KR20190088534A - 전동 액츄에이터 - Google Patents

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앤드류 그레고리 사이먼
앤드류 티모시 라이너
폴 마틴 크뤼거
브래들리 딘 슐츠
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엠티에스 시스템즈 코포레이숀
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Abstract

지지 하우징(28, 124), 지지 하우징(28, 124)에 고정된 제 1 고정자 자기장 발생 조립체(26) 및 가동 전기자 조립체(22)를 갖는 전동 액츄에이터 조립체(20). 가동 전기자 조립체(22)는 중앙 지지부(150)를 갖는 판 조립체를 포함한다. 전동 액츄에이터 조립체는 또한 제 1 고정자 자기장 발생 조립체와 동작하는 자기장을 제공하여 기준 축을 따라 이동 가능한 전기자 조립체의 선형 운동을 제공하도록 구성된 제 1 전기자 자기장 발생 조립체를 포함하며, 제 1 전기자 자기장 발생 조립체는 중앙 지지부의 대향 측면에 고정된 제 1 및 제 2 자성 조립체를 포함한다. 다른 실시예에서, 전동 선형 액츄에이터(20)는 선형 구성 요소(25)에 결합되어 그와 함께 움직이는 회전 구성 요소(27)를 포함한다. 회전 구성 요소(27)는 고정자 자기장 발생 조립체보다 길거나 짧은 전기자 자기장 발생 조립체를 포함한다.

Description

전동 액츄에이터
이하의 논의는 일반적인 배경 정보를 제공하기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하는 용도로 사용되지 않는다.
본원에 기술된 양태는 액츄에이터에 관한 것으로, 특히 토크를 제공하는 것과 가능한 조합으로 선형 힘을 가할 것을 요구하는 전자기 액츄에이터의 구조에 관한 것이다. 이러한 액츄에이터의 특히 유리한 사용은 의료 기기 및 기타 장치(즉, 시험 표본)뿐만 아니라 재료, 구성 요소, 소비재의 파라미터 및/또는 성능을 시험하는데 사용되는 시험 기계 또는 장치에 있다. 전형적으로, 시험 기계는 입력 하중 및 변위를 적용하기 위한 하나 이상의 액츄에이터를 포함한다.
본 발명은 전동 액츄에이터를 제공한다.
하나의 일반적인 양태는 지지 하우징에 고정된 제 1 및 제 2 고정자 자기장 발생 조립체를 갖는 전동 액츄에이터를 포함한다. 가동(movable) 전기자 조립체는지지 하우징 내에 배치되고, 기준 축을 따라 가동 전기자 조립체의 선형 운동을 제공하기 위해 제 1 고정자 자기장 발생 조립체와 동작하는 자기장을 제공하도록 구성된 제 1 전기자 자기장 발생 조립체와, 가동 전기자 조립체중 적어도 일부의 회전 운동을 제공하기 위해 제 2 고정자 자기장 발생 조립체와 동작하는 자기장을 제공하도록 구성된 제 2 전기자 자기장 발생 조립체를 포함한다. 제 2 전기자 자기장 발생 조립체는 제 2 고정자 자기장 발생 조립체보다 길거나 짧다.
실시예는 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 자기장 발생 조립체는 권선 또는 자석으로 형성될 수 있는데: 특히, 제 1 고정자 자기장 발생 조립체가 권선을 포함하고, 제 1 전기자 자기장 발생 조립체가 영구 자석을 포함하며; 제 2 고정자 자기장 발생 조립체가 권선을 포함하고; 제 2 전기자 자기장 발생 조립체는 권선을 포함한다.
제 1 전기자 자기장 발생 조립체는 원통형 또는 평면형을 가질 수있다. 전동 액츄에이터 조립체는 제 2 전기자 자기장 발생 조립체를 제 1 전기자 자기장 발생 조립체에 회전 가능하게 연결하는 베어링을 포함할 수있다. 베어링은 횡 방향 하중을 반작용하도록 구성된 추가 베어링으로부터 공간으로 이격된 스러스트 베어링을 포함할 수 있다: 앵귤라 콘택 베어링; 및/또는 테이퍼진 베어링(angular contact bearing; and/or tapered bearing)
일 실시예로서, 전동 액츄에이터 조립체가 구성되는데, 여기서 제 1 전기자 자기장 발생 조립체가 중앙 지지부를 포함하고 제 1 및 제 2 자성 조립체가 중앙 지지부의 대향 측면에 고정된다. 원하는 경우, 중앙 지지부는 제 1 및 제 2 자성 조립체보다 부드러운 재료로 제조될 수 있다. 일 실시예로서, 제 2 전기자 자기장 발생 조립체가 패스너로 중앙 지지부에 고정되는데, 여기서 제 1 및 제 2 자성 조립체에 대해 지지하도록 제 2 전기자 자기장 발생 조립체가 중앙 지지부로부터 공간으로 이격된다. 다른 실시예에서, 축은 제 1 전기자 자기장 발생 조립체중 길이 방향의 길이를 따라 연장된 보어(bore) 내에서 연장된다. 전동 액츄에이터 조립체는 패스너로 중앙 지지부에 고정된 단부 부재를 포함할 수 있는데, 여기서 단부 부재는 제 1 및 제 2 자성 조립체를 지지하기 위해 중앙 지지부로부터 공간으로 이격되어 있다.
