JP2020174514A - 航空機用アクチュエータ、航空機用アクチュエータの駆動方法、航空機用アクチュエータシステム - Google Patents

Abstract

【課題】この発明の目的は、高調波ノイズの発散を低減可能な航空機用のアクチュエータを提供することにある。【解決手段】アクチュエータ１００は、インバータ３０と、固定子２０と、可動子１０と、制御部３６と、注入部５０と、電流検知部２８と、推定部４０とを備える。インバータ３０は、エンジンの軸力で発電された又はバッテリー等の電力に基づいて駆動される。固定子２０は、インバータ３０に駆動される電機子コイル２２を有する。可動子１０は、航空機１の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する着陸脚および液体ポンプの少なくとも１つに駆動力を付与する。制御部３６は、操縦システム４の信号に応じてインバータ３０を制御する。注入部５０は、所定波形の高周波信号を、コイル２２に注入する。電流検知部２８は、コイル電流を検知する。推定部４０は、コイル電流に基づいて可動子１０の位置を推定する。【選択図】図２

Description

本発明は、航空機用アクチュエータ、航空機用アクチュエータの駆動方法および航空機用アクチュエータシステムに関する。

インバータで駆動されるモータが知られている。例えば、特許文献１には、インバータで駆動される三相可変速モータが記載されている。このモータは、三相電圧を三相モータに印加する電圧形の三相インバータと、インバータを制御するコントローラとを備える。インバータはコントローラに駆動される複数のレグを有する。それぞれのレグは上アームスイッチと下アームスイッチを含む。インバータの複数のレグはＰＷＭスイッチングされる。

特開２０１１−１６６９２４号公報

本発明者らは、航空機用アクチュエータについて以下の認識を得た。
従来の油圧式アクチュエータを、モータなどの電気式アクチュエータに置き換えることによって、航空機の燃費性能を改善することが可能である。モータをセンサレス駆動することにより、回転子の位置検出に関連する部品を減らして信頼性を高めることができる。センサレス駆動では、逆起電力から検知した回転子の位相に基づいて電機子コイルを駆動する。しかし、停止時には逆起電力は発生しないので回転子の位相を検知できず、回転子の位相とは無関係な位相でコイルを駆動して起動させる。回転子の位相と無関係な位相でモータを駆動すると、起動時に逆転することがある。

航空機用アクチュエータでは、停止状態から駆動力を短期間出力して再び停止する制御が用いられている。この制御では、アクチュエータが逆転すると被駆動体が逆方向に動いて制御が乱れる。このため、航空機用アクチュエータは、起動時に逆転することなく正規の方向に駆動力を出力する必要がある。

起動時の逆転を防ぐために、矩形波の高周波信号を注入したときの各相のコイル電流の変化から回転子の位相を検知することが考えられる。しかし、矩形波の高周波信号が注入されると、コイルから高調波ノイズが発散される。大きな高調波ノイズは、高度な電波機器によって制御される航空機に悪影響を与える可能性がある。

これらから、本発明者らは、航空機用のアクチュエータには、高調波ノイズを低減する観点で改善する余地があることを認識した。

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、高調波ノイズの発散を低減可能な航空機用のアクチュエータを提供することを目的の一つとしている。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の航空機用アクチュエータは、航空機の電力に基づいて駆動されるインバータと、インバータに通電駆動される電機子コイルを有する固定子と、固定子との磁気的な相互作用により、航空機の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する着陸脚および液体ポンプの少なくとも１つに駆動力を付与する可動子と、航空機の操縦システムからの指令信号に応じてインバータの動作を制御する制御部と、正弦波と台形波と三角波と３以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波のいずれかの波形を有する高周波信号を、コイルに注入する注入部と、コイルに流れるコイル電流を検知する電流検知部と、電流検知部で検知されたコイル電流の高周波信号に関連する成分に基づいて可動子の位置を推定する推定部とを備える。

なお、以上の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、高調波ノイズの発散を低減可能な航空機用のアクチュエータを提供できる。

本発明の第１実施形態に係る航空機用アクチュエータを搭載した航空機の説明図である。 図１の航空機用アクチュエータの構成の一例を示すブロック図である。 図１の航空機用アクチュエータの制御部の周辺の構成の一例を示すブロック図である。 図１の航空機用アクチュエータの推定部の一例を示すブロック図である。 本発明の高周波信号の注入形態の第１の例を説明するブロック図である。 本発明の高周波信号の注入形態の第２の例を説明するブロック図である。 本発明の高周波信号の注入形態の第３の例を説明するブロック図である。 高周波信号の高調波低減波形の例を示す波形図である。 本発明の第２実施形態に係る航空機用アクチュエータの駆動方法を示すフローチャートである。 本発明の第３実施形態に係る航空機用アクチュエータのドライバを示すブロック図である。 本発明の第４実施形態に係る航空機用アクチュエータシステムを示すブロック図である。

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［第１実施形態］
図面を参照して、本発明の第１実施形態に係る航空機用アクチュエータ１００の構成を説明する。図１は、航空機用アクチュエータ１００が航空機１に設置された状態を示す模式図である。図２は、アクチュエータ１００の構成の一例を示すブロック図である。航空機用アクチュエータ１００は、航空機１に設けられ、当該航空機１の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する脚および液体ポンプの少なくとも１つを被駆動体として、その被駆動体に駆動力を付与するアクチュエータとして使用される。

主翼の可動翼としては、主翼のエルロン２ａ、フラップ２ｂが挙げられる。尾翼の舵面としては、尾翼の方向舵２ｃ、昇降舵２ｄなどが挙げられる。滑走用の車輪を支持する着陸脚としては、主翼に設けられる主脚２ｆと、胴体に設けられる胴体脚２ｇなどが挙げられる。液体ポンプとしては、エンジン５に燃料を供給する燃料ポンプ２ｊ、油圧機構に作動油を供給する油ポンプ２ｋなどが挙げられる。

アクチュエータ１００は、停止と起動の断続的な動作を行うと、動作に僅かなタイムラグが生じる場合がある。このタイムラグにより、被駆動体２の動作がぎこちなくなり、ひいては航空機１の姿勢に影響を与える可能性がある。そこで、本実施形態では、主翼の可動翼または尾翼の舵面を駆動するアクチュエータ１００は、航空機１が水平飛行などの飛行中に連続的に動作し、航空機の電源が起動されていない駐機中は動作を停止する。主翼の可動翼または尾翼の舵面を駆動するアクチュエータ１００は、航空機の電源が起動されている場合、駐機中に動作してもよい。

本実施形態では、着陸脚を駆動するアクチュエータ１００は、離陸直後から上昇飛行中と、下降飛行中から着陸直前までの間に連続的に動作し、駐機中および水平飛行中には動作を停止する。この場合、駐機中および水平飛行中のアクチュエータ１００の誤動作を防げる。着陸脚を駆動するアクチュエータ１００は、駐機中に動作してもよい。

