JP2019089508A - 電動アクチュエータ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電動アクチュエータによる舵面と航空機本体側との機械的接続を容易に解除することができ、かつ、シンプルな構造とされた電動アクチュエータ装置を提供する。【解決手段】航空機の舵面30側に接続された第1支点22と、航空機本体側に接続された第2支点24とを有し、第1支点22と第2支点24とを接近離間可能に電動モータによって駆動する電動アクチュエータ本体20と、第1支点22または第2支点24の下方を支持する支持位置と、第1支点22または第2支点24の下方から退避する退避位置との間を進退する支持部材42と、支持部材42が退避位置に位置したときに、第1支点22または第2支点24を保持する保持部材46と、を備えた電動アクチュエータ装置10。【選択図】図1

Description

本発明は、例えば、航空機の舵面アクチュエータに採用されて好適な電動アクチュエータ装置に関する。
近年、電動アクチュエータの軽量化と高出力化が進み、航空機の舵面操作において電動アクチュエータが採用される機会が増加している。しかしながら、電動アクチュエータにボールスクリュー機構が採用されている場合、回転するスクリュー上でボールナットが固着する機械的ジャミングの発生が懸念される。機械的ジャミングが発生した場合、航空機の舵面が意図しない位置で固定されてしまい、パイロットの意思通りに機体を制御することが困難になり、重大事故に繋がる可能性がある。したがって、意図しない位置で固定された舵面を、機械的ジャミングから解放することが望まれる。
特許文献1では、2系統のボールスクリュー機構をハウジングに収容し、それぞれ駆動を独立して作動又はロック可能とし、互いの機械的連結を切り離した状態で構成することで、一部の故障が全体の作動に制約を生じることを防止する電動アクチュエータが開示されている。
特開2013−42602号公報
しかしながら、特許文献1の技術においては、2系統のボールスクリュー機構と、それぞれを独立して作動させるモータ、ロックのためのクラッチ機構が必要となり、構造の複雑化、部品点数の増加、大幅な重量の増加などが懸念される。
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、電動アクチュエータによる舵面と航空機本体側との機械的接続を容易に解除することができ、かつ、シンプルな構造とされた電動アクチュエータ装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、電動アクチュエータ装置は以下の手段を採用する。
即ち、本発明の一態様に係る電動アクチュエータ装置においては、航空機の舵面側に接続された第1支点と、航空機本体側に接続された第2支点とを有し、前記第1支点と前記第2支点とを接近離間可能に電動モータによって駆動する電動アクチュエータ本体と、前記第1支点または前記第2支点の下方を支持する支持位置と、前記第1支点または前記第2支点の下方から退避する退避位置との間を進退する支持部材と、前記支持部材が前記退避位置に位置したときに、前記第1支点または前記第2支点を保持する保持部材と、を備える。
本態様にかかる電動アクチュエータ装置においては、電動アクチュエータ本体の第1支点と第2支点とによって、航空機の舵面のアームと航空機本体側とが接近離間可能に接続され、第1支点または第2支点の下方を支持する支持位置と、支持部材が退避位置に位置したときに、第1支点または第2支点を保持する保持部材と、を備えることとした。これによれば、電動アクチュエータ本体の第1支点または第2支点を下方から支持している支持部材を退避位置に移動させることで、第1支点または第2支点は支持から解放されて、第1支点または第2支点の接続を解除することができる。また、解放された第1支点または第2支点は、保持部材によって保持され、落下することはない。これによって、電動アクチュエータ本体を介して接続される第1支点側の舵面と第2支点側の航空機本体側とを切り離すことができ、電動アクチュエータ本体による舵面と航空機本体側との機械的拘束を容易に解除することができる。また、第1支点または第2支点は、保持部材によって保持され、落下することがないので、他の部品や航空機本体を損傷させる危険性を低減することができる。更に、シンプルな機構の組合せによって電動アクチュエータ装置が構成されているため、組み付け性、メンテナンス性、故障に対する信頼性が良好である。
