包括用于将旋转运动转换成线性运动的机构的致动器背景技术
已经运用主动振动控制系统控制车辆座位振动。例如，作为对
被动系统(这些系统包括减少对车辆振动的座位响应的弹簧和阻尼
器)的取代，主动振动控制系统检测座位振动并且控制座位的位置
以抵消检测到的运动并且由此将座位与车辆振动隔离。这样的主动
振动控制系统可以包括由控制器控制的线性致动器。线性致动器定
位于座位下面以控制相对于车辆框架的座位位置。例如，线性致动
器可以包括线性电磁马达，该电磁马达包括在一端固定到座位的电
枢。电枢线性延伸并且基于来自控制器的控制信号相对于定子缩回、
由此对座位定位。
受控线性致动器应用于除了车辆座位振动控制之外的系统。例
如，也已知受控线性致动器使用于车轮悬置系统中和引擎阀控制系
统中。
在许多应用中，与使用这样的线性致动器控制物体位置相关联
的挑战包括提供如下线性马达，该线性马达在有限空间内(例如，
在座位与主动座位振动控制系统中的底面之间)提供充分线性行程。
其它挑战包括与线性马达相关联的已知的成本和维护问题。
发明内容
在一些方面中，一种配置成控制主体的位置的主动振动控制设
备包括：至少一个传感器，配置成提供与主体的、在至少一个方向
上的移动对应的输入信号；旋转马达，配置成控制主体的位置；以
及链接(linkage)，包括将旋转马达连接到主体的至少两个可枢转
接合的联接(link)。链接被配置成将从马达输出的旋转运动转换成
主体的线性运动。该设备还包括：控制器，基于来自至少一个传感
器的输入信号向旋转马达提供控制信号，旋转马达通过链接作用以
在至少一个方向上对主体定位。
在本发明的另一方面中，一种致动器包括：旋转马达，包括输
出轴杆和马达壳；以及链接，连接到旋转马达的输出轴杆。链接包
括：马达壳，具有限定第一旋转轴的壳枢轴销；以及第一联接，固
定到输出轴杆。输出轴杆限定第二旋转轴，并且第二旋转轴与第一
旋转轴平行并且隔开。第一联接包括第一联接枢轴销，第一联接枢
轴销设置于与第二旋转轴隔开的位置并且限定与第一旋转轴平行的
第三旋转轴。链接包括：第二联接，在第一端可枢转地连接到第一
联接枢轴销。第二联接包括第二联接枢轴销，第二联接枢轴销限定
与第一旋转轴平行的第四旋转轴。第二联接枢轴销设置于第二联接
的第一端与第二联接的预定点之间。链接还包括：第三联接，在第
一端可枢转地连接到壳枢轴销，并且在第二端可枢转地连接到第二
联接枢轴销。在致动器的操作期间，输出轴杆的旋转造成预定点相
对于壳的线性运动。
主动振动控制设备和致动器可以包括以下特征中的一个或者
多个特征：马达在主体生成的转矩在输出轴杆的100度角旋转内基
本上恒定。链接被配置成将输出轴杆的旋转运动转换成线性运动，
从而主体的运动与输出轴杆在输出轴杆的180度旋转内的角位移基
本上成比例。链接被配置成将输出轴杆的旋转运动转换成线性运动，
从而转矩在主体的至少四英寸的位移范围内基本上恒定。
主动振动控制设备的控制器向旋转马达提供输出信号，旋转马
达通过链接作用以对主体定位，从而控制主体的姿态。主动振动控
制设备包括第二链接，而所述链接之一在马达的每个相对侧上连接
到马达的输出轴杆。该设备还包括：第二旋转马达和第二链接，配
置成控制主体的位置，第一旋转马达和第二旋转马达被布置成使得
它们的相应转子轴平行。该设备还包括：第二旋转马达和第二链接，
配置成控制主体的位置，第一旋转马达和第二旋转马达被布置成使
得它们的相应转子轴共线。
在某些实现方式中，主体包括例如设置于车辆中的车辆座位，
而相对于车辆的底面(floor)固定的旋转马达设置于底面与座位之
间。主体的线性行程至少为4英寸。控制器向旋转马达提供控制信
号以根据与由至少一个传感器检测到的运动相对和相反的运动对主
体定位。
致动器还可以包括以下特征中的一个或者多个特征：致动器包
括第二链接，并且链接之一在马达的每个相对侧上连接到马达的输
出轴杆。壳枢轴销以及第一联接枢轴销和第二联接枢轴销中的每个
枢轴销在轴承上被支撑，并且联接被配置成使得轴承基本上共面。
主动振动控制设备和致动器有利地运用旋转马达，并且包括用
于将马达的旋转运动转换成线性运动的机构。致动器具有许多应用，
其中之一是控制物体沿着线性路径的位置。致动器(其中旋转马达
通过机械链接作用以对物体定位)相比于运用线性马达的已知定位
设备具有若干优点。例如，旋转马达比线性马达制作起来廉价得多
并且更容易密封。此外，旋转马达与机械链接的组合在提供相等或
者更大线性运动范围之时比线性马达尺寸更紧凑。这一特征例如在
车辆座位的振动控制(其中在座位与控制机构设置于其中的底面之
