JP2006105224A - 電動ブレーキ - Google Patents

Abstract

【課題】 電動モータの回転角センサを用いて電動ブレーキを制御すること。
【解決手段】 電動ブレーキのコントローラ３０は、ピストン２８を各ディスク４，６から離す戻し方向に電動モータ２１を駆動する戻し手段と、ピストン２８の移動がハウジング２によって規制され電動モータ２１の回転が停止する原点に到達したことを判定する原点判定手段と、ピストン２８を各ディスク４，６に近づけるように正方向に電動モータ２１を駆動する正方向駆動手段と、ピストン２８の移動が各ディスク４，６によって規制され電動モータ２１の回転が停止するコンタクト位置に到達したことを判定するコンタクト判定手段と、ピストン２８が原点からコンタクト位置に到達するまでのモータ回転角度θに応じてディスク摩耗量を算出するディスク摩耗量算出手段とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、電動ブレーキの改良に関するものである。

近年、航空機に搭載される油圧源を縮小、廃止するため、車輪を制動するブレーキを油圧ブレーキから電動ブレーキにかえる傾向がある（特許文献１参照）。

また、特許文献２には、電動モータの回転運動をピストンの直線運動に変換して制動力を発生させる電動ディスクブレーキおよびその制御プログラムが開示されている。
米国特許ＵＳ６，７０２，０６９号 特開２００３−２０２０４２号公報

しかしながら、このような従来の電動ブレーキにあっては、ディスク摩耗量を検出したり、ディスクとピストン間のディスク隙間を調整するのに、ポテンショメータやＬＶＤＴ位置センサを用いてピストンのストロークを検出する必要があるため、製品のコストアップや大型化を招くという問題点があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、電動モータの回転角センサを用いて電動ブレーキを制御することを目的とする。

本発明は、ハウジングに進退可能に収められるピストンと、このピストンを直線運動させる電動モータと、この電動モータのモータ回転角度θを検出する回転角センサと、電動モータの作動を制御するコントローラとを備え、電動モータがピストンを介してディスクを押圧することにより制動トルクを発生する電動ブレーキに適用する。

請求項１に記載の発明は、コントローラは、ピストンをディスクから離す戻し方向に電動モータを駆動する戻し手段と、ピストンの移動がハウジングによって規制され電動モータの回転が停止する原点に到達したことを判定する原点判定手段と、ピストンをディスクに近づける正方向に電動モータを駆動する正方向駆動手段と、ピストンの移動がディスクによって規制され電動モータの回転が停止するコンタクト位置に到達したことを判定するコンタクト判定手段と、ピストンが原点からコンタクト位置に到達するまでのモータ回転角度θに応じてディスク摩耗量を算出するディスク摩耗量算出手段とを備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、コントローラは、ピストンをディスクに近づける正方向に電動モータを駆動する正方向駆動手段と、ピストンの移動がディスクによって規制され電動モータの回転が停止するコンタクト位置に到達したことを判定するコンタクト判定手段と、ピストンをディスクから離す戻し方向に電動モータを駆動する戻し手段と、モータ回転角度θを基にピストンをコンタクト位置から目標値Ｘ０だけ移動した位置で電動モータの回転を停止させるディスク隙間調整手段とを備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によると、モータ回転角度θを基にしてディスク摩耗量Ｘｗを自動的に測定することができ、ディスク摩耗量Ｘｗを機体のコクピットで監視することも可能となり、従来機体の運転が行われる前に行われていた点検作業が不要となる。また、ピストンのストロークを検出するのにポテンショメータやＬＶＤＴ位置センサを用いることがなく、製品のコストアップを抑えられる。

請求項３に記載の発明によると、モータ回転角度θを基にしてディスクとピストン間のディスク隙間を目標値Ｘ０に自動的に調整することができ、ディスク摩耗量がある程度大きくなっても、ディスクとピストン間のディスク隙間が適正に保たれる。これにより、ディスクとピストン間のディスク隙間を機械的に調整する機構が不要になり、ブレーキの小型化がはかれる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

まず、図７に本発明が適用可能な航空機用ブレーキの一例を示す。

これについて説明すると、車輪１はホイール５とタイヤ８から構成され、ホイール５の内側にブレーキ１０が設けられる。ホイール５は軸受９を介して機体シャフト７に支持される。