また、本発明の一態様に係る電動アクチュエータ装置においては、前記支持部材が、前記第2支点に対して進退する。
本態様にかかる電動アクチュエータ装置においては、支持部材が第2支点に対して進退することとした。これによれば、舵角が大きい場合でも、支持部材に対して作用する電動アクチュエータ本体の軸力による負荷が小さくなり、支持部材の進退動作を小さな動力で行うことができる。
また、本発明の一態様に係る電動アクチュエータ装置は、前記支持部材の進退動作を行う支持部材用電動モータと、前記支持部材用電動モータを制御する制御部と、前記電動アクチュエータ本体の動作の不具合を検出する不具合検出部と、を備え、前記制御部は、前記不具合検出部によって前記電動アクチュエータ本体の動作の不具合が検出された場合に、前記支持部材を前記支持位置から前記退避位置に動作させる。
本態様にかかる電動アクチュエータ装置において、制御部は、不具合検出部によって電動アクチュエータ本体の動作の不具合が検出された場合に、支持部材を支持位置から退避位置に動作させることとした。これによれば、例えば、電動アクチュエータ本体の機械的ジャミングなどの不具合が生じて、舵面が意図しない舵角で固定されてしまった場合、制御部からの信号によって支持部材用電動モータを駆動することができる。支持部材用電動モータを駆動すると、第1支点または第2支点を下方から支持する支持部材は退避位置に移動して、第1支点または第2支点が解放される。その結果、電動アクチュエータ本体を介して接続される第1支点側の舵面と第2支点側の航空機本体側とを切り離すことができ、電動アクチュエータ本体による舵面と航空機本体側との機械的接続を容易に解除することができる。これによって、舵面が、翼まわりの空気流れに逆らわないフリーな状態となり、意図しない舵角での舵面の固定による航空機の機体制御に対する危険要因を排除することができる。この場合、故障が発生していない他の舵面によって機体制御を行うことができるので、機体制御性は維持できる。
また、本発明の一態様に係る電動アクチュエータ装置において、前記保持部材は、前記第1支点または前記第2支点が保持され、移動可能なガイド経路を備え、前記第1支点または前記第2支点の上方に回動点を有する振り子である。
本態様にかかる電動アクチュエータ装置において、保持部材は、第1支点または第2支点が保持され、移動可能なガイド経路を備え、第1支点または第2支点の上方に回動点を有する振り子である。これによれば、支持部材が退避位置に移動して第1支点または第2支点が解放された場合、第1支点または第2支点は、第1支点または第2支点の上方にて回動自在に支持された振り子に備えられたガイド経路に沿って落下して、ガイド経路内に保持される。したがって、振り子の可動範囲内及びガイド経路の範囲内において電動アクチュエータ本体に自由度が与えられ、結果として、電動アクチュエータ本体を介して接続される第1支点側の舵面と第2支点側の航空機本体側との機械的拘束を解除することができる。また、第1支点または第2支点は、ガイド経路内に保持されるので、他の部品や航空機本体を損傷させる危険性を低減することができる。
また、アクチュエータ本体のジャミング解消(修理)後の復旧作業においても、第1支点または第2支点をガイド経度に沿って定位置に戻した後、支持部材を元の位置に戻すだけなので、復旧の簡便性についても良好となる。
また、本発明の一態様に係る電動アクチュエータ装置において、前記保持部材は、前記第1支点または前記第2支点が保持されるワイヤである。
本態様にかかる電動アクチュエータ装置において、保持部材は、第1支点または第2支点が保持されるワイヤとした。これによれば、支持部材が退避位置に移動して第1支点または第2支点が解放された場合、第1支点または第2支点はワイヤによって保持されているので、ワイヤの可動範囲内において電動アクチュエータ本体に自由度が与えられ、結果として、電動アクチュエータ本体を介して接続される第1支点側の舵面と第2支点側の航空機本体側との機械的拘束を解除することができる。また、第1支点または第2支点は、ワイヤに保持されて落下することがないので、他の部品や航空機本体を損傷させる危険性を低減することができる。