间的间距有限)中是重要的。
另外，当与控制器组合时，致动器可以用作运动控制设备。例
如，在一些实现方式中，与控制器组合的致动器可以用来提供内燃
引擎或者压缩机中的阀的主动控制。在一些实现方式中，与控制器
组合的致动器可以被配置成充当位置源、速率源或者力源。在一些
实现方式中，与控制器组合的致动器可以使用于主动振动隔离控制
设备中。例如，致动器和控制器可以用来如下文进一步说明的那样
控制车辆座位的位置和/或加速度，或者控制车辆的簧载(sprung)
质量体的位置和/或加速度。
致动器的又一优点在于机械链接的至少一些部分并入于马达
壳和转子轴杆中，从而提供进而更紧凑、复杂度更少并且需要更少
零件的致动器。另外，致动器是直接驱动设备，其中转子经由单个
刚性联接连接到待定位的物体，并且无任何向定位控制中引入错误
和/或复杂度的居间齿轮、带或者其它设备。
在本发明的又一方面中，一种用于将旋转运动转换成线性运动
的机构包括：板，包括限定第一旋转轴的板枢轴销；以及第一联接，
固定到轴杆。轴杆在板上被可旋转支撑并且限定第二旋转轴，第二
旋转轴与第一旋转轴平行并且隔开。第一联接包括：第一联接枢轴
销，设置于与第二旋转轴隔开的位置并且限定与第一旋转轴平行的
第三旋转轴。该机构包括：第二联接，在第一端可枢转地连接到第
一联接枢轴销。第二联接包括：第二联接枢轴销，限定与第一旋转
轴平行的第四旋转轴，并且第二联接枢轴销设置于第二联接的第一
端与第二联接上的预定点之间。该机构还包括：第三联接，在第一
端可枢转地连接到板枢轴销并且在第二端可枢转地连接到第二联接
枢轴销。在该机构中，轴杆的旋转造成预定点相对于板的线性运动。
该机构可以包括以下特征中的一个或者多个特征：预定点针对
轴杆的约180度旋转线性移动。该机构包括：第一杆长度，由在第
一联接枢轴销与轴杆之间的距离限定；第二杆长度，由在轴杆与板
枢轴销之间的距离限定；第三杆长度，由在板枢轴销与第二联接枢
轴销之间的距离限定；以及第四杆长度，由在第一联接枢轴销与预
定点之间的距离限定，并且第一杆长度与第二杆长度与第三杆长度
与第四杆长度之比为1∶2∶2.5∶5。板枢轴销、第一联接枢轴销和
第二联接枢轴销以及轴杆中的每个部件在轴承上被支撑，并且配置
杆以使得轴承基本上共面。板还包括：制动构件，配置成限制第一
联接相对于板的旋转。
附图说明
图1是用于将旋转运动转换成线性运动的致动器的透视图。
图2是如沿着图1的截线2-2所见的致动器的侧视截面图。
图3是Hoeken链接的示意表示。
图4是图1的致动器的透视图，该透视图图示了链接的四个杆。
图5是转子轴杆角位移(度)比对第一联接的预定点的位移(英
寸)的图表。
图6是图1的致动器的端视图。
图7转子轴杆角位移(度)比对为了在第一联接的预定点提供
恒定1100N力而需要的马达转矩(Nm)输出的图表。
图8是第一联接的第二端的位移(英寸)比对为了在第一联接
的预定点提供恒定1100N力而需要的马达转矩(Nm)输出的图表。
图9是在缩回配置中示出的运用两个致动器的位置控制设备
的透视图。
图10是在延伸配置中示出的图9的位置控制设备的透视图。
图11运用两个致动器的位置控制设备的一个备选实现方式的
透视图。
图12是运用两个单链接致动器的位置控制设备的另一备选实
现方式的透视图。
图13是用于车辆座位的主动振动控制系统的示意图。
图14是内燃引擎的汽缸排的部分的截面图，其中图1的致动
器直接连接到引擎阀。
图15是内燃引擎的汽缸排的部分的截面图，其中图1的致动
器间接连接到引擎阀。
图16是致动器的一个备选实现方式的透视图。
具体实施方式
如下文将更具体描述的那样，一种包括与具有特定机械特征的
链接组合的旋转驱动器的致动器以很好地适合于如下应用的方式提
供旋转到线性运动的转换，在这些应用中在有限空间内最大化线性
行程范围。
图1、图2、图4和图6示出了形式为旋转马达和四杆链接的
具有这一所需特征的致动器。在图16中示出了致动器的一个备选实
现方式。图5、图7和图8图示了致动器的机械特征，这些特征包括
链接上的预定点的位移与旋转马达的角位移的比例、以及针对两个
角位移在预定点的恒力、以及针对旋转马达的恒定转矩输出的、预
定点在联接52的运动的线性部分中的位移。在图9-图12中示出了
这样的致动器在用作定位设备时的若干实现方式。具体而言，致动
器连接到平台并且控制平台的移动。参照图13描述在主动振动控制
系统中使用的致动器的一个实现方式。此外，参照图14和图15描
述用来控制引擎阀的致动器的一个实现方式。
现在参照图1和图2，用于将旋转运动转换成线性运动的致动
