回転動作を直線動作に変換するための機構を含むアクチュエータ
基準フレームに対してボディのポジションを制御するよう構成されたアクティブ振動抑制デバイスが提案される。この抑制デバイスは、少なくとも一つの方向へのボディの移動に対応する入力信号を提供するセンサーと、ボディのポジションを制御するよう構成されたロータリーモーターと、ボディに対してロータリーモーターを連結する４本バーリンケージとを含む。リンケージは、モーターからの回転動作出力をボディの直線動作へと変換する。コントローラは、基準フレームセンサーからの入力信号に基づいて、基準フレームのポジションに対して少なくとも一つの方向においてボディを位置調整するためにリンケージを介して作用するロータリーモーターに制御信号を提供する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転動作を直線動作に変換するための機構を含むアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブ振動抑制システムが、車両シートの振動を抑制するために採用されている。たとえば、車両振動に対するシートの応答を低減するスプリングおよびダンパーを含むパッシブシステムの代わりに、アクティブ振動抑制システムは、シートの振動を検出し、検出された動作をキャンセルするためにシートのポジションを制御し、これによってシートを車両の振動から切り離す。そうしたアクティブ振動抑制システムは、コントローラによって制御されるリニア・アクチュエータを含むことがある。このリニア・アクチュエータは、車両のフレームに対するシートポジションを制御するためにシートの下に配置される。たとえば、リニア・アクチュエータは、一端においてシートに固定されたアーマチュアを含む、リニア電磁石モーターを含むことがある。このアーマチュアは、コントローラからの制御信号に基づいて、ステータに対して直線的に突出・後退し、これによってシートを位置調整する。
【０００３】
制御されたリニア・アクチュエータは、車両シート振動抑制以外のシステムに対する用途を有する。たとえば、制御されたリニア・アクチュエータはまた、車輪サスペンションシステムにおいて、そしてエンジンバルブ制御システムにおいて使用されることも知られている。
【０００４】
多くの用途において、物体のポジションを制御するために、そうしたリニア・アクチュエータを使用することに関連する課題は、たとえばアクティブ振動抑制システムにおけるシートと床との間の制限されたスペース内で十分な直線移動距離を実現するリニアモーターを提供することを含む。別な課題は、リニアモーターに関連する公知のコストおよびメンテナンス問題を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ある態様では、ボディのポジションを制御するよう構成されたアクティブ振動抑制デバイスは、少なくとも一つの方向へのボディの移動に対応する入力信号を提供するよう構成された少なくとも一つのセンサーと、ボディのポジションを制御するよう構成されたロータリーモーターと、ロータリーモーターをボディに連結する少なくとも二つの回動可能に連結されたリンクを備えるリンケージとを含む。このリンケージは、モーターからの回転動作出力をボディの直線動作へと変換するよう構成される。本デバイスはさらに、コントローラであって、少なくとも一つのセンサーからの入力信号に基づいて、少なくとも一つの方向へボディを位置調整するためにリンケージを介して作用するロータリーモーターに制御信号を提供するコントローラを含む。
【０００６】
本発明の別な態様では、アクチュエータは、出力シャフトおよびモーターハウジングを含むロータリーモーターと、このロータリーモーターの出力シャフトに接続されたリンケージとを備える。リンケージは、第１の回転軸線を形成するハウジングピボットピンと、出力シャフトに固定された第１のリンクとを有するモーターハウジングを含む。出力シャフトは第２の回転軸線を形成し、かつ、第２の回転軸線は第１の回転軸線と平行でありかつそれから離間させられている。第１のリンクは、第２の回転軸線から離間させられた位置に配置された第１のリンクピボットピンを含み、かつ、第１の回転軸線と平行な第３の回転軸線を画定する。リンケージは、第１のリンクピボットピンに対して第１の端部において回動可能に連結された第２のリンクを含む。第２のリンクは、第１の回転軸線と平行な第４の回転軸線を形成する第２のリンクピボットピンを含む。この第２のリンクピボットピンは第２のリンクの第１の端部と第２のリンクの所定のポイントとの間に配置されている。リンケージはさらに、ハウジングピボットピンに対して第１の端部において回動可能に連結され、かつ、第２のリンクピボットピンに対して第２の端部において回動可能に連結された第３のリンクを含む。アクチュエータの作動中、出力シャフトの回転は、ハウジングに対する所定ポイントの直線動作を生じる。
【０００７】
アクティブ振動抑制デバイスおよびアクチュエータは、以下の特徴の一つ以上を含んでいてもよい。ボディにおいてモーターによって生み出されるトルクは、出力シャフトの１００度の角回転にわたって実質的に一定である。リンケージは、ボディの動作が出力シャフトの１８０度の回転にわたって出力シャフトの角変位に実質的に比例するように、モーターの出力シャフトの回転動作を直線動作へと変換するよう構成される。リンケージは、トルクが少なくとも４インチのボディの変位の範囲にわたって実質的に一定であるように、出力シャフトの回転動作を直線動作へと変換するよう構成される。
【０００８】
アクティブ振動抑制デバイスのコントローラは、制御されるボディの姿勢といったボディを位置調整するためにリンケージを介して作用するロータリーモーターに対して出力信号を提供する。アクティブ振動抑制デバイスは第２のリンケージを備え、当該リンケージの一つはモーターの対向する側のそれぞれにおいてモーターの出力シャフトに連結されている。本デバイスはさらに、第２のロータリーモーターと、ボディのポジションを制御するよう構成された第２のリンケージとを備え、第１および第２のロータリーモーターは、その個々のローター軸線が平行であるように配置される。当該デバイスはさらに、第２のロータリーモーターと、ボディのポジションを制御するよう構成された第２のリンケージとを含み、第１および第２のロータリーモーターは、その個々のローター軸線が共直線状であるように配置される。
【０００９】
ある実施形態では、ボディは、たとえば車両内に配置された車両シートを含み、車両の床に対して固定されたロータリーモーターは、床とシートとの間に配置される。ボディの直線移動距離は少なくとも４インチである。コントローラは、少なくとも一つのセンサーによって検出される動作に対向しかつ正反対の動作に基づいてボディを位置調整するために、ロータリーモーターに対して制御信号を提供する。
【００１０】
アクチュエータは、さらに、以下の特徴の一つ以上を含んでいてもよい。アクチュエータは第２のリンケージを含み、かつ、リンケージの一つは、このモーターの対向する側のそれぞれにおいてモーターの出力シャフトに対して接続される。ハウジングピボットピンならびに第１および第２リンクピボットピンのそれぞれはベアリング上で支持され、かつ、リンクは、ベアリングが実質的に同一平面上にあるように構成される。
【００１１】
アクティブ振動抑制デバイスおよびアクチュエータは、有利なことには、ロータリーモーターを利用し、かつ、モーターの回転動作を直線動作へと変換するための機構を含む。アクチュエータは多くの用途を有するが、その一つは、直線経路に沿って物体のポジションを制御することである。アクチュエータ(この中でロータリーモーターが物体を位置調整するために機械式リンケージを介して作用する)は、リニアモーターを使用する公知の位置調整デバイスに対して、いくつかの利点を有する。たとえば、ロータリーモーターは、非常に安価に製造でき、しかもリニアモーターよりも容易に密閉できる。さらに、ロータリーモーターは、機械式リンケージと組み合わせることで、同等あるいはより大きな直線動作の範囲を提供しながら、リニアモーターよりも、よりコンパクトなサイズとすることができる。この特徴は、たとえば車両シートの振動抑制において重要であり、この場所は、シートと床との間のスペース(その中に制御機構が配置される)が制限される。
【００１２】
さらに、コントローラと組み合わされた場合、アクチュエータは動作制御デバイスとして使用できる。たとえば、ある実施形態では、コントローラと組み合わされたアクチュエータは、内燃エンジンあるいはコンプレッサーにおいてバルブのアクティブ制御を実現するために使用できる。ある実施形態では、コントローラと組み合わされたアクチュエータは、位置決め源、速度源あるいは力源として機能するよう構成できる。ある実施形態では、コントローラと組み合わされたアクチュエータは、アクティブ振動抑制デバイスにおいて使用できる。たとえば、アクチュエータおよびコントローラは、以下でさらに説明するように、車両シートのポジションおよび／または加速度を制御するために、あるいは車両のバネ上質量(すなわち、パッセンジャーコンパートメントあるいは自動車)のポジションおよび／または加速度を制御するために使用できる。
【００１３】
アクチュエータのその上さらなる利点は、機械式リンケージの少なくともいくつかがモーターハウジングおよびローターシャフトに組み込まれ、よりコンパクトで、複雑でなく、そしてより少ない部品しか必要としないアクチュエータが実現されることである。さらに、アクチュエータは、単一の剛体リンクを介して、そして位置調整制御に誤差および／または複雑さを導入する介在ギア、ベルトあるいはその他のデバイスを伴わずに、位置調整されることになる物体に対してローターが連結されるダイレクトドライブデバイスである。
【００１４】
本発明のさらなる態様においては、回転動作を直線動作へと変換するための機構は、第１の回転軸線を画定するプレートピボットピンを含むプレートと、シャフトに固定された第１のリンクとを備える。シャフトはプレート上で回転可能に支持され、かつ、第２の回転軸線を画定し、この第２の回転軸線は第１の回転軸線と平行でありかつそれから離間している。第１のリンクは、第２の回転軸線から離れた位置に配置された第１のリンクピボットピンを含み、かつ、第１の回転軸線と平行な第３の回転軸線を画定する。本機構は、第１のリンクピボットピンに対して第１の端部において回動可能に連結された第２のリンクを含む。第２のリンクは第１の回転軸線と平行な第４の回転軸線を画定する第２のリンクピボットピンを含み、第２のリンクピボットピンは、第２のリンクの第１の端部と第２のリンク上の所定のポイントとの間に配置される。本機構はさらに、プレートピボットピンに対して第１の端部において回動可能に連結され、かつ、第２のリンクピボットピンに対して第２の端部において回動可能に連結された第３のリンクを含む。この機構においては、シャフトの回転によって、プレートに対する所定のポイントの直線動作が生じる。
【００１５】
本機構は以下の特徴の一つ以上を含んでいてもよい。所定のポイントはシャフトの約１８０度回転に関して直線的に動作する。本機構は、第１のリンクピボットピンとシャフトとの間の距離によって規定される第１のバー長さと、シャフトとプレートピボットピンとの間の距離によって規定される第２のバー長さと、プレートピボットピンと第２のリンクピボットピンとの間の距離によって規定される第３のバー長さと、第１のリンクピボットピンと所定のポイントとの間の距離によって規定される第４のバー長さとを含み、第１のバー長さ対第２のバー長さ対第３のバー長さ対第４のバー長さの比率は、１：２：２.５：５である。プレートピボットピン、第１および第２のリンクピボットピンおよびシャフトのそれぞれはベアリング上で支持され、かつ、バーはベアリングが実質的に同一面上に存在するように構成される。プレートはさらに、プレートに対する第１のリンクの回転を制限するよう構成された停止部材を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】回転動作を直線動作へと変換するためのアクチュエータの斜視図である。
【図２】図１の切断線２−２に沿って見たときのアクチュエータの側断面図である。
【図３】Hoekenのリンケージの概略図である。
【図４】リンケージの４本のバーを示す図１のアクチュエータの斜視図である。
【図５】ローターシャフトの角変位(度)対第１のリンクの所定のポイントの変位(インチ)のグラフである。
【図６】図１のアクチュエータの端面図である。
【図７】ローターシャフトの角変位(度)対第１のリンクの所定のポイントにおいて一定な１１００Ｎ力を提供するために必要なモーターのトルク(Ｎｍ)出力のグラフである。
【図８】第１のリンクの第２の端部の変位(インチ)対第１のリンクの所定のポイントにおいて一定な１１００Ｎ力を提供するために必要なモーターのトルク(Ｎｍ)出力のグラフである。
【図９】後退状態で示す二つのアクチュエータを用いるポジション制御デバイスの斜視図である。
【図１０】突出状態で示す図９のポジション制御デバイスの斜視図である。
【図１１】二つのアクチュエータを用いるポジション制御デバイスの代替実施形態の斜視図である。
【図１２】二つの単一リンケージアクチュエータを用いるポジション制御デバイスの別な代替実施形態の斜視図である。
【図１３】車両シートのためのアクティブ振動抑制システムの概略図である。
【図１４】内燃エンジンのシリンダーバンクの一部の断面図であり、その内部では、図１のアクチュエータがエンジンバルブと直接的に連結されている。
【図１５】内燃エンジンのシリンダーバンクの一部の断面図であり、その内部では、図１のアクチュエータがエンジンバルブと間接的に連結されている。
【図１６】アクチュエータの代替形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下で詳しく説明するように、特定の機械的特性を有するリンケージと組み合わされたロータリードライバーを含むアクチュエータは、移動距離の直線範囲が制限されたスペース内で最大化される用途に好適な様式で、回転動作を直線動作へと変換する。
【００１８】
図１、図２、図４、図６は、ロータリーモーターおよび４本バーリンケージの形態で、この所望の特性を有するアクチュエータを示している。このアクチュエータの代替実施形態は図１６に示されている。図５、図７および図８は、ロータリーモーターの角変位に対するリンケージ上の所定のポイントの変位の比例関係を含むアクチュエータの機械的特性、両角変位に関する所定ポイントでの一定の力、ならびに、ロータリーモーターの一定トルク出力に関するリンケージ５２の動作の直線部分における所定ポイントの変位を示している。位置決めデバイスとして使用された場合の、そうしたアクチュエータのいくつかの実施形態が図９ないし図１２に示されている。特に、アクチュエータはプラットフォームに連結され、かつ、その動作を制御する。アクティブ振動抑制デバイスにおいて使用されるアクチュエータの実施形態は図１３を参照して説明されている。さらに、エンジンバルブを制御するために使用されるアクチュエータの実施形態は図１４および図１５を参照して説明されている。
【００１９】
ここで図１および図２を参照すると、回転動作を直線動作へと変換するためのアクチュエータ５０は、モーターハウジング６２によって支持されかつその中に配置されたロータリーモーター６０を含む。アクチュエータは、モーター６０の一端に連結され、かつ、それによって駆動される第１のリンケージ５２を含む。リンケージ５２は、Hoekenのリンケージとして構成されており、そして、直線経路に沿って、リンケージに連結された物体を位置調整するために使用できる。アクチュエータ５０は、有利なことには、スペース内で物体を直線的に位置調整するためのコンパクトな解決策を提供する。
【００２０】
図示する実施形態においては、物体の位置調整は単一のリンケージ５２を用いて実現できるが、アクチュエータ５０はさらに、モーター６０の第２の端部に連結され、かつ、それによって駆動される第２のリンケージ２５２を含む。第２のリンケージ２５２は、第１のリンケージ５２の鏡像であり、以下でさらに説明するように、第１のリンケージ５２と同期的にかつそれと協働で動作するよう構成されている。両方のリンケージ５２,２５２に共通の要素は同じ参照数字によって示している。したがって、各リンケージの構成は、第１のリンケージ５２のみを参照して説明する。