また、アクチュエータ本体のジャミング解消(修理)後の復旧作業においても、第1支点または第2支点を定位置に戻した後、支持部材を元の位置に戻すだけなので、復旧の簡便性についても良好となる。
本発明に係る電動アクチュエータ装置によれば、電動アクチュエータ本体による舵面と航空機本体側との機械的接続を容易に解除することができ、かつ、シンプルな構造を実現できる。
第1実施形態に係る電動アクチュエータ装置において、支持部材が支持位置にセットされている場合の正面図である。 電動アクチュエータ本体の構造の例を示した横断面図である。 第1実施形態に係る電動アクチュエータ装置において、支持部材が支持位置にセットされているときの支持部材周辺の構造の正面図である。 第1実施形態に係る電動アクチュエータ装置において、支持部材が退避位置にセットされているときの支持部材周辺の構造を正面図である。 支持部材及び支持部材の進退動作を行う機構の形態例を示した図である。 第1実施形態に係る電動アクチュエータ装置において、支持部材が支持位置にセットされ、第2支点を支持しているときの支持部材周辺の構造の正面図である。 図6の左側面図である。 第1実施形態に係る電動アクチュエータ装置において、支持部材が退避位置にセットされている場合の正面図である。 第1実施形態に係る電動アクチュエータ装置において、第2支点が振り子に保持されている場合の正面図である。 第1実施形態に係る電動アクチュエータ装置の他の例において、舵角が大きい場合を示した正面図である。 第1実施形態に係る電動アクチュエータ装置において、舵角が大きい場合を示した正面図である。 第2実施形態に係る電動アクチュエータ装置における、支持部材周辺の構造の正面図である。
以下に、本発明の電動アクチュエータ装置の一実施形態について、図1乃至12を参照して説明する。
[第1実施形態]
まず、図1乃至11を参照して、第1実施形態に係る電動アクチュエータ装置10の構成を説明する。
図1に示すように、本実施形態に係る電動アクチュエータ装置10は、電動アクチュエータ本体20を備える。電動アクチュエータ本体20は、例えば、図2に示すように、シリンダ20bと、シリンダ20b内のスクリュー20eの回転によって、図2で示す左右方向に移動可能なボールナット20fに一端が接続されたロッド20aを備える。スクリュー20eは、スクリュー用ギアボックス20c内に収められた複数のギアを介して、スクリュー用電動モータ20dによって駆動される。即ち、電動アクチュエータ本体20は、スクリュー用電動モータ20dによって伸縮が可能とされた、ボールスクリュー機構の電動アクチュエータである。
ロッド20aのボールナット20fとは反対側(図2において右側)の端部には舵面側支点(第1支点)22が設けられる。一方、舵面側支点22とは反対側のシリンダ20bの端部には航空機本体側支点(第2支点)24が設けられる。即ち、電動アクチュエータ本体20において、一端は舵面側支点22を備え、他端は航空機本体側支点24を備え、電動アクチュエータ本体20が伸縮することで、舵面側支点22と航空機本体側支点24とを接近離間可能とする。
電動アクチュエータ本体20には、制御部(図示せず)が接続され、舵面側支点22と航空機本体側支点24との接近離間を制御している。また、制御部(図示せず)は、スクリュー20eの回転情報を認識して、その回転情報を基に、ボールナット20f(ロッド20a)の位置を認識・制御している。スクリュー20eの回転情報とは、スクリュー20eの回転動作に関する情報であり、例えば、スクリュー20eに回転角度センサを組み込むことによって得ることができる。更に、制御部(図示せず)は、電動アクチュエータ本体20が備えるボールナット20fとスクリュー20eとの固着によって生じる機械的ジャミングなどの不具合を検出可能な不具合検出部(図示せず)を備える。不具合検出部は、例えば、スクリュー20eに取り付けた回転角度センサから検出した回転情報から換算した実際のロッド20aの位置と、航空機側から送信される制御信号との不一致を検出することで不具合を判断する。
制御部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。
図1において、舵面側支点22はアーム32に対してピン等によって回動自在に接続される。また、アーム32は航空機の舵面30に固定されて一体化されている。アーム32と一体化された舵面30の端部は、第3支点31によって回動自在に支持されている。なお、上述する舵面30とは、例えば、エルロン、エレベータ、ラダー、ホリゾンタル・スタビライザー等である。
