JP2012214218A - 保全性の高いロータリアクチュエータ及び作動の方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を最大限にし、その寸法、重量及び複雑さを低減する航空機に適したロータリアクチュエータを提供する。
【解決手段】航空機用のアクチュエータ１は、歯車アセンブリ４によって相互接続する、第１及び第２の駆動手段２、３、並びにアクチュエータ出力軸１０を備え、アクチュエータ出力軸１０は、第２の駆動手段３から独立して、第１の駆動手段２によって駆動可能であり、アクチュエータ出力軸１０は第１の駆動手段２から独立して、第２の駆動手段３によって駆動可能であり、アクチュエータ出力軸１０は、第１の駆動手段と第２の駆動手段２、３の組合せによって駆動可能である。歯車アセンブリ４は１組の遊星歯車を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ロータリアクチュエータ及びその作動の方法に関し、特に、航空機に使用するのに適したロータリアクチュエータ及びその作動の方法に関する。

セーフティクリティカルなシステム又は機器においてセーフティクリティカルな機構を始動させるには、高いレベルの信頼性を達成することが必要である。例えば、着陸装置、及び／又はフラップ及び補助翼などを作動させるために、その信頼性から、航空機では油圧アクチュエータを使用することが一般に知られている。油圧システムの故障は、通常、圧液の漏出によって引き起こされ、油圧システムは、固着することなく自由に動く状態で故障状態になる。油圧式着陸装置の場合、これによりシステム故障が起きても、着陸するために着陸装置を降ろすことが可能になる。

電気機械式アクチュエータは、軽量であり、航空機に簡単に組み込んで、航空機内の配電システムを使用して駆動することができるため、航空機での使用に有利である。しかし、電気モータは著しい焼付き故障モードを有し、そのため固着状態で故障状態となりやすく、バックアップシステムが効果を発揮しなくなる。

電動ロータリアクチュエータの既知の例では、システムの固着を引き起こす故障が起きた場合、アクチュエータを確実に自由にし、バックアップシステムが作動できるようにするために、切離し装置、例えばクラッチなどが必要となる。米国特許出願第２００９／１０８，１２９号によって提供されている１つの例では、少なくとも２つの電気駆動手段と、アクチュエータと出力軸との間の負荷経路を切断するためにアクチュエータアセンブリの出力部材に設けられた連結／分離機構とを含む固着耐性電気機械式作動システムを開示している。連結／分離機構は、連結／分離の作動を行なうために切断アクチュエータを使用する。

本発明は、ロータリアクチュエータの信頼性を最大限にし、その寸法、重量及び複雑さを低減するという課題に対処する。

本発明は、第１の駆動手段と、第２の駆動手段と、アクチュエータ出力軸とを備え、これらが歯車アセンブリによって相互接続される、航空機のためのアクチュエータであって、アクチュエータ出力軸が、第２の駆動手段から独立して、第１の駆動手段によって駆動可能であり、アクチュエータ出力軸が、第１の駆動手段から独立して、第２の駆動手段によって駆動可能であり、アクチュエータ出力軸が、第１の駆動手段と第２の駆動手段の組合せによって駆動可能である、アクチュエータを提供する。

更に、本発明は、第１の駆動手段と、第２の駆動手段と、アクチュエータ出力軸とを含み、これらが歯車アセンブリによって相互接続されるアクチュエータを作動させる方法を提供する。この方法は、第１の駆動手段を作動させ、アクチュエータ出力軸を駆動するステップと、第１の駆動手段に故障が起きた場合、第２の駆動手段を作動させ、アクチュエータ出力軸を駆動するステップと、第１の駆動手段と第２の駆動手段とを相互接続する歯車アセンブリに故障が起きた場合、第１の駆動手段と第２の駆動手段を組み合わせて作動させ、アクチュエータ出力軸を駆動するステップとを含む。

本発明によるアクチュエータは、駆動手段のいずれかが故障、又は歯車アセンブリに固着が起きた場合にも、継続して作動可能であることが有利である。更に、歯車アセンブリにクラッチを使用していないので、アクチュエータは、軽量及び小型となり、信頼性が高まる。

以下、添付の概略図を参照して、単に例として本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明を具体化するアクチュエータの断面図である。 歯車アセンブリの断面図である。 アクチュエータの第２の実施形態の断面図である。 アクチュエータの第３の実施形態の断面図である。