器50包括由马达壳62支撑并且设置于马达壳62内的旋转马达60。
致动器包括连接到马达60的一端并且由该端驱动的第一链接52。链
接52布置为Hoeken链接，并且可以用来沿着线性路径对连接到链
接的物体定位。致动器50有利地提供一种用于在空间中对物体线性
定位的紧凑方式。
虽然可以使用单个链接52来实现物体定位，但是在所示实现
方式中，致动器50还包括连接到马达60的第二端并且由该端驱动
的第二链接252。第二链接252是第一链接52的镜像，并且被配置
成如下文进一步讨论的那样与第一链接52同步和协调移动。两个链
接52、252共有的元件由相同标号标识。因此，将仅参照第一链接
52描述每个链接的配置。
旋转马达60包括固定到壳62的定子72和同轴设置于定子72
内以便绕着转子轴82可旋转的转子80。转子80是空心圆柱形主体，
该主体具有在壳62上被可旋转支撑的相对的第一端84和第二端85。
旋转马达60可以是常规无框工具包(frameless kit)马达，比如Port
Washington，NY的BaysideMotion Group制造的型号K127300。
壳62包括在每端由壳端板64盖顶的闭合侧壁63。每个端板
64包括板枢轴销68，该板枢轴销在与转子轴82平行的方向上向外
延伸、支撑轴承194，并且限定链接52的第一旋转轴76。在所示实
现方式中，板枢轴销68并且因此第一旋转轴76覆盖于转子轴82上
面并且与转子轴82基本上竖直对准。
端帽100固定到转子80的第一端84。端帽100是具有闭合第
一端101的空心圆柱形主体。在壳60的端板64中形成的开口66中
可旋转支撑端帽100，从而外表面102主要落在端板64的平面内。
与第一端101相邻，端帽100的外围由装配于壳端板64中的转子轴
承89支撑。转子轴承89可以是薄截面轴承，比如由Preston，
Washington的Mechatronics Corporation出售的SilverthinTM型号
SB035角接触轴承。
端帽100从外表面102向内延伸，并且终结于开放的第二端
103。端帽100的外径在第二端103减少，从而形成尺寸设定成在转
子80的内表面内按压相配的环形突起128。通过将端帽100固着到
转子80来防止端帽100相对于转子的相对运动。这可以例如通过分
别在转子80和环形突起128中形成的相互对准的螺孔86、130中提
供螺杆(未示出)来实现。因此，端帽100随着转子80旋转并且充
当马达60的输出轴杆。端帽10的旋转中心132与转子轴82(该轴
对应于链接52的第二旋转轴)同轴。
端帽100的外表面102包括以环段的形状在端帽100的外围形
成的突出阶梯部分104，其中限定该段的边的弦不是端帽100的直
径。形成肩部106，该肩部将阶梯部分104接合到外表面102的其余
部分。在阶梯部分104中与端帽100的外围相邻地提供端帽销108。
端帽销108从阶梯部分104向外突出、支撑轴承158，并且限定链接
52的与转子轴82平行延伸的第三旋转轴110。
马达60包括用于确定转子80的角位置的外部光学编码器120。
在这一实现方式中，编码器轴杆118与转子轴82同轴地从第一端101
的外表面102突出。编码器轴杆118使用柔性耦合124连接到编码
器的输入轴杆122，从而允许精确确定转子80的角位置。然而，致
动器50不限于这一配置。例如，马达60可以具有内部编码器。
第二端帽200固定到转子80的第二端85。第二端帽200在形
式和功能上基本上类似于第一端帽100的形式和功能，并且用相同
标号标识第二端帽200的相似元件。出于这一原因，除了指出相对
于第一端帽100的以下不同之外将省略第二端帽200的具体描述：
端帽200并不包括编码器轴杆118。端帽200具有与转子轴82同轴
对准的通孔202。通孔202提供对旋转马达60的内部的访问，这在
组装和拆卸致动器50期间有利。
如上文所言，链接52被布置为Hoeken链接。Hoeken链接是
将旋转运动转换成近似直线运动的四杆链接。参照图3，Hoeken链
接包括旋转第一杆I、将第一杆I接合到第四杆IV的固定第二杆II、
在一端由第一杆I驱动的第三杆III，以及支撑第三杆III的中部的第
四杆IV。由于第一杆I的旋转，第三杆III的点P沿着由虚线指示的
闭环路径53移动。如图中所见，路径包括基本上线性部分55。
参照图4，限定链接52的四个杆如下：
链接52的第一杆116由端帽200提供。更具体而言，第一杆
116包括端帽200的在端帽200的旋转中心132与端帽销108之间延