一方、航空機本体側支点24は航空機本体側の機体構造40(図1参照)に接続される。その詳細を図3乃至7を用いて説明する。図3に示すように、機体構造40の下端には、下方が開口する逆U字状の切り欠き40aが設けられている。また、切り欠き40aの下方には、支持部材42が設けられている。支持部材42は、略水平方向に延在しており、基端部(図3において左端部)には支持部材用電動モータ44が接続されている。支持部材用電動モータ44は、機体構造40に対して固定されている。図3は、支持部材42が支持位置にセットされている状態を示し、図4は、支持部材42が退避位置にセットされている状態を示す。支持位置とは、支持部材42周辺の構造を正面視(図3参照)したときに、支持部材42が切り欠き40aの下方の開口を閉鎖するような位置を意味する。また、退避位置とは、支持部材42が支持位置から略水平方向に退避(図3に示す支持部材42の位置から、支持部材42が左側に移動)して、支持部材42周辺の構造を正面視(図4参照)したときに、切り欠き40aの下方の開口を解放するような位置を意味する。支持部材42は、この支持位置と退避位置との間を、支持部材用電動モータ44によって移動する。支持部材用電動モータ44には、制御部(図示せず)が接続され、支持部材用電動モータ44を制御している。
支持部材42は、図5に示すように、平面視した場合にコの字形状とされ、支持位置にセットされている場合、図6及び7に示すように、電動アクチュエータ本体20の航空機本体側支点24の下端を下方から支持できる。また、航空機本体側支点24の上部分は、機体構造40の切り欠き40aに嵌め合わされることよって保持されている。即ち、航空機本体側支点24は、切り欠き40aと支持部材42とに挟まれる形態で回動自在に支持される。
更に、航空機本体側支点24は、機体構造40の両端側(図7参照)に設けられた振り子(保持部材)46が備えるガイド経路46aに挿嵌される。振り子(保持部材)46は、正面視(図6参照)したときに上下方向に延在する角丸長方形状をしていて、内側には、同じく上下方向に延在する角丸長方形状のガイド経路46aが設けられている。ガイド経路46aの上端及び下端の半径、並びにガイド経路46aの幅は、挿嵌される航空機本体側支点24の径に対応している。振り子(保持部材)46は、航空機本体側支点24の上方に設けられた回動点46cによって回動自在に支持される。ただし、航空機本体側支点24が、切り欠き40aと支持部材42とに挟まれる形態で支持されている場合、ガイド経路46aに挿嵌された航空機本体側支点24によって、振り子(保持部材)46の回動点46c回りの回動に対する自由度は拘束され、振り子(保持部材)46は回動不可能となっている。
図1に示すように、航空機本体側の機体構造40に接続される航空機本体側支点24と、舵面30側の舵面側支点22とを電動アクチュエータ本体20によって接近離間することで、舵面30と一体になったアーム32を介して、第3支点31を中心に、舵面30の舵角を調整する。
次に、電動アクチュエータ本体20に機械的ジャミングなどの不具合が生じた場合の電動アクチュエータ装置10の動作について説明する。
制御部(図示せず)が備える不具合検出部(図示せず)は、航空機側からの制御信号によって電動アクチュエータ本体20に要求されているロッド20aの位置(近接離間の度合)と、実際のロッド20aの位置と、を比較して、所定値以上のずれを検出した場合に、機械的ジャミングなどの不具合が電動アクチュエータ本体20に生じていると判断する。電動アクチュエータ本体20の不具合を検出した場合、制御部(図示せず)は、支持部材用電動モータ44に駆動信号を送信して、支持部材42を、図1に示す支持位置から図8に示す退避位置に移動させる。