多板ディスク式のブレーキ１０は、機体シャフト７にハウジング２とトルクチューブ３等を介して連結される複数枚の円盤状のディスク４と、ホイール５に連結される複数枚の円盤状のディスク６とを備え、各ディスク６は各ディスク４の間に挟まれるように配置されている。

ハウジング２には複数の油圧シリンダ１８が設けられる。各油圧シリンダ１８の押圧力によってディスク４とディスク６が互いに押し付けられ、各摺動部分で摩擦力が発生し、制動トルクが得られる。

各油圧シリンダ１８は、そのピストン１１とディスク４間のディスク隙間を一定に調節するディスク隙間調節機構を備えている。このディスク隙間調節機構は、ピストン１１を戻し方向に付勢する戻しスプリング１２と、この戻しスプリング１２の基端を受けるリテーナ１３とを備え、各ディスク４，６の摩耗量に応じてリテーナ１３が自動的に摺動してディスク４とピストン１１間のディスク隙間を一定に調節するように構成されている。

ブレーキ１０は、各ディスク４，６のディスク摩耗量を検出するディスク摩耗量検出機構を備えている。このディスク摩耗量検出機構はハウジング２に摺動可能に支持されるゲージ１７を備え、作業者がゲージ１７を押し込んで、ゲージ１７の先端をディスク４に当接させてゲージ１７の位置を見ることにより、ディスク摩耗量を検出するようになっている。

ところで、近年、航空機に搭載される油圧源を縮小、廃止するため、車輪を制動するブレーキを油圧ブレーキから電動ブレーキにかえる傾向がある。

本発明は、電動モータを用いた航空機用ブレーキにおいて、ディスク摩耗量を自動的に検出するとともに、ディスク４とピストン１１間のディスク隙間を自動的に調節することを目的とする。以下、その具体的な例につき図１以下に示した実施形態を説明する。なお、前記図７に示す航空機用ブレーキと同一構成部には同一符号を付す。

図１に示すように、多板ディスク式のブレーキ１０は、機体シャフトにハウジング２とトルクチューブ３等を介して連結される４枚の円盤状のディスク４と、ホイールに連結される３枚の円盤状のディスク６とを備え、各ディスク６は各ディスク４の間に挟まれるように配置されている。

ハウジング２には複数個（例えば４〜６個）の電動モータ２１が設けられる。各電動モータ２１がギア２３，２４を介してピストン２８をディスク４に押し付けることにより、ディスク４とディスク６が互いに押し付けられ、各ディスク４，６の摺動面部分で摩擦力が発生し、制動トルクが得られるように構成されている。

なお、各ディスク４，６や電動モータ２１の個数はこれに限らず、任意に設定される。

ハウジング２内には、電動モータ２１と、減速機構２４と、直線運動機構２７と、ピストン２８が設けられる。

減速機構２４は電動モータ２１の出力軸２９に連結される小ギア２２とこれに噛み合う大ギア２３とを備える。

直線運動機構２７は大ギア２３に連結されるボールネジ２５と、このボールネジ２５に螺合する従動子２６とを備え、従動子２６にピストン２８が連結されている。ボールネジ２５が回転するのに伴って従動子２６が機体シャフトの中心線Ｏと平行に移動し、ピストン２８をディスク４に対して進退させるようになっている。

ブレーキ１０は、電動モータ２１の作動を制御するコントローラ３０を備える。コントローラ３０は図示しないメインコントローラから送られるブレーキ指令信号を入力し、ブレーキ指令信号に応じて電動モータ２１に対する駆動電流の電圧を制御する。コントローラ３０の駆動電流により電動モータ２１が正方向に回転することにより、ピストン２８がディスク４に当接させて各ディスク４を各ディスク６に押し付け、所定の制動トルクが得られる。コントローラ３０の駆動電流により電動モータ２１が戻し方向に回転することにより、ピストン２８がディスク４から離れ、制動が解除される。

コントローラ３０は電動モータ２１に駆動電流を出力し、電動モータ２１から出力される電流ｉとモータ回転角度θの検出信号を入力する。コントローラ３０はモータ駆動電気回路、マイクロコンピュータ等で構成されている。