本実施形態では、液体ポンプを駆動するアクチュエータ１００は、エンジン５の運転中に連続的に動作し、駐機中でエンジン５が停止中の場合は動作を停止する。この場合、エンジン停止中のアクチュエータ１００の誤動作を防げる。エンジン停止中にアクチュエータ１００を動作させるための別電源が不要となる。液体ポンプを駆動するアクチュエータ１００は、駐機中に動作してもよい。

アクチュエータ１００は、航空機１の電力に基づいて駆動される。航空機１の電力としては様々な電源手段の電力を用いることができる。一例として、航空機１の電力としては、航空機１のエンジン５の軸力に基づいて発電機６で発電された電力、バッテリーの電力、内部補助電源の電力、ラム・エアタービンシステムの電力等が挙げられる。本実施形態では、航空機１の電力は発電機６で発電された電力である。発電機６の電力は、電力線６ｂにより、航空機１の胴体各部のアクチュエータ１００および航空機１の操縦システム４を含む多数の電子機器に供給される。アクチュエータ１００で発生した高周波ノイズが電力線６ｂに漏洩した場合、そのノイズは多数の電子機器に影響を与える可能性がある。

アクチュエータ１００は、操縦システム４からの指令信号に応じて動作して駆動力を出力する。操縦システム４は、コックピット７またはコックピット７の近傍に配置され、指令信号を伝送路８を介しアクチュエータ１００に送信する。伝送路８は、航空機１の胴体各部のアクチュエータ１００まで胴体の壁面に沿って配線される。伝送路８の配線は長く、伝送路８は多数の電子機器の近傍を通過する。アクチュエータ１００で発生した高周波ノイズが伝送路８に漏洩した場合、そのノイズは多数の電子機器に影響を与える可能性がある。

アクチュエータ１００は、伝達装置３を介して被駆動体２を駆動する。一例として、伝達装置３は、回転を減速する減速機（不図示）と、減速機の出力回転を直線運動に変換する運動変換装置（不図示）を含んで構成される。運動変換装置は、例えばボールスクリュウなどである。伝達装置３を備えることは必須ではない。

アクチュエータ１００が作動すると、減速機および運動変換装置を介して被駆動体２が駆動され、被駆動体２の位置や姿勢が変更される。一例として、アクチュエータ１００は、被駆動体２の位置または姿勢を変更するために、被駆動体２を駆動する駆動動作と、被駆動体２の位置または姿勢を保持する保持動作とを行うように制御される。したがって、アクチュエータ１００は、被駆動体２の位置や姿勢を変更する駆動動作時に一時的に回転し、保持動作の期間は回転しないように、回転角（回転位置）、回転速度、回転加速度が制御される。アクチュエータ１００が逆転すると被駆動体２が逆方向に動いて位置や姿勢が乱れるので、アクチュエータ１００は、起動時に逆転しないように駆動されることが望ましい。

図２も参照して、アクチュエータ１００の主要な構成を説明する。図２を含め、ブロック図に示す各機能ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする電子素子や機械部品などで実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

アクチュエータ１００は、可動子１０と、固定子２０と、インバータ３０と、注入部５０と、電流検知部２８と、推定部４０と、制御部３６と、を主に含む。固定子２０は、電機子コイル２２を有しており、可動子１０と磁気的空隙を介してラジアル方向に対向する。可動子１０は埋め込まれた磁石１０ｍを有しており、固定子２０と可動子１０とは埋込磁石型モータ（Interior Permanent Magnet Motor：ＩＰＭモータ）を構成する。この例では、可動子１０は、固定子２０に対して回転する回転子として機能する。この例では、コイル２２は、３相スター結線されたコイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗを含む。アクチュエータ１００は、３相ブラシレスモータや、３相同期モータと称されることがある。

可動子１０は、固定子２０との磁気的な相互作用により、航空機１の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する着陸脚および液体ポンプの少なくとも１つに駆動力を付与する。

インバータ３０は、航空機１の電力に基づいて駆動される。発電機６は、直流発電機であってもよいが、この例では交流発電機である。発電機６で発電された電力は、電力線６ｂを介して各部のアクチュエータ１００に対応する電圧変換部３７に供給される。電圧変換部３７は、発電機６から供給された電力を整流して所定の直流電圧Ｖｐに変換して電圧供給部３８に供給する。この例の電圧変換部３７は、スイッチングレギュレータを含む。電圧供給部３８は、供給された電圧Ｖｐをもとに供給電圧Ｖｓを生成してインバータ３０に供給する。この例の電圧供給部３８は、オンオフ部５６と、切替部５８とを含む。オンオフ部５６は、制御部３６の制御に応じて、供給電圧ＶｓのＯＮとＯＦＦとを切り替える。切替部５８は、制御部３６の制御に応じて、供給電圧Ｖｓを低くする。

供給電圧Ｖｓは、インバータ３０のプラス側電源ライン３０ｐに供給される。電圧変換部３７と電圧供給部３８のマイナス側端子３７ｇ、３８ｇはインバータ３０のマイナス側電源ライン３０ｍに接続される。マイナス側電源ライン３０ｍはアクチュエータ１００のフレームグランドに接続される。

インバータ３０は、コイル２２を駆動して、磁気的空隙に回転磁界を発生させる。インバータ３０は、キャリヤ周波数ｆｃによりコイル２２をＰＷＭ駆動する。

インバータ３０は、プラス側電源ライン３０ｐとマイナス側電源ライン３０ｍとの間に接続されるＵ相レグ、Ｖ相レグ、Ｗ相レグを含む。各レグは、ハイサイドアームＴ１〜Ｔ３、ローサイドアームＴ４〜Ｔ６を含む。ハイサイドアームＴ１〜Ｔ３はプラス側電源ライン３０ｐに接続され、ローサイドアームＴ４〜Ｔ６はマイナス側電源ライン３０ｍに接続される。

インバータ３０では、ハイサイドアームＴ１〜Ｔ３のいずれかがオンすることにより、プラス側電源ライン３０ｐから供給される駆動電流がコイル２２に流れ、ローサイドアームＴ４〜Ｔ６のいずれかがオンすることにより、その駆動電流はコイル２２からマイナス側電源ライン３０ｍに流れる。

これらのアームＴ１〜Ｔ６は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）あるいはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワートランジスタである。これらのトランジスタは、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、Ｇａ２Ｏ３（酸化ガリウム）等で製作されてもよい。

注入部５０は、可動子１０の回転角を検知するために、コイル２２に高周波信号Ｓｈを注入する。図２では、便宜的に、注入部５０を制御部３６に接続しているが、高周波信号Ｓｈの注入点に限定はない。