또 다른 실시예에서, 베어링은 적어도 부분적으로 제 1 전기자 자기장 발생 조립체 내로 연장되는 축 상에 제 2 전기자 자기장 발생 조립체를 지지하는데, 여기서, 다른 실시 예로서, 축은 제 1 전기자 자기장 발생 조립체중 길이 방향의 길이를 따라 연장된 보어 내에서 연장된다.
다른 일반적인 양태는 지지 하우징, 지지 하우징에 고정된 제 1 고정자 자기장 발생 조립체 및 가동 전기자 조립체를 갖는 전동 액추에이터 조립체를 포함한다. 가동 전기자 조립체는 중앙 지지부를 갖는 판 조립체를 포함한다. 전동 액츄에이터 조립체는 또한 기준 축을 따라 가동 전기자 조립체의 선형 운동을 제공하도록 제 1 고정자 자기장 발생 조립체와 동작하는 자기장을 제공하도록 구성된 제 1 전기자 자기장 발생 조립체를 포함하는데, 제 1 전기자 자기장 발생 조립체는 중앙 지지부의 대향 측면에 고정된 제 1 및 제 2 자성 조립체를 포함한다..
실시예는 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 중앙 지지부가 제 1 및 제 2 자성 조립체보다 부드러운 재료로 만들어진 전동 액츄에이터 조립체. 전동 액츄에이터 조립체는 패스너로 중앙 지지부에 고정된 단부 부재를 포함하는데, 여기서 단부 부재는 제 1 및 제 2 자성 조립체를 지지하기 위해 중앙 지지부로부터 공간으로 이격되어 있다.
본 발명은 전동 액츄에이터를 제공한다.
도 1은 본원에 개시된 액츄에이터를 갖는 예시적인 시험 기계의 사시도이다.
도 1a는 상이한 작동 구성을 갖는 액츄에이터의 사시도이다.
도 2a는 제 1 액츄에이터의 개략적인 단면도이다.
도 2b는 제 2 액츄에이터의 개략적인 단면도이다.
도 3은 제 1 액츄에이터의 실시예의 사시 단면도이다.
도 4는 제 1 베어링 구성을 갖는 액츄에이터의 회전 구성 요소의 개략적인 단면도이다.
도 5는 제 2 베어링 구성을 갖는 액츄에이터의 회전 구성 요소의 개략적인 단면도이다.
도 6은 제 3 베어링 구성을 갖는 액츄에이터의 회전 구성 요소의 개략적인 단면도이다.
도 7은 제 4 액츄에이터의 개략적인 단면도이다.
도 8은 제 5 액츄에이터의 개략적인 단면도이다.
도 9는 도 1의 액츄에이터의 개략적인 사시도이다.
도 10은 액츄에이터의 길이 방향 축에 평행한 축을 따른 도 9의 액츄에이터의 개략적인 단면도이다.
도 11은 액츄에이터의 길이 방향 축에 수직인 축을 따른 도 9의 액츄에이터의 개략 단면도이다.
도 12는 액츄에이터의 단부의 개략 단면도이다.
본 발명은 선형 및/또는 회전 변위가 가능한 전동 액츄에이터를 제공한다. 액츄에이터는 다양한 용도로 사용할 수 있다. 하나의 비제한적이지만 유리한 실시예로서, 전동 액츄에이터는 도 1에 도시된 시험 기계(10)에 제공된다. 일반적으로, 시험 기계 (10)는 도시되지 않은 크로스 헤드 구동 장치(모터, 감속기, 구동 벨트 등)에 의해 수직 컬럼(14) 상에서 이동 가능한 크로스 헤드(12)를 포함하는데, 여기서 컬럼(14)은 베이스(15)에 의해 지지된다. 하우징(21)은 전동 액츄에이터(20)를 둘러싸고 또한 크로스 헤드(12)와 함께 이동하도록 크로스 헤드(12)에 장착된다. 사용자 인터페이스(24)는 전동 액츄에이터(20) 및 시험 기계(10)를 적어도 부분적으로 공통적으로 제어하기 위해 제공되는데, 시험 기계(10)는 사용자가 시험 기계(10)를 더 제어하도록 하는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)를 생성하는 컴퓨팅 장치를 더 포함한다. 다른 실시예로서, 시험 기계(10)는 탁상에 의해 지지될 수 있는 크기일 수 있다. 도 1에서, 액츄에이터(20)는 시험편과 같은 물체가 작동 가능하게 결합되는 하단부를 갖는다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(20)는 물체가 작동 가능하게 결합되는 상단부를 갖는다. 액츄에이터(20)는 그것이 사용되는 적용을 고려하여 필요에 따라 위치 결정될 수 있음을 이해해야 한다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 전동 액츄에이터(20)의 구성 요소는 원하는 부하를 부여하기 위한 필요한 크기일 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 선형 운동 구성 요소(25) 및 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소(27)를 갖는 전동 액츄에이터(20)의 실시예를 개략적으로 도시한 것이다. 도 2a의 개략도에서, 전동 액츄에이터(20)는 선형 모터로서 동작하기에 적합한 교호 극성을 갖는 자기장으로 고정되는 제 1 전기자 자기장 발생 조립체(23)를 갖는 가동 전기자 조립체(22)를 포함한다. 제 1 고정자 자기장 발생 조립체(26)는 예를 들어 도 1에 도시된 크로스 헤드(12), 또는 액츄에이터(20)가 사용되는 방식에 따라 임의의 다른 베이스 또는 고정구에 고정될 수 있는 지지 하우징(28)에 고정된다.