【００２１】
ロータリーモーター６０は、ハウジング６２に固定されたステータ７２と、ローター軸線８２を中心として回転可能であるようステータ７２内に同軸状に配置されたローター８０とを含む。ローター８０は、ハウジング６２上で回転可能に支持された対向する第１および第２端部８４,８５を有する中空円筒体である。ロータリーモーター６０は、Port Washington, NYの、Bayside(登録商標)Motion Groupによって製造されたモデルK127300などの既存のフレームレスキットモーターであってもよい。
【００２２】
ハウジング６２は、ハウジングエンドプレート６４によって各端部において蓋がされた密閉側壁６３を含む。各端部プレート６４は、ローター軸線８と平行な方向に外側に向かって延在し、ベアリング１９４を支持し、かつ、リンケージ５２の第１の回転軸線７６を画定するプレートピボットピン６８を含む。図示する実施形態では、プレートピボットピン６８は、したがって第１の回転軸線７６は、回転軸線８２の上に重なり、かつ、それと実質的に垂直に整列させられる。
【００２３】
エンドキャップ１００はローター８０の第１の端部８４に固定される。エンドキャップ１００は、閉塞された第１の端部１０１を有する中空円筒体である。エンドキャップ１００は、ハウジング６０のエンドプレート６４に形成された開口６６内で回転可能に支持され、この結果、外面１０２は概してエンドプレート６４の平面内に存在する。第１の端部１０１に隣接して、エンドキャップ１００の外周面は、ハウジングエンドプレート６４内に設けられたローターベアリング８９によって支持されている。ローターベアリング８９は、Mechatronics Corporation of Preston, Washingtonによって販売されているSilverthin(商標)モデルSB035アンギュラコンタクトベアリングなどの薄断面ベアリングであってもよい。
【００２４】
エンドキャップ１００は、外面１０２から内側に延在し、かつ、開放された第２の端部１０３において終端をなしている。エンドキャップ１００の外径は第２の端部１０３において縮小しており、ローター８０の内面内に圧入されるためのサイズとされた環状突起１２８を形成している。ローター８０に対するエンドキャップ１００の相対回転は、ローターに対してエンドキャップ１００を固定することによって阻止される。これは、たとえば、ローター８０および環状突起１２８にそれぞれ形成された相互に整列するネジ孔８６,１３０内にネジ(図示せず)を設けることによって達成できる。したがって、エンドキャップ１００はローター８０と共に回転し、そしてモーター６０の出力シャフトとして機能する。エンドキャップ１００の回転中心１３２はローター軸線８２と同軸であり、これは、リンケージ５２の第２の回転軸線に対応する。
【００２５】
エンドキャップ１００の外面１０２は、円の一部の形状のエンドキャップ１００の周面に形成された突出段部１０４を含むが、この一部の側面を画定する弦はエンドキャップ１００の直径ではない。段部１０４を外面１０２の残部に接合するショルダー１０６が形成される。エンドキャップピン１０８が、エンドキャップ１００の周面に隣接して段部１０４に設けられている。エンドキャップ１０８は段部１０４から外側に突出し、ベアリング１５８を支持し、そしてローター軸線８２と平行に延在するリンケージ５２の第３の回転軸線１１０を画定する。
【００２６】
モーター６０は、ローター８０の角ポジションを測定するために外部光学エンコーダ１２０を含む。この実施形態では、エンコーダシャフト１１８は、ローター軸線８２と同軸状に第１の端部１０１の外面１０２から突出している。エンコーダシャフト１１８は、フレキシブルカップリング１２４を用いて、エンコーダの入力シャフト１２２に接続されており、ローター８０の角ポジションの正確測定を可能とするようになっている。だが、アクチュエータ５０は、この形態に限定されるものではない。たとえば、モーター６０は内部エンコーダを備えていてもよい。
【００２７】
第２のエンドキャップ２００はローター８０の第２の端部８５に対して固定される。第２のエンドキャップ２００は、形状および機能に関して、第１のエンドキャップ１００のそれと実質的に類似であり、第２のエンドキャップ２００の同じ要素は同じ参照数字によって示している。こうした理由で、第１のエンドキャップ１００に対する以下の差異、すなわちエンドキャップ２００はエンコーダシャフト１１８を含まないことを指摘することを除いて、第２のエンドキャップ２００の詳細な説明は省略する。エンドキャップ２００は、ローター軸線８２と同軸状に整列させられた貫通孔２０２を備える。貫通孔２０２はロータリーモーター６０の内部に対するアクセスをもたらすが、これは、アクチュエータ５０の組み立ておよび分解の間、有益である。
【００２８】
上述したように、リンケージ５２はHoekenのリンケージとして構成される。Hoekenのリンケージは、回転動作を概ね直線的な動作へと変換する４本バーリンケージである。図３を参照すると、Hoekenのリンケージは、回転する第１のバーＩと、この第１のバーＩを第４のバーIVに連結する固定された第２のバーIIと、第１のバーＩによって一端において駆動される第３のバーIIIと、この第３のバーIIIの中間部分を支持する第４のバーIVとを含む。第１のバーＩの回転によって、第３のバーIIIのポイントＰは破線によって示す閉ループ経路５３に沿って移動する。図から分かるように、この経路は実質的に直線部分５５を含む。
【００２９】
図４を参照すると、リンケージ５２の４本のバーは以下のように規定される。
【００３０】
リンケージ５２の第１のバー１１６はエンドキャップ２００によって提供される。さらに詳しく言うと、第１のバー１１６は、エンドキャップ２００の回転中心１３２とエンドキャップピン１０８との間で延在するエンドキャップ２００の一部を含む。第１のバー１１６は、エンドキャップ２００の外面１０２に対応する平面内で第２の回転軸線８２を中心として、ハウジング６２に対して回転する。
【００３１】
リンケージ５２の第２のバー８８はハウジング６２によって提供される。さらに詳しく言うと、第２のバー８８は、エンドプレート６４の一部を含み、かつ、プレートピボットピン６８とエンドキャップ２００の回転中心１３２との間で延在する。第２のバー８８は、ハウジング６２に対する固定バーであり、かつ、リンケージ５２によって生み出される直線動作の方向を規定する。
【００３２】
リンケージ５２の第３のバー１５１は第１のリンク１５０によって提供される。第１のリンクは、矩形断面の長尺な剛体バーであり、かつ、第１の端部１５２と、この第１の端部１５２とは逆側の第２の端部１５４とを含む。第１および第２の端部１５２,１５４、ならびに第１および第２の端部１５２,１５４間の中間ポイント１５６は、第１のリンク１５０の対向する主面１６６,１６８間で延在する貫通孔１６５を備える。ベアリング１５８,１６０(図示していない中間点ベアリング)は、個々の貫通孔１６５内に圧入されており、かつ、ピボットピンを受け入れるためのサイズおよび形状となっている。たとえば、第１のリンク１５０の第１の端部１５２のベアリング１５８はエンドキャップピン１０８を受け入れ、そしてハウジング６２およびエンドプレート１００に対するエンドキャップピン１０８(および第３の回転軸線１１０)を中心とする第１のリンク１５０の回転を可能とする。中間ポイント１５６に配置されたベアリングはリンクピン１６２を支持する。リンクピン１６２は、第１のリンク１５０の両主面１６６,１６８から外側に突出し、かつ、ローター軸線８２と平行に延在するリンケージ５２の第４の回転軸線１６４を画定する。第１のリンク１５０によって引き伸ばされて、リンケージ５２の第３のバー１５１は、エンドキャップピボットピン１０８とベアリング１６０の中心線との間で延在している(これは図４のポイントＰと一致する)。
【００３３】
リンケージ５２の第４のバー１８１は第２のリンク１８０によって提供される。第２のリンク１８０は、矩形断面の長尺な剛体バーであり、かつ、第１の端部８２と、この第１の端部８２の逆側の第２の端部１８４とを含む。第１の端部１８２は、第２のリンク１８０の対向する主面１９６,１９８間で延在する貫通孔１９５を備える。ベアリング１９４は、貫通孔１９５内に圧入されており、かつ、プレートピン６８を受け入れるためのサイズおよび形状となっている。したがって、第２のリンク１８０の第１の端部１８２は、ハウジング６２に対して、プレートピン６８(および第１の回転軸線７６)を中心として回転する。第２のリンク１８０の第２の端部１８４は分岐しており、したがって、第２の端部１８４における主面１９６,１９８間の距離は、第１の端部１８２におけるそれよりも大きく、かつ、第２の端部１８４は、第１のリンク１５０の中間部分にまたがりかつリンクピン１６２と係合する離間したヨークアーム１８６,１８８を含むヨークを形成している。したがって、第２のリンク１８０の第２の端部１８４は、ハウジング６２および第１のリンク１５０に対して、リンクピン１６２(および第４の回転軸線)を中心として回転する。第２のリンク１８０によって引き伸ばされて、リンケージ５２の第４のバー１８１は、プレートピボットピン６８とリンクピン１６２との間で延在している。
【００３４】
ヨークアーム１８６,１８８を用いて第２のリンク１８０を回動させることで、第２のリンク１８０の第１の端部１８２は、第１のリンク１５０と同じ平面内に存在するように配置できる。さらに、段部１０４によってエンドキャップ１００を回動させることによって、そして段部１０４上にエンドキャップピン１０８を配置することによって、メインリンク１５０と、内側ヨークアーム１８８を収容できるハウジング６４との間にスペースが設けられる。協働で、これらの特徴部は、有利なことには、ピボットピンベアリング１５８,１６０および１９４(これは既存のラジアルボールベアリングである)を単一の平面内に配置することを可能とするが、これによってリンクへの捩れ荷重が使用時に回避される。だが、リンケージ５２はこの形態に限定されず、ある実施形態では、第２のリンク１８０はヨークを伴わずに形成されてもよく、そして、代わりに、オフセット部分を有するかあるいは直線形態を有するように形成されてもよい。
【００３５】
リンケージ５２はローター８０の回転動作を、第１のリンク１５０上の所定のポイントＰでの直線動作へと変換するのに使用される。図示する実施形態では、第１のリンク１５０の第２の端部１５４におけるベアリング１６０の中心は、直線動作が生み出される所定のポイントＰとして規定される。それぞれの第１ないし第４のバー１１６,８８,１５０,１８０の相対長さを調整することによって、ポイントＰの動作を規定できる。アクチュエータ５０においては、第１のバー長さは、エンドキャップピン１０８とエンドキャップ２００の回転中心１３２との間の距離によって規定され、第２のバー長さはエンドキャップ２００の回転中心１３２とプレートピン６８との間の距離によって規定され、第３のバー長さはエンドキャップピン１０８とポイントＰとの間の距離によって規定され、そして第４のバー長さはエンドキャップピン１０８とポイントＰとの距離によって規定される。図示する実施形態では、バー長さは以下の通りである。第１のバー１１６は１インチであり、第２のバー８８は２インチであり、第３のバー１５１は５インチであり、そして第４のバー１８１は２.５インチである。この構成を用いて実現される直線移動の範囲は約４インチである。もちろん、リンケージのバーのサイズを比例的に大きくすることで、増大した直線移動の範囲を実現できる。たとえば、１.２５インチ、２.５インチ、６.２５インチおよび３.１２５インチのぞれぞれの第１ないし第４のバー長さに関して、実現される直線移動の範囲は約５インチである。逆に、小さな直線移動の範囲が必要とされる用途に関しては、本機構はスケールダウン可能であり、この結果、さらにコンパクトなデバイスが実現される。
【００３６】
リンケージ５２に関して、第１のバー長さ対第２のバー長さ対第３のバー長さ対第４のバー長さの比率は、１：２：５：２.５である。こうした比率を用いることで、少なくとも以下のいくつかの利点が実現される。
【００３７】
ポイントＰの動作の直線部分は、固定された第２のバー８８と平行なラインに沿って生じる。図示する実施形態では、固定された第２のバー８８は垂直に向けられ、したがって、ポイントＰの動作の直線部分はまた垂直動作を伴う。
【００３８】
さらに、図５に示すように、ポイントＰの動作は実質的に、ローター８０の１８０度回転にわたってエンドキャップピン１０８の角変位に比例する。すなわち、ポイントＰは、概ね１８０度の範囲に対応する、基準ラインＡおよびＢによって示すローター８０の回転動作の範囲内で、概ね直線的に動作する。
【００３９】
アクチュエータ５０において、二つの外部リンク１５０,１８０が設けられるが、これは、それぞれ、Hoekenの４本バーリンケージの第３のものIIIおよび第４のもIVとして機能する。残る２本のバー(第１および第２のバーＩ,II)は、モーター６０およびモーターハウジング６２のコンポーネントによって提供される。さらに詳しく言うと、第１のバー１１６を包含する第２のエンドキャップ２００はHoekenのリンケージの回転する第１のバーＩとして機能し、そして第２のバー８８を包含するモーターハウジング６４はHoekenのリンケージの固定された第２のバーIIとして機能する。この形態(第１および第２のバー１１６,８８が外部リンクとして形成されておらず、その代わりに、モーターアセンブリそれ自体に組み込まれている)は、所望の動作を実現するために必要なコンポーネントの数を低減し、この結果、コンパクトなアクチュエータアセンブリを実現する。
【００４０】
ここで図６を参照すると、アクチュエータ５０は、第１のリンク１５０の第２の端部１５４が、図５のＡおよびＢ間で規定される直線動作範囲内で前後に動作するよう構成されている。ある実施形態では、モーター６０に対して接続されたコントローラ１４(図３)が、ローター８０が、したがってエンドキャップ１００が、１８０度の範囲を超えて回転するのを阻止する。さらに、停止部材９０が、外面１０２のショルダー１０６と機械的に干渉するように設けられ、これによって直線範囲を超える回転が阻止される。停止部材９０はハウジング６２に対して固定され、かつ、エンドプレート６４の開口６６の一部と重なるように半径方向内側に延在する。リンケージが直線範囲の一端に対応する完全突出形態にあるとき(図４に実線で示す)、ショルダー１０６の第１の部分は停止部材９０の第１の停止面９６に当接する。このポジションでは、第１のリンク１５０の第１の端部１５２は、図を見たとき、ローター軸線８２の左側の位置でローター軸線８２を通る水平ライン上に配置される。さらに、図を見たとき、ポイントＰは、ハウジング６２に対して横方向でかつその上面の上方のポジションに置かれている。エンドキャップ１００が反時計回りに回転するとき、リンケージ５２は下方に動作し、そしてポイントＰは直線経路Ｌに沿って下方に移動する。リンケージ５２が直線範囲の逆端に対応する後退ポジションにあるとき(図４において破線で示す)、ショルダー１０６の第２の部分は停止部材９０の第２の停止面９８に当接する。このポジションでは、第１のリンク１５０の第１の端部は１８０度円弧を経て回転してしまっており、いまや、図を見たときに、ローター軸線８２の右側の位置でローター軸線を通る水平ライン状に配置される。さらに、ポイントＰは、いまや、ハウジング６２の横方向でかつその上面の下方のポジションに置かれている。
【００４１】
さらに有利なことには、図７に示す一実施形態において、４本バーリンケージ５２は、ポイントＰにおいて一定の１１００Ｎの力を提供するために必要なモーター６０のトルク出力は、ポイントＰの直線移動範囲と関連付けられたモーターの角変位範囲のほとんどにわたって実質的に一定であるように、ローター８０の回転動作を直線動作へと変換するよう構成される。モーター６０のトルク出力は、約１００度の範囲に対応する、基準ラインＣおよびＤで示すローター８０の回転動作の範囲内で実質的に一定である。
【００４２】
さらに、図８に示す一実施形態において、４本バーリンケージ５２は、ポイントＰにおいて一定の１１００Ｎの力を提供するために必要なモーター６０のトルク出力は、ポイントＰの動作の直線範囲のほとんどにわたって実質的に一定であるように、ローター８０の回転動作を直線動作へと変換するよう構成される。モーター６０のトルク出力は、約４インチに対応する、基準ラインＥおよびＦで示すチップ直線変位の範囲の大部分にわたって実質的に一定である。