高周波信号Ｓｈを説明する。高調波ノイズの発散を低減する観点から、高周波信号Ｓｈは、矩形波より高調波成分が低減された高調波低減波形を有する。この高調波は、高周波信号Ｓｈの基本波より高次の周波数成分をいう。つまり、高調波低減波形は、その高調波含有率が矩形波の高調波含有率より低い波形である。

高周波信号Ｓｈの高調波低減波形としては、正弦波と三角波と台形波と３以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波を採用できる。換言すると、高周波信号Ｓｈは、正弦波と台形波と三角波と３以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波のいずれかの波形を有する。なお、この明細書において、正弦波、三角波、台形波は、厳密な三角波、台形波、正弦波に限定されず、目視で三角波、台形波、正弦波であると判断できるものを含む。

図８に高調波低減波形の波形例（ａ）〜（ｄ）を示す。波形例（ａ）は正弦波波形を示し、波形例（ｂ）は三角波波形を示し、波形例（ｃ）は台形波波形を示し、波形例（ｄ）は３値の間でステップ状に変化する階段波波形の例を示している。波形例（ａ）〜（ｄ）に示す高調波低減波形は高周波信号Ｓｈの高調波ノイズを低減できる。本実施形態では、注入部５０の高周波信号Ｓｈは、３値の間でステップ状に変化する階段波波形を有する。参考のため、高調波低減波形ではない矩形波波形を波形例（ｅ）に示す。

本発明者の検討により、電圧または電流の時間微分値（以下、単に「微分値」という）が大きな高周波信号Ｓｈをコイル２２に加えると、コイル２２から発散される高調波ノイズが多くなることが分かっている。換言すると、高周波信号Ｓｈの微分値を小さくすることにより高調波ノイズを低減できるといえる。矩形波や階段波のようにエッジがステップ状に変化する波形では、エッジの時間幅が一定であれば、各ステップの振幅が小さくなるにつれて微分値が小さくなるので、高調波ノイズが減少する。したがって、Ｎ値（Ｎ≧３の整数）の間でステップ状に変化する階段波は、２値の間でステップ状に変化する矩形波より高調波成分が小さいといえる。これらから、本実施形態の注入部５０は、Ｎ値（Ｎ≧３の整数）の間でステップ状に変化する階段波を高周波信号Ｓｈとして注入する。この場合、各ステップの振幅が矩形波より小さいので、微分値を小さくして高調波ノイズの発散を低減できる。

図８の波形例（ｄ）に示す階段波波形をさらに説明する。この階段波波形は、第１レベルＬ１、第２レベルＬ２および第３レベルＬ３の３レベルの間でステップ状に変化する。この波形では、第１レベルＬ１である期間と第３レベルＬ３である期間とは同じであってもよい。また、第２レベルＬ２である期間は第１レベルＬ１である期間と同じであってもよいし、短くてもよいし、長くてもよい。例えば、第２レベルＬ２である期間は第１レベルＬ１である期間の１／２倍〜２倍の範囲であってもよい。シミュレーションにより、この範囲で高調波含有率が低くなることが示唆された。

本実施形態では、高周波信号Ｓｈは、第１レベルＬ１と、第１レベルＬ１より低い第２レベルＬ２と、第２レベルＬ２より低い第３レベルＬ３との３つのレベルの間でステップ状に変化する階段波であって、高周波信号Ｓｈの１周期を１００％とするとき、第１レベルＬ１の期間および第３レベルＬ３の期間は１０％以上で４０％以下に設定されている。

高周波信号Ｓｈの周波数ｆｓを説明する。周波数ｆｓが過度に低いと、可動子１０の回転角の推定精度が低下する。このため、本実施形態では、高周波信号Ｓｈの周波数ｆｓは、インバータ３０のキャリヤ周波数ｆｃより高く設定されている。例えば、インバータ３０のキャリヤ周波数ｆｃが６ｋＨｚ〜８ｋＨｚである場合に、高周波信号Ｓｈの周波数ｆｓは１０ｋＨｚ以上であってもよい。周波数ｆｓが過度に高いと、後述する推定部４０の動作が追いつかず誤動作することが考えられる。本発明者らの検討では、周波数ｆｓが１００ｋＨｚ以下の範囲では、誤動作は殆ど観察されなかった。

高周波信号Ｓｈの周波数ｆｓは、好ましくは１０ｋＨｚ以上、より好ましくは３０ｋＨｚ以上、さらに好ましくは５０ｋＨｚ以上に設定される。高周波信号Ｓｈの周波数ｆｓは、好ましくは１００ｋＨｚ以下に設定される。シミュレーションでは、この範囲で所望の推定精度が得られ、誤動作の頻度は実用レベルであった。

注入された高周波信号Ｓｈによって、可動子１０が移動すると、可動子１０の回転角の推定精度が低下する。このため、本実施形態では、インバータ３０は、高周波信号Ｓｈを注入するときに可動子１０が移動しないように制御される。例えば、高周波信号Ｓｈの振幅を小さくすると、高周波信号Ｓｈによる可動子１０の移動を抑制できる。また、高周波信号Ｓｈの周波数ｆｓを高くすると、高周波信号Ｓｈによる可動子１０の移動を抑制できる。これらのことから、高周波信号Ｓｈの注入で可動子１０が移動しない範囲で、高周波信号Ｓｈの振幅および周波数ｆｓを設定すればよい。なお、可動子１０が移動しない範囲は、可動子１０が移動しないと目視で判断できる範囲であればよい。

電流検知部２８を説明する。図２に示すように、電流検知部２８は、各相のコイル２２に流れる各相の相電流を検知する電流検知回路２８ｕ、２８ｖ、２８ｗを含む。電流検知回路２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、検知結果として相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを出力する。相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを総称するときは検知電流２８ｓという。つまり、電流検知部２８は、検知結果として検知電流２８ｓを出力する。電流検知回路２８ｕ、２８ｖ、２８ｗとしては、ＤＣＣＴ（直流カレントトランス）や電流センス抵抗など、種々の電流センサを採用できる。本実施形態の電流検知回路２８ｕ、２８ｖ、２８ｗは、ホール効果を利用して被測定電流の周りに生じる磁界を電圧に変換するホール素子方式電流センサである。この場合、直流から高周波まで電流に比例した出力が得られる点で有利である。

推定部４０は、電流検知部２８の検知電流２８ｓ（相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）から高周波信号Ｓｈに関連する情報を抽出してその抽出結果に基づいて可動子１０の回転角等を推定して、その推定結果４０ｅを出力する。コイル２２の各相のインダクタンスは可動子１０の磁石１０ｍから受ける磁束密度に応じて変化するので、各相の電流からインダクタンスを求めてその比較結果に基づいて磁石１０ｍの回転位相を推定できる。可動子１０の回転角は、磁石１０ｍの回転位相に基づき推定できる。可動子１０の角加速度、角速度は、回転角を微分することで推定できる。この例の推定部４０は、推定結果として可動子１０の角加速度、角速度、回転角を出力する。角加速度、角速度、回転角を総称するときは推定結果４０ｅという。推定部４０については後述する。

