JP2019530402A - 電磁アクチュエータ - Google Patents

Abstract

ロックメカニズムにおいて使用される電磁アクチュエータは、ハウジング（８、３２、３６）と、複数のコイル（６０、６２）と、アクチュエータのコイルに選択的にエネルギー供給することにより、２つの移動端部位置の間において、ハウジングとの関係において線形運動可能であるアーマチュア（１４）と、を有する。アクチュエータは、２つの移動端部位置のうちの１つに向かってアーマチュアを付勢するべく動作可能であるフェールセーフメカニズム（６）を含む。

Description

本発明は、電磁アクチュエータに関し、且つ、更に詳しくは、但し、限定を伴うことなしに、ロックメカニズムにおいて使用されるアクチュエータに関する。

電磁アクチュエータは、非常に多様な実際的用途を有している。例えば、国際特許出願公開第２０１２／０６９８４９号パンフレットにおいて記述されているように（この内容は、引用により、本明細書に包含される）、アクチュエータは、シャフトの回転位置を選択的にロックするためのロック組立体を動作させるべく、使用することができる。

本発明は、ハウジングと、複数のコイルと、アクチュエータのコイルに選択的に電気エネルギーを供給することにより、２つの移動端部位置の間において、ハウジングとの関係において線形運動可能であるアーマチュアと、その２つの移動端部位置のうちの１つに向かってアーマチュアを付勢するべく動作可能であるフェールセーフメカニズムと、を有する電磁アクチュエータを提供している。

フェールセーフメカニズムは、アクチュエータの正常動作が不可能である際にも、アクチュエータが、その移動端部位置のうちの選択されたものにスイッチングされうることを保証するべく、提供されている。アクチュエータ用の制御システムにおける障害の発生又は制御システム用の電力の喪失は、制御システムが、もはや、アクチュエータをスイッチングすることができないことを意味しうる。フェールセーフメカニズムの追加は、このような状況において、アクチュエータによって作動しているメカニズムの安全モードに対応する移動端部位置にアクチュエータをスイッチングすることが依然として可能であることを保証している。

アクチュエータのアーマチュアは、アーマチュアが磁気及び／又は機械力のみによって保持される２つ以上の安定した休止位置の間において、ハウジングとの関係において運動可能であってもよい。従って、アーマチュアは、アクチュエータのコイルがエネルギー供給される必要性を伴うことなしに、それぞれの安定した休止位置において保持されることになり、これにより、アクチュエータによって消費される電力を極小化することができる。

アーマチュアは、永久磁石を有することができる。
フェールセーフメカニズムが起動又はトリガされた際に、フェールセーフメカニズムは、アーマチュアをアーマチュアの２つの移動端部位置のうちの、特定の一方に、且つ、一方のみに、向かって付勢する。この結果、アーマチュアがその望ましい移動端部位置に向かって付勢されることが保証される。フェールセーフメカニズムは、アーマチュアを２つの移動端部位置のうちの他方に向かって付勢するべく、動作可能ではない。

好適な実施形態においては、フェールセーフメカニズムは、機械的なポテンシャルエネルギーストアを有する。機械的な保存システムの利用は、電池やコンデンサなどの電気的のみの解決策との関係において、コンパクトな、且つ、安価な、必要とされるエネルギーレベルを保存するための方法を提供する。

機械的なポテンシャルエネルギーストアは、スプリングなどの弾性装置を有することができる。例えば、これは、例えば、引張り、圧縮、コイル、リーフ、又は捩じりスプリングであってもよい。

アクチュエータは、フェールセーフメカニズムをトリガするべく動作可能である解放組立体を含むことができる。解放組立体は、解放組立体を第１構成から第２構成にスイッチングさせることにより、結果的にアーマチュアをその２つの移動端部位置のうちの１つに向かって付勢するように、フェールセーフメカニズムが配備されるように、第１構成から第２構成にスイッチング可能であってもよい。

