JP2023065404A - 高減速ベルト駆動リニアアクチュエータ - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、「フラットベルト用の滑車装置」と題する、2017年9月8日に出願された米国仮出願第62/555,944号に対する優先権を主張し、その出願全体は参照により本明細書に組み込まれる。
本開示は、回転モータを動力とし、最新のスチール強化ポリウレタンフラットベルトによって駆動されるリニアアクチュエータシステムの設計に関する。
フラットベルトは、潤滑の要件、比較的低い牽引力、および低い耐用年数など、ワイヤロープがワイヤロープ式エレベータシステムにもたらす問題を解決するために発明された。材料科学の進歩により、平行に配置された複数のワイヤロープを囲む頑丈で耐久性のあるポリウレタンジャケットが製造され、より小さな牽引ドラムの使用が可能になると同時に、耐用年数予測が3倍以上長くなった。スチール強化ポリウレタンベルトは、高性能で耐久性があり、メンテナンスが不要である。これらの特性の組み合わせにより、エレベータ業界全体で急速に採用されてきた。これは長期間メンテナンスなしで効率的に動力を伝達できるため、これらは現在、シザーリフト、フォークトラック、ジム用機器など、他の振動リニア用途へ進出している。
一般に、本開示は、フラットベルトシステムで展開するように構成されたリニア作動システムに関する。
隔で互いに離間しており、第2の複数のシーブのシーブは、互いに異なるシーブ中心線直径を有している。第1シャフトおよび第2シャフトの少なくとも一方は、主駆動軸に沿って並進するように構成される。第1シャフトおよび第2シャフトは、主駆動軸に沿って配置され、主駆動軸の周りの静的回転角の分、互いに対してオフセットされる。第1の複数のシーブおよび第2の複数のシーブの各シーブの幾何学的中心線に沿って延びる線分のそれぞれの端の点は、主駆動軸に直交する共通の円形の形状に沿ってある。
と同時に増加するように構成され、第1の複数の外側シーブと第1の複数の内側シーブとの間の距離が、第2の複数の外側シーブと第2の複数の内側シーブとの間の距離が増加すると同時に減少するように構成される。第1内側シャフトおよび第2内側シャフトは、軸に沿って振動するように構成されてもよい。ベルト駆動リニアアクチュエータシステムは、方向転換シーブに結合された回転アクチュエータを含んでもよい。第1の複数の外側シーブ、第2の複数の外側シーブ、第1の複数の内側シーブ、および第2の複数の内側シーブの各々は、異なる直径を有するシーブを含む。異なる直径を有するシーブは、互いに平行であってもよい。平行シーブ間の間隔は一定ではなくてもよい。シーブの直径が小さくなると、平行シーブ間の間隔が小さくなる場合がある。ベルト駆動リニアアクチュエータシステムは、平行シーブ間に間隔を設けるため、シーブ間に配置されたスラストワッシャを含み得る。シーブは、軸方向外側に向かって直径が小さくなり得る。
当業者は、図面が主に例示を目的とするものであり、本明細書に記載される本発明の主題の範囲を限定することを意図していないことを理解するであろう。図面は必ずしも縮尺どおりではなく、場合によっては、本明細書で開示される本発明の主題の様々な態様は、各特徴の理解を容易にするために、図面で誇張または拡大して示される場合がある。図面において、同様の参照符号は一般に、同様の特徴(例えば、機能的に類似および/または構造的に類似の要素)を指す。
以下は、フラットベルトと共に使用するための滑車装置の配置に関連する様々な概念の例示的な実施形態のより詳細な説明である。
い領域である。この設計にはフリートアングルが存在するだけでなく、主駆動シャフト76と106との間の距離が機械の移動範囲によって変化するため、フリートアングルも変化する。このシステムは限られた状況では機能するが、全体の張力、シーブの圧力、および耐用年数で測定されるベルトの性能は、同じトポロジーのワイヤロープに比べて低くなる。
システムにかかる外部負荷に相当し、高張力側から低張力側へのベルト張力の差は、後述する摩擦駆動によってもたらされる。本発明のこの例示的な実施形態では、2つの滑車装置が双方向の負荷能力のために互いに対向することに留意されたい。単動機能を必要とする本発明の他の実施形態では、1つの滑車装置のみが必要となり(図18を参照)、キャプスタン駆動機構から解放された余分なベルトが低張力巻き取りリールへ移動される。
1603の一部である。アイドラプーリは、終端点からシーブに向かってベルトの方向を変えるために使用される。終端ハウジング1604は、ベースフレーム1504に固定されている。通常の動作では、ベルトに高張力が発生すると、終端体1603がベースフレーム1504に対して押圧する。動作中に低いベルト張力が発生すると、圧縮バネ1605は終端体1603を外側に押し出し、常にベルト張力を維持し、これにより牽引ドラム1501が機能することを可能にする。
