JP7147076B2 - 回転駆動アクチュエータのための自己動作停止型詰まりなし止めモジュール - Google Patents

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Description

[0001]本開示は、回転駆動アクチュエータの所定の行程の一端または両端に機械的止めを提供するための移動制限止めモジュール(travel-limiting stop module)に関する。例えば、本開示は、航空機操縦面のための作動システムに使用される歯車付回転アクチュエータ(GRA)に適用され得るが、これに限定されない。
[0002]止めモジュールとも呼ばれる行程終端停止機構(end-of-stroke stopping mechanism)は、所与の移動方向における移動限界に達したときに回転を止めるために、回転駆動システムの過剰な回転運動エネルギーを散逸させる。一部の用途では、過剰な回転運動エネルギーは、著しいものである場合があり、また、過剰な回転運動エネルギーは、非常に急速に散逸されなければならない。例えば、航空機飛行操縦面を変位させるための作動システムにおけるGRAは、非常に高い毎分回転数で液圧モータによって駆動される場合があり、回転は、非常に短い時間内で安全に停止されなければならない。移動限界位置においてハードストップに達したときに詰まりに抵抗しかつ入力駆動軸の逆転によってリセット可能である停止機構を提供することが、望ましい。さらに、特に航空機用途では、停止機構の重量およびサイズを最小限に抑えることが有利である。
[0003]多段遊星歯車システムを有するGRAでは、1セットの歯車が、別の歯車のセットとは異なる回転速度で移動する。本発明者は、機械的に単純、軽量、かつ小型でありまた逆転時にリセットする詰まりなし停止機構を提供するのに回転速度の違いを活用できることに気が付いた。
[0004]回転アクチュエータが、止めモジュールを有し、止めモジュールは、異なる回転速度で移動する2つの歯車段を行程終端移動限界に達したときに機械的に連結させ、それにより歯車段間の相対運動が妨げられることにより回転アクチュエータを動作停止させるように構成される。回転アクチュエータは、入力トルクにより回転可能に駆動される入力軸と、入力軸の回転により回転するように駆動される第1の段キャリアを有する第1の歯車段と、第1の段キャリアの回転により回転するように駆動される第2の段キャリアを有する第2の歯車段と、を備え得る。第1の段キャリアは、ねじ部分を含むことができ、第2の段キャリアは、歯車歯を含むことができる。
[0005]止めモジュールは、第1の段キャリアのねじ部分とねじ式に嵌合される第1の平歯車ナットおよび第2の平歯車ナットと、第1の段キャリアのねじ部分の軸に沿って第1および第2のナットと一緒に移動するように配置されたブレーキ板と、対向する行程終端移動限界を画定するために入力軸に結合された第1および第2のブレーキディスクと、を含み得る。伝動装置組立体が、第2の段キャリアの回転運動を第1および第2のナットに伝達して第1および第2のナットを第1の段キャリアのねじ部分の軸に沿った軸方向に移動させるように構成されてよく、ここで、ブレーキ板は、回転アクチュエータの第1の行程終端移動限界において第1のブレーキディスクに係合されて第1の回転方向における入力軸の回転を止め、また、ブレーキ板は、回転アクチュエータの第2の行程終端移動限界において第2のブレーキディスクに係合されて第2の回転方向における入力軸の回転を止める。
[0006]次いで、本発明の動作の性質および様式は、添付の図面と併せて以下の詳細な説明においてより詳細に説明される。
[0007]GRAが入力駆動軸に結合されている、本開示の止めモジュールを有して構成されたGRAの断面図である。 [0008]明瞭さのためにGRAがそのハウジングを含まずに示されている、図1のGRAおよび入力駆動軸の斜視図である。 [0009]並進ブレーキ板および第1の段キャリアと係合する平歯車ナットの対を含むGRAの部分組立体を示す斜視図である。 [0010]第1の段キャリアと嵌合する並進ブレーキ板の斜視図である。 [0011]孤立した並進ブレーキ板の斜視図である。 [0012]入力駆動軸と嵌合された止めモジュールの対詰まり結合器を示す、部分的に透明な斜視図である。
