JP7147076B2

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

Info

Publication number: JP7147076B2
Application number: JP2021549766A
Authority: JP
Inventors: アース，アルトゥーロ・エム
Original assignee: ムーグインコーポレイテッド
Priority date: 2019-02-25
Filing date: 2020-02-24
Publication date: 2022-10-04
Anticipated expiration: 2040-02-24
Also published as: CA3131375A1; US11808332B2; US20220128137A1; EP3931466A4; JP2022523381A; WO2020176375A1; EP3931466B1; EP3931466A1; CN113785139A; CN113785139B

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－ｌｉｍｉｔｉｎｇｓｔｏｐｍｏｄｕｌｅ）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－ｓｔｒｏｋｅｓｔｏｐｐｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ）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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。