解放組立体は、電源に対する依存を回避するべく、機械作動型の組立体のみであってよい。解放組立体は、液圧及び／又はガス圧コンポーネントを有することができる。

解放組立体は、電気作動型の組立体であってもよい。好ましくは、解放組立体は、アクチュエータによって作動しているメカニズム用の制御システムとは無関係の制御システムを使用することにより、動作させることができる。

配備された後に、解放組立体は、自身をリセットするべく、その第２構成からその第１構成にスイッチングして戻ることが可能であってもよい。

解放組立体は、ソレノイドと、機械的リンク機構と、を有していてもよく、この場合に、機械的リンク機構は、このリンク機構を第１構成から第２構成にスイッチングすることにより、結果的にアーマチュアをその２つの移動端部位置のうちに１つに向かって付勢するように、フェールセーフメカニズムが配備されるように、ソレノイドにより、第１構成から第２構成にスイッチング可能である。

解放組立体の第１構成は、ポテンシャルエネルギーがエネルギーストア内において保存される保存状態においてエネルギーストアを保持することができると共に、解放組立体を他方の第２構成にスイッチングすることにより、エネルギーストアは、保存状態から解放される。例えば、エネルギーストアが弾性装置の形態を有している際には、装置は、圧縮された状態又は引っ張られた状態において、解放組立体によって保持することができる。

アーマチュアは、アーマチュアの線形運動の方向に対して平行な方向に延在するシャフトを有していてもよく、且つ、シャフトは、フェールセーフメカニズムがアーマチュアをその移動端部位置のうちの１つに向かって付勢するように配備された際に、フェールセーフメカニズムによって係合される。シャフトの遠端は、フェールセーフメカニズムが配備された際に、フェールセーフメカニズムによって直接的に係合されてもよい。シャフトは、アクチュエータのハウジングの外側において提供されたフェールセーフメカニズムによる係合のために、アクチュエータのハウジングを通じて延在することができる。

本発明は、ロック組立体との間の本明細書において記述されているアクチュエータの組合せを更に提供しており、この場合に、ロック組立体は、ロック及びアンロック構成の間において、アクチュエータによってスイッチング可能であり、且つ、アクチュエータは、アクチュエータが１つの移動端部位置にある際にロック組立体がそのロック構成に向かって付勢されるように、ロック組立体に結合されている。

ロック組立体は、例えば、車両用の駐車ロック組立体であってもよい。ロック組立体は、そのロック構成にある際に、車両の運動を妨げるように、構成することができる。

いくつかの実装形態においては、ロック組立体は、シャフトの回転位置を選択的にロックするためのものであってもよい。例えば、ロック組立体がそのアンロック構成にある際には、シャフトの回転は、ロック組立体によって妨げられない状態にありうると共に、ロック組立体がそのロック構成にある際には、シャフトの回転は、ロック組立体によって阻止することができる。

以下、一例として、且つ、添付の概略図面を参照し、本発明の実施形態について説明することとする。

３つの異なる構成における、本発明を実施したアクチュエータの断面側面図を示す。 ３つの異なる構成における、本発明を実施したアクチュエータの断面側面図を示す。 ３つの異なる構成における、本発明を実施したアクチュエータの断面側面図を示す。 ロック組立体との組合せにおける作動装置の断面側面図である。 ロック組立体との組合せにおける作動装置の断面側面図である。

図１〜図３は、本開示による電磁アクチュエータ２を示している。図面には、わかりやすさを目的として、アクチュエータの概略的な図が示されている。

アクチュエータは、フェールセーフメカニズム６との組合せにおいて、作動装置４を有する。作動装置４は、様々な形態をとりうることを理解されたい。例えば、これは、例えば、英国特許出願公開第２３４２５０４号及び第２３８００６５号明細書、国際特許出願公開第２０１０／０６７１１０号パンフレット、或いは、米国特許第６５９８６２１号明細書において記述されている双安定リニアアクチュエータであってもよく、これらの特許文献の内容は、引用により、本明細書に包含される。