制御部３６は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを監視しながら、推定部４０の推定結果４０ｅ（可動子１０の回転角）に基づいて各相の駆動波形３６ｎを生成する。ＰＷＭ変調部３２は、駆動波形３６ｎに基づいて各相の各時刻において適切なゲート駆動信号３２ｓを生成し、インバータ３０のアームＴ１〜Ｔ６（パワートランジスタ）をスイッチングする。制御部３６の制御方式は特に限定されず、矩形波駆動、正弦波駆動、ベクトル制御などに適用可能である。このうちベクトル制御は、アクチュエータ１００のコイル２２の電流を直交するｄ軸成分およびｑ軸成分に分解し、それぞれを個別に制御するものであり、正弦波駆動の一種とも言える。ベクトル制御は、制御効率が高いという利点を有するため、大電力用途にしばしば用いられる。

また、制御部３６は、航空機１の操縦システム４からの指令信号３６ｓに基づいて、推定結果４０ｅをフィードバックしてアクチュエータ１００を制御する。この例の制御部３６は、アクチュエータ１００に対してセンサレスベクトル制御を実行する。指令信号３６ｓは、角加速度、角速度、回転角のいずれかであってもよい。以下、指令信号３６ｓは、角速度ωｓである例を示す。

図３は、制御部３６の周辺の構成の一例を示すブロック図である。この図では、制御部３６の説明に重要でない要素の記載を省略している。また、この図の接続線は、物理的な接続ではなく、機能ブロックの直接的または間接的な連携を意味する。符号Ｍは固定子２０、可動子１０、ＰＷＭ変調部３２、インバータ３０および電流検知部２８を一体に示しており、電流検知部２８の検知電流２８ｓ（相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ）を出力する。３−２相変換器３６ｇは、３つの相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗからｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを生成する。

推定部４０は、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑおよびｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑから、可動子１０の角加速度Ａｅ、角速度ωｅ、回転角θｅを推定する。速度コントローラ３６ｃは、指令信号３６ｓの角速度ωｓと推定角速度ωｅとの比較結果に基づいて駆動電流を決定する。

電流コントローラ３６ｄは、速度コントローラ３６ｃの決定結果とｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑとの比較結果に基づいて駆動電圧を決定する。分離器３６ｅは、電流コントローラ３６ｄの決定結果と、ｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑおよび推定回転角θｅに基づいてｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑを決定する。２−３相変換器３６ｆは、ｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑに基づいて３相の駆動波形３６ｎを生成してＰＷＭ変調部３２に出力する。

図３では、便宜的に、注入部５０を電流コントローラ３６ｄの入力側に接続しているが、高周波信号Ｓｈの注入点に限定はない。図３の例では、注入部５０は、高周波信号Ｓｈをｄ軸高周波電流Ｉｄｈ、ｑ軸高周波電流Ｉｑｈとして電流コントローラ３６ｄに入力する。このように、高周波電流を入力することによりコイル２２には、高周波信号Ｓｈが注入される。

推定部４０を説明する。図４は、推定部４０の構成の一例を示すブロック図である。この図では、推定部４０の説明に重要でない要素の記載を省略している。また、この図の接続線は、物理的な接続ではなく、機能ブロックの直接的または間接的な連携を意味する。ここでは、高周波電流の注入による瞬時無効電力の位相情報を利用して可動子１０の回転角を推定する手法を説明する。

図４の例では、推定部４０は、検出電流であるｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑと、電圧指令値であるｄ軸電圧Ｖｄ、ｑ軸電圧Ｖｑとに基づいて角加速度Ａｅ、角速度ωｅ、回転角θｅを推定する。推定部４０は、高周波信号Ｓｈを中心とする周波数成分を抽出するバンドパスフィルタ４０ｂと、ＥＸＯＲ演算器４０ｆと、サンプルホールド器４０ｈと、積分器４０ｊ、４０ｋと、アップダウンカウンタ４０ｍとを含む。バンドパスフィルタ４０ｂは、主に高周波信号Ｓｈに関連する成分を通過させて、直流成分（オフセット）およびノイズ成分を除去する。

図４に示すように、推定部４０では、バンドパスフィルタ４０ｂにより直流成分とノイズ成分とが除去されたｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑ、ｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを乗算器や加算器を介して合成し、さらにオフセットを除去することにより高周波無効電力４０ｄおよび基準位相信号４０ｃを得る。また、高周波無効電力４０ｄと基準位相信号４０ｃとの排他的論理和４０ｇをサンプルホールドして積分器４０ｊで処理することにより推定角加速度Ａｅを生成する。また、推定角加速度Ａｅをさらに積分器４０ｋで処理することにより推定角速度ωｅを生成する。また、推定角速度ωｅをアップダウンカウンタ４０ｍで処理することにより推定回転角θｅを生成する。

次に、高周波信号Ｓｈの注入形態を説明する。図５は、高周波信号Ｓｈの注入形態の第１の例を説明するブロック図である。第１の例では、高周波信号Ｓｈは、インバータ３０のプラス側電源ライン３０ｐに注入される。

混合部５２は、供給電圧Ｖｓに注入部５０の高周波信号Ｓｈを混合する。混合部５２は、高周波信号Ｓｈを混合できる構成であればよく、公知の種々の構成を採用できる。この例の混合部５２は、ダイオード（不図示）によって供給電圧Ｖｓに高周波信号Ｓｈを混合している。混合部５２は、電圧供給部３８とプラス側電源ライン３０ｐとの間に設けられ、高周波信号Ｓｈが重畳された供給電圧Ｖｓをプラス側電源ライン３０ｐに供給する。

高周波信号Ｓｈの電圧が供給電圧Ｖｓより低いと、高周波信号Ｓｈの注入が難しい。そこで、本実施形態では、高周波信号Ｓｈの電圧は、供給電圧Ｖｓより高く設定される。

供給電圧Ｖｓが高周波信号Ｓｈより高いと、高周波信号Ｓｈの注入が難しい。そこで、本実施形態の電圧供給部３８は、高周波信号Ｓｈを注入するとき、インバータ３０への供給電圧Ｖｓを低下させる切替部５８を有する。例えば、切替部５８は、高周波信号Ｓｈの非注入時には電圧変換部３７の電圧Ｖｐをそのまま供給電圧Ｖｓとして供給し、高周波信号Ｓｈの注入時には、供給電圧Ｖｓを電圧Ｖｐより低い電圧に低下させる。例えば、切替部５８は、高周波信号Ｓｈの注入時に、供給電圧Ｖｓを高周波信号Ｓｈより低くしてもよい。