図18は、滑車装置の1セットのみに依存する本発明の代替となる種類を示している。ベルトは、第1の滑車装置および駆動ユニットを出た後、リールに巻き取られる。複数のシーブ1801は、シーブセット311に類似しており、複数のシーブ1802は、シーブセット310に類似している。駆動シーブ1803は、先の種類の駆動シーブ1501に類似しており、アイドラシーブ1804は、アイドラシーブ1503に類似している。
意の追加の中間部材が互いに取り付けられることで達成され得る。そのような結合は、本質的に永続的であっても、本質的に取り外し可能または解放可能であってもよい。
まれる」、「関与する」、「保持する」、「から構成される」等のすべての移行句などはオープンエンドであると理解されるべきであり、すなわち、含むがこれに限定されないことを意味する。米国特許庁特許審査手続マニュアル、セクション2111.03に記載されているように、「からなる」および「から本質的になる」という移行句のみがそれぞれクローズドまたはセミクローズドの移行句とされる。
Claims (23)
- 主駆動軸を有するアクチュエータシャーシと、
前記アクチュエータシャーシに結合された第1シャフトにそれぞれ結合された第1の複数のシーブであって、前記第1の複数のシーブが、前記第1シャフトと一致する回転軸を有するシーブを備え、前記第1の複数のシーブ内の前記シーブが、一定ではない間隔で互いに離間しており、前記第1の複数のシーブ内の前記シーブが、互いに異なるシーブ中心線直径を有する、第1の複数のシーブと、
前記アクチュエータシャーシに結合された第2シャフトにそれぞれ結合された第2の複数のシーブであって、前記第2の複数のシーブが、前記第2シャフトと一致する回転軸を有するシーブを備え、前記第2の複数のシーブ内の前記シーブが、一定ではない間隔で互いに離間しており、前記第2の複数のシーブ内の前記シーブが、互いに異なるシーブ中心線直径を有する、第2の複数のシーブと、
を備えるリニアアクチュエータシステムであって、
前記第1シャフトおよび前記第2シャフトのうちの少なくとも1つが前記主駆動軸に沿って並進するように構成されており、前記第1シャフトおよび前記第2シャフトが、前記主駆動軸に沿って配置されており、相互に対して前記主駆動軸の周りを静的回転角度の分オフセットされており、前記第1の複数のシーブおよび前記第2の複数のシーブの各シーブの幾何学的中心線に沿って延びる線分のそれぞれの端の点が、前記主駆動軸に直交する共通の円形形状に沿って位置する、リニアアクチュエータシステム。 - 第1終端点から前記第1の複数のシーブまで、およびその周り、前記第2の複数のシーブまで、およびその周り、そして第2終端点まで延びるフラットベルトをさらに備える、請求項1に記載のリニアアクチュエータシステム。
- 前記フラットベルトに係合するように構成された駆動機構をさらに備える、請求項2に記載のリニアアクチュエータシステム。
- 前記駆動機構が電気モータを備える、請求項3に記載のリニアアクチュエータシステム。
- 前記主駆動軸に沿って並進するように前記アクチュエータシャーシに可動に結合された少なくとも1つの作動シャフトをさらに備える、請求項1に記載のリニアアクチュエータシステム。
- アクチュエータシャーシと、
軸に沿って並進するように前記アクチュエータシャーシに可動に結合された作動シャフトと、
第1外側シャフトおよび第2外側シャフトにそれぞれ結合された第1の複数の外側シーブおよび第2の複数の外側シーブであって、前記第1の複数の外側シーブおよび前記第2の複数の外側シーブがそれぞれ、前記第1外側シャフトおよび前記第2外側シャフトの周りを自由に回転するように構成されており、前記第1外側シャフトおよび前記第2外側シャフトが、前記アクチュエータシャーシに回転可能に結合されるとともに前記アクチュエータシャーシに対して横方向に固定される、第1の複数の外側シーブおよび第2の複数の外側シーブと、
第1内側シャフトおよび第2内側シャフトにそれぞれ結合された第1の複数の内側シーブおよび第2の複数の内側シーブであって、前記第1の複数の内側シーブおよび前記第2の複数の内側シーブがそれぞれ、前記第1内側シャフトおよび前記第2内側シャフトの周りを自由に回転するように構成されており、前記第1内側シャフトおよび前記第2内側シャフトが、前記アクチュエータシャーシ内の軸に沿って並進して前記作動シャフトを駆動
するように構成される、第1の複数の内側シーブおよび第2の複数の内側シーブと、
第1終端点から、前記第1の複数の内側シーブ、前記第1の複数の外側シーブ、前記第2の複数の内側シーブ、前記第2の複数の内側シーブまで、およびその周り、および第2終端点まで延びるフラットベルトと、
を備えるベルト駆動リニアアクチュエータシステムであって、