伸的部分。第一杆116在与端帽200的外表面102对应的平面中绕
着第二旋转轴82相对于壳62旋转。
链接52的第二杆88由壳62提供。更具体而言，第二杆88包
括端板64的部分，并且在板枢轴销68与端帽200的旋转中心132
之间延伸。第二杆88是相对于壳62的固定杆，并且限定链接52产
生的线性运动的定向。
链接52的第三杆151由第一联接150提供。第一联接150是
矩形截面的伸长刚性杆，并且包括第一端152和与第一端152相对
的第二端154。第一端152和第二端154以及在第一端152和第二端
154之间的中点156具有在第一联接150的相对宽面166、168之间
延伸的通孔165。轴承158、160(未示出中点轴承)被按压相配于
相应通孔165中，并且在尺寸和形状上设定成接收枢轴销。例如，
在第一联接150的第一端152的轴承158接收端帽销108并且允许
第一联接150相对于壳62和端板100绕着端帽销108(和第三旋转
轴110)旋转。设置于中点156的轴承支撑联接销162。联接销162
从第一联接150的两个宽面166、168向外突出并且限定链接52的
与转子轴82平行延伸的第四旋转轴164。链接52的由第一联接150
构成的第三杆151在端帽枢轴销108与轴承160的中心线(在图4
中与点P重合)之间延伸。
链接52的第四杆181由第二联接180提供。第二联接180是
矩形截面的伸长刚性杆，并且包括第一端182和与第一端182相对
的第二端184。第一端182具有在第二联接180的相对宽面196、198
之间延伸的通孔195。轴承194被按压相配于通孔195中并且在尺寸
和形状上设定成接收板销68。因此，第二联接180的第一端182相
对于壳62绕着板销68(和第一旋转轴76)旋转。第二联接180的
第二端184分叉以使得在宽面196、198之间的距离在第二端184处
比在第一端182处更大，并且使得第二端184形成轭状物(yoke)，
该轭状物包括间隔轭臂186、188，这些臂跨在第一联接150的中部
上并且接合联接销162。因此，第二联接180的第二端184相对于壳
62和第一联接150绕着联接销162(和第四旋转轴)旋转。链接52
的由第二联接180构成的第四杆181在板枢轴销68与联接销162之
间延伸。
通过向第二联接180提供轭臂186、188，第二联接180的第
一端182可以布置于与第一联接150相同的平面中。此外，通过向
端帽100提供阶梯部分104并且通过将端帽销108定位于阶梯部分
104上，在主联接150与壳62之间提供可以容纳内轭臂188的空间。
这些特征有利地组合允许枢轴销轴承158、160和194(这些轴承是
常规径向球轴承)布置于单个平面内，由此在使用时避免联接上的
扭曲负荷。然而，链接52不限于这一配置，并且在一些实施例中，
可以形成无轭状物的第二联接180，并且可以代之以形成为具有偏移
部分或者具有线性配置。
链接52用来在第一联接150上的预定点P将转子80的旋转运
动转换成线性运动。在所示实现方式中，在第一联接150的第二端
154的轴承160的中心被限定为生成线性运动的预定点P。通过调整
相应第一至第四杆116、88、150、180的相对长度，可以指定点P
的运动。在致动器50中，第一杆长度由在端帽销108与端帽200的
旋转中心132之间的距离限定，第二杆长度由在端帽20的旋转中心
132与板销68之间的距离限定，第三杆长度由在端帽销108与点P
之间的距离限定，并且第四杆长度由在联接销162与板销68之间的
距离限定。在所示实现方式中，杆长度如下：第一杆116为1英寸，
第二杆88为2英寸，第三杆151为5英寸，并且第四杆181为2.5
英寸。用这一配置实现的线性行程范围约为4英寸。当然，可以通
过成比例增加链接的杆的尺寸来获得增加的线性行程范围。例如，
对于1.25英寸、2.5英寸、6.25英寸和3.125英寸的相应第一至第四
杆长度，实现的线性行程范围约为5英寸。反言之，对于其中需要
更小线性行程范围的应用，可以按比例减小机构从而产生甚至更紧
凑的设备。
在链接52中，第一杆长度与第二杆长度与第三杆长度与第四
杆长度之比为1∶2∶5∶2.5。通过使用这些比例，实现至少以下若
干优点：
点P的运动的线性部分沿着与固定第二杆88平行的线出现。
在所示实现方式中，固定第二杆88竖直定向，并且因此点P的运动
的线性部分也具有竖直运动。
另外，如图5中所示，点P的运动与端帽销108在转子80的
180度旋转内的角位移基本上成比例。也就是说，点P在与180度的