전기자 조립체(22)의 단부, 여기서는 하단에, 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소(27)가 배치된다. 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소(27)는 회전 모터로서 동작하기에 적합한 교번하는 극성을 갖는 자기장으로 고정된 제 2 전기자 자기장 발생 조립체(31) 및 지지 하우징(28)에 고정되는 제2고정자 자기장 발생 조립체(30)를 갖는 선형으로 움직일 수 있을 뿐만 아니라 회전 가능한(부분 및/또는 완전 회전) 전기자(34)를 포함한다. 회전 가능한 전기자(34)는 베어링 조립체(35A,35B) 상에서 중심 지지축(33)을 중심으로 회전한다. 도식적으로 도시된 실시예로서, 지지판(36)은 전기자(34)가 지지축(33)을 중심으로 회전할 수 있도록 베어링(35A,35B)에 연결 가능한 지지 구조를 개략적으로 도시한다.
권선 제어기(40)는 전기자(34) 상의 제 2 전기자 자기장 발생 조립체(31) 및 제2고정자 자기장 발생 조립체(30) 중 적어도 하나뿐만 아니라 전기자(22) 상의 제 1 전기자 자기장 발생 조립체(23) 및 제 1 고정자 자기장 발생 조립체(26) 중 적어도 하나에 에너지를 제공하는데, 여기서 각각의 에너지를 받은 자기장 발생 조립체는 선형 또는 회전 모터로서 동작하기에 적합한 원하는 패턴의 자극을 생성하기에 적합한 형태의 권선을 포함한다. 예를 들어, 일 실시예로서, 권선 제어기(40)는 제 1 고정자 자기장 발생 조립체 (26) 및 제 2 고정자 자기장 발생 조립체(30)의 권선에 에너지를 공급할 수 있는데, 여기서 전기자(22) 상의 제 1 전기자 자기장 발생 조립체(23) 및 전기자(34) 상의 제2전기자 자기장 발생 조립체(31)는 영구 자석을 포함할 수 있다. 마찬가지로, 대안적인 실시예로서, 전기자 자기장 발생 조립체들 중 하나 또는 둘다는 권선 제어기(40)에 의해 에너지가 공급되는 권선을 포함할 수 있지만, 고정자 자기장 발생 조립체들 중 하나 또는 둘다는 자석을 포함한다. 전기자 자기장 발생 조립체들 중 하나 또는 둘다가 권선을 포함하면, 각각의 전기자 움직임이 있을 때 통전할 수 있도록 적절한 접점이 제공된다.
단지 예시로서, 제 1 고정자 자기장 발생 조립체(26) 및 제 2 고정자 자기장 발생 조립체(30)가 각각 권선을 포함한다면, 지지 하우징(28)에 대한 전기자 조립체(22)의 원하는 운동이 달성될 수 있도록 권선 제어기(40)는 선형 운동 구성 요소(25)중 하나 이상의 고정자 권선(26) 그리고 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소(27)중 하나 이상의 고정자 권선(30)에 에너지를 부여한다. 특히, 선형 운동 구성 요소(25)중 하나 이상의 고정자 권선(26)의 제어된 여기(excitation)는 전기자 조립체(22), 및 특히, 회전 가능한 전기자(34)의 축 방향 변위를 야기할 것이다(도 2a 및 2b의 도면에서 상부 및 하부로). 회전 가능한 전기자(34)의 회전을 일으키는 것이 또한 바람직한 경우, 전기자(34)가 지지축(33)을 중심으로 회전하게 하기 위해 권선 제어기(40)는 하나 이상의 고정자 권선(30)에 에너지를 제공한다.