切替部５８は、電圧供給部３８の供給電圧Ｖｓを低下させうる構成であればよく、公知の種々の構成を採用できる。この例の切替部５８は、半導体スイッチと分圧回路（ともに不図示）を組み合わせて供給電圧Ｖｓを低下させる構成を有する。

高周波信号Ｓｈの注入を容易にする観点から、高周波信号Ｓｈを注入するとき、供給電圧Ｖｓをオフにしてもよい。このため、本実施形態は、高周波信号Ｓｈを注入するとき、インバータ３０の電圧供給部３８の供給電圧Ｖｓをオフにするオンオフ部５６を有する。オンオフ部５６は、供給電圧Ｖｓのオンとオフとを切り替えできる構成であればよく、公知の種々の構成を採用できる。この例のオンオフ部５６は、半導体スイッチ（不図示）によって供給電圧Ｖｓのオンとオフとを切り替えている。

第１の例について、停止状態での可動子１０の回転角を推定する動作を説明する。
（１）停止状態でオンオフ部５６によって供給電圧Ｖｓをオフにして、注入部５０から混合部５２を介して高周波信号Ｓｈをインバータ３０のプラス側電源ライン３０ｐに注入する。

（２）この状態で、インバータ３０のハイサイドアームＴ１〜Ｔ３のうち１または２つをオンにするとともに、ローサイドアームＴ４〜Ｔ６のうち１または２つをオンにする。このとき、１相のレグでハイサイドアームとローサイドアームとが同時にオンしないように制御する。ここでは、ハイサイドアームＴ１、Ｔ２およびローサイドアームＴ６をオンした場合を説明する。

（３）高周波信号Ｓｈは、オンにされたハイサイドアームＴ１、Ｔ２からコイル２２ｕ、２２ｖに供給され、コイル２２ｗを通ってローサイドアームＴ６からマイナス側電源ライン３０ｍに流れる。

（４）このとき、電流検知部２８は、コイル２２の電流を検知してその検知電流２８ｓを推定部４０に出力する。
（５）推定部４０は、検知電流２８ｓとインバータ３０のオン状態とに応じて、可動子１０の回転角を推定して推定回転角θｅを制御部３６に出力する。

（６）制御部３６は、推定回転角θｅに基づいて、駆動波形３６ｎを決定する。駆動波形３６ｎは、インバータ３０のオンにするアームと、オフにするアームの情報を含む。
（７）制御部３６は、供給電圧Ｖｓをオンにしてインバータ３０を動作させ、コイル２２に駆動電流を供給し、可動子１０を回転させる。

（８）可動子１０が回転したら、コイル２２の逆起電力に基づいてインバータ３０を制御してもよいが、本実施形態では、所定のタイミングで高周波信号Ｓｈを注入して推定部４０の推定回転角θｅに基づいてインバータ３０を制御する。

次に、高周波信号Ｓｈの注入形態の第２の例を説明する。図６は、高周波信号Ｓｈの注入形態の第２の例を説明するブロック図である。第２の例では、高周波信号Ｓｈは、インバータ３０とコイル２２の間に注入される。第２の例は、第１の例に対して混合部５２の構成が異なり、切替部５８およびオンオフ部５６の構成は同様である。したがって、混合部５２および動作の相違点を説明する。

この例の混合部５２は、Ｕ〜Ｗ相に対応する第１〜第３混合部５２ｕ、５２ｖ、５２ｗを含む。図６の例では、第１〜第３混合部５２ｕ、５２ｖ、５２ｗは、インバータ３０のＵ相レグ、Ｖ相レグおよびＷ相レグの出力と各相のコイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗとの間に介在し、高周波信号Ｓｈをコイル２２に直接注入する。

高周波信号Ｓｈをインバータ３０とコイル２２の間に注入する場合、注入部５０の高周波信号Ｓｈがインバータ３０の動作と相互干渉することが考えられる。このため、本実施形態では、高周波信号Ｓｈをインバータ３０とコイル２２の間に注入するとき、インバータ３０の一部または全部をオフにしている。例えば、このとき、インバータ３０のハイサイドアームＴ１〜Ｔ３とローサイドアームＴ４〜Ｔ６の一方をオフにしてもよいし、両方をオフにしてもよい。なお、注入された高周波信号Ｓｈのマイナス側電源ライン３０ｍへの電流路を確保するために、ローサイドアームの一部を所定のタイミングでオンにしてもよい。

高周波信号Ｓｈの注入形態の第３の例を説明する。図７は、高周波信号Ｓｈの注入形態の第３の例を説明するブロック図である。第３の例では、高周波信号Ｓｈは、インバータ３０の出力に注入される。第３の例は、切替部５８およびオンオフ部５６の構成および動作は第２の例と同様である。

図７に示すように、注入部５０は、インバータ３０のトランジスタとは別のトランジスタＴ１１、Ｔ１２、Ｔ１３、Ｔ１４、Ｔ１５、Ｔ１６と、信号発生部５０ｇとを有する。この例のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、パワートランジスタである。この例では、高周波信号Ｓｈを注入するとき、インバータ３０のハイサイドアームＴ１〜Ｔ３とローサイドアームＴ４〜Ｔ６の一部がオフになり、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６からコイル２２に高周波信号Ｓｈが注入される。

注入部５０は、各相に対応する３つのレグを含む。各レグは、プラス側ライン５０ｐに接続されるハイサイドトランジスタＴ１１〜Ｔ１３と、マイナス側ライン５０ｍに接続されるローサイドトランジスタＴ１４〜Ｔ１６を含む。ハイサイドトランジスタＴ１１〜Ｔ１３のエミッタと、ローサイドトランジスタＴ１４〜Ｔ１６のコレクタとの接続点にレグ出力部Ｑ１〜Ｑ３が設けられる。各相のレグ出力部Ｑ１〜Ｑ３は、各相のコイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに接続される。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の各ベースは、信号発生部５０ｇに接続される。

信号発生部５０ｇは、レグ出力部Ｑ１〜Ｑ３から所定の波形の高周波信号Ｓｈを出力するための原信号を生成する。各レグは、信号発生部５０ｇで生成された原信号を増幅する増幅器として機能する。

プラス側ライン５０ｐは、電圧変換部３７に接続されており、電圧Ｖｐが供給される。マイナス側ライン５０ｍは、電圧変換部３７のマイナス側端子３７ｇに接続される。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６の各ベースが信号発生部５０ｇに駆動されることによって、レグ出力部Ｑ１〜Ｑ３には、第１レベルＬ１、第２レベルＬ２および第３レベルＬ３の３レベルの間でステップ状に変化する階段波波形の高周波信号Ｓｈが出力される。この高周波信号Ｓｈは、コイル２２ｕ、２２ｖ、２２ｗに注入される。

トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）あるいはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワートランジスタである。これらのトランジスタは、Ｓｉ（シリコン）、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、Ｇａ２Ｏ３（酸化ガリウム）等で製作されてもよい。トランジスタＴ１１〜Ｔ１６は、アームＴ１〜Ｔ６と同じトランジスタであってもよい。

高周波信号Ｓｈをインバータ３０の出力に注入する場合、注入部５０の高周波信号Ｓｈがインバータ３０の動作と相互干渉することが考えられる。このため、本実施形態では、高周波信号Ｓｈをインバータ３０の出力に注入するとき、インバータ３０の一部または全部をオフにしている。例えば、このとき、インバータ３０のハイサイドアームＴ１〜Ｔ３とローサイドアームＴ４〜Ｔ６の一方をオフにしてもよいし、両方をオフにしてもよい。なお、注入された高周波信号Ｓｈのマイナス側電源ライン３０ｍへの電流路を確保するために、ローサイドアームの一部を所定のタイミングでオンにしてもよい。

図２を参照して、変動検知部４４と、補正部４６とを説明する。電源の僅かな変動やノイズなどに起因して推定部４０の推定結果４０ｅに誤差が含まれる可能性がある。この誤差は、被駆動体２の動作を通じて航空機１の姿勢に影響を及ぼす可能性がある。そこで、本実施形態のアクチュエータ１００は、推定部４０の推定結果４０ｅを監視し、推定結果４０ｅの異常を検知する変動検知部４４と、変動検知部４４の検知結果４４ｅに基づいて推定結果４０ｅを補正する補正部４６とを備える。

変動検知部４４は、推定結果４０ｅを監視し、所定範囲を超えた推定結果４０ｅの急激な変動を検知する。例えば、変動検知部４４は、正常時の推定結果４０ｅの変動パターンを機械学習することによりモデルを生成し、そのモデルを用いて、推定結果４０ｅの正常時の変動パターンからの乖離率を求め、その乖離率が閾値を超えたら異常と判定する。

補正部４６は、変動検知部４４が推定結果４０ｅの異常を検知したら、推定結果４０ｅを補正する補正値４６ｅを生成する。補正部４６は、推定結果４０ｅの異常な変動を緩和するように、推定結果４０ｅに補正値４６ｅを重畳する。この結果、推定結果４０ｅの異常に起因する航空機１の姿勢への影響を低減できる。

図２を参照して、診断部４７を説明する。アクチュエータ１００は、自己診断するために診断部４７を備える。一例として、診断部４７は、電流検知部２８で検知されたコイル電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをもとにアクチュエータ１００の状態を診断した結果を操縦システム４に送信する。診断部４７は、コイル電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの変化パターンを監視し、この電流の変化パターンが定常範囲内か否かを診断する。例えば、診断部４７は、正常時の電流の変化パターンを機械学習することによりモデルを生成し、そのモデルを用いて、電流の変化パターンの正常時の変動パターンからの乖離率を求め、その乖離率が閾値を超えたら異常と判定する。診断部４７は、乖離率と判定結果の少なくとも一方を診断結果４７ｅとして操縦システム４に送信する。操縦システム４は、診断結果４７ｅに応じて所定の動作ができる。例えば、操縦システム４は、診断結果４７ｅに応じて切替指令信号４８ｃを切替部４８に供給する。

図２を参照して、切替部４８を説明する。アクチュエータ１００の故障率を下げる観点で、アクチュエータ１００の各コンポーネントは二重化されることが望ましい。アクチュエータ１００では、各コンポーネントがマスターとスレーブとに二重化され、これらが切り替え可能に構成される。特に、アクチュエータ１００では、インバータ３０、電機子コイル２２、可動子１０、制御部３６、注入部５０、電流検知部２８および推定部４０の少なくともひとつはマスターとスレーブとに二重化されている。

図２において、マスター４８ｍは、インバータ３０、電機子コイル２２、可動子１０、制御部３６、注入部５０、電流検知部２８および推定部４０の少なくともひとつ（以下、「マスターコンポーネント」という）である。スレーブ４８ｓは、マスター４８ｍのマスターコンポーネントに対応する切替用のコンポーネント（以下、「スレーブコンポーネント」という）である。つまり、スレーブコンポーネントは、マスターコンポーネントをバックアップするためのコンポーネントである。

切替部４８は、診断部４７の診断結果４７ｅまたは操縦システム４からの切替指令信号４８ｃに応じてマスターコンポーネントとスレーブコンポーネントとを切り替える。診断部４７の診断結果４７ｅが正常を示すとき、切替部４８はマスターコンポーネントを選択し、アクチュエータ１００はマスターコンポーネントによって動作する。診断部４７の診断結果４７ｅが非正常を示すとき、切替部４８はスレーブコンポーネントに切り替え、アクチュエータ１００はスレーブコンポーネントによって動作する。つまり、アクチュエータ１００は、非正常時に各コンポーネントをバックアップできる。

次に、本発明の第１実施形態に係る航空機用アクチュエータ１００の特徴を説明する。アクチュエータ１００は、航空機１の電力に基づいて駆動されるインバータ３０と、インバータ３０に通電駆動される電機子コイル２２を有する固定子２０と、固定子２０との磁気的な相互作用により、航空機１の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する着陸脚および液体ポンプの少なくとも１つに駆動力を付与する可動子１０と、航空機１の操縦システム４からの指令信号３６ｓに応じてインバータ３０の動作を制御する制御部３６と、正弦波と台形波と三角波と３以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波のいずれかの波形を有する高周波信号Ｓｈを、コイル２２に注入する注入部５０と、コイル２２に流れるコイル電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検知する電流検知部２８と、電流検知部２８で検知されたコイル電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの高周波信号Ｓｈに関連する成分に基づいて可動子１０の位置を推定する推定部４０とを備える。

この構成によれば、高調波低減波形を有する高周波信号Ｓｈを用いるので、航空機１の電子機器に悪影響を与える高調波ノイズの発散を抑制して航空機１への悪影響を抑制できる。

アクチュエータ１００は、起動後に連続的に動作するように構成されている。この場合、連続的に動作するので、再起動によるタイムラグが無く、被駆動体２が円滑に動作する。

アクチュエータ１００は、航空機１の駐機中は動作を停止するように構成されている。この場合、アクチュエータ１００の劣化を抑制し、故障率を低減できる。

アクチュエータ１００は、電流検知部２８で検知されたコイル電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをもとに本アクチュエータの状態を診断した結果を操縦システム４に送信する診断部４７を備えている。この場合、アクチュエータ１００は、各部の劣化状態を自己診断できる。操縦システム４は、診断結果を報知できる。

