、マイクロプロセッサを有してはいない。電圧レギュレータ２８は、二線式制御信号を用いてホールプローブ１１に供給する。

図３ａは、第１の、いわゆる「星形結線された三相モータの１２０度単極制御モード」における制御を例示する。電圧（ＰＷＲ＋）がコモン点に対し正である場合、電流は捲回体において常に同じ方向に循環する。電圧レギュレータ２８からの電圧は、二線式制御によって出力され、検出ブロック１３と、ホールプローブＨａ、Ｈｂ、Ｈｅへ供給される。ロータの位置に依存して、種々のデジタルプローブは、ロー状態（ゼロ電圧と等価）またはハイ状態（５Ｖの電圧）になる。これらのプローブの状態に依存して、種々のトランジスタＱ１〜Ｑ６が開閉し、それによって種々の相における電流の循環が許否される。図５の例で取得できる制御モードは１２０度モードにて駆動する。即ち、このモードでは１２０度の電気角で各相に供給される（電気角１度は、機械角１度を上記モータの磁極対の数で乗算した値に等しい）。

同様に、図３ｂは「１８０度」単極制御の例を示す図である。トランジスタＱ１〜Ｑ３は、調整された二線式信号により供給されるホールプローブの状態に従って開閉する。各トランジスタは１８０度の電気角で開閉する。１２０度モードで制御するか、或いは１８０度モードで制御するかは、承認された制御トランジスタの数、もしくはモータに対して予測されるプロファイルおよびトルクレベルに従って選択することができる。

また、モータを双極モード（電流が各相において双方向に流れるモード）で制御することもできる。このためには、それぞれが１方向に巻かれている２つの異なるコイルが相毎に設けられるだけでよい。図４の例とＡ相に示されるように、Ａ＋コイルはＡ−コイルと反対の方向に巻かれている。トランジスタＱ１が開状態かつトランジスタＱ２が閉状態である時、電流はＡ−相で循環し、同相における磁場は第１方向を向く。反対に、トランジスタＱ１が閉状態かつトランジスタＱ２が開状態である時、電流はＡ＋相で循環し、同相における磁場は上記第１方向と反対の方向である第２方向を向く。図４に例示されるその他２つのＢ相およびＣ相についても同様である。トランジスタＱ１〜Ｑ６の開閉を正しく順序付けるため、スイッチング論理ブロック２６は、適合された制御ロジック１４を必要とするが、この適合された制御ロジック１４は、図示される真理表の取得を可能とする論理ゲート等のような簡便な電子素子で構成される。完全な電気回路図は、明確性を理由として示さないが、当業者によって容易に考えることができる。

なお、図５において説明される通り、６つのパワートランジスタを維持した状態で、モータコイル同士を双極接続することができる。制御ロジック１４は、図５に示される対応する真理表に適合する。
図６ａは、本発明に従うリニアアクチュエータの断面図であり、該リニアアクチュエータは、ロータおよびステータを組み込んだブラシレス多相モータ８を備える。ステータケース２１の正面には、上述のように、二線式制御装置を備えた電子回路１０が保持されている。ロータ１５には、電子回路１０に配置されたデジタルプローブ１１を励磁できるようになっている磁石３４が保持されている。また、ロータ１５には、ナット１６が組み込まれている。ナット１６の回転によって中心軸１７が並進させられ、当該回転は、正面フランジ２９との摺動リンクを用いてロックされる。上述の制御ロジックに従うと、デジタルプローブ１１によってステータの相の自己スイッチングが可能になっており、モータの制御信号６にリンクされるピンは、２本の電源リード線のみで構成されている。一方、並進運動を行う中心軸１７は磁石２４を保持しており、この磁石２４は、電子カード１０の正面に配置された磁気検出素子３０を励磁して、制御部材の位置情報５（図６ａには示されず、図６ｂにのみ示されている）を付与するようなっている。センサは、モータの電源リード線とは異なる２本の電源リード線によって供給され、中心軸１７の位置についての情報５を送出する。これにより、アクチュエータの外部の制御ユニットは、中心軸１７の実際の位置と所望の設定位置とを比較することにより、中心軸１７の位置を確認することができる。図６ｂに示すように、アクチュエータはリンクコネクタ３を有し、このリンクコネクタ３は５つの電気的な接続部のみを含んでいる。上記接続部の２つはモータの制御信号６用であり、上記接続部の残りの３つは、位置センサが位置情報５として供給する、位置センサの出力信号用である。