도 2a 및 도 2b 중 어느 하나를 참조하면, 전기자(34) 상의 제 2 전기자 자기장 발생 조립체(31)와 제 2 고정자 자기장 발생 조립체(30)는 상이한 축 길이를 갖는다. 이러한 구조는 전기자(34)의 축 방향 위치가 선형 운동 구성 요소(25)에 의해 변위 되더라도 전기자(34)와 고정자(30)의 자기장이 상호 작용하여 전기자(34)의 회전을 일으킨다. 도 2a에서, 전기자(34) 상의 제 2 전기자 자기장 발생 조립체(31)는 제 2 고정자 자기장 발생 조립체(30)보다 축 방향으로 길지만, 도 2b에서는 전기자(34) 상의 제 2 전기자 자기장 발생 조립체(31)가 제 2 고정자 자기장 발생 조립체(30)보다 축 방향으로 짧다. 도 2a에 도시된 유형의 한 유리한 실시예로서, 전기자(34)상의 제 2 전기자 자기장 발생 조립체(31)는 자석을 포함하는 반면, 제 2 고정자 자기장 발생 조립체(30)는 권선을 포함한다. 이 실시예는 도 2b의 유사하게 구성된 실시예보다 도 2a의 실시예에서 권선의 양이 적고 비용이 일반적으로 낮기 때문에 유리하다.
선형 운동 구성 요소(25) 내의 전기자의 형상은 도 2a에 도시된 바와 같이 튜브형일 수 있거나 도 2b에 도시된 가동판의 형태 일 수 있다. 선형 운동 구성 요소(25)의 전기자는 예를 들어 29로 개략적으로 표시된 선형 가이드에 의해 안내된다. 도 2b의 실시예에서, 전기자 상의 제 1 전기자 자기장 발생 조립체 및 제 1 고정자 자기장 발생 조립체는 제공된 개략적인 단면도로 인해 도시되지 않았다. 제 1 전기자 자기장 발생 조립체는 선형 가이드(29)의 대향 측면 상에 판 부재(37)(그 중 하나가 도시 됨)에 장착될 것이다.
도 3은 도 2a에 도시된 것과 유사한 방식으로 구성되는 예시적인 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소(27)의 단면도를 도시한 것이다. 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소(27)는 단일 몸체로서 크로스 헤드(12)에 고정되거나 일체로 형성된 지지 칼라(50)를 포함한다. 지지 칼라(50)는 제 2 고정자 자기장 발생 조립체(30)를 지지한다. 전기자(34)는 예를 들어 시험편에 힘이 가해지는 단부 장착 판 또는 부재(52)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 단부 부재(52)는, 권선을 포함하는 일 실시예에서, 제 2 고정자 자기장 발생 조립체(30)에 대한 전기자(34)의 다양한 선형 위치에 대해 지지 칼라(50)에 겹치도록 충분한 직경의 원통 벽 (54)을 포함한다. 원통형 벽(54)은 오염물 또는 다른 파편이 전기자(34)와 접촉하는 것을 방지한다.
단부 부재(52)는, 그것에 결합된 개별 자석을 포함하는 일 실시예에서, 전기자 (34) 상의 제 2 전기자 자기장 발생 조립체용의 원통형 지지체 (60)의 일 단부에 고정된다. 단부 부재 (52)에 대향하는 단부에는, 상부 장착 링(62)이 전기자(34)의 원통형 지지체(60)에 고정된다. 지지축(33)은 전기자(34)를 관통하여 연장되는데, 여기서 전기자(34)의 원통형 지지체(60)가 지지축(33)에 대해 회전할 수 있게 일반적으로 35A, 35B로 표시된 베어링 조립체가 지지축(33)에 장착된다. 이 실시예에서, 각 베어링 조립체(35A, 35B)는 지지축(33) 및 전기자(34)의 원통형 지지체(60)를 통해 축 방향 힘을 전달하도록 구성된 축 방향 스러스트 베어링(70)을 포함한다. 축 방향 스러스트 베어링(70)은, 예를 들어, 니들 베어링 조립체를 포함할 수 있다. 스러스트 베어링(70)은 원통형 지지체(60)와 지지판(74) 사이에 작동 가능하게 결합된다. 너트(75)와 같은 패스너는 지지축(33) 상에 제공된 나사산에 결합되고 전기자 조립체를 함께 유지시킨다.
전기자(34)의 상단부에, 스러스트 베어링(70)이 원통형 지지체(60)와 지지축(33) 상에 제공된 환형 숄더(80) 사이에 작동 가능하게 결합된다. 스러스트 베어링(70)이 일반적으로 회전축에 직교하는 횡 방향 하중을 운반하는 데 적합하지 않기 때문에, 이러한 횡 방향 하중에 반응하기에 적합한 추가 베어링 조립체(72)가 또한 제공된다. 예를 들어 제한없이, 추가 베어링 조립체(72)는 롤러 베어링을 포함할 수있다. 추가 베어링(72)의 내부 레이스가 지지축(33)에 고정되는 반면, 외부 레이스는 원통형 지지체 (60)에 고정되는데 이때 원통형 지지체(60)의 환형 플랜지(88)에 대항하여 외부 레이스에 고정되는 예를 들어 리테이너 링(86)이 이용된다.