アクチュエータ１００は、インバータ３０、電機子コイル２２、可動子１０、制御部３６、注入部５０、電流検知部２８および推定部４０の少なくともひとつはマスター４８ｍとスレーブ４８ｓとに二重化されており、診断部４７の診断結果４７ｅに応じてマスター４８ｍとスレーブ４８ｓとを切り替える切替部４８を備えている。この場合、アクチュエータ１００の各コンポーネントが二重化されているので故障率を低減できる。アクチュエータ１００は、診断結果４７ｅに応じて、マスター４８ｍからスレーブ４８ｓへ自動で切り替えを行うこともできる。また、マスター４８ｍとスレーブ４８ｓが同期して稼働している場合、どちらかに問題が発生した場合に診断部４７の診断結果４７ｅに応じてマスター４８ｍ又はスレーブ４８ｓを停止することも切替部４８で可能となる。なお、マスター４８ｍ及びスレーブ４８ｓはアクチュエータの構成として含めず、診断部４７の診断結果４７eによっては切替部を通さず、アクチュエータ自体のシステムを停止する判断機能を有する判断部を用いてアクチュエータ自体のシステムを停止してもよい。

アクチュエータ１００は、推定部４０の推定結果４０ｅを監視して当該推定結果４０ｅの異常を検知する変動検知部４４と、変動検知部４４の検知結果４４ｅに基づいて推定結果４０ｅを補正する補正部４６とを備えている。この場合、推定結果４０ｅが異常な場合に、推定結果４０ｅを補正して、航空機１の姿勢への影響を低減できる。

アクチュエータ１００では、注入部５０は、インバータ３０とは別にインバータ３０の出力に接続される別のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６を有し、当該別のトランジスタＴ１１〜Ｔ１６からコイル２２に高周波信号Ｓｈを注入する。この場合、高周波信号Ｓｈをコイル２２に直接注入できる。別のトランジスタから注入するため、所望のレベルの高周波信号Ｓｈを容易に注入できる。コイル２２までの配線距離が短くできるため高調波ノイズの漏洩を低減できる。

アクチュエータ１００では、高周波信号Ｓｈの振幅および周波数は可動子１０が移動しない範囲に設定される。この場合、高周波信号Ｓｈの注入によるアクチュエータ１００の誤動作を防止できる。

アクチュエータ１００では、高周波信号Ｓｈの周波数はインバータ３０のキャリヤ周波数より高く設定される。この場合、可動子１０の位置を推定する精度が高くなるのでアクチュエータの誤動作を防止できる。

アクチュエータ１００では、高周波信号Ｓｈは、第１レベルＬ１と、第１レベルＬ１より低い第２レベルＬ２と、第２レベルＬ２より低い第３レベルＬ３との３つのレベルの間でステップ状に変化する階段波であって、高周波信号Ｓｈの１周期を１００％とするとき、第１レベルＬ１の期間および第３レベルＬ３の期間は２０％以上で４０％以下に設定されている。この場合、高周波信号Ｓｈに含まれる高調波ノイズを低減できる。

以上が第１実施形態の説明である。

［第２実施形態］
次に、図９を参照して、本発明の第２実施形態に係る航空機用アクチュエータ１００の駆動方法Ｓ１００を説明する。図９は、航空機用アクチュエータ１００の駆動方法Ｓ１００を示すフローチャートである。第２実施形態の説明および図面では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

本実施形態の駆動方法Ｓ１００は、アクチュエータ１００の電機子コイル２２に、正弦波と台形波と三角波と３以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波のいずれかの波形を有する高周波信号Ｓｈを注入するステップＳ１０２と、コイル２２に流れるコイル電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検知する検知ステップＳ１０４と、検知ステップＳ１０４で検知されたコイル電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの高周波信号Ｓｈに関連する成分に基づいて可動子１０の位置を推定する推定ステップＳ１０６とを含む。

駆動方法Ｓ１００は、さらに、駆動波形３６ｎを生成するステップＳ１０８と、ゲート駆動信号３２ｓを生成するステップＳ１１０と、インバータ３０のアームＴ１〜Ｔ６をスイッチングするステップＳ１１２とを含む。ステップＳ１０８では、制御部３６は、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを監視しながら、ステップＳ１０６で推定された可動子１０の回転角θｅに基づいて各相の駆動波形３６ｎを生成する。ステップＳ１１０では、ＰＷＭ変調部３２は、駆動波形３６ｎに基づいて各相の各時刻において適切なゲート駆動信号３２ｓを生成する。ステップＳ１１２では、ＰＷＭ変調部３２は、ゲート駆動信号３２ｓによりインバータ３０のアームＴ１〜Ｔ６をスイッチングする。

アームＴ１〜Ｔ６がスイッチングされることにより、コイル２２に駆動電流が流れ、航空機用アクチュエータ１００が駆動される。このフローはあくまでも一例であり、他のステップを追加したり、一部のステップを変更または削除したり、ステップの順序を入れ替えてもよい。

第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

［第３実施形態］
次に、図１０を参照して、本発明の第３実施形態に係る航空機用アクチュエータのドライバ６０を説明する。図１０は、ドライバ６０を示すブロック図である。第３実施形態の説明および図面では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

ドライバ６０は、インバータ３０と、注入部５０と、電流検知部２８と、推定部４０と、制御部３６とを含む回路ユニットである。ドライバ６０は、１チップまたは複数チップのドライバＩＣで構成できる。ドライバ６０は、変動検知部４４と、補正部４６とをさらに含んでもよい。ドライバ６０は、診断部４７と、切替部４８とをさらに含んでもよい。

第３実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

［第４実施形態］
次に、図１１を参照して、本発明の第４実施形態に係る航空機用アクチュエータシステム２００を説明する。図１１は、航空機用アクチュエータシステム２００を示すブロック図である。第４実施形態の説明および図面では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。第４実施形態の説明では、符号の末尾に「−Ａ」、「−Ｂ」を付加して、複数の構成要素を区別する。

航空機用アクチュエータシステム２００は、共通の被駆動体を駆動する第１実施形態の航空機用アクチュエータ１００である第１アクチュエータ１００−Ａおよび第２アクチュエータ１００−Ｂと、第１アクチュエータ１００−Ａを駆動する第１電圧供給部３８−Ａと、第１電圧供給部３８−Ａとは別であるとともに第２アクチュエータ１００−Ｂを駆動する第２電圧供給部３８−Ｂとを含む。第１電圧供給部３８−Ａおよび第２電圧供給部３８−Ｂは、互いに異なるエンジンの軸力で発電された電力に基づいて電圧を供給してもよいし、共通のエンジンの軸力で発電された電力に基づいて電圧を供給してもよい。また、第１電圧供給部３８−Ａおよび第２電圧供給部３８−Ｂは、互いに異なるバッテリー等の電力に基づいて電圧を供給してもよいし、共通のバッテリー等の電力に基づいて電圧を供給してもよい。