近似范围对应的、由参考线A和B指示的转子80的旋转运动范围
内近似线性移动。
在致动器50中，提供两个外部联接150、180，这些联接分别
充当Hoeken四杆链接的第三杆III和第四杆IV。剩余两个杆(第一
杆I和第二杆II)由马达60和马达壳62的部件提供。具体而言，并
入第一杆116的第二端帽200充当Hoeken链接的旋转第一杆I，并
且并入第二杆88的马达壳64适于作为Hoeken链接的固定第二杆II。
这一配置(其中第一杆116和第二杆88未形成为外部联接，但是代
之以并入于马达组件本身中)减少为了实现所需运动而需要的部件
数目，并且产生紧凑致动器组件。
现在参照图6，配置致动器50以使得第一联接150的第二端
154被约束成在图5的A与B之间标识的线性运动范围内来回移动。
在一些实现方式中，连接到马达60的控制器14(图13)防止转子
80(并且因此防止端帽100)旋转超出180度范围。此外，提供制动
构件90以机械干扰外表面102的肩部106，由此防止超出线性范围
的旋转。制动构件90固定到壳62，并且向内径向延伸以覆盖于端板
64中的开口66的部分上面。当链接在与线性范围的一端对应的全延
伸配置(图4中以实线所示)中时，肩部106的第一部分邻接制动
构件90的第一制动表面96。在这一位置，第一联接150的第一端
152如图中所见定位于在转子轴82左侧的位置穿过转子轴82的水平
线上。此外，如图中所见，点P位于壳62横向的并且在壳62的上
侧上方的位置。当端帽100逆时针旋转时，链接52向下移动，并且
点P沿着线性路径L向下行进。当链接52在与线性范围的相对端对
应的缩回位置(图4中以虚线所示)时，肩部106的第二部分邻接
制动构件90的第二制动表面98。在这一位置，第一联接150的第一
端已经经过180度弧旋转，并且现在如图中所见定位于在转子轴82
右侧的位置穿过转子轴的水平线上。此外，点P现在位于壳62的横
向位置，并且现在该位置位于壳62的上侧下面。
进一步有利地，在如图7中所示的一个实施例中，四杆链接
52被配置成将转子80的旋转运动转换成线性运动，从而使得为了在
点P提供恒定1100N力而需要的马达60的转矩输出在与点P的线性
行程范围相关联的马达的角位移范围的大部分范围内基本上恒定。
马达60的转矩输出在与约100度范围对应的由参考线C和D指示
的转子80的旋转运动范围内基本上恒定。
此外，在如图8中所示的一个实施例中，四个杆链接52被配
置成将转子80的旋转运动转换成线性运动，从而为了在点P提供恒
定1100N力而需要的马达60的转矩输出在点P的线性运动范围的大
部分范围内基本上恒定。马达60的转矩输出在与约4英寸对应的由
参考线E和F指示的顶端线性位移范围的大部分范围内基本上恒定。
参照图9和图10，位置控制设备350是致动器50的一个实现
方式，其中设备350包括两个致动器50、50’，这些致动器被布置成
使得相应旋转马达60、60’的转子轴82、82’基本上同轴。此外，第
一致动器50的链接52、252被配置成与第二致动器50’的链接52’、
252’相对旋转。在所示实现方式中，位置控制设备350用来控制平台
16相对于基部22的竖直位置，并且通过若干向下延伸支柱18连接
到平台16。具体而言，每个支柱18包括在每个链接52、52’、250、
250’的相应第一联接150的第二端154(与点P对应的位置)处由轴
承160可旋转地支撑的枢轴销20。在图9中，在第一缩回配置中示
出了位置控制设备350，其中在平台16与基部22之间的竖直距离为
距离d1。在这一实现方式中，在平台16与壳62、62’之间基本上无
竖直间距，由此缩回配置很紧凑。此外，平台16基本上定心于位置
控制设备350之上。在图10中，在第二延伸配置中示出了位置控制
设备350，其中在平台16与基部22之间的竖直距离为距离d2，其
中d2大于d1。平台16在缩回配置和延伸配置之间的转变期间和在
延伸配置中之时保持定心于位置控制设备350之上。虽然所示实现
方式示出了致动器50、50’为轴线隔开距离s1，但是这一配置并非限
制。例如，两个致动器50、50’可以隔开比s1更大或者更小的距离。
参照图11，位置控制设备450是致动器50的一个备选实现方
式。如同先前的位置控制设备350，位置控制设备450包括两个致动
器50、50’，第二致动器50’与第一致动器50相同。在位置控制设备
450中，布置致动器50、50’以使得相应旋转马达60、60’的转子轴