支持部材42が退避位置に移動すると、航空機本体側支点24の下端が支持部材42による支持から解放される。支持部材42による支持から解放された航空機本体側支点24は、図9に示すように、電動アクチュエータ本体20の自重によって、振り子(保持部材)46のガイド経路46aに沿って落下して、ガイド経路46a内(図9においてはガイド経路46aの下端位置)にて保持される。即ち、航空機本体側支点24は機体構造40との接続から解除される。同時に、振り子(保持部材)46が回動点46c周りに回動可能となる。この時、ガイド経路46a内に保持される航空機本体側支点24は、振り子(保持部材)46の可動範囲内及びガイド経路46aの範囲内で自由度が与えられ、同時に、電動アクチュエータ本体20に対しても、振り子(保持部材)46の可動範囲内及びガイド経路46aの範囲内で自由度が与えられる。更に、電動アクチュエータ本体20の舵面側支点22側に設けられた舵面30に対しても、電動アクチュエータ本体20の可動範囲内で自由度が与えられ、結果として、舵面30と機体構造40との機械的拘束が解除されることになる。
本実施形態によれば以下の効果を奏する。
電動アクチュエータ本体20の舵面側支点22と航空機本体側支点24とによって、航空機の舵面30のアーム32と航空機本体側の機体構造40とが接近離間可能に接続され、航空機本体側支点24の下方を支持する支持位置と、支持部材42が退避位置に移動したときに、航空機本体側支点24を保持する振り子(保持部材)46と、を備えることとした。これによれば、電動アクチュエータ本体20に機械的ジャミングが発生した場合、電動アクチュエータ本体20の航空機本体側支点24を下方から支持している支持部材42を退避位置に移動させることで、航空機本体側支点24の下端は支持から開放されて、機体構造40と航空機本体側支点24との接続を解除することができる。これによって、振り子(保持部材)46の可動範囲内及びガイド経路46aの範囲内において電動アクチュエータ本体20に自由度が与えられ、結果として、電動アクチュエータ本体20を介して接続される舵面側支点22側の舵面30と航空機本体側支点24側の機体構造40との機械的拘束を解除することができる。その結果、舵面30が、翼まわりの空気流れに逆らわないフリーな状態となり、意図しない舵角での舵面30の固定による航空機の機体制御に対する危険要因を排除することができる。この場合、故障が発生していない他の舵面によって機体制御を行うことができるので、機体制御性は維持できる。
また、航空機本体側支点24は、振り子(保持部材)46によってガイド経路内に保持され、落下することがないので、他の部品や航空機本体を損傷させる危険性を低減することができる。
また、シンプルな機構の組合せによって電動アクチュエータ装置10が構成されているため、組み付け性、メンテナンス性、故障に対する信頼性が良好である。
また、アクチュエータ本体のジャミング解消(修理)後の復旧作業においても、航空機本体側支点24をガイド経路46aに沿って定位置に戻した後、支持部材42を元の位置に戻すだけなので、復旧の簡便性についても良好となる。
なお、図10に示すように、支持部材42が舵面30側の舵面側支点22の下端を支持する構成としても良い。しかし、舵角が大きい場合、舵面側支点22において、電動アクチュエータ本体20に作用する軸力の一部が、支持部材42を下方に押さえ付けるに方向に作用して、支持部材42の進退動作を妨げる負荷を与えてしまう。これに対して、図11に示すように、支持部材42を、機体構造40側の航空機本体側支点24の下端を支持する構成とすると、舵角が大きい場合でも、支持部材42を下方に押さえ付けるに方向に軸力の一部が作用せず、より小さな動力で進退動作を行うことができる。即ち、支持部材42を駆動する支持部材用電動モータ44の小型化を実現できる。
[第2実施形態]
次に、図12を参照して、第2実施形態に係る電動アクチュエータ装置10について説明する。
本実施形態は、上述した第1実施形態に対して、振り子(保持部材)46の形態が異なり、その他の点については同様である。したがって、第1実施形態と異なる点についてのみ説明し、その他は同一の符号を用いてその説明を省略する。
図12に示すように、航空機本体側支点24と機体構造40とは、ワイヤ48を介して接続される。支持部材42が退避位置に移動して航空機本体側支点24が支持からが解放されると、航空機本体側支点24は落下して、ワイヤ48によって保持される。このとき、航空機本体側支点24は舵面30に対して、ワイヤ(保持部材)48の可動範囲内で自由度が与えられ、舵面30と機体構造40との機械的拘束が解除されることになる。
本実施形態によれば以下の効果を奏する。