바람직하게, 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소(27)는 선형 운동 구성 요소(25)로부터, 예를 들어 시험편에, 액츄에이터(20)에 의해 가해질 최대 축 방향 하중보다 큰 양으로 축 방향으로 예비 하중을 받는다. 이러한 방식으로, 전기자 조립체(22), 전기자(34) 및 단부 부재(52)의 정밀 선형 위치 결정이 유지 될 수있다. 도시된 실시 예에서, 패스너(90)(일부가 도시됨)가 단부 부재(52)를 원통형 지지체(60)의 단부에 고정하는 반면, 패스너(90)와 유사한 패스너(92)는 장착링(62)을 단부 부재(52)의 반대 단부 상의 원통형 지지체(60)에 고정한다. 마찬가지로, 너트(75)는 액츄에이터(20)에 의해 가해지는 축 방향의 힘을 초과하도록 스러스트 베어링(70)에 미리 하중을 부여한다. 도시된 실시 예에서, 패스너(그 중에 하나가 77로 됨)가 지지축(33)을 선형 운동 전기자의 단부(104)에 장착한다.
회전 센서는 전기자(34)의 회전을 나타내는 출력 신호를 제공하도록 작동 가능하게 구성된다. 회전 센서는 다양한 형태를 취할 수 있다. 도시된 실시예에서, 위치 마킹을 갖는 인코더 링(102)이 장착 링(62)에 장착되고 장착 링(62)과 함께 회전하는 인코더가 도시되어 있다. 엔코더 링(102)의 움직임을 감지하도록 도시되지 않은 엔코더의 감지 요소가 적절하게 장착된다. 원하는 경우, 또는 대안으로, 전기자(34)의 절대 회전 위치를 측정하기 위해 아날로그 리졸버가 제공될 수 있다. 도시된 실시예에서, 리졸버는 지지축(33)에 제공된 공동 내에 장착된 고정 구성 요소(106)를 포함하는 반면, 회전 요소(108)가 전기자(34)의 회전과 함께 회전하도록 회전 요소(108)는 지지축(33)에 제공된 보어(110)를 통해 연장되고 패스너(81)로 단부 부재(52)에 고정된다. 도시된 회전 센서의 각각은 선형으로 전기자(34)와 함께 이동한다. 다른 실시예에서, 도시된 바와 같이 배치되기 보다는, 원하는 경우, 회전 센서는 그 단부에서 전기자(34)에 장착될 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 6은 비틀림 운동 구성 요소(27)에 대한 다른 베어링 구성을 개략적으로 도시한 것으로, 여기서 유사한 참조 번호는 전술한 바와 동일한 기능을 갖는 구성 요소에 사용된다. 도 4의 실시예는 스핀들 축(3)에 대한 지지체(60)의 회전을 허용하는 베어링(35A,35B)을 일반적으로 도시한 것이다. 지지축(33)에 고정된 너트(75)가 베어링(35A,35B)에 미리 하중을 부여한다. 도 5의 실시예는 도 4의 실시예와 유사한데, 여기서 베어링(85A 및 85B)은 앵귤라 콘택 베어링이다. 도 6의 실시례는 도 4의 실시예와 유사한데, 여기서 베어링(87A 및 87B)은 테퍼진(tapered) 롤러 베어링이다. 이들 실시예는 사용될 수 있지만 제한적으로 고려되어서는 안되는 추가의 예시적인 베어링 배열 및 조립체이다. 이 베어링들 중 어느 것도 추가적인 하중 전달 능력을 위해 서로 겹쳐 쌓을 수 있다.
도 7 및 도 8은 선형 및 회전 운동 모두가 가능한 가동 전기자 조립체를 갖는 전동 액츄에이터의 다른 구성을 개략적으로 도시한 것이다. 먼저 도 7의 실시예를 참조하면, 전동 액츄에이터(91)는 지지 구조체(95)에 대해 이동 가능한 전기자 조립체(93)를 포함한다. 전동 액츄에이터(91)는 선형 운동 구성 요소(97) 및 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소 (99)를 포함한다. 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소가 시험 시편 또는 다른 구성 요소에 하중을 전달하는 데 사용되는 단부 부재(101)를 직접 지지하는 이전의 실시예와 달리, 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소(99)는 전기자 조립체(93)의 대향 단부에 장착된다. 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소(99)는 개략적으로 도시되었지만, 전술한 특징들, 특히 도 2a 및 도 2b와 관련하여 설명된 특징들을 포함할 수 있다.