【００４３】
図９および図１０を参照すると、ポジション制御デバイス３５０はアクチュエータ５０の一実施形態であり、このデバイス３５０は、個々のロータリーモーター６０,６０'のローター軸線８２,８２'が実質的に同軸であるように配置された二つのアクチュエータ５０,５０'を含む。さらに、第１のアクチュエータ５０のリンケージ５２,５２'は、第２のアクチュエータ５０'のリンケージ５２',２５２'とは反対の方向に回転するよう構成される。
【００４４】
図示する実施形態では、ポジション制御デバイス３５０は、ベース２２に対するプラットフォーム１６の垂直ポジションを制御するために使用され、そして複数の下方に延在する脚１８を介してプラットフォーム１６に連結される。特に、各脚１８はピボットピン２０を含むが、これは、各リンケージ５２,５２',２５０,２５０'のそれぞれの第１のリンク１５０の第２の端部１５４、ポイントＰに対応する位置において、ベアリング１６０によって回転可能に支持される。図９において、ポジション制御デバイス３５０は、第１の後退した状態で示されているが、ここでは、プラットフォーム１６とベース２２との間の垂直距離は距離ｄ１である。この実施形態では、プラットフォーム１６とハウジング６２,６２'との間には垂直間隔は実質的に存在せず、この結果、後退した形態は非常にコンパクトである。さらに、プラットフォーム１６は実質的にポジション制御デバイス３５０の上に中心が置かれている。図１０において、ポジション制御デバイス３５０は、第２の突出した状態で示されているが、ここで、プラットフォーム１６とベース２２との間の垂直距離は距離ｄ２であり、このｄ２はｄ１よりも大きい。プラットフォーム１６は、後退および突出状態間での移行の間、そして突出状態にある間、ポジション制御デバイス３５０の上に中心が置かれたままである。図示する実施形態は、軸方向に距離ｓ１だけ離間したアクチュエータ５０,５０'を示しているが、この形態は限定ではない。たとえば、二つのアクチュエータ５０,５０'は、ｓ１よりも大きいかあるいは小さな距離だけ離間していてもよい。
【００４５】
図１１を参照すると、ポジション制御デバイス４５０はアクチュエータ５０の代替実施形態である。先のポジション制御デバイス３５０と同様、ポジション制御デバイス４５０は二つのアクチュエータ５０,５０'を含むが、第２のアクチュエータ５０'は第１のアクチュエータ５０と同一である。ポジション制御デバイス４５０において、アクチュエータ５０,５０'は、それぞれのロータリーモーター６０,６０'のローター軸線８２,８２'が平行でかつ離間しているように配置される。さらに、第１のアクチュエータ５０のリンケージ５２,２５２は、第２のアクチュエータ５０'のリンケージ５２',２５２'とは逆方向に回転するよう構成される。図示する実施形態では、ポジション制御デバイス４５０は、ベース２２に対するプラットフォーム１６の垂直ポジションを制御するために使用され、そして複数の下方に延在する脚１８を介してプラットフォーム１６に連結される。特に、各脚１８はピボットピン２０を含むが、これは、各リンケージ５２,５２',２５０,２５０'のそれぞれの第１のリンク１５０の第２の端部１５４、ポイントＰに対応する位置において、ベアリング１６０によって回転可能に支持されている。図示する実施形態は、距離ｓ２だけ離間したアクチュエータ５０,５０'の軸線８２,８２'を示しているが、この形態は限定ではない。たとえば、軸線８２,８２'は、ｓ２よりも大きいかあるいは小さな距離だけ離間していてもよい。さらに、図示する実施形態は同一面上にあるアクチュエータ５０,５０'を示しているが、アクチュエータは、これに代えて、平行軸線８２,８２'を維持しながら、異なる平面内に存在するようオフセットしていてもよい。
【００４６】
図１２を参照すると、ポジション制御デバイス５５０はアクチュエータ５０の代替実施形態である。ポジション制御デバイス５５０は二つのシングルリンケージアクチュエータ２５０,２５０'を含む。特に、各アクチュエータ２５０,２５０'は単一のリンケージ５２,５２'を備える。ポジション制御デバイス５５０において、アクチュエータ２５０,２５０'は、それぞれのロータリーモーター６０,６０'のローター軸線８２,８２'が同軸であるように配置される。さらに、第１のアクチュエータ２５０のリンケージ５２は、第２のアクチュエータ２５０'のリンケージ５２'とは逆方向に回転するよう構成される。図示する実施形態では、ポジション制御デバイス５５０は、ベース２２に対するプラットフォーム１６の垂直ポジションを制御するために使用され、そして複数の脚１８を介してプラットフォーム１６に連結される。特に、各脚１８はピボットピン２０を含むが、これは、各リンケージ５２,５２',２５０,２５０'のそれぞれの第１のリンク１５０の第２の端部１５４、ポイントＰに対応する位置において、ベアリング１６０によって回転可能に支持されている。ポジション制御デバイス５５０は、ポジション制御デバイス３５０と同様に機能するが、より簡素であり、より少ないベアリングしか必要とせず、そしてポジション制御デバイス３５０よりも軸方向によりコンパクトである。図示する実施形態は、軸方向に当接する二つのアクチュエータ２５０,２５０'を示しているが、この形態は限定ではなく、アクチュエータ２５０,２５０'は軸方向に離間していてもよい。
【００４７】
上記ポジション制御デバイス３５０,４５０,５５０のそれぞれに関して、向き合う側に配置されたリンケージ機構を使用することによって、アクチュエータ５０が調和して動作する場合、荷重によるベース２２におけるそれぞれの反作用トルクは著しく低減される。さらに、単一のロータリーモーター６０ではなく、プラットフォーム１６を位置調整するために二つのロータリーモーター６０,６０'を用いることによって、二つのロータリーモーター６０,６０'のそれぞれはサイズを低減でき、この結果、さらにコンパクトな機構が実現される。さらに、ある実施形態においては、それぞれのリンケージ５２,２５２,５２',２５２'は、プラットフォーム１６がロータリーモーター６０,６０'の一つが故障した場合に水平状態を維持できるように、機械的に互いに結束されてもよい。
【００４８】
図１３を参照すると、ポジション制御デバイス３５０は、車両フレーム４の振動に由来する車両シート８の振動を軽減するかあるいは排除するために、車両２において使用されるアクティブ振動抑制デバイスにおいて使用されてもよい。車両シート８は剛体シートベース１０に対して固定され、かつ、少なくとも一つのセンサー１２を支持する。たとえば、センサー１２は、地面ｇに対するシートの動きを検出するための加速度計を含んでいてもよい。シート８およびベース１０は、車両フレーム４の上に載っており、かつ、ポジション制御デバイス３５０によって、その上で支持される。ポジション制御デバイス３５０は、補助シートサポート構造体を介して、車両フレームに対して間接的に取り付けられても、あるいはフレームそれ自体に対して直接取り付けられてもよく、これによって、ポジション制御デバイス３５０は車両フレーム４に対して固定される。ポジション制御デバイス３５０は、コントローラ１４から受け取った制御信号に基づいて、車両フレーム４に対して、ベース１０を、したがってシート８を位置調整する役割を果たす。コントローラ１４は、センサー１２からのシート動作データを含む信号、およびハウジング６２,６２'に対するローターポジションを指し示すエンコーダ信号を受け取る。こうした信号に基づいて、コントローラ１４は、車両シート８のポジションが車両フレームに対して制御されるように、ポジション制御デバイス３５０のロータリーモーター６０,６０'に対して制御信号を出力する。図示する実施形態はポジション制御デバイス３５０を採用するが、これは限定ではない。たとえば、デバイス３５０の代わりに、開示されたポジション制御デバイス４５０,５５０のいずれかを用いることもできる。さらに、単一のアクチュエータ５０,２５０は、アクティブ振動抑制デバイスを形成するために、補助シートサポート構造体と組み合わせて使用することができる。
【００４９】
ある実施形態では、個々のロータリーモーター６０,６０'は、車両の振動から車両シート８を切り離すために、検出されたシート挙動をキャンセルするために、ベース１０を、したがってシート８を位置調整するために制御される。ある実施形態では、個々のロータリーモーター６０,６０'は、協働して動作するように制御される。たとえば、車両フレーム４からの両アクチュエータ５０,５０'の第１のリンク１５０の第２の端部１５４の距離が同一となるように制御される。別な実施形態においては、第１のアクチュエータ５０のロータリーモーター６０は第２のアクチュエータ５０'のロータリーモーター６０'とは別個に制御されてもよく、これによって、車両フレーム４に対するシートベース１０の姿勢を制御することができる。そうした実施形態においては、リンケージ５２,２５２,５２',２５２'とシートベース１０との間に、これらコンポーネント間の相対動作を可能とするために、少なくとも一つの付加的自由度が必要となるであろう。これは、たとえば、位置Ｇに付加的ピボットポイントを設けることによって実現できる。
【００５０】
アクティブ振動抑制デバイス５(これは、ロータリーモーター６０,６０'からの回転動作出力を直線動作へと変換するためにアクチュエータ５０を利用する)は、リニアモーターを使用する制御システムに対して、複数の利点を有する。たとえば、ロータリーモーターは、安価に製造でき、かつ、リニアモーターよりも容易に密閉できる。さらに、ロータリーモーターは、機械式リンケージと組み合わせることで、同等あるいはより大きな直線動作の範囲を提供しながら、リニアモーターよりも、よりコンパクトなサイズとすることができる。この特徴は、たとえば車両シートの振動抑制において重要であり、この場所は、シートと床との間のスペース(その中に制御機構が配置される)が制限される。アクチュエータのその上さらなる利点は、機械式リンケージの少なくともいくつかがモーターハウジングおよびローターシャフトに組み込まれ、よりコンパクトで、複雑でなく、そしてより少ない部品しか必要としないアクチュエータが実現されることである。
【００５１】
さらに、ある実施形態では、アクチュエータ５０は、ダイレクトドライブデバイスであってもよく、この場合、ローターが単一の剛体リンクを介して、そして介在ギア、ベルト、あるいは位置調整制御に誤差および／または複雑さを導入する、その他のデバイスを伴わずに、位置調整されるべき物体に対して連結される。
【００５２】
さらに、アクティブ振動抑制デバイス５においてポジション制御デバイス３５０を使用することの、さらなる利点は、ロータリーモーターがリニアモーターよりも本質的により効率がよいという事実にある。たとえば、リニアモーターにおいて有用であろう三つの異なるアーマチュア／ステータ関係が存在する。１)磁石が前後に動くとき、アーマチュアは、移動量の少なくともある範囲に関して、ステータ極内に留まるように、アーマチュア磁石の長さを超えてステータのコイルおよび極が延在するアンダーハング関係。この設計は、最大可動域においてアーマチュアが依然としてコイル内に留まるものであってもよく、あるいは、それは、ある時点で、それらを超えて突出し始めよい。２)アーマチュア磁石がステータ極と同じ長さであるイーブンハング設計。この設計では、アーマチュアが動き始めるや否や、いくつかの磁石はステータ極の外側に移動する。３)アーマチュア磁石がステータ極の長さを超えるオーバーハング関係。このオーバーハング設計では、アーマチュアの動作は、少なくともある可動範囲にわたって、ステータ極内に存在する磁石の量を変化させない。この設計では、全可動範囲を、あるいはその一部のみを使用できる。
【００５３】
上記関係のいずれかに関して、効率とコストとの間にトレードオフが成り立つ。たとえば、いくつかの磁石がステータ極の外側に動くや否や、力出力に対するその寄与率は急激に低減する。比較的高い磁石の費用のために、常時、磁石を最大限に利用することが望ましい。
【００５４】
アクティブシート振動抑制用途に見られるような限定されたスペース状況において使用される場合、そしてたとえばアンダーハング設計を利用する場合、磁石を最大限に利用することが可能である。だが、固定入力電流に関して可動範囲の大部分にわたって生み出される力の大きさは、より多くの磁石が使用された場合よりも小さくなる。したがって、リニアモーターの効率は低減する(ここで、効率は入力電力で割った機械的出力として規定される)。イーブンハング設計は、これらの要素間でのトレードオフである。
【００５５】
リニアモーターではなくロータリーモーターを使用する利点は、全ての磁石が全ての回転角度に関してステータの極に面することはロータリー設計において特有である、ということである。これは、効率およびコストのトレードオフに関して最適条件である。こうした理由で、直線的位置調整用途のために、リニア・アクチュエータではなく、ロータリーモーターおよび回転動作を直線動作へと変換するための機構を使用することは有益である。
【００５６】
図示する実施形態は、車両シートの振動を積極的に抑制するために使用される、回転動作を直線動作へと変換するためのアクチュエータ５０を示しているが、アクチュエータ５０はこうした用途に限定されない。たとえば、アクチュエータ５０はまた、ホイールサスペンションシステムおよびエンジン振動抑制システムを含む車両振動抑制のその他の態様における使用にも好適である。さらに、アクチュエータ５０は振動抑制に限定されず、物体のポジション制御に対する広範な用途を有する。たとえば、アクチュエータはエンジンバルブ動作を制御するために使用でき、これによってエンジン効率を改善できる。
【００５７】
ここで、図１４を参照すると、アクチュエータ５０は、従来のカムシャフト駆動バルブトレーンに代えて、エンジンバルブポジションを制御するために内燃エンジン７００において使用されてもよい。エンジン７００は、シリンダーバンク７１４を形成するためにＶ形状に配置されたシリンダーブロック７１８内に配置された複数のシリンダー７１２を有し(一つのシリンダーしか示していない)、シリンダー７１２の上側端部はシリンダーヘッド７１６によって閉塞されている。一対の吸気バルブ７４０(その一方しか図示していない)はシリンダー７１２およびその関連する燃焼チャンバー７４４のインナー側において長手方向に整列させられており、そして排気バルブ７６２がシリンダー７１２のアウター側に配置されている。スパークプラグ７６６あるいは類似のデバイスの形態の点火具がまた、各シリンダー７１２の燃焼チャンバー７４４内に配置されている。
【００５８】
アクチュエータ５０は各吸気および排気バルブ７４０,７６２に関して設けられ、そして第１のリンク１５０の所定のポイントＰは対応するバルブシステムに対して回動可能に連結される。アクチュエータ５０は、コントローラ(図示せず)から受け取った制御信号に基づいて、シリンダーブロック７１８に対して吸気および排気バルブ７４０,７６２を位置調整する役割を果たす。コントローラは、ハウジング６２に対するローターポジションを指し示すエンコーダ信号からのバルブ動作データ、およびクランクシャフトデータを含む信号を受け取る。これらの信号に基づいて、コントローラはアクチュエータ５０のロータリーモーター６０に対して制御信号を出力し、これによって、バルブ７４０,７６２のポジションはシリンダーブロック７１８に対して制御される。
【００５９】
図１５を参照すると、別な実施形態では、アクチュエータ５０はそれぞれの吸気および排気バルブ７４０,７６２に対して間接的に連結されてもよい。たとえば、第１のリンク１５０の所定のポイントＰは吸入プッシュロッド７３０に連結できる。プッシュロッド７３０は、ピボット軸７３４上で揺動する吸気ロッカーアーム７３２を動作させる。ロッカーアーム７３２は一対の作動アーム７３６を含むが、そのそれぞれは、好ましくは、油圧ラッシュアジャスター７３８を支持する。ラッシュアジャスター７３８は一対の吸気バルブ７４０と係合する。この図ではアクチュエータ５０および吸気プッシュロッド７３０ｂによって隠れているが、別なアクチュエータ５０が一次ロッカーアーム７５４を作動させるために排気プッシュロッドに連結されており、これは、吸気ロッカーアーム７３２と同じピボット軸７３４上で回動可能である。一次ロッカーアーム７５４は、今度は、二次ロッカーアーム７５８と係合する二次プッシュロッド７５６と係合する。ロッカーアーム７５８の作動アームは、直接、排気バルブ７６２と係合する。先の実施形態と同様、アクチュエータ５０は、コントローラ(図示せず)から受け取った制御信号に基づいて、シリンダーブロック７１８に対して吸気および排気バルブ７４０,７６２を位置調整する役割を果たす。コントローラは、ハウジング６２に対するローターポジションを指し示すエンコーダ信号からのバルブ動作データ、およびクランクシャフトデータを含む信号を受け取る。これらの信号に基づいて、コントローラはアクチュエータ５０のロータリーモーター６０に対して制御信号を出力し、これによって、バルブ７４０,７６２のポジションはシリンダーブロック７１８に対して制御される。