図７ａおよび図７ｂは、本発明に従う第２実施形態のリニアアクチュエータに関し、図７ａは、遊星減速ギア１８を有するロータ１５を別に示す図であり、図７ｂはモータの全体を示す断面図である。ここで、多相モータのロータ１５は、ナット１６が組み込まれており、一方では制御部材を構成する中心軸１７のネジ部と協働し、他方では、ロータ１５の周りに配置された３つの遊星ギアを備える遊星減速ギア１８と協働する。これにより、ロータ１５は内平歯ギア１９を駆動し、内平歯ギア１９はねじりバネ２０を駆動する。

中心軸１７は、アクチュエータケースの正面フランジ２１に対し摺動可能に接続され、ロータ１５、ナット１６の回転により並進する。ロータ１５の回転によってねじりバネ２０に負荷が働くが、ねじりバネ２０の動きは内平歯ギア１９によって制限される。内平歯ギア１９は、アクチュエータケースに接続されているノッチ（図６ｂには示していない）内を循環するピンを有している。従って、バネ２０の円運動の範囲がロータ１５の運動に比べて著しく減少し、このことは、遊星減速ギア１８の減速によるものである。
これにより、バネ２０の変形を小さく抑えることができ、摩耗用スリーブ２３上のバネ２０の摩擦損失を回避する。ロータ１５のトルクは、機械的な動力を伝達するネジ／ナット螺合構造により制御部材の並進に変換される。上記遊星減速ギアは、プラスチックから製造できることは有利である。なぜならば、上記遊星減速ギアは、アクチュエータ制御部材を基準位置に確実に戻すことのみのために、バネに蓄えられた復原トルクを伝達するために使用されるからである。従って、上記遊星減速ギアにおける上記プラスチック製ギアは、上記アクチュエータの出力における機械的な動力を効果的に伝達するものではなく、制限されたトルクを伝達するものであり、当該トルクは、ロータ１５の静磁気のトルクを超え、かつ、モータの動力がもはや無くなった場合に基準位置に確実に退避（復帰）するように、計算されている。磁石２４は中心軸１７の後端部に接続され、磁気検出素子３０と協働する。磁石２４および磁気検出素子３０は位置センサを形成する。磁気検出素子３０はモータ制御装置に接続されており、該制御装置は、制御部材の軸方向の変位を読み取り解釈する。そして、制御装置は上記制御部材が設定された状態（閉回路動作）に対応しているかを確認する。

図８ａおよび図８ｂは第３の実施形態を示しており、第３の実施形態では、二条ネジによる解法を用いて運動を変換している。ロータ１５は、中心軸１７の第１ネジ部と協働する第１ナット１６を有する。一方、第２ナット２７は、フレームに接続され、中心軸１７の第２ネジ部と協働する。第２ネジ部は、第１ネジ部に対し螺旋の向きが反対となっている。従って、ロータに接続されたナット１６の回転により、中心軸１７が第２固定ナット２７と噛み合い、螺旋運動を生み出す。したがって、アクチュエータの制御部材は螺旋運動に従う。そして、アクチュエータに接続されたバルブディスクの形状は、流体の投与時にそのような回転部品を受け入れるようになっている必要があるだろう。

上記位置センサは、これにより制御部材の軸方向の位置を読み取ることが可能であり、図７ａおよび図７ｂに示される位置センサと同様である。しかし、磁石２４の磁化パターンを磁気検出素子３０に対する磁石２４の相対運動に適合する必要がある点で異なる。上記相対運動は、第２の実施形態では螺旋状である。望ましいが非限定の解法は、磁石２４上で（回転と一致する）軸対称の磁化を発生させて、センサを構成する磁気検出素子３０が制御部材の回転を検出しないようにすることにある。