[0013]図1は、モータ(図示せず)により回転するように駆動される入力軸4に接続されたGRA10を示す。モータは、液圧モータ、電気モータ、空気圧モータ、または内燃機関を含む、任意のタイプのものであってよい。GRA10は、以下で詳細に説明される止めモジュール30を含むように構成される。
[0014]次に図2~6も参照すると、GRA10は、入力軸4の端部に配置された太陽歯車14を含む第1の遊星歯車段を備え得る。太陽歯車14は、外歯車歯を有し、かつ、第1の遊星歯車16のセットと噛合することができ、第1の遊星歯車16のセットは、ハウジング12が第1の遊星歯車段のための輪歯車として働くように、ハウジング12内に固定された内歯車歯と噛合することができる。第1の遊星歯車段は、遊星歯車16に結合された第1の段キャリア18をさらに含むことができ、それにより、第1の段キャリア18は、入力軸の回転に応じて入力軸4の軸の周りで回転するように駆動される。第1の段キャリア18の端部分は、GRA10の第2の遊星歯車段の太陽歯車20として働くために、外歯車歯を有し得る。第2の遊星歯車段は、太陽歯車20および第2の遊星歯車段のための輪歯車を形成するハウジング12内に固定された内歯車歯と噛合される第2の遊星歯車22のセットをさらに含み得る。第2の遊星歯車段はまた、遊星歯車22に結合された第2の段キャリア24を含むことができ、それにより、第2の段キャリア24は、入力軸4および第1の段キャリア18の回転に応じて入力軸4の軸の周りで回転するように駆動される。GRA10の第1および第2の歯車段は、入力軸4の所与の回転速度に対して第1の段キャリア18が第2の段キャリア24よりも高速で(すなわち、より高いrpmで)回転するように構成され得る。第2の段キャリア24は、負荷(図示せず)に接続するための出力スプライン26を含み得る。端カバー13が、ハウジング12に固定され得る。図は、歯車歯の詳しい描写を省くことにより、簡易化されている。
[0015]止めモジュール30は、ブレーキ伝達軸32を備えることができ、ブレーキ伝達軸32には、第1の平歯車34、第2の平歯車36、および第3の平歯車38が取り付けられて、ブレーキ伝達軸32と一緒に回転する。第1の平歯車34は、M1において、外歯車歯および内ねじ山を有する第1の平歯車ナット40と噛合され得る。同様に、第2の平歯車36は、M2において、外歯車歯および例えば梯形ねじである内ねじ山を有する第2の平歯車ナット42と噛合され得る。平歯車ナット40および42は、一方では平歯車ナット40と42との間の相対回転がまた他方では第1の段キャリア18が平歯車ナット40および42を第1の段キャリア18のねじ部分43に沿った軸方向に移動させるように、第1の段キャリア18のねじ部分43上にねじ式に嵌合され得る。理解されるように、平歯車ナット40および42の移動方向は、入力軸4の回転方向に依存する。第1の段キャリア18のねじ部分43は、軸方向移動通路47を取り囲む外ねじ付き円筒壁を有し得る。
[0016]並進ブレーキ板44が、平歯車ナット40と42との間に捕捉され得る。示された構成では、ブレーキ板44は、ねじ部分43の移動通路47内に受け入れられ、かつ、ねじ部分43の円筒壁を軸方向に貫通する対応するスロット49内にそれぞれが受け入れられる複数の径方向スポーク50を含み得る。各スポーク50の径方向外側端部は、平歯車ナット40と42との間の隙間内へ延在することができ、それにより、平歯車ナット40および42の軸方向に向けられた運動が、プッシングナットとスポーク50の径方向外側端部との係合により、並進ブレーキ板44に伝達される。結果として、並進ブレーキ板44は、平歯車ナット40および42と一緒にねじ部分43に沿った軸方向に移動する。端板45が、第1の段キャリア18のねじ部分43の端部に固定され得る。
[0017]第1のブレーキディスク46Aおよび第2のブレーキディスク46Bが、ねじ部分43の円筒壁内で両端に配置され得る。各ブレーキディスク46A、46Bに対して、対詰まり結合器48が設けられ得る。