【００６０】
ここに示すエンジンバルブポジション制御機構は、シリンダー７１２の各エンジンバルブ７４０,７６２のためにアクチュエータ５０を備えるが、これは限定ではない。たとえば、単一のアクチュエータ５０を複数のバルブを制御するために使用できる。たとえば、単一のアクチュエータは、単一の燃焼チャンバーに組み合わされた複数の吸気バルブを同時に作動させることができる。
【００６１】
バルブ動作を制御するためにアクチュエータ５０を使用することは、有利なことには、バルブの動作をエンジンクランクシャフトの回転から切り離すことを可能とする。さらに、完全に制御可能なバルブは、エンジン速度の全範囲にわたって、タイミングおよびリフトの完全な制御を可能とする。これは、全運転条件にわたってバルブ動作を最適化することを可能とする。それはまた、運転の変更を可能とし、エンジン効率モードにおける、あるいは最大パワー供給モードにおける運転を可能とする。それはエンジンシリンダーの非作動化を容易にし、そして、より複雑な非作動化スキームを可能とする。たとえば、現在の手法のように全シリンダーバンクを非作動化するのではなく、シリンダーバンクの一部あるいは別個のシリンダーを非作動化することができる。さらに、バルブ動作を制御するためのアクチュエータ５０の使用は、クランクシャフトを回転させるための別個のスターターを要さずに、エンジンのセルフスタートを可能とする。
【００６２】
アクチュエータ５０を含む、ここで説明したエンジンバルブ制御システムの使用は、移動量の直線範囲が制限されたスペース内で最大化される、この用途に好適な様式で、回転動作の直線動作への変換を実現する。たとえば、バルブシャフトと整列状態で配置されかつバルブステムから上方に突出する必要があるリニア・アクチュエータとは異なり、アクチュエータ５０は、バルブの一方側に対する位置から、随意に、バルブリフトプロファイルを制御でき、したがって、バルブトレーンに対して高さを付加しない。バルブの側方に対するアクチュエータ５０の位置は、レバーあるいはロッカーアームを要さずに、バルブの直線変位を提供でき、これは、バルブガイドの摩擦損失および磨耗を著しく低減できる。
【００６３】
この特徴は、アクチュエータ５０のコンパクトなサイズと組み合わされて、シリンダー当たり複数のバルブが採用された場合に、各バルブの完全な制御を実現しながら、複数のアクチュエータをシリンダーの周囲に設置するか、あるいはシリンダーの周面の回りに離間して配置することができるように、アクチュエータのパッケージングを可能とする。
【００６４】
アクチュエータ５０は、バルブポジションを制御するためにリンケージを介して作用するロータリーモーター６０を利用するので、アクチュエータ５０はシリンダーヘッド７１６から離れて配置できる。これは有利である。なぜなら、これは、アクチュエータ５０およびセンサーがシリンダー排気バルブおよびマニホールドに関連する高温を回避することを可能とするからである。これは、熱消磁温度に達する前にアクチュエータのコイル内で消散できる電力量を増大する。さらに、アクチュエータモーターはバルブ自体から離れて配置されるので、冷却デバイスの設計は簡素化される。たとえば、他の構造体と干渉することなく、アクチュエータモーターの全てを取り囲む冷却ジャケットを設けることができる。
【００６５】
アクチュエータ５０において、ローターエンコーダ１２０がポジションを検出するために使用される。このセンサーは、バルブの位置から離れて、ロータリーモーター６０と共に配置される。ロータリーエンコーダ１２０は、リニアポジション・速度センサーよりも、安価であり、かつ、信頼性が高い。それはまた、低温であると思われるポジションに配置することができる。アクチュエータ５０はロータリーモーター６０を利用するので、バルブポジションおよび速度を検出するための信頼性の高いセンサーの設計および製造は相対的に簡単である。
【００６６】
アクチュエータ５０はロータリーモーターを利用するので、当該デバイスはエンジン７００でに使用に好適である。なぜなら、高いエンジン速度では、シリンダークラッキング圧力に打ち勝つと共に排気バルブを開くために、かなりのピークパワーが必要となるからである。この要求はシステムのパワーエレクトロニクスに極度の要求を課し、そしてさらに、アクチュエータにおける最大効率に関する必要性を生じさせる。上述した理由から、ロータリーモーターは、たとえばリニアモーターを利用するアクチュエータよりも、本質的により効率がよい。ロータリーモーターの相対効率はモーターそれ自体をことによるとダウンサイズするために、あるいは電力要求を低減するために、あるいは両方のために利用できる。
【００６７】
パッケージングの観点から、ロータリーモーター６０およびリンケージ５２を含むアクチュエータ５０は、リニアモーターよりも小さな断面を有し、そしてモーターとバルブとに間のリンケージ接続によって、アクチュエータは、ロータリーモーターがバルブの上に直に載らないように、バルブトレーンと一体化できる。たとえば、アクチュエータ５０はＶ型エンジンのシリンダーバンク間に配置できる。さらに、別体リンケージ(必要ならば)が、リンケージ５２のポイントＰをバルブに対して接続できる。アクチュエータのロータリーモーターをバルブから離れて配置することによって、シリンダーシステム当たりの積極的に制御される複数のバルブをパッケージするのが、一層容易なものとなる。
【００６８】
バルブシートとのバルブの衝突が生じるのを避けるために正確な制御が必要とされる。トルクとアクチュエータ５０によって得られるポジションとの間の特定の関係は、エンジンバルブの制御を簡素化する。
【００６９】
図１６を参照すると、アクチュエータ６５０はアクチュエータ５０の代替実施形態である。アクチュエータ６５０は実質的にアクチュエータ５０と類似しているが、アクチュエータ５０のエンドキャップ１００,２００は組み立ての容易性を改善するために改変されている点で相違する。特に、改変されたエンドキャップ(図示せず)は低減された外径を有するように形成されており、かつ、エンドキャップ１００,２００を支持する大径ローターベアリング８９は、より小さな直径の類似のベアリングによって置き換えられている。改変されたエンドキャップの低減された直径によって、４本バーリンケージの第１のバー１１６に対応すると共に相応の寸法とされた第３のリンク２８０が提供される。
【００７０】
図示する実施形態は特定のモーターおよびベアリングを使用するものとして説明されているが、本発明はこうしたコンポーネントに限定されるものではなく、モーターおよびベアリングは、特定の用途の要求に基づいて選択されることは明らかである。
【００７１】
回転動作を直線動作へと変換するための機構の選択された例証的実施形態を詳しく説明した。だが、ここでは、本発明を明確にするために必要と考えられる一つの構造を説明したに過ぎないことに留意されたい。その他の既存の構造、およびシステムの付属的かつ補助的コンポーネントのそれは、当業者には公知でありかつ理解されると考えられる。さらに、本発明の役立つ実例を説明してきたが、本発明は上述した役立つ実例には限定されず、さまざまな設計変更を特許請求の範囲に記載した本発明から逸脱することなく実施可能である。
【符号の説明】
【００７２】
５０ アクチュエータ
５２ 第１のリンケージ
６０ ロータリーモーター
６２ モーターハウジング
６３ 密閉側壁
６４ ハウジングエンドプレート
６６ 開口
６８ プレートピボットピン
７２ ステータ
７６ 第１の回転軸線
８０ ローター
８２ 第２の回転軸線
８４ 第１の端部
８５ 第２の端部
８６ ネジ孔
８８ 第２のバー
８９ ローターベアリング
９０ 停止部材
１００ エンドキャップ
１０１ 第１の端部
１０２ 外面
１０３ 第２の端部
１０４ 突出段部
１０６ ショルダー
１０８ エンドキャップピン
１１０ 第３の回転軸線
１１６ 第１のバー
１１８ エンコーダシャフト
１２０ 外部光学エンコーダ
１２２ 入力シャフト
１２４ フレキシブルカップリング
１２８ 環状突起
１３０ ネジ孔
１３２ 回転中心
１５０ 第１のリンク
１５１ 第３のバー
１５２ 第１の端部
１５４ 第２の端部
１５６ 中間ポイント
１５８,１６０ ベアリング
１６２ リンクピン
１６４ 第４の回転軸線
１６５ 貫通孔
１６６,１６８ 主面
１８０ 第２のリンク
１８１ 第４のバー
１８２ 第１の端部
１８４ 第２の端部
１８６,１８８ ヨークアーム
１９４ ベアリング
１９５ 貫通孔
１９６,１９８ 主面
２００ 第２のエンドキャップ
２０２ 貫通孔
２５２ 第２のリンケージ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転動作を直線動作に変換するための機構を含むアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
アクティブ振動抑制システムが、車両シートの振動を抑制するために採用されている。たとえば、車両振動に対するシートの応答を低減するスプリングおよびダンパーを含むパッシブシステムの代わりに、アクティブ振動抑制システムは、シートの振動を検出し、検出された動作をキャンセルするためにシートのポジションを制御し、これによってシートを車両の振動から切り離す。そうしたアクティブ振動抑制システムは、コントローラによって制御されるリニア・アクチュエータを含むことがある。このリニア・アクチュエータは、車両のフレームに対するシートポジションを制御するためにシートの下に配置される。たとえば、リニア・アクチュエータは、一端においてシートに固定されたアーマチュアを含む、リニア電磁石モーターを含むことがある。このアーマチュアは、コントローラからの制御信号に基づいて、ステータに対して直線的に突出・後退し、これによってシートを位置調整する。
【０００３】
制御されたリニア・アクチュエータは、車両シート振動抑制以外のシステムに対する用途を有する。たとえば、制御されたリニア・アクチュエータはまた、車輪サスペンションシステムにおいて、そしてエンジンバルブ制御システムにおいて使用されることも知られている。
【０００４】
多くの用途において、物体のポジションを制御するために、そうしたリニア・アクチュエータを使用することに関連する課題は、たとえばアクティブ振動抑制システムにおけるシートと床との間の制限されたスペース内で十分な直線移動距離を実現するリニアモーターを提供することを含む。別な課題は、リニアモーターに関連する公知のコストおよびメンテナンス問題を含む。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ある態様では、ボディのポジションを制御するよう構成されたアクティブ振動抑制デバイスは、少なくとも一つの方向へのボディの移動に対応する入力信号を提供するよう構成された少なくとも一つのセンサーと、ボディのポジションを制御するよう構成されたロータリーモーターと、ロータリーモーターをボディに連結する少なくとも二つの回動可能に連結されたリンクを備えるリンケージとを含む。このリンケージは、モーターからの回転動作出力をボディの直線動作へと変換するよう構成される。本デバイスはさらに、コントローラであって、少なくとも一つのセンサーからの入力信号に基づいて、少なくとも一つの方向へボディを位置調整するためにリンケージを介して作用するロータリーモーターに制御信号を提供するコントローラを含む。
【０００６】
本発明の別な態様では、アクチュエータは、出力シャフトおよびモーターハウジングを含むロータリーモーターと、このロータリーモーターの出力シャフトに接続されたリンケージとを備える。リンケージは、第１の回転軸線を形成するハウジングピボットピンと、出力シャフトに固定された第１のリンクとを有するモーターハウジングを含む。出力シャフトは第２の回転軸線を形成し、かつ、第２の回転軸線は第１の回転軸線と平行でありかつそれから離間させられている。第１のリンクは、第２の回転軸線から離間させられた位置に配置された第１のリンクピボットピンを含み、かつ、第１の回転軸線と平行な第３の回転軸線を画定する。リンケージは、第１のリンクピボットピンに対して第１の端部において回動可能に連結された第２のリンクを含む。第２のリンクは、第１の回転軸線と平行な第４の回転軸線を形成する第２のリンクピボットピンを含む。この第２のリンクピボットピンは第２のリンクの第１の端部と第２のリンクの所定のポイントとの間に配置されている。リンケージはさらに、ハウジングピボットピンに対して第１の端部において回動可能に連結され、かつ、第２のリンクピボットピンに対して第２の端部において回動可能に連結された第３のリンクを含む。アクチュエータの作動中、出力シャフトの回転は、ハウジングに対する所定ポイントの直線動作を生じる。
【０００７】
アクティブ振動抑制デバイスおよびアクチュエータは、以下の特徴の一つ以上を含んでいてもよい。ボディにおいてモーターによって生み出されるトルクは、出力シャフトの１００度の角回転にわたって実質的に一定である。リンケージは、ボディの動作が出力シャフトの１８０度の回転にわたって出力シャフトの角変位に実質的に比例するように、モーターの出力シャフトの回転動作を直線動作へと変換するよう構成される。リンケージは、トルクが少なくとも４インチのボディの変位の範囲にわたって実質的に一定であるように、出力シャフトの回転動作を直線動作へと変換するよう構成される。
【０００８】
アクティブ振動抑制デバイスのコントローラは、制御されるボディの姿勢といったボディを位置調整するためにリンケージを介して作用するロータリーモーターに対して出力信号を提供する。アクティブ振動抑制デバイスは第２のリンケージを備え、当該リンケージの一つはモーターの対向する側のそれぞれにおいてモーターの出力シャフトに連結されている。本デバイスはさらに、第２のロータリーモーターと、ボディのポジションを制御するよう構成された第２のリンケージとを備え、第１および第２のロータリーモーターは、その個々のローター軸線が平行であるように配置される。当該デバイスはさらに、第２のロータリーモーターと、ボディのポジションを制御するよう構成された第２のリンケージとを含み、第１および第２のロータリーモーターは、その個々のローター軸線が共直線状であるように配置される。
【０００９】
ある実施形態では、ボディは、たとえば車両内に配置された車両シートを含み、車両の床に対して固定されたロータリーモーターは、床とシートとの間に配置される。ボディの直線移動距離は少なくとも４インチである。コントローラは、少なくとも一つのセンサーによって検出される動作に対向しかつ正反対の動作に基づいてボディを位置調整するために、ロータリーモーターに対して制御信号を提供する。
【００１０】
アクチュエータは、さらに、以下の特徴の一つ以上を含んでいてもよい。アクチュエータは第２のリンケージを含み、かつ、リンケージの一つは、このモーターの対向する側のそれぞれにおいてモーターの出力シャフトに対して接続される。ハウジングピボットピンならびに第１および第２リンクピボットピンのそれぞれはベアリング上で支持され、かつ、リンクは、ベアリングが実質的に同一平面上にあるように構成される。
【００１１】
アクティブ振動抑制デバイスおよびアクチュエータは、有利なことには、ロータリーモーターを利用し、かつ、モーターの回転動作を直線動作へと変換するための機構を含む。アクチュエータは多くの用途を有するが、その一つは、直線経路に沿って物体のポジションを制御することである。アクチュエータ(この中でロータリーモーターが物体を位置調整するために機械式リンケージを介して作用する)は、リニアモーターを使用する公知の位置調整デバイスに対して、いくつかの利点を有する。たとえば、ロータリーモーターは、非常に安価に製造でき、しかもリニアモーターよりも容易に密閉できる。さらに、ロータリーモーターは、機械式リンケージと組み合わせることで、同等あるいはより大きな直線動作の範囲を提供しながら、リニアモーターよりも、よりコンパクトなサイズとすることができる。この特徴は、たとえば車両シートの振動抑制において重要であり、この場所は、シートと床との間のスペース(その中に制御機構が配置される)が制限される。