82、82’平行并且隔开，此外，第一致动器50的链接52、252被配置
成与第二致动器50’的链接52’、252’相对旋转。在所示实现方式中，
位置控制设备450用来控制平台16相对于基部22的竖直位置并且
通过若干支柱18连接到平台16。具体而言，每个支柱18包括在每
个链接52、52’、250、250’的相应第一联接150的第二端154(与点
P对应的位置)由轴承160可旋转地支撑的枢轴销20。虽然所示实
现方式示出了致动器50、50’的轴82、82’为隔开距离s2，但是这一
配置并非限制。例如，轴82、82’可以隔开比s2更大的距离。此外，
虽然所示实现方式示出了致动器50、50’为共面，但是致动器可以代
之以偏移成落在不同平面中而又维持平行轴82、82’。
参照图12，位置控制设备550是致动器50的另一备选实现方
式。位置控制设备550包括两个单链接致动器250、250’。具体而言，
每个致动器250、250’具有单个链接52、52’。在位置控制设备550
中，布置致动器250、250’以使得相应旋转马达60、60’的转子轴82、
82’同轴。此外，第一致动器250的链接52被配置成与第二致动器
250’的链接52’相对旋转。在所示实现方式中，位置控制设备550用
来控制平台16相对于基部22的竖直位置，并且通过若干支柱18连
接到平台16。具体而言，每个支柱18包括在每个链接52、52’的相
应第一联接150的第二端154(与点P对应的位置)处由轴承160
可旋转地支撑的枢轴销20。位置控制设备550与位置控制设备350
相似地操作、但是比位置控制设备350复杂度更少、需要更少轴承
并且在轴向方向上更紧凑。虽然所示实现方式示出了两个致动器
250、250’为轴向邻接，但是这一配置并非限制，由此致动器250、
250’可以轴向隔开。
在上文描述的位置控制设备350、450、550中的每个位置控制
设备中，通过使用布置于相对侧上的链接机构，当致动器50协调移
动时，由于负载而在基部22造成的相应反作用转矩明显减少。此外，
通过使用两个旋转马达60、60’而不是单个旋转马达60对平台16定
位，两个旋转马达60、60’中的每个旋转马达可以在尺寸上减少，从
而产生甚至更紧凑的机构。此外，在一些实现方式中，相应链接52、
252、52’、252’可以机械束缚在一起，从而使得平台16可以在旋转
马达60、60’之一故障的情况下保持水平。
参照图13，位置控制设备350可以在使用于车辆2中的主动
振动控制系统5中用来减轻或者消除由于车辆框架4的振动而产生
的车辆座位8的振动。车辆座位8固定到刚性座位基部10并且支撑
至少一个传感器12。例如，传感器12可以包括用于检测座位相对于
地面g的运动的加速度计。座位8和基部10搁放于车辆框架4上并
且在车辆框架4上方由位置控制设备450支撑。位置控制设备350
可以经由副座位支撑结构间接附着到车辆框架或者直接附着到框架
本身，由此位置控制设备350相对于车辆框架4固定。位置控制设
备350适于基于从控制器14接收的控制信号相对于车辆框架4对基
部10定位并且因此对座位8定位。控制器14接收来自传感器12的
包括座位移动数据的信号并且接收指示相对于壳62、62’的转子位置
的编码器信号。基于这些信号，控制器14向位置控制设备350的旋
转马达60、60’输出控制信号，从而使得相对于车辆框架控制车辆座
位8的位置。虽然所示实现方式运用位置控制设备350，但是这并非
限制。例如，公开的位置控制设备450、550中的任何位置控制设备
可以替换设备350。另外，单个致动器50、250可以与补充座位支撑
结构组合用来形成主动振动控制系统。
在一些实现方式中，相应旋转马达60、60’被控制成对基部10
(并且因此对座位8)定位，以便抵消检测到的座位运动以便将座位
8与车辆振动隔离。在一些实现方式中，相应旋转马达60、60’被控
制成协调动作。例如，两个致动器50、50’的第一联接150的第二端
154与车辆框架4的距离被控制成相同。在其它实现方式中，可以与
第二致动器50’的旋转马达60’独立地控制第一致动器50的旋转马达
60，由此可以控制座位基部10相对于车辆框架4的姿态。在这样的
实现方式中，将在链接52、252、52’、252’与座位基部10之间需要
至少一个附加自由度以允许在这些部件之间的相对运动。这可以例
如通过在位置G提供附加枢轴点来实现。
主动振动控制系统5(该系统运用致动器50将从旋转马达60、
60’输出的旋转运动转换成线性运动)相对于运用线性马达的控制系
统而言具有若干优点。例如，旋转马达比线性马达制作起来廉价得