電動モータ２１は回転角センサを内蔵したブラシレス式の直流モータが用いられ、この回転角センサの検出信号に応じて各コイルに対する駆動電流の供給が制御されるように構成されている。

なお、ブラシ式の直流電動モータ２１を用いることも可能であり、その場合には回転角センサを設ける必要がある。

しかし、電動モータ２１に備えられる回転角センサは、出力軸２９が１回転する範囲内の角度位置しか検出できないため、ポテンショメータやＬＶＤＴ位置センサのように原点位置の信号を出力することができない。

そこでコントローラ３０は機体のコントロールシステムに電源が投入された始動時毎に次の制御を行う。
・ピストン２８の原点位置の検出
・ピストン２８のコンタクト位置の検出
・ディスク摩耗量の算出
・ディスク４とピストン１１間のディスク隙間の調整
まず、コントローラ３０が回転角センサによって検出されるモータ回転角度θに応じてピストン２８の原点位置を検出する制御内容について説明する。

図２の（ａ）に示すように、コントローラ３０は電動モータ２１に指令電圧−Ｖ１を送って電動モータ２１を戻し方向に回転駆動する。これによりピストン２８はディスク４から離れるようにして引き込まれ、やがて従動子２６がハウジング２に当接する。コントローラ３０はピストン２８（従動子２６）がハウジング２側に当接して停止することを判定し、その角度位置を原点として角度信号θをリセットする。

図３のフローチャートはピストン２８の原点位置を検出するルーチンを示しており、コントローラ３０において一定周期毎に実行される。

まずステップＳ１にて電動モータ２１に指令電圧−Ｖ１を送る。

続くステップＳ２にてモータ回転角度θの変化率ｄθ／ｄｔが略０になるか否かを判定し、略０になったらピストン２８がハウジング２側に当接して原点位置に来たものとする。

なお、ステップＳ２にて電動モータ２１の電流信号ｉの変化率ｄｉ／ｄｔが略０になるか否かを判定し、略０になったらピストン２８がハウジング２側に当接して原点位置に来たものとしても良い。

続くステップＳ３にてこの原点位置における角度信号θをθ＝０にリセットして本ルーチンを終了する。

次に、コントローラ３０がモータ回転角度θに応じてピストン２８のコンタクト位置を検出する制御内容について説明する。

図２の（ｂ）に示すように、コントローラ３０は電動モータ２１に指令電圧Ｖ２を送って電動モータ２１を正方向に回転駆動する。これによりピストン２８はディスク４に近づき、やがてディスク４に当接する。コントローラ３０はピストン２８がディスク４側に当接してコンタクト位置に停止することを判定する。

図４のフローチャートはピストン２８のコンタクト位置を検出するルーチンを示しており、コントローラ３０において一定周期毎に実行される。

まずステップＳ１１にて電動モータ２１に指令電圧−Ｖ２を送る。

続くステップＳ１２にてモータ回転角度θの変化率ｄθ／ｄｔが略０になるか否かを判定し、略０になったらピストン２８がディスク４側に当接してコンタクト位置に来たものとする。

なお、ステップＳ１２にて電動モータ２１の電流信号ｉの変化率ｄｉ／ｄｔが略０になるか否かを判定し、略０になったらピストン２８がディスク４側に当接してコンタクト位置に来たものとしても良い。

続くステップＳ１３にてこのコンタクト位置における角度信号θ２を保存して本ルーチンを終了する。

次に、コントローラ３０がモータ回転角度θに応じてディスク摩耗量を算出する制御内容について説明する。

コントローラ３０はコンタクト位置における角度信号θ２を基にして算出される現在のコンタクト位置Ｘｃと各ディスク４，６が摩耗する前におけるコンタクト位置Ｘｍｉｎを比較してディスク摩耗量Ｘｗを算出する構成とする。