【００１２】
さらに、コントローラと組み合わされた場合、アクチュエータは動作制御デバイスとして使用できる。たとえば、ある実施形態では、コントローラと組み合わされたアクチュエータは、内燃エンジンあるいはコンプレッサーにおいてバルブのアクティブ制御を実現するために使用できる。ある実施形態では、コントローラと組み合わされたアクチュエータは、位置決め源、速度源あるいは力源として機能するよう構成できる。ある実施形態では、コントローラと組み合わされたアクチュエータは、アクティブ振動抑制デバイスにおいて使用できる。たとえば、アクチュエータおよびコントローラは、以下でさらに説明するように、車両シートのポジションおよび／または加速度を制御するために、あるいは車両のバネ上質量(すなわち、パッセンジャーコンパートメントあるいは自動車)のポジションおよび／または加速度を制御するために使用できる。
【００１３】
アクチュエータのその上さらなる利点は、機械式リンケージの少なくともいくつかがモーターハウジングおよびローターシャフトに組み込まれ、よりコンパクトで、複雑でなく、そしてより少ない部品しか必要としないアクチュエータが実現されることである。さらに、アクチュエータは、単一の剛体リンクを介して、そして位置調整制御に誤差および／または複雑さを導入する介在ギア、ベルトあるいはその他のデバイスを伴わずに、位置調整されることになる物体に対してローターが連結されるダイレクトドライブデバイスである。
【００１４】
本発明のさらなる態様においては、回転動作を直線動作へと変換するための機構は、第１の回転軸線を画定するプレートピボットピンを含むプレートと、シャフトに固定された第１のリンクとを備える。シャフトはプレート上で回転可能に支持され、かつ、第２の回転軸線を画定し、この第２の回転軸線は第１の回転軸線と平行でありかつそれから離間している。第１のリンクは、第２の回転軸線から離れた位置に配置された第１のリンクピボットピンを含み、かつ、第１の回転軸線と平行な第３の回転軸線を画定する。本機構は、第１のリンクピボットピンに対して第１の端部において回動可能に連結された第２のリンクを含む。第２のリンクは第１の回転軸線と平行な第４の回転軸線を画定する第２のリンクピボットピンを含み、第２のリンクピボットピンは、第２のリンクの第１の端部と第２のリンク上の所定のポイントとの間に配置される。本機構はさらに、プレートピボットピンに対して第１の端部において回動可能に連結され、かつ、第２のリンクピボットピンに対して第２の端部において回動可能に連結された第３のリンクを含む。この機構においては、シャフトの回転によって、プレートに対する所定のポイントの直線動作が生じる。
【００１５】
本機構は以下の特徴の一つ以上を含んでいてもよい。所定のポイントはシャフトの約１８０度回転に関して直線的に動作する。本機構は、第１のリンクピボットピンとシャフトとの間の距離によって規定される第１のバー長さと、シャフトとプレートピボットピンとの間の距離によって規定される第２のバー長さと、プレートピボットピンと第２のリンクピボットピンとの間の距離によって規定される第３のバー長さと、第１のリンクピボットピンと所定のポイントとの間の距離によって規定される第４のバー長さとを含み、第１のバー長さ対第２のバー長さ対第３のバー長さ対第４のバー長さの比率は、１：２：２.５：５である。プレートピボットピン、第１および第２のリンクピボットピンおよびシャフトのそれぞれはベアリング上で支持され、かつ、バーはベアリングが実質的に同一面上に存在するように構成される。プレートはさらに、プレートに対する第１のリンクの回転を制限するよう構成された停止部材を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】回転動作を直線動作へと変換するためのアクチュエータの斜視図である。
【図２】図１の切断線２−２に沿って見たときのアクチュエータの側断面図である。
【図３】Hoekenのリンケージの概略図である。
【図４】リンケージの４本のバーを示す図１のアクチュエータの斜視図である。
【図５】ローターシャフトの角変位(度)対第１のリンクの所定のポイントの変位(インチ)のグラフである。
【図６】図１のアクチュエータの端面図である。
【図７】ローターシャフトの角変位(度)対第１のリンクの所定のポイントにおいて一定な１１００Ｎ力を提供するために必要なモーターのトルク(Ｎｍ)出力のグラフである。
【図８】第１のリンクの第２の端部の変位(インチ)対第１のリンクの所定のポイントにおいて一定な１１００Ｎ力を提供するために必要なモーターのトルク(Ｎｍ)出力のグラフである。
【図９】後退状態で示す二つのアクチュエータを用いるポジション制御デバイスの斜視図である。
【図１０】突出状態で示す図９のポジション制御デバイスの斜視図である。
【図１１】二つのアクチュエータを用いるポジション制御デバイスの代替実施形態の斜視図である。
【図１２】二つの単一リンケージアクチュエータを用いるポジション制御デバイスの別な代替実施形態の斜視図である。
【図１３】車両シートのためのアクティブ振動抑制システムの概略図である。
【図１４】内燃エンジンのシリンダーバンクの一部の断面図であり、その内部では、図１のアクチュエータがエンジンバルブと直接的に連結されている。
【図１５】内燃エンジンのシリンダーバンクの一部の断面図であり、その内部では、図１のアクチュエータがエンジンバルブと間接的に連結されている。
【図１６】アクチュエータの代替形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下で詳しく説明するように、特定の機械的特性を有するリンケージと組み合わされたロータリードライバーを含むアクチュエータは、移動距離の直線範囲が制限されたスペース内で最大化される用途に好適な様式で、回転動作を直線動作へと変換する。
【００１８】
図１、図２、図４、図６は、ロータリーモーターおよび４本バーリンケージの形態で、この所望の特性を有するアクチュエータを示している。このアクチュエータの代替実施形態は図１６に示されている。図５、図７および図８は、ロータリーモーターの角変位に対するリンケージ上の所定のポイントの変位の比例関係を含むアクチュエータの機械的特性、両角変位に関する所定ポイントでの一定の力、ならびに、ロータリーモーターの一定トルク出力に関するリンケージ５２の動作の直線部分における所定ポイントの変位を示している。位置決めデバイスとして使用された場合の、そうしたアクチュエータのいくつかの実施形態が図９ないし図１２に示されている。特に、アクチュエータはプラットフォームに連結され、かつ、その動作を制御する。アクティブ振動抑制デバイスにおいて使用されるアクチュエータの実施形態は図１３を参照して説明されている。さらに、エンジンバルブを制御するために使用されるアクチュエータの実施形態は図１４および図１５を参照して説明されている。
【００１９】
ここで図１および図２を参照すると、回転動作を直線動作へと変換するためのアクチュエータ５０は、モーターハウジング６２によって支持されかつその中に配置されたロータリーモーター６０を含む。アクチュエータは、モーター６０の一端に連結され、かつ、それによって駆動される第１のリンケージ５２を含む。リンケージ５２は、Hoekenのリンケージとして構成されており、そして、直線経路に沿って、リンケージに連結された物体を位置調整するために使用できる。アクチュエータ５０は、有利なことには、スペース内で物体を直線的に位置調整するためのコンパクトな解決策を提供する。
【００２０】
図示する実施形態においては、物体の位置調整は単一のリンケージ５２を用いて実現できるが、アクチュエータ５０はさらに、モーター６０の第２の端部に連結され、かつ、それによって駆動される第２のリンケージ２５２を含む。第２のリンケージ２５２は、第１のリンケージ５２の鏡像であり、以下でさらに説明するように、第１のリンケージ５２と同期的にかつそれと協働で動作するよう構成されている。両方のリンケージ５２,２５２に共通の要素は同じ参照数字によって示している。したがって、各リンケージの構成は、第１のリンケージ５２のみを参照して説明する。
【００２１】
ロータリーモーター６０は、ハウジング６２に固定されたステータ７２と、ローター軸線８２を中心として回転可能であるようステータ７２内に同軸状に配置されたローター８０とを含む。ローター８０は、ハウジング６２上で回転可能に支持された対向する第１および第２端部８４,８５を有する中空円筒体である。ロータリーモーター６０は、Port Washington, NYの、Bayside(登録商標)Motion Groupによって製造されたモデルK127300などの既存のフレームレスキットモーターであってもよい。
【００２２】
ハウジング６２は、ハウジングエンドプレート６４によって各端部において蓋がされた密閉側壁６３を含む。各端部プレート６４は、ローター軸線８と平行な方向に外側に向かって延在し、ベアリング１９４を支持し、かつ、リンケージ５２の第１の回転軸線７６を画定するプレートピボットピン６８を含む。図示する実施形態では、プレートピボットピン６８は、したがって第１の回転軸線７６は、回転軸線８２の上に重なり、かつ、それと実質的に垂直に整列させられる。
【００２３】
エンドキャップ１００はローター８０の第１の端部８４に固定される。エンドキャップ１００は、閉塞された第１の端部１０１を有する中空円筒体である。エンドキャップ１００は、ハウジング６０のエンドプレート６４に形成された開口６６内で回転可能に支持され、この結果、外面１０２は概してエンドプレート６４の平面内に存在する。第１の端部１０１に隣接して、エンドキャップ１００の外周面は、ハウジングエンドプレート６４内に設けられたローターベアリング８９によって支持されている。ローターベアリング８９は、Mechatronics Corporation of Preston, Washingtonによって販売されているSilverthin(商標)モデルSB035アンギュラコンタクトベアリングなどの薄断面ベアリングであってもよい。
【００２４】
エンドキャップ１００は、外面１０２から内側に延在し、かつ、開放された第２の端部１０３において終端をなしている。エンドキャップ１００の外径は第２の端部１０３において縮小しており、ローター８０の内面内に圧入されるためのサイズとされた環状突起１２８を形成している。ローター８０に対するエンドキャップ１００の相対回転は、ローターに対してエンドキャップ１００を固定することによって阻止される。これは、たとえば、ローター８０および環状突起１２８にそれぞれ形成された相互に整列するネジ孔８６,１３０内にネジ(図示せず)を設けることによって達成できる。したがって、エンドキャップ１００はローター８０と共に回転し、そしてモーター６０の出力シャフトとして機能する。エンドキャップ１００の回転中心１３２はローター軸線８２と同軸であり、これは、リンケージ５２の第２の回転軸線に対応する。
【００２５】
エンドキャップ１００の外面１０２は、円の一部の形状のエンドキャップ１００の周面に形成された突出段部１０４を含むが、この一部の側面を画定する弦はエンドキャップ１００の直径ではない。段部１０４を外面１０２の残部に接合するショルダー１０６が形成される。エンドキャップピン１０８が、エンドキャップ１００の周面に隣接して段部１０４に設けられている。エンドキャップ１０８は段部１０４から外側に突出し、ベアリング１５８を支持し、そしてローター軸線８２と平行に延在するリンケージ５２の第３の回転軸線１１０を画定する。
【００２６】
モーター６０は、ローター８０の角ポジションを測定するために外部光学エンコーダ１２０を含む。この実施形態では、エンコーダシャフト１１８は、ローター軸線８２と同軸状に第１の端部１０１の外面１０２から突出している。エンコーダシャフト１１８は、フレキシブルカップリング１２４を用いて、エンコーダの入力シャフト１２２に接続されており、ローター８０の角ポジションの正確測定を可能とするようになっている。だが、アクチュエータ５０は、この形態に限定されるものではない。たとえば、モーター６０は内部エンコーダを備えていてもよい。
【００２７】
第２のエンドキャップ２００はローター８０の第２の端部８５に対して固定される。第２のエンドキャップ２００は、形状および機能に関して、第１のエンドキャップ１００のそれと実質的に類似であり、第２のエンドキャップ２００の同じ要素は同じ参照数字によって示している。こうした理由で、第１のエンドキャップ１００に対する以下の差異、すなわちエンドキャップ２００はエンコーダシャフト１１８を含まないことを指摘することを除いて、第２のエンドキャップ２００の詳細な説明は省略する。エンドキャップ２００は、ローター軸線８２と同軸状に整列させられた貫通孔２０２を備える。貫通孔２０２はロータリーモーター６０の内部に対するアクセスをもたらすが、これは、アクチュエータ５０の組み立ておよび分解の間、有益である。
【００２８】
上述したように、リンケージ５２はHoekenのリンケージとして構成される。Hoekenのリンケージは、回転動作を概ね直線的な動作へと変換する４本バーリンケージである。図３を参照すると、Hoekenのリンケージは、回転する第１のバーＩと、この第１のバーＩを第４のバーIVに連結する固定された第２のバーIIと、第１のバーＩによって一端において駆動される第３のバーIIIと、この第３のバーIIIの中間部分を支持する第４のバーIVとを含む。第１のバーＩの回転によって、第３のバーIIIのポイントＰは破線によって示す閉ループ経路５３に沿って移動する。図から分かるように、この経路は実質的に直線部分５５を含む。
【００２９】
図４を参照すると、リンケージ５２の４本のバーは以下のように規定される。
【００３０】
リンケージ５２の第１のバー１１６はエンドキャップ２００によって提供される。さらに詳しく言うと、第１のバー１１６は、エンドキャップ２００の回転中心１３２とエンドキャップピン１０８との間で延在するエンドキャップ２００の一部を含む。第１のバー１１６は、エンドキャップ２００の外面１０２に対応する平面内で第２の回転軸線８２を中心として、ハウジング６２に対して回転する。
【００３１】
リンケージ５２の第２のバー８８はハウジング６２によって提供される。さらに詳しく言うと、第２のバー８８は、エンドプレート６４の一部を含み、かつ、プレートピボットピン６８とエンドキャップ２００の回転中心１３２との間で延在する。第２のバー８８は、ハウジング６２に対する固定バーであり、かつ、リンケージ５２によって生み出される直線動作の方向を規定する。
【００３２】
リンケージ５２の第３のバー１５１は第１のリンク１５０によって提供される。第１のリンクは、矩形断面の長尺な剛体バーであり、かつ、第１の端部１５２と、この第１の端部１５２とは逆側の第２の端部１５４とを含む。第１および第２の端部１５２,１５４、ならびに第１および第２の端部１５２,１５４間の中間ポイント１５６は、第１のリンク１５０の対向する主面１６６,１６８間で延在する貫通孔１６５を備える。ベアリング１５８,１６０(図示していない中間点ベアリング)は、個々の貫通孔１６５内に圧入されており、かつ、ピボットピンを受け入れるためのサイズおよび形状となっている。たとえば、第１のリンク１５０の第１の端部１５２のベアリング１５８はエンドキャップピン１０８を受け入れ、そしてハウジング６２およびエンドプレート１００に対するエンドキャップピン１０８(および第３の回転軸線１１０)を中心とする第１のリンク１５０の回転を可能とする。中間ポイント１５６に配置されたベアリングはリンクピン１６２を支持する。リンクピン１６２は、第１のリンク１５０の両主面１６６,１６８から外側に突出し、かつ、ローター軸線８２と平行に延在するリンケージ５２の第４の回転軸線１６４を画定する。第１のリンク１５０によって引き伸ばされて、リンケージ５２の第３のバー１５１は、エンドキャップピボットピン１０８とベアリング１６０の中心線との間で延在している(これは図４のポイントＰと一致する)。