[0018]示された実施形態では、伝達軸32、第1の平歯車34、第2の平歯車36、および第3の平歯車38は、第2の段キャリア24の回転運動を第1の平歯車ナット40および第2の平歯車ナット42に伝達して第1および第2のナット40、42ならびにブレーキ板44を第1の段キャリア18のねじ部分43の軸に沿った、相反する方向に移動させるように構成された伝動装置組立体を提供する。この関係において、第3の歯車38は、伝動装置組立体の入力歯車であると考えられてよく、一方で、第1の歯車34および第2の歯車36は、それぞれ、伝動装置組立体の第1および第2の出力歯車と考えられてよい。ブレーキ板44の軸方向移動の方向は、入力軸4の回転方向に依存する。理解され得るように、伝動装置組立体は、修正され、かつ、様々な形態をとることができる。
[0019]止めモジュール30の動作は、以下のように説明され得る。第1の遊星歯車段の太陽歯車14を回転させる入力軸4を介して、時計回りの入力トルク/速度がシステムに提供される。入力軸4は、それぞれの対詰まり結合器48を通して取り付けられた2つのブレーキディスク46A、46Bを担持する。第1の段の遊星歯車システムの時計回りの回転出力は、第1の段キャリア18によって実現され、それにより、第2の段の遊星歯車システムの太陽歯車20を駆動する。第2の段の遊星歯車システムの時計回りの出力は、第2の段キャリア24によって実現される。第2の段キャリア24は、負荷または別の歯車のセットを駆動するためのトルク/速度を出力し、それと同時に、第3の平歯車38を駆動する。第3の平歯車38は、第1の平歯車34および第2の平歯車36を駆動するために、ブレーキ伝達軸32を通じてトルク/速度を伝達する。第1および第2の平歯車34、36は、それぞれ、第1および第2の平歯車ナット40、42を駆動する。第1および第2の平歯車ナット40、42が第1の段キャリア18の嵌合するねじ部分43の周りで回転するときに、それらは入力軸4の軸に沿って並進する。線形運動は、並進ブレーキ板44が第1のブレーキディスク46Aを締め付けるまで、並進ブレーキ板44を押す。第1のブレーキディスク46Aを締め付けることにより、システム全体が停止するまで、入力軸4が減速する。これは、時計回り方向に得られ得る最大移動である。入力軸4を通じて時計回り方向に提供されるいかなるトルクも、この詰まり効果によって無効化され、したがって、システムを動かなくする。
[0020]次に、入力軸4の反時計回りの回転が命令された場合、対詰まり結合器48は、入力軸4が反時計回り方向に回転することを可能にし、したがって、上記で説明された一連の動作が反転され、かつ、第1のブレーキディスク46Aが解放される。反時計回り方向の回転を提供し続けることにより、プロセスは反対方向に継続して、並進ブレーキ板44が第2のブレーキディスク46Bを締め付けてさらなる運動を妨げるまで、並進ブレーキ板44を第2のブレーキディスク46Bに向かって移動させることになる。
[0021]示された実施形態は二方向性のものであるが、ブレーキ板44を1つの軸方向において1つだけのブレーキディスクに向かって押すための1つだけのナットを有する単方向性の実施形態が、本開示の範囲に含まれる。
[0022]本開示は例示的な実施形態を説明するが、詳細な説明は、本発明の範囲を記載された特定の形態に限定することを意図するものではない。本発明は、当業者には明らかであり得るような説明された実施形態の代替形態、修正形態、および均等物をカバーするように意図されている。

Claims (11)

  1. 回転アクチュエータであって、
    入力トルクにより回転駆動される入力軸と、
    前記入力軸の回転により回転するように駆動される第1の段キャリアを有する第1の歯車段であって、前記第1の段キャリアがねじ部分を含む、第1の歯車段と、
    前記第1の段キャリアの回転により回転するように駆動される第2の段キャリアを有する第2の歯車段であって、前記第2の段キャリアが歯車歯を含む、第2の歯車段と、
    前記第1の段キャリアの前記ねじ部分とねじ式に嵌合される第1のナットであって、歯車歯を含む、第1のナットと、
    前記第1の段キャリアの前記ねじ部分の軸に沿って前記第1のナットと一緒に移動するように配置されたブレーキ板と、
    前記入力軸に結合された第1のブレーキディスクと、
    前記第2の段キャリアの回転運動を前記第1のナットに伝達して、前記第1のナットおよび前記ブレーキ板を前記第1の段キャリアの前記ねじ部分の前記軸に沿った第1の軸方向に移動させるように構成された伝動装置組立体と、