図１〜図３に概略的に示されているように、作動装置４は、円筒形のチューブ９の両端部において２つのエンドキャップ１０及び１２を含むハウジング８を有する。

アーマチュア１４が、中心軸１６に沿って、ハウジングとの関係において線形運動可能である。円筒形のチューブ９は、これとの関係において同軸状に配置されている。アーマチュアは、アーマチュア本体１８と、２つの（互いに且つ本体１８との関係において）同軸状に配置されたシャフト２０及び２２と、を有する。シャフトは、アーマチュア本体１４の軸方向における両端部から、エンドキャップ１０及び１２内の個々の開口部を通じて、延在している。作動装置は、複数のコイルを含む（図には示されていない）。アーマチュアは、既知の方式によってコイルに選択的に電気エネルギーを供給することにより、２つの移動端部位置の間において運動可能である。

フェールセーフメカニズム６は、エンドキャップ１０に隣接した状態において、作動装置のハウジングの一端上において取り付けられている。これは、コイルスプリング３０の形態を有するエネルギーストアを有する。スプリング３０は、端部閉鎖体３６によって一端において閉鎖された管状本体３４を有するコンテナ３２内において提供されている。管状本体の一端は、アクチュエータのハウジング８上において取り付けられており、且つ、他端は、端部閉鎖体３６によって閉鎖されている。

スプリング３０の一端は、端部閉鎖体３６に圧接しており、且つ、他端は、円形プレート３８に係合している。円形プレートは、中心軸１６に対して平行な方向において、コンテナ３２との関係において往復方向に摺動することができる。管状本体３２、コイルスプリング３０、及び円形プレート３８は、作動装置の中心軸１６との間において同軸状に配置されている。

解放組立体４０が環状本体３２の外側表面上において取り付けられている。これは、電気アクチュエータ４２を有し、電気アクチュエータ４２は、例えば、ソレノイドの形態を有することができる。アクチュエータ４２は、そのハウジング４６から延在するロッド４４を含む。アクチュエータは、ハウジングから離れる又はこれに向かう方向においてロッドを運動させるべく動作可能である。ロッドの遠端４８は、こちらも細長いロッドの形態を有しうるトリガ部材５０に回動自在に結合されている。トリガ部材５０は、回動軸５２により、回動自在且つ摺動自在に管状本体３２に結合されている。トリガ部材は、その遠端５４が管状本体の内壁を超えて突出するように、環状本体３２の壁を通じて延在している。図１に示されている構成においては、トリガ部材は、円形プレート３８の外周エッジを超えて、管状本体の半径方向を内向きに延在している。トリガ部材は、管状本体に沿った固定された軸方向位置においてプレートを保持するように機能し、且つ、スプリング３０によって円形プレートに対して作用する力に抗して円形プレートを保持している。

図１及び図２に示されている解放組立体４０の構成においては、フェールセーフメカニズムが作動装置４の正常な動作を妨げていないことを観察することができる。アーマチュアは、図１及び図２に示されている２つの移動端部位置の間において運動可能である。アーマチュアが、図２に示されているように、フェールセーフメカニズムに相対的に近接した移動端部位置にある際には、シャフト２０は、その遠端が円形プレート３８に近接する又はこれとの接触状態となるように、作動装置のエンドキャップ１０を超えて延在している。

フェールセーフメカニズムがトリガされた際に、解放組立体は、図３に示されているように、第２構成に運動する。この結果、メカニズムは、図３に示されているように、フェールセーフメカニズムから遠い、その移動端部位置に向かって、且つ、この位置内に、アーマチュアを付勢する。