【００３３】
リンケージ５２の第４のバー１８１は第２のリンク１８０によって提供される。第２のリンク１８０は、矩形断面の長尺な剛体バーであり、かつ、第１の端部８２と、この第１の端部８２の逆側の第２の端部１８４とを含む。第１の端部１８２は、第２のリンク１８０の対向する主面１９６,１９８間で延在する貫通孔１９５を備える。ベアリング１９４は、貫通孔１９５内に圧入されており、かつ、プレートピン６８を受け入れるためのサイズおよび形状となっている。したがって、第２のリンク１８０の第１の端部１８２は、ハウジング６２に対して、プレートピン６８(および第１の回転軸線７６)を中心として回転する。第２のリンク１８０の第２の端部１８４は分岐しており、したがって、第２の端部１８４における主面１９６,１９８間の距離は、第１の端部１８２におけるそれよりも大きく、かつ、第２の端部１８４は、第１のリンク１５０の中間部分にまたがりかつリンクピン１６２と係合する離間したヨークアーム１８６,１８８を含むヨークを形成している。したがって、第２のリンク１８０の第２の端部１８４は、ハウジング６２および第１のリンク１５０に対して、リンクピン１６２(および第４の回転軸線)を中心として回転する。第２のリンク１８０によって引き伸ばされて、リンケージ５２の第４のバー１８１は、プレートピボットピン６８とリンクピン１６２との間で延在している。
【００３４】
ヨークアーム１８６,１８８を用いて第２のリンク１８０を回動させることで、第２のリンク１８０の第１の端部１８２は、第１のリンク１５０と同じ平面内に存在するように配置できる。さらに、段部１０４によってエンドキャップ１００を回動させることによって、そして段部１０４上にエンドキャップピン１０８を配置することによって、メインリンク１５０と、内側ヨークアーム１８８を収容できるハウジング６４との間にスペースが設けられる。協働で、これらの特徴部は、有利なことには、ピボットピンベアリング１５８,１６０および１９４(これは既存のラジアルボールベアリングである)を単一の平面内に配置することを可能とするが、これによってリンクへの捩れ荷重が使用時に回避される。だが、リンケージ５２はこの形態に限定されず、ある実施形態では、第２のリンク１８０はヨークを伴わずに形成されてもよく、そして、代わりに、オフセット部分を有するかあるいは直線形態を有するように形成されてもよい。
【００３５】
リンケージ５２はローター８０の回転動作を、第１のリンク１５０上の所定のポイントＰでの直線動作へと変換するのに使用される。図示する実施形態では、第１のリンク１５０の第２の端部１５４におけるベアリング１６０の中心は、直線動作が生み出される所定のポイントＰとして規定される。それぞれの第１ないし第４のバー１１６,８８,１５０,１８０の相対長さを調整することによって、ポイントＰの動作を規定できる。アクチュエータ５０においては、第１のバー長さは、エンドキャップピン１０８とエンドキャップ２００の回転中心１３２との間の距離によって規定され、第２のバー長さはエンドキャップ２００の回転中心１３２とプレートピン６８との間の距離によって規定され、第３のバー長さはエンドキャップピン１０８とポイントＰとの間の距離によって規定され、そして第４のバー長さはエンドキャップピン１０８とポイントＰとの距離によって規定される。図示する実施形態では、バー長さは以下の通りである。第１のバー１１６は１インチであり、第２のバー８８は２インチであり、第３のバー１５１は５インチであり、そして第４のバー１８１は２.５インチである。この構成を用いて実現される直線移動の範囲は約４インチである。もちろん、リンケージのバーのサイズを比例的に大きくすることで、増大した直線移動の範囲を実現できる。たとえば、１.２５インチ、２.５インチ、６.２５インチおよび３.１２５インチのぞれぞれの第１ないし第４のバー長さに関して、実現される直線移動の範囲は約５インチである。逆に、小さな直線移動の範囲が必要とされる用途に関しては、本機構はスケールダウン可能であり、この結果、さらにコンパクトなデバイスが実現される。
【００３６】
リンケージ５２に関して、第１のバー長さ対第２のバー長さ対第３のバー長さ対第４のバー長さの比率は、１：２：５：２.５である。こうした比率を用いることで、少なくとも以下のいくつかの利点が実現される。
【００３７】
ポイントＰの動作の直線部分は、固定された第２のバー８８と平行なラインに沿って生じる。図示する実施形態では、固定された第２のバー８８は垂直に向けられ、したがって、ポイントＰの動作の直線部分はまた垂直動作を伴う。
【００３８】
さらに、図５に示すように、ポイントＰの動作は実質的に、ローター８０の１８０度回転にわたってエンドキャップピン１０８の角変位に比例する。すなわち、ポイントＰは、概ね１８０度の範囲に対応する、基準ラインＡおよびＢによって示すローター８０の回転動作の範囲内で、概ね直線的に動作する。
【００３９】
アクチュエータ５０において、二つの外部リンク１５０,１８０が設けられるが、これは、それぞれ、Hoekenの４本バーリンケージの第３のものIIIおよび第４のもIVとして機能する。残る２本のバー(第１および第２のバーＩ,II)は、モーター６０およびモーターハウジング６２のコンポーネントによって提供される。さらに詳しく言うと、第１のバー１１６を包含する第２のエンドキャップ２００はHoekenのリンケージの回転する第１のバーＩとして機能し、そして第２のバー８８を包含するモーターハウジング６４はHoekenのリンケージの固定された第２のバーIIとして機能する。この形態(第１および第２のバー１１６,８８が外部リンクとして形成されておらず、その代わりに、モーターアセンブリそれ自体に組み込まれている)は、所望の動作を実現するために必要なコンポーネントの数を低減し、この結果、コンパクトなアクチュエータアセンブリを実現する。
【００４０】
ここで図６を参照すると、アクチュエータ５０は、第１のリンク１５０の第２の端部１５４が、図５のＡおよびＢ間で規定される直線動作範囲内で前後に動作するよう構成されている。ある実施形態では、モーター６０に対して接続されたコントローラ１４(図３)が、ローター８０が、したがってエンドキャップ１００が、１８０度の範囲を超えて回転するのを阻止する。さらに、停止部材９０が、外面１０２のショルダー１０６と機械的に干渉するように設けられ、これによって直線範囲を超える回転が阻止される。停止部材９０はハウジング６２に対して固定され、かつ、エンドプレート６４の開口６６の一部と重なるように半径方向内側に延在する。リンケージが直線範囲の一端に対応する完全突出形態にあるとき(図４に実線で示す)、ショルダー１０６の第１の部分は停止部材９０の第１の停止面９６に当接する。このポジションでは、第１のリンク１５０の第１の端部１５２は、図を見たとき、ローター軸線８２の左側の位置でローター軸線８２を通る水平ライン上に配置される。さらに、図を見たとき、ポイントＰは、ハウジング６２に対して横方向でかつその上面の上方のポジションに置かれている。エンドキャップ１００が反時計回りに回転するとき、リンケージ５２は下方に動作し、そしてポイントＰは直線経路Ｌに沿って下方に移動する。リンケージ５２が直線範囲の逆端に対応する後退ポジションにあるとき(図４において破線で示す)、ショルダー１０６の第２の部分は停止部材９０の第２の停止面９８に当接する。このポジションでは、第１のリンク１５０の第１の端部は１８０度円弧を経て回転してしまっており、いまや、図を見たときに、ローター軸線８２の右側の位置でローター軸線を通る水平ライン状に配置される。さらに、ポイントＰは、いまや、ハウジング６２の横方向でかつその上面の下方のポジションに置かれている。
【００４１】
さらに有利なことには、図７に示す一実施形態において、４本バーリンケージ５２は、ポイントＰにおいて一定の１１００Ｎの力を提供するために必要なモーター６０のトルク出力は、ポイントＰの直線移動範囲と関連付けられたモーターの角変位範囲のほとんどにわたって実質的に一定であるように、ローター８０の回転動作を直線動作へと変換するよう構成される。モーター６０のトルク出力は、約１００度の範囲に対応する、基準ラインＣおよびＤで示すローター８０の回転動作の範囲内で実質的に一定である。
【００４２】
さらに、図８に示す一実施形態において、４本バーリンケージ５２は、ポイントＰにおいて一定の１１００Ｎの力を提供するために必要なモーター６０のトルク出力は、ポイントＰの動作の直線範囲のほとんどにわたって実質的に一定であるように、ローター８０の回転動作を直線動作へと変換するよう構成される。モーター６０のトルク出力は、約４インチに対応する、基準ラインＥおよびＦで示すチップ直線変位の範囲の大部分にわたって実質的に一定である。
【００４３】
図９および図１０を参照すると、ポジション制御デバイス３５０はアクチュエータ５０の一実施形態であり、このデバイス３５０は、個々のロータリーモーター６０,６０'のローター軸線８２,８２'が実質的に同軸であるように配置された二つのアクチュエータ５０,５０'を含む。さらに、第１のアクチュエータ５０のリンケージ５２,５２'は、第２のアクチュエータ５０'のリンケージ５２',２５２'とは反対の方向に回転するよう構成される。
【００４４】
図示する実施形態では、ポジション制御デバイス３５０は、ベース２２に対するプラットフォーム１６の垂直ポジションを制御するために使用され、そして複数の下方に延在する脚１８を介してプラットフォーム１６に連結される。特に、各脚１８はピボットピン２０を含むが、これは、各リンケージ５２,５２',２５０,２５０'のそれぞれの第１のリンク１５０の第２の端部１５４、ポイントＰに対応する位置において、ベアリング１６０によって回転可能に支持される。図９において、ポジション制御デバイス３５０は、第１の後退した状態で示されているが、ここでは、プラットフォーム１６とベース２２との間の垂直距離は距離ｄ１である。この実施形態では、プラットフォーム１６とハウジング６２,６２'との間には垂直間隔は実質的に存在せず、この結果、後退した形態は非常にコンパクトである。さらに、プラットフォーム１６は実質的にポジション制御デバイス３５０の上に中心が置かれている。図１０において、ポジション制御デバイス３５０は、第２の突出した状態で示されているが、ここで、プラットフォーム１６とベース２２との間の垂直距離は距離ｄ２であり、このｄ２はｄ１よりも大きい。プラットフォーム１６は、後退および突出状態間での移行の間、そして突出状態にある間、ポジション制御デバイス３５０の上に中心が置かれたままである。図示する実施形態は、軸方向に距離ｓ１だけ離間したアクチュエータ５０,５０'を示しているが、この形態は限定ではない。たとえば、二つのアクチュエータ５０,５０'は、ｓ１よりも大きいかあるいは小さな距離だけ離間していてもよい。
【００４５】
図１１を参照すると、ポジション制御デバイス４５０はアクチュエータ５０の代替実施形態である。先のポジション制御デバイス３５０と同様、ポジション制御デバイス４５０は二つのアクチュエータ５０,５０'を含むが、第２のアクチュエータ５０'は第１のアクチュエータ５０と同一である。ポジション制御デバイス４５０において、アクチュエータ５０,５０'は、それぞれのロータリーモーター６０,６０'のローター軸線８２,８２'が平行でかつ離間しているように配置される。さらに、第１のアクチュエータ５０のリンケージ５２,２５２は、第２のアクチュエータ５０'のリンケージ５２',２５２'とは逆方向に回転するよう構成される。図示する実施形態では、ポジション制御デバイス４５０は、ベース２２に対するプラットフォーム１６の垂直ポジションを制御するために使用され、そして複数の下方に延在する脚１８を介してプラットフォーム１６に連結される。特に、各脚１８はピボットピン２０を含むが、これは、各リンケージ５２,５２',２５０,２５０'のそれぞれの第１のリンク１５０の第２の端部１５４、ポイントＰに対応する位置において、ベアリング１６０によって回転可能に支持されている。図示する実施形態は、距離ｓ２だけ離間したアクチュエータ５０,５０'の軸線８２,８２'を示しているが、この形態は限定ではない。たとえば、軸線８２,８２'は、ｓ２よりも大きいかあるいは小さな距離だけ離間していてもよい。さらに、図示する実施形態は同一面上にあるアクチュエータ５０,５０'を示しているが、アクチュエータは、これに代えて、平行軸線８２,８２'を維持しながら、異なる平面内に存在するようオフセットしていてもよい。
【００４６】
図１２を参照すると、ポジション制御デバイス５５０はアクチュエータ５０の代替実施形態である。ポジション制御デバイス５５０は二つのシングルリンケージアクチュエータ２５０,２５０'を含む。特に、各アクチュエータ２５０,２５０'は単一のリンケージ５２,５２'を備える。ポジション制御デバイス５５０において、アクチュエータ２５０,２５０'は、それぞれのロータリーモーター６０,６０'のローター軸線８２,８２'が同軸であるように配置される。さらに、第１のアクチュエータ２５０のリンケージ５２は、第２のアクチュエータ２５０'のリンケージ５２'とは逆方向に回転するよう構成される。図示する実施形態では、ポジション制御デバイス５５０は、ベース２２に対するプラットフォーム１６の垂直ポジションを制御するために使用され、そして複数の脚１８を介してプラットフォーム１６に連結される。特に、各脚１８はピボットピン２０を含むが、これは、各リンケージ５２,５２',２５０,２５０'のそれぞれの第１のリンク１５０の第２の端部１５４、ポイントＰに対応する位置において、ベアリング１６０によって回転可能に支持されている。ポジション制御デバイス５５０は、ポジション制御デバイス３５０と同様に機能するが、より簡素であり、より少ないベアリングしか必要とせず、そしてポジション制御デバイス３５０よりも軸方向によりコンパクトである。図示する実施形態は、軸方向に当接する二つのアクチュエータ２５０,２５０'を示しているが、この形態は限定ではなく、アクチュエータ２５０,２５０'は軸方向に離間していてもよい。
【００４７】
上記ポジション制御デバイス３５０,４５０,５５０のそれぞれに関して、向き合う側に配置されたリンケージ機構を使用することによって、アクチュエータ５０が調和して動作する場合、荷重によるベース２２におけるそれぞれの反作用トルクは著しく低減される。さらに、単一のロータリーモーター６０ではなく、プラットフォーム１６を位置調整するために二つのロータリーモーター６０,６０'を用いることによって、二つのロータリーモーター６０,６０'のそれぞれはサイズを低減でき、この結果、さらにコンパクトな機構が実現される。さらに、ある実施形態においては、それぞれのリンケージ５２,２５２,５２',２５２'は、プラットフォーム１６がロータリーモーター６０,６０'の一つが故障した場合に水平状態を維持できるように、機械的に互いに結束されてもよい。
【００４８】
図１３を参照すると、ポジション制御デバイス３５０は、車両フレーム４の振動に由来する車両シート８の振動を軽減するかあるいは排除するために、車両２において使用されるアクティブ振動抑制デバイスにおいて使用されてもよい。車両シート８は剛体シートベース１０に対して固定され、かつ、少なくとも一つのセンサー１２を支持する。たとえば、センサー１２は、地面ｇに対するシートの動きを検出するための加速度計を含んでいてもよい。シート８およびベース１０は、車両フレーム４の上に載っており、かつ、ポジション制御デバイス３５０によって、その上で支持される。ポジション制御デバイス３５０は、補助シートサポート構造体を介して、車両フレームに対して間接的に取り付けられても、あるいはフレームそれ自体に対して直接取り付けられてもよく、これによって、ポジション制御デバイス３５０は車両フレーム４に対して固定される。ポジション制御デバイス３５０は、コントローラ１４から受け取った制御信号に基づいて、車両フレーム４に対して、ベース１０を、したがってシート８を位置調整する役割を果たす。コントローラ１４は、センサー１２からのシート動作データを含む信号、およびハウジング６２,６２'に対するローターポジションを指し示すエンコーダ信号を受け取る。こうした信号に基づいて、コントローラ１４は、車両シート８のポジションが車両フレームに対して制御されるように、ポジション制御デバイス３５０のロータリーモーター６０,６０'に対して制御信号を出力する。図示する実施形態はポジション制御デバイス３５０を採用するが、これは限定ではない。たとえば、デバイス３５０の代わりに、開示されたポジション制御デバイス４５０,５５０のいずれかを用いることもできる。さらに、単一のアクチュエータ５０,２５０は、アクティブ振動抑制デバイスを形成するために、補助シートサポート構造体と組み合わせて使用することができる。