    を備え、
    前記ブレーキ板が、前記回転アクチュエータの第1の行程終端移動限界において前記第1のブレーキディスクに係合して前記入力軸の回転を止める、回転アクチュエータ。
  2. 前記第1の段キャリアの前記ねじ部分とねじ式に嵌合される第2のナットであって、歯車歯を含む、第2のナットと、
    前記入力軸に結合された第2のブレーキディスクと、
    をさらに備え、
    前記ブレーキ板が、前記第1の段キャリアの前記ねじ部分の前記軸に沿って前記第2のナットと一緒に移動するように配置され、
    前記伝動装置組立体が、前記第2の段キャリアの回転運動を前記第2のナットに伝達して、前記第2のナットおよび前記ブレーキ板を前記第1の軸方向とは反対の前記第1の段キャリアの前記ねじ部分の前記軸に沿った第2の軸方向に移動させるようにさらに構成され、
    前記ブレーキ板が、前記回転アクチュエータの第2の行程終端移動限界において前記第2のブレーキディスクに係合して前記入力軸の回転を止める、請求項1に記載の回転アクチュエータ。
  3. 前記ブレーキ板が、前記第1のナットと前記第2のナットとの間に配置される、請求項2に記載の回転アクチュエータ。
  4. 前記第1の段キャリアの前記ねじ部分が、軸方向移動通路を取り囲む円筒壁を含み、前記円筒壁が、それを貫通して軸方向に延在する複数のスロットを有し、前記ブレーキ板が、前記移動通路内に受け入れられ、かつ、前記第1のナットと係合するために前記複数のスロットを通って延在する複数の径方向スポークを含む、請求項1に記載の回転アクチュエータ。
  5. 前記第1の段キャリアの前記ねじ部分が、軸方向移動通路を取り囲む円筒壁を含み、前記円筒壁が、それを貫通して軸方向に延在する複数のスロットを有し、前記ブレーキ板が、前記移動通路内に受け入れられ、かつ、前記第1のナットおよび前記第2のナットと係合するために前記複数のスロットを通って延在する複数の径方向スポークを含む、請求項2に記載の回転アクチュエータ。
  6. 前記第1のナットが、歯車歯を有する第1の平歯車ナットであり、前記伝動装置組立体が、前記第2の段キャリアの前記歯車歯と噛合される入力歯車および前記第1の平歯車ナットの前記歯車歯と噛合される第1の出力歯車を有する伝達軸を含む、請求項1に記載の回転アクチュエータ。
  7. 前記第1のナットが、歯車歯を有する第1の平歯車ナットであり、前記第2のナットが、歯車歯を有する第2の平歯車ナットであり、前記伝動装置組立体が、前記第2の段キャリアの前記歯車歯と噛合される入力歯車、前記第1の平歯車ナットの前記歯車歯と噛合される第1の出力歯車、および前記第2の平歯車ナットの前記歯車歯と噛合される第2の出力歯車を有する伝達軸を含む、請求項2に記載の回転アクチュエータ。
  8. 前記第1のブレーキディスクを前記入力軸に結合するための対詰まり結合器をさらに備える、請求項1に記載の回転アクチュエータ。
  9. 前記第1のブレーキディスクを前記入力軸に結合するための第1の対詰まり結合器と、前記第2のブレーキディスクを前記入力軸に結合するための第2の対詰まり結合器とをさらに備える、請求項2に記載の回転アクチュエータ。
  10. 前記第1の歯車段が、前記入力軸に結合されて前記入力軸と一緒に回転する第1の太陽歯車と、前記第1の太陽歯車を取り囲む第1の輪歯車と、前記第1の太陽歯車および前記第1の輪歯車と噛合される第1の遊星歯車のセットと、を有する遊星歯車段であって、前記第1の段キャリアが、前記第1の遊星歯車のセットと一緒に前記入力軸の回転軸の周りで回転する、請求項1に記載の回転アクチュエータ。
  11. 前記第2の歯車段が、前記第1の段キャリアに結合されて前記第1の段キャリアと一緒に回転する第2の太陽歯車と、前記第2の太陽歯車を取り囲む第2の輪歯車と、前記第2の太陽歯車および前記第2の輪歯車と噛合される第2の遊星歯車のセットと、を有する遊星歯車段であって、前記第2の段キャリアが、前記第2の遊星歯車のセットと一緒に前記入力軸の回転軸の周りで回転する、請求項10に記載の回転アクチュエータ。
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