図５のフローチャートはディスク摩耗量を算出するルーチンを示しており、コントローラ３０において一定周期毎に実行される。

まずステップＳ２１にてコンタクト位置における角度信号θ２を基にコンタクト位置Ｘｃを次式で算出する。ただし、Ｋはピストン２８のストロークと電動モータ２１のモータ回転角度の変換係数である。
Ｘｃ＝Ｋ×θ２ …（１）
続くステップＳ２２にてディスク摩耗量Ｘｗを次式で算出する。ただし、Ｘｍｉｎは各ディスク４，６が新品時のコンタクト位置である。このコンタクト位置Ｘｍｉｎは各ディスク４，６の交換時等に測定した各ディスク４，６が摩耗する前におけるコンタクト位置の値であり、コントローラ３０に記憶させている。
Ｘｗ＝Ｘｃ−Ｘｍｉｎ …（２）
続くステップＳ２３にて算出されたディスク摩耗量Ｘｗが限界値Ｘｌｉｍに達したか否かを判定する。この限界値Ｘｌｉｍは予め設定された値であり、各ディスク４，６の交換時期を知らせる目安となる。

ここで摩耗量Ｘｗが限界値Ｘｌｉｍに達したと判定された場合、ステップＳ２４に進んでディスク摩耗の警報を出力する。この警報は点検時にコントローラ３０の通信回線に接続されるディスプレイ装置に表示される。また、機体のコクピットに設けられたディスプレイ装置に表示されるようにしても良い。

次に、コントローラ３０がモータ回転角度θに応じてディスク４とピストン１１間のディスク隙間を目標値Ｘ０となるように調整する制御内容について説明する。

図２の（ｃ）に示すように、コントローラ３０は電動モータ２１に指令電圧−Ｖ３を送って電動モータ２１を戻し方向に回転駆動する。コントローラ３０は電動モータ２１を原点からモータ回転角度θがθ２−Ｘ０／Ｋとなる位置まで回転駆動し、停止させる。

図６のフローチャートはディスク４とピストン１１間のディスク隙間の調整するルーチンを示しており、コントローラ３０において一定周期毎に実行される。

まずステップＳ４１にて電動モータ２１に指令電圧−Ｖ３を送る。

続くステップＳ４２にてモータ回転角度θがコンタクト位置Ｘｃに対する目標モータ回転角度θ２−Ｘ０／Ｋになるか否かを判定し、略目標モータ回転角度θ２−Ｘ０／Ｋになったらディスク４とピストン１１間のディスク隙間が目標値Ｘ０になったものとする。

続くステップＳ４３にて電動モータ２１への指令電圧を０にして電動モータ２１を停止する。

上記したモータ回転角度θに応じてディスク４とピストン１１間のディスク隙間を目標値Ｘ０となるように調整する制御は、機体の運転中にブレーキ１０の制動を解除する毎に行われ、ディスク４とピストン１１間のディスク隙間が目標値Ｘ０に自動的に調整される。

ブレーキ１０は以上のように構成されて、機体の運転が行われる始動時毎に、ディスク摩耗量Ｘｗを検出するディスク摩耗量検出動作と、ディスク４とピストン１１間のディスク隙間を目標値Ｘ０に調整するディスク隙間調整動作がそれぞれ自動的に行われる。

電動モータ２１の回転角センサの角度信号θを基にしてディスク摩耗量Ｘｗを自動的に測定することにより、ディスク摩耗量Ｘｗを機体のコクピットで監視することも可能となり、従来機体の運転が行われる前に行われていた点検作業が不要となる。

ディスク摩耗量Ｘｗが限界値Ｘｌｉｍに達したことを判定して警報を出力することにより、ディスク摩耗量Ｘｗの管理が容易に行え、ディスク摩耗量Ｘｗが過大になることを防止できる。

電動モータ２１の回転角センサの角度信号θを基にしてディスク４とピストン１１間のディスク隙間を目標値Ｘ０に自動的に調整することにより、ディスク摩耗量Ｘｗがある程度大きくなっても、ディスク４とピストン１１間のディスク隙間が適正に保たれる。これにより、ディスク４とピストン１１間のディスク隙間を機械的に調整する戻しスプリング１２やリテーナ１３等の機構が不要になり、ブレーキ１０の小型化がはかれる。

ピストン２８が１回だけ往復動する間に、ディスク摩耗量検出動作とディスク隙間調整動作が連続して行われるため、これらのブレーキ１０を作動させる前に行われる処理を速やかに終わらせることができる。