フリートアングルを排除するため、前記第1外側シャフトおよび前記第1内側シャフトが、軸の周りの静的回転角度の分、互いに対して傾斜し、前記第2外側シャフトおよび前記第2内側シャフトが、軸の周りの静的回転角度の分、互いに対して傾斜している、ベルト駆動リニアアクチュエータシステム。 - 前記アクチュエータシャーシに結合され、回転アクチュエータに結合されるように構成された方向転換シーブを備える、請求項6に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 前記フラットベルトが、前記第1終端点から、前記第1の複数の外側シーブまで、およびその周り、次に前記方向転換シーブまで、およびその周り、次に前記第2の複数の内側シーブまで、およびその周り、次に前記第2の複数の外側シーブまで、およびその周り、そして第2終端点まで延びる、請求項6に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 前記回転アクチュエータをさらに備える、請求項6に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 前記回転アクチュエータが前後に回転するように構成されている、請求項9に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 前記アクチュエータシャーシが、前記アクチュエータシャーシの周りに配置されたハウジングカバーを備え、前記作動シャフトの少なくとも一部が、前記ハウジングカバーに出入りする、請求項6に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 前記第1内側シャフトおよび前記第2内側シャフトが、前記軸に沿って同じ方向に並進するように構成され、前記第1の複数の外側シーブと前記第1の複数の内側シーブとの間の距離が、前記第2の複数の外側シーブと前記第2の複数の内側シーブとの間の距離が減少するのと同時に増加するように構成され、前記第1の複数の外側シーブと前記第1の複数の内側シーブとの間の距離が、前記第2の複数の外側シーブと前記第2の複数の内側シーブが増加するのと同時に減少するように構成される、請求項6に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 前記第1内側シャフトおよび前記第2内側シャフトが、前記軸に沿って振動するように構成される、請求項6に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 前記方向転換シーブに結合された前記回転アクチュエータをさらに備える、請求項6に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 前記第1の複数の外側シーブ、前記第2の複数の外側シーブ、前記第1の複数の内側シーブ、および前記第2の複数の内側シーブの各々が、異なる直径を有するシーブを備える、請求項6に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 異なる直径を有する前記シーブが互いに平行である、請求項15に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 平行シーブ間の間隔が一定ではない、請求項16に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 平行シーブ間の間隔が、前記シーブの直径が減少するにつれて減少する、請求項17に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 前記平行シーブ間に間隔を設けるために、前記シーブ間に配置されたスラストワッシャをさらに備える、請求項17に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- 前記シーブの直径が軸方向外側に向かって減少する、請求項15に記載のベルト駆動リニアアクチュエータシステム。
- アクチュエータシャーシと、
軸に沿って並進するように前記アクチュエータシャーシに可動に結合された作動シャフトと、
第1外側シャフトに結合され、前記第1外側シャフトの周りを自由に回転するように構成された第1の複数の外側シーブであって、前記第1外側シャフトが前記アクチュエータシャーシに回転可能に結合されるとともに前記アクチュエータシャーシに対して横方向に固定される、第1の複数の外側シーブと、
第1内側シャフトに結合され、前記第1内側シャフトの周りを自由に回転するように構成された第1の複数の内側シーブであって、前記第1内側シャフトが前記アクチュエータシャーシ内の軸に沿って並進して前記作動シャフトを駆動するように構成される第1の複数の内側シーブと、
第2内側シャフトに結合され、前記第2内側シャフトの周りを自由に回転するように構成された第2の複数の内側シーブであって、前記第2内側シャフトが、前記アクチュエータシャーシ内の軸に沿って並進して前記作動シャフトを駆動するように構成される、第2の複数の内側シーブと、
第2外側シャフトに結合され、前記第2外側シャフトの周りを自由に回転するように構成された第2の複数の外側シーブであって、前記第2外側シャフトが、前記アクチュエータシャーシに回転可能に結合されるとともに前記アクチュエータシャーシに対して横方向に固定される、第2の複数の外側シーブと、
