JP4064765B2

JP4064765B2 - 航空機用電動アクチュエータ及びその制御方法

Info

Publication number: JP4064765B2
Application number: JP2002248227A
Authority: JP
Inventors: 健三高城; 章佐藤; 弘文岡本
Original assignee: Shimadzu Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Shimadzu Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP2004088939A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機の舵面駆動等に好適に用いられる航空機用電動アクチュエータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電動モータのコイルに流す電流をコントロールして電動モータの回転を任意に得ることができる電動アクチュエータは、舵面の操作など任意の出力や応答性が要求される航空機の主舵面駆動用アクチュエータに適用され好適に使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、以上のような構成では、大出力／高応答性を実現するためには電動モータに大電流を流す必要があり、かつ長時間の使用では、電動モータの内部コイルの発熱量が大きくなり、焼損する等の問題があった。
【０００４】
そこで本発明は、上述した課題を解決し、電動アクチュエータに大出力／高応答性の要求があった場合でも内部コイルの発熱による故障や焼損等が生じ得ず、信頼性の高い航空機用電動アクチュエータの提供を主たる目的とするものである
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る航空機用電動アクチュエータは、少なくとも２以上のコイルを有する電動モータと、コイルの温度を検出する温度検出手段又はコイルの温度変化を予測する温度予測手段のうちいずれか一方あるいは両方と、前記温度検出手段で検出したいずれか一方のコイルの検出温度に急激な温度上昇を検出した場合又は温度予測手段で一方のコイルの急激な温度上昇の予測を検出した場合に、一方のコイルに流れる電流を他方のコイルに流れるように切り替える電流制御手段とを具備することを特徴とする。
【０００６】
このようなものであれば、電動アクチュエータに大出力や高応答性の要求によって一方のコイルの温度が急激に上昇し、この急激な温度上昇を温度検出手段が検出した場合や温度予測手段が一方のコイルの急激な温度上昇の予測を検出した場合には、電流制御手段がその一方のコイルに流れていた電流を他のコイルに流れるように切り替えるため、一方のコイルの焼損を防止するとともにシステムを続けて稼動させることができるため、信頼性の高い航空機用電動アクチュエータを提供することができる。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明する。
【０００８】
図１は、この実施例における航空機用電動アクチュエータ１の内部構造を示した概略構造図である。図２は、同実施例における機能ブロック図である。
【０００９】
本実施例に係る航空機用電動アクチュエータ１は、２つのコイルを収納する電動モータ本体２１とこの電動モータ本体２１の一端面から突出し軸周りに回転する回転軸２２とを具備し一種のＤＣブラシレスモータとして機能する電動モータ２と、前記電動モータ２の回転軸２２の回転を減速して出力する減速機３と、前記減速機３が出力する回転運動を直線運動に変換する回転−直線変換機たるボールスクリュ４と、前記電動モータ２に接続し該システムの動作を制御するコントローラ５とを具備するものである。
【００１０】
各部を詳述すると、電動モータ２は、同一の形状や特性等を有する通常使用コイル２ａと切替用コイル２ｂとを電動モータ本体２１内に備え、そしてこれらコイルは前記コントローラ５にそれぞれ接続されている。
【００１１】
減速機３は、前記電動モータ２の回転軸２２の先端部２２ｘに歯先を噛み合わせた第一の歯車Ｈ１と、この第一の歯車Ｈ１と同一中心軸３１上に設けた第二の歯車Ｈ２と、この第二の歯車Ｈ２の歯先と噛み合うとともに前記ボールスクリュ４と同一中心軸３２で回転する第三の歯車Ｈ３とを具備している。そして、これら３つの歯車は、第二の歯車Ｈ２、第一の歯車Ｈ１、第三の歯車Ｈ３の順に歯先円直径が大きくなるように設定されており、前記電動モータ２の回転軸２２の回転が、これら各部で減速されて前記ボールスクリュ４に伝達されることとなる。