선단 대향 단부 부재(101) 상에 장착된 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소(99)로, 지지축(111)이 선형 운동 구성 요소(97)를 위해 전기자 조립체 내에서 회전하도록 구성되고 장착된다. 상부 베어링 조립체(103A) 및 하부 베어링 조립체(103B)는 선형 운동 구성 요소(97)를 위해 전기자 조립체에 대한 지지축(111)의 회전을 허용한다. 통상적으로, 적어도 하나의 베어링 조립체는 액츄에이터(91)에 의해 예를 들어 시험편에 부여되는 최대 축 방향 하중을 지지하도록 미리 설치된다. 예시된 실시예에서, 하부 베어링 조립체(103B)는 스러스트 베어링(105A 및 105B) 및 반경 방향 또는 횡 방향 하중 지지 베어링(107)을 포함한다. 너트와 같은 패스너(109)는 지지축(111)의 단부와 나사 방식으로 결합되고, 스러스트 베어링(105A 및 105B)에 예압을 부여하는 벨뷰 타입 와셔(bellevue type washer)와 같은 스프링 요소(113)를 더 결합시킨다. 상부 베어링(103A)은 지지축(111)이 선형 운동 구성 요소(97)의 전기자에 대해 회전 할 수있게 하는 반경 방향 또는 횡 방향 하중 베어링을 포함할 수 있다. 선형 베어링(115)은 지지 구조체(95)에 대한 선형 이동을 위해 전기자 조립체(93)를 안내한다. 적절한 전기자 및 고정자 자기장 발생 조립체(도시되지는 않았지만 도 2a에 도시된 것과 기능상 유사함)는 전기자 조립체(93) 및 지지 구조체(95)에 장착되어, 전기자 조립체(93)의 제어된 선형 운동을 제공한다.
다른 전동 액츄에이터 조립체(131)의 부분이 도 8에 개략적으로 도시되어있다. 이 실시예에서, 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소(133)는 단부 부재(135)를 직접 지지한다. 지지축(111)이 선형 운동 구성 요소(97)중 전기자의 보어를 통해 완전히 연장되는 도 7의 실시예와는 달리, 지지축(137)은 선형 운동 구성 요소(143)의 전기자(141) 내의 보어(139) 내에서만 부분적으로 연장된다. 단일 베어링 조립체(145)는 지지축(137)의 회전을 허용한다. 예시된 실시예에서, 베어링 조립체(145)는 베어링 조립체(103B)와 유사하며, 스러스트 베어링(151A,151B) 및 반경 방향 또는 횡 방향 하중 지지 베어링(153)을 포함한다. 도 4-6에 도시된 베어링 조립체들 중 임의의 것이 또한 사용될 수 있다. 너트와 같은 패스너(155)가 지지축(137)의 단부와 나사 방식으로 결합되고, 스러스트 베어링 (151A,151B)에 예압을 부여하는 벨뷰(Bellevue) 타입 와셔와 같은 스프링 요소(157)와 결합된다. 회전 센서(161)가 지지축(137) 상에 제공된 지시기(163)를 광학적으로 감시하여 회전 위치를 측정한다. 도 2a에 식별된 참조 번호를 갖는 전기자 및 고정자 자기장 발생 조립체도 표시되어 있다.
도 9, 10 및 11을 참조하면, 전동 액츄에이터(20)는 대향 측면 레일(122) 및 측면 레일(122)의 단부를 함께 연결하는 상부 크로스 부재(124)를 포함하는 지지 구조체(120)를 포함한다. 측면 레일(122) 및 크로스 부재(124)는 패스너 또는 용접과 함께 고정된 개별 요소를 포함할 수 있다. 다른 실시 예에서, 측면 레일(122) 및 크로스 부재(124)는 하나의 단일체로부터 함께 일체로 형성된다. 크로스 부재(124)에 대향하는 측면 레일(122)의 단부는 크로스 헤드(12)에 연결된다. 바람직한 실시예에서, 크로스 헤드(12)는 리세스(130)의 하부면(132)에 장착되는 측면 레일(122)이 연장되는 리세스(130)를 포함한다. 이러한 방식으로, 조립체의 전체 높이는 감소될 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 전동 액츄에이터(20)의 전기자 조립체(22)는 자석 및 평면 고정자 권선 조립체(142)를 포함하는 주 표면을 갖는 판 조립체(138)를 포함한다. 고정자 권선 조립체(142)는, 바람직한 실시예에서, 판 조립체(138)중 각각의 측면 상의 대향 측면 레일(122), 크로스 부재(124) 및 크로스 헤드(12)에 의해 한정된 구멍(144) 내에서 지지 구조체(120)에 장착된다.
판 조립체(138)는 바람직하게 알루미늄과 같은 경량 재료로 제조된 중앙 지지판(150)을 포함한다. 선형 베어링(152)은 중앙 지지판(150)의 측면 플랜지(154)를 측면 레일(122)에 연결하여 측면 레일(122)에 대해 판 조립체(138)의 가이드 선형 운동을 제공한다. 자성 조립체(156)는 중앙 지지판(150)의 대향 측면에 고정된다. 각각의 자성 조립체(156)는 자석(도시되지 않음)이 거기에 결합되는 지지판(158)을 포함한다. 패스너(160)는 각각의 지지판(158)을 중앙 지지판(150)에 고정시킨다. 필요하다면, 유체를 냉각하기 위한 내부 채널(164)을 갖는 냉각판(162)이 지지 구조체(120)의 각각의 측면 상에 고정 될 수 있고, 고정자 권선 조립체(142)의 각각에 적어도 근접하여 배치되어 이로부터 열을 제거할 수 있다.