図１は、第１の駆動手段２及び第２の駆動手段３を備えるアクチュエータの断面を示す。第１及び第２の駆動手段２、３は、遊星歯車システム（エピサイクリック歯車システムとしても公知である）を備える歯車アセンブリ４によって相互接続する。２つの駆動手段２、３の各々は、電気モータを備え、電気モータの出力軸は波動歯車装置に接続され、減速し、電気モータ出力のトルクを大きくする。アクチュエータは、ケーシング（図示せず）内に位置し、波動歯車装置グラウンディング５によってしっかりと保持される。

遊星歯車アセンブリ４は、内歯外輪歯車６を含み、この内部に複数の外歯遊星歯車７が取付けられ、これらの歯は外輪歯車の歯に係合する。更に、この遊星歯車アセンブリ４は、遊星歯車７が軸支される複数のシャフトを有する遊星歯車キャリア８を含む。中央の外歯太陽歯車９は遊星歯車７と駆動接続して配置される。

別のタイプの歯車アセンブリも、特許請求の範囲から逸脱することなしに、本発明において使用することができる。

図１の実施形態では、第１のモータ２は歯車アセンブリ４の遊星歯車キャリア８に接続され、第２のモータ３は外輪歯車６に接続される。アクチュエータは太陽歯車９に接続される出力軸１０を有する。必要であれば、出力軸１０は第１のモータ２を貫通してもよい。

図１に示される実施形態において、アクチュエータに影響を及ぼし得る種々な故障のケースを対象とする作動を次の表中で説明する。表の中の矢印は、各入力又はモータ２、３の回転方向、及び、結果として生じる、出力軸１０の回転方向を示す。この表からわかるように、アクチュエータが作動しなくなるには、モータが両方とも故障することが必要となる。表に記載された他のいかなる故障のケースにおいてもアクチュエータは機能し続ける。

図２は、太陽歯車９、遊星歯車７、及び、外輪歯車６の配置を図示する歯車アセンブリ４の断面を示す。

図３は、本発明の別の実施形態の断面を示し、第１のモータ２は太陽歯車９に接続され、第２のモータは外輪歯車６に接続される。出力軸１０は、遊星歯車キャリア８に接続され、第２のモータを貫通する。

図４に示す、また別の実施形態では、第１のモータ２は遊星歯車キャリア８に接続され、第２のモータ３は、第１のモータを貫通するシャフトを介して太陽歯車９に接続される。出力軸１０は外輪歯車６に接続される。

これら実施形態の各々は、出力速度に対する入力速度の比率を変えることができ、この比率は、アクチュエータの動作モードに依存する。複数のモータを使用する実施形態を想定しており、場合によって、アクチュエータの出力軸によって駆動するエピサイクリック歯車を追加する必要がある。

更に、第１及び第２の駆動手段のうちの１つは電気モータを備え、他方の駆動手段は油圧モータを備えるような実施形態（図示せず）もある。この実施形態では、電気系統の故障又は油圧システムの故障などの、一般的な原因による故障に対する付加的な防護策を提供する。

すべての実施形態において、モータは表に示されるようにエピサイクリック歯車が確実に作動するために逆転駆動できないようになっている。波動歯車装置は、モータ出力に対して大きなギヤ減速比を提供することにより、逆転駆動を確実に防止する助けとなる。

アクチュエータが正常に作動する場合、第１及び第２の駆動手段は交互に作動する。従って、当然のことながら、いかなる故障の事態も発生しないと想定すれば、例えば、アクチュエータが作動するために１回のフライトで第１のモータのみを使用し、次のフライトでアクチュエータが作動するために第２のモータだけを使用する。このようにして、正常であれば、最後のデューティサイクルの間、モータが両方とも機能していたことが実証されている。

歯車アセンブリ４の構成部品のギヤ比を選択し、アクチュエータを特定の用途に合わせて最適化することができる。この点に関する限定要因には、外輪歯車の直径に対して利用可能な空間、応力及び疲労を根拠とする歯車の歯の寸法、必要な出力負荷及び速度、得られるモータトルク及び速度などがある。