電動アクチュエータ本体20の舵面側支点22と航空機本体側支点24とによって、航空機の舵面30のアーム32と航空機本体側の機体構造40とが接近離間可能に接続され、航空機本体側支点24の下方を支持する支持位置と、支持部材42が退避位置に移動したときに、航空機本体側支点24を保持するワイヤ(保持部材)48と、を備えることとした。これによれば、電動アクチュエータ本体20に機械的ジャミングが発生した場合、電動アクチュエータ本体20の航空機本体側支点24を下方から支持している支持部材42を退避位置に移動させることで、航空機本体側支点24の下端は支持から開放されて、機体構造40と航空機本体側支点24との接続を解除することができる。これによって、ワイヤ(保持部材)48の可動範囲内において電動アクチュエータ本体20に自由度が与えられ、結果として、電動アクチュエータ本体20を介して接続される舵面側支点22側の舵面30と航空機本体側支点24側の機体構造40との機械的拘束を解除することができる。その結果、舵面30が、翼まわりの空気流れに逆らわないフリーな状態となり、意図しない舵角での舵面30の固定による航空機の機体制御に対する危険要因を排除することができる。この場合、故障が発生していない他の舵面によって機体制御を行うことができるので、機体制御性は維持できる。
また、航空機本体側支点24は、ワイヤ48の長さ範囲内にて保持され、落下することがないので、他の部品や航空機本体を損傷させる危険性を低減することができる。更に、シンプルな機構の組合せによって電動アクチュエータ装置10が構成されているため、組み付け性、メンテナンス性、故障に対する信頼性が良好である。
更に、アクチュエータ本体のジャミング解消(修理)後の復旧作業においても、航空機本体側支点24を定位置に戻した後、支持部材42を元の位置に戻すだけなので、復旧の簡便性についても良好となる。
なお、図10に示すように、支持部材42が舵面30側の舵面側支点22の下端を支持する構成としても良い。
10 電動アクチュエータ装置
20 電動アクチュエータ本体
20a ロッド
20b シリンダ
20c スクリュー用ギアボックス
20d スクリュー用電動モータ
20e スクリュー
20f ボールナット
22 舵面側支点(第1支点)
24 航空機本体側支点(第2支点)
30 舵面
31 第3支点
32 アーム
40 機体構造
40a 切り欠き
42 支持部材
44 支持部材用電動モータ
46 振り子(保持部材)
46a ガイド経路
46c 回動点
48 ワイヤ(保持部材)

Claims (5)

  1. 航空機の舵面側に接続された第1支点と、航空機本体側に接続された第2支点とを有し、前記第1支点と前記第2支点とを接近離間可能に電動モータによって駆動する電動アクチュエータ本体と、
    前記第1支点または前記第2支点の下方を支持する支持位置と、前記第1支点または前記第2支点の下方から退避する退避位置との間を進退する支持部材と、
    前記支持部材が前記退避位置に位置したときに、前記第1支点または前記第2支点を保持する保持部材と、
    を備えた電動アクチュエータ装置。
  2. 前記支持部材は、前記第2支点に対して進退することを特徴とする請求項1に記載の電動アクチュエータ装置。
  3. 前記支持部材の進退動作を行う支持部材用電動モータと、
    前記支持部材用電動モータを制御する制御部と、
    前記電動アクチュエータ本体の動作の不具合を検出する不具合検出部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記不具合検出部によって前記電動アクチュエータ本体の動作の不具合が検出された場合に、前記支持部材を前記支持位置から前記退避位置に動作させる請求項1又は2に記載の電動アクチュエータ装置。
  4. 前記保持部材は、前記第1支点または前記第2支点が保持され、移動可能なガイド経路を備え、前記第1支点または前記第2支点の上方に回動点を有する振り子であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電動アクチュエータ装置。
  5. 前記保持部材は、前記第1支点または前記第2支点が保持されるワイヤであることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電動アクチュエータ装置。
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