多并且比更容易密封。此外，旋转马达与机械链接组合在提供相等
或者更大线性运动范围之时比线性马达尺寸更紧凑。这一特征例如
在车辆座位的振动控制(其中在座位与控制机构设置于其中的底面
之间的间距有限)中是重要的。致动器的又一优点在于机械链接中
的至少一些部分并入于马达壳和转子轴杆中，由此提供甚至更紧凑、
复杂度更少并且需要更少零件的致动器。
另外，在一些实现方式中，致动器50可以是直接驱动设备，
其中转子经由单个刚性联接连接到待定位的物体，并且无任何向定
位控制中引入错误和/或复杂度的居间齿轮、带或者其它设备。
此外，在主动振动控制设备5中使用位置控制设备350的又一
优点在于旋转马达固有地比线性马达更高效这一事实。例如，存在
可以在线性马达中有用的3个不同电枢/定子关系：1)悬垂不足关系，
其中定子的线圈和极杆延伸超出电枢磁体的长度，从而使得在磁体
来回移动时，电枢在至少一些行程范围内保持于定子极杆内。该设
计可以使得电枢在最大漂移仍然保持于线圈内或者它可以开始在某
一点延伸穿过它们。2)均匀悬垂关系，其中电枢磁体与定子极杆相
同长度。在这一设计中，一旦电枢开始移动，一些磁体就在定子极
杆以外移动。3)过度悬垂关系，其中电枢磁体超过定子极杆的长度。
在过度悬垂设计中，电枢的移动在至少一些漂移范围内未改变驻留
于定子极杆内的磁体数量。在这一设计中，可以使用整个漂移范围
或者仅某一部分。
在上文描述的关系中的任何关系中，在效率与成本之间达成折
衷。例如，一旦一些磁体在定子极杆以外移动，就迅速减少它们对
力输出的贡献。由于磁体的相对高开支，希望一直充分利用磁体。
当如在主动座位振动控制应用中发现的有限空间条件中使用
时，并且例如当使用悬垂不足设计时，有可能充分利用磁体。然而，
如果使用更多磁体，则针对固定输入电流在漂移范围的大部分内产
生的力数量将更少。因此，减少线性马达的效率，其中效率定义为
输出机械功率除以输入电功率。均匀悬垂设计在这些因素之间折衷。
使用旋转马达比线性马达的优点在于所有磁体在所有旋转角
度看见定子的极杆在旋转设计中是固有的。这是用于折衷效率和成
本的最优条件。出于这一原因，将旋转马达和用于将旋转运动转换
成线性运动的机构而不是线性致动器用于线性定位应用是有利的。
虽然所示实现方式示出用来主动控制车辆座位的振动的、用于
将旋转运动转换成线性运动的致动器50，但是致动器50不限于这一
应用。例如，致动器50也适合于在包括车轮悬置系统和引擎振动控
制系统的其它车辆振动控制方面中使用。另外，致动器50不限于振
动控制并且一般应用于物体位置控制。例如，致动器可以用来控制
引擎阀运动，由此可以提高引擎效率。
现在参照图14，致动器50可以在内燃引擎700中用来控制引
擎阀位置，从而取代传统凸轮轴杆驱动的阀串列。引擎700具有多
个设置于汽缸块718中的多个汽缸712(示出了仅一个汽缸)，这些
汽缸在V配置中布置成形成汽缸排714而汽缸712的上端由汽缸头
部716闭合。一对进气阀740(仅示出了其中之一)在汽缸712的内
侧和它的关联燃烧室744上纵向对准，并且排气阀762位于汽缸712
的外侧上。形式为火花塞766或者相似设备的点火器也设置于每个
汽缸712的燃烧室744中。
为每个进气和排气阀740、762提供致动器50，并且第一联接
150的预定点P可枢转地连接到对应阀杆。致动器50适于基于从控
制器(未示出)接收的控制信号相对于汽缸块718对进气和排气阀
740、762定位。控制器接收信号，这些信号包括来自编码器信号(这
些信号指示相对于壳62的转子位置)的阀移动数据并且包括曲柄轴
位置数据。基于这些信号，控制器向致动器50的旋转马达60输出
控制信号，从而相对于汽缸块78控制阀740、762的位置。
参照图15，在其它实现方式中，致动器50可以间接连接到相
应进气和排气阀740、762。例如，第一联接150的预定点P可以连
接到进气推杆730。推杆730致动在枢轴的轴734上摇动的进气摇杆
臂732。摇杆臂732包括一对致动臂736，每个致动臂优选地承载液
压冲击(lash)调整器738。冲击调整器730接合该对进气阀740。
虽然在这一视图中被致动器60和进气推杆730隐藏，但是另一致动
器50连接到排气推杆以用于致动在与进气摇杆臂732相同的枢轴的
轴734上可枢轴转动的主摇杆臂754。主摇杆臂754转而接合次推杆
756，该次推杆接合次摇杆臂758。摇杆臂758的致动臂直接接合排
气阀762。如同先前的实现方式，致动器50适于基于从控制器(未