【００４９】
ある実施形態では、個々のロータリーモーター６０,６０'は、車両の振動から車両シート８を切り離すために、検出されたシート挙動をキャンセルするために、ベース１０を、したがってシート８を位置調整するために制御される。ある実施形態では、個々のロータリーモーター６０,６０'は、協働して動作するように制御される。たとえば、車両フレーム４からの両アクチュエータ５０,５０'の第１のリンク１５０の第２の端部１５４の距離が同一となるように制御される。別な実施形態においては、第１のアクチュエータ５０のロータリーモーター６０は第２のアクチュエータ５０'のロータリーモーター６０'とは別個に制御されてもよく、これによって、車両フレーム４に対するシートベース１０の姿勢を制御することができる。そうした実施形態においては、リンケージ５２,２５２,５２',２５２'とシートベース１０との間に、これらコンポーネント間の相対動作を可能とするために、少なくとも一つの付加的自由度が必要となるであろう。これは、たとえば、位置Ｇに付加的ピボットポイントを設けることによって実現できる。
【００５０】
アクティブ振動抑制デバイス５(これは、ロータリーモーター６０,６０'からの回転動作出力を直線動作へと変換するためにアクチュエータ５０を利用する)は、リニアモーターを使用する制御システムに対して、複数の利点を有する。たとえば、ロータリーモーターは、安価に製造でき、かつ、リニアモーターよりも容易に密閉できる。さらに、ロータリーモーターは、機械式リンケージと組み合わせることで、同等あるいはより大きな直線動作の範囲を提供しながら、リニアモーターよりも、よりコンパクトなサイズとすることができる。この特徴は、たとえば車両シートの振動抑制において重要であり、この場所は、シートと床との間のスペース(その中に制御機構が配置される)が制限される。アクチュエータのその上さらなる利点は、機械式リンケージの少なくともいくつかがモーターハウジングおよびローターシャフトに組み込まれ、よりコンパクトで、複雑でなく、そしてより少ない部品しか必要としないアクチュエータが実現されることである。
【００５１】
さらに、ある実施形態では、アクチュエータ５０は、ダイレクトドライブデバイスであってもよく、この場合、ローターが単一の剛体リンクを介して、そして介在ギア、ベルト、あるいは位置調整制御に誤差および／または複雑さを導入する、その他のデバイスを伴わずに、位置調整されるべき物体に対して連結される。
【００５２】
さらに、アクティブ振動抑制デバイス５においてポジション制御デバイス３５０を使用することの、さらなる利点は、ロータリーモーターがリニアモーターよりも本質的により効率がよいという事実にある。たとえば、リニアモーターにおいて有用であろう三つの異なるアーマチュア／ステータ関係が存在する。１)磁石が前後に動くとき、アーマチュアは、移動量の少なくともある範囲に関して、ステータ極内に留まるように、アーマチュア磁石の長さを超えてステータのコイルおよび極が延在するアンダーハング関係。この設計は、最大可動域においてアーマチュアが依然としてコイル内に留まるものであってもよく、あるいは、それは、ある時点で、それらを超えて突出し始めよい。２)アーマチュア磁石がステータ極と同じ長さであるイーブンハング設計。この設計では、アーマチュアが動き始めるや否や、いくつかの磁石はステータ極の外側に移動する。３)アーマチュア磁石がステータ極の長さを超えるオーバーハング関係。このオーバーハング設計では、アーマチュアの動作は、少なくともある可動範囲にわたって、ステータ極内に存在する磁石の量を変化させない。この設計では、全可動範囲を、あるいはその一部のみを使用できる。
【００５３】
上記関係のいずれかに関して、効率とコストとの間にトレードオフが成り立つ。たとえば、いくつかの磁石がステータ極の外側に動くや否や、力出力に対するその寄与率は急激に低減する。比較的高い磁石の費用のために、常時、磁石を最大限に利用することが望ましい。
【００５４】
アクティブシート振動抑制用途に見られるような限定されたスペース状況において使用される場合、そしてたとえばアンダーハング設計を利用する場合、磁石を最大限に利用することが可能である。だが、固定入力電流に関して可動範囲の大部分にわたって生み出される力の大きさは、より多くの磁石が使用された場合よりも小さくなる。したがって、リニアモーターの効率は低減する(ここで、効率は入力電力で割った機械的出力として規定される)。イーブンハング設計は、これらの要素間でのトレードオフである。
【００５５】
リニアモーターではなくロータリーモーターを使用する利点は、全ての磁石が全ての回転角度に関してステータの極に面することはロータリー設計において特有である、ということである。これは、効率およびコストのトレードオフに関して最適条件である。こうした理由で、直線的位置調整用途のために、リニア・アクチュエータではなく、ロータリーモーターおよび回転動作を直線動作へと変換するための機構を使用することは有益である。
【００５６】
図示する実施形態は、車両シートの振動を積極的に抑制するために使用される、回転動作を直線動作へと変換するためのアクチュエータ５０を示しているが、アクチュエータ５０はこうした用途に限定されない。たとえば、アクチュエータ５０はまた、ホイールサスペンションシステムおよびエンジン振動抑制システムを含む車両振動抑制のその他の態様における使用にも好適である。さらに、アクチュエータ５０は振動抑制に限定されず、物体のポジション制御に対する広範な用途を有する。たとえば、アクチュエータはエンジンバルブ動作を制御するために使用でき、これによってエンジン効率を改善できる。
【００５７】
ここで、図１４を参照すると、アクチュエータ５０は、従来のカムシャフト駆動バルブトレーンに代えて、エンジンバルブポジションを制御するために内燃エンジン７００において使用されてもよい。エンジン７００は、シリンダーバンク７１４を形成するためにＶ形状に配置されたシリンダーブロック７１８内に配置された複数のシリンダー７１２を有し(一つのシリンダーしか示していない)、シリンダー７１２の上側端部はシリンダーヘッド７１６によって閉塞されている。一対の吸気バルブ７４０(その一方しか図示していない)はシリンダー７１２およびその関連する燃焼チャンバー７４４のインナー側において長手方向に整列させられており、そして排気バルブ７６２がシリンダー７１２のアウター側に配置されている。スパークプラグ７６６あるいは類似のデバイスの形態の点火具がまた、各シリンダー７１２の燃焼チャンバー７４４内に配置されている。
【００５８】
アクチュエータ５０は各吸気および排気バルブ７４０,７６２に関して設けられ、そして第１のリンク１５０の所定のポイントＰは対応するバルブシステムに対して回動可能に連結される。アクチュエータ５０は、コントローラ(図示せず)から受け取った制御信号に基づいて、シリンダーブロック７１８に対して吸気および排気バルブ７４０,７６２を位置調整する役割を果たす。コントローラは、ハウジング６２に対するローターポジションを指し示すエンコーダ信号からのバルブ動作データ、およびクランクシャフトデータを含む信号を受け取る。これらの信号に基づいて、コントローラはアクチュエータ５０のロータリーモーター６０に対して制御信号を出力し、これによって、バルブ７４０,７６２のポジションはシリンダーブロック７１８に対して制御される。
【００５９】
図１５を参照すると、別な実施形態では、アクチュエータ５０はそれぞれの吸気および排気バルブ７４０,７６２に対して間接的に連結されてもよい。たとえば、第１のリンク１５０の所定のポイントＰは吸入プッシュロッド７３０に連結できる。プッシュロッド７３０は、ピボット軸７３４上で揺動する吸気ロッカーアーム７３２を動作させる。ロッカーアーム７３２は一対の作動アーム７３６を含むが、そのそれぞれは、好ましくは、油圧ラッシュアジャスター７３８を支持する。ラッシュアジャスター７３８は一対の吸気バルブ７４０と係合する。この図ではアクチュエータ５０および吸気プッシュロッド７３０ｂによって隠れているが、別なアクチュエータ５０が一次ロッカーアーム７５４を作動させるために排気プッシュロッドに連結されており、これは、吸気ロッカーアーム７３２と同じピボット軸７３４上で回動可能である。一次ロッカーアーム７５４は、今度は、二次ロッカーアーム７５８と係合する二次プッシュロッド７５６と係合する。ロッカーアーム７５８の作動アームは、直接、排気バルブ７６２と係合する。先の実施形態と同様、アクチュエータ５０は、コントローラ(図示せず)から受け取った制御信号に基づいて、シリンダーブロック７１８に対して吸気および排気バルブ７４０,７６２を位置調整する役割を果たす。コントローラは、ハウジング６２に対するローターポジションを指し示すエンコーダ信号からのバルブ動作データ、およびクランクシャフトデータを含む信号を受け取る。これらの信号に基づいて、コントローラはアクチュエータ５０のロータリーモーター６０に対して制御信号を出力し、これによって、バルブ７４０,７６２のポジションはシリンダーブロック７１８に対して制御される。
【００６０】
ここに示すエンジンバルブポジション制御機構は、シリンダー７１２の各エンジンバルブ７４０,７６２のためにアクチュエータ５０を備えるが、これは限定ではない。たとえば、単一のアクチュエータ５０を複数のバルブを制御するために使用できる。たとえば、単一のアクチュエータは、単一の燃焼チャンバーに組み合わされた複数の吸気バルブを同時に作動させることができる。
【００６１】
バルブ動作を制御するためにアクチュエータ５０を使用することは、有利なことには、バルブの動作をエンジンクランクシャフトの回転から切り離すことを可能とする。さらに、完全に制御可能なバルブは、エンジン速度の全範囲にわたって、タイミングおよびリフトの完全な制御を可能とする。これは、全運転条件にわたってバルブ動作を最適化することを可能とする。それはまた、運転の変更を可能とし、エンジン効率モードにおける、あるいは最大パワー供給モードにおける運転を可能とする。それはエンジンシリンダーの非作動化を容易にし、そして、より複雑な非作動化スキームを可能とする。たとえば、現在の手法のように全シリンダーバンクを非作動化するのではなく、シリンダーバンクの一部あるいは別個のシリンダーを非作動化することができる。さらに、バルブ動作を制御するためのアクチュエータ５０の使用は、クランクシャフトを回転させるための別個のスターターを要さずに、エンジンのセルフスタートを可能とする。
【００６２】
アクチュエータ５０を含む、ここで説明したエンジンバルブ制御システムの使用は、移動量の直線範囲が制限されたスペース内で最大化される、この用途に好適な様式で、回転動作の直線動作への変換を実現する。たとえば、バルブシャフトと整列状態で配置されかつバルブステムから上方に突出する必要があるリニア・アクチュエータとは異なり、アクチュエータ５０は、バルブの一方側に対する位置から、随意に、バルブリフトプロファイルを制御でき、したがって、バルブトレーンに対して高さを付加しない。バルブの側方に対するアクチュエータ５０の位置は、レバーあるいはロッカーアームを要さずに、バルブの直線変位を提供でき、これは、バルブガイドの摩擦損失および磨耗を著しく低減できる。
【００６３】
この特徴は、アクチュエータ５０のコンパクトなサイズと組み合わされて、シリンダー当たり複数のバルブが採用された場合に、各バルブの完全な制御を実現しながら、複数のアクチュエータをシリンダーの周囲に設置するか、あるいはシリンダーの周面の回りに離間して配置することができるように、アクチュエータのパッケージングを可能とする。
【００６４】
アクチュエータ５０は、バルブポジションを制御するためにリンケージを介して作用するロータリーモーター６０を利用するので、アクチュエータ５０はシリンダーヘッド７１６から離れて配置できる。これは有利である。なぜなら、これは、アクチュエータ５０およびセンサーがシリンダー排気バルブおよびマニホールドに関連する高温を回避することを可能とするからである。これは、熱消磁温度に達する前にアクチュエータのコイル内で消散できる電力量を増大する。さらに、アクチュエータモーターはバルブ自体から離れて配置されるので、冷却デバイスの設計は簡素化される。たとえば、他の構造体と干渉することなく、アクチュエータモーターの全てを取り囲む冷却ジャケットを設けることができる。
【００６５】
アクチュエータ５０において、ローターエンコーダ１２０がポジションを検出するために使用される。このセンサーは、バルブの位置から離れて、ロータリーモーター６０と共に配置される。ロータリーエンコーダ１２０は、リニアポジション・速度センサーよりも、安価であり、かつ、信頼性が高い。それはまた、低温であると思われるポジションに配置することができる。アクチュエータ５０はロータリーモーター６０を利用するので、バルブポジションおよび速度を検出するための信頼性の高いセンサーの設計および製造は相対的に簡単である。
【００６６】
アクチュエータ５０はロータリーモーターを利用するので、当該デバイスはエンジン７００でに使用に好適である。なぜなら、高いエンジン速度では、シリンダークラッキング圧力に打ち勝つと共に排気バルブを開くために、かなりのピークパワーが必要となるからである。この要求はシステムのパワーエレクトロニクスに極度の要求を課し、そしてさらに、アクチュエータにおける最大効率に関する必要性を生じさせる。上述した理由から、ロータリーモーターは、たとえばリニアモーターを利用するアクチュエータよりも、本質的により効率がよい。ロータリーモーターの相対効率はモーターそれ自体をことによるとダウンサイズするために、あるいは電力要求を低減するために、あるいは両方のために利用できる。
【００６７】
パッケージングの観点から、ロータリーモーター６０およびリンケージ５２を含むアクチュエータ５０は、リニアモーターよりも小さな断面を有し、そしてモーターとバルブとに間のリンケージ接続によって、アクチュエータは、ロータリーモーターがバルブの上に直に載らないように、バルブトレーンと一体化できる。たとえば、アクチュエータ５０はＶ型エンジンのシリンダーバンク間に配置できる。さらに、別体リンケージ(必要ならば)が、リンケージ５２のポイントＰをバルブに対して接続できる。アクチュエータのロータリーモーターをバルブから離れて配置することによって、シリンダーシステム当たりの積極的に制御される複数のバルブをパッケージするのが、一層容易なものとなる。
【００６８】
バルブシートとのバルブの衝突が生じるのを避けるために正確な制御が必要とされる。トルクとアクチュエータ５０によって得られるポジションとの間の特定の関係は、エンジンバルブの制御を簡素化する。
【００６９】
図１６を参照すると、アクチュエータ６５０はアクチュエータ５０の代替実施形態である。アクチュエータ６５０は実質的にアクチュエータ５０と類似しているが、アクチュエータ５０のエンドキャップ１００,２００は組み立ての容易性を改善するために改変されている点で相違する。特に、改変されたエンドキャップ(図示せず)は低減された外径を有するように形成されており、かつ、エンドキャップ１００,２００を支持する大径ローターベアリング８９は、より小さな直径の類似のベアリングによって置き換えられている。改変されたエンドキャップの低減された直径によって、４本バーリンケージの第１のバー１１６に対応すると共に相応の寸法とされた第３のリンク２８０が提供される。
【００７０】
図示する実施形態は特定のモーターおよびベアリングを使用するものとして説明されているが、本発明はこうしたコンポーネントに限定されるものではなく、モーターおよびベアリングは、特定の用途の要求に基づいて選択されることは明らかである。
【００７１】
回転動作を直線動作へと変換するための機構の選択された例証的実施形態を詳しく説明した。だが、ここでは、本発明を明確にするために必要と考えられる一つの構造を説明したに過ぎないことに留意されたい。その他の既存の構造、およびシステムの付属的かつ補助的コンポーネントのそれは、当業者には公知でありかつ理解されると考えられる。さらに、本発明の役立つ実例を説明してきたが、本発明は上述した役立つ実例には限定されず、さまざまな設計変更を特許請求の範囲に記載した本発明から逸脱することなく実施可能である。