１、１１、１２ アクチュエータ
２ 第１の駆動手段
３ 第２の駆動手段
４ 歯車アセンブリ
５ 波動歯車装置グラウンディング
６ 外輪歯車
７ 遊星歯車
８ 遊星歯車キャリア
９ 外歯太陽歯車
１０ 出力軸

Claims (18)

1. 第１の駆動手段と、第２の駆動手段と、アクチュエータ出力軸とを備え、これらが歯車アセンブリによって相互接続される、航空機のためのアクチュエータであって、
   前記アクチュエータ出力軸が、前記第２の駆動手段から独立して、前記第１の駆動手段によって駆動可能であり、
   前記アクチュエータ出力軸が、前記第１の駆動手段から独立して、前記第２の駆動手段によって駆動可能であり、
   前記アクチュエータ出力軸が、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段の組合せによって駆動可能である、
   アクチュエータ。
2. 前記第１及び前記第２の駆動手段が、各々の電気モータを備える、請求項１記載のアクチュエータ。
3. 前記第１及び前記第２の駆動手段が、各々の油圧モータを備える、請求項１記載のアクチュエータ。
4. 前記第１及び前記第２の駆動手段の少なくとも１つが電気モータを備え、前記第１及び前記第２の駆動手段の少なくとも１つが油圧モータを備える、請求項１記載のアクチュエータ。
5. 前記第１の駆動手段が、波動歯車装置を介して前記歯車アセンブリに接続される、請求項１乃至４のいずれか１項記載のアクチュエータ。
6. 前記第２の駆動手段が、波動歯車装置を介して前記歯車アセンブリに接続される、請求項１乃至５のいずれか１項記載のアクチュエータ。
7. 前記歯車アセンブリがエピサイクリック歯車アセンブリを備え、前記エピサイクリック歯車アセンブリが１組の遊星歯車及び遊星歯車キャリアに駆動接続される外輪歯車を含み、前記１組の遊星歯車及び前記遊星歯車キャリアが太陽歯車に駆動接続される、請求項１乃至６のいずれか１項記載のアクチュエータ。
8. 前記第１の駆動手段が、前記遊星歯車キャリアと駆動接続して配置される、請求項７記載のアクチュエータ。
9. 前記第２の駆動手段が、前記外輪歯車と駆動接続して配置される、請求項７又は８記載のアクチュエータ。
10. 前記アクチュエータ出力軸が、前記太陽歯車と駆動接続して配置される、請求項７乃至９のいずれか１項記載のアクチュエータ。
11. 前記第１の駆動手段が前記太陽歯車と駆動接続して配置され、前記第２の駆動手段が前記外輪歯車と駆動接続して配置され、前記アクチュエータ出力軸が前記遊星歯車キャリアと駆動接続して配置される、請求項７記載のアクチュエータ。
12. 前記第１の駆動手段が前記遊星歯車キャリアと駆動接続して配置され、前記第２の駆動手段が前記太陽歯車と駆動接続して配置され、前記アクチュエータ出力軸が前記外輪歯車と駆動接続して配置される、請求項７記載のアクチュエータ。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項記載のアクチュエータを備える、着陸装置システム。
14. 請求項１乃至１２のいずれか１項記載のアクチュエータを備える航空機のフラップ又は補助翼のコントロールシステム。
15. 第１の駆動手段と、第２の駆動手段と、アクチュエータ出力軸とを含み、これらが歯車アセンブリによって相互接続されるアクチュエータを作動させる方法であって、
    前記第１の駆動手段を作動させ、前記アクチュエータ出力軸を駆動するステップと、
    前記第１の駆動手段に故障が起きた場合、前記第２の駆動手段を作動させ、前記アクチュエータ出力軸を駆動するステップと、
    前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段とを相互接続する前記歯車アセンブリに故障が起きた場合、前記第１の駆動手段と前記第２の駆動手段を組み合わせて作動させ、前記アクチュエータ出力軸を駆動するステップと
    を含む方法。
16. 前記アクチュエータの正常な作動中に、前記第１及び前記第２の駆動手段が交互に作動される、請求項１５記載の方法。
17. 添付の図面に関連して、本明細書に実質的に記載のアクチュエータ。
18. 添付の図面に関連して、本明細書に実質的に記載の、アクチュエータを作動させる方法。