【００１２】
ボールスクリュ４のスクリュ４０を前記第三の歯車Ｈ３の中心軸３２に接続しこの第三の歯車Ｈ３の回転運動を直線運動に変換するボールスクリュ４のナット４０Ｘと、シリンダ部４１と接続されている。このシリンダ部の先端部４ｘに図示しない舵面と接続される出力軸Ｐとを具備しており、前記減速機３で出力される回転運動を直線運動に変換し、先端部４ｘの出力軸Ｐを、ボールスクリュ４の進退方向Ｌに進退させている。
【００１３】
コントローラ５は、図２に示すように、通常使用コイル２ａと切替用コイル２ｂとの温度を検出する温度検出手段５１と、例えば舵面操作等の作動状況を監視して通常使用コイル２ａと切替用コイル２ｂとの温度変化を予測する温度予測手段５２と、前記温度検出手段５１で検出したいずれか一方のコイル（通常使用コイル２ａ又は切替用コイル２ｂ）の検出温度に急激な温度上昇を検出した場合又は一方のコイル（通常使用コイル２ａ又は切替用コイル２ｂ）の急激な温度上昇の予測を検出した場合に、一方のコイル（通常使用コイル２ａ又は切替用コイル２ｂ）に流れる電流を他方のコイル（切替用コイル２ｂ又は通常使用コイル２ａ）に流れるように図示しないスイッチで切り替える電流制御手段５３とを具備するものである。
【００１４】
次に、本実施例の航空機用電動アクチュエータ１の動作について説明する。
【００１５】
電動モータ２の回転軸２２から出力された出力は、減速機３で減速されてボールスクリュ４に伝達され、このボールスクリュ４で出力軸Ｐの変位方向Ｌに進退させることができる。このとき電動モータ２の回転をコントロールし、例えば、電動モータ２の回転すなわち回転軸２２の回転をＣＷ方向とすると、出力軸Ｐは該電動アクチュエータ１に近づく方向に移動させることができ、一方、電動モータ２の回転すなわち回転軸２２の回転をＣＣＷ方向とすると、出力軸Ｐは該電動アクチュエータ１から遠ざかる方向に移動させることができる。しかして、電動モータ２の回転をコントロールすることにより、出力軸Ｐに接続される舵面の制御を行うことができる。
【００１６】
また、出力軸Ｐの力（電動アクチュエータ１の出力）は、電動モータ２の出力をコントロールし、例えば、電動モータ２の出力を小さくするとすなわち回転軸２２の回転力を小さくすると、出力軸Ｐの力は小さくなり、一方、電動モータ２の出力を大きくするとすなわち回転軸２２の回転力を大きくすると、出力軸Ｐの力は大きくすることができる。
【００１７】
ところで、例えば舵面の向きをすばやく変えようとするとき、電動モータ２の通常使用コイル２ａに大電流を流す必要がある。このように、通常使用コイル２ａに大電流を流した場合には、その大電流によって該コイル内に大きなジュール熱が生じることとなる。そしてこの熱を温度検出手段５１が急激な温度上昇として検出した場合には、電流制御手段５３が通常使用コイル２ａに流れる電流を切替用コイル２ｂに切り替えて流し、急激な温度上昇が検出された通常使用コイル２ａに電流を流れなくする。しかして通常使用コイル２ａの温度上昇がなくなり、焼損等も防ぐことができる。一方、切替用コイル２ｂには通常使用コイル２ａに流れていた電流が切り替えられて流れているため、この切替用コイル２ｂによって回転軸２２からの出力は継続されることとなる。このようにして、通常使用コイル２ａに流れる電流を切替用コイル２ｂに切り替えたにもかかわらず、回転軸２２より安定した出力を行うことができる。このようにして、すばやく舵面の向きを変えようとして通常使用コイル２ａに大電流が流れ急激な温度上昇があった場合でも、通常使用コイル２ａの焼損を防止でき、また安定した出力を供給できるため、信頼性が高く優れた操作性能を有する航空機用電動アクチュエータ１を提供することができる。
【００１８】
また、急激にコイルの温度上昇が起こると推定される舵面操作が行われた場合でも、温度予測手段５２が、通常使用コイル２ａの急激な温度上昇を予測し、電流制御手段５３が電流を切替用コイル２ｂに流すようにするため、上述と同様の効果を得ることができる。
【００１９】
以上のような制御方法を採用した本実施例の航空機用電動アクチュエータであれば、電動アクチュエータ１に大出力や高応答性の要求によって一方のコイルの温度が急激に上昇した場合でも、この急激な温度上昇を温度検出手段５１が検出し、電流制御手段５３がその一方のコイルに流れていた電流を他のコイルに流れるように切り替えられ、一方のコイルの焼損を防止しシステムを続けて稼動させることができるため、信頼性の高い航空機用電動アクチュエータ１を提供することができる。