また、ピストン２８のストロークを検出するのにポテンショメータやＬＶＤＴ位置センサを用いることがなく、製品のコストアップを抑えられる。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明の電動ブレーキは、航空機に限らず例えば車両や他の機械等に利用できる。

本発明の実施の形態を示す電動ブレーキの断面図。 同じく（ａ），（ｂ），（ｃ）は制御動作を示す断面図とタイミングチャート。 同じく原点を検出する制御内容を示すフローチャート。 同じくコンタクト位置を検出する制御内容を示すフローチャート。 同じく摩耗量を算出する制御内容を示すフローチャート。 同じくディスク隙間を調節する制御内容を示すフローチャート。 本発明が適用可能な航空機用ブレーキの断面図。

符号の説明

２ ハウジング
４ ディスク
６ ディスク
２１ 電動モータ
２８ ピストン
３０ コントローラ

Claims (4)

1. ハウジングに進退可能に収められるピストンと、このピストンを直線運動させる電動モータと、この電動モータのモータ回転角度θを検出する回転角センサと、前記電動モータの作動を制御するコントローラとを備え、前記電動モータがピストンを介してディスクを押圧することにより制動トルクを発生する電動ブレーキにおいて、
   前記コントローラは、
   前記ピストンを前記ディスクから離すように戻し方向に前記電動モータを駆動する第一戻し手段と、
   前記ピストンの移動が前記ハウジングによって規制され前記電動モータの回転が停止する原点に到達したことを判定する原点判定手段と、
   この原点から前記ピストンを前記ディスクに近づけるように正方向に前記電動モータを駆動する正方向駆動手段と、
   前記ピストンの移動が前記ディスクによって規制され前記電動モータの回転が停止するコンタクト位置に到達したことを判定するコンタクト判定手段と、
   前記ピストンが原点からコンタクト位置に到達するまでのモータ回転角度θに応じてディスク摩耗量Ｘｗを算出するディスク摩耗量算出手段と、
   を備えたことを特徴とする電動ブレーキ。
2. 前記ディスク摩耗量Ｘｗが限界値Ｘｌｉｍに達したことを判定して警報を出力する警報手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動ブレーキ。
3. ハウジングに進退可能に収められるピストンと、このピストンを直線運動させる電動モータと、この電動モータのモータ回転角度θを検出する回転角センサと、前記電動モータの作動を制御するコントローラとを備え、前記電動モータがピストンを介してディスクを押圧することにより制動トルクを発生する電動ブレーキにおいて、
   前記コントローラは、
   前記ピストンを前記ディスクに近づけるように正方向に前記電動モータを駆動する正方向駆動手段と、
   前記ピストンの移動が前記ディスクによって規制され前記電動モータの回転が停止するコンタクト位置に到達したことを判定するコンタクト判定手段と、
   このコンタクト位置から前記ピストンを前記ディスクから離すように戻し方向に前記電動モータを駆動する第二戻し手段と、
   前記モータ回転角度θを基に前記ピストンを前記コンタクト位置から目標値Ｘ０だけ移動した位置で前記電動モータの回転を停止させるディスク隙間調整手段と、
   を備えたことを特徴とする電動ブレーキ。
4. 前記コントローラは、
   前記ピストンを前記ディスクから離すように戻し方向に前記電動モータを駆動する第一戻し手段と、
   前記ピストンの移動が前記ハウジングによって規制され前記電動モータの回転が停止する原点に到達したことを判定する原点判定手段とを備え、
   前記正方向駆動手段はこの原点から前記ピストンを前記ディスクに近づけるように正方向に前記電動モータを駆動する構成とし、
   前記ピストンの移動が前記ディスクによって規制され前記電動モータの回転が停止するコンタクト位置に到達したことを判定するコンタクト判定手段と、
   前記ピストンが原点からコンタクト位置に到達するまでのモータ回転角度θに応じてディスク摩耗量Ｘｗを算出するディスク摩耗量算出手段とを備え、
   前記ピストンが往復動する間にディスク摩耗量Ｘｗを検出する動作とディスクとピストン間のディスク隙間を目標値Ｘ０に調整動作が連続して行われる構成としたことを特徴とする請求項３に記載の電動ブレーキ。

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