판 조립체(138)의 구조는 특히 유리하다. 일반적으로, 구조는 중앙 지지 판(150) 및 중앙 지지판(150)의 대향 측면 상에 장착된 자석 지지판(158)을 포함하는 "샌드위치 (sandwich)" 구조이다. 일반적으로, 판 조립체(138)가 매우 뻣뻣 해지는 것이 중요하다. 중앙 지지판(150)은 굽힘 시 매우 강하지 않은 알루미늄과 같은 비교적 경량 재료로 만들어 지지만 대향 측면 상에 장착된 자석 지지판(158)으로 인해, 기하학으로 인해, 구조 전체가 매우 단단해진다.
전원이 차단될 때 전기자 조립체(22)의 제어되지 않은 이동을 방지하기 위해, 전원 손실 시에 전기자 조립체(22)의 이동을 정지시키거나 정지시키기 위해 제동 조립체(170)(도 9)가 구성된다. 제동 조립체(170)는 전원이 전동 액츄에이터(20)에 공급될 때 그 사이에 갭을 형성하는 이격된 판을 갖는 적어도 하나의 캘리퍼 조립체(172)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 2 개의 캘리퍼 조립체(172)가 제공된다. 각각의 캘리퍼 조립체(172)는 측면 레일(122)에 제공된 구멍(174) 사이의 측면 레일(122) 중 하나와 같은 지지 구조체 (120)에 고정된다. 브레이크 밴드(178)는 대향 단부에서 중앙 지지판(150)에 연결되어 브레이크 밴드(178)의 단부를 위한 장착 브래킷이 구멍(174)을 통해 연장된다. 브레이크 밴드(178)는 브레이크 밴드(178)가 실질적으로 수직이고 전기자 조립체(22)의 선형 운동에 실질적으로 평행하게 위치하도록 중앙 지지판(150)에 부착된다.
전기자 조립체(22)가 선형으로 이동함에 따라, 브레이크 밴드(178) 또한 평행한 경로로 이동한다. 전동 액츄에이터(20)에 전원이 공급되는 동안에 브레이크 밴드(178)가 캘리퍼 판에 접촉하지 않기 때문에, 전동 액츄에이터(20)에 전원이 공급되면 캘리퍼 판은 브레이크 밴드(178)에 저항을 주지 않는다. 그러나, 전원이 차단되면, 캘리퍼 조립체(172)는 판이 서로를 향해 이동하게 한다. 판이 서로를 향해 이동함에 따라, 판은 브레이크 밴드(178)와 마찰 방식으로 맞물려서, 전기자 조립체(22)의 추가 이동을 방지한다.
전동 액츄에이터(20)의 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소(27)가 항상 요구될 필요는 없다는 것을 알아야한다. 오히려, 선형 운동 구성 요소(25)만을 갖는 전동 액츄에이터가 일부 응용 예에서는 바람직할 수 있다. 이러한 실시예에서, 선형 운동 구성 요소(25)의 구성은 전술한 구조를 포함할 수 있다. 회전 또는 비틀림 운동 구성 요소가 그러한 실시예에 존재하지 않기 때문에, 지지축(33)은 도 10에 도시된 바와 같은 스탠드 오프 (standoff)(190)를 포함한다. 단부 부재(52)는 적절한 패스너를 사용하여 스탠드 오프(190)의 단부에 하나의 단일 몸체로 체결되거나 일체로 형성된다. 바람직하게, 스탠드 오프(190)는 백 래시(back lash)를 갖지 않도록 판 조립체(138)에 장착되고, 또는 다르게 언급되면, 스탠드 오프(190)가 판 조립체(138)에 장착될 때 미리 설치된다. 그러나, 중앙 지지판(150)이 축 방향 하중을 전달하도록 스탠드 오프(190)를 중앙 지지판(150)에 직접 장착하는 대신에, 스탠드 오프(190)는 지지판(158)의 단부면과 결합하여, 자석을 갖는 전기자 구성 요소에 축 방향 하중을 직접 반응시킨다. 도 12에 도시된 바와 같이, 공간(200)은 스탠드 오프(190)의 단부와 중앙 지지판(150)의 단부면(202) 사이에 제공된다. 적절한 패스너(204)가 중앙 지지판(150)에 제공된 나사 구멍(208)과 맞물리는 스탠드 오프(190)에서 상향으로 연장되는 볼트로 스탠드 오프(190)를 중앙 지지 판(150)에 장착한다. 볼트(204)는 작동 시 액츄에이터(20)에 의해 가해질 축 방향 힘보다 큰 소정의 사전 하중력이 달성될 때까지 조여진다.
전술한 바와 같이 중앙 지지판(150)에 스탠드 오프(190)를 장착하는 것과 유사한 방식으로 주의해야 할 것이지만, 이 기술은 중앙 지지판(150) 대신 지지판(158)을 결합하도록 회전 및 비틀림 구성 요소(27)의 지지축(33)을 장착하는데 사용될 수 있다. 또한, 지지축(33)의 단부면과 중앙 지지판(150)의 단부면 사이에 공간(200)이 제공된다. 지지축(33)을 중앙 지지판(150)에 고정하기 위해 적절한 패스너가 사용된다. 일 실시예에서, 2 개의 볼트가 제공된다. 볼트는 회전축의 대향 측면 상에 배치되고 중앙 지지판(150)의 나사 구멍과 결합하도록 상향 연장된다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 설명되었지만, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 형태 및 세부 사항을 변경할 수 있음을 알 것이다.