フェールセーフメカニズムは、アクチュエータ４２を作動させることにより、トリガされる。この結果、ロッド４４が延伸することにより、トリガ部材５０が回動し、且つ、その遠端５４が、円形プレート３８の周囲エッジを超えて、半径方向を外向きに運動することになる。従って、コイルスプリング３０が、解放され、且つ、円形プレート３８を作動装置４に向かって押し出す。作動装置のアーマチュア１４が、フェールセーフメカニズムから離れた移動端部位置に既に位置していない場合には、円形プレートは、シャフト２０の端部に係合し、且つ、これにより、この移動端部位置に向かって、且つ、この位置内に、アーマチュアを押し込む。

作動装置４の構成は、アーマチュアがフェールセーフメカニズムから離れた移動端部位置から特定の距離以内にある際に、アーマチュアが、アクチュエータ自体によってアーマチュアに対して作用している磁気及び／又は機械力により、その位置に退却し、且つ、その内部において保持されるようなものであってもよい。従って、フェールセーフメカニズムが、作動装置自体が移動端部位置内にアーマチュアを引っ張るために移動端部位置に十分に近接するように、十分遠くにアーマチュアを押し出すことができることで十分であろう。

作動装置の正常動作を再開することを要することに伴って、且つ、このような際には、解放組立体４０、スプリング３０、及びプレート３８を図１及び図２に示されている構成に戻すことにより、フェールセーフメカニズムをリセットすることができる。

図４及び図５は、ロック組立体７０との組合せにおいて、図１〜図３に示されている形態の作動装置４を示している。本発明の実施形態においては、フェールセーフメカニズム６は、図１〜図３に示されているように、作動装置４との組合せにおいて利用されている。

図４及び図５に示されている作動装置は、装置の軸方向における両端部に向かってコイル６０及び６２を含む。アーマチュア１４は、コイルに選択的に電気エネルギーを供給することにより、移動端部位置の間において運動可能である。

作動装置のシャフト２２は、ロック組立体７０に接続されている。ロック組立体は、シャフト７２の回転位置を選択的にロックすることができる。ロック組立体がアンロック構成にある際には、シャフトは、自由回転する。ロック組立板がそのロック構成にある際には、シャフトは、更なる回転に抗してロックされる。自動車又はオフハイウェイトランスミッションにおいて使用される際には、ロック組立体は、ホイールに直接的に接続されたシャフトをロックするべく、利用することができる。例えば、ロック組立体は、ロックに対するパワー供給源が接続切断された際にローリングしないように車両を停止させる確実な方法を提供するべく、法規により、自動車トランスミッションと共に必要とされているタイプの駐車ロックとして配備することができる。又、ロック組立体は、回転コンポーネントを使用する産業用機械におけるシャフトロックとして使用することもできる。

作動装置のシャフト２２は、ロック組立体７０のリンク機構７４に結合されている。リンク機構７４は、線形支持部７８上において摺動自在に取り付けられたカム７６を含む。カム７６は、カムスプリング８０に結合されている。カムスプリング８０は、作動装置４から離れる方向において支持部７８に沿ってカムを押し出すように機能する。カム７６は、ピン又はローラー８２及び爪８４の遠端との接触状態にある。爪８４は、ケーシング８８上において支持された回動軸８６上において回動自在に取り付けられている。爪８４は、図４には図示されていない付勢構成により、カム７６に対して弾性付勢されている。

図４においては、作動装置は、そのアーマチュア１４をその移動端部位置のうちの１つにおいて有しており、この場合に、シャフト２２及びカム７６は、爪８４から退却している。この構成においては、爪は、歯付きホイール９０から係合解除されている。

図５に示されている構成においては、作動装置のアーマチュアは、その他方の移動端部位置にスイッチングされており、これにより、シャフト２２は、カム７６をピン８２と爪８４の間に押し込んでいる。この結果、爪が、下向きに、歯付きホイール９０上の隣接する歯の間の空間との間の係合状態に押し込まれている。これにより、爪は、シャフト７２の回転を防止しており、その結果、その位置をロックしている。