第１アクチュエータ１００−Ａおよび第２アクチュエータ１００−Ｂは、航空機１の操縦システム４からの共通の指令信号３６ｓに基づいて制御されてもよいし、別々の指令信号に基づいて制御されてもよい。第１アクチュエータ１００−Ａおよび第２アクチュエータ１００−Ｂは、共通の伝達装置を介して共通の被駆動体を駆動するように構成されている。

第４実施形態によれば、第１実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。加えて、第４実施形態では、電圧供給部３８およびアクチュエータ１００が二重化されているので、一方の電圧供給部またはアクチュエータが故障した場合でも、他方の電圧供給部とアクチュエータが動作して所定の機能を果たすため、システムとしての故障率を低くすることができる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。上述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除などの多くの設計変更が可能である。上述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。

［変形例］
以下、変形例について説明する。変形例の説明および図面では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

第１実施形態の説明では、高周波信号Ｓｈの周波数が時間軸に対して変化せず一定である例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、高周波信号Ｓｈの周波数は、時間軸に対して周期的に変化してもよい。高周波信号Ｓｈの周波数を周期的に変化させることにより、高調波ノイズの周波数が分散化され、特定周波数域に発生するノイズのピークを時間軸で抑制できる。

第１実施形態の説明では、可動子１０が回転する例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、可動子は直線運動してもよい。

第１実施形態の説明では、電機子コイル２２が３相である例を示したが、本発明はこれに限られない。電機子コイルは、２相または４相以上であってもよい。

第１実施形態の説明では、アクチュエータ１００が埋め込み磁石型モータである例を示したが、本発明はこれに限られない。例えば、アクチュエータは表面磁石型モータや、その他の種類のモータであってもよい。

第１実施形態の説明では、アクチュエータ１００が、航空機１の水平飛行などの飛行中に連続的に動作する例を示したが、本発明はこれに限られない。アクチュエータは、水平飛行などの飛行中に断続的に動作してもよい。この場合、アクチュエータの劣化を抑制できる。

第１実施形態の説明では、アクチュエータ１００が、航空機１の駐機中は動作を停止する例を示したが、本発明はこれに限られない。アクチュエータは、駐機中にも動作してもよい。この場合、再起動によるタイムラグの影響がなくなる。

上述の各変形例は、第１実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

上述した実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１・・・航空機、１０・・・可動子、２０・・・固定子、２２・・・コイル、２８・・・電流検知部、２８ｓ・・・検知電流、３０・・・インバータ、３６・・・制御部、３８・・・電圧供給部、４０・・・推定部、５０・・・注入部、５２・・・混合部、５６・・・オンオフ部、５８・・・切替部、６０・・・ドライバ、１００・・・航空機用アクチュエータ、Ｓ１００・・・駆動方法、２００・・・航空機用アクチュエータシステム。

Claims (10)

1. 航空機の電力に基づいて駆動されるインバータと、
   前記インバータに通電駆動される電機子コイルを有する固定子と、
   前記固定子との磁気的な相互作用により、前記航空機の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する着陸脚および液体ポンプの少なくとも１つに駆動力を付与する可動子と、
   前記航空機の操縦システムからの指令信号に応じて前記インバータの動作を制御する制御部と、
   正弦波と台形波と三角波と３以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波のいずれかの波形を有する高周波信号を、前記コイルに注入する注入部と、
   前記コイルに流れるコイル電流を検知する電流検知部と、
   前記電流検知部で検知された前記コイル電流の前記高周波信号に関連する成分に基づいて前記可動子の位置を推定する推定部と
   を備える航空機用アクチュエータ。
2. 前記電流検知部で検知された前記コイル電流をもとに本アクチュエータの状態を診断した結果を前記操縦システムに送信する診断部をさらに備える請求項１に記載の航空機用アクチュエータ。
3. 前記インバータ、前記コイル、前記可動子、前記制御部、前記注入部、前記電流検知部および前記推定部の少なくともひとつはマスターとスレーブとに二重化されており、前記診断部の診断結果に応じて前記マスターと前記スレーブとを切り替える切替部をさらに備える請求項２に記載の航空機用アクチュエータ。
4. 前記推定部の推定結果を監視して当該推定結果の異常を検知する変動検知部と、
   前記変動検知部の検知結果に基づいて前記推定結果を補正する補正部とをさらに備える
   請求項１から３のいずれか１項に記載の航空機用アクチュエータ。
5. 前記注入部は、前記インバータとは別に前記インバータの出力に接続される別のトランジスタを有し、前記別のトランジスタから前記コイルに前記高周波信号を注入する
   請求項１から４のいずれか１項に記載の航空機用アクチュエータ。
6. 前記高周波信号の振幅および周波数は前記可動子が移動しない範囲に設定される
   請求項１から５のいずれかに記載の航空機用アクチュエータ。
7. 前記高周波信号の周波数は前記インバータのキャリヤ周波数より高く設定される
   請求項６に記載の航空機用アクチュエータ。
8. 前記高周波信号は、第１レベルと、前記第１レベルより低い第２レベルと、前記第２レベルより低い第３レベルとの３つのレベルの間でステップ状に変化する階段波であって、
   前記高周波信号の１周期を１００％とするとき、前記第１レベルの期間および前記第３レベルの期間は１０％以上で４０％以下に設定されている
   請求項１から７のいずれかに記載の航空機用アクチュエータ。
9. 航空機の電力に基づいて駆動されるインバータと、前記インバータに通電駆動される電機子コイルを有する固定子と、前記固定子との磁気的な相互作用により、前記航空機の尾翼の舵面、主翼の可動翼、滑走用の車輪を支持する着陸脚および液体ポンプの少なくとも１つに駆動力を付与する可動子と、前記航空機の操縦システムからの指令信号に応じて前記インバータの動作を制御する制御部とを含む航空機用アクチュエータの前記コイルに、
   正弦波と台形波と三角波と３以上のレベルの間でステップ状に変化する階段波のいずれかの波形を有する高周波信号を注入するステップと、
   前記航空機の操縦システムからの指令信号に応じて前記インバータの動作を制御する制御ステップと、
   前記コイルに流れるコイル電流を検知する検知ステップと、
   前記検知ステップで検知された前記コイル電流の前記高周波信号に関連する成分に基づいて前記可動子の位置を推定する推定ステップと
   を含む航空機用アクチュエータの駆動方法。
10. 共通の被駆動体を駆動する請求項１に記載の航空機用アクチュエータである第１アクチュエータおよび第２アクチュエータと、
    前記第１アクチュエータを駆動する第１電圧供給部と、
    前記第１電圧供給部とは別であるとともに前記第２アクチュエータを駆動する第２電圧供給部と
    を含む航空機用アクチュエータシステム。

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