Claims (19)

  1. 지지 하우징;
    지지 하우징에 고정된 제 1 고정자 자기장 발생 조립체;
    지지 하우징에 고정된 제 2 고정자 자기장 발생 조립체;
    가동 전기자 조립체를 포함하되, 가동 전기자 조립체는
    기준 축을 따라 가동 전기자 조립체의 선형 운동을 제공하기 위해 제 1 고정자 자기장 발생 조립체와 동작하는 자기장을 제공하도록 구성된 제 1 전기자 자기장 발생 조립체; 및
    가동 전기자 조립체중 적어도 일부의 회전 운동을 제공하기 위해 제 2 고정자 자기장 발생 조립체와 동작하는 자기장을 제공하도록 구성된 제 2 전기자 자기장 발생 조립체를 포함하되, 제 2 전기자 자기장 발생 조립체는 제 2 고정자 자기장 발생 조립체보다 길거나 짧은, 전동 액츄에이터 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제 1 고정자 자기장 발생 조립체는 권선을 포함하는, 전동 액츄에이터 조립체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    제 1 전기자 자기장 발생 조립체는 영구 자석을 포함하는, 전동 액츄에이터 조립체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 고정자 자기장 발생 조립체는 권선을 포함하는, 전동 액츄에이터 조립체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 전기자 자기장 발생 조립체는 권선을 포함하는, 전동 액츄에이터 조립체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 전기자 자기장 발생 조립체는 원통형인, 전동 액츄에이터 조립체.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 전기자 자기장 발생 조립체는 평평한, 전동 액츄에이터 조립체.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 전기자 자기장 발생 조립체를 제 1 전기자 자기장 발생 조립체에 회전 가능하게 연결하는 베어링을 더 포함하는, 전동 액츄에이터 조립체.
  9. 제 8 항에있어서,
    베어링은 횡 방향 하중에 반응하도록 구성된 추가 베어링으로부터 공간으로 이격된 스러스트 베어링을 포함하는, 전동 액츄에이터 조립체.
  10. 제 8 항에 있어서,
    베어링은 앵귤라 콘택트 베어링(angular contact bearing)을 포함하는, 전동 액츄에이터 조립체.
  11. 제 8 항에 있어서,
    베어링은 테이퍼진 베어링(tapered bearing)을 포함하는, 전동 액츄에이터 조립체.
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    베어링은 적어도 부분적으로 제 1 전기자 자기장 발생 조립체 내로 연장되는 축 상에 제 2 전기자 자기장 발생 조립체를 지지하는, 전동 액츄에이터 조립체.
  13. 제 12 항에있어서,
    축은 제 1 전기자 자기장 발생 조립체중 길이 방향의 길이를 따라 연장된 보어(bore) 내에서 연장되는, 전동 액츄에이터 조립체.
  14. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 전기자 자기장 발생 조립체는 중앙 지지부 및 중앙 지지부의 대향 측면에 고정된 제 1 및 제 2 자성 조립체를 포함하는, 전동 액츄에이터 조립체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    중앙 지지부는 제 1 및 제 2 자성 조립체보다 부드러운 재료로 제조되는, 전동 액츄에이터 조립체.
  16. 제 15 항에 있어서,
    제 2 전기자 자기장 발생 조립체는 패스너로 중앙 지지부에 고정되되, 제 2 전기자 자기장 발생 조립체는 제 1 및 제 2 자성 조립체에 대해 지지하도록 중앙 지지부로부터 공간 이격되어 있는, 전동 액츄에이터 조립체.
  17. 지지 하우징;
    지지 하우징에 고정된 제 1 고정자 자기장 발생 조립체;
    가동 전기자 조립체를 포함하되, 가동 전기자 조립체는
    중앙 지지부를 갖는 판 조립체; 및
    기준 축을 따라 가동 전기자 조립체의 선형 운동을 제공하기 위해 제 1 고정자 자기장 발생 조립체와 동작하는 자기장을 제공하도록 구성된 제 1 전기자 자기장 발생 조립체를 포함되, 제 1 및 제 2 자성 조립체를 포함하는 제 1 전기자 자기장 발생 조립체는 중앙 지지부의 대향 측면에 고정된, 전동 액츄에이터 조립체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    중앙 지지부는 제 1 및 제 2 자성 조립체보다 부드러운 재료로 제조되는, 전동 액츄에이터 조립체.
  19. 제 18 항에 있어서,
    패스너로 중앙 지지부에 고정된 단부 부재를 포함하되, 단부 부재는 제 1 및 제 2 자성 조립체를 지지하도록 중앙 지지부로부터 공간으로 이격되어 있는, 전동 액츄에이터 조립체.
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