【符号の説明】
【００７２】
５０ アクチュエータ
５２ 第１のリンケージ
６０ ロータリーモーター
６２ モーターハウジング
６３ 密閉側壁
６４ ハウジングエンドプレート
６６ 開口
６８ プレートピボットピン
７２ ステータ
７６ 第１の回転軸線
８０ ローター
８２ 第２の回転軸線
８４ 第１の端部
８５ 第２の端部
８６ ネジ孔
８８ 第２のバー
８９ ローターベアリング
９０ 停止部材
１００ エンドキャップ
１０１ 第１の端部
１０２ 外面
１０３ 第２の端部
１０４ 突出段部
１０６ ショルダー
１０８ エンドキャップピン
１１０ 第３の回転軸線
１１６ 第１のバー
１１８ エンコーダシャフト
１２０ 外部光学エンコーダ
１２２ 入力シャフト
１２４ フレキシブルカップリング
１２８ 環状突起
１３０ ネジ孔
１３２ 回転中心
１５０ 第１のリンク
１５１ 第３のバー
１５２ 第１の端部
１５４ 第２の端部
１５６ 中間ポイント
１５８,１６０ ベアリング
１６２ リンクピン
１６４ 第４の回転軸線
１６５ 貫通孔
１６６,１６８ 主面
１８０ 第２のリンク
１８１ 第４のバー
１８２ 第１の端部
１８４ 第２の端部
１８６,１８８ ヨークアーム
１９４ ベアリング
１９５ 貫通孔
１９６,１９８ 主面
２００ 第２のエンドキャップ
２０２ 貫通孔
２５２ 第２のリンケージ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボディのポジションを制御するよう構成されたアクティブ振動抑制デバイスであって、
少なくとも一つの方向への前記ボディの移動に対応する入力信号を提供するよう構成された少なくとも一つのセンサーと、
前記ボディのポジションを制御するよう構成されたロータリーモーターと、
前記ロータリーモーターを前記ボディに連結する少なくとも二つの回動可能に連結されたリンクを備えるリンケージであって、前記モーターからの回転動作出力を前記ボディの直線動作へと変換するよう構成されたリンケージと、
コントローラであって、前記少なくとも一つのセンサーからの前記入力信号に基づいて、前記少なくとも一つの方向において前記ボディを位置調整するために前記リンケージを介して作用する前記ロータリーモーターに制御信号を提供するコントローラと、
を具備することを特徴とするアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項２】
前記ボディに一定の力を提供するために前記モーターによって要求されるトルクは、実質的に、前記ロータリーモーターの出力シャフトの１００度の角回転にわたって一定であることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項３】
前記リンケージは、前記ボディの動作が前記出力シャフトの１８０度の回転にわたって前記出力シャフトの角変位に実質的に比例するように、前記モーターの出力シャフトの回転動作を直線動作へと変換するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項４】
前記リンケージは、前記ボディにおいて一定の力を生み出すために前記モーターによって要求されるトルクが、少なくとも４インチの前記ボディの変位の範囲にわたって実質的に一定であるように、前記モーターの出力シャフトの回転動作を直線動作へと変換するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項５】
前記リンケージは前記モーターの一方側において前記モーターの出力シャフトに接続されており、かつ、前記デバイスは、さらに、前記一方側と対向する前記モーターの側において、前記モーターの前記出力シャフトに接続された第２のリンケージを備えることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項６】
第２のロータリーモーターと、前記ボディのポジションを制御するよう構成された第２のリンケージと、をさらに具備してなり、前記第１および第２のロータリーモーターは、その個々のローター軸線が平行であるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項７】
第２のロータリーモーターと、前記ボディのポジションを制御するよう構成された第２のリンケージと、をさらに具備してなり、前記第１および第２のロータリーモーターは、その個々のローター軸線が共直線状であるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項８】
前記ボディは車両シートからなることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項９】
前記シートは車両内に配置されており、かつ、前記車両の床に対して固定された前記モーターは、前記床と前記シートとの間に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項１０】
前記シートの直線移動距離は少なくとも４インチであることを特徴とする請求項８に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記少なくとも一つのセンサーによって送信される加速度を最小化するように前記ロータリーモーターに対して制御信号を提供することを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項１２】
アクチュエータであって、
出力シャフトを含むロータリーモーターと、
前記出力シャフトに接続されたリンケージとを、備え、前記リンケージは、
第１の回転軸線を形成するハウジングピボットピンを備えたモーターハウジングと、
前記出力シャフトに固定された第１のリンクであって、前記出力シャフトは第２の回転軸線を形成し、前記第２の回転軸線は前記第１の回転軸線と平行でありかつそれから離間させられており、前記第１のリンクは、前記第２の回転軸線から離間させられた位置に配置されかつ前記第１の回転軸線と平行な第３の回転軸線を形成する第１のリンクピボットピンを備える第１のリンクと、
前記第１のリンクピボットピンに対して第１の端部において回動可能に連結された第２のリンクであって、この第２のリンクは前記第１の回転軸線と平行な第４の回転軸線を形成する第２のリンクピボットピンを備え、この第２のリンクピボットピンは前記第２のリンクの前記第１の端部と前記第２のリンクの所定のポイントとの間に配置されている第２のリンクと、
前記ハウジングピボットピンに対して第１の端部において回動可能に連結され、かつ、前記第２のリンクピボットピンに対して第２の端部において回動可能に連結された第３のリンクと、を具備してなり、
前記出力シャフトの回転は、前記ハウジングに対する前記所定のポイントの直線動作を生じるようになっていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１３】
前記所定のポイントにおいて前記モーターによって生み出されるトルクは、前記所定のポイントにおいて加えられる一定の力のために、前記出力シャフトの１００度の角回転にわたって、実質的に一定であることを特徴とする請求項１２に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記リンケージは前記モーターの一方側で前記モーターの出力シャフトに接続されており、かつ、前記デバイスはさらに、前記一方側と対向する前記モーターの側において前記モーターの前記出力シャフトに対して接続された第２のリンケージを含むことを特徴とする請求項１２に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
前記ハウジングピボットピンおよび前記第１および第２のリンクピボットピンのそれぞれはベアリング上で支持されており、かつ、前記リンクは、前記ベアリングが実質的に同一平面上にあるように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載のアクチュエータ。
【請求項１】
ボディのポジションを制御するよう構成されたアクティブ振動抑制デバイスであって、
少なくとも一つの方向への前記ボディの移動に対応する入力信号を提供するよう構成された少なくとも一つのセンサーと、
前記ボディのポジションを制御するよう構成されたロータリーモーターと、
前記ロータリーモーターを前記ボディに連結する少なくとも二つの回動可能に連結されたリンクを備えるリンケージであって、前記モーターからの回転動作出力を前記ボディの直線動作へと変換するよう構成されたリンケージと、
コントローラであって、前記少なくとも一つのセンサーからの前記入力信号に基づいて、前記少なくとも一つの方向において前記ボディを位置調整するために前記リンケージを介して作用する前記ロータリーモーターに制御信号を提供するコントローラと、
を具備することを特徴とするアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項２】
前記ボディに一定の力を提供するために前記モーターによって要求されるトルクは、実質的に、前記ロータリーモーターの出力シャフトの１００度の角回転にわたって一定であることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項３】
前記リンケージは、前記ボディの動作が前記出力シャフトの１８０度の回転にわたって前記出力シャフトの角変位に実質的に比例するように、前記モーターの出力シャフトの回転動作を直線動作へと変換するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項４】
前記リンケージは、前記ボディにおいて一定の力を生み出すために前記モーターによって要求されるトルクが、少なくとも４インチの前記ボディの変位の範囲にわたって実質的に一定であるように、前記モーターの出力シャフトの回転動作を直線動作へと変換するよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項５】
前記リンケージは前記モーターの一方側において前記モーターの出力シャフトに接続されており、かつ、前記デバイスは、さらに、前記一方側と対向する前記モーターの側において、前記モーターの前記出力シャフトに接続された第２のリンケージを備えることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項６】
第２のロータリーモーターと、前記ボディのポジションを制御するよう構成された第２のリンケージと、をさらに具備してなり、前記第１および第２のロータリーモーターは、その個々のローター軸線が平行であるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項７】
第２のロータリーモーターと、前記ボディのポジションを制御するよう構成された第２のリンケージと、をさらに具備してなり、前記第１および第２のロータリーモーターは、その個々のローター軸線が共直線状であるように配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項８】
前記ボディは車両シートからなることを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項９】
前記シートは車両内に配置されており、かつ、前記車両の床に対して固定された前記モーターは、前記床と前記シートとの間に配置されていることを特徴とする請求項８に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項１０】
前記シートの直線移動距離は少なくとも４インチであることを特徴とする請求項８に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項１１】
前記コントローラは、前記少なくとも一つのセンサーによって送信される加速度を最小化するように前記ロータリーモーターに対して制御信号を提供することを特徴とする請求項１に記載のアクティブ振動抑制デバイス。
【請求項１２】
アクチュエータであって、
出力シャフトを含むロータリーモーターと、
前記出力シャフトに接続されたリンケージとを、備え、前記リンケージは、
第１の回転軸線を形成するハウジングピボットピンを備えたモーターハウジングと、
前記出力シャフトに固定された第１のリンクであって、前記出力シャフトは第２の回転軸線を形成し、前記第２の回転軸線は前記第１の回転軸線と平行でありかつそれから離間させられており、前記第１のリンクは、前記第２の回転軸線から離間させられた位置に配置されかつ前記第１の回転軸線と平行な第３の回転軸線を形成する第１のリンクピボットピンを備える第１のリンクと、
前記第１のリンクピボットピンに対して第１の端部において回動可能に連結された第２のリンクであって、この第２のリンクは前記第１の回転軸線と平行な第４の回転軸線を形成する第２のリンクピボットピンを備え、この第２のリンクピボットピンは前記第２のリンクの前記第１の端部と前記第２のリンクの所定のポイントとの間に配置されている第２のリンクと、
前記ハウジングピボットピンに対して第１の端部において回動可能に連結され、かつ、前記第２のリンクピボットピンに対して第２の端部において回動可能に連結された第３のリンクと、を具備してなり、
前記出力シャフトの回転は、前記ハウジングに対する前記所定のポイントの直線動作を生じるようになっていることを特徴とするアクチュエータ。
【請求項１３】
前記所定のポイントにおいて前記モーターによって生み出されるトルクは、前記所定のポイントにおいて加えられる一定の力のために、前記出力シャフトの１００度の角回転にわたって、実質的に一定であることを特徴とする請求項１２に記載のアクチュエータ。
【請求項１４】
前記リンケージは前記モーターの一方側で前記モーターの出力シャフトに接続されており、かつ、前記デバイスはさらに、前記一方側と対向する前記モーターの側において前記モーターの前記出力シャフトに対して接続された第２のリンケージを含むことを特徴とする請求項１２に記載のアクチュエータ。
【請求項１５】
前記ハウジングピボットピンおよび前記第１および第２のリンクピボットピンのそれぞれはベアリング上で支持されており、かつ、前記リンクは、前記ベアリングが実質的に同一平面上にあるように構成されていることを特徴とする請求項１２に記載のアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公表番号】特表２０１３−５２１４４３（Ｐ２０１３−５２１４４３Ａ）
【公表日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５５５２１４（Ｐ２０１２−５５５２１４）
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２８４５１
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１１９３６５
【国際公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（５９１００９５０９）ボーズ・コーポレーション (121)
【氏名又は名称原語表記】ＢＯＳＥ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月１５日（２０１１．３．１５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／０２８４５１
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／１１９３６５
【国際公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【出願人】（５９１００９５０９）ボーズ・コーポレーション (121)
【氏名又は名称原語表記】ＢＯＳＥ ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ
【Ｆターム（参考）】
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