【００２０】
また、急激にコイルの温度上昇が起こると推定される舵面操作が行われたとき等、温度予測手段５２が、通常使用コイル２ａの急激な温度上昇を予測した場合には、電流制御手段５３が一方のコイル２ａに流れる電流を切替用コイル２ｂに流すようにするため、一方のコイルの焼損が生じることなくシステムを続けて稼動させることができるため、信頼性の高い航空機用電動アクチュエータ１を提供することができる。
【００２１】
なお、本実施例では、電動モータ２が２つのコイルを備えるようにしていたが、これに限らず、３つ以上のコイルを備えるようにしても良く、例えば、通常使用コイル２ａに流れる電流を切替用コイル２ｂに流れるように切り替えた後、切替用コイル２ｂに急激な温度の上昇を温度検出手段５１が検出した場合や、切替用コイル２ｂに急激な温度の上昇の予測を温度予測手段５２が行った場合には、電流制御手段５３が切替用コイル２ｂに流れる電流をこれらの他のコイルに流れるように制御する実施例も考えられる。また、通常使用コイル２ａの温度が下がっているときには、他のコイルに流れるように切り替えず、通常使用コイル２ａに再度電流を流すように切り替えても構わない。
【００２２】
また、電動モータ２の出力を、減速機３を介してボールスクリュ４に伝達されるようにしていたが、減速機３を設けずに、電動モータ２の出力をボールスクリュ４に直接伝達するようにしても良い。
【００２３】
さらに、回転−直線変換機にボールスクリュ４を用いたが、例えばローラスクリュやアクメスクリュ等、回転運動を所定の方向に進退する直線運動に変換するものであればこれに限られるものではない。
【００２４】
また、電動モータ２の回転がＣＷのときに、出力軸Ｐを電動アクチュエータ１に近づけたりあるいは遠ざけたりするかは、設計によってどちらにでも設定できることは言うまでもない。
【００２５】
その他、各部の具体的構成についても上記実施例に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上に詳述したように本発明によれば、電動アクチュエータに大出力や高応答性の要求によって一方のコイルの温度が急激に上昇した場合でも、この急激な温度上昇を温度検出手段が検出し、電流制御手段がその一方のコイルに流れていた電流を他のコイルに流れるように切り替えられ、一方のコイルの焼損を防止しシステムを続けて稼動させることができるため、信頼性の高い航空機用電動アクチュエータを提供することができる。
【００２７】
また、急激にコイルの温度上昇が起こると推定される舵面操作が行われたとき等、温度予測手段が、通常使用コイルの急激な温度上昇を予測した場合には、電流制御手段が一方のコイルに流れる電流を切替用コイルに流すようにするため、一方のコイルの焼損が生じることなくシステムを続けて稼動させることができるため、信頼性の高い航空機用電動アクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における航空機用電動アクチュエータの内部構造を示した概略構造図
【図２】同実施例における機能ブロック図
【符号の説明】
１・・・航空機用電動アクチュエータ
２・・・電動モータ
２ａ・・・通常使用コイル
２ｂ・・・切替用コイル
５１・・・温度検出手段
５３・・・電流制御手段

Claims

少なくとも２以上のコイルを有する電動モータと、コイルの温度を検出する温度検出手段又はコイルの温度変化を予測する温度予測手段のうちいずれか一方あるいは両方と、前記温度検出手段で検出したいずれか一方のコイルの検出温度に急激な温度上昇を検出した場合又は温度予測手段で一方のコイルの急激な温度上昇の予測を検出した場合に、一方のコイルに流れる電流を他方のコイルに流れるように切り替える電流制御手段とを具備することを特徴とする航空機用電動アクチュエータ。
少なくとも２以上のコイルを有する電動モータと、コイルの温度を検出する温度検出手段又はコイルの温度変化を予測する温度予測手段のうちいずれか一方あるいは両方とを具備する航空機用電動アクチュエータであって、稼動中のコイルの温度を前記温度検出手段で検出し、その検出した検出温度が、急激な温度上昇を示した場合又は温度予測手段で急激な温度上昇の予測を示した場合に稼動中のコイルに流れる電流を待機中のコイルに流れるように切り替えるように制御することを特徴とする航空機用電動アクチュエータの制御方法。