図９ａおよび図９ｂは、図８ａおよび図８ｂの実施形態に従うアクチュエータを示しており、それぞれ断面図および斜視図である。本実施形態は、簡便な電子部品を用いた制御装置と、制御部材の螺旋運動の位置センサに接続した二重螺旋体を用いての運動変換の解法と、そして、上記ロータの周りに同軸に配された遊星減速ギアを介してロータに復原トルクを印加するねじりバネを用いての基準位置退避装置とを組み合わせたものである。アクチュエータケースは、一方ではステータの周りをオーバ・モールドした筺体２１と、正面フランジ２９とを備えている。筺体２１および正面フランジ２９は分離されているので、アクチュエータの前方部品は、遊星減速ギアおよびバネを備え、モータ部品および制御エレクトロニクスを備える後方部品を変更することなく容易に変更できる。

図１０ａ、図１０ｂ、および図１０ｃは、ねじりバネ２０と遊星減速ギア１８との組合せに基づく斬新な基準位置退避の解法の詳細を示す図である。バネ２０は、ステータケース２１に固定された固定ファスナー４０と、内平歯ギア１９に固定された可動ファスナー４１を備えている。また、内平歯ギア１９は、パス４３内を循環するピン４２を備えており、当該パス４３は制限された長さでステータケース２１に設けられる。これにより、バネのプリロードが可能となる。内平歯ギア１９は、ロータ１５に固定された中心ギア３５によって駆動される３つの遊星ギア３６によって駆動される。数回転にも及ぶロータ１５の運動と、低減歯冠１９との低減比率は、バネ２０の作業角度を、１８０〜２７０度のオーダといった低減された長さに制限するように選択される。これにより、スプリングコイルに働く応力が小さく、従って、復原機能を最小限の摩擦で提供することができる。遊星減速ギア１８は、運動変換装置よって平行に利用されるモータの効果的なトルクではなく、バネのトルクのみを伝達するだけでよいため、ブラスチック材料によって形成することができる。

Claims (18)