本開示によれば、図１〜図３に示されている例などのフェールセーフメカニズムを作動装置４との関連において使用することができる。これは、シャフト７２の回転位置がロック組立体７０によってロックされるフェールセーフ構成を採用するべく、作動装置４のアーマチュア１４を図５に示されている移動端部位置に向かって付勢するように構成することができる。

Claims (15)

1. 電磁アクチュエータであって、
   ハウジングと、
   複数のコイルと、
   前記アクチュエータの前記コイルに選択的に電気エネルギーを供給することにより、２つの移動端部位置の間において、前記ハウジングとの関係において線形運動可能であるアーマチュアと、
   前記アーマチュアをその２つの移動端部位置のうちの１つに向かって付勢するべく動作可能であるフェールセーフメカニズムと、
   を有するアクチュエータ。
2. 前記フェールセーフメカニズムは、機械的なポテンシャルエネルギーストアを有する請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記エネルギーストアは、弾性装置を有する請求項２に記載のアクチュエータ。
4. 前記弾性装置は、コイルスプリングである請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記フェールセーフメカニズムをトリガするべく動作可能である解放組立体を含む請求項１〜４のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
6. 前記解放組立体は、前記解放組立体を第１構成から第２構成にスイッチングすることにより、結果的に前記アクチュエータをその２つの移動端部位置のうちの１つに向かって付勢するように、前記フェールセーフメカニズムが配備されるように、前記第１構成から前記第２構成にスイッチング可能である請求項５に記載のアクチュエータ。
7. 前記解放組立体は、機械作動型の組立体である請求項６に記載のアクチュエータ。
8. 前記解放組立体は、電気作動型の組立体である請求項６に記載のアクチュエータ。
9. 前記解放組立体は、ソレノイドと、機械的リンク機構と、を有し、前記機械的リンク機構は、第１構成から第２構成に前記リンク機構をスイッチングすることにより、結果的にその移動端部位置のうちの１つに向かって前記アーマチュアを付勢するように、前記フェールセーフメカニズムが配備されるように、前記ソレノイドによって前記第１構成から前記第２構成にスイッチング可能である請求項８に記載のアクチュエータ。
10. 前記解放組立体の前記第１構成は、ポテンシャルエネルギーが前記エネルギーストア内において保存される保存状態において前記エネルギーストアを保持し、且つ、前記解放組立体をその第２構成にスイッチングすることにより、前記エネルギーストアが前記ストレージ状態から解放される請求項６〜９のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
11. 前記アーマチュアは、前記アーマチュアの前記線形運動の方向に対して平行である方向に延在するシャフトを有し、且つ、前記シャフトは、前記フェールセーフメカニズムが、その移動端部位置のうちの１つに向かって前記アーマチュアを付勢するように配備された際に、前記フェールセーフメカニズムによって係合される請求項１〜１０のいずれか１項に記載のアクチュエータ。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のアクチュエータとロック組立体の組合せであって、
    前記ロック組立体は、前記アクチュエータにより、ロック構成とアンロック構成の間においてスイッチング可能であり、且つ、前記アクチュエータは、前記アクチュエータが前記１つの移動端部位置にある際に前記ロック組立体がそのロック構成に向かって付勢されるように、前記ロック組立体に結合されている、組合せ。
13. 前記ロック組立体は、車両用の駐車ロック組立体である請求項１２に記載の組合せ。
14. 前記ロック組立体は、シャフトの回転位置を選択的にロックするためのものである請求項１２又は１３に記載の組合せ。
15. 前記ロック組立体がそのアンロック構成にある際に、前記シャフトの回転は、前記ロック組立体によって妨げられず、且つ、前記ロック組立体がそのロック構成にある際には、前記シャフトの回転は、前記ロック組立体によって阻止される請求項１４に記載の組合せ。

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