前記アクチュエータシャーシに結合され、回転アクチュエータに結合されるように構成された方向転換シーブと、
第1終端点から前記第1の複数の内側シーブまで、およびその周り、次に前記第1の複数の外側シーブまで、およびその周り、次に前記方向転換シーブまで、およびその周り、次に前記第2の複数の内側シーブまで、およびその周り、次に前記第2の複数の外側シーブまで、およびその周り、次に第2終端点まで延びるフラットベルトと、
を備える、ベルト駆動リニアアクチュエータシステム。 - 方向転換シーブを回転させるために前記方向転換シーブに接続された回転アクチュエータを作動させ、前記方向転換シーブがアクチュエータシャーシに結合されていることを含むベルト駆動リニアアクチュエータシステムの駆動方法であって、
前記アクチュエータシャーシに可動に結合される作動シャフトであって、前記アクチュエータシャーシが軸に沿って並進する、作動シャフトと、
第1外側シャフトおよび第2外側シャフトにそれぞれ結合された第1の複数の外側シーブおよび第2の複数の外側シーブであって、前記第1の複数の外側シーブおよび前記第2の複数の外側シーブがそれぞれ前記第1外側シャフトおよび前記第2外側シャフトの周りを自由に回転するように構成されており、前記第1外側シャフトおよび前記第2外側シャフトが、前記アクチュエータシャーシに回転可能に結合されるとともに前記アクチュエー
タシャーシに対して横方向に固定される、第1の複数の外側シーブおよび第2の複数の外側シーブと、
第1内側シャフトおよび第2内側シャフトにそれぞれ結合された第1の複数の内側シーブおよび第2の複数の内側シーブであって、前記第1の複数の内側シーブおよび前記第2の複数の内側シーブがそれぞれ、前記第1内側シャフトおよび前記第2内側シャフトの周りを自由に回転するように構成されており、前記第1内側シャフトおよび前記第2内側シャフトが、前記アクチュエータシャーシ内の軸に沿って並進して前記作動シャフトを駆動するように構成される、第1の複数の内側シーブおよび第2の複数の内側シーブと、
第1終端点から、前記第1の複数の内側シーブ、前記第1の複数の外側シーブ、前記方向転換プーリ、前記第2の複数の内側シーブ、前記第2の複数の内側シーブまで、およびその周り、および第2終端点まで延びるフラットベルトと、
を前記アクチュエータシャーシが備え、
前記第1の複数の外側シーブ、前記第2の複数の外側シーブ、前記第1の複数の内側シーブおよび前記第2の複数の内側シーブが、フリートアングルを排除するようにフリースパンの水平方向がゼロであるように傾斜している、方法。 - 作動シャフトをアクチュエータシャーシに可動に結合し、前記作動シャフトが、軸に沿って並進するように前記アクチュエータシャーシに可動に結合されていることと、
第1の複数の外側シーブおよび第2の複数の外側シーブを前記アクチュエータシャーシに結合し、前記第1の複数の外側シーブおよび第2の複数の外側シーブが、それぞれ第1外側シャフトおよび第2外側シャフトを介して前記作動シャーシに結合され、前記第1の複数の外側シーブおよび前記第2の複数の外側シーブが、それぞれ前記第1外側シャフトおよび前記第2外側シャフトの周りを自由に回転するように構成され、前記第1外側シャフトおよび前記第2外側シャフトが前記アクチュエータシャーシに回転可能に結合されるとともに前記アクチュエータシャーシに対して横方向に固定されることと、
第1の複数の内側シーブおよび第2の複数の内側シーブを前記アクチュエータシャーシに結合し、前記第1の複数の内側シーブおよび第2の複数の内側シーブが、それぞれ第1内側シャフトおよび第2内側シャフトを介して前記作動シャーシに結合され、前記第1の複数の内側シーブおよび前記第2の複数の内側シーブが、それぞれ前記第1内側シャフトおよび前記第2内側シャフトの周りを自由に回転するように構成され、前記第1内側シャフトおよび前記第2内側シャフトが、前記アクチュエータシャーシの軸に沿って並進して前記作動シャフトを駆動するように構成されることと、
方向転換シーブを前記アクチュエータシャーシに結合することと、
回転アクチュエータを方向転換に結合することと、
第1終端点から、前記第1の複数の内側シーブ、前記第1の複数の外側シーブ、前記方向転換プーリ、前記第2の複数の内側シーブ、前記第2の複数の内側シーブまで、およびその周り、および第2終端点までフラットベルトを延伸させることと、
を含むベルト駆動リニアアクチュエータシステムの製造方法であって、
前記第1の複数の外側シーブ、前記第2の複数の外側シーブ、前記第1の複数の内側シーブおよび前記第2の複数の内側シーブが傾斜しており、前記第1の複数の外側シーブおよび前記第1の複数の内側シーブが、共通軸の周りで互いに逆の傾斜角で傾斜しており、前記第2の複数の外側シーブおよび前記第2の複数の内側シーブが、前記共通軸の周りで互いに逆の傾斜角で傾斜しており、フリートアングルが排除される、方法。
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