示出)接收的控制信号相对于汽缸块718对进气和排气阀740、762
定位。控制器接收信号，这些信号包括来自编码器信号(这些信号
指示相对于壳62的转子位置)的阀移动数据并且包括曲柄轴位置数
据。基于这些信号，控制器向致动器50的旋转马达60输出控制信
号，从而相对于汽缸块718控制阀740、762的位置。
虽然这里所示的引擎阀位置控制实现方式为汽缸712的每个
引擎阀740、762提供致动器50，但是这并非限制。例如，单个致动
器50可以用来控制多个阀。例如，单个致动器可以同时致动耦合到
单个燃烧室的多个输入阀。
使用致动器50控制阀操作有利地允许阀的运动与引擎曲柄轴
的旋转去耦合。此外，完全可控阀允许在整个引擎速度范围内完全
控制定时和提升。这允许在所有操作条件下优化阀操作。它也允许
操作的变化，从而在能量高效模式中或者在最大功率递送模式中的
操作。它使引擎汽缸去激活变得容易并且允许更复杂的去激活方案。
例如，可以去激活汽缸排的部分或者个别汽缸而不是如当前实践的
那样去激活整个汽缸排。此外，使用致动器50控制阀操作允许引擎
自启动而无需单独启动器来旋转曲柄轴。
使用这里描述的包括致动器50的引擎阀控制系统以很好地适
合于如下这一应用的方式提供旋转到线性运动的转换，在该应用中
在有限空间内最大化线性行程范围。例如，不同于必须与阀轴杆对
齐布置并且从阀杆向上延伸的线性致动器，致动器50可以从阀的一
侧的位置任意控制阀提升轮廓，并且因此未向阀串列添加高度。致
动器50在阀的这一侧的位置可以提供阀的线性位移而无需杠杆或者
摇杆臂，这可以明显减少阀导件的摩擦损失和磨损。
这一特征与致动器50的紧凑尺寸组合允许封装致动器，从而
使得当运用每个汽缸的多个阀时，多个致动器可以相配于汽缸周围
或者远离地定位于汽缸的外围周围而又仍然提供每个阀的全控制。
由于致动器50运用旋转马达60(该马达通过链接作用以控制
阀位置)，所以致动器50可以离开汽缸头部716定位。这是有利的，
因为这允许致动器50和传感器避免与汽缸排气阀和歧管相关联的高
温。这增加可以在达到热去磁温度之前在致动器的线圈中耗散的功
率量。此外，由于致动器马达离开阀本身定位，所以简化了冷却设
备的设计。例如，可以提供包围所有致动器马达而未干扰其它结构
的冷却护套。
在致动器50中，旋转编码器120用来感测位置。这一传感器
离开阀的位置位于旋转马达60内。旋转编码器120可以比线性位置
和速率传感器廉价得多并且更可靠。它也可以位于它看见更低温度
的位置。由于致动器50运用旋转马达60，所以用于检测阀位置和速
率的可靠传感器的设计和制造相对简单直接。
由于致动器50运用旋转马达60，所以这一设备很好地适合用
于在引擎700中使用，因为需要在高引擎速度的大量峰功率以克服
汽缸破裂压力并且打开排气阀。这一要求带来对系统的功率电子设
备的极度需求并且也造成对致动器中的最大效率的需要。出于上文
讨论的原因，旋转马达例如固有地比运用线性马达的致动器更高效。
旋转马达的相对效率可以用来可能地减少马达本身的尺寸或者减少
电功率要求或者二者。
从封装观点来看，包括旋转马达60和链接52的致动器50具
有比线性马达低得多的轮廓，并且由于在马达与阀之间的链接连接，
致动器可以与阀串列集成，从而旋转马达未直接放在阀之上。例如，
致动器50可以设置于V引擎的汽缸排之间。另外，单独链接(如果
必要则)可以将链接52的点P连接到阀。通过将致动器的旋转马达
离开阀定位，变得更易于封装每个汽缸系统的主动控制的多个阀。
需要精确控制以免让阀与阀座碰撞。致动器50获得的在转矩
与位置之间的特定关系简化引擎阀的控制。
参照图16，致动器650是致动器50的一个备选实现方式。致
动器650除了修改致动器50的端帽100、200以提高组装简单性之
外与致动器50基本上相似。具体而言，形成具有减少外径的改型端
帽(未示出)，并且支撑端帽100、200的大直径转子轴承89替换
为更小直径的相似轴承。由于改型端帽的减少直径，提供与四杆链
接的第一杆116对应并且相应地设定尺度的第三联接280。
虽然描述所示实现方式为使用具体马达和轴承，但是本发明不
限于这些部件，并且理解基于具体应用的要求来选择马达和轴承。
上文以一些细节描述用于将旋转运动转换成线性运动的机构
的所选例示性实施例。然而，应当理解，这里仅已经描述为了阐明
本发明而认为必需的结构。假设其它常规结构和系统的副和辅部件
为本领域技术人员所知和理解。另外尽管上文已经描述本发明的工
作示例，但是本发明不限于上文描述的工作示例，而是可以实现各
种设计变更而不脱离如在权利要求中阐述的本发明。