1. 或る部材を直線駆動させるためのメカトロニックアセンブリであって、
   制御ユニット（１）とアクチュエータ（２）とを備え、
   前記制御ユニット（１）は制御アルゴリズムとパワーブリッジとを備え、
   前記アルゴリズムは前記パワーブリッジを制御し、
   前記パワーブリッジはトルク信号と方向信号とで構成される二線式電気信号（６）を提供し、
   前記アクチュエータは、Ｎ相を有するブラシレス電動多相モータ（８）と、前記モータ（８）のロータの位置を検出する複数のバイナリプローブ（１１）と、前記ロータの回転運動を前記制御ユニットの直線運動へ変換する装置と、前記二線式電気信号（６）に基づいて前記モータ（８）のＮ相へ電力を供給することのできるパワースイッチ（２５）とを備えており、
   前記パワースイッチ（２５）の状態が前記検出プローブ（１１）からの信号により直接制御されることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
2. 請求項１に記載のメカトロニックアセンブリであって、
   前記Ｎ相多相モータ（８）は、Ｎ個の単極または双極のコイル、またはＮ×２個の単極ハーフコイルによって構成されていることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
3. 請求項１または２に記載のメカトロニックアセンブリであって、
   前記ロータ（１５）の位置を検出する前記バイナリプローブ（１１）への電力供給が前記二線式電気信号（６）により行われることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のメカトロニックアセンブリであって、
   前記運動変換装置（９）は、前記モータの前記ロータ（１５）に接続された少なくとも一つのナット（１６）と、前記アクチュエータ制御部材に接続された少なくとも一つのネジ部とを備えており、
   前記ロータは、遊星減速ギア（１８）を介して位置退避装置を駆動することを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のメカトロニックアセンブリであって、
   前記運動変換装置（９）が、前記ロータ（１５）に接続された少なくとも一つのナット（１６）と、前記ステータケースに接続された第２のナット（２７）とを備えており、
   前記少なくとも一つのナットおよび前記第２のナットは、それぞれ、互いに反対方向にネジ山を有する、前記制御部材の２つの部分と協働しており、
   前記ロータ（１５）は、遊星減速ギア（１８）を介して前記位置退避装置を駆動することを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のメカトロニックアセンブリであって、
   前記制御部材に接続された磁石（２４）と、前記制御ユニットに接続された磁気検出素子（３０）とを備える位置センサをさらに備え、
   前記磁気検出素子（３０）は、前記制御部材の軸方向の位置を読み取り可能になっていることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
7. 請求項５に記載のメカトロニックアセンブリであって、
   前記制御部材に接続された磁石（２４）と、前記制御ユニットに接続された磁気検出素子（３０）とを備える位置センサをさらに備え、
   前記磁石の磁化パターンは、前記制御部材の螺旋運動の間に前記制御部材の軸方向の位置を読み取り可能なようになっていることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
8. 請求項５に記載のメカトロニックアセンブリであって、
   前記制御部材に接続された磁石（２４）と、前記制御ユニットに接続された磁気検出素子（３０）とを備える位置センサをさらに備え、
   前記磁石の磁化パターンは軸対称であることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
9. 或る部材を直線駆動させるためのメカトロニックアセンブリであって、
   制御ユニット（１）とアクチュエータ（２）とを備え、
   前記制御ユニット（１）はサーボ制御アルゴリズムとパワーブリッジとを備え、
   前記アルゴリズムは前記パワーブリッジを制御し、
   前記パワーブリッジはトルク信号と方向信号とで構成される二線式電気信号（６）を提供し、
   前記アクチュエータは、Ｎ相を有するブラシレス電動多相モータ（８）と、前記モータ（８）のロータの位置を検出する複数のバイナリプローブ（１１）と、前記ロータの回転運動を前記制御ユニットの直線運動へ変換する装置と、ねじりバネを備えた基準位置退避装置と、前記二線式電気信号（６）から前記モータ（８）のＮ相へ電力を供給することのできるパワースイッチ（２５）とを備えており、
   前記パワースイッチ（２５）の状態が前記検出プローブ（１１）からの信号により直接制御されることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
10. 請求項９に記載のメカトロニックアセンブリであって、
    前記Ｎ相多相モータ（８）は、Ｎ個の単極または双極のコイル、またはＮ×２個の単極ハーフコイルによって構成されていることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
11. 請求項９または１０に記載のメカトロニックアセンブリであって、
    前記ロータ（１５）の位置を検出する前記バイナリプローブ（１１）への電力供給が前記二線式電気信号（６）により行われることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項に記載のメカトロニックアセンブリであって、
    前記運動変換装置（９）は、前記モータの前記ロータ（１５）に接続された少なくとも一つのナット（１６）と、前記アクチュエータ制御部材に接続された少なくとも一つのネジ部とを備えており、
    前記ロータは、遊星減速ギア（１８）を介して位置退避装置を駆動することを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
13. 請求項９〜１１のいずれか１項に記載のメカトロニックアセンブリであって、
    前記運動変換装置（９）が、前記ロータ（１５）に接続された少なくとも一つのナット（１６）と、前記ステータケースに接続された第２のナット（２７）とを備えており、
    前記少なくとも一つのナットおよび前記第２のナットは、それぞれ、互いに反対方向にネジ山を有する、前記制御部材の２つの部分と協働しており、
    前記ロータ（１５）は、遊星減速ギア（１８）を介して前記位置退避装置を駆動することを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
14. 請求項９〜１３のいずれか１項に記載のメカトロニックアセンブリであって、
    前記制御部材に接続された磁石（２４）と、前記制御ユニットに接続された磁気検出素子（３０）とを備える位置センサをさらに備え、
    前記磁気検出素子（３０）は、前記制御部材の軸方向の位置を読み取り可能になっていることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
15. 請求項１３に記載のメカトロニックアセンブリであって、
    前記制御部材に接続された磁石（２４）と、前記制御ユニットに接続された磁気検出素子（３０）とを備える位置センサをさらに備え、
    前記磁石の磁化パターンは、前記制御部材の螺旋運動の間に前記制御部材の軸方向の位置を読み取り可能なようになっていることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
16. 請求項１３に記載のメカトロニックアセンブリであって、
    前記制御部材に接続された磁石（２４）と、前記制御ユニットに接続された磁気検出素子（３０）とを備える位置センサをさらに備え、
    前記磁石（２４）の磁化パターンは軸対称であることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
17. 請求項９〜１６のいずれか一項に記載のメカトロニックアセンブリであって、
    前記ねじりバネ（２０）の捲回軸が、前記多相モータの回転軸と同軸であることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。
18. 請求項９〜１７のいずれか一項に記載のメカトロニックアセンブリであって、
    前記ねじりバネ（２０）の角変位が、限られた円形空間で運動する前記遊星減速ギア（１８）に含まれる素子または前記バネ自体に接続された凸体によって、機械的に制限されていることを特徴とするメカトロニックアセンブリ。

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